(57)【要約】【課題】本発明は、過熱蒸気生成装置において、汽水境界部分での圧力損失を低減することができる渦巻形状の流体用通路構造を提供することを狙いとする。【解決手段】加熱板２の内部に渦巻形状の流体用通路３が形成され、この流体用通路の気液２相流領域では、通路幅を漸次拡径した構造とし、その後は拡径した通路幅のままか僅かに大きい幅とすることで、効率良く過熱蒸気を生成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱処理室を形成するハウジングの下部に配設される金属製加熱板が、該加熱板の下部に配設される加熱手段によって加熱され、該加熱板内を通流する流体が水から過熱蒸気まで一気に加熱されるようになっている過熱蒸気生成装置であって、
上記加熱板の内部に略水平方向に形成された渦巻状の流体用通路と、
上記加熱板の該流体用通路の当該渦巻きのセンター部に設けられた水導入部と、
上記加熱板の該流体用通路の当該渦巻きの外側端部に設けられた流体取出部とを備え、
上記渦巻状の流体用通路は、該流体用通路内の通路幅が該水導入部から該流体取出部方向に向かって漸次拡径して形成されている拡径部を有し、
水導入部から導入された水が該渦巻状の該流体用通路内を通過することにより一気に過熱されて過熱蒸気が生成されることを特徴とする。
【請求項２】
請求項１記載の過熱蒸気生成装置において、
上記拡径部は、上記流体用通路内の水が飽和水から気液２相流を経て飽和蒸気に変化するまでの間に設けられ、
上記拡径部の下流側端部から該流体取出部までは該拡径部の下流側端部の通路幅と同じか僅かに漸増して形成され、
上記水導入部から上記拡径部の上流側端部までは、該拡径部の拡幅と同じか僅かに漸増して形成されていることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１または２記載の過熱蒸気生成装置において、
上記拡径部の底面には、上記流体用通路方向に延びる水ガイド溝が形成されていることを特徴とする。
【請求項４】
請求項３記載の過熱蒸気生成装置において、
上記水ガイド溝が上記流体用通路の通路幅方向に複数列設けられていることを特徴とする。
【請求項５】
請求項３または４記載の過熱蒸気生成装置において、
上記水ガイド溝は上記拡径部の後半部分に形成されていることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一に記載の過熱蒸気生成装置において、
上記加熱板の下面側に整磁合金からなる被加熱部材が一体に取り付けられていることを特徴とする。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の過熱蒸気生成装置を用いた加熱処理装置であって、
上記過熱処理室を形成するハウジングと、
上記ハウジングの下部に配設され、該ハウジング内にセットされる被加熱処理物を加熱処理する金属製加熱板と、
上記流体用通路の水導入部に接続され、該流体用通路に水を供給する水供給手段と、
上記流体取出部に連結され、先端部が上記過熱処理室内に開口する過熱蒸気供給路と、
上記加熱板を加熱して、上記流体用通路内の水を加熱して飽和水を生成し、更に飽和水を過熱して飽和蒸気を経て過熱蒸気を生成する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【請求項８】
請求項７に記載の過熱蒸気を用いた加熱処理装置において、
上記加熱手段が、上記加熱板の下面側に一体に取り付けられた整磁合金からなる被加熱部材と、該被加熱部材を電磁誘導加熱する電磁誘導加熱部材とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１００℃以上の蒸気である過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置及びそれを用いた加熱処理装置に関する。特に、良好な熱効率で過熱蒸気を得ることができ、しかもシンプルにして取り扱いが容易な電磁誘導加熱式過熱蒸気生成装置及びそれを用いた加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、焼き物調理では、直火やオーブン、焼きプレート、フライパン等の調理機器が使われている。これらの調理機器では、食品の中まで火を通そうとすると、数分から数１０分の加熱時間を必要とするので、調理時間を短くすることが強く望まれている。そのために、最近１００℃以上に過熱した過熱蒸気を用いた調理方法が着目されている。特に、業務用食品加工業界や家庭では、コンパクトで低コストな過熱蒸気生成装置が強く望まれており、その例として、過熱蒸気生成室を加熱処理室に一体に設けたものが知られている。
【０００３】
