JP2014214940A - 蒸気発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気を安定して生成することのできる蒸気発生装置を提供する。【解決手段】蒸気発生装置１は、円筒状に構成された円筒容器２と、円筒容器２の内部を長手方向に沿って貫通するように配置されると共に、内部に加熱装置１６を挿入可能な貫通管５と、円筒容器２に供給される水Ｗが流通可能な給水管３と、円筒容器２内で発生した蒸気を排出可能な蒸気出口管１２と、円筒容器２に貯留された水Ｗを排水可能な排水管４と、給水管３及び／又は排水管４に挿入可能な略円筒状部材であって、貫通管５の伝熱面との間に沸騰核を形成可能な沸騰促進管７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気発生装置に関する。

従来、ハロゲンヒータ等の輻射熱を利用して蒸気を発生させる蒸気発生装置が提案されている。例えば、円筒容器（容器本体）と、この円筒容器の内部を軸方向に貫通する貫通管（筒状部材）と、この貫通管の内部に配置されたハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）と、円筒容器の内部に水を供給する給水ラインと、円筒容器の上部に設けられた蒸気ヘッダと、を備える蒸気発生装置が提案されている。この蒸気発生装置において、給水ラインから円筒容器の内部に供給された水は、貫通管の内部に配置されたハロゲンヒータの輻射熱により加熱されて蒸気となり、蒸気ヘッダから排出される（特許文献１参照）。

特開２０００−３５６３０１号公報

精密部品や半導体等の洗浄に用いられる超純水の蒸気を生成する蒸気発生装置において、装置の主要部は、超純水を汚染する異物が析出しないように表面の滑らかな石英ガラス等により構成される。しかし、上述した貫通管の表面（伝熱面）が滑らかであると、沸騰が起こりにくくなり、過加熱及び突沸が発生しやすくなる。過加熱とは、液体を加熱した際に、沸点を超えても沸騰しない状態をいう。また、突沸とは、過加熱の状態で液体に振動や異物が与えられることにより、突然激しく沸騰が起こる現象をいう。蒸気発生装置の運転中に過加熱及び突沸が繰り返し発生すると、生成される蒸気の圧力が不安定になる。

従って、本発明は、蒸気を安定して生成することのできる蒸気発生装置を提供することを目的とする。

本発明は、円筒状に構成された円筒容器と、前記円筒容器の内部を長手方向に沿って貫通するように配置されると共に、内部に加熱装置を挿入可能な貫通管と、前記円筒容器に供給される水が流通可能な給水管と、前記円筒容器内で発生した蒸気を排出可能な蒸気出口管と、前記円筒容器に貯留された水を排水可能な排水管と、前記給水管及び／又は前記排水管に挿入可能な略円筒状部材であって、前記貫通管の伝熱面との間に沸騰核を形成可能な沸騰促進管と、を備える蒸気発生装置である。

また、前記沸騰促進管は、前記貫通管の前記伝熱面との間に配置される、枝葉状に分割された先端部を有することが好ましい。

また、前記沸騰促進管は、前記先端部と前記貫通管の前記伝熱面とが接触するように配置されることが好ましい。

また、前記沸騰促進管において、前記先端部の表面には、凹部及び／又は凸部が形成されることが好ましい。

また、前記沸騰促進管は、フッ素樹脂により構成されることが好ましい。

本発明によれば、蒸気を安定して生成することのできる蒸気発生装置を提供することができる。

実施形態の蒸気発生装置１を正面から見たときの縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 沸騰促進管７の概略斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は沸騰促進管７の部分拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。ここでは、本発明に係る蒸気発生装置を、超純水の蒸気を生成する超純水蒸気発生装置（以下、単に「蒸気発生装置」ともいう）に適用した場合の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の蒸気発生装置１を正面（円筒容器の側面）から見たときの縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、沸騰促進管７の概略斜視図である。図４は、（Ａ）〜（Ｃ）は、沸騰促進管７の部分断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の蒸気発生装置１は、主な構成要素として、円筒容器２と、給水管３と、排水管４と、３本の貫通管５と、蒸気ドーム６と、沸騰促進管７と、を備える。

円筒容器２は、蒸気の元となる水Ｗ（超純水）を貯留する圧力タンクであり、円筒状に構成されている。円筒容器２は、筒体部２１と、平蓋部２２と、蒸気排出開口２３と、給水開口２４と、排水開口２５と、を備える。

筒体部２１は、円筒状に形成された部材である。平蓋部２２は、略円盤状に形成された部材であり、筒体部２１の長手方向の両端部に設けられている。平蓋部２２には、図２に示すように、３つの貫通管５が貫通する貫通口２２１が３つ形成されている。筒体部２１及び平蓋部２２は、円筒容器２の主要部を構成する。

