JP6154221B2 - 過熱水蒸気発生装置及び過熱水蒸気の発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌の蒸気消毒や雑草の蒸気除去などに用いるための高温蒸気を生成するための過熱水蒸気発生装置及び過熱水蒸気の発生方法に関する。
特に、小型ボイラーや簡易ボイラーに属する可搬式の蒸気ボイラーから発生する蒸気を再加熱して、低圧・高温の状態で取り出す過熱水蒸気発生装置及び過熱水蒸気の発生方法に関するものである。

従来、土壌中の病原菌を死滅させる、いわゆる土壌消毒を行う手段として、土壌中に熱水を注入したり、蒸気を噴射したりする方法がある。
このための蒸気の生成に関しては、例えば、小型ボイラーや簡易ボイラーに属する可搬式の蒸気ボイラーとして、いわゆる貫流ボイラーと炉筒煙管ボイラーなどの専用のボイラーを使用していた。

例えば、特許文献１には、車輌の荷台上に載置される台座上に給水タンクと、燃料タンクと、ボイラとが取り付けられ、ボイラは水を加熱して蒸気とするバーナを備えており、給水タンクからの水を高温高圧の蒸気とし、ボイラの上部には発生した蒸気を蒸気噴射装置に供給するための蒸気管が取り付けられた、ゴルフ場等の芝生造成地の雑草除去や殺虫を行なうことが出来る蒸気発生装置が示されている。

特開平６−２５３７１５号公報

しかしながら、上記従来の装置では、ボイラーの内圧が高いため、専用フード内から蒸気が漏れ出す可能性が大きく、専用フード内に蒸気を保持することが困難であった。
さらに、可搬式により屋外で使用する際には、安全に使用するには大きな障害となっていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、小型ボイラーや簡易ボイラーに属し、低圧で高温の過熱水蒸気を放出することのできる過熱水蒸気発生装置及び過熱水蒸気の発生方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の特徴を有する。
（１）本発明の可搬式過熱水蒸気発生装置は、一次水蒸気を発生させる水蒸気発生部（蒸気ボイラー）と、該水蒸気発生部で発生させた水蒸気を集合する蒸気タンクと、該蒸気タンクから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する再加熱部と、前記蒸気タンクと前記再加熱部における導入口とをつないで前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気がその内部を流通する管と、前記導入口に設けられて前記管と接続されるとともに、前記蒸気タンクからの一次水蒸気が前記管を介して直接導入される第１カバーボックスと、を備えた過熱水蒸気発生装置であって、前記第１カバーボックスの断面積は、前記一次水蒸気が前記管から前記第１カバーボックスに流入したときにその圧力が下がるように、前記管の断面積よりも大きくなっており、前記再加熱部は、前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通させる再加熱用導通部を、前記一次水蒸気発生の排気ガスを下方から上方に排出する排気筒内に設け、前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を再加熱用導通部に前記管を介して導く際に、前記導入口の第１カバーボックスで前記一次水蒸気を降圧させた後で当該再加熱用導通部に前記一次水蒸気を導通させ、且つ、前記水蒸気発生部は、水を貯水する蒸気発生缶体と、該蒸気発生缶体内に設けられ、燃料を燃焼することで加熱される炉筒と、前記炉筒の周囲に設けられ、該炉筒内で発生した排気ガスを排出する複数の煙管と、前記複数の煙管からの排気ガスを集めて前記排気筒内へ排出する排気集合部と、を有することを特徴とする。
（２）本発明の可搬式過熱水蒸気発生装置は、上記（１）において、前記排気筒内にジグザグ状に設けた再加熱用導通部は、前記第１カバーボックスを介して流入した前記一次水蒸気が流通する、水平方向に差し渡して配設された複数本の水平パイプと、前記水平パイプの左右両端の開口端を覆う第２カバーボックスと、を備え、前記第２カバーボックスは、各水平パイプの開口端から排出される蒸気を束ねて、そのすぐ直下に配設された各水平パイプの開口端へ分配して導入させるように取り付けられていることを特徴とする。
（３）本発明の過熱水蒸気の発生方法は、一次水蒸気を発生させる水蒸気発生部で発生させた水蒸気を蒸気タンクに集合し、再加熱部によって、蒸気タンクから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する過熱水蒸気の発生方法であって、前記蒸気タンクと前記再加熱部における導入口の第１カバーボックスとが管によってつながれるとともに、前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気が当該管を介して前記第１カバーボックスに直接導入され、前記第１カバーボックスの断面積は、前記一次水蒸気が前記管から前記第１カバーボックスに流入したときにその圧力が下がるように、前記管の断面積よりも大きくなっており、前記再加熱部では、前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通させる再加熱用導通部を、前記一次水蒸気発生の排気ガスを下方から上方に排出する排気筒内に設け、前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を再加熱用導通部に前記管を介して導く際に、前記導入口の第１カバーボックスで前記一次水蒸気を降圧させた後で当該再加熱用導通部に前記一次水蒸気を導通させ、且つ、前記水蒸気発生部では、燃料を燃焼することによって炉筒内で前記排気ガスを発生させ、前記発生した排気ガスを、前記炉筒の周囲に設けられた複数の煙管を介して排出するとともに、排気集合部を介して前記複数の煙管からの排気ガスを集めて前記排気筒へ導入することを特徴とする。
（４）本発明の過熱水蒸気の発生方法は、上記（３）において、前記排気筒内にジグザグ状に設けた再加熱用導通部は、前記第１カバーボックスを介して流入した前記一次水蒸気が流通する、水平方向に差し渡して配設された複数本の水平パイプと、前記水平パイプの左右両端の開口端を覆う第２カバーボックスと、を備え、前記第２カバーボックスは、各水平パイプの開口端から排出される蒸気を束ねて、そのすぐ直下に配設された各水平パイプの開口端へ分配して導入させるように取り付けられていることを特徴とする。

