WO2014136826A1 - 加熱媒体発生装置及び該加熱媒体発生装置を含む加熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質で食品等を加熱加工可能な加熱媒体を発生し得る加熱媒体発生装置及び加熱媒体発生装置を含む加熱処理装置の低価格化の要請に対応し得ることである。また、省エネルギ化、軽量化及び装置製造工程・時間の短縮化を図ることである。 【解決手段】断熱性を有する外装体５と、外装体５内に配される遠赤外線放射ヒーター１１と、給水部１８と吐水部１９を備えるとともに外装体５の一端側から他端側に向けて配設され、内部空間を加熱媒体用供給水が通過する熱交換パイプ１３と、遠赤外線放射ヒーター１１から放射された遠赤外線を反射し、再度熱交換パイプ１３へと放射可能な第一反射部材２３とで構成する。

Description

加熱媒体発生装置及び該加熱媒体発生装置を含む加熱処理装置

　本発明は、例えば、高品質で食品等を加熱加工可能な加熱媒体を発生し得る加熱媒体発生装置、及びその加熱媒体発生装置を用いて食品等の処理対象物を高品質で加熱処理可能な加熱処理装置に関する。

　従来、本発明者等は、過熱水蒸気加熱技術を応用した高品質調理、食材加工システムとして、所定温度及び所定圧力で水を沸騰させ、高温微細水滴（熱水）と過熱水蒸気からなる加熱媒体（気液混合体）を生成し、その加熱媒体（気液混合体）を所定温度に加熱した加熱処理室内に噴霧することにより、前記加熱媒体（気液混合体）が混在する状態の加熱処理雰囲気に調整する新規な加熱処理方法及び加熱処理装置に関する開発・特許化を図ってきた（特許文献１参照。）。

　また、加熱対象・目的に応じた最適加熱処理として新規な加熱媒体以外に、飽和水蒸気、過熱水蒸気を同一の装置にて発生させる方法及び発生装置についても開発し、特許出願している（特許文献２参照。）。

　さらに、新規な加熱媒体の発生条件（臨界内部圧力の発見）を明らかにして安定的な制御方法についても開発し、特許出願している（特許文献３参照。）。

　また、ユニット化され、様々な機器に接続可能な新規な加熱媒体の発生装置についても開発し、特許出願している（特許文献４参照。）。

　本発明者等が先に開発した加熱媒体発生装置及び加熱処理装置は当初の課題を十分に達成し得るものではあるが、昨今、装置全体のコンパクト化及び低価格化の要請があり、本発明者等はこのコンパクト化及び低価格化の要請に応えるべく本発明の開発に至ったものである。

　本発明者等が先に提案している特許文献４に開示の加熱媒体発生装置の場合、電熱式発生機又は蒸気式発生機があり、電熱式発生機の場合、装置内部に発熱体として電熱線が用いられていた。
すなわち、コイル形状に形成された熱交換パイプの外周に、熱交換パイプよりも大径のコイル状に形成した電熱ヒーターを密着状態で取り付けて断熱構造のハウジング内に配設するとともに、高熱伝導率を持った熱伝セメント（例えば、米国サーモン・マニュファクチュアリング社製）を、前記ハウジング内に充填して構成していた。
このように、特許文献４では、電熱線と熱交換パイプとの間の伝導電熱によって熱伝達を図っていたものである。

　しかし、上述した加熱媒体発生装置及びこの加熱媒体発生装置を用いた加熱処理装置では、電熱線や熱伝セメントの価格が高価であり、さらに熱伝セメントのハウジング内への充填作業及び硬化作業などの製造工程に時間を要していたものである。その結果、加熱媒体発生装置及び加熱媒体発生装置を用いた加熱処理装置の製品価格を抑えることが困難であった。また、熱伝セメントを充填することから装置全体の重量も嵩張りコンパクト化の要請には応えられていなかった。

特許第４３３６２４４号公報 特開２００７－６４５６４号公報 特開２００９－９１３８６号公報 特開２０１１－１０６７３３号公報

　本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的とするところは、低価格化の要請に対応し得る加熱媒体発生装置及び加熱処理装置を提供することである。また、省エネルギ化、軽量化及び装置製造工程・時間の短縮化を図ることも目的としている。

　このような目的を達成するために、第１の発明は、断熱性を有する外装体と、
　外装体内に配される遠赤外線放射ヒーターと、
　給水部と吐水部を備えるとともに外装体の一端側から他端側に向けて配設され、内部空間を加熱媒体用供給水が通過する熱交換パイプと、
　遠赤外線放射ヒーターから放射された遠赤外線を反射し、再度熱交換パイプへと放射可能な第一反射部材とからなることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、加熱媒体の熱交換方式として、従来の電熱線・熱伝セメントを用いた伝導伝熱方式に代えて、遠赤外線ヒーターを用いた放射伝熱方式とするとともに、遠赤外線の放射熱を反射させて繰り返し放射可能な構成とした。これにより、製造コストを低く抑えることが可能であると共に、装置製造工程も簡素化することに成功したため、大幅なコスト低減の実現となった。また、本発明のように第一反射部材を配設したことにより、単に遠赤外線の放射熱を一方通行で熱交換パイプに放射するだけではなく、遠赤外線の放射熱を第一反射部材によって反射させて再び熱交換パイプへと放射させることが可能であるため、伝熱効率も高くなり、全体として省エネルギ化が図れ、かつ従来のように熱伝セメントを採用していないため、装置全体の軽量化及び装置製造時間の短縮化も図れた。

