JP2017198439A - 蒸気供給装置および蒸気供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した蒸気を確実に供給できる蒸気供給装置を提供する。【解決手段】本発明は、貯水タンク１から熱交換器２に供給された水を、熱交換器において熱媒体と熱交換させて蒸気化して吐出させる蒸気供給装置を対象とする。貯水タンク１への水の供給量を調節する補水量調節手段１２と、熱交換器への熱媒体の供給量を調節する熱媒量調節手段２７と、貯水タンク１の水位を検出する水位検出センサ１５と、熱交換器２によって生成された蒸気の温度を検出する温度センサ６２と、水位検出センサ１５および温度センサ６２からの出力情報に基づき、補水量調節手段１２および熱媒量調節手段２７を制御する制御手段８とを備える。制御手段８は、温度センサによる検出温度が目標温度よりも低い場合には貯水タンク１への水の供給量を増加させるとともに、目標温度よりも高い場合には水の供給量を減少させる。【選択図】図３

Description

この発明は、食料品の蒸し加工や加熱調理を行う際等に蒸気を供給するための蒸気供給装置および蒸気供給方法に関する。

従来より、カニ等の魚介類に蒸し加工を施して蒸し食品を調理するような場合に蒸気が用いられる。このような蒸し加工用の蒸気を発生する装置としては、下記特許文献１等に示すような蒸気供給装置が周知である。

この蒸気供給装置は、貯水タンクから熱交換器内に供給された水を、ボイラーから熱交換器に供給された熱媒体としての高圧蒸気と熱交換させることによって蒸気化させて蒸気を発生させる。さらに発生した蒸気を蒸気吐出口から吐出させて、蒸気送出管を介して、製造装置と称される蒸し調理器や加熱調理器に供給するようにしている。

このような蒸気供給装置においては、熱交換器内の水位が変動すると、蒸気の湿度や温度が変動して蒸気の状態が不安定となり、適切な状態の安定した蒸気を供給できなくなってしまう。そのため、適切な蒸気を安定して供給するために熱交換器内の水位を一定に保つ必要がある。例えば特許文献１に示す蒸気供給装置では、熱交換器内の水位を貯水タンク内の水位と等しくなるように構成しておき、貯水タンク内の水位を一定に保つことによって、熱交換器内の水位を一定に保つようにしている。

特許第３３５２９６８号

既述した通り、従来の蒸気供給装置においては、適切な状態の蒸気を安定して供給するために熱交換器内の水位を一定に保つ必要があり、蒸気供給装置に関連した技術分野では、熱交換器内における水位制御の向上が可及的に求められているのが現状である。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、熱交換器内の水位を的確に制御できて、適切な蒸気を安定した状態で確実に供給することができる蒸気供給装置および蒸気供給方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を備えている。

［１］水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクから供給された水の水位が貯水タンクの水位に対応するように構成された熱交換器とを備え、前記貯水タンクから前記熱交換器に供給された水を、熱交換器においてボイラーからの熱媒体と熱交換させて蒸気化して吐出させるように構成された蒸気供給装置であって、
前記貯水タンクへの水の供給量を調節する補水量調節手段と、
前記熱交換器への熱媒体の供給量を調節する熱媒量調節手段と、
前記貯水タンクの水位を検出する水位検出センサと、
前記熱交換器によって生成された蒸気の温度を検出する温度センサと、
前記水位検出センサからの出力情報に基づき、前記補水量調節手段を制御して前記貯水タンク内への水の供給量を調節することによって前記貯水タンク内の水位を所定の目標水位に保持するとともに、前記温度センサからの出力情報に基づき、前記熱媒量調節手段を制御して前記熱交換器への熱媒の供給量を調節することによって前記熱交換器によって生成された蒸気の温度を所定の目標温度に保持する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記温度センサによる検出温度が目標温度よりも低い場合には前記補水量調節手段を制御して貯水タンクへの水の供給量を増加させるとともに、目標温度よりも高い場合には水の供給量を減少させるように構成されていることを特徴とする蒸気供給装置。

［２］前記制御手段は、前記貯水タンクに供給される水の増減量を、前記熱交換器に供給される熱媒の増減量に比例させるようにしている前項１に記載の蒸気供給装置。

［３］水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクから供給された水の水位が貯水タンクの水位に対応するように構成された熱交換器とを備え、前記貯水タンクから前記熱交換器に供給された水を、熱交換器においてボイラーからの熱媒体と熱交換させて蒸気化して供給するようにした蒸気供給方法であって、
前記貯水タンク内の水位を所定の目標水位に保持するように、前記貯水タンク内への水の供給量を調節し、
前記熱交換器によって生成された蒸気の温度を所定の目標温度に保持するように、前記熱交換器への熱媒の供給量を調節する一方、
前記熱交換器によって生成された蒸気の温度が目標温度よりも低い場合には前記貯水タンクへの水の供給量を増加させるとともに、目標温度よりも高い場合には水の供給量を減少させるようにしたことを特徴とする蒸気供給方法。

発明［１］の蒸気供給装置によれば、蒸気温度が低下または上昇した際に、貯水タンクへの補水量を増加または減少させるようにしているため、熱交換器内の水位を的確に制御できる。例えば蒸気温度の低下時には熱交換器への熱媒量を増加させて蒸気温度を上昇させることになるが、熱媒量を増加させると熱交換器内での水の蒸発量も増加して、水位が低下するため、そのままではやがて貯水タンク内の水も減少してしまう。そこで蒸気温度の低下時に貯水タンクへの補水量を増加させることによって、貯水タンクの水位低下を未然に防止できるため、貯水タンク内の水位低下、ひいては熱交換器内の水位低下を防止することができる。逆に蒸気温度の上昇時には熱媒量の減少により熱交換器内の水位が上昇傾向となるため、貯水タンクへの補水量を減少させることによって、貯水タンクの水位上昇を未然に防止でき、熱交換器内の水位上昇を防止することができる。このように熱交換器内の水位変動を防止でき、熱交換器内の水位を一定の水位に的確に制御でき、適切な蒸気を安定した状態で確実に供給することができる。

