CN105090922B - 过热水蒸气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在需要高度的防氧化的材料的过热水蒸气处理中，减少向蒸气产生器供给的水中存在的氧量，具有良好的防氧化特性的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置。所述过热水蒸气处理方法将由蒸气产生器(104)产生的水蒸气利用过热热源加热之后向处理室(102)送入并进行处理，其中，将送入所述蒸气产生器之前的水(132)中溶存的氧预先利用置换气体进行置换。

Description

过热水蒸气处理装置

技术领域

本发明涉及在食品的干燥、杀菌、脱脂或废塑料再利用等中使用的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置。

背景技术

通常，过热水蒸气是指将在100℃下蒸发的饱和水蒸气在不进行加压的情况下过热成100℃以上所得的水蒸气，近年来，向食品的解冻或烧成等的有效利用正在逐渐盛行。

过热水蒸气处理技术与以往的基于热风等的通常的加热相比，与饱和水蒸气同样地导热特性良好，且热容量小。而且，将氧阻隔，具有被加热物的氧化少等的特征。

目前，由于具有上述那样的特征，因此被利用于向家庭用微波炉的搭载或工业上的食品的干燥等广泛的领域。而且，如专利文献1所示那样，还研究了作为以金属与树脂的复合材料为对象并对树脂进行热分解而回收金属的方法的有效利用。

以下，参照图5，说明以往的通常的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置。

图5是以往的通常的过热水蒸气处理装置的简图。处理室502是用于对被加热物501进行加热处理的容器。在该处理室502设有用于载置被加热物501的台503。而且，在处理室502上经由蒸气导入管506连接有蒸气产生器504。在蒸气产生器504中产生蒸气。需要说明的是，在处理室502与蒸气产生器504之间，通常设有用于将蒸气急速加热成过热状态的过热热源505。

为了利用以上那样的过热水蒸气处理装置进行被加热物的加热处理，首先，在设于处理室502的台503上载置被加热物501。接着，向蒸气产生器504供给水(未图示)，将由蒸气产生器504产生的水蒸气通过蒸气导入管506而向处理室502导入。此时，蒸气在过热热源505的作用下成为过热状态，由此开始被加热物501的过热水蒸气处理。

需要说明的是，处理完成的判断通常采用处理时间的控制，但也可以采用利用某些手段来监控被加热物的温度或处理状态的方法。

另外，为了使被加热物501的处理状态更均匀，有时也采用利用旋转机构或移动机构(未图示)使载置被加热物501的台503旋转或移动的方法。

在以上那样的处理中，通常，导入到处理室502内的水蒸气中的氧浓度为大致1％以下，这是过热水蒸气处理中的被加热物501的氧化减少的原因。

【专利文献1】日本专利第3541269号公报

然而，在上述的以往的结构中，由于向蒸气产生器供给的水中存在氧(所谓的溶存氧)，因此难以抑制因存在于水蒸气之中的氧所引起的被加热物的些许的氧化，存在难以适用于需要高度的防氧化的材料的处理这样的课题。

发明内容

本发明为了解决上述现有课题而作成，其目的在于提供一种减少向蒸气产生器供给的水中存在的氧量，即使在需要高度的防氧化的被加热物的加热处理中，也具有良好的防氧化特性的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置。

为了实现上述目的，本发明的一方案涉及的过热水蒸气处理方法将由蒸气产生器产生的水蒸气利用过热热源加热之后向处理室送入并进行处理，其中，

向送入所述蒸气产生器之前的水中供给置换气体，将溶存于所述水中的氧预先置换成所述置换气体，

在利用所述置换气体将溶存于所述水中的所述氧置换之后，将溶存有所述置换气体的水向所述蒸气产生器送入，由所述蒸气产生器产生水蒸气。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理方法中，可以是，向送入所述蒸气产生器之前的所述水中供给所述置换气体时，供给非活性气体作为所述置换气体。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理方法中，可以是，向送入所述蒸气产生器之前的所述水中供给所述置换气体时，供给含氢的气体作为所述置换气体。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理方法中，可以是，将溶存有所述置换气体的水向所述蒸气产生器送入，由所述蒸气产生器产生所述水蒸气，在利用所述过热热源对由所述蒸气产生器产生的所述水蒸气进行加热时，所述置换气体的一部分发生离解。

