JP3617706B2 - 蒸気発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンク式の蒸気発生装置に係るもので、特に蒸気供給量を一定化するためのボイラタンク内の圧力制御を可能とした蒸気発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図６を参照し、従来の一般的なタンク式蒸気発生装置を、液体中に直接蒸気を吹き込んで加熱する用途に使用した例について説明する。
ボイラタンク１内の底部には、ボイラタンク１内の水６を加熱するためのヒータ２が設けられ、さらに、ボイラタンク１内の水６の温度を検知して前記ヒータ２の通電を制御する温度調節器３が設けられている。
【０００３】
さらに、前記ボイラタンク１の頂部からは蒸気導出管５が延設され、その先端はタイマ９により開時間を制御される電磁開閉弁８を介してスチームノズル１０に接続されており、ボイラタンク１内の蒸気７を必要に応じて取出し得るようになっている。
【０００４】
また、ボイラタンク１の上部側壁には、高温状態から冷えた状態となってボイラタンク１内が負圧になった際に、外気Ｅをボイラタンク１内に導入してボイラタンク１の破損を防止するための真空防止弁１４が取付けられている。
【０００５】
この真空防止弁１４は、ハウジングの内部下方に弁座が設けられ、この弁座に自重でボール１５が密着する構造となっている。
さらに、ボイラタンク１の頂部には、ボイラタンク１内が異常高圧になった際に蒸気７を逃してボイラタンク１の破損を防止するための安全弁１３が取付けられている。
【０００６】
この安全弁１３は、図７に示すような構造となっている。すなわち、ハウジング１６の内部下方に弁座１９が設けられ、この弁座１９に対向する如く前記ハウジング１６に摺動可能に弁棒１７が保持されている。この弁棒１７は、コイルばね２３により常時弁座１９の方向に付勢され、弁棒１７の下端部に装着されたシール片１８が前記弁座１９に密着する構成となっている。
【０００７】
しかして、このように構成された装置においては、ヒータ２に通電し、ボイラタンク１内の水６を加熱していくと水面上には蒸気７が発生し、水温の上昇と共に蒸気圧は上昇する。水温が所定温度に達すると温度調節器３がヒータ２への通電を切る。
【０００８】
この状態で電磁開閉弁８を一定時間タイマ９により開くことにより、タンク１内の蒸気を蒸気導出管５及びスチームノズル１０を介してカップ１１内の飲料１２中に噴き込み、飲料１２を加熱することができるものである。
【０００９】
しかしながら、このような装置においては、装置の使用を終了し、ヒータ２への通電を切るとボイラタンク１内の水温は降下して行き、これに伴って水面上の蒸気も凝縮し、蒸気圧も低下する。
【００１０】
そして、ボイラタンク１内が大気圧以下になると真空防止弁１４内のボール１５が大気圧により持ち上げられて弁座から離れ、ボイラタンク１内に外気Ｅが導入され、ボイラタンク１の負圧が防止される。
【００１１】
このため、加熱開始前のボイラタンク１内の水面上には必ず空気が閉じ込められた状態となっており、再び装置の使用に伴ってヒータ２による水６の加熱が開始されるとボイラタンク１内の水面上の空気は昇温し膨張する。
【００１２】
これにより、ボイラタンク１内は、水６の温度（例えば１１５℃）に対応した蒸気圧（例えば０．０７ＭＰａ）に昇温膨張による空気圧が加重され、異常高圧（例えば０．１０３ＭＰａ）となる。
【００１３】
このため、この状態で電磁開閉弁８を開いて、飲料１２中に蒸気を吹き込むと、スチームノズル１０からは、空気と蒸気の混合気が異常高圧で噴出することとなり、タイマ９で同一時間、電磁開閉弁８を開いても圧力が高いために、多量の気体が噴出すること、及び、噴出気体の中の蒸気と空気の混合比率によって実噴出蒸気量、即ち、熱量は変化してしまい、加熱結果としての飲料１２の加熱温度を一定に制御できなくなるといった問題が生じる。
【００１４】
なお、このような従来装置においても、スチームノズル１０から多数回に亘って蒸気噴出を繰返せば、ボイラタンク１内の空気はほとんど排出され、以後、ボイラタンク１内の圧力は水６の制御温度に対応した一定の蒸気圧に維持され、毎回同量の蒸気即ち熱量をノズル１０から飲料１２中に噴出し、飲料１２を同一温度に加熱できるが、装置の使用を終了する毎に、上述したようにボイラタンク１内に外気が導入されて、同様の問題が繰返されることになる。
【００１５】
なお、安全弁１３の設定圧力によっては、ボイラタンク１内が異常高圧となった時、弁棒１７が押し上げられて逃がし口２５からボイラタンク１内の空気と蒸気が放出され、ボイラタンク１内は減圧されるが、この安全弁１３の吹き止まり圧力は前記温度調節器３の制御温度に対応した蒸気圧よりは高く設定されなければならないことから、スチームノズル１０からの噴出圧は正常値よりは高く、かつ、混合気であることから前記の蒸気量不安定の問題が残るほか、ボイラの沸き上げ毎に安全弁１３が動作することとなり、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を使用者に与えるといった問題がある。
【００１６】
なお、蒸気発生用のヒータ２の通電を、ボイラタンク１内の圧力により制御することも行われるが、この場合、沸き上げ初期の異常昇圧は起こらず、通常圧で制御されるが、空気の膨張圧を含んでいるので、蒸気圧はその分低くなる。
【００１７】
したがって、蒸気温度も低く、空気との混合気であることも含めてスチームノズル１０から取り出される実質の蒸気量、すなわち、熱量は少くなってしまい、上記と同様の問題を生ずる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の蒸気発生装置は、加熱開始前のボイラタンク内の水面上には必ず空気が閉じ込められた状態となっており、蒸気発生のための沸し上げの初期に於けるタンクに内在する空気の昇温膨張による異常昇圧と、取り出し蒸気への空気の多量混入により安定した量の蒸気取り出しができず、蒸気加熱を目的としたような用途では安定した加熱結果が得られないという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記事情に基づきなされもので、蒸気発生装置の沸き上げ初期から常に安定した量の蒸気取り出しを可能とし、安定した加熱効果を得ることを可能とした蒸気発生装置を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するための第１の手段として、ボイラタンク内の液体を加熱手段で加熱して沸騰させることにより蒸気を発生させ、該蒸気をボイラタンクの上部に接続されると共に開閉弁が介装された蒸気導出管を介してボイラタンク内から取出し得るようにした蒸気発生装置において、前記ボイラタンクの上部に、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く弁装置を設けてなる構成としたものである。
【００２１】
また、第２の手段として、ヒータを備えたボイラタンクと、このボイラタンクの上部に接続された蒸気導出管と、この蒸気導出管に介装された開閉弁と、前記ボイラタンク内の温度または圧力を検出し、前記ヒータへの通電を制御する温度調節器と、前記ボイラタンクの上部に接続され、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁とを具備してなる構成としたものである。
