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JP7105419B2 - Superheated steam generation system - Google Patents

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JP7105419B2
JP7105419B2 JP2018022710A JP2018022710A JP7105419B2 JP 7105419 B2 JP7105419 B2 JP 7105419B2 JP 2018022710 A JP2018022710 A JP 2018022710A JP 2018022710 A JP2018022710 A JP 2018022710A JP 7105419 B2 JP7105419 B2 JP 7105419B2
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superheated steam
heating
cladding tube
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SINNIHON BIFUU CO., LTD.
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SINNIHON BIFUU CO., LTD.
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Description

本発明は、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生システムに関するものである。なお、本明細書において「過熱水蒸気」とは、ある圧力下で決定される沸点で蒸発した状態の水蒸気(飽和水蒸気)を、同じ圧力下でさらに加熱した水蒸気のことである。大気圧中の水の場合には、沸点100℃を超えて加熱された水蒸気である。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superheated steam generation system for heating saturated steam to generate superheated steam. In this specification, the term “superheated steam” means steam obtained by further heating steam (saturated steam) in a state of vaporization at a boiling point determined under a certain pressure under the same pressure. In the case of water at atmospheric pressure, it is water vapor heated to a boiling point exceeding 100°C.

飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生システムやその装置の例として、例えば、下記特許文献1に開示される「常圧過熱水蒸気発生装置」がある。この装置では、互いに接触するように束ねられた複数の加熱管(加熱体)の束をさらに円筒状の外壁部分で覆い、この外壁部分の外周にヒーターを巻き付ける。外壁部分の外周には温度センサも取り付けられている。これにより、通電によりヒーターから発せられる熱が外壁部分を介して複数の加熱管に伝わることから、各加熱管内を通る水蒸気の加熱を可能にしている。また、下記特許文献2に開示される「過熱水蒸気処理装置」では、飽和水蒸気が通る導体管に通電してそれ自体を発熱させることにより、過熱水蒸気の発生を可能にしている。 BACKGROUND ART As an example of a superheated steam generating system and its device that heats saturated steam to generate superheated steam, there is an "atmospheric superheated steam generator" disclosed in Patent Document 1 below, for example. In this device, a bundle of a plurality of heating tubes (heating bodies) bundled so as to be in contact with each other is further covered with a cylindrical outer wall portion, and a heater is wound around the outer circumference of this outer wall portion. A temperature sensor is also attached to the outer circumference of the outer wall portion. As a result, the heat generated from the heater when energized is transmitted to the plurality of heating tubes via the outer wall portion, so that the steam passing through each heating tube can be heated. In addition, in the "superheated steam treatment apparatus" disclosed in Patent Document 2 below, a conductor pipe through which saturated steam passes is energized to heat itself, thereby enabling generation of superheated steam.

特開2017-101910号公報JP 2017-101910 A 特開2017-92018号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2017-92018

しかしながら、上記特許文献1に開示される先行技術によると、水蒸気等が通る加熱管や細管等の加熱体にはステンレス鋼が用いられる。そのため、製品コストの増加を招くうえに、アルミニウム、銅や真鍮(黄銅)に比べると熱伝導率が小さいことから水蒸気等の加熱効率を向上し難いという問題がある。仮に、加熱体にアルミニウム、銅や真鍮(黄銅)を用いた場合には、これらの金属はステンレス鋼に比べると低い温度で変性したり軟化したりし易いため、的確なタイミングの温度制御が要求される。ところが、温度センサが接触タイプのものである場合には、温度センサ自体が熱容量を有するため、応答速度の大きさによっては温度制御に時間的な遅れが生じ得る結果、加熱体の変性や軟化を招き得るという問題がある。また、ヒーターの温度制御においても、温度センサの検出温度にこのような時間的な遅れが生じ得ると、ヒーターの保護が適切に行い難いという問題がある。 However, according to the prior art disclosed in Patent Literature 1, stainless steel is used for heating bodies such as heating tubes and thin tubes through which water vapor or the like passes. As a result, there is a problem that the product cost is increased, and it is difficult to improve the heating efficiency of water vapor or the like because the thermal conductivity is lower than that of aluminum, copper, and brass (brass). If aluminum, copper, or brass is used as the heating element, these metals are more likely to denature or soften at lower temperatures than stainless steel, so temperature control with precise timing is required. be done. However, when the temperature sensor is of the contact type, the temperature sensor itself has a heat capacity, and depending on the magnitude of the response speed, a time delay may occur in temperature control, resulting in denaturation or softening of the heating element. There is a problem of inviting. Also in the temperature control of the heater, if such a temporal delay occurs in the temperature detected by the temperature sensor, there is a problem that it is difficult to properly protect the heater.

また、上記特許文献2に開示される先行技術によると、飽和水蒸気が通る導体管自体が発熱するので、装置構成は簡素になり得るものの、コイル等の発熱線に比べて熱容量が格段に大きい。そのため、加熱効率を向上し難いうえに、発熱時における温度分布にバラツキが出やすいことから、例えば、複数の温度センサをチャンバーの各部に設ける等の構成を採らなければ温度制御を行い難く、構成が複雑になるという問題がある。さらに、過熱水蒸気で満たされるチャンバーを貫通するように導体管を設けるためには、電気的な絶縁性と気密性の両方を確保する必要がある。そのため、絶縁材料の選択が難しく、また気密構造も複雑になり得る。 In addition, according to the prior art disclosed in Patent Document 2, since the conductor tube itself through which saturated steam passes generates heat, the device configuration can be simplified, but the heat capacity is much larger than that of a heating wire such as a coil. Therefore, it is difficult to improve the heating efficiency, and the temperature distribution during heat generation tends to vary. is complicated. Furthermore, in order to provide a conductor pipe so as to penetrate the chamber filled with superheated steam, it is necessary to ensure both electrical insulation and airtightness. Therefore, it is difficult to select an insulating material, and the airtight structure may be complicated.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成でありながら加熱効率を向上し、かつ、発熱体の近傍等に配置された加熱体の変性や劣化を抑制し得る過熱水蒸気発生システムを提供することを目的とする。また、ヒーターの保護を適切に行い得る過熱水蒸気発生システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and while it has a simple structure, it improves the heating efficiency and suppresses the denaturation and deterioration of the heating element disposed near the heating element. It aims at providing the superheated steam generation system which obtains. Another object of the present invention is to provide a superheated steam generating system capable of appropriately protecting the heater.

特許請求の範囲の請求項に記載された本発明の過熱水蒸気発生システムでは、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生システムであって、一端側に前記飽和水蒸気を導入し他端側から前記過熱水蒸気を排出する筒体と、前記筒体内に収容されて前記筒体の前記一端側から前記他端側に及ぶ被覆管を有しこの被覆管内に通電により発熱する発熱線を有する発熱体と、前記筒体内において前記発熱体の周囲に、前記被覆管に接してまたは前記被覆管の近傍に配置され、前記筒体内に導入された前記飽和水蒸気が一端側から入り加熱された前記過熱水蒸気が他端側から出る複数の加熱体と、前記発熱線の印加電圧を検出し電圧情報を出力する電圧センサと、前記発熱線の通電電流を検出し電流情報を出力する電流センサと、前記電圧情報および前記電流情報に基づいて前記発熱体が目標温度になるように前記発熱線の通電を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、所定タイミングにおける前記電圧情報および前記電流情報から得られる前記発熱線の抵抗値を用いて前記被覆管の温度を推定し、この推定温度に基づいて前記目標温度を設定し、かつ、既知温度の飽和水蒸気を前記筒体に導入した後の前記発熱線の非通電時においては、発熱に寄与しないまたは発熱に殆ど寄与しない電力を前記発熱線に加えた場合の前記電圧情報および前記電流情報から得られる前記発熱線の抵抗値を、前記被覆管の推定温度の推定または補正に用いる、ことを技術的特徴とする。
複数の加熱体は、筒体内において発熱体の周囲に、被覆管に接して(または被覆管の近傍に)配置される。これにより、発熱体が発熱することにより発せられた熱は、発熱体の周囲に配置された複数の加熱体に直接的(または間接的)に伝わる。また、発熱体の周囲を囲むように加熱体が配置されていることから、束ねられた複数の加熱体の周囲に発熱体を配置する構成(上記特許文献1の構成)に比べて、発熱体の外側に拡がるように伝わる熱が有効に活用される(特許文献1の構成では、発熱体の外周(周囲)に加熱体が配置されていないため、発熱体の外側に向かう熱が無駄になる)。そのため、加熱効率を向上させることが可能になる。
また、コントローラは、所定タイミングにおける電圧情報および電流情報から得られる発熱線の抵抗値を用いて被覆管の温度を推定して、この推定温度に基づいて目標温度を設定し、発熱体の(被覆管)がこの目標温度になるように発熱線の通電を制御する。これにより、温度センサを設けることなく、発熱体の被覆管の温度を推定しその温度を的確なタイミングで制御することが可能になる。発熱線は発熱の立ち上がりが比較的に速いことから、発熱線を有する発熱体においては、急峻な温度の立ち上がりに追従した温度制御を行うことが可能になる。また、このような発熱体の温度制御が可能になることで、発熱体の(被覆管)の周囲近傍等に加熱体を配置する構成を採っても加熱体の変性や劣化を抑制することが可能になる。
さらに、既知温度の飽和水蒸気を筒体に導入した後の発熱線の非通電時、つまり発熱体が発熱していない状態の既知温度における発熱線の抵抗値(実際に計測した抵抗値)が得られることから、例えば、予め設定されている当該既知温度における抵抗値と比較することで、実際に計測した抵抗値との間に生じている抵抗値の誤差を補正することが可能になる。これにより、例えば、経年劣化等により発熱線の抵抗値が予め設定されている抵抗値と異なっていた場合にはその誤差が補正されるので、それを用いて推定した被覆管の温度の精度も向上する。
The superheated steam generation system of the present invention recited in claim 1 of the scope of claims is a superheated steam generation system that heats saturated steam to generate superheated steam, wherein the saturated steam is introduced to one end side and the other A cylindrical body for discharging the superheated steam from the end side, and a cladding tube accommodated in the cylindrical body and extending from the one end side to the other end side of the cylindrical body, and a heating wire that generates heat when energized is provided in the cladding tube. and a heating element disposed in the cylindrical body around the heating element, in contact with the cladding tube or in the vicinity of the cladding tube, and the saturated steam introduced into the cylindrical body enters from one end side and is heated A plurality of heating elements from which the superheated steam is emitted from the other end, a voltage sensor that detects the voltage applied to the heating wire and outputs voltage information, and a current sensor that detects the current flowing through the heating wire and outputs current information. and a controller that controls energization of the heating wire so that the heating element reaches a target temperature based on the voltage information and the current information, wherein the controller controls the voltage information and the current information at a predetermined timing. The temperature of the cladding tube is estimated using the obtained resistance value of the heating wire, the target temperature is set based on this estimated temperature, and saturated steam of a known temperature is introduced into the cylindrical body. When the heating wire is not energized, the resistance value of the heating wire obtained from the voltage information and the current information when power that does not contribute to heat generation or hardly contributes to heat generation is applied to the heating wire is measured by the cladding tube. The technical feature is that it is used for estimating or correcting the estimated temperature of
A plurality of heating elements are arranged in the cylindrical body around the heating elements and in contact with (or in the vicinity of) the cladding tube. As a result, the heat generated by the heating element is directly (or indirectly) transmitted to the plurality of heating elements arranged around the heating element. In addition, since the heating element is arranged so as to surround the heating element, compared to the configuration in which the heating element is arranged around a plurality of bundled heating elements (the configuration of Patent Document 1 above), the heating element (In the configuration of Patent Document 1, since the heating element is not arranged on the outer periphery (around) of the heating element, the heat directed to the outside of the heating element is wasted.) ). Therefore, it becomes possible to improve the heating efficiency.
In addition, the controller estimates the temperature of the cladding tube using the resistance value of the heating wire obtained from the voltage information and current information at a predetermined timing, sets the target temperature based on this estimated temperature, and sets the heating element (coating The energization of the heating wire is controlled so that the pipe) reaches this target temperature. As a result, it becomes possible to estimate the temperature of the cladding tube of the heating element and control the temperature at an appropriate timing without providing a temperature sensor. Since the heat generation of the heating wire rises relatively quickly, it is possible to perform temperature control following a sharp temperature rise in the heating element having the heating wire. In addition, since it is possible to control the temperature of the heating element in this way, it is possible to suppress denaturation and deterioration of the heating element even if the heating element is arranged in the vicinity of the periphery of the heating element (cladding tube). be possible.
Furthermore, the resistance value of the heating wire (actually measured resistance value) at a known temperature when the heating wire is not energized after saturated steam of a known temperature is introduced into the cylinder, that is, when the heating element does not generate heat, is obtained. Therefore, for example, by comparing the resistance value at the preset known temperature, it is possible to correct the error in the resistance value between the actually measured resistance value and the resistance value. As a result, for example, if the resistance value of the heating wire differs from the preset resistance value due to aged deterioration, etc., the error is corrected, so the accuracy of the temperature of the cladding tube estimated using it is also improved. improves.

特許請求の範囲の請求項に記載された本発明の過熱水蒸気発生システムでは、請求項1に記載の過熱水蒸気発生システムにおいて、所定タイミングは、発熱線に通電していない時期である。発熱線に通電している時期(期間)は、コントローラによる制御によって電圧値や電流値が変動し得るため、正確な電圧情報や電流情報が得られ難い。そのため、例えば、発熱体を発熱させる必要のない(発熱線に通電していない)時期(期間)に出力される電圧情報や電流情報を電圧センサや電流センサから取得することによって、発熱線の正確な抵抗値を得ることが可能になり、それを用いて推定した被覆管の温度の精度も向上する。 In the superheated steam generating system of the present invention recited in claim 2 of the scope of claims, in the superheated steam generating system recited in claim 1 , the predetermined timing is a time when the heating wire is not energized. During the time (period) when the heating wire is energized, the voltage and current values may fluctuate due to control by the controller, making it difficult to obtain accurate voltage and current information. Therefore, for example, by acquiring the voltage information and current information output from the voltage sensor and current sensor during the period (period) when the heating element does not need to generate heat (the heating wire is not energized), the accuracy of the heating wire can be improved. It is possible to obtain an accurate resistance value, and the accuracy of the estimated cladding temperature is also improved.

