JP6472414B2 - 過熱水蒸気生成装置及び過熱水蒸気生成装置を用いた処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、水から過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置及び当該過熱水蒸気生成装置を用いた処理方法に関するものである。

近年、過熱水蒸気を用いて、被処理物の洗浄、乾燥又は殺菌を行う過熱水蒸気処理装置が考えられている。

この過熱水蒸気処理装置は、特許文献１に示すように、過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部と、当該過熱水蒸気生成部より生成された過熱水蒸気が供給される処理炉とを備え、当該処理炉に収容された被処理物を洗浄、乾燥又は殺菌するように構成されている。

しかしながら、例えば処理炉内が１気圧であり被処理物の初期温度が１００℃未満の場合には、被処理物の温度が１００℃以上に上昇するまでは、過熱水蒸気が液化して被処理物に結露が生じてしまう。被処理物には、結露を嫌うものがあり、この状況が生じることは好ましくない。

特開２００７−２３１３６７公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、過熱水蒸気を用いて被処理物を処理する場合に被処理物に生じる結露を防ぐことをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る過熱水蒸気生成装置は、水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給する水蒸気供給流路と、前記水蒸気とは異なる他の気体を前記過熱水蒸気生成部に供給する気体供給流路とを備え、前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気が供給される第１状態、又は、前記過熱水蒸気生成部に前記他の気体が供給されて前記過熱水蒸気生成部が気体加熱部として機能する第２状態に切り替え可能に構成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、第１状態では過熱水蒸気生成部により過熱水蒸気が生成され、第２状態では過熱水蒸気生成部が気体加熱部として機能して他の気体が加熱されるので、過熱水蒸気を用いて被処理物を処理する前に、加熱された他の気体を用いて被処理物を加熱することによって、過熱水蒸気が液化して被処理物に結露が生じることを防ぐことができる。また、過熱水蒸気生成部を気体加熱部として機能させているので、被処理物を加熱する別の加熱装置を不要とすることができ、被処理物の結露を防ぐためのシステム構成を簡単化することができると共に、そのシステムを小型化することができる。

前記水蒸気供給流路に設けられて、前記過熱水蒸気生成部に供給される前記水蒸気の流量を調整する水蒸気流量調整部を備え、前記第２状態において、前記水蒸気流量調整部が前記過熱水蒸気生成部への前記水蒸気の供給を停止していることが望ましい。この構成であれば、第２状態において水蒸気生成部により水蒸気を生成しておくことにより、第２状態から第１状態への切り替えを素早く行うことができる。

前記水蒸気生成部への電力供給を制御する制御装置を備え、前記第２状態において、前記制御装置が前記水蒸気生成部への電力供給を停止していることが望ましい。この構成であれば、第２状態において水蒸気生成部により消費される電力を削減することができる。

前記第１状態及び前記第２状態に加えて、前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気及び前記他の気体が供給されて前記過熱水蒸気生成部が混合気体加熱部として機能する第３状態に切り替え可能に構成されていることが望ましい。この構成であれば、被処理物を過熱水蒸気を用いて処理する他に、別の処理を行うことができる。例えば、他の気体が空気又は窒素の場合には、被処理物の酸化処理や窒化処理が可能となる。

前記水蒸気供給流路に設けられて、前記過熱水蒸気生成部に供給される前記水蒸気の流量を調整する水蒸気流量調整部を備え、前記第３状態において、前記水蒸気流量調整部が前記過熱水蒸気生成部に供給される前記水蒸気の流量を調整することにより、前記過熱水蒸気生成部における前記水蒸気及び前記他の気体の混合比が調整されることが望ましい。この構成であれば、被処理物の処理条件をコントロールすることができる。例えば、他の気体が空気又は窒素の場合には、被処理物の酸化度や窒化度をコントロールすることができる。

水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の具体的な構成としては、前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部は、主座変圧器及びＴ座変圧器からなるスコット結線変圧器を用いて構成されるものであり、前記水蒸気生成部は、前記主座変圧器の出力により、誘導加熱又は通電加熱される第１加熱用金属体を有し、前記過熱水蒸気生成部は、前記Ｔ座変圧器の出力により、誘導加熱又は通電加熱される第２加熱用金属体を有することが考えられる。

この構成において、水蒸気生成部により生成される水蒸気の温度及び過熱水蒸気生成部により生成される過熱水蒸気の温度を個別に制御するためには、前記主座変圧器の入力側の２相のうち一方に電圧又は電流を制御する第１制御機器が設けられており、前記Ｔ座変圧器の入力側である１次コイルの一端側に電圧又は電流を制御する第２制御機器が設けられており、前記第１制御機器及び前記第２制御機器により、前記主座変圧器の出力電圧と前記Ｔ座変圧器の出力電圧とを個別に制御することが望ましい。

