JP7406801B2

JP7406801B2 - 過熱水蒸気生成装置

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Publication number: JP7406801B2
Application number: JP2020081926A
Authority: JP
Inventors: 泰広藤本; 徹外村
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2040-05-07
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Description

本発明は、過熱水蒸気生成装置に関するものである。

近年、過熱水蒸気を用いて、被処理物の洗浄、乾燥又は殺菌を行う過熱水蒸気処理装置が考えられている（例えば特許文献１）。

この過熱水蒸気生成装置は、水を加熱して飽和水蒸気を生成する飽和水蒸気生成部と、この飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部とを備えている。また、過熱水蒸気生成装置としては、飽和水蒸気生成部を有さず、外部で生成された飽和水蒸気が供給されて過熱水蒸気を生成するものもある。

これらの過熱水蒸気生成装置において生成する過熱水蒸気を大容量化するためには、過熱水蒸気生成部を大型化することが考えられる。例えば、過熱水蒸気生成部が導体管を誘導加熱又は通電加熱するものの場合には、導体管を大径化すること等が考えられる。

しかしながら、導体管を大径化すると導体管の曲げ加工が難しくなり、設計の自由度が失われてしまう。その他、１つの過熱水蒸気生成部を大型化すると、当該過熱水蒸気生成部の製品検査に用いる試験設備も大型化してしまい、その製造も困難である。

特開２００６－２２６５６１号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、１つの過熱水蒸気生成部を大型化することなく、過熱水蒸気の生成を大容量化することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、導入ポートから導入された水蒸気を加熱して導出ポートから過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気生成装置であって、水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部と、前記導入ポートから導入された水蒸気を分配して前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に導入する分配管と、前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部により生成された過熱水蒸気を合流して前記導出ポートから導出させる合流管とを備えることを特徴とする。

このような過熱水蒸気生成装置であれば、複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に水蒸気を分配し、複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部で生成された過熱水蒸気を合流して導出しているので、１つの過熱水蒸気生成部を大型化することなく、過熱水蒸気の生成を大容量化することができる。

分配管には水蒸気が流れることになるが、当該分配管で水蒸気が液化してしまうと、最終的には導出ポートから液化した水が導出されてしまう恐れがある。
水蒸気の液化を防止するためには、過熱水蒸気生成装置は、前記分配管を加熱する分配管加熱部をさらに備えることが望ましい。なお、分配管加熱部は、分配管を１００℃以上に加熱することが望ましい。

合流管には過熱水蒸気が流れることになるが、当該合流管で水蒸気が液化してしまうと、最終的には導出ポートから液化した水が導出されてしまう恐れがある。また、所望の温度の過熱水蒸気を導出ポートから導出することができなくなってしまう。
水蒸気の液化を防止するとともに所望の温度の過熱水蒸気を導出するためには、過熱水蒸気生成装置は、前記合流管を加熱する合流管加熱部をさらに備えることが望ましい。なお、合流管加熱部は、合流管を過熱水蒸気の設定温度に加熱することが望ましい。

具体的な実施の態様としては、前記複数組の過熱水蒸気生成部は、偶数組であり、前記複数組の過熱水蒸気生成部は、それぞれの過熱水蒸気導出口が互いに向き合うように左右２列に配置されていることが考えられる。
この構成であれば、左右２列の過熱水蒸気生成部の過熱水蒸気導出口が互いに向き合うように配置されているので、それぞれの過熱水蒸気導出口と合流管との接続構成を簡単にできる。

装置全体の配管の取り回しを簡単にするためには、前記複数組の過熱水蒸気生成部は、左右対称となるように２列に配置されており、前記合流管は、前記左右２列の過熱水蒸気生成部の間を通って、前記複数組の過熱水蒸気生成部に接続されていることが望ましい。

過熱水蒸気生成装置から液化した水が導出されることを防止するためには、過熱水蒸気生成装置は、前記導出ポートから前記水蒸気が液化した水が導出されることを防止する出水防止機構をさらに備え、前記出水防止機構は、前記過熱水蒸気生成部の温度を検出する温度センサと、前記過熱水蒸気生成部を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記導入ポートに前記水蒸気が導入される前に、前記温度センサの検出温度が１００℃以上となるように、前記過熱水蒸気生成部を制御することが望ましい。
この構成であれば、出水防止機構により導出ポート側の温度を１００℃以上に加熱した後に、導入ポートに水蒸気が導入されるように構成しているので、導出ポートから水蒸気が液化した水が導出されることを防ぐことができる。その結果、過熱水蒸気を用いて熱処理される被処理物に対して、液化した水が与える悪影響を抑制することができる。

