JP2000042471A - 熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱処理炉の排ガス処理装置を小型化して、熱
処理炉全体の設備費を軽減すると共に、ランニングコス
トを節約する。 【解決手段】 高温空気を炉内(2）に供給する熱風供給
系(3) と、排ガスを浄化処理する排ガス処理系(5) と、
排ガス処理系(5) で処理すべき排ガスの一部を熱風供給
系(3) を介して炉内(2) へ還流する熱風循環系(6) を備
えている。熱風供給系(3) の燃焼室(9) には圧縮機(12)
で加圧された外気が供給されるので、十分な酸素が供給
でき燃焼が促進される。この燃焼室(9) に排ガスを還流
させると、有害成分が燃焼浄化されるので、その分、排
ガス処理装置(4) は小型のもので足り、設備費を軽減で
きる。また、高温の浄化ガスが排出されるので、これを
熱処理炉の熱源として再利用できる。しかも、燃焼室
(9) で生成された高温高圧空気によりタービン(10)を回
して発電機(11)により発電しているので、その電気を利
用することにより省エネ, ランニングコストの低減が図
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗料，印刷イン
キ，接着剤を乾燥させる乾燥炉のように加熱することに
より有害成分が発生するワークを加熱処理する熱処理炉
に関し、特に塗装用乾燥炉に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車ボディの塗膜を乾燥する塗
装用乾燥炉（熱処理炉）は、塗料に含まれる有機溶剤な
どの有害成分がそのまま炉外へ排出されないように、こ
れらの有害成分を含む排ガスを炉外へ導出して排ガス処
理装置で浄化処理した後、その浄化ガスを外部へ放出す
ると共に、これによって炉内温度が低下しないように高
温空気を炉内ヘ供給している。

【０００３】 排ガス処理装置としては、排ガスに含ま
れる有害成分を７００〜８００℃の温度下で直接燃焼さ
せて浄化処理するものと、３５０〜４５０℃の温度下で
触媒燃焼させて浄化処理するものがある。そして、触媒
燃焼タイプの排ガス処理装置は、直接燃焼タイプ型のも
のに比して、処理温度が低いことからエネルギー消費量
が少なく、小型に形成することができるというメリット
がある。

【０００４】 しかし、電着塗膜を乾燥させる乾燥炉で
発生する排ガスのように有害成分の濃度が高くヤニ成分
が多い場合には、触媒燃焼タイプの排ガス処理装置を用
いると触媒が目詰まりしたり触媒毒の作用により短期間
で処理能力が低下するため、エネルギー消費量の多い大
型の直接燃焼タイプの排ガス処理装置を使用せざるを得
ない。このため最近では、省エネ型の直接燃焼タイプの
排ガス処理装置が提案されており、これは、排ガス処理
装置で発生する熱を蓄熱層に回収して再利用するもの
で、一般に蓄熱型排ガス処理装置と称されている（特開
平５−３３２５２３号，同３３２５２４号，同６６００
５号公報参照）。

【０００５】 この蓄熱型の排ガス処理装置は、排ガス
に含まれる有害成分を直接燃焼させて浄化処理する排ガ
ス処理室に対して、高温の浄化ガスの熱を回収する蓄熱
層を配した複数の蓄熱室が並列に設けられており、一の
蓄熱室から排ガスを導入して他の蓄熱室から浄化ガスを
排出すると共に、その導入側及び排出側を順次交互に切
り換えて連続的に浄化処理を行うようになされている。

【０００６】 そして、この場合に、各蓄熱室の蓄熱層
は、排ガス処理室から高温の浄化ガスを排出する際にそ
の排ガスの熱を蓄えると共に、炉内から送給された比較
的低温の排ガスを導入する際に当該蓄熱層の熱を放熱し
て排ガスを予熱するように成されている。このように、
蓄熱型の排ガス処理装置は、排ガスを浄化するために消
費したエネルギーを回収して再利用しているので、熱の
利用効率がかなり高く、省エネ効果も高い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、全長１
００ｍ以上もある塗装用乾燥炉から排出される排ガスの
処理量は膨大であり、排ガス処理装置の負荷が大きく、
しかも、この排ガスに含まれる有害成分を直接燃焼によ
り浄化処理するためには８００℃前後の高温に維持する
必要があることから、熱の利用効率の優れた蓄熱型排ガ
ス処理装置を使用して省エネを図っても、エネルギーの
絶対的な消費量はまだ多く、そのランニングコストも嵩
むという問題がある。また、直接燃焼タイプの排ガス処
理装置は、排ガス処理室や個々の蓄熱室も大きく装置全
体が大型になり、設備費が嵩むだけでなく、広い設置ス
ペースが必要となるという問題があった。