スコット結線変圧器における１次側出力制御は、１次側電流においてＴ座変圧器の１次コイルを流れる電流が主座変圧器の１次コイルに流れ込むことから、主座変圧器の出力をゼロにできない場合が生じる。例えば、水蒸気出力をせずに他の気体のみを第２加熱用金属体で加熱する場合には、主座側の第１制御機器の出力をゼロとしてＴ側の第２制御機器を大きな出力となるように制御するが、Ｔ座変圧器の１次コイルの電流が主座変圧器の１次コイルに流れ込むので、第１加熱用金属体が加熱されることになる。そうすると、第１加熱用金属体が過加熱される恐れが生じ危険である。
この問題を好適に解決するためには、前記主座変圧器の１次コイルの中点に接続された中点端子と、前記Ｔ座変圧器の１次コイルの一端側端子とを接続してスコット結線する第１接続状態と、前記スコット結線を解線して、前記第２制御機器を含む前記Ｔ座変圧器の１次コイルの両側端子を三相交流電源に接続する第２接続状態とを切り替える切り替え機構をさらに備えることが望ましい。
この構成であれば、過熱水蒸気を生成する第１状態と、過熱水蒸気及び他の気体の混合気体を加熱する第３状態との場合には、第１接続状態（スコット結線状態）で使用し、他の気体のみを加熱する第２状態の場合には、第２接続状態（Ｔ座側回路と主座側回路とが独立した回路状態）で使用することができる。第２接続状態においては、他の気体を加熱運転しつつ、水蒸気発生部を保温待機させることができる。また、第１制御機器の出力を零にして、他の気体のみを加熱運転し続けることも可能である。

前記切り替え機構によりスコット結線状態とした場合、三相交流電源の入力電圧をＥとすると、第２制御機器を含むＴ座変圧器の１次コイルに印加される電圧は、Ｅ×（√３）／２である。ところが、切り替え機構によりスコット結線を解線して、第２制御機器を含むＴ座変圧器の１次コイルの両側端子を三相交流電源に接続すれば、印加電圧はＥとなる。すなわち、Ｔ座変圧器の１次コイルへの印加電圧は、２／（√３）倍となる。また、第２加熱用金属体が目標温度に到達するまでは、大きな出力となるように第２制御機器が働き、回路電流もおよそ２／（√３）倍となる。
このとき、前記第２制御機器が、定電流制御機能を有するものであれば、Ｔ座変圧器の１次コイルに一定以上の大きな電流が流れることを防止でき、回路保護機能を持たせることができる。

また、本発明に係る過熱水蒸気を用いた処理方法は、水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給する水蒸気供給流路と、前記水蒸気とは異なる他の気体を前記過熱水蒸気生成部に供給する気体供給流路とを備えた過熱水蒸気生成装置を用いて被処理物を処理する処理方法であって、前記過熱水蒸気生成部に前記他の気体を供給して前記他の気体を加熱し、その加熱された前記他の気体により前記被処理物を加熱する前工程と、前記前工程の後に、前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気を供給して過熱水蒸気を生成し、その過熱水蒸気により前記前工程で加熱された前記被処理物を処理する後工程とを備えることを特徴とする。

このように構成した本発明によれば、過熱水蒸気を用いて被処理物を処理する前に、加熱された他の気体を用いて被処理物を加熱することによって、被処理物の結露を防ぐことができる。

本実施形態の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に示す図である。 同実施形態の中空導体管の一例を示す図である。 同実施形態の各水蒸気生成部の鉄心構成を主として示す図である。 同実施形態の各水蒸気生成部の鉄心構成の変形例を示す図である。 同実施形態の各水蒸気生成部に誘導コイルの結線を示す図である。 同実施形態の制御装置の構成を模式的に示す図である。 同実施形態の処理方法を示す模式的に示す図である。 変形実施形態の各水蒸気生成部に誘導コイルの結線を示す図である。

以下に本発明に係る過熱水蒸気生成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る過熱水蒸気生成装置１００は、水を加熱することにより過熱水蒸気を生成するものであり、当該過熱水蒸気生成機能の他に、水蒸気とは異なる他の気体を加熱する気体加熱過熱機能を有するものである。なお、前記他の気体としては、空気、酸素、窒素、アルゴンなどであり、水蒸気以外の気体であれば用途に応じて種々のものが考えられる。

この過熱水蒸気生成装置１００は、図１に示すように、水を加熱して飽和水蒸気を生成する水蒸気生成部２（以下、飽和水蒸気生成部２という。）と、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成部３と、飽和水蒸気生成部２により生成された飽和水蒸気を過熱水蒸気生成部３に供給する水蒸気供給流路Ｌ２（以下、飽和水蒸気供給流路Ｌ２という。）と、飽和水蒸気とは異なる他の気体を過熱水蒸気生成部３に供給する気体供給流路Ｌ３とを備えている。

飽和水蒸気生成部２は、例えば誘導加熱方式又は通電加熱方式のものであり、水が導入される水導入ポート２１及び飽和水蒸気を導出する飽和水蒸気導出ポート２２を有する。なお、水導入ポートには、図示しないタンク等から飽和水蒸気生成部２に水を供給する水供給流路Ｌ１が接続されている。