具体的に前記過熱水蒸気生成部は、前記合流管に接続される接続ポートを有している。
そして、導出ポートから液化した水が導出されないようにするためには過熱水蒸気生成部から液化した水が導出されないことが必要となり、過熱水蒸気生成部において少なくとも導出ポートの温度が１００℃以上である必要がある。そのため、前記温度センサは、前記導体管において前記導出ポート側に設けられていることが望ましい。

本発明の過熱水蒸気生成装置は、前記導入ポート側に開閉電磁弁が設けられている構成とすることが考えられる。
この構成において自動的に出水防止機能が働くようにするためには、前記制御装置は、前記温度センサの検出温度が１００℃以上となった場合に、前記開閉電磁弁を開放して、前記導入ポートに水蒸気を導入することが望ましい。また、飽和水蒸気生成装置と別々の装置構成の場合においても、過熱水蒸気生成装置が１００℃以上になる前に水蒸気が導入されないように、過熱水蒸気生成装置の導入ポート側でコントロールすることができる。

過熱水蒸気生成装置のヒートショックを緩和するためには、前記開閉電磁弁は、電動比例弁であり、前記制御装置は、前記電動比例弁の弁開度が徐々に大きくするように開放することが望ましい。

また本発明の過熱水蒸気生成装置は、前記導出ポート側に設けられ、前記水蒸気が液化した水をトラップする導出側トラップ機構をさらに備えることが望ましい。
この構成であれば、過熱水蒸気生成装置から液化した水が導出されることをより一層防止することができる。

さらに本発明に過熱水蒸気生成装置は、前記導入ポート側に設けられ、前記水蒸気が液化した水をトラップする導入側トラップ機構をさらに備えることが望ましい。
この構成であれば、過熱水蒸気生成装置に水蒸気が液化した水が導入されることを防止して、過熱水蒸気生成装置から液化した水が導出されることをより一層防止することができる。

過熱水蒸気生成部の具体的な実施の態様としては、前記過熱水蒸気生成部は、螺旋状に巻回された円筒状の導体管を有し、当該導体管を誘導加熱又は通電加熱するものであることが望ましい。
この構成の過熱水蒸気生成部を大容量化する場合には、導体管を大径化することが考えられるが、導体管を大径化すると、導体管を曲げることが難しくなり現実的ではない。導体管を無理なく変形させるためには、巻径を管径の１０倍程度にすることが一般的である。例えば直径が１００ｍｍの管を螺旋状に巻回するには、巻回径を１０００ｍｍ程度にすることが必要となり、製造が大変困難である。
一方で、本発明では、過熱水蒸気生成部を複数個又は複数組有するので、各過熱水蒸気生成部の導体管を大径化する必要がなく、大容量化が容易になる。

本発明の過熱水蒸気生成部は、いわゆるトランス型の構成とすることが考えられる。具体的には、前記過熱水蒸気生成部は、螺旋状に巻回された円筒状の導体管を軸方向に短絡させて、当該導体管の内側及び外側又はその一方に設けられた磁束発生機構により誘導加熱して、前記導体管を流れる水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成するものであることが考えられる。

複数個の過熱水蒸気生成部それぞれの加熱効率を向上するとともに、複数個の過熱水蒸気生成部の構成を簡略化するためには、前記磁束発生機構は、誘導コイルと当該誘導コイルの内側に設けられた鉄心とを備え、前記複数個の過熱水蒸気生成部における２つ以上の前記鉄心が継鉄心により接続されて閉磁路を形成していることが望ましい。

過熱水蒸気生成部、分岐管及び合流管はそれぞれ異なる温度になるため、互いの熱膨張の程度が異なる。そのため、過熱水蒸気生成装置は、前記過熱水蒸気生成部、前記分配管及び前記合流管の互いの熱膨張の差を吸収する熱膨張吸収構造を有することが望ましい。

生成する過熱水蒸気の容量を変更可能にするためには、前記分配管は、前記複数の過熱水蒸気生成部に対応した枝管を有しており、前記枝管に開閉弁が設けられており、水蒸気を分配する過熱水蒸気生成部の数又は水蒸気分配流量比を変更可能に構成することも考えられる。また、この構成であれば、メンテナンスが必要な過熱水蒸気生成部に水蒸気を分配しないようにできる。

