JP2011191042A - 過熱水蒸気発生ノズル - Google Patents

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Abstract

【課題】省エネルギーで省スペースな過熱水蒸気発生ノズルを提供する。
【解決手段】外側に向って同心円状に配置される第１蒸気パイプ、第２蒸気パイプ、第３蒸気パイプおよび第４蒸気パイプと、蒸気取込み管から入口側の中央に供給された蒸気を外周方向に拡げて第３蒸気パイプと第４蒸気パイプの隙間に送り込む昇温防止部と、出口側に設けられ第１蒸気パイプからの蒸気を受ける出口結合部と、出口結合部に接続される吹出しノズルと、第２蒸気パイプと第３蒸気パイプの隙間に設置され、先端の封口部が前記昇温防止部を横切って外側に突出させた複数の電気ヒーターと、出口側に設けられ、第３蒸気パイプと第４蒸気パイプの隙間を第１蒸気パイプと第２蒸気パイプの隙間につなぐ第１折返し部と、入口側に設けられ、第１蒸気パイプと第２蒸気パイプの隙間を第１蒸気パイプの内側につなぐ第２折り返し部と、を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、過熱水蒸気発生ノズルに係り、より詳細には、放熱量が少なく省エネルギーで省スペースな過熱水蒸気発生ノズルに関する。
過熱水蒸気は大気圧下で１００℃の蒸気（飽和蒸気）をさらに加熱した蒸気のことで、加熱、焼成、焙煎、炭化、殺菌等広範囲な用途において、過熱水蒸気特有のメリットがあるため、食品業界、医療業界、環境機器メーカー等で、注目されている。
過熱水蒸気は１００℃以下のものに触れると凝縮して水となり、この時多大の凝縮熱が発生するため、ものに熱を与えることができる。また、温度が低下しても１００℃以下にならなければ気体状態にあるため、ものを乾燥、焼成することができる。さらに、過熱水蒸気は高温空気や排ガスと比べて、単位体積当たりの熱容量がきわめて大きいため、少量でも短時間で乾燥、焼成ができる。
過熱蒸気式オーブンは、１００℃以上の蒸気を食材に直接吹き付けて焼成するもので、蒸気が１００℃以下の焼成物等に包み込むように触れ昇温時間が短縮される。特許文献１に示すように、従来は、過熱水蒸気噴射ノズルと過熱水蒸気発生装置とは別々のもので、過熱水蒸気発生装置とノズルの間は配管によって連結され、過熱水蒸気を送っていた。過熱水蒸気は熱量が大きくそのため配管での熱損失が大きかった。温度低下を補うため過熱水蒸気をより高温にする必要があるため、過熱水蒸気発生装置が大型になり、設置場所が限定されるとの問題があった。小型で業務用オーブン等に簡単に取り付けができる過熱水蒸気発生装置が望まれている。
特開２００３−２６２３３８号公報
本発明の目的は、従来の問題点を解決するためになされたもので、放熱量が少なく省エネルギーで省スペースな過熱水蒸気発生ノズルを提供することにある。
本発明による過熱水蒸気発生ノズルは、入口側蒸気取り込み管からの１００℃の飽和蒸気を加熱して出口側の吹出しノズルから噴射する過熱水蒸気発生ノズルであって、外側に向って同心円状に配置される第１蒸気パイプ、第２蒸気パイプ、第３蒸気パイプおよび第４パイプと、前記蒸気取込み管から入口側の中央に供給された蒸気を外周方向に拡げて前記第３蒸気パイプと前記第４蒸気パイプの隙間に送り込む昇温防止部と、出口側に設けられ前記第１蒸気パイプからの蒸気を受ける出口結合部と、前記出口結合部に接続される吹出しノズルと、前記第２蒸気パイプと前記第３蒸気パイプの隙間に設置され、先端の封口部が前記昇温防止部を横切って外側に突出させた複数の電気ヒーターと、出口側に設けられ、前記第３蒸気パイプと前記第４蒸気パイプの隙間を前記第１蒸気パイプと前記第２蒸気パイプの隙間につなぐ第１折返し部と、入口側に設けられ、前記第１蒸気パイプと前記第２蒸気パイプの隙間を前記第１蒸気パイプの内側につなぐ第２折り返し部と、を含んで構成されることを特徴とする。
