JP2006071132A - 加熱ユニット及び加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水分を含まない蒸気、即ち、過熱蒸気を衣料用蒸気プレス機やその他の蒸気機器に供給できるようにした加熱ユニット及び加熱装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る加熱ユニット２及び加熱装置１は、飽和蒸気を発生する蒸気発生装置１００と、衣料用蒸気プレス機１０１との間に設けられ、飽和蒸気を再加熱することにより、飽和蒸気を過熱蒸気に状態偏移させて衣料用蒸気プレス機１０１に供給することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボイラ等から供給された飽和蒸気を再加熱することにより、飽和蒸気を過熱蒸気に状態変移させて、衣料の蒸気プレス用として供給する加熱ユニット及び加熱装置に関する。

図１０は、ボイラで発生した飽和蒸気を衣料の蒸気プレス用として供給するための従来技術による蒸気供給システムを示す。図中、１００はボイラを示し、１０１は衣料１０２に蒸気を吹き付けるための衣料用蒸気プレス機を示す。

図１１は、定圧下において、受熱による水の状態変化を表す状態曲線を示す。図１１において、縦軸は温度で、横軸はエンタルピを示す。又、図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１１中のＡ点、Ｂ点、Ｃ点，Ｄ点における水と蒸気の状態を模式的に示す図である。図１２（Ａ）は水温が0℃における水の状態を示す。図１２（Ｂ）は、沸点に達した状態を示し、図１２（Ｃ）は、水の一部が蒸発することにより、水と蒸気とが混在した状態を示す。又、図１２（Ｄ）は、全ての水が蒸気になった状態、即ち、乾燥飽和蒸気の状態を示す。

図１１中、実線は、０．６ＭＰＡにおいて受熱された場合における水の状態変化、即ち、ボイラ１００内において水が受熱した場合の状態変化を示す。ボイラ１００内においては、水は定圧下において受熱されて蒸気に状態変化するものである。又、図１１中、一点鎖線は大気圧（一気圧）において受熱された場合における水の状態変化を示す。

先ず、図１１中、実線で示された水の状態変化について説明すると、範囲Ｐ１においては、０．６ＭＰＡの気圧下において、受熱することにより水温が上昇し、沸点１５０℃において蒸発が開始するものである。又、図１１の範囲Ｐ１´においては、大気圧（一気圧）下において、受熱することにより水温が上昇し、沸点１００℃において蒸発が開始する状態を示すものである。図１１の範囲Ｐ２は、気圧０．６ＭＰＡにおける飽和蒸気の状態を示し、受熱に伴って点Ｂの状態から点Ｄの状態に変移する状態を示す。点Ｂにおいては、水が１００パーセントで、蒸気が０パーセントの状態である。又、点Ｄにおいては、水が０パーセントで、蒸気が１００パーセントの状態である。点Ｂから点Ｄに移行するに伴って、水に対する蒸気の割合が0パーセントから１００パーセントに変位するものである。

図１１の範囲Ｐ２´は、大気圧における飽和蒸気の状態を示し、受熱に伴って点Ｅの状態から点Ｆの状態に変移する状態を示す。点Ｅにおいては、水が１００パーセントで、蒸気が０パーセントの状態である。又、点Ｆにおいては、水が０パーセントで、蒸気が１００パーセントの状態である。点Ｅから点Ｆに移行するに伴って、水に対する蒸気の割合が0パーセントから１００パーセントに変位するものである。