前記分配管は、前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に対応した枝管を有しており、前記枝管の管径及び長さが調整されて、前記過熱水蒸気生成部それぞれに導入される水蒸気流量を同一とされていることが望ましい。
このように過熱水蒸気生成部それぞれに導入される水蒸気流量を同一にすることによって、各過熱水蒸気生成部の制御を共通にしつつ、同一温度の過熱水蒸気を得ることが容易となる。

また、本発明の過熱水蒸気生成装置は、前記過熱水蒸気生成部それぞれの導出側に個別に温度センサが設けられており、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記過熱水蒸気生成部それぞれから出力される過熱水蒸気の温度が同じとなるように制御されることが望ましい。
この構成では、過熱水蒸気生成装置から導出される過熱水蒸気温度は、導出ポート側の温度センサの検出温度に基づいて電力制御するとともに、過熱水蒸気生成部それぞれに設けられた個別の温度センサの検出温度に基づいて、過熱水蒸気生成部それぞれから出力される過熱水蒸気温度が同じとなるようにバランスを制御する。

このように構成した本発明によれば、１つの過熱水蒸気生成部を大型化することなく、過熱水蒸気の生成を大容量化することができる。

本発明の一実施形態に係る過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。同実施形態における過熱水蒸気生成部の具体的な構成を模式的に示す斜視図である。同実施形態における過熱水蒸気生成部の具体的な構成を模式的に示す断面図である。同実施形態における導体管の具体的な構成を模式的に示す斜視図である。同実施形態における磁束発生機構の鉄心構成を示す断面図である。同実施形態における分配管の構成を示す模式図である。同実施形態における合流管の構成を示す模式図である。同実施形態の停止状態から導入ポートに水蒸気を導入するまでの動作を示す図である。変形実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。変形実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。

以下に本発明に係る過熱水蒸気生成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜１．装置構成＞
本実施形態に係る過熱水蒸気生成装置１００は、外部で生成された水蒸気を加熱して、１００℃超（２００℃～２０００℃）の過熱水蒸気を生成するものである。なお、外部で水蒸気を生成する装置（水蒸気生成装置）としては、水から水蒸気を生成できるものであればよく、各種ボイラーを用いることができる。

本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、図１に示すように、導入ポートＰ１から導入された水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成し、当該過熱水蒸気を導出ポートＰ２から導出するものである。

具体的にこの過熱水蒸気生成装置１００は、水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する複数個の過熱水蒸気生成部２と、導入ポートＰ１から導入された水蒸気を分配して複数個の過熱水蒸気生成部２に導入する分配管３と、複数個の過熱水蒸気生成部２により生成された過熱水蒸気を合流して導出ポートＰ２から導出させる合流管４とを備えている。本実施形態では６つの過熱水蒸気生成部２を有する構成であるが、過熱水蒸気生成部の数はこれに限られない。また、複数の過熱水蒸気生成部２、分配管３及び合流管４は、筐体の内部に収容されており、当該筐体の側面から導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２が延び出る構成としてある。

まず、過熱水蒸気生成部２について説明する。
過熱水蒸気生成部２は、図１に示すように、偶数個設けられており、３個の過熱水蒸気生成部が１組として継鉄心（図１では不図示）で接続されている。そして、この２組の過熱水蒸気生成部２は、左右対称となるように左右２列に設けられている。このように配置された複数組の過熱水蒸気生成部２を多段に設けても良い。

各過熱水蒸気生成部２は、図２及び図３に示すように、螺旋状に巻回された円筒状の導体管２１を軸方向に短絡させて、当該導体管２１の内側及び外側又はその一方に設けられた磁束発生機構２２により誘導加熱して、導体管２１を流れる水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する。

導体管２１は、導入側接続ポートＰ３及び導出側接続ポートＰ４を有する水蒸気収容部である。この導体管２１は、導電性を有する管を螺旋状に巻回することによって円筒状とされるとともに軸方向に短絡されている。この導体管２１は、分配管３が接続され、水蒸気が導入される導入側接続ポートＰ３と、合流管４が接続され、過熱水蒸気を導出する導出側接続ポートＰ４とを有している。導出側接続ポートＰ４は、過熱水蒸気導出口を形成するものである。また、導体管２１の１巻に相当する巻回部分は互いに接触又は近接している。導体管２１の材質としては、例えばオーステナイト系ステンレス鋼やインコネル合金を用いることができる。なお、導体管２１の詳細な構成は後述する。

