In particular a method and apparatus for generating steam for the cooking appliance

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気発生方法及び蒸気発生装置に関する。 特には、調理機器のための該方法及び該装置である。 該方法では、蒸気発生容器内で蒸気発生容器の少なくとも加熱可能な壁面を加熱することによって液体が沸騰され、加熱の際に回転され、そして回転に基づく遠心力によって加熱可能な壁面に押し付けられて、液体の少なくとも一部を蒸発することによって生じる蒸気を蒸気発生容器から蒸気出口を通って排出し、蒸気と一緒に運ばれた液体の滴を分離除去する。 該装置は蒸気発生容器を備え、液体が入口を経て蒸気発生容器の少なくとも一部に充填可能であり、蒸気が蒸気発生容器から蒸気出口に達することができ、更に、蒸気を発生するように、蒸気発生容器内の液体を加熱する加熱装置を備える。
【０００２】
【従来の技術】
特に調理機器で使用されるような従来の蒸気発生器はほとんどがボイラを備えている。 このボイラはその一部に水が充填される。 この水は加熱部によって沸騰させられる。 このような蒸気発生器の必要スペースは主として２つの要因によって決定される。 すなわち、一方では水を充填する容積部分と、水の上方にある気体室の容積部分によって決定される。
【０００３】
その際、第１の容積部分は加熱部の大きさと、加熱部の間で加熱部の周りに水を流すためおよび蒸気の泡を搬出するために必要な空間とによって制限される。 加熱部の大きさは所定の加熱出力の場合、ライデンフロスト効果によって決定される。 このライデンフロスト効果に従い、蒸発可能な液体を加熱する際に、加熱部の所定の表面出力密度を上回ることができない。 なぜなら、加熱部の表面と液体の間に閉鎖された蒸気層が形成され、この蒸気層が熱の搬出を妨害するからである。 ライデンフロスト効果は、赤熱する板上で水滴が直接蒸発せず、あたかも踊るように運動するような現象で生じる。 なぜなら、水の滴が、形成される蒸気層によって支持されて、板上で不規則的に動くからである。
【０００４】
第２の容積部分は、一緒に運ばれてきた水の滴から蒸気を分離するために必要である。 第２の容積部分、すなわち液体の上方の気体室の大きさと形状は、蒸気の質にとって重要である。 蒸気の質は特に、蒸気流が通過する水の表面積の大きさによって決定される。 なぜなら、水表面積あたりの蒸気流が多ければ多いほど、流出する蒸気によって多くの水が一緒に運ばれるからである。
【０００５】
従って、従来の蒸気発生器の場合、上記の考察から、高い品質の蒸気を発生すべきときには、大きなスペースが必要である。 更に、水を充填した公知の蒸気発生器を作動可能な状態にするために必要な時間は、充填された水量に依存する。 この水の量は加熱部を確実に覆うために必要である。 これは更に、蒸気発生器の大きさに対する要求でもある。
【０００６】
発電所、特に原子力発電所の分野において、蒸気を発生する液体に、他の液体を噴射することによって、蒸気を発生する液体の回転流を生じる蒸気発生器が知られている。 その際、回転流によって生じる遠心力は、米国特許第４，９７２，８０４号明細書またはドイツ国特許登録明細書第６９０ １３ ９０６号に記載されているように、汚染物質を分離除去するために利用される。
【０００７】
更に、管状または樽状の蒸気発生容器全体が回転させられる蒸気発生器が知られている。 これは多量のエネルギーと経費を必要とし、複雑な構造となる。 この構造は蒸気発生容器の回転支承部を必要とする。 それによって、必要に迫られて軸を介してのみ流体供給または排出可能であることが判った。 例えばドイツ国特許公開明細書第２ ２１４ ５６６号にはこのような回転する蒸気発生器が記載されている。 この蒸気発生器は、ランキンサイクルエンジンの閉鎖回路内で有機的な駆動流体を蒸発するように設計されている。 ドイツ国特許第９０４ ６５３号明細書によって知られる蒸気発生器も同様に作動する。 しかし、この蒸気発生器は更に、所定の太さの液体リングを生じるために液体供給調節装置を備えている。
【０００８】
ドイツ国特許出願公開第２７ ５７ ９１３号明細書には、回転可能に支承されたボイラを備えた回転蒸気発生器が開示されている。 この蒸気発生器は、流体の作動媒体を供給または排出するための回転可能な回転継手を備えていない。