本発明の過熱水蒸気発生装置は、一次水蒸気を発生させる水蒸気発生部（蒸気ボイラー）と、該水蒸気発生部で発生させた水蒸気を集合する蒸気タンクと、該蒸気タンクから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する再加熱部と、を備えており、蒸気タンクから排出された一次水蒸気を再加熱用導通部を導通させ、一次水蒸気を発生させるために用いたバーナーの排気ガスを利用した再加熱において、一次水蒸気はジグザグ状に設けた再加熱用導通部内を長時間再加熱雰囲気を通過させられるので、高温の蒸気を得るころができる。
また、再加熱された水蒸気をいったんカバーボックス内に集合させ、再度、複数の再加熱パイプに分配させてさらに加熱して過熱水蒸気とすることから、安全に、低圧で高温の水蒸気を発生させることができる。
さらに、従来曲がり部分は内径が細くなっていて蒸気スケールが付き易く詰まり易いという問題があったが、この部分をカバーボックスで連通させることによって、再加熱部の配管の曲がり部分をなくすことができ、パイプの曲がり部分に多く発生する金属のひずみ割れを無くすことができる。
さらにまた、複数パイプの曲げ部分の交換をカバーボックスを交換することによって可能とすることができる、などのメンテナンス性を向上させることができる。

本発明の実施形態１の過熱水蒸気発生装置の側面図である。 図１の過熱水蒸気発生装置の正面図である。 図１の過熱水蒸気発生装置の背面図である。 図１の蒸気缶体の内部構造を示す側面図である。 図１の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）の構造を示す概略であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図である。 実施形態１の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）内における排気ガスの流れの状態を側面から示す概略説明図である。 図６の状態を背面から示す概略説明図である。 実施形態１の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）内において、一次水蒸気が排気ガスの流れの中で再加熱される状態を示す概略説明図である。 実施形態１の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）内において、一次水蒸気が排気ガスの流れの中で再加熱されて温度が上昇する様子を示す概略説明図である。 本発明の実施形態２の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）の構造を示す概略であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図である。 本発明の実施形態３の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）の構造を示す概略であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図である。

＜実施形態１＞
次に、本発明の過熱水蒸気発生装置の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施形態１の過熱水蒸気発生装置の側面図である。図２は図１の正面図であり、図３は背面図である。図４は、図１の蒸気缶体の内部構造を示す側面図である。
実施形態１に示す過熱水蒸気発生装置は、図１〜図４に示すように、一次水蒸気を発生させる水蒸気発生部（蒸気ボイラー）と、該水蒸気発生部で発生させた水蒸気を集合する蒸気タンクと、該蒸気タンクから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する再加熱部と、を備え、
前記再加熱部は、前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通する再加熱用導通部を、前記一次水蒸気発生の排気ガスを下方から上方に排出する排気筒内に設けたものである。

