(57)【要約】温度低下を伴うことなく安定して微細な過熱蒸気を供給するとともに、温度制御の高精度化を図る。  一次加熱室１２の加熱管２２に供給された水は、ボイラ部１６においてガスバーナ２４で加熱されて水蒸気となり、次いで過熱蒸気発生部１８においてヒータ３０で加熱されて過熱蒸気となる。この過熱蒸気のうち、微細な蒸気粒子のみが気水分離室５０を通過し、二次加熱室７０で所望の温度に再加熱されて処理室９０に送られ、処理対象９４に必要な処理を施す。処理室９０には、必要に応じて空気供給装置１２０又はガス供給装置１８０から圧縮空気，窒素，炭酸ガスのいずれかが供給される。このとき、加熱管２２の出力側と処理室９０内部に設けられた温度センサ３２，１００の検知結果に基づいて、温度制御部１１０がヒータ３０を制御することにより、高精度な温度制御が可能となる。
2004005798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水，温水または水蒸気を加熱手段で加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成手段，
該過熱蒸気生成手段によって生成した過熱蒸気のうち、微細な蒸気粒子のみを通過させる気水分離手段，
該気水分離手段を通過した過熱蒸気を加熱する再加熱手段，
を備えたことを特徴とする過熱蒸気発生装置。
【請求項２】
前記再加熱手段を複数設けるとともに、前記過熱蒸気生成手段によって生成した過熱蒸気を、前記気水分離手段と前記複数の再加熱手段を交互に通過させることを特徴とする請求項１記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項３】
前記再加熱手段が、
複数の熱伝導性の隔壁，
該複数の隔壁によってつづら折り状に形成された過熱蒸気の通路，
を備えるとともに、前記隔壁の間隔を、蒸気の導入側から排出側に行くに従って拡大したことを特徴とする請求項１又は２記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項４】
前記過熱蒸気生成手段は、
水または温水を貯留する貯留タンク，
該貯留タンクの外周に巻回されており、水または温水が供給される熱伝導性の加熱管，
を含むとともに、前記加熱手段によって前記加熱管を加熱して過熱蒸気を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項５】
前記加熱管の管径を、水または温水の供給側から過熱蒸気の排出側に行くに従って拡大したことを特徴とする請求項４記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項６】
前記気水分離手段は、
前記過熱蒸気生成手段から供給された過熱蒸気の通路，
該通路の周囲を冷却媒体で冷却する冷却槽，
を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項７】
前記冷却媒体が水であるときに、前記冷却槽から排出された冷却水を、前記貯留タンク又は加熱管に供給する循環手段，
を備えたことを特徴とする請求項６記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項８】
請求項１〜７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手段，
を少なくとも一つ備えたことを特徴とする過熱蒸気処理装置。
【請求項９】
前記過熱蒸気発生装置によって生成された過熱蒸気を再加熱して前記処理手段に供給する予備加熱手段，
を備えたことを特徴とする請求項８記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１０】
前記処理手段に酸素，窒素，二酸化炭素の少なくともいずれかのガスを供給する気体供給手段，
を備えたことを特徴とする請求項８又は９記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１１】
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又は前記予備加熱手段で再加熱される過熱蒸気の温度を制御する温度制御手段，
を備えたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１２】
前記処理手段は、
前記過熱蒸気発生装置から供給された過熱蒸気を加圧するための加圧手段，
を備えたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１３】
前記処理手段は、
前記処理対象に対して過熱蒸気が直接あたるのを防止するための多孔性の囲い枠，
を備えたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１４】
前記処理手段によって処理を行った後の蒸気を回収して液化する冷却手段，
該冷却手段によって液化した回収水中の油と水を分離する油水分離手段，
を備えたことを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１５】
前記処理手段によって処理を行った後の蒸気の熱量を再利用する再利用手段，
を備えたことを特徴とする請求項８〜１４のいずれかに記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１６】
前記処理手段は、前記処理対象に、加熱，乾燥，冷却，洗浄，焼却，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８〜１５のいずれかに記載の過熱蒸気処理装置。
【請求項１７】
水，温水または水蒸気を加熱手段で加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成工程，
該過熱蒸気生成手段によって生成した過熱蒸気のうち、微細な蒸気粒子のみを通過させる気水分離工程，
該気水分離手段を通過した過熱蒸気を加熱する再加熱工程，
を備えたことを特徴とする過熱蒸気発生方法。
【発明の詳細な説明】
【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方法及びその装置，過熱蒸気を利用して処理対象に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、高温低圧の過熱蒸気の生成及び利用に好適な過熱蒸気発生方法及びその装置，過熱蒸気処理装置に関するものである。
【背景技術】  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して過熱蒸気とすると、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。
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。
