JP4387326B2 - 台車式トンネル炉 - Google Patents

Description

本発明は台車式トンネル炉に関する。より詳しくは、加熱により有害物質や化学物質を発生する被加熱物を加熱処理する台車式トンネル炉に関する。

一般的にセラミックコンデンサや電子部品用セラミックの焼成、または電池材料や薬品類など化学原料の熱処理、あるいは、廃棄物の無害化や減容化を行うために直接燃焼型連続式トンネルキルンやラジアントチューブバーナを設けた連続式トンネルキルンが用いられている。上記のような被加熱物は加熱することで有害物質あるいは化学物質（以後、蒸発物という）を大量に発生させる。蒸発物としては、例えば、電子部品用セラミックではバインダとして含有されているアルコール類など、電池材料や薬品類では塩化水素、アミン類、硫化水素など、廃棄物ではダイオキシンに代表されるハロゲン化物などを挙げることができる。これらの蒸発物は付帯する排ガス処理設備などで無害化されてから外部環境へ放出されるが、直接燃焼型連続式トンネルキルンでは、バーナなどの加熱手段から生じる燃焼ガスと同時に蒸発物を吸引して排ガス処理設備で処理する構成であるために、大容量の排ガス処理設備を必要とし設備投資が莫大なものとなっていた。また、蒸発物が水素含有ガスのような可燃性物質の場合には燃焼ガスに含まれる酸素と反応して過剰燃焼などの不具合を生じるおそれがあった。一方、ラジアントチューブバーナを設けた後者ではこれらの問題は解消されるもののキルンそのものが極めて高価であるので、経済的に適当ではないという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、被加熱物を加熱して発生する有害物質や化学物質（蒸発物）を無害化処理する排ガス処理設備を小容量化して設備費用を低減できる台車式トンネル炉を提供することである。

本発明の台車式トンネル炉は、一端に被加熱物を積載した台車の入口を他端に該台車の出口を有し少なくとも予熱帯と焼成帯とを有する炉本体と、この炉本体を貫通して敷設された該台車の移行路と、炉本体内の移行路上に台車列として収容された複数の台車と、を有し被加熱物を加熱焼成する台車式トンネル炉において、炉本体内に配置されこの炉本体の内部空間を加熱手段を備える加熱領域と台車列を収容し被加熱物を加熱処理する加熱処理領域とに区画するマッフルと、加熱処理領域で被加熱物から発生する蒸発物を排気する第１の排気経路と、加熱領域で発生する燃焼ガスを排気する第２の排気経路とを備え、加熱処理領域は予熱帯に対応する予熱領域と、焼成帯に対応する焼成領域とからなり、予熱領域で被加熱物から発生する蒸発物は、該予熱領域の高温側に設けた第１のマッフル内排気通路を介して第１の排気経路に介装される第１の排ガス処理装置で燃焼処理されることを特徴とする。

本発明の台車式トンネル炉は、炉本体の内部がマッフルで加熱領域と加熱処理領域とに区画されているので、加熱処理領域で発生する有害物質や化学物質など（蒸発物）を含む排気と、バーナなどの加熱手段から発生する燃焼ガスとを分離することができる。そして、蒸発物を含む排気のみを排ガス処理することができるので、排ガス処理装置を小規模で効率的なものとすることが可能であり設備費用を大幅に削減できる。

本発明の台車式トンネル炉において、加熱処理領域は予熱帯に対応する予熱領域と、焼成帯に対応する焼成領域とからなっているので、予熱領域で被加熱物から発生する蒸発物はこの予熱領域の高温側に設けた第１のマッフル内排気通路を介して第１の排気経路に介装される第１の排ガス処理装置で燃焼処理することができる。また、焼成領域で被加熱物から発生する蒸発物は焼成領域の高温側に設けた第２のマッフル内排気通路を介して第１の排気経路に介装される第２の排ガス処理装置で燃焼処理することができる。

