JP2002181306A - 過熱蒸気発生装置及び過熱蒸気処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 飽和蒸気の加熱により生成した過熱蒸気の高
温状態を維持することができ、かつ多量の過熱蒸気を安
定して供給するとともに、温度制御の高精度化を図る。 【解決手段】 加熱パイプ１０の外周側には、コイルヒ
ーター１４が巻回されており、更にその外側には断熱材
が設けられている。一方、加熱パイプ１０の内部には、
耐腐食性の金属線（もしくは金属片）２０とセラミック
ス片２２がランダムに絡まった蓄熱体２４が充填されて
いる。コイルヒーター１４が発熱すると、加熱パイプ１
０の内部が加熱され、蓄熱体２４の温度が上昇した状態
になる。ここで、ボイラから蒸気を、加熱パイプ１０
に、その入口１２から供給する。コイルヒーター１４に
より加熱されて生成した過熱蒸気は、蓄熱体２４を通過
するため、高温状態を維持する。そして加熱パイプ１０
の出口１８から処理室に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、飽和蒸気を加熱し
て過熱蒸気を得る過熱蒸気発生装置及び過熱蒸気を利用
して必要な処理を行う過熱蒸気処理装置に関し、更に具
体的には、過熱蒸気の高温状態の維持とその利用に好適
な過熱蒸気発生装置及び過熱蒸気処理装置に関するもの
である。

【０００２】

【背景技術と発明が解決しようとする課題】過熱蒸気
は、空気を汚さないために環境に好ましく、対流のみな
らず放射によっても熱を伝達する作用があるために熱容
量が大きいという特徴があり、従来にない加熱媒体とし
て各方面から注目されている。従来の過熱蒸気発生装置
としては、例えば特開平８−１９３７０４号に開示され
たものがある。この従来例は、筐体内に、細管やコイル
管，電気ヒーター，熱伝導媒体を一体に封入した構造と
なっている。そして、蒸気を細管内に流すとともに、熱
伝導媒体を介して前記電気ヒーターにより加熱すること
で、過熱蒸気を得る。

【０００３】しかし、上述した従来技術では、細管を利
用しているために容量が小さく、多量の過熱蒸気を供給
するには不向きである。また、過熱蒸気は、いったん加
熱環境から離れると急激に温度が低下するが、このよう
な点に配慮した過熱蒸気発生装置が要望されている。更
に、過熱蒸気を利用した処理装置においては、精度の高
い温度制御が要望されている。

【０００４】本発明は、以上の点に着目したもので、そ
の目的は、飽和蒸気の加熱により生成した過熱蒸気の高
温状態を維持することができ、かつ多量の過熱蒸気を安
定して供給することができる過熱蒸気発生装置を提供す
ることである。他の目的は、温度制御の高精度化を図る
ことができる過熱蒸気処理装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、蒸気を加熱する導管の蒸気通路内に、蓄
熱材によって形成された蓄熱体を充填したことを特徴と
する。他の発明は、蒸気を加熱する槽に蒸気の通路を形
成するとともに、この通路内に、蓄熱材によって形成さ
れた蓄熱体を充填したことを特徴とする。更に他の発明
は、前記通路を蓄熱材を用いて形成したことを特徴とす
る。更に他の発明は、装置外側を断熱材で被覆したこと
を特徴とする。更に他の発明は、複数の温度センサを設
け、それらの検知結果を利用して過熱蒸気の温度を制御
するようにしたことを特徴とする。本発明の前記及び他
の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面
から明瞭になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】＜基本的な前提＞……まず、本発
明の理解を容易にするため、基本的な前提について説明
する。一般に、空気中には、飽和蒸気圧を限度とする水
蒸気が浮遊することが可能であるが、逆に、その限度以
上に水蒸気を蒸発させることは困難である。これは、雨
天のときに洗濯物が乾きにくいことなどからも、容易に
理解できる。一方、水を沸騰させて水蒸気を発生させ、
この水蒸気を更に加熱すると、温度とともに蒸発速度が
直線的に大きくなる。これは、洗濯物の現象とは相反す
る現象である。

【０００７】通常であれば、空気中の水蒸気が増加する
と水の蒸発速度は低下し飽和状態を呈するのであるが、
１００℃を越えた逆転点と呼ばれる温度以上になると、
蒸発速度が直線的に増加し、いわゆる飽和状態を呈する
ことなく、容器内に充満するようになる。その結果、容
器内の気体においては、全体として高い熱容量と熱伝導
性を有する水蒸気の性質が、熱容量が低く断熱性を有す
る空気を凌駕する性質を帯びるようになる。この過熱蒸
気は、多量の熱を蓄積しており、これが対流のみならず
放射によっても伝達されるようになる。本発明は、この
ような過熱蒸気がもつ熱容量が非常に大きいという特徴
を巧みに利用したものである。

