(57)【要約】【課題】本発明は、熱搬送部側と蒸発部側との熱エネルギ供給バランスを良好に保ち、連続的に蒸気を発生する蒸気発生装置を提供する。【解決手段】熱源１０を埋め込んだ熱源本体１１、搬送管１２内の液体を沸騰させるための搬送管加熱部１３、蒸発部３１を形成する材料より熱伝導率が小さい材料からなる伝熱制御部１４と、熱源本体１１の温度を検知するサーミスタ３２を備え、熱源を所定範囲内で高い温度に設定して蒸発させる側に供給する熱エネルギを確保しつつ搬送管１２への伝熱量を低減して搬送管内の局部沸騰に伴うスケール付着を抑制できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発部を加熱する熱源と、前記熱源で発生するエネルギを液体搬送部に伝熱する伝熱制御部と、前記伝熱制御部から伝熱された熱エネルギにより局部沸騰を生じさせ前記蒸発部に液体を搬送する際の熱搬送部とを備え、前記蒸発部に液体を搬送する際の熱搬送部の温度は前記伝熱制御部により１２０℃以下に制御される蒸気発生装置。
【請求項２】
熱源であるシーズヒータをアルミダイキャストに埋め込んだヒータブロックと、前記ヒータブロックの温度を検知するサーミスタと、前記サーミスタの検知信号に基づいて前記ヒータブロックの動作制御を行うことで、熱搬送部の温度を制御する請求項１に記載の蒸気発生装置。
【請求項３】
熱源であるシーズヒータをアルミダイキャストに埋め込んだヒータブロックと、伝熱制御部の温度を検知するサーミスタと、前記サーミスタの検知信号に基づいて前記ヒータブロックの動作制御を行うことで、熱搬送部の温度を制御する請求項１に記載の蒸気発生装置。
【請求項４】
サーミスタの検知信号に基づく熱源のＯＮ−ＯＦＦ動作回数が所定の閾値に達すれば、熱源の動作停止と異常を報知するようにした請求項２または３に項記載の蒸気発生装置。
【請求項５】
伝熱制御部が、蒸発部を形成する材料に比べて熱伝導率が小さい材料で形成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸気発生装置。
【請求項６】
熱搬送部の配管を熱伝導率の大きいアルミニウムや銅で形成した請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸気発生装置。
【請求項７】
熱搬送部の配管の外側表面積に比べ内側表面積を大きくした請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸気発生装置。
【請求項８】
熱搬送部の配管内面にフッ素を用いて撥水性処理を施した請求項６または７に記載の蒸気発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギを利用して液体を搬送するとともに搬送した液体を蒸発させる蒸気発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の蒸気発生装置の先行技術は見当たらないが、熱エネルギを利用して液体搬送をするものとしては、コーヒーメーカーに代表される熱搬送ポンプがある。このコーヒーメーカーは、貯水タンクに水を入れてヒータに通電すると、搬送管内の水が加熱され、局部沸騰を生じ発生する水蒸気により搬送管内の内圧が上昇する。この際、搬送管の貯水タンク側には逆止弁を設けており、この逆止弁が閉止することで、搬送管内の気泡が出湯側に追いやられる。この気泡の動きに連動して逆止弁が開となり貯水タンクから水が注入されることで搬送管内の加熱された水が出湯口側に押し出される。この動作を繰り返すことで搬送管内の水は加熱されて出湯口から熱湯が吐出する構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２４５８６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コーヒーメーカーは、湯を生成し搬送することが主用途であり、出湯口から蒸気がいくらかは噴出したとしても大部分は高温の湯水であり、それをさらに加熱して蒸気化する構成にはなっていない。このコーヒーメーカーの構成を展開して、蒸気を連続的に発生させる場合、蒸発部側への熱エネルギの供給と、搬送管側への熱エネルギ供給とのバランスが重要な開発課題である。