在本发明的一方案涉及的过热水蒸气处理装置中，具备：

蒸气产生器，其被供给水，且由供给的水产生水蒸气；

过热热源，其对由所述蒸气产生器产生的所述水蒸气进行加热；

处理室，其被送入由所述过热热源加热后的所述水蒸气，从而进行被处理物的过热水蒸气处理，

所述过热水蒸气处理装置还具备气体供给机构，所述气体供给机构向对所述蒸气产生器供给所述水的水供给管供给置换气体，该置换气体能够与送入所述蒸气产生器之前的所述水中溶存的氧进行置换。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理装置中，可以是，在向所述蒸气产生器供给所述水的所述水供给管上连接有积存所述水的罐，并且在所述罐配置所述气体供给机构，

从所述气体供给机构对所述罐内的所述水即送入所述蒸气产生器之前的所述水供给所述置换气体，使所述置换气体与溶存于所述水中的氧进行置换。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理装置中，可以是，所述气体供给机构具有对所述水呈泡状地供给所述置换气体的气泡形成机构。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理装置中，可以是，向所述蒸气产生器供给所述水的所述水供给管具有比与所述蒸气产生器连接的连接部处的所述水供给管的截面积大的截面积的部分。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理装置中，可以是，向所述蒸气产生器供给所述水的所述水供给管具有截面积随着朝向所述蒸气产生器而减小的部分。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理装置中，可以是，向所述蒸气产生器供给所述水的所述水供给管具有至少一处非水平的部分。

在本发明的其它方案涉及的过热水蒸气处理装置中，可以是，在比所述过热热源靠下游侧的位置设置能量产生源，所述能量产生源对由所述过热热源加热并向所述处理室供给的所述水蒸气赋予能量。

【发明效果】

如以上那样，根据本发明的上述方案涉及的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置，能够提供一种即使在需要高度的防氧化的被加热物的加热处理中，也具有良好的防氧化特性的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的过热水蒸气处理装置的简图。

图2是表示本发明的第二实施方式的过热水蒸气处理装置的蒸气产生器与向该蒸气产生器进行供给的水供给机构及气体供给管的位置关系的简要放大图。

图3是表示本发明的第三实施方式的过热水蒸气处理装置的蒸气产生器与向该蒸气产生器进行供给的水供给机构及气体供给管的位置关系的简要放大图。

图4是表示本发明的第四实施方式的过热水蒸气处理装置的过热热源及蒸气导入管连接于处理室的部分的位置关系的简图。

图5是以往的通常的过热水蒸气处理装置的简图。

【符号说明】

100、200、300、400 过热水蒸气处理装置

100a、200a、300a 水供给机构

100b、200b、300b 气体供给机构

101 被加热物

102、402 处理室

103 台

104、204、304 蒸气产生器

105、405 过热热源

106、406 蒸气导入管

111 罐

112、212、312 气体供给管

112a、212a、312a 气体供给管的下端

113 氧浓度测定器

130、221、321 水供给管

131、231、331 氮气供给源

132、232、332 水

221a 第一横向连接部

221b 大致垂直部

221c 第二横向连接部

221d 水不通过的空间

222、322 气体排出阀

321a 小径部

321b 大径部

321c 水不通过的空间

431 等离子体产生源

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

图1是本发明的第一实施方式的过热水蒸气处理装置100的剖视简图。

第一实施方式的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置100的特征在于，在图1中，处理室102是用于对被加热物101进行加热处理(过热水蒸气处理)的容器。在该处理室102设有用于载置被加热物101的台103。而且，在处理室102上经由蒸气导入管106连接有蒸气产生器104。在蒸气产生器104中，由水产生水蒸气。而且，在处理室102与蒸气产生器104之间的蒸气导入管106的中间部分设有利用感应加热来对水蒸气进行加热的过热热源105。

