(57)【要約】【課題】被加熱物の効率良く加熱できる加熱装置を提供する。【解決手段】水を加熱して飽和蒸気を発生する飽和蒸気発生手段３９と、中空構造の発熱体で飽和蒸気発生手段３９で発生する飽和蒸気を内部で過熱して過熱蒸気にする過熱手段３７と、過熱手段３７から供給される過熱蒸気を庫内に導入して被加熱物３１を加熱する処理庫３２とから構成され、過熱手段３７を処理庫３２の壁面内に配置したものであり、過熱手段３７で発生する熱を効率良く処理庫３２内に伝熱できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して飽和蒸気を発生する飽和蒸気発生手段と、中空構造の発熱体で前記飽和蒸気発生手段で発生した飽和蒸気を内部で過熱して過熱蒸気にする過熱手段と、前記過熱手段から供給される過熱蒸気を庫内に導入して被加熱物を加熱する処理庫とから構成され、前記過熱手段を前記処理庫の壁面内に配置することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
処理庫は庫内下部に過熱蒸気の噴出口と庫内上部に排出口を備え、管状の過熱手段が前記処理庫壁面内を上方から下方に向けて次第に間隔が狭くなるように周回させて配置され、前記過熱手段の始端が飽和蒸気発生手段に、前記過熱手段の終端が前記噴出口に、それぞれ配管接続されることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
過熱手段は電気的に絶縁された金属体であり、前記過熱手段の両端に電圧を加えて発生するジュール熱で昇温することを特徴とする請求項１または２記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過熱蒸気を用いた加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水蒸気は加熱源として従来より多くの産業分野で利用されてきた。その生成方法は、高圧雰囲気で水を加熱して蒸発させるボイラーが一般的であった。しかしながら、ボイラーを使用する場合、装置が大型になり、さらに取り扱うためには資格が必要な場合もあった。
【０００３】
また、ボイラーは通常高圧で使用されるため、容器その他配管等について耐圧設計が必要となり、装置は高額であった。
【０００４】
このような理由から、近年常圧で１００℃以上の水蒸気である過熱水蒸気が注目されている。しかし、過熱水蒸気を発生させるには、水の蒸発潜熱（２２５６ｋＪ／ｋｇ）を与える必要があり、大型のボイラーを使用せずに小型で高効率な蒸気発生装置の開発が課題となっている。
【０００５】
従来の技術としては、電磁誘導を利用した小型で高効率な過熱蒸気発生装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以下、図面を参照しながら上記従来の過熱蒸気発生装置を説明する。
【０００７】
図３は従来の過熱水蒸気発生装置の構成図である。図３に示すように、従来の過熱蒸気発生装置１は、内側容器となる蒸気発生容器２と、外側容器となる蒸気過熱容器３の２重構造となっている。
【０００８】
蒸気発生容器２と蒸気過熱容器３は共に金属製であり、上端部は連通して蒸気の通ることができる連通部４が形成されている。
【０００９】
外側の蒸気過熱容器３の周囲には断熱材５が配されており、外周部には断熱材５の外側に電磁誘導用コイル６が巻かれている。
【００１０】
内側の蒸気発生容器２の底部には、水または蒸気を供給する給水口７が設けられている。
【００１１】
蒸気発生容器２と蒸気過熱容器３との間に設けられている隔壁は内壁８と外壁９との２重になっており、その内壁８と外壁９の間に形成された空間１０により両者間の熱伝達を抑制している。
【００１２】
容器過熱容器３の内周と蒸気発生容器２の外周との間には金属製で螺旋状の仕切板１１が設けられている。この蒸気発生容器２の外周部と、蒸気過熱容器３の外周部と螺旋状の仕切板１１により螺旋状の流路１２が形成される。
【００１３】
