(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーから噴出する蒸気温度を検知する蒸気温度検知手段と、前記ボイラーの運転を制御する制御手段とからなり、前記制御手段は蒸気温度検知手段で検知されたボイラーの初期の立ち上がり蒸気温度の最大値の上昇量からボイラーの蒸発残留物の堆積量を判別する蒸気発生装置。
【請求項２】
蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーから噴出する蒸気温度を検知する蒸気温度検知手段と、前記ボイラーの運転を制御する制御手段とからなり、前記制御手段は演算比較回路を備え、ボイラー運転初期の前記蒸気温度検知手段から検知された蒸気温度と、その後の運転時に前記蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値との差を比較算出し、その算出値から蒸発残留物の堆積量を判別する蒸気発生装置。
【請求項３】
蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーから噴出する蒸気温度を検知する蒸気温度検知手段と、前記ボイラーの運転を制御する制御手段とからなり、前記制御手段は演算比較回路と、報知手段とを備え、前記演算比較回路はボイラー運転初期の前記蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値と、その後の運転時に前記蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値との差を比較算出し、その算出値から蒸発残留物の堆積量を判別し、前記報知手段により堆積量を外部へ報知する蒸気発生装置。
【請求項４】
蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーから噴出する蒸気温度を検知する蒸気温度検知手段と、前記ボイラーの運転を制御する制御手段とからなり、前記制御手段は設定部と演算比較回路部とを備え、ボイラー運転初期の前記蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値と、その後の運転時に前記蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値との差を比較算出し、その算出値から蒸発残留物の堆積量を判別し、堆積量が設定された堆積設定値に達した後、許容運転時間経過後ボイラーの運転を停止する蒸気発生装置。
【請求項５】
蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーから噴出する蒸気温度を検知する蒸気温度検知手段と、前記ボイラーの運転を制御する制御手段とからなり、前記制御手段は微分演算回路を有し、前記微分演算回路はボイラーの初期の立ち上がり蒸気温度の蒸気温度上昇勾配を蒸気温度が１００度を越えた過熱蒸気領域に入った時点を起点とし、この勾配の変化からボイラーの蒸発残留物の堆積量を判別する蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭や業務用の食品の解凍、調理又はパン等の食品加工工程や空調、室内清浄、衣類プレス、殺菌等に使用される蒸気発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の蒸気発生器は液体容器中にヒータを挿入し、容器内の水を加熱して蒸気を発生させる方式である。また、蒸気発生の高速化や蒸気量の制御を狙いとした蒸気発生器として、誘導加熱を用いた特開平３−９８２８６号公報に記載されているようなものがあった。この蒸気発生器は図９に示すように絶縁体カラム１の外壁部に、コイル２を巻線し、内部には、積層充填体３が組み込まれている。円筒状の絶縁体カラム１の上部に天板（１−４）、下部には底板（１−５）が取り付けられている。また、液体を均一に分配するために分配器４が円筒状の絶縁体カラム１内の上部に取り付けられた構成となっている。
【０００３】
そして上記コイル２に交流電流が印加されると積層充填体３に渦電流が発生し、積層充填体３が発熱する。発熱した積層充填体３に分配器４から液体を矢印の方向に通過させ蒸気を発生させるようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の蒸気発生装置では、使用時間経過とともに、積層充填体３に蒸発残留物が堆積し、積層充填体３から液体への熱伝達特性が低下し、蒸気発生速度が遅くなり、蒸気温度の制御精度が悪くなったり、積層充填体３の発熱温度が上昇し、積層充填体３が熱破壊されるという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため蒸気発生ボイラーに蒸気温度検知手段、制御手段を設け前記制御手段は蒸気温度検知手段で検知されたボイラーの初期の立ち上がり蒸気温度の最大値の上昇量からボイラーの蒸発残留物の堆積量が判別できるようにしたものである。
