JP4255789B2 - 誘導加熱式乾留炉 - Google Patents

Description

この発明は、高分子化合物を含む廃棄物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉に関し、特に炉内に被乾留物を投入するためのシュータの構造に関する。

炉体を誘導加熱することにより、不活性ガス雰囲気の炉内で被乾留物を乾留処理するバッチ式の誘導加熱式乾留炉については、例えば特許文献１に記載されている。この種の乾留炉は、不活性ガス雰囲気を形成する閉塞された断熱槽の内部に炉体が設置され、断熱槽の外側に加熱コイルが設けられている。炉体に被乾留物を投入し、加熱コイルに高周波電流を通流すると、加熱コイルが作る磁束が炉体と鎖交して炉体に誘導電流が生じ、この誘導電流による抵抗損により炉体が発熱する。この炉体の熱は炉壁からの輻射や熱伝導により被乾留物に伝えられ、被乾留物が温度上昇して被乾留物に含まれる塗料などの高分子化合物が熱分解（乾留）される。生じた乾留ガスは、排ガス処理装置に送られて処理される。
特開平１０−４３７１４号公報

上記した乾留処理において、炉体の中心部の被乾留物は炉壁からの輻射を受けることが少なく、専ら隣接する被乾留物からの熱伝導により加熱される。そのため、炉内中心部の被乾留物は昇温しにくく、結果として被乾留物の加熱温度にムラが生じる。一方、炉内の被乾留物は乾留処理が終了すれば、その都度、入れ替えられるが、そのとき、断熱槽の上部蓋（炉蓋）を開けて高温に加熱された炉内へ被乾留物を投入すると、この投入には一定の時間が必要であるため、投入の最中に投入初期の被乾留物が温度上昇して乾留ガスを発生し、この乾留ガスが炉外へ流出する恐れがある。

この発明の課題は、被乾留物を迅速かつムラなく加熱できるようにするとともに、被乾留物の入れ替え時に炉内ガスが炉外に流出しないようにすることにある。

上記課題を解決するために、この発明は、閉塞された不活性ガス雰囲気を形成する断熱槽内に被乾留物を収容する炉体が設置され、前記断熱槽の外側に配置された加熱コイルで前記炉体を誘導加熱することにより、前記被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、前記断熱槽と炉体との間に環状の通風空間を設け、炉内に設置したファンにより炉内ガスを前記炉体の内部と前記通風空間とを通して循環させるとともに、前記断熱槽の側面から前記通風空間を貫通させて、前記炉体内に被乾留物を投入する投入シュータを設けるものとする（請求項１）。

請求項１の発明によれば、炉内にファンを設けるとともに、炉体と断熱槽との間に通風空間を介在させ、この通風空間と炉体内部との間でファンにより炉内ガスを強制的に循環させることにより、循環ガスからの熱伝達で炉内中心部の被乾留物も良好に加熱し、温度ムラを解消することができる。また、被乾留物の投入シュータを設けることにより、断熱槽を閉塞状態に維持したまま被乾留物を炉内に投入し、被乾留物の投入中も乾留ガスが炉外に流出しないようにすることができる。

請求項１の発明において、前記投入シュータの前記通風空間を貫通する部分の外形は、前記炉内ガスの流れに対して流線型に形成するのがよい（請求項２）。投入シュータが、炉内ガスが通流する炉内通風空間を通して炉内へ挿入されると、炉内ガスの流れが阻害される懸念が生じる。炉内ガスの流れが阻害されると、循環流の圧力損失が増大して循環ガス量が減少し、被乾留物の温度上昇が妨げられるとともに、均一な流れが投入シュータによって邪魔されるため、炉壁温度が局部的に上昇し被乾留物温度に偏りが生じる問題が生じる。そこで、この請求項1の発明により、投入シュータの炉内ガスの循環流が当たる部分を流線型とすれば、炉内ガスに対する流体抵抗が減少し、その流れが阻害されることが少なくなる。

請求項２の発明において、投入前記シュータの前記通風空間を貫通する部分の外形はひし形状に形成するのがよい（請求項３）。

請求項２の発明において、前記シュータの前記通風空間を貫通する部分を側面が垂直な方形断面に形成するとともに、この部分の左右側面にく字状の整流板を向かい合わせに装着するとよい（請求項４）。

請求項２の発明において、前記シュータの前記通風空間を貫通する部分を側面が垂直な方形断面に形成するとともに、この部分の上下面に三角断面の整流体を装着するようにしてもよい（請求項５）。

請求項２の発明において、前記シュータの前記通風空間を貫通する部分をひし形断面に形成することもできる（請求項６）。

また、請求項１の発明において、前記シュータの前記通風空間を貫通する部分を通風性の板材で形成してもよい（請求項７）。投入シュータの炉内ガスの循環流が当たる部分を通風性の板材で形成することにより、炉内ガスがこの部分を容易に通過し流れが阻害されることが少なくなる。

