<第1の実施形態>
 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� �置)を、図面に基づいて説明する。この過熱� ��気発生装置は、ボイラ等で発生した飽和水� ��気を再加熱し、過熱水蒸気として排出する� ��のである。図1は第1の実施形態の過熱蒸気� �生装置の一部断面を含む平面図である。図2� ��、図1のII-II断面を示す断面図である。過熱� ��気発生装置の外観は、飽和水蒸気供給管10� �接続された供給側端板30と器体本体20と過熱� ��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� �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� �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。

 飽和蒸気供給管10は供給側端板30の内側に 所定の長さ突出させて堰を設定し、凝縮水溜 80を形成するよう設置する。

 過熱蒸気発生装置の内部には高温の水蒸� ��が流れることになるので、特に温度条件の� ��しくなる隔管50等の各部材は、高温酸化処� �または電解研磨後に表面を不動態化処理し� �ステンレス鋼等を用い高温腐食対策をとる� �

 以下、第1の実施形態の過熱蒸気発生装置に ついて、より詳細に説明する。
 器体本体20は、円筒状に形成されている。� �体本体20の両端部21,22は、それぞれ供給側端� ��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、� ��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� ��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、器体本体20よりも径が小さい円筒 状に形成されている。隔管50は、器体本体20� �同心となるように器体本体20内に挿入されて いる。隔管50は、その外周面から外径側に突� ��出したステー51を有し、ステー51の突端部を 器体本体20の内周面に固定することによって� ��持されている。隔管50の両端部52,53は、供給 側端板30及び排出側端板40とそれぞれ間隔を� �てて対向して配置されている。
 隔管50は、本発明にいう第2の筒状体として� ��能する。

 隔管50の供給側端板30側の端部52は、端板54� �よって閉塞されている。端板54は、平坦な円 盤状の部材であって、その周囲を隔管50に溶� ��されることによって固定及びシールされて� ��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� ��わずかに径が大きい円盤状に形成されてい� ��。遮熱板110は、端板54と平行に配置される� �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。

 図3は、遮熱板110付近の拡大図であり、図3(a )は図1のIII部拡大図、図3(b)は図3(a)のb-b部矢� �図である。
 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� �端板54と間隔を隔てて対向し、この端板54と� ��行に配置されている。プレート111の外周縁� ��には、隔管50と反対側(供給端板30側)に立ち� ��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� ��111の隔管50とは反対側の面部と間隔を隔て� �対向し、プレート111と平行に配置されてい� �。プレート112の外周縁部は、プレート111の� �上部111aの突端部と溶接等によって接合され� ��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� �板110側の端部には円盤状のフランジ113aが固� ��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� ��111のプレート112側の面に固定されている。� ��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。

 飽和水蒸気供給管10は、ボイラ等の図示し� �い飽和水蒸気発生装置から、被加熱気体で� �る飽和水蒸気を供給される円筒状の管路で� �る。飽和水蒸気供給管10は、供給側端板30の� ��口31から器体本体20内に挿入されている。開 口31の内周縁部と飽和水蒸気供給管10の外周� �との間は全周にわたって溶接され、これに� �って開口31はシールされている。飽和水蒸気 供給管10は、器体本体20とほぼ同心に配置さ� �ている。飽和水蒸気供給管10の端部11は、供� ��側端板30から突出するとともに、遮熱板110� �間隔を隔てて対向して配置されている。飽� �水蒸気供給管10は、本発明にいう導入管路と して機能する。
 ここで、器体本体20をその軸心方向が鉛直� �向と一致するように立てて配置し、供給側� �板30を下側とした場合、飽和水蒸気供給管10� ��外周面と器体本体20の内周面との間が凝縮� �溜80となる。この凝縮水溜80には、飽和水蒸� ��が器体本体20内で外気との熱交換等によっ� �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。

 飽和蒸気供給管10の突出長(凝縮水溜80の容� �)の設定根拠を、以下に述べる。
 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� ��水蒸気を加熱した場合、雰囲気温度20℃か� �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� ��、本実施形態の過熱蒸気発生装置で飽和水� ��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� �発生する凝縮水100gに50%の安全率を考慮した1 50g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� ��内の過熱水蒸気により短時間で蒸発し湿り� ��気から過熱蒸気に移行するため、凝縮水を� ��レンとして器内から抜出す必要がなく全て� ��熱水蒸気として使用することができる。