発明［２］の蒸気供給装置によれば、貯水タンクへの水の増減量を熱交換器への熱媒の増減量に比例させているため、熱交換器内の水の蒸発量に対応する量の水が、貯水タンク内に補充でき、貯水タンク１への補水量を適正に設定することができ、熱交換器内の水位をより一層的確に制御することができる。

発明［３］の蒸気供給方法によれば、上記と同様、熱交換器内の水位変動を防止でき、熱交換器内の水位を一定の水位に的確に制御でき、適切な蒸気を安定した状態で確実に供給することができる。

図１はこの発明の実施形態である蒸気供給装置を示すブロック図である。 図２は実施形態の蒸気供給装置における水位調節動作を説明するためのフローチャートである。 図３は実施形態の蒸気供給装置における蒸気温度調節動作を説明するためのフローチャートである。

図１はこの発明の実施形態である蒸気供給装置を示すブロック図である。同図に示すようにこの蒸気供給装置は、水を加熱処理して蒸気を発生させるものであって、上流側から下流側にかけて、貯水タンク１、熱交換器としての主要熱交換器２、気液分離器（気水分離器）３、第１補助加熱器としての補助熱交換器３、第２補助加熱器としての電力式加熱器４、および蒸気吐出ヘッダー５が順次配置されている。

本実施形態においては、第１補助加熱器および第２補助加熱器によって補助加熱器が構成されている。さらに蒸気吐出ヘッダー５によって蒸気吐出部が構成されている。

なお主要熱交換器２は単に熱交換器と称する場合もあるが、本実施形態においては、補助熱交換器３と区別する意味で主要熱交換器と称するようにしている。

貯水タンク１は、所定の水を貯留できるように構成されており、内部が外気に対し密閉された密閉型のタンクである。この貯水タンク１には、給水管１１を介して上水管等の給水手段に接続されるとともに、給水管１１には補水量調節手段としての補水量調節弁１２が設けられている。この補水量調節弁１２は、電動式の開度調節弁によって構成されており、この補水量調節弁１２の開度が調節されることによって、給水手段から貯水タンク１への水の供給量が自在に調節されるように構成されている。なお図示は省略するが、給水管１１には自動軟水化装置が設けられており、給水手段から供給される水が自動軟水化装置を通って軟水化されて、その軟水が貯水タンク１に供給されるようになっている。

貯水タンク１の側方には水位調整タンク１３が並設されている。この水位調整タンク１３は貯水タンク１と同様、内部が外気に対し密閉された密閉型のタンクである。水位調整タンク１３と貯水タンク１とは連通管１４を介して連通されて、両タンク１，１３間において水の往き来が自在に行われるようになっており、両タンク１，１３間の水位が等しくなるように構成されている。

水位調整タンク１３には水位センサ１５が設置されており、この水位センサ１５からの情報によって水位調整タンク１３の水位を検出し、間接的に貯水タンク１の水位を検出できるようになっている。

後に詳述するが、本実施形態においては蒸気供給装置の稼働中には、水位センサ１５からの出力情報を基に貯水タンク１内の水位が常時監視されており、水位センサ１５から得られる実際の水位が、予め設定された所定の水位（目標水位）に常時維持されるように、補水量調節弁１２の開度が調節されるように構成されている。

なお両タンク１，１３間を連結する連通管１４の直径は上水を供給する給水管１１よりも管径が大きいもの例えば連通管１４として給水管１１に対し流路断面積が１．５倍のものが使用されている。これにより、両タンク１，１３間での水等の往き来をスムーズに行えるようにし、給水管１１から貯水タンク１内に水が供給された際に両タンク１，１３間の水位が瞬時に等しくなるように構成されている。従って水位調整タンク１３を介して貯水タンク１内の水位の調整を精度良く行うことができるように構成されている。

主要熱交換器２の下端には水入口２１が設けられるとともに、上端には蒸気出口２２が設けられている。主要熱交換器２の水入口２１と貯水タンク１３の下端とは第１送水管７１によって連通接続されており、貯水タンク１３内の水が第１送水管７１を通って主要熱交換器２内に供給されるようになっている。第１送水管７１には逆止弁１７が配置されており、主要熱交換器２内の水が第１送水管７１を通って貯水タンク１３に逆流するのを防止できるように構成されている。

また第１送水管７１における逆止弁１７の上流側と、上記水位調整タンク１３の上部とは、連結管１４と同程度の管径を有する循環管１４ａを介して連結されている。これにより必要時に第１送水管７１内の水を水位調整タンク１３内に戻して、貯水タンク１および水位調整タンク１３間の水位調整をより一層スムーズに行えて、より一層貯水タンク１内の水位調整を精度良く行うことができる。

第１送水管７１の上流側端部には、第２送水管７２の一端部（上流側端部）が連結されるとともに、第１送水管７１の下流側端部には、第２送水管７２の他端部（下流側端部）が連結されている。

第２送水管７２には、貯水タンク１側から主要熱交換器２側に水を圧送する送水ポンプ１６が設けられるとともに、その送水ポンプ１６の両側には開閉弁１９，１９が設けられている。従って開閉弁１９，１９を開いた状態で送水ポンプ１６を駆動すると、貯水タンク１内の水が第２送水管７２を通って主要熱交換器２側に強制的に送り込まれるように構成されている。

また第２送水管７２には、逆止弁１８が設けられており、主要熱交換器２内の水が第２送水管７２を通って貯水タンク１３に逆流するのを防止できるように構成されている。

主要熱交換器２の内部にはその下端から上端にかけて多数の伝熱管２０が並列に配置されており、水入口２１から流入した水が各伝熱管２０を通って後述するように蒸気化されて蒸気出口２２から流出されるようになっている。