＜水蒸気発生部＞
より詳しく説明すると、水蒸気発生部（ボイラー）１０は、蒸気発生缶体１１の正面に取り付けられたバーナー１５に、灯油、重油等の燃料を供給して燃焼させることにより、蒸気発生缶体１１内に設けられた炉筒１２を加熱してその内部空間の温度を上昇させる。そして、炉筒１２及び炉筒１２の排気ガスを排出する煙管１３の周囲の水を加熱して、蒸気発生缶体１１に貯水された水面１６から蒸発する水蒸気を蒸気タンク１１ａ内に集合して一次水蒸気とする。

さらに、実施形態１の過熱水蒸気発生装置においては、蒸気タンク１１ａから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する再加熱部２０を備えており、再加熱部２０によって、一次水蒸気を再加熱して過熱水蒸気としている。
このような段階的な加熱で過熱水蒸気を得ることにより、貯留した水を加熱してそこから一気に過熱水蒸気とする従来の方法よりも熱効率よく過熱水蒸気を得ることができる。

＜排気集合部＞
また、蒸気発生缶体１１の背面には、複数本の煙管１３からの排気ガスを集めて排気筒２２内に排出する排気集合部１４が設けられている。

＜再加熱部＞
次に、再加熱部２０について詳しく説明する。
図５は、再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）の構造を示す概略であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図である。
実施形態１の過熱水蒸気発生装置においては、蒸気発生缶体１１の背面（バーナー１５取り付け側とは反対側）に、一次水蒸気を再加熱して加熱水蒸気を製造する再加熱部２０を設けている。
再加熱部２０は、蒸気タンク１１ａから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通する再加熱用導通部２１を、一次水蒸気発生のために用いたバーナー１５の排気ガスを下方から上方に排出する排気筒２２内に設けたものである。
再加熱用導通部２１は、排気筒２２内にジグザグ状に設けられて、水平方向に差し渡して配設された複数本の水平パイプ２３と、それらの左右両端の開口端を覆うカバーボックス２４と、を備えている。
カバーボックス２４は、各水平パイプ２３の開口端から排出される蒸気を束ねて、そのすぐ直下に配設された各水平パイプ２３の開口端へ分配して導入させるように取り付けられている。
これにより、再加熱部２０において、バーナー１５の燃焼後の排気ガスにより再加熱用導通部２１を加熱して、その内部を通過する水蒸気の温度を上昇させて過熱水蒸気とする。

＜水平パイプ＞
なお、再加熱用導通部２１の水平パイプ２３は、水平方向に差し渡したパイプを奥行き方向に複数本配設し、さらに、これらの複数本の水平パイプ２３を、上下方向に多段に配設して、水平パイプ群としている。

＜カバーボックス＞
上記水平パイプ２３には、その両端の開口側に、カバーボックス２４が取り付けられており、水平パイプ２３内で再加熱されて排出される過熱水蒸気を、そのすぐ下段の水平パイプ２３に内に導入させるようになっている。
すなわち、水平パイプの左右両端部には、水平パイプの開口端を覆うように矩形状のカバーボックス２４を設けており、図５（ｂ）に示すように、左端部において、最上段の水平パイプ２３ａの蒸気出口部２３ｂと、下段の水平パイプ２３ｃの蒸気入口部２３ｄとを、カバーボックス２４内の空間で連通するようにしている。

右端部においても、同様に、カバーボックス２４内の空間において、上段の水平パイプの蒸気出口部は、その直下段の水平パイプの蒸気入口部とが連通している。

なお、図５（ａ）及び（ｃ）から分かるように、水平パイプ２３は、奥行き方向にも複数本配設されており、実施形態の水平パイプ２３においては、奥行き方向に４本のパイプを配設されており、複数の水平パイプ２３の全開口部は、１つのカバーボックス２４で連通状態となっている。
なお、図において、最上段の水平パイプ２３の右端部は、その上に水平パイプが配設されておらず、その右端部のカバーボックス２４内には、蒸気タンクからの水蒸気が直接導入されるようになっている。

次に、再加熱部２０内における、水蒸気及び排気ガスの流れを説明する。
図６は、実施形態１の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）内における排気ガスの流れの状態を側面から示す概略説明図であり、図７は背面から示す概略説明図である。図８は、実施形態１の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）内において、一次水蒸気が排気ガスの流れの中で再加熱される状態を示す概略説明図である。

＜水蒸気の流れ＞
蒸気タンク１１ａから排出された一次水蒸気は、再加熱部２０の導入口Ｘから入って、水平パイプ→カバーボックス→下段の水平パイプというようにジグザグ状に回動し、再加熱部の下方の蒸気排出口Ｙから外部へ排出される。

