JP2000356301A

JP2000356301A - 蒸気発生装置およびその制御方法

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Publication number: JP2000356301A
Application number: JP11166497A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shiraishi; 仁士白石; Takafumi Ii; 孝文井伊
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気圧の変動に対する応答性がよく、所
望の圧力の蒸気を安定して得ることのできる蒸気発生装
置およびその制御方法を提供することである。【解決手段】光加熱手段１５を備えた蒸気発生装置で
あり、容器３内に加熱手段収容部８を設け、この加熱手
段収容部８内に光加熱手段１５を設けた蒸気発生装置で
ある。そして、この蒸気発生装置の制御方法は、蒸気圧
に基づいて、光加熱手段１５をフィードバック制御する
構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蒸気発生装置お
よびその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蒸気発生装置の１つに、電気を用いて蒸
気を得る，所謂電気ボイラがある。この電気ボイラの加
熱手段としては、一般にシースヒータが用いられる。こ
のシースヒータは、電熱線（たとえば、ニクロム線）を
保護筒内に収容し、この保護筒内における電熱線との隙
間に電気的絶縁体を充填した構造である。そして、この
シースヒータは、電気ボイラの容器内の給水と直接接触
するように、この容器内に取り付けてある。

【０００３】ところで、前記のようなシースヒータを用
いた電気ボイラには、つぎのような問題があった。ま
ず、シースヒータは、電気的絶縁体の熱容量が大きく、
シースヒータ全体としても熱容量が大きいため、シース
ヒータへ供給する電力を調整した場合、電熱線の温度変
化は比較的早く生じるが、保護筒の表面温度が変化する
までには時間を要する。

【０００４】たとえば、蒸気圧の低下を解消するため
に、シースヒータへ供給する電力を増加させた場合に
は、保護筒の表面温度がすぐに上昇しないため、蒸気圧
が一時的に低下することがある。また、蒸気圧の上昇を
解消するために、シースヒータへ供給する電力を減少さ
せた場合には、保護筒の表面温度がすぐに低下しないた
め、蒸気圧が一時的に上昇することもある。このよう
に、前記のような電気ボイラにおいては、シースヒータ
へ供給する電力を調整しても、保護筒の表面温度が変化
するまでに遅れを生じるため、蒸気圧の変動に対する加
熱量の応答性が低い。また、安定した蒸気圧を得るため
には、前記の遅れを考慮した制御とする必要があって、
制御が複雑で難しいものとなる。

【０００５】また、前記のような電気ボイラにおいて、
蒸気圧の低下に応じてシースヒータの加熱量を増加させ
るために、シースヒータへ供給する電力を増加させてい
るが、シースヒータへ供給する電力をあまり増加させる
と、電熱線が焼損するおそれがある。また、電熱線の焼
損を防いでシースヒータへ供給する電力を増加させるた
めには、電熱線を大容量のものとする必要があって、保
護筒を大きくする必要があり、シースヒータが大型化
し、電気ボイラ自体も大型化してしまう。また、この場
合、電気的絶縁材も多量に必要となるため、前記のよう
な電力の調整に対する保護筒の表面温度の変化，すなわ
ちシースヒータの加熱量の変化の遅れが大きくなってし
まう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、蒸気圧の変動に対する応答性がよく、所
望の圧力の蒸気を安定して得ることのできる蒸気発生装
置およびその制御方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、光加熱手段を備えたことを特徴としている。

【０００８】請求項２に記載の発明は、容器内に加熱手
段収容部を設け、この加熱手段収容部内に光加熱手段を
設けたことを特徴としている。

【０００９】請求項３に記載の発明は、前記加熱手段収
容部が、透明素材で形成されていることを特徴としてい
る。

【００１０】請求項４に記載の発明は、前記加熱手段収
容部が、不透明素材で形成されていることを特徴として
いる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、容器内に加熱手
段収容部を設け、この加熱手段収容部内に光加熱手段を
設けてなる蒸気発生装置の制御方法であって、蒸気圧に
基づいて、前記光加熱手段をフィードバック制御するこ
とを特徴としている。