主要熱交換器２の伝熱管２０内は、内圧が大気圧と等しくなるように大気に開放されている。既述した通り、貯留タンク１内の水位は一定に保持されるように構成されているため、主要熱交換器２（伝熱管２０）内の水位も一定に保持されるようになっている。

主要熱交換器２の上側部には熱媒入口２３が設けられるとともに、下側部には熱媒出口２４が設けられている。熱媒入口２３には熱媒導入管２５が連結されるとともに、熱媒出口２４には熱媒導出管２６が連結されている。

熱媒導入管２５はボイラーに連結されており、ボイラーから吐出された熱媒体としての高圧蒸気（熱媒体用蒸気）が熱媒導入管２５を介して熱媒入口２３から主要熱交換器２内に導入されるようになっている。主要熱交換器２内に導入された熱媒体用蒸気は伝熱管２０の各間の空間を通過して、伝熱管２０内の水との間で熱交換が行われる。この熱交換によって伝熱管２０内の水が加熱されて蒸気化した後、その蒸気（供給用蒸気）が既述したように主要熱交換器２の蒸気出口２２から流出されるようになっている。

主要熱交換器２内に導入された熱媒体用蒸気は水と熱交換して凝縮液化した後、熱媒出口２４から流出して熱媒導出管２６を通って所定の排出箇所に排出されるようになっている。

なお熱媒導入管２５には、熱媒量調節手段としての熱媒量調節弁２７が設けられている。この熱媒量調節弁２７は、電動式の開度調節弁２７によって構成されており、この開度調節弁２７の開度が調節されることによって、熱媒体（高圧蒸気）の主要熱交換器２等への導入量が調節されるようになっている。なおこの導入される熱媒量を調節することによって後述するように、主要熱交換器２による加熱温度等を自在に制御できて、供給用蒸気の温度を調節できるようになっている。

主要熱交換器２の蒸気出口２２は、気液分離器（気水分離器）２の流入口に連結されている。気液分離器３には、蒸気の流通方向に対し直交する邪魔板３１が流通方向に並んで多数配置されており、供給用蒸気が邪魔板３１の各間を通過する際に、蒸気中の余分な水分が邪魔板３１の表面に付着して除去されてから、供給用蒸気が気液分離器３から流出するようになっている。

気液分離器３の下流側（蒸気出口側）には、第１補助加熱器としての補助熱交換器４が配置されており、気液分離器３から流出した供給用蒸気が補助熱交換器４内に導入されるようになっている。

補助熱交換器４は、内部に熱媒流路（熱媒管路）４１が設けられている。この熱媒流路４１の上流側端部（熱媒入口）には、分岐管４２の下流側端部が連結されるとともに、その分岐管４２の上流側端部が上記熱媒導入管２５にその熱媒導入管５から分岐するように連結されている。この分岐管４２には開閉弁４４が設けられている。さらに熱媒流路４１の下流側端部（熱媒出口）にはドレン管４３が連結されている。そして分岐管４２の開閉弁４４を開いた状態では、ボイラーから熱媒導入管２５に導入された高圧蒸気（熱媒体用蒸気）は分岐管４２を通って補助熱交換器４の熱媒流路４１に導入される。熱媒流路４１に導入された熱媒体用蒸気は熱媒体流路４１を通過する間に、気液分離器３から補助熱交換器４内に導入された供給用蒸気と熱交換して、供給用蒸気が加熱されることになる。

補助熱交換器４の下流側（蒸気出口側）には、第２補助加熱器としての電力式加熱器５が配置されており、補助熱交換器４から流出した供給用蒸気が電力式加熱器５内に導入されるようになっている。

電力式加熱器５内には電気ヒータ５１が設けられている。この電気ヒータ５１はＳＳＲ等のヒータ操作部（図示省略）を介して電気ヒータ５１の発熱量を調整できるようになっている。そして補助熱交換器４から電力式加熱器５に導入された供給用蒸気は、電気ヒータ５１によってさらに加熱されるようになっている。

電力式加熱器５の下流側（蒸気出口側）には、蒸気吐出部としての蒸気吐出ヘッダー６が配置されており、電力式加熱器５から流出した供給用蒸気が蒸気吐出ヘッダー６内に導入されるようになっている。

蒸気吐出ヘッダー６には、複数の蒸気吐出口６１が設けられており、各蒸気吐出口６１が蒸気送出管（図示省略）を介して蒸し調理機や加熱調理機等の製造装置に連結されている。これにより、電力式加熱器５から蒸気吐出ヘッダー６内に導入された供給用蒸気は、ヘッダー６内で均等に分散した後、各蒸気吐出口６１から流出して各蒸気送出管を介して製造装置に供給されるようになっている。

また蒸気吐出ヘッダー６には、ヘッダー６内の供給用蒸気の温度を検出するための温度センサ６２が取り付けられている。

さらに蒸気吐出ヘッダー６には、給湯管６３の一端部（上流側端部）が連結されており、給湯管６３の一端側（上流側）および他端側（下流側）には開閉弁６４，６５が設けられている。

また給湯管６３における開閉弁６４，６５間には戻り管６６の一端部（上流側端部）が連結されており、この戻り管６６の他端部（下流側端部）が上記貯水タンク１に連結されている。さらに戻り管６６には開閉弁７７が設けられている。

そして開閉弁６４，６５を開いて開閉弁６７を閉じた状態では、後述するように蒸気吐出ヘッダー６内に満たした湯水を必要に応じて給湯管６３を介して給湯管６３の他端側（下流側端部）から取り出すことができるようになっている。さらに開閉弁６４，６７を開いて開閉弁６５を閉じた状態では、後述するように蒸気吐出ヘッダー６内に満たした湯水を給湯管６３および戻り管６６を介して貯水タンク１に戻すことができるようになっている。