このような過熱蒸気は、空気を汚さないため環境に好ましく、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非常に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、予め水を沸騰させて１００℃（１気圧の場合）の水蒸気を生成した後、これを電気ヒータなどの熱媒体の間を強制的に挿通することによって再加熱させる方法が知られている。そして、こうして得られた過熱蒸気は処理対象に吹き付けられて、加熱，乾燥，冷却，洗浄，解凍，除湿，殺菌・滅菌などの種々の処理を対象物に施す。例えば、特開平３−２６２４４５号では、過熱蒸気を利用して食品のフライ加工を行っており、特開平４−１３８２０号では、金属の溶解を行っている。
しかしながら、以上のような背景技術では、水を沸騰させるボイラからヒータ加熱部に蒸気を送る途中で温度の変動が生じるため、いったん加熱環境から離れると急激に温度が低下する性質を有する過熱蒸気においては、高精度で温度を制御することができない。また、蒸気を送る途中で熱損失が生じるとともに、使用した蒸気をそのまま排出しており、無駄が大きい。
この発明は、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である。他の目的は過熱蒸気の温度制御の高精度化を図るとともに、無駄を低減して効率の向上を図ることである。
【発明の開示】
前記目的を達成するため、本発明の過熱蒸気発生方法は、水，温水または水蒸気を加熱手段で加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成工程，該過熱蒸気生成手段によって生成した過熱蒸気のうち、微細な蒸気粒子のみを通過させる気水分離工程，該気水分離手段を通過した過熱蒸気を加熱する再加熱工程，を備えたことを特徴とする。
本発明の過熱蒸気発生装置は、水，温水または水蒸気を加熱手段で加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成手段，該過熱蒸気生成手段によって生成した過熱蒸気のうち、微細な蒸気粒子のみを通過させる気水分離手段，該気水分離手段を通過した過熱蒸気を加熱する再加熱手段，を備えたことを特徴とする。
本発明の過熱蒸気処理装置は、前記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手段，を少なくとも一つ備え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ろう。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施形態１の全体構成を示す図である。
図２は、前記形態の詳細な構成の一例を示す図である。
図３は、前記形態の温度制御にかかる主要部を示す図である。
図４は、本発明の実施形態２及び実施形態３を示す図である。
図５は、本発明の実施形態４を示す図であり、（Ａ）は全体の構成を示す図，（Ｂ）は生成した蒸気又は過熱蒸気の温度変化を示す図である。
図６は、前記形態の詳細な構成の一例を示す図である。
図７は、本発明の実施形態５の全体構成を示す図である。
図８は、本発明の実施形態６の全体構成を示す図である。
図９は、本発明の実施形態７を示す図であり、（Ａ）は気水分離の様子を示す図，（Ｂ）は本発明により生成した過熱蒸気の温度と熱量の関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  この発明には数多くの実施形態が有り得るが、ここでは適切な数の実施形態を示し、詳細に説明する。
＜実施形態１＞
（１）全体構成……以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に、図１を参照しながら、本発明の実施形態１の概略を説明する。図１には、本実施形態の全体構成が示されている。同図に示すように、本発明の過熱蒸気処理装置は、過熱蒸気を発生させるための過熱蒸気発生装置１０，これによって得られた過熱蒸気を利用して処理対象に所望の処理を施す処理室９０，該処理室９０で処理対象を処理した後の回収蒸気を冷却する冷却装置１３０，該冷却装置１３０で冷却されて液化した回収水から油成分を分離するための油水分離槽１６０により構成されている。また、前記処理室９０には、必要に応じて酸素を供給するための空気供給装置１２０や窒素や炭酸ガスなどを供給するためのガス供給装置１８０が接続されている。
前記過熱蒸気発生装置１０は、３部構成となっており、過熱蒸気を生成する一次加熱室１２，該一次加熱室１２で得られた過熱蒸気を気水分離して微細な蒸気粒子のみを得る気水分離室５０，該気水分離室５０を通過して温度が低下した過熱蒸気を所望の温度に再度加熱する二次加熱室７０により構成されている。更に、前記一次加熱室１２は、水または温水を加熱して水蒸気を生成するボイラ部１６と、該ボイラ部１６によって得られた水蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱蒸気発生部１８に分かれている。
また、前記冷却装置１３０は、高温の回収蒸気を予備冷却するための冷却室１３２，該冷却室１３２で予備冷却された回収蒸気を更に冷却水で冷却して液化する冷却槽１５０により構成されている。また、空気供給装置１２０は、空気を圧縮するための圧縮装置１２２及び空気を乾燥させるための乾燥装置１２４を含んでおり、ガス供給装置１８０は、処理室９０へガスを送るための窒素ガスボンベ１８２及び炭酸ガスボンベ１８４を含んでいる。
（２）詳細な構成……次に、図２及び図３も参照しながら本実施形態の詳細な構成について説明する。図２は、本実施形態の詳細な構成例を示す図であり、図３は、本実施形態の温度制御にかかる主要部を示す図である。
最初に、過熱蒸気発生装置１０について説明する。過熱蒸気発生装置１０は、上述したように過熱蒸気を生成する一次加熱室１２，微細な過熱蒸気の粒子のみを通過させる気水分離室５０，過熱蒸気を再加熱する二次加熱室７０から構成されている。前記一次加熱室１２は、仕切板１４によってボイラ部１６と過熱蒸気発生部１８に分けられており、外側全体が断熱材３６で覆われている。
ボイラ部１６には、水または温水を貯留するタンク２０が設けられている。該タンク２０には、その外周に沿って、水（または温水）及び蒸気の通路となる熱伝導性の加熱管２２が巻回されており、更に、スケール除去点滴２６が設けられている。スパイラル状の加熱管２２の一端は、前記タンク２０の下方に接続されており、一次加熱室１２の上部に設けられた給水管２１あるいは循環パイプ６０からタンク２０に貯留された水または温水が加熱管２２内に供給される。このほかにも、加熱管２２に直接水又は温水を供給する給水管を別に設けるようにしてもよい。更に、加熱管２２の一部には、管内のスケールを排出してその堆積を防止するためのドレーントラップ２８が設けられている。このようなボイラ部１６の底部には、熱源としてガスバーナ２４が設けられており、タンク２０の側面に巻回された加熱管２２を加熱して内部に供給された水または温水を加熱して水蒸気を生成させる。