誘導加熱方式の飽和水蒸気生成部２は、水導入ポート２１及び飽和水蒸気導出ポート２２を有する例えば螺旋状に形成された中空導体管２Ｔ（図２参照）と、当該中空導体管２Ｔの内側又は外側に配置されて中空導体管２Ｔを誘導加熱する誘導コイル（不図示）と、当該誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源（不図示）とを備えたものであり、当該誘導コイルに交流電圧を印加することによって、中空導体管２Ｔに誘導電流を流すことによりジュール発熱させて、中空導体管２Ｔに導入された水を飽和水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。

また、通電加熱方式の飽和水蒸気生成部２は、水導入ポート２１及び飽和水蒸気導出ポート２２を有する例えば螺旋状に形成された中空導体管２Ｔと、当該中空導体管２Ｔに電圧を印加する直流又は交流電源（不図示）とを備えたものであり、中空導体管に電流を流すことによりジュール発熱させて、中空導体管２Ｔに導入された水を飽和水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。なお、通電加熱方式の場合、中空導体管は、螺旋状に限られず、例えば直管状をなすものであっても良い。

何れの方式の場合であっても、中空導体管２Ｔの飽和水蒸気導出ポート２２から導出される飽和水蒸気の温度を検出して、誘導コイルに印加する電圧、中空導体管２Ｔに印加する電圧又は中空導体管２Ｔに流れる電流をフォードバック制御することによって、中空導体管２Ｔの飽和水蒸気導出ポート２２から導出される飽和水蒸気の温度を制御する。なお、飽和水蒸気の温度検出は、飽和水蒸気の温度を直接検出する方式と、中空導体管２Ｔの温度を検出することによって飽和水蒸気の温度を間接検出する方式とが考えられる。

過熱水蒸気生成部３は、前記飽和水蒸気生成部２と同様、例えば誘導加熱方式又は通電加熱方式のものであり、飽和水蒸気が導入される飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気を導出する過熱水蒸気導出ポート３２を有する。

誘導加熱方式の過熱水蒸気生成部３は、飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気導出ポート３２を有する例えば螺旋状の中空導体管３Ｔ（図２参照）と、当該中空導体管３Ｔの内側又は外側に配置されて中空導体管３Ｔを誘導加熱する誘導コイル（不図示）と、当該誘導コイルに交流電圧を印加する交流電源（不図示）とを備えたものであり、当該誘導コイルに交流電圧を印加することによって、中空導体管３Ｔに誘導電流を流すことによりジュール発熱させて、中空導体管３Ｔに導入された飽和水蒸気を過熱水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。

また、通電加熱方式の過熱水蒸気生成部３は、飽和水蒸気導入ポート３１及び過熱水蒸気導出ポート３２を有する例えば螺旋状に形成された中空導体管３Ｔと、当該中空導体管３Ｔに電圧を印加する直流又は交流電源（不図示）とを備えたものであり、中空導体管３Ｔに電流を流すことによりジュール発熱させて、中空導体管３Ｔに導入された飽和水蒸気を過熱水蒸気に状態変化させるものとすることが考えられる。何れの方式の場合であっても、中空導体管３Ｔに印加する電圧又は中空導体管３Ｔに流れる電流を制御することによって、中空導体管３Ｔの導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を制御する。なお、通電加熱方式の場合、中空導体管３Ｔは、螺旋状に限られず、例えば直管状をなすものであっても良い。

何れの方式の場合であっても、中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を検出して、誘導コイルに印加する電圧、中空導体管３Ｔに印加する電圧又は中空導体管３Ｔに流れる電流をフォードバック制御することによって、中空導体管３Ｔの過熱水蒸気導出ポート３２から導出される過熱水蒸気の温度を制御する。なお、過熱水蒸気の温度検出は、過熱水蒸気の温度を直接検出する方式と、中空導体管３Ｔの温度を検出することによって過熱水蒸気の温度を間接検出する方式とが考えられる。

また、誘導加熱方式の場合は、印加する交流電圧の周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数とすれば、電流浸透度が深いので、中空導体管２Ｔ、３Ｔの外面温度検出で内面温度検出と同等の値が得られるので、間接検出であっても精度の高い蒸気温度検出が可能となる。

本実施形態では、図３及び図４に示すように、飽和水蒸気生成部２の誘導コイル２Ｃ及び過熱水蒸気生成部３の誘導コイル３Ｃの中心部に磁路用鉄心１０１、１０２が設けられており、これにより誘導コイル２Ｃ、３Ｃにより発生した磁束を効率良く循環させることで、各中空導体管２Ｔ、３Ｔに磁束を効率良く導入させている。さらに、飽和水蒸気生成部２の磁路用鉄心１０１及び過熱水蒸気生成部３の磁路用鉄心１０２の他に、それら２つの磁路用鉄心１０１、１０２に生じる磁束の共通の通路になる共通鉄心１０３が設けられており、この共通鉄心１０３及び前記２つの磁路用鉄心１０１、１０２の上下それぞれを継鉄心１０４、１０５が連結している。この構成により、鉄心全体の寸法を小さくすることができ、ひいては、装置全体のコンパクト化を図ることができる。なお、図３及び図４では、平面視においてそれぞれの鉄心が三角形の頂点に位置するように配置され、継鉄心１０４、１０５が、平面視において共通鉄心１０３を屈折点として折れ曲がっている。これにより、２つの磁路用鉄心１０１、１０２間の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。

