WO2018061439A1 - 過熱水蒸気発生装置 - Google Patents

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WO2018061439A1
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superheated steam
water
tubular heater
steam generator
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Inventor
洋介 赤木
Original Assignee
京セラ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G1/00—Steam superheating characterised by heating method
    • F22G1/16—Steam superheating characterised by heating method by using a separate heat source independent from heat supply of the steam boiler, e.g. by electricity, by auxiliary combustion of fuel oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G3/00—Steam superheaters characterised by constructional features; Details of component parts thereof

Definitions

  • the present disclosure relates to a superheated steam generator used in a cooker, a dryer, a warm air machine, or the like.
  • the hot air heater disclosed in Patent Document 1 includes a housing, steam generation means, and a first heater.
  • This hot air heater is a pair of plates or the like provided so that the water contained in the housing is made into steam by means of steam generating means (ultrasonic waves) and then the steam is opposed to the wall surface of the flow path. Heated water vapor is generated by heating with a rod-shaped first heater.
  • a superheated steam generator includes a water heater that generates steam or mist of water, and a tubular heater that includes a space inside the steam or mist of water generated in the water generator. And a cylindrical body that covers the outer wall of the tubular heater and has a space serving as a passage of outside air between the outer wall and the outer wall.
  • FIG. It is a schematic perspective view which shows an example of embodiment of a superheated steam generator. It is a longitudinal cross-sectional view of the superheated steam generator shown in FIG. It is a partially broken enlarged perspective view of the superheated steam generator shown in FIG. It is a schematic perspective view which shows the other example of embodiment of a superheated steam generator. It is a longitudinal cross-sectional view of the superheated steam generator shown in FIG. It is a schematic perspective view which shows the other example of embodiment of a superheated steam generator. It is a longitudinal cross-sectional view of the superheated steam generator shown in FIG. It is a partially broken expanded perspective view which shows the other example of a superheated steam generator.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a superheated steam generator that generates superheated steam and warm air by reducing power loss and rapidly heating.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of an embodiment of a superheated steam generator
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the superheated steam generator shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a part of an example of the superheated steam generator shown in FIG. It is a fracture
  • a superheated steam generator 10 shown in FIGS. 1 to 3 includes a water generator 1 that generates steam-like water, and a tubular heater 2 that has a space inside that serves as a passage for steam-like water generated by the water generator 1. And a cylindrical body 3 that covers the outer wall of the tubular heater 2 and has a space serving as a passage for outside air between the outer wall and the outer wall.
  • the superheated steam generator 10 includes a water generator 1 that generates steam water.
  • the water generation unit 1 has a container 11 for containing water, and has a heater 12 inside the container 11.
  • the container 11 is a tank having a conical (tapered) top plate whose diameter becomes narrower from the outer peripheral part toward the central part above the bottomed cylindrical body.
  • the shape of the container 11 is not limited to this shape, and the whole may be cylindrical or conical.
  • Examples of the material of the container 11 include resin, aluminum, and stainless steel material. In particular, a resin that is light and easy to carry is preferable.
  • the heater 12 is a member for generating steam-like water, in other words, a member for generating water vapor (steam).
  • a ceramic heater or a sheath heater may be used.
  • a ceramic heater for example, a ceramic heater in which a heating resistor such as molybdenum, rhenium, or tungsten is embedded can be used.
  • a sheath heater for example, one in which a heating resistor made of nichrome wire or the like is provided inside a stainless steel tube can be used.
  • the heat generation temperature of the heater 12 can be set to 200 to 350 ° C., for example.
  • the container 11 is filled with an amount of water that covers the heater 12. This water is heated by the heater 12 to generate water vapor (steam).
  • water can be flowed into the container 11 from the outside through, for example, a pipe (not shown).
  • the superheated steam generator 10 includes a tubular heater 2 for heating steam-like water (steam) generated by the water generator 1.
  • the tubular heater 2 is provided above the container 11 constituting the water generating unit 1.
  • the tubular heater 2 is fitted into the opening at the tip of the conical (tapered) top plate of the container 11. And fixed.
  • the end face of the tubular heater 2 may be pressed and fixed to the tip of the conical (tapered) top plate of the container 11 via a packing such as an O-ring.
  • the tubular heater 2 is a tubular member having a space serving as a flow path for vaporous water (water vapor) on the inside.
  • the tubular heater 2 includes a ceramic body 21 and a heating resistor 22 embedded in the ceramic body 21.
