JPWO2009047952A1 - 過熱蒸気発生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、この凝縮水は、過熱蒸気発生後、運転を終了した場合に前記流体加熱器内に残留し、前記流体加熱器を構成する材質に耐水性及び耐熱性のステンレス鋼を用いたとしても、過熱蒸気環境下で特に熱的に厳しくなる部分に錆を発生させてしまう。
本発明は、上記の問題点を解決すべく創案されたものであって、排出される過熱済気体への液体の巻き込みを防止した気体の加熱装置及び過熱蒸気発生装置を提供することである。
請求項1に記載の発明は、使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置であって、第1の筒状体と、前記第1の筒状体の一方の端部から被加熱気体を該第1の筒状体内に導入する導入管路と、前記第1の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第1の筒状体と連通する第2の筒状体と、前記第2の筒状体の内部に挿入され、前記第1の筒状体と前記第2の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第2の筒状体と連通する第3の筒状体と、前記第3の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記被加熱気体を加熱する加熱手段と、を備え、前記第1の筒状体の一部に前記被加熱気体が凝縮して生じる液体の滞留部分を設けたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、前記導入管路から導入される被加熱気体と、前記第2の筒状体から前記第3の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、前記遮熱手段は、前記第2の筒状体の端部を閉塞する端板との間に空隙を有して配置された遮熱板であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、前記加熱手段は、前記第3の筒状体の外周面に沿わせて配置されたシーズヒータであり、前記第3の筒状体は、外周面から突出し前記シーズヒータを支持する支持部材を有することを特徴とする。
(a)前記飽和蒸気供給管が前記端板から前記外空間に所定の長さ突設される構造、
(b)前記飽和蒸気供給管が前記端板から所定の間隔離間した前記器体本体の側面部に設けられる構造、
(c)前記器体本体の側面の一部に所定の体積の外方膨出部を有する構造。
請求項1、2に記載の発明によれば、第1の筒状体の一部に被加熱気体が凝縮して生じる液体の滞留部分を設けたことによって、この液体が加熱済気体に巻込まれ、同伴して排出されることがない。また、滞留部分に滞留した液体は、加熱装置の運転中に加熱されて過熱蒸気となり排出されるので、ドレンとして排出する必要がない。
請求項2、3、4に記載の発明によれば、第2の筒状体から第3の筒状体へ流入する気体の被加熱気体による冷却を低減するため、加熱装置の効率を高めることができる。
請求項5に記載の発明によれば、遮熱手段を第2の筒状体の端部を閉塞する端板との間に空隙を有して配置された遮熱板とすることによって、遮熱効果を高めて加熱装置の効率をより高めることができる。
請求項6に記載の発明によれば、シーズヒータの振動を抑制して加熱装置の損傷を防止することができる。さらに、シーズヒータから支持部材を介して第3の筒状体に伝搬された熱が気体の加熱に貢献することから、加熱装置の効率をさらに高めることができる。
請求項7、8に記載の発明によれば、任意の方向にある対象物に過熱蒸気を直接作用させることができるコンパクトで配置上の制約のない、過熱蒸気発生量に制約が無く微細化した多孔質材が混入することの無い、装置内部に蓄積した凝縮水を巻き込んだ過熱蒸気を発生させ又は内部に錆を発生させることの無い、過熱蒸気発生装置を提供することができる。
本発明を適用した気体の加熱装置の第1の実施形態である過熱蒸気発生装置(水蒸気加熱装置)を、図面に基づいて説明する。この過熱蒸気発生装置は、ボイラ等で発生した飽和水蒸気を再加熱し、過熱水蒸気として排出するものである。図1は第1の実施形態の過熱蒸気発生装置の一部断面を含む平面図である。図2は、図1のII−II断面を示す断面図である。過熱蒸気発生装置の外観は、飽和水蒸気供給管10が接続された供給側端板30と器体本体20と過熱水蒸気排出管70が接続された排出側端板40から構成される。過熱蒸気発生装置の内部には、隔管50が配置され、過熱水蒸気排出管70を隔管50の閉端部近傍まで伸ばして流体流路を形成した上で、流体を効率よく加熱するために隔管50の内側で過熱水蒸気排出管70の外側にシーズヒータ60が配設される。過熱蒸気発生装置の内部の蒸気の流れ方向を、図中に矢印で示す。
器体本体20は、円筒状に形成されている。器体本体20の両端部21,22は、それぞれ供給側端板30及び排出側端板40によって閉塞されている。器体本体20は、本発明にいう第1の筒状体として機能する。