　第２の発明は、第１の発明において、遠赤外線放射ヒーターは、棒状に形成され、外装体の一端から他端にわたってその内部空間の中心位置に配設され、
　熱交換パイプは、コイル状に形成され、遠赤外線放射ヒーターとの間に所定の間隔をあけるとともに、遠赤外線放射ヒーターの長さ方向に巻回状に配設されており、
　第一反射部材は、前記熱交換パイプの長さ方向全域を覆う全体筒状に形成され、熱交換パイプとの間に所定の間隔をあけて配されていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、外装体内の中心に配された棒状の遠赤外線放射ヒーターの周りにコイル状に形成した熱交換パイプが配され、その熱交換パイプとの間に所定の間隔をあけて筒状の第一反射部材が覆っているため、遠赤外線放射ヒーターから放射された熱は、熱交換パイプ内を通過してパイプ内の加熱媒体に伝熱する。そして、熱交換パイプを通過した放射熱は、第一反射部材で反射して再度熱交換パイプ内を通過してパイプ内の加熱媒体に伝熱する。このように本発明の構成によれば、遠赤外線放射ヒーターから放射された熱は、繰り返し熱交換パイプ内を通過して加熱媒体に伝熱するため、効率的な伝熱効果が発揮される。

　第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、外装体は、外筒と、外筒の内面側に備えられる断熱材とで内部を密閉空間とする全体筒状に形成されていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである

　本発明によれば、外装体内が断熱性を有する密閉空間とし得るため、遠赤外線放射ヒーターからの放射熱を外部に逃すことなく有効利用して伝熱効率を向上せしめることが可能である。

　第４の発明は、第３の発明において、第一反射部材は、筒状に形成され、断熱材の内面に配設されていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、第一反射部材を筒状に形成したため、遠赤外線放射ヒーターからの放射熱は、その筒状の面部に反射して再度熱交換パイプに戻ってくるため伝熱効果が高い。

　第５の発明は、第４の発明において、第一反射部材の内面は、鏡面仕上げされていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、第一反射部材の内面が鏡面仕上げされていることから、第一反射部材に対する放射熱の反射効率が高い。

　第６の発明は、第１の発明乃至第５の発明のいずれかにおいて、遠赤外線放射ヒーターは単数配設されていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、装置全体のコンパクト化が図れる。

　第７の発明は、第１の発明乃至第５の発明のいずれかにおいて、遠赤外線放射ヒーターは複数配設されていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、遠赤外線放射ヒーターが複数本配設されていることから、装置内の伝熱効率が向上する。

　第８の発明は、第７の発明において、外装体の長さ方向にわたって内部空間に配される熱交換パイプの中心領域には、前記内部空間の長さ方向にわたる第１領域～第ｎ領域の複数の領域が並設され、
　遠赤外線放射ヒーターは、これら複数の領域にそれぞれ独立して配設されており、
　それぞれの遠赤外線放射ヒーターが配設されているそれぞれの領域は、遠赤外線放射ヒーターから放射された遠赤外線をそれぞれ反射し、再度熱交換パイプへとそれぞれ放射可能な第二反射部材によって仕切られていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、単に遠赤外線の放射熱を一方通行で熱交換パイプに放射するだけではなく、遠赤外線の放射熱を第一反射部材によって反射させて再び熱交換パイプへと放射させ、さらに、第二反射部材によって再び反射させて熱交換パイプへと放射可能である。よって、繰り返し放射熱による熱伝達が行なわれることとなるため、伝熱効率も高くなり、全体として高い省エネルギ化が図れた。

　第９の発明は、第８の発明において、第二反射部材の表面は、鏡面仕上げされていることを特徴とする加熱媒体発生装置としたことである。

　本発明によれば、第二反射部材の表面が鏡面仕上げされていることから放射熱の反射効率が高くなり、伝熱効率も高くなる。

　第１０の発明は、第１の発明乃至第９の発明のいずれかの加熱媒体発生装置を構成要素とする加熱処理装置であって、
　吐水部には加熱媒体発生装置によって発生した加熱媒体を噴射する加熱媒体噴射ノズルが接続されており、
　加熱媒体は、噴射ノズル内で、０．０１ＭＰａ～０．３０ＭＰａ、１０５℃～１５０℃の範囲に制御されており、
　加熱媒体は、熱交換パイプ内に供給された供給水を所定温度及び所定圧力で沸騰させることで熱交換パイプ内に生成される水蒸気と熱水からなる気液混合体であって、
　前記加熱媒体噴射ノズルを介して前記加熱媒体を加熱処理室内に噴射することにより、加熱処理室内を過熱水蒸気と高温微細水滴が混在する状態の加熱処理雰囲気に調整されることを特徴とする加熱処理装置としたことである。

　本発明によれば、本発明の加熱媒体発生装置を用いることで、加熱処理装置全体のコンパクト化及び低価格化の要請に対応し得る。

　本発明によれば、コンパクト化及び低価格化の要請に対応し得る加熱媒体発生装置及び加熱処理装置を提供できた。また、本発明によれば、省エネルギ化、軽量化及び装置製造工程・時間の短縮化をも図ることができた。

