JP6259407B2 - 過熱水蒸気発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導式加熱によって過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置に関する。

従来、電磁誘導式加熱によってガスを加熱して昇温させる装置として、例えば特許文献１に開示された装置が公知である（例えば特許文献１）。従来の装置は、セラミックなどで形成された筒状ケースの外側にコイルを巻き回し、ケース内側に金属などの発熱体を設けた構成であり、コイルに交流電流を流すことによって発熱体に電磁誘導による渦電流を生じさせ、渦電流で発熱した発熱体がケース内側を流れるガス体を昇温させるものである。

特開平１１−２３３２４５号公報

しかし、上述した従来の装置を用いて水から過熱水蒸気を発生させようとすると、装置が大掛かりになるという問題がある。すなわち、水から過熱水蒸気を発生させるためには、まず水を加熱して飽和水蒸気を発生させ、その後、飽和水蒸気を更に加熱して過熱水蒸気を発生させることが必要となる。この場合、ケース内側に水を流して飽和水蒸気を発生させようとすると、発熱体が水による冷却作用を受けるので、発熱体の温度は百度〜百数十度程度の温度に留まり、ケース自体の温度もそれ程高温にはならない。一方、水が飽和水蒸気になると、ケース内部が空焚き状態となり、発熱体は冷却作用を受けないので、電磁誘導によって数百度の温度まで上昇し、ケース自体も高温になる。それ故、１つのケースで水から過熱水蒸気を発生させようとすると、ケースに低温部分と高温部分との温度差が生じ、その温度差によるヒートショックが水から飽和水蒸気へ変化（相転移）する部分に集中し、ケースを破損させる要因となる。このようなケース破損を防止するためには、水を加熱して飽和水蒸気を発生させるケースと、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させるケースとをそれぞれ別のケースとして構成することが必要であり、しかもそれぞれのケースに対して個別にコイルを巻き回すことが必要である。つまり、従来の装置で水から過熱水蒸気を発生させようとすると、ケースにコイルを巻き回した加熱ユニットが少なくとも２つ必要となる。そして各加熱ユニットにおいて適切な発熱量を生じさせるためには各コイルに交流電流を出力する電源についても個別に設ける必要がある。したがって、装置が大掛かりになるのである。

また従来の装置では、ケースを縦方向に配置して上から水を供給し、下から過熱水蒸気を吐出させようとすると、ケース内部で十分に加熱されなかった水が吐出口まで到達し、吐出口から水滴が出る可能性もある。これを防止するためには、ケース内部で十分な加熱が行われるようにケース長を長くすることが必要であり、装置が大型化する要因の一つとなっている。

このように従来の装置は、装置自体が大型化してしまうことから、例えば手持ち型ガンタイプなどのようなものを実現にして過熱水蒸気を任意の方向に吐出できるようにすることが困難である。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するため、装置自体を小型化して持ち運びし易くすると共に、任意の方向に過熱水蒸気を吐出できるようにした過熱水蒸気発生装置を提供することをその目的とするものである。

上記目的を達成するため、まず第１に、本発明は、過熱水蒸気発生装置(1)であって、一端から水を供給し、他端から過熱水蒸気を吐出する筒状の耐熱ケース(2)と、前記耐熱ケース(2)の外周面に巻き回したコイル(5)と、前記耐熱ケース(2)の内部において前記耐熱ケース(2)の長手方向に沿って互いに密着状態に設けられる複数の発熱エレメント(11)と、前記コイル(5)に交流電流を流すコイル駆動手段(21)と、を備え、前記発熱エレメント(11)は、前記耐熱ケース（2）の内部に生じる磁束密度変化によって渦電流を生じさせるリング部(12)と、前記リング部(12)の内側において所定間隔で互いに平行に設けられた複数のフィン(13)と、を有し、前記コイル(5)は、前記耐熱ケース(2)の長手方向中央部分におけるコイル密度を、前記耐熱ケース(2)の内部に水を供給する供給口(7a)側のコイル密度よりも低くした状態に巻き回され、前記コイル駆動手段(21)によって交流電流が供給されることにより前記耐熱ケース(2)の内部に生じる前記中央部分の磁束密度変化を前記供給口(7a)側の磁束密度変化よりも小さくした構成である。

第２に、本発明は、上記第１の構成を有する過熱水蒸気発生装置(1)において、前記コイル(5)は、前記耐熱ケース(2)の内部から過熱水蒸気を吐出する吐出口(6a)側のコイル密度を、前記中央部分におけるコイル密度よりも高くした状態に巻き回され、前記コイル駆動手段(21)によって交流電流が供給されることにより前記耐熱ケース(2)の内部に生じる前記吐出口(6a)側の磁束密度変化を前記中央部分の磁束密度変化よりも大きくした構成である。

第３に、本発明は、上記第１又は第２の構成を有する過熱水蒸気発生装置(1)において、前記複数のフィン(13)のそれぞれは、前記リング部(12)の軸方向の一方側から他方側に向かって隣接するフィン(13)との間隔を漸次縮小させる形状を有する構成である。