ボイラ部１６の上部には、過熱蒸気の温度制御を良好に行うための仕切板１４を境にして過熱蒸気発生部１８が設けられている。該過熱蒸気発生部１８には、前記ボイラ部１６で生成した加熱管２２中の水蒸気を更に加熱するためのヒータ３０が設けられている。また、過熱蒸気発生部１８内の加熱管２２の適宜位置には、生成した過熱蒸気の温度及び圧力を検知するための温度センサ３２及び圧力センサ３４が設けられている。
本実施形態では、加熱管２２の管内径が、水または温水の流入側（図示の例ではタンク２０の底部側）から過熱蒸気の流出側に行くに従って大きくなっている。このように、管径を徐々に太くすることで、加熱による気化に伴う体積膨張に基づく水蒸気の圧力上昇を抑制することができる。過熱蒸気の圧力を抑制することで、気水分離室５０内に過熱蒸気が一気に噴き出すといった不都合を防止することができる。
なお、管径の拡大は、段階的に行ってもよいし、連続的に行ってもよい。図示の例では、タンク２０との接続側（すなわち水の流入側）の管径が最も小さく、タンク２０の上部及び過熱蒸気発生部１８に行くに従って管径は拡大している。すなわち、一次加熱室１２の出口３８において、管径が最も大きくなっている。
以上のような加熱管２２は、出口３８を介して後述する気水分離室５０へ送られる。加熱管２２には、出口３８と気水分離室５０の間に分岐管４２が接続されており、該分岐管４２には逆止弁１４６が設けられている。この分岐管４２には、後述する冷却装置１３０が接続されている。
次に、気水分離室５０について説明する。気水分離室５０は、前記一次加熱室１２で生成した過熱蒸気のうち、微細な蒸気粒子のみを分離するもので、入口５２から導入された過熱蒸気の通路となる細管５４が複数設けられており、該細管５４の周囲は冷却水５６で満たされている。該冷却水５６は、給水口５８から供給され、排水口５９から排出される。
入口５２から導入された時点での過熱蒸気は、蒸気粒の粗いものから細かいものまでが含まれており、周囲が冷却された細管５４内に送られることで、微細な蒸気粒のみが細管５４内を通過するようになる。これは、過熱蒸気は、特に熱伝達が良い反面、冷却する度合いも大きく、細管５４内で冷却されると蒸気の大きい粒が液化して除去することができるためである。すなわち、細管５４によるフィルタ効果により気液分離を行うことができる。
一方、細管５４を冷却した冷却水５６は、細管５４を介してその内部を通過する過熱蒸気と熱交換することにより温度が上昇する。このような温水は、前記排水口５９に接続された循環パイプ６０により、前記一次加熱室１２のタンク２０へ送られる。これによって、タンク２０内の水の温度が上昇し、熱量の有効活用をすることができる。また、気水分離室５０には、細管５４を通過した微細な過熱蒸気の出口６２が設けられており、該出口６２には連結管６４が接続されている。更に、該連結管６４には、分岐管６６が接続されており、該分岐管６６は後述する冷却装置１３０に接続されている。
二次加熱室７０は、上述した気水分離室５０を通過することにより温度が低下した過熱蒸気を、所望の温度に再加熱するためのもので、過熱蒸気の入口７２及び出口７６のほかに、再加熱用のヒータ７４が設けられている。なお、ここでも、前記一次加熱室１２と同様に、二次加熱室７０の外側全体を断熱材などで覆うようにしてもよい。
二次加熱室７０の出口７６に接続された過熱蒸気の導入管７８には、バイパス弁８０が設けられている。このバイパス弁８０は、バイパス８２にも接続している。加熱，乾燥などの処理を行うときには、バイパス弁８０によって、過熱蒸気発生装置１０で生成した過熱蒸気を後述する処理室９０へ送る。しかし、処理対象９４の交換など一時的に過熱蒸気の処理室９０への供給を停止したいときは、バイパス弁８０によって過熱蒸気をバイパス８２に送る。このようなバイパス弁８０は、処理室９０の図示しないドアないし扉の開閉状態に応じて自動的に駆動するようにしてもよい。
次に、処理室９０について説明する。図３に示すように、処理室９０には過熱蒸気の導入口９２及び排気口１０４が設けられており、前記過熱蒸気発生装置１０で生成した過熱蒸気は、前記導入管７８及び導入口９２を介して射出パイプ９６に接続されている。この射出パイプ９６には、複数の射出口９８が設けられており、ここから過熱蒸気が処理対象９４に向かって射出される構成となっている。処理室９０全体は、必要に応じて断熱材１０２で覆われる。
ところで、本実施形態では、図３に示すように、過熱蒸気発生部１８の加熱管２２の出口側に第１の温度センサ３２が設けられており、処理室９０の射出パイプ９６の射出口９８近傍に第２の温度センサ１００が設けられている。これら２つの温度センサ３２，１００は、いずれも温度制御部１１０に接続されている。また、温度制御部１１０は、前記一次加熱室１２のヒータ３０にも接続されている。すなわち、温度制御部１１０は、前記温度センサ３２，１００の検知温度に基づいてヒータ３０を制御し、処理室９０内に射出される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。また、温度制御部１１０を二次加熱室７０のヒータ７４にも接続し、必要に応じて二次加熱室７０における加熱制御を行うようにしてもよい。
更に、前記処理室９０には、給気管１２６を介して、処理室９０内に空気を供給するための空気供給装置１２０が接続されている。空気供給装置１２０は、圧縮装置１２２と乾燥装置１２４により構成されており、これら各部によって圧縮された乾燥空気が給気管１２６を介して処理室９０内に供給される。このような空気供給装置１２０は必ずしも設ける必要はないが、処理対象９４によっては、その処理加減を調整することができる。例えば、処理室９０でパンを焼くような場合には、空気に含まれる酸素を適量供給することで、適度な焦げ目がついた焼き上がりの良好なパンを得ることができる。
この他に、前記処理室９０には、配管１８６を介して、窒素ガスや炭酸ガスを供給するためのガス供給装置１８０が接続されている。ガス供給装置１８０は、窒素ガスボンベ１８２と炭酸ガスボンベ１８４を含んでいる。このようなガス供給装置１８０も上述した空気供給装置１２０と同様に必ずしも設ける必要はないが、処理対象９４に焦げ目をつける必要がないときや酸素が不要なとき（例えば、防錆処理，安全防爆処理時）などには、窒素ガスや炭酸ガスを供給することで所望の処理を行うことができる。
以上のような処理室９０の排気口１０４には、処理後の過熱蒸気を回収するための排気管１０６が設けられており、該排気管１０６の排出側は冷却装置１３０に接続している。冷却装置１３０は、回収した蒸気を予備冷却するための冷却室１３２と、予備冷却した回収蒸気を更に水で冷却して液化する冷却槽１５０により構成されている。
冷却室１３２には、入口１３４及び出口１４０のほか、予備加熱室１３６が設けられている。この予備加熱室１３６には、前記気水分離室５０の出口６２側に設けられた分岐管６６を介して供給された過熱蒸気を再加熱するためのヒータ１３８が設けられている。回収蒸気が非常に高温（例えば１５０℃以上）である場合には、それよりも温度の低い過熱蒸気を混入させて予備冷却することが有効的である。前記予備加熱室１３６は、その予備冷却用の比較的低温の過熱蒸気を得るためのものであり、加熱した過熱蒸気を冷却室１３２へ送って高温の回収蒸気と混合させる。例えば、予備加熱室１３６で１２０℃程度まで加熱された過熱蒸気は、冷却室１３２において、１５０〜２５０℃程度の高温の回収蒸気に対して混合される。