【００２２】
また、第３の手段として、ボイラタンク内の液体を加熱手段で加熱して沸騰させることにより蒸気を発生させ、該蒸気をボイラタンクの上部に接続されると共に開閉弁が介装された蒸気導出管を介してボイラタンク内から取出し得ると共に、前記ボイラタンクに安全弁を装着してなる蒸気発生装置であって、前記安全弁が、前記ボイラタンクに接続されたハウジングと、このハウジング内に形成された通路をボイラタンク内に連通する第１のゾーンと逃がし口に連通する第２のゾーンに２分する状態に設けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムの中央部に固設されたリング状の弁座を備えた弁座ディスクと、この弁座ディスクに摺動自在に装着されシール部を前記弁座に接離させることにより弁座ディスクに形成された通孔を開閉する弁棒と、この弁棒に設けられたシール部が前記弁座ディスクの弁座とボイラタンク内の圧力が大気圧以下において狭い隙間を維持するように支持する弁棒支持ばねと、前記ハウジング内かつ前記逃がし口に連通する第２のゾーン側に設けられ前記弁座ディスクを押圧支持する弁座ディスク押えばねと、前記ハウジングに取付けられ、その先端を前記弁棒の端面に間隔を存して対向させた弁開放用ストッパとを具備し、前記ボイラタンク内の蒸気発生に伴う前記弁棒と前記弁座との狭い隙間を流れる気体の流動減圧による隙間前後の圧力差で前記弁棒のシール部が前記弁座に当接して弁座ディスクの通孔が閉塞されると共に、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達するとダイヤフラムに固設された弁座ディスクが弁座ディスク押えばねの付勢力に抗して移動して前記弁棒が前記弁開放用ストッパに当接しシール部が前記弁座から離れて通孔を開放する構成としたものである。
【００２３】
また、第４の手段として、ボイラタンク内の液体を加熱手段で加熱して沸騰させることにより蒸気を発生させ、該蒸気をボイラタンクの上部に接続されると共に開閉弁が介装された蒸気導出管を介してボイラタンク内から取出し得るようにした蒸気発生装置であって、前記ボイラタンクの上部に接続され同ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く安全弁と、前記ボイラタンクの上部に接続され同ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止する弁装置とを具備してなる構成としたものである。
【００２４】
上記第１の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く弁装置を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、流路抵抗等の蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００２５】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００２６】
また、上記第２の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に接続され、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００２７】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００２８】
また、大気圧開放型安全弁であるため、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００２９】
また、上記第３の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクに装着した安全弁が、ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁となるため、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００３０】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００３１】
また、安全弁が、大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００３２】
また、構成も簡単で、しかも、安全弁の圧力調整が外部から容易に行うことが可能となる。
また、上記第４の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、同ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止する弁装置を接続したから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００３３】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始時の沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００３４】
また、通常の安全弁及び真空防止弁を備えた従来装置において、真空防止弁に替えて上記構成の弁装置を取付けるだけで、従来装置をそのまま使うことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態の蒸気発生装置につき図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
図１において、ボイラタンク１内の底部には、ボイラタンク１内の液体である水６を加熱するためのヒータ２が設けられ、さらに、ボイラタンク１内の水６の温度を検知して前記ヒータ２の通電を制御する温度調節器３が設けられている。
【００３６】
さらに、前記ボイラタンク１の頂部からは蒸気導出管５が延設され、その先端はタイマ９により開時間を制御される電磁開閉弁８を介してスチームノズル１０に接続されており、ボイラタンク１内の蒸気７を必要に応じて取出し得るようになっている。
【００３７】
前記スチームノズル１０は、カップ１１内の飲料１２中に差し込まれている。また、前記ボイラタンク１の頂部には弁装置として、次にのべるような大気圧開放型安全弁４が接続されている。
【００３８】
この大気圧開放型安全弁４は、図２ないし図４に示す構成となっている。
すなわち、前記ボイラタンク１に接続されたハウジング１６を有し、このハウジング１６の内部には、ハウジング１６内に形成された通路３０をボイラタンク１内に連通する第１のゾーンとしての下部ゾーン３０ａと、逃がし口２５に連通する第２のゾーンとしての上部ゾーン３０ｂに２分する状態にダイヤフラム２０が設けられている。
【００３９】
また、ダイヤフラム２０の中央部には、リング状の弁座１９を備えた弁座ディスク２１が固設され、この弁座ディスク２１の中心部にはシール部としてのシール片１８を前記弁座１９に接離させることにより弁座ディスク２１に形成された通孔２１ａを開閉する弁棒１７が上下方向に摺動自在に設けられている。
