JP2003014203A

JP2003014203A - 過熱蒸気発生装置

Info

Publication number: JP2003014203A
Application number: JP2001195285A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Kato; 勝利加藤; Katsuyuki Mizota; 勝幸溝田
Original assignee: Maruyasu Industries Co Ltd
Current assignee: Maruyasu Industries Co Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】大型ボイラーのような取り扱い免許を必要とし
ないとともに、設置面積も格段に少なくて済み、コンビ
ニエンスストアやファーストフード店等でも設置容易な
過熱蒸気発生装置を提供すること。【解決手段】常温水または温水を噴霧する噴霧ノズル３
８と、該噴霧ノズル３８からの霧（微小水滴集合体）を
導入し、過熱蒸気にして導出する１本又は複数本の伝熱
管４０と、前記電熱管を直接的に加熱する管状電気炉４
４とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、新規な省スペースが可能な過熱
蒸気発生機に関する。特に、コンビニエンスストアや飲
食店等の、大型の過熱蒸気発生機が設置できない小規模
店に起こる食品加工に好適な過熱蒸気発生機に関する。

【０００２】

【背景技術】食品の蒸し焼き・再加熱・脱脂等の食品加
工に、過熱蒸気を使用することは公知である（特開平１
１−１７８５１３号公報等参照）。

【０００３】過熱蒸気は、例えば、図１に示すような過
熱蒸気発生装置で発生させていた(ホームページ[http:/
/www.itc.city.hiroshima.jp/level7/1010100032.html]
の「脱脂洗浄／応力除去装置のフローシート」から引
用)。基本的には、汎用ボイラー１２と過熱蒸気発生ボ
イラー１４とからなり、汎用ボイラー１２で発生した飽
和蒸気（１００℃）を、過熱蒸気発生ボイラー１４で更
に加熱して過熱蒸気（４８０℃）とする構成である。

【０００４】具体的には、汎用ボイラー１２で発生した
飽和蒸気を飽和蒸気配管１６を介して過熱蒸気発生ボイ
ラー１４の受熱部（伝熱管部）１８に送り込み、多管式
受熱部１８の内に配されたガスバーナ（加熱手段）２０
からの火炎２２で前記飽和蒸気を更に加熱して過熱蒸気
として、過熱蒸気配管２４に送り出す。なお、図例中、
２６、２８はそれぞれガスバーナ用のエア送り込みブロ
アーで、３０は排気ブロアー、３２、３４はそれぞれ排
気管である。

【０００５】

【発明の開示】しかし、上記構成の過熱蒸気発生装置
（システム）は、大型ボイラーを飽和蒸気用及び過熱蒸
気用と２台必要とし、設置面積を取り、コンビニエンス
ストアやファーストフード店等の小型食品取り扱い店さ
らには小規模研究機関での設置は困難であった。そし
て、大型ボイラーは、一般的にボイラー取り扱い免許を
必要とし、更に、それらの小型食品取り扱い店での設置
は実質的に不可能であった。

【０００６】本発明は、上記にかんがみて、大型ボイラ
ーのような取り扱い免許を必要としないとともに、設置
面積も格段に少なくて済み、小規模食品取り扱い店や小
規模研究機関でも設置容易な過熱蒸気発生装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】本発明者らは、上記課題を解決するため
に、鋭意開発に努力をする過程で、直接加熱した伝熱管
内に水又は温水を噴霧状態で導入すれば過熱蒸気を発生
させることができることを見出して、下記構成の過熱蒸
気発生装置に想到した。

【０００８】本発明の過熱蒸気発生装置は、常温水また
は温水を噴霧する噴霧ノズルと、該噴霧ノズルからの霧
（微小水滴集合体）を導入・導出する１本又は複数本の
伝熱管と、電熱管を直接的に加熱する直接加熱手段とを
構成要素として含むことを特徴とする。

【０００９】霧状態で伝熱管内に導入されることによ
り、過熱蒸気化が促進される。その理由は下記の如くで
あると推定される。

【００１０】水滴が常温又は１００℃未満の温水であっ
ても水滴が微小であるため、瞬時に１００℃の水蒸気と
なる。そして、１００℃水蒸気は膨張して伝熱管内で飽
和状態となるが、更に、伝熱管通過中に加熱されるため
過熱蒸気となる。