この流路１２は蒸気過熱容器３の下部に設けられた過熱蒸気取出口１３につながっている。
【００１４】
以上のように構成された過熱蒸気発生装置について、以下その動作について説明する。
【００１５】
まず、給水口７に水を供給する。通常は常温の水でよいが、蒸気の発生を素早く行うためには高温水を供給しても良い。また、蒸気を供給する場合は１００℃の飽和水蒸気でよい。
【００１６】
次に電磁誘導コイル６に高周波電流を供給すると、電磁誘導により蒸気発生容器２の底部の温度が上昇し、蒸気発生容器２に導入された水が加熱されて蒸気が発生し、連通部４を通って流路１２に流入する。このとき、流路１２を構成している蒸気過熱容器３と蒸気発生容器２と仕切板１１も電磁誘導により加熱されており、通過する蒸気を加熱する。これにより蒸気が過熱蒸気になる。また、流路１２は螺旋状であるので、蒸気と流路１２の接触面積が大きく、接触時間も長くなる。
【００１７】
また、蒸気発生容器２と蒸気過熱容器３との間に温度差があり、熱の移動が懸念されるが、内壁８と外壁９との間には空間１０があるので熱の移動は抑制されている。それでも空間１０を通過して移動する熱は、蒸気発生容器２内の水を加熱するので無駄がない。つまり、両者を別々に設けて接続する場合に比べて熱のロスが少なく、効率的に過熱蒸気をつくることができる。しかも、断熱材５を別々に配することもないので過熱蒸気発生装置１を小型化できる。
【００１８】
このようにして得られる過熱蒸気は螺旋状の流路１２を下方へ流れ、過熱蒸気取出口１３から放出される。
【００１９】
【特許文献１】
特開２００２−２２１０７号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、過熱蒸気発生装置１は蒸気発生器２と蒸気過熱器３を一体化して過熱蒸気を生成するため、蒸気過熱器３で過熱蒸気生成のために利用できなかった廃熱の一部を蒸気発生器で利用することにより効率を向上させている。
【００２１】
しかしながら、過熱蒸気発生装置で発生した過熱蒸気は、配管等を介して実際に使用する装置へ供給して利用するため、配管等からの放熱により高温の過熱蒸気がもつ熱を効率良く加熱対象物に与えることができないという課題があった。
【００２２】
また、上記従来の構成では、蒸気発生器２及び蒸気過熱器３を加熱に電磁誘導を利用しているので、電磁誘導コイル６と蒸気発生容器２及び蒸気過熱容器３を接近させて配置しなければならず、断熱材５の肉厚が薄くなり十分な断熱性能が得られないという課題があった。
【００２３】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、廃熱による熱ロスを低減することにより効率良く加熱対象物を加熱できる加熱装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の加熱装置の発明は、水を加熱して飽和蒸気を発生する飽和蒸気発生手段と、中空構造の発熱体で飽和蒸気発生手段で発生する飽和蒸気を内部で過熱して過熱蒸気にする過熱手段と、過熱手段から供給される過熱蒸気を庫内に導入して被加熱物を加熱する処理庫とから構成され、過熱手段を処理庫の壁面内に配置したものである。
【００２５】
上記構成において、飽和蒸気発生手段で加熱された水は蒸発して飽和蒸気になり、処理庫壁面に備えられた中空構造の過熱手段の内部に供給される。
【００２６】
このとき、発熱体である過熱手段から発生する熱の一部は内側を流れる飽和蒸気に与えられ、過熱蒸気となる。このようにして生成された過熱蒸気は、処理庫外へ出ることなく処理庫内に供給されて、被加熱物を加熱する。同時に過熱手段の外側へも熱は移動するが、この熱は熱伝導により処理庫内へ移動する。
【００２７】
これにより、過熱蒸気が保有する熱を外部へ放熱することなく、処理庫内に供給されて被加熱物を加熱する。さらに、過熱手段外部への熱も処理庫内へ移動させることができ、加熱装置の効率は向上するという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項２に記載の加熱装置の発明は、請求項１に記載の発明において、処理庫は庫内下部に過熱蒸気の噴出口と庫内上部に排気口を備え、管状の過熱手段が処理庫壁面内を上方から下方に向けて次第に間隔が狭くなるように周回させて配置され、過熱手段の始端が飽和蒸気発生手段に、過熱手段の終端が噴出口に、それぞれ配管接続されるものである。