＜排気ガスの流れ＞
符号２５は、再加熱部２０内での排気ガスの流れである。排気ガス２５は、煙管１３の後部から、再加熱部２０の下方へ排出されて、再加熱部２０内の水平パイプ２３及びカバーボックス２４の隙間を縫いながら上昇し、再加熱部２０の上部の排気口２６より外部へ排出される。
この間において、一次水蒸気を加熱して、過熱水蒸気とする。

＜蒸気温度の測定結果＞
図９は、実施形態１の再加熱部（ジグザグ状に設けた再加熱用導通部）内において、一次水蒸気が排気ガスの流れの中で再加熱されて温度が上昇する様子を示す概略説明図である。
図９の結果から、符号ａは、再加熱部２０内の下部カバーボックス表面の温度であり、バーナー点火後８００秒（約１３分）で、２７０℃に達していることが分かる。
符号ｂは、再加熱部２０内の中央部カバーボックス表面の温度であり、バーナー点火後８００秒（約１３分）で、１８０℃であった。
符号ｃは、再加熱部２０内の上部カバーボックス表面の温度であり、バーナー点火後８００秒（約１３分）で、１４０℃であった。
以上の結果から、一次水蒸気は排気ガスの流れの中で再加熱されて、再加熱部２０の中で２７０℃の高温の過熱水蒸気となることが分かった。

＜実施形態２＞
図１０は、実施形態２の再加熱部の構造を示す概略であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図である。
実施形態２の再加熱部３０は、蒸気タンクから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通する再加熱用導通部を、一次水蒸気発生のために用いたバーナーの排気ガスを下方から上方に排出する排気筒内に設けてある点では実施形態１の再加熱部と同じであるが、再加熱用導通部内に配設された水平パイプ２３の左右両端の開口端を覆うカバーボックス２４が、４段の水平パイプの左右両端の開口端を覆うようになっている。
すなわち、２段の水平パイプごとにジグザグ回路を形成しており、上２段の水平パイプの開口端から排出された蒸気をその下２段の水平パイプの開口端へ分配して導入させるようになっている。
これにより、再加熱部３０において、水蒸気の圧力を上げることなく高温蒸気を創出することができる。

＜実施形態３＞
図１１は、実施形態３の再加熱部の構造を示す概略であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図である。
実施形態３の再加熱部４０は、蒸気タンクから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通する再加熱用導通部を、一次水蒸気発生のために用いたバーナーの排気ガスを下方から上方に排出する排気筒内に設け、４段の水平パイプの左右両端の開口端をカバーボックスで覆うようになっている点では実施形態２の再加熱部と同じであるが、再加熱用導通部内に配設された水平パイプ２３の奥行き方向に配設された水平パイプが２本である点で異なっている。
これにより、再加熱部４０における水平パイプの本数を減らしてコストを下げ、少量の高温水蒸気を創出する装置に対応することができる。

本発明の過熱水蒸気発生装置は、一次水蒸気を発生させる水蒸気発生部（蒸気ボイラー）と、該水蒸気発生部で発生させた水蒸気を集合する蒸気タンクと、該蒸気タンクから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する再加熱部と、を備えており、蒸気タンクから排出された一次水蒸気を再加熱用導通部を導通させ、一次水蒸気を発生させるために用いたバーナーの排気ガスを利用した再加熱において、一次水蒸気はジグザグ状に設けた再加熱用導通部内を長時間再加熱雰囲気を通過させられるので、高温の蒸気を得るころができる。
また、再加熱された水蒸気をいったんカバーボックス内に集合させ、再度、複数の再加熱パイプに分配させてさらに加熱して過熱水蒸気とすることから、安全に、低圧で高温の水蒸気を発生させることができる。
これらのことから、本発明は産業上の利用可能性が極めて高い。

１０：水蒸気発生部（蒸気ボイラー）
１１：蒸気発生缶体
１１ａ：蒸気タンク
１２：炉筒
１３：炉管
１４：排気集合部
１５：バーナー
１６：水面
２０：実施形態１の再加熱部
２１：再加熱用導通部
２２：排気筒
２３：水平パイプ
２３ａ：最上段の水平パイプ
２３ｂ：最上段の水平パイプの蒸気出口部
２３ｃ：下段の水平パイプ
２３ｄ：下段の水平パイプの蒸気入口部
２４：カバーボックス
２５：排気ガス
２６：排気口
３０：実施形態２の再加熱部
４０：実施形態３の再加熱部
Ｘ：再加熱部の導入口
Ｙ：再加熱部の蒸気排出口