【０００８】 一方、工業用の気体原動機としてガスタ
ービンエンジンが知られているが、これは、有効回転出
力を速度型膨張機であるタービンから取り出すもので、
燃焼室で発生した高温高圧空気でタービンを回転させ、
そのタービンで圧縮機を回転させて、燃焼室への酸素消
費量を増大させると共に、燃焼室内の圧力を上昇させ
る。これにより、さらに大きな有効回転出力を得て、そ
の回転出力を利用して発電機を駆動したり、他の動力源
として用いたりするものである。そして、このガスター
ビンエンジンの燃焼室は、高い圧力を得るために比較的
小型に形成されており、本発明者らの実験によれば、運
転中の燃焼室内温度は９００℃前後の均一な温度分布に
なるため、排ガスを浄化処理する条件に適していること
が判明し、また、タービンを通過した後の空気も、５０
０〜６００℃前後の高温に維持されていた。

【０００９】 そこで本発明は、このような知見に基づ
き、ガスタービンエンジンの技術を利用することにより
熱処理炉の排ガス処理装置を小型化し、熱処理炉全体の
設備費を軽減し、ランニングコストを節約することを技
術的課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、炉内へ高温空気を導入する熱風供給系
と、炉内で発生した有害成分を含む排ガスを排ガス処理
装置で浄化処理する排ガス処理系を備えた熱処理炉にお
いて、前記熱風供給系には、高温高圧空気を生成する燃
焼室と、当該高温高圧空気により回転駆動されるタービ
ンと、当該タービンの回転力を電気エネルギーに変換す
る発電機と、前記タービンの回転軸に取り付けられて回
転され、外気を加圧して前記燃焼室に供給する圧縮機と
を備えた熱風発生装置が介装され、前記炉内から排ガス
処理装置へ送給すべき排ガスの一部を前記熱風供給系の
燃焼室に強制的に還流させ、当該熱風供給系を介して再
び炉内へ供給する熱風循環系が形成されたことを特徴と
する。

【００１１】 本発明によれば、炉内に高温空気を供給
する熱風供給系と、炉内で生じた排ガスを排ガス処理装
置で浄化処理する排ガス処理系と、前記排ガス処理装置
に送給すべき排ガスの一部を前記熱風供給系を介して再
び炉内に送給する熱風循環系を備えている。

【００１２】 熱風供給系に介装された熱風発生装置
は、外気が加圧されて燃焼室に供給されるので、その
分、酸素供給量が多くなり、燃焼が促進されて燃焼室内
が高温になり、この燃焼室に、炉内で生じた排ガスの一
部を送給すれば、排ガスに含まれる可燃性の有害成分が
燃焼されて浄化され、しかも高温の浄化ガスとして排出
されるので、この浄化ガスが熱処理炉の熱源となる高温
空気として再び炉内に送給される。

【００１３】 したがって、燃焼室に排ガスを還流させ
る分、排ガス処理装置で処理すべき排ガス処理量を減少
させることができるので、小型の排ガス処理装置でも十
分に排ガスを処理することができ、その設備費，ランニ
ングコストが低減される。

【００１４】 また、燃焼室で生成された高温高圧空気
でタービンが駆動されて圧縮機が回転されるので、外気
を加圧供給するためのエネルギーを別途供給する必要が
ない。さらに、タービンにより発電機を駆動させて、電
力会社から購入するコストより安価に電気エネルギーを
得ることができるので、これを利用することにより省エ
ネを図り、または、余剰電気エネルギーがある場合には
これを電力会社に売却することによりその利益をコスト
に還元することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る熱処
理炉の一例として塗装用乾燥炉を示すフローシートであ
る。

