JP2003194339A

JP2003194339A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2003194339A
Application number: JP2001401640A
Authority: JP
Inventors: Takao Nakiri; 卓男名切; Kazuo Aoyama; 一夫青山; Akinobu Kamiyoshi; 昭伸神吉; Akio Hashimoto; 聡夫橋本; Shinji Murai; 慎二村井; Hiroshi Iyoda; 浩志伊與田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kansai Tech Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kansai Tech Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】仕上がり品位の低下や加熱むらを生じること
なく、多量の加熱対象物を短時間で加熱できる、加熱装
置を提供する。【構成】加熱室１４内にヒータ１６が設けられ、過熱
蒸気供給部１８によって加熱室１４内に過熱蒸気が供給
され、高温空気供給部２０によって加熱室１４内に高温
空気が供給される。そして、ヒータ１６の出力，加熱蒸
気の供給量および温度ならびに高温空気の供給量および
温度が制御されながら、加熱対象物１２が加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、過熱蒸気とヒータと
を併用して食材，ゴミまたは廃材等を加熱するようにし
た、加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、食材，ゴミまたは廃材等の加熱対
象物に対して、焼く，蒸す，煮る，加熱する，乾燥させ
る等の加熱処理を施す際には、各加熱処理に適した熱源
（ガス火，炭火，ヒータ，熱風等）を有する加熱装置を
用いて加熱対象物を加熱していた。そして、短時間で多
量の加熱対象物を加熱する場合には、熱源の火力を強く
していた。すなわち、ガス火または炭火の火力を強く
し、ヒータの出力を大きくし、あるいは、熱風の温度を
高くしていた。

【０００３】しかし、従来の加熱装置において、熱源の
火力等を強くすると、加熱対象物の表面が焼け焦げてし
まうため、仕上がり品位が低下するという問題があっ
た。また、加熱対象物に与えられる熱量に偏りが生じる
ため、加熱対象物の全体を均一に加熱するのが困難であ
るという問題もあった。

【０００４】また、従来の加熱装置では、複数種類の加
熱処理に対応できず、複数種類の加熱処理を行う場合に
は、各加熱処理に対応した複数の加熱装置を準備しなけ
ればならなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】それゆえに、この発明
の主たる目的は、仕上がり品位の低下や加熱むらを生じ
ることなく、多量の加熱対象物を短時間で加熱でき、し
かも、複数種類の加熱処理に対応できる、加熱装置を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１に記
載した発明）は、加熱対象物を収容する加熱室、加熱室
に設けられたヒータ、加熱室に過熱蒸気を供給する過熱
蒸気供給部、ヒータの出力を制御するヒータ制御部、過
熱蒸気の供給量を制御する蒸気量制御部、および過熱蒸
気の温度を制御する蒸気温度制御部を備える、加熱装置
である。

【０００７】この発明では、過熱蒸気とヒータとを併用
して加熱対象物を加熱するようにしているので、熱浸透
性の高い過熱蒸気により加熱対象物が均一かつ迅速に加
熱され、ヒータにより加熱対象物の表面が焼き焦がされ
る。そして、過熱蒸気の供給量および温度ならびにヒー
タの出力が制御されることにより、加熱室内において多
様な加熱環境が作り出される。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、過熱蒸気の供給量お
よび温度ならびにヒータの出力を制御することにより、
一つの加熱装置で複数種類の加熱処理を行うことができ
る。

【０００９】たとえば、過熱蒸気の供給量を多くする
と、加熱室内の空気量（酸素量）が少なくなるので、
「加熱対象物の表面を焦がさない加熱処理」を行うこと
ができる。すなわち、「酸化物（ＣＯ，ＣＯ２）の生成
や発煙を伴わない加熱処理」を行うことができる。この
加熱処理では、加熱対象物を高温で加熱することができ
るので、加熱時間を短縮することができる。一方、過熱
蒸気の供給量を少なくすると、加熱室内の空気量（酸素
量）が増えるので、「加熱対象物の表面に焦げ目を付け
る加熱処理」を行うことができる。

【００１０】また、熱浸透性の高い過熱蒸気により加熱
対象物を加熱するようにしているので、加熱対象物の全
体をむら無く加熱することができる。さらに、ヒータに
より加熱対象物の表面に適度な焦げ目をつけることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１を参照して、この発明の一実
施例の加熱装置１０は、食材，ゴミまたは廃材（伐採木
や間伐材）等の加熱対象物１２をヒータ熱と過熱蒸気と
高温空気とによって加熱するものであり、加熱室１４，
ヒータ１６，過熱蒸気供給部１８，高温空気供給部２０
および排出部２２等により構成される。