【００４０】
この弁棒１７は、上端側をコイルばねからなる弁棒支持ばね２２によって支持され、下端大径部に貼設されたシール片１８が前記弁座ディスク２１の弁座１９とボイラタンク１内の圧力が大気圧以下において狭い隙間（０．５〜１ｍｍ程度）をあけて対向している。
【００４１】
さらに、前記弁座ディスク２１の上面とハウジング１６との間、すなわち、前記逃がし口２５に連通する第２のゾーン３０ａ側には、前記弁棒１７と同芯状態、かつ弁座ディスク２１を下方に押圧する状態にコイルばねからなる弁座ディスク押えばね２３が設けられている。
【００４２】
また、前記ハウジング１６の上部からは、その先端を前記第２のゾーン３０ｂにおいて前記弁棒１７の上端面に間隔を存して対向させた弁開放用ストッパとしての設定ねじ２４が進退調節可能に螺設されている。
【００４３】
また、設定ねじ２４は、位置設定後にロックナット３２により位置固定がなされるようになっている。
上記のように構成された蒸気発生装置の作用について説明する。
【００４４】
ボイラタンク１内の水が冷えた状態では、大気圧開放型安全弁４は、図２の状態、すなわち、弁棒１７のシール片１８と弁座１９の間には隙間Ｇがあいた状態となっており、ボイラタンク１内は、安全弁４を介して外部と連通している。したがって、ボイラタンク１内には空気が入っている状態となる。
【００４５】
ヒータ２に通電すると、ボイラタンク１内の水６は、加熱されて昇温して行き、これに伴ってボイラタンク１内の水面上の空気も昇温、膨張するが、膨張分は大気圧開放型安全弁４の弁座１９とシール片１８との隙間Ｇを通って逃がし口２５から外部へ静かに流出していき、ボイラタンク１内は大気圧に保たれる。
【００４６】
水６の温度が１００℃に達すると沸騰が始まり、多量の蒸気が発生し始め、この蒸気も膨張空気と同様に大気圧開放型安全弁４を通って外部へ流出するが、流出する気体の量が膨張空気の量よりはるかに多いので弁座１９と弁棒１７のシール片１８との狭い隙間Ｇを高速で流れることとなる。
【００４７】
その結果、弁座１９を境にして流動減圧を生じ、弁座１９の上流側と下流側に明瞭な差圧が発生する。
この差圧は、弁棒１７の大径部１７ａの下面に作用し、弁棒支持ばね２２と自重とで平衡位置にあった弁棒１７は上方に押されて移動し、図３に示す如くシール片１８が弁座１９に密着し、通孔２１ａを閉塞する。
【００４８】
このように、シール片１８が弁座１９に密着し、通孔２１ａを閉塞する結果、ボイラタンク１内には蒸気圧が閉じ込められ、この蒸気圧が弁棒１７を押上げる方向に作用するため大気圧開放型安全弁４は閉じた状態が保たれる。
【００４９】
そして、ボイラタンク１内の水温が、所定温度（例えば１１５℃）に達すると温度調節器３によりヒータ２への通電が切られ、ボイラタンク１内の圧力は、水温に対応した蒸気圧（例えば０．０７ＭＰａ）に、残留空気の大気圧開放型安全弁４が閉止された後の膨張圧力を加えた圧力（例えば０．０７４ＭＰａ）となり、ほぼ常用の蒸気圧に近い圧力に収まる。
【００５０】
この状態で、電磁弁８をタイマ９で一定時間開くと蒸気が若干の残留空気を交えながら蒸気導出管５及びスチームノズル１０を経てカップ１１内の飲料１２中に吹き込まれ、飲料１２はほぼ目標とする所定の温度に加熱される。
【００５１】
なお、ボイラタンク１内の残留空気は少くなっているので、スチームノズル１０からの噴出蒸気への混入比率は小さく、噴出蒸気量に及ぼす影響は軽微である。
【００５２】
スチームノズル１０からの蒸気噴出により、ボイラタンク１内の水温は、沸騰潜熱を奪われて低下するが、ある温度まで低下すると温度調節器３が動作してヒータ２に再び通電がなされ、所定の水温・蒸気圧に回復、維持される。
【００５３】
スチームノズル１０から噴出を重ねると、ボイラタンク１内の残留空気はほとんどがなくなり、所定の蒸気圧によって毎回同量の蒸気噴出によって飲料１２は所定の同一温度に加熱されることになる。
【００５４】
また、万が一、温度調節器３の故障などにより、ボイラタンク１内の水温が異常上昇した場合、圧力も異常に上昇することとなるが、このような場合には、大気圧開放型安全弁４が安全弁機能状態となり、異常高圧となることが防止される。
【００５５】
すなわち、ボイラタンク１内の圧力が異常高圧状態となると、この異常高圧がダイヤフラム２０の下面に作用してコイルばね２３の力に抗して、弁座１９に着座した弁棒１７と一体で上方に変形して行く。
【００５６】
そして、安全弁吹き出し設定圧に近接すると、弁棒１７の上端が設定ねじ２４の下端に当接してその動きが規制され、ダイヤフラム２０及び弁座ディスク２１が更に上方に変形する。
【００５７】
これにより、弁座ディスク２１の弁座１９は、図４に示すように、弁棒１７のシール片１８から離間した状態となって弁座１９とシール片１８との間に隙間Ｇが形成された状態となり、安全弁４は開放される。そして、ボイラタンク１内の蒸気は逃がし口２５から外部に放出され安全が確保される。
【００５８】
安全弁４の動作後、ボイラタンク１内が、ある程度減圧されるとダイヤフラム２０はコイルばね２３に押し戻され、弁座１９がシール片１８に当接して通孔２１ａを閉じ安全弁が閉じられた状態、すなわち、図３の状態にもどる。
【００５９】
つぎに、この蒸気発生装置の使用を終了し、ヒータ２への通電を切ると、ボイラタンク１内の水６及び蒸気７の温度が降下しはじめ、これに伴ってボイラタンク１内の圧力、すなわち蒸気圧も低下し、大気圧に近付く。
【００６０】
これにより、弁棒１７を押上げるよう弁棒１７の下端面に作用していた蒸気圧力がほとんどなくなり、弁棒１７は、自重で弁棒支持ばね２２を撓ませて下方に変位する。この弁棒１７の下降動作により、弁棒１７の下端側に取付けられたシール片１８が弁座１９から離れ、安全弁４が開放された状態、すなわち、図２に示す状態にもどる。
【００６１】
したがって、更にボイラタンク１内の水温が下っても安全弁４を通って外気が同タンク内に流入し、負圧になることが防止される。
上述のように、この実施形態の蒸気発生装置によれば、次のような有用な効果を得ることができる。
（１） ボイラの沸き上げ途上において、ボイラタンク１内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク１外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることから、ボイラタンク１内の圧力は沸し上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、且つボイラタンク１内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管５の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。
【００６２】
したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
（２） 大気圧開放型安全弁４は、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に作動するようなことなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