第４に、本発明は、上記第３の構成を有する過熱水蒸気発生装置(1)において、前記複数のフィン(13)のそれぞれは、略三角形の断面形状を有し、一の頂点を前記リング部(12)の軸方向の一方側に向けた状態に配置される構成である。

第５に、本発明は、上記第１乃至第４のいずれかの構成を有する過熱水蒸気発生装置(1)において、前記複数の発熱エレメント(11)のそれぞれは、前記耐熱ケース(2)の内部において前記耐熱ケース(2)の長手方向に沿って隣接する別の発熱エレメント(11)に対し、軸方向を中心に所定角度回転した状態に設けられる構成である。

第６に、本発明は、上記第１乃至第５のいずれかの構成を有する過熱水蒸気発生装置(1)において、前記耐熱ケースの長手方向の所定位置において、前記複数の発熱エレメントの間に、少なくとも１つの筒状部材(31,32)とバッフルプレート(33)とが介挿される構成である。

本発明によれば、耐熱ケースを破損させることなく、１つの加熱ユニットで水から過熱水蒸気を発生させることができるため、装置自体を小型化することが可能であり、持ち運びなどに適した過熱水蒸気発生装置を実現することができる。また本発明によれば、任意の方向に過熱水蒸気を吐出することもできるようになる。

第１実施形態における過熱水蒸気発生装置の構成を示す断面図である。 過熱水蒸気発生装置の各部材を分解した状態を示す斜視図である。 発熱エレメントの詳細を示す図である。 複数の発熱エレメントの配置例を示す図である。 発熱エレメントの発熱原理を示す図である。 耐熱ケースの内部に生じる渦流の例を示す図である。 第２実施形態における過熱水蒸気発生装置の構成を示す断面図である。 第２実施形態における発熱モジュールを拡大して示す斜視図である。 第２実施形態における発熱モジュールの一部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明に関する好ましい実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態において互いに共通する部材には同一符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態である過熱水蒸気発生装置１の構成を示す断面図である。また図２は、過熱水蒸気発生装置１の各部材を分解した状態を示す斜視図である。この過熱水蒸気発生装置１は、一端から水を取り込み、他端から過熱水蒸気を吐出する筒状の耐熱ケース２と、その耐熱ケース２の外周面に一連の導線を巻き回して構成されるコイル５と、耐熱ケース２の内部に設けられる発熱モジュール１０と、耐熱ケース２の一端に設けられ、耐熱ケース２の内部に水を供給する供給部７と、耐熱ケース２の他端に設けられ、過熱水蒸気を吐出するノズル部６とを備える。コイル５の両端には導電ケーブル２０が接続され、その導電ケーブル２０の他端にはコイル５に高周波の交流電流を流すコイル駆動部２１が接続される。コイル駆動部２１は、商用電源などの一般的な交流電源２２に接続され、インバータ回路などを用いてコイル５に流すための所定周波数の交流電流を生成して出力する。

耐熱ケース２は、例えば２５〜３５ｃｍ程度の長さを有し、外径３ｃｍ程度に形成された円筒状のケースである。この耐熱ケース２は、コイル支持管３と断熱管４との２つの部材を有し、断熱管４がコイル支持管３の内側に配置された構成である。コイル支持管３は、例えばマイカなどの電気絶縁性及び耐熱性に優れた材料によって形成され、その長手方向の両端部にフランジ部３ａ，３ｂが設けられた構成である。一方、断熱管４は、コイル支持管３の内径よりも小さい外径を有し、例えば耐熱性及び断熱性に優れたセラミックなどで形成される。そして断熱管４は、コイル支持管３の内壁と一定の空隙を有する状態でコイル支持管３の内側に挿入装着される。すなわち、耐熱ケース２は、外側のコイル支持管３と、内側の断熱管４とによる断熱二重構造を有している。

供給部７は、水を矢印Ｆ１で示す方向に流入させる供給口７ａと、フランジ部７ｂとを有する。供給部７は、フランジ部７ｂをコイル支持管３のフランジ部３ｂと接合させて螺子などで固定されることにより、耐熱ケース２の一端側に取り付けられる。この供給部７は内部にメタルガスケット８ｂを有しており、このメタルガスケット８ｂがコイル支持管３の内側に設けられる断熱管４の一端と接触して耐熱ケース２の内部を密閉する。

ノズル部６は、過熱水蒸気を矢印Ｆ２で示す方向に吐出する吐出口６ａと、フランジ部６ｂとを有する。このノズル部６は、フランジ部６ｂをコイル支持管３のフランジ部３ａと接合させて螺子などで固定されることにより、耐熱ケース２の他端側に取り付けられる。このノズル部６も内部にメタルガスケット８ａを有しており、このメタルガスケット８ａがコイル支持管３の内側に設けられる断熱管４の他端と接触して耐熱ケース２の内部を密閉する。