本実施形態の蒸気供給装置においては、動作を制御するための制御手段としての制御装置８が設けられている。図１の破線に示すように制御装置８は信号線等を介して、水位調整タンク１３の水位センサ１５、蒸気吐出ヘッダー６の温度センサ６２等の各種センサに電気的に接続されるとともに、補水量調節弁１２、強制循環用送水ポンプ１６、熱媒量調節弁２７、電気ヒータ５１等の各駆動部に電気接続されている。そして制御装置８はオペレータからの指令に応答して動作を開始して、予め設定されたプログラムや、上記各種センサからの出力情報に基づいて、上記各駆動部の駆動を制御することによって、以下に説明するような蒸気供給処理、給湯処理、循環処理等の各処理動作が自動的に実行されるように構成されている。なお制御装置８は例えばマイクロコンピュータ等によって構成されている。

次に本実施形態の蒸気供給装置において通常の蒸気供給処理時の動作について説明する。この蒸気供給処理を行う場合には、第２送水管７２の開閉弁１９，１９と、給湯管６３および戻り管６６の開閉弁６４，６５，６７とが閉じられるとともに、ボイラー蒸気供給用の分岐管４２の開閉弁４４が開かれた状態で行われる。

この状態において蒸気供給処理が開始されると、補水量調節弁１２が開いて給水手段から貯水タンク１に水が供給されて、その水が水位調整タンク１３および主要熱交換器２の伝熱管２０に供給されて、貯水タンク１に所定量の水が貯留されて、水位調整タンク１３および主要熱交換器２の伝熱管２０にも所定水位まで水が貯留される。

その一方、熱媒量調節弁２７が開いてボイラーから熱媒体としての高圧蒸気（熱媒体用蒸気）が熱媒体導入管２５を介して熱媒入口２３から主要熱交換器２に導入される。さらに熱媒体用蒸気が熱媒体導入管２５および分岐管４２を介して補助熱交換器４の熱媒流路４１に導入されて補助熱交換器４内が加熱されるとともに、電気ヒータ５１が駆動して電力式加熱器５内が加熱される。

なお補助熱交換器４および電力式加熱器５の加熱は時間を遅らせて行うようにしても良い。例えば主要熱交換器２による水の蒸気化がある程度進んだ段階で、分岐管４２の開閉弁４４を開放したり、電気ヒータ５１を駆動するようにしても良い。

主要熱交換器２の伝熱管２０内に流入された水は、主要熱交換器２内に導入された熱媒体用蒸気と熱交換して加熱されて蒸気化することにより、蒸気（供給用蒸気）が発生する。この供給用蒸気は蒸気出口２２を通って気液分離器３に導入される。

また水と熱交換して凝縮液化した熱媒体は熱媒出口２４から流出して熱媒導出管２６を介して所定の排出箇所に回収される。

気液分離器３内に導入された供給用蒸気は、気液分離器３を通過して余計な水分が除去されて、補助熱交換器４に導入される。

補助熱交換器４に導入された供給用蒸気は熱媒流路４１を通過する熱媒体用蒸気によって加熱されて蒸気自体の温度が上昇する。

一方、補助熱交換器４から導出した熱媒体はドレン管４３を通って所定の排出箇所に回収される。

補助熱交換器４によって加熱された供給用蒸気は、電力式加熱器５に導入されて電気ヒータ５１によってさらに加熱されて、蒸気自体の温度がさらに上昇する。

こうして十分に加熱された高温の供給用蒸気は、電力式加熱器５から蒸気吐出ヘッダー６に送り込まれて、そこで均等に分散して各蒸気吐出口６１から流出して製造装置に送り込まれる。

本実施形態の蒸気供給装置において、蒸気吐出ヘッダー６から吐出される供給用蒸気は、主要熱交換器２によって蒸気化させた後さらに、補助熱交換器４および電力式加熱器５によって２段階で再加熱することによって高温に設定されている。このため例えば、供給用蒸気は蒸気吐出ヘッダー６から製造装置までの間に、蒸気の一部が凝結してしまったり、蒸気温度が所望の温度よりも低くなってしまうような不具合を有効に防止でき、適切な温度および湿度の蒸気を製造装置に安定した状態で連続的に確実に供給することができる。従って製造装置による蒸し加工や加熱加工等を所望通りに好適に行うことができる。

ここで本実施形態においては、主要熱交換器２によって生成した供給用蒸気の温度は、１０４℃程度であるため、第１補助加熱器としての補助熱交換器４の加熱温度を１０４℃以上に設定するのが良い。具体的には１０４℃〜１２０℃に設定するのが良い。さらに第２補助加熱器としての電力式加熱器５の加熱温度を補助熱交換器４による加熱温度以上に設定するのが良い。具体的には１１０℃〜３００℃に設定するのが良い。すなわち補助熱交換器４や電力式加熱器５による加熱温度を上記の好適範囲に設定した場合には、供給用蒸気として既述したような適切な温度および湿度の蒸気をより安定した状態で確実に提供することができる。

また本実施形態においては、主要熱交換器２によって生成した供給用蒸気を第１および第２補助加熱器４，５によって段階的に徐々に加熱するようにしているため、一度に高温に加熱する場合と比較して、温度むら等の発生を防止でき、温度分布の均等化を確実に図ることができ、一層安定した状態の蒸気を供給することができる。

また本実施形態においては、第１補助加熱器を補助熱交換器４によって構成し、熱源として主要熱交換器２と同様の高圧蒸気を用いるようにしているため、熱源を別途準備する必要がなく、その分、効率良く加熱することができるとともに、蒸気供給装置自体の大型化を防止できて装置の小型コンパクト化を図ることができる。

さらに本実施形態においては、第２補助加熱器として、電気ヒータ５１によって加熱する電力式加熱器５を使用しているため、供給用蒸気の温度を所望の高い温度まで確実に上昇させることができる。

