表面被覆材、並びにこの表面被覆材を用いたヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びにこの過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置
【課題】短期間で容易に施工することが可能であり、十分な耐熱性向上効果を得ることができ、熱膨張係数の違いによる亀裂の発生が生じない表面被覆材と、この表面被覆材を用いたヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びにこの過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置を提供すること。
【解決手段】高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材であって、多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなることを特徴とする表面被覆材とし、この表面被覆材をヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びに加熱処理装置に適用する。
【解決手段】高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材であって、多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなることを特徴とする表面被覆材とし、この表面被覆材をヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びに加熱処理装置に適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材、並びにこの表面被覆材を用いたヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びにこの過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼却炉などの高温環境下に晒される設備においては、熱による損傷を防ぐために壁材がセラミックにより形成されているものが多く存在している。
しかしながら、壁材全体をセラミックで製造しようとすると、大型の焼成炉を使用しての高温での焼成処理が必要であるため、大掛かりな設備を必要とし、製造に長期間を要し、製造コストも高くなるという問題があった。
【０００３】
一方、金属製の炉壁の表面にセラミック粉末を溶射してセラミック皮膜を形成する方法も知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
この方法によれば、壁材全体をセラミックで製造する場合に比べると、期間やコストの点で有利である。
しかしながら、この方法は、高温での溶射作業を必要とするため施工が容易ではなく、また厚い皮膜を形成することは困難であるため、十分な耐熱性向上効果が得られない場合があった。また、セラミックと金属との熱膨張係数の違いから、使用に伴って亀裂が生じるおそれがあった。
【０００４】
また、従来、金属製の発熱体を備えたヒータや過熱蒸気発生装置においては、発熱体が高温になると空気中の酸素と反応して高温酸化することにより、破損が生じ易くなるという問題があった。
【０００５】
また、近年、金や白金等のレアメタルの価格が急上昇しており、使用済のレアメタルの回収が盛んに行われている。
しかしながら、従来の方法では、レアメタルを含んだ被処理物を外部からヒータ等で加熱していたため、熱効率が悪く、回収効率も低かった。また、加熱により発生する酸性ガスによってヒータが損傷してしまうという問題があった。
また、従来、廃油・廃プラスチックの熱分解処理においても、熱効率やヒータの損傷等について同様の問題があり、医療系廃棄物の処理においては、使用済注射器等を確実に滅菌処理できる簡易な装置はなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４９６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、短期間で容易に施工することが可能であり、十分な耐熱性向上効果を得ることができ、熱膨張係数の違いによる亀裂の発生が生じない表面被覆材、この表面被覆材を用いることにより高温酸化による破損を防ぐことができるヒータ及び過熱蒸気発生装置、この過熱蒸気発生装置を用いることにより熱効率に優れ酸性ガスによるヒータの損傷を防止できる加熱処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材であって、多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなることを特徴とする表面被覆材に関する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記耐熱性セラミック接着剤の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であることを特徴とする請求項１記載の表面被覆材に関する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記耐熱性セラミック接着剤が、耐熱温度１２００℃以上であり且つ耐食性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の表面被覆材に関する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記セラミック製ボールの直径が０．３〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の表面被覆材に関する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記セラミック製ボールと前記耐熱性セラミック接着剤の体積比が２：１〜３：１であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の表面被覆材に関する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、導電性材料からなる発熱体と、該発熱体に通電するための電流を供給する電源とからなり、前記発熱体の表面の全部又は一部が、請求項１乃至５いずれかに記載の表面被覆材により被覆されていることを特徴とするヒータに関する。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６記載のヒータを備えた過熱蒸気発生装置であって、前記発熱体がパイプからなり、該パイプの内部に飽和蒸気を流通させて過熱蒸気として取り出すことを特徴とする過熱蒸気発生装置に関する。
【００１５】
請求項８に係る発明は、前記電源から前記発熱体に電流を供給する電線を冷却するための冷却器を備えており、前記冷却器にて使用された後の冷却水を、前記飽和蒸気を発生させるボイラへの供給水として使用することを特徴とする請求項７記載の過熱蒸気発生装置に関する。
【００１６】
請求項９に係る発明は、加熱処理される被処理物を収容する容器と、前記被処理物を加熱する加熱装置とを備えており、前記加熱装置が、請求項７又は８記載の過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気を使用して前記被処理物を加熱することを特徴とする加熱処理装置に関する。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、前記容器と前記過熱蒸気発生装置のヒータが隔壁により隔てられた別の空間に収容されており、前記過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気は、パイプを通って前記容器に収容された被処理物に直接吹き付けられることを特徴とする請求項９記載の加熱処理装置に関する。
【００１８】
請求項１１に係る発明は、前記被処理物がレアメタルを含んだものであり、該被処理物からレアメタルを回収することを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【００１９】
請求項１２に係る発明は、前記被処理物が医療系廃棄物であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【００２０】
請求項１３に係る発明は、前記被処理物が廃油であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【００２１】