コイル５は、コイル支持管３のフランジ部３ａ，３ｂの間の外周面に巻き回した状態で配置される。このコイル５は、耐熱ケース２の長手方向中央部分におけるコイル密度（長手方向単位長さ当たりの巻き数）を、供給口７ａ側のコイル密度よりも低くした状態に巻き回される。例えば供給口７ａの近傍位置ではコイル５を二重巻きで構成し、耐熱ケース２の中央部分ではコイル５を一重巻きで構成することにより、耐熱ケース２の長手方向に沿ってコイル密度を変化させている。またコイル５は、耐熱ケース２の内部から過熱水蒸気を吐出する吐出口６ａ側のコイル密度を、耐熱ケース２の中央部分におけるコイル密度よりも高くした状態に巻き回される。例えば上述のように耐熱ケース２の中央部分のコイル５は一重巻きで構成されるのに対し、吐出口６ａの近傍位置のコイル５は二重巻きで構成される。すなわち、本実施形態では、耐熱ケース２の両端部分ではコイル密度が高く、中央部分では両端部分よりもコイル密度が低くなるように、コイル５が形成されている。

発熱モジュール１０は、耐熱ケース２の内部において耐熱ケース２の長手方向に沿って互いに密着状態に設けられる複数の発熱エレメント１１を備えている。これら複数の発熱エレメント１１は、例えばステンレス製の針金などによって構成されるガイド部材９によって互いに密着した状態に保持される。

図３は、発熱エレメント１１の詳細を示す図であり、図３（ａ）が発熱エレメント１１の表面側斜視図を、図３（ｂ）が発熱エレメント１１の裏面側斜視図を、図３（ｃ）が発熱エレメント１１の断面図を示している。尚、図３に示す矢印Ｆは、水又は水蒸気が通る方向を示している。発熱エレメント１１は、例えば断熱管４の内径よりも若干小さい外径を有する概略円盤状のステンレス製部材である。この発熱エレメント１１は、例えば直径１０〜２０ミリメートル、厚さ数ミリメートル（１ミリメートル程度）に形成される。図３に示すように、発熱エレメント１１は、円環状のリング部１２と、そのリング部１２の内側において所定間隔で互いに平行に設けられる複数のフィン１３とを有し、複数のフィン１３の間に水や水蒸気を通過させるスリットを形成した構成である。

リング部１２には、表面から裏面に貫通する複数の孔１４が周方向にほぼ等間隔で設けられる。例えば図３では、９個の孔１４がリング部１２に設けられており、それら９個の孔１４はリング部１２の中心軸を基準に４０度ずつ回転した位置に設けられる。これら複数の孔１４は、上述したガイド部材９を挿通するための孔である。またリング部１２の表面には、複数の突起１５が周方向にほぼ等間隔で設けられる。例えば図３（ａ）では、９個の突起１５が設けられており、それら９個の突起１５はそれぞれ互いに隣接する２つの孔１４の間の位置に設けられる。つまり、これら９個の突起１５もまた、リング部１２の中心軸を基準に４０度ずつ回転した位置に設けられる。更にリング部１２の裏面には、複数の凹部１６が周方向にほぼ等間隔で設けられる。例えば図３（ｂ）では、９個の凹部１６が設けられており、それら９個の凹部１６はそれぞれ互いに隣接する２つの孔１４の間の位置に設けられる。つまり、これら９個の凹部１６もまた、リング部１２の中心軸を基準に４０度ずつ回転した位置に設けられる。

複数のフィン１３のそれぞれは、リング部１２の軸方向の一方側から他方側に向かって隣り合う別のフィン１３との間隔を漸次縮小させるように構成される。すなわち、複数のフィン１３のそれぞれは、図３（ｃ）に示すように、概略三角形の断面形状を有し、その三角形の１つの頂点をリング部１２の軸方向の一方側（水又は水蒸気が流れる方向の上流側）に向けると共に、底辺をリング部１２の軸方向の他方側（水又は水蒸気が流れる方向の下流側）に向けた状態に配置される。水又は水蒸気が流れる方向に沿って複数のフィン１３のそれぞれが隣り合うフィン１３との間隔を漸次縮小させることにより、水又は水蒸気がリング部１２の内側を通過するときには、水又は水蒸気を圧縮した後に膨張させることができると共に、水や水蒸気をフィン１３に対して確実に衝突（接触）させることができる。

このような発熱エレメント１１は、リング部１２の表面に形成された突起１５を、その表面側において隣り合う別の発熱エレメント１１の裏面側に形成された凹部１６に嵌合させることにより、複数の発熱エレメント１１のリング部１２を互いに密着させることができる。また本実施形態では、複数の発熱エレメント１１のそれぞれを、耐熱ケース２の内部において耐熱ケース２の長手方向に沿って隣り合う別の発熱エレメント１１に対して所定角度ずつ回転させた状態に配置して密着させる。

