JP2003336801A - 高温蒸気発生装置 - Google Patents

高温蒸気発生装置

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JP2003336801A
JP2003336801A JP2002145000A JP2002145000A JP2003336801A JP 2003336801 A JP2003336801 A JP 2003336801A JP 2002145000 A JP2002145000 A JP 2002145000A JP 2002145000 A JP2002145000 A JP 2002145000A JP 2003336801 A JP2003336801 A JP 2003336801A
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Japan
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ceramic body
high temperature
insulating ceramic
cylindrical insulating
temperature steam
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Ryosaku Kawai
良策 河合
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ONOZAWA TADAATSU
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ONOZAWA TADAATSU
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型から中型、大型のスチーマーとして優れ
ており、必要な高温蒸気の温度や蒸気の発生量の増減を
自由に調整することができるとともに、連続運転、間欠
運転、空炊き等各種運転も可能な高効率の高温蒸気発生
装置を提供する。 【解決手段】 インバーター電源ユニット5により低周
波から高周波まで切換え通電可能な誘導コイル4が巻回
された円筒状絶縁セラミック体2と、円筒状絶縁セラミ
ック体2内に積層配置される複数の流路用貫通穴8が形
成された円盤状誘電発熱体9と、円盤状誘電発熱体9間
に介装されるリング状絶縁スペーサー10とで構成し、
円筒状絶縁セラミック体2の底板6に絶縁体内に流体を
供給する流体供給口11を設けるとともに、天板7に絶
縁体内部で誘導加熱により熱交換されて高温となった蒸
気の取出し口12を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低周波から高周波
の電力を用いることができ、また連続、間欠等の各種運
転態様にも対応できる汎用性ある電磁誘導加熱型の高温
蒸気発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】蒸気発生器(スチーマー)を用いる装置
としては、調理用蒸し器、コンベンション、オーブン、
調理用スチーム保温器等があり、冷凍食品のスチーム解
凍、お茶の葉のスチーム処理やコーヒー豆の蒸気焙煎、
クリーニングのスチーム処理(形状記憶繊維)などにも
広く使用されている。
【0003】従来の大型スチーマーの加熱源は、殆どが
化石燃料(ガス、石油、重油、石炭)等を利用タイプの
ものがほとんどであった。また、従来の比較的小型のス
チーマーは、電気抵抗いわゆる電気抵抗式ヒーターによ
るものが主であり、この電気抵抗式ヒーターのスチーマ
ーは、ヒーターの保護管またはヒーターを鉄板の中、ま
たは下に配置し、鉄板をあらかじめ加熱しておいて、水
を吹き掛けて間欠的に蒸気を得るようにしたタイプのも
のである。また、特開平3-98286号公報記載のよ
うに、電磁誘導加熱を利用したタイプのスチーマーも提
案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】加熱源に化石燃料を用
いるスチーマーは、上記したように、大型用であって小
型スチーマーに応用することは不適当であった。また、
電気抵抗式ヒーターによるスチーマーは、ヒーター構造
に起因して高温で一定化して連続使用できないという問
題点があった。すなわち、ニクロム線ヒーターなどの抵
抗ヒーター(加熱源)の周囲を酸化マグネシウムなどの
絶縁物で充填し、その外側に保護管を設けている。それ
ゆえ、加熱源からの加熱は間接的加熱になっている。こ
のため保護管の外側で行われる熱交換に対して、加熱源
からの熱供給を速やかに行う事が出来なかったものであ
る。
【0005】また、前記電気抵抗ヒーターによるスチー
マーは、長期間使用できないという問題があった。これ
は、前記間接加熱によって保護管を十分に加熱してお
き、水を供給するという方式のため、保護管の表面と水
の蒸発面の温度(常圧で100℃沸点)との温度差△T
が、例えば、500℃の高温蒸気を取り出す場合、常温
水を用いれば△T485℃と、きわめて高く、水中の無
機成分(主にカルシウム)が蒸発面にスケールとして付
着するからである。スケールが付着すると、伝熱係数が
極端に低下し、これによって前記△Tがさらに高くな
り、結果としてニクロム線、もしくは、タンタル線など
の抵抗ヒーターが焼け切れてしまうため小型には不向き
という問題点があった。
【0006】また、前記従来の電磁誘導加熱方式の熱交
換タイプのものでは、ハニカム状の薄い導電材料の交点