さらに、特許請求の範囲の請求項に記載された本発明の過熱水蒸気発生システムは、請求項1または2に記載の過熱水蒸気発生システムにおいて、当該過熱水蒸気発生システムの電源投入後、前記発熱線の通電制御を開始する前において、発熱に寄与しないまたは発熱に殆ど寄与しない電力を前記発熱線に加えた場合の前記電圧情報および前記電流情報から得られる前記発熱線の抵抗値を、前記被覆管の推定温度の推定または補正に用いることを技術的特徴とする。 Furthermore, the superheated steam generation system of the present invention as recited in claim 3 of the scope of claims is the superheated steam generation system according to claim 1 or 2 , wherein after power is turned on to the superheated steam generation system, the heating wire Before starting the energization control of the cladding tube, the resistance value of the heating wire obtained from the voltage information and the current information when power that does not contribute to heat generation or hardly contributes to heat generation is applied to the heating wire The technical feature is that it is used for estimating or correcting the estimated temperature of

過熱水蒸気発生システムの電源投入後、発熱線の通電制御を開始する前、つまり発熱体が発熱する前の周囲温度における発熱線の抵抗値(実際に計測した抵抗値)が得られることから、例えば、予め設定されている当該周囲温度における抵抗値と比較することで、実際に計測した抵抗値との間に生じている抵抗値の誤差を補正することが可能になる。これにより、例えば、経年劣化等により発熱線の抵抗値が予め設定されている抵抗値と異なっていた場合にはその誤差が補正されるので、それを用いて推定した被覆管の温度の精度も向上する。 After turning on the power of the superheated steam generation system, the resistance value of the heating wire (actually measured resistance value) at the ambient temperature before starting the energization control of the heating wire, that is, before the heating element heats up. By comparing the resistance value with the preset resistance value at the ambient temperature, it is possible to correct the resistance value error occurring between the actually measured resistance value. As a result, for example, if the resistance value of the heating wire differs from the preset resistance value due to aged deterioration, etc., the error is corrected, so the accuracy of the cladding temperature estimated using it is also improved. improves.

また、特許請求の範囲の請求項に記載された本発明の過熱水蒸気発生システムは、請求項1~のいずれか一項に記載の過熱水蒸気発生システムにおいて、前記コントローラは、前記発熱線の通電の制御にPID制御を用いることを技術的特徴とする。 Further, the superheated steam generation system of the present invention as recited in claim 4 of the scope of claims is the superheated steam generation system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the controller comprises a A technical feature is that PID control is used to control energization.

発熱線の通電の制御にPID制御を用いることから、発熱体の温度を目標温度に高精度に近づけることが可能になる。 Since PID control is used to control the energization of the heating wire, it is possible to bring the temperature of the heating element close to the target temperature with high accuracy.

請求項の発明では、温度センサを設けることなく、急峻な温度の立ち上がりに追従した発熱体の温度制御を行うことが可能になる。また、このような発熱体の温度制御が可能になることで、発熱体(の被覆管)の周囲近傍等に加熱体を配置する構成を採っても、加熱体は被覆管の温度を超えて高くなることはないので、加熱体の変性や劣化を抑制することが可能になる。したがって、簡素な構成でありながら加熱効率を向上し、かつ、発熱体の近傍等に配置された加熱体の変性や劣化を抑制することができる。また、発熱体の急峻な温度の立ち上がりに追従した温度制御を行うことが可能になるので、ヒーターの保護を適切に行うことができる。また、発熱体が発熱していない状態の既知温度において補正された発熱体の抵抗値を用いて被覆管の温度を推定するところ、推定した被覆管の温度の精度が向上することから、発熱体の温度制御を高精度に行うことが可能になり、加熱体の変性や劣化をさらに効果的に抑制することが可能になる。したがって、簡素な構成でありながら加熱効率を向上し、かつ、発熱体の近傍等に配置された加熱体の変性や劣化をさらに抑制することができる。 According to the first aspect of the invention, it is possible to perform temperature control of the heating element following a steep rise in temperature without providing a temperature sensor. In addition, since it is possible to control the temperature of the heating element, even if the heating element is arranged near the circumference of the heating element (the cladding tube), the temperature of the heating element exceeds the temperature of the cladding tube. Since the temperature does not increase, it is possible to suppress denaturation and deterioration of the heating element. Therefore, it is possible to improve the heating efficiency with a simple structure, and to suppress denaturation and deterioration of the heating element disposed in the vicinity of the heating element. Moreover, since it becomes possible to perform temperature control following a sharp rise in the temperature of the heating element, it is possible to appropriately protect the heater. In addition, when the temperature of the cladding tube is estimated using the resistance value of the heating element corrected at a known temperature in which the heating element does not generate heat, the accuracy of the estimated temperature of the cladding tube is improved. temperature control can be performed with high accuracy, and the denaturation and deterioration of the heating element can be suppressed more effectively. Therefore, it is possible to improve the heating efficiency with a simple structure, and to further suppress denaturation and deterioration of the heating element disposed in the vicinity of the heating element.

請求項の発明では、推定した被覆管の温度の精度が向上することから、発熱体の温度制御を高精度に行うことが可能になり、加熱体の変性や劣化をさらに効果的に抑制することが可能になる。したがって、簡素な構成でありながら加熱効率を向上し、かつ、発熱体の近傍等に配置された加熱体の変性や劣化をさらに抑制することができる。 In the invention of claim 2 , since the accuracy of the estimated temperature of the cladding tube is improved, it is possible to perform temperature control of the heating element with high accuracy, and to further effectively suppress denaturation and deterioration of the heating element. becomes possible. Therefore, it is possible to improve the heating efficiency with a simple structure, and to further suppress denaturation and deterioration of the heating element disposed in the vicinity of the heating element.

請求項の発明では、発熱体が発熱する前の周囲温度において補正された発熱体の抵抗値を用いて被覆管の温度を推定するところ、推定した被覆管の温度の精度が向上することから、発熱体の温度制御を高精度に行うことが可能になり、加熱体の変性や劣化をさらに効果的に抑制することが可能になる。したがって、簡素な構成でありながら加熱効率を向上し、かつ、発熱体の近傍等に配置された加熱体の変性や劣化をさらに抑制することができる。 In the third aspect of the invention, the temperature of the cladding tube is estimated using the resistance value of the heating element corrected at the ambient temperature before the heating element generates heat. , it becomes possible to control the temperature of the heating element with high accuracy, and it becomes possible to further effectively suppress the denaturation and deterioration of the heating element. Therefore, it is possible to improve the heating efficiency with a simple structure, and to further suppress denaturation and deterioration of the heating element disposed in the vicinity of the heating element.

請求項の発明では、発熱体の温度を目標温度に高精度に近づけることが可能になるので、加熱体の変性や劣化をより一層抑制することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the temperature of the heating element can be brought close to the target temperature with high accuracy, so that denaturation and deterioration of the heating element can be further suppressed.

本発明の一実施形態に係る過熱水蒸気発生システムの構成例を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the structural example of the superheated steam generation system which concerns on one Embodiment of this invention. 本実施形態の過熱水蒸気発生システムを構成する過熱水蒸気発生装置の外観構成の例を示す側面図である。It is a side view which shows the example of an external appearance structure of the superheated-steam generator which comprises the superheated-steam-generating system of this embodiment. 図2に示す過熱水蒸気発生装置の出力パイプおよびハウジングの一部を切断した状態を表した軸方向(長手方向)部分断面図である。FIG. 3 is an axial (longitudinal) partial cross-sectional view showing a state in which a part of the output pipe and housing of the superheated steam generator shown in FIG. 2 are cut; 図4(A)は、図2に示すIV-A-IV-A線により切断した状態を同矢印方向から見た径方向(長手方向の軸に対して直交する方向)断面図である。図4(B)はカートリッジヒーターの構成を示す説明図である。FIG. 4A is a cross-sectional view in the radial direction (perpendicular to the longitudinal axis) of the state cut along line IV-A-IV-A shown in FIG. 2, viewed in the direction of the arrow. FIG. 4B is an explanatory diagram showing the configuration of the cartridge heater. 本実施形態の過熱水蒸気発生システムを構成するコントローラの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing a configuration example of a controller that configures the superheated steam generation system of the present embodiment. 図5に示すコントローラにより実行されるカートリッジヒーターの駆動制御処理の例を表したフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of cartridge heater drive control processing executed by the controller shown in FIG. 5 ; FIG. 図6に示す初期温度時補正処理の例を表したフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of initial temperature correction processing shown in FIG. 6 ; FIG. 発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップの例を表した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a conversion map of heating wire resistance value vs. cladding tube temperature; 図6に示す所定温度時補正処理の例を表したフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart showing an example of correction processing at a predetermined temperature shown in FIG. 6. FIG. 図6に示すヒーター制御処理の例を表したフローチャートである。7 is a flowchart showing an example of heater control processing shown in FIG. 6; 図11(A)は細管に代えて加熱リングを用いた場合の構成例を示す断面図である。図11(B)は、図11(A)に示すXI-B-XI-B線により切断した状態を同矢印方向から見た径方向断面図であり、図4(A)に相当するものである。FIG. 11(A) is a cross-sectional view showing a configuration example in which a heating ring is used instead of the thin tube. FIG. 11(B) is a radial cross-sectional view taken along line XI-B-XI-B shown in FIG. 11(A) and viewed in the direction of the arrow, and corresponds to FIG. 4(A). be.

以下、本発明の過熱水蒸気発生システムの実施形態について図を参照して説明する。まず、本発明の一実施形態に係る過熱水蒸気発生システム10の構成例を図1に基づいて説明する。図1には、過熱水蒸気発生システム10の構成例を示す模式図が図示されている。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a superheated steam generating system of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a configuration example of a superheated steam generation system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a schematic diagram showing a configuration example of a superheated steam generation system 10. As shown in FIG.

図1に示すように、過熱水蒸気発生システム10は、主に、筐体11、ボイラー装置12、供給管13、中継管14、排出管15、コントローラ50、温度センサ17、配線18,19、過熱水蒸気発生装置20等により構成されている。例えば、筐体11は、供給管13の導入側端や排出管15の排出側端を除いて、ボイラー装置12、供給管13、中継管14、排出管15、コントローラ50、配線18,19、過熱水蒸気発生装置20等を収容している。 As shown in FIG. 1, the superheated steam generation system 10 mainly includes a housing 11, a boiler device 12, a supply pipe 13, a relay pipe 14, a discharge pipe 15, a controller 50, a temperature sensor 17, wirings 18 and 19, superheat It is composed of the steam generator 20 and the like. For example, the housing 11 includes the boiler device 12, the supply pipe 13, the relay pipe 14, the discharge pipe 15, the controller 50, the wirings 18 and 19, It accommodates the superheated steam generator 20 and the like.

ボイラー装置12は、供給管13を介して供給される水を加熱して飽和水蒸気を発生させる飽和水蒸気発生装置である。水は、図略の水源から供給管13の導入側端に流入して供給されている。ボイラー装置12は、例えば、供給管13から供給された水を所定の水位以上で貯留するリザーバと、このリザーバに蓄えられた水を内部に導入するとともに水面上方の空間部に中継管14が接続されているボイラーと、このボイラー内の水に浸かるように底部に設けられ外部から供給される電力により発熱可能な電熱ヒーターと、により構成されている。 The boiler device 12 is a saturated steam generator that heats water supplied through the supply pipe 13 to generate saturated steam. Water is supplied by flowing into the introduction side end of the supply pipe 13 from a water source (not shown). The boiler device 12 includes, for example, a reservoir that stores water supplied from a supply pipe 13 at a predetermined water level or higher, and a relay pipe 14 that is connected to a space above the water surface while introducing the water stored in the reservoir. and an electric heater provided at the bottom so as to be immersed in the water in the boiler and capable of generating heat by electric power supplied from the outside.

電熱ヒーターは、配線18を介してコントローラ50に電気的に接続されており、コントローラ50により制御されている駆動電力の供給を受けて水を100℃以上(ほぼ大気圧下)に加熱する。コントローラ50は、後述するように温度センサ17から入力される温度情報に基づいて電熱ヒーターの駆動電力を制御する。なお、ボイラー装置12を構成する、リザーバ、ボイラーおよび電熱ヒーターは、図示されていない。 The electric heater is electrically connected to the controller 50 via the wiring 18, and is supplied with drive power controlled by the controller 50 to heat water to 100° C. or higher (substantially under atmospheric pressure). The controller 50 controls the driving power of the electric heater based on the temperature information input from the temperature sensor 17 as will be described later. A reservoir, a boiler and an electric heater, which constitute the boiler device 12, are not shown.

過熱水蒸気発生装置20は、ボイラー装置12から中継管14を介して導入された飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させその過熱水蒸気を排出管15から排出するブースター(補助加熱装置)である。即ち、ボイラー装置12では、電熱ヒーターに駆動電力が供給されることによりボイラー内の水が沸騰して飽和水蒸気が発生し、当該飽和水蒸気は中継管14に排出される。過熱水蒸気発生装置20は、中継管14から流入した飽和水蒸気を、例えば、250℃以上で加熱して過熱水蒸気を発生させる。 The superheated steam generator 20 is a booster (auxiliary heating device) that heats saturated steam introduced from the boiler device 12 through the relay pipe 14 to generate superheated steam and discharges the superheated steam from the discharge pipe 15. That is, in the boiler device 12 , water in the boiler is boiled by supplying drive power to the electric heater to generate saturated steam, and the saturated steam is discharged to the relay pipe 14 . The superheated steam generator 20 heats the saturated steam flowing from the relay pipe 14 at, for example, 250° C. or higher to generate superheated steam.

次に、過熱水蒸気発生装置20の構成等を図2~図5に基づいて説明する。図2には、過熱水蒸気発生装置20の外観構成の例を示す側面図が図示されている。また図3には、過熱水蒸気発生装置20の軸方向(長手方向)部分断面図が図示されている。なお、図3において、カートリッジヒーター30の本体31および細管40は、断面でなく側面が図示されている。さらに図4(A)には、図2に示すIV-A-IV-A線により切断した状態を同矢印方向から見た径方向(長手方向の軸に対して直交する方向)断面図が図示されている。また図4(B)には、カートリッジヒーター30の構成を示す説明図が図示されている(中間部が一部省略されている)。さらに図5には、コントローラ50の構成例を示すブロック図が図示されている。 Next, the configuration and the like of the superheated steam generator 20 will be described with reference to FIGS. 2 to 5. FIG. FIG. 2 shows a side view showing an example of the external configuration of the superheated steam generator 20. As shown in FIG. FIG. 3 also shows an axial (longitudinal) partial cross-sectional view of the superheated steam generator 20 . In FIG. 3, the body 31 and the thin tube 40 of the cartridge heater 30 are shown not in cross section but in side view. Furthermore, FIG. 4(A) shows a cross-sectional view in the radial direction (perpendicular to the longitudinal axis) of the state cut along line IV-A-IV-A shown in FIG. It is Also, FIG. 4B shows an explanatory diagram showing the configuration of the cartridge heater 30 (partially omitted in the intermediate portion). Further, FIG. 5 shows a block diagram showing a configuration example of the controller 50. As shown in FIG.

図2や図3に示すように、過熱水蒸気発生装置20は、主に、ハウジング21、入力パイプ23、出力パイプ24、プレート25、パッキン26、カートリッジヒーター30、細管40等により構成されており、過熱水蒸気発生システム10の筐体11内の所定位置に取り付けられている。なお、図1においては、当該過熱水蒸気発生装置20は、図面表現の便宜上、単なる矩形状の記号で表されていることに注意されたい。 As shown in FIGS. 2 and 3, the superheated steam generator 20 is mainly composed of a housing 21, an input pipe 23, an output pipe 24, a plate 25, a packing 26, a cartridge heater 30, a thin tube 40, etc. It is attached to a predetermined position inside the housing 11 of the superheated steam generation system 10 . Note that in FIG. 1, the superheated steam generator 20 is represented by a simple rectangular symbol for convenience of illustration.