【０００９】
ドイツ国特許登録明細書第３７ ８３ ３６１号により、蒸気と水の混合物のためのタンデム式分離器が知られている。 この分離器の場合、ねじ状に巻かれた案内薄板が蒸気と水の混合物を回転させる。
【００１０】
ドイツ国特許登録明細書第６９２ ０７ ８３０号は、炉用蒸気発生装置を開示する。 この蒸気発生装置の場合、回転される細い水の噴流または水の小滴を蒸発させるために、それらが加熱装置に当たる。
【００１１】
特に調理機器において水道の水を蒸発させるため、公知の蒸気発生器は満足できるものではない。 それら機器では、水道水に含まれる溶けたミネラル分、特に石灰が蒸気発生器の壁および組み込み部品に堆積するという重要な課題がある。 これは蒸気発生器の故障または損傷を生じる。 これは一般的に規則的な化学的脱灰によってのみ防止可能である。 これに起因する必要な保守整備作業は非常に経費がかかる。
【００１２】
【発明の解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、現在の技術水準の課題が解決されるように、蒸気を発生するための先述の方法及び装置を改良する。 特に、高い質の蒸気を発生し、迅速に運転が準備され、低コストでフレキシブルに加熱可能で、信頼性が高く、しかも沸騰の遅れる傾向がなく、規則的な脱灰が不要な、小型の蒸気発生器を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、液体が蒸気発生容器内に回転可能に支承された少なくとも１個の第１のロータによって回転させられることによって解決される。
【００１４】
その際、本発明に従い、液体および／または蒸気の遠心力が、液体および／または蒸気の重力よりも大きいことが提案される。
【００１５】
更に、液体の滴の分離除去範囲内において、液体と蒸気の少なくとも一部が少なくとも１個のオリフィスに強制案内され、液体および／または蒸気内にポテンシャル渦が少なくとも部分的に発生させられ、および／または容器の加熱可能な壁の加熱が行われない。
【００１６】
本発明では、液体を少なくとも一つのオリフィスに強制案内することにより、液体の汚染物質を除去することが提案される。
【００１７】
更に、液体が最低速度で蒸気発生容器に供給され、好ましくは加熱可能な壁面および／または第１のロータに向けられることが提案される。
【００１８】
その代わりに、液体の充填レベルが、蒸気発生容器の少なくとも一つの壁面に対する、遠心力によって誘起される押圧力を、好ましくは蒸気発生容器の外から測定することによって決定されることが提案される。
【００１９】
本発明による方法は、蒸気発生容器から排出される蒸気内の凝縮したおよび／または蒸発していない液体が、蒸気発生容器の後に接続配置された少なくとも１個の他の液体分離容器内で、第２のロータによって回転させられ、凝縮液が分離され、液体分離容器から排出され、好ましくは蒸気発生容器に戻されることを特徴とする。
【００２０】
その際、蒸気発生容器内の第１のロータと、液体分離容器内の第２のロータは、好ましくは同じ回転軸を介して１個のモータによって回転させられる。
【００２１】
更に、蒸気の少なくとも一部が、蒸気発生容器内に配置された管、好ましくはロータに連結された中空軸の形をした管を通って、蒸気出口に供給される。
【００２２】
好ましくは、第１および／または第２のロータの少なくとも回転中に第１およびまたは第２のロータの少なくとも一部領域が、蒸気発生容器または液体分離容器の壁面または壁面上の堆積物に対して、擦るように接触し、特に石灰質の形態の堆積物を壁面から少なくとも部分的に剥がす。
【００２３】
その際、形成される堆積物、特に石灰質が第１または第２のロータの回転時に削り取られるように、第１および／または第２のロータとそれに関連する壁面との間隔が小さく採寸されている。
【００２４】
更に、第１および／または第２のロータが停止状態で、壁面に接触せず、回転時の遠心力に基づいて少なくとも一部領域が壁面の方に押されることが提案される。
【００２５】
更に、壁面および／またはロータが作動モードおよび／または液体による湿潤の後で、ロータの回転および／または停止時に乾燥加熱され、この場合堆積物による、壁面に対するロータの付着が回避されることが提案される。
【００２６】
本発明では更に、蒸気発生容器が第１のロータの停止状態で、特に蒸気を漏らさない排水口を経て、好ましくは自動的に液体を排出することが提案される。
