JP2006317136A - 誘導加熱方式の貫流ボイラを用いた蒸気洗浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便で小型の蒸気発生が効率的な貫流ボイラを有する蒸気洗浄機を提供する。
【解決手段】 複数個の貫流ボイラ管が、上部ヘッダと下部ヘッダで結合されてなる貫流ボイラにおいて、それぞれの貫流ボイラ管の外側に複数個の撚り線より成るコイルを巻き付け、それぞれのコイルの両端がこれに高周波電源装置の両極に接続されていること。そして、上部ヘッダより蒸気吐出弁を経て、蒸気ノズルに連結されている蒸気洗浄機。
【選択図】図２

Description

電気式の貫流ボイラを利用し、簡便で可搬式のコンパクトな蒸気洗浄機に関する。

蒸気洗浄機では、できるだけ高い圧力の蒸気が望ましいことは当然であるが、しかし、利用先は、厨房の洗浄など、一時的に使用する場合が多く、小型軽量で可搬式であること、簡便に使用できることが望ましい。また、灯油などの燃料を燃やさず、排気ガスを出さない電気を動力源とすることが要求される。このようなニーズに対し、これまで、シースヒータを用いた電気式貫流ボイラが利用されてきた。一方近年、誘導加熱を行う調理器などが開発され、効率の良い誘導加熱技術が実用されてきている。誘導加熱は対象物に対し、空気やその他の流体を介在した熱伝達に依らずに、熱を伝えることができるので、大きな熱流速を実現することが可能であることが知られている。

図１は、これまで一般に利用されている多管式電気貫流ボイラの説明図である。上部と下部にヘッダ２、３があり、これを連結するように貫流ボイラ管１を設けてある。そして、貫流ボイラ管１の中には、シースヒータ型の電気ヒータ４が取付けられている。給水タンク５の水が、給水ポンプ６を介して、下部ヘッダ３に供給される。貫流ボイラ管１の中で加熱され、水が蒸気になり、吐出弁８を経て蒸気ノズル１７から噴射される。

圧力スイッチ１２や圧力計１３にて、上部ヘッダ２の圧力が計測され、一定の圧力に達すると、電磁スイッチ１５を遮断し、電気ヒータ４の入熱をカットする。そして、一定の圧力より低くなると、電気ヒータ４がＯＮとなる。上部ヘッダ２の中の液面検出器１０、１１により、液面が低下すると、電磁スイッチ１４がＯＮとなり、液面が高くなり、液面検出器１０が信号を出すと、給水ポンプ６は停止するように電磁スイッチ１４が作動する。以上のように、貫流ボイラ管１および上部ヘッダ２には、常に一定水位の水をほぼ一定圧力の蒸気が保持され、これがエジェクター式の蒸気ノズル１７に送られる。ノズル１７では、必要に応じ、補助タンク１８から水などが弁１９を経て送られる。なお、安全弁９が設けられ、機器の故障などで異常な圧力となったときは、ここより蒸気が放出され、ヘッダ２、３や貫流ボイラ管１などの重大な破損を防止する構造となっている。

このような蒸気洗浄機において、蒸気発生の重要なエレメントである電気ヒータ４は、貫流ボイラ管１の中にあり、簡単な構造ではあるが、伝熱面積を確保するためには、長くし、かつ複数の電気ヒータ４を用いる必要がある。また、電気ヒータ４の制限で、容量の大きい小型の貫流ボイラを実現することは困難である。このように、小型軽量で可搬式とするためには、限られた構成部材で伝熱面積を大きくし、容量を大きくすることが、本願の課題である。

課題を解決する手段

貫流ボイラ管の内部に取付けるシースヒータに代わり、貫流ボイラ管の外側より加熱することにより、伝熱面積を大幅に大きくする。そして、貫流ボイラ管の熱流束を大きくし、小型化するために、貫流ボイラ管の外側に誘導加熱用のコイルを巻き付け、ここに高周波電流を流すことにより、貫流ボイラ管を直接加熱する。

貫流ボイラ管の加熱では、大きな電流を流す必要があり、１本の貫流ボイラ管を１個のコイルで加熱しようとすると、大きな電圧になるので、これを避けるため、複数のコイルを取付ける必要がある。このとき、配管などを合理的にするため、隣り合ったコイルの巻方向を逆にし、コイルとコイルを結合し、その結合点を電源端子とし、ここに電極の一方を接続することにする。