磁束発生機構２２は、導体管２１の内側及び外側に設けられて導体管２１を誘導加熱するものであり、導体管２１の内面及び外面に沿って設けられた誘導コイル２２１を有している。誘導コイル２２１には、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電源により交流電圧が印加される。

このように構成された過熱水蒸気生成装置１００では、誘導コイル２２１に５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電圧を印加することによって、導体管２１に誘導電流が流れて導体管２１がジュール発熱する。そして、導体管２１を流れる水蒸気が、導体管２１の内面から熱を受けて加熱されて過熱水蒸気が生成される。

そして、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００では、図２及び図４に示すように、導体管２１の導入側接続ポートＰ３が導体管２１の軸方向両端部に設けられるとともに、導体管２１の導出側接続ポートＰ４が導体管２１の軸方向中央部に設けられている。本実施形態の導出側接続ポートＰ４は、導体管２１を軸方向に２等分した位置に設けられているがこれに限られない。

具体的に導体管２１は、図４に示すように、軸方向中央部において２つの導体管要素２１１、２１２に分割されている。そして、各導体管要素２１１、２１２の軸方向外側端部２１１ａ、２１２ａに導入側接続ポートＰ３が設けられており、各導体管要素２１１、２１２の軸方向内側端部２１１ｂ、２１２ｂに導出側接続ポートＰ４が設けられている。これら２つの導体管要素２１１、２１２を軸方向に連続して配置することによって、導体管２１の導入側接続ポートＰ３が導体管２１の軸方向両端部に設けられるとともに、導体管２１の導出側接続ポートＰ４が導体管２１の軸方向中央部に設けられることになる。

各導体管要素２１１、２１２の互いに隣接する巻回部分が例えば溶接により電気的に接続されるとともに、２つの導体管要素２１１、２１２の互いに隣接する対向部分が電気的に接続されて、導体管全体として短絡回路が構成されている。これにより、導体管２１は１ターンの二次コイルとなる。なお、本実施形態の各導体管要素２１１、２１２は互いに同じ巻回数であるが、これに限られない。

ここで２つの導体管要素２１１、２１２の対向部分において、導出側接続ポートＰ４を除く部分が、周方向全体に亘って導電性を有する第１の接合要素（不図示）によって接合されている。この第１の接合要素は、溶接により形成されたものであっても良い。

本実施形態では、各導体管要素２１１、２１２の導出側接続ポートＰ４は、図４に示すように、各導体管要素２１１、２１２の軸方向内側端部２１１ｂ、２１２ｂを管直径の２倍の曲率半径で曲げて形成されている。ここでは、導出側接続ポートＰ４は、各導体管要素２１１、２１２の巻回部分を径方向外側に折り曲げられることによって形成されている。

一方の導体管要素２１１の軸方向内側端部２１１ｂと他方の導体管要素２１２の軸方向内側端部２１２ｂとは、周方向において互いに相寄る構成であり、２つの導体管要素２１１、２１２の導出側接続ポートＰ４は、互いに接触又は近接して設けられている。これら２つの導出側接続ポートＰ４は、導電性を有する第２の接合要素２１３によって互いに電気的に接合されている。本実施形態では、２つの導出側接続ポートＰ４の間に形成される空間を埋めるように第２の接合要素２１３により接合されている。第２の接合要素２１３は、導体管２１と同材質又は概略同等物性である。

このように構成された導体管２１に対して磁束発生機構２２の誘導コイル２２１は、図１及び図２に示すように、導体管２１の内側及び外側に設けられている。導体管２１の外側（導出側接続ポートＰ４の引き出し側）に設けられた誘導コイル２２１ｘは、軸方向に分割されて導出側接続ポートＰ４の上側と下側とにそれぞれ設けられている。また、導体管２１の内側（導出側接続ポートＰ４の引き出し側とは反対側）に設けられた誘導コイル２２１ｙは、軸方向に分割されずに一体構造とされている。

さらに磁束発生機構２２は、図５に示すように、内側の誘導コイル２２１ｙの内側に設けられた鉄心２２２を有している。そして、この鉄心２２２は、他の２つの鉄心２２２とともに継鉄心２２３、２２４により接続されて閉磁路を形成している。つまり、３つの鉄心２２２により３脚鉄心を構成している。この３脚鉄心を用いて接続された３つの過熱水蒸気生成部２が１組となる。本実施形態では、３つの過熱水蒸気生成部２が同一直線状に配置されていることから、３つの鉄心２２２が一列に並んだ３脚鉄心となる。なお、継鉄心２２３、２２４により接続する鉄心２２２の本数は３つに限られず、２つであっても良いし、４つ以上であっても良い。

