JP6806530B2

JP6806530B2 - 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

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Publication number: JP6806530B2
Application number: JP2016216092A
Authority: JP
Inventors: 外村　徹; 徹外村; 孝次北野; 泰広藤本
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: JP2018071947A

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、水蒸気を生成する蒸気ボイラと、蒸気ボイラにより生成された水蒸気を過熱して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、従来の過熱水蒸気処理装置は、蒸気ボイラと過熱水蒸気生成部とが一対一となるように設けられており、蒸気ボイラが故障した場合には、蒸気ボイラの交換又は修理作業時に過熱水蒸気を生成することができないという問題がある。また、蒸気ボイラとしては、エネルギーコストが安いガス焚きや油焚きのものが用いられることが多く、ガスや油のコストが上昇したり、その供給が難しくなった場合等には、蒸気ボイラを継続して使用することが難しい場合がある。

さらに、過熱水蒸気生成部により生成される過熱水蒸気は過熱水蒸気生成部の能力により上限があるものの、過熱水蒸気温度に依存し、その温度を低くすることにより、温度が高い場合に比べて過熱水蒸気の供給量を増やすことができる。ところが、過熱水蒸気生成部への水蒸気（飽和水蒸気）の供給量は、蒸気ボイラの飽和水蒸気生成能力によって制限されてしまい、過熱水蒸気の温度が低い場合であっても、過熱水蒸気生成部からの過熱水蒸気の供給量は一定のままで、増加させることができないという問題がある。

特開２００４−２０９３１４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、過熱水蒸気の供給を安定的に行う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第１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、前記第１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、前記第１水蒸気生成部とは異なる第２水蒸気生成部が接続され、当該第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入するための外部水蒸気導入部とを備えることを特徴とする。

このようなものであれば、過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給を第１水蒸気生成部と第２水蒸気生成部とで行うことができるので、過熱水蒸気の供給を安定的に行うことができる。
例えば、通常時は、第２水蒸気生成部を使用しつつ、当該第２水蒸気生成部が故障などして使用できなくなった場合に、第１水蒸気生成部に切り替えることで、過熱水蒸気を継続して生成することができる。
また、１つの水蒸気生成部を使用した場合には、その水蒸気生成部の水蒸気生成能力により過熱水蒸気の生成量が制限されてしまうが、本発明では、過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給を第１水蒸気生成部及び第２水蒸気生成部の両方から行うことにより、過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を増やすことができ、その結果、過熱水蒸気生成部における過熱水蒸気の生成量を増やすことができる。
さらに、本発明の過熱水蒸気生成装置は、第２水蒸気生成部からの水蒸気を導入するための外部水蒸気導入部を有するので、ユーザの保有する蒸気ボイラを接続して使用することができ、ユーザの利便性を向上させることができる。

具体的な実施の態様としては、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気が前記水蒸気供給流路を介して前記過熱水蒸気生成部に供給されるとともに、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気が前記外部水蒸気導入部を介して前記過熱水蒸気生成部に供給される両方供給状態に切り替え可能に構成されていることが望ましい。

例えば飽和水蒸気生成部において１３０℃の水蒸気を生成し、その水蒸気を過熱水蒸気生成部へ供給し、生成重量Ａの過熱水蒸気を生成する、最高温度１２００℃用の過熱水蒸気生成装置の場合を考える。
１３０℃の水蒸気をＡ量生成する電力をＢとすると、１２００℃の過熱水蒸気を生成するための１０７０℃昇温電力はおよそＢであり、過熱水蒸気生成装置の運転容量は、Ｂ＋Ｂ＝２Ｂに設定して製作することが通常である。
しかし、この過熱水蒸気生成装置の過熱水蒸気生成部において、昇温が半分の温度の５３５℃である６６５℃の過熱水蒸気を生成する場合でも、飽和水蒸気生成部の容量がＢであることから、過熱水蒸気の生成量はＡしか生成できない。この場合における過熱水蒸気生成部の運転容量は０．５Ｂとなり、過熱水蒸気生成装置の運転容量は１．５Ｂとなる。
本発明では、外部水蒸気導入部から１３０℃の飽和水蒸気をＡ量供給してやれば、２Ａ量かつ６６５℃の過熱水蒸気を生成することが可能となる。当然のことであるが、昇温２６７．５℃の３９７．５℃の過熱水蒸気を生成する場合は、外部水蒸気導入部から１３０℃の水蒸気を３Ａ量供給してやれば、４Ａ量かつ３９７．５℃の過熱水蒸気が得られる。
上記最高温度１２００℃用の過熱水蒸気生成装置の場合に得られる過熱水蒸気量を式で表現すれば、過熱水蒸気の出力温度をΘ、得られる過熱水蒸気量をＱとすると、以下の式で示すことができる。
Ｑ＝（１２００−１３０）Ａ／（Θ―１３０）
＝１０７０Ａ／（Θ−１３０）
したがって、外部水蒸気導入部から供給すべき必要水蒸気量をｑとすると、以下の値となる。
ｑ＝｛１０７０／（Θ−１３０）−１｝Ａ