前記冷却室１３２で予備冷却された回収蒸気は、出口１４０，連結管１４２を介して冷却槽１５０の冷却管１５４に送られる。ここで、連結管１４２には、逆止弁１４６が設けられた分岐管４２が接続されている。前記逆止弁１４６は、連結管１４２側から過熱蒸気発生装置１０側の分岐管４２に向かってのみ蒸気を送ることができるように設けられており、回収蒸気をそのまま循環利用してもよい場合には、回収蒸気を過熱蒸気発生装置１０側へ送ることとなっている。
冷却槽１５０は、前記冷却室１３２で予備冷却された回収蒸気の通路となる冷却管１５４を備えており、該冷却管１５４を冷却するための冷却水１５２で満たされている。前記冷却管１５４は、熱伝導性の細管をつづら折り状に形成したもので、例えばＵ字管などを接続することにより形成されている。前記連結管１４２から入口１５６を介して導入された回収蒸気は、冷却管１５４内を通過しながら冷却水１５２によって冷却されて液化し、回収水となって後述する油水分離槽１６０に送られる。なお、冷却に使用して温度が上がった冷却水１５２を、図示しない循環パイプなどによって前記一次加熱室１２のタンク２０に送り、冷却水の再利用をするようにしてもよい。
次に、油水分離槽１６０について説明する。油水分離層１６０は、処理室９０において処理対象９４に処理を施した後の回収蒸気ないし回収水に混入した油分を分離するものである。油水分離槽１６０は、隔壁１６２によって分離されている貯水室１６４と分離室１６６を備えている。これら貯水室１６４及び分離室１６６は、隔壁１６２の底部で連通している。前記冷却槽１５０で液化した回収水は、まず入口１６８を介して分離室１６６に回収される。分離室１６６は、油成分を比重により分離するもので、上層の油成分は排出管１７０から外部に排出される。以上のような油水分離槽１６０には、排気ブロア１７２も設けられている。
（３）作用……次に、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。水タンク２０には給水管２１又は循環パイプ６０から水（または温水）が供給される。また、スケール除去点滴２６からは必要量のスケール除去剤が注入される。スケール除去剤としては、例えば炭酸ナトリウムが使用されるが、薬剤の種類及び注入量は水質に応じて適宜決定すればよい。
一次加熱室１２のボイラ部１６では、ガスバーナ２４によって加熱管２２が加熱される。これにより、加熱管２２内の水は温度が上昇し、やがて水蒸気になる。なお、加熱管２２内の泥などは、ドレーントラップ２８から排出される。加熱管２２内を上昇する水蒸気は、過熱蒸気発生部１８においてヒータ３０によって更に加熱され、例えば、２５０℃程度の高温，低圧の過熱蒸気となる。このとき、加熱管２２の管径を、水の供給側から過熱蒸気の流出側にいくに従って拡大することとしたので、加熱による気化に伴う体積膨張に基づく水蒸気の圧力上昇を抑制することができる。なお、過熱蒸気の温度及び圧力は、温度センサ３２，圧力センサ３４により検知されている。
一次加熱室１２で得られた過熱蒸気は、気水分離室５０で冷却された細管５４を通過することによって、微細な蒸気粒のみが選別される。なお、このとき利用された冷却水５６は、循環パイプ６０によってタンク２０に送られ再利用される。気水分離室５０を通過した微細な過熱蒸気は、冷却水５６により温度が低下した状態となっているため、二次加熱室７０においてヒータ７４により所望の温度，例えば、１１０〜２００℃程度となるように再加熱される。
二次加熱室７０で得られた過熱蒸気は、処理時は、バイパス弁８０を介して処理室９０に供給される。処理室９０では、射出パイプ９６から過熱蒸気が処理対象９４に吹き付けられ、加熱，乾燥，殺菌などの所望の処理が施される。なお、処理対象９４及び処理の内容によっては、必要に応じて空気供給装置１２０から圧縮した乾燥空気を処理室９０内に供給し、その処理加減を調整したり、ガス供給装置１８０から窒素ガスや炭酸ガスを供給したりするようにしてもよい。
この場合において、一次加熱室１２の過熱蒸気発生部１８における過熱蒸気の温度は、温度センサ３２によって検知されている。また、処理室９０の射出口９８付近における過熱蒸気の温度は、温度センサ１００によって検知されている。温度制御部１１０は、これらの温度センサ３２，１００の検知結果を参照し、過熱蒸気の温度を制御する。
詳述すると、処理室９０内の過熱蒸気温度を決定すると、過熱蒸気発生部１８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３２によって過熱蒸気発生部１８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ヒータ３０による加熱量を制御する。例えば、電気ヒータを利用する場合には、その通電量を制御する。具体的には、温度センサ３２の温度が所望値よりも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。
しかし、最終的に所定の温度が要求されるのは、処理室９０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１００による温度制御が行われる。すなわち、温度センサ１００による検知結果に基づいて、他方の温度センサ３２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。特に、本実施形態の場合は、一次加熱室１２で生成した過熱蒸気を気水分離室５０において冷却して微細な蒸気粒子のみを通過させることとしているので、著しく温度が低下する。従って、温度センサ３２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迫従することができない。
そこで、過熱蒸気発生部１８における過熱蒸気の温度を温度センサ３２で検知し、ヒータ３０を制御する。その上で、処理室９０内に温度センサ１００を設置して、処理室９０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ヒータ３０の制御を行って温度の修正を行う。このように、温度センサ３２，１００を併設して自動二次制御を行うことにより、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を供給することができる。
処理後の蒸気は、排気口１０４及び排気管１０６を介して冷却装置１３０に送られる。回収蒸気は、まず冷却室１３２で予備冷却が行われ、次いで、冷却槽１５０に送られて冷却されて液化し、例えば８０℃以下の回収水となる。このとき、回収蒸気が非常に高温である場合には、予備加熱室１３６によって生成された冷却用の比較的低温（例えば１２０℃程度）の過熱蒸気が冷却室１３２に送られ、ここで回収蒸気と混合し、例えば、１５０℃以下となるように予備冷却が行われる。