図１１において、範囲Ｐ３，Ｐ３´は過熱蒸気の状態であって、範囲Ｐ３，Ｐ３´においては、過熱蒸気の温度が受熱に伴って上昇する状態を示す。

そして、従来技術においては、衣料１０２の蒸気プレス用として、前述のように、例えば、圧力が０．６ＭＰＡで温度が１５０℃の飽和蒸気が用いられていた。

ところで、従来技術においては、前述のように、飽和蒸気が、衣料の蒸気プレス用に用いられていたため、以下の問題があった。即ち、飽和蒸気の状態において、最も乾燥した状態、即ち、図１１中、点Ｄで示される乾燥飽和蒸気を衣料１０２の蒸気プレスとして用いるべく、乾燥飽和蒸気を衣料１０２に吹き付けた場合、この乾燥飽和蒸気は図１１中、点線で示すように大気圧まで断熱膨張して図中、一点鎖線で示す状態曲線上の点Ｑに示す状態になる。点Ｑにおける蒸気は、大気圧下における状態曲線においては乾燥飽和蒸気の状態（点Ｆで示す状態）ではないため、断熱膨張前の状態と比較して水分の含有率が高まり、乾燥飽和蒸気の一部が復水して水分を含んだ状態になっている。

このように、乾燥飽和蒸気が、蒸気プレス用として衣料に吹き付けられた場合、乾燥飽和蒸気の一部が復水し、衣料の生地に水分として付着するため、水分の付着により生地の伸縮が起こり易く、その結果、水分が生地のシワや形くずれ等の発生原因になっていた。

本発明は、前記従来技術の問題に鑑みて成されたもので、その目的は、水分を含まない蒸気、即ち、乾燥した過熱蒸気を衣料の蒸気プレス用として供給できるようにした加熱ユニット及び加熱装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、飽和蒸気を発生する蒸気発生装置と、衣料用蒸気プレス機との間に設けられ、飽和蒸気を再加熱することにより、飽和蒸気を過熱蒸気に状態変移させて衣料用蒸気プレス機に供給することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加熱ユニットにおいて、加熱体と、この加熱体を囲むケースとを備え、加熱体とケースとの間が蒸気の流通空間になっていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の加熱ユニットにおいて、前記加熱体は、発熱する発熱部と、発熱部で発熱した熱を蒸気に伝熱する伝熱部とから構成したことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の加熱ユニットにおいて、前記伝熱部の外周面には、螺旋状に周回する溝状に形成された蒸気流通路が形成されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の加熱ユニットにおいて、前記加熱体は、互いに間隔を開けて設けられた複数の伝熱部と、この伝熱部を貫通して設けられた発熱部とを備えたことを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の加熱ユニットにおいて、前記加熱体は、柱状の伝熱部と、この伝熱部に埋設された発熱部と、伝熱部に貫通するように設けられて蒸気が流通する蒸気流通路とを備えたことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の加熱ユニットにおいて、前記加熱体は、棒状の発熱部によって構成したことを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、請求項３に記載の加熱ユニットにおいて、前記発熱部は、電流を熱に変換する電熱変換体で構成されたことを特徴とするものである。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８に記載の加熱ユニットと、この加熱ユニットの加熱量を制御する制御部とを備えたことを特徴とする加熱装置である。

請求項１に記載の発明によれば、過熱蒸気の状態にまで再加熱された蒸気は、空気中に断熱膨張させても復水することなく衣料の蒸気プレス用として衣料に供給できるため、衣料に水分が付着せず、衣料に水分が付着することによる生地のシワや生地の形くずれ等の弊害を防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、飽和蒸気は、ケースと加熱体との間に閉じ込められた状態で、過熱蒸気に効率良く状態変移することができる。

請求項３に記載の発明によれば、蒸気は伝熱部を介して間接的に加熱されるため、発熱部が仮に熱変動したとしても、発熱部の熱変動が蒸気に直に伝わらないため、蒸気は伝熱部によって安定的に加熱されることができる。

請求項４に記載の発明によれば、伝熱部外周の蒸気流通路を蒸気が流通する間に、蒸気は効率よく加熱される。

請求項５に記載の発明によれば、蒸気は発熱部及び伝熱部に接触するため、蒸気は発熱部によって効率よく直に加熱され、更に、伝熱部において間接的に加熱されるため、蒸気は発熱部によって直に効率よく、且つ、電熱部によって安定的に加熱されることができる。

請求項６に記載の発明によれば、伝熱部内を貫通するように設けられた蒸気流通路を蒸気が流通する間に、蒸気は有効に加熱される。

請求項７に記載の発明によれば、蒸気は発熱部に直に接触することにより、効率よく加熱される。

請求項８に記載の発明によれば、発熱部を電熱変換体で構成したため、電熱変換体に供給される電流の増減を制御することにより、蒸気に対する加熱量を容易に調節することができる。