【００１２】請求項６に記載の発明は、前記光加熱手段
のフィードバック制御が、オン−オフ制御であることを
特徴としている。

【００１３】さらに、請求項７に記載の発明は、前記光
加熱手段のフィードバック制御が、ＰＩＤ制御であるこ
とを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明は、光加熱手段で給水を
加熱する蒸気発生装置として実施される。この光加熱手
段としては、たとえばハロゲンランプを用いる。このよ
うな光加熱手段は、電熱線を用いた加熱手段のような電
気的絶縁材が不要であるため、熱容量が小さく、供給さ
れる電力の調整に即応して光の出力，すなわち加熱量が
変化する。したがって、この蒸気発生装置においては、
蒸気圧の変動に対して給水の加熱量を即座に調整するこ
とができるため、蒸気圧を所望の圧力に維持することが
容易に行える。

【００１５】この発明に係る蒸気発生装置は、より具体
的には、容器内に加熱手段収容部を設け、この加熱手段
収容部内に光加熱手段を設けた構造である。この容器に
は、給水ラインを接続する。この容器は、蒸気発生装置
によって得ようとする蒸気の圧力に応じてその素材を選
定する。たとえば、圧力容器としての規定の適用を受け
るような高圧の蒸気を得る蒸気発生装置とする場合に
は、ステンレス鋼や鉄鋼などのような圧力容器用の素材
を用いる。また、低圧の蒸気を得る蒸気発生装置とする
場合には、石英ガラスのような素材を用いることもでき
る。

【００１６】加熱手段収容部は、たとえば筒形状とし、
容器を貫通させた状態で取り付ける。この加熱手段収容
部は、透明素材，たとえば石英ガラスで形成する。そし
て、加熱手段収容部内には、光加熱手段を収容する。こ
の構成では、光加熱手段からの光は、加熱手段収容部を
通過し、容器内において給水に吸収されることで給水が
加熱される。

【００１７】また、加熱手段収容部は、不透明素材で形
成することもできる。この場合には、圧力容器としての
適用を受けるような容器を容易に構成することができ
る。たとえば、前記のようなステンレス鋼や鉄鋼などの
圧力容器用の素材を用いる。この場合には、加熱手段収
容部の内面における輻射率を、０．５以上、より好まし
くは０．９以上に設定する。輻射率をこのような値に設
定するには、加熱手段収容部自体を輻射率の高い素材で
形成したり、加熱手段収容部の内面を輻射率の高い素材
で被覆することによって行うことができる。たとえば、
加熱手段収容部の内面側に、輻射率の高い塗料を塗装し
たり、セラミックなどを溶射することにより皮膜を形成
する。また、表面に輻射率の高い素材を一体的に貼り付
けた，所謂クラッド材を用いることもできる。さらに、
加熱手段収容部を金属素材で形成する場合、加熱手段収
容部の内面側に酸化皮膜を形成することによっても、前
記のような輻射率に設定することができる。

【００１８】このように、加熱手段収容部の内面におけ
る輻射率を０．５以上、より好ましくは０．９以上に設
定すると、光加熱手段からの光を、加熱手段収容部内面
で効果的に吸収させ、この加熱手段収容部を介してその
外側の容器内の給水に熱として伝えることができる。

【００１９】前記構成の蒸気発生装置においては、加熱
手段としての光加熱手段は、熱容量が小さく、電力の調
整に対する加熱量の応答性が良好なため、容器内の蒸気
圧に基づいて、加熱量をフィードバック制御することに
より、所望の圧力の蒸気を安定して得ることができ、し
かも蒸気圧の変化に対する加熱量の応答性がすこぶる良
好になる。このフィードバック制御として、もっとも単
純なオン−オフ制御とすることによっても、蒸気圧のオ
ーバーシュートやアンダーシュートを抑えることがで
き、安定した制御を行える。より好ましくは、このフィ
ードバック制御を、より精度の高い比例制御，ＰＩ制
御，ＰＤ制御などとすることもできる。さらに、このフ
ィードバック制御をＰＩＤ制御とすることにより、制御
偏差（所謂，オフセット）や応答遅れをなくし、蒸気圧
をほぼ一定に維持することができる。

