JPH1194202A

JPH1194202A - 蒸気製造装置

Info

Publication number: JPH1194202A
Application number: JP25878197A
Authority: JP
Inventors: Taizo Kawamura; 泰三川村; Yoshitaka Uchibori; 義隆内堀
Original assignee: SEDA GIKEN KK; Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: SEDA GIKEN KK; Omron Corp
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ボイラ部と過熱部を区分して設けた場合に、
定格に達するまでの始動が速やかにできる蒸気製造装置
を提供する。【解決手段】液体を加熱して蒸気にするボイラ部２
と、前記ボイラ部２と区分して設けられ、前記蒸気を加
熱して過熱蒸気にする過熱部３とから構成され、前記過
熱部３は横向きに配設した。前記横向きは、始動時に、
前記ボイラ部２からの蒸気が前記過熱部３で凝縮して
も、軸方向に通過可能な通路を残す程度に水平姿勢又は
水平姿勢から上向きに傾斜している向きであればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、食品の調理、食品
の解凍、食品の殺菌、洗浄、サウナ及び化学工業分野等
に使用される過熱蒸気を発生させるための蒸気製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】過熱蒸気を発生させる場合、一つの蒸発
室の下部に蒸発用の発熱体を配設し、前記蒸発室の上部
に過熱用の発熱体を配設するなどのように、液体を加熱
して蒸気にするボイラ部と、前記蒸気を加熱して過熱蒸
気にする過熱部とを連続的に設けるものが提案されてい
る（特開平９−４８０４号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ただし、過熱蒸気を効
率的且つ大量に製造するためには、液体を加熱して蒸気
にするボイラ部と、前記蒸気を加熱して過熱蒸気にする
過熱部とを区分して設けることが考えられる。しかしな
がら、実験において、ボイラ部と過熱部を区分した場
合、始動時に、ボイラ部は直ぐに立ち上がるものの、過
熱部の立ち上げはボイラ部に比べて遅く、立ち上げに時
間がかかるという現象が見いだされた。

【０００４】本発明は、このような現象を解明する過程
でなされたものであり、ボイラ部と過熱部を区分して設
けた場合に、定格に達するまでの始動が速やかにできる
蒸気製造装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１記載の発明は、液体を加熱して蒸気にするボイラ部
と、前記ボイラ部と区分して設けられ、前記蒸気を加熱
して過熱蒸気にする過熱部とから構成され、前記過熱部
は横向きに配設されたことを特徴とする蒸気製造装置で
ある。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、前記横向きは、始動時に、前記ボイラ部からの蒸気
が前記過熱部で凝縮しても、蒸気が軸方向に通過可能な
通路を残す程度に水平姿勢又は水平姿勢から傾斜してい
る向きである。ここでいう傾斜は、先端が上向きの傾斜
に限らず、先端が下向きの傾斜であってもよく、要は凝
縮した液体が溜まってボイラ部の断面を塞ぐことがない
程度に傾斜するものであればよい。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１におい
て、前記過熱部は、管体と、前記管体に巻回された励磁
コイルと、前記励磁コイルにより発生する磁界変化によ
り発熱するとともに、多数の通路が形成された導電性材
料の発熱体とからなる。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項３におい
て、前記発熱体の多数の通路は、前記管体の軸方向に交
差する流れを許容するように形成され、凝縮した液体が
重力で下に向かうようにしたものである。

【０００９】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかにおいて、前記過熱部には食品を調理する処理部
が接続されている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。図１は本発明の過熱蒸気製造装置
の機器構成図である。

【００１１】図１において、蒸気製造装置１は、ボイラ
部２と、過熱部３と、制御部４と、処理部５とからな
る。

【００１２】過熱部３は、水平横向きの管体３１内に、
発熱体３２を収納し、管体３１に励磁コイル３３を巻回
したものである。管体３１は耐熱性、耐蝕性及び耐圧性
に優れたセラミック等の非磁性材料によりパイプ状に形
成されたものである。管体３１内に収納された発熱体３
２は、前記励磁コイル３３により発生する磁界変化によ
り発熱する金属等の導電性材料により多数の通路を形成
したものである。即ち、過熱部３は電磁誘導加熱部とし
て構成されている。また、過熱部３の出口側には、処理
部５が接続されている。図示例の処理部５は過熱蒸気で
食品を調理できるように構成されている。