次に、上記複数個の過熱水蒸気生成部２に水蒸気を分配する分配管３について、図６を参照して説明する。なお、図６には、説明の便宜上、一部の構成を省略している。

分配管３は、一端部に導入ポートＰ１を有しており、当該導入ポートＰ１から導入された水蒸気を複数個の過熱水蒸気生成部２に分配するものである。

この分配管３は、導入ポートＰ１を有する主管３１と、当該主管３１から分岐した枝管３２とを有している。枝管３２は、複数の過熱水蒸気生成部２の数に応じて設けられており、過熱水蒸気生成部２の導入側接続ポートＰ３が接続される接続ポートＰ５を有している。

本実施形態では、分配管３の主管３１が、左右２列に対称に配置された過熱水蒸気生成部２の間を通るように配置され、枝管３２が、主管３１から各過熱水蒸気生成部２の導入側接続ポートＰ３に向かって延びている。ここでは、各過熱水蒸気生成部２の導入側接続ポートＰ３が左右外側を向いており、枝管３２は主管３１から左右両側に分岐して、過熱水蒸気生成部２に対して左右外側から導入側接続ポートＰ３に接続される。ここで、分配管３の枝管３２は、その管径及び長さが調整されて、過熱水蒸気生成部それぞれに導入される水蒸気流量を同一とされていることが望ましい。

また、分配管３は、分配管加熱部３０により１００℃以上に加熱されている。分配管加熱部３０は、外部の熱源（例えばヒータ）を用いた構成であっても良いし、分配管３を導体管にして、当該分配管３を誘導加熱又は通電加熱する構成であっても良い。この分配管加熱部３０により、複数個の過熱水蒸気生成部２に供給される前に水蒸気が液化してしまうことを防止することができる。

次に、上記複数個の過熱水蒸気生成部２からの過熱水蒸気を合流する合流管４について、図７を参照して説明する。なお、図７には、説明の便宜上、一部の構成を省略している。

合流管４は、一端部に導出ポートＰ２を有しており、複数個の過熱水蒸気生成部２からの過熱水蒸気を合流して導出ポートＰ２から導出させるものである。

この合流管４は、導出ポートＰ２を有する主管４１と、当該主管４１に接続された枝管４２とを有している。枝管４２は、複数個の過熱水蒸気生成部２の数に応じて設けられており、過熱水蒸気生成部２の導出側接続ポートＰ４が接続される接続ポートＰ６を有している。

本実施形態では、合流管４の主管４１が、左右２列に対称に配置された過熱水蒸気生成部２の間を通るように配置され、枝管４２が、主管４１から各過熱水蒸気生成部２の導出側接続ポートＰ４に向かって延びている。ここでは、左右２列の過熱水蒸気生成部２の導出側接続ポートＰ４（過熱水蒸気導出口）は互いに対向するように左右内側に配置されており、合流管４の主管４１は、それら導出側接続ポートＰ４の間に配置されている。そして、各枝管４２は、主管４１から直線状に延びて各導出側接続ポートＰ４に接続される。

また、合流管４は、合流管加熱部４０により過熱水蒸気の設定温度に加熱されている。合流管加熱部４０は、外部の熱源（例えばヒータ）を用いた構成であっても良いし、合流管４を導体管にして、当該合流管４を誘導加熱又は通電加熱する構成であっても良い。この合流管加熱部４０により、過熱水蒸気が液化してしまうことを防止するとともに、導出ポートＰ２から所望の温度の過熱水蒸気を導出することができる。

＜２．出水防止機構＞
しかして、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、図１に示すように、導出ポートＰ２から水蒸気が液化した水が導出されることを防止する出水防止機構５を備えている。

この出水防止機構５は、導体管２１に設けられ、当該導体管２１の温度を検出する温度センサ５１と、当該温度センサ５１の検出温度が１００℃以上の設定温度となるように誘導加熱を制御する制御装置５２とを有している。

温度センサ５１は、導体管２１において導出側接続ポートＰ４側に設けられている。ここでは、温度センサ５１は、複数の過熱水蒸気生成部２のうち代表の１つの過熱水蒸気生成部２の導体管２１に設けられている。なお、温度センサ５１を導出側接続ポートＰ４側に設ける場合には、導出側接続ポートＰ４が設けられた導体管２１の延出部分（螺旋部分から延び出た部分）に設ける他、導出側接続ポートＰ４に隣接する導体管２１の螺旋部分（巻かれた部分）に設けても良いし、導出側接続ポートＰ４に接続される合流管４の枝管４２に設けても良い。

