(57)【要約】【課題】本発明は、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液体蒸発装置を提供する。【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加熱部１３、熱伝導率が搬送管１２の材料に比べて一桁以上低い材料からなる伝熱量抑制手段１４を備え、熱源を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への伝熱量を抑制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。そして、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液体蒸発装置を提供することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を搬送する搬送管と、搬送された液体を蒸発させる熱エネルギを有する熱源と、前記熱源の熱エネルギを利用して前記搬送管内の液体を沸騰させる加熱部と、液体搬送方向において前記加熱部の上流側に設けた逆止弁と、前記熱源と前記加熱部との間に伝熱量抑制手段とを備えた液体蒸発装置。
【請求項２】
伝熱量抑制手段は、搬送管を構成する材料に対して熱伝導率の低い材料とした請求項１に記載の液体蒸発装置。
【請求項３】
搬送管を構成する材料は、アルミニウムまたは銅とし、伝熱量抑制手段の材料はステンレスとした請求項２に記載の液体蒸発装置。
【請求項４】
加熱部は、少なくとも２部材構成とし、重力方向の下方側に位置する主部材で搬送管を主に加熱し、残りの部材は前記主部材に熱源の熱エネルギを伝熱することを主とする構成とした請求項１に記載の液体蒸発装置。
【請求項５】
主部材は、液体搬送方向に熱拡散する構成とした請求項４に記載の液体蒸発装置。
【請求項６】
熱源を含む本体に搬送管を一体的に組立てる構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体蒸発装置。
【請求項７】
伝熱量抑制手段は、ヒートパイプで構成した請求項１に記載の液体蒸発装置。
【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液体蒸発装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の液体蒸発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、局部で沸騰を生じる。この際、搬送管の貯水タンク側には逆止弁を設けており、沸騰によって生じた気泡の気体膨脹により逆止弁が閉塞し、気泡は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、水の供給停止後に加熱部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液体蒸発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、本発明の液体蒸発装置は、液体を搬送する搬送管と、搬送された液体を蒸発させる熱エネルギを有する熱源と、前記熱源の熱エネルギを利用して前記搬送管内の液体を沸騰させる加熱部と、前記熱源と前記加熱部との間に伝熱量抑制手段とを備えた構成としたものである。
【０００９】
これによって、伝熱量抑制手段を設けることにより、熱源を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への伝熱量を抑制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、熱源を高い温度に設定し、搬送管加熱部の温度は沸騰を可能にする１００℃を若干上回る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、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。
【００１０】
そして、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液体蒸発装置を提供することができる。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ことは、食品などの加熱を行う機器に応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可能にするものでもある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、液体を搬送する搬送管と、搬送された液体を蒸発させる熱エネルギを有する熱源と、前記熱源の熱エネルギを利用して前記搬送管内の液体を沸騰させる加熱部と、液体搬送方向において前記加熱部の上流側に設けた逆止弁と、前記熱源と前記加熱部との間に伝熱量抑制手段とを備えたものであり、これにより熱源を高い温度に設定し、搬送管加熱部の温度は沸騰を可能にする１００℃を若干上回る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、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。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、特に、請求項１に記載の伝熱量抑制手段を、搬送管を構成する材料に対して熱伝導率の低い材料としたことにより、搬送管側へ所定の伝熱量を伝達することに対して伝熱量抑制手段により所定の温度勾配を設けることで搬送管の温度を所定の温度域に設定でき、搬送管内のスケール付着を確実に抑制できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、特に、請求項２に記載の液体蒸発装置において、搬送管を構成する材料は、アルミニウムまたは銅とし、伝熱量抑制手段の材料はステンレスとしたものであり、熱伝導率が１０倍以上異なる材料を組み合わせることで、伝熱量抑制手段における温度勾配を容易かつ確実に実現させることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、特に、請求項１に記載の加熱部は、少なくとも２部材構成とし、重力方向の下方側に位置する主部材で搬送管を主に加熱し、残りの部材は前記主部材に熱源の熱エネルギを伝熱することを主とする構成としたものであり、これにより搬送管内で沸騰現象により生じた気泡は重力方向の上方に移動するので、沸騰発生部に液体を直ちに流入させて搬送管壁面温度の上昇を抑制しスケール付着をさらに抑制できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、特に、請求項４に記載の主部材は、液体搬送方向に熱拡散する構成としたものであり、これにより沸騰を生じさせる領域に搬送される液体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。