ハウジング21は、例えばステンレス鋼製(以下「ステンレス製」という)の円筒管であり、軸長(長手方向の長さ)が約20cm、軸径(長手方向の軸に対して直交する方向の長さ)が約2cmに設定されている。ハウジング21の一端部21aには、平板円環形状(鍔形状)を有するステンレス製のフランジ部22aが溶接されている。フランジ部22aは、例えば、直径が約5cmに設定されており、その径方向中央部に、カートリッジヒーター30を挿通可能な貫通穴が形成され、またこの貫通穴を囲むように、ボルト27を螺合可能な雌ねじ孔が4箇所に形成されている。 The housing 21 is, for example, a cylindrical tube made of stainless steel (hereinafter referred to as "made of stainless steel"), and has an axial length (longitudinal length) of approximately 20 cm and an axial diameter (longitudinal length in a direction orthogonal to the longitudinal axis) of approximately 20 cm. height) is set to about 2 cm. A flange portion 22a made of stainless steel and having a plate annular shape (flange shape) is welded to one end portion 21a of the housing 21 . The flange portion 22a has a diameter of, for example, about 5 cm, and has a through hole formed in its radial center portion through which the cartridge heater 30 can be inserted. Female threaded holes are formed at four locations for mating.

ハウジング21の他端部21bには、出力パイプ24に連通可能な排出穴を有する底部22bが形成されている。また、ハウジング21の周壁21cには、その一端部21a側に入力パイプ23に連通可能な導入穴が形成されている。 The other end portion 21b of the housing 21 is formed with a bottom portion 22b having a discharge hole that can communicate with the output pipe 24. As shown in FIG. The peripheral wall 21c of the housing 21 is formed with an introduction hole that communicates with the input pipe 23 on the one end 21a side.

入力パイプ23は、ステンレス製の円筒管であり、例えば、その管軸方向の形状がL字状をなすように形成されている。入力パイプ23の一端部には、中継管14に連通かつ接続可能な導入口23aが形成されており、また入力パイプ23の他端部は、ハウジング21の周壁21cの導入穴に連通可能に周壁21cに溶接されている。 The input pipe 23 is a cylindrical pipe made of stainless steel, and is formed, for example, so that its axial shape is L-shaped. One end of the input pipe 23 is formed with an introduction port 23a that communicates with and is connectable to the relay pipe 14, and the other end of the input pipe 23 has a peripheral wall 21c that communicates with an introduction hole of the peripheral wall 21c of the housing 21. 21c.

出力パイプ24も、入力パイプ23と同様に、ステンレス製の円筒管であり、例えば、所定長さの直線状に形成されている。出力パイプ24の一端部には、排出管15を連通かつ接続可能な排出口24aが形成されており、また出力パイプ24の他端部は、ハウジング21の底部22bの排出孔に連通可能に底部22bに溶接されている。なお、底部22bおよび出力パイプ24を設けることなく、ハウジング21の他端部21bを開口させてもよい。 Like the input pipe 23, the output pipe 24 is also a stainless steel cylindrical pipe, and is formed linearly with a predetermined length, for example. One end of the output pipe 24 is formed with a discharge port 24a that can communicate and connect with the discharge pipe 15, and the other end of the output pipe 24 is a bottom portion that can communicate with the discharge hole of the bottom 22b of the housing 21. 22b. Alternatively, the other end 21b of the housing 21 may be opened without providing the bottom 22b and the output pipe 24. FIG.

プレート25は、フランジ部22aと同様に、円環形状(鍔形状)を有するステンレス製の平円板である。プレート25の外形は、フランジ部22aとほぼ同形状に形成されているが、カートリッジヒーター30のテーパーねじ33に螺合可能な雌ねじ穴が径方向の中央に形成されている点と、この雌ねじ穴を囲むように、ボルト27を挿通可能な貫通孔が4箇所に形成されている点が異なる。 The plate 25 is a flat disc made of stainless steel and has an annular shape (flange shape) like the flange portion 22a. The outer shape of the plate 25 is formed to have substantially the same shape as the flange portion 22a, but a female threaded hole that can be screwed into the tapered screw 33 of the cartridge heater 30 is formed in the center in the radial direction. The difference is that four through holes through which the bolts 27 can be inserted are formed so as to surround the .

パッキン26は、耐熱性に優れた円板状のシール部材である。本実施形態では、4本のボルト27によってハウジング21のフランジ部22aにプレート25を取り付けた場合に、フランジ部22aとプレート25の間に当該パッキン26を介在させる。これにより、パッキン26は、これらの間に生じる隙間を埋め得るようにフランジ部22aとプレート25に密着し、フランジ部22aとプレート25の間の気密性を高める。パッキン26には、カートリッジヒーター30を挿通可能な貫通穴やボルト27を挿通可能な貫通孔が形成されている。 The packing 26 is a disk-shaped sealing member with excellent heat resistance. In this embodiment, when the plate 25 is attached to the flange portion 22a of the housing 21 with four bolts 27, the packing 26 is interposed between the flange portion 22a and the plate 25. As shown in FIG. As a result, the packing 26 is brought into close contact with the flange portion 22a and the plate 25 so as to fill the gap formed therebetween, thereby increasing the airtightness between the flange portion 22a and the plate 25. As shown in FIG. The packing 26 has a through hole through which the cartridge heater 30 can be inserted and a through hole through which the bolt 27 can be inserted.

図4(B)に示すように、カートリッジヒーター30は、例えば、酸化マグネシウムからなるボビン32にニクロム線等の発熱線33を巻回したものを円筒のステンレス製の被覆管35内に収容するとともに、被覆管35内に酸化マグネシウムからなる絶縁物34を充填したものである。発熱線33がボビン32に大径かつ高密度で巻回されている点と、発熱線33の両端(リード線36)が被覆管35の一端側から外部に引き出されている点において、いわゆるシーズヒーターと異なる。そのため、カートリッジヒーター30は、シーズヒーターに比べて高い温度で発熱することができる。 As shown in FIG. 4(B), the cartridge heater 30 includes, for example, a bobbin 32 made of magnesium oxide and a heating wire 33 such as a nichrome wire wound thereon, which is housed in a cylindrical cladding tube 35 made of stainless steel. , the cladding tube 35 is filled with an insulator 34 made of magnesium oxide. The heating wire 33 is wound around the bobbin 32 with a large diameter and high density, and both ends of the heating wire 33 (lead wires 36) are drawn out from one end of the cladding tube 35. different from the heater. Therefore, the cartridge heater 30 can generate heat at a higher temperature than the sheathed heater.

本実施形態のカートリッジヒーター30は、主に、本体31、保護カバー37、プラグ38等により構成されている(図2、図3参照)。カートリッジヒーター30は、例えば、600℃まで発熱可能である。カートリッジヒーター30は、本体31がハウジング21のほぼ軸上に位置するようにプレート25を介してハウジング21に取り付けられている。カートリッジヒーター30は、配線19を介してコントローラ50に電気的に接続されており、後述するように、コントローラ50により駆動電力の供給を制御されている。 The cartridge heater 30 of this embodiment mainly includes a main body 31, a protective cover 37, a plug 38, and the like (see FIGS. 2 and 3). The cartridge heater 30 can generate heat up to 600° C., for example. Cartridge heater 30 is attached to housing 21 via plate 25 so that main body 31 is positioned substantially on the axis of housing 21 . The cartridge heater 30 is electrically connected to the controller 50 via the wiring 19, and the supply of drive power is controlled by the controller 50 as described later.

本体31は、前述の発熱線33や充填された絶縁物34等を収容する円筒のステンレス製の被覆管35で覆われる長尺の円柱形状をなす棒状に形成されている。本実施形態では、本体31の長さは、ハウジング21の一端部21a側から他端部21b側に及ぶ大きさに設定されている。本体31の基端には、本体31から引き出された発熱線33のリード線36を覆うとともにテーパーねじ39が形成されたプラグ38が設けられている。 The main body 31 is formed in the shape of a long columnar rod covered with a cylindrical stainless steel cladding tube 35 that accommodates the heating wire 33 and the filled insulator 34 . In this embodiment, the length of the main body 31 is set to extend from the one end portion 21a side of the housing 21 to the other end portion 21b side. At the proximal end of the main body 31, a plug 38 covering the lead wire 36 of the heating wire 33 drawn out from the main body 31 and having a tapered screw 39 is provided.

プラグ38のテーパーねじ39は、プレート25の径方向の中央に形成されている雌ねじ穴の雌ねじに対して螺合可能であることから、プラグ38がプレート25にねじ締結されることによって、カートリッジヒーター30は、プレート25を介してハウジング21に取り付けることが可能になる。プラグ38のテーパーねじ39と反対側には、保護カバー37が接続されている。この保護カバー37は、本体31から引き出された発熱線33のリード線36とこれらに接続される配線19の接続部とを覆っている。 Since the tapered thread 39 of the plug 38 can be screwed into the female thread of the female threaded hole formed in the center of the plate 25 in the radial direction, the cartridge heater can be assembled by screwing the plug 38 to the plate 25. 30 can be attached to housing 21 via plate 25 . A protective cover 37 is connected to the opposite side of the taper screw 39 of the plug 38 . The protective cover 37 covers the lead wires 36 of the heating wire 33 drawn out from the main body 31 and the connecting portions of the wires 19 connected thereto.

細管40は、真鍮(黄銅)製の円筒管であり、本実施形態では、軸長が約17cmに設定されている。本実施形態では、細管40は、ハウジング21内に収容された場合において、細管40の一端部40aが入力パイプ23に連通する周壁21cの導入穴よりもハウジング21の他端部21b側に位置し、かつ、細管40の他端部40bがカートリッジヒーター30の本体31の先端よりもハウジング21の一端部21a側に位置するように、軸長が設定されている。 The narrow tube 40 is a cylindrical tube made of brass (brass), and has an axial length of about 17 cm in this embodiment. In this embodiment, when the thin tube 40 is accommodated in the housing 21, the one end 40a of the thin tube 40 is located closer to the other end 21b of the housing 21 than the introduction hole of the peripheral wall 21c communicating with the input pipe 23. Further, the axial length is set so that the other end portion 40b of the thin tube 40 is located closer to the one end portion 21a of the housing 21 than the tip of the main body 31 of the cartridge heater 30 is.

これにより、細管40の一端部40aが入力パイプ23に連通する周壁21cの導入穴よりもハウジング21の一端部21a側に位置している場合に比べて、入力パイプ23から流入した飽和水蒸気を細管40の一端部40aに導き易くなるので、細管40の内側を流通することなく細管40の外側を通る飽和水蒸気を減らすことが可能になる。したがって、飽和水蒸気の加熱効率を向上させることができる。 As a result, compared to the case where the one end portion 40a of the thin tube 40 is located closer to the one end portion 21a of the housing 21 than the introduction hole of the peripheral wall 21c communicating with the input pipe 23, the saturated steam flowing in from the input pipe 23 is Since it becomes easier to lead to the one end portion 40 a of the tube 40 , it is possible to reduce saturated steam passing outside the tube 40 without circulating inside the tube 40 . Therefore, the heating efficiency of saturated steam can be improved.

また、図4(A)に示すように、細管40は、その外周壁がカートリッジヒーター30の本体31の被覆管35に接触するようにハウジング21内に収容されている。また、細管40の外周壁が、それに隣接する他の細管40の外周壁にも接触するようにハウジング21内に収容されている。細管40の外周壁は、ハウジング21の周壁21cの内周面にも接触している。 Further, as shown in FIG. 4A, the thin tube 40 is accommodated in the housing 21 so that its outer peripheral wall contacts the covering tube 35 of the main body 31 of the cartridge heater 30. As shown in FIG. Further, the outer peripheral wall of the thin tube 40 is housed in the housing 21 so as to contact the outer peripheral wall of the other thin tube 40 adjacent thereto. The outer peripheral wall of the thin tube 40 is also in contact with the inner peripheral surface of the peripheral wall 21 c of the housing 21 .

本実施形態では、本体31の全周囲を取り囲み得るように、8本の細管40をハウジング21内に収容している。なお、図示されていないが、これらの細管40と周壁21cとの間に形成される隙間には、例えば、真鍮製の棒体が介在している。この棒体の径方向(長手方向の軸に対して直交する方向)の断面は、例えば、円形状、楕円形状、矩形状、三角形状、五角形状等の多角形状等、当該隙間の存在により細管40がその径方向に移動し難い形状に形成されている。これにより、ハウジング21内で細管40がガタツキ難くして過熱水蒸気発生装置20が振動した場合に生じ得る騒音の発生を抑制している。 In this embodiment, eight thin tubes 40 are accommodated in the housing 21 so as to surround the entire periphery of the main body 31 . Although not shown, a brass rod, for example, is interposed in the gap formed between the thin tube 40 and the peripheral wall 21c. The cross section in the radial direction (the direction perpendicular to the longitudinal axis) of this rod may be circular, elliptical, rectangular, triangular, polygonal such as pentagonal, or the like. 40 is formed in a shape that is difficult to move in its radial direction. This makes it difficult for the narrow tube 40 to rattle within the housing 21, thereby suppressing the generation of noise that may occur when the superheated steam generator 20 vibrates.

図5に示すように、コントローラ50は、例えば、マイクロコンピュータである。典型的には、MPU51、メモリ53、システムバス55、入出力インタフェース57等により構成されており、メモリ53に記憶されている所定の制御プログラムをMPU51が実行することにより、ボイラー装置12の電熱ヒーターや過熱水蒸気発生装置20のカートリッジヒーター30に対するそれぞれの駆動電力の供給を制御している。そのため、入出力インタフェース57には、配線18を介してボイラー装置12が接続されており、また配線19を介してカートリッジヒーター30が接続されている。なお、メモリ53のRAMは、電源がオフされても記憶情報を保持可能な不揮発性領域を備えている。 As shown in FIG. 5, controller 50 is, for example, a microcomputer. Typically, it is composed of an MPU 51, a memory 53, a system bus 55, an input/output interface 57, and the like. and the supply of driving power to the cartridge heater 30 of the superheated steam generator 20 is controlled. Therefore, the input/output interface 57 is connected to the boiler device 12 via the wiring 18 and to the cartridge heater 30 via the wiring 19 . The RAM of the memory 53 has a non-volatile area that can retain stored information even when the power is turned off.

本実施形態では、例えば、ボイラー装置12に対しては、コントローラ50は、ボイラーの底部内側に設けられている温度センサ(水温センサ)17から入力される温度情報に基づいて、ボイラー内の水が予め設定されている所定の温度(例えば、100℃)になるように電熱ヒーターの通電制御を行う。また、過熱水蒸気発生装置20に対しては、後述するように、コントローラ50は、カートリッジヒーター30に供給している駆動電力の情報(電圧情報および電流情報)を電圧センサ71や電流センサ73から得るとともに、これらの情報に基づいて、予め設定されている所定の温度になるようにカートリッジヒーター30の通電制御を行う。なお、電圧センサ71および電流センサ73は、例えば、配線19の途中に設けられており、これらからリアルタイムに出力される電圧情報や電流情報は、例えば、入出力インタフェース57等に設けられるバッファメモリに最新のものが保持されている。 In this embodiment, for the boiler device 12, for example, the controller 50 detects whether the water in the boiler is The energization of the electric heater is controlled so that the preset temperature (for example, 100° C.) is reached. For the superheated steam generator 20, the controller 50 obtains information (voltage information and current information) on the driving power supplied to the cartridge heater 30 from the voltage sensor 71 and the current sensor 73, as will be described later. At the same time, based on these pieces of information, the energization control of the cartridge heater 30 is performed so that the preset temperature is reached. The voltage sensor 71 and current sensor 73 are provided, for example, in the middle of the wiring 19, and the voltage information and current information output from these in real time are stored in, for example, a buffer memory provided in the input/output interface 57 or the like. The latest is kept.