此外，在蒸气产生器104上经由水供给管130而设置积存水132的罐111来作为水供给机构100a。例如，在水供给管130上配置开闭阀，基于由后述的氧浓度测定器113测定出的浓度的结果来对开闭阀进行开闭，由此能够从罐111向蒸气产生器104间歇地供给水132。在罐111上设有水的供给口(未图示)。

在罐111上设置气体供给管112作为气体供给机构100b，在气体供给管112的前端(图1的气体供给管112的下端)112a设有多个小孔作为气泡形成机构的一例。在气体供给管112的另一端连接有作为置换气体供给源的一例的氮气供给源131，从氮气供给源131向气体供给管112供给氮气。而且，根据需要，在罐111的底部设置氧浓度测定器113。

为了利用以上那样的过热水蒸气处理装置100进行被加热物101的处理，首先，在设于处理室102的台103上载置被加热物101。

接着，向利用水供给管130连接于蒸气产生器104的罐111供给水132(未图示)，从氮气供给源131经由气体供给管112将氮气导入到罐111的水132内。

若一边利用氧浓度测定器113测定罐111内的水132内的氧浓度，一边在水132内的氧浓度成为规定浓度以下之后向蒸气产生器104供给水，则从蒸气产生器104产生的水蒸气通过蒸气导入管106被向处理室102引导。此时，水蒸气由过热热源105急速加热，形成所谓的过热状态。

如以上那样，通过将过热水蒸气向处理室102导入，由此开始被加热物101的过热水蒸气处理。

即，在第一实施方式中，通过从气体供给管112导入的氮气，使罐111内的水132中溶存的氧量减少。这样罐111内的水132中溶存的氧量减少，因此经由蒸气导入管106向处理室102导入的过热水蒸气中的氧量也减少，能抑制被加热物101的氧化。

在此，更具体而言，作为一例，被加热物101是由以钛、锰或镍等过渡元素为主成分的储氢合金和粘结剂等有机物成分构成的复合材料。对在从该复合材料中仅回收储氢合金的目的下，适用了本第一实施方式的处理方法的例子进行说明。

将上述结构的被加热物101如以下那样适用于本第一实施方式的处理方法。作为一例，在处理室102内，在利用过热热源105对被加热物101进行5分钟的过热处理时，过热蒸气的温度为350℃。此时，被加热物101中含有的粘结剂等有机成分被进行分解处理，并且残存的储氢合金中的氧浓度与处理前的氧浓度相比，止于0.5％以下的增加，能够有效地抑制氧化促进。

在第一实施方式中，在气体供给管112的下端112a设置多个小孔，但只要能够向罐111内供给气体即可，无需设置在气体供给管112的下端112a，也可以在浸于罐111的水132内的气体供给管112的中间部等部位设置多个小孔。

作为过热水蒸气处理装置100及其处理方法的实施例，使用储氢合金和粘结剂等有机物的复合材料进行了说明，但是在其它的材料中也能够期待获得同样的效果。

根据第一实施方式，将向蒸气产生器104送入之前的水132中溶存的氧用置换气体预先置换，因此即使在需要高度的防氧化的被加热物101的加热处理中，也能够具有良好的防氧化特性。

(第二实施方式)

图2是表示本发明的第二实施方式的过热水蒸气处理装置200的蒸气产生器204与向该蒸气产生器204进行供给的水供给机构200a及气体供给管212的位置关系的简要剖视图。过热水蒸气处理装置整体的结构、和向蒸气产生器204进行供给的水供给机构200a及气体供给机构200b以外的构成要素与在第一实施方式的说明中参照的图1相同，因此省略其图示及说明。而且，第二实施方式的动作方法也仅是向蒸气产生器204供给水的供给方法是间歇还是连续的差异，与第一实施方式大致相同，因此省略其说明。