【０００８】＜実施形態１＞……次に、本発明の実施形
態について詳細に説明する。図１には、本発明にかかる
実施形態１の主要部分が示されている。この実施形態
は、ボイラから供給された蒸気から過熱蒸気を利用する
ようにしたものである。図１において、加熱パイプ１０
の外周側には、蒸気を加熱するための加熱体として、コ
イルヒーター１４が巻回されており、更にその外側には
断熱材１６が設けられている。すなわち、加熱パイプ１
０は、加熱部分が全体として断熱材１６で覆われてい
る。また、加熱パイプ１０は、例えば石英のような耐熱
材によって形成されている。一方、加熱パイプ１０の内
部には、耐腐食性の金属線（もしくは金属片）２０とセ
ラミックス片２２がランダムに絡まった蓄熱体２４が充
填されている。金属線２０としては、ステンレスやチタ
ンなどが使用される。

【０００９】次に、本実施形態の作用を説明すると、コ
イルヒーター１４には、図示しない電源から電力が供給
されて発熱する。すると、加熱パイプ１０の内部が加熱
され、蓄熱体２４も加熱される。このため、蓄熱体２４
の温度が上昇した状態となる。ここでボイラ（図示せ
ず）から蒸気を加熱パイプ１０に、その入口１２から供
給する。すると、蒸気は、コイルヒーター１４によって
加熱され、通常の蒸気から過熱蒸気となる。しかも、こ
の過熱蒸気は、蓄熱体２４を通過するため、高温の状態
をそのまま維持する。そして、加熱パイプ１０の出口１
８から処理室（図示せず）に供給される。

【００１０】この実施形態１によれば、上述した従来技
術と比較して、簡便な構成でありながら、簡単に過熱蒸
気を得ることができる。また、生成した過熱蒸気を高温
状態に安定に維持することが可能となる。

【００１１】＜実施形態２＞……次に、図２を参照しな
がら実施形態２について説明する。この実施形態は、上
述した実施形態１と基本的な構造は同様であるが、より
多量の過熱蒸気を必要とする場合に好適な例である。図
２において、加熱槽３０には、蓄熱材（例えばセラミッ
ク製蓄熱板）によって構成された隔壁３２が交互に所定
の間隔で設けられており、これによってつずら折り状の
通路３４が加熱槽３０内に形成されている。また、前記
隔壁３２を貫通して前記通路３４を横切るように、加熱
体のヒーター３６が設けられている。

【００１２】更に、前記通路３４には、上述した実施形
態１と同様に、耐腐食性の金属線（もしくは金属片）３
８とセラミックス片４０がランダムに絡まった蓄熱体４
２が充填されている。金属線３８としては、実施形態１
と同様に、ステンレスやチタンなどの錆びない材料が使
用される。また、加熱槽３０の外側は、断熱材４４で覆
われている。

【００１３】本実施形態の作用は、前記実施形態１とほ
ぼ同様であり、ヒーター３６が通電によって発熱する
と、加熱槽３０が内部から加熱され、蓄熱材によって形
成された隔壁３２や、通路３４の蓄熱体４２も加熱され
る。この状態でボイラ（図示せず）から蒸気を加熱槽３
０の入口４６から供給すると、蒸気は、ヒーター３６に
よって加熱され、通常の蒸気から過熱蒸気となる。しか
も、この過熱蒸気は、通路３４の蓄熱体４２を通過し、
あるいは隔壁３２にあたるため、高温の状態をそのまま
維持する。そして、加熱槽３０の出口４８から処理室
（図示せず）に供給される。

【００１４】この実施形態によれば、蓄熱材によって隔
壁３２を構成するとともに、蓄熱体４２を通路３４に配
置し、更には加熱槽３０全体を断熱材４４で覆っている
ため、非常に安定した温度の過熱蒸気を得ることができ
る。また、多量の過熱蒸気を得ることができる。

【００１５】＜実施形態３＞……次に、図３を参照しな
がら実施形態３について説明する。この実施形態は、過
熱蒸気の温度制御に関するものである。図３において、
過熱蒸気発生部５０には、加熱部５２が設けられてい
る。また、過熱蒸気発生部５０には、蒸気の入口５４及
び過熱蒸気の出口５６が設けられている。そして、出口
５６の先には、処理室６０が設けられており、複数の射
出パイプ６２から過熱蒸気が射出される構成となってい
る。処理室６０からの過熱蒸気の出口は図示していな
い。