このように過熱水蒸気発生システム10の過熱水蒸気発生装置20を構成することによって、カートリッジヒーター30の本体31が、例えば、約300℃で発熱すると、その熱が被覆管35の周囲に配置された複数の細管40に直接的に伝わる。そのため、入力パイプ23の導入口23aから導入された飽和水蒸気がこれらの細管40の一端部40aから管内に流入して細管40の内周壁に接することにより、被覆管35の熱が細管40を介して当該飽和水蒸気に熱伝達されることから、当該飽和水蒸気は、例えば、250℃~290℃で加熱される。これにより、細管40の他端部40bから流出する水蒸気は過熱水蒸気になるため、出力パイプ24の排出口24aから過熱水蒸気が排出される。なお、底部22bおよび出力パイプ24が設けられていない場合には、ハウジング21の他端部21bの開口から過熱水蒸気が出力される。 By configuring the superheated steam generator 20 of the superheated steam generating system 10 in this way, when the main body 31 of the cartridge heater 30 generates heat at, for example, about 300° C., the heat is transferred to a plurality of heaters arranged around the cladding tube 35 . is transmitted directly to the tubule 40 of the Therefore, the saturated steam introduced from the inlet 23a of the input pipe 23 flows into the tubes from one end 40a of these thin tubes 40 and contacts the inner peripheral wall of the thin tubes 40, whereby the heat of the cladding tube 35 is transferred through the thin tubes 40. The saturated steam is heated at, for example, 250.degree. C. to 290.degree. As a result, the steam flowing out from the other end 40b of the thin tube 40 becomes superheated steam, and the superheated steam is discharged from the outlet 24a of the output pipe 24. As shown in FIG. In addition, when the bottom portion 22b and the output pipe 24 are not provided, the superheated steam is output from the opening of the other end portion 21b of the housing 21 .

また、ハウジング21内においては、細管40の外側を飽和水蒸気が細管40の外周壁に接することによっても当該飽和水蒸気に熱伝達されることから、このような飽和水蒸気も、細管40の外周壁で、例えば、250℃前後に加熱される。これにより、細管40の外周壁に沿って他端部40bから流出する水蒸気も過熱水蒸気になるため、出力パイプ24の排出口24aから過熱水蒸気が排出される。 In addition, in the housing 21, the outside of the narrow tube 40 is also heat-transferred to the saturated steam when the outside of the narrow tube 40 contacts the outer peripheral wall of the narrow tube 40. , for example, is heated to around 250°C. As a result, the steam flowing out from the other end portion 40b along the outer peripheral wall of the thin tube 40 also becomes superheated steam, so that the superheated steam is discharged from the outlet 24a of the output pipe 24. FIG.

さらに、細管40の外周壁がハウジング21の周壁21cの内周面にも接触することから、本体31が発した熱の一部は、細管40を介して周壁21cに伝わる。そのため、ハウジング21内において、細管40の外側を流通する飽和水蒸気が周壁21cの内周面に接することで当該飽和水蒸気に熱伝達されることから、このような飽和水蒸気も、例えば、250℃前後に加熱される。これにより、ハウジング21の周壁21cの内周面に沿って他端部21bから流出する水蒸気も過熱水蒸気になるため、出力パイプ24の排出口24aから過熱水蒸気が排出される。 Furthermore, since the outer peripheral wall of the thin tube 40 also contacts the inner peripheral surface of the peripheral wall 21 c of the housing 21 , part of the heat generated by the main body 31 is transmitted to the peripheral wall 21 c via the thin tube 40 . Therefore, in the housing 21, the saturated steam flowing outside the narrow tube 40 contacts the inner peripheral surface of the peripheral wall 21c and is heat-transferred to the saturated steam. is heated to As a result, the steam flowing out from the other end portion 21b along the inner peripheral surface of the peripheral wall 21c of the housing 21 also becomes superheated steam, so that the superheated steam is discharged from the outlet 24a of the output pipe 24. FIG.

本実施形態では、細管40を真鍮(黄銅)製にしている。これにより、細管40をステンレス鋼で構成する場合に比べて細管40の部品コストを抑制することが可能になる。真鍮(黄銅)は、一般的に、ステンレス鋼に比べて低コストであり、また熱伝導率も高いからである。また、発熱した本体31の熱を細管40やハウジング21の周壁21cに効率良く伝えることも可能になる。真鍮の熱伝導率は、混合している銅と亜鉛の配分に左右されるものの、ステンレス鋼の熱伝導率(16.7~20.9)に比べて桁違いに大きい(真鍮は106)からである。なお、熱伝導率の単位は、[W/(m・K)](W(ワット),m(メートル),K(ケルビン))である。 In this embodiment, the fine tube 40 is made of brass. This makes it possible to reduce the component cost of the thin tube 40 compared to the case where the thin tube 40 is made of stainless steel. This is because brass is generally less expensive than stainless steel and has a high thermal conductivity. In addition, it becomes possible to efficiently transfer the heat generated by the main body 31 to the narrow tube 40 and the peripheral wall 21c of the housing 21 . Although the thermal conductivity of brass depends on the distribution of copper and zinc in the mixture, it is an order of magnitude greater than that of stainless steel (16.7 to 20.9) (brass is 106). is. The unit of thermal conductivity is [W/(m·K)] (W (watt), m (meter), K (kelvin)).

ところで、真鍮は、400℃前後で変性したり軟化したりし得る。真鍮の溶解温度は、混合している銅と亜鉛の配分に左右され、一般的には800℃前後であるが、それより低い温度で変性や軟化等の劣化が生じ得る。そのため、本実施形態では、細管40が接触し得るカートリッジヒーター30の被覆管35が350℃を超える温度にならないように、コントローラ50が駆動電力の供給を制御している。 By the way, brass can be denatured or softened at around 400°C. The melting temperature of brass depends on the distribution of mixed copper and zinc, and is generally around 800° C., but deterioration such as denaturation and softening can occur at lower temperatures. Therefore, in the present embodiment, the controller 50 controls the supply of drive power so that the temperature of the cladding tube 35 of the cartridge heater 30 with which the narrow tube 40 comes into contact does not exceed 350.degree.

本実施形態の過熱水蒸気発生システム10では、各図を見ても解るように過熱水蒸気発生装置20は温度センサを備えていない。そのため、本実施形態では、過熱水蒸気発生システム10のコントローラ50が、電圧センサ71から出力された電圧情報と電流センサ73から出力された電流情報とから、カートリッジヒーター30の発熱線33の抵抗値を算出し、さらにこの算出した抵抗値を用いて被覆管35の温度を推定してカートリッジヒーター30の駆動制御を行っている。この推定には、予めコントローラ50のメモリ53に記憶されている所定の変換マップ(発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップ)が用いられる。 In the superheated steam generating system 10 of this embodiment, the superheated steam generator 20 does not have a temperature sensor, as can be seen from each drawing. Therefore, in the present embodiment, the controller 50 of the superheated steam generation system 10 determines the resistance value of the heating wire 33 of the cartridge heater 30 based on the voltage information output from the voltage sensor 71 and the current information output from the current sensor 73. Further, the calculated resistance value is used to estimate the temperature of the cladding tube 35 and drive control of the cartridge heater 30 is performed. For this estimation, a predetermined conversion map (heating wire resistance vs. cladding tube temperature conversion map) stored in advance in the memory 53 of the controller 50 is used.

ここで、コントローラ50によるカートリッジヒーター30の駆動制御処理の流れを、図6~図10を参照して説明する。図6には、コントローラ50により実行されるカートリッジヒーター30の駆動制御処理の例を表したフローチャートが図示されている。また、図7には、図6に示す初期温度時補正処理の例を表したフローチャートが図示されている。さらに、図8には、発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップの例を表した説明図が図示されている。図9には、図6に示す所定温度時補正処理の例を表したフローチャートが図示されている。図10には、図6に示すヒーター制御処理の例を表したフローチャートが図示されている。 Here, the flow of drive control processing of the cartridge heater 30 by the controller 50 will be described with reference to FIGS. 6 to 10. FIG. FIG. 6 shows a flowchart showing an example of drive control processing of the cartridge heater 30 executed by the controller 50 . Further, FIG. 7 shows a flowchart showing an example of the initial temperature correction process shown in FIG. Further, FIG. 8 shows an explanatory diagram showing an example of a conversion map of heating wire resistance value vs. cladding tube temperature. FIG. 9 shows a flow chart showing an example of the predetermined temperature correction process shown in FIG. FIG. 10 shows a flowchart showing an example of the heater control process shown in FIG.

図6に示す駆動制御処理は、過熱水蒸気発生システム10の電源が投入された後、コントローラ50のMPU51により実行されるものである。そのため、本駆動制御処理では、まずステップS100により所定の初期化処理が行われる。この処理では、例えば、コントローラ50のメモリ53を構成するRAMのワーク領域やフラグ等がクリアされる。 The drive control process shown in FIG. 6 is executed by the MPU 51 of the controller 50 after the superheated steam generation system 10 is powered on. Therefore, in this drive control process, a predetermined initialization process is first performed in step S100. In this process, for example, the work area of the RAM constituting the memory 53 of the controller 50, flags, and the like are cleared.

続くステップS200では、初期温度時補正処理が行われる。ステップS200の初期温度時補正処理は、図7に処理の流れが図示されているので、ここからは図7を参照して説明する。本実施形態では、前述のように、所定の変換マップをメモリ53に記憶している。この変換マップは、図8に示すように、発熱線33の抵抗値(縦軸)から被覆管35の温度(横軸)を推定し得る「発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップ」であり、過熱水蒸気発生システム10の製造段階や設置後のメンテナンス等において予め設定(メモリ53に記憶(格納))されているものである。 In subsequent step S200, an initial temperature correction process is performed. FIG. 7 shows the process flow of the initial temperature correction process in step S200, so the following description will be made with reference to FIG. In this embodiment, a predetermined conversion map is stored in the memory 53 as described above. As shown in FIG. 8, this conversion map is a "heating wire resistance vs. cladding tube temperature conversion map" that can estimate the temperature of the cladding tube 35 (horizontal axis) from the resistance value of the heating wire 33 (vertical axis). It is preset (stored (stored) in the memory 53) in the manufacturing stage of the superheated steam generating system 10, maintenance after installation, or the like.

本初期温度時補正処理では、カートリッジヒーター30の発熱線33が発熱する前の周囲温度における発熱線33の抵抗値を実際に計測することによって、予め設定されている所定の変換マップ(発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップ)を補正する。これにより、例えば、経年劣化や発熱線33の個体差等により発熱線33の抵抗値が予め設定されている抵抗値と異なっていた場合には、そのような誤差が補正される。なお、所定の変換マップを直接補正するのではなく、所定の変換マップから得られた抵抗値を個々に補正してもよい(所定の変換マップから抵抗値を得る都度補正するように構成する)。 In this initial temperature correction process, a predetermined conversion map (heating wire resistance value vs. cladding temperature conversion map). As a result, for example, when the resistance value of the heating wire 33 differs from the preset resistance value due to deterioration over time or individual differences of the heating wire 33, such an error is corrected. Instead of correcting the predetermined conversion map directly, the resistance values obtained from the predetermined conversion map may be individually corrected (they are configured to correct each time the resistance value is obtained from the predetermined conversion map). .

本初期温度時補正処理では、まずステップS201により微小電力出力処理が行われる。この処理では、カートリッジヒーター30の発熱線33に対して微小電力を出力する。微小電力は、発熱線33が発熱しない(発熱に寄与しない)程度の電力値、または発熱線33が発熱したとしてもその熱が被覆管35に伝達されない(発熱に殆ど寄与しない)程度の電力値、である。例えば、パルス幅50ミリ秒のミリアンペアオーダーの微小電流を1秒間に10パルス出力する。カートリッジヒーター30の発熱線33は抵抗体であることから、このような微小電力であっても、発熱線33に印加された電圧値が電圧センサ71により検出され、発熱線33に通電された電流値が電流センサ73により検出される。 In this initial temperature correction process, first, a minute power output process is performed in step S201. In this process, minute electric power is output to the heating wire 33 of the cartridge heater 30 . The minute power is a power value to the extent that the heating wire 33 does not generate heat (does not contribute to heat generation), or a power value to the extent that even if the heating wire 33 generates heat, the heat is not transmitted to the cladding tube 35 (rarely contributes to heat generation). , is. For example, 10 pulses of minute current on the order of milliampere with a pulse width of 50 milliseconds are output per second. Since the heating wire 33 of the cartridge heater 30 is a resistor, the voltage value applied to the heating wire 33 is detected by the voltage sensor 71 even with such a minute power, and the current applied to the heating wire 33 is detected by the voltage sensor 71. A value is detected by the current sensor 73 .

このため、続くステップS203により、電圧センサ71から電圧情報(電圧値Vm)を取得し、電流センサ73から電流情報(電流値Im)を取得する。より具体的には、入出力インタフェース57等のバッファメモリに保持されている、現在の電圧情報(電圧値Vm)や電流情報(電圧値Im)を当該バッファメモリから取得する。なお、電圧センサ71や電流センサ73から出力される情報がアナログ情報である場合には、A/D変換器等によりディジタル値に変換されたものがMPU51に入力される。これにより、次のステップS205の抵抗値算出処理により、電圧値Vmを電流値Imで除算することにより発熱線33の実測の抵抗値Ra(=Vm/Im)が得られる。 Therefore, the voltage information (voltage value Vm) is obtained from the voltage sensor 71 and the current information (current value Im) is obtained from the current sensor 73 in subsequent step S203. More specifically, the current voltage information (voltage value Vm) and current information (voltage value Im) held in a buffer memory such as the input/output interface 57 are obtained from the buffer memory. If the information output from the voltage sensor 71 or the current sensor 73 is analog information, the information converted into digital values by an A/D converter or the like is input to the MPU 51 . As a result, the actually measured resistance value Ra (=Vm/Im) of the heating wire 33 is obtained by dividing the voltage value Vm by the current value Im in the resistance value calculation process of the next step S205.

そして、ステップS206により発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップを参照して、発熱線33の周囲温度に対する抵抗値Rjを取得する。つまり、この処理では、発熱線33の抵抗値(縦軸)から被覆管35の温度(横軸)を推定するのではなく、発熱線33の周囲温度からその温度に対応する抵抗値Rjを逆方向に参照する(逆引きをする)。 Then, in step S206, the resistance value Rj of the heating wire 33 with respect to the ambient temperature is obtained with reference to the conversion map of the heating wire resistance value vs. the cladding tube temperature. That is, in this process, instead of estimating the temperature of the cladding tube 35 (horizontal axis) from the resistance value (vertical axis) of the heating wire 33, the resistance value Rj corresponding to the temperature is reversed from the ambient temperature of the heating wire 33. Refer to the direction (reverse lookup).