  • the ceramic body 21 is a tubular body made of an insulating ceramic material.
  • the shape of the ceramic body 21 may be, for example, a cylindrical shape or may have a plurality of parallel flow paths inside.
  • Examples of the insulating ceramic material include alumina, silicon nitride, and aluminum nitride.
  • the heating resistor 22 is a resistor that generates heat when a current flows.
  • the heating resistor 22 has a shape having a plurality of folded portions in the circumferential direction that are folded back in the longitudinal direction.
  • the tubular heater 2 shown in FIG. 3 has a pattern in which the heating resistor 22 is repeatedly folded over the entire length of the tubular heater 2.
  • the heating resistor 22 is embedded over a wide range of the ceramic body 21 and surrounds a space serving as a flow path for steam-like water (water vapor) in the circumferential direction. According to this configuration, since the steam is heated in the entire longitudinal direction of the tubular heater 2, a large amount of superheated steam can be generated.
  • the heating resistor 22 is made of, for example, a metal material.
  • the metal material include a material mainly composed of a refractory metal such as tungsten, molybdenum, rhenium, and a mixture of rhenium and tungsten.
  • the heating resistor 22 is electrically connected to an external power source (not shown).
  • the heating temperature of the heating resistor 22 is set to 150 to 300 ° C., for example.
  • Such a tubular heater 2 can be manufactured as follows, for example.
  • a ceramic slurry prepared by adding a sintering aid such as SiO 2 , CaO, MgO, or ZrO 2 to the ceramic component is formed into a sheet shape to produce a ceramic green sheet.
  • This ceramic green sheet becomes a part of the ceramic body 21 by firing, and a paste pattern to be the heating resistor 22 is formed on one main surface using a technique such as screen printing.
  • the paste used as the heating resistor 22 can be prepared by preparing and kneading a ceramic material, a binder, an organic solvent, or the like with the high melting point metal.
  • a paste pattern to be an electrode layer (not shown) is also formed on the other main surface of the ceramic green sheet using a technique such as screen printing.
  • a via hole conductor for connecting the heating resistor 22 and the electrode layer is also formed on the ceramic green sheet.
  • the superheated steam generator 10 includes a cylindrical body 3 that covers the outer wall of the tubular heater 2 and has a space serving as a passage for outside air between the outer wall and the outer wall.
  • the cylindrical body 3 has a part connected to the container 11, and is connected to the container 11 and fixed at this part.
  • outside air is introduced into the gap between the outer wall of the tubular heater 2 and the inner wall of the cylindrical body 3. Then, when air passes through the outside of the heated tubular ceramic body 21 (the gap between the outer wall of the tubular heater 2 and the inner wall of the cylinder 3), almost all of the passing air is uniformly heated and discharged as warm air. Heated water vapor can be blown on hot air.
  • the superheated steam generator 10 shown in FIGS. 4 and 5 includes a water generator 1 that generates mist of water (mist). 4 and FIG. 5 has a vibrator 13 in place of the heater 12 as shown in FIGS. 1 and 2 inside a container 11 for containing water.
  • the superheated steam generator 10 shown in FIGS. 4 and 5 is connected to the lower end of the cylindrical body 3, and is provided with a tapered portion 31 that gradually expands away from the lower end of the cylindrical body 3.
  • the part 31 forms a funnel shape.
  • the tapered portion 31 is inclined at the same angle as the top plate of the container 11, and outside air is introduced into the gap between the top plate of the container 11 and the tapered portion 31, and the outer wall of the tubular heater 2 and the inner wall of the cylindrical body 3. It is now sent to the gap.
  • mist-like water (mist) supplied to the inside of the tubular heater 2 becomes superheated steam, and the air passes between the outer wall of the tubular heater 2 and the inner wall of the cylindrical body 3. Becomes hot air.
  • both the inner wall and the outer wall of the tubular heater 2 can be used to heat mist-like water (mist) and air, superheated steam and hot air can be produced with a small number of parts and a small amount of power. That is, it is possible to obtain the superheated steam generator 10 that generates little superheated steam and warm air by heating rapidly with little power loss.
  • a disk-shaped metal plate 141 instead of the vibrator 13, a disk-shaped metal plate 141, a ring-shaped piezoelectric element 142, and a porous material are used. It can be set as the atomization part 14 provided with the resin rod 143.
  • the metal plate 141 has a curved shape such that the central portion is convex upward, and the outer peripheral portion is flat. A large number of pores having a diameter of about 5 ⁇ m are provided in the central portion of the metal plate 141.