前記出口結合部に、過熱水蒸気温度検出器が設けられることを特徴とする。
前記吹出しノズルは、複数の蒸気噴出孔を有する連続管からなり、前記連続管の２つの取入口が、前記出口結合部に設けられた２つの取出口に接続されることを特徴とする。
本発明による過熱水蒸気発生ノズルによれば、ノズルと過熱水蒸気発生装置を一体化したので、蒸気を搬送することによる放熱ロスを少なくできる。複数の蒸気パイプを同心円状に配置して電気ヒーターを第２蒸気パイプと第３蒸気パイプの隙間に組み込み、蒸気パイプと蒸気パイプの間で蒸気を加熱する構成としたので、省スペースすなわちコンパクトな過熱水蒸気発生ノズルにできる。蒸気は過熱水蒸気発生部の外周部から折返し部で折り返され中心部に向かう構成であり、蒸気が昇温された高温の過熱水蒸気を囲むので、放熱量の少ない省エネルギーな過熱水蒸気発生ノズルにできる。昇温防止部は、入口側の中央に供給された蒸気を外周方向に拡げる構造としたので、側面を断熱することができる。また、電気ヒーターの先端の封口部を、昇温防止部を横切って外側に突出させたので、過熱水蒸気となる前の蒸気の温度より上昇することがなく、封口部の故障を低減できる。
出口結合部に過熱水蒸気温度検出器を備えたので、過熱水蒸気が所定の温度となるように、電気ヒーターに流す電流を制御できる。正確な温度制御により、蒸気の温度を必要以上に高温にすることがなく、省エネルギーな過熱水蒸気発生ノズルにできる。
水蒸気噴出は先端開放型吹出しノズルからの噴出ではなく、連続管の複数の噴出孔からの噴出であるため、一定の圧力で噴出させることができ、炉内温度の均一化が計れる効果がある。
本発明による過熱水蒸気発生ノズルの長手方向断面図である。 図１に示す過熱水蒸気発生ノズルのＡ−Ａ断面図である。 図１に示す過熱水蒸気発生ノズルのＢ−Ｂ断面図である。 電気ヒーターを組み込んだ状態の第３パイプの斜視図である。 図１の過熱水蒸気発生ノズルを蒸気取込み管側から見た斜視図である。 図１の過熱水蒸気発生ノズルを吹出しノズル側から見た斜視図である。
以下、図面を参照して、本発明の過熱水蒸気発生ノズルについて詳しく説明する。
図１は本発明による過熱水蒸気発生ノズル１００の長手方向断面図である。図１に示すように、本発明の過熱水蒸気発生ノズル１００は、内側から外側に向って同心円状に配置される第１蒸気パイプ３ａ、第２蒸気パイプ３ｂ、第３蒸気パイプ３ｃ及び第４蒸気パイプ３ｄで構成される。昇温防止部２は、蒸気取込み管２３から入口側の中央に供給された蒸気を外周方向に拡げて、第３蒸気パイプ３ｃと第４蒸気パイプ３ｄの隙間に送り込む箇所である。これにより、入口側の側面が蒸気の温度で保護されるので、内部の温度が外部に逃げないようにできる。すなわち熱損失が防止できる。出口結合部１３は、出口側に設けられ、第１蒸気パイプ３ａからの蒸気を受ける箇所である。吹出しノズル６は出口結合部１３に接続される。
図１に示すように、複数の電気ヒーター５は、第２蒸気パイプ３ｂと第３蒸気パイプ３ｃの隙間に設置され、電気ヒーター５の封口部１１は、図１の符号ＣＥに示す距離を確保するように本体から離している。さらに、電気ヒーター５は昇温防止部２を横切って封口部１１が外側に突き出るようにしている。これにより、封口部１１は、過熱される前の蒸気の温度より高温にはならないようにできる。第１折返し部２４は、出口側に設けられ、第３蒸気パイプ３ｃと第４蒸気パイプ３ｄの隙間を第１蒸気パイプ３ａと第２蒸気パイプ３ｂの隙間につないでいる。第２折り返し部２５は、入口側に設けられ、第１蒸気パイプ３ｃと第２蒸気パイプ３ｂの隙間を第１蒸気パイプの内側につないでいる。
