(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラから供給される蒸気を加熱室に導入するための蒸気導入経路と、収容した被処理物を無圧の蒸気で加熱する加熱室と、加熱室から排出される無圧の排蒸気を回収するための蒸気回収経路と、を備え、蒸気回収経路にルーツブロワ、セパレータ及び自動空気抜き弁を設置し、回収した排蒸気を加圧するとともに、蒸気以外の非凝縮性空気と凝縮した水分を除去して蒸気導入経路に導入することにより、加熱室に排蒸気を再供給することを特徴とする無圧排蒸気再供給型加熱システム。
【請求項２】
ルーツブロワのルーツロータを内蔵するケーシング内に水を注入し、回収した排蒸気を飽和蒸気として蒸気導入経路に導入することを特徴とする請求項１記載の無圧排蒸気再供給型加熱システム。
【請求項３】
ルーツブロワに内蔵するルーツロータがオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄製であることを特徴とする請求項１又は２記載の無圧排蒸気再供給型加熱システム。
【請求項４】
蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度を調整し、圧力を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無圧排蒸気再供給型加熱システム。
【請求項５】
蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度とルーツロータを内蔵するケーシング内に注入する水量を調整し、圧力と水分量を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の無圧排蒸気再供給型加熱システム。
【請求項６】
ボイラから供給される蒸気を加熱室に導入するための蒸気導入経路と、収容した被処理物を無圧の蒸気で加熱する加熱室と、加熱室から排出される無圧の排蒸気を回収するための蒸気回収経路と、を備え、蒸気回収経路にルーツブロワ、セパレータ及び自動空気抜き弁を設置し、回収した排蒸気を加圧するとともに、蒸気以外の非凝縮性空気と凝縮した水分を除去して蒸気導入経路に導入することにより、加熱室に排蒸気を再供給することを特徴とする無圧排蒸気再供給式加熱方法。
【請求項７】
ルーツブロワのルーツロータを内蔵するケーシング内に水を注入し、回収した排蒸気を飽和蒸気として蒸気導入経路に導入することを特徴とする請求項６記載の無圧排蒸気再供給式加熱方法。
【請求項８】
ルーツブロワに内蔵するルーツロータがオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄製であることを特徴とする請求項６又は７記載の無圧排蒸気再供給式加熱方法。
【請求項９】
蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度を調整し、圧力を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の無圧排蒸気再供給式加熱方法。
【請求項１０】
蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度とルーツロータを内蔵するケーシング内に注入する水量を調整し、圧力と水分量を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の無圧排蒸気再供給式加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧下において被処理物に直接蒸射し、蒸し、加熱及び殺菌等を行う無圧蒸気による加熱システムにおいて、排出される排蒸気を再利用するための無圧排蒸気再供給型加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、大気開放の蒸し庫、加熱庫あるいは殺菌庫など、無圧の蒸気により蒸し、加熱、殺菌等を行う常圧加熱装置では、開口部又は入出口が備えられ、かかる開口部等から多量の蒸気を排出しながら約100°Cの温度で処理を行うが、加熱室から排出される蒸気は、気液２相に分離して、液相の温水のみを再利用する場合もあるが、通常は、再利用されることなく大気に放出している。
