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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