 過熱水蒸気排出管70は、過熱蒸気発生装置� �で発生した加熱済気体である過熱蒸気を外� �へ排出する円筒状の管路である。過熱水蒸� �排出管70は、排出側端板40の開口41から器体� �体20内へ挿入され、さらに、器体本体20内で� ��管50内に挿入されている。開口41の内周縁部 と過熱水蒸気排出管70の外周面との間は全周� ��わたって溶接され、これによって開口41は� �ールされている。過熱水蒸気排出管70は、器 体本体20及び隔管50とそれぞれほぼ同心に配� �されている。過熱水蒸気排出管70の先端部71� ��、隔管50の内部において、端板54と間隔を隔 てて対向して配置されている。この先端部71� ��、隔管50の内周面と過熱水蒸気排出管70の外 周面との間を流れてきた水蒸気が過熱水蒸気 排出管70内に導入される連通部となっている� ��
 この過熱水蒸気排出管70は、本発明にいう� �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は、飽和水蒸気供給管10から 供給された飽和水蒸気を再加熱して過熱蒸気 とする加熱手段である。シーズヒータ60は、� ��給側端板30から器体本体20内に導入され、こ こから器体本体20の内周面と隔管50の外周面� �の間を通して隔管50の端板54と反対側の端部( 開口端部)53まで直線状に配置されている。シ ーズヒータ60の発熱部61は、隔管50の開口端部 から隔管50の内径側に引き込まれ、過熱水蒸� ��排出管70の外周面に螺旋状に巻き付けられ� �いる。
 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� ��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� �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� ��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� ��水蒸気への伝熱効率を付与された耐振及び� ��熱構造である。

 上記した構成によって、飽和水蒸気供給� ��10から器体本体20に導入された飽和水蒸気は 、隔管50内を流れる過熱水蒸気の冷却回避の� ��的で配設された遮熱板110と隣接する端板54� �当たり外空間S1で予熱され、連通する内空間 S2で加熱され、さらに連通する過熱水蒸気排� ��管70で最終加熱され、1.5パスによる安定し� �質の過熱水蒸気を生成することができる。

 すなわち、飽和水蒸気供給管10から器体� �体20内に吹込まれた飽和水蒸気は、遮熱板110 に衝突して外径側に流れ、さらに器体本体20� ��内周面と衝突し、器体本体20の内周面と隔� �50の外周面との間の外空間S1内を排出側端板4 0側へ流れる。排出側端板40付近に達した水蒸 気は、隔管50の開口している端部53から隔管50 の内径側へ流入し、隔管50の内周面と過熱水� ��気排出管70との間の内空間S2内を端部52及び� ��板54側へ流れる。端部52付近に達した水蒸気 は、端板54と衝突して過熱水蒸気排出管70の� �部71内へ導入され、過熱水蒸気排出管70内を� ��って外部へ排出される。

 また、水蒸気は、上記のように流れる途� ��で、シーズヒータ60の発熱部61によって加熱 され、飽和水蒸気から過熱蒸気へと変化する 。また、飽和水蒸気が器体本体20を介した外� ��との熱交換や、運転開始直後における低温� ��各部材によって冷却されて発生する凝縮水� ��、器体本体20の内周面等を伝って滴下し、� �縮水溜80に貯留される。凝縮水は、装置の運 転中に加熱されて過熱水蒸気となり排出され る。

 本実施形態においては、生成した過熱水� ��気温度を減温させることなく最大熱効率を� ��保するため、飽和水蒸気供給管10の入口と� �熱水蒸気排出管70の出口を両間隔が最大とな るように、器体本体20の両端部21,22近傍に配� �し、飽和水蒸気供給管10の入口近傍に飽和水 蒸気の流れ方向に直面する位置に遮熱板110を 配設し、過熱水蒸気が内流する隔管50が冷却� ��温されることを回避し、全体の熱効率を向� ��させている。

 図5に、過熱蒸気発生装置を使用してボイ ラで供給した飽和水蒸気から過熱水蒸気を発 生させた場合の過熱水蒸気温度の時間変化を 示す。実験条件は、過熱蒸気発生装置に供給 される飽和水蒸気量を約3kg/時、シーズヒー� �容量を1800W、シーズヒータ表面温度を200℃か ら300℃のPID制御とした。本図で飽和水蒸気供 給管10入口での飽和水蒸気温度、過熱水蒸気� ��出管70出口での過熱水蒸気温度、雰囲気温� �を示す。本データから、ボイラ等から供給� �れた飽和水蒸気を過熱蒸気発生装置で再加� �して250℃の過熱水蒸気を安定して発生でき� �ことがわかる。