発熱線33の周囲温度は、例えば、既知である場合にはその既知温度を用いる。既知である場合とは、空調温度が通年で安定した環境に設置されているために過熱水蒸気発生システム10の周囲温度が殆ど変動しない場合である。また、発熱線33の周囲温度が変動し得る環境である場合には、例えば、ボイラー装置12が有する温度センサ17から、ボイラー内に蓄えられている加熱前の水の温度情報(水温情報)を得てこれを発熱線33の周囲温度相当として用いる。また、過熱水蒸気発生装置20のハウジング21内に図略の温度センサを設けている場合にはそれから温度情報を得る。 For example, if the ambient temperature of the heating wire 33 is known, the known temperature is used. The known case is a case where the ambient temperature of the superheated steam generating system 10 hardly fluctuates because the air conditioning temperature is installed in an environment where the air conditioning temperature is stable throughout the year. Further, when the ambient temperature of the heating wire 33 can fluctuate, for example, from the temperature sensor 17 of the boiler device 12, the temperature information (water temperature information) of the water before heating stored in the boiler is obtained. This is obtained and used as the ambient temperature of the heating wire 33 . Further, when a temperature sensor (not shown) is provided in the housing 21 of the superheated steam generator 20, temperature information is obtained therefrom.

次のステップS207では、ステップS205により算出した実測の抵抗値Raと、ステップS206により逆引きをした抵抗値Rjと、の差を算出し、さらにステップS208の判定処理により、両者の抵抗値の差(誤差)が許容範囲外であるか否かを判定する。誤差が許容範囲外である場合には(S208でYes)、続くステップS209により当該変換マップを補正する。補正は、例えば、予めメモリ53に記憶されている各抵抗値に当該誤差分を加算し(プラス方向の誤差であれば抵抗値が増加し、マイナス方向の誤差であれば抵抗値が減少する)、補正後の各抵抗値をメモリ53に上書き記憶する。そして、本初期温度時補正処理を終えて、図6の駆動制御処理に戻る。 In the next step S207, the difference between the measured resistance value Ra calculated in step S205 and the resistance value Rj obtained by reverse lookup in step S206 is calculated. (error) is outside the allowable range. If the error is outside the allowable range (Yes in S208), the conversion map is corrected in subsequent step S209. For correction, for example, the error is added to each resistance value stored in advance in the memory 53 (if the error is in the positive direction, the resistance value is increased, and if the error is in the negative direction, the resistance value is decreased). , each resistance value after correction is overwritten and stored in the memory 53 . Then, after completing this initial temperature correction process, the process returns to the drive control process of FIG.

例えば、図8に示す破線のカーブは、予めメモリ53に記憶されている各抵抗値(実線のカーブ)に対してプラス方向の誤差分を加算した場合の例である。 For example, the broken-line curve shown in FIG. 8 is an example in which a positive error is added to each resistance value (solid-line curve) stored in advance in the memory 53 .

ステップS208の判定処理により両者の抵抗値の差(誤差)が許容範囲外でない(許容範囲内である)場合には(S208でNo)、発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップは補正する必要がないため、本初期温度時補正処理を終えて図6の駆動制御処理に戻る。 If the difference (error) between the two resistance values is not out of the allowable range (is within the allowable range) in the determination process of step S208 (No in S208), the conversion map of the heating wire resistance value versus the cladding tube temperature is corrected. Since it is not necessary, this initial temperature correction process is finished and the process returns to the drive control process of FIG.

なお、ステップS205の抵抗値算出処理により、算出された発熱線33の実測抵抗値Ra(=Vm/Im)を、後述するステップS600でメモリ53の不揮発性領域に記憶してもよい。これにより、例えば、電源投入後、初期温度時補正処理(S200)の実行によって得られる発熱線33の実測抵抗値Raの履歴をメモリ53に残すことが可能になる。そのため、この履歴情報から、当該実測抵抗値Raの経年変化の状態や、経年変化に基づく発熱線33の劣化状態を把握することが可能になる。つまり、発熱線33の劣化具合がわかるため、カートリッジヒーター30の交換の要否を判定したり、交換時期や寿命を予測したりすることができる。 Note that the measured resistance value Ra (=Vm/Im) of the heating wire 33 calculated by the resistance value calculation process in step S205 may be stored in the non-volatile area of the memory 53 in step S600 described later. As a result, for example, after the power is turned on, it is possible to leave in the memory 53 the history of the measured resistance value Ra of the heating wire 33 obtained by executing the initial temperature correction process (S200). Therefore, from this history information, it becomes possible to grasp the aging state of the measured resistance value Ra and the deterioration state of the heating wire 33 based on the aging. That is, since the degree of deterioration of the heating wire 33 can be known, it is possible to determine whether or not the cartridge heater 30 needs to be replaced, and to predict the timing of replacement and the life of the cartridge heater 30 .

図6に示すように、駆動制御処理のステップS300では、所定温度時補正処理が行われる。ステップS300の所定温度時補正処理は、図9に処理の流れが図示されているので、ここからは図9を参照して説明する。ステップS300の所定温度時補正処理は、図7を参照して説明した初期温度時補正処理と似ている。 As shown in FIG. 6, in step S300 of the drive control process, a predetermined temperature correction process is performed. FIG. 9 shows the process flow of the predetermined temperature correction process in step S300, so the following description will be made with reference to FIG. The predetermined temperature correction process in step S300 is similar to the initial temperature correction process described with reference to FIG.

ステップS300の所定温度時補正処理では、ボイラー装置12から既知温度の水蒸気(例えば100℃の飽和水蒸気)を過熱水蒸気発生装置20に導入してハウジング21内をその既知温度の水蒸気で満たすことによって、その既知の周囲温度における発熱線33の抵抗値を実際に計測する。 In the predetermined temperature correction process in step S300, steam of a known temperature (for example, saturated steam of 100° C.) is introduced from the boiler device 12 into the superheated steam generator 20, and the housing 21 is filled with steam of the known temperature. The resistance value of the heating wire 33 at the known ambient temperature is actually measured.

例えば、発熱線33の通電制御を開始する前において、予め設定された温度の水蒸気がボイラー装置12から過熱水蒸気発生装置20に出力されるとほぼ同時に、ボイラー装置12からその出力情報がコントローラ50に出力されるため、この出力情報をトリガにしてステップS300を実行する。また、ボイラー装置12の電熱ヒーターの通電を開始してから所定時間を経過すると、既知温度の水蒸気(例えば100℃の飽和水蒸気)が過熱水蒸気発生装置20に出力される場合には、この所定時間の経過をトリガにしてもよい。なお、ボイラー装置12から出力される水蒸気の温度が予め設定されていない場合には、ボイラー装置12の温度センサ17が出力する水温情報をコントローラ50が取得してもよい。 For example, before starting the energization control of the heating wire 33, the output information from the boiler device 12 is sent to the controller 50 almost at the same time as the steam at a preset temperature is output from the boiler device 12 to the superheated steam generator 20. Since it is output, step S300 is executed with this output information as a trigger. Further, when steam of a known temperature (for example, saturated steam of 100 ° C.) is output to the superheated steam generator 20 after a predetermined time has elapsed since the electric heater of the boiler device 12 was started to be energized, this predetermined time may be triggered by the passage of If the temperature of steam output from the boiler device 12 is not set in advance, the controller 50 may acquire water temperature information output from the temperature sensor 17 of the boiler device 12 .

これにより、今度は、その既知温度について、予め設定されている所定の変換マップ(発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップ)を補正することが可能になる。そのため、既知温度において、例えば、経年劣化や発熱線33の個体差等により発熱線33の抵抗値が予め設定されている抵抗値と異なっていた場合には、そのような誤差が補正される。なお、所定の変換マップを直接補正するのではなく、所定の変換マップから得られた抵抗値を個々に補正してもよい(所定の変換マップから抵抗値を得る都度補正するように構成する)。 As a result, it is now possible to correct the preset predetermined conversion map (heating wire resistance vs. cladding tube temperature conversion map) for the known temperature. Therefore, at a known temperature, if the resistance value of the heating wire 33 differs from the preset resistance value due to aging deterioration or individual differences of the heating wire 33, such an error is corrected. Instead of correcting the predetermined conversion map directly, the resistance values obtained from the predetermined conversion map may be individually corrected (they are configured to correct each time the resistance value is obtained from the predetermined conversion map). .

所定温度時補正処理では、まずステップS301により微小電力出力処理が行われる。カートリッジヒーター30の発熱線33に対して出力する微小電力は、初期温度時補正処理の場合と同様であり、発熱線33が発熱しない(発熱に寄与しない)程度の電流値、または発熱線33が発熱したとしてもその熱が被覆管35に伝達されない(発熱に殆ど寄与しない)程度の電流値である。なお、初期温度時補正処理の場合の微小電力や、所定温度時補正処理の場合の微小電力は、特許請求の範囲に記載の「発熱に寄与しないまたは発熱に殆ど寄与しない電力」に相当し得るものである。これらの微小電力の具体的な値は、カートリッジヒーター30の発熱線33の電気的仕様(抵抗値等)に左右されることから、個別具体的な実験やコンピュータシミュレーション等の結果に基づいて予め設定される。 In the predetermined temperature correction process, first, a minute power output process is performed in step S301. The minute electric power output to the heating wire 33 of the cartridge heater 30 is the same as in the case of the initial temperature correction process, and is a current value to the extent that the heating wire 33 does not generate heat (does not contribute to heat generation), or The current value is such that even if heat is generated, the heat is not transferred to the cladding tube 35 (it hardly contributes to heat generation). It should be noted that the minute power in the case of the correction process at the initial temperature and the minute power in the case of the correction process at the predetermined temperature can correspond to "power that does not contribute to heat generation or hardly contributes to heat generation" described in the claims. It is. Since the specific values of these minute powers are affected by the electrical specifications (resistance value, etc.) of the heating wire 33 of the cartridge heater 30, they are set in advance based on the results of individual specific experiments, computer simulations, and the like. be done.

続くステップS303により、電圧センサ71から電圧情報(電圧値Vn)を取得し、電流センサ73から電流情報(電流値In)を取得する。より具体的には、入出力インタフェース57等のバッファメモリに保持されている、現在の電圧情報(電圧値Vn)や電流情報(電圧値In)を当該バッファメモリから取得する。これにより、次のステップS305の抵抗値算出処理により、電圧値Vnを電流値Inで除算することにより発熱線33の実測の抵抗値Rb(=Vn/In)が得られる。そして、ステップS306により発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップを参照して、発熱線33の既知の周囲温度(例えば、100℃)に対する抵抗値Rkを逆引きで取得する。 In subsequent step S303, voltage information (voltage value Vn) is obtained from the voltage sensor 71, and current information (current value In) is obtained from the current sensor 73. FIG. More specifically, the current voltage information (voltage value Vn) and current information (voltage value In) held in a buffer memory such as the input/output interface 57 are obtained from the buffer memory. As a result, the actually measured resistance value Rb (=Vn/In) of the heating wire 33 is obtained by dividing the voltage value Vn by the current value In in the resistance value calculation process of the next step S305. Then, in step S306, the resistance value Rk of the heating wire 33 with respect to a known ambient temperature (for example, 100° C.) is obtained by reverse lookup by referring to the conversion map of the heating wire resistance value vs. the cladding tube temperature.

次のステップS307では、ステップS305により算出した実測の抵抗値Rbと、ステップS306により逆引きをした抵抗値Rkと、の差を算出し、さらにステップS308の判定処理により、両者の抵抗値の差(誤差)が許容範囲外であるか否かを判定する。誤差が許容範囲外である場合には(S308でYes)、続くステップS309により当該変換マップを補正する。この補正は、初期温度時補正処理のステップS209の場合と同様に行われるが、例えば、当該既知温度以上について補正を行い、当該既知温度未満については補正を行わないように処理をしてもよい。これにより、ステップS200の初期温度時補正処理における補正を当該既知温度未満について残すことが可能になる。補正が終わると、補正後の各抵抗値をメモリ53に上書き記憶して、本所定温度時補正処理を終えて図6の駆動制御処理に戻る。また、両者の抵抗値の差(誤差)が許容範囲外でない(許容範囲内である)場合にも(S308でNo)、本所定温度時補正処理を終えて図6の駆動制御処理に戻る。 In the next step S307, the difference between the measured resistance value Rb calculated in step S305 and the resistance value Rk obtained by reverse lookup in step S306 is calculated. (error) is outside the allowable range. If the error is outside the allowable range (Yes in S308), the conversion map is corrected in subsequent step S309. This correction is performed in the same manner as in step S209 of the initial temperature correction process, but for example, the process may be performed such that the correction is performed for the known temperature or higher and the correction is not performed for the lower than the known temperature. . This makes it possible to leave the correction in the initial temperature correction process in step S200 for temperatures below the known temperature. When the correction is completed, each resistance value after correction is overwritten in the memory 53, and the predetermined temperature correction process is completed, and the process returns to the drive control process of FIG. If the difference (error) between the two resistance values is not out of the allowable range (it is within the allowable range) (No in S308), the predetermined temperature correction process is finished and the process returns to the drive control process of FIG.

このように本実施形態のコントローラ50が実行する駆動制御処理では、ステップS200の初期温度時補正処理と、ステップS300の所定温度時補正処理との両方において発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップを補正する。これにより、次に説明するステップS400のヒーター制御処理においては、被覆管35の推定温度の精度を向上させることが可能になる。 As described above, in the drive control process executed by the controller 50 of the present embodiment, the conversion map of the heating wire resistance value versus the cladding tube temperature is used in both the initial temperature correction process in step S200 and the predetermined temperature correction process in step S300. correct. This makes it possible to improve the accuracy of the estimated temperature of the cladding tube 35 in the heater control process of step S400 described below.

なお、本実施形態の駆動制御処理では、ステップS200の初期温度時補正処理と、ステップS300の所定温度時補正処理との両方に実行するようにアルゴリズムを構成したが、電源投入後の過熱水蒸気発生システム10の起動時間を短縮する必要がある場合には、これらのうちのいずれか一方だけを実行するように駆動制御処理のアルゴリズムを構成してもよい。また、過熱水蒸気発生システム10の起動時間の短縮を最優先にする場合には、ステップS200の初期温度時補正処理およびステップS300の所定温度時補正処理を実行することなく省略してもよい。 In the drive control process of this embodiment, the algorithm is configured to be executed in both the correction process at the initial temperature in step S200 and the correction process at the predetermined temperature in step S300. If it is necessary to shorten the startup time of the system 10, the drive control processing algorithm may be configured to perform only one of these. Moreover, when shortening the start-up time of the superheated steam generation system 10 is given top priority, the correction process at the initial temperature in step S200 and the correction process at the predetermined temperature in step S300 may be omitted without being executed.

図6に示すように、駆動制御処理のステップS400では、ヒーター制御処理が行われる。このヒーター制御処理は、ボイラー装置12から飽和水蒸気が出力されて過熱水蒸気発生装置20のハウジング21に導入されている場合に実行され、カートリッジヒーター30に駆動電力を供給する。そのため、ボイラー装置12から飽和水蒸気が出力されていない場合には、ボイラー装置12からその出力情報がコントローラ50に出力されるまで当該コントローラ50では処理を待つ。ステップS400のヒーター制御処理は、図10に処理の流れが図示されているので、ここからは図10を参照して説明する。 As shown in FIG. 6, heater control processing is performed in step S400 of the drive control processing. This heater control process is executed when saturated steam is output from the boiler device 12 and introduced into the housing 21 of the superheated steam generator 20 , and supplies drive power to the cartridge heater 30 . Therefore, when saturated steam is not output from the boiler device 12 , the controller 50 waits until the output information from the boiler device 12 is output to the controller 50 . Since the flow of the heater control process in step S400 is shown in FIG. 10, the process will be described with reference to FIG.