本発明の加熱処理装置の一実施例を示す概略正面図である。 本発明の加熱媒体発生装置の第一の実施例を一部断面して示す概略正面図である。 本発明の加熱媒体発生装置の第一の実施例を一部断面して示す概略側面図である。 本発明の加熱媒体発生装置の第二の実施例を一部断面して示す概略正面図である。 本発明の加熱媒体発生装置の第二の実施例を一部断面して示す概略側面図である。 本発明の加熱媒体発生装置の第三の実施例を一部断面して示す概略正面図である。 本発明の加熱媒体発生装置の第三の実施例を一部断面して示す概略側面図である。 本発明の加熱媒体発生装置に接続されたノズル内の内圧と水蒸気水滴流量曲線との関係を示す図である。 従来の加熱媒体発生装置と本発明の加熱媒体発生装置のそれぞれに接続されたノズル内温度制御安定性を比較した図で、（ａ）は従来の電熱線方式の加熱媒体発生装置の場合、（ｂ）は本発明の加熱媒体発生装置の場合をそれぞれ示す。

　以下、本発明の加熱媒体発生装置及び加熱媒体発生装置を用いた加熱処理装置に関する一実施形態について説明する。なお、本実施形態は本発明の一例にすぎずなんらこれに限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。

　図１は本発明の加熱媒体発生装置を用いた本発明の加熱処理装置の一例を示す概略図、図２乃至図７は本発明の加熱媒体発生装置の一例を示す概略図である。

　加熱処理装置は、加熱処理室１と、加熱処理室１内に備えられ、加熱処理室１内を所定温度に加熱する処理室内加熱機構２と、加熱処理室１内に加熱媒体を噴射する加熱媒体発生装置３とで構成されている（図１参照。）。

　加熱処理室１は、例えば、処理対象物を投入する図示しない投入口を備えた非密閉状でかつ所定長さの矩形状に形成されている（図１参照。）。
加熱処理室１の全体長さ・全体形状・構造などは本発明の範囲内で設計変更可能である。
また、加熱処理室１は、後述するように室内空間を所定温度以上に加熱制御するため、断熱性を有する材質（保温可能な材質）を選定して形成する。なお、加熱処理室１は、室内空間を所定温度以上に加熱制御処理可能な構成を備えているものであれば、例えば、処理室１の一方に投入口、他方に排出口を備えるとともに、投入口から排出口にわたって処理対象物を搬送可能なチェーンコンベアなどの搬送機構を備え、対象物を連続処理可能なように構成するものであっても本発明の範囲内である。

　処理室内加熱機構３は、例えば、周知の室内加熱ヒーターが想定される。本実施例では、この処理室内加熱機構（室内加熱ヒーター）３によって、加熱処理室１内全体を、常圧で、かつ１０５℃～１５０℃程度（好ましくは１１５℃程度）に加熱制御している。
なお、処理室内加熱機構３の形状・構造及び配設数量などについては、適宜設計変更可能であって、何等本実施例に限定解釈されるものではない。

　加熱媒体発生装置３は、本実施例では次の構成を採用している。

　加熱媒体生成装置３は、断熱性を有する外装体５と、外装体５内に配され、後述する熱交換パイプ１３内に供給される加熱媒体用供給水に伝熱する遠赤外線放射ヒーター１１と、遠赤外線放射ヒーター１１から放射された遠赤外線を反射し、再度熱交換パイプ１３へと放射可能な第一反射部材２３と、外装体５の側面一端側５ａに給水部１８を外装し、外装体５の側面他端側５ｂに吐水部１９を外装するとともに、その外装体５の一端側５ａから他端側５ｂに向けて給水部１８と吐水部１９にわたって連続して配設され、内部空間に供給される加熱媒体用供給水を前記遠赤外線放射ヒーター１１からの放射熱（所定温度）及び所定圧力で沸騰させて加熱媒体を生成する熱交換パイプ１３とで構成されている（図１乃至図３参照。）。

　外装体５は、例えば所定長さ・所定径（外径・内径）の筒状に形成された外筒７と、外筒７の内面側に筒状に備えられる断熱材９とで内部を密閉空間とする断熱性を有する全体筒状に形成されている。

　外筒７は、所定の金属材料で両端を非開放とした円筒状に形成されている。本実施例では、両端開放状の筒本体７ａと、該筒本体７ａの両端を閉鎖する左右の円盤状の蓋部７ｂ，７ｂとにより、両端を非開放とした円筒状に形成している。
外筒７の全体長さ・全体形状・筒外径・筒内径などは本発明の範囲内で設計変更可能である。また、材質も本発明の範囲内で設計変更可能であって何ら限定解釈されるものではない。

　断熱材９は、グラスウール・ウレタンフォームなどからなり、外筒７の内面に密着させて備えられる所定内径を有した円筒状に形成されている。断熱材９は本発明の範囲内で周知のものが用いられ、その材質や筒状の肉厚（外径９ａと内径９ｂとの間の厚み）なども本発明の範囲内で設計変更可能である。なお、断熱材９は、外装体５として所定の断熱性を有する程度に厚みをもって配される必要があるが、その中空の内部に遠赤外線放射ヒーター１１と熱交換パイプ１３と第一反射板２３とを配設可能に構成する必要がある。

　遠赤外線放射ヒーター１１は、所定長さ・所定径の単一の真直ぐな棒状に形成され、外装体５の一端側５ａから他端側５ｂにわたってその外装体５の内部空間の中心位置に配設されている（図２及び図３参照。）。
　なお、本実施例では、遠赤外線放射ヒーター１１を単数配設した実施の一形態を想定している。
　また、遠赤外線放射ヒーター１１は、本実施例では電気式の遠赤外線放射ヒーター１１を想定しているが、遠赤外線放射ヒーター１１は電機式であってもガス式であってもよく、本発明の範囲内で周知のものが採択可能である。

