JP5192207B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

本件発明は、オーブンなど、食品を調理、加熱する装置に関し、特に熱源として表面燃焼バーナを用いた加熱装置に関する。

従来、食品を調理、加熱する加熱装置は、特許文献１に示すように、ブロワで圧送した空気とガスを混合し、燃焼筒内に内設されたバーナによって燃焼させて、熱交換パイプへ送り出している。
特開２００５−００９６８９

しかし、特許文献１に記載された加熱装置では、図１０に示したように、バーナ（１００２）で発生している炎（１００３）が燃焼筒の内面に触れるとともに燃焼した熱が燃焼筒内に滞留し、高温となる可能性がある。このように、燃焼筒内部に局所的に高温となる部分が生じるとともに、熱の滞留によって、加熱装置を構成する材料の耐久性が落ちてしまう可能性もある。このため、熱が滞留した場合、熱が滞留する燃焼筒（１００１）などは、高温により損傷を受ける可能性があるため、より高温に耐えうる耐熱材料にするか、燃焼筒の断面径を大きくし、熱が滞留しにくい構成にする必要があった。

そこで、本件発明は上記課題に鑑み、次の加熱装置及びコンビオーブンを提供する。すなわち、第一の発明としては、燃焼筒と、燃焼筒の略中央部に長さ方向を燃焼筒とそろえて配置される筒状表面燃焼バーナと、燃焼筒と筒状表面燃焼バーナとの間に燃焼筒長さ方向のエアーを流通させるための二次エアー吹出口と、筒状表面燃焼バーナの先端部の略央部に設けられる燃焼筒の長さ方向にエアーを吹出す三次エアー吹出口と、を有する加熱装置を提供する。

第二の発明としては、第一の発明を基礎として、二次エアー吹出口は燃焼筒の根本部に配置され、筒状表面燃焼バーナの燃焼領域は、燃焼筒の根本部から前方に隔たった位置から始まる領域である加熱装置を提供する。

第三の発明としては、第一及び／又は第二の発明を基礎として、三次エアー吹出口は、筒状表面燃焼バーナの先端部に突設された突起先端に設けられている加熱装置を提供する。

第四の発明としては、第一から第三の発明を基礎として、燃焼筒と連続的に接続されている熱交換パイプを有し、熱交換パイプの半径は、燃焼筒の半径よりも小さい加熱装置を提供する。

第五の発明としては、第一から第四の発明に記載された加熱装置を有するコンビオーブンを提供する。なお、第五の発明は、スチーム機能がない単機能のオーブンであってもよい。

本発明により、熱が燃焼筒の内面に直接当たることや、熱が燃焼筒の一部に集中することなく、均一化され、耐久性に優れ、コンパクトな加熱装置が提供可能となる。

以下、本件発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本件発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。

実施形態１は、主に請求項１、請求項２、請求項３などに関する。実施形態２は、主に請求項４などに関する。実施形態３は、主に請求項５などに関する。

<実施形態１>
<実施形態１ 概要>

本件発明は、筒状表面燃焼バーナから発生する熱が、局所的に集中しないよう、筒状表面燃焼バーナの周囲に外気を導入した二次エアーを流通させ、さらに、筒状表面燃焼バーナの先端から、二次エアーと同じく外気を導入した三次エアーを吹き出すことで、燃焼筒内の熱分布を均一化していることを特徴としている加熱装置である。

図１０に従来からオーブンなどで用いられている加熱装置を燃焼筒（１００１）の長さ方向断面図を示した。従来から用いられている加熱装置は、燃焼筒の略中央にバーナ（１００２）が配置されている。また、バーナからは、燃焼されるガスと混合されたエアー（一次エアー）（１００３）が吹き出している。このような加熱装置の場合、バーナにてガスの燃焼によって生じる熱は、一次エアーによって、バーナから吹きだし、熱交換パイプへと送られる。このとき、バーナ付近の燃焼筒の内面は、炎が当たり高温となる。このため、バーナ付近は、材料をより耐熱性の高い材料にする必要がある。