例えば、被加熱処理物を加熱処理する加熱処理装置内に過熱蒸気生成装置を一体に設けることによって、コンパクトで簡便な加熱処理装置とするものが知られている（特許文献１）。すなわち、このものは、加熱処理室内の被加熱物を加熱する加熱板の内部に流体用通路が設けられ、流体入口部から流体用通路に水又は飽和水蒸気を供給して、上記加熱板を加熱して、流体用通路内の水或は飽和水蒸気を過熱して過熱蒸気を生成し、流体用通路内で生成された過熱蒸気を加熱処理室内に供給するようになっている。このものでは、被加熱物を加熱処理する加熱板を加熱することによって、この加熱板内に形成した流体用通路内の水又は飽和水蒸気も加熱して過熱蒸気を生成するので、コンパクトな過熱蒸気生成装置およびこの生成装置を用いた加熱装置を得ることができ、特に、過熱蒸気生成装置と加熱処理室との間の過熱蒸気の移送が無いので、過熱蒸気の熱ロスが無く、過熱蒸気の熱効率が非常に優れている。
【０００４】
また、過熱蒸気生成装置の例として、過熱蒸気生成装置の加熱板に設ける流体用通路を渦巻形状にして、蒸気の発生過程における汽水境界部分（流体通路において水と蒸気とが混在する部分）で、電磁誘導加熱コイルの巻数を増加して加熱力を高めることで、水から蒸気になる速度を速めるようにしたものが知られている。その上、この汽水境界領域の通路幅を拡径して伝熱面積を拡大することで水から蒸気になる速度を更に速めることも知られている（特許文献２）。
【０００５】
すなわち、平板状の誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルにより加熱される磁性被加熱体と、磁性被加熱体に対して伝熱可能に設けられる中心部から外方に延びる渦巻き状の流体通路とを備え、前記磁性被加熱体の加熱によって前記流体通路の一端部に供給される水を過熱蒸気に変えて該流体通路の他端部から排出するようにした電磁誘導加熱式瞬間蒸気発生装置であって、誘導加熱コイルのコイル巻数が、流体通路の途中の通路に対応する部位が両端部寄りの通路に対応する部位に比べて大きな値とされている。
【０００６】
このものでは、磁性被加熱体の加熱によって面状に広がる渦巻形状の流体通路内を流れる水が蒸気に変えられる。また、この流体通路における汽水境界部分をより高い加熱力で加熱することができ、高速度で蒸気を得ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１８７７２５号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献1のものでは、上記流体用通路内で水を過熱蒸気になるまで一気に加熱しようとしても、過熱蒸気を効率良く生成することができない課題を有する。過熱蒸気を効率良く生成するための流体路用通路の具体的構造が研究課題として残っている。
【０００８】
また、特許文献２に示すものでは、渦巻形状の流体通路は同じ幅となっている。この場合には、汽水境界領域で水が蒸気に変化するに際して、大きく膨張するとともに流速が増加して圧力損失が増大することとなり、液体から蒸気への変化が効率良く行なわれず、流体出口から排出されものは、確実に過熱蒸気には変化してなく水分も残存する結果となっている。また、流体通路の底面では蒸気に変化していても、流体通路内には水分が残っている、所謂ドライアウトの状態が生じており、液体から蒸気への変化が効率良く行なわれてない。
【０００９】
また、特許文献２の別の実施形態では、汽水境界領域の通路幅を他の部分より拡径して設け、伝熱面積を拡大するようにしたものが開示されている。しかし、汽水境界領域の通路幅を他の部分より拡径しても、汽水境界領域内では同じ通路幅であり、上記した問題点を解決することにはなっていない。即ち汽水境界領域内が同じ幅であると流体の流速は直に速くなり、圧力損失は急激に増加する結果となる。その結果、この領域で液体が飽和蒸気に変化されず、確実に過熱蒸気を得ることができない。その上、汽水境界領域内後では、元の通路幅に戻っており、この領域では流速が更に急速に早くなるので、圧力損失が大きく、この領域に持ち込まれた気液２相流は、ますます過熱蒸気に変化することができず、完全に過熱蒸気にすることができない。
【００１０】
また、渦巻形状の流体通路は、縦面に形成され、加熱面が側面にあるために、汽水境界領域では流体通路の底側に溜る傾向にある液体が、十分に加熱されない可能性がある。また、渦巻形状の流体連通路の上半分側に蒸気層ができ、下半分側に水分層ができ、全体として効率良く過熱蒸気を生成することができない。
【００１１】
そこで、本発明者は、汽水境界領域、即ち気液２相流の状態において、飽和水が確実に且つ効率良く飽和蒸気に変化させることができないかを検討した結果、汽水境界部分での圧力損失を低減すればよいという事実を見出し、本発明を完成した。即ち、過熱蒸気生成装置において、汽水境界部分での圧力損失を低減することができる渦巻形状の流体用通路構造を提供することを狙いとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、過熱処理室を形成するハウジングの下部に配設される金属製加熱板が、該加熱板の下部に配設される加熱手段によって加熱され、該加熱板内を通流する流体が水から過熱蒸気まで一気に加熱されるようになっている過熱蒸気生成装置であって、