更に、上記課題を解決するために、この発明は、閉塞された不活性ガス雰囲気を形成する断熱槽内に被乾留物を収容する炉体が設置され、前記断熱槽の外側に配置された加熱コイルで前記炉体を誘導加熱することにより、前記被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、前記断熱槽と炉体との間に環状の通風空間を設け、炉内に設置したファンにより炉内ガスを前記炉体の内部と前記通風空間とを通して循環させるとともに、前記断熱槽の炉蓋を貫通させて前記炉体内に被乾留物を投入する投入シュータを設けるものとする（請求項８）。炉蓋を通して炉体の上方に開口する投入シュータは、炉内ガスの循環流と干渉せず、流れの妨げとなることが少ない。

請求項８の発明において、前記断熱槽内に前記シュータの先端部分を突出させる場合には、この突出部分を通風性の板材で形成するとよい（請求項９）。

この発明によれば、炉内ガスを強制循環させることにより、炉体からの輻射が届きにくい炉内中心部の被乾留物も迅速に昇温させることができ、また炉内に投入シュータを介して被乾留物を投入することにより、被乾留物の入れ替え時に断熱槽を開放して炉内ガスを炉外に流出させることがない。しかも、炉内ガスの流れに対する投入シュータの抵抗を減らすことにより、投入シュータを設けたことによる炉内ガスの循環量の低下を最小限に抑えることができる。

図１は、この発明の実施の形態を示す乾留炉の概略縦断面図である。図１において乾留炉は、不活性ガス雰囲気を形成する閉塞された円筒状の断熱槽１と、断熱槽１内に環状の通風空間２を介して同心的に設置された円筒状の炉体３と、断熱槽１の外側に配置された加熱コイル４と、炉体３の内部と通風空間２とを通して炉内ガスを循環させるファン５と、断熱槽１の側壁から通風空間２を貫通して炉体３の側壁に開口する被乾留物の投入シュータ６とを備えている。

キャスタブル断熱材からなる断熱槽１は、円筒体からなる本体１ａの上下に開閉可能な炉蓋１ｂ及び炉底１ｃを備えている。ファン５は炉蓋１ｂに支持され、炉外のモータ７で駆動されるようになっている。炉体３は鉄からなり、底部に設けられたパンチングメタルなどからなる通風性の炉底板８上に被乾留物９を支持する。炉体３の上方部には、炉蓋１ｂとの間の間隙により通風口１０が形成され、また炉体３の下端部には周方向の多数の窓穴からなる通風口１１が設けられている。投入シュータ６は側面が垂直な方形断面のダクトで複数本設けられ、上端部にホッパ１２が設けられている。炉体３の上端面には、ファン５の吸込み側と吐出し側とを仕切る環状の仕切板１３が取り付けられている。

図１に示した乾留炉による被乾留物、ここでは例えば飲料缶の乾留処理について説明すると以下の通りである。まず、図示しない窒素タンクから不活性ガス（窒素ガス）を炉内に導入し、炉内を大気圧よりも若干高い圧力の不活性ガス雰囲気として大気（酸素）を遮断する。次いで、図示しないインバータ電源から、加熱コイル４に高周波電流を供給する。これにより、加熱コイル４が作る磁束が炉体３と鎖交し、この鎖交磁束を打ち消すように炉体３に誘導電流が生じるので抵抗損で炉体３が発熱する。乾留炉の制御部は炉体３の炉壁温度を図示しない温度センサで検出し、その温度が一定になるように加熱コイル４に供給する電力を制御する。いまの場合、乾留温度を例えば550℃として、炉壁温度を例えば600℃に保つように制御する。

炉壁温度が600℃で飽和したら、ホッパ１２の図示しないゲートを開いて、ホッパ１２に保持されていた被乾留物(飲料缶)９を投入シュータ６を通して炉内に投入する。被乾留物９が図示の通り投入されたら、ファン５を起動し、同時に図示しない排ガス処理装置を起動する。これで、被乾留物９の乾留処理が開始される。

炉内で被乾留物９は炉体３の壁面からの輻射・熱伝導、被乾留物同士の接触による熱伝導、炉内ガスからの熱伝達により加熱されて温度上昇し、被乾留物９が含む塗料など高分子化合物が熱分解され乾留ガスが発生する。その場合、炉体３内の中心部の被乾留物９は炉壁からの輻射を受けないので昇温しにくい。そこで、ファン５により矢印で示すように、炉内ガスを炉内中心部と通風空間２とを通して循環させている。この循環ガスは通風空間２を通過する間に炉壁と接触して加熱され、次いで通風口１１を通過して炉体３内に入り、中心部を上昇しながら被乾留物９を加熱して低温となった後、再び通風口１０から通風空間２に送入される。これにより、炉内中心部の被乾留物９も迅速かつ均一に加熱される。

ここで、通風空間２を還流する炉内ガスは、通風空間２を貫通する投入シュータ６を洗流しながら流れる。そのため、投入シュータ６の通風空間２を貫通する部分６ａの通風抵抗が大きいとこの部分で圧力損失を生じ、循環風量が低下して炉内中心部の被乾留物９の加熱が不十分になる。また、投入シュータ６の下流側（図示の場合は下側）には渦の発生により流速の遅い領域が生じるため、この領域では炉体３との熱交換が行われにくくなり、炉体３が局部的に温度上昇して、その部分に接する被乾留物９も過熱される。