一方、図１に示した、本実施形態の加熱装置では、燃焼筒の略中央に筒状表面燃焼バーナが配置され、燃焼筒と筒状表面燃焼バーナとの間に、筒状表面燃焼バーナの周囲に燃焼筒の長さ方向に、エアー（二次エアー）を流通させている。また、筒状表面燃焼バーナからは、図１０に示した従来技術と同様に、燃焼されるガスと混合されたエアー（一次エアー）が吹き出している。本実施形態の加熱装置ではさらに、筒状表面燃焼バーナの先端部の略央部からも燃焼筒の長さ方向にエアー（三次エアー）（０１０６）を吹き出している。この三次エアーは、筒状表面燃焼バーナにおける燃焼を阻害することもなく、筒状表面燃焼バーナの先端付近に滞留仕勝ちな熱に対してエアーを導入し、混合させながら流通させている。これにより、筒状表面燃焼バーナの先端付近に位置する燃焼筒では局所的に高温状態となることが緩和されることとなり、従来技術のように、より耐熱性の高い材料を用いる必要も無くなる。
<実施形態１ 構成>

図２に本実施形態の加熱装置の斜視部分断面概念図を示した。本実施形態の加熱装置は、燃焼筒（０２０１）と、燃焼筒の略中央部に長さ方向を燃焼筒とそろえて配置される筒状表面燃焼バーナ（０２０２）と、燃焼筒と筒状表面燃焼バーナとの間に燃焼筒長さ方向のエアーを流通させるための二次エアー吹出口（０２０３）と、筒状表面燃焼バーナの先端部の略央部に設けられる燃焼筒の長さ方向にエアーを吹出す三次エアー吹出口（０２０４）と、を有する。なお、図２では、加熱装置の内部を説明するため、燃焼筒の一部の記載を省略しているが、燃焼筒は本来、筒状表面燃焼バーナの全周を覆っている。

燃焼筒は、筒状表面燃焼バーナ、二次エアー吹出口、三次エアー吹出口を内包する筒状体である。燃焼筒の断面形状は、円形の他、楕円形や四角形などの多角形などであってもよい。このとき、筒状表面燃焼バーナから発せられる熱を二次エアーによって熱交換パイプへ送る際に、二次エアーが流れる筒状表面燃焼バーナと燃焼筒内面との間隔が等しくなるようにするためには、燃焼筒の断面形状は、筒状表面燃焼バーナの断面形状に合わせることが望ましい。例えば、筒状表面燃焼バーナの断面形状が、円形である場合は、燃焼筒の断面も円形にし、筒状表面燃焼バーナの断面形状が多角形の場合には、燃焼筒の断面もその多角形に合わせるとよい。

筒状表面燃焼バーナは、燃焼筒の略中央部に長さ方向を燃焼筒とそろえて配置される。筒状表面燃焼バーナは、バーナの表面でガスが均一に燃焼するバーナである。例えば、ガスが燃焼する燃焼面は、耐熱性の金属材料からなる繊維をニット状に編み込んで形成され、この燃焼面に、一次エアーと燃焼用ガスの混合気を流し、放電などによって着火し、燃焼を行う。筒状表面燃焼バーナは、図１０に示した従来の炎孔によるバーナと異なり、混合気が燃焼する範囲が、燃焼面を構成するニット状に編み込んだ金属材料の形状や大きさを変化させることで調整が可能で、広範囲に均一な燃焼面を形成することが可能である。

図３に燃焼筒（０３０１）内部に配置された筒状表面燃焼バーナ（０３０２）の設置位置を説明するための断面概念図を示した。図３は、燃焼筒の長さ方向断面図である。燃焼筒内に配置された筒状表面燃焼バーナの燃焼領域（０３０３）は、（ａ）のように、燃焼筒の根本部に近い二次エアー吹出口（０３０４）近傍から始まっていてもよいし、（ｂ）のように、燃焼筒の根本部から前方に偏った位置から始まっていてもよい。（ａ）のように、燃焼領域を燃焼筒の根本部に近い位置からとすると、加熱装置の長さを短く抑えられるが、二次エアー吹出口周辺部が筒状表面燃焼バーナの燃焼領域に近いため、二次エアー吹出口周辺部が燃焼熱を受けて高温となる。このため、二次エアー吹出口周辺部は筒状表面燃焼バーナから発せられる熱に耐えうる耐熱材料で構成する必要がある。（ｂ）のように、燃焼領域を燃焼筒の根本部から前方に偏った位置から始まるようにすると、（ａ）のように、二次エアー吹出口周辺部が燃焼熱を直接受けることはなく、を耐熱材料で構成する必要性は低くなるが、加熱装置の長さが長くなる。燃焼筒内部に配置される筒状表面燃焼バーナの燃焼領域の配置位置は、加熱装置を設置するオーブンなどの大きさや、設置スペースなどを考慮して、適時調整する。

二次エアー吹出口は、燃焼筒と筒状表面燃焼バーナとの間に燃焼筒長さ方向にエアーを流通させている。また、二次エアー吹出口は、燃焼筒の根本部の、燃焼筒の内周面付近に配置されている。

