JP4873308B2 - 純粋蒸気製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療機関、製薬及び食品製造等の分野で使用される高純度の蒸気製造装置に関するものである。

この種の装置では、加熱器の機能を備えた加熱缶部と、蒸気を発生させる機能と気液分離機能とを備えた蒸発缶部とを備え、高純度蒸留水を加熱して蒸気を発生させ気液分離器により蒸気を取り出す仕組みを採用するものが一般的である。

従来、蒸気を発生させる部分は、加熱蒸気を缶内に充満させるようにした缶胴内に伝熱管を配置して伝熱管内に供給水（高純度蒸留水）を通過させ、伝熱管の周囲の熱源により過熱して蒸気を発生させている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。

特開２０００−１６１６０２号公報（第５、第１２乃至１５段落、図１） 特開平６ー２８５０号公報（第１１、第１３段落、図１） 特開平１０ー２４６４０１号公報（第６、第１２段落、図２）

しかし、従来の装置は、蒸気発生効率が低いため、十分な発生量を得るためには伝熱管の本数を多く加熱缶部を長大なものに構成する必要があった。

また、従来は缶体内に熱源としての加熱蒸気を充満させるため熱源の保有量が多く、そのため予熱に時間がかかり、反応速度が遅いという問題があつた。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりもコンパクトで、伝熱管内の供給水（蒸気）の流速を上げることで蒸気発生効率の高い純粋蒸気製造装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る純粋蒸気製造装置は、加熱缶部と蒸発缶部とを備えた純粋蒸気製造装置であって、前記加熱缶部は、ストレート管で構成された複数本の一次伝熱管と、ストレート管で構成された１本又は複数本の二次伝熱管と、上部圧力室及び下部圧力室と、複数の電熱シーズヒータとを含み、前記一次伝熱管の一端はいずれも供給水を前記加熱缶部に取入れるための供給水取入口に接続されると共に前記下部圧力室に接続されており、前記一次伝熱管の他端はいずれも前記上部圧力室に接続されており、前記二次伝熱管の一端はいずれも前記上部圧力室に接続される一方でそれらの他端は前記下部圧力室を貫通して前記蒸発缶部に接続されており、前記複数の電熱シーズヒータは、いずれも前記一次伝熱管及び二次伝熱管のそれぞれに内装され前記伝熱管の管内壁と前記電熱シーズヒータ外面との間に狭い空隙が前記上部圧力室から前記下部圧力室まで上下に亘って設けられていると共に、その一端が前記上部圧力室を貫通して前記加熱缶部の上方に突出しその突出した上端部の夫々を各電源部への接続部となし、前記加熱缶部に取り入れた供給水を前記電熱シーズヒータにより加熱しながら前記空隙内を通過させて蒸気と液滴の混合状態にある気液２相流体を発生させ、前記伝熱管内で発生した蒸気の圧力により前記気液２相流体を前記伝熱管を通じて前記蒸発缶部に圧送するように構成され、前記二次伝熱管は前記加熱缶部の中心部に配置される一方、前記一次伝熱管は前記二次伝熱管の外側に配置されており、前記二次伝熱管は、前記一次伝熱管より少ない本数で構成されていることを特徴とする。

上記の構成とすることにより従来は伝熱管内を通過する供給水を伝熱管の周囲の熱源により加熱していたために熱効率が悪かったのを伝熱管に内装した電熱シーズヒータによりダイレクトに且つ瞬時に加熱して蒸発させることにより伝熱管内の供給水（蒸気）の流速を上げることで蒸気発生効率を大巾に高めることができる。また、加熱缶の缶体内に熱源としての加熱蒸気を充満させる場合と比較して、予熱に要する時間が短縮される。

一次、二次伝熱管をこのような配置及び本数とすることにより、発生蒸気の圧力を中心部に集めて圧力をさらに高めることで流速を一層上げることができ、蒸気発生効率が飛躍的に増大する。