第二实施方式的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置200的特征在于，在图2中，作为水供给机构200a，向蒸气产生器204连续地供给水232的水供给管221具有比与蒸气产生器204连接的连接部分(第一横向连接部)221a处的水供给管221的截面积大的截面积的部分(第二横向连接部)221c。而且，第二实施方式的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置200的特征在于，作为气体供给机构200b，气体供给管212设于水供给管221，并且在水供给管221的截面积大的部分(第二横向连接部)221c设置气体排出阀222。

具体而言，作为水供给机构200a，水供给管221具备一端与蒸气产生器204连接的第一横向连接部221a、在下端连结第一横向连接部221a的另一端且非水平的大致垂直部221b、一端与大致垂直部221b的上端连结的第二横向连接部221c。第一横向连接部221a的另一端与大致垂直部221b的下端作为一例以呈L字状地弯曲成直角的方式连结。而且，大致垂直部221b的上端与第二横向连接部221c的一端作为一例以呈L字状地弯曲成直角的方式连结。第一横向连接部221a的一端与蒸气产生器204连接，第一横向连接部221a沿横向与蒸气产生器204连接。第二横向连接部221c的另一端例如与连续地供给水232的供给源(未图示)连接。气体供给管212的下端212a插入到水供给管221的第二横向连接部221c的内部，从下端212a的多个小孔向第二横向连接部221c内的水232内呈微小的泡状地喷出置换气体。这样，通过向水232内呈微小的泡状地喷出置换气体，由此置换气体与水232的接触面积增大，能够提高置换效率。气体供给管212的上端与作为置换气体供给源的一例的氮气供给源231连接。水供给管221的与大致垂直部及蒸气产生器204连接的第一横向连接部221a的内径小于其以外的部分(例如，大致垂直部221b及第二横向连接部221c)。而且，在具有比第一横向连接部221a的内径大的内径的水供给管221的第二横向连接部221c的一端侧的上部设有压力式的气体排出阀222。由此，如前述那样，在向蒸气产生器204供给水的水供给管221的截面积中，大致垂直部221b及第二横向连接部221c成为比与蒸气产生器204连接的连接部分处的第一横向连接部221a的截面积大的截面积的部分。这样，通过具有比第一横向连接部221a的截面积大的截面积的大致垂直部221b及第二横向连接部221c，由此在大致垂直部221b及第二横向连接部221c的上部(实际上是第二横向连接部221c的上部)能够形成水232不通过的空间221d，能够可靠地确保用于积存与置换气体发生了置换的氧的空间，能够防止已经置换出的氧再次溶存于水中的情况。

在本第二实施方式中，当与第一实施方式同样地进行过热水蒸气处理时，在水供给管221的第二横向连接部221c的内部的上部形成水232不通过的空间221d。当从气体供给管212将作为置换气体的一例的氮气向第二横向连接部221c内的水232内导入时，水232内的溶存氧与氮气的置换开始，与第一实施方式同样，向蒸气产生器204供给的水232的氧浓度开始下降。而且，当从氮气供给源231经由气体供给管212以所希望的压力持续供给氮气时，从水232中脱离的氧经由水232不通过的空间221d而从设于水供给管221的第二横向连接部221c上的气体排出阀222向水供给管221的外部排出，从而能够有效地降低水232内的氧浓度。

即，在向蒸气产生器204供给水232时，不会使水232暂时滞留，能够降低连续供给的水232内的氧浓度，其结果是，能够有效地抑制被加热物101的氧化。

此外，在第二实施方式中，使用水供给管221的第一横向连接部221_a的内径比其它的部分小的例子进行了说明，但是水供给管221只要具有比水供给管221的与蒸气产生器204连接的连接部分即第一横向连接部221a的截面积大的截面积的部分(第二横向连接部)221c即可，可以为任意的形状。而且，作为水供给管221，未必非要是圆筒状的形状，也可以是矩形的筒状形状等任意的筒形状的构件。

另外，对气体排出阀222使用压力式的气体排出阀的例子进行了说明，但是控制方式当然并不局限于压力式。而且，也可以不设置阀，只要存在能够将排出的氧向外部排出的机构即可。

