JP2020094740A

JP2020094740A - 加熱炉システム

Info

Publication number: JP2020094740A
Application number: JP2018232591A
Authority: JP
Inventors: 孝明高橋; Takaaki Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: JP7047743B2

Abstract

【課題】屈曲部を含む配管の洗浄が容易な、加熱炉システムを提供する。【解決手段】ワークを収容可能な加熱処理用の空間を有する加熱炉と、燃焼ガスを供給する燃焼ガス発生ユニットと、前記加熱炉と前記燃焼ガス発生ユニットとを接続し、燃焼ガスを前記加熱炉に供給するための配管と、を有する加熱炉システムであって、前記配管が有する屈曲部の延びる方向と平行に燃焼によって生じる水蒸気ガスが流れるように、水素バーナを前記配管内の屈曲部の流れ方向において上流側に水素バーナのノズルが臨むように接続した、加熱炉システムである。【選択図】図１

Description

本発明は、加熱炉システムに関するものである。

加熱炉に燃焼ガスを供給する場合、燃焼ガス発生ユニットと加熱炉とは独立したユニットとして物理的に離れた位置に配置され、燃焼ガス発生ユニットと加熱炉とは配管を介して接続され、燃焼ガス発生ユニットで発生した燃焼ガスは配管を通じて加熱炉に供給されることが多い。
配管内は、ワークから揮発した油や、燃焼ガスなどの影響により発生する煤などにより汚れ、堆積するとワークの品質に悪影響が出ることから清掃作業が必要となる。特に配管の屈曲部分は汚れやすい。

配管等の洗浄方法としては高温の水蒸気を通す方法が知られている。配管の洗浄ではないが、特許文献１及び２には、油等で汚染された土壌に過熱水蒸気を接触させることにより、汚染物質を過熱水蒸気に吸収させる土壌の浄化方法および浄化装置が開示されている。

特許文献３には、焼却部と熱交換部とを備え、焼却部における燃焼によって放出される排ガスにより水蒸気を発生させて、燃焼熱を利用するとともに、不純物を除去できるボイラーが開示されている。

また特許文献４には、常圧過熱蒸気を対象物に確実に接触させる常圧過熱水蒸気放出装置として、水を常圧で加熱して蒸気を発生させる蒸気発生部と、発生した蒸気を誘導するホース部と、誘導された蒸気を更に加熱してから放出する加熱先端部を備える常圧過熱蒸気放出装置が開示されている。

特開２００９−１７８６２１号公報特開２００６−１１６４８２号公報特開２０１７−９１８３号公報特開２０１５−１３３７号公報

工場などの大型の施設においては、ボイラーで発生する水蒸気を用いて配管を洗浄することがあった。ボイラーは工場に大型のものが設置されているのが一般的であり、ボイラーで発生した水蒸気は配管を通じて各設備に導入される。しかしながら水蒸気の熱は配管移動中に放出されてしまうため、熱的なロスが大きかった。また特許文献４の常圧過熱蒸気放出装置は小型化が可能であるが、蒸気の出力が弱く、配管の洗浄には不十分であった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、屈曲部を含む配管の洗浄が容易な、加熱炉システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る加熱炉システムは、ワークを収容可能な加熱処理用の空間を有する加熱炉と、
燃焼ガスを供給する燃焼ガス発生ユニットと、
前記加熱炉と前記燃焼ガス発生ユニットとを接続し、燃焼ガスを前記加熱炉に供給するための配管と、を有する加熱炉システムであって、
前記配管が有する屈曲部の延びる方向と平行に燃焼によって生じる水蒸気ガスが流れるように、水素バーナを前記配管内の屈曲部の流れ方向において上流側に水素バーナのノズルが臨むように接続した、
加熱炉システムである。

上記本発明の一態様に係る加熱炉システムは、水素バーナによって生じる比較的流速の大きい水蒸気ガスが、配管の屈曲部の方向に流れるようにしているため、屈曲部における汚れを水蒸気によって除去しやすくなる。また、水素バーナを用いることにより、ボイラーの水蒸気を利用する場合等と比較して熱効率に優れている。

本発明によれば、屈曲部を含む配管の洗浄が容易な、加熱炉システムを提供することができる。

本実施態様に係る加熱炉システムの一例を示す概略図である。加熱炉システムの別の一例を示す概略図である。水素バーナの好ましい配置を説明するための概略図である。水素バーナのノズル先端部分を説明するための概略図である。水素バーナを有しない従来の加熱炉の一例を示す概略図である。

以下、本発明の一態様について、図面を参照しながら説明する。なお本発明が以下の実施態様に限定されるものではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

図１は、本実施態様に係る加熱炉システム１０の一例を示す概略図である。本実施態様の加熱炉システム１０は、ワーク１４を収容可能な加熱処理用の空間を有する加熱炉１１と、燃焼ガスを供給する燃焼ガス発生ユニット１２と、燃焼ガスを前記加熱炉１１に供給するための配管１３とを有し、前記配管１３が有する屈曲部１３ａに燃焼によって生じる水蒸気ガスが流れるように、水素バーナ１５を前記配管内の屈曲部の流れ方向において上流側に水素バーナのノズルが臨むように接続されている。

図５は、水素バーナを有しない従来の加熱炉の一例を示す概略図である。図５に示されるように、加熱炉１１において燃焼ガス雰囲気下でワーク１４を加熱処理すると、ワークから揮発した油や、燃焼ガスなどの影響により発生する煤などにより配管１３内に汚れ１９が発生する。当該汚れ１９は特に屈曲部に溜まりやすい。
本実施態様の加熱炉システム１０は、図１に示すように水素バーナ１５を稼動して水素を燃焼することにより、高温の水蒸気を大量に生成することができる。当該水蒸気により汚れ１９を除去することができる。後述するように水素バーナによって生じる水蒸気ガスは比較的流速が高いため、水素バーナ１５を前記配管内の屈曲部の流れ方向において上流側に水素バーナのノズルが臨むように配置することにより、屈曲部の延びる方向と平行に水蒸気ガスが流れ、屈曲部における汚れを除去しやすくなる。