【００１２】加熱室１４は、ケーシング２４を含み、ケ
ーシング２４の前面には加熱対象物１２を出し入れする
ための開口（図示せず）が形成され、開口には蓋体（図
示せず）が装着される。また、ケーシング２４の側面に
は、蒸気取込口２４ａおよび空気取込口２４ｂが形成さ
れ、ケーシング２４の底面には、過熱蒸気および高温空
気を排出する排出口２４ｃが形成される。

【００１３】そして、ケーシング２４の内部には、金属
メッシュからなる収容かご２６が設けられ、また、複数
（この実施例では４つ）の温度検出器（熱電対）２８が
分散して設けられる。さらに、ケーシング２４の上壁と
収容かご２６との間には、ヒータ１６が配置される。し
たがって、金属メッシュからなる収容かご２６では、ヒ
ータ１６で加熱されることにより輻射熱が発生する。

【００１４】ヒータ１６は、加熱室１４の加熱と保温，
加熱対象物１２の加熱，収容かご２６の加熱等の機能を
有するものであり、収容かご２６の外面に沿うようにし
て配置される。このヒータ１６としては、周知の遠赤外
線ヒータ等をそのまま用いることができる。

【００１５】過熱蒸気供給部１８は、水から蒸気を生成
するボイラ３０，ボイラ３０により生成された蒸気をさ
らに加熱する蒸気加熱器３２およびボイラ３０に供給さ
れる水を予備加熱する熱交換器３４等によって構成され
る。

【００１６】蒸気加熱器３２は、図３に示すように、図
示しない高周波電源に接続されるワークコイル３２ａ
と、ワークコイル３２ａにより電磁誘導加熱される発熱
管３２ｂと、発熱管３２ｂ内において蒸気を攪拌する攪
拌部３２ｃとを含み、発熱管３２ｂ内の流路において蒸
気の加熱と攪拌とが同時に行われる。攪拌部３２ｃは、
発熱管３２ｂの横断面において流路の一部を遮蔽する複
数の遮蔽板３２ｄを含み、各遮蔽板３２ｄが支持棒３２
ｅにより支持される。

【００１７】熱交換器３４は、後述する排出部２２によ
り排出される過熱蒸気を通す熱交換ケーシング３４ａと
熱交換ケーシング３４ａ内に収容された給水管３４ｂと
を含み、給水管３４ｂ内の水が熱交換ケーシング３４ａ
内の過熱蒸気によって加熱される。

【００１８】そして、給水管３４ｂの出口側の端部がボ
イラ３０の入口に接続され、ボイラ３０の出口と蒸気加
熱器３２の入口とが連結管３６ａを介して連通される。
また、蒸気加熱器３２の出口と加熱室１４の蒸気取込口
２４ａとが連結管３６ｂを介して連通され、連結管３６
ｂの内部には、温度検出器（熱電対）３８が設けられ
る。

【００１９】高温空気供給部２０は、空気を加熱室１４
へ向けて圧送する空気圧縮機４０および空気圧縮機４０
から吹き出された空気を加熱する空気加熱器４２等によ
って構成される。空気圧縮機４０としては、送風量制御
が可能な周知の送風機を用いることができ、空気加熱器
４２としては、蒸気加熱器３２（図２）と同じ構成のも
のを用いることができる。

【００２０】そして、空気圧縮機４０の出口と空気加熱
器４２の入口とが連結管４４ａを介して連通され、空気
加熱器４２の出口と加熱室１４の空気取込口２４ｂとが
連結管４４ｂを介して連通され、連結管４４ｂの内部に
は、温度検出器（熱電対）４６が設けられる。

【００２１】排出部２２は、加熱室１４の排出口２４ｃ
から排出された過熱蒸気および高温空気を冷却しながら
外部へ排出するものであり、冷却器４８および熱交換器
３４等によって構成される。

【００２２】冷却器４８は、冷却ケーシング４８ａ，噴
水ノズル４８ｂおよび温度検出器（熱電対）４８ｃ等に
より構成され、温度検出器４８ｃが検出する温度が一定
温度以上になると噴水ノズル４８ｂから冷却水が噴射さ
れる。

【００２３】熱交換器３４は、過熱蒸気供給部１８の一
部を構成するものでもあり、その具体的構成は、上述し
た通りである。排出部２２における熱交換器３４は、給
水管３４ｂを流れる水により蒸気を冷却して凝結させる
機能を有する。