被加熱物が含有する有害物質の大半は予熱段階で蒸発物として発生する。しかし、予熱温度では発生した有害物質を全て無害化することは困難であるから、更に高温で燃焼する第１の排ガス処理装置へ導入する。この時、蒸発物を含む排気を予熱領域の高温側から吸引することで、予熱領域の入り側近傍で発生した有害物質（低温で蒸発する）は予熱領域内を流通する間に加熱されて分解したり酸化したりして無害化することができる。従って、第１の排ガス処理装置はさらに小規模なものとすることができる。

上記のように蒸発物の大半は予熱領域で発生し、第１の排ガス処理装置で無害化処理されるが、予熱温度よりも高温で発生する蒸発物や、予熱領域から焼成領域へ侵入した排気は焼成領域の高温側に設けられた第２のマッフル内排気通路から第２の排ガス処理装置へ導入されて加熱処理される。この第２の排ガス処理装置は極めて簡素なものでよいので第１の排ガス処理装置をも含めた全体の排ガス処理設備費用を抑制することができる。

また、予熱領域で発生した蒸発物は第１の排ガス処理装置とこの第１の排ガス処理装置と排気通路によって直列に連通されている第２の排ガス処理装置とによって順次燃焼処理されるようにしてもよい。排ガス処理装置をこのような構成とすることで大量に排出される予熱領域からの蒸発物を効率よく完全に無害化することができる。

本発明の台車式トンネル炉において、加熱手段により発生する高温ガスや燃焼ガスは、加熱領域の低温側に設けた排気通路を通って第２の排気経路を介して炉本体の外部へ排出されることが望ましい。加熱領域の排気ガスを低温側から吸引することで低温側へ高温の燃焼ガスを通過させることができ、加熱処理領域内の温度分布を均一化すると共に、加熱手段の熱効率を向上することができ省エネルギ効果を得ることができる。

本発明の台車式トンネル炉は、炉本体は複数の炉体ユニットで構成され、また、マッフルは長手方向の両端部にフランジ部を有する複数のマッフルユニットで構成されており、加熱によるマッフルの熱膨張を吸収する膨張吸収手段を備えることが望ましい。膨張吸収手段は、炉体ユニットを接続する接続部に固設されフランジを支持する支持部材と、隣接するマッフルユニットの相対向するフランジにおいて、外周側で当接し内周側では所定のすき間を隔てて対向するように形成されたフランジと、対向するフランジに挟持される変形自在のシール材と、から構成することが好ましい。このような構成の膨張吸収手段を有するマッフルは、加熱により生じる長手方向の熱膨張を各マッフルユニットの接続部毎に分割して吸収することとなるのでマッフルの変形や破損を生じることがなく、また、安価に作製することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を図１〜５を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わる台車式トンネル炉を模式的に示す断面図である。

まず、好適な態様の台車式トンネル炉の構成について説明する。図１に示すように、台車式トンネル炉１０は、炉本体１２の入口側には入口置換室１４が、また、出口側には出口置換室１７が接続されており、炉本体１２は台車の進行方向に沿って順に予熱帯１６、焼成帯１８、冷却帯２０が設けられている。予熱帯１６と焼成帯１８には炉本体１２の内部空間を加熱領域２２と加熱処理領域２４とに区画するマッフル２６が設けられている。加熱領域２２の予熱帯１６には複数個のヒータＨが、また、焼成帯１８には複数個のバーナＢが設置されており、被加熱物Ｍをマッフル２６を介して間接加熱するようになっている。

炉本体１２の床部には台車走行用のレール２８が炉本体１２を貫通して敷設されている。この台車式トンネル炉１０では、複数台の台車Ｄを炉長方向に連なった台車列として炉本体１２内を移動させることにより、台車Ｄ上に積載した被加熱物Ｍを加熱処理するようになっている。

