JP2007315647A - 流体加熱器及び流体加熱器の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定温度の蒸気や湯を安定して短時間に生成することができるとともに、小型化を実現でき、また、蒸気及び湯を生成することができる流体加熱器及び流体加熱器の制御装置を提供する。
【解決手段】 流体加熱器１によれば、流体が通る流路を螺旋状に形成するとともに、電熱ヒータ２０のＵ字形部分をパイプ１３ａの内側に配置することにより、大きな熱交換面積を確保した状態で流体加熱器１全体の小型化を実現できる。また、大きな熱交換面積が確保されたパイプ１３ａを流体との熱交換に適した温度に保つことにより、所定温度の蒸気や湯を短時間に安定して生成することができる。さらに、流体加熱器１の制御装置２によれば、電熱ヒータ２０による蓄熱部材１０の加熱や電磁ポンプ３０からパイプ１３ａの入口１１に送り込まれる流量を制御することにより、蒸気及び湯を生成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を加熱して蒸気（過熱蒸気）や湯を生成する流体加熱器及び流体加熱器の制御装置に関する。

この種の流体加熱器としては、例えば図８及び図９に示すように、水を加熱して蒸気や湯を生成する流体加熱器が知られている。

図８に示す流体加熱器６０は、加熱機本体６１内の熱伝導媒体６４が対流することによって電熱ヒータ６３からの熱が間接的に流体流路６２へ伝わり、流体流路６２内を通過する蒸気から過熱蒸気を生成するものである。

また、図９に示す流体加熱器７０は、流体入口７１に供給した水をガイド部材７２によって誘導しながら電熱ヒータ７３に直接接触させて湯を生成し、生成した湯を流体出口７４から送出するものである。
特開平１１−２２３３８８号公報 特開平８−１９３７０４号公報

しかしながら、図８に示す流体加熱器６０は、対流する熱伝導媒体６４内で温度差が生じ流体流路６２全体へ均一に伝熱することができず、所定温度の過熱蒸気を安定して生成することが困難であった。

また、流体加熱器６０は、流体流路６２と電熱ヒータ６３を設置するスペース以外に熱伝導媒体６４が対流するためのスペースを必要とするため、流体加熱器６０自体が大型化するおそれがあった。

さらに、図９に示す流体加熱器７０は、流体入口７１に水を供給する初期段階において、電熱ヒータ７３が低温の水と直接接触することにより電熱ヒータ７３の熱が水に奪われるので電熱ヒータ７３の温度が低下する。そして、電熱ヒータ７３の温度が低下した状態でさらに連続的に水が供給されるので、温度の低下した電熱ヒータ７３と水との間で熱交換を十分に行うことができず、所定温度の湯を安定して生成することが困難であった。また、所定温度の湯を確実に得るために流体入口７１に供給する水の流量を減少させた場合には、所定量の湯を得るまでに時間を要してしまうという問題点があった。

さらに、図８乃至図９の流体加熱器６０，７０は過熱蒸気又は湯のうちいずれか１つを生成することはできるが、電熱ヒータ６３，７３の通電や、流体加熱器６０，７０に供給する流体の量を制御できないため、蒸気及び湯を同一の流体加熱器によって生成することができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定温度の蒸気（過熱蒸気）や湯を安定して短時間に生成することができるとともに、小型化を実現でき、また、蒸気（過熱蒸気）及び湯を生成することができる流体加熱器及び流体加熱器の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の流体加熱器は、流体の入口及び出口を有する螺旋状流路と、螺旋状流路を伝熱可能に埋設した蓄熱部材と、蓄熱部材を加熱するヒータとを備え、ヒータの少なくとも一部を螺旋状流路の内側に配置した構成となっている。

この発明の流体加熱器によれば、ヒータによって蓄熱部材が加熱されることにより、ヒータからの熱が蓄熱部材全体に伝わり、その熱が蓄熱部材に蓄えられる。そして、蓄熱部材に蓄えられた熱が螺旋状流路に効率的に伝えられることにより、螺旋状流路全体の温度が均一に上昇し、螺旋状流路が流体との熱交換に適した温度に保たれる。この温度が上昇した螺旋状流路の入口に流体が連続的に供給されることにより、所定温度の湯又は蒸気（過熱蒸気）が生成され、この所定温度の湯又は蒸気（過熱蒸気）が螺旋状流路の出口から流出する。また、ヒータの少なくとも一部が螺旋状流路の内側に配置されていることから、ヒータを設けるスペースによって蓄熱部材が大型化することがない。