前記二次伝熱管は、前記一次伝熱管より大径の管で構成されていてもよい。

このように伝熱管のうち二次伝熱管を大径にすることで蒸発缶部の上部受入口と直接接続し、又は一体化することができ、機構の簡略化を図ることができる。

一次、二次の伝熱管に内装された各電熱シーズヒータを個別にオン、オフ制御するように制御部に接続されていてもよい。

上記構成とすることにより、加熱缶部における蒸気発生を最適の管理の下に自動制御することが可能である。

本発明に係る純粋蒸気製造装置は、多数の細管よりなる一次、二次の伝熱管に各管毎に電熱シーズヒータを内装することにより伝熱管内を流れる供給水が直に電熱シーズヒータに触れて瞬時に加熱蒸発させるため、急速に圧力を高めて供給水（蒸気）の流速を上げ、これにより熱効率を著しく高めることができる。

また、本発明では加熱缶部に缶胴のような缶体を必要としないため構成が簡単で装置全体の軽量化、低コスト化を図ることができる。さらに缶体に保有水を溜めるような従来の方式に比べ予熱時間を大巾に短縮することができる。

また、一次、二次の伝熱管に挿入した電熱シーズヒータは個々に又は任意にオン、オフして自動制御し又は比例制御することが可能である。

以下、図１乃至図５を参照して本発明の実施例について説明する。

純粋蒸気製造装置とは、高純度蒸留水を供給水として、これを加熱手段により加熱し、高純度（純粋）蒸気を発生させる装置である。

始めに、本発明に係る純粋蒸気製造装置のシステム図について説明する。図５は、その一例を示している。

図５に示すように、蒸気製造装置５０の加熱缶部１０に供給水供給ライン５１が接続され、ここから高純度蒸留水がプレヒータ５３を経て供給される。

図１は、本発明の純粋蒸気製造装置５０の全体を示した外観図で、図２はその縦断側面図である。

図２に示すように、この装置は加熱缶部１０と蒸発缶部２０とから構成される。加熱缶部１０は本体ケース１０ａにストレート往復型の一次、二次伝熱管２、３を設け、各伝熱管内に電熱シーズヒータ（２ａ、３ａ）を設けたものからなる。熱源となる電熱シーズヒータが伝熱管２、３内に直接組込まれることにより、高温蒸気を缶胴内に充満させるような缶胴式のものは不要である。

ストレート往復型の一次、二次伝熱管２、３の各上端口は、隔板１０ｄで仕切られた圧力室１０ｅに開口している。中心部の二次伝熱管３の下端口は、蒸発缶部の上部受入口４に開口している。図２に示すように、二次伝熱管３の下端を下方へ延出して延出部を上部受入口４とすることもできる。

一次伝熱管２の各下端口は隔板１０ｆで仕切られた下部の圧力室１０ｇに開口している。

一次、二次の各伝熱管２、３に内装された電熱シーズヒータ２ａ、３ａの上端部は隔板１０ｈを貫通して外部へ突出させている。この各突出部を夫々各別に電源への接続部となしている。

伝熱管２、３内にはシーズヒータ２ａ、３ａが挿入されているので、夫々の管内壁とシーズヒータ外面との間に環状の空隙が上下に亘って構成されている。この環状の空隙が供給水の通路となる。

蒸発缶部２０は、図２に示すように円筒状の缶胴ケース２０ａをアウターケースにして、その内部に同心に円筒部５と、環状の隔壁１２及び外周にサイクロン外筒１３と一体に設けたものからなる。円筒部５の下端口５ａは缶胴ケース２０ａの底部との間に下端膨張室６となる空間を形成している。

図３は、図２加熱缶部１０の上部のＡ−Ａ面で切断した切断図である。図３に示すように、供給水を上部の圧力室１０ｅに圧送するための一次側の伝熱管２は、最外周に８本とそのすぐ内側に４本設けられている。また下降側の二次伝熱管３は中心部に１本設けている。１本の場合は一次伝熱管より太い径の管を用い下部を延出して受入口４と一体に形成する。２〜３本の場合は別体に構成した受入口４に上方より挿入したものとする。

図４に示すように、伝熱管２、３の各管内に挿入したシーズヒータ２ａ、３ａは上端を管端口より突出させて固定し管内壁との間に供給水の通路となるようにスペーサを介装して環状の空隙が管内の全長に形成されている。

図５は本発明の一実施例を示す純粋蒸気製造装置のシステム図で、５２は供給水圧送用のポンプであり、プレヒーター５３を通して加熱缶部１０に供給される。５４は制御盤、５５は各電熱シーズヒータ２ａ、３ａをマルチ的にオン、オフ制御するための比例制御装置で、５６は流量計、５７は圧力センサーである。