前記第１水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量及び／又は前記第２水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整する水蒸気流量調整部とを備え、前記水蒸気流量調整部は、前記両供給状態において、前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整することが望ましい。

その他の具体的な実施の態様としては、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気が前記水蒸気供給流路を介して前記過熱水蒸気生成部に供給される第１片方供給状態、又は、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気が前記外部水蒸気導入部を介して前記過熱水蒸気生成部に供給される第２片方供給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。
例えば、第２水蒸気生成部をエネルギーコストの安いガス焚きや油焚きの蒸気ボイラとして、通常時には、当該蒸気ボイラを使用しつつ、当該蒸気ボイラが故障等して蒸気ボイラの使用ができなくなった場合に、第１水蒸気生成部に切り替えることで、過熱水蒸気を継続して生成することができる。

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片方供給状態において、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片方供給状態において第１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片方供給状態から第１片方供給状態への切り替えを素早く行うことができる。

前記第１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片方供給状態において、前記制御装置が前記第１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片方供給状態において第１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。

第１片方供給状態から第２片方供給状態への切り替え及び第２片方供給状態から第１片方供給状態への切り替えにおいて、過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給を途絶えさせることなくスムーズに切り替えるためには前記第１片方供給状態から前記第２片方供給状態への切り替えにおいて、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に減少させつつ、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に増加させ、前記第２片方供給状態から前記第１片方供給状態への切り替えにおいて、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に減少させつつ、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に増加させる。

第１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、前記第１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、前記第１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、第１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、第１水蒸気生成部の出力をせずに第２水蒸気生成部からの水蒸気のみを第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、第１水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部により過熱水蒸気を生成する第１片方供給状態の場合には、第１接続状態（スコット結線状態）で使用し、第２水蒸気生成部からの水蒸気を過熱水蒸気生成部により過熱水蒸気を生成する第２片方供給状態の場合には、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、第２水蒸気生成部を用いて過熱水蒸気を生成しつつ、第１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、第２水蒸気生成部を用いて過熱水蒸気を生成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、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第１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、前記第１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、前記第１水蒸気生成部とは異なる第２水蒸気生成部が接続され、当該第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入するための外部水蒸気導入部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、前記第１水蒸気生成部及び前記第２水蒸気生成部の両方からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給するとともに、前記第１水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量及び／又は前記第２水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整することにより、前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整することを特徴とする。

さらに、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第１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、前記第１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、前記第１水蒸気生成部とは異なる第２水蒸気生成部が接続され、当該第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入するための外部水蒸気導入部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、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記外部水蒸気導入部を介して前記過熱水蒸気生成部に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被処理物を加熱するメイン工程と、前記メイン工程が行われない場合に、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気が前記水蒸気供給流路を介して前記過熱水蒸気生成部に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被処理物を処理するサブ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、過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給を第１水蒸気生成部と第２水蒸気生成部との間で切り替えることができるので、過熱水蒸気の供給を安定的に行うことができる。

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。同実施形態の第１水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の鉄心構成を主として示す図である。同実施形態の第１水蒸気生成部及び過熱水蒸気生成部の鉄心構成の変形例を示す図である。同実施形態の第１水蒸気生成部及び過熱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。変形実施形態の第１水蒸気生成部及び過熱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、２つの水蒸気生成部により生成された水蒸気を過熱して過熱水蒸気を生成するものであり、図１に示すように、水を加熱して飽和水蒸気を生成する第１水蒸気生成部２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、第１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と、第１水蒸気生成部２とは異なる第２水蒸気生成部２００が接続され、当該第２水蒸気生成部２００からの水蒸気を過熱水蒸気生成部３に導入するための外部水蒸気導入部ＣＰとを備えている。

第１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及び水蒸気を導出する水蒸気導出ポート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第１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。

