(57)【要約】【課題】一つの反応槽内で、ワンステップ、かつ、スケール生成に煩わされずに、常温水から、所定の温度の過熱水蒸気を生成できるようにする。【解決手段】反応槽内の雰囲気と遠赤外線放射性固体を遠赤外線ヒーターで加熱し、あらかじめ所定の過熱水蒸気温度となしたうえで、反応槽内雰囲気と遠赤外線放射性固体の温度と、給水速度とをシステム制御し、エンタルピー値が上昇した遠赤外線放射性固体に常温水を水滴として滴下、衝突させ、瞬時に沸騰・蒸発させたうえ、生成した水蒸気を遠赤外線ヒーターと遠赤外線放射性固体が放射する遠赤外線によって加熱し、所定の温度の過熱水蒸気を生成する。【選択図】図１
2017194177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密かつ外界から断熱された内部空間に遠赤外線放射性固体を収納・配置した反応槽と、
該反応槽内への常温水の給水路と、給水を水滴として断続的に流出させるために設けられた単数あるいは複数の小開口と、給水速度調節手段とを備えた給水手段と、
該反応槽内に配置された加熱手段と、
該反応槽内の気体を外部へ放出する開口と、気体放出量調節手段とを備えた気体放出路と、
該給水路内の給水温度あるいは該反応槽内の雰囲気温度あるいは該遠赤外線放射性固体温度あるいは該気体放出路から流出する気体の温度を、それぞれ検出する温度センサー（複数）と、
該加熱手段による加熱を制御する加熱制御手段と、
加工、乾燥、熱分解などの用途に従って生成すべき過熱水蒸気の温度に応じて、該反応槽内の雰囲気温度と該遠赤外線放射性固体温度と給水速度が所定の値をとるように、該加熱制御手段と該給水速度調節手段とをシステム的に制御するシステム制御手段と
より成り、
該加熱手段によって、該反応槽内空間の雰囲気と該遠赤外線放射性固体を、生成すべき過熱水蒸気の温度まで加熱して、該遠赤外線放射性固体を高エンタルピー物体となし、
該小開口より該遠赤外線放射性固体に向けて水滴を断続的に滴下し、該遠赤外線放射性固体に衝突させ、瞬時に沸騰・蒸発させて水蒸気を生成し、
生成した水蒸気を、該反応槽内の高温雰囲気中で該遠赤外線ヒーターと該遠赤外線放射性固体が放射する遠赤外線と該遠赤外線放射性固体への接触によって加熱し、短時間内に用途に応じた所定の温度の過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置において、
該小開口を、滴下された水滴がまさに該遠赤外線放射性固体に衝突する三次元位置に配置し、
該小開口を介する給水の断続的流出を、水滴の衝突・沸騰・蒸発によって失われた該遠赤外線放射性固体のエンタルピーが、衝突以前の値に回復した後に次の水滴を滴下するリズムで行うことを特徴とする過熱水蒸気生成装置。
【請求項２】
前記の加熱手段は、該反応槽内に配置された複数の遠赤外線ヒーターによって構成されるか、あるいは複数の遠赤外線ヒーターと複数の抵抗電熱ヒーターによって混成されたことを特徴とする請求項１記載の過熱水蒸気生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過熱水蒸気の生成技術に関し、特に常温水から、１スペース、１ステップで所定の温度の過熱水蒸気を生成する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気を沸騰点以上の温度に加熱して生成される過熱水蒸気は、蒸発熱を保持して高いエンタルピーをもち、熱風と比較すると、物体表面で凝縮して物体を加熱する高い能力を有する（凝縮伝熱）（図６：非特許文献２）。
そのため、近来、熱風に代り、無気雰囲気での加工、乾燥、焼成、熱分解などの用途に広く適用されるようになっている。
【０００３】
このような用途においては、通常、まずボイラーで水蒸気を生成し、これを再加熱して過熱水蒸気を生成しているが、装置が大型になり勝ちであるばかりでなく、高圧ボイラーの取り扱いが資格制度によって制限されるなど、一般化の障害になっている。
特許文献１では、蒸気発生容器を蒸気加熱熱容器の内部に収納する技術によって、ボイラー取り扱いの資格の不要化を図っている。しかしながらこの技術は、２ステップの過熱水蒸気の生成空間をそのまま１空間に収納したため、構造が複雑化して信頼性やコストに課題を生じた。