供給側端板30及び排出側端板40は、それぞれ平板状の円盤であって、その外周縁部が器体本体20の内周面と接する状態で嵌め込まれ、溶接等によって固定されている。
供給側端板30及び排出側端板40の中央部には、それぞれ飽和水蒸気供給管10及び過熱水蒸気排出管70が挿入され固定される開口31,41が形成されている。
隔管50は、本発明にいう第2の筒状体として機能する。
また、隔管50の端部52には、遮熱板110が設けられている。遮熱板110は、端板54の外表面(飽和水蒸気供給管10側の面)との間に空隙を有して配置された平板状の部材である。遮熱板110は、例えばステンレス鋼によって隔管50よりもわずかに径が大きい円盤状に形成されている。遮熱板110は、端板54と平行に配置されるとともに、後述する複数の支柱113で端板54から浮かせた状態で隔管50に固定されている。
遮熱板110は、1対のプレート111、112を層状に重ねた二重構造となっており、支柱113により隔管50に支持されている。
プレート111は、円盤状に形成され、隔管50の端板54と間隔を隔てて対向し、この端板54と平行に配置されている。プレート111の外周縁部には、隔管50と反対側(供給端板30側)に立ち上げられた立上部111aが形成されている。また、プレート111には、支柱113が挿入される開口111bが形成されている。
プレート112は、円盤状に形成され、プレート111の隔管50とは反対側の面部と間隔を隔てて対向し、プレート111と平行に配置されている。プレート112の外周縁部は、プレート111の立上部111aの突端部と溶接等によって接合されている。これによって、プレート111,112は、中空の円盤状の構造を形成する。
支柱113は、隔管50の端板54とプレート111とにわたして設けられた軸状の部材である。支柱113は、遮熱板110の周方向にほぼ等間隔に分散して、例えば3本が設けられる。支柱113の遮熱板110側の端部には円盤状のフランジ113aが固定される。このフランジ113aは、遮熱板110の内部(プレート111と112の間)に収容され、プレート111のプレート112側の面に固定されている。支柱113の隔管50側の端部は、端板54と例えば溶接等によって固定されている。
ここで、器体本体20をその軸心方向が鉛直方向と一致するように立てて配置し、供給側端板30を下側とした場合、飽和水蒸気供給管10の外周面と器体本体20の内周面との間が凝縮水溜80となる。この凝縮水溜80には、飽和水蒸気が器体本体20内で外気との熱交換等によって冷却されて発生する凝縮水(ドレン)が一時的に貯留される。
飽和水蒸気量を約3kg/時、シーズヒータ容量を900W、2700W、4500Wとした。本データから、飽和水蒸気を加熱した場合、雰囲気温度20℃からの加熱で、4500Wの場合、80gの凝縮熱水が発生したことが分かる。
図4に、シーズヒータ容量をパラメータにした雰囲気温度と凝縮水量の関係を示す。本図で過熱蒸気発生装置に使用したシーズヒータ容量は、900W、2700W、4500Wである。本データから、本実施形態の過熱蒸気発生装置で飽和水蒸気を加熱した場合、雰囲気温度0℃からの加熱では、4500Wの場合に凝縮水は100g程度発生することが分かる。したがって、過熱蒸気発生装置において、凝縮水溜80の総容積を、4500Wで発生する凝縮水100gに50%の安全率を考慮した150gの凝縮水が保持できることを条件として、飽和水蒸気供給管10の突出量とする。
前記対策により当然のことながら凝縮水は器内の過熱水蒸気により短時間で蒸発し湿り蒸気から過熱蒸気に移行するため、凝縮水をドレンとして器内から抜出す必要がなく全て過熱水蒸気として使用することができる。
この過熱水蒸気排出管70は、本発明にいう第3の筒状体、及び、排出管路として機能する。
シーズヒータ60の発熱部61は、過熱水蒸気排出管70の外周面から突き出して設けられたサポート100によって支持されている。
過熱水蒸気排出管70の外表面上軸方向に付設されたサポート100によってシーズヒータ60の耐振性を確保し、シーズヒータ60と過熱水蒸気排出管70及び隔管50の損傷事故を防ぎ、さらに連通する過熱水蒸気排出管70内を流れる過熱水蒸気への伝熱効率を付与された耐振及び加熱構造である。
また、第1の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置の構成がコンパクトであり配置上の制約が少なく、任意の方向にある対象物に過熱水蒸気を直接作用させることができる。また、多孔質材を使用しないので、微細化した多孔質材の粒が過熱水蒸気に混入することがない。
さらに、第1の実施形態によれば、装置内部に凝縮水が蓄積されることがないため、内部に錆が発生しにくく耐久性に優れている。