上記加熱板の内部に略水平方向に形成された渦巻状の流体用通路と、
上記加熱板の該流体用通路の当該渦巻きのセンター部に設けられた水導入部と、
上記加熱板の該流体用通路の当該渦巻きの外側端部に設けられた流体取出部とを備え、
上記渦巻状の流体用通路は、該流体用通路内の通路幅が該水導入部から該流体取出部方向に向かって漸次拡径して形成されている拡径部を有し、
水導入部から導入された水が該渦巻状の該流体用通路内を通過することにより一気に過熱されて過熱蒸気が生成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、請求項１記載の過熱蒸気生成装置において、
上記拡径部は、上記流体用通路内の水が飽和水から気液２相流を経て飽和蒸気に変化するまでの間に設けられ、
上記拡径部の下流側端部から該流体取出部までは該拡径部の下流側端部の通路幅と同じか僅かに漸増して形成され、
上記水導入部から上記拡径部の上流側端部までは、該拡径部の拡幅と同じか僅かに漸増して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の過熱蒸気生成装置において、
上記拡径部の底面には、上記流体用通路方向に延びる水ガイド溝が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の過熱蒸気生成装置において、
上記水ガイド溝が上記流体用通路の通路幅方向に複数列設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項３または４記載の過熱蒸気生成装置において、
上記水ガイド溝は上記拡径部の後半部分に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか一に記載の過熱蒸気生成装置において、
上記加熱板の下面側に整磁合金からなる被加熱部材が一体に取り付けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の過熱蒸気生成装置を用いた加熱処理装置であって、
上記過熱処理室を形成するハウジングと、
上記ハウジングの下部に配設され、該ハウジング内にセットされる被加熱処理物を加熱処理する金属製加熱板と、
上記流体用通路の水導入部に接続され、該流体用通路に水を供給する水供給手段と、
上記流体取出部に連結され、先端部が上記過熱処理室内に開口する過熱蒸気供給路と、
上記加熱板を加熱して、上記流体用通路内の水を加熱して飽和水を生成し、更に飽和水を過熱して飽和蒸気を経て過熱蒸気を生成する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の過熱蒸気を用いた加熱処理装置において、
上記加熱手段が、上記加熱板の下面側に一体に取り付けられた整磁合金からなる被加熱部材と、該被加熱部材を電磁誘導加熱する電磁誘導加熱部材とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、気液２相流の領域において、飽和水を飽和蒸気に効率良く変化させることができ、簡単な構成で効率良く過熱蒸気を得ことができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、水導入部から拡径部を経て流体取出部に至るまで、水や気体の流体流速を滑らかに調整でき、流体の圧力損失を大幅に抑制できるので、確実に効率良く過熱蒸気を得ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、水ガイド溝を設けたことによって、毛細管現象を利用して、この水ガイド溝に水分をできるだけ残すことができ、即ち水分が底面から離れることを抑制でき、ドライアウトを低減できる。従って、飽和水を効率良く飽和蒸気に変えることができ、過熱蒸気を確実に得ることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、飽和水を更に効率良く飽和蒸気に変えることができ、過熱蒸気をより確実に得ることができる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、ドライアウトの発生が多い領域で、底面に水分を残すような構造としているので、簡単な構成で確実に飽和蒸気に変更できる。
【００２５】
請求項６に係る発明によれば、整磁合金を用いることによって、電気回路を設けなくても温度制御できるので、構成が簡単である。それとともに、電気回路を有してないので、水洗等も可能である。
【００２６】