【０００４】
いっぽう、家庭用の加熱水蒸気調理器においても、過熱水蒸気の２ステップ方式はそのまま踏襲され、
小型の常圧ボイラーで生成した水蒸気を別のサイトに流して加熱し、生成した過熱水蒸気を食材処理室に注入している（特許文献２）。このような民生機器では、一般に小型化が望まれるが、常圧ボイラーの存在が、小規模とはいえ、その指向の障害物となっていることは言うまでもない。
【０００５】
この改善策として、特許文献３は、第１誘導加熱器の２次コイルを導体管として水を充填し、飽和水蒸気を生成し、次に、第２誘導加熱器の２次コイルを導体管として飽和水蒸気を通流加熱して、加熱水蒸気を生成する技術を開示している。この技術は、２ステップ方式ではあるが、ボイラーを不要化した点において変換効率およびスペースの面でメリットを有する。
しかしながらこの技術は、蒸留水やイオン交換水など、コストのかかる水を使用しない限り、カルシウムイオンやマグネシウムイオンが上記の２次コイル内面に残留し、スケール（湯垢）となって堆積・固着するので、性能の劣化と、ひいては運転不能を招くという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４２３６３６９号公報
【特許文献２】特許４２２２９７８号公報
【特許文献３】特許５６３０８２９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】伊佐亜希子ほか：「遠赤外線過加熱の付加による過熱水蒸気処理の伝熱速度および熱効率の改善」、日本食品工学会誌、Vol.7, No.4, pp.225-232, 2006
【非特許文献２】日本電熱株式会社：http://www.nichinetu.co.jp/industrial_equipment/cat6/entry21.php
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする第１の問題点は、従来の過熱水蒸気生成技術が、水を水蒸気に変換するボイラーと水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する加熱装置とを必ず要する、２ステップ、２スペース方式であった点である。このため、生成装置の小型化や低コスト化ができなかった。
また解決しようとする第２の問題点は、従来技術の水蒸気発生ステップにおいて、装置内に必ずスケールが堆積・固着した点である。この障害は修理不可能のため、必ず交換を強いられるので大きな課題になっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、反応槽内の雰囲気と遠赤外線放射性固体を遠赤外線ヒーターで加熱して、あらかじめ所望の過熱水蒸気温度となしたうえで、エンタルピー値が上昇した遠赤外線放射性固体に常温水を水滴として滴下、衝突させ、瞬時に沸騰・蒸発させたうえ、生成した水蒸気を遠赤外線ヒーターと遠赤外線放射性固体が放射する遠赤外線によって加熱し、過熱水蒸気を生成する技術に関するものであり、反応槽内雰囲気と遠赤外線放射性固体の温度と、給水速度とをシステム制御し、所定の温度の過熱水蒸気を所定の速度で生成できるようになしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の過熱水蒸気生成装置は、水蒸気の生成と、水蒸気の加熱による過熱水蒸気の生成とを、１個の反応槽内で行うので、過熱水蒸気の１ステップ・１スペース生成による規模の小型化が実現したばかりでなく、水蒸気生成に伴って遠赤外線放射性固体にスケールが堆積・固着しても、そのまま使用できるので、従来のスケール課題を解決したという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に説明した説明図である。（実施例１）
【図２】本発明の過熱水蒸気生成装置の制御システム構成を模式的に説明した説明図である。（実施例１）
【図３】本発明の過熱水蒸気生成装置の動作を示したフロー図である。（実施例１）
【図４】本発明の過熱水蒸気生成装置の構成を模式的に説明した説明図である。（実施例２）