筒状表面燃焼バーナにおいて、ガスの燃焼によって生じる炎を含んだ熱は、筒状表面燃焼バーナの燃焼領域である外周表面からほぼ均一に発生する。このため、二次エアーは、燃焼筒の内面に直接熱が当たらないように、筒状表面燃焼バーナの燃焼領域の周囲をほぼ均一の流量で流れることが好ましく、さらには燃焼筒の内面側を沿うようにして、筒状表面燃焼バーナの燃焼領域の周囲を均一に二次エアーが流れることが望ましい。図４に本実施形態の加熱装置の断面図を示した。図４は、加熱装置の断面を、燃焼筒（０４０１）および筒状表面燃焼バーナ（０４０２）の前方方向からみたときの断面概念図である。二次エアー吹出口（０４０３）は、（ａ）に示したように、筒状表面燃焼バーナの周囲を取り囲むとともに燃焼筒の内面付近に配置した、複数の吹出口から二次エアーを吹き出している。（ａ）に示した例では、複数の吹出口の形状を円形としたが、円形の他、楕円形や多角形であってもよいが、二次エアーが筒状表面燃焼バーナの燃焼領域の周囲を均一に流れるような形状である必要がある。また、二次エアー吹出口は、（ｂ）や（ｃ）のように、編み目や多数の穴がパンチングされたような形状であってもよい。これらの二次エアーの吹出口は、ブロワーから二次エアー吹出口へのエアーが供給される供給口の形状や位置に応じて、二次エアーの吹き出しが適当に行われる形状とすることが望ましい。

三次エアー吹出口は、筒状表面燃焼バーナの先端部の略中央部に設けられ、三次エアーは、筒状表面燃焼バーナの内部を通って燃焼筒の長さ方向に吹き出している。図１（ｂ）に示したように、筒状表面燃焼バーナの燃焼領域にてガスの燃焼によって生じる熱は、二次エアーによって、熱交換パイプ側に向けて送られる。三次エアーの吹き出しがなかった場合、筒状表面燃焼バーナから発せられる熱は、筒状表面燃焼バーナ前方領域に滞留し、局所的に高温になってしまう。このため、この高温部周辺は、この熱に耐えうる耐熱材料を使用する必要があり、また局所的に高温になるため、熱によって耐久性が落ちる問題が発生する。そこで、図５の（ａ）および（ｂ）の断面概念図に示したように、本実施形態の加熱装置は、筒状表面燃焼バーナ（０５０１）の先端部の略中央に三次エアー吹出口（０５０２）を設けることによって筒状表面燃焼バーナ前方領域で滞留していた熱が、三次エアー（０５０３）によって前方へと吹き出され、熱交換パイプへ送られる構造となっている。このように三次エアー吹出口を設けることで、燃焼筒（０５０４）内部に局所的に熱が対流し高温になることがなくなる。また三次エアー吹出口においては、筒状表面燃焼バーナの内部を通して、三次エアーを送っているパイプ状の管を（ａ）のように、筒状表面燃焼バーナの先端部に三次エアー吹出口を設けても良いし、（ｂ）のように、筒状表面燃焼バーナの先端部から適宜突出し、その管の端部に設けて、熱の滞留の度合いに合わせるようにしてもよい。

ここで、一次エアーは、筒状表面燃焼バーナにてガスを燃焼させるために必要な酸素を供給するためのエアーであって、一次エアー吹出口は、筒状表面燃焼バーナのガスの燃焼が行われる表面となる。また、本実施形態の加熱装置におけるエアーは、それぞれ異なる流量で流通している。例えば、筒状表面燃焼バーナからガスとともに吹き出す一次エアーは、ガスの燃焼に必要な酸素を供給する最低限の流量が流通すればよいし、二次エアーは、筒状表面燃焼バーナにて発生する熱を熱交換パイプへ送り出す流量が必要で、三次エアーは、熱が滞留しない程度の流量が必要である。これらのエアーの流量の調整は、図６の（ａ）に示したように、一次エアー、二次エアー、三次エアーのそれぞれに、一次エアー送風装置（０６０１）、二次エアー送風装置（０６０２）、三次エアー送風装置（０６０３）のように独立した送風装置を設け、流量の調整を行ってもよいし、（ｂ）に示したように、一次エアー、二次エアー、三次エアーを、まとめて一つの送風機（０６０４）で送風し、それぞれのエアーの吹出口の大きさによって流量を調整してもよい。
<実施形態１ 効果>