請求項７に係る発明によれば、気液２相流の領域において、飽和水を飽和蒸気に効率良く変化させることができ、簡単な構成で効率良く過熱蒸気を得ことができ、過熱蒸気で効果的に被加熱物を加熱処理できる。
【００２７】
請求項８に係る発明によれば、整磁合金を用いることによって、電気回路を設けなくても温度制御できるので、構成が簡単である。それとともに、電気回路を有してないので、装置の分解や水洗等も容易に可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１及び図２は本発明の実施形態１を示す。図１は加熱処理装置の概略断面図、図２は金属製加熱板の上部加熱板の平面図を示す。過熱蒸気生成装置１の加熱板２は、上部加熱板２ａと下部加熱板２ｂとを積層してなり、各々は平面視で円板状を有するようにアルミ材を成形してなる。加熱板２は略水平に配置されており、加熱板２内に渦巻状の流体用通路３が略水平方向に形成されている。加熱板２の上面部のセンター位置、すなわち、上記流体用通路３の当該渦巻きのセンター位置に該流体用通路３に水を導入する水導入部６が設けられている。水導入部６には水供給手段である水配管１３が接続され、水配管１３は加熱板２の上面に平行に延びて配設され、加熱処理室１１の外部にまで飛び出ており水道水などの水源に接続されるようになっている。一方、加熱板２の上面部の周囲位置には、上記流体用通路３の渦巻形状の半径方向外端部に接続されて該通路３内の過熱蒸気を取り出す流体取出部７が設けられている。流体取出部７は、過熱蒸気供給路である配管１４に接され、加熱処理室１１に過熱蒸気を供給するようになっている。
【００３０】
加熱処理装置１０には、加熱板２の上部空間を覆うハウジング１２が設けられ、このハウジング１２内に加熱処理室１１が形成されている。加熱板２の下面側には、図６にも示すように、該加熱板２を加熱すると共に、上記流体用通路３内の流体（水或は飽和水）を加熱して過熱蒸気を生成する被加熱部材である整磁合金２１が一体に取り付けられている。
【００３１】
整磁合金２１の下面側には、加熱手段２０として、誘導加熱コイル２３とこの誘導加熱コイル２３に接続されたインバータ２４からなる電磁誘導加熱部材２２が配設されている。加熱板２は、電磁誘導加熱部材２２を収納したボックス上に重ねて載置するだけでよく、機械的に接続する必要がない。また、通常のＩＨ調理器などの上面に載せて使用することもできる。
【００３２】
本発明の重要な構成である渦巻状流体通路３の詳細について、図２ないし図５に基づいて説明する。
【００３３】
水導入部６から渦巻状流体通路３に供給された水道水など常温水は、加熱されて１００℃の飽和水になり、その後気液２相流状態を経て約１００℃の飽和蒸気になり、更に加熱されて例えば２００℃の過熱蒸気に変わる。この渦巻状流体通路３の幅は、図3に示すように、水導入部６から飽和水になるまでは、ほとんど体積変化が無いので、同じ幅ｂ１としている。その後飽和水から気液２相流を経て飽和蒸気に変化するまでは、体積膨張が著しく圧力損失が大きい。例えば、渦巻状流体通路３の通路幅を同じとして、飽和水から気液２相流を経て飽和蒸気に変化するまでを横軸にして、圧力損失を対数目盛の縦軸とすると、図４に示すように、６０％、８０％飽和蒸気になる後半領域では、圧力損失の影響が大きい。その対策として、実施形態１では、図３に示すように、渦巻状流体通路３の通路幅を漸次拡大する構造とし、流速のアップを抑制し、圧力損失を大幅に低減している。このことによって、コンパクトな構造で効率的に飽和蒸気に変更できるようになり、過熱蒸気を得ることができるようになった。１００％飽和蒸気が得られる付近より流体取出部に至る間は同じ通路幅ｂ２としている。
【００３４】
更に、図５に示すように、渦巻状流体通路３の底面３ａに、水ガイド溝を複数列設けている。この水ガイド溝５を設けることによって、底面にある水分が毛細管現象によってこの水ガイド溝５内に保持されることとなり、ドライアウトを防止できる。特に、気液２相流の中でも水分が少ない領域、即ち拡径部４の後半部分に設けることが効果的であり、好ましい。
【００３５】
上記加熱処理室１１内には、被加熱物（図示せず）が置かれて加熱処理されるようになっている。なお、加熱板２上面から上方へ離れた位置に被加熱物を載せるための金網（図示せず）を設けても良い。
【００３６】
インバータ２４を通電状態とすると、誘導コイル２３によって整磁合金２１が加熱され、加熱板２に伝熱される。このことによって、加熱板２内の水が所定温度（例えば２００℃）の過熱蒸気まで一気に素早く変えられ、流体取出部７から配管１４を経て加熱処理室１１内に供給される過熱蒸気によって、被加熱物が加熱調理されるので、該被加熱物を短時間で調理できる。特に、過熱蒸気生成機能と加熱調理機能とが加熱板２で兼用されているので、加熱装置をコンパクトにできる。
【００３７】
この実施形態１では、加熱手段２０が加熱板２と別体であり、加熱手段２０や加熱板２のメンテナンスが容易に行える。特に、整磁合金からなる被加熱部材２１を用いたので、電気回路を設けることなく温度制御が容易であり、構成が簡単である。