【図５】本発明の過熱水蒸気生成装置の制御システム構成を模式的に説明した説明図である。（実施例２）
【図６】温度に対する過熱水蒸気と空気のエンタルピー（kJ/kg）を比較したグラフである。（非特許文献２より引用）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
所定の温度の過熱水蒸気を１ステップ、１スペースかつメンテナンス・フリーで生成するという目的を、常温水滴を高エンタルピーの遠赤外線放射性固体に断続的に滴下することによって実現した。
【００１３】
本発明になる請求項１の過熱水蒸気生成装置は、気密かつ外界から断熱された内部空間に遠赤外線放射性固体を収納・配置した反応槽と、該反応槽内への常温水の給水路と、給水を水滴として断続的に流出させるために設けられた単数あるいは複数の小開口と、給水速度調節手段とを備えた給水手段と、該反応槽内に配置された加熱手段と、該反応槽内の気体を外部へ放出する開口と、気体放出量調節手段とを備えた気体放出路と、該給水路内の給水温度あるいは該反応槽内の雰囲気温度あるいは該遠赤外線放射性固体温度あるいは該気体放出路から流出する気体の温度を、それぞれ検出する温度センサー（複数）と、該加熱手段による加熱を制御する加熱制御手段と、加工、乾燥、熱分解などの用途に従って生成すべき過熱水蒸気の温度に応じて、該反応槽内の雰囲気温度と該遠赤外線放射性固体温度と給水速度が所定の値をとるように、該加熱制御手段と該給水速度調節手段とをシステム的に制御するシステム制御手段とより成り、該加熱手段によって、該反応槽内空間の雰囲気と該遠赤外線放射性固体を、生成すべき過熱水蒸気の温度まで加熱して、該遠赤外線放射性固体を高エンタルピー物体となし、該小開口より該遠赤外線放射性固体に向けて水滴を断続的に滴下し、該遠赤外線放射性固体に衝突させ、瞬時に沸騰・蒸発させて水蒸気を生成し、生成した水蒸気を、該反応槽内の高温雰囲気中で該遠赤外線ヒーターと該遠赤外線放射性固体が放射する遠赤外線と該遠赤外線放射性固体への接触によって加熱し、短時間内に用途に応じた所定の温度の過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置において、該小開口を、滴下された水滴がまさに該遠赤外線放射性固体に衝突する三次元位置に配置し、該小開口を介する給水の断続的流出を、水滴の衝突・沸騰・蒸発によって失われた該遠赤外線放射性固体のエンタルピーが、衝突以前の値に回復した後に次の水滴を滴下するリズムで行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明になる請求項２の過熱水蒸気生成装置は、請求項１記載の過熱水蒸気生成装置の前記の加熱手段が、該反応槽内に配置された複数の遠赤外線ヒーターによって構成されるか、あるいは複数の遠赤外線ヒーターと複数の抵抗電熱ヒーターによって混成されたことを特徴とする。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の過熱水蒸気生成装置１の構成を模式的に説明した説明図である。反応槽１０の外壁は断熱材で形成され、かつ槽内を気密に保持している。反応槽１０内には、複数の遠赤外線ヒーター１４が配置され、収納・配置したセラミックボール１５と槽内雰囲気１５’を加熱する。
ここで図示したセラミックボールは、遠赤外線放射性固体の１例であって、加熱されて遠赤外線を効率よく放射する固体物質であれば、例えば石焼芋用の天然小石でも、石塊でもよいし、粒状体ではなく、粘土の素焼き固体なども適用可能である。ここでは、入手容易かつ廉価であるうえに、体積に対して表面積が大きい形状物として、セラミックボールを例示している。
温度センサー２１によってセラミックボール１５の温度を、また、温度センサー２０によって槽内雰囲気１５‘の温度を測定している。図１では、それぞれの温度センサーを１個あて図示しているが、これらはいずれも必要に従って、複数個を配置する。
【００１６】
給水路１１は、温度センサー１８を備え、流入する常温水を常時測温しつつ、電磁弁１６によって給水速度を調節し、水滴１２の形状として断続的に反応槽１０内に給水する。
