JP4036725B2 - 加熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を収容して又は通過させながら回転する処理室を備え、過熱水蒸気をこの処理室に送給して被処理物を加熱処理する回転式の加熱処理装置に関し、詳しくは、この加熱処理を処理温度に係る適用限界なしに行えるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の加熱処理は、例えば、廃油，廃プラスチック，食材，生ごみ等の被処理物を対象として、乾燥，減容，調理，焼却等の目的で行われる。この加熱処理を行う装置の基本構成を模式的に示せば、図１のようになる。
【０００３】
図１において、１は、ターニングローラ２によって支持・回転駆動される処理室である。ターニングローラ２は、変速機構（図示略）を介してモータ（図示略）に接続されている。３は過熱水蒸気発生機構であって、水を加熱して１００℃を越えない水蒸気を発生させるための水蒸気発生機構（ボイラ）３ａと、この水蒸気を１００℃を越える目的温度に加熱するための水蒸気過熱機構３ｂとを備えている。そして、過熱水蒸気発生機構３から出力された過熱水蒸気は、ロータリージョイント４を介して処理室１に送給されて加熱処理に与ったのち、排気管５から系外に排出される。
【０００４】
図１の基本構成に類する装置の一例が、下記特許文献１，２に開示されている。このような、過熱水蒸気を熱源とする回転式の加熱処理装置によれば、熱含量が大で加熱能力に優れ且つクリーンな過熱水蒸気を被処理物に均等に作用させて加熱処理が行える。すなわち、下記特許文献１，２に記載されているように、食品調理のような被処理物の汚染が許されない加熱処理を高能率に且つ均一な処理品質を以て行うことができるのである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１３５０６１（第(8)ページ、図１， 図２）
【特許文献２】
特開２０００−１３５１６７（第(7)ページ、図２， 図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
過熱水蒸気を熱源とする回転式の加熱処理装置は、上述のような際立った利点を有する。しかしながら、この加熱処理装置には適用上の限界があった。それは、過熱水蒸気発生機構３から処理室１への過熱水蒸気の送給が前記ロータリージョイント４を介して行われることから、ロータリージョイントの耐熱性によって加熱処理温度が制限されてしまうという限界である。因みに、市販のロータリージョイントの使用可能上限温度は、連続使用の場合、２００℃台に過ぎない。例えば前記特許文献１，２の実施例には、最高で３５０℃に及ぶ過熱水蒸気による加熱処理が開示されているが、その処理時間は３０秒といった短時間であるから、ロータリージョイントのシール部材の熱劣化は少なく、シール部材の交換をやや頻度高く行う程度の負荷を以て実施可能であろう。
【０００７】
ところが、３００℃以上の連続加熱を要するような高熱加熱処理となると、過熱水蒸気が単なる高温ガス（窒素ガスなど）よりも熱劣化作用が更に強い高露点ガスであることも相まって、実用可能なロータリージョイントの入手が適わず、ついては、このような加熱処理には、過熱水蒸気による回転式の加熱処理が適用できない。
【０００８】
すなわち、３００℃以上の連続加熱といった高熱加熱処理にも適用できるような、過熱水蒸気利用の回転式加熱処理装置の提供が課題となっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、本発明加熱処理装置は、被処理物を収容して又は通過させながら回転する処理室を備え、この処理室に、水蒸気発生機構と水蒸気過熱機構とを備えた過熱水蒸気発生機構から過熱水蒸気を送給して前記被処理物を直接加熱処理する加熱処理装置において、前記水蒸気過熱機構は、前記処理室にロータリージョイントを介さずに直結接続されていて、前記処理室と共に回転しながら稼働するようにした構成を特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、処理室に過熱水蒸気を送給する経路上には、ロータリージョイントが存在せず、従って、前記ロータリージョイントの耐熱性に係る加熱処理装置の適用限界が解消して前記高熱加熱処理にも適用可能となっており、前記本発明の課題は解決されたのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による加熱処理装置の一実施形態について説明する。