制御装置５２は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えたものであり、温度センサ５１の検出温度に基づいて、導入ポートＰ１に水蒸気が導入される前に、温度センサ５１の検出温度が１００℃以上の設定温度となるように複数の過熱水蒸気生成部２の誘導加熱を制御する。なお、１００℃以上の設定温度は、導体管２１の全体が確実に１００℃以上となるように設定されており、例えば１５０℃である。

ここで、出水防止機構５は、分配管３の導入ポートＰ１側に設けられた開閉電磁弁５３をさらに有している。ここでは、開閉電磁弁は、分配管３の主管３１に設けられている。なお、開閉電磁弁５３を導入ポートＰ１側に設ける場合には、導入ポートＰ１が設けられた分配管３の主管３１に設ける他、導入ポートＰ１に接続される接続管（不図示）に設けても良い。

そして、制御装置５２は、図８に示すように、例えば停止状態から運転開始後において、温度センサ５１の検出温度が１００℃以上の設定温度となった場合に、開閉電磁弁５３を自動的に開放して、導入ポートＰ１に水蒸気を導入する。本実施形態の開閉電磁弁５３は、電動比例弁であり、制御装置５２は電動比例弁５３の弁開度が徐々に大きくするように開放する。

電動比例弁５３の開閉時間（閉じた状態から開いた状態にするまでの時間）は、導入される水蒸気の温度と温度センサ５１の検出温度との差などに基づいて、調整することができる。例えば、水蒸気の温度と検出温度との差が小さければヒートショックの影響は小さいので、開閉時間を短くすることが考えられ、それらの差が大きければヒートショックの影響も大きいので、開閉時間を長くすることが考えられる。

その他、本実施形態では、図１に示すように、導出ポートＰ２側に、水蒸気が液化した水をトラップする導出側トラップ機構６が設けられている。導出側トラップ機構６は、液化した水を貯留する貯留部６１と、当該貯留部６１に溜まった水を排出する排出部６２とを有している。なお、導出側トラップ機構６を導出ポートＰ２側に設ける場合には、導出ポートＰ２が設けられた合流管４に設ける他、導出ポートＰ２に接続される接続管に設けても良い。ここで、導出側トラップ６は、過熱水蒸気生成装置１００の過熱水蒸気導出口にできるだけ近い位置に設けることが望ましい。

また、導入ポートＰ１側に、水蒸気が液化した水をトラップする導入側トラップ機構７が設けられている。導入側トラップ機構７は、液化した水を貯留する貯留部７１と、当該貯留部７１に溜まった水を排出する排出部７２とを有している。なお、導入側トラップ機構７を導入ポートＰ１側に設ける場合には、導入ポートＰ１が設けられた分配管３に設ける他、導入ポートＰ１に接続される接続管に設けても良い。ここで、導入側トラップ機構７は、過熱水蒸気生成部２の導入側接続ポートＰ３にできるだけ近い位置に設けることが望ましい。

＜３．本実施形態の効果＞
このように構成された本実施形態に係る過熱水蒸気生成装置１００によれば、複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部２に水蒸気を分配し、複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部２で生成された過熱水蒸気を合流して導出しているので、１つの過熱水蒸気生成部２を大型化することなく、過熱水蒸気の生成を大容量化することができる。

また、出水防止機構５により導出ポートＰ２側の温度を１００℃以上に加熱した後に、導入ポートＰ１に水蒸気が導入されるように構成しているので、導出ポートＰ２から水蒸気が液化した水が導出されることを防ぐことができる。その結果、過熱水蒸気を用いて熱処理される被処理物に対して、液化した水が与える悪影響を抑制することができる。

制御装置５２は、温度センサ５１の検出温度が１００℃以上の設定温度となった場合に、開閉電磁弁５３を開放して、導出ポートＰ１に水蒸気を導入するので、自動的に出水防止機能が働くようにできる。また、飽和水蒸気生成装置と別々の装置構成の場合において、過熱水蒸気生成装置が１００℃以上になる前に水蒸気が導入されないように、過熱水蒸気生成装置の導入ポート側でコントロールすることができる。

