KR20050081161A

KR20050081161A - 과열 증기 발생장치

Info

Publication number: KR20050081161A
Application number: KR1020040116261A
Authority: KR
Inventors: 와카마쓰도시오; 가노우쓰토무; 오기하라마사노리
Original assignee: 파이 코포레이션
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2005-08-18
Also published as: JP4143555B2; JP2005226928A; US7145114B2; US20050178761A1; KR100869660B1

Abstract

대략 상하 방향으로 배치된 통형상 용기(2)에 고주파 유도 가열코일(7)이 권취되고, 복수의 통로(8a)를 갖고 전자유도에 의해 발열하는 재료의 발열체(8)가 통형상 용기(2) 내에 삽입되고, 상기 가열코일(7)에 의해서 발열체(8)가 가열되는 발열 영역(L1)과, 상기 발열 영역(L1)의 하측에 배치된 비발열 영역(L2)이 설치되고, 원료를 발열체(8)의 상방으로부터 비발열 영역(L2)에 공급하는 도입로(10)가 설치되고, 비발열 영역(L2)에 도입로(10)에 공급된 원료를 발열체(8)의 복수의 통로(8a)로 유도하는 유로 구조부(15)를 존재시켜, 발열체(8)의 상방에 과열 증기를 배출하는 배출로(13)가 설치되어 있다. 이렇게 함에 따라, 유로 구조부(15)에서 포화증기가 발생하고, 그 후, 각 통로(8a)에서 가속적으로 가열이 이루어져 과열 증기가 생성되고, 건조도가 높은 과열 증기를 효율 좋게 발생시킬 수 있는 내구성이 뛰어난 과열 증기 발생장치가 된다.

Description

과열 증기 발생장치{Superheated vapor generator}

본 발명은 여러가지 기술분야에서 이용할 수 있는 과열 증기 발생장치에 관한 것으로, 폭 넓은 온도 영역, 예를 들면, 120℃ 내지 700℃의 과열 증기를 발생시킬 수 있고, 익히기, 삶기, 데치기, 찌기, 볶기, 훈제(燻培), 굽기(roast), 건조, 살균, 제균, 용해, 용융, 용착, 세정, 온풍, 열풍, 가습, 공기조절 등의 모든 열가공기기나 장치에 이용할 수 있는 것이다.

종래의 과열 증기 발생장치로서는 금속 등의 자성재료로 구성된 캔(can)에 물 또는 포화수증기를 도입하여 캔이 유도가열되는 것, 혹은, 상기 캔이 비자성재료로 구성되고 이 비자성재료 중에 자성재료가 매설되어 있는 것, 또한, 발열체에 복수의 관통구멍을 설치하여 금속산화물로 피복하여 발열체의 산화를 막는 형식인 것, 또한, 가열용기에 파라핀을 충전하여 이 파라핀 내에 스파이럴관을 배치하여 전기히터로 파라핀을 가열하는 것 등이 알려져 있다.

그러나, 상기 캔이나 스파이럴관을 가열하는 것은 가열 전도 면적이 캔이나 스파이럴관의 내측 표면뿐이기 때문에, 상기 면적이 좁아 가열 효율이 낮고 가열시간이 길게 걸린다는 문제가 있다. 특히, 파라핀을 개재하여 스파이럴관을 가열하는 기구는 고온부에서의 예를 들면 500℃의 과열 증기의 생성은 불가능하다. 또한, 충분한 건조 증기가 얻어지지 않고, 습기찬 수증기가 되기 쉽다는 결점이 있어 다목적 가열 용도로서는 적절하지 않다. 혹은, 발열체가 비자성체(코팅재)에 매설되어 있는 것은 고온부에서의 열 스트레스에 의한 코팅재의 손상으로 인한 열화가 심하여, 내구성에 문제점이 있다. 또한, 상술한 종래 예에 따른 장치는 물 또는 포화수증기의 도입구와 과열 증기의 배출구가 장치의 상하로 분리되어 배치되어 있기 때문에, 가열 코일이나 발열체의 교환 보수 등에 있어서는 복잡한 분해 조립 작업을 필요로 하기 때문에, 숙련된 작업자가 작업에 대응할 필요가 있고, 또한, 작업 시간이 길어져 생산라인을 일시 정지하는 등, 생산성에 큰 영향이 있었다.

또한, 식품의 가공 현장은 물의 사용 빈도가 높기 때문에, 과열 증기 발생장치와 식품가공기기를 분리 배치하고, 단열배관으로 과열 증기를 식품가공기기에 배송해야 하여 설비비가 고액으로 되고, 또한, 전기적인 누전이나 감전의 안전 대책도 충분하게 해야 하며, 이러한 점에서도 설비비의 앙등을 초래한다.

특허문헌 1 일본 공개특허공보 평9-4803호

특허문헌 2 일본 공개특허공보 2003-100427호

특허문헌 3 특허공보 제2999228호

본 발명은 위에서 기술한 바와 같은 문제점을 감안하여 제안된 것으로, 건조도가 높은 과열 증기를 효율 좋게 발생시킬 수 있는 내구성이 뛰어난 과열 증기 발생장치를 제공하는 것으로, 가공기기와 과열 증기 발생장치의 일체적 혹은 근접한 부설이 가능해져, 누전이나 감전이 없는 간결한 구조에 의해, 보수(補修)나 보수(保守)가 단시간으로 경험이 적은 작업 기술자라도 용이하게 할 수 있는 장치를 실현하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 과열 증기 발생장치는 양 말단이 폐색되어 그 긴변 방향이 대략 상하 방향으로 배치된 통형상 용기의 외주부에 고주파 유도 가열코일이 권취되고, 상기 통형상 용기의 긴변 방향과 대략 동일 방향에 복수의 통로를 갖는 동시에 전자유도에 의해 발열하는 재료로 형성된 발열체가 통형상 용기 내에 삽입되고, 상기 통형상 용기 내에, 상기 고주파 유도 가열코일에 의해서 발열체가 가열되는 발열 영역과, 상기 발열 영역의 하측에 배치된 비발열 영역이 설치되고, 과열 증기의 원료를 발열체의 상방으로부터 상기 비발열 영역에 공급하는 도입로가 설치되고, 상기 비발열 영역에 상기 도입로에 공급된 원료를 발열체의 상기 복수의 통로로 유도하는 유로 구조부를 존재시켜, 발열체의 상방에 과열 증기를 배출하는 배출로가 설치되어 있는 것을 요지로 한다.

발명의 효과

상기 비발열 영역은 고주파 유도 가열코일에 의해서 가열되는 발열 영역의 하측에 배치되어 있기 때문에, 비발열 영역은 발열 영역으로부터의 열전도로써 간접적으로 가열되고, 비발열 영역에 존재하고 있는 유로 구조부는 소정의 온도로 되어 있다. 상기 도입로에 공급된 원료, 예를 들면, 액체 및/또는 증기 등의 유체는 상기 유로 구조부로부터 분배되는 상태에서 발열체의 복수의 통로에 유도된다. 따라서, 원료가 유로 구조부를 통과할 때에 급속 가열을 받아, 즉시 포화증기가 된다. 이 포화증기는 유로 구조부의 부위로 급격하게 팽창하고, 이 팽창 압력에 의해서 복수의 통로로 유도되고, 상기 통로를 통과할 때에도 더욱 팽창을 계속하여 가속적으로 가열되면서 고속으로 유통되어 간다. 포화증기는 상기와 같은 유통 과정을 거쳐서 충분하게 건조한 과열 증기가 되고, 발열체의 통로를 나온 후 배출로를 통과하여, 목적 개소로 공급된다.

상기한 바와 같이, 원료는 유로 구조부의 개소에서 포화증기로 변화하고, 이에 연속하여 발열체의 복수의 통로에서 가속적으로 가열되고, 순간적으로 과열 증기가 얻어진다. 이와 같이, 통로 구조부의 부위에 연속된 상태로 복수의 통로가 기능하기 때문에, 높은 효율로 과열 증기의 생성이 가능해지고, 소비전력의 절감에 있어서도 유리하다.