【０００６】
上記発明によれば、蒸発残留物の堆積によるボイラーの蒸気温度制御精度の低下やボイラー発熱部の異常温度上昇を事前に把握し、ボイラーの堆積物の除去や発熱部交換等のメンテ処理を行うことにより蒸気発生ボイラーの性能低下や異常過熱を防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の蒸気発生装置は蒸気を発生するボイラーと、前記ボイラーから噴出する蒸気温度を検知する蒸気温度検知手段と、前記ボイラーの運転を制御する制御手段とを有する。
【０００８】
そして、制御手段は蒸気温度検知手段で検知されたボイラーの初期の立ち上がり蒸気温度の最大値の上昇量からボイラーの蒸発残留物の堆積量を判別するため、蒸気ボイラーの発熱部を装置から取り出して蒸発残留物の堆積状態をチェックする必要がなく、蒸気ボイラーの運転管理が容易となる。
また、蒸発残留物の算出値に基ずきボイラーの運転を制御したり、外部へ蒸発残留物の堆積状態を報知できるようにしているため、蒸気発生ボイラーの性能低下や異常過熱を防止することができる。
【０００９】
また、制御手段は演算比較回路を有し、蒸気温度検知手段で検知されたボイラーの立ち上がり蒸気温度の初期最大値信号と、その後の運転における蒸気温度検知手段で検知された立ち上がり蒸気温度の最大値とを演算比較回路が比較し、その差からボイラーへの蒸発残留物の堆積量を算出しているため、蒸発残留物の堆積量が定量的に把握でき、蒸気発生ボイラーの熱破壊を防止することができる。
【００１０】
また、制御手段は演算比較回路、報知回路とを有し、外部には報知手段を設け、前記同様に演算比較回路でボイラーへの蒸発残留物の堆積量を算出するとともに、その算出値から蒸発残留物の堆積量を判別し、報知回路を介し、報知手段により堆積量が外部へ報知されるため、蒸気発生ボイラーの早期メンテナンスができ蒸気温度の制御精度が向上するとともに、ボイラの熱破壊を防止することができる。
【００１１】
また、制御手段は設定部、演算比較回路、判定回路、電源部、ポンプ駆動回路、報知回路とを有し外部には報知手段を設け、ボイラー運転初期の蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値と、その後の運転時に蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値との差を比較算出し、その算出値から蒸発残留物の堆積量を判別し、堆積量が設定された堆積設定値に達し、外部報知された後、設定された補助運転時間経過後にボイラーの運転を停止するため、蒸気ボイラーを使用した装置またはシステムが運転途中で停止するのを防止する。
【００１２】
また、制御手段は微分演算比較回路有し、微分演算回路はボイラーの初期の立ち上がり蒸気温度の蒸気温度上昇勾配を蒸気温度が１００度を越えた過熱蒸気領域に入った時点を起点とし、この勾配の変化から−ボイラーの蒸発残留物の堆積量を判別できるようにしているので、発熱体に含まれていた初期含水量の差による蒸蒸気温度上昇勾配気誤差要因を取り除くことができる。
【００１３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の蒸気発生器の全体構成を示す構成原理図、図２は同蒸気発生器の蒸気温度の特性図である。
【００１４】
以下本発明の実施例１を図１から図２を参照して説明する。
【００１５】
図１において、１０は蒸気発生装置本体、１１はボイラーで、筒状絶縁体で構成された加熱室１２の外周には励磁コイル１３が巻かれ、ボイラー１１内には前記励磁コイル１３により誘起される磁界の磁気回路構成体となる発熱体１４が挿入されている。発熱体１４は円筒形で、連続した気泡と連続する細い線体からなる多孔質金属体である。多孔質金属体は連続する空隙と細い線体とが３次元の網目状に構成されている。前記ボイラー１１の上部には液体を滴下させる液体供給管１５が接続されている。前記液体供給管１５は液体ポンプ１６が接続されている。液体ポンプ１６の吸い込み側には給水タンク１７が接続されている。１８は加熱室１２の下方に設けた蒸気流出管で、蒸気温度検知手段１９が管路の中央近くに取り付けられている。２０は制御手段で、温度検知回路２１、制御回路２２、電源回路２３、ポンプ駆動回路２４とで構成されている。