【００１２】
図２（ａ）は本実施形態による加熱処理装置の概略部分断面図であって、そのＡ−Ａ線矢視正面図を図２（ｂ）に示す。
【００１３】
図２において、１は処理室，３ｂは水蒸気過熱機構であって、両者は直結一体化されており、複数のターニングローラ２により支持・駆動されて一緒に回転する。この回転は、処理室１内で行う加熱処理の内容に応じて一方向のみへの回転にしたり、往方向と復方向に代わる代わる回転させる揺動的回転にしたりする。ターニングローラ２は変速器付きモータ（図示略）により駆動される。１ａは、処理室１に被処理物を出し入れするための有蓋口である。なお、処理室１等を支持して回転させる手段は、上記ターニングローラ方式に限定されるものではなく、例えば、処理室１等を軸心付きアームで支持して軸心を中心に回転させるといった、他の手段によってもよい。
【００１４】
３ａは、水蒸気発生機構（ボイラ）であって、使用可能上限温度が１５０℃の緊密シール式のロータリージョイント４Ａを介して水蒸気過熱機構３ｂに接続されており、両機構３ａ，３ｂで前記過熱水蒸気発生機構３（図１参照）を構成している。すなわち、本発明によって、水蒸気過熱機構３ｂと処理室１を結ぶロータリージョイント（図１の４）は排除されたものの、その代償として上記ロータリージョイント４Ａが必要になっている。しかしながら、このロータリージョイント４Ａを流れるのは、水蒸気発生機構３ａから送給される高々１００℃の水蒸気であるから、上記１５０℃耐用のロータリージョイント４Ａ用いれば何ら支障は生じない。
【００１５】
５Ａは煙突であって、ラビリンス（迷路）シール式の簡易ロータリージョイント４Ｂと排気管５とを順次介して処理室１に接続されており、加熱処理の排気を系外上方に導いている。すなわち、回転しない静置状態の煙突５Ａを配備するために、水蒸気温度が処理室１内よりさほど低下していない排気部にロータリージョイント４Ｂの配備を要している。しかしながら、ここに配備するロータリージョイントは、排気放出口間近であって、ラビリンス程度の簡易シールでも水蒸気の洩れは防止できるため、上記簡易ロータリージョイント４Ｂで事足りる。そして、ラビリンスシール部は金属材料のみで構成されており、前述のような耐熱性に係る支障は何ら生じない。なお、この煙突５Ａは処理室１内で行われる加熱処理の内容によっては省略されてよい。
【００１６】
図２の装置では、処理室１，水蒸気過熱機構３ｂ，煙突５Ａのそれぞれに、流体（水蒸気や飛沫水など）の通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃを誘導加熱するための誘導コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃが配備されており、これらの誘導コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃに、高周波電源装置（図示略）から高周波通電を行うことで、処理室１等の被入熱部となる通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃに誘導電流（渦電流）を生じさせて、被加熱部を誘導加熱する構成としている。ついては、上記通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃを構成する管状体の材質は金属や導電性セラミックスのような導電性材料である必要があり、この実施形態では、上記管状体を非磁性のオーステナイトステンレス鋼製としている。このように、非磁性の導電性管状体を用いると、図２（ａ）の装置に類する別実施形態の加熱処理装置のＡ−Ａ線矢視正面図として同図（ｃ）に示す水蒸気過熱部のように、複数の管状体３ｂａａを外縁領域から内奥領域に亘って輻輳配置した場合でも、誘導コイル６Ｂによる電磁誘導作用が内奥領域の管状体３ｂａａにまで均等に及んで、各管状体３ｂａａを均等に誘導加熱することが出来る。なお、上記導電性管状体がフェライト系ステンレスなどの強磁性材であっても、その磁気変態点を超える温度で稼働させるケースでは、非磁性材としたことによる上記作用が同様に奏される。