導出ポートＰ２側に導出側トラップ機構６を設けているので、過熱水蒸気生成装置１００から液化した水が導出されることをより一層防止することができる。また、導入ポートＰ１側に導入側トラップ機構７を設けているので、過熱水蒸気生成装置１００に水蒸気が液化した水が導入されることを防止して、過熱水蒸気生成装置１００から液化した水が導出されることをより一層防止することができる。

＜４．その他の本実施形態の効果＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、誘導加熱方式により導体管をジュール発熱させる構成であったが、直接通電加熱方式により導体管をジュール発熱させる構成であっても良い。また、導体管をジュール発熱させることなく、外部の熱源（例えばヒータ）により管を加熱することによって、当該管を流れる水蒸気を加熱する構成であっても良い。

また、前記実施形態の温度センサ５１は、導出ポートＰ２側に設けられているが、導体管２の温度が検出できる位置であれば、何れの位置であっても良い。

さらに、温度センサ５１は、代表の１つの過熱水蒸気生成部２の導体管２１に設ける構成の他に、複数の過熱水蒸気生成部２の導体管２１のそれぞれに設けても良い。この場合、制御装置５２は、複数の温度センサ５１の検出温度の全てが１００℃以上の設定温度となった場合に、電磁開閉弁５３を開放することが考えられる。

また、過熱水蒸気生成部２それぞれの導出側に個別に温度センサを設け、それぞれの個別の温度センサの検出温度に基づいて、過熱水蒸気生成部２それぞれから出力される過熱水蒸気の温度が同じとなるように制御しても良い。
過熱水蒸気生成装置１００から導出される過熱水蒸気温度は、導出ポートＰ２側の温度センサの検出温度に基づいて電力制御するとともに、過熱水蒸気生成部２それぞれに設けられた個別の温度センサの検出温度に基づいて、過熱水蒸気生成部２それぞれから出力される過熱水蒸気温度が同じとなるようにバランスを制御する。

その上、図９に示すように、分配管３の枝管３２のそれぞれに開閉弁３２Ｖを設けて、水蒸気が分配される過熱水蒸気生成部２を変更できるように構成しても良い。例えば、メンテナンス等が必要な過熱水蒸気生成部２には、当該過熱水蒸気生成部２に対応する開閉弁３２Ｖを閉じて、水蒸気が分配されないようにすることが考えられる。また、要求される過熱水蒸気の容量に応じて開放する開閉弁３２Ｖを手動又は自動で選択し、稼働する過熱水蒸気生成部２の数を変更することも考えられる。さらに、開閉弁３２Ｖの開度を手動又は自動で調整することにより、過熱水蒸気生成部２それぞれへの水蒸気分配量比を変更することも考えられる。

加えて、図１０に示すように、過熱水蒸気生成部２、分配管３及び合流管４の互いの熱膨張の差を吸収する熱膨張吸収構造８を有するものとしても良い。この熱膨張吸収構造８としては、例えば、分配管３と過熱水蒸気生成部２との間、及び、過熱水蒸気生成部２及び合流管４との間に、例えば蛇腹管などの可撓性を有する管を設けて構成することが考えられる。その他、分配管３に熱膨張吸収構造８を設けても良いし、過熱水蒸気生成部２に熱膨張吸収構造８を設けても良いし、合流管４に熱膨張吸収構造８を設けても良い。

さらに、前記実施形態の電磁開閉弁は、過熱水蒸気生成装置に設けられているが、過熱水蒸気生成装置に水蒸気を供給する水蒸気生成装置の導出側に設けられたものであっても良い。

その上、導体管の構成は、前記実施形態に限られず、１本の導体管を螺旋状に巻回して構成したものであっても良い。

また、過熱水蒸気生成装置が前記実施形態の構成に加えて、水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成部を有していても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・過熱水蒸気生成装置
Ｐ１・・・導入ポート
Ｐ２・・・導出ポート
２１・・・導体管
５・・・出水防止機構
５１・・・温度センサ
５２・・・制御装置
５３・・・開閉電磁弁（電動比例弁）
６・・・導出側トラップ機構
７・・・導入側トラップ機構