その他、飽和水蒸気生成部２の誘導コイル２Ｃ及び過熱水蒸気生成部３の誘導コイル３Ｃはスコット結線されている（図５参照）。つまり、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３は、主座変圧器及びＴ座変圧器からなるスコット結線変圧器を用いて構成されている。

飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔ（第１加熱用金属体）は、主座変圧器の出力により、誘導加熱又は通電加熱され、過熱水蒸気生成部３の中空導体管３Ｔ（第２加熱用金属体）は、Ｔ座変圧器の出力により、誘導加熱又は通電加熱される。

また、主座変圧器の入力側の２相のうち一方（図５では三相交流電源１０のＶ相）に電圧又は電流を制御する第１制御機器８１が設けられている。Ｔ座変圧器の入力側である１次コイル（誘導コイル３Ｃ）の一端側（図５では三相交流電源１０のＵ相）に電圧又は電流を制御する第２制御機器８２が設けられている。ここで、第１制御機器８１及び第２制御機器８２は、サイリスタ等の半導体制御素子を用いて構成されている。そして、この第１制御機器８１及び第２制御機器８２により、主座変圧器の出力電圧とＴ座変圧器の出力電圧とを個別に制御するように構成されている。

飽和水蒸気供給流路Ｌ２は、一端が飽和水蒸気生成部２の飽和水蒸気導出ポート２２に接続され、他端が過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導入ポート３１に接続されたものであり、例えば接続管により構成されている。なお、前記何れかの中空導体管２Ｔ、３Ｔに前記接続管としての機能を一体的に設けることにより、飽和水蒸気生成部２の飽和水蒸気導出ポート２２と過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導入ポート３１とを例えば絶縁性を有する継手を介して接続するようにしても良い。

また、飽和水蒸気供給流路Ｌ２には、過熱水蒸気生成部３に供給される飽和水蒸気の流量を調整する水蒸気流量調整部４（以下、飽和水蒸気流量調整部４という。）が設けられている。本実施形態の飽和水蒸気流量調整部４は、第１流量調整弁である。なお、第１流量調整弁４は、後述する制御装置７により制御信号が入力されて、その弁開度が制御される。その他、飽和水蒸気供給流路Ｌ２に流量計を設けても良い。

気体供給流路Ｌ３は、一端が他の気体（例えば空気や窒素など）の供給源に接続され、他端が飽和水蒸気供給流路Ｌ２における第１流量調整弁４の下流側（過熱水蒸気生成部３側）又は過熱水蒸気生成部３に接続されている。気体供給流路Ｌ３が飽和水蒸気供給流路Ｌ２に接続される場合には、気体供給流路Ｌ３を構成する接続管に気体導入ポートが形成される。また、気体供給流路Ｌ３が過熱水蒸気生成部３に接続される場合（図１参照）には、過熱水蒸気生成部３に気体導入ポート３３が形成される（図２には図示しない。）。なお、過熱水蒸気生成部３に気体導入ポート３３を形成する場合には、他の気体の加熱効率を考えて、中空導体管３Ｔの上流側（飽和水蒸気導入ポート３１側）に形成することが望ましい。

また、気体供給流路Ｌ３には、過熱水蒸気生成部３に供給される他の気体の流量を調整する気体流量調整部５が設けられている。本実施形態の気体流量調整部５は、第２流量調整弁である。なお、第２流量調整弁５は、後述する制御装置７により制御信号が入力されて、その弁開度が制御される。その他、気体供給流路Ｌ３に流量計を設けても良い。

そして、本実施形態では、過熱水蒸気生成部３により生成された過熱水蒸気又は加熱された他の気体は、被処理物Ｗを処理する処理部６に供給される。

処理部６は、過熱水蒸気又は他の気体によって被処理物Ｗを熱処理（例えば洗浄、乾燥、焼成又は殺菌）するものであり、被処理物Ｗを収容するとともに、密閉空間又は略密閉空間を形成する被処理物収容部６１と、当該被処理物収容部６１に設けられ、過熱水蒸気が導入される過熱水蒸気導入ポート６２と、被処理物収容部６１で生じたドレン水を排出するドレン排出ポート６３と、被処理物収容部６１を通過した利用済み蒸気又は他の気体を排出する排出ポート６４とを有している。処理部６の過熱水蒸気導入ポート６２は、過熱水蒸気供給流路Ｌ４により過熱水蒸気生成部３の過熱水蒸気導出ポート３２に接続されている。なお、ドレン排出ポート６３及び排出ポート６４に接続された流路には開閉弁が設けられている。