図４は、複数の発熱エレメント１１ａ〜１１ｉの配置例を示す図である。尚、図４に示す矢印Ｆは、水又は水蒸気が通る方向を示している。図４に示すように、複数の発熱エレメント１１ａ〜１１ｉを軸方向に沿って順に装着していくとき、各発熱エレメント１１を例えば４０度ずつ回転させた状態に取り付ける。このとき、各発熱エレメント１１の表面側に設けられた複数の突起１５は、その表面側に隣り合う別の発熱エレメント１１の裏面側に形成されている複数の凹部１６の位置と合致する。そのため、複数の発熱エレメント１１ａ〜１１ｉを順に４０度ずつ回転させた状態に取り付けても、リング部１２の表面に形成された突起１５を、その表面側において隣り合う別の発熱エレメント１１の裏面側に形成された凹部１６に嵌合させることが可能であり、複数の発熱エレメント１１ａ〜１１ｉのリング部１２を互いに密着させることができる。

また複数の発熱エレメント１１ａ〜１１ｉのそれぞれに設けられた孔１４は、各発熱エレメント１１が４０度回転した状態となっても同じ位置に存在する。そのため、複数の発熱エレメント１１を密着させたとき、複数の発熱エレメント１１ａ〜１１ｉのそれぞれに設けられた孔１４の位置が全て一致するので、ガイド部材９を複数の発熱エレメント１１に連通する孔１４に挿通させることができ、複数の発熱エレメント１１を密着させた状態に保持することが可能である。ガイド部材９は、発熱モジュール１０の両端部分で折り曲げておくことにより、各発熱エレメント１１がガイド部材９から離脱してしまうことを防止することができる。尚、ガイド部材９は、発熱モジュール１０に対して２，３本程度取り付けられれば良く、必ずしも９個の孔１４の全てにガイド部材９を取り付けなくても良い。

上記のように複数の発熱エレメント１１を１つずつ所定角度回転させた状態にして装着していくと、発熱モジュール１０においては、水又は水蒸気を通過させるためのスリットが順次回転した状態となる。例えば本実施形態では４０度ずつ回転させていくので、連続的に配置される９個の発熱エレメント１１により、スリットが１回転（３６０度回転）する。このようなスリットの回転により、耐熱ケース２の内側を吐出口６ａに向かって進行する水又は水蒸気に螺旋状の渦流を形成させることができる。そしてスリットの回転方向は、複数の発熱エレメント１１を所定角度ずつ回転させた状態に配置するときの回転方向によって調整可能である。本実施形態では、上記のようにして構成される発熱モジュール１０が耐熱ケース２の長手方向のほぼ全域に亘って配置される。

図５は、発熱エレメント１１の発熱原理を示す図である。コイル駆動部２１によって高周波のコイル電流Ｉcoilがコイル５に出力されると、耐熱ケース２の内側の磁束密度Ｂが、コイル電流Ｉcoilに応じて変化する。この磁束密度Ｂの変化は、発熱エレメント１１のリング部１２に対して直角方向に作用する。そして磁束密度Ｂの変化によって発熱エレメント１１のリング部１２に渦電流Ｉｅが誘導される。つまり、リング部１２は一種のコイルとして作用するのである。このようなリング部１２は、磁束密度Ｂが変化する方向に対して直角に設けられると共に、断熱管４の内壁に沿った円環状に設けられるため、磁束密度Ｂの変化に応じて渦電流Ｉｅを高効率で発生させることができる。すなわち、本実施形態では、コイル５に高周波のコイル電流Ｉcoilを流すことにより、個々の発熱エレメント１１のリング部１２に比較的大きな渦電流Ｉｅを流すことができるのである。この渦電流Ｉｅは熱エネルギーに変換され、発熱エレメント１１を発熱させる。発熱エレメント１１の発熱量は渦電流Ｉｅによって定まり、本実施形態では、リング部１２に大きな渦電流Ｉｅが流すことができるので、発熱エレメント１１における発熱量を大きくすることができる。その結果、リング部１２だけでなく、複数のフィン１３のそれぞれが高温状態に昇温する。そして複数の発熱エレメント１１のそれぞれが耐熱ケース２の内側で生じる磁束密度Ｂの変化に応じた発熱作用を示すことにより、水又は水蒸気が通過する耐熱ケース２の内部空間を加熱する。

本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、図１に示すように、耐熱ケース２の中央部分よりも供給口７ａ側のコイル密度を高くした部分を飽和水蒸気発生領域Ｒ１とし、その飽和水蒸気発生領域Ｒ１よりも下流側の部分を過熱水蒸気発生領域Ｒ２としている。つまり、本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、飽和水蒸気発生領域Ｒ１と過熱水蒸気発生領域Ｒ２とを１つのユニットで実現しているのである。そして本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、供給口７ａから供給する水量を所定の上限値以下に抑えることにより、吐出口６ａから水滴などが吐出されず、所定の温度に過熱された過熱水蒸気を良好に吐出させることができるように構成される。