（３） 本発明の装置では大気開放型安全弁４を採用し、安全弁が大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンク１が冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００６３】
なお、以上の例ではボイラタンク１のヒータ２の制御をボイラタンク１内の水温を制御することによって行ったが、水温と蒸気圧との相関関係に基づき圧力調節器によってボイラタンク１内の圧力を一定になるようにヒータ２の通電制御を行っても上記と同様の作用、効果が得られる。
【００６４】
また、前述した第１の実施形態では、特殊な安全弁、すなわち、大気開放型安全弁４を用いてボイラタンク１内の空気を排出させる例を示したが、図５に示すように安全弁としては一般的な安全弁１３を用い、ボイラタンク１内の空気の排出は別の大気開放型弁装置４０によって行ってもよい。
【００６５】
また、通常の安全弁１３及び真空防止弁１４を備えた従来装置（図６参照）において、真空防止弁１４に替えて上記構成の大気開放型弁装置４０を取付けるだけで、従来装置をそのまま使うことができる。
【００６６】
なお、この第２の実施形態（図５）における別の大気開放型弁装置４０は、前述の大気開放型安全弁４から、ダイヤフラム２０、弁座ディスク押えばね２３、弁開放用ストッパとしての設定ねじ２４等を削除した極めて簡単な構成のもので良いことは勿論である。
その他、本発明は、本発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば次のような効果を奏する。
請求項１記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く弁装置を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００６８】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００６９】
また、弁装置が大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、弁装置が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００７０】
また、請求項２記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に接続され、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００７１】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００７２】
また、大気圧開放型安全弁であるため、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００７３】
また、請求項３記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクに装着した安全弁が、ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁となるため、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００７４】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００７５】
また、安全弁が、大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００７６】
また、構成も簡単で、しかも、安全弁の圧力調整が外部から容易に行うことが可能となる。
また、請求項４記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、同ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止する弁装置を接続したから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００７７】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始時の沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００７８】
また、通常の安全弁及び真空防止弁を備えた従来装置において、真空防止弁に替えて上記構成の弁装置を取付けるだけで、従来装置をそのまま使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である蒸気発生装置の使用例を示す概略断面図。
【図２】図１に示す蒸気発生装置の安全弁の大気圧下の状態を示す断面図。
【図３】図２に示す安全弁が大気圧より高い蒸気圧下で閉じた状態を示す断面図。
【図４】図２に示す安全弁が異常高圧を受けて開放した状態を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態である蒸気発生装置の使用例を示す概略断面図。
【図６】従来の蒸気発生装置の使用例を示す概略断面図。
【図７】図６に示す蒸気発生装置の安全弁の非作動時の状態を示す断面図。
【符号の説明】
１…ボイラタンク、２…ヒータ、３…温度調節器、４…大気圧開放型安全弁（弁装置）、５…蒸気導出管、６…水（液体）、７…蒸気、８…電磁開閉弁、９…タイマ、１０…スチームノズル、１１…カップ、１２…飲料、１３…安全弁、１４…真空防止弁、１５…ボール、１６…ハウジング、１７…弁棒、１８…シール片（シール部）、１９…弁座、２０…ダイヤフラム、２１…弁座ディスク、２２…弁棒支持ばね、２３…コイルばね（弁座ディスク押さえばね）、２４…設定ねじ（弁開放用ストッパ）、２５…逃がし口。
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンク式の蒸気発生装置に係るもので、特に蒸気供給量を一定化するためのボイラタンク内の圧力制御を可能とした蒸気発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図６を参照し、従来の一般的なタンク式蒸気発生装置を、液体中に直接蒸気を吹き込んで加熱する用途に使用した例について説明する。
ボイラタンク１内の底部には、ボイラタンク１内の水６を加熱するためのヒータ２が設けられ、さらに、ボイラタンク１内の水６の温度を検知して前記ヒータ２の通電を制御する温度調節器３が設けられている。
【０００３】
さらに、前記ボイラタンク１の頂部からは蒸気導出管５が延設され、その先端はタイマ９により開時間を制御される電磁開閉弁８を介してスチームノズル１０に接続されており、ボイラタンク１内の蒸気７を必要に応じて取出し得るようになっている。
【０００４】
また、ボイラタンク１の上部側壁には、高温状態から冷えた状態となってボイラタンク１内が負圧になった際に、外気Ｅをボイラタンク１内に導入してボイラタンク１の破損を防止するための真空防止弁１４が取付けられている。