【００１７】
ここで、誘導コイル６Ａ，６Ｂ，６Ｃのそれぞれについて、配備の目的や作用について説明すると次の通りである。
【００１８】
まず、処理室１の誘導コイル６Ａは、処理室１内の温度分布を調整するための加熱手段として配したものである。例えば、この誘導コイル６Ａに高周波通電して処理室１の器壁１ｂを誘導加熱し、過熱水蒸気と同等の温度に昇温させることにより、処理室１内の温度を器壁１ｂ近傍に亘って均一にできる。この施策は、処理温度の空間的な均一化もさることながら、時間的な均一化をもたらす作用において更に重要である。例えば、器壁１ｂを上記温度に昇温させてから過熱水蒸気を送給すれば、温度の上がっていない器壁１ｂにおいて起こるはずの結露が防止されるし、処理温度への立ち上がりを速くできる。更には、上記誘導加熱を、処理室１内の被処理物も予熱されるように行うことで、処理温度への立ち上がりが一層速くなって、処理温度の終始一定した加熱処理が行える。被処理物の加熱を、上記予熱や加熱処理中の補熱のために器壁１ｂ側からも行うという指向に対しては、器壁１ｂの内壁面１ｂａに、温度上昇に伴う赤外線放射の放射率を高める表面処理を施しておく施策が有用である。この実施形態では、上記表面処理は、器壁１ｂを予め過熱水蒸気で酸化させて含水酸化物被膜を形成しておく処理である。この被膜は黒色であり、その材質と色調が相まって、器壁面１ｂａの赤外線放射率は、裸金属面と比べて１０倍以上高くなり、これによる赤外線放射の増大によって、被処理物の放射加熱（輻射加熱）作用が顕著になる。
【００１９】
以上、誘導加熱による処理室器壁１ｂの加熱について述べたが、この加熱は、誘導加熱以外の加熱手段、例えば、直線状に炎口が設けられたガスバーナを用いて、回転している処理室１の器壁１ｂを加熱する構成も、安価な高能率加熱手段として有用である。また、この器壁１ｂの加熱は、本発明装置の望ましい構成要件であるものの、加熱処理の内容によっては省略されることもある。
【００２０】
次に、水蒸気過熱機構３ｂの誘導コイル６Ｂは、この水蒸気過熱機構３ｂにおいて、被加熱物である水蒸気を１００℃超の温度に加熱するための加熱手段として配したものである。この実施形態では、水蒸気を加熱するための釜体を、図２に示すように、小径（機構全体の外径に比して十分小さい径）の管状体３ｂａａの複数本を並列配置した水蒸気通路群３ｂａを以て構成しており、この水蒸気通路群３ｂａを、その包括的外周囲に配した誘導コイル６Ｂによって誘導加熱する構成としている。そして、各小径管状体３ｂａの内部には、ジグザグ状に折り曲げ加工されたステンレス鋼板製の条片（図示略）が配備されており、この条片の配備によって、小径管状体３ｂａ内の水蒸気の流れが乱されて（乱流化を含む）、誘導加熱により入熱された小径管状体３ｂａの管壁の熱の内部の水蒸気への伝達効率が顕著に向上する。なお、この水蒸気過熱機構については上述のような外部からの加熱が必須であるが、そのための加熱手段は上記誘導加熱に限定されない。例えばガス炎加熱で行うようにしてもよい。
【００２１】
水蒸気過熱機構３ｂと同様に、水蒸気発生機構３ａにも外部からの加熱が必須であり、その加熱手段として、上記水蒸気過熱機構３ｂの誘導加熱に準じた形態の誘導加熱を採用することもできる。
【００２２】