【００２９】
上記構成において、管状の過熱手段で発生する熱の一部は、内部を上方から下方へ流れる過熱蒸気に与えられ、処理庫下部の噴出口から処理庫内へ噴出する。
【００３０】
また、過熱手段外部への熱は処理庫壁面を熱伝導により、処理庫内へ移動する。過熱手段は処理庫壁面を下方ほど間隔を狭く周回させているので、処理庫内へ移動する熱量は下方ほど多くなっている。
【００３１】
つまり、過熱手段で発生する熱は被加熱物が収納されている処理庫下部へ重点的に供給されることになるので、被加熱物を効率良く加熱できるという作用を有する。
【００３２】
請求項３に記載の加熱装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、過熱手段は電気的に絶縁された金属体であり、過熱手段の両端に電圧を加えて発生するジュール熱で昇温するものである。
【００３３】
上記構成において、過熱手段は両端にかけられる電圧によるジュール熱で昇温する。この場合、過熱手段は処理庫壁面を薄くしても内壁近傍に配設することができ、外壁面までの肉厚は断熱材のスペースとして確保できる。つまり、壁面を薄くして処理庫の小型化と断熱能力の向上ができるという作用を有する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による加熱装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による加熱装置の構成図である。
【００３６】
図１において、被加熱物３１は炭素を主成分とする有機性化合物である。有機性化合物としては、食品や廃棄物を想定している。
【００３７】
処理庫３２は被加熱物３１が収納可能であり、壁面は断熱材３３が充填されている。処理庫３２の材質としては、耐熱性、耐食性に優れていて比較的安価なステンレスが好ましい。また、８００℃を超えるような高温ではハステロイやインコネルなどの耐熱性能よい材質が好ましく、さらに高温では耐火レンガを使用してもよい。
【００３８】
セラミック製の多孔板３４は処理室３２内に設けられ、被加熱物３１をのせるものであり、気体（過熱蒸気）のみを通過させることができる。
【００３９】
ノズル形状の噴出口３５は処理庫３２内に過熱蒸気を広角的に噴出できる。
【００４０】
排出口３６は処理庫３２内のガスおよび余分な過熱蒸気を処理庫３２外へ排出する。このとき、粉塵や油分などが混在する場合には、異物を取り除くフィルター等を取り付けることができる。
【００４１】
過熱手段３７は中空構造で加熱源として電気ヒーター３８を備えている。過熱手段３７は処理庫３２の断熱材３３に覆われて備えられている。
【００４２】
飽和蒸気発生手段３９は内部に水を貯めることができるタンク式であり、内設されたヒーター４０により水を加熱して蒸発させることができる。また、水位を検知するフロートスイッチ４１が備えられている。さらに飽和蒸気発生手段３９には、熱交換器４２が備えられ処理庫３２から排出される高温の廃熱と飽和蒸気発生手段３９内の水と熱交換できる。
【００４３】
電磁式の開閉弁４２はフロートスイッチ４１が検知した飽和蒸気発生手段３９内の水位に応じて水位が低いときに開放して給水し、水位が十分なときに閉じて給水を停止する。
【００４４】
配管４４ａは開閉弁４３と飽和蒸気発生手段３９を接続する。配管４４ｂは飽和蒸気発生手段３９と過熱手段３７を接続する。配管４４ｃは過熱手段３７と処理庫３２の噴出口３５を接続する。配管４３ｄは処理庫３２の排出口３６と熱交換器４２を接続する。
【００４５】
以上のように構成された加熱装置について、以下その動作を説明する。
【００４６】