本発明の流体加熱器の制御装置は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の流体加熱器と、螺旋状流路の入口に接続された流体供給手段と、蓄熱部材の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づいてヒータを制御する温度制御手段と、温度検出手段で検出された温度に基づいて流体供給手段から螺旋状流路への流量を制御する流量制御手段とを備えた構成となっている。

この発明の流体加熱器の制御装置によれば、前記請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の流体加熱器の作用を有するとともに、温度検出手段で検出された温度に基づいて、温度制御手段によってヒータによる蓄熱部材の加熱を制御し、流量制御手段によって流体供給手段から螺旋状流路の入口に送り込まれる流量を制御する。

本発明の流体加熱器によれば、流体が通る流路を螺旋状に形成するとともに、ヒータの少なくとも一部を螺旋状流路の内側に配置することにより、大きな熱交換面積を確保した状態で流体加熱器全体の小型化を実現できる。また、大きな熱交換面積が確保された螺旋状流路を流体との熱交換に適した温度に保つことにより、所定温度の蒸気（過熱蒸気）や湯を短時間に安定して生成することができる。

また、本発明の流体加熱器の制御装置によれば、各制御手段によってヒータによる蓄熱部材の加熱や流体供給手段から螺旋状流路の入口に送り込まれる流量を制御することにより、蒸気（過熱蒸気）及び湯を生成することができる。

図１〜図５は本発明の第１実施形態を示す。図１は第１実施形態に係る流体加熱器及び制御装置の正面概略図、図２は図１に示した流体加熱器の平面図、図３は図１に示した液状食品用容器の正面概略図、図４は図１に示した液状食品用容器の正面概略図、図５は図１に示した湯・蒸気供給ノズルと液状食品用容器の正面概略図を示す。

流体加熱器１の構造を図１及び図２を参照して説明する。流体加熱器１は、蓄熱部材１０、電熱ヒータ２０及び電磁ポンプ３０とから構成されている。

蓄熱部材１０は、伝熱性のアルミニウム等の金属から成る直方体形状に形成されている。この蓄熱部材１０には、入口１１及び出口１２を有する伝熱性のパイプ１３ａによって形成された螺旋状流路１３が埋設されている。パイプ１３ａは伝熱性のステンレス等の金属から成る。このパイプ１３ａを螺旋状に形成することにより、螺旋状流路１３は大きな熱交換面積を確保することができる。また、パイプ１３ａの入口１１にはソケット１１ａが設けられ、出口１２にはソケット１２ａが設けられている。さらに、蓄熱部材１０の上部には、蓄熱部材１０の温度を検出する温度検出手段としてのサーミスタ等の温度センサ１４が設けられている。

電熱ヒータ２０はＵ字形に形成され、一対の端子２１を除く部分が螺旋状流路１３の内側に２本平行に配置されている。この電熱ヒータ２０のＵ字形部分を螺旋状流路１３の内側に螺旋状流路１３と近接、且つ、非接触で配置することにより、パイプ１３ａに熱が速やかに伝わるとともに蓄熱部材１０が大型化することがない。また、電熱ヒータ２０の一対の端子２１には給電ソケット２２が接続されている。さらに、電熱ヒータ２０として、例えばシーズヒータ等が用いられている。尚、電熱ヒータ２０の数は、短時間で確実に蓄熱部材１０の加熱を行うことができるのであれば増減させても良い。

流体供給手段としての電磁ポンプ３０は、水タンク３１の水出口３１ａと連通している吸入口３２と、パイプ１３ａの入口１１と連通している吐出口３３とが設けられている。

また、本実施形態において、パイプ１３ａの出口１２は切替弁５０の湯・蒸気入口５０ａと連通している。この切替弁５０の湯・蒸気出口５０ｂは、湯・蒸気供給管５１を介して湯・蒸気供給ノズル５２の一端と接続している。また、湯・蒸気供給ノズル５２の他端は容器５３に挿入され、この湯・蒸気供給ノズル５２の他端には湯・蒸気供給孔５２ａが設けられている。