飽和水蒸気発生領域Ｒ１では、供給口７ａから供給される水が加熱されて飽和水蒸気が生成される。この飽和水蒸気発生領域Ｒ１では、発熱エレメント１１のスリットの回転方向が正逆２方向となるように複数の発熱エレメント１１が組み合わせられる。例えば供給口７ａ側の端部に配置される９個の発熱エレメント１１は１個ずつ右周り方向に４０度ずつ回転させることによりスリットを右周り方向に一回転させ、次の９個の発熱エレメント１１は１個ずつ左周り方向に４０度ずつ回転させることによりスリットを左周り方向に回転させる。飽和水蒸気発生領域Ｒ１では、このような正逆２方向の回転を繰り返すように複数の発熱エレメント１１が配置される。

図６は、耐熱ケース２の内部に生じる渦流の例を示す図である。飽和水蒸気発生領域Ｒ１では、上述のように正逆２方向の回転を繰り返すように複数の発熱エレメント１１が配置されることにより、供給口７ａから供給される水は、耐熱ケース２の内側を進行するとき、右周りの渦流と左周りの渦流とを交互を生じるようになる。そして水や水蒸気が飽和水蒸気発生領域Ｒ１に設けられた複数の発熱エレメント１１を通過していくときには、右周りの渦流と左周り渦流との切り替え位置に相当する部分が抵抗となり、その部分で水や水蒸気が高温状態に発熱したフィン１３に衝突（接触）してフィン１３から直接熱交換を受ける。尚、図６では、右周りの渦流と左周りの渦流とが１回ずつ生じる場合を例示しているが、右周りの渦流と左周りの渦流とが複数回入れ替わるようにしても良い。

また飽和水蒸気発生領域Ｒ１では、コイル５のコイル密度が高いため、複数の発熱エレメント１１は、水による冷却作用を受ける場合であっても少なくとも百度〜百数十度程度の温度に発熱させることができる。そのような飽和水蒸気発生領域Ｒ１を、水又は水蒸気が圧縮、膨張、衝突、回転（渦流回転）を繰り返しながら下流側に向かって進行していくため、供給口７ａから流入する水を飽和水蒸気発生領域Ｒ１において確実に飽和水蒸気に変化（相転移）させることができる。そのため、飽和水蒸気発生領域Ｒ１よりも下流側の過熱水蒸気発生領域Ｒ２には飽和水蒸気だけを進行させることができ、水の状態で飽和水蒸気発生領域Ｒ１から過熱水蒸気発生領域Ｒ２へ進入することを防止できる。

一方、過熱水蒸気発生領域Ｒ２では、飽和水蒸気発生領域Ｒ１で発生する飽和水蒸気が更に加熱されて過熱水蒸気が生成される。この過熱水蒸気発生領域Ｒ２では、発熱エレメント１１のスリットの回転方向が一方向となるように複数の発熱エレメント１１が組み合わせられる。例えば過熱水蒸気発生領域Ｒ２に設けられる複数の発熱エレメント１１は１個ずつ右周り方向に４０度ずつ回転させることによりスリットを右周り方向に連続回転させる。過熱水蒸気発生領域Ｒ２では、このような一方向の回転を繰り返すように複数の発熱エレメント１１が配置される。これにより、飽和水蒸気発生領域Ｒ１から流入する飽和水蒸気は、耐熱ケース２の内側を進行するとき、図６に示すように、常に一方向に回転する渦流を生じるようになる。つまり、過熱水蒸気発生領域Ｒ２では回転方向の切り替わりによる抵抗が存在しないため、過熱水蒸気又は飽和水蒸気が耐熱ケース２の内側を一定の速度で進行する。ただし、過熱水蒸気又は飽和水蒸気が各発熱エレメント１１に設けられた複数のフィン１３の間のスリットを通過するとき、圧縮、膨張、衝突、回転（渦流回転）を繰り返しながら下流側に向かって進行して行く点は、飽和水蒸気発生領域Ｒ１と同様である。

また過熱水蒸気発生領域Ｒ２には、コイル密度の低い低発熱領域Ｒ２１と、コイル密度の高い高発熱領域Ｒ２２とが設けられ、飽和水蒸気発生領域Ｒ１で発生した飽和水蒸気は、まず低発熱領域Ｒ２１を通過してから次に高発熱領域Ｒ２２を通過するように構成される。