  • the piezoelectric element 142 is joined along the outer periphery of the metal plate 141.
  • a certain region including the lower end is located in water, and the upper end is in contact with the lower surface of the central portion of the metal plate 141. Water transmitted through the resin rod 143 by capillary action reaches the lower surface of the metal plate 141.
  • an AC voltage is applied to the piezoelectric element 142, a bending motion occurs in the metal plate 141. By this bending motion, water located on the lower surface of the metal plate 141 passes through the pores of the metal plate 141 and is sprayed upward in a mist form.
  • Such a superheated steam generator 10 can also generate superheated steam and warm air by heating rapidly with little power loss.
  • a spiral partition member 4 centering on the tubular heater 2 is provided in a space between the outer wall of the tubular heater 2 and the inner wall of the cylindrical body 3 to partition the space in a spiral manner. It can be configured. At this time, it is preferable that the spiral partition member 4 has a radial thickness that fits between the outer wall of the tubular heater 2 and the inner wall of the cylindrical body 3.
  • the material of the partition member 4 include a metal member such as aluminum and stainless steel, or a resin material such as a heat-resistant fluorine resin. According to this configuration, since the passage of air becomes long, even with the same electric power, warm air heated to a higher temperature can be obtained.
  • the width of the gap in the partition member 4 when cut along the longitudinal axis direction of the partition member 4 is, for example, 2 to 10 mm.
  • the gap between the outer wall of the tubular heater 2 and the inner wall of the cylindrical body 3 excluding the spiral groove 33 is narrow. According to this configuration, since the wind path becomes long, the same electric power can be warmed to a higher temperature.
  • the width of one groove when viewed in cross section is set to 2 to 5 mm, for example, and the depth is set to 0.5 to 2 mm, for example.
  • the tubular heater 2 may have a groove 23 on the outer wall.
  • the tubular heater 2 has a groove 23 along the longitudinal direction on the outer wall.
  • the example shown in FIG. 11 has the tubular heater 2 which has the groove
  • the width of the groove 23 is, for example, 2 to 5 mm
  • the depth is, for example, 0.5 to 2 mm.
  • channel 23 it is not limited to these, For example, you may combine a longitudinal direction (vertical) and a circumferential direction (horizontal). According to these structures, since the surface area of the outer wall of the tubular heater 2 becomes large, even the same electric power can be heated to a higher temperature.
  • the tubular heater 2 may be configured such that the temperature is higher on the second end side (downstream side and upper side in the drawing) far from the part 1.
  • the pattern density on the first end side and the pattern density on the second end side are different from each other in the longitudinal direction from the second end. A pattern extending to the middle and a pattern extending to the first end are alternately repeated.
  • the outlet of the tubular heater 2 In order to generate superheated steam, the outlet of the tubular heater 2 needs to be hot, but low temperature (about 23 ° C.) mist may enter the inlet, so the inlet temperature of the tubular heater 2 is lowered. Therefore, ⁇ T can be reduced and thermal shock (heat shock) can be reduced.
  • the tubular heater 2 that becomes high is not limited to that shown in FIG.
  • the tubular heater 2 includes a tubular ceramic body 21 and a heating resistor 22 having a linear pattern provided inside the ceramic body 21.
  • the width may be narrower on the second end side (on the downstream side and on the upper side in the figure) than on the first end side (upstream side and on the lower side in the figure).
  • the outside air may be forced to flow in by providing a diameter-enlarged portion having an outside air introduction window at the lower end of the cylinder 3 and providing a fan 5 on the outside thereof.