而且，在第二实施方式中，使用具有两处的第一横向连接部221a和第二横向连接部221c以及一处的大致垂直部221b的例子进行了说明，但是具有多个横向连接部及大致垂直部也没有问题，通过设置多个，能够提高排出氧的效率。而且，当然未必非要具有横向连接部或大致垂直部。

(第三实施方式)

图3是表示本发明的第三实施方式的过热水蒸气处理装置300的蒸气产生器304与向该蒸气产生器304进行供给的水供给机构300a及气体供给管312的位置关系的简要剖视图。过热水蒸气处理装置整体的结构、和向蒸气产生器304进行供给的水供给机构300a及气体供给机构300b以外的构成要素与第一实施方式的说明中参照的图1相同，因此省略其图示及说明。而且，第三实施方式的动作方法也与第一实施方式大致相同，因此省略其说明。

第三实施方式的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置300的特征在于，在图3中，向蒸气产生器304供给水332的水供给管321除了截面积固定的大径部321b以外，还具有截面积随着朝向蒸气产生器304而减小的部分(小径部)321a。而且，第三实施方式的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置300的特征在于，气体供给管312的下端312a设于水供给管321，并且在水供给管321的大径部321b设有气体排出阀322。气体供给管312的上端与作为置换气体的供给源的一例的氮气供给源331连接。

具体而言，作为水供给机构300a，水供给管321具备一端与蒸气产生器304连接的小径部321a和一端与小径部321a的另一端连接的大径部321b。小径部321a的内径以随着朝向蒸气产生器304而逐渐减小的方式形成为锥形形状。大径部321b的另一端例如与连续地供给水332的供给源(未图示)连接。

另外，作为气体供给机构300b，在水供给管321的大径部321b的内部配置从气体供给管312的多个小孔呈微小的泡状地喷出置换气体的下端312a。这样，通过向水332内呈微小的泡状地喷出置换气体，由此置换气体与水332的接触面积增大，能够提高置换效率。而且，在水供给管321的大径部321b的上部设置压力式的气体排出阀322。

在本第三实施方式中，当与第一实施方式同样地进行过热水蒸气处理时，在水供给管321的小径部321a的上部及大径部321b的上部形成水332不通过的空间321c。当从氮气供给源331经由气体供给管312将作为置换气体的一例的氮气导入到水供给管321的大径部321b内的水332内时，与第一实施方式同样地向蒸气产生器304供给的水332的氧浓度下降。而且，当从氮气供给源331经由气体供给管312以所希望的压力供给氮气时，从气体排出阀322排出从水332中脱离出的氧，能够有效地使水332内的氧浓度下降。即，向蒸气产生器304供给水332时，即便不使水332 暂时滞留而连续地进行供给，也能够降低水332内的氧浓度，其结果是，能够有效地抑制被加热物101的氧化。这样，除了大径部321b以外，水供给管321还具有截面积随着朝向蒸气产生器304而减小的部分(小径部)321a，因此与小径部321a相比，在大径部321b侧更容易形成水332不通过的空间321c，能够可靠地确保用于积存与置换气体发生了置换的氧的空间，并能够防止已经置换出的氧再次溶存于水中的情况。

此外，在第三实施方式中，对水供给管321使用内径在蒸气产生器304附近的小径部321a处减小的例子进行了说明，但是作为水供给管221，未必非要为圆筒状的形状，也可以是矩形的筒状形状等任意的筒形状的构件。

另外，对气体排出阀322使用压力式的气体排出阀的例子进行了说明，但控制方式当然并不局限于压力式。而且，也可以不设置阀，只要存在能够将排出的氧向外部排出的机构即可。

(第四实施方式)

图4是表示本发明的第四实施方式的过热水蒸气处理装置400的过热热源及蒸气导入管406连接于处理室402的部分的位置关系的简要剖视图。过热水蒸气处理装置整体的结构、和蒸气导入管406以外的构成要素与第一实施方式的说明中参照的图1相同，因此省略其图示及说明。而且，第四实施方式的动作方法也与第一实施方式大致相同，因此省略其说明。

第四实施方式的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置400的特征在于，在图4中，在过热热源405与处理室402之间的蒸气导入管406内设置作为能量产生源的一例的等离子体产生源431。