【００２０】ここで、１つの容器に設ける加熱手段収容
部は、一個所に限らず複数箇所とすることもでき、また
１つの容器に設ける光加熱手段も１つに限らず複数とす
ることもできる。光加熱手段を複数とする場合には、全
てを一括して１つの光加熱手段として制御するように構
成することもできるし、加熱を行う光加熱手段の数を制
御するように構成したり、加熱を行う光加熱手段の数と
各光加熱手段における加熱量とを同時に制御するように
構成することもできる。

【００２１】

【実施例】以下、この発明に係る蒸気発生装置およびそ
の制御方法について、具体的実施例を図１を参照しなが
ら説明する。図１は、この発明に係る蒸気発生装置の第
一実施例の概略的な説明図である。

【００２２】図１において、蒸気発生装置１は、給水ラ
イン２を接続した容器３を備えている。この容器３は、
中空円筒形状の容器本体４と、この容器本体４の一側の
上部に接続し、上下方向に延びる接続管５と、この接続
管５の上端に接続した蒸気ヘッダ６とで構成される。前
記容器本体４，前記接続管５および前記蒸気ヘッダ６
は、ステンレス鋼で形成してある。前記蒸気ヘッダ６に
は、蒸気供給ライン７を接続してある。ここにおいて、
前記容器本体４は、軸線方向をほぼ水平方向として配置
するが、前記容器本体４から前記接続管５への蒸気の流
れを良好にするために、前記接続管５側を若干高くして
配置するのが好ましい。

【００２３】前記容器本体４には、加熱手段収容部８を
設けてある。この加熱手段収容部８は、この第一実施例
では、前記容器本体４をほぼ軸線方向に貫通する筒状部
材９によって形成してある。前記筒状部材９は、透明素
材，たとえば石英ガラスで形成してある。前記筒状部材
９と前記容器本体４との接続部分（符号省略）は、それ
ぞれシール機構１０，１０によって気密に封止してあ
る。前記各シール機構１０は、図１に示す第一実施例で
は、つぎのような構造である。

【００２４】すなわち、前記容器本体４の左右の側壁１
１，１１のそれぞれに、外側に向けて突出する支持部１
２，１２を形成し、この各支持部１２間に前記筒状部材
９を挿通する。そして、前記各支持部１２と前記筒状部
材９との間に、それぞれシール部材としてのＯリング１
３，１３を配置し、前記各支持部１２のそれぞれの外側
に締付部材１４，１４を螺着することにより、前記各Ｏ
リング１３を前記各支持部１２と前記筒状部材９との間
に弾圧付勢した状態としてある。

【００２５】前記筒状部材９内には、光加熱手段として
のハロゲンランプ１５を収容してある。この第一実施例
における前記ハロゲンランプ１５の発光部１６は、前記
容器本体４の軸線方向（図１の左右方向）の長さとほぼ
同じか、若干短くしてある。そして、前記ハロゲンラン
プ１５の両端のそれぞれに形成した端子部１７，１７
は、それぞれ電力線１８，１８を介して電源１９に接続
してある。この電源１９は、たとえばインバータ装置
（図示省略）を備えた交流電源である。

【００２６】前記容器本体４と前記蒸気ヘッダ６との間
には、水面計としての機能も有する水位検出手段２０を
設けてあり、前記蒸気ヘッダ６には、蒸気圧を検出する
ための圧力検出手段２１を設けてある。また、前記電源
１９，前記水位検出手段２０および前記圧力検出手段２
１は、それぞれ回線２２を介して制御器２３に接続して
ある。