【００１３】ボイラ部２は、垂直上向きの管体１１内
に、発熱体１２を収納し、管体１１に励磁コイル１３を
巻回したものである。管体１１は耐熱性、耐蝕性及び耐
圧性に優れたセラミック等の非磁性材料によりパイプ状
に形成されたものである。管体１１内に収納された発熱
体１２は、前記励磁コイル１３により発生する磁界変化
により発熱する金属等の導電性材料により多数の通路を
形成したものである。即ち、ボイラ部２も過熱部３と同
様に電磁誘導加熱部として構成されている。

【００１４】このボイラ部２には、液面制御のための立
ち上げ管体１５と、気液分離のためのバイパス管路１６
と、管体１１と立ち上げ管体１５及びバイパス管路１６
に対する共通のヘッダ部１７とが付設されている。また
ヘッダ部１７には、給水系統１８と排水系統１９とが接
続されている。バイパス管路１６は、管体１１からの蒸
気を横向きに壁にぶつけて気液分離を行うＴ字部１６ａ
と、Ｔ字部１６ａで分離された液体をヘッダ部１７に戻
す連結部１６ｂと、Ｔ字部１６ａで分離された蒸気を上
向きから横向きに変えるエルボ部１６ｃとからなってい
る。

【００１５】制御部４は、過熱部３の出口に配設され
た、温度計４１と、立ち上げ管１５に配設されたレベル
計４２と、給水系統１８に取り付けられた電磁開閉弁４
３と、排水系統１９に取り付けられた電磁開閉弁４４
と、コントローラ４５とからなっている。制御部４は、
レベル計４２からの入力に基づき、電磁開閉弁４３をオ
ンオフして供給量を調整し、ボイラ部２の管体１１内の
液体レベルが所定値になるように制御している。排水系
統１９の電磁開閉弁４４は、ボイラ部２の液体内の不純
物が濃縮されないように、電磁開閉弁４３の数回の作動
毎に所定量の液体を排出するためのものである。なお、
ボイラ部２と過熱部３の励磁コイル１３，３３に対する
高周波電源装置１４，３４は、温度計４１からの入力を
受けるコントローラ４５により、所定の出力に制御され
る。

【００１６】特に過熱部３の管体３１と発熱体３２が水
平な横向きに配設されている。過熱部３が横向きとなっ
た蒸気製造装置１の立ち上げ時の作動を以下に説明す
る。なお、液体として水を用いた場合を説明する。

【００１７】ボイラ部２における第１電磁誘導加熱部と
過熱部３における第２電磁誘導加熱部は、同時にスター
トする。ボイラ部２における第１電磁誘導加熱部は水に
漬かっており、直ちに熱交換が可能であるため、発熱体
１２には相当のうず電流が流れ、蒸気は直ぐに発生す
る。発生した蒸気は、バイパス管路１６などを加熱しな
がら、上昇して過熱部３に至る。

【００１８】過熱部３に蒸気が流れてこないと、空焚き
状態となっており、発熱体３２の温度が上がり過ぎない
ように制御される。例えば、発熱体３２を構成する金属
がキューリー点に達する温度以下に制御されている。こ
のような空焚き状態では、発熱体３２には殆ど電流が流
れていない。従って、過熱部３のうち熱容量の少ない発
熱体３２だけが高温になっており、他の部分は冷えたま
まであり、発熱体３２だけで過熱部３を昇温させること
ができない状態になっている。

【００１９】このような発熱体３２に入った蒸気は、発
熱体３２の周囲の管体３１やその他の部分との熱交換で
直ぐに凝縮してしまう。凝縮した水は発熱体３２の熱交
換通路を塞いで溜まる。発熱体３２の水と接する部分は
温度が下がるが、その他の部分の発熱体３２は空焚き状
態のままであるため、依然として発熱体３２には殆ど電
流が流れない。従って、過熱部３の全体が蒸気の凝縮熱
によって１００°Ｃ以下の一定温度で保たれ、発熱体３
２に凝縮水が溜まり続ける。この凝縮水は二点鎖線のよ
うに、発熱体３２の下側に溜まるものの、上側に蒸気の
通路が確保されているため、蒸気は過熱部３の全体に行
き渡る。

【００２０】二点鎖線のように凝縮水が溜まったまま、
１００°Ｃ近くまで過熱部３の温度が上昇すると、過熱
部３における発熱体３２の全体に蒸気が流れはじめる。
すると、発熱体３２による蒸気の過熱が始まり、発熱体
３２にうず電流が流れはじめるとともに、溜まった凝縮
水が蒸発していく。凝縮水が蒸発し終わるまでは、過熱
部３の出口温度は１００°Ｃを越える温度（例えば１６
０°Ｃ）の一定に保たれる。凝縮水が蒸発しおわると、
過熱部３から流れ出る所定量の過熱蒸気の温度が上昇し
始め、例えば２５０°Ｃの設定温度で所定量の過熱蒸気
を発生する定格に達して、始動状態が終わる。大気圧で
２５０°Ｃという所定量の過熱蒸気を連続的、且つ簡単
に得る定格運転に入る。