상기 비발열 영역은 고주파 유도 가열코일에 의해서 가열되는 발열 영역의 하측에 배치되어 있기 때문에, 비발열 영역은 발열 영역으로부터의 열전도로 간접적으로 가열되고, 이로써 비발열 영역의 온도는 발열 영역보다도 낮게 유지된다. 이와 같이 낮아진 온도의 비발열 영역에 상기 유로 구조부가 배치되어 있기 때문에, 유로 구조부에 공급된 원료는 극도로 급가열 급팽창, 예를 들면, 폭발적으로 가열 팽창하지 않고서, 포화증기로 변화한다. 따라서, 유로 구조부로부터의 포화증기가 원활하게 발열체의 유로로 유입되고, 복수의 유로에 있어서의 가속적으로 가열이 적정하게 행해진다.

또한, 원료는 발열체의 상방으로부터 공급되고, 생성된 과열 증기는 발열체의 상방으로부터 추출되는 것이므로, 상기 도입로와 배출로가 발열체의 한쪽 즉 상측에 배치할 수 있고, 장치의 소형화나 배관의 간소화가 실현되고, 또한 보수정비가 행해진다. 게다가, 통형상 용기가 상하방향으로 세워진 상태로 배치되어, 통형상 용기의 하위 즉 비발열 영역에 원료가 공급되기 때문에, 물을 예로 들면, 보일러 등의 포화수증기 공급설비가 없는 곳에서도 물의 공급이 있으면, 물로부터 단숨에 과열 증기를 생성할 수 있어, 설비의 간소화나 설비투자의 저감에 유효하다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 통형상 용기의 상부를 폐색하는 폐색부재가 통형상 용기에 대하여 착탈 가능한 상태로 설치되고, 상기 도입로를 구성하는 도입관과 상기 배출로를 구성하는 배출관이 상기 폐색부재에 설치되어 있는 경우에는 상기 폐색부재를 분리하는 것만으로 통형상 용기 내의 보수 점검을 할 수 있기 때문에, 작업이 간소화된다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 발열체의 상측에 과열 증기의 팽창공간이 설치되어 있는 경우에는 발열체의 통로에서 가속적으로 가열된 과열 증기가 상기 팽창공간으로 분출되고, 팽창공간에서 과열 증기 생성 시의 체적 팽창에 의한 가압 응집의 물방울 비말을 발생시키지 않도록 팽창압 완충 기능을 수행하고, 배출관으로부터 양질의 과열 증기가 배출되어, 목적 개소로 공급된다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 도입로는 발열체의 대략 중앙부를 관통한 상태로 배치되어 있는 경우에는 원료가 상기 유로 구조부의 부위에서 방사방향으로 유동하기 때문에, 발열체의 통로 전역에서 포화증기의 가속적 가열이 행해져, 과열 증기가 효율 좋게 생성된다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 도입관의 하측 말단이, 상기 비발열 영역의 상부 근방에 존재하고 있는 경우에는 원료가 확실하게 상기 유로 구조부의 부위에 공급되고, 상술한 바와 같은 과정을 거쳐서 과열 증기의 생성이 착실하게 행해진다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 고주파 유도 가열 코일의 최하위 코일부가, 상기 도입관의 하측 말단과 거의 같은 높이 위치에 존재하고 있는 경우에는 도입관의 하측 말단이, 상기 최하위 코일부의 하측에 배치되어 있는 비발열 영역의 상부 근방에 존재하게 되고, 유로 구조부에 대한 액체 공급이 정확하게 이루어진다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 복수의 상기 발열체가, 다층상태로 통형상 용기 내에 삽입되어 있는 경우에는 하나 하나의 발열체 즉 단위 블록의 높이를 짧게 할 수 있기 때문에, 1개의 발열체의 사이즈 정밀도를 높은 레벨로 할 수 있다. 특히, 발열체가 소결체로서 형성되어 있는 경우에는 열변형 등을 고려하여, 이러한 단위 블록화가 발열체의 정밀도 관리면에서 유효하다. 또한, 과열 증기 생성 능력의 다른 몇 종류 정도의 장치를 제작하는 경우에는 발열체의 높이 사이즈 즉 복수의 유로의 길이를, 발열체의 적층수로 소정 길이로 설정할 수 있기 때문에, 각 장치의 능력에 따른 전용의 발열체를 준비할 필요가 없고, 단위블록화된 발열체를 양산할 수 있고, 품질 관리의 간소화나 원가 저감에 있어서 유효하다. 또한, 다층화되어 있지 않는 발열체라면, 발열체 각 부에서의 온도의 고저차가 소정 범위를 넘었을 때에는 신축 차에 동반하여 발열체에 균열이 발생할 우려가 있다. 그러나, 이와 같이 발열체를 다층화함으로써, 개개의 발열체간에서의 상대 변위가 허용되기 때문에, 상기와 같은 균열 발생의 문제가 해소된다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 통형상 용기 및 발열체의 대략 수평방향의 단면 형상이 원형인 경우에는 통형상 용기 및 발열체를 몰드(型) 성형으로 성형하는 경우에 성형하기 쉬워져, 제조면에서 유리하다. 또한, 단면이 원형이므로, 열응력이 특정한 개소에 집중하지 않고, 통형상 용기나 발열체에 부과되는 열 신축의 형상 변화가, 직경의 변화와 같이 단순하고 균일화되어, 내구성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 원료를 통형상 용기나 발열체의 중심부에 공급함으로써, 발열체의 통로 전체에 액체 내지는 포화 증기를 분포시킬 수 있고, 발열체의 통로 전체를 활용하여 효율 좋은 과열 증기를 생성할 수 있게 된다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 발열체의 직경 사이즈는 발열체의 상기 통로방향의 높이 사이즈와 거의 같거나 또는 그것보다 커지도록 설정되어 있는 경우에는 발열체의 통로 길이가 길어도 발열체의 직경 사이즈 정도로 설정되기 때문에, 발열체를 소결로 제조할 때, 통로의 굴곡이나 통로 단면 형상의 변형 등을 허용 한도 내에 포함시킬 수 있다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 발열체의 상기 복수의 통로가, 교차하는 격벽판으로 형성된 복수의 직선 통로인 경우에는 통로의 단면 형상을 네모난 것이나 육각형 등과 같이, 발열체의 기능 향상에 적합한 단면형상을 자유롭게 설정할 수 있다. 특히, 발열체의 비표면적을 넓게 잡을 수 있어, 가열 면적을 넓혀 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 발열체의 상기 복수의 통로가 직경이 다른 복수의 원통을 동심형으로 조합하여 형성한 복수의 원호형의 틈인 경우에는 각 사이즈의 원통을 조합하여 간단하게 원호형의 틈을 형성할 수 있다. 또한, 원호형의 틈에 의해서 포화증기가 가속적으로 가열될 때의 유로 저항을 저감시킬 수 있어, 과열 증기의 생성 효율 향상에 있어서 유효하다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 원통의 두께는 발열체의 외주측이 커지도록 설정되어 있는 경우에는 본 장치에 있어서의 유도 자계 강도의 분포가, 고주파 유도 가열 코일로부터 코일의 권취 반경의 중심을 향할수록 자속이 상쇄되고, 자속은 발열체의 외측 표면 부분을 통과하게 된다. 따라서, 이러한 자속의 표면 효과를 살리기 위해서, 상기 원통의 두께를 외주측을 크게 해둠으로써, 유도 와전류(eddy current)를 유기(誘起)하기 쉽게 하여 발열 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 발열체의 직경 방향에서의 상기 틈의 폭 사이즈는 일정하거나 또는 발열체의 외주측이 커지도록 설정되어 있는 경우에는 상기 폭 사이즈를 소정의 크기 혹은 외주측이 커지도록 설정해 둠으로써, 상술한 자속의 표면 효과에 의해서 효율이 좋게 발열할 수 있는 외주측의 유로 면적을 크게 하여, 효율적인 과열 증기의 생성이 가능해진다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 재료가, 다공질 탄화규소인 경우에는 유도 가열과 상기 유로 구조부로서의 유로 형성이 단일재료로 형성할 수 있다. 또한, 다공 구조에 의한 상기 유로 구조부로서의 기능이 발열체의 일부에서 달성되고, 유로 구조부와 복수의 유로의 일련성이 간단한 구조하에 성립한다. 또한, 본 장치를 동작시키고 있을 때와 정지시키고 있을 때의 발열체의 온도차가 대단히 큰 값이 되기 때문에, 그것에 동반하는 발열체의 열 신축의 양도 크게 나타난다. 그러나, 다공질 구조에 의해 상기 열신축이 흡수되기 때문에, 열신축에 동반하는 균열 발생을 방지할 수 있다. 또한, 복수의 유로 자체가 상기 열신축을 흡수하는 기능을 갖고 있기 때문에, 상기 다공질 구조의 열신축의 흡수 기능이 상승하고, 균열 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 발열체에 산화티타늄의 미분립을 보유한 경우에는 발열체의 산화를 막고, 산화티타늄의 촉매 효과에 의해 자기 클리닝 작용으로 발열체의 표면의 청정한 상태를 유지할 수 있고, 발열체의 내구성이 대폭적으로 개선된다.