【０００５】
すなわち、搬送管側への熱供給が大きい場合、蒸発部での水溜まりが生じる。そして、温度の低い蒸気の発生となったり、蒸気化の量が不十分となったりする。蒸発部に水分を残さずに蒸発させる為には、蒸発部の有する熱容量を大きくしておくか、水の供給停止後に熱源を動作させる必要があるが、蒸発部の熱容量を大きくすると、蒸気発生までの立ちあがり時間が長くなるし、後者では温度を検知するなどの方法が必要となる。
【０００６】
一方、蒸発部側への熱供給が大きい場合、搬送管側への供給熱量が不足し搬送不良を生じる。そして、この搬送不良になると熱源の発生熱量を消費する負荷がなくなるので、熱源自体が自己発熱により高温化する。この高温化に伴って、搬送管側への供給熱量が増大し、ある閾値を超えると急激な局部沸騰を発生して水が搬送される。この結果、蒸発部に熱量を消費する負荷が存在することで、熱源は所期の温度に戻る。この所期の温度に低下すると再び搬送不良を呈することになる。これらの現象を繰り返すことで、搬送管内では急激な局部沸騰に伴うスケール付着が進み、搬送管の目詰まりを生じる問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、搬送部側と蒸発部側との熱エネルギ供給バランスを良好に保ち、連続的に蒸気を発生する蒸気発生装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明の蒸気発生装置は、蒸発部を加熱する熱源と、熱源で発生するエネルギを液体搬送部に伝熱する伝熱制御部とからなり、伝熱制御部から伝熱された熱エネルギにより局部沸騰を生じさせ蒸発部に液体を搬送する際の熱搬送部の温度を１２０℃以下に制御するようにしたものである。
【０００９】
これによって、蒸発部を高い温度に設定し、熱搬送部の温度は沸騰を可能する１００〜１２０℃の温度域に設定できるので、液体搬送機能を維持しつつ、搬送された液体は確実にすばやく蒸発させることができ、熱搬送部である搬送管内のスケール付着を抑制できるとともに高温の蒸気を連続発生させることができる。したがって、スケール付着を抑制でき、熱源を高い温度に設定し１００℃に近い高温の蒸気を連続的に発生できるので、食品などの加熱を行う調理機器にスチーム発生機構を組み込み利用する上で都合が良く、また、蒸気の発生する手段を簡単な構成で小型に形成できるので、蒸気で食品を加熱する電子レンジなどへの利用を実現可能にするものでもある。そして、高温の蒸気を連続的に発生できるので、蒸気による調理のできばえは良くおいしく調理可能な電子レンジを実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、蒸発部を加熱する熱源と、前記熱源で発生するエネルギを液体搬送部に伝熱する伝熱制御部と、前記伝熱制御部から伝熱された熱エネルギにより局部沸騰を生じさせ前記蒸発部に液体を搬送する際の熱搬送部とを備え、前記蒸発部に液体を搬送する際の熱搬送部の温度は前記伝熱制御部により１２０℃以下に制御されるようにしたものであり、これにより熱源からの熱エネルギにより熱搬送部の温度は沸騰を可能にする１００〜１２０℃の温度域に設定できるので液体搬送機能を維持できるとともに、蒸発部は熱搬送部と比較して高温になるため、搬送された液体は確実にすばやく蒸発させることができる。さらに搬送管内のスケール付着を抑制できるとともに高温の蒸気を連続発生させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の熱搬送部の温度をヒータブロックの温度を検知することで１００〜１２０℃に制御するものであり、サーミスタの信号レベルの変化により熱搬送部の温度予測と、ヒータブロックの温度検知が行える。