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Abstract

本開示の過熱水蒸気発生装置１０は、蒸気状の水を発生する水発生部１と、水発生部１で発生した蒸気状の水の通路となる空間を内側に有する管状ヒータ２と、管状ヒータ２の外壁を覆い、当該外壁との間に外気の通路となる空間を有する筒体３と、を備えている。これにより、電力ロスを少なくし、急速に加熱して過熱水蒸気および温風を発生させることができる。

Description

過熱水蒸気発生装置
　本開示は、調理器、乾燥機、温風機等に用いられる過熱水蒸気発生装置に関する。
　過熱水蒸気を発生させる装置として、例えば特許文献１に開示された温風器が知られている。特許文献１に開示された温風器は、ハウジングと蒸気発生手段と第１ヒータとを備えている。この温風器は、ハウジングの内部に収容された水を蒸気発生手段（超音波）で蒸気にした後に、この蒸気を流路の壁面に互いに対向するように設けられた一対の例えば板状または棒状の第１ヒータで加熱することによって加熱水蒸気を発生させている。
特開２０１３－１７４３８７号公報
　本開示の過熱水蒸気発生装置は、蒸気状または霧状の水を発生する水発生部と、該水発生部で発生した前記蒸気状または霧状の水の通路となる空間を内側に有する管状ヒータと、該管状ヒータの外壁を覆い、該外壁との間に外気の通路となる空間を有する筒体と、を備える。
過熱水蒸気発生装置の実施形態の一例を示す概略斜視図である。 図１に示す過熱水蒸気発生装置の縦断面図である。 図１に示す過熱水蒸気発生装置の一部破断拡大斜視図である。 過熱水蒸気発生装置の実施形態の他の例を示す概略斜視図である。 図４に示す過熱水蒸気発生装置の縦断面図である。 過熱水蒸気発生装置の実施形態の他の例を示す概略斜視図である。 図６に示す過熱水蒸気発生装置の縦断面図である。 過熱水蒸気発生装置の他の例を示す一部破断拡大斜視図である。 過熱水蒸気発生装置の他の例を示す一部破断拡大斜視図である。 過熱水蒸気発生装置の他の例を示す一部破断拡大斜視図である。 過熱水蒸気発生装置の他の例を示す一部破断拡大斜視図である。 過熱水蒸気発生装置の他の例を示す一部破断拡大斜視図である。 過熱水蒸気発生装置の他の例を示す一部破断拡大斜視図である。 過熱水蒸気発生装置の実施形態の他の例を示す概略断面図である。 過熱水蒸気発生装置の実施形態の他の例を示す概略断面図である。 過熱水蒸気発生装置の実施形態の他の例を示す概略断面図である。
　従来の過熱水蒸気発生装置（温風機）では、流路内の蒸気を十分に加熱するために一対のヒータが必要であること（部品点数が２つ必要なこと）と、ヒータの片側の面のみを加熱に使っているために過熱水蒸気や温風を作製するのに電力のロスが大きいという問題があった。
　本開示は上記事情に鑑みてなされたもので、電力ロスを少なくし、急速に加熱して過熱水蒸気および温風を発生させる過熱水蒸気発生装置を提供することを目的とする。
　以下、過熱水蒸気発生装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１は過熱水蒸気発生装置の実施形態の一例を示す概略斜視図、図２は図１に示す過熱水蒸気発生装置の縦断面図、図３は図１に示す過熱水蒸気発生装置の一例の一部破断拡大斜視図である。
　図１～図３に示す過熱水蒸気発生装置１０は、蒸気状の水を発生する水発生部１と、水発生部１で発生した蒸気状の水の通路となる空間を内側に有する管状ヒータ２と、管状ヒータ２の外壁を覆い、当該外壁との間に外気の通路となる空間を有する筒体３とを備えている。
　過熱水蒸気発生装置１０は、蒸気状の水を発生する水発生部１を備えている。この水発生部１は、水を入れるための容器１１を有していて、容器１１の内部にヒータ１２を有している。
　容器１１は、図に示す例では、有底円筒状体の上側に、外周部から中央部に向かうにつれて径が狭くなる円錐形状（テーパー形状）の天板を有するタンクである。容器１１の形状としては、この形状に限られず、全体が円柱状または円錐状であってもよい。容器１１の材質は、樹脂、アルミニウム、ステンレス材料が挙げられる。特に軽量で持ち運びが容易な樹脂が好ましい。
　ヒータ１２は、蒸気状の水を発生させるための部材、言い換えると水蒸気（スチーム）を発生させるための部材である。ヒータ１２としては、例えば、セラミックヒータを用いてもよいし、シースヒータを用いてもよい。セラミックヒータは、例えば、アルミナから成る基体の内部にモリブデン、レニウムまたはタングステン等の発熱抵抗体が埋設されているものを用いることができる。シースヒータとしては、例えば、ステンレス製の筒の内部にニクロム線等からなる発熱抵抗体が設けられているものを用いることができる。ヒータ１２の発熱温度は、例えば、２００～３５０℃に設定できる。