上記構成の過熱水蒸気生成装置１００は、過熱水蒸気生成部３に飽和水蒸気のみが供給される第１状態と、過熱水蒸気生成部３に他の気体のみが供給されて過熱水蒸気生成部３が気体加熱部として機能する第２状態と、過熱水蒸気生成部３に飽和水蒸気及び他の気体の両方が供給されて過熱水蒸気生成部３が混合気体加熱部として機能する第３状態とに切り替わるように構成されている。

ここでは、各生成部２、３及び各流量調整弁４、５を制御する制御装置７によって上記の第１状態、第２状態又は第３状態の何れかに切り替わるように構成されている。

この制御装置７は、物理的にはＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ等を備えたものであり、機能的には、図６に示すように、飽和水蒸気生成部２の加熱温度（以下、第１加熱温度という。）を制御する第１加熱温度制御部７１と、過熱水蒸気生成部３の加熱温度（以下、第２加熱温度という。）を制御する第２加熱温度制御部７２と、第１流量調整弁４を制御する第１流量調整弁制御部７３と、第２流量調整弁５を制御する第２流量調整弁制御部７４とを有するものである。その他、制御装置７は、処理部６に収容された被処理物Ｗの温度又は処理部６内の温度を取得する処理物温度取得部７５を有している。なお、制御装置７と、飽和水蒸気生成部２及び過熱水蒸気生成部３等の各部との間は接続されているが、図１では、その接続についての記載は省略してある。

以下、各部の説明を兼ねて、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００の動作について図７を参照して説明する。
まず、ユーザが過熱水蒸気生成装置１００を動作させると、例えば図示しないタンク内の水が給水ポンプ等により飽和水蒸気生成部２に供給される。

このとき、第１加熱温度制御部７１は、飽和水蒸気生成部２で生成される飽和水蒸気が所定温度となるように、第１加熱温度を制御しており、本実施形態では、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔの温度を前記第１加熱温度としている。

具体的にこの第１加熱温度制御部７１は、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔ又は飽和水蒸気供給流路Ｌ２に設けられた第１温度センサＴ１からの測定値を取得し、この測定値に基づいて、飽和水蒸気生成部２の誘導コイル２Ｃに印加される交流電圧の大きさを制御し、第１加熱温度を例えば１００〜１４０℃に制御している。

なお、前記第１温度センサＴ１は、その測定値をより飽和水蒸気の温度に近づけるべく、飽和水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔの下流側や飽和水蒸気導出ポート２２又はその近傍に設けられていることが好ましい。

そして、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気を生成している状態において、第１流量調整弁制御部７３は、第１流量調整弁４をその弁開度がゼロの状態、つまり閉状態に制御している。これにより、過熱水蒸気生成装置１００は、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気を生成している状態であり、かつ、その飽和水蒸気の供給が停止されている状態である待機状態となる。

この待機状態において、第２流量調整弁制御部７４は、第２流量調整弁５を開放させて、気体供給流路Ｌ３から過熱水蒸気生成部３に他の気体が供給する。

このとき、第２加熱温度制御部７２は、過熱水蒸気生成部３で加熱される他の気体が所定温度となるように、第２加熱温度を制御しており、本実施形態では、過熱水蒸気生成部３の中空導体管３Ｔの温度を前記第２加熱温度としている。

具体的にこの第２加熱温度制御部７２は、過熱水蒸気生成部３の中空導体管３Ｔ又は過熱水蒸気供給流路Ｌ４に設けられた第２温度センサＴ２からの測定値を取得し、この測定値に基づいて、過熱水蒸気生成部３の誘導コイル３Ｃに印加される交流電圧の大きさを制御し、第２加熱温度を例えば１００℃以上に制御している。

なお、他の気体を加熱する場合の第２加熱温度は、過熱水蒸気が供給された際に被処理物Ｗに結露が生じない程度に被処理物Ｗを加熱できる温度であれば良い。また、前記第２温度センサＴ２は、その測定値をより過熱水蒸気の温度に近づけるべく、過熱水蒸気生成部３の中空導体管３Ｔの下流側や過熱水蒸気導出ポート３２又はその近傍に設けられていることが好ましい。

これにより、過熱水蒸気生成装置は、第１流量調整弁４が閉状態であり、第２流量調整弁５が開状態であり、過熱水蒸気生成部３が他の気体を加熱する気体加熱部として機能する第２状態となる。この第２状態において、処理部６に収容された被処理物Ｗを加熱（予熱）する前工程が行われる。

制御装置７の処理物温度取得部７５は、処理部６に収容された被処理物Ｗの温度又は処理部６内の温度を測定する第３温度センサＴ３からの測定値を取得する。そして、処理物温度取得部７５は、第３温度センサＴ３からの測定値が所定の温度（過熱水蒸気が供給された際に被処理物Ｗに結露が生じない温度）となったか否かを判断する。

処理物温度取得部７５により第３温度センサＴ３からの測定値が前記所定の温度以上と判断された場合、第２流量調整弁制御部７４は、第２流量調整弁５を閉状態に制御し、第１流量調整弁制御部７３は、第１流量調整弁４を開放させて、飽和水蒸気供給流路Ｌ２から過熱水蒸気に飽和水蒸気を供給する。