本ヒーター制御処理では、まずステップS401により電圧・電流情報取得処理が行われる。これは、電圧センサ71や電流センサ73からリアルタイムに出力されて入出力インタフェース57等のバッファメモリに保持されている電圧情報(電圧値Vr)や電流情報(電流値Ir)を、当該バッファメモリから取得する処理である。これらの情報は、次のステップS403の抵抗値算出処理に用いられて、電圧値Vrを電流値Irで除算することにより発熱線33の実測の抵抗値Rr(=Vr/Ir)が得られる(S403)。 In this heater control process, first, a voltage/current information acquisition process is performed in step S401. The voltage information (voltage value Vr) and current information (current value Ir) output in real time from the voltage sensor 71 and the current sensor 73 and held in the buffer memory of the input/output interface 57 or the like are transferred from the buffer memory. It is a process to acquire. These pieces of information are used in the resistance value calculation process in the next step S403, and the actually measured resistance value Rr (=Vr/Ir) of the heating wire 33 is obtained by dividing the voltage value Vr by the current value Ir ( S403).

次にステップS405により被覆管温度推定処理が行われる。この処理では、ステップS403により算出した発熱線33の実測の抵抗値Rrから、発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップを参照して被覆管35の現在の温度を推定する。例えば、発熱線33の実測の抵抗値Rrが50Ωである場合には、図8に示す補正後のマップ(破線のカーブ)においては、被覆管35の推定温度は約340℃であることがわかる。 Next, cladding temperature estimation processing is performed in step S405. In this process, the current temperature of the cladding tube 35 is estimated from the measured resistance value Rr of the heating wire 33 calculated in step S403 with reference to a conversion map of heating wire resistance value vs. cladding tube temperature. For example, when the measured resistance value Rr of the heating wire 33 is 50Ω, the estimated temperature of the cladding tube 35 is about 340° C. in the corrected map (broken line curve) shown in FIG. .

そして、このステップS405により推定された被覆管35の推定温度情報がステップS407による駆動電力制御処理に用いられる。駆動電力制御処理(S407)では、例えば、PID制御により目標温度に対する誤差が修正される。被覆管35の目標温度が、例えば、380℃に設定されている場合には、ステップS405により推定された被覆管35の推定温度情報に基づいて、被覆管35の温度が目標温度の380℃に近づくように、発熱線33に供給される駆動電力が制御される。 Then, the estimated temperature information of the cladding tube 35 estimated at step S405 is used for the drive power control processing at step S407. In the drive power control process (S407), for example, PID control corrects the error with respect to the target temperature. If the target temperature of the cladding tube 35 is set to, for example, 380° C., the temperature of the cladding tube 35 is set to the target temperature of 380° C. based on the estimated temperature information of the cladding tube 35 estimated in step S405. The drive power supplied to the heating wire 33 is controlled so that it approaches.

発熱線33の駆動電力にPID制御を用いることにより、発熱線33の発熱温度を目標温度に高い精度で近づけることが可能になるが、制御の精度よりも駆動制御の処理の簡素化を優先する場合には、ステップS407による駆動電力制御処理は、PID制御に限られない。例えば、制御が比較的に単純なオンオフ制御(ON-OFF制御)や上限値制御でもよいし、また比例制御でもよい。 By using PID control for the driving power of the heating wire 33, it is possible to bring the heating temperature of the heating wire 33 closer to the target temperature with high accuracy. In this case, the drive power control process in step S407 is not limited to PID control. For example, relatively simple on-off control (ON-OFF control), upper limit control, or proportional control may be used.

また、ステップS407の駆動電力制御処理においては、交流波形の位相角制御に対応した駆動電力用のパルス波形の電流が発熱線33に出力される。例えば、最大電力時の場合、商用電源の周波数が50Hzのときには1秒間に100パルスが出力され、また商用電源の周波数が60Hzのときには1秒間に120パルスが出力される。最大電力時以外の場合には、出力されるパルス数はこれら(100または120パルス)よりも減少する。また、最小電力時の場合には、このようなパルスは出力されない。つまり、駆動電力の供給を休止する。ヒーター制御処理(S400)の期間中においては、駆動電力の供給を休止する場合を除いて、このようなパルス状の電流波形の駆動電力が原則として出力されている。 Further, in the driving power control process of step S407, a current having a pulse waveform for driving power corresponding to the AC waveform phase angle control is output to the heating wire 33. FIG. For example, at maximum power, 100 pulses are output per second when the frequency of the commercial power supply is 50 Hz, and 120 pulses are output per second when the frequency of the commercial power supply is 60 Hz. At times other than maximum power, the number of pulses output is less than these (100 or 120 pulses). Moreover, such a pulse is not output at the time of minimum power. In other words, the supply of drive power is stopped. During the period of the heater control process (S400), drive power having such a pulsed current waveform is generally output except when the supply of drive power is suspended.

このようにカートリッジヒーター30に駆動電力を供給している期間中においては、最大電力時以外の場合を除いて発熱線33の電流値が変動することから、正確な電圧情報や電流情報が得られ難い。そのため、例えば、最大電力時以外の場合においては、パルス状の電流波形が出力されていない期間中(最小電力時の場合を含む)を検出して、抵抗値を計測するためのパルス電流を発熱線33に出力する。また、パルス状の電流波形が出力しない期間を、例えば、毎秒ごとに強制的に設け、その期間中に抵抗値を計測するためのパルス電流を発熱線33に出力する。このような期間中には、例えば、パルス幅5ミリ秒のミリアンペアオーダーの微小電流を1パルスだけ出力する。これにより、ステップS401により取得された電圧情報および電流情報を用いて、S403により算出された発熱線33の抵抗値は、精度が上がることから、ステップS405により推定された被覆管35の推定温度の精度も向上させることが可能になる。 During the period in which the driving power is supplied to the cartridge heater 30, the current value of the heating wire 33 fluctuates except when the maximum power is supplied. hard. For this reason, for example, when the power is not at maximum power, the pulse current for measuring the resistance value is generated by detecting the period in which the pulse current waveform is not output (including at the time of minimum power). output on line 33; In addition, a period in which the pulse-shaped current waveform is not output is forcibly provided, for example, every second, and a pulse current for measuring the resistance value is output to the heating wire 33 during that period. During such a period, for example, only one pulse of a minute current of milliampere order with a pulse width of 5 milliseconds is output. As a result, the accuracy of the resistance value of the heating wire 33 calculated in S403 using the voltage information and current information acquired in step S401 is improved. Accuracy can also be improved.

また、例えば、発熱線33を発熱させるための駆動電力の供給を、所定期間の間、休止させる。この所定期間は、カートリッジヒーター30の発熱線33が被覆管35の温度とほぼ等しくなるのに要する時間(例えば、3秒間)である。このような所定期間中に発熱線33の抵抗値を測ることにより、被覆管35の温度を検出する温度センサとして、カートリッジヒーター30を機能させることが可能なる。例えば、当該所定期間中に、前述した微小電力出力処理(S201,S301)と同様に、発熱線33に対して、例えば、パルス幅50ミリ秒のミリアンペアオーダーの微小電流(発熱線33の抵抗値を計測するための微小電流)を1秒間に10パルス出力する。これにより、ステップS401により取得された電圧情報および電流情報を用いて、S403により算出された発熱線33の抵抗値は、さらに精度が上がることから、ステップS405により推定された被覆管35の推定温度の精度も一層向上させることが可能になる。 Further, for example, the supply of drive power for causing the heating wire 33 to generate heat is suspended for a predetermined period. This predetermined period is the time (for example, 3 seconds) required for the heating wire 33 of the cartridge heater 30 to reach approximately the same temperature as the cladding tube 35 . By measuring the resistance value of the heating wire 33 during such a predetermined period, the cartridge heater 30 can function as a temperature sensor for detecting the temperature of the cladding tube 35 . For example, during the predetermined period, similar to the minute power output processing (S201, S301) described above, the heating wire 33 is supplied with a minute current of milliampere order with a pulse width of 50 milliseconds (the resistance value of the heating wire 33 10 pulses per second are output. As a result, the accuracy of the resistance value of the heating wire 33 calculated in S403 using the voltage information and current information acquired in step S401 is further improved. accuracy can be further improved.

カートリッジヒーター30に駆動電力を供給している期間中において、例えば、最大電力時の場合等、発熱により発熱線33自体の温度が上昇して温度変化が継続しているときには、発熱線33の温度と被覆管35の温度とが異なることがある。発熱線33と被覆管35の間に介在する絶縁物34の熱抵抗が影響するからである。そのため、発熱線33の温度が上昇している期間中(例えば、駆動電力の供給開始後から、被覆管35の温度が目標温度未満の所定温度(目標温度付近)に到達するまでの期間中)においては、発熱線33の温度から絶縁物34の熱抵抗分の温度を減算したものが被覆管35の温度になる(S405)。なお、発熱線33の温度は、図8に示す変換マップのように構成されてメモリ53に記憶されている図略の発熱線抵抗値対発熱線温度の変換マップを用いて推定する。また、発熱線33の温度が上昇している期間は、例えば、予め設定されているタイマーカウンタ値を図略のタイマー処理によりカウントダウンすることによって、駆動電力の供給開始後からの経過時間を計時する。 During the period in which driving power is supplied to the cartridge heater 30, the temperature of the heating wire 33 rises due to heat generation, such as when the power is at maximum power, and the temperature of the heating wire 33 continues to change. and the temperature of the cladding tube 35 may differ. This is because the thermal resistance of the insulator 34 interposed between the heating wire 33 and the cladding tube 35 has an effect. Therefore, during the period when the temperature of the heating wire 33 is rising (for example, during the period after the start of supply of the drive power until the temperature of the cladding tube 35 reaches a predetermined temperature (near the target temperature) below the target temperature) , the temperature of the cladding tube 35 is obtained by subtracting the temperature of the heat resistance of the insulator 34 from the temperature of the heating wire 33 (S405). The temperature of the heating wire 33 is estimated using a conversion map of the heating wire resistance value versus the heating wire temperature (not shown) which is configured like the conversion map shown in FIG. 8 and stored in the memory 53 . In addition, during the period when the temperature of the heating wire 33 is rising, for example, by counting down a preset timer counter value by timer processing (not shown), the elapsed time from the start of supply of driving power is measured. .

このようにパルス状の電流波形が出力されていない期間や、発熱線33を発熱させるための駆動電力の供給を休止している所定期間は、特許請求の範囲に記載の「所定タイミング」に相当し得るものである。 The period during which the pulse-shaped current waveform is not output and the predetermined period during which the supply of driving power for heating the heating wire 33 is suspended corresponds to the "predetermined timing" described in the claims. It is possible.

このステップS400によるヒーター制御処理は、ステップS500により電源オフの情報が入力されるまで継続して行われる(S500でNo)。電源オフの情報が入力されたとステップS500により判定されると(S500でYes)、それまでの制御に使用されていた制御情報(例えば、被覆管35の最高温度情報や発熱線抵抗値対被覆管温度の変換マップの補正履歴等)を、ステップS600の制御情報記憶処理によってメモリ53のRAMの不揮発性領域に記憶して本駆動制御処理を終了する。 The heater control process in step S400 is continuously performed until power-off information is input in step S500 (No in S500). When it is determined in step S500 that the power-off information has been input (Yes in S500), the control information (for example, the maximum temperature information of the cladding tube 35 and the heating wire resistance value versus cladding tube correction history of the temperature conversion map, etc.) is stored in the non-volatile area of the RAM of the memory 53 by the control information storage processing in step S600, and this drive control processing ends.

なお、図6に示す駆動制御処理において、ステップS500の判定処理による判定結果が「No」であった場合におけるヒーター制御処理(S400)の繰り返しループは、例えば、的確なタイミングとして2分間隔で行われるように処理の流れを構成してもよい。つまり、この場合には、ヒーター制御処理(S400)が行われた後、再度、ヒーター制御処理(S400)が行われるまでの時間は2分間である。そのため、例えば、電圧・電流情報取得処理(S401)、抵抗値算出処理(S403)および被覆管温度推定処理(S405)を約3秒間の期間内に行い、残り期間の約1分57秒間の期間内に駆動電力制御処理(S407)とS600の判定処理を行う。これにより、的確なタイミングである2分ごとに被覆管35の温度を推定してその温度を制御することが可能になる。 In the drive control process shown in FIG. 6, the repeat loop of the heater control process (S400) when the determination result of the determination process of step S500 is "No" is performed at intervals of, for example, two minutes as accurate timing. The process flow may be configured as shown. That is, in this case, it takes two minutes after the heater control process (S400) is performed until the heater control process (S400) is performed again. Therefore, for example, the voltage/current information acquisition process (S401), the resistance value calculation process (S403), and the cladding temperature estimation process (S405) are performed within a period of about 3 seconds, and the remaining period of about 1 minute 57 seconds. In this case, the drive power control process (S407) and the determination process of S600 are performed. This makes it possible to estimate the temperature of the cladding tube 35 and control the temperature every two minutes, which is an accurate timing.

また、このようなループ処理により繰り返されるヒーター制御処理(S400)の繰り返し時間を、過熱水蒸気発生システム10の運転状況に応じて自動的に変更するように構成してもよい。例えば、過熱水蒸気発生システム10の電源投入後、カートリッジヒーター30のヒーター制御処理(S400)が初めて開始された場合(発熱線33の発熱開始直後の場合)においては、ヒーター制御処理(S400)の繰り返し時間を数秒~10秒程度に設定し、電源投入後、30分経過後(発熱線33の発熱が安定した後)は、ヒーター制御処理(S400)の繰り返し時間を2分~5分程度に設定するように構成する。これにより、例えば、発熱線33の発熱開始直後においては、発熱線33の急峻な温度の立ち上がりに追従した温度制御を行うことが可能になり、発熱線33の発熱が安定した後においては、ノイズ等の外乱に起因した不要な温度制御を抑制することが可能になる。 Further, the repetition time of the heater control process (S400) that is repeated by such a loop process may be configured to be automatically changed according to the operating conditions of the superheated steam generation system 10. For example, when the heater control process (S400) of the cartridge heater 30 is started for the first time after the superheated steam generation system 10 is powered on (immediately after the heating wire 33 starts to generate heat), the heater control process (S400) is repeated. Set the time to about several seconds to 10 seconds, and set the repetition time of the heater control process (S400) to about 2 minutes to 5 minutes after 30 minutes have passed after the power is turned on (after the heat generation of the heating wire 33 is stabilized). configured to As a result, for example, immediately after the heating wire 33 starts to generate heat, it is possible to perform temperature control that follows the sharp temperature rise of the heating wire 33, and after the heat generation of the heating wire 33 stabilizes, noise It is possible to suppress unnecessary temperature control caused by disturbances such as

以上説明したように、本実施形態の過熱水蒸気発生システム10では、複数の細管40は、ハウジング21内においてカートリッジヒーター30の本体31の周囲に、被覆管35に接して配置される。これにより、本体31が発熱することにより発せられた熱は、本体31(被覆管35)の周囲に配置された複数の細管40に直接的に伝わる。また、本体31の周囲を囲むように細管40が配置されていることから、束ねられた複数の細管40の周囲に本体31を配置する構成(上記特許文献1の構成)に比べて、発熱体の外側に拡がるように伝わる熱が有効に活用される。そのため、加熱効率が向上することから、特許文献1の構成に比べ、装置の体格を大幅に小さくすることが可能になる。換言すれば、装置の体格が大幅に小さくなるため、体格が大きい場合に比べて細管40の加熱に寄与しない熱の拡散が抑制されて加熱効率が向上する。よって、簡素な構成でありながら複数の細管40を流通する飽和水蒸気を加熱することが可能になる。 As described above, in the superheated steam generating system 10 of the present embodiment, the plurality of capillaries 40 are arranged inside the housing 21 around the main body 31 of the cartridge heater 30 in contact with the cladding tube 35 . As a result, the heat generated by the heat generated by the main body 31 is directly transmitted to the plurality of thin tubes 40 arranged around the main body 31 (cladding tube 35). In addition, since the thin tubes 40 are arranged so as to surround the main body 31, compared to the configuration in which the main body 31 is arranged around a plurality of bundled thin tubes 40 (the configuration of Patent Document 1 above), the heating element The heat that spreads outward is effectively utilized. Therefore, since the heating efficiency is improved, it is possible to significantly reduce the size of the apparatus as compared with the configuration of Patent Document 1. In other words, since the size of the device is significantly reduced, the diffusion of heat that does not contribute to heating of the narrow tube 40 is suppressed, and the heating efficiency is improved, compared to a case of a large size. Therefore, it is possible to heat the saturated steam flowing through the plurality of capillaries 40 with a simple configuration.