過熱水蒸気温度検出器８は、出口結合部１３に設けられる。過熱水蒸気の温度をチェックして、電気ヒーター５に流す電流を制御し所定の温度の過熱水蒸気を生成できる。保温材９が第４蒸気パイプ３ｄの外側に巻き付けられ、保温材９の外側はケーシング部材１０で覆っている。電気ヒーター５は、温度むらのないパイプ状の電気ヒーターで、内部に熱電対の温度検出器を備えている。過熱水蒸気発生ノズル１００は、全体を防錆の点からステンレス製である。また、漏水を防止するため、蒸気が通過する部品の結合部は全周溶接としている。
図１に示すように、過熱水蒸気発生ノズル１００のオーブンへの取り付けは、オーブン炉内壁１５とオーブン炉外壁１６の間の断熱層２０に設けられた円柱形孔１８に過熱水蒸気発生ノズル１００を差し込み、フランジ１２をネジ止めして行なう。断熱層２０の先がオーブン炉内となる。過熱水蒸気発生ノズル１００を断熱層２０に差し込むと、先端の吹出しノズル６がオーブン炉内壁１５からオーブン炉内に突出する。突出した箇所には遮蔽板１９が取り付けられる。
円柱形孔１８の径は１３０ｍｍである。断熱層２０の厚さは２００ｍｍである。円柱オーブンカバー１７は、オーブン炉外壁１６から外側に３２０ｍｍの位置にある。そのため、過熱水蒸気発生ノズル１００は、５２０ｍｍ（＝３２０ｍｍ＋２００ｍｍ）の中に収まるようになっている。
過熱水蒸気発生ノズル１００の加熱部分の長さは４００ｍｍである。ケーシング部材１０の径は約１１５ｍｍである。電気ヒーター５は、３相２００Ｖを入力としており、１本あたり０．３５〜１ＫＷ相当を使用可能である。電気ヒーター５は、円周方向に等間隔に６本を配置した。３本または９本とすることもできる。蒸気取込み管２３の蒸気の流量は、０〜４５Ｋｇ／ｈである。吹出しノズル６の過熱水蒸気の温度は１００〜４００℃である。なお、このような寸法や定格に限定されるものではない。
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。Ａ−Ａは昇温防止部２の断面を示している。第１蒸気パイプ３ａと第２蒸気パイプ３ｂと第３蒸気パイプ３ｃは、昇温防止部２の底板の後方に置かれるので破線で示す。一方、蒸気は、中央に供給され外周方向に拡がって、第３蒸気パイプ３ｃと第４蒸気パイプ３ｄの隙間に送り込まれる。
昇温防止部２では、電気ヒーター５のヒーターの封口部１１が昇温防止部２を横切って入口側の外側に突出しているが、昇温防止部２には、蒸気取込み管２３から約１００℃の飽和蒸気が流入しているため、電気ヒーター５の封口部１１は、約１００℃の飽和蒸気で囲まれ、約１００℃の飽和蒸気によって昇温が防止される構造になっている。
図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。Ｂ−Ｂは過熱水蒸気発生ノズル１００の加熱部分の断面を示している。蒸気を通過させるための蒸気パイプ３は、第１蒸気パイプ３ａ、第２蒸気パイプ３ｂ、第３蒸気パイプ３ｃおよび第４蒸気パイプ３ｄで構成される。第４蒸気パイプ３ｄの外側に保温材９が設けられ、その外側がケーシング部材１０である。第２蒸気パイプ３ｂと第３蒸気パイプ３ｃの隙間には、電気ヒーター５が装着される。伝熱部７は熱伝導性のよい金属性の充填材で構成した。伝熱部７は、電気ヒーター５の熱を第２蒸気パイプ３ｂと第３蒸気パイプ３ｃに効率よく伝え、また、電気ヒーター５を安定に固定できる。
図４は、電気ヒーター５を組み込んだ第３蒸気パイプ３ｃの斜視図である。図５は過熱水蒸気発生ノズル１００を蒸気取込み管２３側から見た斜視図である。図６は過熱水蒸気発生ノズル１００を吹出しノズル６側から見た斜視図である。図６に示すように、過熱水蒸気発生ノズル１００の出口側には、出口結合部１３が設けられる。そして出口結合部１３には２つの取出口２１が設けられる。吹出しノズル６は、蒸気を噴出する複数の噴出孔１４が下向きに設けられる。吹出しノズル６は連続管で、両端の取入口２２が２つの取出口２１に取り付けられる。蒸気は２つの取出口２１から供給される。