【００２７】
入口の堆積物を少なくとも部分的に剥がすために、入口が可撓性の材料によって作られ、かつ流入する液体の圧力によって変形されると有利である。
【００２８】
本発明に従って特に、入口が液体流によって冷却され、この液体流が制御装置および／または調整装置によって連続的に維持され、液体がタンクおよび／または供給管から取り出され、堆積が少なくとも一部領域で防止されることが提案される。
【００２９】
本発明は更に、蒸気を発生する装置に関し、この装置は、少なくとも液体を回転可能な第１のロータが蒸気発生容器内に設けられることを特徴とする。
【００３０】
その際、蒸気発生容器は両側に設けられた２つの端部を有し、入口と蒸気出口とは両方共一方の端部に配置されるか、あるいはそれぞれ異なる端部に配置される。
【００３１】
更に、蒸気発生容器は、軸線回りに回転対称、好ましくはほぼ管状であるか、あるいは入口から蒸気出口の方に円錐状に拡張することが提案される。
【００３２】
その際、本発明による装置は、蒸気発生容器の軸線が第１のロータの回転軸線と一致し、好ましくは回転軸線が重力の方向に対してほぼ平行に延出することを特徴とする。
【００３３】
更に、加熱装置がヒータコイル、ガス燃焼、熱交換器、電気的な誘導作用、熱輻射、直接的または間接的な火炎作用、厚膜抵抗ヒータまたは蒸気発生容器の加熱可能な壁面の材料としての導電性セラミックスによって作動し、蒸気発生容器の外側表面積が好ましくはリブ、エンボス加工およびまたはらせんによって拡大され、および／または燃焼ガスの流速が高められることが提案される。
【００３４】
本発明による装置は更に、蒸気によって一緒に運ばれる液体の粒および／または液体内の汚染物質を分離除去するための少なくとも一つのオリフィスを備えることを特徴とする。
【００３５】
その際更に、第１のオリフィスが入口の下流に、および／または第２のオリフィスが蒸気出口の上流に配置されることが提案される。
【００３６】
本発明による装置は更に、ロータの停止時に液体を好ましくは自動的に排出するための開口および／または最小の重力ポテンシャルを有する、蒸気発生容器の範囲に設けられた第３のオリフィスを備え、開口が回転中に、好ましくはサイフォンを含む閉鎖機構によって閉鎖されていることを特徴とする。
【００３７】
更に、第１のロータが軸を介してモータによって駆動可能であり、軸が特に半径方向の穴および／またはスリットを有する中空軸であり、蒸気発生容器から蒸気出口への蒸気の移動を可能にするため、穴および／またはスリットが中空軸の側面に沿って配置されることが提案される。
【００３８】
本発明による装置は更に、蒸気発生容器と蒸気出口の間に液体分離容器が配置され、好ましくは液体分離容器から蒸気発生容器へ液体戻し管路が延出することを特徴とする。
【００３９】
その際、液体分離容器内で第２のロータが回転可能であり、この第２のロータが好ましくは第１のロータに機械的に連結される。
【００４０】
本発明に従い、第１および／または第２のロータは剥がし装置を備え、この剥がし装置は回転中蒸気発生容器または液体分離容器の壁面の少なくとも一部領域から堆積物を剥がす。
【００４１】
その際、剥がし装置は好ましくは耐食品性で耐熱性の材料からなるブラシ、フィン、フリンジおよび／またはリブを備えている。
【００４２】
更に、剥がし装置が回転時に壁面のすぐ近くに位置するその側の一部領域に、材料補強部を備えていることが提案される。
【００４３】
本発明に従い、剥がし装置が停止状態で壁面に接触せず、回転時に好ましくは少なくとも１個の弾性装置の使用によって壁面に接触することが提案される。
【００４４】
更に、好ましくは２つのパドル半部を有するパドルの形をした第１および／または第２のロータが、らせん状、ねじ状および／または星形に形成されている。
【００４５】
更に、ロータ自体が可撓性であり、好ましくはブラシ、フィン、フリンジおよび／またはリブの形に形成され、停止状態で壁に接触しないことが提案される。
【００４６】
本発明に従って初めて、蒸気発生容器の代わりに蒸気発生容器の組み込み部品を回転させることにより、特に次の効果が得られる。
ｉ） 慣性モーメントの低減。 それによって同時に、必要エネルギーの低減と、応答時間の短縮と、制御時間の短縮と、軸受力の低減とが達成され、バランス問題が低下する。