【０００５】
この真空防止弁１４は、ハウジングの内部下方に弁座が設けられ、この弁座に自重でボール１５が密着する構造となっている。
さらに、ボイラタンク１の頂部には、ボイラタンク１内が異常高圧になった際に蒸気７を逃してボイラタンク１の破損を防止するための安全弁１３が取付けられている。
【０００６】
この安全弁１３は、図７に示すような構造となっている。すなわち、ハウジング１６の内部下方に弁座１９が設けられ、この弁座１９に対向する如く前記ハウジング１６に摺動可能に弁棒１７が保持されている。この弁棒１７は、コイルばね２３により常時弁座１９の方向に付勢され、弁棒１７の下端部に装着されたシール片１８が前記弁座１９に密着する構成となっている。
【０００７】
しかして、このように構成された装置においては、ヒータ２に通電し、ボイラタンク１内の水６を加熱していくと水面上には蒸気７が発生し、水温の上昇と共に蒸気圧は上昇する。水温が所定温度に達すると温度調節器３がヒータ２への通電を切る。
【０００８】
この状態で電磁開閉弁８を一定時間タイマ９により開くことにより、タンク１内の蒸気を蒸気導出管５及びスチームノズル１０を介してカップ１１内の飲料１２中に噴き込み、飲料１２を加熱することができるものである。
【０００９】
しかしながら、このような装置においては、装置の使用を終了し、ヒータ２への通電を切るとボイラタンク１内の水温は降下して行き、これに伴って水面上の蒸気も凝縮し、蒸気圧も低下する。
【００１０】
そして、ボイラタンク１内が大気圧以下になると真空防止弁１４内のボール１５が大気圧により持ち上げられて弁座から離れ、ボイラタンク１内に外気Ｅが導入され、ボイラタンク１の負圧が防止される。
【００１１】
このため、加熱開始前のボイラタンク１内の水面上には必ず空気が閉じ込められた状態となっており、再び装置の使用に伴ってヒータ２による水６の加熱が開始されるとボイラタンク１内の水面上の空気は昇温し膨張する。
【００１２】
これにより、ボイラタンク１内は、水６の温度（例えば１１５℃）に対応した蒸気圧（例えば０．０７ＭＰａ）に昇温膨張による空気圧が加重され、異常高圧（例えば０．１０３ＭＰａ）となる。
【００１３】
このため、この状態で電磁開閉弁８を開いて、飲料１２中に蒸気を吹き込むと、スチームノズル１０からは、空気と蒸気の混合気が異常高圧で噴出することとなり、タイマ９で同一時間、電磁開閉弁８を開いても圧力が高いために、多量の気体が噴出すること、及び、噴出気体の中の蒸気と空気の混合比率によって実噴出蒸気量、即ち、熱量は変化してしまい、加熱結果としての飲料１２の加熱温度を一定に制御できなくなるといった問題が生じる。
【００１４】
なお、このような従来装置においても、スチームノズル１０から多数回に亘って蒸気噴出を繰返せば、ボイラタンク１内の空気はほとんど排出され、以後、ボイラタンク１内の圧力は水６の制御温度に対応した一定の蒸気圧に維持され、毎回同量の蒸気即ち熱量をノズル１０から飲料１２中に噴出し、飲料１２を同一温度に加熱できるが、装置の使用を終了する毎に、上述したようにボイラタンク１内に外気が導入されて、同様の問題が繰返されることになる。
【００１５】
なお、安全弁１３の設定圧力によっては、ボイラタンク１内が異常高圧となった時、弁棒１７が押し上げられて逃がし口２５からボイラタンク１内の空気と蒸気が放出され、ボイラタンク１内は減圧されるが、この安全弁１３の吹き止まり圧力は前記温度調節器３の制御温度に対応した蒸気圧よりは高く設定されなければならないことから、スチームノズル１０からの噴出圧は正常値よりは高く、かつ、混合気であることから前記の蒸気量不安定の問題が残るほか、ボイラの沸き上げ毎に安全弁１３が動作することとなり、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を使用者に与えるといった問題がある。
【００１６】
なお、蒸気発生用のヒータ２の通電を、ボイラタンク１内の圧力により制御することも行われるが、この場合、沸き上げ初期の異常昇圧は起こらず、通常圧で制御されるが、空気の膨張圧を含んでいるので、蒸気圧はその分低くなる。
【００１７】
したがって、蒸気温度も低く、空気との混合気であることも含めてスチームノズル１０から取り出される実質の蒸気量、すなわち、熱量は少くなってしまい、上記と同様の問題を生ずる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の蒸気発生装置は、加熱開始前のボイラタンク内の水面上には必ず空気が閉じ込められた状態となっており、蒸気発生のための沸し上げの初期に於けるタンクに内在する空気の昇温膨張による異常昇圧と、取り出し蒸気への空気の多量混入により安定した量の蒸気取り出しができず、蒸気加熱を目的としたような用途では安定した加熱結果が得られないという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記事情に基づきなされもので、蒸気発生装置の沸き上げ初期から常に安定した量の蒸気取り出しを可能とし、安定した加熱効果を得ることを可能とした蒸気発生装置を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するための第１の手段として、ボイラタンク内の液体を加熱手段で加熱して沸騰させることにより蒸気を発生させ、該蒸気をボイラタンクの上部に接続されると共に開閉弁が介装された蒸気導出管を介してボイラタンク内から取出し得るようにした蒸気発生装置において、前記ボイラタンクの上部に、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く弁装置を設けてなる構成としたものである。
【００２１】
また、第２の手段として、ヒータを備えたボイラタンクと、このボイラタンクの上部に接続された蒸気導出管と、この蒸気導出管に介装された開閉弁と、前記ボイラタンク内の温度または圧力を検出し、前記ヒータへの通電を制御する温度調節器と、前記ボイラタンクの上部に接続され、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁とを具備してなる構成としたものである。
【００２２】
また、第３の手段として、ボイラタンク内の液体を加熱手段で加熱して沸騰させることにより蒸気を発生させ、該蒸気をボイラタンクの上部に接続されると共に開閉弁が介装された蒸気導出管を介してボイラタンク内から取出し得ると共に、前記ボイラタンクに安全弁を装着してなる蒸気発生装置であって、前記安全弁が、前記ボイラタンクに接続されたハウジングと、このハウジング内に形成された通路をボイラタンク内に連通する第１のゾーンと逃がし口に連通する第２のゾーンに２分する状態に設けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムの中央部に固設されたリング状の弁座を備えた弁座ディスクと、この弁座ディスクに摺動自在に装着されシール部を前記弁座に接離させることにより弁座ディスクに形成された通孔を開閉する弁棒と、この弁棒に設けられたシール部が前記弁座ディスクの弁座とボイラタンク内の圧力が大気圧以下において狭い隙間を維持するように支持する弁棒支持ばねと、前記ハウジング内かつ前記逃がし口に連通する第２のゾーン側に設けられ前記弁座ディスクを押圧支持する弁座ディスク押えばねと、前記ハウジングに取付けられ、その先端を前記弁棒の端面に間隔を存して対向させた弁開放用ストッパとを具備し、前記ボイラタンク内の蒸気発生に伴う前記弁棒と前記弁座との狭い隙間を流れる気体の流動減圧による隙間前後の圧力差で前記弁棒のシール部が前記弁座に当接して弁座ディスクの通孔が閉塞されると共に、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達するとダイヤフラムに固設された弁座ディスクが弁座ディスク押えばねの付勢力に抗して移動して前記弁棒が前記弁開放用ストッパに当接しシール部が前記弁座から離れて通孔を開放する構成としたものである。