本実施形態の加熱装置は、筒状表面燃焼バーナから発生する熱を、二次エアーおよび三次エアーを用いて、熱交換パイプへ吹き出すように構成されているため、熱が燃焼筒の内面に直接当たったり、一部に滞留して燃焼筒内部に局所的に高温となる部分が発生せず、燃焼筒内部の熱分布がほぼ均一となる。このため、加熱装置を構成する材料に、熱的なストレスが発生せず、熱に対する耐久性が向上する。また、局所的に高温にならないため、筒状表面燃焼バーナと燃焼筒の間隔を、小さくすることが可能であり、加熱装置の大きさをコンパクトにすることが可能となる。
<実施形態１ 具体例>

本実施形態の加熱装置は、燃焼筒の長さが略３００ｍｍ、直径が略１２０ｍｍの円筒形状である。また、燃焼筒の略中央部には、長さ方向をそろえて筒状表面燃焼バーナが配置されている。筒状表面燃焼バーナの燃焼部分は、長さが略１１０ｍｍで、直径が略５０ｍｍである。筒状表面燃焼バーナの先端部の略中央部から、三次エアー吹出口が略２０ｍｍ突設されている。三次エアー吹出口の直径は略１０ｍｍである。燃焼筒と筒状表面燃焼バーナとの間の筒状表面燃焼バーナの根元に、略円周状に直径略４ｍｍの二次エアー吹出口が２０カ所以上設けられている。
<実施形態２>
<実施形態２ 概要>

本実施形態の加熱装置は、実施形態１の加熱装置を基本とし、さらに、燃焼筒と連続的に接続されている熱交換パイプを有している。本実施形態の加熱装置では、加熱装置内の燃焼筒内部の筒状表面燃焼バーナにて発生する熱を、オーブン内部にある空気と熱交換を行い、熱を伝えるための熱交換パイプを有している。
<実施形態２ 構成>

本実施形態の加熱装置は、燃焼筒と連続的に接続されている熱交換パイプを有し、熱交換パイプの半径は、燃焼筒の半径よりも小さいことを特徴としている。本実施形態の加熱装置は、燃焼筒に設置された筒状表面燃焼バーナから発生する熱を、二次エアーおよび三次エアーにより、滞留させることなく熱交換パイプへ送り出す。

熱交換パイプは、加熱装置にて発生した熱が熱交換パイプ内を通り、外部へ排出されるまでの間に、オーブンなどの加熱調理装置の加熱調理室内の空気を加熱させる。つまり、熱交換パイプは、熱の発生源となる、加熱装置から、加熱調理装置などの加熱調理室へ熱を移す役割を担っている。そのため、熱交換パイプは、加熱装置から加熱調理室へ熱が移りやすいよう、表面に多数の凹凸を設けるなど、表面積が大きくなるような構造となっている。

図７に本実施形態の熱交換パイプ（０７０１）を有する加熱装置の概念図を示した。図７に示したように、燃焼筒（０７０２）内部に設置された筒状表面燃焼バーナ（０７０３）から発生する熱は、二次エアー（０７０４）及び三次エアー（０７０５）によって、燃焼筒から熱交換パイプへ送られる。燃焼筒と熱交換パイプの間は、熱交換パイプの半径が燃焼筒の半径より小さいため、（ａ）に示したように、燃焼筒から熱交換パイプに近づくにつれて、半径が徐々に小さくなるように傾斜（０７０６）を設けている。これによって、燃焼筒から熱交換パイプへ熱を円滑に送ることが出来る。また図８では、燃焼筒の断面中心軸と熱交換パイプの断面中心軸が一直線上となっているが、偏心した状態でも良く、徐々に直径が小さくなるように接続されていればよい。

図８に燃焼筒（０８０１）と熱交換パイプ（０８０２）の配置方法の一例を説明するための概念図を示した。燃焼筒から熱交換パイプへ、徐々に直径を小さくすることで、燃焼筒でのエアーの流速に比べ、熱交換パイプでのエアーの流通速度が上がる。熱交換パイプは、加熱調理室へ熱を効率よく伝えるため、長尺のパイプを円形に巻いている。このため、長尺の熱交換パイプで効率よく熱交換を行うために、熱交換パイプ内でのエアーの流速を一定速度以上に保つ必要ある。そこで、熱交換パイプ内でのエアーの流速を上げるために、燃焼筒から熱交換パイプへ、直径が小さくなるように構成する。また熱交換パイプから加熱調理室へ伝えられる熱は、熱交換パイプの略中心に配置されたファン（０８０３）によって送風される。このため、加熱調理室へ熱が均一に伝わるように、熱交換パイプを巻く必要がある。例えば、図８では、長尺の熱交換パイプの中で最も温度が高い、燃焼筒に近い部分（０８０４）と、最も温度が低くなる排気口（０８０５）に近い部分（０８０６）を重なるように巻くことで、加熱調理室へ伝えられる熱が均一になるように構成されている。また、熱交換パイプ同士が重なる部分についても、エアーの流通を妨げないように、熱交換パイプ同士が接触しないように構成されている。
<実施形態３>
<実施形態３ 概要>