そこで、図示乾留炉では、投入シュータ６の通風空間２を貫通する部分６ａの外形が炉内ガスの流れに対して流線型に形成され、炉内ガスの流れが投入シュータ６で阻害されることが少なくなっている。すなわち、図１のII−II線に沿う断面図である図２に示すように、側面が垂直な方形断面の投入シュータ６ａの左右側面に、鉄板からなるく字状の一対の整流板１４、１４が向かい合わせに溶接により装着され、この部分６ａの外形はひし形状に形成されている。これにより、図２に流線を矢印で示すように、炉内ガスは整流板１４に沿って滑らかに流れ、圧力損失や渦の発生が抑えられる。

側面が垂直な方形断面の投入シュータ６の貫通部分６ａには、図３に示すように、貫通部分６ａの上下面に三角形状断面の一対の整流体１５、１５を溶接により装着するようにしてもよい。

また、別の実施の形態として、図４に示すように、投入シュータの貫通部分６ａをひし形状断面に形成することもできる。更に、別の実施の形態として、投入シュータの貫通部分６ａを通風性の板材、例えば金網やパンチングメタルで形成し、炉内ガスがこの部分６ａを容易に通過できるようにしてもよい。

更に、別の実施の形態として、図５に示すように、投入シュータ１６を断熱槽１の上面を閉塞する炉蓋１ｂを通して炉体３の上方に開口させ、炉内ガスの循環流との干渉を避けることも可能である。その際、投入シュータ１６を炉蓋１ｂの下面と同一レベルに開口させると、投入被乾留物が炉体３の外側に落下する恐れがあり、先端部分１６ａを図示の通り断熱槽１内に突出させる必要がある場合には、この先端部分１６ａを金網やパンチングメタルなどの通風性の板材で形成するとよい。その場合、仕切板１３は、先端部分１６ａとの対向部分を被乾留物投入時に開くようにしておく。なお、図５に２点鎖線で示すように、ファン５を炉内底部に設置する場合には、投入シュータ１６を炉体３の中心部分に寄せ、先端部分１６ａの突出を省くことが可能である。

この発明の実施の形態を示す乾留炉の縦断面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 この発明の異なる実施の形態を示す投入シュータの横断面図である。 この発明の更に異なる実施の形態を示す投入シュータの横断面図である。 この発明の更に異なる実施の形態を示す乾留炉の縦断面図である。

符号の説明

１ 断熱槽
２ 通風空間
３ 炉体
４ 加熱コイル
５ ファン
６ 投入シュータ
６ａ 通風空間貫通部分
９ 被乾留物
１４ 整流板
１５ 整流体
１６ 投入シュータ

Claims (9)

1. 閉塞された不活性ガス雰囲気を形成する断熱槽内に被乾留物を収容する炉体が設置され、前記断熱槽の外側に配置された加熱コイルで前記炉体を誘導加熱することにより、前記被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、
   前記断熱槽と炉体との間に環状の通風空間を設け、炉内に設置したファンにより炉内ガスを前記炉体の内部と前記通風空間とを通して循環させるとともに、前記断熱槽の側面から前記通風空間を貫通させて前記炉体内に被乾留物を投入する投入シュータを設けたことを特徴とする誘導加熱式乾留炉。
2. 前記投入シュータの前記通風空間を貫通する部分の外形を前記炉内ガスの流れに対して流線型に形成したことを特徴とする請求項1記載の誘導加熱式乾留炉。
3. 前記シュータの前記通風空間を貫通する部分の外形をひし形に形成したことを特徴とする請求項２記載の誘導加熱式乾留炉。
4. 前記シュータの前記通風空間を貫通する部分を側面が垂直な方形断面に形成するとともに、この部分の左右側面にく字状の整流板を向かい合わせに装着したことを特徴とする請求項２記載の誘導加熱式乾留炉。
5. 前記シュータの前記通風空間を貫通する部分を側面が垂直な方形断面に形成するとともに、この部分の上下面に三角断面の整流体を装着したことを特徴とする請求項２記載の誘導加熱式乾留炉。
6. 前記シュータの前記通風空間を貫通する部分をひし形断面に形成したことを特徴とする請求項２記載の誘導加熱式乾留炉。
7. 前記シュータの前記通風空間を貫通する部分を通風性の板材で形成したことを特徴とする請求項1記載の誘導加熱式乾留炉。
8. 閉塞された不活性ガス雰囲気を形成する断熱槽内に被乾留物を収容する炉体が設置され、前記断熱槽の外側に配置された加熱コイルで前記炉体を誘導加熱することにより、前記被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、
   前記断熱槽と炉体との間に環状の通風空間を設け、炉内に設置したファンにより炉内ガスを前記炉体の内部と前記通風空間とを通して循環させるとともに、前記断熱槽の炉蓋を貫通させて前記炉体内に被乾留物を投入する投入シュータを設けたことを特徴とする誘導加熱式乾留炉。
9. 前記断熱槽内に前記シュータの先端部分を突出させ、この突出部分を通風性の板材で形成したことを特徴とする請求項８記載の誘導加熱式乾留炉。

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