【００２７】前記制御器２３は、前記圧力検出手段２１
によって検出した蒸気圧に基づいて前記電源１９から前
記ハロゲンランプ１５への電力の供給を制御する。前記
制御器２３における電力の供給の制御は、フィードバッ
ク制御によるもので、この第一実施例では、説明の簡略
化のために、オン−オフ制御としてあるが、このほか、
比例制御や、ＰＩ制御，ＰＤ制御，ＰＩＤ制御などを用
いることができる。また、前記制御器２３は、前記水位
検出手段２０によって検出した水位に基づいて、所定の
水位を維持するように、前記給水ライン２から前記容器
３への給水量を制御する。

【００２８】つぎに、前記蒸気発生装置１における機能
とともに前記制御器２３による制御内容を説明する。ま
ず、前記給水ライン２から前記容器本体４内へ給水す
る。ここにおいて、前記容器３における給水の水位は、
前記接続管５の途中の所定高さを維持するように制御す
る。

【００２９】そして、前記制御器２３により、前記電源
１９を制御し、前記ハロゲンランプ１５への電力の供給
を開始する。前記ハロゲンランプ１５は、前記電源１９
からの電力により、前記発光部１６が即座に高温とな
り、この高温となった前記発光部１６から光が照射され
る。前記発光部１６からの光は、前記筒状部材９を通過
し、前記容器本体４内の給水を加熱する。そして、この
光によって前記容器本体４内の給水を加熱するため、電
力の供給を開始すると即座に給水の温度が上昇し始め
る。

【００３０】前記ハロゲンランプ１５からの光により、
前記容器本体４内の給水は、温度が上昇し、蒸気とな
る。この蒸気は、前記蒸気ヘッダ６から前記蒸気供給ラ
イン７を介して蒸気の使用個所へ供給され、消費され
る。前記蒸気供給ライン７からの蒸気の供給により、前
記容器３内の水位が低下するが、この低下分は前記水位
検出手段２０によって検出されており、前記制御器２３
は、この低下分に見合う量の給水を前記給水ライン２か
ら前記容器本体４内へ導入し、前記容器３内を所定の水
位に維持する。

【００３１】前記蒸気ヘッダ６内の蒸気圧が所定の圧力
に達すると、前記制御器２３は、前記電源１９を制御
し、前記ハロゲンランプ１５への電力の供給を停止す
る。すると、前記ハロゲンランプ１５からの光の照射が
即座に停止し、加熱が中断されるため、前記蒸気ヘッダ
６内の蒸気圧は即座に低下し始める。そして、蒸気圧が
所定の圧力まで低下すると、前記制御器２３は、前記電
源１９を制御し、前記ハロゲンランプ１５への電力の供
給を再開する。すると、前記ハロゲンランプ１５からの
光により、給水の加熱が再開され、蒸気圧が上昇する。
この繰り返しにより、前記蒸気ヘッダ６内の蒸気圧を所
定の圧力範囲に維持する。

【００３２】以上説明したように、前記ハロゲンランプ
１５は、それ自体の熱容量が小さく、電力の調整に対す
る光の出力の変化，すなわち加熱量の変化が即座に現れ
るため、蒸気圧の変動に対する加熱量の応答性に優れた
蒸気発生装置を得ることができる。また、このように前
記ハロゲンランプ１５は、電力の調整に対する加熱量の
変化の応答性が高いため、前記のようなオン−オフ制御
を行ったとしても、シースヒータを使用した蒸気発生装
置に比べて蒸気圧の設定値に対するオーバーシュートや
アンダーシュート，到達時間の遅れなどがなく、安定し
た蒸気圧とすることができる。

【００３３】さらに、前記第一実施例の蒸気発生装置１
において、前記制御器２３による制御は、検出された蒸
気圧に対して連続的に電力を調整する，比例制御を行う
構成とすることができ、この場合には、蒸気圧を所定の
圧力に維持することが容易にできる。また、前記制御器
２３による制御は、オフセットを解消する機能を加えた
ＰＩ制御や、変化速度に比例した訂正動作を行う機能を
加えたＰＤ制御や、オフセットを解消する機能と変化速
度に比例した訂正動作を行う機能を加えたＰＩＤ制御と
することにより、一層安定した蒸気圧の蒸気を得ること
ができる。