【００１６】ところで、本実施形態では、過熱蒸気発生
部５０の出口５６側に第一の温度センサ７０が設けられ
ており、射出パイプ６２側に第二の温度センサ７２が設
けられている。これら２つの温度センサ７０，７２は、
いずれも温度制御部７４に接続されている。また、温度
制御部７４は、前記加熱部５２にも接続されている。す
なわち、温度制御部７４は、前記温度センサ７０，７２
の検知温度に基づいて加熱部５２を制御し、処理室６０
内の過熱蒸気の温度を一定に保つ制御を行うように構成
されている。過熱蒸気発生部５０は、前記実施形態１の
加熱パイプ１０、もしくは実施形態２の加熱槽３０に相
当するものであり、加熱部５２は、同じく前記実施形態
１のコイルヒーター１４、もしくは実施形態２のヒータ
ー３６に相当するものである。

【００１７】次に、本実施形態の作用を説明する。過熱
蒸気発生部５０では、加熱部５２による加熱によって過
熱蒸気が生成される。発生した過熱蒸気は、処理室６０
に送られる。一方、処理室６０には、処理対象物が投入
される（図示せず）。この処理対象物には、射出パイプ
６２から過熱蒸気が吹き付けられ、過熱，殺菌，乾燥な
どの処理が施される。

【００１８】この場合において、過熱蒸気発生部５０の
出力部における過熱蒸気の温度は、温度センサ７０によ
って検知されている。また、処理室６０内における過熱
蒸気の温度は、温度センサ７２によって検知されてい
る。温度制御部７４は、これらの温度センサ７０，７２
の検知結果を参照し、過熱蒸気の温度を制御する。

【００１９】詳述すると、処理室６０内の過熱蒸気温度
が決まると、過熱蒸気発生部５０の出力部における過熱
蒸気の温度も決まる。従って、温度センサ７０によって
過熱蒸気発生部５０の出力部における過熱蒸気の温度を
計測し、その計測結果に基づいて加熱部５２による加熱
量を制御する。

【００２０】例えば、加熱部５２が電気ヒーターの場合
には、その通電量を制御する。具体的には、温度センサ
７２の温度が所望値より低いときは通電量を増大して過
熱蒸気の温度を上げ、逆に、所望値より高いときは通電
量を減少して過熱蒸気の温度を下げる。

【００２１】しかし、最終的に所定の温度が要求される
のは、処理室６０内の過熱蒸気である。そこで、本例で
は、もう一つの温度センサ７２による温度制御が行われ
る。すなわち、温度センサ７２による検知結果に基づい
て、他方の温度センサ７０の検知結果に基づく温度制御
の修正が行われる。過熱蒸気は、加熱環境から離れると
急激に温度が低下する。従って、温度センサ７２の検知
結果のみを参照して過熱蒸気の温度制御を行った場合、
温度の変動に良好に追従することができない。そこで、
過熱蒸気発生部５０の出力部における過熱蒸気の温度を
温度センサ７０によって検知し、加熱部５２を制御す
る。その上で、処理室内に温度センサ７２を設置して、
処理室６０内の過熱蒸気の温度を検知し、これも目標値
となるように制御を行って温度の修正を行う。このよう
に、温度センサ７０，７２を併設することにより、良好
に過熱蒸気の温度変動に追従し、安定した温度の過熱蒸
気が供給される。

【００２２】＜具体例＞……次に、本発明に関して試作
した装置による具体的な処理例について説明する。 （１）鉄の加熱……重量４kgの鉄を、オーブンと過熱蒸
気によってそれぞれ加熱した。加熱対象である鉄の中心
温度が１２０℃になるまでの時間を測定したところ、オ
ーブンによる加熱の場合は約４．８時間かかったのに対
し、本形態の過熱蒸気による加熱では、わずか０．２時
間であった。

【００２３】（２）自動車用塗装前処理のためのプライ
マの乾燥……自動車塗装の前処理において得られる廃液
であるプライマは、重量割合で約８５％の水分を含んで
いる（水分率＝水分の重量／（固形分+水分の重量）＝
８５％）。そこで、これを約３００℃の過熱蒸気と、プ
レス及び乾燥機を併用する方法で、水分率１０％まで乾
燥した。過熱蒸気によればわずか３０分程度で所定の水
分率となったのに対し、プレス及び乾燥機を併用する方
法の場合は、８時間を要した。

【００２４】（３）鋳物用砂型の乾燥……例えば、重量
にして水分を２０％含む砂型を水分２％に乾燥する。処
理対象の砂型をマイクロ波によって予備加熱した後、真
空乾燥を行った場合は、４０分を要した。しかし、本形
態の過熱蒸気を利用したときは、わずか１１分で所望の
水分率となった。

【００２５】（４）鉄の冷却……過熱水蒸気は、加熱や
乾燥のみならず、対象物によっては冷却も可能である。
温度７００℃，重量４kgの鉄を、温度１０℃の冷却空気
と、１２０℃の過熱蒸気によってそれぞれ冷却した。冷
却対象である鉄の中心温度が１５０℃になるまでの時間
を測定したところ、冷却空気による冷却の場合は約１２
０分要したのに対し、本形態の過熱蒸気による冷却で
は、わずか１２分であった。