冷却装置１３０によって液化した回収水は、油水分離槽１６０の分離室１６６に送られる。分離室１６６では、上層部の油成分が排出管１７０から排出される。そして、油成分が除去された水を貯水室１６４から図示しないパイプなどを介して一次加熱室１２のタンク２０に送って循環使用することにより、水の再利用による水質の劣化が低減される。もちろん、貯水室１６４に滞留する水をそのまま排出するようにしてもよい。
一方、処理対象９４の交換などのときは、バイパス弁８０によって過熱蒸気がバイパス８２側に送られる。バイパスされた蒸気の一部は、冷却装置１３０に送られ、ここで冷却されて液化する。
（４）効果……このように、本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
▲１▼過熱蒸気発生装置１０を、過熱蒸気を生成する一次加熱室１２，微細な過熱蒸気のみを通過させる気水分離室５０，該気水分離室５０を通過した過熱蒸気を再加熱する二次加熱室７０により構成することとしたので、微細で高温な過熱蒸気を安定して供給することができる。
▲２▼過熱蒸気を利用することにより、短時間で処理対象９４に所望の処理を施すことができる。例えば、本実施形態の過熱蒸気処理装置を調理用に利用することにより、オーブン，レンジ，炊飯などの機能を持たせることができる。これにより、例えば、従来は６５分を要した食パンの製造が１０分，アンパンの製造が３分で可能になるなど、調理に費やす時間を大幅に短縮させることができる。
▲３▼タンク２０の外周に巻回した加熱管２２の管径を、水または温水の流入側から過熱蒸気の流出側に行くに従って拡大することとしたので、加熱による気化に伴う体積膨張に基づく水蒸気の圧力上昇を抑制することができる。これにより、気水分離室５０内に過熱蒸気が一気に噴出するといった不都合を回避することができる。
▲４▼過熱蒸気発生部１８の出力側と処理室９０内にそれぞれ温度センサ３２，１００を設け、これらの検知結果に基づいて温度制御部１１０でヒータ３０を制御することとしたので、高精度な温度制御を行うことができる。
▲５▼空気供給装置１２０によって処理室９０内に空気を供給することとしたので、空気の供給量により処理加減を調節することができる。例えば、処理対象９４が、パン，クッキー，カステラ，グラタン，焼き魚，焼肉などの場合にはその焼き加減や焦げ目の付け具合、オムツや汚泥などの場合にはその焼却加減（更には殺菌処理の程度）を、空気の入れ方で調整することが可能である。また、ガス供給装置１８０によって処理室９０に窒素ガス又は炭酸ガスを供給することとしたので、処理対象９４が食品である場合には窒素ガスによる酸化防止，炭酸ガスによる半生食品に制菌などを行うことができる。
▲６▼気水分離室５０で利用した冷却水５６をタンク２０へ送ることにより、水と熱量のいずれも再利用される。また、油水分離槽１６０で油成分を除去した水を再利用することにより、水の再利用による水質の劣化が低減される。
＜実施形態２＞
次に、図４（Ａ）を参照して、本発明の実施形態２について説明する。上述した実施形態では、過熱蒸気処理装置は、一つの処理室９０を有することとしたが、本実施形態は、複数の処理室を備えた例である。図中、上述した実施形態と同一又は対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（以下の実施形態でも同様）。
本実施形態では、過熱蒸気発生装置１０で生成された過熱蒸気によって処理対象に所望の処理を行うための処理室が複数設けられている。図示の例では、第一処理室２００Ａ，第二処理室２００Ｂ，第三処理室２００Ｃにより構成されている。これらの処理室２００Ａ〜２００Ｃには、過熱蒸気発生装置１０で生成された過熱蒸気を更に加熱するための予備加熱室２０２Ａ〜２０２Ｃがそれぞれ設けられており、該予備加熱室２０２Ａ〜２０２Ｃには、それぞれヒータ２０４Ａ〜２０４Ｃが備えられている。これら予備加熱室２０２Ａ〜２０２Ｃは、過熱蒸気発生装置１０から処理室までの距離が長い場合に特に有効的で、配管などの中を通過することによって温度が低下した過熱蒸気を、再度所望の温度にまで加熱することができる。
これら予備加熱室２０２Ａ〜２０２Ｃにも、上述した実施形態と同様に、温度制御部１１０に接続される温度センサを設け、各予備加熱室２０２Ａ〜２０２Ｃで加熱される過熱蒸気の温度を制御するようにしてもよい。このようにすることにより、処理室２００Ａ〜２００Ｃでの処理温度をそれぞれ異なった温度に設定することが可能となる。例えば、第一処理室２００Ａでは１２０℃，第二処理室２００Ｂでは２００℃，第三処理室２００Ｃでは３００℃という具合である。このように、本実施形態によれば、処理室を複数設けるとともに、これら各処理室に供給される過熱蒸気を再加熱するための予備加熱室を設けることとしたので、各処理室ごとの温度コントロールが可能になる。また、処理室の温度を第一処理室２００Ａ〜第三処理室２００Ｃへ行くにつれて高温になるように設定することにより、過熱蒸気のエネルギーを効率よく利用することができる。
なお、処理対象は、前記第一処理室２００Ａ〜２００Ｃを順に通過して処理が施されるようにしてもよいし、いずれか一つの処理室において処理を行うようにしてもよい。これら各処理室２００Ａ〜２００Ｃで処理対象に所望の処理を施したあとの過熱蒸気は、排気管を介して上述した実施形態と同様に冷却装置１３０，油水分離槽１６０へ送られる。また、本実施形態においても、必要に応じて空気供給装置１２０やガス供給装置１８０を設け、第一処理室２００Ａ〜第三処理室２００Ｃの各処理室に所望の気体を供給するようにしてもよい。
＜実施形態３＞
次に、図４（Ｂ）を参照して、本発明の実施形態３について説明する。本実施形態は、処理室の他の例を示すものである。上述した実施形態１では、処理室９０内に設けられた射出パイプ９６により、処理対象９４に直接過熱蒸気を吹き付けて処理を施すこととした。これに対し、本実施形態の処理室２１０は、射出パイプ９６から射出された過熱蒸気（ないし過熱蒸気の風）が処理対象９４へ直接あたるのを防止するための枠２１２が設けられている。
枠２１２は、処理対象９４全体を囲むものであり、多数の孔２１４が形成された多孔性の板材などにより構成されている。このような枠２１２を設けることにより、処理対象９４に直接過熱蒸気があたるのを避ける必要があるときに効果的である。また、例えば、処理室２１０がコンベアによって処理対象９４の搬送を行うコンベア炉である場合も、このような枠２１２を設けることにより、処理対象９４のところでは、例えば、０．５ｍ／ｓｅｃ程度の風速とすることができる。
＜実施形態４＞
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施形態４について説明する。図５（Ａ）は、本実施形態の全体構成を示す図，同図（Ｂ）は、本実施形態によって発生した水蒸気及び過熱蒸気の温度変化を示す図である。図６は、本形態の詳細な構成例を示す図である。上述した実施形態では、一次加熱室１２において生成した過熱蒸気を、気水分離室５０，二次加熱室７０を順に通過させることとしたが、本実施形態は、その装置構成を変更したものである。