誘導加熱方式の第１水蒸気生成部２は、水導入ポート２１及び水蒸気導出ポート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、通電加熱方式の第１水蒸気生成部２は、水導入ポート２１及び水蒸気導出ポート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の水蒸気導出ポート２２から導出される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に流れる電流をフィードバック制御することによって、中空導体管２Ｔの水蒸気導出ポート２２から導出される水蒸気の温度を制御する。なお、水蒸気の温度検出は、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、前記第１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、水蒸気が導入される水蒸気導入ポート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、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、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に流れる電流をフィ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、第１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、第１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、第１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、第１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。

第１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。

水蒸気供給流路Ｌ２は、一端が第１水蒸気生成部２の水蒸気導出ポート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、第１水蒸気生成部２の水蒸気導出ポート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、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第１水蒸気流量調整部４が設けられている。本実施形態の第１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、水蒸気供給流路Ｌ２に流量計を設けても良い。

外部水蒸気導入部ＣＰは、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に設けられており、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気を供給する外部水蒸気供給流路が接続されるものである。第２水蒸気生成部２００としては、例えばガス焚きや油焚きの蒸気ボイラであるが、第１水蒸気生成部２と同様に、誘導加熱方式又は通電加熱方式のものであっても良い。

具体的に外部水蒸気導入部ＣＰは、外部水蒸気供給流路Ｌ３を構成する接続管が接続される接続ポートである。なお、外部水蒸気導入部ＣＰが水蒸気供給流路Ｌ２に設けられる場合には、水蒸気供給流路Ｌ２を構成する接続管に接続ポートが形成される。また、外部水蒸気導入部ＣＰが過熱水蒸気生成部３に設けられる場合（図１参照）には、過熱水蒸気生成部３に接続ポートが形成される。過熱水蒸気生成部３に外部水蒸気導入部ＣＰ（接続ポート）を形成する場合には、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気の加熱効率を考えて、中空導体管３Ｔの上流側（水蒸気導入ポート３１側）に形成することが望ましい。

また、外部水蒸気供給流路Ｌ３には、過熱水蒸気生成部３に供給される水蒸気の流量を調整する第２水蒸気流量調整部５が設けられている。本実施形態の第２水蒸気流量調整部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、外部水蒸気供給流路Ｌ３に流量計を設けても良い。また、外部水蒸気導入部ＣＰが、先端部に前記接続ポートを有する導入管を有する場合には、当該導入管に第２水蒸気流量調整部５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に第１水蒸気生成部２からの水蒸気が供給される第１片方供給状態、又は、過熱水蒸気生成部３に第２水蒸気生成部２００からの水蒸気が供給される第２片方供給状態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片方供給状態又は第２片方供給状態の一方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、第１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、第１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６を参照して説明する。

通常運転時において、制御装置７の第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、外部水蒸気供給流路Ｌ３から過熱水蒸気生成部３に水蒸気を供給する。なお、第２流量調整弁５を開放させた後に第２水蒸気生成部２００を稼働させても良いし、第２水蒸気生成部２００を稼働させた後に第２流量調整弁５を開放させても良い。ここで、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、第２水蒸気生成部からの水蒸気が第１水蒸気生成部２内に逆流することを防ぐことができる。

そして、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。

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加熱温度を制御している。なお、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１００は、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気が過熱水蒸気生成部３に供給されて、過熱水蒸気が生成される第２片方供給状態となる。この第２片方供給状態において、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）するメイン工程が行われる。

そして、第２水蒸気生成部２００の故障やメンテナンス等のように第２水蒸気生成部２００を稼働できない場合や、その他の理由により第１水蒸気生成部２に切り替える必要がある場合には、第２流量調整弁制御部７４は第２流量調整弁５を閉じ、第１流量調整弁制御部７３は第１流量調整弁４を開放する。この第２片方供給状態から第１片方供給状態への切り替えにおいて、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気供給量を徐々に減少させつつ、第１水蒸気生成部２からの水蒸気供給量を徐々に増加させる。具体的に第２流量調整弁制御部７４は第２流量調整弁５を徐々に閉じ、第１流量調整弁制御部７３は第１流量調整弁４を徐々に開放し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。この切り替え動作中において、過熱水蒸気生成部３への水蒸気の供給量が切り替え前後において変化しないようにすることが望ましい。

なお、第２水蒸気生成部２００の水蒸気供給から第１水蒸気生成部の水蒸気供給への切り替え、つまり各流量調整弁４、５の開閉の切り替えは、制御装置７が第２水蒸気生成部２００の稼働の有無を検知することにより自動的に行うようにしても良いし、制御装置７がユーザから入力される切り替え信号を取得することにより行うようにしても良い。