本実施形態においては上記の通常運転が行われている間に、制御装置８は以下に詳述する水位調節動作および蒸気温度調節動作（熱媒量／補水量調節動作）を並列的に実行するようになっている。本実施形態ではこれらの動作を行うに際して、貯水タンク１に貯水される水の水位に対して、所定の目標水位（理想水位）が制御装置８に予め設定されるとともに、蒸気吐出ヘッダー６内の供給用蒸気の温度に対し、所定の目標温度（理想温度）が予め設定されている。また通常運転時において補水量調節弁１２および熱媒量調節弁２７の開度は運転状況や周辺環境等によって異なるが、ここでは仮に初期の開度はそれぞれ３０％に設定されているとして説明する。

まず水位調節動作においては図２のフローチャートに示すようにステップＳ１において、水位センサ１５によって検出された貯水タンク１内の検出水位（実際の水位）が上記目標水位（理想水位）よりも低いか否かが比較されて、低い場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、ステップＳ２に移行して補水量調節弁１２の開度が拡大して貯水タンク１への補水量が増加する。例えば補水量調節弁１２の開度が初期値の３０％から４０％程度に拡大する。ここで補水量調節弁１２の開度調節は比例制御となっており、補水量調節弁１２の開度の拡大量は、検出水位と目標水位との差の大きさに比例する。例えば検出水位が目標水位に対し非常に低いような場合には、補水量調節弁１２の開度の拡大量も大きくなり、開度が例えば６０％程度に設定される。逆に検出水位が目標水位に対し少しだけ低いような場合には、補水量調節弁１２の開度の拡大量も小さくなり、開度が例えば４０％程度に設定される。こうして補水量が増加した後、ステップＳ１に戻る。

またステップＳ１において検出水位が目標水位よりも低くない場合には（ステップＳ１でＮＯ）、ステップＳ３において、検出水位が目標水位よりも高いか否かが比較されて、高い場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に移行して補水量調節弁１２の開度が縮小して貯水タンク１への給水量（補水量）が減少する。例えば補水量調節弁１２の開度が初期値の３０％から２０％程度に縮小する。既述した通り補水量調節弁１２の開度調節は比例制御となっており、補水量調節弁１２の開度の縮小量は、検出水位と目標水位との差の大きさに比例する。例えば検出水位が目標水位に対し非常に高いような場合には、補水量調節弁１２の開度の縮小量も大きくなり、開度が例えば１０％程度に設定される。逆に検出水位が目標水位に対し少しだけ高いような場合には、補水量調節弁１２の開度の縮小量も小さくなり、開度が例えば２５％程度に設定される。こうして補水量が減少した後、ステップＳ１に戻る。

また検出水位が目標水位に対し低くも高くもない場合（ステップＳ１，Ｓ３でＮＯ）、つまり検出水位（実際の水位）が目標水位にほぼ一致している場合、補水量の増減が行われず、ステップＳ１に戻る。

このように貯水タンク１の水位が目標水位よりも高い場合には補水量が増大し、低い場合には補水量が減少するため、貯水タンク１内が目標水位に一定に保持されて、主要熱交換器２内に水位も所定の水位に一定に保持される。従って既述した通り、適切な蒸気を安定した状態で確実に供給することができる。

なお貯水タンク１内の水位が異常に高くなったり低くなったりしたような場合例えば、水位が目標水位よりも３００ｍｍ以上も低くなったような場合には、蒸気供給運転が停止されて、制御装置８のディスプレイに、水位が異常に低下していることを示す情報等が表示される。

一方、蒸気温度調節動作（熱媒量／補水量調節動作）においては図３のフローチャートに示すようにステップＳ１１において、温度センサ６２によって検出された検出温度（供給用蒸気の実際の温度）が、上記目標温度（理想の温度）よりも低いか否かが比較されて、低い場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行して熱媒量調節弁２７の開度が拡大して主要熱交換器２への熱媒体用蒸気の供給量（熱媒量）が増加する。例えば熱媒量調節弁２７の開度が初期値３０％から５０％程度に拡大する。この熱媒量調節弁２７の開度調節は上記補水量調節弁１２の開度調節と同様、比例制御となっており、熱媒量調節弁２７の開度の拡大量は、検出温度と目標温度との差の大きさに比例する。例えば検出温度が目標温度に対し非常に低いような場合には、熱媒量調節弁２７の開度の拡大量も大きくなり、例えば７０％程度に設定される。逆に検出温度が目標温度に対し少しだけ低いような場合には、熱媒量調節弁２７の開度の拡大量も小さくなり、例えば４０％程度に設定される。

さらに熱媒量が増加すると（ステップＳ１２）、ステップＳ１３において補水量調節弁１２の開度が拡大して貯水タンク１への水の供給量が増加する。このとき本実施形態においては、補水量調節弁１２の開度の拡大量は、熱媒量調節弁２７の開度の拡大量に対応している。例えば熱媒量調節弁２７の開度を１０％拡大した場合には、補水量調節弁１２の開度も１０％拡大するようにする。なお本発明においては、補水量調節弁１２の開度の拡大量を、熱媒量調節弁２７の開度の拡大量に必ずしも一致させる必要はなく、熱媒量調節弁２７の拡大量に対する補水量調節弁１２の拡大量は適宜設定すれば良い。例えば補水量調節弁１２の拡大量を熱媒量調節弁２７の拡大量に対し１／２倍、１／３倍、１／４倍、２倍、３／２倍、４／３倍等に設定するようにしても良い。要は熱媒量調節弁２７の開度が拡大した際に補水量調節弁１２の開度も拡大するようにすれば良い。

こうして補水量が増加した後、ステップＳ１１に戻る。

またステップＳ１１において検出温度が目標温度よりも低くない場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１４において検出温度が目標温度よりも高いか否かが比較されて、高い場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５に移行して熱媒量調節弁２７の開度が縮小して主要熱交換器２への熱媒体用蒸気の供給量が減少する。例えば熱媒量調節弁２７の開度が初期値の３０％から２０％程度に縮小する。この開度調節は上記と同様に比例制御であるため、開度調節弁２７の開度の縮小量は、検出温度と目標温度との差に大きさに比例する。例えば検出温度が目標温度に対し非常に高いような場合には、熱媒量調節弁２７の開度の縮小量も大きくなり、例えば１０％程度に設定される。逆に検出温度が目標温度に対し少しだけ高いような場合には、熱媒量調節弁２７の開度の縮小量も小さくなり、例えば２５％程度に設定される。