ｉｉ）例えば加熱装置の設置や接続の簡単化。 外側容器が回転する場合に特に回転可能に形成された供給管を迂回させるのに、通常よくある構造的に経費のかかる形状を避けられるので、構造が簡単化される。
【００４７】
従って、全体として、製造コストとメンテナンスコストが低減されると同時に、有効寿命が長くなる。
【００４８】
本発明による発展形態は次のような、これまでにない認識に基づく。 内部の回転組み込み部品がいわば擦過装置として機能し、この擦過装置によって壁の堆積物が運転中すなわち回転中に、瞬時に削り取られる。 この削り取りにより、運転中壁から液体への最大の熱伝達が保証され、石灰堆積によって熱伝達は低減されない。 そして、蒸気発生器の脱灰のため、面倒で経費のかかるメンテナンス作業が不要となる、という認識である。
【００４９】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴と効果は、概略的な図に基づいて本発明による装置の３つの実施の形態を詳細に説明する次の記載から明らかである。
【００５０】
図１から判るように、本発明による蒸気発生器１ａは管状のボイラ２の形をした蒸気発生容器を備える。 このボイラは水入口３の形をした入口と、ボイラ２の上端に設けられた蒸気出口４と、凝縮液と汚染物質を除去するるめにボイラ２を蒸気出口４から分離するオリフィス５と、管状のボイラ２を取り囲む厚膜ヒータの形をしたヒータ要素６と、ボイラ２の縦軸線と一致する回転軸線７の回りに回転可能なパドル８とを備える。 このパドルは２個の軸受９によって支承され、調整誤差を補正する継手１４と軸１３を介してモータ１１によって駆動可能である。 パドル８は、それぞれボイラ２の壁面１２に隣接したパドル側面８ｂを有する２つのパドル半部８ａと、オリフィス５の範囲に設けられた凹部１５と、オリフィス５の手前にポテンシャル渦を発生するための衝突ディスク１６とを備える。 ボイラ２の下端には、排水口１７が設けられる。 この排水口は、境界層内の流れによる水損失を避けるためにカラー１８を備える。 排水口１７が蒸気損失を回避するためにサイフォン１９によってのみ閉鎖されているので、パドル８の停止時にボイラ２から水が自動的に排出される。
【００５１】
図１を参照して説明した蒸気発生器１ａの場合、水は水入口３を経てボイラ２に供給され、回転軸線７周りに回転するパドル８を介して回転される。 それによって、水はヒータ要素６を介して加熱されるボイラ２の壁面１２の方へ強制的に運動させられる。 これにより、水は迅速かつ均一に加熱されることになる。 同時に、停止状態でばね（図示せず）によって、図１に示したその停止位置に保持されたパドル半部８ａは、回転によってボイラ２の壁面１２に押し付けられる。 このパドル半部の側面８ｂには、可撓性の精密なリブ（図示せず）が設けられている。 壁面に対して押し付ける力は、リブが壁面１２を軽く擦るように定められている。 これによって、塩の付着、特に石灰スケールが回避される。 更に、摩耗を小さくし、できるだけ長持ちする剥がし作用を達成するために、側面８ｂは補強部を備えてもよく、また回転中壁面１２に対して押し付ける力を増大させるために、剥がし装置のロータを可撓性に形成する場合、使用される弾性リブの端部を補強してもよい。 更に、水の汚染物質と、発生した蒸気と一緒に運ばれてきた水滴は、オリフィス５によって、蒸気と共に蒸気出口４から排出されることが防止される。 上記水滴はパドル８の回転に基づいて管状ボイラ２の壁面１２の方へ強制的に運動させられる。
【００５２】
その際、オリフィスの形は、蒸気と液体の分離率を高めるために、手前に配置された衝突ディスク１６によって強化可能なポテンシャル渦が誘起されるように形成可能である。
【００５３】
ボイラ２の直径が小さい場合、上記の対策にもかかわらず、高い流速によって小さな水滴が一緒に運搬されることがあり得る。 そこで、図２に示した本発明による蒸気発生器１ｂの実施の形態の場合には、ボイラ２の後に水分離室２０が接続配置される。 この水分離室は一緒に運ばれてきた水を再び分離する。 水分離室は第２のオリフィス２１によって画成される。 この水分離室２０内で第２のパドル２２が回転する。 この第２のパドルはパドル８と同じ軸１３によって駆動され、同様に、ポテンシャル渦を発生するため、凹部２３及び衝突ディスク２４を備えている。 パドル２２によって発生する回転に基づいて分離された小さな水滴は、管またはホースの形をした水戻し管路２５を経て、ボイラ２に再び戻される。 図２に示した本発明による蒸気発生器１ｂの他のすべての構成要素は、図１に示した本発明による蒸気発生器１ａと同一である。