この断続的給水は、本発明の核心要素であって、後述するシステム制御プログラムにより、常温の水滴１２の接触とその蒸発と生成した蒸気から過熱水蒸気を生成するために奪われた高温セラミックボール１５のエンタルピーが、遠赤外線ヒーター１４によって回復した後、次の水滴を滴下する時間的リズムで給水を行い、セラミックボール１５のエンタルピーが一定の水準を保つようにしている。
そのため、図示しないが、給水路１１の先端を枝分かれさせたうえ、複数の小開口を開口し、複数の水滴を同時並行して滴下している。
滴下した水滴１２は、反応槽１０内の高温雰囲気１５’に接触しながら、かつ、遠赤外線ヒーター１４と高温セラミックボール１５からの遠赤外線を浴びつつ落下し、高温セラミックボール１５に衝突すると、その一部は直ちに沸騰・蒸発し、またその他は飛沫として飛散し、飛散した飛沫の一部は再び複数の高温セラミックボール１５に衝突して沸騰・蒸発する。
このようにして水滴１２は蒸発を完了して水蒸気となり、反応槽１０内空間に浮遊して、遠赤外線ヒーター１４と高温セラミックボール１５が放射する遠赤外線により、衝突したセラミックボール１５の極近辺の小空間域内で過熱水蒸気まで加熱される。
反応槽１０内の小空間領域で生成された過熱水蒸気は、給水の継続と共に反応槽１０内に蓄積し、反応槽１０内の気圧を常圧よりも高圧とするので、当初の反応槽１０内の空気を気体放出路１３を介して圧し出し、反応槽１０内は所定の温度の過熱水蒸気によって充満され、その過熱水蒸気が気体放出路１３から放出され始める。
気体放出路１３は、温度センサー１９を備え、反応槽１０内から放出される気体を常時測温しつつ、電磁弁１７が気体の放出量を調節すると共に、反応槽１０内雰囲気温度を所定の温度に維持する。
【００１７】
次に、このようにして行われる反応槽１０内の熱現象のバランスシートについて、モデル計算によって説明する。
（１）20°Cの水1mol, 18gを273°C(546°K)まで加熱すると、約44リットル余の過熱水蒸気が生成する（気体の状態方程式）。
（２）そのために必要な熱量は、59,689(J)。（（ア）20°Cの水1mol, 18gを100°Cにする熱量は、4.186(J/g°C)×18(g) ×80(°C)＝6,028(J)。（イ）100°Cの水1mol, 18gが蒸発するための蒸発潜熱は、2,257(J/g)×18(g)=40,626(J)。  （ウ）100°Cの水蒸気1mol, 18gを273°Cの過熱水蒸気にする熱量は、13,035(J)。（4.186(J/g°C)×18(g) ×173(°C)＝13,035(J)）。（エ）上記の合計（ア）＋（イ）＋（ウ）=59,689(J)）。
（３）比熱0.8(J/g°C)のセラミックボール1kgを、20°Cから273°Cまで加熱するために要する熱量は、202.4(kJ)。（0.8(J/°C)×1000(g) ×253(°C)＝202.4(kJ)）。
（４）このセラミックボール1kgを、1.5kW/h、効率60%の遠赤外線ヒーターで加熱すると、加熱に要する時間は、3分45秒。（202.4 (kJ)/54(kJ/min)=3.75(min)）。
（５）20°Cの水1mol, 18gを、反応槽１０内の273°Cのセラミックボール1kgに接触させ、273°Cの過熱水蒸気にすると、接触形態を考慮せずに算出すれば、セラミックボール1kgの熱量が、142.711 (kJ)に低下する。（202.4(kJ)- 59.689(kJ)= 142.711(kJ)）。
（６）1.5kW/h、効率60%の遠赤外線ヒーターによって、この低下分の熱量を回復する時間は、1分6秒。（59.689(kJ)/ 54(kJ・min)=1.105(min)）。
（７）そこで、20°Cの水1mol, 18gを、1分12秒間隔で断続的に反応槽１０内に投入すると、時間あたりの処理量は900g、生成する273°Cの過熱水蒸気は2,200リットル余/hourである。
（８）しかしながら、実際に生起する熱現象は、両者の接触の仕方（表面の性質、接触面積、接触時の形状等）に依存する（ニュートンの冷却の法則）。例えば20°C、 18gの水を一度に1kgのセラミックボール上に投じると、表面張力によってまずは水塊を形成するので、水塊が熱伝導を経て沸騰・蒸発するための時間を考慮しなければならない。この時間は、水と対象物表面の間で形成される「なじみ」によって大きく左右される。