請求項１４に係る発明は、前記被処理物が廃プラスチックであることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明によれば、多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなる表面被覆材であるから、被覆対象物に対して塗布・接着することにより短期間で容易に施工することが可能である。また、セラミック材料からなるために耐熱性・絶縁性・耐食性に優れており、被覆対象物の耐熱性・絶縁性・耐食性を向上させることができる。更に、金属等の被覆対象物が加熱により膨張した時に、セラミック製ボールが転動することにより、被覆対象物からの表面被覆材の剥離や亀裂の発生を防ぐことができる。
【００２３】
請求項２に係る発明によれば、耐熱性セラミック接着剤の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であることによって、炭素鋼やステンレス等からなる被覆対象物との熱膨張係数の差が小さくなり、加熱時における被覆対象物からの表面被覆材の剥離や亀裂の発生をより確実に防ぐことができる。
【００２４】
請求項３に係る発明によれば、耐熱性セラミック接着剤が、耐熱温度１２００℃以上であり且つ耐食性を有することにより、被覆対象物の耐熱性を大きく向上させることができ、高い耐熱性及び耐食性を要求される加熱炉内壁などの表面被覆材として好適に使用することが可能である。
【００２５】
請求項４に係る発明によれば、セラミック製ボールの直径が０．３〜５．０ｍｍであることにより、セラミック製ボールの転動作用を発揮させながら、被覆対象物の表面に塗布した時に平滑な表面を得ることができる。
【００２６】
請求項５に係る発明によれば、セラミック製ボールと耐熱性セラミック接着剤の体積比が２：１〜３：１であることにより、優れた施工性と表面被覆材の破損防止効果とを両立させることができる。
【００２７】
請求項６に係る発明によれば、導電性材料からなる発熱体と、発熱体に通電するための電流を供給する電源とからなり、発熱体の表面の全部又は一部が、請求項１乃至５いずれかに記載の表面被覆材により被覆されているヒータであるから、発熱体の伸縮に表面被覆材が追従して変形することが可能となり、セラミックの損傷が生じにくいセラミックヒータが得られる。
【００２８】
請求項７に係る発明によれば、請求項６記載のヒータを備えた過熱蒸気発生装置であって、発熱体がパイプからなり、該パイプの内部に飽和蒸気を流通させて過熱蒸気として取り出す過熱蒸気発生装置であるから、短時間で効率良く過熱蒸気を発生させることが可能であるとともに、表面被覆材によって発熱体であるパイプの高温酸化を防ぐことができる。また、装置を小型化することが容易であり、様々な場所で簡単に使用することが可能な汎用性の高い装置とすることができる。
【００２９】
請求項８に係る発明によれば、電源から発熱体に電流を供給する電線を冷却するための冷却器を備えており、冷却器にて使用された後の冷却水を、飽和蒸気を発生させるボイラへの供給水として使用することから、ボイラの熱効率を向上させることができる。
【００３０】
請求項９に係る発明によれば、加熱処理される被処理物を収容する容器と、被処理物を加熱する加熱装置とを備えており、加熱装置が、請求項７記載の過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気を使用して被処理物を加熱する加熱処理装置であるから、被処理物を過熱蒸気により効率良く加熱することができる。
【００３１】
請求項１０に係る発明によれば、容器と過熱蒸気発生装置が隔壁により隔てられた別の空間に収容されており、過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気は、パイプを通って容器に収容された被処理物に直接吹き付けられることにより、加熱により発生する酸性ガスによってヒータが損傷してしまうことを防ぐことができるとともに、被処理物を過熱蒸気で効率良く加熱することが可能である。
【００３２】
請求項１１に係る発明によれば、レアメタルを含んだ被処理物を過熱蒸気で効率良く加熱することが可能であり、短時間で且つ高い回収率でレアメタルを回収することができる。
【００３３】
請求項１２に係る発明によれば、使用済注射器等の医療系廃棄物を、高温の過熱蒸気により確実に且つ簡単に滅菌処理することができる。
【００３４】
請求項１３に係る発明によれば、廃油を熱分解して燃料油を効率良く回収することができる。
【００３５】
請求項１４に係る発明によれば、廃プラスチックを熱分解して燃料油を効率良く回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る表面被覆材、並びにこの表面被覆材を用いたヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びにこの過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置の好適な実施形態について、図面を適宜参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る表面被覆材を用いた過熱蒸気発生装置を示す断面図である。
本発明に係る過熱蒸気発生装置（１０）は、導電性材料からなる発熱体（１）と、発熱体（１）に通電するための電流を供給する電源（図示せず）とからなるとともに、発熱体（１）の表面の全部又は一部（図示例では全部）が表面被覆材（２）により被覆されているヒータ（３）により、飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を発生させるものである。
【００３７】
発熱体（１）は、図示例ではＵ字状に屈曲されたパイプから構成されており、インコネル、ハロステロイ、ＳＵＳ３１０Ｓ、炭素繊維、黒鉛等の高耐熱性の導電性材料から形成されている。尚、発熱体（１）を構成するパイプは直線状であってもよいし、複数本使用してもよい。
発熱体（１）の一端部及び他端部には、それぞれフランジ部材（４）、パッキン（５）、接続部材（６）を介して、飽和蒸気供給管（７）及び過熱蒸気出口管（８）が接続されている。
【００３８】
フランジ部材（４）は発熱体（１）に外嵌されており、その一面側がヒータ（３）に固定され、他面側には高温用の銅製パッキン（５）を介して筒状のセラミック製の接続部材（６）が外嵌固定されている。
接続部材（６）は、発熱体（１）と飽和蒸気供給管（７）及び過熱蒸気出口管（８）とを絶縁する為に設けられており、２つの孔を有するプレート状の金属製保持部材（９）の孔部分に保持固定されている。
【００３９】
発熱体（１）の両端部には、それぞれ電力供給用の電線（１１）を介して電源（図示せず）のプラス端子（１２ａ）とマイナス端子（１２ｂ）が接続されており、これら２つの端子を介して電源から発熱体（１）に電流が印加される。
電線（１１）は、保持部材（９）の外縁近傍位置に設けられた小孔を貫通して取り出されており、小孔には電線（１１）と保持部材（９）とを絶縁するための筒状の絶縁材（１３）が嵌合されている。
【００４０】
電線（１１）には、保持部材（９）と端子（１２ａ）（１２ｂ）との中間位置に、電線の過熱を防止するための小型ジャケット式冷却器（１４）が取り付けられている。
冷却水入口（１５）から冷却器（１４）に供給された冷却水は、電線（１１）を冷却することにより加熱された後、冷却水出口（１６）から取り出されて、飽和蒸気供給管（７）へと供給される飽和蒸気を発生するボイラ（図示せず）への供給水として使用される。これにより、ボイラの熱効率を向上させることができる。尚、冷却水ラインには、電気的被害（感電）を防止するためにアース（１７）が施されている。
【００４１】
図２は図１のヒータ部分の断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
図示の如く、パイプからなる発熱体（１）の表面は、表面被覆材（２）により被覆されている。
表面被覆材（２）は、多数のセラミック製ボール（２ａ）の隙間に、セラミック製ボール（２ａ）と発熱体（被覆対象物）（１）並びにセラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）を充填したものである。
【００４２】
セラミック製ボール（２ａ）は、アルミナ、シリカ、ジルコニア等を主成分とする直径０．３〜５．０ｍｍ程度の球であり、多数のセラミック製ボール（２ａ）が耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）により互いに接着されて直方体状に成形されている。
セラミック製ボール（２ａ）は同じ直径のもののみを使用してもよいし、異なる直径のものを混合して使用してもよい。異なる直径のものを混合して使用すると、被覆対象物の変形に対する追従性が向上するため好ましい。
【００４３】