【０００３】
このような大気への蒸気の放出は、廃熱により周囲の環境を悪化させる危険性がある。一方、加熱室から排出された蒸気を再利用するとしても、蒸気を再圧縮する蒸気圧縮機としてスクリュー式圧縮機を用いると、その動力は過大であり、しかも装置が大型であるため稼働コストが高く、実用性に乏しいものである。さらに、放出する蒸気を蒸気圧縮機で加圧し、昇温するだけでは、過熱蒸気化による水分量の不足や蒸気中に含有される空気を排出することができず、蒸し、加熱、殺菌等に使用すること困難である。
【０００４】
このため、加熱室から排出される排蒸気を回収して加圧するとともに、蒸気中に含まれる空気を排出し、水分量を調整することにより、過熱蒸気化することなく、排蒸気を再利用することができる無圧排蒸気再供給型加熱システムの開発が望まれる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−７４８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、加熱室から排出される排蒸気を回収して加圧するとともに、蒸気中に含まれる非凝縮性空気の排出や、水分量の調整により、過熱蒸気化することなく、排蒸気を再利用することができる無圧排蒸気再供給型加熱システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明者らが検討を行った結果、ボイラから供給される蒸気を加熱室に導入するための蒸気導入経路と、収容した被処理物を蒸気により加熱する加熱室と、加熱室から排出される排蒸気を回収するための蒸気回収経路と、を備えた加熱システムにおいて、蒸気回収経路にルーツブロワ、セパレータ及び自動空気抜き弁を設置すると、回収した排蒸気を加圧するとともに、蒸気以外の非凝縮性空気と凝縮した水分を除去して蒸気導入経路に導入することが可能となり、排蒸気を加熱室に効率的に再供給できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、ボイラから供給される蒸気を加熱室に導入するための蒸気導入経路と、収容した被処理物を無圧の蒸気で加熱する加熱室と、加熱室から排出される無圧の排蒸気を回収するための蒸気回収経路と、を備え、蒸気回収経路にルーツブロワ、セパレータ及び自動空気抜き弁を設置し、回収した排蒸気を加圧するとともに、蒸気以外の非凝縮性空気と凝縮した水分を除去して蒸気導入経路に導入することにより、加熱室に排蒸気を再供給することを特徴とする無圧排蒸気再供給型加熱システムである。
【０００９】
さらに本発明は、ルーツブロワのルーツロータを内蔵するケーシング内に水を注入し、回収した排蒸気を飽和蒸気として蒸気導入経路に導入することを特徴とする無圧排蒸気再供給型加熱システムである。
【００１０】
さらに本発明は、ルーツブロワに内蔵するルーツロータがオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄製であることを特徴とする無圧排蒸気再供給型加熱システムである。
【００１１】
さらに本発明は、蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度を調整し、圧力を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする無圧排蒸気再供給型加熱システムである。
【００１２】
さらに本発明は、蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度とルーツロータを内蔵するケーシング内に注入する水量を調整し、圧力と水分量を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする無圧排蒸気再供給型加熱システムである。
【００１４】
また本発明は、ボイラから供給される蒸気を加熱室に導入するための蒸気導入経路と、収容した被処理物を無圧の蒸気で加熱する加熱室と、加熱室から排出される無圧の排蒸気を回収するための蒸気回収経路と、を備え、蒸気回収経路にルーツブロワ、セパレータ及び自動空気抜き弁を設置し、回収した排蒸気を加圧するとともに、蒸気以外の非凝縮性空気と凝縮した水分を除去して蒸気導入経路に導入することにより、加熱室に排蒸気を再供給することを特徴とする無圧排蒸気再供給式加熱方法である。