【００５４】
図３に、本発明による他の蒸気発生器１ｃを示す。 この蒸気発生器には、ボイラの直径が小さい場合に一緒に運搬される水を低減するために、付加的な手段を設ける。 このとき、同じ構成要素には同じ参照符号を付ける。 パドル８は中空軸２６によって駆動され、この中空軸は同時に、発生した蒸気をボイラ２から外に案内する働きをする。 蒸気を中空軸２６の内部に移動させるために、中空軸は蒸発室、すなわちボイラ２内で、湿潤した全長にわたって半径方向の穴２９ａまたはスリットを備える。 この穴またはスリットの直径または密度は軸方向において次のように変化する。 すなわち、中空軸２６内の流れに起因する圧力降下が補償され、それによって中空軸２６の外側のボイラ２内における回転軸線７方向の流れ成分及び同時に水の巻き込みを最小限に抑制するように、変化する。 ボイラ２の外側において、蒸気は例えば中空軸２６の他の半径方向穴２９ｂまたは中空軸２６の端部の他の軸方向開口（図示せず）によって排出可能である。
【００５５】
ボイラ２の下端に軸２６が支承されている。 このときこの軸を、細い中実軸に形成してもよい。 ボイラ２の上端において中空軸２６はシールまたは蒸気を漏らさない支承部２７を通って、ボイラ２からその上にある蒸気排出室２８内に案内されている。 ボイラ２の上方のこの蒸気排出室２８内において、中空軸２６は穴２９ｂを備えている。 それによって、発生した蒸気を中空軸から排出し、蒸気出口４に供給することができる。 中空軸２６は蒸気排出室２８の他端で再び、シールまたは蒸気を漏らさない支承部２７′を通って外に案内されている。 この場合、中空軸２６は蒸気排出室２８内または蒸気排出室の上方で、細い中実軸に形成可能である。 蒸気排出室２８の上方で、中空軸２６はモータ軸線と中空軸２６との間の整列誤差を補償するために、継手１４を介してモータ１１に連結されている。
【００５６】
更に、蒸気発生器１ａ，１ｂまたは１ｃの充填レベルは、遠心力を誘起する、ボイラ２の外壁に対する押圧力を測定することによって検出可能である。
【００５７】
本発明による蒸気発生器１ａ，１ｂまたは１ｃの石灰質の除去は、パドル半部８ａのパドル側面８ｂに設けた可撓性のリブによって達成される。 このリブは運転中外壁から付着物を連続的に除去する。 その際、リブ自体はほとんど摩耗しない。 なぜなら、水の膜内の浸漬範囲においてリブの本体上で石灰化が起こり、そのようなリブで石灰質の大部分を削り取るからである。 しかも、過剰の石灰がパドル８に蓄積することはない。 なぜなら、石灰が遠心力によって外側に移動し、パドルより剥がれるからである。 発生する石灰の粉体は洗浄または水の交換によって規則的にボイラから除去することができる。 剥がし装置としての可撓性リブの使用あるいはロータ自体に可撓性をもたせることは、堆積がみられる場合も停止状態でロータが壁面１２に付着しないという効果を得られる。 なぜなら、回転時に遠心力が壁面１２に対してロータまたは剥がし装置を接触させるからである。 自動的な除去を可能にするために、ボイラ２の下端は、他のオリフィスまたは閉鎖機構（図示せず）を備えることができる。 その際、蒸気出口４の上流のオリフィス５はこのようなオリフィスと組み合わせ可能である。
【００５８】
上記、特許請求の範囲および図面に開示された本発明の特徴は、個別的にも任意のあらゆる組み合わせにおいても、本発明をいろいろな実施の形態で実施するために重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータが停止している第１の実施の形態の断面図である。
【図２】ロータが停止している第２の実施の形態の断面図である。
【図３】ロータが停止している第３の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ 蒸気発生器２ ボイラ３ 水入口４ 蒸気出口５ オリフィス６ ヒータ要素７ 回転軸線８ パドル８ａ パドル半部８ｂ パドル側面９ 軸受１１ モータ１２ 壁面１３ 軸１４ 継手１５ 凹部１６ 衝突ディスク１７ 排水口１８ カラー１９ サイフォン２０ 水分離室２１ オリフィス２２ パドル２３ 凹部２４ 衝突ディスク２５ 水戻し管路２６ 中空軸２７，２７′ 蒸気を漏らさない支承部２８ 蒸気排出室２９ａ，２９ｂ 穴