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）は、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミックを主成分とするペースト状の接着剤である。
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）としては、熱膨張係数（線膨張率）８×１０−６〜１７×１０−６、耐熱温度１２００℃以上、接着強度２００ｋｇｆ／ｃｍ２以上、曲げ強さ４５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であって、耐食性に優れているという特性を有するものを使用することが好ましい。
このような特性を有するものとしては、東亞合成株式会社製のアロンセラミックＣ及びアロンセラミックＤ（いずれも商品名）を例示することができる。但し、同様の特性を有するものであれば、他の接着剤を使用してもよいことは言うまでも無い。
尚、アロンセラミックＣは、シリカを主成分とし、白色一液ペースト状、粘度７０，０００ｃｐｓ、密度１．９、ｐＨ１２という物性を有する。アロンセラミックＤは、アルミナを主成分とし、白色一液ペースト状、粘度５０，０００ｃｐｓ、密度２．３、ｐＨ１２という物性を有する。
【００４４】
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であると、炭素鋼やステンレス等の金属の熱膨張係数と同等となるため、発熱体（被覆対象物）が金属である場合に、発熱体と耐熱性セラミック接着剤との熱膨張係数の差が小さくなり、発熱体が熱膨張した時に表面被覆材の剥離や亀裂が生じることを確実に防止できるようになる。
【００４５】
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）の耐熱温度が１２００℃以上であると、発熱体（被覆対象物）の耐熱性を大きく向上させることができ、高い耐熱性を要求される加熱炉内壁などの表面被覆材として好適に使用することが可能となる。
【００４６】
また、耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）は、９０〜１５０℃程度の温度による１〜２時間程度の加熱により硬化するものであることが好ましい。
この程度の低温で且つ短時間で硬化することができれば、施工性に優れるためである。
上述したアロンセラミックＣ及びアロンセラミックＤは、塗布後、室温で１６時間以上放置し、約９０℃で１時間加熱脱水し、１５０℃で１時間以上加熱硬化させた後、自然放冷することにより使用することができる。
【００４７】
表面被覆材（２）におけるセラミック製ボール（２ａ）と耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）の体積比は特に限定はされないが、２：１〜３：１の範囲、好ましくは２：１程度に設定することが好ましい。
セラミック製ボール（２ａ）の割合が少なすぎると、耐熱性セラミック接着剤の硬化に時間がかかるために施工性が低下し、逆に多すぎると、被覆対象物が熱膨張した時に追従して変形することができずに表面被覆材の剥離や亀裂が生じるおそれがある。
【００４８】
本明細書及び図面では、上述した本発明に係る表面被覆材（２）の代表的な適用例として、セラミックヒータ、過熱蒸気発生装置、加熱処理装置への適用例を示している。
しかし、本発明に係る表面被覆材（２）の用途はこれらに限定されるものではなく、高温環境下で使用される物体表面を被覆する被覆材として、他の多種多様な用途に適用可能である。
例えば、ロータリーキルンの内面処理、耐酸性を要求される熱分解装置の内面処理、焼却炉の内面処理などに適用することができる。
【００４９】
以下、本発明に係る過熱蒸気発生装置の作用について説明する。
先ず、電源（図示せず）から電線（１１）を介して発熱体（１）に電流を印加することにより、発熱体（１）を約９５０℃まで加熱する。この発熱体の昇温は、非常に短時間で達成できる。
次いで、加熱された発熱体（１）の内部に、ボイラ（図示せず）にて発生した飽和蒸気を、飽和蒸気供給管（７）を通して供給する。
すると、飽和蒸気は、発熱体（１）の内部を通過する間に過熱され、約８００〜８５０℃の過熱蒸気となって過熱蒸気出口管（８）から取り出される。
尚、発熱体（１）の加熱温度は、所望する過熱蒸気の温度に応じて適宜変更することができる。
【００５０】
このように、本発明に係る過熱蒸気発生装置によれば、ボイラより供給された飽和蒸気を、約９５０℃まで加熱された発熱体（１）の内部を流通させることにより、短時間で約８００〜８５０℃の過熱蒸気を得ることができる。また、装置を小型化することも容易である。
また、発熱体（１）の表面が、上述した表面被覆材（２）により被覆されていることによって、発熱体（１）であるパイプの高温酸化を防ぐことができるとともに、発熱体（１）の伸縮に対して表面被覆材（２）が追従変形することが可能であるため、表面被覆材（２）の発熱体（１）表面からの剥離や亀裂発生を防ぐことができる。
【００５１】
また、過熱蒸気発生装置の一部を構成しているヒータ（本発明に係るヒータ）は、表面被覆材を構成するセラミックの遠赤外線放射によって周囲を加熱することができるセラミックヒータであって、短時間で効率良く加熱することが可能であり、セラミックの損傷が生じにくいものとなる。
【００５２】
図３は、本発明に係る過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置を示す図である。
加熱処理装置（３０）は、加熱処理される被処理物（１８）を収容する容器（１９）と、容器（１９）内の被処理物（１８）を加熱する加熱装置とを備えており、この加熱装置として上述した過熱蒸気発生装置を利用したものである。
本発明に係る加熱処理装置としては、レアメタル回収装置、医療系廃棄物処理装置、廃油処理装置、廃プラスチック処理装置などが例示できるが、これらに限定はされない。
【００５３】
図３に示されている過熱蒸気発生装置は、図１に示した装置と比較して若干の形状・配置の変更（例えば、発熱体は、図１ではＵ字状であるが、図３では直線状である）や細部の図示の省略（フランジ部材等）があるが、基本構成は図１に示した装置と同じであり、図１と図３とで同じ符号を付しているものは、同一又は対応する構成要素である。
【００５４】
過熱蒸気発生装置は、商用電源（図示せず）から電源トランス（２１）及び電線（１１）を介して発熱体（１）に電流を印加することにより、発熱体（１）を約９５０℃まで加熱する。
次いで、加熱された発熱体（１）の内部に、ボイラ（２２）にて発生した飽和蒸気を、飽和蒸気供給管（７）を通して供給する。
すると、飽和蒸気は、発熱体（１）の内部を通過する間に過熱され、約８００〜８５０℃の過熱蒸気となって過熱蒸気出口管（８）から取り出される。
【００５５】
容器（１９）と過熱蒸気発生装置とは、上下に隣接して隔壁（２３）により隔てられた別々の空間（２４）（２５）に配置されている。
これにより、レアメタル、医療系廃棄物、廃油、廃プラスチック等の被処理物を収容する容器（１９）を加熱した時に被処理物から酸性ガスが発生した場合でも、酸性ガスにより過熱蒸気発生装置のヒータ（２）が損傷してしまうことを防ぐことができる。
【００５６】
容器（１９）を収容する上部空間（２４）は、上部に熱分解ガス出口（２６）を有し、その他の部分は密閉された空間である。
容器（１９）は、この上部空間（２４）の下方位置に配置され、容器（１９）の加熱によって被処理物から発生する熱分解ガスは熱分解ガス出口（２６）から排出される。
熱分解ガス出口（２６）の周囲には、第２の小型ジャケット式冷却器（２７）が取り付けられており、冷却器（２７）を流れる冷却水により熱分解ガス出口（２６）を冷却することができる。
【００５７】
ここで、冷却水の流れについて説明する。
冷却水は、水道（図示せず）から供給されて純水装置（２８）により純水に変質された後、ポンプ（２９）の駆動により冷却水入口（１５）から小型ジャケット式冷却器（１４）に供給されることにより、電線（１１）を冷却する。
電線（１１）を冷却した冷却水は、その後、第２の小型ジャケット式冷却器（２７）へと供給されることにより、熱分解ガス出口（２６）を冷却する。
電線（１１）及び熱分解ガス出口（２６）を冷却した後の冷却水は、飽和蒸気供給管（７）へと供給される飽和蒸気を発生するボイラ（２２）への供給水として使用される。電線（１１）及び熱分解ガス出口（２６）を冷却した後の冷却水は、熱交換により温度が高くなっているため、これをボイラ（２２）に供給することにより、ボイラの熱効率を向上させることができる。尚、図中（２２ａ）はボイラ（２２）のフロートスイッチであり、（２１ａ）は電源トランス（２１）へと供給される電力を制御する制御盤である。
【００５８】