図２は、図１のＸ−Ｘ断面（ただし、排気通路４２、４６も断面図中に示した）を示す概略図であり、図３は、図１のＹ−Ｙ断面を示す概略図である。

台車Ｄの左右の両側縁部には遮蔽板３２が台車の全長にわたって付設されている。一方、炉本体１２には受け樋３４が炉壁１２ａの左右両側に入口から出口まで延設されており、受け樋３４にはシールサンドが満たされている。台車Ｄが炉本体１２に装入されると遮蔽板３２の先端がサンドシールの中に沈潜して炉内を移動することになるので、遮蔽板３２は炉内の熱気が台車Ｄの側縁部から台車の下部へ流入することと、後述する冷却空気の炉内への侵入を防止している。また、台車Ｄの前後の縁部には隣接する台車と嵌合して炉内の熱気が台車の下部へ流入することと、冷却空気の炉内への侵入とを防止する当接部（図示せず）が形成されている。さらに台車Ｄの下部には冷却用の空気が導入されて車輪や台車フレームの変形や溶損を防止するようになっている。

マッフル２６はステンレスなどの耐熱性金属板で断面凹型のチャンネル状に形成されており、上記のような構成を有する複数台の台車を台車列として収容している。このためマッフル２６は炉床３０と台車Ｄの上面Ｄａとでほぼ密閉された加熱処理領域２４を形成すると同時に、炉本体１２の炉壁１２ａとマッフル２６との間に加熱領域２２を形成する。なお、加熱処理領域２４は冷却帯２０の冷却空間に連通している。

次に各領域で発生する蒸発物などの排気経路について説明する。

第１の排気経路Ｉは、主として加熱処理領域２４に開口するマッフル内排気通路４２、４４および冷却帯排気通路３８、排ガス処理装置５２、５４とから構成されている。加熱処理領域２４は予熱帯１６に対応する予熱領域２４ａと、焼成帯１８に対応する焼成領域２４ｂとからなっており、予熱領域２４ａで被加熱物Ｍから発生する蒸発物Ｇ₁は矢印アに沿って流動し、予熱領域２４ａの高温側（焼成帯１８の近傍）に設けた第１のマッフル内排気通路４２を通って第１の排ガス処理装置５２へ導入される。そして蒸発物Ｇ₁中の有害物質は第１の排ガス処理装置５２で燃焼処理される。また、焼成領域２４ｂで被加熱物Ｍから発生する蒸発物Ｇ₂は矢印イに沿って流動し、焼成領域２４ｂの高温側（冷却帯２０の近傍）に設けた第２のマッフル内排気通路４４を介して第２の排ガス処理装置５４へ導入されて蒸発物Ｇ₂中の有害物質が燃焼処理されるようになっている。

ここで、排ガス処理装置５２、５４は、直接燃焼タイプの排ガス処理装置であり、蒸発物Ｇ₁中のダイオキシンや未燃焼の一酸化炭素ガスなどの有害物質を８００℃以上の高温で分解したり、あるいは燃焼させて安定した酸化物などとして無害化する装置である。

第１の排ガス処理装置５２と第２の排ガス処理装置５４とは排気通路６２によって直列に連通されている。従って、第２の排ガス処理装置５４で処理された蒸発物Ｇ₁とＧ₂とは完全に灰化しており、バグフィルタあるいはサイクロンなどの集塵装置５６で灰分を除去することにより、無害化された排気（例えば、水分や炭酸ガス）のみを煙突５８から外部へ放出することができる。