低発熱領域Ｒ２２では、コイル５のコイル密度が飽和水蒸気発生領域Ｒ１よりも低くなるため、飽和水蒸気発生領域Ｒ１から過熱水蒸気発生領域Ｒ２に移行した部分（耐熱ケース２の中央部分）では、耐熱ケース２の内側で生じる磁束密度Ｂの変化が飽和水蒸気発生領域Ｒ１よりも小さくなり、発熱エレメント１１のリング部１２に生じる渦電流Ｉｅも比較的小さくなる。したがって、飽和水蒸気発生領域Ｒ１から過熱水蒸気発生領域Ｒ２に移行した部分では、発熱エレメント１１の発熱量が抑えられる。ただし、過熱水蒸気発生領域Ｒ２には水が進入しないため、発熱エレメント１１は、水による冷却作用を受けない。その結果、過熱水蒸気発生領域Ｒ２に移行した部分に設けられる発熱エレメント１１は発熱量が抑えられるものの、その温度は飽和水蒸気発生領域Ｒ１に設けられている発熱エレメント１１よりも若干高温になる。そして低発熱領域Ｒ２２では、飽和水蒸気発生領域Ｒ１よりも発熱エレメント１１の温度を若干高くした状態で飽和水蒸気を比較的ゆっくりと加熱し、飽和水蒸気を昇温させる。

高発熱領域Ｒ２２では、コイル５のコイル密度が低熱熱領域Ｒ２２よりも高くなるため、飽和水蒸気発生領域Ｒ１から過熱水蒸気発生領域Ｒ２に移行した部分（耐熱ケース２の中央部分）では、耐熱ケース２の内側で生じる磁束密度Ｂの変化が低発熱領域Ｒ２１よりも大きくなり、発熱エレメント１１のリング部１２に生じる渦電流Ｉｅも大きくなる。したがって、高発熱領域Ｒ２２では、発熱エレメント１１の発熱量が大きくなり、例えば四百度程度の高温状態まで昇温する。つまり、高発熱領域Ｒ２２に設けられる発熱エレメント１１は、低発熱領域Ｒ２１に設けられる発熱エレメント１１よりも高温状態となるのである。その結果、高発熱領域Ｒ２２において過熱水蒸気が所定の温度（例えば２５０度程度）まで昇温する。そして最終的に所定の温度まで過熱された過熱水蒸気がノズル部６の吐出口６ａから吐出される。

上記のように構成される過熱水蒸気発生装置１は、耐熱ケース２の長手方向中央部分におけるコイル密度を、耐熱ケース２の内部に水を供給する供給口７ａ側のコイル密度よりも低くした状態に一連のコイル５を巻き回しており、コイル駆動部２１によってコイル電流Ｉcoil（交流電流）が供給されることにより耐熱ケース２の内部に生じる中央部分の磁束密度Ｂの変化が、供給口７ａ側の磁束密度Ｂの変化よりも小さくなる。これにより、水が飽和水蒸気となった直後の空焚き状態において耐熱ケース２の内側が極度な高温状態になることを防止でき、断熱管４やコイル支持管３の局所的な部分に過度な温度差が生じることを抑制することができる。したがって、温度差によるヒートショックが耐熱ケース２の局所的部分に集中することを防止でき、ヒートショックによる耐熱ケース２の破損を防ぐことが可能である。その結果、本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、１つの加熱ユニットで水から過熱水蒸気を発生させることができ、装置全体を小型化することが可能となり、例えば手持ち型ガンタイプのヘッド部分に内蔵することも可能となる。

また本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、耐熱ケース２の内部から過熱水蒸気を吐出する吐出口６ａ側のコイル密度を、耐熱ケース２の中央部分におけるコイル密度よりも高くした状態に一連のコイル５を巻き回しており、コイル駆動部２１によって交流電流が供給されることにより耐熱ケース２の内部に生じる吐出口６ａ側の磁束密度Ｂの変化が、耐熱ケース２の中央部分の磁束密度Ｂの変化よりも大きくなる。これにより、水から飽和水蒸気が生成される部分よりも一定距離以上離れた部分では、耐熱ケース２の内側を十分な高温状態にして過熱水蒸気を所定の温度まで上昇させることができる。ここで、吐出口６ａ側を高温状態に昇温させると、耐熱ケース２の中央部分では、供給口７ａ側と吐出口６ａ側との温度差による温度勾配が生じるが、その温度勾配の傾きは比較的緩やかであり、耐熱ケース２を破損させる程の局所的なヒートショックを与えるものではない。寧ろ、吐出口６ａ側のコイル密度を中央部分よりも高くして耐熱ケース２の内側を十分な高温状態とすることにより、過熱水蒸気発生領域Ｒ２の長さを短くしつつ、所定の温度の過熱水蒸気を発生させることができるので、過熱水蒸気発生装置１の小型化という点でより一層有利である。

また本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、複数の発熱エレメント１１のそれぞれを順次所定角度ずつ回転させた状態に配置し、それら複数の発熱エレメント１１の内側に水や水蒸気の渦流を形成する構成である。このような構成によれば、所定の温度の過熱水蒸気となるに至っていない水や水蒸気が耐熱ケース２の内側を直進して吐出口６ａから吐出されてしまうことを防止することができる。つまり、本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、仮に吐出口６ａを下方に向けた状態であっても、供給口７ａから供給した水が耐熱ケース２の内側で渦流を形成しながら複数の発熱エレメント１１の内側を進行することにより、効率よく且つ確実に水又は水蒸気を加熱することが可能であり、吐出口６ａから吐出されるまでに所定の温度の過熱水蒸気に変化させることが可能である。したがって、本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、任意の方向に過熱水蒸気を吐出することができるという点で利便性に優れたものとなっている。ただし、供給口７ａから供給する単位時間当たりの水量は、所定の上限値（例えば５ｍｌ／ｓ〜２０ｍｌ／ｓ）を超えないことが条件となる。