さらに熱媒量が減少すると（ステップＳ１５）、ステップＳ１６において補水量調節弁１２の開度が減少して貯水タンク１の水の供給量が減少する。このとき本実施形態においては、補水量調節弁１２の開度の縮小量は、熱媒量調節弁２７の開度の縮小量に対応している。例えば熱媒量調節弁２７の開度を１０％縮小した場合には、補水量調節弁１２の開度も１０％縮小するようにする。なお本発明においては、補水量調節弁１２の開度の縮小量を、熱媒量調節弁２７の開度の縮小量に必ずしも一致させる必要はなく、熱媒量調節弁２７の縮小量に対する補水量調節弁１２の縮小量は適宜設定すれば良い。例えば補水量調節弁１２の縮小量を熱媒量調節弁２７の縮小量に対し１／２倍、１／３倍、１／４倍、２倍、３／２倍、４／３倍等に設定するようにしても良い。要は熱媒量調節弁２７の開度が縮小した際に補水量調節弁１２の開度も縮小するようにすれば良い。

こうして補水量が増加した後、ステップＳ１１に戻る。

また検出温度が目標温度に対し低くも高くもない場合（ステップＳ１１，Ｓ１４でＮＯ）、つまり検出温度（実際の蒸気温度）が目標温度にほぼ一致している場合、熱媒量の増減や、補水量の増減が行われず、ステップＳ１１に戻る。

このように供給用蒸気の温度が目標温度よりも低い場合には、熱媒量が増大し、高い場合には熱媒量が減少するため、供給用蒸気の温度が目標温度に一定に保持されて、適切な蒸気を安定した状態で確実に供給することができる。

その上さらに本実施形態においては、熱媒量が増大した際には補水量も増大させるようにしているため、貯水タンク１内の水位の変動をより確実に防止することができる。すなわち熱媒量が増加すると、熱交換器２内において水の蒸発量が増加して水が減少するため、そのまま放置するとやがて貯水タンク１内の水も減少することとなる。そこで本実施形態においては熱媒量の増加に連動させて補水量を増加させることによって、貯水タンク１内の水の減少（水位低下）を未然に防止することができるため、より一層貯水タンク１内の水位を精密に制御することができる。

さらに熱媒量が減少した場合に補水量を減少させるようにしているため上記と同様に、貯水タンク１内の水位変動をより確実に防止することができる。すなわち熱媒量が減少すると、熱交換器２内において水の蒸発量が減少して水が増加するため、そのまま放置するとやがて貯水タンク１内の水も増加することになる。そこで熱媒量の減少に連動させて補水量を減少させることによって、貯水タンク１内の水の増加（水位上昇）を未然に防止できるため、より一層確実に貯水タンク１内の水位を精密に制御することができる。

このように貯水タンク１および熱交換器２内の水位制御を精密に行うことができるため、適切かつ均質な供給用蒸気を安定した状態で確実に供給することができる。実際に本実施形態の蒸気供給装置においては１ｍｍ単位で貯水タンク１内の水位を制御することができる。

さらに本実施形態においては、補水量調節弁１２の開度の拡大／縮小量を熱媒量調節弁２７の開度の拡大／縮小量に比例させているため、換言すると、貯水タンク１への水の増減量を熱交換器２への熱媒の増減量に比例させているため、熱交換器２内の水の蒸発量に対応する量の水が、貯水タンク１内に補充されることになる。このため貯水タンク１への補水量を適正に設定することができ、補水量の過多や不足を確実に防止でき、より一層確実に貯水タンク１の水位、ひいては熱交換器２内の水位を制御することができる。

その上さらに本実施形態においては、貯水タンク１（水位調整タンク１３）として密閉型のものを採用しているため、貯水タンク１内に大気の影響が及ぶのを防止することができる。このため貯水タンク１内の水位の調整をより精度良く行うことができ、ひいては主要熱交換器２（伝熱管２０）の水位変動をより一層確実に防止することができ、より一層確実に安定した蒸気を供給することができる。

なお本実施形態においては供給用蒸気の温度が異常に高くなったり低くなったりしたような場合例えば、蒸気温度が目標温度よりも±５℃以上かけ離れたような場合には、蒸気供給運転が停止されて、制御装置８のディスプレイに、蒸気温度が異常であることを示す情報等が表示される。

また本実施形態においては、補水量調節弁１２および熱媒量調節弁２７にそれぞれ最小開度および最大開度が設定されている。この最小開度および最大開度はオペレータによって任意の値に設定することができ、例えば製造装置の大きさや取り扱う商品等を考慮して適宜設定するものである。そして通常の蒸気供給処理においては補水量調節弁１２および熱媒量調節弁２７は、予め設定された最小開度および最大開度の範囲内において開度が調節されるようになっている。

ところで本実施形態の蒸気供給装置においては、通常の蒸気供給処理以外にも、給湯処理、循環処理も行うことができる。

本実施形態の蒸気供給装置において給湯処理を行う場合には、第２送水管７２の開閉弁１９，１９と、給湯管６３の開閉弁６４，６５とが開かれるとともに、戻り管６６の開閉弁６７が閉じられた状態で行われる。なお蒸気吐出ヘッダー６の蒸気吐出口６１と製造装置とを連結する蒸気送出管には開閉弁や開度調節弁等の弁が設けられており、この弁は閉じられて、製造装置に蒸気が供給されないようになっている。さらに分岐管４２の開閉弁４４は閉じられて、補助熱交換器４による加熱は行われないとともに、電力加熱器５の電気ヒータ５１の駆動は停止して、電力加熱器５による加熱も行われない状態となっている。