なお、各流量調整弁制御部７３、７４は、前記処理物温度取得部７５の判断とは別に、ユーザから入力される切り替え信号により、各流量調整弁４、５の開閉を切り替えるようにしても良い。また、各流量調整弁制御部７３、７４は、第２状態となってから所定時間経過したことを示す所定時間経過信号をタイマー等が取得して、各流量調整弁４、５の開閉を切り替えるようにしても良い。

このとき、第２加熱温度制御部７２は、過熱水蒸気生成部３の中空導体管３Ｔ又は過熱水蒸気供給流路Ｌ４に設けられた第２温度センサＴ２からの測定値を取得し、この測定値に基づいて、過熱水蒸気生成部３で生成される過熱水蒸気が所定温度となるように、第２加熱温度を制御する。具体的に第２加熱温度は、過熱水蒸気生成部３で生成される過熱水蒸気の設定温度又はその前後の温度に制御されており、ここでは、例えば２００〜１２００℃に制御されている。

これにより、過熱水蒸気生成装置１００は、第１流量調整弁４が開状態であり、第２流量調整弁５が閉状態であり、過熱水蒸気生成部３が過熱水蒸気を生成する第１状態となる。この第１状態において、処理部６に収容された被処理物Ｗを熱処理（例えば洗浄、乾燥、焼成又は殺菌）する後工程が行われる。

なお、気体供給状態である第２状態（上記では待機状態）から飽和水蒸気供給状態である第１状態に切り替える際に、第１流量調整弁制御部７３は、図７に示すように、第１流量調整弁４を徐々に開いて、その弁開度がゼロから所定開度まで徐々に大きくなるように制御する。これにより、待機状態から飽和水蒸気供給状態に切り替わった切替時点から第１流量調整弁４の弁開度が所定開度に到るまでは、飽和水蒸気の供給量が徐々に増加する初期運転となり、弁開度が所定開度に到った時点からは、飽和水蒸気の供給量が一定となる定常運転となる。なお、後工程は、所定の処理時間行われる。

次に、後工程終了時の動作について説明する。
本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、飽和水蒸気供給状態から待機状態に切り替えるための自動又は手動の操作が行われた時点から、所定時間経過後に、過熱水蒸気生成部３への飽和水蒸気の供給が停止されるように構成されている。なお、過熱水蒸気生成部３の誘導コイルへの電力供給は、飽和水蒸気供給状態から待機状態に切り替えるための操作が行われた時点で停止される。

ここで、飽和水蒸気供給状態から待機状態に切り替えるための操作とは、例えばユーザが、外部から入力手段等を用いて切替信号を入力することや、飽和水蒸気供給状態が所定時間経過したことを示す所定時間経過信号をタイマー等が出力することなどである。

より詳細に本実施形態では、飽和水蒸気供給状態から待機状態に切り替えるための操作が行われると、上述した第１流量調整弁制御部７３が、例えば前記切替信号や前記所定時間経過信号などを取得し、取得した時点から所定時間は、第１流量調整弁４を開状態のままにする。前記所定時間において、飽和水蒸気生成部２から過熱水蒸気生成部３へ飽和水蒸気が供給される。これにより、後工程終了時に高温となっている過熱水蒸気生成部３は飽和水蒸気により冷却される。これにより、過熱水蒸気生成部３を待機状態における設定温度まで冷却して、過熱水蒸気生成装置１００の損傷などを防ぐことができる。

上記の通り前工程及び後工程により熱処理された被処理物Ｗは処理部６から取り出される。そして、未処理の被処理物Ｗが処理部６に収容された後に、上記と同様に、前工程及び後工程が行われる。

また、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、後工程において、第１流量調整弁制御部７３が第１流量調整弁４の開状態とし、第２流量調整弁制御部７４が第２流量調整弁５を開状態とすることで、過熱水蒸気生成部３に飽和水蒸気及び他の気体の両方を供給することができる。このとき、過熱水蒸気生成部３に供給される飽和水蒸気及び他の気体の流量を調整することにより、過熱水蒸気及び他の気体からなる混合気体の混合比を調整することができる。このように飽和水蒸気及び他の気体を混合して加熱するものの場合には、混合される流路を可及的に長くして均一に混合させる観点から、中空導体管が螺旋状をなすものが望ましい。
後工程において飽和水蒸気及び他の気体の両方を過熱水蒸気生成部３に供給することによって、過熱水蒸気を用いた処理とは異なる別の処理を行うことができる。例えば、他の気体が空気又は窒素の場合には、被処理物Ｗの酸化処理や窒化処理が可能となる。また、混合比を調整することにより、被処理物Ｗの酸化度や窒化度をコントロールすることができる。