【００１６】 本例の塗装用乾燥炉（熱処理炉）１は、
炉内２へ高温空気を導入する熱風供給系３と、炉内２で
発生した有害成分を含む排ガスを排ガス処理装置４で浄
化処理する排ガス処理系５と、前記排ガス処理装置４へ
送給すべき排ガスの一部を再び炉内２へ供給する熱風循
環系６を備えている。

【００１７】 熱風供給系３は、外気採入口８inから採
り入れた外気を熱風発生装置８で高温に加熱して、その
高温空気を熱風供給ダクト７を介して送給し、乾燥炉１
に形成された輻射加熱ゾーンや対流加熱ゾーンなどの各
ゾーンごとに高温空気を循環するゾーン循環系２Ｃを介
して炉内２に送給されるように成されている。なお，ゾ
ーン循環系２Ｃには、ファン２ｆ，フィルタ２ｓが介装
され、熱風送風ダクト７はファン２ｆの吸込口側に接続
されている。

【００１８】 この熱風発生装置８は、高温高圧空気を
生成する燃焼室９と、当該燃焼室９で生成された高温高
圧空気により回転駆動されるタービン１０と、当該ター
ビン１０の回転力を電気エネルギーに変換する発電機１
１と、前記タービン１０の回転軸１０ａに取り付けられ
て回転され、外気を燃焼室９に加圧供給する圧縮機１２
とを備えている。この燃焼室９は、空気を加熱するバー
ナ９ａを備えると共に、加熱された空気を熱膨張させて
高い圧力を得るために比較的小型に形成されており、運
転中の燃焼室９内は、排ガスを浄化処理する条件に適し
た９００℃前後の均一な温度分布になる。

【００１９】 また、タービン１０を通過した後の空気
温度は５００〜６００℃程度に維持されていることか
ら、この熱は塗装用乾燥炉１の熱源として用いても余り
ある十分な温度を有している。したがって、熱風供給ダ
クト７には、タービン１０を通過した高温空気の余剰の
熱を回収する熱交換器７ａが介装され、熱交換器７ａで
回収された熱は熱媒送給管７ｂを介して任意の熱機器の
熱源として利用できる。

【００２０】 熱風循環系６は、炉内２で生成された排
ガスを前記燃焼室９内に還流させる還流ダクト１３と、
前記熱風供給系３の熱風供給ダクト７からなる。そし
て、還流ダクト１３にはターボブロア，コンプレッサな
どの送風機１４が介装されており、炉内２で発生した排
ガスを燃焼室９の圧力に抗して所要量だけ強制的に送給
できるように成されている。

【００２１】 また、排ガス処理系５は、炉内２で生成
された排ガスの一部を排ガス送給ダクト３inを介して排
ガス処理装置４に導入して浄化処理し、その浄化ガスを
浄化ガス送給ダクト３out を通して外部に排出し、また
は、必要に応じてさらにその一部を炉内２に還流するよ
うに成されている。

【００２２】 この排ガス処理装置４は、例えば蓄熱型
の直接燃焼タイプのものが用いられており、蓄熱層２１
Ａ，２１Ｂを配した二つの蓄熱室２２Ａ，２２Ｂが、排
ガスを７００〜９００℃程度に加熱してその排ガスに含
まれる可燃性有害成分を直接燃焼させることにより浄化
処理する排ガス処理室２３に対して並列に設けられてい
る。

【００２３】 各蓄熱室２２Ａ，２２Ｂには、前記排ガ
ス送給ダクト３inから分岐形成された排ガス導入ダクト
２４Ａ，２４Ｂと、排ガス処理室２３で浄化された浄化
ガスを排出する浄化ガス送給ダクト３out に合流接続さ
れた浄化ガス排出ダクト２５Ａ，２５Ｂと、前記排ガス
送給ダクト３inに介装された送風ファン２６の吸込口側
に接続されたパージダクト２７Ａ，２７Ｂが夫々配管さ
れている。なお、２８は、パージダクト２７Ａ，２７Ｂ
を介して、各蓄熱室２２Ａ，２２Ｂから排出される残留
排ガスを一時的に貯留するストレージタンクである。