【００２４】そして、加熱室１４の排出口２４ｃと冷却
器４８の入口とが連結管５０ａを介して連通され、冷却
器４８の出口と熱交換器３４の入口とが連結管５０ｂを
介して連通される。また、冷却器４８の冷却ケーシング
４８ａには、排気管５２が接続される。したがって、排
出口２４ｃから排出された過熱蒸気は、冷却器４８およ
び熱交換器３４等を経て外部へ排出され、排出口２４ｃ
から排出された高温空気は、冷却器４８および排気管５
２等を経て外部へ排出される。

【００２５】そして、このような加熱装置１０の基本的
構成（図１）に対しては、図３に示すように、各種の制
御機器が接続される。

【００２６】すなわち、各温度検出器（熱電対）２８，
３８および４６には、コンピュータ５４により制御され
るシーケンサ５６が接続され、ヒータ１６には、シーケ
ンサ５６により制御されるソリッドステートリレー（以
下、「ＳＳＲ」という。）５８が接続され、ボイラ３０
には、シーケンサ５６により制御されるＳＳＲ６０が接
続される。また、蒸気加熱器３２には、シーケンサ５６
により制御されるインバータ６２が接続され、空気加熱
器４２には、シーケンサ５６により制御されるインバー
タ６４が接続される。さらに、空気圧縮機４０には、シ
ーケンサ５６により制御される無段階回転数制御器６６
が接続される。そして、ＳＳＲ５８および６０，インバ
ータ６２および６４ならびに無段階回転数制御器６６に
は、電源（２００Ｖ）が接続される。

【００２７】したがって、直接的には、ＳＳＲ５８がヒ
ータの出力を制御する「ヒータ制御部」となり、無段階
回転数制御器６６が高温空気の供給量を制御する「空気
量制御部」となり、インバータ６４が高温空気の温度を
制御する「空気温度制御部」となる。そして、ＳＳＲ６
０が過熱蒸気の供給量を制御する「蒸気量制御部」とな
り、インバータ６２が過熱蒸気の温度を制御する「蒸気
温度制御部」となる。

【００２８】加熱装置１０を用いて加熱対象物１２を加
熱する際には、まず、操作部となるコンピュータ５４の
電源スイッチをＯＮし、表示装置にオペレーション画面
を表示させる。そして、オペレーション画面上で運転条
件を設定し、運転開始スイッチをＯＮする。

【００２９】ここで、運転条件は、ヒータ１６の出力，
過熱蒸気の温度および供給量ならびに高温空気の温度お
よび供給量等によって定められる。たとえば、酸化を伴
わずに加熱対象物１２を短時間で加熱処理する場合に
は、高温空気（酸素）の供給量が少なくされ、かつ、過
熱蒸気の温度が高くされる。また、加熱対象物１２の表
面を焼き焦がしたい場合には、過熱蒸気とともに高温空
気（酸素）が所定量供給され、かつ、ヒータ１６の出力
が大きくされる。

【００３０】運転開始スイッチをＯＮすると、コンピュ
ータ５４およびシーケンサ５６による制御動作が開始さ
れる。以下には、図４のフロー図に基づいて、加熱装置
１０の制御動作について説明する。

【００３１】運転開始スイッチをＯＮすると、まず、ス
テップＳ１において、各種の制御に関する数値が初期化
される。続いて、ステップＳ３において、ヒータ１６，
ボイラ３０，蒸気加熱器３２および空気加熱器４２のそ
れぞれの運転時間を管理するタイマがＯＮされる。タイ
マには、加熱処理の種類に応じた時間が、運転条件設定
時に予め設定される。そして、ステップＳ５において、
加熱装置１０の全体の電源がＯＮされ、ステップＳ７〜
Ｓ１１において、「洗浄運転」，「予熱運転」および
「加熱運転」が実行される。

【００３２】ステップＳ７の「洗浄運転」では、過熱蒸
気と高温空気とによって加熱室１４の内部が洗浄され
る。

【００３３】ステップＳ９の「予熱運転」では、ヒータ
１６，蒸気または高温空気のいずれか一つか、二以上の
併用によって加熱室１４の内部が所定温度（１００℃程
度）に加熱され、加熱室１４の壁面における結露が防止
される。そして、「予熱運転」の終了後、加熱室１４内
の収容かご２６に加熱対象物１２が収容される。

【００３４】ステップＳ１１の「加熱運転」では、運転
条件に応じた空気量（酸素量）および温度で加熱対象物
１２が加熱される。

【００３５】「加熱運転」の初期段階では、排出口２４
ｃから過熱蒸気および高温空気が排出されることによ
り、冷却器４８の温度検出器（熱電対）４８ｃが検出す
る温度が徐々に上昇する。そして、この温度が所定温度
以上になると、噴水ノズル４８ｂから冷却水が噴射され
る。