본 발명의 과열 증기 발생장치에 있어서, 상기 고주파 유도 가열코일이 코일냉각용의 냉매를 유통시키는 관형재로 구성되어 있는 경우에는 유도가열의 여자 코일이 냉각관을 겸한 구조로 되어 있기 때문에, 관재에 냉각매체를 유동시킴으로써, 고주파 유도 가열코일의 구리 손실(copper loss)에 의한 발열이나 코일의 자기유도에 의한 발열 및 과열 증기로부터의 복사, 전도열에 의한 열산화 열화를 막을 수 있어, 장치의 내구성이 향상된다.

실시예

다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 예를 설명한다.

실시예 1

도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 과열 증기 발생장치의 제 1 실시예를 도시한다.

도 1은 본 발명의 과열 증기 발생장치의 한쪽 반을 단면 상태로 도시하는 단면도이다. 과열 증기 발생장치 전체는 부호 1로 도시되어 있다. 긴변 방향이 상하방향(연직방향)을 향하여 배치된 통형상 용기(2)는 통형부(2a)와 그 하부를 폐색하고 있는 바닥판(2b)으로 구성되고, 대략 수평방향의 단면형상이 원형으로 되어 있다. 통형상 용기(2)의 하부는 원반형의 하측 지지판(3)상에 재치되고, 상기 하측 지지판(3)상으로 돌출한 상태로 형성한 원형의 지지 링(3a) 내에 끼워져 들어가, 어긋남 방지가 도모되어 있다. 또, 통형상 용기(2)와 하측 지지판(3)과 지지 링(3a)은 동심형으로 배치되어 있다.

한편, 통형상 용기(2)의 상측은 통형부(2a)의 상부가 개방되어 있고, 이 개방부는 원반형의 상측 지지판(4)에 의해서 폐색되어 있다. 즉, 상기 상측 지지판(4)의 하면으로 돌출한 상태로 형성한 원형의 지지 링(4a)이 형성되고, 이 지지 링(4a) 내에 통형상 용기(2)의 상측 말단부가 끼워져 들어가고, 어긋남 방지가 도모되어 있다. 또, 통형상 용기(2)와 상측 지지판(4)과 지지 링(4a)은 동심형으로 배치되어 있다. 또한, 통형상 용기(2)의 상측을 상기 바닥판(2b)과 동일한 천정판과 동일한 부재로 폐색하고, 그것에 상측 지지판(4)을 접촉하도록 하여도 좋다. 상기한 바와 같이, 상측 지지판(4) 혹은 상기와 같은 천정판이 통형상 용기(2)의 상부의 폐색부재로 되어 있다.

상측 지지판(4)과 하측 지지판(3) 사이에, 통형상 용기(2)를 보유하기 위해서, 예를 들면, 지지 링(4a)과 지지 링(3a)의 내측에 암나사를 형성하여 통형상 용기(2)의 상측 말단부와 하측 말단부를 각각 상기 암나사에 밀어 넣는 등, 여러가지 방법을 채용할 수 있지만, 이 예에서는 통형상 용기(2)의 긴변 방향과 동일한 방향으로 통형상 용기(2)의 주위에 배열한 복수의 결합 로드(5)를, 상측 지지판(4)과 하측 지지판(3)에 관통하여, 상기 결합 로드(5)의 말단부에 설치한 볼트부(5a)를 너트(6)로 죈 것이다. 이러한 결합 로드(5)와 너트(6)를 사용함으로써, 통형상 용기(2)는 상측 지지판(4)과 하측 지지판(3) 사이에 끼워진 상태로 되어 있다.

통형상 용기(2), 상측 지지판(4), 하측 지지판(3) 등은 후술하는 발열체를 유도 가열하기 위해서, 비자성재료인 질화규소 소재로 구성되어 있다. 통형상 용기(2)의 각 부의 사이즈는 높이가 300mm이고, 외경이 100mm이고 , 두께가 5mm이다. 또한, 상측 지지판(4), 하측 지지판(3)의 사이즈는, 직경이 150mm이고, 결합 로드(5)를 통과시키는 구멍(4b, 3b)의 직경은 8.5mm이고, 이 구멍(4b, 3b)은 상측 지지판(4) 및 하측 지지판(3)에 각각 6개 등간격으로 설치되어 있다.

도 3은 통형상 용기(2) 내에 삽입되는 발열체(8)를 도시하는 사시도 및 단면도이다. 상기 발열체(8)에는 통형상 용기(2)의 긴변 방향 즉 상하방향과 동일 방향의 복수의 통로(8a)가 설치되어 있다. 상기 복수의 통로(8a)는 복수의 교차한 격벽판(8b)에 의해서 구성되어 있다. 도 3c에 도시되어 있는 격벽판(8b)은 직각으로 교차하고 있는 경우이고, 이로써 통로(8a)는 그 공간 단면은 정방형 혹은 직사각형으로 된 똑바른 것으로 되어 있다. 또한, 상기 도 3d에 도시되어 있는 격벽판(8b)에 의해서 형성된 통로(8a)는 통로(8a)의 공간 단면이 육각형으로 된 소위 하니콤(honeycomb) 구조이고, 이러한 단면형상의 통로(8a)가 직선으로 배치되어 있다.

상기 발열체(8)는 통로(8a)에 대략 직교하는 즉 수평방향의 단면의 외형형상이 원형이고, 통형상 용기(2) 내에, 발열체(8)의 외주면이 통형상 용기(2)의 내면을 슬라이딩하는 상태로 삽입되어 있다. 발열체(8)는 가열코일(7)에 의해서 유도 가열되기 때문에, 와전류가 유기되는 탄화규소를 재료로서 도 3에 도시되는 형상으로 성형한 후 소결되어 있다. 이 탄화규소는 후술하는 유로 구조부(15)를 형성하기 위해서 다공 구조로 되고, 발열체(8)는 다공질 탄화규소를 구성재료로 하고 있다. 상기 다공질 탄화규소 이외의 재료로서는 다른 자성 비금속재료 혹은 자성 금속재료를 사용할 수 있다.

또한, 다공질 탄화규소에 의한 다공 구조의 부분의 기공율은 40 내지 45%의 범위 내로 조정 제작되고, 기공 중 독립 기공과 관통 기공의 비는 2:3 내지 3:4의 범위 내에서 조정되어 있다. 도 1 내지 도 3에 도시한 것은 기공율이 42%이다. 또한, 도 3c, 도 3d에 도시한 통로(8a)는 1평방 인치당 200 내지 400개로 되어 있다.