【００２３】
また、第４の手段として、ボイラタンク内の液体を加熱手段で加熱して沸騰させることにより蒸気を発生させ、該蒸気をボイラタンクの上部に接続されると共に開閉弁が介装された蒸気導出管を介してボイラタンク内から取出し得るようにした蒸気発生装置であって、前記ボイラタンクの上部に接続され同ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く安全弁と、前記ボイラタンクの上部に接続され同ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止する弁装置とを具備してなる構成としたものである。
【００２４】
上記第１の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く弁装置を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、流路抵抗等の蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００２５】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００２６】
また、上記第２の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に接続され、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００２７】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００２８】
また、大気圧開放型安全弁であるため、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００２９】
また、上記第３の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクに装着した安全弁が、ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁となるため、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００３０】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００３１】
また、安全弁が、大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００３２】
また、構成も簡単で、しかも、安全弁の圧力調整が外部から容易に行うことが可能となる。
また、上記第４の手段の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、同ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止する弁装置を接続したから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００３３】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始時の沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００３４】
また、通常の安全弁及び真空防止弁を備えた従来装置において、真空防止弁に替えて上記構成の弁装置を取付けるだけで、従来装置をそのまま使うことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態の蒸気発生装置につき図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
図１において、ボイラタンク１内の底部には、ボイラタンク１内の液体である水６を加熱するためのヒータ２が設けられ、さらに、ボイラタンク１内の水６の温度を検知して前記ヒータ２の通電を制御する温度調節器３が設けられている。
【００３６】
さらに、前記ボイラタンク１の頂部からは蒸気導出管５が延設され、その先端はタイマ９により開時間を制御される電磁開閉弁８を介してスチームノズル１０に接続されており、ボイラタンク１内の蒸気７を必要に応じて取出し得るようになっている。
【００３７】
前記スチームノズル１０は、カップ１１内の飲料１２中に差し込まれている。また、前記ボイラタンク１の頂部には弁装置として、次にのべるような大気圧開放型安全弁４が接続されている。
【００３８】
この大気圧開放型安全弁４は、図２ないし図４に示す構成となっている。
すなわち、前記ボイラタンク１に接続されたハウジング１６を有し、このハウジング１６の内部には、ハウジング１６内に形成された通路３０をボイラタンク１内に連通する第１のゾーンとしての下部ゾーン３０ａと、逃がし口２５に連通する第２のゾーンとしての上部ゾーン３０ｂに２分する状態にダイヤフラム２０が設けられている。
【００３９】
また、ダイヤフラム２０の中央部には、リング状の弁座１９を備えた弁座ディスク２１が固設され、この弁座ディスク２１の中心部にはシール部としてのシール片１８を前記弁座１９に接離させることにより弁座ディスク２１に形成された通孔２１ａを開閉する弁棒１７が上下方向に摺動自在に設けられている。
【００４０】
この弁棒１７は、上端側をコイルばねからなる弁棒支持ばね２２によって支持され、下端大径部に貼設されたシール片１８が前記弁座ディスク２１の弁座１９とボイラタンク１内の圧力が大気圧以下において狭い隙間（０．５〜１ｍｍ程度）をあけて対向している。
【００４１】
さらに、前記弁座ディスク２１の上面とハウジング１６との間、すなわち、前記逃がし口２５に連通する第２のゾーン３０ａ側には、前記弁棒１７と同芯状態、かつ弁座ディスク２１を下方に押圧する状態にコイルばねからなる弁座ディスク押えばね２３が設けられている。
【００４２】
また、前記ハウジング１６の上部からは、その先端を前記第２のゾーン３０ｂにおいて前記弁棒１７の上端面に間隔を存して対向させた弁開放用ストッパとしての設定ねじ２４が進退調節可能に螺設されている。
【００４３】
また、設定ねじ２４は、位置設定後にロックナット３２により位置固定がなされるようになっている。
上記のように構成された蒸気発生装置の作用について説明する。
【００４４】