第１加熱温度制御部７１は、第１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、第１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、第１水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔ又は水蒸気供給流路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、第１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、第１水蒸気生成部２の中空導体管２Ｔの下流側や水蒸気導出ポート２２又はその近傍に設けられていることが好ましい。

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水蒸気生成部２からの水蒸気が過熱水蒸気生成部３に供給されて、過熱水蒸気が生成される第１片方供給状態となる。この第１片方供給状態において、処理部６に収容された被処理物Ｗを熱処理するサブ工程が行われる。また、このサブ工程が行われている間に、第２水蒸気生成部２００の交換、修理又はメンテナンス等が行われる。

その後、第２水蒸気生成部２００が稼働できる状態になった場合には、第１流量調整弁制御部７３は第１流量調整弁４を閉じ、第２流量調整弁制御部７４は第２流量調整弁５を開放して、上述したメイン工程に切り替わる。この第１片方供給状態から第２片方供給状態への切り替えにおいて、第１水蒸気生成部２からの水蒸気供給量を徐々に減少させつつ、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気供給量を徐々に増加させる。具体的に第１流量調整弁制御部７３は第１流量調整弁４を徐々に閉じ、第２流量調整弁制御部７４は第２流量調整弁５を徐々に開放し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。この切り替え動作中において、過熱水蒸気生成部３への水蒸気の供給量が切り替え前後において変化しないようにすることが望ましい。なお、この切り替えは、制御装置が第２水蒸気生成部２００の稼働の有無を検知することにより自動的に行うようにしても良いし、制御装置７がユーザから入力される切り替え信号を取得することにより行うようにしても良い。

また、第２片方供給状態から第１片方供給状態に切り替える間に待機状態を設定しても良い。この待機状態は、第１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、且つ、第１流量調整弁４を閉塞して、その飽和水蒸気の供給が停止されている状態である。同様に、第１片方供給状態から第２片方供給状態に切り替える間に待機状態を設定しても良い。この待機状態は、第２水蒸気生成部２００が飽和水蒸気を生成している状態であり、且つ、第２流量調整弁５を閉塞して、その飽和水蒸気の供給が停止されている状態である。

このように構成した過熱水蒸気生成装置１００によれば、過熱水蒸気生成部３への水蒸気の供給を第１水蒸気生成部２と第２水蒸気生成部２００との間で切り替えることができるので、過熱水蒸気の供給を安定的に行うことができる。
例えば、第２水蒸気生成部２００をエネルギーコストの安いガス焚きや油焚きの蒸気ボイラとして、通常時には、当該蒸気ボイラを使用しつつ、当該蒸気ボイラが故障等して蒸気ボイラの使用ができなくなった場合に、第１水蒸気生成部２に切り替えることで、過熱水蒸気を継続して生成することができる。
また、本実施形態の過熱水蒸気生成装置１００は、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気を導入するための外部水蒸気導入部ＣＰを有するので、ユーザの保有する蒸気ボイラを接続して使用することができ、ユーザの利便性を向上させることができる。

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片方供給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が第１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片方供給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、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気が第１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、第１水蒸気生成部２及び第２水蒸気生成部２００を切り替える構成としているが、第１水蒸気生成部２及び第２水蒸気生成部２００の両方を稼働して、第１水蒸気生成部２からの水蒸気が水蒸気供給流路Ｌ２を介して過熱水蒸気生成部３に供給されるとともに、第２水蒸気生成部２００からの水蒸気が外部水蒸気導入部を介して過熱水蒸気生成部に供給される両方供給状態に切り替える構成としても良い。この状態を両方供給状態とすれば、前記実施形態の第１片方供給状態、第２片方供給状態とともに、それら３つの状態を切り替え可能に構成しても良い。

また、両方供給状態において、制御装置７の第１流量調整弁制御部７３は第１流量調整弁４の弁開度を制御し、第２流量調整弁制御部７４は第２流量調整弁５の弁開度を制御することによって、過熱水蒸気生成部３への水蒸気の供給量を調整する。このとき、過熱水蒸気生成部３に供給される水蒸気の供給量Ｑは、第１水蒸気生成部２の最大生成量Ａ_１及び第２水蒸気生成部２００の最大生成量Ａ_２よりも多い量（Ｑ＞Ａ_１又はＱ＞Ａ_２）とすることが考えられる。なお、過熱水蒸気生成部３に供給される水蒸気の供給量Ｑが第１水蒸気生成部２の最大生成量Ａ_１又は第２水蒸気生成部２００の最大生成量Ａ_２よりも少ない場合であっても、その供給量Ｑを第１水蒸気生成部２の生成量及び第２水蒸気生成部２００の生成量に分配して、各分配量を過熱水蒸気生成部３に供給しても良い。