　また、容器１１の内部には、ヒータ１２を覆う程度の量の水が入れられている。この水が、ヒータ１２によって加熱されて水蒸気（スチーム）が発生するようになっている。なお、容器１１には、例えば、パイプ等（図示せず）を介して外部から水を流入させることができる。
　過熱水蒸気発生装置１０は、水発生部１で生成された蒸気状の水（水蒸気）を加熱するための管状ヒータ２を備えている。管状ヒータ２は水発生部１を構成する容器１１の上方に設けられていて、図に示す例では、容器１１の円錐形状（テーパー形状）の天板の先端部の開口に管状ヒータ２を嵌め込んで固定している。また、図示しないが、容器１１の円錐形状（テーパー形状）の天板の先端部にＯリング等のパッキンを介して管状ヒータ２の端面を押し当てて固定してもよい。
　管状ヒータ２は、内側に蒸気状の水（水蒸気）の流路となる空間を有する管状の部材である。この管状ヒータ２は、セラミック体２１と、セラミック体２１に埋設された発熱抵抗体２２とを含んでいる。
　セラミック体２１は、絶縁性のセラミック材料からなる管状のものである。このセラミック体２１の形状としては、例えば、筒状のものであってもよいし、また、内部に複数の並行する流路を有するものであってもよい。絶縁性のセラミック材料としては、例えばアルミナ、窒化珪素または窒化アルミニウムが挙げられる。
　発熱抵抗体２２は、電流が流れることによって発熱する抵抗体である。発熱抵抗体２２は長手方向において折り返した折り返し部を周方向にわたって複数有している形状のものである。図３に示す管状ヒータ２は、発熱抵抗体２２が管状ヒータ２の長手方向の全体で繰り返して折り返すパターンのものである。発熱抵抗体２２は、セラミック体２１の広範囲にわたって埋設されており、蒸気状の水（水蒸気）の流路となる空間を周方向にわたって取り囲んでいる。この構成によれば、管状ヒータ２の長手方向の全体で水蒸気を加熱するので、過熱水蒸気を多く生成することができる。
　発熱抵抗体２２は、例えば金属材料から成る。金属材料としては、例えばタングステン、モリブデン、レニウム、レニウムとタングステンの混合物等の高融点金属を主成分とするものが挙げられる。発熱抵抗体２２は、外部の電源（図示せず）に電気的に接続されている。発熱抵抗体２２の発熱温度は、例えば１５０～３００℃に設定される。
　発熱抵抗体２２が発熱することによって、管状のセラミック体２１が加熱される。この加熱された管状のセラミック体２１の内側を蒸気状の水（水蒸気）が通ることによって、通過する水蒸気のほぼ全体を満遍なく加熱して過熱水蒸気とすることができる。なお、管状のセラミック体２１の長さは、例えば３０～１００ｍｍに設定される。また、管状のセラミック体２１の内径は、例えば５～１５ｍｍに設定される。
　このような管状ヒータ２は、例えば以下のようにして作製することができる。
　まず、上記のセラミック成分にＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２等の焼結助剤を含有させて調製したセラミックスラリーをシート状に成形して、セラミックグリーンシートを作製する。このセラミックグリーンシートは、焼成によりセラミック体２１の一部となるもので、一方の主面に発熱抵抗体２２となるペーストのパターンをスクリーン印刷等の手法を用いて形成する。発熱抵抗体２２となるペーストは、上記の高融点金属にセラミック材料、バインダー、有機溶剤等を調合し混練することで作製できる。また、セラミックグリーンシートの他方の主面には、電極層（図示せず）となるペーストのパターンもスクリーン印刷等の手法を用いて形成する。さらに、セラミックグリーンシートには発熱抵抗体２２と電極層とを導通させるビアホール導体も形成する。
　そして、これらのパターンが形成されたセラミックグリーンシートを、さらにセラミックグリーンシートと同一材質の成型体からなる芯材の外面に巻きつけて密着させることにより、内部に発熱抵抗体２２を有するセラミック体２１となる筒状の成型体が得られる。
　次に、得られた成形体を１５００℃～１６００℃程度で焼成し、さらにセラミック体２１の主面の電極層に無電解めっきにてＮｉめっき膜を施す。さらに、ろう材としてＡｇろう、Ａｕ－Ｃｕろうを用いて、Ｎｉからなる直径０．３～２ｍｍ、長さ３～３００ｍｍのリード端子（図示せず）を接続する。これにより、管状ヒータ２を得ることができる。
　そして、過熱水蒸気発生装置１０は、管状ヒータ２の外壁を覆い、当該外壁との間に外気の通路となる空間を有する筒体３を備えている。この筒体３は、図示しないが、容器１１に接続される部位を有していて、この部位にて容器１１と接続されて固定されている。