상기 발열체(8)는 그 중심부에 통과구멍(8c)이 통로(8a)와 동일 방향으로 관통한 상태로 설치되고, 4개의 발열체(8)가 통형상 용기(2) 내에 층형 상태로 삽입되고, 이로써 통과 구멍(8c)이 연통시킨 직선 통로 공간을 형성함과 동시에, 각 발열체(8)마다의 통로(8a)도 연통하고 있다. 그리고, 최하위의 발열체(8)의 하측 말단면은 바닥판(2b)의 표면에 접촉하고 있다.

상기 층형상태로 된 발열체(8)중의 1개(단위블록)는 도 3b에 도시하는 바와 같이, 그 외부 직경을 D, 높이를 H로 하면, D≥H가 되도록, 외경 D는 50 내지 100mm, 높이 H는 50 내지 100mm의 범위 내에 설정하는 것이 바람직하고, 또한, 통과 구멍(8c)의 내경은 10 내지 21mm로 설정하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시한 발열체(8)의 각 부 사이즈는 외경 D는 88mm이고, 높이 H는 50mm이고, 통과 구멍(8c)의 내경은 21mm이다.

상기 통형상 용기(2)의 외주부에, 고주파 유도 가열코일(이하, 간단히 가열코일이라고 표현한다; 7)이 권취되어 있다. 상기 가열코일(7)은 통형상 용기(2)의 소정의 높이 범위로 권취되고, 이러한 높이 범위의 설정에 의해, 발열체(8)가 가열코일(7)로 가열되는 발열 영역(L1)과, 이 발열 영역(L1)의 하측에 배치되어 있는 비발열 영역(L2)이 구성되어 있다. 상기 비발열 영역(L2)을 형성하기 위해서, 가열코일의 최하위 코일부(7a)는 통형상 용기(2)의 바닥판(2b)으로부터 이격된 소정의 높이의 개소에 존재시키고 있다.

상기 가열코일(7)은 코일냉각용의 냉매를 유통시키기 위해서 관형재로 구성되어 있고, 이 예에서는 구리제의 관이 사용되고, 또한, 냉매는 물이 채용되어 있다. 상기 가열코일(7)의 관형재는 관직경이 12.7mm이고 재질이 DCuT로 된 구리관이고, 코일 내직경이 100mm이고, 권취수가 1O턴이며, 코일길이(코일 높이) 230mm으로 성형하고, 가열코일(7) 내에 통형상 용기(2)를 연직방향으로 삽입하고 있다. 또한 이 코일 높이는 상기는 발열 영역(L1)에 거의 상당하고 있다.

상기 가열코일(7)에 인가된 전압은 도시하지 않는 고주파 발생장치에 의해 감전전압 이하, 예를 들면 30V 내지 60V로 하강하고, 전류(I)를 크게 하여, 고주파 변조하고, 예를 들면 50kHz 내지 200KHz의 범위 내의 주파수로, 상기 가열 코일(7)에 입력하도록 되어 있다.

본 발명에서의 과열 증기 생성을 위한 원료는 상술한 바와 같이, 액체 및/또는 증기이지만, 상기 액체는 액체가 미세한 입자인 미스트형(misting)인 것을 포함하고, 또한, 상기 증기는 액체의 기화가스, 고체의 기화가스 즉 고체가 승화한 증기도 포함하고 있다. 본 실시예에서는 액체로서의 물이 원료로 되어 있다.

상기 비발열 영역(L2)에 과열 증기의 원료인 물을 공급하기 위해서, 발열체(8)의 중심부에 도입로(10)가 상측 지지판(4)을 관통한 상태로 설치되어 있다. 상기 도입로(10)는 직선 도입관(11)을 사용하여 구성되고, 상측 지지판(4)을 관통시켜 상측 지지판(4)에 내열 접착제 등으로 고정되고, 발열체(8)의 통과 구멍(8c) 내에 삽입되어 있다. 그리고, 도입관(11)의 하측 말단은 비발열 영역(L2)의 상부 부근에 존재하고, 도입관(11) 내의 유로공간은 통과 구멍(8c)을 지나서 바닥판(2b)의 표면에 도달하고 있다. 상기 도입관(11)은 비자성체인 뮬라이트로 형성되고, 외경이 20mm이고, 상측 지지판(4)으로부터 290mm 통형상 용기(2) 내에 꽂혀 있다.

상기 비발열 영역(L2)에 공급된 물은 유로 구조부(15)를 통과하여 발열체(8)의 통로(8a)에 유도되도록 되어 있다. 이 유로 구조부(15)를 형성하는 방법에는 여러가지 구조를 채용할 수 있다. 도 1b에 도시한 예는 발열체(8)의 격벽판(8b)의 다공 구조 자체가 유로 구조부(15)를 형성하고 있다. 따라서, 도입관(11)으로부터 공급된 물은 바닥판(2b) 상에 흘러 격벽판(8b)의 다공 구조 부분을 통과하여 통로(8a)에 도달하도록 되어 있다.

상기 발열체(8)의 상측의 통형상 용기(2) 내의 공간은 통로(8a)로부터 분출한 과열 증기를 팽창시키는 팽창공간(12)으로 되어 있다. 비발열 영역(L2)의 사이즈는 통형상 용기(2)의 전체 길이의 5 내지 30%의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 이 예에 있어서의 최량치는 10%이다. 또한, 팽창공간(12)의 높이(L3)는 통형상 용기(2)의 전체 길이의 5 내지 50%의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 이 예에 있어서의 최선치는 20%이다.

상기 팽창공간(12)의 상부에 배출로(13)가 개구되어 있다. 상기 배출로(13)는 배출관(14)을 상측 지지판(4)을 약간 관통시킨 상태로 형성된 것이며, 배출관(14)은 상측 지지판(4)에 내열접착제 등으로 고정되어 있다. 상기한 바와 같이, 상측 지지판(4)을 관통하고 있는 도입관(11)과 배출관(14)은 이격된 상태로 상측 지지판(4)에 일체화되어 있고, 상기 너트(6)를 빼내어 상측 지지판(4)을 밀어올리면, 도입관(11)과 배출관(14)이 일체로 되어 통형상 용기(2)로부터 끌어낼 수 있도록 되어 있다.

상기 다공질 탄화규소로 형성된 발열체(8)를, 산화티타늄의 입자직경이 0.5 내지 5μm로 이루어지는 미분립의 20% 슬러리액에 침지하여 건조시킨 후, 600℃에서 수시간, 무산화 화로에서 소성하여, 산화티타늄을 다공질 탄화규소제의 발열체(8)에 보유한다. 이렇게 함에 따라, 발열체(8)의 산화를 막고, 산화티타늄의 촉매효과에 의해 자기 클리닝 작용으로 발열체(8)의 표면의 청정한 상태를 유지할 수 있어, 발열체(8)의 내구성이 대폭적으로 개선된다.

상기 가열코일(7)에 의한 유도가열은 발열체(8)에 유도되는 와전류의 와전류손(eddy-current core loss)이 줄(joule)열이 되는 것이고, 체적당의 와전류손을 P〔W/m³〕, 발열체(8)의 반경을 a〔m〕, 유도자속밀도를 B〔Wb/m²〕, 발열체(8)의 고유저항을 p〔Ωm〕, 유도주파수를 f〔Hz〕로 하면,

P=(πafB)²/4ρ〔W/m³〕···(식 1)

로 나타낼 수 있다. 또한, (식 1)에 있어서, 자속밀도 B〔Wb/m²〕는 발열체(8)의 투자률을 μ, 가열코일(7)의 1m당의 권취 수를 n, 가열코일전류를 I로 하면, 다음식으로 나타낼 수 있다.

B=μnI···(식 2)

식 2에서 발열체(8)의 길이를 l〔m〕로 하면, 통형상 용기(2)에 권취할 수 있는 가열코일의 권취수 N은 N=nl, 가열코일의 파이프 직경을 d〔m〕로 하면 N≤ l/d 이므로 1<n≤l/d의 범위에서 적당한 큰 수치를 설정함으로써 발열 효율이 좋아진다.