【００１１】上記構成において、噴霧ノズルは加圧タイ
プとすることが、噴霧量を大きくできるとともに噴霧量
の制御が容易となり、さらには、無酸素状態の過熱水蒸
気を発生させることが容易となる。

【００１２】また伝熱管を、扁平断面の伝熱管本体と該
伝熱管本体の長手方向の対向面間をつなぐ、又は、該対
向面の双方又は一方から突出する多数の伝熱フィンとか
らなる構成とすることが、伝熱面積が増大するとともに
水滴ないし水蒸気に対する加熱も促進され、更に、過熱
度（飽和状態からの温度差）が増大する。

【００１３】そして、直接加熱手段としては、伝熱管の
受熱部が加熱部に配される加熱炉、特に電気加熱炉が加
熱調節が容易であり、所要の過熱度の過熱蒸気を得易
い。

【００１４】上記各構成における各過熱蒸気発生装置で
下記各過熱蒸気発生方法が体現できる。

【００１５】本発明の過熱蒸気の発生方法は、常温水ま
たは温水を噴霧ノズルで霧状体とし、該霧状体を一本又
は複数本の伝熱管に導入するとともに、該伝熱管の受熱
部を直接的に加熱して、前記霧状体を過熱蒸気として前
記伝熱管から導出することを特徴とする。

【００１６】そして、噴霧ノズルとして加圧ノズルを使
用する、また、伝熱管として扁平断面の伝熱管本体と該
伝熱管本体の長手方向の対向面間をつなぐ、又は、該対
向面の双方又は一方から突出する多数の伝熱フィンとか
らなるものを使用する構成となり、さらには、伝熱管の
受熱部を電気炉の加熱炉の加熱部に配する構成となる。

【００１７】

【発明を実施するための最良の形態】以下、本発明の一
実施形態を図２〜３に基づいて説明する。

【００１８】すなわち、水道の水栓口（図示せず）にホ
ース３６で直結された噴霧ノズル３８と、該噴霧ノズル
３８からの霧を導入・導出する複数本の伝熱管４０から
なる伝熱管群４２と、該伝熱管群４２を直接的に加熱す
る筒状電気炉（直接加熱手段）４４とを構成要素として
含むものである。

【００１９】ここで、噴霧ノズル３８は、噴霧する液体
のみを加圧して、すなわち、加圧ガス（キャリアー）を
使用せずに加圧してノズルより噴出させる加圧ノズルが
望ましい。加圧ノズルは、加圧ガス（エア）を使用しな
いため、後述の二流体ノズルに比して相対的に噴霧量を
大きくできるとともに、加圧ガス量の影響を受けず噴霧
量（噴射ミスト量）を制御し易く、さらには、水のみを
供給するため、無酸素状態の過熱水蒸気を発生させるこ
とが容易である。特に、加圧ノズルのうち、自動車のエ
ンジン等に使用されているインジェクターは、応答性の
高い電磁バルブを備えて、その噴霧量を、パルス発生器
により容易に制御でき、かつ、伝熱管内の定位置にミス
ト（霧）を安定的に到達させることができる。

【００２０】他方、噴射ノズルとして、加圧ガスを使用
する二流体ノズルでもよいが、二流体ノズルは、加圧ガ
スとともに水（液体）を噴射するため、相対的噴霧量が
少なくなり、かつ、加圧ガス量が変動しやすく噴霧量の
制御が困難であり、さらには、加圧ガス（エア）が混入
して無酸素状態の過熱蒸気を発生させることが実質的に
できない。

【００２１】また、噴霧ノズルの噴霧形態は、通常、円
錐状で円錐横断面の略全面に分散する形態（ソリッドコ
ーンノズルによる）とするが、同じく円錐状で円錐横断
面のの周囲部のみに分散する形態（ホロコーンノズル）
や狭い幅で膜状に分散する形態（フィルムノズルによ
る）であってもよい。後二者の場合は、全ての伝熱管に
対して液滴を導入するために、通常、ノズルを複数個設
けたり、ノズルを旋回させたりする。