　筒体３の材質は、アルミニウム、ステンレスなどからなる。また、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との隙間は、例えば３～１５ｍｍに設定される。
　ここで、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との隙間に外気が導入されるようになっている。そして、加熱された管状のセラミック体２１の外側（管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との隙間）を空気が通ることによって、通過する空気のほぼ全体を満遍なく加熱して温風として排出することができ、加熱水蒸気を温風にのせて飛ばすことができる。
　このような過熱水蒸気発生装置１０によれば、管状ヒータ２の内側に供給された水蒸気（スチーム）が過熱水蒸気となり、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との間を通る空気が温風となる。このとき、管状ヒータ２の内壁と外壁の両方とも水蒸気（スチーム）や空気を加熱するのに使えるため、少ない部品点数と少ない電力で、過熱水蒸気と温風を作ることが出来る。すなわち、電力ロスを少なく、急速に加熱して過熱水蒸気および温風を発生させる過熱水蒸気発生装置１０を得ることができる。
　ここで、水発生部１としては、図１および図２に示す水蒸気を発生させるヒータ１２を有するものの他、図４および図５に示すように、霧状の水（ミスト）を発生させる振動子１３を有するものであってもよい。
　図４および図５に示す過熱水蒸気発生装置１０は、霧状の水（ミスト）を発生する水発生部１を備えている。そして、図４および図５に示す水発生部１は、水を入れるための容器１１の内部に、図１および図２に示すようなヒータ１２にかえて、振動子１３を有している。
　振動子１３としては、例えば圧電セラミック振動子（圧電基板）が挙げられる。容器１１の内部には水が設けられており、この容器１１の底に振動子１３が設置されている。そして、振動子１３に高周波の交流電流を加えると、超音波の振動エネルギーが発生する。この振動エネルギーが水面に伝わると、図５に示すように水面の一部が隆起して、隆起した部分から微細な霧状の水が発生するようになっている。
　なお、図４および図５に示す過熱水蒸気発生装置１０は、筒体３の下端に接続され、当該筒体３の下端から遠ざかるにしたがって徐々に拡がるテーパー部３１が設けられ、筒体３とテーパー部３１とで漏斗状の形状となっている。また、テーパー部３１は、容器１１の天板と同じ角度に傾斜していて、外気が容器１１の天板とテーパー部３１との隙間に導入され、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との隙間へと送られるようになっている。
　このような過熱水蒸気発生装置１０によれば、管状ヒータ２の内側に供給された霧状の水（ミスト）が過熱水蒸気となり、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との間を通る空気が温風となる。このとき、管状ヒータ２の内壁と外壁の両方とも霧状の水（ミスト）や空気を加熱するのに使えるため、少ない部品点数と少ない電力で、過熱水蒸気と温風を作ることが出来る。すなわち、電力ロスを少なく、急速に加熱して過熱水蒸気および温風を発生させる過熱水蒸気発生装置１０を得ることができる。
　ここで、図６および図７に示すように、霧状の水（ミスト）を発生させるために、振動子１３にかえて、円盤状の金属板１４１とリング状の圧電素子１４２と多孔質の樹脂棒１４３とを備えた霧化部１４とすることができる。
　金属板１４１は、中央部が上向きに凸になるような湾曲形状であり、外周部は平坦な形状である。金属板１４１の中央部には、直径５μｍ程度の細孔が多数設けられている。圧電素子１４２は、金属板１４１の外周に沿って接合されている。多孔質の樹脂棒１４３は、下端を含む一定の領域が水中に位置しているとともに、上端が金属板１４１の中央部の下面に接触している。毛細管現象によって樹脂棒１４３を伝わった水は金属板１４１の下面に到達する。ここで圧電素子１４２に対して交流電圧を加えると、金属板１４１に屈曲運動が生じる。この屈曲運動によって、金属板１４１の下面に位置する水が、金属板１４１の細孔を通過して、霧状になって上方向に噴出される。