【００１５】
さらに本発明は、ルーツブロワのルーツロータを内蔵するケーシング内に水を注入し、回収した排蒸気を飽和蒸気として蒸気導入経路に導入することを特徴とする無圧排蒸気再供給式加熱方法である。
【００１６】
さらに本発明は、ルーツブロワに内蔵するルーツロータがオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄製であることを特徴とする無圧排蒸気再供給式加熱方法である。
【００１７】
さらに本発明は、蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度を調整し、圧力を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする無圧排蒸気再供給式加熱方法である。
【００１８】
さらに本発明は、蒸気回収経路に圧力センサを設置し、経路内の排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度とルーツロータを内蔵するケーシング内に注入する水量を調整し、圧力と水分量を調整した排蒸気を蒸気導入経路に導入することを特徴とする無圧排蒸気再供給式加熱方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の無圧排蒸気再供給型加熱システム(あるいは無圧排蒸気再供給式加熱方法)によれば、加熱室から排出される排蒸気を回収し、ルーツブロワにより加圧しながら蒸気供給経路に導入することで、排蒸気を加熱室に効率的に再供給することができる。
【００２１】
蒸気回収経路に圧力センサを設置し、回収した排蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワに内蔵するルーツロータの回転速度やルーツロータを内蔵するケーシング内に注入する水量を調整することにより、回収した排蒸気を最適な圧力とし、含有する水分量に飽和状態若しくはこれに近い状態として蒸気導入経路に導入することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の無圧排蒸気再供給型加熱システムを示す概念図
【図２】ルーツブロワの構造図（（a)正面断面図、（ｂ)側面断面図)
【図３】ルーツブロワの制御部拡大図
【図４】確認試験における蒸気の流量を示すグラフ
【図５】確認試験における蒸気が流れる経路内の温度を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態を図面にしたがって説明する。
【００２４】
本発明の無圧排蒸気再供給型加熱システム(１)は、ボイラ(２)から供給される蒸気を加熱室に導入するための蒸気導入経路(４)と、収容した被処理物を無圧の蒸気により加熱する加熱室(３)と、加熱室(３)から排出される無圧の排蒸気を回収するための蒸気回収経路(５)と、を備え、蒸気回収経路(５)にルーツブロワ(６)を設置し、回収した排蒸気を加圧して蒸気導入経路(４)に導入し、排蒸気を加熱室(３)に再供給することを特徴とする(図１)。
【００２５】
加熱室(３)に収容した食品等の被処理物を加熱するための蒸気は、ボイラ(２)から蒸気導入経路(４)を経て加熱室(３)に供給される。ボイラ(２)から供給される蒸気の量は、加熱室(３)に収容される被処理物の種類や量に応じて調整する必要があることから、蒸気導入経路(４)の途中に圧力調整弁(７)を設けるとともに、蒸気の圧力や流量を監視するための圧力計(８)や流量計(９)を設置することが好ましい。加熱処理前の準備段階においては、加熱室内の空気を蒸気に置換する必要があることから、蒸気の圧力を高め、供給量を多くして、準備時間を短縮することが好ましい。
【００２６】
加熱室(３)に搬入した被処理物の蒸し・殺菌加熱処理は、加熱室(３)内で蒸気を噴射し、加熱室内を常圧(無圧)の蒸気で満たし、約100℃の温度で行う。
【００２７】
加熱室(３)内の蒸気は、蒸気導入経路(４)からの蒸気の導入とともに、加熱室(３)の外部へと排出される。このような加熱室(３)から排出される排蒸気は、従来は、ベント(10)を介してすべて大気へ放出されていたが、本発明の無圧排蒸気再供給型加熱システム(１)は、蒸気を循環して再利用することで、従来の廃熱による周囲の環境悪化を防止し、さらにコストの削減を可能としている。