また、コントローラ50は、所定タイミングにおける電圧センサ71の電圧情報および電流センサ73の電流情報から得られる発熱線33の抵抗値を用いて被覆管35の温度を推定して、この推定温度に基づいて目標温度を設定し、カートリッジヒーター30の本体31の被覆管35がこの目標温度になるように発熱線33の通電を制御する。これにより、温度センサを設けることなく、本体31の被覆管35の温度を推定しその温度を的確なタイミングで制御することが可能になる。ニクロム線等の発熱線33は、発熱の立ち上がりが比較的に速いことから、発熱線33を有する本体31においては、急峻な温度の立ち上がりに追従した温度制御を行うことが可能になる。また、このような本体31の温度制御が可能になることで、本体31の周囲近傍等に細管40を配置する構成を採っても細管40の変性や劣化を抑制することが可能になる。 In addition, the controller 50 estimates the temperature of the cladding tube 35 using the resistance value of the heating wire 33 obtained from the voltage information of the voltage sensor 71 and the current information of the current sensor 73 at a predetermined timing, and based on this estimated temperature A target temperature is set, and energization of the heating wire 33 is controlled so that the cladding tube 35 of the main body 31 of the cartridge heater 30 reaches this target temperature. As a result, the temperature of the cladding tube 35 of the main body 31 can be estimated and the temperature can be controlled at appropriate timing without providing a temperature sensor. Since the heating wire 33 such as a nichrome wire generates heat relatively quickly, the main body 31 having the heating wire 33 can perform temperature control following a steep temperature rise. Moreover, since the temperature control of the main body 31 becomes possible, it is possible to suppress denaturation and deterioration of the thin tubes 40 even when the thin tubes 40 are arranged in the vicinity of the periphery of the main body 31 or the like.

したがって、本実施形態の過熱水蒸気発生システム10では、簡素な構成でありながら過熱水蒸気発生装置20の加熱効率を向上し、かつ、カートリッジヒーター30の本体31の近傍等に配置された細管40の変性や劣化を抑制することができる。例えば、カートリッジヒーター30の周囲に配置する複数の細管40を真鍮製にしても、これらの細管40が接触し得るカートリッジヒーター30の被覆管35の温度を、例えば400℃以下に管理することによって、真鍮製の細管40の劣化を抑制することが可能になる。つまり、コスト的に安価であり、熱伝導率が大きい真鍮パイプを細管40に適用することが可能になる。 Therefore, in the superheated steam generation system 10 of the present embodiment, the heating efficiency of the superheated steam generator 20 is improved with a simple configuration, and the thin tubes 40 arranged near the main body 31 of the cartridge heater 30 are modified. and deterioration can be suppressed. For example, even if the plurality of thin tubes 40 arranged around the cartridge heater 30 are made of brass, the temperature of the covering tube 35 of the cartridge heater 30 with which these thin tubes 40 come into contact is controlled to, for example, 400° C. or less. It becomes possible to suppress the deterioration of the thin tube 40 made of brass. In other words, it is possible to use a brass pipe, which is inexpensive in terms of cost and has high thermal conductivity, as the thin tube 40 .

なお、上述した実施形態の過熱水蒸気発生システム10の過熱水蒸気発生装置20では、カートリッジヒーター30の被覆管35に接するように本体31の周囲に複数の細管40を配置する構成を採用したが、被覆管35に直接接触させることなく、被覆管35の近傍に複数の細管40を配置する構成を採ってもよい。この構成の場合には、被覆管35に接するように複数の細管40を配置する構成に比べると、本体31が発熱することにより発せられた熱は、本体31(被覆管35)の周囲に配置された複数の細管40に間接的に伝わることから、被覆管35と細管40の間の熱抵抗が増加する。そのため、飽和水蒸気の加熱効率は低下するものの、細管40を配置することのできる円周の直径を大きくすることが可能になるので、例えば、細管40の配置密度を高めたり、配置の自由度を向上したりすることが可能になる。 In addition, in the superheated steam generator 20 of the superheated steam generating system 10 of the above-described embodiment, a configuration in which a plurality of thin tubes 40 are arranged around the main body 31 so as to be in contact with the cladding tube 35 of the cartridge heater 30 is adopted. A configuration may be adopted in which a plurality of capillaries 40 are arranged in the vicinity of the cladding tube 35 without being in direct contact with the tube 35 . In this configuration, compared to a configuration in which a plurality of narrow tubes 40 are arranged so as to be in contact with the cladding tube 35, the heat generated by the heat generated by the main body 31 is distributed around the main body 31 (the cladding tube 35). The thermal resistance between the cladding tube 35 and the thin tubes 40 increases because the heat is indirectly transmitted to the plurality of thin tubes 40 that are formed. Therefore, although the heating efficiency of the saturated steam is reduced, it is possible to increase the diameter of the circumference on which the capillaries 40 can be arranged. It becomes possible to improve.

また、上述した実施形態の過熱水蒸気発生システム10の過熱水蒸気発生装置20では、細管40を真鍮(黄銅)製にしたが、例えば、ステンレス製よりも低コストの材料であれば、例えば、アルミニウム製等の他の金属材料製や非金属材料製にしてもよい。 Further, in the superheated steam generator 20 of the superheated steam generation system 10 of the above-described embodiment, the thin tube 40 is made of brass (brass), but if it is a material that is cheaper than stainless steel, for example, aluminum It may be made of other metallic material such as or non-metallic material.

なお、細管40をステンレス製で構成してもよい。これらの細管を真鍮製で構成する場合に比べて、細管自体のコストは増加するものの、本実施形態では、カートリッジヒーター30の被覆管35の全周囲を取り囲み得るように、細管40が配置されている。これにより、特許文献1の外周ヒータータイプの構成に比べて、本体31(被覆管35)の外側に拡がるように伝わる熱が有効に活用される。そのため、加熱効率が向上することから、特許文献1の構成に比べて、装置の体格を大幅に小さくすることが可能になる。換言すれば、装置の体格が大幅に小さくなるため、体格が大きい場合に比べて細管40の加熱に寄与しない熱の拡散が抑制されて加熱効率が向上する。 Note that the thin tube 40 may be made of stainless steel. Although the cost of the tubules themselves increases compared to when these tubules are made of brass, in this embodiment, the tubules 40 are arranged so as to surround the entire periphery of the cladding tube 35 of the cartridge heater 30. there is As a result, compared to the configuration of the perimeter heater type of Patent Document 1, the heat that spreads to the outside of the main body 31 (the cladding tube 35) is effectively utilized. Therefore, since the heating efficiency is improved, it is possible to significantly reduce the size of the apparatus as compared with the configuration of Patent Document 1. In other words, since the size of the device is significantly reduced, the diffusion of heat that does not contribute to heating of the narrow tube 40 is suppressed, and the heating efficiency is improved, compared to a case of a large size.

したがって、特許文献1の構成に比べれば、装置が小型になることにより、必要な金属材料等が減少するため、製品コストの低減につながる。また、細管40をステンレス製で構成した場合においても、装置構成を簡素にすることができるため、それに伴う部品点数の減少により製品コストを低下させることが可能になる。 Therefore, as compared with the configuration of Patent Document 1, the size of the device is reduced, which leads to a reduction in product cost because the necessary metal materials and the like are reduced. Also, even if the narrow tube 40 is made of stainless steel, the device configuration can be simplified, and the accompanying reduction in the number of parts makes it possible to reduce the product cost.

また、細管40をステンレス製にすることにより、カートリッジヒーター30の発熱上限温度(例えば、600℃)までこれらの細管を加熱することが可能になるため、飽和水蒸気をより高温で加熱して600℃に近い高温の過熱水蒸気を発生させることが可能になる。カートリッジヒーター30の発熱温度を低く(例えば、300℃)抑えることにより、ステンレス製の細管40の寿命を延ばすことも可能になる。 In addition, by making the thin tubes 40 made of stainless steel, it becomes possible to heat these thin tubes to the maximum exothermic temperature of the cartridge heater 30 (for example, 600°C). It is possible to generate superheated steam at a temperature close to . By keeping the heat generation temperature of the cartridge heater 30 low (for example, 300° C.), it is also possible to extend the life of the stainless steel narrow tube 40 .

さらに、上述した実施形態の過熱水蒸気発生システム10の過熱水蒸気発生装置20では、ハウジング21を円筒形状の管(円筒管)で構成したが、管の径方向断面の形状は、円形に限られることはなく、例えば、四角形状、五角形状、六角形状等の多角形状や、楕円形状、長円(小判)形状等の変形円形状等の任意の形状に構成してもよい。また、細管40についても、円筒形状の管(円筒管)で構成したが、管の径方向断面の形状は、円形に限られることはなく、例えば、四角形状、五角形状、六角形状等の多角形状や、楕円形状、長円(小判)形状等の変形円形状等の任意の形状に構成してもよい。 Furthermore, in the superheated steam generator 20 of the superheated steam generating system 10 of the above-described embodiment, the housing 21 is composed of a cylindrical tube (cylindrical tube), but the shape of the radial cross section of the tube is limited to a circular shape. Instead, for example, it may be formed in an arbitrary shape such as a polygonal shape such as a square shape, a pentagonal shape, or a hexagonal shape, or a deformed circular shape such as an elliptical shape or an oval (oval) shape. In addition, although the thin tube 40 is also configured by a cylindrical tube (cylindrical tube), the shape of the radial cross section of the tube is not limited to a circle, and may be polygonal such as a square, pentagonal, or hexagonal shape. It may be formed in an arbitrary shape such as an elliptical shape, a deformed circular shape such as an elliptical (oval) shape, or the like.

細管40に代えて、例えば、断面形状が円形の丸線や断面形状が矩形の平角線等を蔓巻状(コイル状)に巻回したもの加熱体として用いてもよい。また、図11に示すように、細管40を細かく輪切り(軸方向に細切れ)にしたような複数の加熱リング140を、カートリッジヒーター30の周囲に配置してもよい。図11(A)には、細管40に代えて加熱リング140を用いた場合の構成例を示す断面図が図示されている。また、図11(B)には、図11(A)に示すXI-B-XI-B線により切断した状態を同矢印方向から見た径方向断面図が図示されている。 Instead of the narrow tube 40, for example, a round wire with a circular cross-section or a flat wire with a rectangular cross-section wound in a helical shape (coil shape) may be used as the heating element. Further, as shown in FIG. 11, a plurality of heating rings 140 each having a finely sliced thin tube 40 (in the axial direction) may be arranged around the cartridge heater 30 . FIG. 11(A) shows a cross-sectional view showing a configuration example in which a heating ring 140 is used in place of the narrow tube 40. As shown in FIG. Further, FIG. 11(B) shows a radial cross-sectional view taken along line XI-B-XI-B shown in FIG. 11(A) and viewed in the direction of the arrow.

加熱リング140は、例えば、真鍮(黄銅)製であり、本実施形態では、軸長が約3mmに設定されている。本実施形態では、8個の加熱リング140がカートリッジヒーター30の被覆管35の周囲に配置されており、これらの加熱リング140の外周壁が隣接する他の加熱リング140の外周壁に接触するように設けられている。また、本実施形態では、このように配される8個の加熱リング140が、ハウジング21の一端部21aと他端部21bの間において、被覆管35の軸方向に等間隔に配置されている。 The heating ring 140 is made of brass, for example, and has an axial length of about 3 mm in this embodiment. In this embodiment, eight heating rings 140 are arranged around the cladding tube 35 of the cartridge heater 30, and the outer peripheral walls of these heating rings 140 are in contact with the outer peripheral walls of other adjacent heating rings 140. is provided in Further, in this embodiment, the eight heating rings 140 arranged in this way are arranged at equal intervals in the axial direction of the cladding tube 35 between the one end 21a and the other end 21b of the housing 21. .

これにより、入力パイプ23から導入された飽和水蒸気は、加熱リング140の一端部140aから流入して加熱リング140の内周壁に接した後、他端部140bから流出することにより、被覆管35の熱が加熱リング140を介して当該飽和水蒸気に熱伝達される。そのため、ハウジング21の一端部21aから他端部21bに向かって飽和水蒸気が複数の加熱リング140を通過する間に、このような熱伝達が繰り返し行われることによって、当該飽和水蒸気は、細管40の場合と同様に、例えば、250℃~290℃で加熱され、出力パイプ24や他端部21bから過熱水蒸気として排出される。 As a result, the saturated steam introduced from the input pipe 23 flows in from one end 140a of the heating ring 140, comes into contact with the inner peripheral wall of the heating ring 140, and then flows out from the other end 140b. Heat is transferred to the saturated steam via the heating ring 140 . Therefore, while the saturated steam passes through the plurality of heating rings 140 from one end 21a of the housing 21 to the other end 21b, such heat transfer is repeated, and the saturated steam is transferred to the capillaries 40. As in the case above, it is heated at, for example, 250° C. to 290° C. and discharged as superheated steam from the output pipe 24 or the other end 21b.

また、ハウジング21内においては、加熱リング140の外側を飽和水蒸気が加熱リング140の外周壁に接することによっても当該飽和水蒸気に熱伝達されることから、このような飽和水蒸気も、加熱リング140の外周壁で、例えば、250℃前後に加熱される。これにより、加熱リング140の外周壁に沿ってハウジング21の他端部21bに流れる水蒸気も過熱水蒸気になるため、出力パイプ24や他端部21bから過熱水蒸気が排出される。 Further, in the housing 21 , heat is also transferred to the saturated steam when the outside of the heating ring 140 is in contact with the outer peripheral wall of the heating ring 140 . The peripheral wall is heated to, for example, around 250°C. As a result, the steam flowing along the outer peripheral wall of the heating ring 140 to the other end 21b of the housing 21 also becomes superheated steam, and the superheated steam is discharged from the output pipe 24 and the other end 21b.