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、特に、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体蒸発装置において、熱源を含む本体に搬送管を一体的に組立てる構成としたものであり、これにより装置における伝熱に伴う温度分布を所期の性能に確実に実現させることができるとともに装置のユニット化、さらには装置の実装性を高くできる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、特に、請求項１に記載の伝熱量抑制手段を、ヒートパイプで構成したものであり、これにより搬送管の加熱部を熱源とは離れた位置に配置でき、また実装における搬送管の引き回しを解消して搬送圧力損失を低減し沸騰に伴う気泡の通流を容易にし液体の搬送速度を高めることができるので、スケール付着をより抑制することができる。
【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の実施例における液体蒸発装置の構成図、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は熱源であるシーズヒータ、１１は熱源１０を埋め込んだ熱源本体、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搬送管、１３は搬送管１２内の液体を沸騰させるための加熱部である。熱源本体１１は、アルミニウム材料を用いたダイキャスト成型加工としている。１４は伝熱量抑制手段であり、熱源本体１１と加熱部１３との間に配置している。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としてスリット部１５ａを設けており搬送管１２との当接は両端側だけとしている。一方部材１６は、本発明における主部材に相当するものであり、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により組立てている。
【００２１】
また、この搬送管１２と一体組立てした加熱部１３は、伝熱抑制手段１４を介して熱源本体１１にねじ１９、２０、２１を用いて組立てている。
【００２２】
２２は、液体搬送方向における加熱部１３の上流側に設けた逆止弁、２３、２４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である。
【００２３】
伝熱量抑制手段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、この伝熱量抑制手段１４の組立てにあたって熱源本体１１側との間および加熱部１３との間には、シリコングリースあるいはカーボンシートなどを介在させて伝熱量抑制手段１４以外の部分での不要な伝熱抑制は排除させている。
【００２４】
なお、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。
【００２５】
以上のように構成した液体蒸発装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【００２６】
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２２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の熱は伝熱量抑制手段１４、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２２を配しており、搬送管１２内の水の押圧により、逆止弁２２は閉塞状態となる。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２２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。搬送された水はいわゆる蒸発部（図示していない）に導く。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注水された水はさらに加熱されて蒸発していく。
【００２７】
以上のような動作において、搬送管１２の加熱部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の残渣が壁面に付着して残っていく。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。
【００２８】
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。伝熱量抑制手段１４は、この熱源本体１１の温度上昇に対して加熱部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１１０℃以下）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。
【００２９】
具体的な温度例として、シーズヒータ電力６００Ｗの場合、熱源本体１１の温度が１６０℃のとき主部材１６の温度は１０５〜１１０℃になるように伝熱量抑制手段１４を構成している。伝熱量抑制手段１４はステンレス材料で板厚さ３ｍｍ、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、伝熱量抑制手段１４により、主部材１６の温度は５℃未満の昇温であった。
【００３０】
また、本実施例の構成図面に示したように、加熱部１３の構成として、重力方向の下方側に主部材１６を配置させることで、搬送管１２内で沸騰現象により生じた気泡は重力方向の上方に移動する。沸騰により気泡が発生すると水にさらされない内壁面の温度は直ちに高温になろうとするが、この沸騰発生部位に水を直ちに流入させ搬送管壁面温度の上昇を抑制しスケール付着をさらに抑制させることができる。
【００３１】