過熱蒸気発生装置のヒータ（３）を収容する下部空間（２５）は、上部空間（２４）の下方に隣接しており、ヒータは下部空間（２５）の上方位置に配置される。これにより、ヒータを構成する表面被覆材（２）のセラミックの発熱を、隔壁（２３）を介して容器（１９）へと伝達することができる。
また、ヒータを通過して過熱蒸気出口管（８）から取り出された約８００〜８５０℃の過熱蒸気は、そのまま過熱蒸気出口管（パイプ）（８）を通って下部空間（２５）から取り出された後、上部空間（２４）へと導入されて容器（１９）に収容された被処理物に対して直接吹き付けられる。
これにより、被処理物を、熱容量の大きい過熱蒸気（乾燥熱風の約４倍の熱量）により内部から効率良く加熱することが可能である。
【００５９】
このように、容器（１９）に収容された被処理物が下部からヒータ（３）の熱により加熱され、同時に過熱蒸気の吹き付けにより直接加熱されることにより、被処理物中に含まれる汚泥や高分子油等は短時間で熱分解・乾留して熱分解ガス出口（２６）から排出され、容器（１９）に残ったレアメタル等を効率良く回収することができる。
尚、被処理物が、廃油や廃プラスチックである場合には、熱分解ガス出口（２６）から排出された熱分解ガスから燃料油を回収することができる。また、被処理物が、医療系廃棄物（医療系特別管理廃棄物）である場合には、医療系廃棄物を確実に滅菌処理することができる。
【００６０】
尚、空間（２４）（２５）は、隔壁（２３）を介して左右に隣接するように配置してもよい。この場合、容器（１９）とヒータとは隔壁（２３）を挟んだ熱伝達が可能なように、隔壁（２３）を挟んで近い位置に配置することが好ましい。
【００６１】
図４は、本発明に係る過熱蒸気発生装置の応用例を示す概略図である。
これらは、ボイラと過熱蒸気発生装置とを１つのケーシング内に収容したものであり、図４（ａ）はボイラ（２２）と過熱蒸気発生装置（１０）とを別体の状態で１つのケーシング内に収容した過熱蒸気発生装置であり、図４（ｂ）はボイラと過熱蒸気発生装置とを一体化して蒸気発生機能を含む過熱蒸気発生装置（１０ａ）として１つのケーシング内に収容した過熱蒸気発生装置である。
尚、図中の（３２）は水道水入口、（３３）は蒸気調整装置、（３４）（３５）はトランスである。
図４に示す過熱蒸気発生装置は、ボイラと過熱蒸気発生装置とを１つのケーシング内に収容しているので、使い勝手が良く、様々な場所で簡易に使用できる、汎用性に優れた過熱蒸気発生装置となる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明に係る加熱処理装置の実施例及び比較例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。但し、本発明は以下の実施例により何ら限定されない。
（実施例）
図３に示す加熱処理装置を使用し、容積３０Ｌの容器内に、２５Ｌ（約１５ｋｇ）のレアメタルを含んだ汚泥（被処理物）を収容した。
発熱体としては、インコネル６００製のシームレスパイプ（外径１７．１ｍｍの１０Ａ、長さ５．２ｍ）をコイル状に加工したものを使用した。
表面被覆材としては、アルミナを主体とした多数のセラミック製ボール（直径０．３〜５．０ｍｍの異なる径のものをランダムに混合したもの）とアロンセラミックＣ（東亞合成株式会社製）とを２：１の割合としたものを使用した。
電源トランスは１０ｋＷのものを使用し、発熱体に１０Ｖ・５００Ａの電流を印加したところ、発熱体の温度は約２５分で９００℃まで上昇し、４５分後に８００℃の過熱蒸気を過熱蒸気出口管から取り出すことができた。取り出した過熱蒸気は、図３に示すように容器に収容された被処理物へと直接吹き付けられた。
２時間処理を継続した後、処理を終了して装置内部を確認した。
容器に収容されていた被処理物に含まれる汚泥は全て熱分解・乾留され、容器内には乾燥した炭化物に近い状態の残渣が残っていた。
容器内の残留物を分析した結果、レアメタルの回収率は９５％であった。
【００６３】
（比較例）
実施例と同じ容器内に同じ汚泥（被処理物）を同じ量収容した後、この容器を加熱炉内に投入して灯油バーナで加熱して約８時間加熱した。
容器内の残留物を分析した結果、レアメタルの回収率は８６％であった。
【００６４】
（考察）
上記結果から明らかなように、実施例（本発明に係る加熱処理装置）を使用した場合は、比較例（従来の装置）を使用した場合に比べて、レアメタルの回収率は１１０．５％と向上し、処理時間は約１／４に大幅に短縮された。更に、ＣＯ２の排出量は０であるため、耐環境性の観点でも非常に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る表面被覆材は、ロータリーキルンの内面処理、耐酸性を要求される熱分解装置の内面処理、焼却炉の内面処理等に利用可能であり、本発明に係る過熱蒸気発生装置は、医療系廃棄物処理、廃プラスチック処理、廃油処理（特に船舶系廃油の船内処理）、産業汚泥処理、食品加熱処理、衣料クリーニング、清掃作業等に利用可能であり、本発明に係る加熱処理装置は、レアメタルの回収、廃油・廃プラスチック、医療系廃棄物の処理のために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る表面被覆材を用いた過熱蒸気発生装置を示す断面図である。
【図２】図１のヒータ部分の断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置を示す図である。
【図４】本発明に係る過熱蒸気発生装置の応用例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 発熱体
２ 表面被覆材
２ａ セラミック製ボール
２ｂ 耐熱性セラミック接着剤
３ ヒータ
８ 過熱蒸気出口管（パイプ）
１０ 過熱蒸気発生装置
１１ 電線
１４ 冷却器
１９ 容器
２１ 電源トランス
２３ 隔壁
２４ 空間（上部空間）
２５ 空間（下部空間）
３０ 加熱処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材、並びにこの表面被覆材を用いたヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びにこの過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼却炉などの高温環境下に晒される設備においては、熱による損傷を防ぐために壁材がセラミックにより形成されているものが多く存在している。
しかしながら、壁材全体をセラミックで製造しようとすると、大型の焼成炉を使用しての高温での焼成処理が必要であるため、大掛かりな設備を必要とし、製造に長期間を要し、製造コストも高くなるという問題があった。
【０００３】
一方、金属製の炉壁の表面にセラミック粉末を溶射してセラミック皮膜を形成する方法も知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
この方法によれば、壁材全体をセラミックで製造する場合に比べると、期間やコストの点で有利である。
しかしながら、この方法は、高温での溶射作業を必要とするため施工が容易ではなく、また厚い皮膜を形成することは困難であるため、十分な耐熱性向上効果が得られない場合があった。また、セラミックと金属との熱膨張係数の違いから、使用に伴って亀裂が生じるおそれがあった。
【０００４】
また、従来、金属製の発熱体を備えたヒータや過熱蒸気発生装置においては、発熱体が高温になると空気中の酸素と反応して高温酸化することにより、破損が生じ易くなるという問題があった。
【０００５】
また、近年、金や白金等のレアメタルの価格が急上昇しており、使用済のレアメタルの回収が盛んに行われている。
しかしながら、従来の方法では、レアメタルを含んだ被処理物を外部からヒータ等で加熱していたため、熱効率が悪く、回収効率も低かった。また、加熱により発生する酸性ガスによってヒータが損傷してしまうという問題があった。