　熱交換パイプ１３は、内部空間を加熱媒体用供給水が通過する所定内径の中空の金属製パイプからなり、これを所定ピッチで所定の巻回数のコイル状に形成し、外装体５の中心位置に配した前記遠赤外線放射ヒーター１１の外周（外径１１ａ）との間に所定の間隔１５をあけて、前記遠赤外線放射ヒーター１１の長さ方向に巻回状に配設されている（図２及び図３参照。）。
また、熱交換パイプ１３は、後述する第一反射部材２３との間においても所定の間隔１７をあけて配設されている（図２及び図３参照。）。
遠赤外線放射ヒーター１１の外周と熱交換パイプ１３の間隔１５については、遠赤外線放射ヒーター１１の中心点と熱交換パイプ１３の中心点までの距離が１～２０ｍｍ程度で、好ましくは１０～１３ｍｍが効率が良く、熱交換パイプ１３の中心点と第一反射部材２３の内面までの距離が１～１８ｍｍ程度で、好ましくは２～５ｍｍが効率が良い。
すなわち、遠赤外線放射ヒーター１１の外径１１ａ＜熱交換パイプ１３のコイル内径１３ｂ、熱交換パイプ１３のコイル外径１３ａ＜第一反射部材２３の内径２３ｂの関係を有している（図３参照。）。
なお、熱交換パイプ１３の材質は特に限定されないが、熱伝導率に優れた金属材を採択するのが好ましい。

　本実施例において熱交換パイプ１３は、黒色耐熱塗装が施されており、熱吸収率を高めている。
　そして、熱交換パイプ１３の一端側には、図示しない給水源と熱交換パイプを接続する給水部（給水ポート）１８が備えられ、他端側には、吐水部（吐水ポート）１９が備えられ、吐水部１９には、熱交換パイプ１３によって生成された加熱媒体を、熱交換パイプ１３から加熱処理室１へと噴射する加熱媒体噴射ノズル２１が接続されている（図１及び図２参照。）。
　ちなみに、前記加熱媒体噴射ノズル２１は、本実施例では、例えば、ノズル内径を０．１ｍｍ～１０ｍｍ（好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍ）としている。

　第一反射部材（反射筒）２３は、前記断熱材９の内面（内径９ｂ）と密着させて配設される所定の外径２３ａを有した中空の金属製の筒部材で、前記熱交換パイプ１３の長さ方向全域を覆う全体円筒状に形成されている。
また、前記熱交換パイプ１３との間に所定の間隔１７をあけて配することの可能な内径２３ｂを有している。
すなわち、第一反射部材２３の内径２３ｂ＞熱交換パイプ１３のコイル外径１３ａの関係を有する（図３参照。）。
　また、放射熱の反射効率を高めるため、第一反射部材２３の内面（内径２３ｂ）は、鏡面仕上げされているのが好ましい。

　本実施例によれば、図示しない所定のポンプ（例えば電磁定量ポンプなどを想定）を介して給水源から給水部（給水ポート）１８を通過して熱交換パイプ１３内に供給された加熱媒体用供給水は、所定径の熱交換パイプ１３内で、遠赤外線放射ヒーター１１から放射された熱及び所定の圧力によって沸騰させられる。
熱交換パイプ１３内に供給される水量は、パイプ径・パイプ長さによって調整されるが、本実施例では、例えば０．７ｇｒ／ｓｅｃ以上、好ましくは０．７ｇｒ／ｓｅｃ～２５ｇｒ／ｓｅｃとする。これにより加熱媒体用供給水は所定の圧力が掛かった状態で加熱されることとなる。

　本発明の加熱処理装置の作動について以下に説明する。

　まず、給水源から定量ポンプにより給水部１８を介して加熱媒体発生装置３の熱交換パイプ１３内に、０．７ｇｒ／ｓｅｃで加熱媒体用供給水を供給する。
遠赤外線放射ヒーター１１からの放射熱は、熱交換パイプ１３に伝熱して熱交換パイプ１３自体を加熱するとともに、前記熱交換パイプ１３内を通過して熱交換パイプ１３内に供給される加熱媒体用供給水に伝達される。
さらに、前記放射熱は、熱交換パイプ１３を通過し、そして第一反射部材２３によって反射して再度熱交換パイプ１３内を通過させることによって、再度供給水に伝熱する。
このようにして、前記供給水を所定温度、例えば１２０℃（好ましくは１０５℃～１５０℃）及び所定圧力、例えば０．１９ＭＰａ（好ましくは、０．０１ＭＰａ～０．３０ＭＰａ）で沸騰させることで熱交換パイプ１３内には水蒸気５０と熱水５２からなる気液混合体（加熱媒体）が生成される（図１参照。）。

　そして、加熱媒体噴射ノズル２１を介し、前記したように１１５℃程度に加熱制御された加熱処理室１内に前記気液混合体（水蒸気５０と熱水５２）を噴出することにより、前記加熱処理室１内が過熱水蒸気６０と高温微細水滴６２が混在する状態の加熱媒体で満たされた加熱処理雰囲気７０に調整される（図１参照。）。