まず、フロートスイッチ４１が飽和蒸気発生手段３９内の水位を検知する。水位が設定値より低いときヒーター４０による加熱を停止し、開閉弁４２を開放して飽和蒸気発生手段３９に給水する。飽和蒸気発生手段３９の水位が設定値以上の時は、開閉弁４３を閉じて飽和蒸気発生手段３９への給水を停止して、ヒーター４０による加熱を開始する。
【００４７】
ヒーター４０で加熱されて蒸発した飽和蒸気は、飽和蒸気発生手段３９から配管４４ｂを通って過熱手段３７へ供給される。
【００４８】
過熱手段３７では、電気ヒーター３８から熱が供給されて高温になる。供給される飽和蒸気は中空構造の内部を流れる際に、過熱されて過熱蒸気になる。一方、過熱手段３７の外部に伝わる熱の一部は、熱伝導により処理庫３２内部に供給される。
【００４９】
過熱手段３７で発生した過熱蒸気は、配管４４ｃを通じて噴出口３５に流れ、処理庫３２内に噴出される。処理庫３２に噴出された過熱蒸気は多孔質板３４で整流されて被加熱物３１を加熱する。
【００５０】
処理庫３２内の余分な過熱蒸気および排気は、排出口３６から排出されて配管４４ｄを通じて熱交換器４２に送られる。
【００５１】
このようにして熱交換器４２に送られた高温の過熱蒸気および排気は、飽和蒸気発生手段３９内の水と熱交換して系外へ排出される。
【００５２】
以上のように、本実施の形態では、水を加熱して飽和蒸気を発生する飽和蒸気発生手段３９と、中空構造の発熱体で飽和蒸気発生手段３９で発生する飽和蒸気を内部で過熱して過熱蒸気にする過熱手段３７と、過熱手段３７から供給される過熱蒸気を庫内に導入して被加熱物３１を加熱する処理庫３２とから構成され、過熱手段３７を処理庫３２の壁面内に配置したものであり、中空構造の過熱手段３７で発生する熱の一部を内部を流れる飽和蒸気に与え、過熱蒸気を生成する。この過熱蒸気は、配管４４ｃおよび噴出口３５を通過して処理庫３２内部へ噴出されるので、処理庫３２外部へ放熱することはない。
【００５３】
また、過熱手段３７の外部への移動する熱は、断熱材３３を熱伝導により移動し、処理庫３２へと移動する。
【００５４】
このことにより、過熱手段３７で発生する熱は処理庫３２へ効率よく供給できる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、過熱手段３７の熱源として電気ヒーター３８を用いたが、５００以上の高温で使用するときには、ガスバーナーなどを熱源として利用できる。
【００５６】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２による加熱装置の処理庫の構成図である。
【００５７】
尚、本発明の実施の形態１と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５８】
図２において、処理庫５１は天面が蓋状で取り外し可能な円筒容器である。
【００５９】
噴出口５２は処理庫５１の下部に設けられており、過熱蒸気を処理庫５１内へ噴出する。排出口５３は処理庫５１の上部側面に備えられた管状をしている。
【００６０】
過熱手段５４は金属製（例えばステンレス）配管をらせん状に加工して処理庫５１壁面の断熱材５５に埋設されている。この断熱材５５は、耐熱性に優れ、さらに導電性のないシリカ系材質が好ましい。また、過熱手段５４から発生する熱の処理庫５１外部への放熱を抑制するためには、できる限り過熱手段５４を処理庫５１の内壁近傍に配置することが好ましい。
【００６１】
過熱手段５４の始端は処理庫５１の上方に位置し、処理庫５１壁面内を下方へ次第に間隔が狭くなるように周回させて設置されている。そして、過熱手段５４の終端は、配管４４ｃを介して噴出口５２に接続されている。
【００６２】
電極５６および電極５７は、過熱手段５４の始端および終端付近に取り付けられ、電源５８に接続されている。電源５８は交流でも直流でも構わない。
【００６３】
また、過熱手段５４は断熱材５５に埋設されると同時に配管４３ｂとの間には絶縁フランジ５９を備えて電気的に絶縁することにより、漏電等を防止している。
【００６４】
以上のように構成された加熱装置の動作について説明する。
【００６５】