また、第1の実施形態によれば、シーズヒータ60を過熱水蒸気排出管70から突き出したサポート100によって支持することによって、シーズヒータ60の振動及びこの振動に伴う装置の破損を防止し、さらに、シーズヒータ60からサポート100を介した過熱水蒸気排出管70への熱伝導によって過熱水蒸気排出管70内の過熱蒸気が加熱され、熱効率を向上できる。
過熱蒸気発生装置を垂直方向上向きに設置して使用する場合である第2の実施形態を図7に示す。なお、以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
飽和水蒸気供給管10を器体本体20の真横で供給側端板30の内面から所定の高さ離して設置することにより、前記水蒸気加熱装置の内部に前記凝縮水溜280を形成することができ、垂直方向上向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。
飽和水蒸気供給管210は、器体本体20の供給側端板30側の端部近傍における外周面から、径方向に突き出して固定されている。
また、第2の実施形態においては、凝縮水溜280は、飽和水蒸気供給管210よりも供給端板30側の器体本体20内に形成される。
以上説明した第2の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置して使用する場合である第3の実施形態を、図8に示す。
第3の実施形態においては、装置の機械的構成は上述した第1の実施形態と実質的に同様であるが、排出側端板40が下側となるように器体本体20をその軸心方向が鉛直方向と一致するように配置する。すなわち、本実施形態においては、飽和水蒸気は器体本体20の上方から供給され、過熱水蒸気は器体本体20の下方から排出される。
過熱水蒸気加熱器の上下を反転させることで、過熱水蒸気排出管70と器体本体20と排出側端板40とで凝縮水溜380を形成することができ、垂直方向下向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。
過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置して使用する場合である第4の実施形態を、図9に示す。
第4の実施形態においては、装置の機械的構成は上述した第2の実施形態と実質的に同様であるが、排出側端板40が下側となるように器体本体20をその軸心方向が鉛直方向と一致するように配置する。すなわち、本実施形態においては、飽和水蒸気は器体本体20の上方から供給され、過熱水蒸気は器体本体20の下方から排出される。
第4の実施形態においては、過熱水蒸気排出管70と器体本体20と排出側端板40とで凝縮水溜480を形成することができ、垂直方向下向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第5の実施形態を図10に示す。図10において、図10(a)は側面視図であり、図10(b)は図10(a)のb−b部矢視断面図である。(以下説明する図11〜図13において同様)
第5の実施形態においては、装置の機械的構成は、以下説明する扁平部23を除いて上述した第1の実施形態と同様であるが、器体本体20の中心軸がほぼ水平となるように設置される。
扁平部23は、器体本体20の径を部分的に大きくして、底部をほぼ平坦な形状とすることによって形成される。扁平部23の内部は凝縮水溜580となっており、凝縮水はこの中に滞留する。
第5の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第6の実施形態を図11に示す。
第6の実施の形態においては、装置の機械的構成は、以下説明する突出部24を除いて上述した第1の実施形態と同様であるが、器体本体20の中心軸がほぼ水平となるように設置される。
突出部24は、器体本体20の外表面下部から下側にリブ状に突き出して設けられている。突出部24は、器体本体20の軸方向に沿って延在し、その横断面形状は図11(b)に示すように、ほぼ矩形状に形成されている。突出部24の内部には、凝縮水溜680が設けられている。突出部24は、例えばステンレス鋼板を用いた板金加工によって、器体本体20とは別体に形成され、器体本体20とは溶接等によって接合される。
第6の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第7の実施形態を図12に示す。
第7の実施の形態においては、装置の機械的構成は上述した第2の実施形態と同様であるが、器体本体20の中心軸がほぼ水平となりかつ飽和水蒸気供給管210が上方となるように設置される。
第7の実施形態においては、器体本体20の下部が凝縮水溜780として機能する。
第7の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。
過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使用する場合である第8の実施形態を図13に示す。