　前記気液混合体（水蒸気５０と熱水５２）は、処理対象物の加熱処理中において、連続して噴射されるものであっても、断続して噴射されるものであってもよい。

　本実施例によれば、遠赤外線放射ヒーター１１から放射された熱が、黒色耐熱塗装を施して熱吸収効率を高めた熱交換パイプ１３内を通過して熱交換パイプ１３内の加熱媒体に伝熱し、さらに熱交換パイプ１３を通過した放射熱は、鏡面仕上げされた第一反射部材２３で反射して再度熱交換パイプ１３内を通過して熱交換パイプ１３内の加熱媒体用供給水に伝熱する。図中の矢印は放射熱の放射方向の一例を示す。

　このように遠赤外線放射ヒーター１１から放射された熱は、繰り返し熱交換パイプ１３内を通過して加熱媒体用供給水に伝熱するため、効率的な伝熱効果が発揮され、短時間で加熱媒体供給水を加熱して加熱媒体を生成する。

　すなわち、単に遠赤外線の放射熱を一方通行で熱交換パイプ１３に放射するだけではなく、遠赤外線の放射熱を第一反射部材２３によって反射させて再び熱交換パイプ１３へと放射させることが可能であるため、伝熱効率も高くなり、短時間で加熱媒体の生成がなし得る。

　したがって、全体として省エネルギ化（コスト減）が図れる。また、従来のように熱伝セメントを採用していないため、装置全体の軽量化及び装置製造時間の短縮化も図れる。具体的には、例えば、電熱線を用いた本発明者等の特許文献４に開示の加熱媒体発生装置（従来の加熱媒体発生装置）を用いた加熱処理装置と比した場合、本実施例の加熱媒体発生装置３を用いた加熱処理装置によれば、製造コストが６０％以上節減され、４０％の省エネルギ化、５０％の軽量化も図れた。

　また、本実施例では、外筒７の蓋部７ｂ，７ｂの外方（筒長さ方向の外方）にそれぞれ相対向せしめて、蓋部７ｂ，７ｂと同一径の円板４７，４７を備えている。
円板４７には、遠赤外線放射ヒーター１１の端部をそれぞれ固定している。そして、蓋部７ｂと円板４７との間、及び蓋部７ｂと円板４７との間には、それぞれ所定の間隙４８，４８を形成し、遠赤外線放射ヒーター１１からの排熱を目的としている。

　図８は、本実施例の加熱媒体発生装置３において、熱交換パイプ１３と接続された加熱媒体噴射ノズル２１内の温度を１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃に設定し、供給水量を毎分１４g－１４０g程度まで変化させたときの加熱媒体噴射ノズル２１の内圧（ＭＰａ）と供給水量（ｇ／ｍｉｎ）の関係を示す。図中「▲」印は加熱媒体噴射ノズル２１内の温度１１０℃のときの加熱媒体噴射ノズル２１の内圧（ＭＰａ）と供給水量（ｇ／ｍｉｎ）の関係、「●」印は加熱媒体噴射ノズル２１内の温度１２０℃のときの加熱媒体噴射ノズル２１の内圧（ＭＰａ）と供給水量（ｇ／ｍｉｎ）の関係、「■」印は加熱媒体噴射ノズル２１内の温度１３０℃のときの加熱媒体噴射ノズル２１の内圧（ＭＰａ）と供給水量（ｇ／ｍｉｎ）の関係、「◆」印は加熱媒体噴射ノズル２１内の温度１４０℃のときの加熱媒体噴射ノズル２１の内圧（ＭＰａ）と供給水量（ｇ／ｍｉｎ）の関係、「★」印は加熱媒体噴射ノズル２１内の温度１５０℃のときの加熱媒体噴射ノズル２１の内圧（ＭＰａ）と供給水量（ｇ／ｍｉｎ）の関係をそれぞれ示す。
例えば加熱媒体噴射ノズル２１内の温度が１１０℃の場合、供給水量を増加させていき、毎分１１．０４ｇとなった段階で加熱媒体噴射ノズル２１の内圧が０．１４２ＭＰａに達した後は、加熱媒体（水蒸気５０と熱水５２からなる気液混合体）が発生する。同じく、ノズル内温度が１２０℃の場合、供給水量を増加させていき、毎分１６．５３ｇとなった段階でノズル内圧が０．１８６ＭＰａに達した後は、加熱媒体（水蒸気５０と熱水５２からなる気液混合体）が発生する。同じく、ノズル内温度が１５０℃の場合、供給水量を増加させていき、毎分３６．８５ｇとなった段階でノズル内圧が０．４７６ＭＰａに達した後は、加熱媒体（水蒸気５０と熱水５２からなる気液混合体）が発生する。
なお、図８中に記した「水滴」とは本明細書における「熱水」と同義語である。
本実施例の加熱媒体発生装置３によれば、１１０℃～１５０℃のノズル２１内の温度において加熱媒体の発生量が得られることが示されているが、幅広い温度（１０５℃～１５０℃）において加熱媒体の発生量が得られることが分かった。

　図９は、加熱媒体噴射ノズル２１内の昇温速度と制御安定性を表した図で、図９（ａ）は従来の加熱媒体発生装置を用いた加熱処理装置、図９（ｂ）は本実施例の加熱媒体発生装置３を用いた加熱処理装置のそれぞれのデータを表している。
図９（ａ）における従来の加熱媒体発生装置は最大出力４．９６ｋｗで、図９（ｂ）の本実施例の加熱媒体発生装置３は最大出力２．０ｋｗで、同量の給水における温度の立ち上がり速度において同等の性能が確認された。
更に、本実施例の加熱媒体発生装置３を用いた場合の方が、従来の加熱媒体発生装置を用いた場合に比して高精度な温度制御が安定して得られることも証明された。
「実施例２」