【００３６】また、「予熱運転」および「加熱運転」に
おける熱交換器３４では、ボイラ３０へ供給される水と
外部へ排出される高温蒸気との間で熱交換が行われる。
したがって、ボイラ３０へは、蒸気により加熱された水
が供給されることとなり、ボイラ３０の熱負荷が軽減さ
れ、ボイラ３０で生成される蒸気量の変動幅が縮小され
る。すなわち、加熱室１４内へ供給される過熱蒸気の量
が安定する。一方、外部へ排出される蒸気は、水に熱を
奪われて凝結され、温水として安全に排出される。

【００３７】また、「洗浄運転」，「予熱運転」および
「加熱運転」において、ヒータ１６，蒸気加熱器３２お
よび空気加熱器４２の出力は、コンピュータ５４による
ＰＩＤ制御で高精度に制御される。つまり、温度検出器
２８により加熱室１４内の各ポイント温度と平均温度と
がサンプリングされ、温度検出器３８により過熱蒸気の
温度がサンプリングされ、温度検出器４６により高温空
気の温度がサンプリングされる。そして、これらのサン
プリングデータが、ヒータ１６，蒸気加熱器３２および
空気加熱器４２の温度制御にフィードバックされる。

【００３８】そして、タイマが管理する運転時間が経過
すると、ステップＳ１３において、「運転を終了する」
と判断され、ステップＳ１５において、ヒータ１６，蒸
気加熱器３２，空気加熱器４２および空気圧縮機４０が
停止される。

【００３９】この実施例によれば、ヒータ１６の出力，
加熱蒸気の供給量および温度ならびに高温空気の供給量
および温度を制御しながら、加熱対象物１２を加熱する
ようにしているので、一つの加熱装置１０で複数種類の
加熱処理を行うことができる。

【００４０】また、熱浸透性の高い過熱蒸気により加熱
対象物１２を加熱するようにしているので、加熱対象物
１２の全体をむら無く加熱することができる。そして、
ヒータ１６による加熱を併用しているので、加熱対象物
１２の表面に適度な焦げ目を付けることができる。

【００４１】また、高温空気の供給量を少なくすると、
空気量（酸素量）の少ない過熱蒸気雰囲気下で加熱対象
物１２を加熱することができるので、酸化物（ＣＯ，Ｃ
Ｏ２）の生成や煙を伴わずに加熱することができ、しか
も、高温・短時間で加熱することができる。また、ヒー
タ１６として遠赤外線ヒータを用いると、遠赤外線の有
する発熱励起効果によって加熱対象物をより効率よく加
熱することができる。

【００４２】さらに、加熱室１４の壁面をヒータ１６等
により加熱することができるので、結露を防止すること
ができる。

【００４３】なお、上述の実施例では、ヒータ熱と過熱
蒸気と高温空気とによって加熱対象物１２を加熱するよ
うにしているが、高温空気は使用せずに、ヒータ熱と過
熱蒸気とによって加熱対象物１２を加熱するようにして
もよい。

【００４４】この場合には、高温空気供給部２０は不要
となるため、たとえば図５に示す加熱装置６８や図６に
示す加熱装置７０のように構成を簡略化することができ
る。加熱装置６８（図５）および７０（図６）において
も、空気量（酸素量）の少ない過熱蒸気雰囲気下で加熱
対象物１２を加熱することができるので、加熱対象物１
２を燃焼（酸化）させることなく、高温でむら無く加熱
することができる。

【００４５】また、加熱装置７０（図６）のように、排
気管５２から排出された過熱蒸気を蒸気圧縮ファン７２
により吸引し、蒸気加熱器７４を通して加熱室１４内へ
戻すようにすると、熱効率をより向上させることができ
る。このような過熱蒸気を再加熱する構成は、図１に示
した実施例にもそのまま適用可能である。

【００４６】また、上述の実施例では、本発明をバッチ
式の加熱装置に適用した場合を示したが、たとえば図７
に示すように、本発明を連続式の加熱装置７６に適用し
てもよい。

【００４７】加熱装置７６（図７）は、加熱対象物１２
を搬送する搬送装置（搬送ベルト）７８を含み、搬送装
置７８の上には、第１加熱室１４ａ，第２加熱室１４ｂ
および第３加熱室１４ｃが互いに隣接して配置される。
そして、各加熱室１４ａ，１４ｂおよび１４ｃの側面に
は、加熱対象物１２を通過させる開口８０が形成され、
第１加熱室１４ａの入口側開口８０と第３加熱室１４ｃ
の出口側開口８０には、過熱蒸気および空気を吸引する
吸引装置８２が設けられる。