（９）そこで本発明は、これらの未知の変数への依存性を排除するため、複数の小開口から同時並行的に小滴を流出させ、沸騰→蒸発→過熱水蒸気に要する時間を短縮した。以下、その効果を説明する。
（１０）毎分20°C、1mol, 18g、すなわち18ミリリットルの水をセラミックボールに衝突させる場合、給水路１１に備えた10個の小開口からそれぞれ毎秒0.03mlの水滴を各１滴、即ち同時並列的に毎秒計10滴を、反応槽１０内の273°Cのセラミックボール1kgに接触させ、273°Cの過熱水蒸気を生成する場合、20°C水滴1滴が273°Cの過熱水蒸気になるために要する熱量は、99.48(J)。（上記（２）から、59,689(J)/600(滴)＝99.48(J)）。
（１１）計10滴に要する熱量は、毎秒994.8(J)。よって、1.5kW/h、効率60%の遠赤外線ヒーターによって、この低下分の熱量を回復する時間は、18.4ミリ秒。（994.8(J)/ 54(kJ×60sec)=0.0184(sec)）従って、反応槽１０内の温度を維持する保温電力を300W/hにダウンしても、復帰時間は92ミリ秒であり、次の水滴が落ちるまで、0.9秒の時間的余裕がある。。
（１２）上記の計算は、セラミックボールを1kgの塊と仮定しているので、本発明は更に、
半径1センチメートルのセラミックボール80個弱を使用することによって、体積に対する表面積の比率をアップし、更なる高速化を実現したものである（ニュートンの冷却の法則参照）。また、過熱水蒸気と遠赤外線ヒーターの相乗効果については、非特許文献１に精細な報告がなされている。
（１３）以上により、毎秒、20°Cの水滴0.03mlを同時並列的に計10滴ずつ、273°Cのセラミックボール1kgが配置された反応槽１０内に投入すると、遠赤外線ヒーター１４の効率を60%とした場合、セラミックボールは、次の水滴が衝突するタイミングよりも十分早く、前の水滴が衝突して奪われた熱量を回復し得ることが明らかである。
（１４）この方法による時間あたりの水の処理量は、1,080g、生成する273°Cの過熱水蒸気は、2,640リットル余/hourである。この生成速度は、気体放出路に連結した図示しない加熱処理室の容積が30リットルの場合、時間あたりの過熱水蒸気の入れ替わり交換回数は、88 turnover/hourに相当する。
【００１８】
図２は、本発明の実施例１の過熱水蒸気生成装置の制御システム構成を模式的に説明した説明図である。システム制御プログラムは、図示したように、給水路温度センサー１８、気体放出路温度センサー１９、反応槽内雰囲気温度センサー２０、遠赤外線放射性固体温度センサー２１からの温度データを受け取り、オペレーターが設定した、反応槽内雰囲気温度と給水速度に従って、遠赤外線ヒーターコントローラーと、電磁バルブコントローラーを制御し、反応槽１０内の温度と、電磁弁１６によって反応槽１０への給水速度を調節し、電磁弁１７によって反応槽１０からの生成気体の放出量を調節する。
【００１９】
図３は、本発明の実施例１の過熱水蒸気生成装置の動作を示したフロー図である。オペレーターは、まず、生成すべき過熱水蒸気の温度を設定し（ST１）、給水の温度を測定してシステム制御プログラムから対応する給水速度の指示を受けて（ST２）、給水速度を設定し（ST３）、遠赤外線ヒーターに通電を開始する（ST４）。
遠赤外線放射性固体の昇温と反応槽内雰囲気の昇温が完了すると（ST５、６）、制御プログラムによって給水と水滴の滴下が開始され（ST７）、必要であれば遠赤外線ヒーターの電流を微調整して（ST８）、反応槽内の熱量が流動平衡状態を継続するように調節する（ST９）。
そして、設定した温度の過熱水蒸気が生成され（ST１０）、所定量に達するか、目的の過熱水蒸気処理が完了したら（ST１１）、システム動作を終了する。
【実施例２】
【００２０】
図４は、本発明の実施例２の過熱水蒸気生成装置２の構成を模式的に説明した説明図である。実施例２は、加熱手段として、複数の遠赤外線ヒーター１４と複数の抵抗電熱ヒーター１４’が配置され、急速な加熱とセラミックボール１５内部への浸透加熱効果を実現している。実施例２は、この加熱手段の構成においてのみ、実施例１と異なるものである。
