(57)【要約】【課題】液体の温度を短時間で上昇させる液体昇温装置を提供すること。【解決手段】液体昇温装置１００は、流入した常温水を微小液滴として流出するスプレーノズル１０１と、水蒸気を生成し、スプレーノズル１０１が流出する微小液滴にその水蒸気を吹きかける蒸気生成部１０２と、蒸気生成部１０２が水蒸気を吹きかけた微小液滴を受け止めて、液体の熱水として回収する液体回収部１０３とを備え、蒸気生成部１０２が、多孔質体の毛細現象を利用した急速蒸気生成部からなる。スプレーノズル１０１および蒸気生成部１０２が、液体回収部１０３に接続されている。【選択図】図１
2009133569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入した液体を微小液滴として流出する微小液滴形成部と、
蒸気を生成し、前記微小液滴形成部が流出する微小液滴に前記蒸気を吹きかける蒸気生成部と、
前記蒸気生成部が蒸気を吹きかけた微小液滴を受け止めて、液体として回収する液体回収部と
を備え、
前記蒸気生成部は、
多孔質体と、
前記多孔質体に外部から液体を供給する手段と、
前記多孔質体内に形成された中空部と、
前記中空部の内壁面に接触し又は近接し且つ前記内壁面に沿って延びるように設けた蒸気発生用発熱体と
を備え、
前記多孔質体の細孔の出口部を前記中空部の前記内壁面に臨ませ、前記多孔質体の毛細管現象によって供給された液体を発熱体で加熱し蒸発させ、前記蒸発により発生した蒸気が前記中空部に沿って流れ、前記中空部の開口端から前記多孔質体外に流出するようにしたことを特徴とする液体昇温装置。
【請求項２】
前記液体回収部は、前記蒸気生成部が蒸気を吹きかけた微小液滴を受け止める壁面を有し、
前記壁面に受け止められた液滴が液膜となって流下し、排出口より液滴または液膜として液体を排出することを特徴とする請求項１に記載の液体昇温装置。
【請求項３】
前記液体回収部は、内部に繊維状蒸気捕捉材が挿入されていることを特徴とする請求項２に記載の液体昇温装置。
【請求項４】
前記微小液滴形成部および前記蒸気生成部は、前記液体回収部に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体昇温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱水生成方法には、投げ込み式ヒータを直接水中に入れて加熱する方法（電気ポット等）、高周波加熱（渦電流）による方法や、マイクロ波による方法等がある。
【０００３】
従来の方法ではいずれも、水の大きな熱容量のために原理上、常温水から熱水を瞬間的に生成させることはできない。そのため、熱水を使用するには高温で保温しておく必要がある。また、従来の方法では、熱水生成を停止しても熱水が装置内に残留し、残留した熱水の熱は自然放熱により失われるため、使い残りの熱水の分だけエネルギーが無駄になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のように容器内の水全体を加熱する方法では、水の大きな熱容量のため、昇温時間、高温での保温の必要性、加熱後の放熱によるエネルギーロスの問題があり、改善が望まれている。短時間で瞬間的に常温水から熱水を生成可能であれば、熱水を保持しておく必要がないため保温が不要になり、また熱水を保持しなくてすむので、加熱停止後の放熱によるエネルギーロスが非常に小さくなり、短時間での降温も可能となる。なお、常温水から熱水という水の昇温に限らず、あらゆる液体について昇温時間の短縮が望まれる。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体の温度を短時間で上昇させる液体昇温装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、流入した液体を微小液滴として流出する微小液滴形成部と、蒸気を生成し、前記微小液滴形成部が流出する微小液滴に前記蒸気を吹きかける蒸気生成部と、前記蒸気生成部が蒸気を吹きかけた微小液滴を受け止めて、液体として回収する液体回収部とを備え、前記蒸気生成部は、多孔質体と、前記多孔質体に外部から液体を供給する手段と、前記多孔質体内に形成された中空部と、前記中空部の内壁面に接触し又は近接し且つ前記内壁面に沿って延