【００３４】つぎに、この発明に係る蒸気発生装置の第
二実施例について、図２を参照しながら説明する。図２
は、この発明に係る蒸気発生装置の第二実施例の概略的
な説明図である。この第二実施例を示す図２において、
前記第一実施例を示す図１と同一の符号は、同一の部材
を示し、それらの詳細な説明は省略する。

【００３５】この第二実施例においては、前記加熱手段
収容部８を形成する筒状部材９は、不透明素材によって
形成されている。この第二実施例においては、前記筒状
部材９は、耐圧性の点と、前記容器本体４と一体的に接
合できる点から、ステンレス鋼で形成されている。そし
て、前記筒状部材９は、前記容器本体４との接続部分を
溶接によって一体的に、気密に固定してある。

【００３６】前記筒状部材９の内面側，すなわち前記ハ
ロゲンランプ１５と対面する側は、輻射率を０．９以上
に設定してある。この第二実施例においては、前記筒状
部材９の内面に、輻射率が０．９以上で耐熱性を備えた
黒色や緑色の塗料を塗布することによって、前記の輻射
率に設定している。また、前記筒状部材９がステンレス
鋼製であるため、酸化皮膜を形成することによって、輻
射率を向上させることもできる。

【００３７】前記第二実施例の構成によると、前記ハロ
ゲンランプ１５からの光は、前記筒状部材９によって遮
蔽され、前記容器本体４内の給水には達しない。しか
し、前記ハロゲンランプ１５からの光は、前記筒状部材
９の内面の輻射率を高めてあるため、前記筒状部材９の
内面で効率よく吸収され、前記筒状部材９の内面の温度
を上昇させる。そして、前記筒状部材９の内面で受けた
熱は、前記筒状部材９を伝わって前記筒状部材９の外面
に伝達されるため、前記容器本体４内の給水は、前記筒
状部材９によって加熱され、蒸気となる。この第二実施
例において、前記制御器２３による制御は、前記第一実
施例同様、オン−オフ制御，比例制御，ＰＩ制御，ＰＤ
制御，ＰＩＤ制御などのフィードバック制御を行う。

【００３８】したがって、前記第二実施例においては、
前記筒状部材９を前記容器３と同様の素材を用いて構成
できるため、高圧の蒸気を得るための蒸気発生装置を構
成することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る蒸
気発生装置およびその制御方法によれば、加熱手段に熱
容量の小さな光加熱手段を用いることで、蒸気圧の変動
に対する加熱量の応答性が高く、所望の圧力の蒸気を安
定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る蒸気発生装置の第一実施例の概
略的な説明図である。

【図２】この発明に係る蒸気発生装置の第二実施例の概
略的な説明図である。

【符号の説明】

３容器８加熱手段収容部１５ハロゲンランプ（光加熱手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光加熱手段１５を備えたことを特徴とす
る蒸気発生装置。
【請求項２】容器３内に加熱手段収容部８を設け、こ
の加熱手段収容部８内に光加熱手段１５を設けたことを
特徴とする蒸気発生装置。
【請求項３】前記加熱手段収容部８が、透明素材で形
成されていることを特徴とする請求項２に記載の蒸気発
生装置。
【請求項４】前記加熱手段収容部８が、不透明素材で
形成されていることを特徴とする請求項２に記載の蒸気
発生装置。
【請求項５】容器３内に加熱手段収容部８を設け、こ
の加熱手段収容部８内に光加熱手段１５を設けてなる蒸
気発生装置の制御方法であって、蒸気圧に基づいて、前
記光加熱手段１５をフィードバック制御することを特徴
とする蒸気発生装置の制御方法。
【請求項６】前記光加熱手段１５のフィードバック制
御が、オン−オフ制御であることを特徴とする請求項５
に記載の蒸気発生装置の制御方法。
【請求項７】前記光加熱手段１５のフィードバック制
御が、ＰＩＤ制御であることを特徴とする請求項５に記
載の蒸気発生装置の制御方法。