請求項９に記載の発明によれば、制御部によって、蒸気に対する加熱量を自動的に容易に制御することができる。

図1に示すように、加熱装置１は、ボイラ１００と衣料用蒸気プレス機１０１との間に配置される装置である。ボイラ１００が飽和蒸気を発生する蒸気発生装置構成する。加熱装置１は、ボイラ１００から供給された飽和蒸気を再加熱することにより、飽和蒸気を過熱蒸気に状態変移させて衣料用蒸気プレス機１０１に供給する装置である。

以上のように、加熱装置１をボイラ１００と衣料用蒸気プレス機１０１との間に配置することにより、図２に示すように、以下の作用を奏するものである。図２は定圧下において、水が受熱した際の状態変化を示す温度―エンタルピ曲線を示す。

図２中、実線は、０．６ＭＰＡにおける水の状態変化、即ち、ボイラ１００内における水の状態変化を示す。又、同図２中、一点鎖線は大気圧（一気圧）における水の状態変化を示す。図２は、図９と同様の内容であって、ボイラ１００内において水が受熱した場合の状態変化においては、図９に示す場合と同様のため、説明を省略する。

そして、水はボイラ１００内において、図２中、実線で示す状態変化をした後、点Ｄに示す乾燥飽和蒸気の状態で、図１に示すように、ボイラ１００から加熱装置１に供給されるものである。

ボイラ１００から加熱装置１に供給された乾燥飽和蒸気は、加熱装置１において受熱することにより、温度が上昇して範囲Ｐ３の過熱蒸気の状態になる。

そして、例えば、図中、点Ｇで示すように、過熱蒸気の温度が３００℃になったとする。この過熱蒸気を衣料用蒸気プレス機１０１に供給した後、この過熱蒸気を衣料用蒸気プレス機１０１から衣料に吹き付けるべく、過熱蒸気を大気圧中に放出すると、過熱蒸気は図２中、点線で示すように断熱膨張して、図２中、一点鎖線で示す状態曲線上の点Ｈで示す状態になる。

この点Ｈは、一気圧下の状態曲線において範囲Ｐ３´で示す過熱蒸気の状態にあって、水を含まない状態にある。つまり、本実施形態においては、過熱蒸気を衣料１０２の蒸気プレス用として用いるものであって、過熱蒸気は、衣料１０２の蒸気プレス用として大気中に放出されて断熱膨張しても、過熱蒸気の状態のまま衣料１０２に吹き付けられることになる。このため、過熱蒸気の一部が復水することもないため、衣料１０２の生地に水分が付着して、生地のシワや形くずれ等の原因になることもない。

以上説明したように、ボイラ１００から供給された飽和蒸気は、加熱装置１において再加熱されて過熱蒸気になった状態で衣料１０２に吹き付けられるため、衣料１０２への吹き付け時に断熱膨張しても、飽和蒸気の状態に戻ることがなく、過熱蒸気の状態のまま衣料に吹き付けられる。

このため、衣料１０２に水分が付着しない。従って、水分が衣料１０２に付着することにより発生する問題、即ち、シワや形くずれ等の発生が防止される。尚、加熱ユニット１から大気中に放出する際の過熱蒸気の温度は、大気中に放出して断熱膨張させても復水しない程度の温度、例えば、３００℃以上の温度が好ましい。

又、飽和蒸気の状態においては、蒸気の粒子同士が固まって大きな塊を形成している場合が多い。これに対して、過熱蒸気の蒸気の状態においては、蒸気は粒子同士が固まり難く、小さな粒子の状態にある。然るに、本実施形態においては、衣料に吹き付けられる蒸気は過熱状態の蒸気であって、小さな粒子の状態で、衣料の繊維に付着するものである。このため、小さな粒子の蒸気は衣料の繊維の細胞壁を容易に通過して、細胞内に進入し易く、その結果、繊維の内側から繊維を加熱して繊維内に含まれている余分の水分を蒸発させて排除することができる。かかる観点においても、本実施形態においては、衣料の繊維が余分の水分を含むことによる問題、即ち、衣料におけるシワの発生や、形くずれ等が防止される。