　図４及び図５は本発明加熱媒体発生装置の第２の実施例を示し、本実施例では、単一の加熱媒体発生装置３内に３個の遠赤外線放射ヒーター１１，１１，１１を配設した実施の一例を想定している。

　外装体５内の長さ方向にわたって配される熱交換パイプ１３のコイル形状の中心領域には、コイル形状の内部空間の長さ方向にわたる第１領域２５～第３領域２７が並設され、遠赤外線放射ヒーター１１，１１，１１は、これらの領域２５～２７にそれぞれ独立して配設されている。

　第１領域２５～第３領域２７は、遠赤外線放射ヒーター１１から放射された遠赤外線をそれぞれ反射し、再度熱交換パイプ１３へとそれぞれ放射可能な第二反射部材２８で仕切られることによって構成されている。

　第二反射部材２８は、第１領域２５、第２領域２６、第３領域２７が、１２０度毎に均等に区切られるように仕切り板３０，３１，３２が備えられている。
　仕切り板３０，３１，３２は、それぞれの基端側を合わせるとともに、それぞれ６０度毎に均等に領域が区切られるように立ち上げ形成されている。すなわち、外筒７の長さ方向に外筒７と略同一長さで、かつ所定の高さで立ち上げ形成されている。
本実施例では、それぞれの仕切り板３０，３１，３２の上端（遊端）３０ａ，３１ａ，３２ａがコイル形状を有する熱交換パイプ１３の内面（内径１３ｂ）に接する程度の高さに設定されている。
　第二反射部材２８の表面、すなわち、各仕切り板３０，３１，３２の表面は、それぞれ鏡面仕上げされている。

　したがって、本実施形態では、中心に第二反射部材２８、第１領域２５～第３領域２７、各遠赤外線放射ヒーター１１，１１，１１、熱交換パイプ１３、第一反射部材２３、断熱材９、外筒７の順に内方から外方に向けて配設されている。

　本実施例によれば、熱交換パイプ１３には、各遠赤外線放射ヒーター１１，１１，１１からの放射熱がそれぞれ通過し、熱交換パイプ１３内部を流通する供給水に伝熱する。
そして本実施例によれば、熱交換パイプ１３を通過した放射熱が、第一反射部材２３によって反射されて再び熱交換パイプ１３内を通過して供給水に伝熱する。
さらに、熱交換パイプ１３を通過した放射熱は、第二反射部材２８の各仕切り板３０，３１，３２によって反射されて再び熱交換パイプ１３内を通過して供給水に伝熱する。
このように、それぞれの遠赤外線放射ヒーター１１…は、第一反射部材２３と第二反射部材２８によって囲われるとともに、その囲われた領域内を熱交換パイプ１３が通過しているため、上述のような作用が繰り返し行なわれ、伝熱効率が極めて高く短時間で加熱媒体の生成が可能である。図中の矢印は放射熱の放射方向の一例を示す。

　また、本実施例では、それぞれの仕切り板３０，３１，３２の上端（遊端）３０ａ，３１ａ，３２ａがコイル形状を有する熱交換パイプ１３の内面（内径１３ｂ）に接している形態としているが、非接触とすることも可能で本発明の範囲内である。
仕切り板３０，３１，３２の厚みは特に限定されず本発明の範囲内で設計変更可能である。また、本実施例において、仕切り板３０，３１，３２は、それぞれが連続した一つの板部材としているが、長さ方向で複数に分割されて断続的に配設される形態でもよい。

　本実施例は、第二反射部材２８を備えて第１領域２５～第３領域２７を形成するとともに、それぞれの領域２５～２７に、それぞれ遠赤外線放射ヒーター１１を配設した点に特徴的な構成を有しているが、それ以外の構成・作用効果については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。
「実施例３」

　図６及び図７は本発明加熱媒体発生装置３の第３の実施例を示し、本実施例では、単一の加熱媒体発生装置３内に６個の遠赤外線放射ヒーター１１，１１，１１，１１，１１，１１を配設した実施の一例を想定している。

　外装体５内の長さ方向にわたって配される熱交換パイプ１３のコイル形状の中心領域には、コイル形状の内部空間の長さ方向にわたる第１領域３３～第６領域３８が並設され、遠赤外線放射ヒーター１１，１１，１１，１１，１１，１１は、これらの領域３３～３８にそれぞれ独立して一本ずつ配設されている。

　第１領域３３～第６領域３８は、遠赤外線放射ヒーター１１，１１，１１，１１，１１，１１から放射された遠赤外線をそれぞれ反射し、再度熱交換パイプ１３へとそれぞれ放射可能な第二反射部材３９で仕切られることによって構成されている。

　第二反射部材３９は、第１領域３３、第２領域３４、第３領域３５、第４領域３６、第５領域３７、第６領域３８が、それぞれ６０度毎に均等に区切られるように仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５が備えられている。
なお、本実施例では、外筒７の一端部７ａから他端部７ｂにわたる長さのパイプ４６を中心に設け、そのパイプ４６の外径４６ａから所定間隔おきに仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５を一体に立ち上げ形成して第二反射部材３９を構成している。
仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５は、パイプ４６の軸方向中心からそれぞれ６０度毎に均等に区切られる位置で立ち上げ形成されている。すなわち、パイプ４６の外径において、パイプ４６の長さ方向にパイプ４６と同一長さで、かつ所定の高さで立ち上げ形成されている。