【００３８】
加熱板２が上部加熱板２ａと下部加熱板２ｂとからなり、下部加熱板２ｂの上面に流体用通路３を構成する溝が形成されているので、流体用通路の作製が容易である。また、上部加熱板２ａを取り外すことで、メンテナンス、即ち溝に溜まった水垢、カルシウム化合物などの堆積物の除去ができるので、溝掃除が容易である。
【００３９】
（実施形態２）
図７は実施形態２に係わり、実施形態１と異なる部分に別符号を付し、この部分を説明し、他の構成の説明を省略する。この実施形態２では、加熱板３１を上部加熱板３１ａ及び下部加熱板３１ｂとし、上部加熱板３１ａの下面に流体用通路３３を形成している。そして、下部加熱板３１ｂに整磁合金を取り付けた構造とした。この実施形態２では、流体用通路３３は、その通路幅が上方へいくに従って漸次（滑らかに）狭くなっており、これにより、流体用通路３３内の飽和水が上昇して下部加熱板３１ｂから離れ難いようにしている。また、成形金型によって上部加熱板３１ａに一体に流体用通路３３を形成する際にも、流体用通路３３の通路幅が上述の如く上方へいくに従って漸次狭くなっているから、成形金型からの離型性の点で有利である。また、整磁合金３２だけを交換する、或いは流体用通路３３のみを交換することができ、交換が容易であり低コストで可能である。また、この実施形態２では、平板上に水ガイド溝を形成することができるので、製作作業が容易に可能となる。
【００４０】
本発明の過熱蒸気を用いた加熱装置は、上記実施形態の構造に限らず、過熱蒸気供給路を被加熱物の上方或は側方に相当する位置にまで延ばす、或いは吹出口を複数にして設けてもよい。
【００４１】
加熱板の材質は、アルミ、銅、鉄及びステンレス等が使用できるが、アルミが熱伝導率に優れ、軽量であるので、コンパクトな食品加熱装置としては好適である。
【００４２】
なお、加熱板の上部加熱板及び下部加熱板をアルミ製としているが、流体用通路の加熱に必要なのは下部加熱板であり、上部加熱板はほとんど影響しない。従って、加熱板によって加熱処理室の加熱を必要としない場合には、上部加熱板を耐熱性プラスチックなどにしても良い。上記実施形態では、製作が容易であるので、流体用通路の深さを同じ深さとしているが、場合によっては徐々に深くして、飽和蒸気になる際の体積膨張を許容するようにしても良い。
【００４３】
流体用通路は加熱板に一体に形成したが、鉄板などのように別部材で形成して一体に取り付けるようにしても良い。
【００４４】
加熱手段の被加熱部材２１は、加熱板に片面が露出するように埋め込まれた整磁合金製の板であるので、構造が簡単であり、過熱蒸気の温度制御が容易である。但し、整磁合金が高コストであるので、場合によっては、電気カートリッジヒータ、鋳込みヒータ、熱板ヒータ、ハロゲンヒータ、ラジエントヒータなどの電気式加熱手段を使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の過熱蒸気を用いた加熱装置は、肉・魚・パン・ハンバーグ・餃子などの食品の解凍・焼成、蒸し米・茶碗蒸しなどの蒸し調理、大豆などの煮熟等の食品調理、木材・食品の乾燥、缶詰・レトルト食品・医療機器の殺菌・消毒などに利用できる。また工業として食品加工業界や外食産業などの調理設備として使用でき、家庭用の調理器具としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態１に係わる加熱処理装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態１に係わる上部加熱板の平面図である。
【図３】実施形態１に係る流体通路の幅を説明する図である。
【図４】圧力損失と飽和蒸気変換率との関係を示す図である。
【図５】実施形態１に係る流体用通路の断面図である。
【図６】加熱板の背面図であり、整磁合金の取り付け状態の例を示す図である。
【図７】流体用通路の別の構造例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    過熱蒸気生成装置
２    金属製加熱板
３    渦巻状の流体用通路
４    拡径部
５    水ガイド溝
ｂ１、ｂ２  通路幅
１０    加熱処理装置
１１    過熱処理室
１２    ハウジング
１３    水供給手段
１４    過熱蒸気供給路
２０    加熱手段
【図１】
2006317103.tif 000003
【図２】
2006317103.tif 000004
【図３】
2006317103.tif 000005
【図４】
2006317103.tif 000006
【図５】
2006317103.tif 000007
【図６】
2006317103.tif 000008
【図７】
2006317103.tif 000009