蒸気排出開口２３は、円筒容器２の上部に設けられている。蒸気排出開口２３は、円筒容器２の軸方向の他端側（図１における右側）に配置され、且つ円筒容器２の湾曲側面に沿うように略円形状に形成されている。蒸気排出開口２３の上部には、蒸気ドーム６（後述）が設けられている。

給水開口２４は、円筒容器２における長手方向の一端部の下部に設けられている。給水開口２４には、給水管３（後述）の一端部が接続されている。円筒容器２には、給水管３から給水開口２４を経て水Ｗが供給される。

給水管３は、円筒容器２に水を供給するための配管である。給水管３の一端部は、円筒容器２の給水開口２４に接続されている。給水管３の他端部は、例えば、水Ｗの供給源から延出された配管（不図示）に接続される。給水管３の内部には、沸騰促進管７が挿入される。沸騰促進管７は、給水管３に挿入可能な略円筒状部材である。沸騰促進管７の構成については後述する。

排水開口２５は、円筒容器２における長手方向の他端部の下部に設けられている。排水開口２５には、排水管４の一端部が接続されている。円筒容器２に貯留された水Ｗの一部は、排水開口２５から排水管４を経て外部に排水される。

排水管４は、円筒容器２に貯留された水Ｗの一部を外部に排水するための配管である。排水管４の一端部は、排水開口２５に接続されている。排水管４の他端部は、例えば、排水用の配管（不図示）と接続される。

貫通管５は、図１に示すように、円筒容器２の内部を軸方向に貫通するように配置される（図１では、最も下方に位置する貫通管５のみを示す）。本実施形態の貫通管５は、図２に示すように、円筒容器２の中心軸ＯＡを中心とする同心円上に等間隔で配置される。それぞれの貫通管５の長手方向の両端部は、平蓋部２２に形成された貫通口２２１の周縁部に接合されている。それぞれの貫通管５には、加熱装置としてのハロゲンヒータ１６が挿入されている。

ハロゲンヒータ１６は、電源装置（不図示）から電力が供給されることにより輻射熱を発生する。ハロゲンヒータ１６が挿入された貫通管５の表面は、円筒容器２の内部に貯留された水Ｗにハロゲンヒータ１６の輻射熱を伝える伝熱面となる。

蒸気ドーム６は、円筒容器２の内部で発生した蒸気を上方に導くための部材である。蒸気ドーム６は、図１及び図２に示すように、円筒容器２の蒸気排出開口２３を塞ぐように設けられている。蒸気ドーム６は、上端に半球状のドーム部１１を有する。また、蒸気ドーム６には、蒸気出口管１２、水面制御管１３、及び安全弁接続管１４が接続されている。

蒸気出口管１２は、蒸気ドーム６から蒸気を外部に排出するための管である。蒸気出口管１２は、図２に示すように、蒸気ドーム６の側面を貫通するように取り付けられている。蒸気出口管１２の一端部は、斜めに切断された形状を有する。この斜めに切断された一端部は、蒸気ドーム６の内部において、上方に開口している。また、蒸気出口管１２の他端部は、円筒容器２の中心軸ＯＡと直交する方向に略水平に延出している。

水面制御管１３は、円筒容器２に貯留された水Ｗの水面の位置を計測する水面計（不図示）と連通する管である。水面制御管１３は、蒸気出口管１２の下方において蒸気ドーム６に接続され、図２に示すように、蒸気出口管１２の下方において、蒸気出口管１２の延出方向とは逆方向に延出している。

安全弁接続管１４は、円筒容器２の内部で規定圧以上の蒸気が発生した場合に、円筒容器２の内部の蒸気を強制的に排出するための管である。安全弁接続管１４は、図１に示すように、蒸気ドーム６の側面において、水面制御管１３と同じ高さに位置し、円筒容器２の中心軸ＯＡと略平行に延出している。延出した安全弁接続管１４の端部には、安全弁（不図示）が接続される。

本実施形態の蒸気発生装置１は、沸騰促進管７及びハロゲンヒータ１６を除いて、実質的に石英ガラスにより構成される。ここで、実質的に石英ガラスにより構成されるとは、装置のすべての部材が石英ガラスにより構成される場合のほか、装置を固定するための部材等、円筒容器２に供給される水Ｗや装置内で発生した蒸気が接触しない又は蒸気の純度に関連しない部材については、石英ガラスでない場合も含む。本実施形態の蒸気発生装置１において、石英ガラスにより構成される各部材は、溶融接合法により互いに接合されている。

次に、沸騰促進管７の構成について説明する。
図３に示すように、沸騰促進管７は、枝葉状に分割された先端部７１と、この先端部７１に繋がる略円筒状の根元部７２と、を有する。先端部７１は、沸騰促進管７において、貫通管５の伝熱面との間に配置される部分である。後述するように、沸騰促進管７を設けることにより、先端部７１と貫通管５の伝熱面との間に、沸騰の核となる気泡等（以下、「沸騰核」ともいう）が形成され易くなる。