図３は、加熱装置１の構成を示す。加熱装置１は加熱ユニット２と制御部３とを備えている。加熱装置１は、ボイラ１００から供給された飽和蒸気を状態変移させて、過熱蒸気として衣料用蒸気プレス機１０１（図1に示す）に供給するものである。

図３に示すように、加熱ユニット１は、ケース４と、加熱部５とを備えている。ケース４は加熱部５を収容するものである。ケース５には蒸気取込口６と、蒸気取出口７とが設けられている。蒸気取込口６には図示しない配管が接続されて、ボイラ１００から出力された飽和蒸気を蒸気取込口６からケース４内へ取込むようになっている。又、蒸気取出口７には、図示しない配管が接続されて、過熱蒸気を衣料用蒸気プレス機１０１に供給できるようになっている。

ケース４の内面と、加熱部５の外面との間には隙間が設けられ、この隙間が蒸気の流通する蒸気流通空間８になっている。ケース４は筒状に形成され、一端が開放し、他端が閉塞した形状にすることができる。ケース４の一端には、フランジ部４ａを形成することができる。ケース４の断面形状は、円形でも、多角形であっても良い。

加熱部５は、前記ケース４の一端側からケース４内に収容される形状である。図３に示す加熱部５は柱状の伝熱部９と、伝熱部９内に埋設された発熱部１０とから構成されている。伝熱部９の基端側にはフランジ部１１が形成されている。伝熱部９は、先端側からケース４内に挿入されるものである。フランジ部１１に形成された螺子挿通孔１２に挿通する螺子（図示せず）等によって、伝熱部９をケース４内に挿入した状態で、伝熱部９をケース４のフランジ部４ａに固定することができるものである。伝熱部９の外周には、伝熱部９の軸方向に沿って螺旋状に周回する蒸気流通路１３が溝状に形成されている。前記発熱部１０としては、電流を熱に変換するための電熱変換体としての電熱線を用いることができる。発熱部１０には、電源部１４から電流が供給されるようになっている。

制御部３は電源部１４を制御することにより、電源部１４から発熱部１０に供給される電流の増減を制御するものである。制御部３は例えば、マイクロコンピュータ等によって構成することができる。

次に、作用について説明する。伝熱部９の先端側をケース４内に挿入し、伝熱部９の基端側に設けられたフランジ部１１をケース４の一端に当接した状態で、伝熱部９をケース４のフランジ部４ａに螺子によって固定する。

次に、ケース４の蒸気取込口６に配管（図示せず）を接続して、ケース４内にボイラ１００から飽和蒸気を取り込むことができるようにする。又、ケース４の蒸気取出口７に配管（図示せず）を接続することにより、過熱蒸気を衣料用蒸気プレス機１０２に供給できるようにする。これにより、ボイラ１００において発生した乾燥飽和蒸気が加熱装置１において状態変移して過熱蒸気になった後、衣料用蒸気プレス機１０１に供給される経路が形成される。

次に、ボイラ１００を作動させ、水温を上昇させて、水を沸騰させることにより、図２中、点Ｄで示す乾燥飽和蒸気を発生させ、この乾燥飽和蒸気を加熱装置１に供給する一方、制御部３によって電源部１４を制御することにより、発熱部１０に供給する電流を制御して、発熱部１０の発熱量を調整する。

ケース４の蒸気取込口６からケース４内に取り込まれた飽和蒸気は、ケース４と伝熱部９との間の蒸気流通空間８や蒸気流通路１３を流通する間に再加熱されて、過熱蒸気になると共に、温度が例えば、３００℃に上昇した状態で蒸気取出口７から衣料用蒸気プレス機１０１に供給される。