最初に、図５（Ａ）を参照して概略を説明すると、本実施形態の過熱蒸気処理装置は、過熱蒸気発生装置３００，処理室３５０，回収タンク３７０により構成されている。前記過熱蒸気発生装置３００は、水または温水を加熱して水蒸気を発生させるボイラ室３０２，水蒸気又は過熱蒸気を冷却して微細な蒸気粒子のみ通過させて分離する気水分離室３１０，過熱蒸気の生成とその温度調整を行う過熱蒸気発生部３２０を備えており、前記過熱蒸気発生部３２０は、一次加熱室３２４及び二次加熱室３３４を含んでいる。
前記ボイラ室３０２で発生した水蒸気は、気水分離室３１０に送られ微細な水蒸気粒子のみが選別されて過熱蒸気発生部３２０の一次加熱室３２４へ送られる。水蒸気は、ここで加熱されて過熱蒸気となる。一次加熱室３２４で生成した過熱蒸気は、再度、気水分離室３１０へ送られ、微細な粒子のみが選別されて二次加熱室３３４へ送られる。二次加熱室３３４では、処理室３５０での処理に適した温度まで過熱蒸気の再加熱が行われる。処理室３５０で処理対象を処理したあとの回収蒸気は回収タンク３７０へ送られ、冷却して液化するとともに、ボイラ室３０２で再利用される。
次に、図６も参照して、本形態の詳細な構成について説明する。上述したように、過熱蒸気発生装置３００は、ボイラ室３０２，気水分離室３１０，過熱蒸気発生部３２０の３部構成となっている。ボイラ室３０２は、水または温水を加熱して水蒸気を発生させるためのヒータ３０４を備えており、気水分離室３１０とは仕切板３０６で仕切られている。また、ボイラ室３０２は発生した水蒸気の出口３０８を備えているほか、連結管３７２，３７４により回収タンク３７０と連結されている。
気水分離室３１０は、ボイラ室３０２で発生した水蒸気のほか、過熱蒸気発生部３２０で生成した過熱蒸気のうち、微細な蒸気粒子のみを分離するもので、前記ボイラ室３０２の出口３０８と一次加熱室３２４の入口３２６を連結する細管３１６と、一次加熱室３２４の出口３３２と二次加熱室３３４の入口３３６を連結する細管３１８を備えている。このような気水分離室３１０は、上述した実施形態１と同様に冷却水３１２で満たされており、細管３１６又は３１８内を通過する水蒸気又は過熱蒸気を冷却して微細な蒸気粒子のみを通過させるフィルタの役割を果たしている。
過熱蒸気発生部３２０の一次加熱室３２４と二次加熱室３３４は、断熱性の仕切板３２２によって仕切られている。一次加熱室３２４は、気水分離室３１０を通過した微細な水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成するための部屋である。そして、熱伝導性の複数の隔壁３３０が交互に所定の間隔で設けられており、これによってつづら折り状の通路３３１が形成されている。また、隔壁３３０を貫通して前記通路３３１を横切るように、水蒸気を加熱するためのヒータ３２８が設けられている。前記隔壁３３０の間隔は、水蒸気の導入側（入口３２６側）から過熱蒸気の排出側（出口３３２側）に行くに従って広くなっており、これによって、加熱による体積膨張に基づく水蒸気や過熱蒸気の圧力上昇を抑制することができる。このように、本実施形態では、ボイラ室３０２と一次加熱室３２４を合わせたものが、上述した実施形態１の一次加熱室１２に該当し、更に、前記ボイラ室３０２と一次加熱室３２４の間には、気水分離室３１０が介在する構成となっている。
二次加熱室３３４は、前記一次加熱室３２４で生成し、気水分離室３１０へ送られて温度が急激に低下した過熱蒸気を、処理室３５０での使用に適した所望の温度まで再加熱するためのものである。その構成は、基本的には一次加熱室３２４と同様となっており、複数の隔壁３４０とそれによって形成されたつづら折り状の通路３４１，加熱用のヒータ３３８を備えている。また、処理室３５０へ過熱蒸気を送るための出口３４２が設けられている。実際には、上述した実施形態１と同様に、温度センサなどを設けて過熱蒸気の温度を制御することとなる。
次に、処理室３５０は、前記二次加熱室３３４の出口３４２を介して導入された過熱蒸気を利用して、処理対象３６０に所望の処理を行うものであり、必要に応じて、全体が断熱材３６２で覆われる。二次加熱室３３４から供給された過熱蒸気は、導入管３５２によって処理室３５０内へ送られる。該導入管３５２は、過熱蒸気を滞留させるために管径が大きく形成された滞留部３５４と、該滞留部３５４の一端に連続して設けられたノズル部３５６により構成されている。ノズル部３５６は、滞留部３５４と比較して管径が急激に小さくなっており、適宜間隔で射出口３５８が形成されている。このような構造により、二次加熱室３３４から導入された過熱蒸気は、滞留部３５４にいったん滞留したのち、管径の小さいノズル部３５６から処理対象３６０に向けて勢いよく噴出される。すなわち、滞留部３５４を設けることにより、過熱蒸気を加圧していると考えることができる。
前記処理室３５０には、処理後の過熱蒸気を回収するための排気口３６４が設けられており、該排気口３６４には、回収タンク３７０と接続する排気管３６６が接続されている。排気管３６６を介して回収された回収蒸気は、排気管３６６を通過しながら，あるいは、回収タンク３７０内で冷却されて温水となり、回収タンク３７０に貯留される。なお、本実施形態では、排気管３６６によって処理室３５０の排気口３６４と回収タンク３７０を直接連結することとしたが、必要に応じて、上述した実施形態１の冷却装置１３０や油水分離槽１６０と同様のものを設け、回収蒸気ないし回収水の冷却や油分の分離などを行ってから回収タンク３７０に送るようにしてもよい。
回収タンク３７０は、連結管３７２及び３７４により前記ボイラ室３０２と接続しており、下方の連結管３７２を介して、双方に貯留された水または温水が連通している。これにより、ボイラ室３０２の水または温水は回収タンク３７０を冷却するとともに、その熱量を吸収して温度が上がるため、回収蒸気ないし回収水の熱量を有効利用することができる。
次に、図５（Ｂ）も参照して、本実施形態の作用を説明する。ボイラ室３０２では、ヒータ３０４により水または温水が加熱されて水蒸気を生成する（図５（Ｂ）のＰ０〜Ｐ１に該当）。生成した水蒸気は、細管３１６を介して気水分離室３１０に送られ、ここで微細な蒸気粒子のみが選別される。この状態は、図５（Ｂ）のＰ１〜Ｐ２に該当する。なお、水蒸気の場合は、過熱蒸気と異なり、冷却する度合いがそれほど大きくないので、短時間の通過では、温度はほとんど変化しないと考えられる。
気水分離室３１０を通過して一次加熱室３２４に導入された水蒸気は、ヒータ３２８により加熱されて急激に温度が上昇し、例えば、３００℃程度の過熱蒸気となる（Ｐ２〜Ｐ３）。生成した過熱蒸気は、一次過熱室３２４内を通過する間、高温を保ち続けるが（Ｐ３〜Ｐ４）、出口３３２及び細管３１８を介して気水分離室３１０へ送られると急激に温度が低下する（Ｐ４〜Ｐ５）。これは、過熱蒸気は、特に熱伝達が良い反面、冷却する度合いも大きいためであり、これによって細管３１８によるフィルタ効果により気液分離を行うことができる。
細管３１８を通過し温度が低下した過熱蒸気（Ｐ５〜Ｐ６）は、二次加熱室３３４へ送られ、ヒータ３３８により、処理室３５０での使用に適した温度，例えば、１２０℃程度まで加熱され（Ｐ６〜Ｐ７）、その温度を保ったまま（Ｐ７以降）、処理室３５０の導入管３５２に送られる。導入管３５２へ送られた過熱蒸気は、滞留部３５４でいったん滞留したのち、ノズル部３５６へ送られ、射出口３５８から処理対象３６０へ向けて噴射される。このとき、一度広い場所へ滞留させたのち、管径の細いノズル部３５６へ送ることにより、過熱蒸気を加圧する効果を得ることができる。