在本第四实施方式中，通过等离子体产生源431产生作为能量的一例的等离子体，将产生的等离子体向水蒸气赋予而向处理室402供给的同时，与第一实施方式同样地进行过热水蒸气处理，并从氮气供给源131等经由气体供给管112等将含氢的气体作为置换气体供给到要向蒸气产生器104、204、304供给的水132、232、332内，而由蒸气产生器104、204、304产生水蒸气。当如此构成时，通过向所述水蒸气赋予的等离子体，由此在过热水蒸气处理中，使由过热热源405加热后的水蒸气中含有的氢的一部分离解，能够增大还原作用。即，不仅能抑制被加热物101 的氧化，而且能够有效地将被加热物101还原。

在本第四实施方式中，使用在过热热源405与处理室402之间的蒸气导入管406内设置等离子体产生源431的例子进行了说明，但只要在由过热热源405将水蒸气加热之后，且被加热后的水蒸气到达被加热物101之前即可，也可以设置在处理室402内。

需要说明的是，在第四实施方式中，说明了使用等离子体产生源431的例子，但只要是具有使氢气离解的作用的能量源即可，也可以是其它的装置。作为这样的能量的其它例，可以例示UV(紫外线)照射、或加热(热能)等。

另外，当然也可以与第一～第三实施方式的任意的实施方式所示的例子进行组合。

需要说明的是，本发明没有限定为上述实施方式，可以通过其它各种方式来实施。

例如，在上述各实施方式中，作为从气体供给管112、212、312导入的置换气体的一例而设为氮气，但是作为置换气体的其它例，也可以是氩气等非活性气体。

另外，置换气体若是含氢的气体，则通过氢的还原作用，能够进一步抑制金属的氧化。

另外，虽然气体供给管112、212、312设为1根，但也可以为多根。

需要说明的是，通过将上述各实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例适当组合，能够起到各自所具有的效果。

【工业上的可利用性】

本发明的过热水蒸气处理方法及过热水蒸气处理装置在需要防止氧化的被加热物的加热处理中，能够减少水蒸气中的氧浓度，因此能够利用于从金属与有机物的复合材料中取出金属的再利用工序或功能性材料的处理等各种工业领域的热处理工序。

Claims (5)

1.一种过热水蒸气处理装置，其具备：

蒸气产生器，其被供给水，且由供给的水产生水蒸气；

过热热源，其对由所述蒸气产生器产生的所述水蒸气进行加热；

处理室，其被送入由所述过热热源加热后的所述水蒸气，从而进行被处理物的过热水蒸气处理，

所述过热水蒸气处理装置还具备气体供给机构，所述气体供给机构向对所述蒸气产生器供给所述水的水供给管供给置换气体，该置换气体能够与送入所述蒸气产生器之前的所述水中溶存的氧进行置换，

所述水供给管在所述水供给管水平设置的位置处具有比与所述蒸气产生器连接的连接部处的所述水供给管的截面积大的截面积的部分，在所述水供给管的截面积大的部分的上部形成有水不通过的空间，向所述蒸气产生器供给所述水的所述水供给管具有截面积随着朝向所述蒸气产生器而减小的部分。

2.根据权利要求1所述的过热水蒸气处理装置，其中，

向所述蒸气产生器供给所述水的所述水供给管具有至少一处非水平的部分。

3.根据权利要求1或2所述的过热水蒸气处理装置，其中，

所述气体供给机构具有对所述水呈泡状地供给所述置换气体的气泡形成机构。

4.根据权利要求1或2所述的过热水蒸气处理装置，其中，

在比所述过热热源靠下游侧的位置设置能量产生源，所述能量产生源对由所述过热热源加热并向所述处理室供给的所述水蒸气赋予能量。

5.根据权利要求3所述的过热水蒸气处理装置，其中，

在比所述过热热源靠下游侧的位置设置能量产生源，所述能量产生源对由所述过热热源加热并向所述处理室供给的所述水蒸气赋予能量。