　このようにパイプ４６を有する形態とした理由は、それぞれの領域３３～３８の空間に遠赤外線放射ヒーター１１…が、その周囲に空間を形成した状態で配設することが可能なように可能な限り広い空間を形成するためである。
　第二反射部材３９の表面、すなわち、各仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５の表面は、それぞれ鏡面仕上げされている。
仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５の厚みは特に限定されず本発明の範囲内で設計変更可能である。また、本実施例では、仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５の高さは全て同一としているが、異なる高さとすることも可能である。
　本実施例において、仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５は、それぞれが連続した一つの板部材としているが、長さ方向で複数に分割されて断続的に配設される形態でもよい。

　したがって、本実施形態では、中心に第二反射部材３９、第１領域３３～第６領域３８、各遠赤外線放射ヒーター１１…、熱交換パイプ１３、第一反射部材２３、断熱材９、外筒７の順に内方から外方に向けて配設されている。

　本実施例によれば、熱交換パイプ１３には、各遠赤外線放射ヒーター１１…からの放射熱がそれぞれ通過し、熱交換パイプ１３内部を流通する供給水に伝熱する。
そして本実施例によれば、熱交換パイプ１３を通過した放射熱が、第一反射部材２３によって反射されて再び熱交換パイプ１３内を通過して供給水に伝熱する。
さらに、熱交換パイプ１３を通過した放射熱は、第二反射部材３９の各仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５によって反射されて再び熱交換パイプ１３内を通過して供給水に伝熱する。
このように、それぞれの遠赤外線放射ヒーター１１…は、第一反射部材２３と第二反射部材３９によって囲われるとともに、その囲われた領域内を熱交換パイプ１３が通過しているため、上述のような作用が繰り返し行なわれ、伝熱効率が極めて高く短時間で加熱媒体の生成が可能である。図中の矢印は放射熱の放射方向の一例を示す。

　また、本実施例では、実施例２とは異なり、それぞれの仕切り板４０，４１，４２，４３，４４，４５の上端（遊端）４０ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａがコイル形状を有する熱交換パイプ１３の内面（内径１３ｂ）と非接触形態としているが、熱交換パイプ１３の内面（内径１３ｂ）と接触する形態とすることも可能で本発明の範囲内である。

　本実施例は、第二反射部材３９を備えて第１領域３３～第６領域３８を形成するとともに、それぞれの領域３３～３８に、それぞれ遠赤外線放射ヒーター１１を配設した点に特徴的な構成を有しているが、それ以外の構成・作用効果については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。

　なお上述の実施例１－実施例３は本発明の一実施の形態であって、本発明は何等これに限定解釈されるものではなく、遠赤外線放射ヒーター１１の配設される数量や第二反射部材２８（３９）によって仕切られる領域の数などは本発明の範囲内において設計変更可能である。
また、実施例２や実施例３では、一つの領域毎に一本の遠赤外線放射ヒーターを配設した実施の形態をもって説明したが、一つの領域毎に複数本の遠赤外線放射ヒーターを配設する形態であってもよく本発明の範囲内である。
さらに、本実施例では、一つの加熱媒体発生装置に対して一本の熱交換パイプを配設する形態をもって説明したが、一つの加熱媒体発生装置に対して複数本の熱交換パイプを配設する形態であってもよく本発明の範囲内である。

　本明細書では、食品等を高品質で加熱加工可能な加熱媒体を発生し得る加熱媒体発生装置、及びその加熱媒体発生装置を用いて食品等の処理対象物を高品質で加熱処理可能な加熱処理装置について説明したが、本発明は、高温微細水滴（熱水）と過熱水蒸気からなる新規な加熱媒体（気液混合体）を用いて処理対象物を加熱処理する分野、例えば、医薬品や化学品などの造粒物（造粒製品）を生成する分野においても利用可能である。

１　加熱処理室
３　加熱媒体発生装置
５　外装体
１１　遠赤外線放射ヒーター
１３　熱交換パイプ
１８　給水部
１９　吐水部
２１　加熱媒体噴射ノズル
２３　第一反射部材

Claims (16)