【００２２】そして、本実施形態に使用する伝熱管ユニ
ット４６の一例を図３に示す。

【００２３】伝熱管ユニット４６は、複数本（図例では
４本）の伝熱管４０を一対の管固定板４８、４８で保持
したものであり、伝熱管４０は、扁平管からなる伝熱管
本体３９に、伝熱管本体３９と別体の波板４１を挿入接
合して伝熱フィン４１を形成した構成である。具体的に
は、下記のようにして製造する。

【００２４】まず、伝熱管本体３９となる扁平管（図例
では短冊断面）と、伝熱フィンとなる金属製の波板４
１、及び、管固定板４８を用意する。このとき、扁平管
（伝熱管本体）３９、金属波板４１及び管固定板４８の
各厚みは、使用材料及び耐用期間により異なるが、例え
ば、ステンレスの場合、前第一者：０．１〜１．０mm
（望ましくは０．３〜０．８mm）、前第二者：０．０１
〜０．８mm（望ましくは０．０５〜０．５mm）、後者：
０．５〜３mm（望ましくは１〜２mm）とする。

【００２５】また、扁平管の幅ｗおよび波板のピッチｐ
は、伝熱面積と霧（ミスト）または過熱蒸気の流れ抵抗
の両面を考慮して設定する必要がある。例えば、扁平管
の高さ h：２０〜４０ｍｍ、同外幅ｗ：４．２ｍｍ、波
板のピッチｐ：２．５ｍｍとする。

【００２６】上記波板４１の調製方法は、特に限定され
ず、慣用の方法で調製できる。例えば、引き抜きや、波
型のダイ上を歯車状ポンチを転がしてコルゲーティング
成形（プレス加工）してもよい。

【００２７】なお、波板４１を図４に示す如く、所定ピ
ッチで４５°方向に対向するように矩形切起こし部４１
ａ、４１ａ…を形成して扁平管３９に挿入してもよい。
この場合は、伝熱管４０の導入流体に渦流（縦渦流）が
発生して、該渦流の存在により導入流体が撹乱され相対
的な熱伝達率（伝熱効率）の向上が期待できる。

【００２８】また、伝熱管本体（扁平管）３９の断面は
矩形筒状でも長円状であってもよい。伝熱フィン（波
板）４１は、図例では、矩形波状であるが、三角山形波
状、円形波状であってもよい。

【００２９】そして、波板４１の各頂部にろう材を付着
させた状態で扁平管３９に挿入した後、扁平管３９を圧
縮成形して波板４１を仮固定して、各伝熱管４０を調製
する。続いて、各伝熱管４０を管固定板４８に形成され
た伝熱管保持孔４８ａにろう材を介して挿入し伝熱管ユ
ニット４６を組み立てた後（未ろう接状態）、ユニット
４６をろう付け用加熱炉（ろう接用加熱炉）を通して、
伝熱管ユニット４６を調製する。

【００３０】このとき、使用するろう材は、例えば、熱
交換器の材質をステンレスとする場合、通常、銅ろう、
またはＮｉろうを使用する。ろう付け時の加熱および冷
却条件は、ろう材の種類および熱容量を考慮して設定す
る必要がある。

【００３１】また、伝熱管の形態は、上記のものに限ら
れず、例えば、図５(a),(b) 等に示す如く、波板を使用
せずに、一枚のフープ材から順次曲げ加工して伝熱管本
体と伝熱フィンとが一体である伝熱管４０Ａ、４０Ａ´
としたり、図６(a)、(b)、(c)等に示す如く、一本また
は２本の金属パイプから多段プレス加工（圧縮・ネッキ
ング等）の塑性加工により同様に伝熱管本体と伝熱フィ
ンとが一体である伝熱管４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ等任意
である。伝熱管群を構成する伝熱管は単なる細管でもよ
く、さらに、伝熱管は図７に示す如く、横断面放射状の
波形チューブ（波板からなる）で形成された伝熱フィン
４１Ａを、伝熱管本体３９Ａの管壁内側に接して配した
二重管式熱交換器に使用される伝熱管４０Ｅを使用して
もよい。

【００３２】さらに、管固定板は、上記では矩形とした
が、図８に示す如く円形４８Ａとして伝熱管４０、４０
´、４０´´と幅の異なるものを配置して、円錐状噴霧
に対応するものとしてもよい。