　なお、図６および図７に示す過熱水蒸気発生装置１０においては、筒体３の下端に接続されたテーパー部と、テーパー部の下端に接続された側壁部と、側壁部の下端に接続された底板部とを含む第２の容器３２を備えている。ここで、第２の容器３２における側壁部は、容器１１の側面との間に所定の隙間を有するように設けられていて、下端部に設けられた外気導入窓３２ａから、容器１１の側面と第２の容器３２の側壁部の内面との隙間に外気が導入され、容器１１の天板と第２の容器３２のテーパー部との隙間へと送られ、さらに管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との隙間へと送られるようになっている。
　このような過熱水蒸気発生装置１０によっても、電力ロスを少なく、急速に加熱して過熱水蒸気および温風を発生させることができる。
　なお、図７においては、筒体３の上端を管状ヒータ２の上端よりも高い位置として示しているが、図７の表示とは反対に管状ヒータ２の上端を筒体３の上端よりも高い位置としたり、あるいは、図２や図５に示すように管状ヒータ２の上端と筒体３の上端とを同じ高さとしたりしてもよく、筒体３の上端と管状ヒータ２の上端との位置関係は使用環境に応じて設定すればよい。
　以下、管状ヒータ２と筒体３との間の隙間に関する他の例について、説明する。
　図８に示すように、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との間の空間に、当該空間を螺旋状に仕切る、管状ヒータ２を中心とする螺旋状の仕切部材４を備えている構成とすることができる。このとき、螺旋状の仕切部材４は、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との間にピッタリ収まるような径方向厚みを有しているのがよい。仕切部材４の材質は、アルミニウム、ステンレススチール等の金属部材または耐熱性があるフッ素系樹脂等の樹脂材料が挙げられる。この構成によれば、空気の通り道が長くなるため、同じ電力でも、より高温まで温められた温風とすることができる。なお、仕切部材４の長手軸方向に沿って切断したときの仕切部材４における隙間の幅は、例えば２～１０ｍｍとされる。
　また、図９に示すように、筒体３の内壁に当該筒体３の長さ方向に向かって螺旋状の溝３３を有している構成とすることもできる。このとき、管状ヒータ２の外壁と筒体３の螺旋状の溝３３を除く部分の内壁との間の隙間が狭いのがよい。この構成によれば、風の通り道が長くなるため、同じ電力でも、より高温まで温めることができる。なお、螺旋状の溝３３において、断面でみたときの一つの溝の幅が例えば２～５ｍｍとされ、深さが例えば０．５～２ｍｍとされる。
　また、図１０および図１１に示すように、管状ヒータ２の外壁に溝２３を有している構成とすることもできる。ここで、図１０に示す例は、管状ヒータ２が外壁に長手方向にそって溝２３を有しているものである。また、図１１に示す例は、管状ヒータ２が外壁に周方向にそって溝２３を有しているものである。断面でみたときの溝２３の幅は例えば２～５ｍｍとされ、深さは例えば０．５～２ｍｍとされる。なお、溝２３の形態としてはこれらに限定されず、例えば長手方向（縦）と周方向（横）とを組み合わせてもよい。これらの構成によれば、管状ヒータ２の外壁の表面積が大きくなるため、同じ電力でも、より高温まで温めることができる。
　図３に示すような長手方向の全体で温度が高くなるような管状ヒータ２にかえて、水発生部１に近い第１端部側（上流側であって図の下側）よりも水発生部１から遠い第２端部側（下流側であって図の上側）で温度が高くなるような管状ヒータ２とすることもできる。具体的には、図１２に示す管状ヒータ２における発熱抵抗体２２は、第１端部側のパターン密度と第２端部側のパターン密度とが異なっていて、第２端部から長手方向の途中まで延びているパターンと第１端部まで延びているパターンとが交互に繰り返されたものである。過熱水蒸気を発生させる為に管状ヒータ２の出口は高温である必要があるが、入口には低温（２３℃程度）のミストが入ってくる場合があるため、管状ヒータ２の入り口温度を低くすることでΔＴを小さくでき、熱衝撃（ヒートショック）を低減することができる。
　なお、水発生部１に近い第１端部側（上流側であって図の下側）よりも水発生部１から遠い第２端部側（下流側であって図の上側）で温度が高くなるような管状ヒータ２としては、図１２に示すものに限られない。例えば、図１３に示すように、管状ヒータ２は、管状のセラミック体２１と、セラミック体２１の内部に設けられた線状のパターンからなる発熱抵抗体２２とを含み、発熱抵抗体２２の線幅が第１端部側（上流側であって図の下側）よりも第２端部側（下流側であって図の上側）で細くなっている構成とすることもできる。
　また、これまで述べた構成における外気導入方法は、管状ヒータ２の外側の隙間にある空気が管状ヒータ２により熱せられて上昇することで、自然に隙間に外気が流入するものであったが、強制的に外気を流入させることもできる。例えば、管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との間の空間に外気を送りこむためのファンを備えている構成とすることができる。