根元部７２は、沸騰促進管７を給水管３に挿入する際に、作業者等により把持される部分である。根元部７２の端部には、斜めに切断された水導入部７２ａが形成される。水導入部７２ａは、給水管３に挿入された沸騰促進管７に水Ｗを導入させるための開口である。

沸騰促進管７は、図１及び図２に示すように、先端部７１と、最も下方に位置する貫通管５の伝熱面とが接触するように、給水管３に配置される。

沸騰促進管７は、１本のストロー状の円筒部材により形成される。具体的には、ストロー状の円筒部材の先端に４箇所の切れ込みを入れ、切れ込みを入れた部分を外側に向けて押し広げることにより、４つの部分に枝分かれした先端部７１を形成することができる。ストロー状の円筒部材において、切れ込みを入れていない部分は、根元部７２となる。

沸騰促進管７の先端部７１には、図４（Ａ）に示すように、複数の凹部７１ａが形成されている。凹部７１ａは、先端部７１の表面において、沸騰核をより多く形成させるためのものである。また、沸騰促進管７の先端部７１に、図４（Ｂ）に示すように、凸部７１ｂを形成してもよい。図４（Ｂ）に示す凸部７１ｂも、凹部７１ａと同様に、先端部７１の表面において、沸騰核をより多く形成させるためのものである。更に、沸騰促進管７の先端部７１に、図４（Ｃ）に示すように、凹部７１ａ及び凸部７１ｂの両方を形成してもよい。

本実施形態において、沸騰促進管７は、フッ素樹脂チューブにより構成される。フッ素樹脂材料としては、例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（略称：ＰＦＡ）が用いられる。フッ素樹脂チューブは、円筒容器２内の水Ｗ（超純水）及び蒸気を汚染することがなく、また耐熱温度は２６０℃程度の特性を有する。

沸騰促進管７は、給水管３の他端部から給水管３の内部に挿入することができる。沸騰促進管７を給水管３の内部に挿入すると、図１及び図２に示すように、沸騰促進管７の先端部７１と、最も下方に位置する貫通管５の伝熱面とが接触した状態となる。沸騰促進管７を給水管３の内部に挿入した後、給水管３の他端部には、コネクタ３１が取り付けられる。

コネクタ３１は、２方向に開口部が形成された部品である。図１及び図２に示すように、コネクタ３１の上部に形成された開口部３１ａには、給水管３の他端部が接続される。コネクタ３１の側面に形成された開口部３１ｂには、水Ｗの供給源から延出された配管（不図示）が接続される。沸騰促進管７を給水管３の内部に挿入した後、給水管３の他端部にコネクタ３１を取り付けることにより、給水管３の内部において、沸騰促進管７の上下方向への移動が規制される。

沸騰促進管７の長さ（全長）は、好ましくは、給水管３の内部に挿入してコネクタ３１を取り付けたときに、先端部７１と、最も下方に位置する貫通管５の伝熱面とが接触した状態となるように設定される。

本実施形態の蒸気発生装置１において、コネクタ３１の開口部３１ｂ側から供給された水Ｗは、沸騰促進管７の内部及び沸騰促進管７の外壁と給水管３の内壁との間を流通して、円筒容器２の内部に導入される。蒸気発生装置１は、円筒容器２の内部に所定量の水Ｗが貯留された状態で使用される。蒸気発生装置１において、不図示の電源装置から貫通管５に挿入されたハロゲンヒータ１６に電力を供給することにより、ハロゲンヒータ１６が発熱する。

円筒容器２の内部に貯留された水Ｗは、貫通管５に挿入されたハロゲンヒータ１６の輻射熱により加熱される。そして、円筒容器２の内部に貯留された水Ｗが沸騰することにより蒸気（水蒸気）が生成される。円筒容器２の内部で生成された蒸気は、蒸気ドーム６に導かれ、蒸気出口管１２から外部に排出される。

本実施形態の蒸気発生装置１では、表面が滑らかな石英ガラスにより貫通管５が構成されているため、水Ｗの沸騰を促進する沸騰核が形成されにくい。そのため、本来であれば沸騰が起こりにくく、過加熱及び突沸が発生しやすい。しかし、本実施形態の蒸気発生装置１においては、給水管３に挿入された沸騰促進管７の先端部７１と、最も下方に配置された貫通管５の伝熱面とが接触した状態となるため、沸騰促進管７の先端部７１と貫通管５の伝熱面との間に沸騰核が形成され易くなる。先端部７１と貫通管５の伝熱面との間に沸騰核が形成されると、円筒容器２の内部に貯留された水Ｗの一部が、その沸騰核内で蒸発するため、円筒容器２の内部において水Ｗの沸騰が促進される。従って、円筒容器２の内部に貯留された水Ｗの過加熱及び突沸の発生が抑制される。