まず、電源５８から電極５６，５７に電圧がかけられる。電極５６，５７を介して過熱手段５４には電流が流れ、過熱手段５４自身の電気抵抗によりジュール熱が発生する。このジュール熱により過熱手段５４は加熱される。
【００６６】
過熱手段５４に供給される飽和蒸気は、管状の内部を流れる際に高温に加熱された管壁から熱を与えられて過熱蒸気になる。そして、配管４３ｃを介して噴出口５２から処理庫５１内へ下部から噴出する。
【００６７】
このとき、過熱手段５４の管外へ発生する熱の一部は、処理庫５１壁面内の断熱材５５を熱伝導により移動して庫内へ供給される。さらに、過熱手段５４は下方ほど間隔を狭くして周回しているので、被加熱物３１（図示せず）が収納されている処理庫５１内の下方ほど多くの熱が供給される。
【００６８】
以上のように、本実施の形態では、処理庫５１は庫内下部に過熱蒸気の噴出口５２と庫内上部に排気口５３を備え、管状の過熱手段５４が処理庫５１壁面内を上方から下方に向けて次第に間隔が狭くなるように周回させて配置され、過熱手段５４の始端が飽和蒸気発生手段３８と、過熱手段５４の終端が噴出口５２に接続されるものであり、処理庫５１内の被加熱物３１が収納されている下部を重点的に加熱し、効率良く被加熱物３１を加熱できる。
【００６９】
また、過熱手段５４は電気的に絶縁された金属体であり、過熱手段５４の両端に電圧を加えて発生するジュール熱で昇温するものであり、処理庫５１の内壁近傍に設置可能である。このため、処理庫５１の壁面が薄い場合でも、過熱手段５４と処理庫５１の外壁の間に十分な断熱材５５を充填できるので、処理庫５１外への放熱量を低減し、断熱能力を向上できる。
【００７０】
なお、過熱手段５４を処理庫５１壁面内を下方ほど間隔を狭くして周回させて配置したが、目的に応じて上方の間隔を狭くしたり、底面を蛇行させて配置したりすると、加熱したい部分を局所的に加熱したり、庫内を均一に加熱できる効果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の加熱装置の発明は、水を加熱して飽和蒸気を発生する飽和蒸気発生手段と、中空構造の発熱体で飽和蒸気発生手段で発生する飽和蒸気を内部で過熱して過熱蒸気にする過熱手段と、過熱手段から供給される過熱蒸気を庫内に導入して被加熱物を加熱する処理庫とから構成され、過熱手段を処理庫の壁面内に配置したものであり、過熱手段で発生する熱を効率良く処理庫内に伝熱できる。
【００７２】
また、本発明の請求項２に記載の加熱装置の発明は、請求項１に記載の発明において、処理庫は庫内下部に過熱蒸気の噴出口と庫内上部に排気口を備え、管状の過熱手段が処理庫壁面内を上方から下方に向けて次第に間隔が狭くなるように周回させて配置され、過熱手段の始端が飽和蒸気発生手段に、過熱手段の終端が噴出口に、それぞれ配管接続されるものであり、処理庫内の被加熱物が収納されている下部を重点的に加熱し、効率良く被加熱物を加熱できる。
【００７３】
また、請求項３に記載の加熱装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、過熱手段は電気的に絶縁された金属体であり、過熱手段の両端に電圧を加えて発生するジュール熱で昇温するものであり、処理庫壁面の内壁面近傍に配置することが可能で、過熱手段と処理庫外壁面の間に十分な断熱材を充填できるので、処理庫の断熱能力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による加熱装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２による加熱装置の処理庫の構成図
【図３】従来の加熱装置の構成図
【符号の説明】
３１  被加熱物
３２  処理庫
３４  噴出口
３５  排出口
３６  過熱手段
３８  飽和蒸気発生手段
５１  処理庫
５２  噴出口
５３  排出口
５４  過熱手段
【図１】
2004333089.tif 000003
【図２】
2004333089.tif 000004
【図３】
2004333089.tif 000005