第8の実施の形態においては、装置の機械的構成は、以下説明する突出部25を除いて上述した第1の実施形態と同様であるが、器体本体20の中心軸がほぼ水平となるように設置される。
突出部25は、器体本体20の下部における径を部分的に大きくすることによって形成されている。その結果、器体本体20の横断面形状は、図13(b)に示すように、下部が突き出した略卵型に形成されている。突出部25の内部は凝縮水溜880となっており、凝縮水はこの中に滞留する。
第8の実施形態によれば、過熱蒸気発生装置を水平方向に設置した場合でも凝縮水を巻込むことなく過熱水蒸気を供給することができる。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)各実施形態は、例えば、器体本体、隔管、過熱水蒸気排出管からなる3重管構造を有しているが、本発明はこれに限らず、4重以上の多重管構造を有する気体の加熱装置にも適用することができる。この場合、第1の筒状体を他の筒状体の内部に挿入したり、また、第3の筒状体の内部に他の筒状体を挿入した構成とすることができる。この場合、気体流路は2パス以上の構成となる。
(2)各実施形態は、加熱手段として例えばシーズヒータを適用しているが、加熱手段はこれに限定されず、例えばIH等のシーズヒータ以外の加熱手段を用いるようにしてもよい。
(3)各実施形態において、加熱対象となる気体は例えば水蒸気であったが、本発明はこれに限らず、使用環境雰囲気以上の沸点を有する気体であれば特に限定されない。例えば、有機溶剤や、剥離用、洗浄用等の油を加熱するようにしてもよい。
20 器体本体 21,22 端部
23 扁平部 24,25 突出部
30 供給側端板 31 開口
40 排出側端板 41 開口
50 隔管 51 ステー
52,53 端部 54 端板
60 シーズヒータ 61 発熱部
70 過熱水蒸気排出管 71 先端部
80 凝縮水溜 100 サポート
110 遮熱板 210 飽和水蒸気供給管
280,380,480,580,680,780,880 凝縮水溜
S1 外空間 S2 内空間
本発明は、上記の問題点を解決すべく創案されたものであって、排出される過熱水蒸気への液体の巻き込みを防止した過熱蒸気発生装置を提供することである。
請求項1に記載の発明は、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生する過熱蒸気発生装置であって、第1の筒状体と、前記第1の筒状体の一方の端部から前記飽和水蒸気を該第1の筒状体内に導入する導入管路と、前記第1の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第1の筒状体と連通する第2の筒状体と、前記第2の筒状体の内部に挿入され、前記第1の筒状体と前記第2の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第2の筒状体と連通する第3の筒状体と、前記第3の筒状体から前記過熱水蒸気を排出する排出管路と、前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記飽和水蒸気を加熱する加熱手段と、を備え、前記第1の筒状体の内周面部に前記飽和水蒸気が凝縮して生じる凝縮水が流入し前記加熱手段によって加熱されて蒸発する滞留部分を設けたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、前記導入管路から導入される前記飽和水蒸気と、前記第2の筒状体から前記第3の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする。
本発明を適用した過熱蒸気発生装置の第1の実施形態を、図面に基づいて説明する。この過熱蒸気発生装置は、ボイラ等で発生した飽和水蒸気を再加熱し、過熱水蒸気として排出するものである。図1は第1の実施形態の過熱蒸気発生装置の一部断面を含む平面図である。図2は、図1のII−II断面を示す断面図である。過熱蒸気発生装置の外観は、飽和水蒸気供給管10が接続された供給側端板30と器体本体20と過熱水蒸気排出管70が接続された排出側端板40から構成される。過熱蒸気発生装置の内部には、隔管50が配置され、過熱水蒸気排出管70を隔管50の閉端部近傍まで伸ばして流体流路を形成した上で、流体を効率よく加熱するために隔管50の内側で過熱水蒸気排出管70の外側にシーズヒータ60が配設される。過熱蒸気発生装置の内部の蒸気の流れ方向を、図中に矢印で示す。
過熱蒸気発生装置を垂直方向上向きに設置して使用する場合である第2の実施形態を図7に示す。なお、以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