【００２６】＜他の実施形態＞……本発明には数多くの
実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変する
ことが可能である。例えば、次のようなものも含まれ
る。 （１）処理対象としては、上述した鉄や廃液などの他、
例えば、工業製品，それらの部品，食品，衣料品，薬
品，各種原材料，廃棄物など、各種のものが適用可能で
ある。また、処理対象は固体や液体の他、粉末などでも
よい。処理の形態としては、上述した加熱，乾燥，冷却
の他、洗浄，焼結，解凍，除湿，蒸煮，炊飯，殺菌，暖
房など、各種の態様が可能である。特に、過熱蒸気は、
温度が高いために加熱処理が主要であると考えられてき
たが、過熱蒸気よりも高温のものに対しては冷却処理も
可能である。例えば、冷却に水を使用すると錆が生じた
り、油を使用すると冷却後に脱脂作業が必要となるとい
った不都合がある。また、冷却対象に部位による温度差
が生ずると、変形や破損の原因となる。しかし、このよ
うな場合に過熱蒸気を利用すると、冷却対象をまんべん
なく冷却でき、変形・破損や錆の発生もなく、脱脂作業
も必要とされないなどの利点がある。

【００２７】（２）前記実施形態１及び２では、加熱手
段として電気ヒーターのみを用いたが、必要に応じて各
種のものを用いてよい。 （３）前記実施形態では、２つの温度センサを用いて過
熱蒸気の温度制御を行ったが、更に多数の温度センサを
用いることを妨げるものではない。また、最終的に処理
室において所望の温度の過熱蒸気を得ることができれ
ば、上述した温度制御手法に限定されるものではない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 （１）蓄熱材を使用し、更に装置全体を断熱材で被覆す
ることとしたので、温度低下を伴うことなく、安定して
過熱蒸気を供給することができる。 （２）複数箇所で過熱蒸気の温度を測定することとした
ので、過熱蒸気の温度を良好に所望の値に保持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の主要部を示す図である。

【図２】本発明の実施形態２の主要部を示す図である。

【図３】本発明の実施形態３の主要部を示す図である。

【符号の説明】

１０…加熱パイプ １２…入口 １４…コイルヒーター １６…断熱材 １８…出口 ２０…金属線 ２２…セラミックス片 ２４…蓄熱体 ３０…加熱槽 ３２…隔壁 ３４…通路 ３６…ヒーター ３８…金属線 ４０…セラミックス片 ４２…蓄熱体 ４４…断熱材 ４６…入口 ４８…出口 ５０…過熱蒸気発生部 ５２…加熱部 ５４…入口 ５６…出口 ６０…処理室 ６２…射出パイプ ７０，７２…温度センサ ７４…温度制御部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飽和蒸気を加熱して過熱蒸気を得る過熱
   蒸気発生装置であって、 蒸気の通路となる導管；この導管内であって蒸気の通路
   に充填されており、蓄熱材によって蒸気が通過可能に形
   成された蓄熱体；蒸気を加熱するための加熱体；を備え
   たことを特徴とする過熱蒸気発生装置。
2. 【請求項２】 蒸気の通路が形成された加熱槽；前記通
   路に充填されており、蓄熱材によって形成された蓄熱
   体；前記加熱槽に設けられた加熱体；を備えたことを特
   徴とする過熱蒸気発生装置。
3. 【請求項３】 前記通路を蓄熱材を用いて形成したこと
   を特徴とする請求項２記載の過熱蒸気発生装置。
4. 【請求項４】 前記蓄熱体は、耐腐食性金属線とセラミ
   ックス片をランダムに絡めたものであることを特徴とす
   る請求項２又は３記載の過熱蒸気発生装置。
5. 【請求項５】 装置外側を断熱材で被覆したことを特徴
   とする請求項１〜４のいずれかに記載の過熱蒸気発生装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の過熱蒸
   気発生装置を備えており、 前記過熱蒸気発生装置によって生成された過熱蒸気によ
   って、処理対象に必要な処理を行う処理装置；を備えた
   ことを特徴とする過熱蒸気処理装置。
7. 【請求項７】 前記処理装置は、処理対象に、加熱，乾
   燥，冷却，洗浄，焼結，解凍，除湿，蒸煮，炊飯，殺
   菌，防錆，焼なましのいずれかの処理を行うことを特徴
   とする請求項６記載の過熱蒸気処理装置。
8. 【請求項８】 複数の温度センサを設けるとともに、こ
   れらの温度センサによる検知結果に基づいて、前記過熱
   蒸気発生装置によって生成される過熱蒸気の温度を制御
   する温度制御装置を備えたことを特徴とする請求項６又
   は７記載の過熱蒸気処理装置。