【００１６】
図２は蒸気発生器１０の立ち上がり特性を示すグラフで、運転開始時間と蒸気温度との関係を示している。図においてＬ０は使用初期の蒸気温度検知手段１９で検知されたボイラーの立ち上がり蒸気温度、Ｌ１は発熱体１４に蒸発残留物が堆積した時の蒸気温度検知手段１９で検知されたボイラーの立ち上がり蒸気温度である。
【００１７】
次に動作、作用について説明すると、制御回路２２からの信号により、液体ポンプ１６を始動させる。給水が始まると、制御回路２２からの信号により電源回路２３から交流電力が励磁コイル１８に送られ、励磁コイル１３の周囲に交流磁界が発生する。この交流磁界は発熱体１４中を貫通する。供給された交流のサイクルにしたがって磁力線の方向が変化すると、発熱体１４中には、その磁力界変化を阻止しようとする電気的力が作用し、発熱体１４中にはコイル電流と逆方向の電流が誘起される。この誘起された誘導電流は細い無数の線体中を流れ発熱体１４は発熱する。発熱体１４の気泡中は水で満たされた状態となって、加熱室１２中の水が加熱される。加熱が進行すると水は気化し蒸気となって蒸気流出管１８から流出し、利用場所へ送られる。
【００１８】
発熱体１４に蒸発残留物の付着がない場合は、蒸気温度検知手段１９で検知される蒸気温度は、Ｌ０で示される曲線となる。この時の設定された蒸気温度に対するオーバーシュート温度はＴ０となる。次にボイラー使用が繰り返され、供給水中に溶解しているスケール成分、シリカ成分が蒸発残留物として発熱体１４に堆積され、その度合いが進行すると、蒸気温度検知手段１９で検知される蒸気温度は、Ｌ１で示される曲線となる。曲線Ｌ１は設定された蒸気温度に対するオーバーシュート温度（Ｔ１）は大きな値となる。
【００１９】
これは、蒸発残留物の堆積により発熱体の熱容量が大きくなり、電源回路への電力供給が制御回路で停止された後でも蒸気が加熱されるからである。即ち、オーバーシュート温度は発熱体に堆積した蒸発残留物量に応じ高くなる。このことから、前記蒸気温度検知手段１９で検知された蒸発残留物未付着時の立ち上がり時のオーバーシュート温度（Ｔ０）と、ボイラー使用が繰り返された後の立ち上がり時のオーバーシュート温度（Ｔ１）を読み取ることにより、発熱体１４への蒸発残留物の堆積量を推定することができる。
【００２０】
このようにして、蒸気温度検知手段からの検知信号の変化量からボイラーの蒸発残留物の堆積量を判別でき、蒸発残留物の堆積状態をボイラーの発熱部１４を加熱室１２から取り出すことなくチェックすることができる。そして、発熱部１４のクリーニングや発熱部１４の交換等のメンテを適切に行うことができる。
【００２１】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２の制御手段２０の回路構成を示すブロック図である。
【００２２】
本実施例２において、実施例１と異なる点は制御手段２０に演算比較回路２５、報知回路２６を付加し、さらに、蒸発残留物の堆積状態を外部に知らせる報知手段２７を設けていることである。
【００２３】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００２４】
次に、動作、作用を説明すると、本構成において、ボイラー運転初期の蒸気温度検知手段１９のオーバーシュート温度（Ｔ０）を演算比較回路２５に取り込む。次の運転からボイラー運転スタート時のオーバーシュート温度（Ｔ１）を演算比較回路２５に取り込み、運転初期の蒸気温度検知手段１９のオーバーシュート温度（Ｔ０）との温度差（Ｔ０−Ｔ１）を算出する。算出された数値信号が報知回路２６へ送られる。数値信号は報知回路２６で表示信号に変えられ、報知手段２７に送られることにより発熱体への蒸発残留物の堆積量が報知手段で表示される。
【００２５】
なお、比較演算のオーバーシュート温度の初期値として、蒸気温度の制御設定値を用いても作用的には同じである。
【００２６】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３の制御手段を示す回路構成図、図５は同制御手段のフローチャート図である。本実施例３において、実施例１、または２と異なる点は制御手段２０に設定部２８、判定回路２９が付加され、制御手段２０は検知回路２１の検知信号値が発熱体１４への蒸発残留物の堆積量の設定値に達すると、報知回路へ報知信号を送るとともに、一定時間Ｔｉｍが経過してからボイラーの運転が停止する補助運転時間を設けた制御シーケンスとしている点である。