また、従来、廃油・廃プラスチックの熱分解処理においても、熱効率やヒータの損傷等について同様の問題があり、医療系廃棄物の処理においては、使用済注射器等を確実に滅菌処理できる簡易な装置はなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４９６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、短期間で容易に施工することが可能であり、十分な耐熱性向上効果を得ることができ、熱膨張係数の違いによる亀裂の発生が生じない表面被覆材、この表面被覆材を用いることにより高温酸化による破損を防ぐことができるヒータ及び過熱蒸気発生装置、この過熱蒸気発生装置を用いることにより熱効率に優れ酸性ガスによるヒータの損傷を防止できる加熱処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材であって、多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなることを特徴とする表面被覆材に関する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記耐熱性セラミック接着剤の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であることを特徴とする請求項１記載の表面被覆材に関する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記耐熱性セラミック接着剤が、耐熱温度１２００℃以上であり且つ耐食性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の表面被覆材に関する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記セラミック製ボールの直径が０．３〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の表面被覆材に関する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記セラミック製ボールと前記耐熱性セラミック接着剤の体積比が２：１〜３：１であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の表面被覆材に関する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、導電性材料からなる発熱体と、該発熱体に通電するための電流を供給する電源とからなり、前記発熱体の表面の全部又は一部が、請求項１乃至５いずれかに記載の表面被覆材により被覆されていることを特徴とするヒータに関する。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６記載のヒータを備えた過熱蒸気発生装置であって、前記発熱体がパイプからなり、該パイプの内部に飽和蒸気を流通させて過熱蒸気として取り出すことを特徴とする過熱蒸気発生装置に関する。
【００１５】
請求項８に係る発明は、前記電源から前記発熱体に電流を供給する電線を冷却するための冷却器を備えており、前記冷却器にて使用された後の冷却水を、前記飽和蒸気を発生させるボイラへの供給水として使用することを特徴とする請求項７記載の過熱蒸気発生装置に関する。
【００１６】
請求項９に係る発明は、加熱処理される被処理物を収容する容器と、前記被処理物を加熱する加熱装置とを備えており、前記加熱装置が、請求項７又は８記載の過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気を使用して前記被処理物を加熱することを特徴とする加熱処理装置に関する。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、前記容器と前記過熱蒸気発生装置のヒータが隔壁により隔てられた別の空間に収容されており、前記過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気は、パイプを通って前記容器に収容された被処理物に直接吹き付けられることを特徴とする請求項９記載の加熱処理装置に関する。
【００１８】
請求項１１に係る発明は、前記被処理物がレアメタルを含んだものであり、該被処理物からレアメタルを回収することを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【００１９】
請求項１２に係る発明は、前記被処理物が医療系廃棄物であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【００２０】
請求項１３に係る発明は、前記被処理物が廃油であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【００２１】
請求項１４に係る発明は、前記被処理物が廃プラスチックであることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置に関する。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明によれば、多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなる表面被覆材であるから、被覆対象物に対して塗布・接着することにより短期間で容易に施工することが可能である。また、セラミック材料からなるために耐熱性・絶縁性・耐食性に優れており、被覆対象物の耐熱性・絶縁性・耐食性を向上させることができる。更に、金属等の被覆対象物が加熱により膨張した時に、セラミック製ボールが転動することにより、被覆対象物からの表面被覆材の剥離や亀裂の発生を防ぐことができる。
【００２３】
請求項２に係る発明によれば、耐熱性セラミック接着剤の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であることによって、炭素鋼やステンレス等からなる被覆対象物との熱膨張係数の差が小さくなり、加熱時における被覆対象物からの表面被覆材の剥離や亀裂の発生をより確実に防ぐことができる。
【００２４】
請求項３に係る発明によれば、耐熱性セラミック接着剤が、耐熱温度１２００℃以上であり且つ耐食性を有することにより、被覆対象物の耐熱性を大きく向上させることができ、高い耐熱性及び耐食性を要求される加熱炉内壁などの表面被覆材として好適に使用することが可能である。
【００２５】
請求項４に係る発明によれば、セラミック製ボールの直径が０．３〜５．０ｍｍであることにより、セラミック製ボールの転動作用を発揮させながら、被覆対象物の表面に塗布した時に平滑な表面を得ることができる。
【００２６】
請求項５に係る発明によれば、セラミック製ボールと耐熱性セラミック接着剤の体積比が２：１〜３：１であることにより、優れた施工性と表面被覆材の破損防止効果とを両立させることができる。
【００２７】
請求項６に係る発明によれば、導電性材料からなる発熱体と、発熱体に通電するための電流を供給する電源とからなり、発熱体の表面の全部又は一部が、請求項１乃至５いずれかに記載の表面被覆材により被覆されているヒータであるから、発熱体の伸縮に表面被覆材が追従して変形することが可能となり、セラミックの損傷が生じにくいセラミックヒータが得られる。
【００２８】
請求項７に係る発明によれば、請求項６記載のヒータを備えた過熱蒸気発生装置であって、発熱体がパイプからなり、該パイプの内部に飽和蒸気を流通させて過熱蒸気として取り出す過熱蒸気発生装置であるから、短時間で効率良く過熱蒸気を発生させることが可能であるとともに、表面被覆材によって発熱体であるパイプの高温酸化を防ぐことができる。また、装置を小型化することが容易であり、様々な場所で簡単に使用することが可能な汎用性の高い装置とすることができる。
【００２９】
請求項８に係る発明によれば、電源から発熱体に電流を供給する電線を冷却するための冷却器を備えており、冷却器にて使用された後の冷却水を、飽和蒸気を発生させるボイラへの供給水として使用することから、ボイラの熱効率を向上させることができる。
【００３０】
請求項９に係る発明によれば、加熱処理される被処理物を収容する容器と、被処理物を加熱する加熱装置とを備えており、加熱装置が、請求項７記載の過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気を使用して被処理物を加熱する加熱処理装置であるから、被処理物を過熱蒸気により効率良く加熱することができる。
【００３１】
請求項１０に係る発明によれば、容器と過熱蒸気発生装置が隔壁により隔てられた別の空間に収容されており、過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気は、パイプを通って容器に収容された被処理物に直接吹き付けられることにより、加熱により発生する酸性ガスによってヒータが損傷してしまうことを防ぐことができるとともに、被処理物を過熱蒸気で効率良く加熱することが可能である。
【００３２】
請求項１１に係る発明によれば、レアメタルを含んだ被処理物を過熱蒸気で効率良く加熱することが可能であり、短時間で且つ高い回収率でレアメタルを回収することができる。
【００３３】
請求項１２に係る発明によれば、使用済注射器等の医療系廃棄物を、高温の過熱蒸気により確実に且つ簡単に滅菌処理することができる。
【００３４】
請求項１３に係る発明によれば、廃油を熱分解して燃料油を効率良く回収することができる。
【００３５】