このように、処理室３５０で、射出口３５８から過熱蒸気が処理対象３６０に吹き付けられ、加熱，乾燥，殺菌などの所望の処理が施される。なお、本実施形態においても、処理対象３６０及び処理の内容によっては、必要に応じて上述した実施形態１と同様に空気供給装置やガス供給装置を設け、処理加減の調整などを行うようにしてもよい。
処理後の蒸気は、排気口３６４及び排気管３６６を介して回収タンク３７０へ送られ、回収タンク３７０内または排気管３６６内で冷却されて液化し、例えば、１００℃未満の温水として回収タンク３７０内に貯留される。ここで、回収タンク３７０と前記ボイラ室３０２が連通しているため、ボイラ室３０２内の水または温水によって回収蒸気（ないし回収水）の冷却が行われるとともに、その時の熱交換によって、ボイラ室３０２内の水または温水の温度が上昇する。すなわち、回収蒸気の熱量を有効利用することができる。
本実施形態の効果は、基本的には上述した実施形態１と同様であるが、本実施形態によれば、水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する前に、気水分離室３１０を通過させて粒子の細かい水蒸気のみを一次加熱室３２４へ送る。そして、更に、一次加熱室３２４で生成した過熱蒸気を気水分離室３１０において気水分離し、二次加熱室３３４で再加熱する構成としたので、より微細で高温な過熱蒸気を安定して供給することができる。また、処理後の蒸気の回収タンク１７０とボイラ室３０２を連結することとしたので、回収蒸気の熱量の再利用が可能である。更に、一次加熱室３２４，二次加熱室３３４の隔壁３３０，３４０の間隔を、蒸気の流入側から排出側に行くに従って大きくすることとしたので、加熱に伴う蒸気の圧力上昇を抑制することができる。
＜実施形態５＞
次に、本発明の実施形態５について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の全体構成を示す図である。本形態は、前記実施形態４の変形例であり、過熱蒸気発生装置３００と処理室３５０が離れた構成となっている。このため、過熱蒸気発生装置３００で生成した過熱蒸気が、図示しないパイプなどを通って処理室３５０に到達する前に急激に温度が低下するのを防止するために、処理室３５０には、三次加熱室４００が設けられている。過熱蒸気発生装置３００から送られた過熱蒸気は、まず三次加熱室４００で所望の温度になるように再加熱されてから処理室３５０に送られる。
処理後の蒸気は、前記形態４と同様に回収タンク３７０に回収されるが、回収用の管が長くなるほど温度の低下が見られるため、併設された加熱部４０２で再加熱してから気水分離室３１０へ送られる。なお、加熱部４０２としては、前記形態４と同様にヒータを用いてもよいし、ガスバーナなどの他の加熱手段であってもよい。このように、処理室３５０に再加熱用の三次加熱室４００を設けることにより、過熱蒸気発生装置３００と処理室３５０が離れて設置されている場合でも、高温の過熱蒸気を安定して供給することが可能となる。
＜実施形態６＞
次に、本発明の実施形態６について、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態の全体構成を示す図である。上述した実施形態４及び５では、ボイラ室３０２で発生した水蒸気及び一次加熱室３２４で発生した過熱蒸気を、一つの気水分離室３１０を通過させることとしたが、本実施形態は、気水分離室を複数設けた例である。同図に示すように、本形態の過熱蒸気発生装置４１０は、ボイラ室４１１と３つの加熱室４１２，４１６，４２０及び２つの気水分離室４１４，４１８により構成されている。前記ボイラ室４１１で発生した水蒸気は、まず、一次加熱室４１２に送られて再加熱され、過熱蒸気となる。過熱蒸気は第一気水分離室４１４へ送られて微細な蒸気粒子のみが選別されて二次加熱室４１６へ送られる。ここで、気水分離により温度低下した過熱蒸気を再度加熱し、更に、第二気水分離室４１８で冷却して微細粒子の選別を行う。該第二気水分離室４１８を通過した微細な過熱蒸気粒子は温度が低下しているため、最後に三次加熱室４２０へ送られて、処理室４２２での処理に必要な所望温度に再加熱される。
本形態では、更に、処理室４２２で処理対象に所望の処理を行ったあとの蒸気の熱量を再利用するために、熱交換器４２４が設けられている。該熱交換器４２４には、冷却水が４２６が満たされており、前記処理室４２２から排気された回収蒸気を、前記冷却水４２６中の冷却管４２８を通過させることにより、熱交換によって、回収蒸気の冷却と冷却水４２６の加熱による水蒸気の発生を同時に実現することができる。そして、冷却されて液化した回収蒸気は排出され、発生した水蒸気は前記一次加熱室４１２に送られて再利用される。このとき、ボイラ室４１１及び熱交換器４２４から発生した水蒸気の合流地点よりもボイラ室４１１寄りの位置にバルブ４３０を設けておくと、熱交換器４２４から十分な量の水蒸気が供給される場合に、ボイラ室４１１からの水蒸気の供給を遮断することができる。このように、本実施形態によれば、２つの気水分離室４１４，４１８を設けて過熱蒸気の粒径の選別を行うこととしたので、高温で微細な過熱蒸気を、より安定して供給することが可能となる。更に、処理に利用した後の回収蒸気の熱量を再利用することも可能である。
＜実施形態７＞
次に、図９（Ａ）を参照して、本発明の実施形態７について説明する。本形態は、気水分離室の変形例である。同図（Ａ）は、本形態による気水分離の様子を示している。本形態の気水分離室４５０は、過熱蒸気を冷却するための冷却室４５２と、該冷却室４５２全体を冷却する冷却槽４５４により構成されている。冷却槽４５４には、水などの冷却媒体が充填されている。
また、過熱蒸気発生部４６０は、一次加熱室４６２と二次加熱室４７０により構成されている。前記一次加熱室４６２は、水蒸気または過熱蒸気の入口４６４，出口４６８，加熱用のヒータ４６６を備えており、同様に、二次加熱室４７０も、過熱蒸気の入口４７４，出口４７６，ヒータ４７２を備えている。また、前記一次加熱室４６２の出口４６８には、前記冷却室４５２内に過熱蒸気を勢いよく噴射させるためのノズル４５６が設けられている。該冷却室４５２に噴射された過熱蒸気は、室内の空気によって冷却され、微細な蒸気粒子のみが選別されて、大口径の入口４７４を介して二次加熱室４７０へ送られる。すなわち、本実施形態では、冷却室４５２内の空気自体を直接の冷却媒体として利用した構成となっている。本実施形態の効果・作用は上述した実施形態と同様である。