さらにまた、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。
【００３２】
（実施例２）
図３は、本発明の第２の実施例における液体蒸発装置の外観図、図４は図３のＢ−Ｂ‘断面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、蒸発部側への伝熱面積を大きくしたことと、搬送管を熱源本体に横付けした構成である。
【００３３】
図３、図４において、３０は熱源であるＵ字形状のシーズヒータ、３１は熱源３０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、３２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搬送管、３３は搬送管３２内の液体を沸騰させるための加熱部である。３４は伝熱量抑制手段であり、熱源本体３１と加熱部３３との間に配置している。加熱部３３は２部材３５、３６で構成し、これら２部材にて搬送管３２をサンドイッチする構成としている。部材３５には、搬送管３２の搬送方向の中央部を中心に切欠部３５ａを設けており搬送管３２との当接は搬送管３２の下半分と両端側としている。一方部材３６は、搬送方向の全ての領域が搬送管３２に当接する構成としている。これら２部材３５、３６と搬送管３２とは、ねじ３７、３８により一次組立てとしている。
【００３４】
また、搬送管３２と加熱部３３との一次組立て品は、伝熱量抑制手段３４を介して熱源本体３１にねじ３９、４０、４１を用いて組立てている。
【００３５】
４２、４３はヒータ３０の電力供給リード線を結線する結線部、４４〜４７は熱源本体３１の取り付け用穴、４８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る。
【００３６】
伝熱量抑制手段３４の材料および組立てに関する内容は、実施例１と同様であり説明は省略する。
【００３７】
以上のように構成された液体蒸発装置において、蒸発部側への熱エネルギの伝熱面積を大きくしたことにより、蒸発部でのスケール付着に伴う伝熱量の減少を緩和できるので、液体搬送および搬送された液体の蒸発作用をより安定に行うことができる。また、熱源本体３１からの伝熱を搬送管３２の側面方向から伝熱させる構成により、搬送管３２内で沸騰により生じた気泡は重力方向の上方に直ちに移動できる。この気泡が発生すると水にさらされない内壁面の温度は直ちに高温になろうとするが、気泡は容易に上方に移動するのでこの沸騰発生部位に液体を直ちに流入させることができ搬送管壁面温度の上昇を抑制しスケール付着をさらに抑制させることができる。また、加熱部３３を構成する部材３５には大きな切欠部３５ａを設けたことにより、伝熱量抑制手段３４、加熱部３３の熱源本体３１への組立てを容易にできる。
【００３８】
（実施例３）
図５は、本発明の第３の実施例を示す液体蒸発装置の断面図を示すものである。また、実施例２と同一または同一機能相当部材は同一番号で示す。
【００３９】
図５が実施例２と相違する点は、搬送管５０を熱源本体３１の下方側に配置させたことである。このように、伝熱量抑制手段を用いることで同一熱源本体に対して搬送管の配設を自由選択することを可能にしている。
【００４０】
（実施例４）
図６は、本発明の第４の実施例を示す液体蒸発装置の構成図を示すものである。
【００４１】
図６において、６０は熱源であるシーズヒータ、６１はシーズヒータ６０と一体成型した熱源本体、６２は伝熱量抑制手段であるヒートパイプであり一端を熱源本体６１の側面に当接し他端を搬送管６３に当接させている。搬送管６３の搬送方向の上流側には逆止弁６４を介して液体タンク６５を配している。また。搬送管６３の下流側は大気開放とし、連結した配管６６を介して吐出口６７を設けている。６８は搬送された液体を溜める蒸発部であり、板金の絞り加工にて形成している。この絞り加工の蒸発部６８には熱源本体６１を当接させている。
【００４２】
なお、６９は被加熱物を収納する加熱室であり、収納した被加熱物は蒸発部６８で生じる蒸気を利用して加熱される形態をとる。
【００４３】
以上のように構成された液体蒸発装置は、伝熱量抑制手段にヒートパイプ６２を用い、ヒートパイプの作動液に水を用いることで、搬送管を加熱する部分はヒートパイプでは凝縮部に当たり、最大でも１００℃の温度で搬送管に伝熱させることができる。これにより、搬送管内のスケール付着を確実に抑制することができる。また、熱源本体と搬送管とを離して配置でき、また実装における搬送管の引き回しを解消して搬送圧力損失を低減することで沸騰に伴う気泡の通流を容易にし液体の搬送速度を高めることができるので、スケール付着をより抑制することができる。
【００４４】
なお、上記各実施例はそれぞれを組み合わせたり入れ替えたりして実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、伝熱量抑制手段を設けることにより、熱源を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への伝熱量を抑制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。そして、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液体蒸発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における液体蒸発装置の構成図
【図２】図１のＡ−Ａ‘断面図
【図３】本発明の実施例２における液体蒸発装置の外観図
【図４】図３のＢ−Ｂ‘断面図
【図５】本発明の実施例３における液体蒸発装置の構成図
【図６】本発明の実施例４における液体蒸発装置の構成図
【符号の説明】
１０、３０、６０  シーズヒータ（熱源）
１１、３１、６１  熱源本体
１２、３２、５０、６３  搬送管
１３、３３  加熱部
１４、３４  伝熱量抑制手段
１５、３５、３６  加熱部の部材
１６  主部材（加熱部の部材）
２２、６４  逆止弁
４８  蒸発エネルギ伝熱部
６２  ヒートパイプ（伝熱量抑制手段）
６８  蒸発部
【図１】
2004340536.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004340536.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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