飽和水蒸気供給管10を器体本体20の真横で供給側端板30の内面から所定の高さ離して設置することにより、前記過熱蒸気発生装置の内部に前記凝縮水溜280を形成することができ、垂直方向上向きに設置した場合でも凝縮水を巻込むこと無く過熱水蒸気を供給することができる。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)各実施形態は、例えば、器体本体、隔管、過熱水蒸気排出管からなる3重管構造を有しているが、本発明はこれに限らず、4重以上の多重管構造を有する過熱水蒸気発生装置にも適用することができる。この場合、第1の筒状体を他の筒状体の内部に挿入したり、また、第3の筒状体の内部に他の筒状体を挿入した構成とすることができる。この場合、気体流路は2パス以上の構成となる。
(2)各実施形態は、加熱手段として例えばシーズヒータを適用しているが、加熱手段はこれに限定されず、例えばIH等のシーズヒータ以外の加熱手段を用いるようにしてもよい。
Claims (8)
- 使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置であって、
第1の筒状体と、
前記第1の筒状体の一方の端部から被加熱気体を該第1の筒状体内に導入する導入管路と、
前記第1の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第1の筒状体と連通する第2の筒状体と、
前記第2の筒状体の内部に挿入され、前記第1の筒状体と前記第2の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第2の筒状体と連通する第3の筒状体と、
前記第3の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、
前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記被加熱気体を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記第1の筒状体の一部に前記被加熱気体が凝縮して生じる液体の滞留部分を設けたことを特徴とする気体の加熱装置。 - 前記導入管路から導入される被加熱気体と、前記第2の筒状体から前記第3の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の気体の加熱装置。
- 使用環境における雰囲気温度以上にて沸点を有する気体を加熱する加熱装置であって、
第1の筒状体と、
前記第1の筒状体の一方の端部から被加熱気体を該第1の筒状体内に導入する導入管路と、
前記第1の筒状体の内部に挿入され、前記導入管路側と反対側の端部で前記第1の筒状体と連通する第2の筒状体と、
前記第2の筒状体の内部に挿入され、前記第1の筒状体と前記第2の筒状体とが連通する側と反対側の端部で前記第2の筒状体と連通する第3の筒状体と、
前記第3の筒状体から加熱済気体を排出する排出管路と、
前記導入管路から前記排出管路までの気体流路内に設けられ、前記被加熱気体を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記導入管路から導入される被加熱気体と、前記第2の筒状体から前記第3の筒状体へ導入される気体との熱伝達を妨げる遮熱手段を設けたことを特徴とする気体の加熱装置。 - 前記遮熱手段は、前記第2の筒状体から前記第3の筒状体へ気体が導入される連通箇所の近傍に配置されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の気体の加熱装置。
- 前記遮熱手段は、前記第2の筒状体の端部を閉塞する端板との間に空隙を有して配置された遮熱板であることを特徴とする請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載の気体の加熱装置。
- 前記加熱手段は、前記第3の筒状体の外周面に沿わせて配置されたシーズヒータであり、
前記第3の筒状体は、外周面から突出し前記シーズヒータを支持する支持部材を有することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の気体の加熱装置。 - 器体本体の端部に端板を取り付け、内部に隔管を配置して前記器体本体との間に外空間を形成し、前記外空間から前記隔管の内部の内空間に蒸気が流れるように通路が形成され、前記外空間に連通する飽和蒸気供給管および前記内空間に連通する過熱蒸気排出管が設けられ、前記内空間にシーズヒータが配設された過熱蒸気発生装置において、少なくとも次のいずれかの構造を備えることを特徴とする過熱蒸気発生装置。
(a)前記飽和蒸気供給管が前記端板から前記外空間に所定の長さ突設される構造、
(b)前記飽和蒸気供給管が前記端板から所定の間隔離間した前記器体本体の側面部に設けられる構造、
(c)前記器体本体の側面の一部に所定の体積の外方膨出部を有する構造。 - 前記隔管が電解研磨後に不動態化処理を施したステンレス鋼であることを特徴とする請求項7に記載の過熱蒸気発生装置。
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