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）、外部水蒸気供給流路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７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７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。

第１水蒸気生成部２の水蒸気を用いて過熱水蒸気を生成する第１片方供給状態の場合には、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、第２水蒸気生成部２００の水蒸気を用いて過熱水蒸気を生成する第２片方供給状態の場合には、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、第２水蒸気生成部２００を用いて過熱水蒸気を生成しつつ、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、第１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・・・第１水蒸気供給流路
Ｌ３・・・外部水蒸気供給流路
Ｌ４・・・過熱水蒸気供給流路
２・・・第１水蒸気生成部
２００・・・第２水蒸気生成部
３・・・過熱水蒸気生成部
４・・・第１流量調整弁（第１水蒸気流量調整部）
５・・・第２流量調整弁（第２水蒸気流量調整部）
６・・・処理部
７・・・制御装置

Claims

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第１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、
前記第１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、
前記第１水蒸気生成部とは異なる第２水蒸気生成部が接続され、当該第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入するための外部水蒸気導入部とを備え、
前記外部水蒸気導入部は、前記水蒸気供給流路とは別に前記過熱水蒸気生成部に設けられている、過熱水蒸気生成装置。
前記第１水蒸気生成部からの水蒸気が前記水蒸気供給流路を介して前記過熱水蒸気生成部に供給されるとともに、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気が前記外部水蒸気導入部を介して前記過熱水蒸気生成部に供給される両方供給状態に切り替え可能に構成された、請求項１記載の過熱水蒸気生成装置。
前記第１水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量及び／又は前記第２水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整する水蒸気流量調整部とを備え、
前記水蒸気流量調整部は、前記両方供給状態において、前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整する、請求項２記載の過熱水蒸気生成装置。
前記第１水蒸気生成部からの水蒸気が前記水蒸気供給流路を介して前記過熱水蒸気生成部に供給される第１片方供給状態、又は、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気が前記外部水蒸気導入部を介して前記過熱水蒸気生成部に供給される第２片方供給状態に切り替え可能に構成された、請求項１乃至３の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
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第１水蒸気流量調整部を備え、
前記第２片方供給状態において、前記第１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４記載の過熱水蒸気生成装置。
前記第１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片方供給状態において、前記制御装置が前記第１水蒸気生成部への電力供給を停止している、請求項４又は５記載の過熱水蒸気生成装置。
前記第１片方供給状態から前記第２片方供給状態への切り替えにおいて、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に減少させつつ、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に増加させ、
前記第２片方供給状態から前記第１片方供給状態への切り替えにおいて、前記第２水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に減少させつつ、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気供給量を徐々に増加させる、請求項４乃至６の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
前記第１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、
前記第１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する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の過熱水蒸気生成装置。
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、請求項８記載の過熱水蒸気生成装置。
前記第２制御機器は、定電流制御機能を有する、請求項９記載の過熱水蒸気生成装置。
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第１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、前記第１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、前記第１水蒸気生成部とは異なる第２水蒸気生成部が接続され、当該第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入するための外部水蒸気導入部とを備え、
前記外部水蒸気導入部は、前記水蒸気供給流路とは別に前記過熱水蒸気生成部に設けられている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、
前記第１水蒸気生成部及び前記第２水蒸気生成部の両方からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に供給するとともに、
前記第１水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量及び／又は前記第２水蒸気生成部から前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整することにより、前記過熱水蒸気生成部への水蒸気の供給量を調整する処理方法。
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第１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、前記第１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、前記第１水蒸気生成部とは異なる第２水蒸気生成部が接続され、当該第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記過熱水蒸気生成部に導入するための外部水蒸気導入部とを備え、
前記外部水蒸気導入部は、前記水蒸気供給流路とは別に前記過熱水蒸気生成部に設けられている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、
前記第２水蒸気生成部からの水蒸気を前記外部水蒸気導入部を介して前記過熱水蒸気生成部に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被処理物を加熱するメイン工程と、
前記メイン工程が行われない場合に、前記第１水蒸気生成部からの水蒸気が前記水蒸気供給流路を介して前記過熱水蒸気生成部に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被処理物を処理するサブ工程とを備える処理方法。