［作用］
電熱シーズヒータ２ａ、３ａを加熱した状態で供給水を加熱缶部１０の下部の供給水取入口１より供給すると、この供給水は下部の圧力室１０ｇより一次伝熱管２の下端口より管内壁とシーズヒータ２ａとの間の空隙を通って上昇し上部の圧力室１０ｅに至る。この時供給水は管内において直接電熱シーズヒータの外面に接触するため急激に加熱されて蒸気となり、その上狭い空隙を通過することで圧力が高められる。さらに上部の圧力室１０ｅから中心部にある二次伝熱管３を通って蒸発缶部２０の円筒部５の上部受入口４に送入される。この為供給水は伝熱管２、３を通過する間に所定の高温度に加熱されて蒸気となり、さらにその圧力で蒸気と飽和水の気液２相流体で円筒部５内へ圧送され下端口５ａより膨張室６を経て環状室７を上昇し圧力を高めながらサイクロン８により中心内方へ向う旋回流となってサイクロン室１１、隔壁１２の内側の通路を上昇し分離室１４より取出口９へ送出されるものであって、このような流れの間に最終的に液滴が分離除去されて高純度の純粋蒸気が得られるものである。

本実施例では、加熱缶部と蒸発缶部が一体化した構成を例示したが、本発明の最大の特徴部分は、蒸気発生部分を担う伝熱管の構成にあり、その他の部分については従来の技術を適用することができる。

比例制御装置５５は図５に示すシステム回路に組込まれ、サイリスタによる制御又はマグネットによる制御とし、圧力センサー５７によりユースポイントへのクリーンスチーム（純粋蒸気）の圧力の高低をキャッチして調節計により圧力が高いときは下げ、低いときは上げるように自動調節するものである。

本発明の一実施例を示す純粋蒸気製造装置の外観図（斜視図）である。 同上の縦断側面図である。 図２におけるＡ−Ａ線の断面図である。 加熱缶部上部の縦断側面図 本発明の一実施例を示す純粋蒸気製造装置のシステム図である。

１ 供給水取入口
２、３ 伝熱管
２ａ、３ａ 電熱シーズヒータ
４ 上部受入口
１０ 加熱缶部
２０ 蒸発缶部

Claims (3)

1. 加熱缶部と蒸発缶部とを備えた純粋蒸気製造装置であって、
   前記加熱缶部は、
   ストレート管で構成された複数本の一次伝熱管と、ストレート管で構成された１本又は複数本の二次伝熱管と、上部圧力室及び下部圧力室と、複数の電熱シーズヒータとを含み、
   前記一次伝熱管の一端はいずれも供給水を前記加熱缶部に取入れるための供給水取入口に接続されると共に前記下部圧力室に接続されており、
   前記一次伝熱管の他端はいずれも前記上部圧力室に接続されており、
   前記二次伝熱管の一端はいずれも前記上部圧力室に接続される一方でそれらの他端は前記下部圧力室を貫通して前記蒸発缶部に接続されており、
   前記複数の電熱シーズヒータは、いずれも前記一次伝熱管及び二次伝熱管のそれぞれに内装され前記伝熱管の管内壁と前記電熱シーズヒータ外面との間に狭い空隙が前記上部圧力室から前記下部圧力室まで上下に亘って設けられていると共に、その一端が前記上部圧力室を貫通して前記加熱缶部の上方に突出しその突出した上端部の夫々を各電源部への接続部となし、
   前記加熱缶部に取り入れた供給水を前記電熱シーズヒータにより加熱しながら前記空隙内を通過させて蒸気と液滴の混合状態にある気液２相流体を発生させ、前記伝熱管内で発生した蒸気の圧力により前記気液２相流体を前記伝熱管を通じて前記蒸発缶部に圧送するように構成され、
   前記二次伝熱管は前記加熱缶部の中心部に配置される一方、前記一次伝熱管は前記二次伝熱管の外側に配置されており、
   前記二次伝熱管は、前記一次伝熱管より少ない本数で構成されていることを特徴とする純粋蒸気製造装置。
2. 前記二次伝熱管は、前記一次伝熱管より大径の管で構成されていることを特徴とする請求項１記載の純粋蒸気製造装置。
3. 前記一次、二次の伝熱管に内装された各電熱シーズヒータを個別にオン、オフ制御するように制御部に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の純粋蒸気製造装置。

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