【００２７】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００２８】
次に動作、作用を図４、５を参照して説明する。
【００２９】
設定部２８で蒸気温度設定値（Ｔｓｅｔ）、蒸気温度設定値（Ｔｓｅｔ）と以後のボイラー運転スタート時のオーバーシュート温度（Ｔ１）との差の１次限界値（ＴＣ）、補助運転時間（ｔｃ）とを入力する。設定終了後ボイラーを始動させる。蒸気発生運転が開始されると、蒸気温度検知手段１９、検知回路２１を介しボイラー運転スタート時のオーバーシュート温度（Ｔ１）が演算比較回路２５に取り込まれる。演算比較回路２５では（ＴＳ＝Ｔ１−Ｔ０）が演算され、算出値（ＴＳ）が判定回路２９に送られ、１次限界値（ＴＣ）と比較判定される。算出値（ＴＳ）が１次限界値（ＴＣ）より小の時は蒸気発生運転を継続して使用できる状態となる。
【００３０】
ボイラーの運転が繰り返され、発熱体への蒸発残留物の堆積量が増加でボイラー運転スタート時のオーバーシュート温度（Ｔ１）が上昇し、算出値（ＴＳ）が１次限界値（ＴＣ）以上になると、判定回路２９、報知回路２６を介し、報知又は表示手段２７へ信号が送られ外部へ報知されるとともに、ボイラーは以後の運転時間が制限された補助運転状態となる。この状態からさらに、蒸気発生手段１０の運転が繰り返され、運転時間が設定された補助運転時間（ｔｃ）に達すると、制御回路２２から電源回路２３へ運転停止の信号が送られボイラー１１は停止する。
【００３１】
堆積量が設定された堆積設定値に達し、外部報知された後、許容運転時間経過後にボイラーの運転を停止するため、蒸気ボイラーを使用した装置またはシステムが運転途中で停止するのを防止する。
【００３２】
（実施例４）
図６は本発明の実施例４の制御手段２０を示す回路構成図で、図７は蒸気発生器１０の立ち上がり特性を示すグラフで、運転開始時間と蒸気温度との関係を示している。図８は同上、蒸発残留物Ｗと温度Ｔと時間ｔの変化量の絶対値｜ｄＴ／ｄｔ｜との関係を示す特性グラフである。
【００３３】
図６に示す制御手段２０は実施例１（または２）の制御手段２０に微分演算比較回路３０を付加すし、微分演算比較回路３０は検知回路２１の検知信号を受け、受けた信号の変化を微分演算をし、発熱体への蒸発残留物の堆積量推定する構成としたものである。
【００３４】
図７においてＬ０は使用初期の蒸気温度検知手段１９で検知されたボイラーの立ち上がり蒸気温度、Ｌ１は発熱体１４に蒸発残留物が堆積した時の蒸気温度検知手段１９で検知されたボイラーの立ち上がり蒸気温度である。
【００３５】
図８は蒸発残留物堆積量Ｗと温度Ｔと時間ｔの変化量の絶対値｜ｄＴ／ｄｔ｜との関係を示し、蒸発残留物堆積量Ｗは絶対値｜ｄＴ／ｄｔ｜に反比例的な関係となる。ＴｓＬは蒸発残留物の付着の設定値である。
【００３６】
なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３７】
次に動作、作用を説明すると、実施例１に示したように、制御回路２２からの信号により蒸気ボイラーの運転がスタートする。
【００３８】
スタートと同時に温度検知信号が蒸気温度検知手段１９から温度検知回路２１へ送られる。発熱体１４に蒸発残留物の付着がない場合は、温度検知回路２１で検知される蒸気温度は、Ｌ０で示される曲線となる。微分演算比較回路３０は温度検知回路２１から温度信号を受け、温度Ｔと時間ｔの変化量の絶対値｜ｄＴ／ｄｔ｜算出する。この時に算出される特性はＴｓ１となり、設定値ＴｓＬより大きな値となる。これは発熱体１４への蒸発残留物の堆積量が少ないため、発熱体１４の熱容量が小さく、温度上昇が速いことを示し、判定回路で性能的に問題ない状態であると判定される。判定された信号は電源回路２３、ポンプ駆動回路２４へ送られボイラーの運転は継続される。
【００３９】
次にボイラー使用が繰り返され、供給水中のスケール成分、シリカ成分が蒸発残留物として発熱体１４に堆積され、その度合いが進行すると、蒸気温度検知手段１９で検知される蒸気温度は、Ｌ１で示される曲線となる。微分演算比較回路３０は温度検知回路２１から温度信号を受け、温度Ｔと時間ｔの変化量の絶対値｜ｄＴ／ｄｔ｜算出する。この時に算出される特性はＴｓ２となり、設定値ＴｓＬより小さな値となる。曲線Ｌ１においては発熱体１４中への蒸発残留物の堆積が増大し、熱容量が大きくなってり、温度上昇が遅くなったことを示し、判定回路で性能的が低下したと判定される。判定された信号は電源回路２３、ポンプ駆動回路２４へ送られボイラー１１の運転は停止する。
【００４０】
本実施例では性能が低下したと判定された後の制御は、ボイラー運転停止としているか、前記実施例に示されるように、報知手段で報知または表示したり、一定時間運転してボイラー運転が停止させる補助運転時間を経過した後停止させるシーケンスとしてもよい。