被加熱物Ｍは台車Ｄに積載されてこの加熱処理領域２４を移動する間に予熱帯１６ではヒータＨにより、また、焼成帯１８ではバーナＢによりマッフル２６を介して間接的に加熱される。被加熱物Ｍに含有される蒸発物は、温度の上昇に伴って蒸発量を増し予熱領域２４ａ内に充満する。第１のマッフル内排気通路４２は予熱領域２４ａの高温部に開口しているので、蒸発物Ｇ₁を効率よく捕集して第１の排ガス処理装置５２へ送給することができる。蒸発物Ｇ₁の大半は被加熱物Ｍが予熱領域２４ａを移動する間に発生して第１の排ガス処理装置５２で処理される。また、予熱温度よりも更に高温でなければ発生（蒸発）しない蒸発物は焼成領域２４ｂで発生するが、第１のマッフル内排気通路４２で捕捉されずに予熱領域２４ａから焼成領域２４ｂへ侵入した蒸発物Ｇ₁とともに、その大半は焼成領域２４ｂで分解したり酸化したりして無害化される。このように焼成領域２４ｂの高温部に設けた第２のマッフル内排気通路４４を通って第２の排ガス処理装置５４へ送給される蒸発物Ｇ₂は少量でありかつ相当量が無害化されているので、第２の排ガス処理装置５４は簡便で小容量のものでよい。

なお、冷却帯２０では、第２のマッフル内排気通路４４で捕捉されずに焼成領域２４ｂから冷却空間へ侵入した蒸発物Ｇ₂を冷却空気（矢印ウ）とともに冷却帯２０の高温側に設けた排気通路３８から第２の排ガス処理装置５４へ導入するようにしてもよい。このような排気経路とすることで蒸発物をより完全に処理することができる。

第２の排気経路ＩＩは、主として加熱領域２２に開口している排気通路４６、４８から構成されている。加熱領域２２の予熱帯１６で発生する排気ガスｇ₁（加熱空気のみ）は加熱領域２２の低温側（入口近傍）に開口している排気通路４６を介してブロワ６０で吸引して煙突５８から排出する。また、加熱領域２２の焼成帯１８で発生する燃焼ガスｇ₂は、焼成帯１８の低温側（予熱帯近傍）の加熱領域２２に設けた排気通路４８を介して同様に煙突５８から排出する。

以上のように図１に示す台車式トンネル炉１０では、有害物質を含む蒸発物Ｇ₁，Ｇ₂を排気処理する第１の排気通路Ｉと、有害物質を含まない排気ｇ₁、ｇ₂を排気する第２の排気経路ＩＩとを別々の経路で排出することが可能であり、第１の排気通路Ｉでは無害化処理を必要とする蒸発物Ｇ₁，Ｇ₂のみを処理すればよいので排ガス処理装置５２、５４を小型のものとして設備投資を抑制することができる。

次に、マッフルの熱膨張吸収対策について図４および５を参照して説明する。

上記のように本発明の台車式トンネル炉におけるマッフルは、耐熱鋼板などの金属板を折り曲げ加工して成形したものであり、予熱帯や焼成帯で加熱されると熱膨張して変形する。この熱膨張を吸収する方法として、膨張方向の適宜の位置にコルゲート加工を施したマッフルが知られている。しかし、コルゲート加工は加工が複雑であり加工費用も嵩む。

本発明の台車式トンネル炉の炉本体１２は、所定構造の炉体ユニット１２Ｕを複数個接続することで構成されている。例えば、図１で示すように予熱帯１６は図２に示す断面の炉体構造（炉殻、断熱材、耐火物などを含む）を備える所定長さのユニットＰを４個直列に配置して接続することで構成されている。同様に図３に示す断面の炉体構造を持つ所定長さのユニットＱを３個接続することで焼成帯１８を構成している。

また、マッフル２６も上記のユニットＰ、Ｑに対応するように分割して形成されており、各マッフルユニット２６Ｕを連結することで炉本体１２の内部空間を区画している。マッフルユニット２６Ｕを図４に斜視図で示す。マッフルユニット２６Ｕは断面凹型のチャンネルＣの両端にフランジＦ、Ｆを備え、ボルトなどを穴ｈに嵌挿して対向するフランジＦ同士を締結することで他のマッフルユニット２６Ｕと接続するようになっている。