ボイラタンク１内の水が冷えた状態では、大気圧開放型安全弁４は、図２の状態、すなわち、弁棒１７のシール片１８と弁座１９の間には隙間Ｇがあいた状態となっており、ボイラタンク１内は、安全弁４を介して外部と連通している。したがって、ボイラタンク１内には空気が入っている状態となる。
【００４５】
ヒータ２に通電すると、ボイラタンク１内の水６は、加熱されて昇温して行き、これに伴ってボイラタンク１内の水面上の空気も昇温、膨張するが、膨張分は大気圧開放型安全弁４の弁座１９とシール片１８との隙間Ｇを通って逃がし口２５から外部へ静かに流出していき、ボイラタンク１内は大気圧に保たれる。
【００４６】
水６の温度が１００℃に達すると沸騰が始まり、多量の蒸気が発生し始め、この蒸気も膨張空気と同様に大気圧開放型安全弁４を通って外部へ流出するが、流出する気体の量が膨張空気の量よりはるかに多いので弁座１９と弁棒１７のシール片１８との狭い隙間Ｇを高速で流れることとなる。
【００４７】
その結果、弁座１９を境にして流動減圧を生じ、弁座１９の上流側と下流側に明瞭な差圧が発生する。
この差圧は、弁棒１７の大径部１７ａの下面に作用し、弁棒支持ばね２２と自重とで平衡位置にあった弁棒１７は上方に押されて移動し、図３に示す如くシール片１８が弁座１９に密着し、通孔２１ａを閉塞する。
【００４８】
このように、シール片１８が弁座１９に密着し、通孔２１ａを閉塞する結果、ボイラタンク１内には蒸気圧が閉じ込められ、この蒸気圧が弁棒１７を押上げる方向に作用するため大気圧開放型安全弁４は閉じた状態が保たれる。
【００４９】
そして、ボイラタンク１内の水温が、所定温度（例えば１１５℃）に達すると温度調節器３によりヒータ２への通電が切られ、ボイラタンク１内の圧力は、水温に対応した蒸気圧（例えば０．０７ＭＰａ）に、残留空気の大気圧開放型安全弁４が閉止された後の膨張圧力を加えた圧力（例えば０．０７４ＭＰａ）となり、ほぼ常用の蒸気圧に近い圧力に収まる。
【００５０】
この状態で、電磁弁８をタイマ９で一定時間開くと蒸気が若干の残留空気を交えながら蒸気導出管５及びスチームノズル１０を経てカップ１１内の飲料１２中に吹き込まれ、飲料１２はほぼ目標とする所定の温度に加熱される。
【００５１】
なお、ボイラタンク１内の残留空気は少くなっているので、スチームノズル１０からの噴出蒸気への混入比率は小さく、噴出蒸気量に及ぼす影響は軽微である。
【００５２】
スチームノズル１０からの蒸気噴出により、ボイラタンク１内の水温は、沸騰潜熱を奪われて低下するが、ある温度まで低下すると温度調節器３が動作してヒータ２に再び通電がなされ、所定の水温・蒸気圧に回復、維持される。
【００５３】
スチームノズル１０から噴出を重ねると、ボイラタンク１内の残留空気はほとんどがなくなり、所定の蒸気圧によって毎回同量の蒸気噴出によって飲料１２は所定の同一温度に加熱されることになる。
【００５４】
また、万が一、温度調節器３の故障などにより、ボイラタンク１内の水温が異常上昇した場合、圧力も異常に上昇することとなるが、このような場合には、大気圧開放型安全弁４が安全弁機能状態となり、異常高圧となることが防止される。
【００５５】
すなわち、ボイラタンク１内の圧力が異常高圧状態となると、この異常高圧がダイヤフラム２０の下面に作用してコイルばね２３の力に抗して、弁座１９に着座した弁棒１７と一体で上方に変形して行く。
【００５６】
そして、安全弁吹き出し設定圧に近接すると、弁棒１７の上端が設定ねじ２４の下端に当接してその動きが規制され、ダイヤフラム２０及び弁座ディスク２１が更に上方に変形する。
【００５７】
これにより、弁座ディスク２１の弁座１９は、図４に示すように、弁棒１７のシール片１８から離間した状態となって弁座１９とシール片１８との間に隙間Ｇが形成された状態となり、安全弁４は開放される。そして、ボイラタンク１内の蒸気は逃がし口２５から外部に放出され安全が確保される。
【００５８】
安全弁４の動作後、ボイラタンク１内が、ある程度減圧されるとダイヤフラム２０はコイルばね２３に押し戻され、弁座１９がシール片１８に当接して通孔２１ａを閉じ安全弁が閉じられた状態、すなわち、図３の状態にもどる。
【００５９】
つぎに、この蒸気発生装置の使用を終了し、ヒータ２への通電を切ると、ボイラタンク１内の水６及び蒸気７の温度が降下しはじめ、これに伴ってボイラタンク１内の圧力、すなわち蒸気圧も低下し、大気圧に近付く。
【００６０】
これにより、弁棒１７を押上げるよう弁棒１７の下端面に作用していた蒸気圧力がほとんどなくなり、弁棒１７は、自重で弁棒支持ばね２２を撓ませて下方に変位する。この弁棒１７の下降動作により、弁棒１７の下端側に取付けられたシール片１８が弁座１９から離れ、安全弁４が開放された状態、すなわち、図２に示す状態にもどる。
【００６１】
したがって、更にボイラタンク１内の水温が下っても安全弁４を通って外気が同タンク内に流入し、負圧になることが防止される。
上述のように、この実施形態の蒸気発生装置によれば、次のような有用な効果を得ることができる。
（１） ボイラの沸き上げ途上において、ボイラタンク１内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク１外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることから、ボイラタンク１内の圧力は沸し上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、且つボイラタンク１内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管５の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。
【００６２】
したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
（２） 大気圧開放型安全弁４は、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に作動するようなことなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
（３） 本発明の装置では大気開放型安全弁４を採用し、安全弁が大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンク１が冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００６３】
なお、以上の例ではボイラタンク１のヒータ２の制御をボイラタンク１内の水温を制御することによって行ったが、水温と蒸気圧との相関関係に基づき圧力調節器によってボイラタンク１内の圧力を一定になるようにヒータ２の通電制御を行っても上記と同様の作用、効果が得られる。
【００６４】
また、前述した第１の実施形態では、特殊な安全弁、すなわち、大気開放型安全弁４を用いてボイラタンク１内の空気を排出させる例を示したが、図５に示すように安全弁としては一般的な安全弁１３を用い、ボイラタンク１内の空気の排出は別の大気開放型弁装置４０によって行ってもよい。
【００６５】
また、通常の安全弁１３及び真空防止弁１４を備えた従来装置（図６参照）において、真空防止弁１４に替えて上記構成の大気開放型弁装置４０を取付けるだけで、従来装置をそのまま使うことができる。