【００２１】これに対して、過熱部３が上向きに配設さ
れている場合には、凝縮水が発熱体３２の下側の断面を
埋めつくし、栓をした状態になり、発熱体３２の下端よ
り上に蒸気が通りにくい状態になり、始動時の過熱部３
の全体の昇温が大幅に遅れることになる。

【００２２】図２及び図３は、他の蒸気製造装置を示
す。図２の蒸気製造装置１０１の過熱部１０３は、図１
の過熱部３と同じである。ただし、ボイラ部１０２は、
蒸発缶１１１をバーナの炎１２２で加熱して蒸気を発生
させるタイプになっている。図３の蒸気製造装置２０１
の過熱部２０３は、図１の過熱部３を水平面から角度θ
で上向きの斜めに配置したものである。また、ボイラ部
２０２は、蒸発缶２１１内に電気抵抗式加熱のシーズヒ
ータ２２２を配設するタイプになっている。ここで過熱
部２０３の発熱体２３２の傾斜角度θは、過熱部２０３
を１００°Ｃ近くまで昇温する場合に生じる凝縮水が、
発熱体２３２の下端を埋めない程度の角度になってい
る。すると、凝縮水に邪魔されることなく、蒸気が過熱
部２０３の全体に行き渡り、始動時の昇温がスムーズに
行われる。

【００２３】伝熱面積が大きくなるように多層積層構造
体で発熱体を構成すると、通常時の過熱容量が大きい反
面、始動時に凝縮水が溜まりやすい。このような発熱体
の構造を図４及び図５により説明する。なお、発熱体の
構造は、大きさが異なるものの、ボイラ部２及び過熱部
３で同じ形態のものを用いることが好ましい。

【００２４】図４の如くジグザグの山型に折り曲げられ
た第１金属板５３１と平たい第２金属板５３２とを交互
に積層し、全体として円筒状の積層体に形成したもので
ある。この第１金属板５３１や第２金属板５３２の材質
としては、ＳＵＳ４４７Ｊ１の如きマルテンサイト系ス
テンレスが用いられる。

【００２５】図５に示されるように、第１金属板５３１
の山（又は谷）５３３は中心軸５３４に対して角度αだ
け傾くように配設され、第２金属板５３２を挟んで隣り
合う第１金属板５３１の山（又は谷）５３３は交差する
ように配設されている。そして、隣り合う第１金属板５
３１における山（又は谷）５３３の交差点において、第
１金属板５３１と第２金属板５３２がスポット溶接で溶
着され、電気的に導通可能に接合されている。

【００２６】結局、手前側の第１金属板５３１と第２金
属板５３２との間には、角度αだけ傾いた第１小流路５
３５が形成され、第２金属板５３２と奥側の第１金属板
５３１との間には、角度−αだけ傾いた第２小流路５３
６が形成され、この第１小流路５３５と第２小流路５３
６は角度２×αで交差している。また、第１金属板５３
１や第２金属板５３２の表面には、流体の乱流を生じさ
せるための第３小流路としての孔５３７が設けられてい
る。さらに、第１金属板５３１や第２金属板５３２の表
面は平滑ではなく、梨地加工又はエンボス加工によって
微小な凹凸５３８が施されている。この凹凸５３８は山
（又は谷）５３３の高さに比較して無視できる程度に小
さい。

【００２７】励磁コイル１３，３３に高周波電流を流し
て、発熱体１２，３２に高周波磁界を作用させると、第
１金属板５３１と第２金属板５３２の全体に渦電流が生
じ、発熱体１２，３２が発熱する。このときの温度分布
は、第１金属板５３１と第２金属板５３２の長手方向に
延びた目玉型となり、周辺部より中心部の方が発熱し、
中央部を流れようとする流体（液体又は蒸気）の加熱に
有利になっている。

【００２８】また、図５のように、発熱体１２，３２内
には交差する第１小流路５３５と第２小流路５３６が形
成され、周辺と中央との拡散が行われ、加えて第３小通
路を形成する孔５３７の存在によって、第１小流路５３
５と第２小流路５３６間の厚み方向の拡散も行われる。
したがって、これらの小流路５３５，５３６，５３７に
よって発熱体１２，３２の全体にわたる流体（液体又は
蒸気）のマクロ的な分散、放散、揮散が生じる。加え
て、表面の微小な凹凸５３８によってミクロ的な拡散、
放散、揮散も生じる。その結果、発熱体１２，３２を通
過する流体（液体又は蒸気）は略均一な流れになって、
第１金属板５３１及び第２金属板５３２と流体との均一
な接触機会が得られる。その結果液体又は蒸気の均一な
加熱が確保される。