【００２１】
図５は、本発明の実施例２の過熱水蒸気生成装置の制御システム構成を模式的に説明した説明図である。実施例２は、電熱ヒーターとそのコントローラーを増設した構成においてのみ実施例１と異なるが、これら加熱手段の制御方式は特に実施例１と異なるものではないので、動作の説明を割愛する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
反応槽内に遠赤外線放射性固体を収納・配置し、所定の温度に加熱して、常温の水を所定の給水速度で水滴の形で滴下することにより、所定の温度の過熱水蒸気をワンスペースかつワンステップで瞬時に所定の量だけ生成する用途に適用できる。
【符号の説明】
【００２３】
１    過熱水蒸気生成装置
１０    反応槽
１１    給水路
１２    水滴
１３    気体放出路
１４    遠赤外線ヒーター
１５    セラミックボール
１６    電磁弁
１７    電磁弁
１８    温度センサー
【図１】
2017194177.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月27日(2016.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
次に、このようにして行われる反応槽１０内の熱現象のバランスシートについて、モデル計算によって説明する。
（１）20°Cの水1mol, 18gを273°C(546°K)まで加熱すると、約44リットル余の過熱水蒸気が生成する（気体の状態方程式）。
（２）そのために必要な熱量は、59,689(J)。（（ア）20°Cの水1mol, 18gを100°Cにする熱量は、4.186(J/g°C)×18(g) ×80(°C)＝6,028(J)。（イ）100°Cの水1mol, 18gが蒸発するための蒸発潜熱は、2,257(J/g)×18(g)=40,626(J)。  （ウ）100°Cの水蒸気1mol, 18gを273°Cの過熱水蒸気にする熱量は、13,035(J)。（4.186(J/g°C)×18(g) ×173(°C)＝13,035(J)）。（エ）上記の合計（ア）＋（イ）＋（ウ）=59,689(J)）。
（３）比熱0.8(J/g°C)のセラミックボール1kgを、20°Cから273°Cまで加熱するために要する熱量は、202.4(kJ)。（0.8(J/°C)×1000(g) ×253(°C)＝202.4(kJ)）。
（４）このセラミックボール1kgを、1.5kW/h、効率60%の遠赤外線ヒーターで加熱すると、加熱に要する時間は、3分45秒。（202.4 (kJ)/54(kJ/min)=3.75(min)）。
（５）20°Cの水1mol, 18gを、反応槽１０内の273°Cのセラミックボール1kgに接触させ、273°Cの過熱水蒸気にすると、接触形態を考慮せずに算出すれば、セラミックボール1kgの熱量が、142.711 (kJ)に低下する。（202.4(kJ)- 59.689(kJ)= 142.711(kJ)）。
（６）1.5kW/h、効率60%の遠赤外線ヒーターによって、この低下分の熱量を回復する時間は、1分6秒。（59.689(kJ)/ 54(kJ・min)=1.105(min)）。
（７）そこで、20°Cの水1mol, 18gを、1分12秒間隔で断続的に反応槽１０内に投入すると、時間あたりの処理量は900g、生成する273°Cの過熱水蒸気は2,200リットル余/hourである。
（８）しかしながら、実際に生起する熱現象は、両者の接触の仕方（表面の性質、接触面積、接触時の形状等）に依存する（ニュートンの冷却の法則）。例えば20°C、 18gの水を一度に1kgのセラミックボール上に投じると、表面張力によってまずは水塊を形成するので、水塊が熱伝導を経て沸騰・蒸発するための時間を考慮しなければならない。この時間は、水と対象物表面の間で形成される「なじみ」によって大きく左右される。
（９）そこで本発明は、これらの未知の変数への依存性を排除するため、複数の小開口から同時並行的に小滴を流出させ、沸騰→蒸発→過熱水蒸気に要する時間を短縮した。以下、その効果を説明する。