Claims

導入ポートから導入された水蒸気を加熱して導出ポートから過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気生成装置であって、
水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部と、
前記導入ポートから導入された水蒸気を分配して前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に導入する分配管と、
前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部により生成された過熱水蒸気を合流して前記導出ポートから導出させる合流管とを備え、
前記過熱水蒸気生成部は、螺旋状に巻回された円筒状の導体管を軸方向に短絡させて、当該導体管の内側及び外側又はその一方に設けられた磁束発生機構により誘導加熱して、前記導体管を流れる水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成するものである、過熱水蒸気生成装置。
導入ポートから導入された水蒸気を加熱して導出ポートから過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気生成装置であって、
水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部と、
前記導入ポートから導入された水蒸気を分配して前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に導入する分配管と、
前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部により生成された過熱水蒸気を合流して前記導出ポートから導出させる合流管と、
前記分配管を加熱する分配管加熱部とを備える、過熱水蒸気生成装置。
導入ポートから導入された水蒸気を加熱して導出ポートから過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気生成装置であって、
水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部と、
前記導入ポートから導入された水蒸気を分配して前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に導入する分配管と、
前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部により生成された過熱水蒸気を合流して前記導出ポートから導出させる合流管と、
前記合流管を加熱する合流管加熱部とを備える、過熱水蒸気生成装置。
導入ポートから導入された水蒸気を加熱して導出ポートから過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気生成装置であって、
水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部と、
前記導入ポートから導入された水蒸気を分配して前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に導入する分配管と、
前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部により生成された過熱水蒸気を合流して前記導出ポートから導出させる合流管とを備え、
前記複数組の過熱水蒸気生成部は、偶数組であり、
前記複数組の過熱水蒸気生成部は、それぞれの過熱水蒸気導出口が互いに向き合うように左右２列に配置されている、過熱水蒸気生成装置。
前記複数組の過熱水蒸気生成部は、左右対称となるように２列に配置されており、
前記合流管は、前記左右２列の過熱水蒸気生成部の間を通って、前記複数組の過熱水蒸気生成部に接続されている、請求項４に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記導出ポートから前記水蒸気が液化した水が導出されることを防止する出水防止機構をさらに備え、
前記出水防止機構は、前記過熱水蒸気生成部の温度を検出する温度センサと、前記過熱水蒸気生成部を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記導入ポートに前記水蒸気が導入される前に、前記温度センサの検出温度が１００℃以上となるように前記過熱水蒸気生成部を制御する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記導出ポートから前記水蒸気が液化した水が導出されることを防止する出水防止機構をさらに備え、
前記出水防止機構は、前記過熱水蒸気生成部の温度を検出する温度センサと、前記過熱水蒸気生成部を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記導入ポートに前記水蒸気が導入される前に、前記温度センサの検出温度が１００℃以上となるように前記過熱水蒸気生成部を制御するものであり、
前記過熱水蒸気生成部は、前記合流管に接続される接続ポートを有しており、
前記温度センサは、前記導体管において前記接続ポート側に設けられている、請求項１に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記導入ポート側に開閉電磁弁が設けられており、
前記制御装置は、前記温度センサの検出温度が１００℃以上となった場合に、前記開閉電磁弁を開放する、請求項６又は７に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記開閉電磁弁は、電動比例弁であり、
前記制御装置は、前記電動比例弁の弁開度が徐々に大きくするように開放する、請求項８に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記導出ポート側に設けられ、前記水蒸気が液化した水をトラップする導出側トラップ機構をさらに備える、請求項１乃至９の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記導入ポート側に設けられ、前記水蒸気が液化した水をトラップする導入側トラップ機構をさらに備える、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記過熱水蒸気生成部は、螺旋状に巻回された円筒状の導体管を有し、当該導体管を誘導加熱又は通電加熱するものである、請求項２乃至４の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記磁束発生機構は、誘導コイルと当該誘導コイルの内側に設けられた鉄心とを備え、
前記複数個の過熱水蒸気生成部における２つ以上の前記鉄心が継鉄心により接続されて閉磁路を形成している、請求項１に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記過熱水蒸気生成部、前記分配管及び前記合流管の互いの熱膨張の差を吸収する熱膨張吸収構造を有する、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記分配管は、前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に対応した枝管を有しており、
前記枝管に開閉弁が設けられており、水蒸気を分配する過熱水蒸気生成部の数又は水蒸気分配量比を変更可能に構成した、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記分配管は、前記複数個又は複数組の過熱水蒸気生成部に対応した枝管を有しており、
前記枝管の管径及び長さが調整されて、前記過熱水蒸気生成部それぞれに導入される水蒸気流量を同一とされている、請求項１乃至１５の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記過熱水蒸気生成部それぞれの導出側に個別に温度センサが設けられており、
前記温度センサの検出温度に基づいて、前記過熱水蒸気生成部それぞれから出力される過熱水蒸気の温度が同じとなるように制御される、請求項１乃至１６の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。