そして、過熱蒸気は、衣料用蒸気プレス機１０１において、衣料用蒸気として衣料１０２に向けて大気中に放出する。過熱蒸気は、大気中へ放出された際に、図２中、点線で示すように、点Ｇで示す状態から点Ｈで示す状態に、断熱膨張するが、点Ｈの状態は、過熱蒸気の状態であって水分を含まないために、水分が衣料１０２に付着することに基づいて、衣料１０２の生地にシワが発生したり、生地の形くずれ等の問題が発生しない。

第一実施形態において、仮に、発熱部１０を流れる電流が変動等することにより、発熱部１０の発熱量が変動しても、伝熱部９を蓄熱効果の大きな素材で形成すれば、伝熱部９が発熱量の変動を吸収して、安定感の良い発熱を保証することができる。この第一実施形態においては、蒸気は蒸気流通路13内を流通するため、蒸気は流路抵抗が少ない状態で流通できる。

図４は第二実施形態を示す。この第二実施形態の特徴は、加熱部２１を、複数の板状の伝熱部２２と、これら複数の伝熱部２２を貫通するように設けられた棒状の複数本の発熱部２３とから構成した点にある。伝熱部２２は、発熱部２３によって加熱されるようになっている。

この第二実施形態においては、複数の伝熱部２２及び発熱部２３と、ケース４との間が蒸気流通空間になって、蒸気が流通するようになっている。蒸気が蒸気流通空間を流通する間に、発熱部２３によって直接的に加熱され、又、伝熱部２２によって間接的に加熱されるものである。この第二実施形態において、伝熱部２２を蓄熱効果の大きな素材で形成すれば、仮に、発熱部２３の発熱量が変動したとしても、伝熱部２２は蓄熱効果を有するために発熱量の変動を吸収して、安定感の良い発熱を保証することができる。又、蒸気は発熱部２３に直に接触することによって効率よく加熱されて、蒸気の昇温速度が大きい。

図５は本発明の第三実施形態を示す。この第３実施形態の特徴は、伝熱部３１を柱状に形成し、複数の蒸気流通路３２が伝熱部３１内を貫通するように加熱部３０を形成した点にある。蒸気流通路３２は、伝熱部３１の周面３１ａと端面３１bに開口している。この第三実施形態においては、ボイラから供給された乾燥飽和蒸気が伝熱部３１の蒸気流通路３２を流通する間に加熱されて、乾燥飽和蒸気から過熱蒸気に状態変移するものである。この第三実施形態においては、蒸気は、伝熱部３１内を流通するため、伝熱部３１によって保温される効果が大きい。

図６は本発明の第四実施形態を示す。この第四実施形態の特徴は、加熱部４１を棒状の複数の発熱部４２によって構成し、伝熱部を設けないようした点にある。発熱部４２とケースとの間が蒸気流通空間になっている。この第四実施形態においては、ボイラから供給された乾燥飽和蒸気が蒸気流通空間を流通する間に加熱されて、飽和蒸気から過熱蒸気に状態変移するものである。この第四実施形態においては、蒸気流通空間を流通する蒸気は、発熱部４２に直に接触することにより効率よく加熱されて、蒸気の昇温速度が大きい。

図７は本発明の第五実施形態を示す。この第五実施形態の特徴は、ケース５１を両端が開放した筒状に形成し、ケース５１の一端側から第一実施形態に示す加熱部５をケース５１内に挿入し、又、ケース５１の他端側から第五実施形態に示す加熱部４１をケース５１内に挿入した点にある。このように、二種類の加熱部５，４１を組合せて用いた場合、蒸気は加熱部４１に直に接触することにより効率よく直に加熱され、又、加熱部５の伝熱部９を蓄熱効果を有する素材で形成することにより、発熱部１０の発熱量が変動したとしても、蒸気は加熱部５によって安定感良く加熱されることができる。即ち、この第五実施形態においては、二種類の加熱部５，４１の短所を補完し合うことにより、蒸気を効率よく、且つ、安定的に加熱することができる。

図８は、以上説明した加熱部同士を図７に示すように、組合せた場合の性能について示す図表である。即ち、図８は、図６に示す加熱部４１と図３に示す加熱部５との組合せ、図6に示す加熱部４１と図４に示す加熱部２１との組合せ、並びに図６に示す加熱部４１と図５に示す加熱部３０との組合せについての性能を比較した図表である。