尚、上述した過熱水蒸気発生装置１は、多種多様な用途に使用できるものである。例えば過熱水蒸気によって熱膨張率の異なる二層間に層間剥離を生じさせ、壁紙や塗料などを母材から剥離する剥離器として使用できる。特に上述した過熱水蒸気発生装置１は、従来と比較すると小型化が可能であるため、狭小な作業場所でも使用し得る剥離器を実現することが可能であり、従来は剥離器を使用することができなかった場所でも剥離器を使用することができるようになる。またその他にも、上述した過熱水蒸気発生装置１は、融雪器や調理器具などとしても使用することが可能である。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態で説明したものよりも、供給口７ａから供給する単位時間当たりの水量をより多くすることができるようにした構成例について説明する。

図７は、この第２実施形態における過熱水蒸気発生装置１の構成を示す断面図である。この過熱水蒸気発生装置１では、耐熱ケース２の内側に設けられる発熱モジュール１０が、第１実施形態で説明した複数の発熱エレメント１１と、円筒状に形成される一対の筒状部材３１，３２と、それら一対の筒状部材３１，３２の間に配置されるバッフルプレート（邪魔板）３３とを備えて構成される。尚、その他の点は、第１実施形態と同様である。

図８は、発熱モジュール１０を拡大して示す斜視図である。筒状部材３１，３２は、ステンレスなどで形成され、発熱エレメント１１と略同径を有する円筒管である。またバッフルプレート３３は、ステンレスなどで形成され、発熱エレメント１１と略同径の円盤状部材であり、その中心に表裏を貫通する孔３４を有している。孔３４の直径は、例えば発熱エレメント１１のリング部１２の内径よりも小さく形成される。これら筒状部材３１，３２及びバッフルプレート３３は、複数の発熱エレメント１１を上流側と下流側とに二分する所定の位置に介挿される。そして筒状部材３１はバッフルプレート３３の上流側に配置され、筒状部材３２はバッフルプレート３３の下流側に配置される。例えば、筒状部材３１は、図７に示すように、飽和水蒸気発生領域Ｒ１から過熱水蒸気発生領域Ｒ２に移行する境界部分に配置され、バッフルプレート３３及び筒状部材３２はその下流側に隣接して配置される。尚、これらの筒状部材３１，３２及びバッフルプレート３３もまた、耐熱ケース２の内部の磁束密度Ｂの変化によって渦電流Ｉｅが誘導されるため、コイル５にコイル電流Ｉcoilが流れることにより発熱する。

上記のように発熱モジュール１０に一対の筒状部材３１，３２とバッフルプレート３３とを設けることにより、発熱モジュール１０の内部に飽和水蒸気を溜めることができる一定の空間を２箇所形成することができる。図９は、発熱モジュール１０の筒状部材３１，３２及びバッフルプレート３３が設けられた部分を拡大して示す断面図である。図９に示すように、バッフルプレート３３の上流側には筒状部材３１の内側に第１の空間３１ａが形成され、バッフルプレート３３の下流側には筒状部材３２の内側に第２の空間３２ａが形成される。第１の空間３１ａに飽和水蒸気が流れ込むときには、その上流側に位置する発熱エレメント１１の複数のフィン１３によって形成されるスリットの隙間から流れ込むため、矢印Ｆ３で示すように第１の空間３１ａ内に拡散する。このとき、仮に水滴が第１の空間３１ａに流れ込んだとしても、飽和水蒸気の場合と同様に、その水滴はスリットの隙間から流れ込むときに矢印Ｆ３で示すように第１の空間３１ａ内に拡散する。そのため、水滴がバッフルプレート３３に形成された孔３４を通って下流側の第２の空間３２ａに流入することはない。そして水滴は、第１の空間３１ａに留まり、第１の空間３１ａで十分に加熱されて飽和水蒸気に変化する。

また第２の空間３２ａに飽和水蒸気が流れ込むときには、その上流側に位置するバッフルプレート３３に形成される孔３４から流れ込むため、矢印Ｆ４で示すように第２の空間３１ａ内に拡散する。このとき、仮に孔３４から水滴が第２の空間３２ａに流れ込んだとしても、飽和水蒸気の場合と同様に、その水滴は孔３４から流れ込むときに矢印Ｆ４で示すように第２の空間３２ａ内に拡散する。そのため、仮に水滴が第２の空間３２ａに流れ込んだとしても、第２の空間３２ａで十分に加熱して飽和水蒸気に変化させることができるようになる。