　具体的には、図１４および図１６に示すように、外気導入窓３２ａの外側にファン５を備えており、外気導入窓３２ａから強制的に外気を流入させて、容器１１の側面と第２の容器３２の側壁部の内面との隙間に外気を導入し、容器１１の天板と第２の容器３２のテーパー部との隙間へと送られ、さらに管状ヒータ２の外壁と筒体３の内壁との隙間へと送られる構成とすることができる。ファン５で強制的に空気を流入させる為、より空気の供給量が増え、温風を遠くに飛ばすことができる。
　また、図１５に示すように、筒体３の下端に外気導入窓を有する拡径部を設け、その外側にファン５を設けるなどして、強制的に外気を流入させてもよい。
　また、これまで述べた構成における蒸気状または霧状の水の流れは、管状ヒータ２の内側の空間において蒸気状または霧状の水が管状ヒータ２により熱せられて過熱水蒸気となって上昇することで、自然にこの空間に新たな蒸気状または霧状の水が流入するものであったが、強制的に蒸気状または霧状の水を流入させることもできる。例えば、管状ヒータ２の内側の空間への蒸気状または霧状の水の流れを促進するためのファン６が設けられている構成とすることができる。
　具体的には、図１５に示すように、容器１１の側壁の一部に、例えば容器１１の天板の傾斜の向きと同じ向きの孔を設け、この孔の外側に管状の密閉空間を設けて、この密閉空間にファン６で空気を流入させて、容器１１の内部の空気の上方への流れを作るとともに水蒸気（スチーム）または霧状の水（ミスト）を効率的に上方に流す構成とすることができる。
　また、図１６に示すように、容器１１の内部の水の溜まっていない空間の上方にファン６のような送風機を設け、容器１１の内部の空気の上方への流れを作るとともに水蒸気（スチーム）または霧状の水（ミスト）を効率的に上方に流す構成とすることができる。
　このような構成によれば、ファン６で強制的に水蒸気（スチーム）または霧状の水（ミスト）を流入させる為、多くの水蒸気（スチーム）または霧状の水（ミスト）を管状ヒータ２の内側に供給でき、過熱水蒸気を遠くに飛ばすことが出来る。
　１・・・水発生部
　１１・・・容器
　１２・・・ヒータ
　１３・・・振動子
　１４・・・霧化部
　１４１・・・金属板
　１４２・・・圧電素子
　１４３・・・樹脂棒
　２・・・管状ヒータ
　２１・・・セラミック体
　２２・・・発熱抵抗体
　２３・・・溝
　３・・・筒体
　３１・・・テーパー部
　３２・・・第２の容器
　３２ａ・・・外気導入窓
　３３・・・螺旋状の溝
　４・・・仕切部材
　５、６・・・ファン
　１０・・・過熱水蒸気発生装置

Claims (8)

  1. 　蒸気状または霧状の水を発生する水発生部と、
    　該水発生部で発生した前記蒸気状または霧状の水の通路となる空間を内側に有する管状ヒータと、
    　該管状ヒータの外壁を覆い、該外壁との間に外気の通路となる空間を有する筒体と、
    　を備えている過熱水蒸気発生装置。
  2. 　前記管状ヒータの前記外壁と前記筒体の内壁との間の空間に、当該空間を螺旋状に仕切る、前記管状ヒータを中心とする螺旋状の仕切部材を備えている請求項１に記載の過熱水蒸気発生装置。
  3. 　前記筒体の内壁に当該筒体の長さ方向に向かって螺旋状の溝を有している請求項１に記載の過熱水蒸気発生装置。
  4. 　前記管状ヒータの外壁に溝を有している請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の過熱水蒸気発生装置。
  5. 　前記管状ヒータは、前記水発生部に近い第１端部側よりも前記水発生部から遠い第２端部側で温度が高くなるようになっている請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の過熱水蒸気発生装置。
  6. 　前記管状ヒータは、管状セラミック体と、該管状セラミック体の内部に設けられた線状のパターンからなる発熱抵抗体とを含み、該発熱抵抗体の線幅が前記第１端部側よりも前記第２端部側で細くなっている請求項５に記載の過熱水蒸気発生装置。
  7. 　前記管状ヒータの外壁と前記筒体の内壁との間の空間に前記外気を送りこむためのファンを備えている請求項１乃至請求項６のうちのいずれかに記載の過熱水蒸気発生装置。
  8. 　前記管状ヒータの内側の空間への前記蒸気状または霧状の水の流れを促進するためのファンが設けられている請求項１乃至請求項７のうちのいずれかに記載の過熱水蒸気発生装置。
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