さらに、加熱リング140の外周壁がハウジング21の周壁21cの内周面にも接触することから、本体31が発した熱の一部は、加熱リング140を介して周壁21cに伝わる。そのため、ハウジング21内において、加熱リング140の外側を流通する飽和水蒸気が周壁21cの内周面に接することで当該飽和水蒸気に熱伝達されることから、このような飽和水蒸気も、例えば、250℃前後に加熱される。これにより、ハウジング21の周壁21cの内周面に沿って他端部21bから流出する水蒸気も過熱水蒸気になるため、出力パイプ24や他端部21bから過熱水蒸気が排出される。 Furthermore, since the outer peripheral wall of heating ring 140 also contacts the inner peripheral surface of peripheral wall 21 c of housing 21 , part of the heat generated by main body 31 is transmitted to peripheral wall 21 c via heating ring 140 . Therefore, in the housing 21, the saturated steam flowing outside the heating ring 140 contacts the inner peripheral surface of the peripheral wall 21c and is heat-transferred to the saturated steam. heated back and forth. As a result, the steam flowing out from the other end portion 21b along the inner peripheral surface of the peripheral wall 21c of the housing 21 also becomes superheated steam, so that the superheated steam is discharged from the output pipe 24 and the other end portion 21b.

なお、このような複数の加熱リング140に代えて、帯状の真鍮板からなるフィンをカートリッジヒーター30の本体31(被覆管35)から径方向に突出するように本体31の周囲に螺旋状に巻き付けてもよい。即ち、帯状の真鍮製のフィンをカートリッジヒーター30の一端側から他端側に向けて螺旋穴掘り器の刃のように本体31(被覆管35)の周囲に巻き付ける。これにより、入力パイプ23から導入された飽和水蒸気は、このようなフィンの表裏の両面に接しながら、ハウジング21の一端部21aから他端部21bに向かって流れることで、被覆管35の熱が当該フィンを介して飽和水蒸気に熱伝達される。そのため、当該飽和水蒸気は、細管40の場合と同様に、例えば、250℃~290℃で加熱されて出力パイプ24や他端部21bから過熱水蒸気として排出される。 Instead of such a plurality of heating rings 140, fins made of strip-shaped brass plates are spirally wound around the main body 31 (cladding tube 35) of the cartridge heater 30 so as to protrude from the main body 31 (cladding tube 35) in the radial direction. may That is, a strip-shaped brass fin is wound around the main body 31 (cladding tube 35) from one end side to the other end side of the cartridge heater 30 like a blade of a spiral boring machine. As a result, the saturated steam introduced from the input pipe 23 flows from one end 21a to the other end 21b of the housing 21 while being in contact with both the front and back surfaces of the fins, thereby dissipating the heat of the cladding tube 35. Heat is transferred to the saturated steam through the fins. Therefore, the saturated steam is heated at, for example, 250° C. to 290° C. and discharged from the output pipe 24 or the other end 21b as superheated steam, as in the case of the narrow tube 40. FIG.

特許請求の範囲に記載の「加熱体」は、被覆管35の熱を飽和水蒸気に熱伝達し得る構造体であって、当該飽和水蒸気がハウジング21の一端部21aから他端部21bに流通可能な隙間を形成し得るものであれば、細管40、加熱リング140やこのようなフィンに限られることはなく、例えば、表面や裏面が波状や凹凸状に形成された真鍮板(金属板)や、金属タワシのように縺れた真鍮線(金属線)の糸玉や塊等でもよい。またこれらはステンレス鋼からなるものでもよい。 The "heating body" described in the claims is a structure capable of transferring the heat of the cladding tube 35 to the saturated steam, and the saturated steam can flow from one end 21a of the housing 21 to the other end 21b. It is not limited to the narrow tube 40, the heating ring 140, or such fins as long as they can form a sufficient gap. , a thread ball or lump of brass wire (metal wire) tangled like a metal scrubbing brush may be used. They may also be made of stainless steel.

また、上述した実施形態の過熱水蒸気発生システム10の過熱水蒸気発生装置20では、カートリッジヒーター30の本体31が、ハウジング21(筒体)のほぼ軸上に位置するように構成したが、これらの筒体の軸から外れた位置にカートリッジヒーター30の本体31を配置してもよい。また、カートリッジヒーター30を複数本用いる場合には、例えば、細管40を配置した円周上に、他のカートリッジヒーター30の本体31が位置するように、他のカートリッジヒーター30を配置してもよい。 Further, in the superheated steam generator 20 of the superheated steam generating system 10 of the above-described embodiment, the main body 31 of the cartridge heater 30 is configured to be positioned substantially on the axis of the housing 21 (cylindrical body). The body 31 of the cartridge heater 30 may be positioned off-axis. Further, when a plurality of cartridge heaters 30 are used, for example, the other cartridge heaters 30 may be arranged so that the bodies 31 of the other cartridge heaters 30 are positioned on the circumference on which the thin tubes 40 are arranged. .

さらに、フィーダー線のメガネフィーダーの径方向(長手方向の軸に対して直交する方向)断面形状のように、2つのハウジング21を径方向に連結させてそれぞれのハウジング21のほぼ軸上にカートリッジヒーター30の本体31を配置する構成を採ってもよい。これにより、2本のカートリッジヒーター30により細管40や加熱リング140等を加熱することが可能になり、また細管40や加熱リング140等の数も増加するため、飽和水蒸気の流量を大幅に増加させることが可能になり、過熱水蒸気の発生量を増大させることができる。 Furthermore, the two housings 21 are connected in the radial direction so that the cartridge heaters are placed substantially on the axis of each housing 21 like the cross-sectional shape of the feeder line in the radial direction (the direction perpendicular to the longitudinal axis) of the spectacle feeder. A configuration in which the body 31 of 30 is arranged may be adopted. This makes it possible to heat the thin tubes 40, the heating rings 140, etc. by the two cartridge heaters 30, and also increases the number of the thin tubes 40, the heating rings 140, etc., thereby greatly increasing the flow rate of the saturated steam. It becomes possible to increase the amount of superheated steam generated.

また、上述した実施形態や他の各構成例では、発熱体として、カートリッジヒーター30の場合を例示して説明したが、棒状の発熱体であり、その周囲に複数の細管40や加熱リング140等が囲むように配置することが可能な発熱体であれば、例えば、シーズヒーターを用いてもよい。 In addition, in the above-described embodiment and other configuration examples, the case of the cartridge heater 30 was described as an example of the heating element. A sheathed heater, for example, may be used as long as it is a heating element that can be arranged so as to surround the .

また、上述した実施形態や他の各構成例では、カートリッジヒーター30の被覆管35の温度を推定して被覆管35の温度が目標温度になるように制御系を構成したが、発熱線33の温度を推定して、発熱線33の発熱温度が目標温度になるように制御系を構成してもよい。これにより、発熱線33が目標温度を大幅に超える温度に発熱することを抑制することが可能になる。また、接触タイプの温度センサを用いて発熱線33の発熱温度を検出する場合に比べて時間的な遅れが非常に小さくなるので、発熱線33の急峻な温度の立ち上がりに追従した温度制御を行うことが可能になり、カートリッジヒーター30の保護を適切に行うことができる。 In the above-described embodiment and other configuration examples, the temperature of the cladding tube 35 of the cartridge heater 30 is estimated and the control system is configured so that the temperature of the cladding tube 35 becomes the target temperature. The control system may be configured such that the temperature is estimated and the heat generation temperature of the heating wire 33 becomes the target temperature. This makes it possible to prevent the heating wire 33 from generating heat to a temperature significantly exceeding the target temperature. In addition, since the time delay is very small compared to the case of detecting the heat generation temperature of the heat generating wire 33 using a contact type temperature sensor, temperature control is performed following the sharp temperature rise of the heat generating wire 33. Thus, the cartridge heater 30 can be properly protected.

また、上述した実施形態や他の各構成例では、微小電力として、例えば、パルス幅50ミリ秒のミリアンペアオーダーの微小電流を1秒間に10パルス出力したり、パルス幅5ミリ秒のミリアンペアオーダーの微小電流を1パルスだけ出力したりしたが、駆動用のパルス波形の電流が発熱線33に出力されていない期間中であれば、これに限られることはなく、例えば、マイクロオーダーやミリアンペアオーダーの微小電流を時間的に連続して発熱線33に流してもよい。この場合、微小電流を連続して流している期間中に電圧センサ71や電流センサ73により、電圧値や電流値を複数回検出し、複数の電圧情報や電流情報を取得することによって、平均値、中央値、最頻値等を所定の統計処理により得ることが可能になる。そのため、発熱線33の抵抗値の算出精度を高めることができ、ひいてはこのような抵抗値を用いて推定する被覆管35の推定温度の精度を、さらに向上させることができる。 Further, in the above-described embodiments and other configuration examples, as minute power, for example, 10 pulses of milliampere-order minute current with a pulse width of 50 milliseconds are output per second, or 10 milliampere-order minute currents with a pulse width of 5 milliseconds are output. Although only one pulse of minute current is output, it is not limited to this as long as the current of the pulse waveform for driving is not output to the heating wire 33, for example, micro order or milliampere order. A minute current may be flowed through the heating wire 33 continuously over time. In this case, the voltage value and the current value are detected multiple times by the voltage sensor 71 and the current sensor 73 during the period in which the minute current is continuously applied, and the average value is obtained by acquiring multiple pieces of voltage information and current information. , median, mode, etc. can be obtained by predetermined statistical processing. Therefore, the accuracy of calculating the resistance value of the heating wire 33 can be improved, and the accuracy of the estimated temperature of the cladding tube 35 estimated using such a resistance value can be further improved.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した具体例を様々に変形または変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。さらに、本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つ。なお、[符号の説明]の欄における括弧内の記載は、上述した各実施形態で用いた用語と、特許請求の範囲に記載の用語との対応関係を明示し得るものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications or changes of the above-described specific examples. In addition, the technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. Furthermore, the techniques exemplified in this specification or drawings achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of them has technical utility in itself. It should be noted that descriptions in parentheses in the [Description of Reference Symbols] column can clearly indicate the correspondence relationship between the terms used in each of the above-described embodiments and the terms described in the scope of claims.

10…過熱水蒸気発生システム
11…筐体
12…ボイラー装置
17…温度センサ
20…過熱水蒸気発生装置
21…ハウジング(筒体)
30…カートリッジヒーター
31…本体(発熱体)
33…発熱線
35…被覆管
40…細管(加熱体)
40a…一端部(一端側)
40b…他端部(他端側)
50…コントローラ
71…電圧センサ
73…電流センサ
140…加熱リング(加熱体)
140a…一端部(一端側)
140b…他端部(他端側)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Superheated steam generation system 11... Case 12... Boiler apparatus 17... Temperature sensor 20... Superheated steam generator 21... Housing (cylindrical body)
30 Cartridge heater 31 Main body (heating element)
33... Heating wire 35... Coating tube 40... Thin tube (heating body)
40a... One end (one end side)
40b... other end (other end side)
50... Controller 71... Voltage sensor 73... Current sensor 140... Heating ring (heating body)
140a... One end (one end side)
140b... other end (other end side)

Claims (4)

飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生システムであって、
一端側に前記飽和水蒸気を導入し他端側から前記過熱水蒸気を排出する筒体と、
前記筒体内に収容されて前記筒体の前記一端側から前記他端側に及ぶ被覆管を有しこの被覆管内に通電により発熱する発熱線を有する発熱体と、
前記筒体内において前記発熱体の周囲に、前記被覆管に接してまたは前記被覆管の近傍に配置され、前記筒体内に導入された前記飽和水蒸気が一端側から入り加熱された前記過熱水蒸気が他端側から出る複数の加熱体と、
前記発熱線の印加電圧を検出し電圧情報を出力する電圧センサと、
前記発熱線の通電電流を検出し電流情報を出力する電流センサと、
前記電圧情報および前記電流情報に基づいて前記発熱体が目標温度になるように前記発熱線の通電を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、所定タイミングにおける前記電圧情報および前記電流情報から得られる前記発熱線の抵抗値を用いて前記被覆管の温度を推定し、この推定温度に基づいて前記目標温度を設定し、かつ、既知温度の飽和水蒸気を前記筒体に導入した後の前記発熱線の非通電時においては、発熱に寄与しないまたは発熱に殆ど寄与しない電力を前記発熱線に加えた場合の前記電圧情報および前記電流情報から得られる前記発熱線の抵抗値を、前記被覆管の推定温度の推定または補正に用いる、ことを特徴とする過熱水蒸気発生システム。
A superheated steam generation system that heats saturated steam to generate superheated steam,
a cylindrical body that introduces the saturated steam to one end side and discharges the superheated steam from the other end side;
a heating element that is housed in the cylindrical body and has a cladding tube that extends from the one end side of the cylindrical body to the other end side of the cladding tube, and that has a heating wire that generates heat when energized in the cladding tube;
The superheated steam is placed in the cylindrical body around the heating element, in contact with the cladding tube or in the vicinity of the cladding tube, and the saturated steam introduced into the cylindrical body enters from one end side and is heated. a plurality of heating elements emanating from an end side;
A voltage sensor that detects the voltage applied to the heating wire and outputs voltage information;
a current sensor that detects the current flowing through the heating wire and outputs current information;
a controller that controls energization of the heating wire so that the heating element reaches a target temperature based on the voltage information and the current information;
The controller estimates the temperature of the cladding tube using the resistance value of the heating wire obtained from the voltage information and the current information at a predetermined timing, sets the target temperature based on the estimated temperature, and When the heating wire is not energized after saturated steam of a known temperature is introduced into the cylinder, the voltage information and the current when power that does not contribute to heat generation or hardly contributes to heat generation is applied to the heating wire. A superheated steam generating system, wherein the resistance value of the heating wire obtained from the information is used for estimating or correcting the estimated temperature of the cladding tube.
所定タイミングは、前記発熱線に通電していない時期であることを特徴とする請求項1に記載の過熱水蒸気発生システム。 2. The superheated steam generating system according to claim 1 , wherein the predetermined timing is a time when the heating wire is not energized. 当該過熱水蒸気発生システムの電源投入後、前記発熱線の通電制御を開始する前において、発熱に寄与しないまたは発熱に殆ど寄与しない電力を前記発熱線に加えた場合の前記電圧情報および前記電流情報から得られる前記発熱線の抵抗値を、前記被覆管の推定温度の推定または補正に用いることを特徴とする請求項1または2に記載の過熱水蒸気発生システム。 After the superheated steam generation system is powered on and before the energization control of the heating wire is started, the voltage information and the current information when power that does not contribute to heat generation or hardly contributes to heat generation is applied to the heating wire. 3. The superheated steam generating system according to claim 1, wherein the obtained resistance value of the heating wire is used for estimating or correcting the estimated temperature of the cladding tube. 前記コントローラは、前記発熱線の通電の制御にPID制御を用いることを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の過熱水蒸気発生システム。 The superheated steam generating system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the controller uses PID control to control energization of the heating wire.
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