また、洗浄機用貫流ボイラ管は、きれいな蒸気を作る必要性から、ステンレス鋼管が利用されるが、ステンレス鋼管は弱磁性体であるので、誘導加熱をするときは、電源周波数を高くする必要がある。そこで、これを回避し、コンパクト化を図るために、ステンレス鋼管の外側に強磁性体の鋼管を一体的に密着して取付け、この鋼管を主に誘導加熱ができるように、コイルを巻き付ける

発明の効果

貫流ボイラ管の外側より誘導加熱方式にて伝熱管を直接加熱する方式とすることにより、伝熱面積を大きくすることができるので、貫流ボイラ管のみならず、全体をコンパクトにすることができる。結果として、可搬式洗浄機に大きな利用効果が得られる。

１本の貫流ボイラに巻かれた複数の誘導加熱コイルで、となり合ったコイルを逆方向に巻き、これらを結合し、結合点を端子とし、ここに電極を設けることにより、大電流の電線の数を低減することができ、合理的にコンパクトに配線ができるようになる。

ステンレス鋼管に、強磁性体である鋼管を密着して取付け、これに誘導加熱を行うことにより、比較的低い周波数の電源で、効率よく加熱ができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図２は、この発明を実施した誘導加熱方式の電気貫流ボイラを用いた蒸気洗浄機の説明図である。

複数の貫流ボイラ管１の上部は上部ヘッダ２に、下部は下部ヘッダ３に接合されている。それぞれの貫流ボイラ管１には、誘導加熱コイル４、５、６が巻付けられている。下部ヘッダ３には、給水ポンプ７より給水タンク９の水が、給水弁１０を経て供給される。給水ポンプ７は、モータ８で起動されるが、このモータ８は電磁スイッチ１８によりＯＮ／ＯＦＦコントロールされており、液面検出器１３の信号により、上部ヘッダ２の液面が低下するとＯＮとなり、一定時間運転され、自動的にＯＦＦとなるように調整されている。

上部ヘッダ２には、圧力スイッチ１９が取付けられ、圧力が一定の値より低いときは、誘導加熱用の高周波出力電源が電磁スイッチ１６により入れられ、一定の圧力より高くなると、電磁スイッチ１６により遮断される。また、上部ヘッダ２の液面検出器１６が液面低の信号を出すときは、自動的に電磁スイッチ１６が高周波電源の出力を遮断する。

高周波電源装置１７は、高周波の電気を発生させ、磁気スイッチ１６を経て、貫流ボイラ管１に巻かれた誘導加熱コイル４、５、６に送られる。ここで、コイル４、５、６より発生する誘導発熱により、貫流ボイラ管１が加熱され、その熱が貫流ボイラ管１内の水に伝えられ、水が蒸気となって上部ヘッダ２に集められる。ここに集まった蒸気は、吐出弁１１を経て蒸気ノズル２１に送られ、図示されていないが、対象物に当てられ、洗浄される。蒸気ノズル２１はエジェクターになっており、必要に応じて、補助タンク２２より水や洗浄剤が弁２３を経て蒸気ノズル２１へ、そして対象物に送られる。なお、上部ヘッダ２の圧力が設定値以上になると、安全弁１２が作用し、蒸気を経外に排出する。

貫流ボイラ管１に誘導加熱コイル４、５、６を外側に巻き、貫流ボイラ管１を直接発熱させることにより、まず、シースヒータなどのような内部加熱ヒータに比べると、貫流ボイラ管１の単位長さ当りの伝熱面積が大きくなるため、貫流ボイラ管１を短くすることができ、燃焼ガスと貫流ボイラ管１の熱伝達を介在せず、電気的にし、もし同じ長さなら、大きな容量の貫流ボイラ管１とすることができる。誘導加熱では、貫流ボイラ管１に直接熱を発生させるため、大きな熱流束を与えることが可能であり、これらによって、ボイラ全体の高さを小さくしたり、貫流ボイラ管１の数を少なくすることができ、コンパクト化設計が用意となる。誘導加熱は、原理的には、コイル自体が発熱して、物体や流体を介在して熱伝達するものではないので、誘導加熱コイル４、５、６の外部は、温度が高くならないため、貫流ボイラ管１からの放熱量は大幅に低減され、熱効率が大幅に改善される。

図３は、実施例１を示したもので、図２に示した実施形態に対し、誘導加熱コイル１０４、１０５、１０６の巻き方と結線の方法を変えたものである。実施例１では、１本の貫流ボイラ管に３個の誘導加熱コイル１０４、１０５、１０６を取付けられている。誘導加熱では、高周波電源を用いるため、インビーダンスが大きく、電流が大きいときは、コイルの電圧が高くなるので、コイルをいくつかに分割し、それぞれに電圧を加える必要がある。このとき、コイル１０４と１０５の巻方向を逆にして、となり合うコイルを結合し、ここを端子とし、電極に接続する。コイル１０５と１０６も同様に、コイル１０６の巻方向をコイル１０５とは逆にし、端子で結合し、もう一方の電極にする。コイル１０４の上端は、コイル１０５とコイル１０６の極に、コイル１０６の下端では、コイル１０４とコイル１０５の極を接続する。