この状態において給湯処理が開始されると、補水量調節弁１２が開いて水が貯水タンク１および水位調整タンク１３に供給されて貯留されるとともに、送水ポンプ１６が駆動して、貯水タンク１の水が第２送水管７２を介して主要熱交換器２の伝熱管２０内に強制的に送り込まれる。

その一方、ボイラーから熱媒体用蒸気が熱媒体導入管２５を介して主要熱交換器２に導入される。給湯処理において主要熱交換器２に導入される熱媒体用蒸気の流量は、熱媒量調節弁２７の調節によって少なく制限されている。このため熱媒体用蒸気によって加熱された伝熱管２０内の水は沸騰せずに適当な温度のお湯（供給用温水）となる。

水と熱交換して凝縮液化した熱媒体は熱媒出口２４から流出して熱媒導出管２６を介して所定の排出箇所に回収される。

熱媒体によって加熱された供給用温水は、送水ポンプ１６の圧力によって流動して主要熱交換器２の伝熱管２０内を充満し、さらに補助熱交換器４内、電力式加熱器５内および蒸気吐出ヘッダー６内に順次送り込まれて、補助熱交換器４内、電力式加熱器５内および蒸気吐出ヘッダー６内を充満する。こうして蒸気吐出ヘッダー６内を充満した供給用温水は、送水ポンプ１６の圧力によって給湯管６３に送り込まれて、給湯管６３の下流側端部から流出する。従って作業者はこの流出する供給用温水（お湯）を利用することができる。例えばこのお湯を用いて工場内、蒸気供給装置、製造装置、それらの装置周辺の機器の洗浄や清掃に利用することができるとともに、洗浄用器具自体の洗浄にも利用することができ、利便性を向上させることができる。

またこの給湯動作においては温水等が蒸気供給装置を構成する各機器すなわち、貯水タンク１、主要熱交換器２、気液分離器３、補助熱交換器４、電力式加熱器５および蒸気吐出ヘッダー６を順次流通するため、これらの機器の内部を洗浄ないし清掃することができる。

次に本実施形態の蒸気供給装置において循環処理時の動作について説明する。循環処理を行う場合には、第２送水管７２の開閉弁１９，１９と、給湯管６３の上流側の開閉弁６４と、戻り管６６の開閉弁６７とが開かれるとともに、給湯管６３の下流側端部の開閉弁６５が閉じられた状態で行われる。なお上記給湯動作と同様に、蒸気吐出ヘッダー６と製造装置とを連結する蒸気送出管の弁は閉じられている。さらに分岐管４２の開閉弁４４は閉じられるとともに、電気ヒータ５１の駆動も停止しており、補助熱交換器４および電力加熱器５による加熱が共に行われない状態となっている。

この状態において循環処理を開始すると、補水量調節弁１２が開いて水が貯水タンク１および水位調整タンク１３に供給されて貯留されるとともに、送水ポンプ１６が駆動して、貯水タンク１の水が第２送水管７２を介して主要熱交換器２の伝熱管２０内に送り込まれる。

その一方、ボイラーから熱媒体用蒸気が熱媒体導入管２５を介して主要熱交換器２に導入され、その熱媒体用蒸気によって上記給湯処理と同様に、伝熱管２０内の水が加熱されて適当な温度のお湯（供給用温水）となる。

水と熱交換して凝縮液化した熱媒体は熱媒出口２４から流出して熱媒導出管２６を介して所定の排出箇所に回収される。

熱媒体によって加熱された供給用温水は上記給湯処理と同様に、送水ポンプ１６の圧力によって流動して主要熱交換器２の伝熱管２０内を充満し、さらに補助熱交換器４内、電力式加熱器５内および蒸気吐出ヘッダー６内に順次送り込まれて、補助熱交換器４内、電力式加熱器５内および蒸気吐出ヘッダー６内を充満する。こうして蒸気吐出ヘッダー６内を充満した供給用温水は、送水ポンプ１６の圧力によって給湯管６３に送り込まれて、戻り管６６を介して貯水タンク１内に戻される。貯水タンク１に戻された温水は上記と同様に、主要熱交換器２、気液分離器３、補助熱交換器４、電力式加熱器５および蒸気吐出ヘッダー６を流通するように循環する。このように温水を蒸気供給装置の各機器内に循環させることによって、これらの機器の内部をより一層効率良くスムーズに洗浄することができ、より一層利便性を向上させることができる。

なお本実施形態の循環処理においては、お湯（温水）を循環させるようにしているが、それだけに限られず、加熱しない常温水を循環させるようにしても良い。すなわち主要熱交換器２に熱媒体用蒸気を導入せずに、送水ポンプ１６によって貯水タンク１から水を主要熱交換器２に送り込んでそこで加熱せずに常温のままで上記と同様に、その常温水を主要熱交換器２、気液分離器３、補助熱交換器４、電力式加熱器５および蒸気吐出ヘッダー６に循環させるようにしても良い。ここで本実施形態においては、熱を加えない常温の水と、熱を加えた温水（お湯）とを含めたものを湯水と称している。

また本実施形態における循環処理においては、循環する湯水内に薬品等を加え、その薬品入りの湯水を蒸気供給装置の上記各機器内に循環させるようにしても良い。その場合には、各機器内の殺菌や滅菌等の他、汚れ落とし等をより効果的に行うことができ、洗浄効果をより高めることができる。

また本実施形態においては、温水、常温および薬品入り湯水の循環を順次行うようにしても良い。例えば始めに温水による循環処理を行いその後、薬品入り湯水の循環処理を行った後、最後に常温による循環処理を行うようにしても良い。