請求項１４に係る発明によれば、廃プラスチックを熱分解して燃料油を効率良く回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る表面被覆材、並びにこの表面被覆材を用いたヒータ及び過熱蒸気発生装置、並びにこの過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置の好適な実施形態について、図面を適宜参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る表面被覆材を用いた過熱蒸気発生装置を示す断面図である。
本発明に係る過熱蒸気発生装置（１０）は、導電性材料からなる発熱体（１）と、発熱体（１）に通電するための電流を供給する電源（図示せず）とからなるとともに、発熱体（１）の表面の全部又は一部（図示例では全部）が表面被覆材（２）により被覆されているヒータ（３）により、飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を発生させるものである。
【００３７】
発熱体（１）は、図示例ではＵ字状に屈曲されたパイプから構成されており、インコネル、ハロステロイ、ＳＵＳ３１０Ｓ、炭素繊維、黒鉛等の高耐熱性の導電性材料から形成されている。尚、発熱体（１）を構成するパイプは直線状であってもよいし、複数本使用してもよい。
発熱体（１）の一端部及び他端部には、それぞれフランジ部材（４）、パッキン（５）、接続部材（６）を介して、飽和蒸気供給管（７）及び過熱蒸気出口管（８）が接続されている。
【００３８】
フランジ部材（４）は発熱体（１）に外嵌されており、その一面側がヒータ（３）に固定され、他面側には高温用の銅製パッキン（５）を介して筒状のセラミック製の接続部材（６）が外嵌固定されている。
接続部材（６）は、発熱体（１）と飽和蒸気供給管（７）及び過熱蒸気出口管（８）とを絶縁する為に設けられており、２つの孔を有するプレート状の金属製保持部材（９）の孔部分に保持固定されている。
【００３９】
発熱体（１）の両端部には、それぞれ電力供給用の電線（１１）を介して電源（図示せず）のプラス端子（１２ａ）とマイナス端子（１２ｂ）が接続されており、これら２つの端子を介して電源から発熱体（１）に電流が印加される。
電線（１１）は、保持部材（９）の外縁近傍位置に設けられた小孔を貫通して取り出されており、小孔には電線（１１）と保持部材（９）とを絶縁するための筒状の絶縁材（１３）が嵌合されている。
【００４０】
電線（１１）には、保持部材（９）と端子（１２ａ）（１２ｂ）との中間位置に、電線の過熱を防止するための小型ジャケット式冷却器（１４）が取り付けられている。
冷却水入口（１５）から冷却器（１４）に供給された冷却水は、電線（１１）を冷却することにより加熱された後、冷却水出口（１６）から取り出されて、飽和蒸気供給管（７）へと供給される飽和蒸気を発生するボイラ（図示せず）への供給水として使用される。これにより、ボイラの熱効率を向上させることができる。尚、冷却水ラインには、電気的被害（感電）を防止するためにアース（１７）が施されている。
【００４１】
図２は図１のヒータ部分の断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
図示の如く、パイプからなる発熱体（１）の表面は、表面被覆材（２）により被覆されている。
表面被覆材（２）は、多数のセラミック製ボール（２ａ）の隙間に、セラミック製ボール（２ａ）と発熱体（被覆対象物）（１）並びにセラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）を充填したものである。
【００４２】
セラミック製ボール（２ａ）は、アルミナ、シリカ、ジルコニア等を主成分とする直径０．３〜５．０ｍｍ程度の球であり、多数のセラミック製ボール（２ａ）が耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）により互いに接着されて直方体状に成形されている。
セラミック製ボール（２ａ）は同じ直径のもののみを使用してもよいし、異なる直径のものを混合して使用してもよい。異なる直径のものを混合して使用すると、被覆対象物の変形に対する追従性が向上するため好ましい。
【００４３】
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）は、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミックを主成分とするペースト状の接着剤である。
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）としては、熱膨張係数（線膨張率）８×１０−６〜１７×１０−６、耐熱温度１２００℃以上、接着強度２００ｋｇｆ／ｃｍ２以上、曲げ強さ４５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上であって、耐食性に優れているという特性を有するものを使用することが好ましい。
このような特性を有するものとしては、東亞合成株式会社製のアロンセラミックＣ及びアロンセラミックＤ（いずれも商品名）を例示することができる。但し、同様の特性を有するものであれば、他の接着剤を使用してもよいことは言うまでも無い。
尚、アロンセラミックＣは、シリカを主成分とし、白色一液ペースト状、粘度７０，０００ｃｐｓ、密度１．９、ｐＨ１２という物性を有する。アロンセラミックＤは、アルミナを主成分とし、白色一液ペースト状、粘度５０，０００ｃｐｓ、密度２．３、ｐＨ１２という物性を有する。
【００４４】
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であると、炭素鋼やステンレス等の金属の熱膨張係数と同等となるため、発熱体（被覆対象物）が金属である場合に、発熱体と耐熱性セラミック接着剤との熱膨張係数の差が小さくなり、発熱体が熱膨張した時に表面被覆材の剥離や亀裂が生じることを確実に防止できるようになる。
【００４５】
耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）の耐熱温度が１２００℃以上であると、発熱体（被覆対象物）の耐熱性を大きく向上させることができ、高い耐熱性を要求される加熱炉内壁などの表面被覆材として好適に使用することが可能となる。
【００４６】
また、耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）は、９０〜１５０℃程度の温度による１〜２時間程度の加熱により硬化するものであることが好ましい。
この程度の低温で且つ短時間で硬化することができれば、施工性に優れるためである。
上述したアロンセラミックＣ及びアロンセラミックＤは、塗布後、室温で１６時間以上放置し、約９０℃で１時間加熱脱水し、１５０℃で１時間以上加熱硬化させた後、自然放冷することにより使用することができる。
【００４７】
表面被覆材（２）におけるセラミック製ボール（２ａ）と耐熱性セラミック接着剤（２ｂ）の体積比は特に限定はされないが、２：１〜３：１の範囲、好ましくは２：１程度に設定することが好ましい。
セラミック製ボール（２ａ）の割合が少なすぎると、耐熱性セラミック接着剤の硬化に時間がかかるために施工性が低下し、逆に多すぎると、被覆対象物が熱膨張した時に追従して変形することができずに表面被覆材の剥離や亀裂が生じるおそれがある。
【００４８】
本明細書及び図面では、上述した本発明に係る表面被覆材（２）の代表的な適用例として、セラミックヒータ、過熱蒸気発生装置、加熱処理装置への適用例を示している。
しかし、本発明に係る表面被覆材（２）の用途はこれらに限定されるものではなく、高温環境下で使用される物体表面を被覆する被覆材として、他の多種多様な用途に適用可能である。
例えば、ロータリーキルンの内面処理、耐酸性を要求される熱分解装置の内面処理、焼却炉の内面処理などに適用することができる。
【００４９】
以下、本発明に係る過熱蒸気発生装置の作用について説明する。
先ず、電源（図示せず）から電線（１１）を介して発熱体（１）に電流を印加することにより、発熱体（１）を約９５０℃まで加熱する。この発熱体の昇温は、非常に短時間で達成できる。
次いで、加熱された発熱体（１）の内部に、ボイラ（図示せず）にて発生した飽和蒸気を、飽和蒸気供給管（７）を通して供給する。
すると、飽和蒸気は、発熱体（１）の内部を通過する間に過熱され、約８００〜８５０℃の過熱蒸気となって過熱蒸気出口管（８）から取り出される。
尚、発熱体（１）の加熱温度は、所望する過熱蒸気の温度に応じて適宜変更することができる。
【００５０】
このように、本発明に係る過熱蒸気発生装置によれば、ボイラより供給された飽和蒸気を、約９５０℃まで加熱された発熱体（１）の内部を流通させることにより、短時間で約８００〜８５０℃の過熱蒸気を得ることができる。また、装置を小型化することも容易である。