1. 　断熱性を有する外装体と、
   　外装体内に配される遠赤外線放射ヒーターと、
   　給水部と吐水部を備えるとともに外装体の一端側から他端側に向けて配設され、内部空間を加熱媒体用供給水が通過する熱交換パイプと、
   　遠赤外線放射ヒーターから放射された遠赤外線を反射し、再度熱交換パイプへと放射可能な第一反射部材とからなることを特徴とする加熱媒体発生装置。
2. 　遠赤外線放射ヒーターは、棒状に形成され、外装体の一端から他端にわたってその内部空間の中心位置に配設され、
   　熱交換パイプは、コイル状に形成され、遠赤外線放射ヒーターとの間に所定の間隔をあけるとともに、遠赤外線放射ヒーターの長さ方向に巻回状に配設されており、
   　第一反射部材は、前記熱交換パイプの長さ方向全域を覆う全体筒状に形成され、熱交換パイプとの間に所定の間隔をあけて配されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱媒体発生装置。
3. 　外装体は、外筒と、外筒の内面側に備えられる断熱材とで内部を密閉空間とする全体筒状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の加熱媒体発生装置。
4. 　第一反射部材は、筒状に形成され、断熱材の内面に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の加熱媒体発生装置。
5. 　第一反射部材の内面は、鏡面仕上げされていることを特徴とする請求項４に記載の加熱媒体発生装置。
6. 　遠赤外線放射ヒーターは単数配設されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱媒体発生装置。
7. 　遠赤外線放射ヒーターは単数配設されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱媒体発生装置。
8. 　遠赤外線放射ヒーターは複数配設されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱媒体発生装置。
9. 　遠赤外線放射ヒーターは複数配設されていることを特徴とする請求項５に記載の加熱媒体発生装置。
10. 　外装体の長さ方向にわたって内部空間に配される熱交換パイプの中心領域には、前記内部空間の長さ方向にわたる第１領域～第ｎ領域の複数の領域が並設され、
    　遠赤外線放射ヒーターは、これら複数の領域にそれぞれ独立して配設されており、
    　それぞれの遠赤外線放射ヒーターが配設されているそれぞれの領域は、遠赤外線放射ヒーターから放射された遠赤外線をそれぞれ反射し、再度熱交換パイプへとそれぞれ放射可能な第二反射部材によって仕切られていることを特徴とする請求項９に記載の加熱媒体発生装置。
11. 　第二反射部材の表面は、鏡面仕上げされていることを特徴とする請求項１０に記載の加熱媒体発生装置。
12. 　請求項１に記載の加熱媒体発生装置を構成要素とする加熱処理装置であって、
    　吐水部には加熱媒体発生装置によって発生した加熱媒体を噴射する加熱媒体噴射ノズルが接続されており、
    　加熱媒体は、噴射ノズル内で、０．０１ＭＰａ～０．３０ＭＰａ、１０５℃～１５０℃の範囲に制御されており、
    　加熱媒体は、熱交換パイプ内に供給された供給水を所定温度及び所定圧力で沸騰させることで熱交換パイプ内に生成される水蒸気と熱水からなる気液混合体であって、
    　前記加熱媒体噴射ノズルを介して前記加熱媒体を加熱処理室内に噴射することにより、加熱処理室内を過熱水蒸気と高温微細水滴が混在する状態の加熱処理雰囲気に調整されることを特徴とする加熱処理装置。
13. 　請求項７に記載の加熱媒体発生装置を構成要素とする加熱処理装置であって、
    　吐水部には加熱媒体発生装置によって発生した加熱媒体を噴射する加熱媒体噴射ノズルが接続されており、
    　加熱媒体は、噴射ノズル内で、０．０１ＭＰａ～０．３０ＭＰａ、１０５℃～１５０℃の範囲に制御されており、
    　加熱媒体は、熱交換パイプ内に供給された供給水を所定温度及び所定圧力で沸騰させることで熱交換パイプ内に生成される水蒸気と熱水からなる気液混合体であって、
    　前記加熱媒体噴射ノズルを介して前記加熱媒体を加熱処理室内に噴射することにより、加熱処理室内を過熱水蒸気と高温微細水滴が混在する状態の加熱処理雰囲気に調整されることを特徴とする加熱処理装置。
14. 　請求項９に記載の加熱媒体発生装置を構成要素とする加熱処理装置であって、
    　吐水部には加熱媒体発生装置によって発生した加熱媒体を噴射する加熱媒体噴射ノズルが接続されており、
    　加熱媒体は、噴射ノズル内で、０．０１ＭＰａ～０．３０ＭＰａ、１０５℃～１５０℃の範囲に制御されており、
    　加熱媒体は、熱交換パイプ内に供給された供給水を所定温度及び所定圧力で沸騰させることで熱交換パイプ内に生成される水蒸気と熱水からなる気液混合体であって、
    　前記加熱媒体噴射ノズルを介して前記加熱媒体を加熱処理室内に噴射することにより、加熱処理室内を過熱水蒸気と高温微細水滴が混在する状態の加熱処理雰囲気に調整されることを特徴とする加熱処理装置。
15. 　請求項１０に記載の加熱媒体発生装置を構成要素とする加熱処理装置であって、
    　吐水部には加熱媒体発生装置によって発生した加熱媒体を噴射する加熱媒体噴射ノズルが接続されており、
    　加熱媒体は、噴射ノズル内で、０．０１ＭＰａ～０．３０ＭＰａ、１０５℃～１５０℃の範囲に制御されており、
    　加熱媒体は、熱交換パイプ内に供給された供給水を所定温度及び所定圧力で沸騰させることで熱交換パイプ内に生成される水蒸気と熱水からなる気液混合体であって、
    　前記加熱媒体噴射ノズルを介して前記加熱媒体を加熱処理室内に噴射することにより、加熱処理室内を過熱水蒸気と高温微細水滴が混在する状態の加熱処理雰囲気に調整されることを特徴とする加熱処理装置。
16. 　請求項１１に記載の加熱媒体発生装置を構成要素とする加熱処理装置であって、
    　吐水部には加熱媒体発生装置によって発生した加熱媒体を噴射する加熱媒体噴射ノズルが接続されており、
    　加熱媒体は、噴射ノズル内で、０．０１ＭＰａ～０．３０ＭＰａ、１０５℃～１５０℃の範囲に制御されており、
    　加熱媒体は、熱交換パイプ内に供給された供給水を所定温度及び所定圧力で沸騰させることで熱交換パイプ内に生成される水蒸気と熱水からなる気液混合体であって、
    　前記加熱媒体噴射ノズルを介して前記加熱媒体を加熱処理室内に噴射することにより、加熱処理室内を過熱水蒸気と高温微細水滴が混在する状態の加熱処理雰囲気に調整されることを特徴とする加熱処理装置。

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