【００２８】
加熱室(３)から排出される排蒸気は、蒸気回収経路(５)を介して回収される。回収された排蒸気は、加熱室(３)への導入前より圧力が低下している。このため、回収した排蒸気を再び加熱殺菌するための蒸気として利用するためには、圧力を高める必要がある。
【００２９】
このため蒸気回収経路(５)内には、ルーツブロワ(６)を設置し、回収した蒸気を加圧して蒸気導入経路(４)に再供給している。ルーツブロワは、比較的低回転で運転可能であるため電力コストを低く抑えることができるとともに、駆動源が小型であることから、ルーツブロワの大きさも比較的小さく、無圧排蒸気再供給型加熱システムの大型化を防止することができる。
【００３０】
蒸気回収経路(５)内には、圧力計(11a,11b)や圧力センサ(12)を設置し、回収した排蒸気の圧力に応じてルーツブロワ(６)の回転を調整し、蒸気導入経路(４)に適正な圧力とした排蒸気を再供給することが好ましい。
【００３１】
ルーツブロワ(６)は、回転速度に比例した一定量の気体を送出することができる。２本の平行な軸上にそれぞれ取り付けられた３葉のルーツロータ(32,32)が長円形のケーシング(20)(作動室)内でわずかな隙間を保持しつつ、互いに反対方向に回転することにより、ケーシング(20)とルーツロータ(32)で囲まれた一定量の容積の気体を吸込側から吐出側へ送り出すことができる。
【００３２】
回収した排蒸気を飽和蒸気として再利用するためには、水を補給しながら圧縮することにより、過熱エネルギーを奪い、過熱蒸気化することを防止することが必要となる。このため、蒸気回収経路(５)に設置したルーツブロワ(６)には、注水口(21)を設け、ルーツロータ(32)を内蔵するケーシング(20)内に水を注入し、過熱蒸気化を防止しながら回収した排蒸気を飽和蒸気として再利用することができる構造としている(図２)。
【００３３】
また、ケーシング(20)内に水を注入することで、ケーシング(20)の内表面とルーツロータ(32)の外表面に水の層が形成され、ケーシング(20)とルーツロータ(32)との隙間がなくすことができるため、空間部(27)の密閉性が向上し、ルーツブロワの作動効率(容積効率)を高めることができる。
【００３４】
注水口(21)は、注入する水がルーツロータ(32)の回転にともない、ケーシング(20)内全体に行きわるよう、ルーツロータ(32)の中心より吐出口(25)側のケーシング(20)上部に設けることが好ましい。ルーツブロワ(６)は、図２に示すように、吸込口(19)を、各ルーツロータ(32)の回転軸の中心を結ぶ仮想線ａに対して各々の回転軸の中心から１２０°の容積移動角度の位置ｂに設け、吐出口(25)を、各ルーツロータ(32)の回転軸の中心を結ぶ仮想線ａに対して各々の回転軸の中心から前記吸込口(19)と反対方向に１２０°の容積移動角度の位置ｃに設け、蒸気の吸引直後に吸込口側と吐出口側の２箇所に、各ルーツロータ(32)の隣り合う葉片とケーシング(20)の内壁面とで囲まれる密閉空間部(27)を生じさせるように設け、前記位置ｃから吸込口側へ８０°だけ戻った位置ｄの周壁部に注水口(21)を設けることを特徴とするものである。なお、ケーシング(20)の内壁面とルーツロータ(32)の各葉片の頂部との間には、一定寸法の微小間隔を設けている。
【００３５】
また、ベアリング(30)およびタイミングギヤ(17)は、オイルにより潤滑を行うが、オイルによる潤滑部分にケーシングからの蒸気や水が浸入することを防止するため、ルーツロータ(32)とベアリング(30)の間には、シャフト(33)に装着したシャフトスリーブ(29)を介して複数枚のテフロンシール(26)を設けるとともに、テフロンシール(26)の間には中間室(24)を設けた構造を採用している。
【００３６】
ルーツブロワ(６)に内蔵されるルーツロータ(32)は、オーステナイト系球状黒鉛鋳鉄製であることが好ましい。ルーツロータ(32)の素材としては、防錆の目的から一般的にはステンレス鋼が採用される。しかしながら、ステンレス鋼は熱膨張率が大きいため、ルーツブロワにおいては、ルーツロータ相互間やルーツロータとケーシング内表面とのクリアランスを大きく設計する必要が生じる。本発明のルーツブロワは、ルーツロータをオーステナイト系球状黒鉛鋳鉄製とすることにより、錆の発生を防止しながらルーツロータ相互間やルーツロータとケーシング内表面とのクリアランスを少なくし、ルーツブロワの作動効率(容積効率)を高めている。オーステナイト系球状黒鉛鋳鉄としては、例えば、ニジレストＤ５を用いることができる。