【００３３】そして、上記如く調製した伝熱管ユニット
４６は、管固定板４８、必要により取り付けフランジ
（図示せず）等を介して管状の電気炉４４にセットす
る。具体的には、例えば、アサヒ理化製作所社から「Ｍ
型・Ｋ型セラミック電気管状炉」の商品名で製造・販売
されている炉体密閉式カバー付きのものを好適に使用で
きる。

【００３４】なお噴霧ノズル３８と伝熱管ユニット４６
入り口との距離は、通常１０〜２００ｍｍとする。当該
距離が短すぎると、ミストが伝熱管ユニットの入り口全
体に広がりがたく、逆に、長すぎると所要のミスト伝熱
管内速度を確保し難くなる。

【００３５】上記では、直接加熱手段として、管状電気
炉を使用する場合を例に採ったが、ガスバーナ、電磁誘
導加熱、可撓性の線状又は面状のシーズドヒータ、等任
意である。直接加熱としたのは、蒸気などの間接加熱で
は伝熱管で過熱蒸気を得るための熱エネルギーを得難い
とともに、従来技術と同様、ボイラーを別に必要として
本発明の効果も得られないためである。

【００３６】次に、上記のようにして製造した過熱蒸気
発生装置の使用態様について説明をする(図２参照）。

【００３７】過熱蒸気発生装置Ｈの出口は、過熱蒸気で
調理（加熱食品化加工）する調理器５０と接続管５２を
介して過熱蒸気を調理器５０に送入可能に接続されてい
る。

【００３８】まず、管状電気炉４４を通電させて電気炉
の温度を過熱蒸気が得られる温度に昇温させておく。例
えば、３００℃以上の過熱蒸気を発生させたい場合、水
量・伝熱面積にもよるが、電気炉４４は、通常、４５０
℃以上、望ましくは、６００〜８００℃に昇温させてお
く。

【００３９】この状態で、水栓（水圧：４kgｆ/cm²（39
2ｋPa））に接続され電磁バルブ（図示せず）を開とし
て、噴霧ノズル３８から電気炉４４内にセットされた伝
熱管ユニット４６の入り口に向けて水を噴霧する。この
とき水滴径の大きさは、通常、0.1〜100μm、望ましく
は、0.5〜１０μmとする。水滴径が小さい方が過熱蒸気
化しやすいが、噴霧効率が極端に低下する。逆に、水滴
径が大きくなると過熱蒸気化が困難となる。

【００４０】すると、前述の如く、ミスト（微小水滴集
合体）は瞬時に蒸気化され、さらに過熱されて過熱蒸気
となる。なお、供給水の水道水（常温）に限定されず、
太陽温水器、セントラル給湯設備からの温水を使用して
もよい。この場合は、より高温の過熱蒸気を得られる。
また、被過熱蒸気処理物の処理目的に応じて、浄化した
水や、適宜、薬剤を添加した調製水を過熱蒸気装置に供
給してもよい。

【００４１】過熱蒸気は調理器内に流入して、食品加熱
加工に使用される。この過熱蒸気は、単なる食品加熱は
勿論、パンを蒸し焼きすることも可能である。また、過
熱蒸気（水蒸気）は、脱油効果もあり、コンビニエンス
ストアやファーストフード店、小規模飲食店における、
揚げ物食品の再加熱、冷凍の揚げ物を調理したような場
合、サクサク感のある仕上がりが可能となる。さらに
は、粉末油脂等を利用したノンフライの食品加工も可能
となるものである。また、過熱蒸気中では、無酸素の状
態となり食品の酸化防止にもなる。

【００４２】

【実施例】図２に示す調理器と接続された過熱蒸気発生
装置において、電気炉温度（Ａ点）700℃における水
噴霧量変化による蒸気温度変化（調理器内温度：Ｂ点及
び出口直前温度Ｃ点）、電気炉温度（Ａ点）変化によ
る蒸気温度変化（Ｃ点）の測定結果を、図９・１０にそ
れぞれ示す。なお、Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ温度測定用
の熱電対である。