それぞれのコイルには、高い電圧の高周波の電源が作用するが、上記のように接続することにより、コイル間接続部では、電圧がないので、線間の絶縁破壊の心配がない。また、電圧の方向は逆であるが、コイルの巻方向が逆になっているので、磁極や磁束の方向は同じであるので、損失も少なく、効率のよい誘導加熱コイルとすることができる。

図４は、実施例２を示したものである。貫流ボイラ管９と誘導加熱コイル２０４、２０５、２０６の部分のみ示したものである。本実施例では、弱磁性材であるステンレス鋼管製の貫流ボイラ管９の外側に強磁性材料である鉄鋼製の管材２０１を取付け、その外側に誘導加熱コイル２０４、２０５、２０６を巻き付ける。そして、コイルの接続は、誘導加熱コイル３組を１本の貫流ボイラ管１と管材２０１の外側に巻き付ける本願の例では、誘導加熱コイル２０５の巻き方を逆にし、このコイルの上部端子と誘導加熱コイル２０４の下方の端子を接続し、誘導加熱コイル２０５の下部の端子と誘導加熱コイル２０６の上部の端子を接続する。そして、それぞれの端子が図４のＡ、Ｂの高周波電源端子に接続し、貫流ボイラ管１や管材２０１の磁束の方向が一定の方向に向くようにする。

貫流ボイラ管１が弱磁性材料のときは、インビーダンスが低くなる傾向にあり、誘導加熱するのに、比較的高い周波数の電源を用いる必要がある。その結果、誘導加熱コイル２０４、２０５、２０６の端子までの鉄損、銅損が大きくなり、発熱が貫流ボイラ管１には流れにくく、その分効率が低下する。ところが、貫流ボイラ管１の外側に強磁性体の管材２０１を密着して取付けることにより、インビーダンスが大きくなるため、電源周波数を小さくしても、十分な誘導加熱することが可能となるので、誘導加熱コイル２０４、２０５、２０６の巻数を少なくし、コンパクト化することができるとともに、リード線での鉄損、銅損も小さくなり、貫流ボイラとしての効率がよくなる。

従来より用いられている貫流ボイラを用いた蒸気洗浄機の説明図 本発明を実施するための最良の形態の説明図 実施例１の説明図 実施例２の説明図

符号の説明

図１において、
１，貫流ボイラ管
２，上部ヘッダ
３，下部ヘッダ
４，シース型の電気ヒータ
６，給水ポンプ
１０，１１，液面検出器
８，吐出弁
１７，蒸気ノズル
である。

図２において、
１，貫流ボイラ管
２，上部ヘッダ
３，下部ヘッダ
４，５，６，誘導加熱コイル
１３，１４，液面検出器
１６，高周波電源を遮断する磁気スイッチ
１７，誘導加熱用の高周波電源装置
２１，蒸気ノズル
である。

図３において、
１０４，１０５，１０６，誘導加熱コイル
１４，高周波電源のターミナルボックス
１６，高周波電源のスイッチボックス
である。

図４において、
２０４，２０５，２０６，誘導加熱コイル
２０１，強磁性体の管材
１５，高周波電源のターミナルボックスボックス
である。

Claims (2)

1. 複数の貫流ボイラ管の上部を蒸気を収集する上部ヘッダまたは気水分離器などの容器に、下部には下部ヘッダまたは気水分離器の下部に連結し、下部より給水ポンプを経て給水し、上部より蒸気を取り出し、この蒸気を蒸気ノズルに導くようにした装置において、それぞれの貫流ボイラ管の外側に撚線を巻いて作られた複数個のコイルを取付け、それぞれのコイルの両端子に、高周波電源装置の電極に接続したことを特徴とする誘導加熱方式の貫流ボイラより構成される蒸気洗浄機。
2. 請求項１の蒸気洗浄機の誘導加熱方式の貫流ボイラにおいて、それぞれの貫流ボイラ管の外周部に撚線を巻いて作られたコイルを取付けるとき、となり合ったコイルの巻き方向を逆にし、となり合ったコイルの端子を接続し、その接点を端子とそれぞれのコイルに高周波の端子電圧が加わるように、高周波電源装置に接続することを特徴とした誘導加熱方式の貫流ボイラ蒸気洗浄機。

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