また、発熱体（１）の表面が、上述した表面被覆材（２）により被覆されていることによって、発熱体（１）であるパイプの高温酸化を防ぐことができるとともに、発熱体（１）の伸縮に対して表面被覆材（２）が追従変形することが可能であるため、表面被覆材（２）の発熱体（１）表面からの剥離や亀裂発生を防ぐことができる。
【００５１】
また、過熱蒸気発生装置の一部を構成しているヒータ（本発明に係るヒータ）は、表面被覆材を構成するセラミックの遠赤外線放射によって周囲を加熱することができるセラミックヒータであって、短時間で効率良く加熱することが可能であり、セラミックの損傷が生じにくいものとなる。
【００５２】
図３は、本発明に係る過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置を示す図である。
加熱処理装置（３０）は、加熱処理される被処理物（１８）を収容する容器（１９）と、容器（１９）内の被処理物（１８）を加熱する加熱装置とを備えており、この加熱装置として上述した過熱蒸気発生装置を利用したものである。
本発明に係る加熱処理装置としては、レアメタル回収装置、医療系廃棄物処理装置、廃油処理装置、廃プラスチック処理装置などが例示できるが、これらに限定はされない。
【００５３】
図３に示されている過熱蒸気発生装置は、図１に示した装置と比較して若干の形状・配置の変更（例えば、発熱体は、図１ではＵ字状であるが、図３では直線状である）や細部の図示の省略（フランジ部材等）があるが、基本構成は図１に示した装置と同じであり、図１と図３とで同じ符号を付しているものは、同一又は対応する構成要素である。
【００５４】
過熱蒸気発生装置は、商用電源（図示せず）から電源トランス（２１）及び電線（１１）を介して発熱体（１）に電流を印加することにより、発熱体（１）を約９５０℃まで加熱する。
次いで、加熱された発熱体（１）の内部に、ボイラ（２２）にて発生した飽和蒸気を、飽和蒸気供給管（７）を通して供給する。
すると、飽和蒸気は、発熱体（１）の内部を通過する間に過熱され、約８００〜８５０℃の過熱蒸気となって過熱蒸気出口管（８）から取り出される。
【００５５】
容器（１９）と過熱蒸気発生装置とは、上下に隣接して隔壁（２３）により隔てられた別々の空間（２４）（２５）に配置されている。
これにより、レアメタル、医療系廃棄物、廃油、廃プラスチック等の被処理物を収容する容器（１９）を加熱した時に被処理物から酸性ガスが発生した場合でも、酸性ガスにより過熱蒸気発生装置のヒータ（２）が損傷してしまうことを防ぐことができる。
【００５６】
容器（１９）を収容する上部空間（２４）は、上部に熱分解ガス出口（２６）を有し、その他の部分は密閉された空間である。
容器（１９）は、この上部空間（２４）の下方位置に配置され、容器（１９）の加熱によって被処理物から発生する熱分解ガスは熱分解ガス出口（２６）から排出される。
熱分解ガス出口（２６）の周囲には、第２の小型ジャケット式冷却器（２７）が取り付けられており、冷却器（２７）を流れる冷却水により熱分解ガス出口（２６）を冷却することができる。
【００５７】
ここで、冷却水の流れについて説明する。
冷却水は、水道（図示せず）から供給されて純水装置（２８）により純水に変質された後、ポンプ（２９）の駆動により冷却水入口（１５）から小型ジャケット式冷却器（１４）に供給されることにより、電線（１１）を冷却する。
電線（１１）を冷却した冷却水は、その後、第２の小型ジャケット式冷却器（２７）へと供給されることにより、熱分解ガス出口（２６）を冷却する。
電線（１１）及び熱分解ガス出口（２６）を冷却した後の冷却水は、飽和蒸気供給管（７）へと供給される飽和蒸気を発生するボイラ（２２）への供給水として使用される。電線（１１）及び熱分解ガス出口（２６）を冷却した後の冷却水は、熱交換により温度が高くなっているため、これをボイラ（２２）に供給することにより、ボイラの熱効率を向上させることができる。尚、図中（２２ａ）はボイラ（２２）のフロートスイッチであり、（２１ａ）は電源トランス（２１）へと供給される電力を制御する制御盤である。
【００５８】
過熱蒸気発生装置のヒータ（３）を収容する下部空間（２５）は、上部空間（２４）の下方に隣接しており、ヒータは下部空間（２５）の上方位置に配置される。これにより、ヒータを構成する表面被覆材（２）のセラミックの発熱を、隔壁（２３）を介して容器（１９）へと伝達することができる。
また、ヒータを通過して過熱蒸気出口管（８）から取り出された約８００〜８５０℃の過熱蒸気は、そのまま過熱蒸気出口管（パイプ）（８）を通って下部空間（２５）から取り出された後、上部空間（２４）へと導入されて容器（１９）に収容された被処理物に対して直接吹き付けられる。
これにより、被処理物を、熱容量の大きい過熱蒸気（乾燥熱風の約４倍の熱量）により内部から効率良く加熱することが可能である。
【００５９】
このように、容器（１９）に収容された被処理物が下部からヒータ（３）の熱により加熱され、同時に過熱蒸気の吹き付けにより直接加熱されることにより、被処理物中に含まれる汚泥や高分子油等は短時間で熱分解・乾留して熱分解ガス出口（２６）から排出され、容器（１９）に残ったレアメタル等を効率良く回収することができる。
尚、被処理物が、廃油や廃プラスチックである場合には、熱分解ガス出口（２６）から排出された熱分解ガスから燃料油を回収することができる。また、被処理物が、医療系廃棄物（医療系特別管理廃棄物）である場合には、医療系廃棄物を確実に滅菌処理することができる。
【００６０】
尚、空間（２４）（２５）は、隔壁（２３）を介して左右に隣接するように配置してもよい。この場合、容器（１９）とヒータとは隔壁（２３）を挟んだ熱伝達が可能なように、隔壁（２３）を挟んで近い位置に配置することが好ましい。
【００６１】
図４は、本発明に係る過熱蒸気発生装置の応用例を示す概略図である。
これらは、ボイラと過熱蒸気発生装置とを１つのケーシング内に収容したものであり、図４（ａ）はボイラ（２２）と過熱蒸気発生装置（１０）とを別体の状態で１つのケーシング内に収容した過熱蒸気発生装置であり、図４（ｂ）はボイラと過熱蒸気発生装置とを一体化して蒸気発生機能を含む過熱蒸気発生装置（１０ａ）として１つのケーシング内に収容した過熱蒸気発生装置である。
尚、図中の（３２）は水道水入口、（３３）は蒸気調整装置、（３４）（３５）はトランスである。
図４に示す過熱蒸気発生装置は、ボイラと過熱蒸気発生装置とを１つのケーシング内に収容しているので、使い勝手が良く、様々な場所で簡易に使用できる、汎用性に優れた過熱蒸気発生装置となる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明に係る加熱処理装置の実施例及び比較例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。但し、本発明は以下の実施例により何ら限定されない。
（実施例）
図３に示す加熱処理装置を使用し、容積３０Ｌの容器内に、２５Ｌ（約１５ｋｇ）のレアメタルを含んだ汚泥（被処理物）を収容した。
発熱体としては、インコネル６００製のシームレスパイプ（外径１７．１ｍｍの１０Ａ、長さ５．２ｍ）をコイル状に加工したものを使用した。
表面被覆材としては、アルミナを主体とした多数のセラミック製ボール（直径０．３〜５．０ｍｍの異なる径のものをランダムに混合したもの）とアロンセラミックＣ（東亞合成株式会社製）とを２：１の割合としたものを使用した。
電源トランスは１０ｋＷのものを使用し、発熱体に１０Ｖ・５００Ａの電流を印加したところ、発熱体の温度は約２５分で９００℃まで上昇し、４５分後に８００℃の過熱蒸気を過熱蒸気出口管から取り出すことができた。取り出した過熱蒸気は、図３に示すように容器に収容された被処理物へと直接吹き付けられた。
２時間処理を継続した後、処理を終了して装置内部を確認した。
容器に収容されていた被処理物に含まれる汚泥は全て熱分解・乾留され、容器内には乾燥した炭化物に近い状態の残渣が残っていた。
容器内の残留物を分析した結果、レアメタルの回収率は９５％であった。
【００６３】
（比較例）
実施例と同じ容器内に同じ汚泥（被処理物）を同じ量収容した後、この容器を加熱炉内に投入して灯油バーナで加熱して約８時間加熱した。
容器内の残留物を分析した結果、レアメタルの回収率は８６％であった。
【００６４】
（考察）
上記結果から明らかなように、実施例（本発明に係る加熱処理装置）を使用した場合は、比較例（従来の装置）を使用した場合に比べて、レアメタルの回収率は１１０．５％と向上し、処理時間は約１／４に大幅に短縮された。更に、ＣＯ２の排出量は０であるため、耐環境性の観点でも非常に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る表面被覆材は、ロータリーキルンの内面処理、耐酸性を要求される熱分解装置の内面処理、焼却炉の内面処理等に利用可能であり、本発明に係る過熱蒸気発生装置は、医療系廃棄物処理、廃プラスチック処理、廃油処理（特に船舶系廃油の船内処理）、産業汚泥処理、食品加熱処理、衣料クリーニング、清掃作業等に利用可能であり、本発明に係る加熱処理装置は、レアメタルの回収、廃油・廃プラスチック、医療系廃棄物の処理のために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る表面被覆材を用いた過熱蒸気発生装置を示す断面図である。