【００４８】また、各加熱室１４ａ，１４ｂおよび１４
ｃに対応して、蒸気加熱器３２および空気加熱器４２が
個別に設けられ、各蒸気加熱器３２の入口が連結管８４
を介して共通のボイラ８６の出口に接続される。また、
各空気加熱器４２の入口が連結管８８を介して共通の空
気圧縮機９０の出口に接続される。

【００４９】さらに、各加熱室１４ａ，１４ｂおよび１
４ｃに対応して排出部２２が設けられ、各排出部２２の
給水管９２が共通の給水本管９４を介してボイラ８６に
接続される。また、給水本管９４の途中には、各吸引装
置８２に対応して熱交換器９６が設けられ、この熱交換
器９６において、給水本管９４を流れる水と吸引装置８
２により排出される過熱蒸気および高温空気との間で熱
交換が行われる。

【００５０】加熱装置７６の運転時には、加熱室１４
ａ，１４ｂおよび１４ｃの温度が段階的に低く設定され
る。たとえば、第１加熱室１４ａが３００℃、第２加熱
室１４ｂが２００℃、第３加熱室１４ｃが１５０℃に温
度設定される。そして、搬送装置（搬送ベルト）７８の
上に加熱対象物１２が載置され、この加熱対象物１２が
加熱室１４ａ，１４ｂおよび１４ｃに順番に供給され
る。

【００５１】この実施例によれば、第１加熱室１４ａで
高温（３００℃）に加熱された加熱対象物１２を、第２
加熱室１４ｂおよび第３加熱室１４ｃによって段階的に
冷却することができるので、第１加熱室１４ａから取り
出された加熱対象物１２が空気中の酸素により燃焼する
のを防止できる。したがって、冷却時間を待たずに、加
熱対象物１２を連続的に加熱処理することができる。

【００５２】なお、この実施例においても、各加熱室１
４ａ，１４ｂおよび１４ｃについて、図５および図６に
示すような簡略化された構成を採用できることは、言う
までもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱装置の基本的構成を示すブロック図であ
る。

【図２】蒸気加熱器（空気加熱器）を示す断面図であ
る。

【図３】加熱装置の全体を示すブロック図である。

【図４】加熱装置の制御動作を示すフロー図である。

【図５】空気加熱器のない加熱装置（過熱蒸気の再加熱
なし）を示すブロック図である。

【図６】空気加熱器のない加熱装置（過熱蒸気の再加熱
あり）を示すブロック図である。

【図７】連続式の加熱装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０… 加熱装置１２… 加熱対象物１４… 加熱室１６… ヒータ１８… 過熱蒸気供給部２０… 高温空気供給部２２… 排出部３０… ボイラ３２… 蒸気加熱器４０… 空気圧縮機４２… 空気加熱器７８… 搬送装置８０… 開口８２… 吸引装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２４Ｃ 7/04 ３０１Ｆ２４Ｃ 7/04 ３０１Ｚ (72)発明者青山一夫大阪府大阪市北区中之島６丁目２番27号株式会社関西テック内 (72)発明者神吉昭伸大阪府大阪市北区中之島６丁目２番27号株式会社関西テック内 (72)発明者橋本聡夫大阪府大阪市北区中之島６丁目２番27号株式会社関西テック内 (72)発明者村井慎二大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者伊與田浩志大阪府大阪市住吉区杉本３丁目３番138号大阪市立大学大学院内Ｆターム(参考） 3L087 AA01 CA13 CB04 DA11 DA19 DA21 4B054 AA17 AB03 AB06 AB15 AC20 BA02 BA14 BA16 BA18 CG01 CH02 CH12 CH15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱対象物を収容する加熱室、前記加熱室に設けられたヒータ、前記加熱室に過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給部、前記ヒータの出力を制御するヒータ制御部、前記過熱蒸気の供給量を制御する蒸気量制御部、および
前記過熱蒸気の温度を制御する蒸気温度制御部を備え
る、加熱装置。
【請求項２】前記加熱室に高温空気を供給する高温空気
供給部、前記高温空気の供給量を制御する空気量制御部、および
前記高温空気の温度を制御する空気温度制御部をさらに
備える、請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】前記加熱室を複数個備え、前記加熱対象物を前記加熱室のそれぞれに順番に供給す
る搬送装置をさらに備える、請求項１または２に記載の
加熱装置。
【請求項４】前記加熱室は前記加熱対象物を取り込む開
口を有し、前記開口から漏れ出た前記過熱蒸気を吸引する吸引装置
をさらに備える、請項３に記載の加熱装置。