상기 식 1 및 식 2로부터 발열 용량 또는 장치의 출력 용량은 고주파 출력의 주파수 f, 전류 I, 가열코일 권취수 N과 발열체(8)의 고유저항 p의 크기로 결정되기 때문에, 주파수 f를 크게 잡고, 전류 I를 크게 고유저항 p는 적당한 작은 값으로 하는 것이, 과열 증기 발생에 필수 조건이 된다.

그래서, 다공질 탄화규소를 재료로서 구성된 발열체(8)의 고유저항 ρ를 0.1Ωm 내지 1.OΩm의 범위 내에 설정함으로써, 가열 효율을 높게 하여, 온도 제어의 추종성 향상과 과열 증기 발생까지의 상승 시간을 단축시킬 수 있다. 도 1 내지 3에 도시되어 있는 발열체(8)의 고유저항(ρ)은 0.62Ωm이다.

상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 유로 구조부(15)에 의해서 과열 증기가 생성되는 동작은 다음과 같다. 우선 최초에, 가열 코일(7)에 냉각수(2.5Kg/m²) , 40리터/min의 조건으로 흘려놓고, 다음에, 물을 도입관(11)으로부터 16g/sec의 유량으로 공급한다. 이 도입관(11)으로부터의 물공급 개시신호가 피드백되고, 수 밀리초 지연되어 가열코일(7)에 100KHz의 고주파 전류가 출력된다. 또, 출력전력은 50Kw로 조정되어 있다.

상기 가열코일(7)로의 통전에 의해 발열 영역(L1)의 발열체(8)에 유도 와전류가 유기되고, 발열 영역(L1)이 가열된다. 이 때, 비발열 영역(L2)의 부분에 존재하고 있는 발열체(8)로는 발열 영역(L1)으로부터의 열이 전열되고 비발열 영역(L2)은 간접적으로 가열된다. 계속해서, 발열체(8)의 다공질 구조부에 모세관현상으로 흡수된 물은 급속하게 가열되어 포화수증기가 된다. 이 포화수증기로 변화할 때에 수증기가 급팽창하고, 이 팽창 압력을 받은 포화수증기는 통로(8a)를 고속으로 유통하여, 통로(8a)의 벽면에서 가속적으로 가열되고, 순간적으로 과열 증기가 생성된다. 이렇게 하여 생성된 과열 증기는 팽창공간(12) 내에 분출하여, 팽창공간(12)에 있어서 과열 증기 생성 시의 체적 팽창에 의한 가압 응집의 물방울 비말을 발생시키지 않도록 팽창압 충돌이 이루어진다. 그리고, 배출관(14)으로부터 과열 증기가 배출되어, 목적 개소로 공급된다.

상기 고주파 전류의 출력 후, 20수초 경과 후에 650℃의 건조 과열 증기가 배출관(14)으로부터 배출되는 것이 확인되었다. 그리고, 1시간당 62Kg의 과열 증기의 발생이 안정하게 행해지는 것이 관측되었다. 또한, 본장치(1)를 1일당 10시간을 3개월간 연속 운전하더라도 과열 증기의 출력 저하도 없고, 장치를 해체하여 발열체(8)의 상황을 점검한 결과, 발열체(8)에는 열화 등은 인정되지 않고, 손상도 발생하지 않는 것이 확인되었다. 또, 상기한 바와 같이 수 밀리초 지연되어 고주파 전류가 출력되는 타이밍은 여러 신호가 입력되어 동작하는 통상의 제어장치를 사용함으로써, 용이하게 설정할 수 있다.

도 1c에 도시되어 있는 유로 구조부(15)는 발열재료인 탄화규소로 형성된 발열체(8)의 격벽판(8b)의 하측 말단에, 발열체(8)의 직경방향으로 방사형으로 복수설치된 유통홈(8f)에 의해서 구성되어 있다. 그리고, 이 예에에서는 격벽판(8b)은 다공 구조가 아니며 통풍성은 부여되어 있지 않다. 도입관(11)으로부터 공급된 물은 유통홈(8f)을 통과하여 각 통로(8a)에 보내진다. 또, 상기 유통홈(8f)을 설치함과 동시에 격벽판(8b)을 다공 구조로 하고, 유로 구조부(15)의 기능을 2중으로 구하여도 좋다. 이 예의 과열 증기의 생성 과정은 도 1b에 도시한 예의 생성과정과 같다. 또한, 도시하지 않지만, 발열체(8)의 하측 말단면을 약간 바닥판(2b)으로부터 부상시켜 배치하여, 이로써 형성된 약간의 틈을 유로 구조부(15)로 하는 것도 가능하다.

도 2에 도시한 예는 유로 구조부(15)가 비자성 재료제의 유통블록(16)으로 구성되어 있다. 이 유통블록(16)은 비자성재료인 질화규소를 통풍성이 있는 다공 구조로 성형하거나, 도시하지 않지만, 질화규소의 블록에 복수의 통로구멍을 설치하기도 한 것이다.

도 2a에 도시한 경우는 도입관(11)의 하측의 공간 즉 통과 구멍(8c)에 상기 유통블록(16a)이 삽입되어 있고, 발열체(8)는 도 1b에 도시하는 바와 같이, 다공질 탄화규소로 만들어져 있다. 유통블록(16a)은 발열체(8)로부터의 전도열로 간접적으로 가열되어 있다. 도입관(11)으로부터 공급된 물은 유통블록(16a)을 통과하여 각 통로(8a)에 보내진다. 이 예의 과열 증기의 생성 과정은 도 1a, 1b, 1c에 도시된 예의 생성 과정과 같다.

도 2b에 도시한 경우는 발열체(8)가 발열 영역(L1)의 범위 내에 배치되고, 비발열 영역(L2) 전체에 유통블록(16b)이 배치되어 있다. 또, 발열체(8)의 격벽판(8b)은 다공 구조가 아니어도 좋다. 유통블록(16b)은 발열체(8)로부터의 전도열로 간접적으로 가열되어 있다. 도입관(11)으로부터 공급된 물은, 유통블록(16b) 내를 방사형으로 확산하여 통과하고, 이 통과 과도기에 포화수증기로 변화하여, 각 통로(8a) 전역에 보내진다. 그 후의 과열 증기의 생성 과정은 도 1a, 1b, 1c에 도시된 예의 생성 과정과 동일하다.

상기 유로 구조부(15)는 물을 발열체(8)의 각 통로(8a)에 유도하여, 포화수증기를 발생시키는 기능을 수행하고 있다. 따라서, 유로 구조부(15)의 후류측에 존재하는 발열체(8)의 구조로서는, 다공 구조를 반드시 채용할 필요는 없다. 예를 들면, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 유로 구조부(15)가 유통홈(8f)으로 형성되어 있는 경우에는 격벽판(8b)은 비다공 구조로 하여도 좋다. 또한, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 비발열 영역(L2)의 전역에 유통블록(16b)을 배치하여 유로 구조부(15)를 구성하는 경우에는 유통블록(16b)의 상측에 배치되어 있는 발열체(8)를 비다공 구조로 하여도 좋다.

상기 제 1 실시예의 작용 효과를 열거하여 기재하면, 다음과 같다.

상기 비발열 영역(L2)은 고주파 유도 가열코일(7)에 의해서 가열되는 발열 영역(L1)의 하측에 배치되어 있기 때문에, 비발열 영역(L2)은 발열 영역(L1)으로부터의 열전도로 간접적으로 가열되고, 비발열 영역(L2)에 존재하고 있는 유로 구조부(15)는 소정의 온도로 되어 있다. 상기 도입로(10)에 공급된 물은 상기 유로 구조부(15)로부터 분배되는 상태로 발열체(8)의 복수의 통로(8a)에 유도된다. 따라서, 물이 유로 구조부(15)를 통과할 때에 급속가열을 받아, 즉시 포화수증기가 된다. 이 포화수증기는 유로 구조부(15)의 부위로 급격하게 팽창하여, 이 팽창압력에 의해서 복수의 통로(8a)로 유도되고, 상기 통로(8a)를 통과할 때에도 더욱 팽창을 계속하여 가속적으로 가열되면서 고속으로 유통된다. 포화수증기는 상기와 같은 유통 과정을 거쳐서 충분하게 건조한 과열 증기가 되어, 발열체(8)의 통로(8a)를 나온 후 배출로(13)를 통과하여, 목적 개소로 공급된다.