このように本実施形態では、飽和水蒸気発生領域Ｒ１から過熱水蒸気発生領域Ｒ２に水滴が流入した場合であっても、発熱モジュール１０に設けた一対の筒状部材３１，３２とバッフルプレート３３により、過熱水蒸気発生領域Ｒ２の上流側部分でその水滴を確実に飽和水蒸気に変化させることができ、それよりも下流側で飽和水蒸気を更に加熱していくことができるようになる。そのため、本実施形態の過熱水蒸気発生装置１は、第１実施形態で説明したものよりも、供給口７ａから供給する単位時間当たりの水量を多くしても吐出口６ａから所定の温度の過熱水蒸気を良好に吐出させることができるようになる。例えば、第１実施形態で説明した過熱水蒸気発生装置１の単位時間当たりの水量の上限値が、５ｍｌ／ｓ〜２０ｍｌ／ｓであるとすると、本実施形態の過熱水蒸気発生装置１では、２５ｍｌ／ｓ程度まで上限値を上げることができる。

尚、本実施形態では、バッフルプレート３３の上流側と下流側の双方に筒状部材３１，３２を設ける例を示したが、バッフルプレート３３の上流側と下流側のいずれか一方に筒状部材３１又は３２を設けても一定の効果を発揮する。そのため、発熱モジュール１０は、少なくとも１つの筒状部材３１又は３２を設けたものであっても構わない。

（変形例）
以上、本発明に関する一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態において説明した内容のものに限られるものではなく、種々の変形例が適用可能である。

例えば上記実施形態では、吐出口６ａを下方に向けた状態でも過熱水蒸気を良好に吐出できるようにするため、図６に示したように耐熱ケース２の内側に渦流を発生させるように構成されている。しかし、吐出口６ａを下方に向けた状態で使用しない場合には、必ずしも耐熱ケース２の内側に渦流を発生させなくても良い。その場合、複数の発熱エレメント１１の一部又は全部のスリット方向を揃えた状態に配置しても良い。

また上記実施形態では、発熱エレメント１１に複数のフィン１３を設け、それら複数のフィン１３の間にスリットを形成する場合を例示した。しかし、発熱エレメント１１は、そのようなものに限られず、例えばリング部１２の内側をハニカム形状としたものであっても構わない。

１ 過熱水蒸気発生装置
２ 耐熱ケース
３ コイル支持管
４ 断熱管
５ コイル
１０ 発熱モジュール
１１ 発熱エレメント
１２ リング部
１３ フィン
２１ コイル駆動部（コイル駆動手段）
Ｒ１ 飽和水蒸気発生領域
Ｒ２ 過熱水蒸気発生領域

Claims (6)

1. 一端から水を供給し、他端から過熱水蒸気を吐出する筒状の耐熱ケースと、
   前記耐熱ケースの外周面に巻き回したコイルと、
   前記耐熱ケースの内部において前記耐熱ケースの長手方向に沿って互いに密着状態に設けられる複数の発熱エレメントと、
   前記コイルに交流電流を流すコイル駆動手段と、
   を備え、
   前記発熱エレメントは、前記耐熱ケースの内部に生じる磁束密度変化によって渦電流を生じさせるリング部と、前記リング部の内側において所定間隔で互いに平行に設けられた複数のフィンと、を有し、
   前記コイルは、前記耐熱ケースの長手方向中央部分におけるコイル密度を、前記耐熱ケースの内部に水を供給する供給口側のコイル密度よりも低くした状態に巻き回され、前記コイル駆動手段によって交流電流が供給されることにより前記耐熱ケースの内部に生じる前記中央部分の磁束密度変化を前記供給口側の磁束密度変化よりも小さくしたことを特徴とする過熱水蒸気発生装置。
2. 前記コイルは、前記耐熱ケースの内部から過熱水蒸気を吐出する吐出口側のコイル密度を、前記中央部分におけるコイル密度よりも高くした状態に巻き回され、前記コイル駆動手段によって交流電流が供給されることにより前記耐熱ケースの内部に生じる前記吐出口側の磁束密度変化を前記中央部分の磁束密度変化よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の過熱水蒸気発生装置。
3. 前記複数のフィンのそれぞれは、前記リング部の軸方向の一方側から他方側に向かって隣接するフィンとの間隔を漸次縮小させる形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の過熱水蒸気発生装置。
4. 前記複数のフィンのそれぞれは、略三角形の断面形状を有し、一の頂点を前記リング部の軸方向の一方側に向けた状態に配置されることを特徴とする請求項３に記載の過熱水蒸気発生装置。
5. 前記複数の発熱エレメントのそれぞれは、前記耐熱ケースの内部において前記耐熱ケースの長手方向に沿って隣接する別の発熱エレメントに対し、軸方向を中心に所定角度回転した状態に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の過熱水蒸気発生装置。
6. 前記耐熱ケースの長手方向の所定位置において、前記複数の発熱エレメントの間に、少なくとも１つの筒状部材とバッフルプレートとが介挿されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の過熱水蒸気発生装置。

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