部で発熱するため、発熱体全体が加熱されにくく、エネ
ルギーロスが大きいという問題点があった。さらに、こ
のタイプでは、高温加熱すると熱歪によりスポットの溶
接部位が外れたり、発熱体を増加すると圧損が生じたり
して大容量には不向きであり、高温にするにも限度があ
った。
【0007】そこで、本発明は、小型から中型、大型の
スチーマーとして優れており、必要な高温蒸気の温度や
蒸気の発生量の増減を自由に調整することができるとと
もに、連続運転、間欠運転、空炊き等各種運転も可能な
高効率の高温蒸気発生装置を提供することを課題とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成とした。すなわち、本発明
にかかる高温蒸気発生装置は、低周波から高周波まで切
換え通電可能な誘導コイルが巻き回された円筒状絶縁セ
ラミック体と、該円筒状絶縁セラミック体内に積層配置
される複数の流路用貫通穴が形成された円盤状誘電発熱
体と、該円盤状誘電発熱体間に介装されるリング状絶縁
スペーサーとを備えてなり、前記円筒状絶縁セラミック
体の底板部に絶縁体内に流体を供給する流体供給口を設
けるとともに、円筒状絶縁セラミック体の天板部に絶縁
体内部で誘導加熱により熱交換されて高温となった蒸気
の取出し口を設けてなることを特徴としている。
【0009】したがって、この高温蒸気発生装置に電源
を供給すると、円筒状絶縁セラミック体内に積層された
円盤状誘電発熱体である閉磁路に磁束が流れ、円盤状誘
電発熱体にジュール熱が発生して加熱部となる。この積
層配置される円盤状誘電発熱体には、複数の流路用貫通
穴が形成されているので、この貫通穴が流路となって流
体供給口から水若しくは飽和水蒸気を供給すると、加熱
部内部を蒸気が熱交換されながら高温化され、加圧手段
を設けなくとも、蒸気取り出し口から高温蒸気を供給す
ることができる。
【0010】円盤状誘電発熱体の積層数を増加すること
により、大容量の発熱が可能になるが、このとき生じう
る圧損を防止するために、円盤状誘電発熱体間にリング
状絶縁スペーサーが介装されている。小電力を用いて小
型化するためには、このリング状絶縁スペーサーを外
し、閉磁路をすべて誘電発熱体で構成すればよい。
【0011】また、円盤状誘電発熱体に複数の貫通穴を
形成し、発熱体を積層する構成にしていると、流体の液
相部と気相部をともに効率良く熱交換でき、多段の熱交
換による気液分離機能が高まり、いわゆる乾燥蒸気を得
る為に好ましい機能を発揮でき、例えば、ピーナッツや
コーヒーの焙煎、茶葉の乾燥に有効な乾燥蒸気を得るこ
とができる。
【0012】また、円盤状誘電発熱体の積層数や、通電
する電源周波数を変えることで連続運転、間欠運転及び
空炊き運転等の各種運転が可能になり、高効率の高温加
熱を行うことができる。さらに、内部に備えるべき閉磁
路をセラミック磁性材料で構成することにより、高温水
蒸気腐食性を発揮し、食品加工用に使用するのに好適と
なる。
【0013】また、上記構成においては、流体の流れを
一定方向に保つため、流体供給口が加熱部の底部に位置
し、蒸気取り出し口が加熱部の天部に設けられている
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明にかかる高温蒸気
発生装置の概略構成を示す断面図で、高温蒸気発生装置
1は、円筒状絶縁セラミック体2を加熱器としてその周
囲に断熱材3を介して絶縁被覆された誘導コイル4が巻
回されている。誘導コイル4はインバーター電源ユニッ
ト5に接続され、低周波から高周波まで切換え通電可能
になっている。
【0015】円筒状絶縁セラミック体2は、シリカ(S
iO)を70%〜75%、アルミナ(Al)を
15%〜18%、ニッケル(NiO)を3%〜4.5
%、リチウム(LiO)を1.5%〜3%含んだ組成
で構成され、線膨張係数が極めて小さくなっており、横
の圧力に弱いセラミックの特性を改善している。また、
セラミック体2の底部及び天部とも同材質で機械加工に
より、底板6と天板7とが螺子部6a,7aで螺着取り
付けできるようになっている。
【0016】円筒状絶縁セラミック体2の中空内部に
は、図2に示す複数の流路用貫通穴8が形成された円盤
状誘電発熱体9が積層設置されているが、円盤状誘電発
熱体9の1枚ごとに図3に示すリング状絶縁スペーサー
10を間に挟み込んで積層されている。円盤状誘電発熱
体9は、アルミナ(Al)を70%〜75%、ニ
ッケル(NiO)を15%〜18%、カーボンナノチ
ューブ(CNT)を3%〜6%含んだ組成で構成され、
融点は1000度以上に物性が向上されている。
【0017】円筒状絶縁セラミック体2の底板6には、
円筒状絶縁セラミック体2内に流体を供給する流体供給
口11が形成され、底板6内には底部液相皿部6bが形
成されている。天板7には円筒状絶縁セラミック体2内
部で誘導加熱により熱交換されて高温となった蒸気の取
出し口12が形成されている。また、流体供給口11に
は、給水ポンプ13が介装された水や飽和水蒸気を供給
する流体供給パイプ14が接続されており、蒸気取出し
口12に接続された蒸気供給パイプ15には、温度検知
センサ16が設置され、その検知信号はインバーター電
源ユニット5のPDI温度制御コントローラー17に入
力するように電気的に接続されている。
【0018】高温蒸気発生装置1は、上記のように構成
されているので、インバーター電源ユニット5から誘電
コイルに通電すると、円筒状絶縁セラミック体2内の円
盤状誘電発熱体9の閉磁路に磁束が流れ、円盤状誘電発