ここで、容器５３に収容されるものとして、例えば未加熱液状食品５４や非液状食品５５がある。この未加熱液状食品５４は例えばミルク、コーヒー、具入りスープ等のことであり、また、非液状食品５５は例えばスープ粉末５５ａと乾燥具材５５ｂからなるものである。非液状食品５５を構成するスープ粉末５５ａと乾燥具材５５ｂは、材料貯蔵庫（図示省略）にそれぞれ複数種類貯蔵されている。この非液状食品５５は、例えば図３に示すように材料貯蔵庫からスープ粉末５５ａが容器５３内に投入された後に、図４に示すように材料貯蔵庫から乾燥具材５５ｂが容器５３内に投入されて成る。因みに、スープ粉末５５ａはコンソメ用粉末やクリームスープ用粉末等であり、乾燥具材５５ｂは乾燥野菜や乾燥肉等である。

次に、流体加熱器１の制御装置２について、図１を用いて説明する。

制御装置２はコントローラ４０を備え、このコントローラ４０はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）及び各種ドライバ等を含む。温度センサ１４からの信号がコントローラ４０に送出され、この信号に基づき湯を生成する場合と蒸気（過熱蒸気）を生成する場合に応じて、流量制御手段としての電磁ポンプ用ドライバ４１と、温度制御手段としての電熱ヒータ用ドライバ４２とに制御信号を送出する。

電磁ポンプ用ドライバ４１は、コントローラ４０から送出された制御信号に基づき電磁ポンプ３０への通電を制御するものであり、電磁ポンプ用ドライバ４１によって電磁ポンプ３０への通電が制御されることにより、電磁ポンプ３０の吐出口３３からパイプ１３ａの入口１１に送り込まれる水の流量が調整される。また、電熱ヒータ用ドライバ４２は、コントローラ４０から送出された制御信号に基づき電熱ヒータ２０への通電を制御するものであり、電熱ヒータ用ドライバ４２によって電熱ヒータ２０への通電が制御されることにより、電熱ヒータ２０のＯＮ／ＯＦＦ切換が行われる。

次に、流体加熱器１と制御装置２の動作について説明する。尚、本実施形態における加熱対象の流体は水である。

まず、温度センサ１４によって蓄熱部材１０の温度Ｔ１が検出され、検出された蓄熱部材１０の温度Ｔ１の温度が所定の設定温度ｔ１よりも低い場合や高い場合には、コントローラ４０から制御信号が電熱ヒータ用ドライバ４２に送出され、電熱ヒータ２０への通電が制御される。

電熱ヒータ２０への通電が制御されることにより、蓄熱部材１０の温度Ｔ１が所定の設定温度ｔ１になるように電熱ヒータ２０のＯＮ／ＯＦＦ切換が行われる。このとき、蓄熱部材１０は伝熱性なので、電熱ヒータ２０からの熱が蓄熱部材１０の全体に伝わり、その熱が蓄熱部材１０に蓄えられる。そして、蓄熱部材１０に蓄えられた熱が伝熱性のパイプ１３ａに効率的に伝えられることにより、パイプ１３ａ全体の温度が均一に上昇し、水との熱交換に適した温度にパイプ１３ａの温度が保たれる。

次に、蓄熱部材１０の温度Ｔ１が所定の設定温度ｔ１に達した場合には、コントローラ４０から制御信号が電磁ポンプ用ドライバ４１に送出され、電磁ポンプ３０への通電が制御される。電磁ポンプ３０への通電が制御されることにより、水タンク３１に貯められていた水がパイプ１３ａの入口１１に連続的に供給される。水との熱交換に適した温度に保たれたパイプ１３ａ内部の螺旋状流路１３を水が連続的に流通することにより、所定温度の湯又は蒸気（過熱蒸気）が生成され、この所定温度の湯又は蒸気（過熱蒸気）がパイプ１３ａの出口１２から送出される。