【００２４】 この排ガス処理装置４によれば、一の蓄
熱室２２Ａ（２２Ｂ）から排ガスを導入して他の蓄熱室
２２Ｂ（２２Ａ）から浄化ガスを排出すると共に、その
導入側及び排出側を順次交互に切り換えて連続的に浄化
処理を行う。この場合に、各蓄熱室２２Ａ，２２Ｂの蓄
熱層２１Ａ，２１Ｂは、排ガス処理室２３から高温の浄
化ガスを排出する際にその排ガスの熱を蓄えると共に、
炉内２から送給された低温の排ガスを導入する際に当該
蓄熱層２１Ａ，２１Ｂの熱を放熱して排ガスを予熱する
ように成されている。

【００２５】 以上が本発明の一例構成であって、次に
その作用を説明する。まず、熱風発生装置８を起動して
燃焼室９のバーナ９ａを点火し、必要に応じて始動モー
タ（図示せず）によりタービン１０を回転させると、圧
縮機１２が同時に回転され、燃焼室９内に外気を加圧供
給されるので、酸素供給量が多くなると同時に、燃焼室
９内の圧力が高まって９００℃前後の高温高圧空気が生
成されることとなる。そして、燃焼室９から高温高圧空
気が排出されると、その圧力でタービン１０が回転駆動
されるので、以後はタービン１０を回転させる動力は必
要としない。

【００２６】 また、タービン１０が回転すると発電機
１１が起動され、熱エネルギーが電気エネルギーに変換
されて発電される。発明者らの実験によれば、燃焼室９
を900 ℃程度に維持したときに、その高温高圧空気でタ
ービン１０を回転することにより、発電機１１から約 3
00ｋＷｈの電力が得られ、タービン１０の通過後も空気
の温度は 570℃程度であった。そして、その空気の熱を
熱交換器７ａで回収した後も、 300℃の高温空気を炉内
２へ送給することができた。

【００２７】 次いで、このように炉内２に高温空気を
供給して所定の乾燥温度まで昇温させ、自動車ボディの
塗膜を乾燥させると、塗料に含まれる有機溶剤などが蒸
発して有害成分を含んだ排ガスが生ずる。炉内２で発生
する排ガスは、その体積が9000〜 12000Ｎｍ³ ／ｈ, 温
度が 170〜200 ℃程度であり、このうちの5000〜6000Ｎ
ｍ³ ／ｈの排ガスが熱風循環系６の還流ダクト１３を介
して送風機１４により熱風発生装置８の燃焼室９に強制
的に送給される。

【００２８】 このとき燃焼室９内は、 900℃程度の略
均一な温度分布に維持されているので、排ガスを浄化処
理する条件として適しており、炉内２で生じた排ガスを
燃焼室９に供給することにより、その排ガスに含まれる
可燃性の有害成分が浄化される。したがって、燃焼室９
で浄化された浄化ガスには、有害成分が含まれていない
ので、これを高温空気として炉内２に送給しても塗膜に
悪影響を与えることがない。

【００２９】 また、熱風供給系３及び熱風循環系６に
より、熱風発生装置８から炉内２に供給される高温空気
の総量は、炉内２から排出される排ガスの総量とバラン
スするように9000〜 12000Ｎｍ³ ／ｈ程度に設定され、
乾燥炉１の出入口から排ガスや高温空気が漏洩したり、
外気が流入しないようになっている。なお、炉内２から
熱風発生装置８の燃焼室９に還流される排ガスの量が50
00〜6000Ｎｍ³ ／ｈであるから、圧縮機１２により燃焼
室９に加圧供給される外気の量は4000〜6000Ｎｍ³ ／ｈ
程度である。

【００３０】 また、排ガス処理系５の排ガス処理装置
４で浄化処理される排ガスの量は、熱風発生装置８へ還
流されない残りの4000〜6000Ｎｍ³ ／ｈ程度となる。し
たがって、排ガス処理装置４で浄化処理すべき排ガス量
は、排ガスの総量の１／２程度で済み、排ガス処理装置
４は、処理容量が従来の１／２程度の小型のものを用い
ることができ、その分、設備費，ランニングコストを低
減できる。