熱体9にジュール熱が発生して加熱部となる。この積層
配置される円盤状誘電発熱体9には、複数の流路用貫通
穴8が形成されているので、この貫通穴が流路となって
流体供給口11から水若しくは飽和水蒸気を供給する
と、加熱部内部を蒸気が熱交換されながら高温に加熱さ
れる。熱交換された飽和蒸気は積層された熱交換発熱体
と接触する度に飽和蒸気から高温の乾燥蒸気となり、加
圧手段を設けなくとも、蒸気取り出し口12に接続され
た蒸気供給パイプ15から高温蒸気を供給することがで
きる。
【0019】この高温蒸気の温度は、蒸気供給パイプ1
5の温度検知センサー16で検知し、インバーター電源
ユニット5のPDI温度制御コントローラー17によっ
て任意に設定された温度まで制御される。設定された温
度になれば、電源出力を停止させるが、PDI温度制御
コントローラー17は、温度の慣性上昇により停止時よ
りも温度が上昇しても、一定温度に保って安定した高温
蒸気を得られるように、また、再電力投入によって設定
温度が低下しないように、電力の入力・出力をコントロ
ールする。
【0020】円盤状誘電発熱体9は、その積層数を増加
することにより、大容量の発熱が可能になる。このとき
生じうる圧損を防止するために、円盤状誘電発熱体9間
にリング状絶縁スペーサー10が介装されているが、こ
のリング状絶縁スペーサー10を外し、閉磁路をすべて
円盤状誘電発熱体9で構成すれば、小型化を図ることが
できる。
【0021】また、円盤状誘電発熱体9に複数の流路用
貫通穴8を形成し、発熱体を積層する構成にしている
と、流体の液相部と気相部をともに効率良く熱交換で
き、多段の熱交換による気液分離機能が高まり、いわゆ
る乾燥蒸気を得ることができるので、例えば、ピーナッ
ツやコーヒーの焙煎、茶葉の乾燥に有効に使用すること
ができる。
【0022】また、円盤状誘電発熱体9の積層数や、通
電する電源周波数を変えることで連続運転、間欠運転及
び空炊き運転等の各種運転が可能になり、高効率の高温
加熱を行うことができる。特に、円筒状絶縁セラミック
体2と円盤状誘電発熱体9を特殊な組成にすることで、
圧損に強く融点を高めるように物性を向上させて、より
高温の加熱蒸気を安定して効率よく発生できるようにし
ている。
【0023】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、この高温
蒸気発生装置によれば、電源を供給すると、円筒状絶縁
セラミック体内に積層された円盤状誘電発熱体である閉
磁路に磁束が流れ、円盤状誘電発熱体にジュール熱が発
生して加熱部となる。この積層配置される円盤状誘電発
熱体には、複数の流路用貫通穴が形成されているので、
この貫通穴が流路となって流体供給口から水若しくは飽
和水蒸気を供給すると、加熱部内部を蒸気が熱交換され
ながら高温化され、加圧手段を設けなくとも蒸気取り出
し口から高温蒸気を供給することができる。
【0024】また、円盤状誘電発熱体の積層数や、通電
する電源周波数を変えることで連続運転、間欠運転及び
空炊き運転等の各種運転が可能になり、高効率の高温加
熱を行うことができる。特に、円筒状絶縁セラミック体
と円盤状誘電発熱体を特殊な組成にすることで、圧損に
強く融点を高めるように物性を向上させて、より高温の
加熱蒸気を安定して効率よく発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の概略構成を示す断面図であ
る。
【図2】円盤状誘電発熱体の外観構成を示す斜視図であ
る。
【図3】リング状絶縁スペーサーの外観構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
2 円筒状絶縁セラミック体 4 誘電コイル 5 インバーター電源ユニット 9 円盤状誘電発熱体 10 リング状絶縁スペーサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K059 AA02 AA08 AB28 AC10 AD02 AD10 AD28 CD72

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低周波から高周波まで切換え通電可能な
    誘導コイルが巻き回された円筒状絶縁セラミック体と、
    該円筒状絶縁セラミック体内に積層配置される複数の流
    路用貫通穴が形成された円盤状誘電発熱体と、該円盤状
    誘電発熱体間に介装されるリング状絶縁スペーサーとを
    備えてなり、前記円筒状絶縁セラミック体の底板部に絶
    縁体内に流体を供給する流体供給口を設けるとともに、
    前記円筒状絶縁セラミック体の天板部に絶縁体内部で誘
    導加熱により熱交換されて高温となった蒸気の取出し口
    を設けてなることを特徴とする高温蒸気発生装置。
  2. 【請求項2】 円筒状絶縁セラミック体の組成が、シリ
    カ(SiO)を70%〜75%、アルミナ(Al
    )を15%〜18%、ニッケル(NiO)を3%〜
    4.5%、リチウム(LiO)を1.5%〜3%含ん
    でいることを特徴とする請求項1記載の高温蒸気発生装
    置。
  3. 【請求項3】 円盤状誘電発熱体の組成が、アルミナ
    (Al)を70%〜75%、ニッケル(Ni
    )を15%〜18%、カーボンナノチューブ(CN
    T)を3%〜6%含んでいることを特徴とする請求項1
    記載の高温蒸気発生装置。
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