よって、搬送水量が蒸発量を超えることなくかつ蒸発部が高温を維持することができるため安定した蒸発性能が確保できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項１記載の熱搬送部の温度を直接検知することで１００〜１２０℃に制御するものであり、サーミスタの信号レベルの変化により熱搬送部の温度予測と、ヒータブロックの異常温度予測が行える。よって、搬送水量が蒸発量を超えることなく安定した蒸発性能と、熱搬送部の搬送管内のスケール付着が抑制できる。また、熱搬送部の温度を検知していることで事前に蒸発部への送水量の低下が検知され、蒸発部での空焚きを防ぐことができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、特に、請求項２または３項に記載のサーミスタの検知信号に基づいての熱源の動作制御した回数が所定の閾値に達すれば、熱源の停止動作と装置の異常を報知することで、熱源の異常加熱などを防止できる。また、使用者は異常状態を認識できることとなる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の伝熱制御部が、蒸発部を形成する材料に比べて熱伝導率が小さい材料で形成したものであり、これにより熱源からの熱エネルギにより熱搬送部の温度は沸騰を可能にする１００〜１２０℃の温度域に簡単に制御できるので液体搬送機能を維持できるとともに、蒸発部は熱搬送部と比較して高温することができ、搬送された液体は確実にすばやく蒸発させることができる。さらに搬送管内のスケール付着を抑制できるとともに高温の蒸気を連続発生させることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１から５項記載のいずれか１項記載の熱搬送部の配管を熱伝導率の大きいアルミニウムや銅で形成することで、配管内の激しい局部沸騰を抑制できる。よって、液体搬送能力の安定性と、局部沸騰時の沸騰音発生を防止できる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１〜６のいずれか１項記載の熱搬送部を形成する配管の外側表面積に比べ内側表面積を大きくしたもので、配管内の水へ伝熱性が向上し、配管内の激しい局部沸騰を抑制できる。よって、液体搬送能力の安定性と、局部沸騰時の沸騰音発生を防止できる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、特に、請求項１〜７のいずれか１項記載の熱搬送部を形成する配管の内面にフッ素などの撥水性処理を施したもので、配管内のスケール付着が抑制される。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における蒸気発生装置の分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ‘断面図を示すものである。
【００２０】
図１、図２において、１０は熱源であるＵ字形状のシーズヒータ、１１は熱源１０を埋め込んだアルミダイキャスト成型加工からなる熱源本体、１２はアルミニウムあるいは銅の高熱伝導率を有する材料で構成した熱搬送部を形成する搬送管、１３は搬送管１２内の液体を沸騰させるための熱搬送部を形成する搬送管加熱部である。１４は伝熱制御部であり、熱源本体１１と搬送管加熱部１３との間に配置している。
【００２１】
搬送管加熱部１３は２部材１５、１６で構成し、これら２部材にて搬送管１２をサンドイッチする構成としている。部材１５には、搬送管１２の搬送方向の中央部を中心に切欠部１５ａを設けており搬送管１２との当接は搬送管１２の下半分と両端側としている。
【００２２】
伝熱制御部１４は、熱伝導率が熱源本体１１の成型材料や搬送管１２の材料に比べて一桁以上低い熱伝導率を有する材料を使用している。鉄やステンレスなどが選択できるが、耐腐食性を考慮してステンレスを選択使用している。また、この伝熱制御部１４の組立てにあたって熱源本体１１側との間および搬送管加熱部１３との間には、厚さ方向（熱伝導率：５〜７Ｗ／ｍＫ）より面方向（熱伝導率：１００〜２００Ｗ／ｍＫ）に高熱伝導率特性を有するカーボンシート１４ａ、１４ｂを介在させて伝熱制御部１４以外の部分での不要な伝熱抑制は排除させている。
【００２３】