さらに本実施形態においては、循環処理を行っている最中に、給湯管６３の開閉弁６５を開くことによって、循環する温水の一部を給湯管６３の下流側端部から取り出して、その温水を利用して洗浄作業等を行うようにしても良い。つまり温水循環処理と給湯処理とを並行に行うようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態の蒸気供給装置においては、循環処理を実施することにより、装置を構成する各機器内に湯水を強制的に循環させることができるため、各機器内の清掃を効率的にスムーズに行うことができ、利便性を向上させることができる。

さらに本実施形態の蒸気供給装置においては、給湯処理を実施することにより、適度な温度のお湯を難なく得ることができるため、そのお湯を利用して、工場内や倉庫内、周辺機器を洗浄することができ、利便性を格段に向上させることができる。

また本実施形態においては、通常の蒸気供給処理を行う第１送水管７１に加えて別途、第２送水管７２を取り付けて、その第２送水管７２を用いて給湯処理や循環処理を実行させるようにしているため、第１送水管を有する既存の蒸気供給装置に、第２送水管や送水ポンプ等を取り付けるだけで簡単に、本発明の蒸気供給装置を製造することができる。

なお上記実施形態においては、貯水タンク１と熱交換器２との間に第１送水管７１以外に第２送水管７２を取り付けて、その第２送水管７２に取り付けた送水ポンプ１６を駆動して、給湯処理時や循環処理時等に湯水を強制的に循環させるようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、第２送水管７２を省略することもできる。すなわち第２送水管を取り付けずに貯水タンク１と主要熱交換器２との間の第１送水管７１に送水ポンプを取り付けておき、蒸気供給処理時には送水ポンプを駆動せずに、水を自然流で送水ポンプに通過させるようにする一方、給湯処理時や循環処理時には送水ポンプを駆動して、その送水ポンプの圧力によって水を強制的に送り出すようにすれば良い。

また上記実施形態においては、主要熱交換器２とは別に、補助加熱器を２つ設けた場合を例に挙げて説明したが、本発明においては、補助加熱器の設置数が２つに限定されるものではない。例えば本発明の蒸気供給装置においては、補助加熱器を１つだけ設けたり、３つ以上設けるようにしても良い。

また上記実施形態においては温度センサ６２を蒸気吐出ヘッダー６内に設置して、吐出直前の蒸気の温度を検出するようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、熱交換器２の蒸気出口２２や、補助熱交換器４、電力式加熱器５で蒸気の温度を検出するようにしても良い。つまり熱交換器２の蒸気出口２２から蒸気吐出ヘッダー６の蒸気吐出口６１までの間であれば、どの位置に温度センサを設置しても良い。

また本発明は、補助熱交換器４や電力式加熱器５等の補助加熱器が設けられていない蒸気供給装置にも採用することができる。

また本発明においては生成する蒸気の温度や貯水タンク１の水位に対して設定される目標温度や目標水位には、ある程度幅を持たせるようにしても良い。

また上記実施形態においては、貯水タンク１や水位調整タンク１３として密閉型のものを採用しているが、それだけに限られず、本発明においては、防水タンク１や水位調整タンク１３として実質的に大気に開放された開放型や半密閉型のものを採用しても良い。この場合には、主要熱交換器２の水位と貯水タンク１（水位調整タンク１３）との水位を一致させることができる。

この発明の蒸気供給装置は、食料品等に対し蒸気によって蒸し加工や加熱加工等を行うに際して蒸し加工用や加熱加工用の蒸気を供給するための装置として好適に用いることができる。

１：貯水タンク
１２：補水量調節弁（補水量調節手段）
１５：水位検出センサ
２：主要熱交換器（熱交換器）
２７：熱媒量調節弁（熱媒量調節手段）
６２：温度センサ
８：制御装置（制御手段）

Claims (3)

1. 水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクから供給された水の水位が貯水タンクの水位に対応するように構成された熱交換器とを備え、前記貯水タンクから前記熱交換器に供給された水を、熱交換器においてボイラーからの熱媒体と熱交換させて蒸気化して吐出させるように構成された蒸気供給装置であって、
   前記貯水タンクへの水の供給量を調節する補水量調節手段と、
   前記熱交換器への熱媒体の供給量を調節する熱媒量調節手段と、
   前記貯水タンクの水位を検出する水位検出センサと、
   前記熱交換器によって生成された蒸気の温度を検出する温度センサと、
   前記水位検出センサからの出力情報に基づき、前記補水量調節手段を制御して前記貯水タンク内への水の供給量を調節することによって前記貯水タンク内の水位を所定の目標水位に保持するとともに、前記温度センサからの出力情報に基づき、前記熱媒量調節手段を制御して前記熱交換器への熱媒の供給量を調節することによって前記熱交換器によって生成された蒸気の温度を所定の目標温度に保持する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記温度センサによる検出温度が目標温度よりも低い場合には前記補水量調節手段を制御して貯水タンクへの水の供給量を増加させるとともに、目標温度よりも高い場合には水の供給量を減少させるように構成されていることを特徴とする蒸気供給装置。
2. 前記制御手段は、前記貯水タンクに供給される水の増減量を、前記熱交換器に供給される熱媒の増減量に比例させるようにしている請求項１に記載の蒸気供給装置。
3. 水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクから供給された水の水位が貯水タンクの水位に対応するように構成された熱交換器とを備え、前記貯水タンクから前記熱交換器に供給された水を、熱交換器においてボイラーからの熱媒体と熱交換させて蒸気化して供給するようにした蒸気供給方法であって、
   前記貯水タンク内の水位を所定の目標水位に保持するように、前記貯水タンク内への水の供給量を調節し、
   前記熱交換器によって生成された蒸気の温度を所定の目標温度に保持するように、前記熱交換器への熱媒の供給量を調節する一方、
   前記熱交換器によって生成された蒸気の温度が目標温度よりも低い場合には前記貯水タンクへの水の供給量を増加させるとともに、目標温度よりも高い場合には水の供給量を減少させるようにしたことを特徴とする蒸気供給方法。
   

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