상기한 바와 같이, 물은 유로 구조부(15)의 개소에서 포화수증기로 변화하여, 그것에 연속하여 발열체(8)의 복수의 통로(8a)에서 가속적으로 가열되고, 순간적으로 과열 증기가 얻어진다. 이와 같이, 유로 구조부(15)의 부위에 연속한 상태로 복수의 통로(8a)가 기능하기 때문에, 높은 효율로 과열 증기의 생성이 가능해지고, 소비 전력의 절감에 있어서도 유리하다.

상기 비발열 영역(L2)은 고주파 유도 가열코일(7)에 의해서 가열되는 발열 영역(L1)의 하측에 배치되어 있기 때문에, 비발열 영역(L2)은 발열 영역(L1)으로부터의 열전도로 간접적으로 가열되고, 이로써 비발열 영역(L2)의 온도는 발열 영역(L1)보다도 낮게 유지된다. 이와 같이 낮아진 온도의 비발열 영역(L2)에 상기 유로 구조부(15)가 배치되어 있기 때문에, 유로 구조부(15)에 공급된 물은 극도로 급가열 급팽창, 예를 들면, 폭발적으로 가열팽창하지 않고, 포화수증기로 변화한다. 따라서, 유로 구조부(15)로부터의 포화수증기가 원활하게 발열체(8)의 통로(8a)로 유입하여, 복수의 통로(8a)에서의 가속적인 가열이 적정하게 행해진다.

또한, 물은 발열체(8)의 상방으로부터 공급되고, 생성된 과열 증기는 발열체(8)의 상방으로부터 추출되므로, 상기 도입로(10)와 배출로(13)가 발열체(8)의 한 쪽 즉 상측에 배치할 수 있어, 장치(1)의 소형화나 배관의 간소화가 실현되고, 게다가 보수 정비를 하기 쉬워진다. 또한, 통형상 용기(2)가 상하 방향으로 세워진 상태로 배치되고, 통형상 용기(2)의 하위 즉 비발열 영역(L2)에 물이 공급되기 때문에, 보일러 등의 포화수증기 공급 설비가 없는 곳에서도 물의 공급이 있으면, 물로부터 단숨에 과열 증기를 생성할 수 있고, 설비의 간소화나 설비투자의 저감에 유효하다.

상기 통형상 용기(2)의 상부를 폐색하는 상측 지지판(4)이 통형상 용기(2)에 대하여 착탈 가능한 상태로 설치되고, 상기 도입로(10)를 구성하는 도입관(11)과 상기 배출로(13)를 구성하는 배출관(14)이 상기 상측 지지판(4)에 설치되어 있기 때문에, 상측 지지판(4)을 분리하는 것만으로 통형상 용기(2) 내의 보수 점검을 할 수 있어, 작업이 간소화된다.

상기 발열체(8)의 상측에 과열 증기의 팽창공간(12)이 설치되어 있기 때문에, 발열체(8)의 통로(8a)에서 가속적으로 가열된 과열 증기가 상기 팽창공간(12)에 분출하여, 팽창공간(12)에 있어서 과열 증기 생성 시의 체적 팽창으로 인한 가압 응집의 물방울 비말을 발생시키지 않도록 팽장압 완충의 기능을 수행하고, 배출관(14)으로부터 양질의 과열 증기가 배출되어, 목적 개소로 공급된다.

상기 도입로(10)는 발열체(8)의 대략 중앙부를 관통한 상태로 배치되어 있기 때문에, 물이 상기 유로 구조부(15)의 부위로 방사방향으로 유동하여, 발열체(8)의 통로(8a) 전역에서 포화수증기의 가속적으로 가열이 행해져, 과열 증기가 효율 좋게 생성된다.

상기 도입관(11)의 하측 말단이 상기 비발열 영역(L2)의 상부 근방에 존재하고 있는 것에 의해, 물이 확실하게 상기 유로 구조부(15)의 부위에 공급되어, 상술한 바와 같은 과정을 거쳐서 과열 증기의 생성이 착실하게 행해진다.

상기 고주파 유도 가열코일(7)의 최하위 코일부(7a)가, 상기 도입관(11)의 하측 말단과 거의 같은 높이 위치에 존재하고 있는 것에 의해, 도입관(11)의 하측 말단이, 상기 최하위 코일부(7a)의 하측에 배치되어 있는 비발열 영역(L2)의 상부근방에 존재하고, 유로 구조부(15)에 대한 물의 공급이 정확하게 이루어진다.

복수의 상기 발열체(8)가, 다층상태로 통형상 용기(2) 내에 삽입되어 있는 것에 의해, 하나 하나의 발열체(8) 즉 단위블록의 높이를 짧게 할 수 있기 때문에, 1개의 발열체(8)의 사이즈 정밀도를 높은 레벨로 할 수 있다. 특히, 발열체(8)가 소결체로서 형성되어 있는 경우에는 열변형 등을 고려하여, 이러한 단위블록화가 발열체(8)의 정밀도 관리면에서 유효하다. 또한, 과열 증기 생성 능력의 다른 몇 종류 정도의 장치(1)를 제작하는 경우에는 발열체(8)의 높이 사이즈 즉 복수의 통로(8a)의 길이를, 발열체(8)의 적층수로 소정 길이로 설정할 수 있기 때문에, 각 장치(1)의 능력에 따른 전용의 발열체를 준비할 필요가 없고, 단위블록화된 발열체(8)를 양산할 수 있어, 품질 관리의 간소화나 원가 저감에 있어서 유효하다. 또한, 다층화되어 있지 않은 발열체이면, 발열체 각 부에서의 온도의 고저차가 소정 범위를 넘었을 때에는 신축 차에 동반하여 발열체에 균열가 발생할 우려가 있다. 그러나, 이와 같이 발열체(8)를 다층화함으로써, 개개의 발열체(8)간에서의 상대 변위가 허용되기 때문에, 상기와 같은 균열발생의 문제가 해소된다.

상기 통형상 용기(2) 및 발열체(8)의 대략 수평방향의 단면형상이 원형이므로, 통형상 용기(2) 및 발열체(8)를 몰드 성형으로 성형하는 경우에 성형하기 쉬워지고, 제조면에서 유리하다. 또한, 단면이 원형이므로, 열 응력이 특정한 개소에 집중하지 않고서, 통형상 용기(2)나 발열체(8)에 부과되는 열신축의 형상 변화가, 직경의 변화와 같이 단순하고 균일화되어, 내구성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 물을 통형상 용기(2)나 발열체(8)의 중심부에 공급함으로써, 발열체(8)의 통로(8a) 전체에 물 내지는 포화수증기를 분포시킬 수 있어, 발열체(8)의 통로(8a) 전체를 활용하여 효율 좋은 과열 증기의 생성이 가능해진다.

상기 발열체(8)의 직경 사이즈는 발열체(8)의 통로(8a) 방향의 높이 사이즈와 대략 같거나 그것보다도 커지도록 설정되어 있기 때문에, 발열체(8)의 통로(8a)의 길이가 길더라도 발열체(8)의 직경 사이즈 정도로 설정되고, 발열체(8)를 소결로 제조할 때, 통로(8a)의 굴곡이나 통로(8a)의 단면 형상의 변형 등을 허용 한도 내에 포함시킬 수 있다.