図８は、加熱部４１と加熱部５との組合せ、加熱部４１と加熱部２１との組合せ、加熱部４１と加熱部３０との組合せの三つの組合せに関して、蒸気の接触面積、蒸気の流路抵抗、蓄熱効果、昇温速度、及びこれらの総合について順位を付したものである。図８においては、蒸気の接触面積の大きな順に１から３の数字を付し、流路抵抗の小さい順に１から３の数字を付し、蓄熱効果の大きな順に１から３の数字を付し、昇温速度の大きな順に１から３の数字を付し、これら数字の加算した値を総合として表示している。加熱部同士の組合せとしては、図８に示す性能に基づき、任意の組合せを選択して用いることができる。

又、図９は伝熱部９、２２、３１の素材として、ステンレス、高クロム鋼、ニッケル合金、チタンを用いた場合において、熱伝導率、蒸気に対する耐食性、及び経済性について示した図表である。図９においては、熱伝導率の大きな順に１から４の数字を付し、耐食性の大きな順に１から４の数字を付し、経済性の大きな順に１から４の数字を付している。伝熱部９、２２、３１の素材としては、図９に示す性能に基づき、ステンレス、高クロム鋼、ニッケル合金、チタンの何れかを選択的に用いることができる。

衣料に過熱蒸気を吹き付けるシステム中に、加熱装置を配置した状態の配置図である。（第一実施形態） 温度―エンタルピ曲線を示す図である。（第一実施形態） 加熱ユニットの分解斜視図である。（第一実施形態） 加熱ユニットの分解斜視図である。（第二実施形態） 加熱ユニットの分解斜視図である。（第三実施形態） 加熱ユニットの分解斜視図である。（第四実施形態） 加熱ユニットの分解斜視図である。（第五実施形態） 二つの加熱部同士を組合せた場合の性能について示す図表である。 加熱部に用いた素材の性能について示す図表である。 衣料に飽和蒸気を吹き付けるシステムを示す図である。（従来技術） 温度―エンタルピ曲線を示す図である。（従来技術） 水と蒸気の状態を示す模式図である。（従来技術）

符号の説明

１ 加熱装置
２ 加熱ユニット
３ 制御部
４ ケース
５ 加熱部
６ 蒸気取込口
７ 蒸気取出口
９ 伝熱部
２１ 加熱部
２２ 伝熱部
２３ 発熱部
３１ 伝熱部
４１ 加熱部

Claims (9)

1. 飽和蒸気を発生する蒸気発生装置と、衣料用蒸気プレス機との間に設けられ、飽和蒸気を再加熱することにより、飽和蒸気を過熱蒸気に状態変移させて衣料用蒸気プレス機に供給することを特徴とする加熱ユニット。
2. 加熱体と、この加熱体を囲むケースとを備え、加熱体とケースとの間が蒸気の流通空間になっていることを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。
3. 前記加熱体は、発熱する発熱部と、発熱部で発熱した熱を蒸気に伝熱する伝熱部とから構成したことを特徴とする請求項２に記載の加熱ユニット。
4. 前記伝熱部の外周面には、螺旋状に周回する溝状に形成された蒸気通路部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の加熱ユニット。
5. 前記加熱体は、互いに間隔を開けて設けられた複数の伝熱部と、この伝熱部を貫通して設けられた発熱部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の加熱ユニット。
6. 前記加熱体は、柱状の伝熱部と、この伝熱部に埋設された発熱部と、伝熱部に設けられて蒸気が流通する蒸気通路部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の加熱ユニット。
7. 前記加熱体は、棒状の発熱部によって構成したことを特徴とする請求項２に記載の加熱ユニット。
8. 前記発熱部は、電流を熱に変換する電熱変換体で構成されたことを特徴とする請求項３に記載の加熱ユニット。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の加熱ユニットと、この加熱ユニットの加熱量を制御する制御部とを備えたことを特徴とする加熱装置。

Images