上記のように炉体とマッフルとがユニットで構成される台車式トンネル炉１０は、加熱によるマッフルの熱膨張を吸収する図５に示すような膨張吸収手段７０を備えている。図５において、（ａ）は、ユニットの接続部を示す正面概要図であり、（ｂ）と（ｃ）とは（ａ）のＺ−Ｚ断面を示す断面概要図である。なお、（ｂ）は常温時のマッフルユニットの接続部であり、（ｃ）は加熱時のマッフルユニットの接続部である。

炉体ユニット１２Ｕ端部の接続部７２には、アングルなどで成形した接続部材７４が炉体の内周縁に沿って炉体ユニット１２Ｕに一体的に付設されている。また、マッフルユニット２６Ｕは、フランジＦの外周縁が接続部材７４に当接するように形成されている。従って、フランジＦを炉体ユニット１２Ｕの接続部材７４で挟持することで、マッフルユニット２６Ｕ同士を接続すると共にマッフル２６を炉本体１２に固定することができる。つまり、接続部材７４はマッフル２６を炉本体１２内に支持する支持部材をも兼ねるわけである。

例えば、炉体ユニット１２Ｕ₁と炉体ユニット１２Ｕ₂との接続部７２で、マッフルユニット２６Ｕ₁とマッフルユニット２６Ｕ₂とを固定する場合には、対向するフランジＦ₁とＦ₂とを接続部材７４ａと７４ｂとで挟持してその外縁部を接続部材７４ａ、７４ｂとともにボルトｂで締結する。この時、フランジＦ₁とＦ₂との間に形成されるすき間には変形自在のシール材Ｓを充填して加熱処理領域２４で発生する蒸発物の外部への漏洩を防止する。シール材Ｓは特に限定は無いが、耐熱性が良好でかつ厚さ方向の変形が容易であるものが望ましい。例えば、耐火断熱ファイバやポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）などを好適に用いることができる。

上記のようなマッフル構造において、本発明のマッフル２６は、隣接するマッフルユニット２６Ｕの相対向するフランジＦ₁、Ｆ₂が、図５（ｂ）に示すように外周側で平面で当接し内周側では所定のすき間δを隔てて対向するように形成されていることに特徴がある。そして、そのすき間δには上記のような変形自在のシール材Ｓが充填されているので、加熱によりマッフルユニット２６Ｕが長手方向に熱膨張し、接続部でΔｌだけ熱膨張しても、シール材Ｓを変形させて熱膨張を吸収することができる。すなわち、膨張吸収手段７０は、炉体ユニット１２Ｕに付設された接続部材（支持部材）７４と、異形のすき間δを形成する対向するフランジＦ、Ｆと、このすき間δに充填された変形自在のシール材Ｓとで構成される。

以上のように本発明の膨張吸収手段７０では、マッフル２６全体の熱膨張を各マッフルユニット２６Ｕの接続部毎に分割して吸収できるので、すき間δは１０〜１００ｍｍ程度とすればよい（各フランジＦでは半分）。従って、フランジＦに簡単な曲げ加工を施すだけですき間δを形成することができるので、容易にかつ安価に熱膨張吸収対策を行うことができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更してもよい。例えば、上記の実施の形態では、マッフルで覆われた加熱処理領域で発生する蒸発物を排気処理する有害物の加熱処理を主体に説明したが、本発明の台車式トンネル炉では、マッフル内の加熱処理領域２４へ窒素や水素などの雰囲気ガスをガス供給口８０（図１参照）などから打ちこんで被加熱物の雰囲気ガス処理を行うこともできる。また、上記の実施の形態では予熱帯にヒータを設け焼成帯にはバーナを設けたが、予熱帯にバーナを設け焼成帯にヒータを設けてもよいし、あるいは両方をバーナ加熱としてもよい。

本発明の台車式トンネル炉は、電池材料や化学原料等の加熱して有害物質を発生させる被加熱物を焼成する加熱処理に好適である。または積層コンデンサなどの水素雰囲気を必要とする焼成処理にも有用である。さらに有害物質を含む廃棄物の焼却処理にも好適に用いることができる。