びるように設けた蒸気発生用発熱体とを備え、前記多孔質体の細孔の出口部を前記中空部の前記内壁面に臨ませ、前記多孔質体の毛細管現象によって供給された液体を発熱体で加熱し蒸発させ、前記蒸発により発生した蒸気が前記中空部に沿って流れ、前記中空部の開口端から前記多孔質体外に流出するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記液体回収部は、前記蒸気生成部が蒸気を吹きかけた微小液滴を受け止める壁面を有し、前記壁面に受け止められた液滴が液膜となって流下し、排出口より液滴または液膜として液体を排出することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記液体回収部は、内部に繊維状蒸気捕捉材が挿入されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、前記微小液滴形成部および前記蒸気生成部は、前記液体回収部に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、微小液滴形成部と、微小液滴に蒸気を吹きかけて昇温する特定構造の蒸気生成部と、昇温した微量液滴を液体として回収する液体回収部とを備えることで、液体の温度を短時間で上昇させる液体昇温装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。  
図１は、本発明に係る液体昇温装置を示している。液体昇温装置１００は、流入した常温水を微小液滴として流出するスプレーノズル１０１と、水蒸気を生成し、スプレーノズル１０１が流出する微小液滴にその水蒸気を吹きかける蒸気生成部１０２と、蒸気生成部１０２が水蒸気を吹きかけた微小液滴を受け止めて、液体の熱水として回収する液体回収部１０３とを備える。スプレーノズル１０１および蒸気生成部１０２が、液体回収部１０３を一部として含む容器に接続されている。
【００１３】
液体昇温装置１００の動作を説明する。まず、常温水がスプレーノズル１０１に流入する。流入した常温水は、スプレーノズル１０１により微小液滴となり流出する。同時に、蒸気生成部１０２が、短時間で水蒸気を生成し、スプレーノズル１０１が流出する微小液滴にその水蒸気を吹きかける。そして、液体回収部１０３がその微小液滴を受け止めて、液体として回収する。図１に示す例では、蒸気に接触した液滴が加熱され、容器壁に接触して液膜となる。蒸気がさらに液膜に接触してこれを加熱し、熱水のみが速やかに流出する。
【００１４】
本発明は、常温水を微小な液滴にすることにより、単位体積当たりの表面積を増大させる。このような微小液滴に水蒸気を吹きかけると、蒸気の凝縮熱伝達率が非常に大きいことも伴い、短時間で温度を上昇させることができる。そして、短時間で昇温された微小液滴を液体回収部１０３で受け止め、昇温された液体すなわち熱水として回収する。このように、本発明に係る液体昇温装置１００は短時間で昇温することができるので、熱水を使用するのに高温で保温しておく必要がなく省エネ化を図ることができる。また装置の構造が極めて単純であるので、小型化や低価格化が可能であるという利点を有する。特に誘導加熱やマイクロ波加熱を用いる装置等は、本発明に係る液体昇温装置１００と比べて高額である。
【００１５】
なお、ここでは液体として水を想定して説明したが、どのような液体であっても本発明は適用可能である。この場合、スプレーノズル１０１に流入される液体と蒸気生成部１０２が生成する蒸気の組成は同一にする。蒸気は、飽和蒸気としても、過熱蒸気としてもよい。なお、過熱蒸気とする場合、蒸気を吹きかけられた微小液滴が蒸発しないようにする。
【００１６】
また、微小液滴をスプレーノズル１０１により生成すると説明したが、微小な液滴を生成することができる微小液滴生成部であればよい。液滴と蒸気が接する面積が大きければ大きいほど蒸気から液滴への伝熱速度が上昇するので、原理的には液滴径は無限小が好ましい。現実的には、液滴は慣性力を有し、空気または蒸気の流れにより加速されつつも液体回収部または液体回収部に回収されている液体に衝突し、トラップされ、多量の微小液滴が合一した液膜となる必要がある。液滴径が小さすぎると慣性力が小さすぎて、液体回収部の固体壁面または壁面上の液膜に衝突することなく、蒸気または空気の流れにのって排出口から流出してしまい、液体の固まりとして捕集することができない。