 図6に、過熱蒸気発生装置を使用してボイ ラで供給した飽和水蒸気から過熱水蒸気を発 生させた場合の過熱蒸気発生装置で使用する シーズヒータ容量と過熱水蒸気温度の関係を 示す。実験条件は、過熱蒸気発生装置に供給 される飽和水蒸気量を約3kg/時、シーズヒー� �容量を500W、900W、1300Wとした。本実験では、� ��体本体20の外側に断熱材施工有無の2ケース� ��実施した。飽和水蒸気供給管10の入口での� �和水蒸気温度、過熱水蒸気排出管70の出口で の過熱水蒸気温度(断熱材施工をした場合)、� ��囲気温度を示す。本データから、器体本体2 0の外側に断熱材施工をしない場合は、500Wで2 88℃、900Wで460℃、1300Wで600℃の過熱蒸気を発� ��できることがわかる。また、器体本体20の� �側に断熱材施工をした場合は、500Wで289℃、9 00Wで515℃、1300Wで670℃の過熱水蒸気を発生で� ��ることが分かる。

 ここで、本実施形態において、飽和水蒸� ��供給管10から供給する飽和水蒸気の流速が� �きいと、凝縮水溜80に滞留する凝縮水の水面 に沿った気流に凝縮水が液滴として巻き込ま れ、排出される過熱水蒸気内に液相の状態で 混入する場合がある。これを防止するため、 飽和水蒸気の供給量は、凝縮水の液面の気流 速を考慮して、水蒸気気流が液滴を巻込まな いように設定する。

 以上説明した第1の実施形態によれば、排出 される加熱済気体である過熱水蒸気に液体で ある凝縮水が巻き込まれることが防止され、 凝縮水が気相へ変化する際の圧力変動による 騒音の発生等を防止できる。
 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� �ート100によって支持することによって、シ� �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� ��ポート100を介した過熱水蒸気排出管70への� �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。

<第2の実施形態>
 過熱蒸気発生装置を垂直方向上向きに設置� ��て使用する場合である第2の実施形態を図7� �示す。なお、以下説明する各実施形態にお� �て、従前の実施形態と実質的に同様の箇所� �ついては同じ符号を付して説明を省略し、� �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� ��ることにより、前記水蒸気加熱装置の内部� ��前記凝縮水溜280を形成することができ、垂� ��方向上向きに設置した場合でも凝縮水を巻� ��むこと無く過熱水蒸気を供給することがで� ��る。

 第2の実施形態の過熱蒸気発生装置は、第1� �実施形態における飽和水蒸気供給管10に代え て、以下説明する飽和水蒸気供給管210を備え ている。
 飽和水蒸気供給管210は、器体本体20の供給� �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� ��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� �ができる。

<第3の実施形態>
 過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置� ��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� �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� ��ように配置する。すなわち、本実施形態に� ��いては、飽和水蒸気は器体本体20の上方か� �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� ��、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� ��巻込むこと無く過熱水蒸気を供給すること� ��できる。

<第4の実施形態>
 過熱蒸気発生装置を垂直方向下向きに設置� ��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� �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� ��ように配置する。すなわち、本実施形態に� ��いては、飽和水蒸気は器体本体20の上方か� �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。

<第5の実施形態>
 過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使� ��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� ��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� ��第1の実施形態と同様であるが、器体本体20� ��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� ��580となっており、凝縮水はこの中に滞留す� ��。
 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。

<第6の実施形態>
 過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使� ��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� ��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� ��。
 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� �、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� ��は、凝縮水溜680が設けられている。突出部2 4は、例えばステンレス鋼板を用いた板金加� �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。

<第7の実施形態>
 過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使� ��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� �、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� ��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。

<第8の実施形態>
 過熱蒸気発生装置を水平方向に設置して使� ��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� ��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� ��。
 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� �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。

(変形例)
 本発明は、以上説明した実施形態に限定さ� ��ることなく、種々の変形や変更が可能であ� ��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� �いるが、本発明はこれに限らず、4重以上の� ��重管構造を有する気体の加熱装置にも適用� ��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� �筒状体の内部に他の筒状体を挿入した構成� �することができる。この場合、気体流路は2� ��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� ��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。