발열체(8)의 복수의 통로(8a)가, 교차하는 격벽판(8b)에서 형성된 복수의 직선 통로(8a)인 것에 의해, 통로(8a)의 단면형상을 네모난 것이나 육각형 등과 같이, 발열체(8)의 기능 향상에 적합한 단면형상을 자유롭게 설정할 수 있다. 특히, 발열체(8)의 비표면적을 넓게 잡을 수 있어, 가열 면적을 넓혀 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

발열체(8)를 구성하는 재료가, 다공질 탄화규소이므로, 유도 가열과 상기 유로 구조부(15)로서의 유로 형성을 단일 재료로 형성할 수 있다. 또한, 다공 구조에 의한 유로 구조부(15)로서의 기능이, 발열체(8)의 일부에서 달성되고, 유로 구조부(15)와 복수의 통로(8a)의 일연성(一連性)이 간단한 구조하에 성립된다. 또한, 본 장치(1)를 동작시키고 있을 때와 정지시키고 있을 때의 발열체(8)의 온도차가 대단히 큰 값이 되기 때문에, 그것에 동반하는 발열체(8)의 열신축의 양도 크게 나타난다. 그러나, 다공질 구조에 의해 상기 열신축이 흡수되기 때문에, 열신축에 동반하는 균열발생을 방지할 수 있다. 또한, 복수의 통로(8a) 자체가 상기 열신축을 흡수하는 기능을 갖고 있기 때문에, 상기 다공질 구조의 열신축의 흡수기능이 상승하여, 균열 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

상기 발열체(8)에 산화티타늄의 미분립을 보유함으로써, 발열체(8)의 산화를 막아, 산화티타늄의 촉매효과에 의해 자기 클리닝 작용으로 발열체(8)의 표면의 청정한 상태를 유지할 수 있고, 발열체(8)의 내구성이 대폭적으로 개선된다.

상기 고주파 유도 가열코일(7)이 코일냉각용의 냉매를 유통시키는 관형재로 구성되어 있는 것에 의해, 유도가열의 여자 코일이 냉각관을 겸한 구조로 되고, 관재에 냉각매체를 유동시켜, 고주파 유도 가열코일(7)의 구리 손실에 의한 발열이나 코일의 자기유도에 의한 발열 및 과열 증기로부터의 복사, 전도열에 의한 열산화열화를 막을 수 있어, 장치(1)의 내구성이 향상된다.

발열체(8)는 소성 소결체이기 때문에, 특히, 높이 H 방향(길이 방향)의 만곡 변형이 커진다. 그래서, 상기한 바와 같이 D≥H인 사이즈 관계로 된 단위블록으로서의 발열체(8)로 함으로써, 변형을 작게 억제할 수 있어, 소성의 수율이 향상되고, 제품 단가의 비용 절감에 유효하다. 또한, 발열체(8)의 변형이 적기 때문에, 통형상 용기(2) 내에 부드럽게 삽입할 수 있고, 또한, 발열체(8)를 꺼낼 때에도 원활한 작업을 할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 D≥H인 사이즈 관계로 된 단위블록을 미리 준비해 두고, 필요에 따라서 소정 개수의 단위블록을 적층함으로써, 소망의 과열 증기의 출력 용량의 발열체(8)를 구성할 수 있다. 따라서, 과열 증기의 출력용량과 몇 종류의 전용 사이즈로 된 발열체(8)를 준비할 필요가 없고, 대량생산에 의한 원가 저감과 양호한 품질관리가 가능해진다. 또한, 보수가 필요한 단위블록 발열체만을 대상으로 하여, 수리나 교환을 하면 되기 때문에, 보수작업이 간소화되어 경제적이다.

냉각을 겸한 가열코일(7)에는 트랜스를 통해 입력고전압과 절연되고, 감전전압 이하의 전압으로 가열코일(7)에 출력되기 때문에, 누전이나 감전의 위험이 없는 것도, 설치의 용이함이나 보안에 제공할 수 있다.

도입관(11)과 배출관(14)과 상측 지지판(4) 등을 일체화한 채로 통형상 용기(2)로부터 분리시킬 수 있고, 또한, 통형상 용기(2)의 외주부에 배치한 가열코일(7)도 간단하게 분리할 수 있다. 더욱이, 통형상 용기(2) 내에는 발열체(8)가 삽입된 상태로 배치되어 있다. 따라서, 본 장치를 분해 정비할 때에는 상측 지지판(4)의 분리, 발열체(8)의 추출, 가열코일(7)의 분리와 같은 간소화된 분해와, 이 분해의 반대인 조립의 작업 내용으로 되어, 수요가(需要)에 있어서 경험년수가 적은 작업기술자라도, 정확한 분해 정비작업이 가능해진다.

또한, 상기 과열 증기가 생성되는 과정에서, 발열체(8)의 다공질 구조에 의해서 생성된 포화수증기는 급속 팽창과 함께 가속적으로 가열되면서 통로(8a)를 통과하므로, 건조도가 높은 과열 증기가 얻어진다. 더욱이, 상기 일련이 급속한 과열 증기의 생성에 의해, 물로부터 산소가 분리되지 않고서, 무산소의 환원성 과열 증기를 공급할 수 있다.

더욱이, 통형상 용기(2)와 물을 도입하는 도입관(11), 배출관(14)을 상측 지지판(4)에 설치하고, 이 위에 측지지판(4)이 통형상 용기(2)와 유닛화되어 세워진 상태로 배치할 수 있다. 따라서, 통형상 용기(2)의 하측에 물을 모을 수 있기 때문에, 보일러 등의 포화수증기 공급설비가 없는 곳에서도 물의 공급이 있으면, 물로부터 단숨에 과열 증기를 생성할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는 물을 유로 구조부(15)에 공급하는 경우이지만, 이 물의 공급 대신에 도입관(11)으로부터 포화수증기를 공급할 수도 있다. 이 경우에는 상기 포화수증기가 통로(8a) 내로 유입하여, 상기 물의 경우와 같은 현상하에 과열 증기가 생성되어, 배출관(14)으로부터 목적 개소로 공급된다.

상술한 바와 같이 장치(1)가 간소화되어, 포화수증기 공급용의 보일러 등이 불필요하고, 또한, 감전 등에 대한 안전성도 양호하기 때문에, 본 장치(1)와 각종 가공기기와의 일체화 혹은 근접한 설비 배치가 가능해지고, 설비 전체의 간소화나 설비투자액의 저감 등에 있어서 유리하다.

실시예 2

도 4는 본 발명의 과열 증기 발생장치의 제 2 실시예를 도시한다.

이 실시예는 발열체(8)가, 직경이 다른 복수의 원원통(8d)을 순차 조합하여 구성되어 있다. 즉, 대직경인 원통(8d) 내에 소직경의 원통(8d)이 삽입된 상태로 되어 있다. 각 원통(8d)은 직경방향으로 설치되어 있는 결합부(8e)를 개재하여 일체화되고, 각 원통(8d) 사이에 원호형의 틈으로 구성된 통로(8a)가 형성되어 있다. 또한, 상기 원호형의 틈은 모두 같은 폭 사이즈로 되어 있다. 또, 이러한 형상의 발열체(8)를 형성하는 경우에는 다공질 탄화규소 소재를 몰드 성형하여, 도 4에 도시하는 바와 같은 형상으로 하고 있다. 그 이외에는 상기 실시예와 같고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

발열체(8)의 복수의 통로(8a)가, 직경이 다른 복수의 원통(8d)을 동심형으로 조합하여 형성한 복수의 원호형의 틈이므로, 각 사이즈의 원통(8d)을 조합하여 간단하게 원호형의 틈을 형성할 수 있다. 또한, 원호형의 틈에 의해서 포화 수증기가 가속적으로 가열될 때의 유로저항을 저감시킬 수 있고, 과열 증기의 생성 효율 향상에 있어서 유효하다. 그 이외에는 상기 실시예와 동일한 작용 효과를 나타낸다.

실시예 3

도 5는 본 발명의 과열 증기 발생장치의 제 3 실시예를 도시한다.