【００１７】
また、液体回収部１０３は、図１に示したような構造に限らず、図２に示す液体回収部２０３のように、管路２０３Ａを、微小液滴２１０が液体回収部２０３に衝突する方向から角度を付けて配置してもよい。この配置は、微小液滴２１０が液体回収部２０３に溜まらず微小液滴２１０が合一した液膜２１１として速やかに管路２０３Ａから流出する形態を用いる実施形態において特に好ましい。たとえば、管路２０３Ａを微小液滴２１０の流れと直角に配置することができる。液滴を液体回収部の固体壁に確実に接触させ回収するために、管路２０３Ａに、ガラス繊維の綿等の繊維状の材料（図示せず）を挿入してもよい。
【００１８】
また、液体昇温装置１００の動作には蒸気を供給する蒸気生成部１０２が必要であり、装置全体を考慮したときの省エネ化を考えると蒸気の供給自体も省エネ化されることが好ましい。したがって蒸気生成部１０２としては、必要な時に瞬時に蒸気を生成することができる、すなわち入力に応じて蒸気を生成することができることが必要となる。一般に蒸気生成を必要な時に瞬時に行うことは容易ではないが、本出願の発明者らによる特許文献１記載の蒸気生成装置を本発明の蒸気生成部１０２に適用することにより可能となった。これにより、装置全体の大幅な省エネ化を図ることができる。
【００１９】
特許文献１記載の蒸気生成装置を適用すると、蒸気の生成を瞬時に行うことができるとともにその停止も瞬時に可能である。したがって、蒸気による液体の昇温を瞬時に停止することができる。
【００２０】
蒸気生成部１０２は図３に示すように、多孔質体６と、その多孔質体６に外部から液体を供給する手段（液浴Ｗが相当）と、その多孔質体６内に形成された中空部７と、その中空部７の内壁面に接触し又は近接し且つ該内壁面に沿って延びるように設けた蒸気発生用発熱体（コイル状発熱体８が相当）とを備え、多孔質体６の細孔の出口部を中空部７の内壁面に臨ませ、多孔質体６の毛細管現象によって供給された液体を発熱体８で加熱するようにしたものとすることができる。
【００２１】
液体（水）は毛細管現象により自然に供給される。ヒータ線を発熱させると、熱はこれに接触する多孔質表面に伝わり、直ちに表面付近の微小なメニスカス部の液膜部分から蒸発が起こる。ヒータ線の熱容量は小さく、またメニスカス付近のごく微小な領域を加熱するのみなので、極めて短時間で蒸気発生が可能となる。起動から数秒で過熱または飽和蒸気を発生させることができる。
【００２２】
発生した蒸気はすべてヒータ線のコイルの隙間から多孔質内に形成された中空部に排出され、多孔質内に流れ込むことがないため、蒸発によって失われた液を毛管力により多孔質表面まで補おうとする現象を妨げない。蒸気発生量と等しい液供給量が毛管力により自動的に供給され、ポンプのような液供給装置が必要でない。
【００２３】
蒸発に供する液体は、ヒーターコイルから熱を加えられる多孔質表面付近に流れ込んでくるため、コイルから多孔質に伝わった熱が多孔質内に深く拡散して逃げていくことが妨げられる。熱は蒸発に供する液体に効率よく供給されることになりエネルギーの利用効率が極めて高い。
【００２４】
この蒸気の生成を瞬時に行うことができる蒸気生成部を備えることにより、例えば常温の水を急速に熱水にすることができる。また熱水を急速に生成できるため、熱水を装置内に貯留・保温する必要がなく、熱水が必要な都度熱水を生成することができる。また、蒸気生成、したがって熱水生成を瞬時に停止できるので、装置内に熱水がほとんど残らないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る液体昇温装置を示す図である。
【図２】液体回収部の一形態を示す図である。
【図３】蒸気生成部の一形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  液体昇温装置
１０１  スプレーノズル（微小液滴形成部に相当）
１０２  蒸気生成部
１０３、２０３  液体回収部
２０３Ａ  管路
２１０  微小液滴
２１１  液膜
【図１】
2009133569.tif 000003
【図２】
2009133569.tif 000004
【図３】
2009133569.tif 000005