【００３１】 さらに、熱風発生装置８の発電機１１に
より３００ｋＷｈの電力が出力され、その発電コストは
電力会社へ支払う電気代よりも安価なので、これを自分
で利用すれば、その分電気代を節約することができると
同時に、省エネを図ることができ、さらに、余剰電力を
電力会社に売却することによりその利益をコストに還元
することができる。

【００３２】 なお、上述の説明では、排ガス処理装置
４として、蓄熱型の直接燃焼タイプを使用した場合につ
いて説明したが、これに限らず、蓄熱型の触媒燃焼タイ
プのものや、非蓄熱型の直接燃焼タイプ，触媒燃焼タイ
プなど任意の排ガス処理装置を採用し得る。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、熱
風供給系に、ガスタービンエンジン型の熱風発生装置が
介装されており、その燃焼室内は９００℃前後の略均一
な温度分布に維持され、排ガスに含まれる有害成分を燃
焼させて浄化処理する条件に適しているので、炉内で生
じた排ガスの一部を熱風発生装置に還流して浄化するこ
とができ、また、その浄化ガスを再び炉内へ供給して、
その熱源として使用することができるという効果があ
る。

【００３４】 さらに、排ガス処理装置で処理すべき排
ガスの一部が、熱風発生装置に送給されて浄化処理され
るので、排ガス処理装置の排ガス処理量が減少され、排
ガス処理装置は小型のもので足り、その設備費，ランニ
ングコストを低減することができるという大変優れた効
果がある。

【００３５】 しかも、熱風発生装置は、高温空気で駆
動されるタービンと同軸に設けた圧縮機により、外気を
燃焼室へ圧縮供給するようにしているので、少ない燃料
で燃焼室を高温に維持することができ、また、タービン
により発電機を駆動させて、電力会社から購入するコス
トより安価に電気エネルギーを得ることができるので、
これを利用することにより省エネを図り、または、余剰
電気エネルギーがある場合にはこれを電力会社に売却す
ることによりその利益をコストに還元することができる
という優れた効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る熱処理炉である塗装用乾燥炉を
示すフローシート。

【符号の説明】

１・・・塗装用乾燥炉（熱処理炉） ２・・・炉内 ３・・・熱風供給系 ４・・・排ガス
処理装置 ５・・・排ガス処理系 ６・・・熱風循
環系 ７・・・熱風供給ダクト ８・・・熱風発
生装置 ９・・・燃焼室 １０・・・タービ
ン １０ａ・・回転軸 １１・・・発電
機 １２・・・圧縮機 １３・・・還流
ダクト １４・・・送風機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 本 高 櫻 愛知県豊田市柿本町一丁目９番地 トリニ ティ工業株式会社内 (72)発明者 谷 口 道 夫 愛知県豊田市柿本町一丁目９番地 トリニ ティ工業株式会社内 (72)発明者 冨 高 晋 二 愛知県豊田市柿本町一丁目９番地 トリニ ティ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F042 AA09 AB00 DB27 DB29 DB32 DB34

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内（２）へ高温空気を導入する熱風供
   給系（３）と、炉内（２）で発生した有害成分を含む排
   ガスを排ガス処理装置（４）で浄化処理する排ガス処理
   系（５）を備えた熱処理炉において、 前記熱風供給系（３）には、高温高圧空気を生成する燃
   焼室（９）と、当該高温高圧空気により回転駆動される
   タービン（10）と、当該タービン（10）の回転力を電気
   エネルギーに変換する発電機（11）と、前記タービン
   （10）の回転軸（10a)に取り付けられて回転され、外気
   を加圧して前記燃焼室 (９）に供給する圧縮機（12）と
   を備えた熱風発生装置（８）が介装され、 前記炉内（２）から排ガス処理装置（４）へ送給すべき
   排ガスの一部を前記熱風供給系（３）の燃焼室（９）に
   強制的に還流させ、当該熱風供給系（３）を介して再び
   炉内（２）へ供給する熱風循環系（６）が形成されたこ
   とを特徴とする熱処理炉。