パイプ１３ａに水が連続的に供給されている際には、検出された蓄熱部材１０の温度Ｔ１に基づいて、継続して制御装置２によって電熱ヒータ２０のＯＮ／ＯＦＦ切換を行うとともに、パイプ１３ａの入口１１に送り込まれる流量が一定になるように電磁ポンプ３０への通電を制御する。これにより、パイプ１３ａに水が連続的に供給されている際においても、常に蓄熱部材１０の温度Ｔ１が所定の設定温度ｔ１になるように調節され、水との熱交換に適した温度にパイプ１３ａの温度が保持される。

以上により流体加熱器１において生成された湯又は蒸気（過熱蒸気）は、切替弁５０を介して湯・蒸気供給ノズル５２の湯・蒸気供給孔５２ａから容器５３内に吐出する。容器５３内に未加熱液状食品５４が収容されている場合には、湯・蒸気供給孔５２ａから容器５３内に蒸気（過熱蒸気）が吐出され、この蒸気（過熱蒸気）によって所定温度にまで上昇した未加熱液状食品５４が得られる。また、容器５３内に非液状食品５５が収容されている場合には、湯・蒸気供給孔５２ａから容器５３内に湯が供給され、図５に示す所定温度の液状食品５５が得られる。因みに、湯・蒸気供給孔５２ａから容器５３内に吐出される蒸気の温度は１３０℃以上が好ましく、湯・蒸気供給孔５２ａから容器５３内に供給される湯の温度は１００℃以下が好ましい。

本実施形態の流体加熱器１によれば、流体が通る流路を螺旋状に形成するとともに、電熱ヒータ２０のＵ字形部分をパイプ１３ａの内側に配置することにより、大きな熱交換面積を確保した状態で流体加熱器１全体の小型化を実現できる。

また、本実施形態の流体加熱器１によれば、大きな熱交換面積が確保されたパイプ１３ａを流体との熱交換に適した温度に保つことにより、所定温度の蒸気（過熱蒸気）や湯を短時間に安定して生成することができる。

さらに、本実施形態の流体加熱器１の制御装置２によれば、電熱ヒータ２０による蓄熱部材１０の加熱や電磁ポンプ３０からパイプ１３ａの入口１１に送り込まれる流量を制御することにより、蒸気（過熱蒸気）及び湯を生成することができる。

図６及び図７は本発明の第２実施形態を示すもので、図６は本発明の第２実施形態に係る流体加熱器及び制御装置の正面概略図、図７は図６に示した流体加熱器の平面図を示す。尚、前記第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。

本実施形態の流体加熱器３は、図６及び図７に示すように、蓄熱部材１５が円柱形状に形成されている点で前記第１実施形態と異なる。

また、本実施形態の流体加熱器３は、図６及び図７に示すように、電熱ヒータ２３はＷ字形を成している点で前記第１実施形態と異なる。

蓄熱部材１５は伝熱性のアルミニウム等の金属から成る円柱形状に形成されている。この蓄熱部材１５の内部には、入口１１及び出口１２を有する伝熱性のステンレス等の金属から成るパイプ１３ａが内部に埋設され、このパイプ１３ａは螺旋状流路１３を形成している。

蓄熱部材１５を加熱する手段としての電熱ヒータ２３はＷ字形を成し、Ｗ字形の中央部分がパイプ１３ａの内側にパイプ１３ａと近接し、且つ、パイプ１３ａと非接触で配置され、Ｗ字形の一対の端子２１を除く両端部分がパイプ１３ａの外側にパイプ１３ａと近接、且つ、非接触で配置されるとともに、電熱ヒータ２３が単数で構成されている。また、Ｗ字形の電熱ヒータ２３の中央部分をパイプ１３ａの内側に配置し、電熱ヒータ２３の両端部分をパイプ１３ａの外側に配置することにより、パイプ１３ａに熱が速やかに伝わるとともに蓄熱部材１５が均一、且つ、速やかに加熱される。また、電熱ヒータ２３を単数で構成し、電熱ヒータ２３の中央部分と両端部分をパイプ１３ａの長手方向に沿って配置しているので、蓄熱部材１５の大型化が防止される。さらに、電熱ヒータ２３として、例えばシーズヒータ等が用いられている。尚、電熱ヒータ２３の数は、短時間で確実に蓄熱部材１５の加熱を行うことができるのであれば増やしても良い。