加熱炉１１は、処理対象となるワーク１４を収容し熱処理を行う空間を有するものであり、公知の加熱炉と同様の構成とすることができる。加熱炉１１は、図１に示されるように排気口１７を備えていてもよい。また、加熱炉１１は、図１に示されるように、ベルトコンベアーなどの搬送装置を備えていてもよい。この場合、ワーク１４を連続的に収容し、加熱処理を行うことができる。
加熱炉１１の用途は特に限定されないが、本実施態様の加熱炉システム１０が、配管１３内の洗浄を容易とするシステムであることから、配管１３内に汚れが生じやすい浸炭炉や脱脂炉として好適に用いることができる。

燃焼ガス発生ユニット１２は燃焼ガスを発生させるユニットであり、公知の構成とすることができる。燃焼ガス発生ユニット１２で発生した燃焼ガスは、配管１３を通じて加熱炉１１に供給する。
配管１３の形状は特に限定されないが、人の移動や作業時の干渉を避けるため、図１や図２に示されるように折れ曲がった部分（屈曲部１３ａ〜ｅ）を有していることが一般的である。屈曲部１３ａ〜ｅには汚れが蓄積しやすい。

配管１３内に臨むように水素バーナのノズルを設置する。水素バーナ１５は配管１３に１本のみ配置してもよく、配管１３の屈曲部が多い場合や配管１３長い場合などには水素バーナ１５を２本以上配置してもよい。
後述するとおり水素バーナから発生する高温の水蒸気は直進性に優れているため、水素バーナ１５は配管１３のいずれの部分に配置しても、配管１３に高温の水蒸気をいきわたらせることができる。本実施態様においては、水素バーナ１５を前記配管内の屈曲部の流れ方向において上流側に水素バーナのノズルが臨むように配置することにより、屈曲部における汚れを除去しやすくなる。

図３を参照して水素バーナ１５の好ましい配置を説明する。図３は、図２のＡ部分を示す概略図であり（ａ）が好ましい水素バーナ１５の配置例である。図３（ａ）に示されるように、水素バーナ１５は配管１３の長軸１８方向（屈曲部の延びる方向）に配置することにより、火炎が配管１３と接触せず、また、水素バーナから発生した水蒸気の直進性に優れている。図３（ｂ）のように配管１３の長軸１８に対して水素バーナ１５が傾いている場合や、図３（ｃ）のように長軸方向に向いていない場合には、火炎が配管と接触する恐れがあり、また水蒸気の直進性が損なわれる。また、燃焼ガスの流れを妨げない点から、水素バーナ１５は、水蒸気が燃焼ガス発生ユニット１２から加熱炉１１側へ流れるように配置することが好ましい。

図４を参照して水素バーナ１５から発生する水蒸気が直進性に優れている理由を説明する。図４（ａ）は水素バーナのノズル先端部分を説明するための概略図である。また図４（ｂ）は都市ガス用の一般的なバーナ３１の先端部分を示す概略図である。都市ガス用のガスバーナでは、一般的にノズルの先端３２の手前で空気と混合３４した後、燃焼することから、火炎３３においてガスの直進性は低下している。一方、水素バーナ１５の場合、図４（ａ）に示されるように、水素バーナ１５内で水素と空気を混合することなく火炎２２まで並行させて流すことができる。そのため、ガスの直進性が損なわれず発生した水蒸気の直進性を有する。また、都市ガスの発熱量８８９ｋＪ／ｍｏｌに対して、水素ガスの発熱量は２８６ｋＪ／ｍｏｌと低いため、同様の熱量を発生させるためには都市ガスに比べ水素ガスの流速が高くなる。これらの結果、水素バーナ１５から排出される高温水蒸気の直進性が非常に高くなり、高温水蒸気を配管１３に、更には、炉壁やフィルターなどにいきわたらせて、洗浄することができる。

このように本発明の加熱炉システムによれば、ワークから揮発する加工油や、燃焼ガスによる煤等による配管の汚れを容易に洗浄することができる。そのため、ワークの品質の安定性に優れている。また、洗浄性能に優れることから、配管の分解洗浄の頻度を抑制できる。また、ボイラーからの水蒸気導入ではなく、水素バーナにより配管内で水蒸気を発生させるため、熱的なロスを大幅に抑制することができる。また、水素バーナによれば熱効率が高く燃焼時にＣＯ_２の発生もないため、環境負荷が抑制される。

１０加熱炉システム
１１加熱炉
１２燃焼ガス発生ユニット
１３配管
１３ａ〜ｅ屈曲部
１４ワーク
１５水素バーナ
１６都市ガスバーナ
１７排気口
１８配管の長軸
１９汚れ
２１水素バーナの先端
２２火炎
３１都市ガスバーナ
３２都市ガスバーナの先端
３３火炎
３４混合

Claims

ワークを収容可能な加熱処理用の空間を有する加熱炉と、
燃焼ガスを供給する燃焼ガス発生ユニットと、
前記加熱炉と前記燃焼ガス発生ユニットとを接続し、燃焼ガスを前記加熱炉に供給するための配管と、を有する加熱炉システムであって、
前記配管が有する屈曲部の延びる方向と平行に燃焼によって生じる水蒸気ガスが流れるように、水素バーナを前記配管内の屈曲部の流れ方向において上流側に水素バーナのノズルが臨むように接続した、
加熱炉システム。