【００２９】このような構造の多層積層構造体において
は、第１金属板５３１や第２金属板５３２が上下の向き
になるようにして管体内に収納することが望ましい。第
１小流路５３５と第２小流路５３６は、管体の軸方向か
ら交差しており、凝縮した液体が重力で下に向かう流れ
を許容する。そのため、多層積層構造体内で凝縮したド
レンは、多層積層構造体の下方に溜まり、多層積層構造
体の上方で蒸気が軸方向に通過可能な通路が残るからで
ある。このような観点からみると、以下に述べる図７や
図８の発熱体も管体の軸方向に交差する流れを許容する
構造になっており、ドレンを下方に溜めるという意味で
好ましい。

【００３０】ところで、金属板５３１，５３２の厚みが
３０ミクロン以上１ｍｍ以下であり、高周波電流発生器
による高周波電流の周波数が１５〜１５０ＫＨｚの範囲
にあるものが好ましい。金属板の厚みが３０ミクロン以
上１ｍｍ以下であると、電力が入り易く、又伝熱面積を
大きくとるための波形等の加工による小流路の確保が容
易になる。また、使用する周波数が１５ＫＨｚ〜１５０
ＫＨｚの範囲であると、励磁コイルの銅損や、スイッチ
ング素子の損失を防止できる。特に、損失が少ない周波
数帯としては、２０〜７０ＫＨｚである。また、発熱体
１２，３２の１立方センチメートル当たりの伝熱面積
が、２．５平方センチメートル以上であるものが好まし
い。発熱体１２，３２の１立方センチメートル当たりの
表面積が２．５平方センチメートル以上、より好ましく
は５平方センチメートル以上になるように金属板を積層
すると、熱交換の効率を上げることができる。また、発
熱体８の表面積１平方センチメートル当たりで加熱すべ
き流体量が、０．４立方センチメートル以下であるもの
が好ましい。発熱体１２，３２の表面積１平方センチメ
ートル当たりの流体量を０．４立方センチメートル以
下、より好ましくは０．１立方センチメートル以下にす
ると、流体に対する伝熱の急速応答性が得られる。

【００３１】上述した構造の発熱体による加熱において
は、電気エネルギーから熱エネルギーへの変換効率が９
２％と極めて高いことが確認されている。例えば、１０
０ｍｍ径、長さ２００ｍｍ、表面積２．２〜６．２ｍ²
の発熱体１２，３２を用いた場合、流体の膜厚（１ｃｍ
³当たりの水膜量）が０．５〜０．２ｍｍと極めて薄膜
状であり、発熱体１２，３２を構成する金属板５３１、
５３２も薄いため、温度差も極めて小さく、熱伝達を素
早く促進できる。したがって、過熱部３がコンパクトで
あっても、大量の過熱蒸気を発生させることが可能にな
る。

【００３２】図６乃至図９は、電磁誘導加熱部に用いら
れる他の発熱体を示す。図４及び図５の発熱体は加熱効
率に優れるが、これに限られるものではない。図６のよ
うに、金属板をクロスさせて断面が格子状となった筒体
の発熱体５０１であっても、電磁誘導加熱が可能で、凝
縮水も溜まりやすい。図７のように、一枚の金属板を相
互間に隙間を有する程度のコイル状に巻いた発熱体５０
２であっても、電磁誘導加熱が可能で、凝縮水も溜まり
やすい。図８のように、金属たわしを詰めた発熱体５０
３であっても、電磁誘導加熱が可能で、凝縮水も溜まり
やすい。更に図９のように、導電性セラミックの筒体の
軸方向に多数の貫通穴を開口させた発熱体５０４であっ
ても、上向きにした場合、貫通穴の大きさによって、凝
縮水が溜まる場合がある。その場合には、発熱体５０４
を水平姿勢又は水平姿勢から上向きに傾斜させると、凝
縮水で一端が栓される状態にならない。