一方、部材１６は、搬送方向の全ての領域が搬送管１２に当接する構成としている。これら２部材１５、１６と搬送管１２とは、ねじ１７、１８、１９、２０により一次組立てとしている。
【００２４】
また、搬送管１２と搬送管加熱部１３の一次組立て品は、伝熱制御部１４を介して熱源本体１１にねじ２１、２２を用いて組立てている。
【００２５】
２３は、液体搬送方向における搬送管加熱部１３の上流側に設けた熱搬送部を形成する部品である逆止弁、２４、２５はシーズヒータ１０の電力供給リード線を結線する結線部、２６〜２９は熱源本体１１の取り付け用穴である。
【００２６】
３０は搬送された液体を蒸発させるための熱エネルギの伝熱部分であり、熱源本体１１の搬送管１２を設けた方向とは反対側には搬送された液体を蒸発させるための熱エネルギを伝熱する部分として用いる。
【００２７】
３１は伝熱制御部１４より小さな熱伝導率特性を有する材料、特に鉄を主成分とする鋼板などにフッ素などの表面処理を施した材料を上側に凹状に形成された蒸発部である。
【００２８】
また、３２は熱源本体下面側に取り付けられ、熱源本体３２の温度を検知するサーミスタであり、サーミスタ３２の出力信号により温度制御部（図示していない）で熱源本体１１への通電制御を行うことで温度制御を行っている。
【００２９】
以上のように構成した蒸気発生装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【００３０】
搬送する液体は、水として説明する。まずこの水を貯水するタンク（図示していない）を逆止弁２３側に設置する。これにより搬送管１２内に水が注入される。その後、シーズヒータ１０を動作させる。シーズヒータ１０の動作開始に伴い、熱源本体１１が加熱されて温度が上昇していく。この熱源本体１１の熱はカーボンシート１４ａ、１４ｂを介することで、均一な温度分布特性を保持しながら伝熱制御部１４、搬送管加熱部１３の部材１５を経て主部材１６に伝熱され、搬送管１２が加熱される。搬送管１２の管壁温度が１００℃を超過する部位では管壁部分で水の局部沸騰が発生する。この沸騰に伴って発生する気泡は気体膨脹して搬送管１２内の水を搬送方向の両側に押しやる。搬送方向の上流側には逆止弁２３を配しており、搬送管１２内の水の押圧により、逆止弁２３は閉止状態となる。これを受けて沸騰により発生した気泡は搬送方向の下流側にしか逃げ場がなくなる。この気泡が搬送方向の下流側に移動するのと連動して逆止弁２３が開状態になり、貯水タンクから水が搬送管１２内に注入される。この現象を繰り返すことで水が搬送されていく。搬送された水は搬送管１２を介して蒸発部３１に導かれる。この蒸発部には熱源本体１１から熱エネルギが伝達される構成としているので蒸発部に搬送された水はさらに加熱されて蒸発する。
【００３１】
また、この際サーミスタ３２で熱源本体１１の温度を検知し熱源本体１１の温度制御を行うようにしているため、伝熱制御部１４への伝熱量が制限される。これにより、搬送管１２内部に満たされた水への伝熱量が制限され蒸発部３１への供給量が安定する。また貯水タンクから搬送管１２内への給水が滞れば、水への伝熱量が減少し、熱源本体１１の温度が上昇するが、温度制御によりシーズヒータ１０への通電が停止させるとともに、サーミスタ３２の信号レベルの変化状況により水切れ検知を行うことも可能となる。図３にサーミスタ３２の信号レベルとシーズヒータ１０の通電状態を示す。
【００３２】
また、以上のような動作において、搬送管１２の搬送管加熱部１３に当接する領域および蒸発部では水の沸騰を生じさせているので、水に含まれるカルシウムやマグネシウムなどを含む残さが壁面に付着し堆積していく。この付着残渣はスケールと称されている。スケール付着が継続されることで搬送管１２の内断面は徐々に狭くなっていき、最悪の場合、搬送機能が働かなくなる。また、蒸発部および搬送管への伝熱量が低下していく。
【００３３】