【００６６】
なお、この第２の実施形態（図５）における別の大気開放型弁装置４０は、前述の大気開放型安全弁４から、ダイヤフラム２０、弁座ディスク押えばね２３、弁開放用ストッパとしての設定ねじ２４等を削除した極めて簡単な構成のもので良いことは勿論である。
その他、本発明は、本発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば次のような効果を奏する。
請求項１記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く弁装置を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００６８】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００６９】
また、弁装置が大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、弁装置が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００７０】
また、請求項２記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に接続され、該ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁を設けてなる構成としたことから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００７１】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００７２】
また、大気圧開放型安全弁であるため、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００７３】
また、請求項３記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクに装着した安全弁が、ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止し、かつ、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達すると開く大気圧開放型安全弁となるため、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００７４】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００７５】
また、安全弁が、大気圧以下で開くように構成されていて、ボイラタンクが冷えた時の負圧発生を防止する真空防止弁の機能を併せ備えており、安全弁が真空防止弁を兼ねるので蒸気発生装置の構成が簡単になる。
【００７６】
また、構成も簡単で、しかも、安全弁の圧力調整が外部から容易に行うことが可能となる。
また、請求項４記載の蒸気発生装置によれば、ボイラタンクの上部に、同ボイラタンク内の圧力が大気圧以下では開き、同ボイラタンク内の液体の沸騰により閉止する弁装置を接続したから、ボイラの沸き上げ途上においてボイラタンク内の空気の昇温膨張分の大部分をボイラタンク外に排出できる結果、沸き上り時の蒸気圧に対する空気の昇温膨張による圧力加重分を極めて少く抑えることができる。これにより、ボイラタンク内の圧力は、沸き上げ時からほぼ目標蒸気圧に制御され、かつ、ボイラタンク内に残留する空気成分も少くなっていることから、蒸気導出管の管路条件が同一であれば常に同一の流量の蒸気を取り出すことができる。したがって、加熱等の目的でこの蒸気を使用する場合には、常に同一の加熱結果を得ることができる。
【００７７】
また、従来の蒸気発生装置のような使用開始時の沸き上げ毎に安全弁が作動するようなことはなく、安全弁の作動に伴う気体の噴出音等による危険感を解消できる。
【００７８】
また、通常の安全弁及び真空防止弁を備えた従来装置において、真空防止弁に替えて上記構成の弁装置を取付けるだけで、従来装置をそのまま使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である蒸気発生装置の使用例を示す概略断面図。
【図２】図１に示す蒸気発生装置の安全弁の大気圧下の状態を示す断面図。
【図３】図２に示す安全弁が大気圧より高い蒸気圧下で閉じた状態を示す断面図。
【図４】図２に示す安全弁が異常高圧を受けて開放した状態を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態である蒸気発生装置の使用例を示す概略断面図。
【図６】従来の蒸気発生装置の使用例を示す概略断面図。
【図７】図６に示す蒸気発生装置の安全弁の非作動時の状態を示す断面図。
【符号の説明】
１…ボイラタンク、２…ヒータ、３…温度調節器、４…大気圧開放型安全弁（弁装置）、５…蒸気導出管、６…水（液体）、７…蒸気、８…電磁開閉弁、９…タイマ、１０…スチームノズル、１１…カップ、１２…飲料、１３…安全弁、１４…真空防止弁、１５…ボール、１６…ハウジング、１７…弁棒、１８…シール片（シール部）、１９…弁座、２０…ダイヤフラム、２１…弁座ディスク、２２…弁棒支持ばね、２３…コイルばね（弁座ディスク押さえばね）、２４…設定ねじ（弁開放用ストッパ）、２５…逃がし口。
Claims (1)
- ボイラタンク内の液体を加熱手段で加熱して沸騰させることにより蒸気を発生させ、該蒸気を、ボイラタンクの上部に接続されると共に開閉弁が介装された蒸気導出管を介してボイラタンク内から取出し得ると共に、前記ボイラタンクに安全弁を装着してなる蒸気発生装置であって、
前記安全弁が、
前記ボイラタンクに接続されたハウジングと、
このハウジング内に形成された通路をボイラタンク内に連通する第１のゾーンと逃がし口に連通する第２のゾーンに２分する状態に設けられたダイヤフラムと、
このダイヤフラムの中央部に固設されたリング状の弁座を備えた弁座ディスクと、
この弁座ディスクに摺動自在に装着されシール部を前記弁座に接離させることにより弁座ディスクに形成された通孔を開閉する弁棒と、
この弁棒に設けられたシール部が前記弁座ディスクの弁座とボイラタンク内の圧力が大気圧以下において狭い隙間を維持するように支持する弁棒支持ばねと、
前記ハウジング内かつ前記逃がし口に連通する第２のゾーン側に設けられ前記弁座ディスクを押圧支持する弁座ディスク押えばねと、
前記ハウジングに取付けられ、その先端を前記弁棒の端面に間隔を存して対向させた弁開放用ストッパと、
を具備し、
前記ボイラタンク内の蒸気発生に伴う前記弁棒と前記弁座との狭い隙間を流れる気体の流動減圧による隙間前後の圧力差で前記弁棒のシール部が前記弁座に当接して弁座ディスクの通孔が閉塞されると共に、ボイラタンク内の圧力が予め設定された圧力以上の圧力に達するとダイヤフラムに固設された弁座ディスクが弁座ディスク押えばねの付勢力に抗して移動して前記弁棒が前記弁開放用ストッパに当接しシール部が前記弁座から離れて通孔を開放する構成としたことを特徴とする蒸気発生装置。
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