次いで、煙突５Ａの誘導コイル６Ｃは、煙突５Ａから排出される、加熱処理で副生する熱分解ガス等を含んだ水蒸気系排気を急速高温加熱して無害化するためのものである。ついては、この加熱における煙突管壁から排気への伝熱を効率よく行うために、前記水蒸気過熱機構３ｂの実施形態に準じて煙突５Ａを複数本の小径管状体を並列配置して構成（図示略）するとともに各小径管状体内に邪魔体を配備（図示略）している。そして、この邪魔体としては、スチール繊維製の束子（たわし）のスチール繊維表面に触媒機能を有する表面処理（ニッケル系のメッキなど）を施したものを用いている。すなわち、上記邪魔体には、伝熱効率を向上させるばかりでなく、排気中の有害成分の熱分解無害化を促進する機能を果たさせるのである。また、上記熱分解無害化が有害成分の酸化を伴うケースもあることを考慮して、酸化用の空気を煙突５Ａ内に流入させるための開閉自在な小穴等を煙突５Ａに設けておくのもよい。なお、誘導コイル６Ｃは、ガス炎加熱など他の排気加熱手段で代替可能である。また、加熱処理の内容によっては、排気加熱手段そのものを、あるいは、前述のように煙突５Ａまでもを省略することが出来る。
【００２３】
上述のように、処理室１等に誘導コイル６Ａ等を配して誘導加熱を行う施策は、前記処理室１内の温度分布や時系列的温度プログラムの調整を精度高く且つ迅速に行うのに極めて有用である。
【００２４】
誘導コイル６Ａ等は、これに投入を要する電力に応じて冷却の要否が分かれる。冷却が不要な場合には、誘導コイル６Ａ等を、リッツ線（絶縁被覆付き銅細線を縒り合わせた導線）や通常の縒り導線あるいは所要外径の銅単線や銅帯板を巻回して構成すればよい。特にリッツ線は、高周波電流が断面内に行き亘って流れるため、高い周波数での通電における実効抵抗増が少なく、銅損が小さい。ついては、他の線材より細い線外径を以て冷却の要らない通電が可能であり、軽便性，電力効率の両面において好ましい。次に、冷却が必要な場合には、誘導コイル６Ａ等を、銅チューブや真鍮チューブあるいは銅や真鍮の帯板に同材質のチューブを添わせてろう接した導体を巻回して構成し、上記チューブの中空部を冷却水路として利用すればよい。更には、前記リッツ線をプラスチックチューブ等の可撓鞘体の中空部に挿入し、この中空部を冷却水路とした複合導体も有用である。この複合導体は可撓性であり、その場巻回にも適する。ここで、上記冷却水路を流れて誘導コイル６Ａ等の冷却を終えた冷却水は、前記水蒸気発生機構３ａに入力し、水蒸気原料水として再利用することが望ましい。これは、冷却を終えた冷却水を、水資源としてばかりではなく、冷却時に蓄積された顕熱を含めて再利用できて、本発明装置に係る水・電力原単位の低減、ひいては環境負荷の低減に資するからである。
【００２５】
なお、図２には、誘導コイル６Ａ等として、ソレノイド型（蔓巻き型）のコイルを用いる実施形態を示しているが、回転しながら稼働する処理室１や水蒸気過熱機構３ｂには、図３，図４にそれぞれ模式的に示すような鞍型コイル６１やヘアピン型コイル６２を配して誘導加熱するようにしてもよい。両コイルは、共に、被加熱部に沿って位置する部分６１ａ，６２ａが誘導作用導体として機能し、これらが対向する線状領域を誘導加熱する。そして処理室１等の回転により、処理室１等の器壁が全周に亘って加熱される。因みに、ソレノイド型コイルは誘導加熱効率に優れており、一方、鞍型コイルやヘアピン型コイルによれば、本発明装置における処理室１等に対する操作（被加熱物の出し入れや全体の着脱）が容易になる。
【００２６】
誘導コイル６Ａ等あるいは６１等により誘導加熱される処理室１等の外周側には、誘導コイル６Ａ，６１等との間を隔てる形で絶縁材料（ケイ酸カルシウム・ガラス・アルミナなどの繊維を集結させたマットやアルミナ成形体等）による断熱層８Ａ，８Ｂ，８Ｃを配して、処理室１等からの放熱を防止することが望ましい。こうすることで、より少ない消費電力で所期の誘導加熱が行えるからである。
【００２７】
以上、被処理物の加熱処理をバッチ形式（被処理物を処理室内に閉じこめて行う形式）の実施形態を例にとって説明したが、本発明装置の実施形態はこれに限定されず、連続形式（処理室内に被処理物を連続的に順次送給して通過させながら処理する形式）で加熱処理する形態の装置としてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明加熱処理装置は、回転しながら稼働する処理室内にて被処理物を過熱水蒸気で直接加熱処理する装置において、処理室に過熱水蒸気を送給するための過熱水蒸気発生機構の後段機能を受け持つ水蒸気過熱機構を、処理室にロータリージョイントを介さずに直結接続する形で配して処理室と共に回転しながら稼働させるようにした構成を特徴とする。