好適な実施の形態である台車式トンネル炉の全体構成を示す概略断面図である。 図１のＸ−Ｘ断面の概略図である。 図１のＹ−Ｙ断面の概略図である。 マッフルユニットを説明する斜視図である。 マッフルの膨張吸収手段を説明する説明図である。（ａ）は炉体ユニットとの関係を示す接続部の正面概要図であり、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ断面を模式的に示した断面模式図である。（ｃ）は加熱時における（ｂ）の変形を示す断面模式図である。

符号の説明

１２：炉本体 １６：予熱帯 １８：焼成帯 ２０：冷却帯 ２２：加熱領域
２４：加熱処理領域 ２６：マッフル ２６Ｕ：マッフルユニット ２８：レール ４２、４４：マッフル内排気通路 ４６、４８：排気通路 ５２、５４：排ガス処理装置 ７０：膨張吸収手段 ７４：接続部材（支持部材）
Ｂ：バーナ Ｃ：チャンネル Ｄ：台車 Ｆ：フランジ Ｈ：ヒータ Ｍ：被加熱物 Ｓ：シール材 Ｉ：第１の排気経路 ＩＩ：第２の排気経路

Claims (7)

1. 一端に被加熱物を積載した台車の入口を他端に該台車の出口を有し少なくとも予熱帯と焼成帯とを有する炉本体と、
   該炉本体を貫通して敷設された該台車の移行路と、
   該炉本体内の該移行路上に台車列として収容された複数の台車と、
   を有し該被加熱物を加熱焼成する台車式トンネル炉において、
   前記炉本体内に配置され該炉本体の内部空間を加熱手段を備える加熱領域と前記台車列を収容し前記被加熱物を加熱処理する加熱処理領域とに区画するマッフルと、前記加熱処理領域で前記被加熱物から発生する蒸発物を排気する第１の排気経路と、前記加熱領域で発生する燃焼ガスを排気する第２の排気経路とを備え、
   前記加熱処理領域は前記予熱帯に対応する予熱領域と、前記焼成帯に対応する焼成領域とからなり、
   前記予熱領域で前記被加熱物から発生する蒸発物は、該予熱領域の高温側に設けた第１のマッフル内排気通路を介して前記第１の排気経路に介装される第１の排ガス処理装置で燃焼処理されることを特徴とする台車式トンネル炉。
2. 前記焼成領域で前記被加熱物から発生する蒸発物は、該焼成領域の高温側に設けた第２のマッフル内排気通路を介して前記第１の排気経路に介装される第２の排ガス処理装置で燃焼処理される請求項１に記載の台車式トンネル炉。
3. 前記予熱領域で発生した前記蒸発物は、前記第１の排ガス処理装置と該第１の排ガス処理装置と排気通路によって直列に連通されている前記第２の排ガス処理装置とによって順次燃焼処理される請求項１又は２に記載の台車式トンネル炉。
4. 前記加熱手段により生じる高温ガスや燃焼ガスは、前記加熱領域の低温側に設けた排気通路から前記第２の排気経路を介して前記炉本体の外部へ排出される請求項１〜３のいずれかに記載の台車式トンネル炉。
5. 前記炉本体は複数の炉体ユニットで構成され、前記マッフルは長手方向の両端部にフランジ部を有する複数のマッフルユニットで構成される請求項１に記載の台車式トンネル炉。
6. 加熱による前記マッフルの熱膨張を吸収する膨張吸収手段を備える請求項５に記載の台車式トンネル炉。
7. 前記膨張吸収手段は、前記炉体ユニットを接続する接続部に固設され前記マッフルユニットの前記フランジ部を支持する支持部材と、
   隣接する前記マッフルユニットの相対向するフランジ部において、外周側では平面で当接し内周側では所定のすき間を隔てて対向するように形成されたフランジと、
   前記対向するフランジに挟持される変形自在のシール材と、からなる請求項６に記載の台車式トンネル炉。

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