Claims (4)

1. 一次水蒸気を発生させる水蒸気発生部（蒸気ボイラー）と、
   該水蒸気発生部で発生させた水蒸気を集合する蒸気タンクと、
   該蒸気タンクから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する再加熱部と、
   前記蒸気タンクと前記再加熱部における導入口とをつないで前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気がその内部を流通する管と、
   前記導入口に設けられて前記管と接続されるとともに、前記蒸気タンクからの一次水蒸気が前記管を介して直接導入される第１カバーボックスと、
   を備えた過熱水蒸気発生装置であって、
   前記第１カバーボックスの断面積は、前記一次水蒸気が前記管から前記第１カバーボックスに流入したときにその圧力が下がるように、前記管の断面積よりも大きくなっており、
   前記再加熱部は、
   前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通させる再加熱用導通部を、前記一次水蒸気発生の排気ガスを下方から上方に排出する排気筒内に設け、
   前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を再加熱用導通部に前記管を介して導く際に、前記導入口の第１カバーボックスで前記一次水蒸気を降圧させた後で当該再加熱用導通部に前記一次水蒸気を導通させ、且つ、
   前記水蒸気発生部は、
   水を貯水する蒸気発生缶体と、
   該蒸気発生缶体内に設けられ、燃料を燃焼することで加熱される炉筒と、
   前記炉筒の周囲に設けられ、該炉筒内で発生した排気ガスを排出する複数の煙管と、
   前記複数の煙管からの排気ガスを集めて前記排気筒内へ排出する排気集合部と、を有することを特徴とする可搬式過熱水蒸気発生装置。
2. 前記排気筒内にジグザグ状に設けた再加熱用導通部は、
   前記第１カバーボックスを介して流入した前記一次水蒸気が流通する、水平方向に差し渡して配設された複数本の水平パイプと、
   前記水平パイプの左右両端の開口端を覆う第２カバーボックスと、を備え、
   前記第２カバーボックスは、
   各水平パイプの開口端から排出される蒸気を束ねて、
   そのすぐ直下に配設された各水平パイプの開口端へ分配して導入させるように取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の可搬式過熱水蒸気発生装置。
3. 一次水蒸気を発生させる水蒸気発生部で発生させた水蒸気を蒸気タンクに集合し、
   再加熱部によって、蒸気タンクから排出された一次水蒸気を、排気ガスを利用して再加熱して過熱水蒸気を製造する過熱水蒸気の発生方法であって、
   前記蒸気タンクと前記再加熱部における導入口の第１カバーボックスとが管によってつながれるとともに、前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気が当該管を介して前記第１カバーボックスに直接導入され、
   前記第１カバーボックスの断面積は、前記一次水蒸気が前記管から前記第１カバーボックスに流入したときにその圧力が下がるように、前記管の断面積よりも大きくなっており、
   前記再加熱部では、
   前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を上方から下方へジグザグ状に導通させる再加熱用導通部を、前記一次水蒸気発生の排気ガスを下方から上方に排出する排気筒内に設け、
   前記蒸気タンクから排出された一次水蒸気を再加熱用導通部に前記管を介して導く際に、前記導入口の第１カバーボックスで前記一次水蒸気を降圧させた後で当該再加熱用導通部に前記一次水蒸気を導通させ、且つ、
   前記水蒸気発生部では、
   燃料を燃焼することによって炉筒内で前記排気ガスを発生させ、
   前記発生した排気ガスを、前記炉筒の周囲に設けられた複数の煙管を介して排出するとともに、排気集合部を介して前記複数の煙管からの排気ガスを集めて前記排気筒へ導入することを特徴とする過熱水蒸気の発生方法。
4. 前記排気筒内にジグザグ状に設けた再加熱用導通部は、
   前記第１カバーボックスを介して流入した前記一次水蒸気が流通する、水平方向に差し渡して配設された複数本の水平パイプと、
   前記水平パイプの左右両端の開口端を覆う第２カバーボックスと、を備え、
   前記第２カバーボックスは、
   各水平パイプの開口端から排出される蒸気を束ねて、
   そのすぐ直下に配設された各水平パイプの開口端へ分配して導入させるように取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の過熱水蒸気の発生方法。