次に図９（Ｂ）を参照して、本発明で生成した過熱蒸気の熱量特性について説明する。同図は、蒸気の温度と熱量の関係を示す図であり、横軸が温度（℃），縦軸がエネルギー量（熱量）（ｋｃａｌ／ｃｃ）となっている。同図中、Ａ線は飽和蒸気の特性を示し、Ｂ線は従来の手法で生成された低圧過熱蒸気の特性を示し、Ｃ線は本発明により生成した過熱蒸気の特性を示している。同図から分かるように、これら三つの線は１１０℃付近で交わっており、飽和蒸気のＡ線は、３７４℃付近で臨界状態に達し、それまでの１℃当りのエネルギー量の増加率は、約１ｃａｌ／℃・ｃｃとなっている。また、低圧過熱蒸気のＢ線のエネルギー量増加率は、約７ｃａｌ／℃・ｃｃ，本発明の過熱蒸気のＣ線のエネルギー量増加率は、１２０℃に達するまで約１３３ｃａｌ／℃・ｃｃとなっている。このように、本発明の過熱蒸気は、１２０℃〜２００℃程度の低温でも、飽和蒸気，低圧過熱蒸気と比較して飛躍的に大きいエネルギー量と蒸発速度を得られる。例えば、通常の低圧過熱蒸気が３００℃付近で持ち得る熱量と同等の熱量を、本発明による過熱蒸気はわずか１２０℃で備えている。
このように、本発明によれば、上述した実施形態で説明したように、生成した過熱蒸気の冷却と加熱を繰り返す特殊な加熱処理を施しているため蒸気の分子構造が変化（微細化）し、気体に含まれる水分含有量が０．１％以下程度と少なくなるため、飽和蒸気や通常の低圧過熱蒸気と比べて数倍以上の熱伝達力と蒸発速度を実現することが可能となる。本発明の過熱蒸気によれば、ある温度の液体の中に試料を入れたときとほぼ同等の時間で同程度の熱伝達が可能である。
＜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）前記形態における大きさ・形状は一例であり、必要に応じて適宜変更可能である。
（２）前記形態１における一次加熱室１２は一例であり、過熱蒸気を生成することができれば、どのような構成のものであってもよい。例えば、前記形態１では、タンク２０の外周にそって加熱管２２を巻回し、ガスバーナ２４をタンク２０の下側に設け、タンク２０の上方にヒータ３０を設けたが、例えば、上下左右にガスバーナやヒータを設けるなど、加熱手段を更に多数設けるようにしてもよい。また、加熱手段も各種の公知のものを用いてもよい。あるいは、タンクを円筒状に形成し、その内側にスパイラル状の加熱管２２を設けるようにしてもよいし、内側及び外側のタンクでスパイラル状の加熱管を挟む構造としてもよい。
（３）気水分離室５０，３１０，４１４，４１８による気水分離も一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。例えば、前記形態では、冷却水を利用して気水分離を行うこととしたが、実施形態７の気水分離室４５０のように空気を冷却媒体として利用するようにしてもよいし、他のガスなどを利用してもよい。また、気水分離されたドレン水を排出ないし再利用するためのトラップなどを設けるようにしてもよい。また、前記実施形態４では、水蒸気及び過熱蒸気をそれぞれ一回ずつ気水分離することとしたが、更に他の加熱室を設け、気水分離室と加熱室の往復を複数回行うようにしてもよい。もちろん、このとき１つの気水分離室を通過させるようにしてもよいし、加熱室と同数程度の気水分離室を設けて、順番に通過させるようにしてもよい。これにより、蒸気粒子の小さい安定した過熱蒸気を供給することが可能である。
（４）前記実施形態における処理室９０，２１０，３５０，４２２なども一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、処理室９０内部に処理対象９４をのせるコンベアなどを設けて、各種処理を施すようにしてもよい。また、前記実施形態２においては３つの処理室を設けることとしたが、過熱蒸気発生装置１０の容量に応じて、処理室の数は増減可能である。また、これら複数の処理室も前記形態では直列に配置することとしたが、必要に応じて並列配置としてもよい。更に、前記形態４では、過熱蒸気の導入管３５２に滞留部３５４を形成することにより、射出する過熱蒸気を加圧することとしたが、同様の効果を奏するものであれば、他の各種の加圧機構を利用してよい。
（５）前記実施形態１では、２つの温度センサ３２及び１００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９０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。
（６）前記形態では、処理後の過熱蒸気を回収したが、この回収処理は必要に応じて行えばよい。また、前記形態１では、回収した蒸気中に含まれる油成分を除去するための油水分離室１６０を設けることとしたが、これも蒸気が汚損するおそれがないときは、必ずしも分離室１６６は必要ではなく、貯水室１６４のみを設ければよい。
（７）処理対象９４，３６０としては、上述したパンなどの食品のほか、例えば、廃水，工業製品，それらの部品，衣料品，薬品，各種原材料，廃棄物，医療用品及び医療廃棄物など、各種のものが適用可能であり、固体や液体のほか、粉末などでもよい。また、処理の形態としては、上述した加熱のほか、乾燥，冷却，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。
（８）前記実施形態では、過熱処理時に空気を利用したが、空気以外のもの，例えば酸素を利用してもよい。酸素を利用することで，食品に焦げ目を付ける，処理対象を焼却する，処理対象を殺菌するなどの処理を効率的におこなうことができる。更に、ガス供給装置１８０によって供給するガスも一例であり、窒素や炭酸ガス以外のガスを処理時に供給するようにしてもよい。
（９）前記形態を組み合わせるようにしてもよい。例えば、実施形態４のボイラ室３０２で水蒸気を生成する代わりに、実施形態１の一次加熱室１２と同様のものを用いて過熱蒸気を生成することにより、気水分離室３１０による過熱蒸気の気水分離を２回行うようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明によれば、水，温水または水蒸気を加熱して生成した過熱蒸気を気水分離し、これによって得た微細な蒸気粒子のみを再加熱することとしたので、温度低下を伴うことなく安定して微細な過熱蒸気を供給することができるとともに、これを利用して短時間で効率的に処理対象に処理を施すことができる。また、複数箇所で過熱蒸気の温度を測定して制御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。更に、必要に応じて処理時に酸素，窒素，炭酸ガスのいずれかの気体を供給することとしたので、これら気体の供給量により処理加減を調整することができる。
【図１】
2004005798.tif 000003
【図２】
2004005798.tif 000004
【図３】
2004005798.tif 000005
【図４】
2004005798.tif 000006
【図５】
2004005798.tif 000007
【図６】
2004005798.tif 000008
【図７】
2004005798.tif 000009
【図８】
2004005798.tif 000010
【図９】
2004005798.tif 000011
【国際調査報告】
2004005798.tif 000012
2004005798.tif 000013
2004005798.tif 000014
2004005798.tif 000015