【００２９】
従来の過熱水蒸気による回転式加熱処理装置では、過熱水蒸気発生機構から処理室への過熱水蒸気の送給がロータリージョイントを介して行われており、このため、ロータリージョイントの耐熱温度に起因して、上記過熱処理の行える温度が制限され、ついては、適用用途にも制約が生じていた。
【００３０】
本発明装置においては、ロータリージョイントを構成する有機物資材の劣化が激しい過熱水蒸気出力部にロータリージョイントを配置する必要が無くなり、その結果、上記加熱処理の適用温度の限界に起因する用途制約は完全に解消された。過熱水蒸気による加熱処理の適用用途の拡大は、処理技術の益々の向上が望まれている、廃棄物のリサイクルや有害物の無害化、各種資源の高価値資材化といった種々の要請にとって好ましいことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の回転式の加熱処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態による回転式の加熱処理装置の概略構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す水蒸気過熱部のＡ−Ａ線矢視正面図、（ｃ）は水蒸気過熱部の別形態のＡ−Ａ線矢視正面図である。
【図３】本発明の一実施形態による回転式の加熱処理装置に用いられる誘導加熱コイルの第１の他の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による回転式の加熱処理装置に用いられる誘導加熱コイルの第２の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１…処理室
１ａ…有蓋口
１ｂ…処理室１の器壁
１ｂａ…器壁１ｂの内壁面
２…ターニングローラ
３…過熱水蒸気発生機構
３ａ…水蒸気発生機構（ボイラ）
３ｂ…水蒸気過熱機構
３ｂａ…水蒸気通路群
３ｂａａ…管状体
４Ａ，４Ｂ…ロータリージョイント
５…排気管
５Ａ…煙突
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…誘導コイル
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…流体通路
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…断熱層

Claims (4)

1. 被処理物を収容して又は通過させながら回転する処理室を備え、この処理室に、水蒸気発生機構と水蒸気過熱機構とを備えた過熱水蒸気発生機構から過熱水蒸気を送給して前記被処理物を直接加熱処理する加熱処理装置において、
   前記水蒸気過熱機構は、前記処理室にロータリージョイントを介さずに直結接続されていて、前記処理室と共に回転しながら稼働することを特徴とする加熱処理装置。
2. 前記水蒸気発生機構は、ロータリージョイントを介して前記水蒸気過熱機構に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱処理装置。
3. 前記処理室には、ロータリージョイントを介して、前記処理室の排気を上方に排出させるための煙突が配備されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱処理装置。
4. 前記処理室，水蒸気発生機構，水蒸気過熱機構，煙突の少なくとも１つは、水蒸気の通路が導電性の管状体を用いて構成されており、この管状体の外側に、この管状体を誘導加熱するための誘導コイルが配備されていることを特徴とする請求項３に記載の加熱処理装置。

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