このように構成した過熱水蒸気生成装置１００によれば、第１状態では過熱水蒸気生成部３により過熱水蒸気が生成され、第２状態では過熱水蒸気生成部３が気体加熱部として機能して他の気体が加熱されるので、過熱水蒸気を用いて被処理物Ｗを処理する前に、加熱された他の気体を用いて被処理物Ｗを加熱することによって、過熱水蒸気が液化して被処理物Ｗに結露が生じることを防ぐことができる。また、過熱水蒸気生成部３を気体加熱部として機能させているので、被処理物Ｗを加熱する別の加熱装置を不要とすることができ、被処理物Ｗの結露を防ぐためのシステム構成を簡単化することができると共に、そのシステムを小型化することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、第１流量調整弁制御部７３が第１流量調整弁４を閉状態にして第２状態となるように構成しているが、第１加熱温度制御部７１が飽和水蒸気生成部２の誘導コイルへの電力供給を停止して第２状態となるように構成しても良い。このとき、第１流量調整弁４は閉状態であっても良いし、開状態であっても良いが、第１流量調整弁４を閉状態としておけば、他の気体が飽和水蒸気生成部２内に逆流することを防ぐことができる。

また、前記実施形態では、過熱水蒸気生成部３は、前段に設けられた飽和水蒸気生成部２により生成された飽和水蒸気を受け取る構成としているが、飽和水蒸気生成部２が飽和水蒸気をそれ以上に加熱して過熱水蒸気を生成するものの場合には、過熱水蒸気を受け取り、受け取った過熱水蒸気をさらに加熱して、過熱水蒸気利用部に供給する所望温度の過熱水蒸気を生成する構成としても良い。

さらに、前記実施形態の構成に加えて、過熱水蒸気生成装置１００は、処理部６を通過した利用済み蒸気又は他の気体を過熱水蒸気生成部３に戻す戻し流路を有するものであっても良い。この戻し流路は、一端が処理部６（例えば被処理物収容部の排出ポート）に接続され、他端が飽和水蒸気供給流路Ｌ２における流量調整弁の下流側（過熱水蒸気生成部３側）、気体供給流路Ｌ３又は過熱水蒸気生成部３に接続されている。このように利用済みの蒸気又は他の気体を再利用することによって熱量損失を抑えることができる。

その上、図８に示すように、過熱水蒸気生成装置１００は、主座変圧器の一次コイル（誘導コイル２Ｃ）及びＴ座変圧器の１次コイル（誘導コイル３Ｃ）をスコット結線する第１接続状態と、前記誘導コイル２Ｃ及び前記誘導コイル３Ｃをそれぞれ独立した回路とする第２接続状態とを切り替える切り替え機構９を備えたものであっても良い。

第１接続状態は、主座変圧器の一次コイル（誘導コイル２Ｃ）の中点に接続された中点端子２Ｍと、Ｔ座変圧器の１次コイル（誘導コイル３Ｃ）の一端側端子３Ｔとを接続してスコット結線した状態である。一方、第２接続状態は、スコット結線を解線して、第２制御機器８２を含むＴ座変圧器の１次コイル（誘導コイル３Ｃ）の両側端子を三相交流電源１０（図８では、Ｕ相及びＶ相）に接続した状態である。なお、第２接続状態では、主座変圧器の１次コイル（誘導コイル２Ｃ）の両側端子は、三相交流電源１０のＶ相及びＷ相に接続されたままである。

切り替え機構９としては、例えば電磁接触器や半導体スイッチ素子を用いて構成されており、制御装置７により制御される。また、この構成では、第２制御機器８２は、Ｔ座変圧器の１次コイル（誘導コイル３Ｃ）に流れる電流を一定値以下に制御する定電流制御機能を有する。

過熱水蒸気を生成する第１状態と、過熱水蒸気及び他の気体の混合気体を加熱する第３状態との場合には、切り替え機構９により、第１接続状態（スコット結線状態）とする。一方、他の気体のみを加熱する第２状態の場合には、切り替え機構９により、第２接続状態（Ｔ座側回路と主座側回路とが独立した回路状態）とする。なお、第２接続状態においては、第２制御機器８２により誘導コイル３Ｃを流れる電流を制御して、他の気体を加熱運転しつつ、第１制御機器８１により誘導コイル２Ｃを流れる電流を制御して、飽和水蒸気発生部２を保温待機させることができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・過熱水蒸気生成装置
Ｌ１ ・・・水供給流路
Ｌ２ ・・・飽和水蒸気供給流路
Ｌ３ ・・・気体供給流路
Ｌ４ ・・・過熱水蒸気供給流路
２ ・・・飽和水蒸気生成部（水蒸気生成部）
３ ・・・過熱水蒸気生成部
４ ・・・水蒸気流量調整弁（水蒸気流量調整部）
５ ・・・気体流量調整弁（気体流量調整部）
６ ・・・処理部
７ ・・・制御装置

Claims (8)