本実施形態は、実施形態１および実施形態２に説明した加熱装置を有するコンビオーブンである。コンビオーブンは、熱風のみによる加熱と、蒸気による加熱をそれぞれ単独、または組み合わせて使用することで、「蒸す」「焼く」「煮る」等の加熱調理を行うオーブンである。
<実施形態３ 構成>

本実施形態のコンビオーブンは、実施形態１および実施形態２に示した加熱装置を有している。図９に本実施形態のコンビオーブンの概念図を示した。本実施形態のコンビオーブンは、食品などを蒸す、焼くなどの加熱調理を行う加熱調理室（０９０１）と、加熱調理室を加熱するための加熱装置（０９０２）を備えた加熱室（０９０８）とを有している。実施形態１および実施形態２で説明した加熱室内に配置された加熱装置の筒状表面燃焼バーナ（０９０３）から発生する熱は、二次エアー（０９０４）および三次エアー（０９０５）によって熱交換パイプ（０９０６）へ送られる。熱交換パイプでは、熱交換パイプ全域において、表面が加熱される。熱交換パイプの表面では、ファン（０９０７）によって、加熱室内の空気が加熱されるとともに、加熱調理が行われる加熱調理室内の空気と対流が行われ、加熱調理が可能となるまで加熱されることとなる。コンビオーブン内での加熱装置を備えている加熱室の配置位置は、加熱調理を行う加熱調理室の底面であっても、側面であってもよい。加熱調理室の上面に配置することも可能であるが、熱源となる加熱装置が、加熱対象物が設置される加熱調理室に対して上面にある場合、熱的に非効率的であり避けるべきである。なお、スチームを利用する場合には燃焼室内にて水を水蒸気にかえたり、燃焼室外で水を水蒸気にかえる専用室を設けたり、適宜スチームの生成に適した構造を採用することができる。
<実施形態３ 効果>

本実施形態のコンビオーブンは、加熱装置に実施形態１および実施形態２に示した加熱装置を用いることで、耐久性の高いコンビオーブンを提供可能となる。

実施形態１の加熱装置を説明する断面概念図 実施形態１の加熱装置を説明する斜視概念図 実施形態１の加熱装置を説明する断面概念図 実施形態１の加熱装置を説明する断面概念図 実施形態１の加熱装置を説明する斜視概念図 実施形態１の加熱装置を説明する断面概念図 実施形態２の加熱装置を説明する断面概念図 実施形態２の一例 実施形態３のコンビオーブンを説明する概念図 従来例を説明するための概念図

符号の説明

０７０１ａ、０７０１ｂ 熱交換パイプ
０７０２ａ、０７０２ｂ 燃焼筒
０７０３ａ、０７０３ｂ 筒状表面燃焼バーナ
０７０４ａ、０７０４ｂ 二次エアー
０７０５ａ、０７０５ｂ 三次エアー
０７０６ 傾斜
０７０７ 段差

Claims (5)

1. 燃焼筒と、
   燃焼筒の略中央部に長さ方向を燃焼筒とそろえて配置される筒状表面燃焼バーナと、
   燃焼筒と筒状表面燃焼バーナとの間に燃焼筒長さ方向のエアーを流通させるための二次エアー吹出口と、
   筒状表面燃焼バーナの先端部の略央部に設けられる燃焼筒の長さ方向にエアーを吹出す三次エアー吹出口と、
   を有する加熱装置。
2. 二次エアー吹出口は燃焼筒の根本部に配置され、
   筒状表面燃焼バーナの燃焼領域は、燃焼筒の根本部から前方に隔たった位置から始まる領域である請求項１に記載の加熱装置。
3. 三次エアー吹出口は、筒状表面燃焼バーナの先端部に突設された突起先端に設けられている請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 燃焼筒と連続的に接続されている熱交換パイプを有し、
   熱交換パイプの半径は、燃焼筒の半径よりも小さい請求項１から３のいずれか一に記載の加熱装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の加熱装置を有するコンビオーブン。