図１〜図４に示すように、蒸気取込み管２３に入った蒸気は、昇温防止部２から第３蒸気パイプ３ｃと第４蒸気パイプ３ｄの隙間に入り、入口側から出口側に進む。この間、蒸気は電気ヒーター５で熱せられた第３蒸気パイプの外側に接触して加熱される。蒸気はここで折り返され、第１蒸気パイプ３ａと第２蒸気パイプ３ｂの隙間を通って入口側に戻る。この間、蒸気は電気ヒーター５で熱せられた第２蒸気パイプ３ｂの内側に接触して加熱される。蒸気は再び折り返して第１蒸気パイプ３ａの内部を進み出口結合部１３に出る。そして吹出しノズル６の噴射孔から噴射される。
水蒸気噴出は先端開放型吹出しノズルからの噴出ではなく、連続管の複数の噴出孔からの噴出としたため、先端開放型吹出しノズルからの噴出のように炉内での噴出圧力が大幅に変動することはなく、炉内に一定圧力で噴出させることができるため、炉内温度の一層の均一化が計れる。
過熱水蒸気発生ノズル１００は、第１蒸気パイプ３ａ〜第４蒸気パイプ３ｄが、同心円状に配置される構造である。蒸気は入口から出口側の間を３回行き来する。なお、本実施例の構成を基本形にして、第４蒸気パイプ３ｄの外側に蒸気パイプを追加して、蒸気を５回あるいは７回行き来させる構成にすることもできる。
本発明によれば、蒸気ノズルに電気ヒーターを組み込んだので、放熱量が少なく省エネルギーで省スペースな過熱水蒸気発生ノズルとして好適である。
２ 昇温防止部
３ 蒸気パイプ
３ａ 第１蒸気パイプ
３ｂ 第２蒸気パイプ
３ｃ 第３蒸気パイプ
３ｄ 第４蒸気パイプ
５ 電気ヒーター
６ 吹出しノズル
７ 伝熱部
８ 過熱水蒸気温度検出器
９ 保温材
１０ ケーシング部材
１１ ヒーターの封口部
１２ フランジ
１３ 出口結合部
１４ 噴出孔
１５ オーブン炉内壁
１６ オーブン炉外壁
１７ オーブンカバー
１８ 円柱形孔
１９ 遮蔽板
２０ 断熱層
２１ 取出口
２２ 取入口
２３ 蒸気取込み管
２４ 第１折返し部
２５ 第２折返し部
１００ 過熱水蒸気発生ノズル

Claims (3)

  1. 入口側蒸気取り込み管からの１００℃の飽和蒸気を加熱して出口側の吹出しノズルから噴射する過熱水蒸気発生ノズルであって、
    外側に向って同心円状に配置される第１蒸気パイプ、第２蒸気パイプ、第３蒸気パイプおよび第４パイプと、
    前記蒸気取込み管から入口側の中央に供給された蒸気を外周方向に拡げて前記第３蒸気パイプと前記第４蒸気パイプの隙間に送り込む昇温防止部と、
    出口側に設けられ前記第１蒸気パイプからの蒸気を受ける出口結合部と、
    前記出口結合部に接続される吹出しノズルと、
    前記第２蒸気パイプと前記第３蒸気パイプの隙間に設置され、先端の封口部が前記昇温防止部を横切って外側に突出させた複数の電気ヒーターと、
    出口側に設けられ、前記第３蒸気パイプと前記第４蒸気パイプの隙間を前記第１蒸気パイプと前記第２蒸気パイプの隙間につなぐ第１折返し部と、
    入口側に設けられ、前記第１蒸気パイプと前記第２蒸気パイプの隙間を前記第１蒸気パイプの内側につなぐ第２折り返し部と、
    を含んで構成されることを特徴とする過熱水蒸気発生ノズル。
  2. 前記出口結合部に、過熱水蒸気温度検出器が設けられることを特徴とする請求項１に記載の過熱水蒸気発生ノズル。
  3. 前記吹出しノズルは、複数の蒸気噴出孔を有する連続管からなり、前記連続管の２つの取入口が、前記出口結合部に設けられた２つの取出口に接続されることを特徴とする請求項１に記載の過熱水蒸気発生ノズル。
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