（１０）毎分20°C、1mol, 18g、すなわち18ミリリットルの水をセラミックボールに衝突させる場合、給水路１１に備えた10個の小開口からそれぞれ毎秒0.03mlの水滴を各１滴、即ち同時並列的に毎秒計10滴を、反応槽１０内の273°Cのセラミックボール1kgに接触させ、273°Cの過熱水蒸気を生成する場合、20°C水滴1滴が273°Cの過熱水蒸気になるために要する熱量は、99.48(J)。（上記（２）から、59,689(J)/600(滴)＝99.48(J)）。
（１１）計10滴に要する熱量は、毎秒994.8(J)。よって、1.5kW/h、効率60%の遠赤外線ヒーターによって、この低下分の熱量を回復する時間は、0.307ミリ秒。（994.8(J)/ 54(kJ×60sec)=0.307(msec)）。従って、反応槽１０内の温度を維持する保温電力を300W/hにダウンしても、復帰時間は1.535ミリ秒であり、次の水滴が落ちるまで、0.9秒以上の時間的余裕がある。
（１２）上記の計算は、セラミックボールを1kgの塊と仮定しているので、本発明は更に、半径1センチメートルのセラミックボール80個弱を使用することによって、体積に対する表面積の比率をアップし、更なる高速化を実現したものである（ニュートンの冷却の法則参照）。また、過熱水蒸気と遠赤外線ヒーターの相乗効果については、非特許文献１に精細な報告がなされている。
（１３）以上により、毎秒、20°Cの水滴0.03mlを同時並列的に計10滴ずつ、273°Cのセラミックボール1kgが配置された反応槽１０内に投入すると、遠赤外線ヒーター１４の効率を60%とした場合、セラミックボールは、次の水滴が衝突するタイミングよりも十分早く、前の水滴が衝突して奪われた熱量を回復し得ることが明らかである。
（１４）この方法による時間あたりの水の処理量は、1,080g、生成する273°Cの過熱水蒸気は、2,640リットル余/hourである。この生成速度は、気体放出路に連結した図示しない加熱処理室の容積が30リットルの場合、時間あたりの過熱水蒸気の入れ替わり交換回数は、88 turnover/hourに相当する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
気密かつ外界から断熱された内部空間に遠赤外線放射性固体を収納・配置した反応槽と、
該反応槽内への常温水の給水路と、給水を水滴として断続的に流出させるために設けられた単数あるいは複数の小開口と、給水速度調節手段とを備えた給水手段と、
該反応槽内に配置された、少なくも遠赤外線ヒーターを備えた加熱手段と、
該反応槽内の気体を外部へ放出する開口と、気体放出量調節手段とを備えた気体放出路と、
該給水路内の給水温度あるいは該反応槽内の雰囲気温度あるいは該遠赤外線放射性固体温度あるいは該気体放出路から流出する気体の温度を、それぞれ検出する温度センサー（複数）と、
該加熱手段による加熱を制御する加熱制御手段と、
加工、乾燥、熱分解などの用途に従って生成すべき過熱水蒸気の温度に応じて、該反応槽内の雰囲気温度と該遠赤外線放射性固体温度と給水速度が所定の値をとるように、該加熱制御手段と該給水速度調節手段とをシステム的に制御するシステム制御手段と
より成り、
該加熱手段によって、該反応槽内空間の雰囲気と該遠赤外線放射性固体を、生成すべき過熱水蒸気の温度まで加熱して、該遠赤外線放射性固体を高エンタルピー物体となし、
該小開口より該遠赤外線放射性固体に向けて水滴を断続的に滴下し、該遠赤外線放射性固体に衝突させ、瞬時に沸騰・蒸発させて水蒸気を生成し、
生成した水蒸気を、該反応槽内の高温雰囲気中で該遠赤外線ヒーターと該遠赤外線放射性固体が放射する遠赤外線と該遠赤外線放射性固体への接触によって加熱し、短時間内に用途に応じた所定の温度の過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成装置において、
該小開口を、滴下された水滴がまさに該遠赤外線放射性固体に衝突する三次元位置に配置し、
該小開口を介する給水の断続的流出を、水滴の衝突・沸騰・蒸発によって失われた該遠赤外線放射性固体のエンタルピーが、衝突以前の値に回復した後に次の水滴を滴下するリズムで行うことを特徴とする過熱水蒸気生成装置。