上述した本実施形態の蒸気発生装置１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。

本実施形態の蒸気発生装置１によれば、沸騰促進管７の先端部７１と貫通管５の伝熱面との間に沸騰核が形成され易くなるため、円筒容器２の内部において、水Ｗの沸騰が促進される。従って、蒸気発生装置１においては、円筒容器２の内部に貯留された水Ｗの過加熱及び突沸の発生が抑制され、蒸気を安定して生成することができる。

本実施形態の蒸気発生装置１において、沸騰促進管７は、貫通管５の伝熱面との間に配置される枝葉状に分割された先端部７１を有する。これによれば、先端部７１と貫通管５の伝熱面との間に沸騰核がより形成され易くなるため、円筒容器２の内部において、水Ｗの沸騰がより促進される。また、沸騰促進管７は、給水管３に挿入するだけで装着することができ、また給水管３から容易に引き抜くことができるため、作業性に優れている。

本実施形態の蒸気発生装置１において、沸騰促進管７は、先端部７１と貫通管５の伝熱面とが接触するように配置される。そのため、先端部７１と貫通管５の伝熱面との間に沸騰核をより多く形成させることができる。従って、円筒容器２の内部において、水Ｗの沸騰をより促進させることができる。

本実施形態の蒸気発生装置１において、先端部７１には複数の凹部７１ａが形成されているため、先端部７１の表面に沸騰核をより多く形成させることができる。従って、円筒容器２の内部において、水Ｗの沸騰をより促進させることができる。

本実施形態の蒸気発生装置１において、沸騰促進管７は、フッ素樹脂チューブにより構成される。フッ素樹脂チューブは、円筒容器２の内部に貯留された水Ｗ（超純水）を汚染することがなく、また異物を析出しないため、より純度の高い蒸気を生成することができる。また、フッ素樹脂チューブの耐熱温度は２６０℃程度であり、通常の使用条件下において溶融したり変形したりするおそれがないため、定期的な交換も不要である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

本実施形態においては、沸騰促進管７の先端部７１と貫通管５の伝熱面とが接触するように配置する例について説明した。これに限らず、沸騰促進管７の先端部７１と貫通管５の伝熱面とが接触しないように配置してもよい。

本実施形態においては、沸騰促進管７を給水管３に配置する例について説明した。これに限らず、沸騰促進管７を排水管４に配置してもよいし、給水管３と排水管４の両方に配置してもよい。

本実施形態においては、沸騰促進管７の先端部７１を４つに枝分かれさせた例について説明した。これに限らず、沸騰促進管７の先端部７１は、少なくとも２つの部分に枝分かれしていればよい。また、枝分かれさせた部分の形状も適宜に変更可能である。例えば、先端の幅が徐々に狭くなるような形状としてもよいし、先端の幅が徐々に広くなるような形状としてもよい。

本実施形態においては、沸騰促進管７をフッ素樹脂チューブで構成した例について説明した。これに限らず、沸騰促進管７は、円筒容器２の内部に貯留された水Ｗ（超純水）を汚染することがなく、耐熱温度が高く、且つ表面が滑らかでない材質であれば、他の部材により構成してもよい。

１ 蒸気発生装置
２ 円筒容器
３ 給水管
４ 排水管
５ 貫通管
７ 沸騰促進管
１２ 蒸気出口管
１６ ハロゲンヒータ
７１ 先端部
７１ａ 凹部
７１ｂ 凸部
７２ 根元部
７２ａ 水導入部
Ｗ 水

Claims (5)

1. 円筒状に構成された円筒容器と、
   前記円筒容器の内部を長手方向に沿って貫通するように配置されると共に、内部に加熱装置を挿入可能な貫通管と、
   前記円筒容器に供給される水が流通可能な給水管と、
   前記円筒容器内で発生した蒸気を排出可能な蒸気出口管と、
   前記円筒容器に貯留された水を排水可能な排水管と、
   前記給水管及び／又は前記排水管に挿入可能な略円筒状部材であって、前記貫通管の伝熱面との間に沸騰核を形成可能な沸騰促進管と、
   を備える蒸気発生装置。
2. 前記沸騰促進管は、前記貫通管の前記伝熱面との間に配置される、枝葉状に分割された先端部を有する、
   請求項１に記載の蒸気発生装置。
3. 前記沸騰促進管は、前記先端部と前記貫通管の前記伝熱面とが接触するように配置される、
   請求項２に記載の蒸気発生装置。
4. 前記沸騰促進管において、前記先端部の表面には、凹部及び／又は凸部が形成される、
   請求項２又は３に記載の蒸気発生装置。
5. 前記沸騰促進管は、フッ素樹脂により構成される、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の蒸気発生装置。

Images