【図２】図１のヒータ部分の断面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る過熱蒸気発生装置を用いた加熱処理装置を示す図である。
【図４】本発明に係る過熱蒸気発生装置の応用例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 発熱体
２ 表面被覆材
２ａ セラミック製ボール
２ｂ 耐熱性セラミック接着剤
３ ヒータ
８ 過熱蒸気出口管（パイプ）
１０ 過熱蒸気発生装置
１１ 電線
１４ 冷却器
１９ 容器
２１ 電源トランス
２３ 隔壁
２４ 空間（上部空間）
２５ 空間（下部空間）
３０ 加熱処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材であって、
多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなることを特徴とする表面被覆材。
【請求項２】
前記耐熱性セラミック接着剤の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であることを特徴とする請求項１記載の表面被覆材。
【請求項３】
前記耐熱性セラミック接着剤が、耐熱温度１２００℃以上であり且つ耐食性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の表面被覆材。
【請求項４】
前記セラミック製ボールの直径が０．３〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の表面被覆材。
【請求項５】
前記セラミック製ボールと前記耐熱性セラミック接着剤の体積比が２：１〜３：１であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の表面被覆材。
【請求項６】
導電性材料からなる発熱体と、
該発熱体に通電するための電流を供給する電源とからなり、
前記発熱体の表面の全部又は一部が、請求項１乃至５いずれかに記載の表面被覆材により被覆されていることを特徴とするヒータ。
【請求項７】
請求項６記載のヒータを備えた過熱蒸気発生装置であって、
前記発熱体がパイプからなり、該パイプの内部に飽和蒸気を流通させて過熱蒸気として取り出すことを特徴とする過熱蒸気発生装置。
【請求項８】
前記電源から前記発熱体に電流を供給する電線を冷却するための冷却器を備えており、
前記冷却器にて使用された後の冷却水を、前記飽和蒸気を発生させるボイラへの供給水として使用することを特徴とする請求項７記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項９】
加熱処理される被処理物を収容する容器と、
前記被処理物を加熱する加熱装置とを備えており、
前記加熱装置が、請求項７又は８記載の過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気を使用して前記被処理物を加熱することを特徴とする加熱処理装置。
【請求項１０】
前記容器と前記過熱蒸気発生装置のヒータが隔壁により隔てられた別の空間に収容されており、
前記過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気は、パイプを通って前記容器に収容された被処理物に直接吹き付けられることを特徴とする請求項９記載の加熱処理装置。
【請求項１１】
前記被処理物がレアメタルを含んだものであり、該被処理物からレアメタルを回収することを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【請求項１２】
前記被処理物が医療系廃棄物であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【請求項１３】
前記被処理物が廃油であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【請求項１４】
前記被処理物が廃プラスチックであることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【請求項１】
高温環境下で使用される物体表面を被覆する表面被覆材であって、
多数のセラミック製ボールの隙間に、該セラミック製ボールと被覆対象物並びに該セラミック製ボール同士を接着可能である耐熱性セラミック接着剤を充填してなることを特徴とする表面被覆材。
【請求項２】
前記耐熱性セラミック接着剤の熱膨張係数が８×１０−６〜１７×１０−６であることを特徴とする請求項１記載の表面被覆材。
【請求項３】
前記耐熱性セラミック接着剤が、耐熱温度１２００℃以上であり且つ耐食性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の表面被覆材。
【請求項４】
前記セラミック製ボールの直径が０．３〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の表面被覆材。
【請求項５】
前記セラミック製ボールと前記耐熱性セラミック接着剤の体積比が２：１〜３：１であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の表面被覆材。
【請求項６】
導電性材料からなる発熱体と、
該発熱体に通電するための電流を供給する電源とからなり、
前記発熱体の表面の全部又は一部が、請求項１乃至５いずれかに記載の表面被覆材により被覆されていることを特徴とするヒータ。
【請求項７】
請求項６記載のヒータを備えた過熱蒸気発生装置であって、
前記発熱体がパイプからなり、該パイプの内部に飽和蒸気を流通させて過熱蒸気として取り出すことを特徴とする過熱蒸気発生装置。
【請求項８】
前記電源から前記発熱体に電流を供給する電線を冷却するための冷却器を備えており、
前記冷却器にて使用された後の冷却水を、前記飽和蒸気を発生させるボイラへの供給水として使用することを特徴とする請求項７記載の過熱蒸気発生装置。
【請求項９】
加熱処理される被処理物を収容する容器と、
前記被処理物を加熱する加熱装置とを備えており、
前記加熱装置が、請求項７又は８記載の過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気を使用して前記被処理物を加熱することを特徴とする加熱処理装置。
【請求項１０】
前記容器と前記過熱蒸気発生装置のヒータが隔壁により隔てられた別の空間に収容されており、
前記過熱蒸気発生装置により発生した過熱蒸気は、パイプを通って前記容器に収容された被処理物に直接吹き付けられることを特徴とする請求項９記載の加熱処理装置。
【請求項１１】
前記被処理物がレアメタルを含んだものであり、該被処理物からレアメタルを回収することを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【請求項１２】
前記被処理物が医療系廃棄物であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【請求項１３】
前記被処理物が廃油であることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【請求項１４】
前記被処理物が廃プラスチックであることを特徴とする請求項９又は１０記載の加熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２６６６６９（Ｐ２００９−２６６６６９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１５７７１（Ｐ２００８−１１５７７１）
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【出願人】（５９７１２０９７２）オリエントコンピュータ株式会社 (56)
【出願人】（５０３２５１８６８）株式会社エコテックビジネス (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２５日（２００８．４．２５）
【出願人】（５９７１２０９７２）オリエントコンピュータ株式会社 (56)
【出願人】（５０３２５１８６８）株式会社エコテックビジネス (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]