熱源本体１１が供給する熱エネルギの搬送管側と蒸発部側との配分は蒸発部側を搬送管側に対して約１０倍程度にすることで搬送された水を直ちに蒸発させることができる。この場合、蒸発部側でのスケール付着に伴う水への伝熱量が低下すると熱源本体１１は温度が上昇していく。伝熱制御部１４は、この熱源本体１１の温度上昇に対して搬送管加熱部１３側への伝熱量を抑制し、搬送管１２の壁面温度をほぼ一定の所望の温度（具体的には１０５〜１２０℃程度）に維持し、搬送管１２内での局部沸騰の熱エネルギを低く維持することで搬送管１２内のスケール付着を抑制することができる。
【００３４】
具体的な温度例として、シーズヒータ電力６２０Ｗの場合、熱源本体１１の温度が２００℃のとき主部材１６の温度は１０５〜１２０℃になるように伝熱制御部１４を構成している。伝熱制御部１４はステンレス材料で板厚さ２ｍｍ、断面積３００ｍｍ２である。この条件のもとで蒸発部側にスケールが堆積していくと、熱源本体１１は２０〜３０℃の温度上昇を呈するが、伝熱制御部１４により、主部材１６の温度は５℃程度の昇温であった。
【００３５】
また、主部材１６を搬送管１２の水搬送方向に熱拡散する構成としたことや、搬送管を銅やアルミニウムなどの高熱伝導率を有する材料を用いたことにより、沸騰を生じさせる領域に搬送される水をあらかじめ加熱することにより、少ない熱エネルギによって局部沸騰を生じさせることができるのでスケール付着をより抑制できる。
【００３６】
また、蒸発部３１表面にフッ素などの撥水処理を行っているために、蒸発部３１へのスケールの付着力が低減され、ぬれ布巾などで拭き取ることにより、スケールを除去、清掃することができるうえ、熱源本体１１の温度を制御することで蒸発部３１表面の撥水処理を保護することもできる。
【００３７】
（実施例２）
図４は、本発明の第２の実施例における蒸気発生装置の分解斜視図を示すものである。実施例２が実施例１と相違する点は、サーミスタ３３を配管加熱部１３に取り付け、配管加熱部１３の温度を検知することで、シーズヒータ１０の通電制御を行うようにしたものである。
【００３８】
この際サーミスタ３３で配管加熱部１３の温度を検知し熱源本体１１の温度制御を行うようにしているため、搬送管１２の温度変化を即座に検知し、シーズヒータ１０の通電を制御し伝熱制御部１４への伝熱量を制限することができる。
【００３９】
これにより、搬送管１２内部に満たされた水への伝熱量が制限され蒸発部３１への供給量が安定するうえ、搬送管１２内の温度上昇を低減させることが可能となり、スケール付着を低減することができる。さらに貯水タンクの水切れを検知することも可能となる。図５にサーミスタ３３の信号レベルとシーズヒータ１０の通電状態を示す。
【００４０】
サーミスタ３３に関する以外の内容は、実施例１と同様であり説明は省略する。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、熱搬送部の温度を１００〜１２０℃の範囲に保持することで、蒸発部への熱エネルギを確保しつつ熱搬送部への伝熱量を抑制して熱搬送部配管内の局部沸騰に伴うスケール付着を抑制できる。そして、熱搬送部側と蒸発部側との熱エネルギ供給バランスを良好に保つとともに１００℃に近い高温の蒸気を連続的に発生する蒸気発生装置を提供することができる。
【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分解斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ‘断面図
【図３】本発明の実施例１におけるサーミスタ検知レベルと熱源動作状態を示すシーケンス図
【図４】本発明の実施例２における実施例１における蒸気発生装置の分解斜視図
【図５】本発明の実施例２におけるサーミスタ検知レベルと熱源動作状態を示すシーケンス図
【符号の説明】
１０  シーズヒータ（熱源）
１１  熱源本体
１２  搬送管
１３  搬送管加熱部
１４  伝熱制御部
１４ａ、１４ｂ  カーボンシート
２２  逆止弁
３０  蒸発部
３２  サーミスタ
３３  サーミスタ
【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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