本実施形態の流体加熱器３によれば、蓄熱部材１５を均一に加熱できるので、所定温度の蒸気（過熱蒸気）や湯を安定して一層短時間に生成することができる。尚、図６及び図７のその他の作用及び効果は、前記第１実施形態と同様である。

尚、前記第１実施形態及び前記第２実施形態において、パイプ１３ａに水が供給された後に検出された蓄熱部材１０，１５の温度Ｔ１に基づいて、制御装置２によって電熱ヒータ２０，２３のＯＮ／ＯＦＦ切換を行うとともに、パイプ１３ａの入口１１に送り込まれる流量が一定になるように電磁ポンプ３０への通電を制御したが、これに限られない。例えば、検出された蓄熱部材１０，１５の温度Ｔ１に基づいて、制御装置２によって電熱ヒータ２０，２３をＯＮ状態に維持したまま、電磁ポンプ３０のＯＮ／ＯＦＦ切換を行うように制御することにより、パイプ１３ａの入口１１に送り込まれる水の流量を調整して、蓄熱部材１０，１５の温度Ｔ１が所定の設定温度ｔ１になるように調節しても良い。また、検出された蓄熱部材１０，１５の温度Ｔ１に基づいて、制御装置２によって電熱ヒータ２０，２３のＯＮ／ＯＦＦ切換を行うとともに、電磁ポンプ３０のＯＮ／ＯＦＦ切換を行うように制御することにより、蓄熱部材１０，１５の温度Ｔ１が所定の設定温度ｔ１になるように調節しても良い。

また、前記第１実施形態及び前記第２実施形態において、加熱対象の流体を水としたが、これに限られない。例えば、加熱対象の流体を湯や蒸気としても良い。

さらに、前記第２実施形態において電熱ヒータ２３をＷ字形に形成したが、これに限られない。例えば、電熱ヒータを、両端側がパイプ１３ａの外側に配置され、中央側がパイプ１３ａの内側に配置されるように蛇行状に形成しても良い。

本発明の第１実施形態に係る流体加熱器及び制御装置の概略正面図 図１に示した流体加熱器の平面図 図１に示した液状食品用容器の概略正面図 図１に示した液状食品用容器の概略正面図 図１に示した湯・蒸気供給ノズルと液状食品用容器の概略正面図 本発明の第２実施形態に係る流体加熱器及び制御装置の概略正面図 図６に示した流体加熱器の平面図 本発明の従来例に係る概略正面断面図 本発明の従来例に係る概略断面図

符号の説明

１，３…流体加熱器、２…制御装置、１０，１５…蓄熱部材、１１…入口、１２…出口、１３…螺旋状流路、１３ａ…パイプ、１４…温度センサ、２０，２３…電熱ヒータ、３０…電磁ポンプ、３３…吐出口、４０…コントローラ、４１…電磁ポンプ用ドライバ、４２…電熱ヒータ用ドライバ。

Claims (5)

1. 流体の入口及び出口を有する螺旋状流路と、
   螺旋状流路を伝熱可能に埋設した蓄熱部材と、
   蓄熱部材を加熱するヒータとを備え、
   ヒータの少なくとも一部を螺旋状流路の内側に配置した
   ことを特徴とする流体加熱器。
2. 前記螺旋状流路を伝熱性のパイプによって形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の流体加熱器。
3. 前記ヒータをＵ字形に形成した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の流体加熱器。
4. 前記ヒータを、両端側が螺旋状流路の外側に配置され、中央側が螺旋状流路の内側に配置されるように蛇行状に形成した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の流体加熱器。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の流体加熱器と、
   螺旋状流路の入口に接続された流体供給手段と、
   蓄熱部材の温度を検出する温度検出手段と、
   温度検出手段で検出された温度に基づいてヒータを制御する温度制御手段と、
   温度検出手段で検出された温度に基づいて流体供給手段から螺旋状流路への流量を制御する流量制御手段とを備えた
   ことを特徴とする流体加熱器の制御装置。
   

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