이 실시예는 실시예 2에 있어서의 원통(8d)의 두께가 발열체(8)의 외주측이 크게 되어 있다. 즉, 가장 외주측의 원통(8d)의 두께를 T1, 그 1개 내측의 원통(8d)의 두께를 T2 와 같이 차례로 Tn까지 중심측을 향하여 얇게 하고 있다. 또, 이러한 두께의 변화는 예를 들면, 외주측의 2개의 원통(8d)의 두께를 T1, 그 다음 내측의 2개의 원통(8d)의 두께를 T2와 같이 복수의 원통(8d)마다 두께를 얇게 하여도 좋다. 또한, 원호형의 틈의 폭 사이즈는 이 예에서는 외주측이 크게 설정되어 있다. 그 이외에는 상기 각 실시예와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

상기 원통(8d)의 두께는 발열체(8)의 외주측이 커지도록 설정되어 있기 때문에, 본 장치(1)에 있어서의 유도 자계강도의 분포가, 고주파 유도 가열코일(7)로부터 코일의 권취 반경의 중심을 향할수록 자속이 상쇄되고, 자속은 발열체의 외측 표면부분을 지나게 된다. 따라서, 이러한 자속의 표면 효과를 살리기 위해서, 상기 원통의 두께를 외주측을 크게 해 둠으로써, 유도 와전류를 유기하기 쉽게 하여 발열 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 장치(1)의 유도 자계강도의 분포는 자계를 H〔A/m〕, 가열코일(7)의 권취 반경을 a〔m〕, 코일전류를 I〔A〕로 하면,

H=I/2a〔A/m〕···(식 3)

이므로, 코일 권취 반경의 중심을 향할수록 자속이 상쇄되고, 자속은 발열체(8)의 외측 표면부측에 분포하여 통과하게 된다. 이러한 자속의 표피 효과를 살리기 위해서, 발열체(8)의 외주측의 원통(8d)의 두께를 크게 하여, 유도 와전류를 유기하기 쉽게 하여 발열 효율을 향상시킬 수 있다. 그 이외에는 상기 각 실시예와 동일한 작용 효과를 갖는다.

더욱이, 발열체(8)의 직경방향에서의 상기 틈의 폭사이즈는 일정하거나 또는 발열체(8)의 외주측이 커지도록 설정되어 있기 때문에, 상기 폭 사이즈를 소정의 크기 혹은 외주측이 커지도록 설정해 둠으로써, 상술한 자속의 표면 효과에 의해서 효율 좋게 발열할 수 있는 외주측의 유로 면적을 크게 하여, 효율적인 과열 증기의 생성이 가능해진다.

실시예 4

도 6은 본 발명의 과열 증기 발생장치의 제 4 실시예를 도시한다.

도 1 등에 도시되어 있는 실시예는 물의 도입로(10)가 발열체(8)의 중심부에 배치되어 있지만, 도 6에 도시된 실시예는 도입로(10)의 위치를 변경한 경우이다. 상기 도 1a에 도시된 것은 도입로(10)가 발열체(8)의 외주측에 원통형의 공간의 상태로 형성되어 있다. 또한, 상기 도 1b에 도시된 것은 도입로(10)가 발열체(8)의 외주측의 한 쪽에 형성되어 있다. 그리고, 이 경우에는 유통블록(16b)이 발열체(8)의 하측에 배치되어 있다. 그 이외에는 상기 각 실시예와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙인다. 또한, 작용 효과도 앞서 제시한 각 실시예와 동일하다.

본 발명에 따른 과열 증기 발생장치는 통형상 용기 내에 액체 및/또는 증기 등의 원료를 흘러보내어 유로 구조부에서 포화증기를 발생시키고, 이에 계속하여 발열체의 복수의 유로로 가속적으로 가열하여 과열 증기를 생성한다. 그리고, 장치의 상방으로부터 원료를 공급하며, 과열 증기는 장치의 상방으로 배출시키는 것이다. 따라서, 충분하게 건조한 양질의 과열 증기가 효율이 좋게 얻어지고, 장치자체의 소형화가 가능해진다. 또한, 장치의 분해 정비도 사용자에 있어서 간단하게 행할 수 있다. 상기한 바와 같이 여러가지 개선이 이루어진 본 장치는 고객으로부터 높은 평가를 받는 것으로, 시장에 널리 보급하는 것을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 장치 및 그 각 부위의 단면도.

도 2는 유로 구조부의 변형예를 도시하는 단면도.

도 3은 발열체 단체와 유로의 사시도 및 발열체의 단면도.

도 4는 다른 발열체 단체의 사시도와 발열체의 단면도.

도 5는 또 다른 발열체 단체의 사시도와 발열체의 단면도.

도 6은 장치의 다른 구조예를 도시하는 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 과열 증기 발생장치 2: 통형상 용기

2a: 통형부 2b: 바닥판

3: 하측 지지판 3a: 지지 링

3b: 구멍 4: 상측 지지판

4a: 지지 링 4b: 구멍

5: 결합 로드 5a: 볼트부

6: 너트 7: (고주파 유도) 가열코일

7a: 최하위 코일부 8: 발열체

8a: 통로 8b: 격벽판

8c: 통과구멍 8d: 원통

8e: 결합부 8f: 유통홈

L1: 발열 영역 L2: 비발열 영역

L3: 팽창공간의 높이 10: 도입로

11: 도입관 12: 팽창공간

13: 배출로 14: 배출관

15: 유로 구조부 16: 유통블록

16a: 유통블록 16b: 유통블록

Claims

양 말단이 폐색되어 그 긴변 방향이 대략 상하 방향으로 배치된 통형상 용기의 외주부에 고주파 유도 가열코일이 권취되고, 상기 통형상 용기의 긴변 방향과 대략 동일 방향으로 복수의 통로를 갖는 동시에 전자유도에 의해 발열하는 재료로 형성된 발열체가 통형상 용기 내에 삽입되고, 상기 통형상 용기 내에, 상기 고주파 유도 가열코일에 의해서 발열체가 가열되는 발열 영역과, 상기 발열 영역의 하측에 배치된 비발열 영역이 설치되고, 과열 증기의 원료를 발열체의 상방으로부터 상기 비발열 영역으로 공급하는 도입로가 설치되고, 상기 비발열 영역에 상기 도입로에 공급된 원료를 발열체의 상기 복수의 통로로 유도하는 유로 구조부를 구비하고, 발열체의 상방에 과열 증기를 배출하는 배출로가 설치되는 것을 특징으로 하는 과열 증기 발생장치.
제 1 항에 있어서, 상기 통형상 용기의 상부를 폐색하는 폐색부재가 통형상 용기에 대하여 착탈 가능한 상태로 설치되고, 상기 도입로를 구성하는 도입관과 상기 배출로를 구성하는 배출관이 상기 폐색부재에 설치되는 과열 증기 발생장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 발열체의 상측에 과열 증기의 팽창공간이 설치되는 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도입로는 발열체의 대략 중앙부를 관통한 상태로 배치되는 과열 증기 발생장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도입관의 하측 말단이 상기 비발열 영역의 상부 근방에 존재하는 과열 증기 발생장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 유도 가열코일의 최하위 코일부는 상기 도입관의 하측 말단과 거의 동일한 높이 위치에 존재하는 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 상기 발열체가 다층상태로 통형상 용기 내에 삽입되는 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통형상 용기 및 발열체의 대략 수평방향의 단면형상은 원형인 과열 증기 발생장치.
제 8 항에 있어서, 상기 발열체의 직경 사이즈는 발열체의 상기 통로방향의 높이 사이즈와 대략 동일하거나 또는 그것보다도 커지도록 설정되는 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열체의 복수의 통로는 교차하는 격벽판으로 형성된 복수의 직선 통로인 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열체의 복수의 통로는 직경이 다른 복수의 원통을 동심형으로 조합하여 형성한 복수의 원호형의 틈인 과열 증기 발생장치.
제 11 항에 있어서, 상기 원통의 두께는 발열체의 외주측이 커지도록 설정되는 과열 증기 발생장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 발열체의 직경방향에서의 틈의 폭 사이즈는 일정하거나 또는 발열체의 외주측이 커지도록 설정되는 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료는 다공질 탄화규소인 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열체에 산화티타늄의 미분립을 보유한 과열 증기 발생장치.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 유도 가열 코일은 코일 냉각용의 냉매를 유통시키는 관형재로 구성되는 과열 증기 발생장치.