【００４３】なお、各部材はそれぞれ下記仕様のものを
使用した。

【００４４】噴霧ノズル：トヨタビッツ（商品名）用イ
ンジェクター（該加圧ノズルの性能を図１１・１２に示
す。図１１は噴霧形状のモデル図、図１２は水圧3.8kgf
/cm²（372.4kPa）のときの各発振幅（一回あたりに吹く
時間）に対する噴霧量を示すグラフ図である。）伝熱管：図３において幅36ｍｍ×高さ5ｍｍ×長さ250ｍ
ｍ×肉厚0.15ｍｍの伝熱管4本構成、伝熱管内部空隙断
面積：２５３cm²、合計伝熱面積：１０１４cm ² 電気炉：「ＡＲＦ−８０ＫＣ」1200Ｗ、炉内寸法（８０
φ×３００Ｌ）調理器：内部容量（幅１５０ｍｍ×高さ１５０ｍｍ×長
さ１５０ｍｍ）図９から水噴霧量が所定以上でないと過熱蒸気を得難い
ことが分かる。水分子が多いと運搬熱量が多くなるため
である。

【００４５】図１０から電気炉温度（加熱温度）が450
℃以上、望ましくは500℃以上あれば、300℃以上又は40
0℃以上の過熱蒸気が得られることが分かる。

【００４６】

【産業上の利用の可能性】本発明の過熱蒸気発生装置
は、上記のような食品加工ばかりでなく、塑性加工工程
を経た金属製品の脱脂処理、さらには、無酸素状態にお
ける木材等の炭化処理（炭化製品の製造）、各種素材の
殺菌・乾燥等への適用も期待できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来における過熱蒸気発生装置の概略図

【図２】本発明の一実施形態を示す過熱蒸気発生装置
（調理器と接続した）の概略図

【図３】本発明に使用する伝熱管ユニットの製造工程を
示す概略説明図

【図４】図３における別の態様の波板（伝熱フィン）の
平面図及び側面図

【図５】一枚のフープ（金属板）から製造した伝熱管の
各形態を示す横断面図

【図６】パイプ材から形成する伝熱管の各形態を示す横
断面図

【図７】伝熱管の更に別の形態を示す断面図

【図８】伝熱管ユニットの別の態様を示す断面図

【図９】本発明の実施例における水噴霧量変化による蒸
気温度変化の測定結果を示すグラフ図

【図１０】同じく電気炉温度変化による蒸気温度変化の
測定結果を示すグラフ図

【図１１】同じく使用した噴霧ノズルの噴霧形状を示す
モデル図

【図１２】同じく噴霧ノズルの各発振幅に対する噴霧量
を示すグラフ図

【符号の説明】

３８噴霧ノズル４０伝熱管４１伝熱フィン（波板）４２伝熱管群４４電気炉（直接過熱手段）５０調理器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】常温水または温水を噴霧する噴霧ノズル
と、該噴霧ノズルからの霧（微小水滴集合体）を導入・
導出する１本又は複数本の伝熱管と、前記電熱管を直接
的に加熱する直接加熱手段とを構成要素として含むこと
を特徴とする過熱蒸気発生装置。
【請求項２】前記噴霧ノズルが加圧タイプであること
を特徴とする請求項１記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項３】前記伝熱管が扁平断面の伝熱管本体と該
伝熱管本体の長手方向の対向面間をつなぐ、又は、該対
向面の双方又は一方から突出する多数の伝熱フィンとか
らなることを特徴とする請求項１記載の過熱蒸気発生装
置。
【請求項４】前記直接加熱手段が、前記伝熱管の受熱
部が加熱部に配される筒状電気炉であることを特徴とす
る請求項１、２又は３記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項５】常温水または温水を噴霧のズルで霧状体
とし、該霧状体を一本又は複数本の伝熱管に導入すると
ともに、該伝熱管の受熱部を直接的に加熱して、前記霧
状体を過熱蒸気として前記伝熱管から導出することを特
徴とする過熱蒸気の発生方法。
【請求項６】前記噴霧ノズルが加圧タイプであること
を特徴とする請求項５記載の過熱蒸気の発生方法。
【請求項７】前記伝熱管として、扁平断面の伝熱管本
体と該伝熱管本体の長手方向の対向面間をつなぐ、又
は、該対向面の双方又は一方から突出する多数の伝熱フ
ィンとからなるものを使用することを特徴とする請求項
５記載の過熱蒸気の発生方法。
【請求項８】前記伝熱管の受熱部を筒状電気炉の加熱
部に配して前記直接的な過熱を行うことを特徴とする請
求項５、６又は７記載の過熱蒸気の発生方法。