1. 水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、
   水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、
   前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給する水蒸気供給流路と、
   前記水蒸気とは異なる他の気体を前記過熱水蒸気生成部に供給する気体供給流路とを備え、
   前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気が供給される第１状態、又は、前記過熱水蒸気生成部に前記他の気体が供給されて前記過熱水蒸気生成部が気体加熱部として機能する第２状態に切り替え可能に構成されており、
   前記水蒸気生成部への電力供給を制御する制御装置を備え、
   前記第２状態において、前記制御装置が前記水蒸気生成部への電力供給を停止している過熱水蒸気生成装置。
2. 水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、
   水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、
   前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給する水蒸気供給流路と、
   前記水蒸気とは異なる他の気体を前記過熱水蒸気生成部に供給する気体供給流路とを備え、
   前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気が供給される第１状態、又は、前記過熱水蒸気生成部に前記他の気体が供給されて前記過熱水蒸気生成部が気体加熱部として機能する第２状態に切り替え可能に構成されており、
   前記第１状態及び前記第２状態に加えて、前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気及び前記他の気体が供給されて前記過熱水蒸気生成部が混合気体加熱部として機能する第３状態に切り替え可能に構成された過熱水蒸気生成装置。
3. 前記水蒸気供給流路に設けられて、前記過熱水蒸気生成部に供給される前記水蒸気の流量を調整する水蒸気流量調整部を備え、
   前記第３状態において、前記水蒸気流量調整部が前記過熱水蒸気生成部に供給される前記水蒸気の流量を調整することにより、前記過熱水蒸気生成部における前記水蒸気及び前記他の気体の混合比が調整される、請求項２記載の過熱水蒸気生成装置。
4. 水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、
   水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、
   前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給する水蒸気供給流路と、
   前記水蒸気とは異なる他の気体を前記過熱水蒸気生成部に供給する気体供給流路とを備え、
   前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気が供給される第１状態、又は、前記過熱水蒸気生成部に前記他の気体が供給されて前記過熱水蒸気生成部が気体加熱部として機能する第２状態に切り替え可能に構成されており、
   前記水蒸気生成部及び前記過熱水蒸気生成部は、主座変圧器及びＴ座変圧器からなるスコット結線変圧器を用いて構成されるものであり、
   前記水蒸気生成部は、前記主座変圧器の出力により、誘導加熱又は通電加熱される第１加熱用金属体を有し、
   前記過熱水蒸気生成部は、前記Ｔ座変圧器の出力により、誘導加熱又は通電加熱される第２加熱用金属体を有し、
   前記主座変圧器の入力側の２相のうち一方に電圧又は電流を制御する第１制御機器が設けられており、
   前記Ｔ座変圧器の入力側である１次コイルの一端側に電圧又は電流を制御する第２制御機器が設けられており、
   前記第１制御機器及び前記第２制御機器により、前記主座変圧器の出力電圧と前記Ｔ座変圧器の出力電圧とを個別に制御し、
   前記主座変圧器の１次コイルの中点に接続された中点端子と、前記Ｔ座変圧器の１次コイルの一端側端子とを接続してスコット結線する第１接続状態と、前記スコット結線を解線して、前記第２制御機器を含む前記Ｔ座変圧器の１次コイルの両側端子を三相交流電源に接続する第２接続状態とを切り替える切り替え機構をさらに備える、過熱水蒸気生成装置。
5. 前記第２制御機器は、定電流制御機能を有する、請求項４記載の過熱水蒸気生成装置。
6. 前記水蒸気供給流路に設けられて、前記過熱水蒸気生成部に供給される前記水蒸気の流量を調整する水蒸気流量調整部を備え、
   前記第２状態において、前記水蒸気流量調整部が前記過熱水蒸気生成部への前記水蒸気の供給を停止している、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
7. 水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給する水蒸気供給流路と、前記水蒸気とは異なる他の気体を前記過熱水蒸気生成部に供給する気体供給流路とを備えた過熱水蒸気生成装置を用いて被処理物を処理する処理方法であって、
   前記過熱水蒸気生成部に前記他の気体を供給して前記他の気体を加熱し、その加熱された前記他の気体により前記被処理物を加熱する前工程と、
   前記前工程の後に、前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気を供給して過熱水蒸気を生成し、その過熱水蒸気により前記前工程で加熱された前記被処理物を処理する後工程とを備え、
   前記前工程において、前記水蒸気生成部への電力供給を停止する処理方法。
8. 水から水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の水蒸気生成部と、水蒸気から過熱水蒸気を生成する誘導加熱方式又は通電加熱方式の過熱水蒸気生成部と、前記水蒸気生成部により生成された水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給する水蒸気供給流路と、前記水蒸気とは異なる他の気体を前記過熱水蒸気生成部に供給する気体供給流路とを備えた過熱水蒸気生成装置を用いて被処理物を処理する処理方法であって、
   前記過熱水蒸気生成部に前記他の気体を供給して前記他の気体を加熱し、その加熱された前記他の気体により前記被処理物を加熱する前工程と、
   前記前工程の後に、前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気を供給して過熱水蒸気を生成し、その過熱水蒸気により前記前工程で加熱された前記被処理物を処理する後工程とを備え、
   前記前工程及び前記後工程に加えて、前記過熱水蒸気生成部に前記水蒸気及び前記他の気体を供給してその混合気体を加熱し、その加熱された混合気体により前記被処理物を処理する工程をさらに備える処理方法。