【００４１】
（実施例５）
実施例５は制御手段の微分演算比較回路３０における演算データ取り込み条件を図８の蒸気温度特性グラフに示している。なお特性表示記号は実施例４と同一であり、説明は省略する。
【００４２】
次に動作、作用を説明すると、実施例１に示したように、制御回路２２からの信号により蒸気ボイラー１１の運転がスタートする。スタートと同時に温度検知信号が蒸気温度検知手段１９から温度検知回路２１へ送られる。温度検知回路２１で検知される温度は１００℃の蒸気発生時になると、温度が平衡状態になる。これは発熱体１４およびその周辺に含まれる液体が蒸発しているためである。更に加熱が進むと、温度検知回路２１で検知される温度は１００℃を超えた過熱蒸気領域となる。微分演算比較回路３０では、１００℃から立ち上がる時点を起点にし、温度Ｔと時間ｔの変化量の絶対値｜ｄＴ／ｄｔ｜算出する。算出された｜ｄＴ／ｄｔ｜値と設定値との比較判定結果によるボイラーの運転制御や報知手段による外部報知は前記実施例と同一とする。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の蒸気発生装置の制御手段は、蒸気温度検知手段で検知されたボイラーの初期の立ち上がり蒸気温度の最大値の変化からボイラーの蒸発残留物の堆積量を判別できるので、蒸発残留物の堆積状態をボイラーの発熱部を加熱室から取り出すことなくチェックすることができる。そして、発熱部のクリーニングや発熱部の交換等のメンテを適切に行うことができる。
【００４４】
また、制御手段は比較演算回路を備え、ボイラー運転初期の蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値と、その後の運転時に蒸気温度検知手段から検知された立ち上がり蒸気温度の最大値との差を比較算出し、その算出値から蒸発残留物の堆積量を算出しているので、堆積量が定量的に把握することができる。
【００４５】
また、制御手段は報知手段とを備え、演算比較回路で算出された算出値から蒸発残留物の堆積量を判別し、報知手段により堆積量が外部へ報知されるので、報知手段により堆積量が外部へ報知されるため、蒸気発生ボイラーの早期メンテナンスができ蒸気温度の制御精度が向上するとともに、ボイラの熱破壊を防止することができる。
【００４６】
また、制御手段は設定部と演算比較回路部とを備え、演算比較回路で算出された算出値から蒸発残留物の堆積量を判別し、堆積量が設定された堆積設定値に達した後、許容運転時間経過後ボイラーの運転を停止するようにしているので、外部報知された後、許容運転時間経過後にボイラーの運転を停止するため、蒸気ボイラーを使用した装置またはシステムが作業途中で停止するのを防止できる。
【００４７】
また、制御手段は微分演算回路を有し、微分演算回路はボイラーの初期の立ち上がり蒸気温度の蒸気温度上昇勾配を蒸気温度が１００度を越えた過熱蒸気領域に入った時点を起点とし、この勾配の変化から−ボイラーの蒸発残留物の堆積量を判別できるようにしているので、発熱体に含まれていた初期含水量の差による蒸蒸気温度上昇勾配気誤差要因を取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における蒸気発生装置の全体構成を示す原理構成図
【図２】  同蒸気発生器の蒸気温度の特性図
【図３】  本発明の実施例２における蒸気発生装置の制御手段の回路構成を示すブロック図
【図４】  本発明の実施例３における蒸気発生装置の制御手段の回路構成を示すブロック図
【図５】  同装置の制御手段のフローチャート
【図６】  本発明の実施例４における蒸気発生装置の制御手段の回路構成を示すブロック図
【図７】  本発明の実施例４における同蒸気発生装置の蒸気温度の特性図
【図８】  同装置における蒸発残留物堆積量Ｗと温度Ｔと時間ｔの変化量の絶対値｜ｄＴ／ｄｔ｜との関係を示す特性図
【図９】  従来の蒸気発生装置のボイラー部分の断面図
【符号の説明】
１０  蒸気発生器本体
１１  ボイラー
１２  加熱室
１３  励磁コイル
１９  蒸気温度検知手段
２０  制御手段
２１  温度検知回路
２２  制御回路
２５  演算比較回路
２６  報知回路
２７  報知手段
２８  設定部
２９  判定回路
３０  微分演算比較回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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