【００３７】
加熱室内に導入される蒸気の量は、被処理物の数量や処理する温度等により調整するため、加熱室から回収される排蒸気の量もこれらの条件にしたがい変化する。一方、回収した排蒸気はボイラから供給される新しい蒸気とともに加熱室に再供給できるよう、一定の圧力にまで加圧する必要がある。このため蒸気回収経路(５)には、圧力センサ(12)を設置し、回収した蒸気の圧力に応じて、ルーツブロワ(６)に内蔵するルーツロータ(32)の回転速度を調整し、回収した蒸気の圧力を一定にまで高めるよう調整している。
【００３８】
図３に示すように、圧力センサ(12)からの信号は演算処理され、インバータ(34)によりルーツブロワを駆動するための電動機(35)の動力信号として変換される。このように、回収される蒸気の圧力に応じて、ルーツロータの回転速度を制御することにより、回収される蒸気の圧力を一定の圧力にまで高めることが可能となる。
【００３９】
また圧力センサ(12)からの信号により、ルーツロータの回転速度と、ケーシング(20)内に注入する水量を制御することにより、回収した蒸気の圧力と水分量を高め、飽和蒸気圧に近い状態で蒸気導入経路(４)に再供給することもできる。
【００４０】
さらに蒸気回収経路(５)にはセパレータ(13)を設置し、非凝縮性空気と凝縮した水分を除去することにより、蒸気回収経路内の蒸気を飽和蒸気圧に近い状態に維持している。凝縮した水分はドレンとして空気とともに分離され、空気は自動空気抜き弁(14)を介して外部に排出される。
【実施例】
【００４１】
本発明の無圧排蒸気再供給型加熱システムについて行った効果の確認試験を実施例として記載する。
【００４２】
ボイラから供給する蒸気の量を時間の経過とともに変更した際の、加熱室から回収される排蒸気の量を計測するとともに、無圧排蒸気再供給型加熱システムの各部位における温度の変化について測定した。
【００４３】
図４は、蒸気回収経路内の蒸気の流量と、加熱室付近の蒸気導入経路内の蒸気の流量の変化を示す。蒸気回収経路内の蒸気の流量は、回収した排蒸気の量を示し、加熱室付近の蒸気導入経路内の蒸気の流量は、ボイラから供給される蒸気と蒸気回収経路から再供給される排蒸気の量を示すものである。確認試験では、極端に蒸気の流量を変化させており、図４に示すように、加熱室に導入される蒸気の量が変化すると、回収される蒸気の量も変化するが、加熱室に導入される蒸気に対して回収される蒸気の量は、約５１〜７３％の割合で推移しており、無圧排蒸気再供給型加熱システムが安定に稼働することが確認された。
【００４４】
図５は、ボイラ付近の蒸気導入経路内の温度と、蒸気回収経路内の温度と、加熱室内の温度の変化を示す。確認試験では、極端に蒸気の流量を変化させているものの、図５に示すように、前記各部位において温度は一定に推移しており、無圧排蒸気再供給型加熱システムが安定に稼働していることを確認することができた。
【符号の説明】
【００４５】
１  無圧排蒸気再供給型加熱システム
２  ボイラ
３  加熱室
４  蒸気導入経路
５  蒸気回収経路
６  ルーツブロワ
７  圧力調整弁
８  圧力計
９  流量計
１０  ベント
１１ａ  圧力計
１１ｂ  圧力計
１２  圧力センサ
１３  セパレータ
１４  自動空気抜き弁
１５  チャッキ弁
１６  空気抜き
１７  タイミングギヤ
１８  ギヤカバー
１９  吸込口
２０  ケーシング
２１  内部冷却口
２２  シールケース
２３  オイル振り掛け板
２４  中間室
２５  吐出口
２６  テフロンシール
２７  空間部
２８  ハウジング
２９  シャフトスリーブ
３０  ベアリング
３１  Ｖプーリ
３２  ルーツロータ
３３  シャフト
３４  インバータ
３５  電動機
【図１】
0006435130.tif 000002
【図２】
0006435130.tif 000003
【図３】
0006435130.tif 000004
【図４】
0006435130.tif 000005
【図５】
0006435130.tif 000006