【００３３】なお、励磁コイル１３，３３は、リッツ線
を撚り合わせたものが好ましく、管体１１，３１の外周
に巻回されるか、又は管体の肉厚内に巻回して埋設され
る。管体１１，３１は、励磁コイル１３，３３を保持
し、流体通路を区画し、その通路内に発熱する発熱体１
２，３２を収納するものであるため、耐蝕性、耐熱性、
耐圧性があって非磁性体の材質で形成される。具体的に
は、セラミック等の無機質材料、ＦＲＰ（繊維強化プラ
スチック）、フッ素樹脂等の樹脂材料、ステンレス等の
非磁性金属等が用いられるが、セラミックが最も好まし
い。発熱体１２，３２には、強磁性体の導電性材料であ
って、且つ耐蝕性に優れたマルテンサイト系ステンレス
が好ましいが、これに限らない。非磁性又は弱磁性の導
電性材料であるＳＵＳ３０４であってもよいし、非磁性
の導電性材料である炭素又は炭素化合物（セラミック）
も使用可能である。

【００３４】また、図示例は、大気圧の過熱蒸気１００
％による非酸素雰囲気とすることができる装置であった
が、過熱蒸気に空気、窒素その他のガスを混ぜて、高温
渇き状態の混合ガスを得る装置とすることもできる。こ
の場合、図１のａ点に所定の加熱気体を吹き込む構造に
すればよい。更に、液体としての水を過熱蒸気にする場
合を説明したが、水以外の沸点を有する炭化水素類の液
体でも本装置が適用可能である。

【００３５】

【実施例】蒸気発生量６．５ｋｇ／Ｈｒ（定格時）、使
用過熱蒸気温度２５０°Ｃ（定格時）の能力を有する図
１の蒸気製造装置を用いて、過熱部を水平姿勢の横向き
にした場合と、垂直姿勢にした場合との立ち上げ時間を
測定した。

【００３６】過熱部を水平姿勢の横向きにした場合に
は、５〜６分で定格に達する高速立ち上げが可能であっ
たが、過熱部を垂直にした場合には、１０〜２０分と時
間がかかった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、ボイラ部からの蒸気が過熱部で凝縮しても、過
熱部が横向きとなっているため、過熱部の入口を凝縮液
体が栓をする状態にならず、蒸気が過熱部の全体に行き
渡り、過熱部の凝縮温度以上への加熱が速やかに行わ
れ、始動時の時間が早くなる。

【００３８】請求項２の発明によると、横向き姿勢は、
蒸気が軸方向に通過できる程度に傾いた横向きであって
もよいため、機器配置の自由度が増す。

【００３９】請求項３の発明によると、蒸気を過熱する
際に、発熱体として、流体接触面積を大きく、流体が規
則的に分散、拡散、放散、揮散させられる形態のものを
使用することよって、極めて熱交換性が高くなって配管
途中に組み込めるので、コンパクトの機器構成で、大量
の過熱蒸気を連続的に得ることが出来る。

【００４０】請求項４の発明によると、凝縮した液体が
発熱体の下方に溜まり、発熱体の上方に蒸気が通る通路
が確保される。

【００４１】請求項５の発明によると、過熱蒸気で食品
を調理する場合に、スタートアップが迅速に行われて使
いやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気製造装置の機器構成図である。

【図２】本発明の他の蒸気製造装置の機器構成図であ
る。

【図３】本発明の他の蒸気製造装置の機器構成図であ
る。

【図４】発熱体の全体斜視図である。

【図５】発熱体の詳細構造図である。

【図６】他の発熱体の構造図である。

【図７】他の発熱体の構造図である。

【図８】他の発熱体の構造図である。

【図９】他の発熱体の構造図である。

【符号の説明】

１蒸気製造装置２ボイラ部３過熱部３１管体３２発熱体３３励磁コイル５３１第１金属板５３２第２金属板５３５第１小流路５３６第２小流路５３７第３小流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を加熱して蒸気にするボイラ部と、
前記ボイラ部と区分して設けられ、前記蒸気を加熱して
過熱蒸気にする過熱部とから構成され、前記過熱部は横
向きに配設されたことを特徴とする蒸気製造装置。
【請求項２】前記横向きは、始動時に、前記ボイラ部
からの蒸気が前記過熱部で凝縮しても、蒸気が軸方向に
通過可能な通路を残す程度に水平姿勢又は水平姿勢から
傾斜している向きである請求項１記載の蒸気製造装置。
【請求項３】前記過熱部は、管体と、前記管体に巻回
された励磁コイルと、前記励磁コイルにより発生する磁
界変化により発熱するとともに、多数の通路が形成され
た導電性材料の発熱体とからなる請求項１又は２記載の
蒸気製造装置。
【請求項４】前記発熱体の多数の通路は、前記管体の
軸方向に交差する流れを許容するように形成され、凝縮
した液体が重力で下に向かう請求項３記載の蒸気製造装
置。
【請求項５】前記過熱部に食品を調理する処理部が接
続された請求項１〜４記載のいずれかのに記載の蒸気製
造装置。