JP4769532B2 - 高温処理装置 - Google Patents

Description

本発明は加熱装置などの高温処理装置に関し、特に外郭の内部に加熱部などの高温部を有している高温処理装置における外郭の断熱構造に関するものである。

従来、外郭の内部に加熱部を有している加熱装置においては、加熱部の熱を受ける外郭内面に、耐熱性のあるグラスウール、ロックウール、セラミックウールなどの断熱材を配設し、内部の加熱部から外部に熱エネルギーが放散して加熱部の熱効率が低下するのを防止している。なお、通常外郭の外面はそのまま室内に露出されている。

一方、冷蔵庫などにおける断熱材や、高温用でも電気ポットなどの１００℃程度の温度領域での断熱材として真空断熱材が知られている。この真空断熱材は、一般に、熱溶着性及びガスバリア性を有するフィルムを熱溶着して構成した袋状容器内に、シリカ等の微粉末や珪酸カルシウム、ポリウレタン発泡体等の成形体を容積確保物質として収容し、袋状容器内を真空排気した後、その開口部を熱融着して構成されている。

また、冷蔵庫などの断熱箱体の断熱材として、上記のような真空断熱材とポリウレタン・ポリスチレンなどの断熱材を積層した複合断熱材を用いることで、真空断熱材のヒートブリッジ（袋状容器におけるアルミニウム金属層を通じて高温側から低温側に直接伝熱する現象）を防止するようにした構成も知られている（特許文献１参照。）。

また、真空断熱材の袋状容器を構成するフィルムとして、保護層として機能する合成樹脂層と、ガスバリア層及び遠赤外線反射層として機能するアルミニウム金属層と、熱融着層として機能する合成樹脂層とを有する耐熱性ラミネートフィルムが知られている（特許文献２参照。）。
特開平１１−６３３７５号公報 特開平５−１９３６６８号公報

ところで、外郭の内面に断熱材を配設した加熱装置では、外郭の外面が数１０〜１００℃程度の高温となり、その外面が室内に露出しているので、加熱装置を設置した室内の環境温度が高くなり、室内に設置されている他の作業装置に悪影響を与えたり、室内での作業環境を著しく悪化させるという問題があった。また、外郭内面の断熱材の厚さを厚くし、又は外面にも断熱材を配設して、この問題を解消しようとすると、通常の断熱材の熱伝導率は、０．０３Ｗ／ｍＫ程度であるため、断熱材の厚さ寸法が非常に大きいものとなり、空間効率が極めて悪くなってしまうという問題があり、またメンテナンス等のコストも高くなるという問題がある。

一方、真空断熱材は、熱伝導率が、０．００６〜０．００８Ｗ／ｍＫ程度で、非常に断熱性能が高いけれども、袋状容器に熱溶着性フィルムを用いているので、溶着温度に近い温度環境では溶着部が溶融して真空状態が破れるために使用できず、上記のような加熱装置の断熱構造に使用することは全く考えられていなかった。また、特許文献１に記載された断熱材も、冷蔵庫用の断熱材として真空断熱材と合成樹脂断熱材を複合したものであり、上記加熱装置の問題の解消を示唆するものではない。

なお、特許文献２に記載された耐熱性ラミネートフィルムは、２〜２５μｍの波長の赤外線に対する反射率が、その全波長域の全体で略５０％程度のものであり、室温に近い低温域では、後に詳しく説明するように輻射以外で熱エネルギーが室内に放出され易いという問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑み、装置を大型化することなく外面の温度を低くでき、 外面からの熱エネルギーの放散を減少でき、周囲の室内環境の温度上昇を効果的に抑制することができる高温処理装置を提供することを目的とする。

本発明の高温処理装置は、被加熱物を本体内部を貫通して走行させ、前記本体内部に配置した加熱部で前記被加熱物に１５０℃乃至２００℃の熱風を吹き付ける高温処理装置であって、前記被加熱物の走行経路の周囲に配設された耐熱断熱材と、前記耐熱断熱材の周囲に形成される外殻と、前記外殻の外面の７０％以上に配設された真空断熱材とを有し、前記真空断熱材は、金属アルミニウム層を含む熱溶着性シートからなる袋状容器内に、容積確保物質が真空状態で収容され、前記熱溶着性シートは、外側表面が２〜６μｍの波長の赤外線に対する反射率が５０％以上でかつ６〜１４μｍの波長の赤外線に対する反射率が２０％以下であり、前記真空断熱材は、前記外郭の外面とは密着させずに前記外殻に着脱可能な取付パネルに収容配置され、前記熱溶着性シートの周縁部の溶着部を内側に折り込んで前記取付パネルに設けられた平板状空間内に収容したものである。

この構成によれば、外郭内部の高温部の温度が１００℃前後の場合、外郭外面に直接真空断熱材を配設することができるとともに、真空断熱材を配設したことで、装置を大型化することなく、高温処理装置の外面温度をほぼ室温に近い温度にすることができ、高温処理装置を設置した室内における環境温度の上昇を効果的に抑制することができる。さらに、真空断熱材の袋状容器を構成している熱溶着性シートの外側表面の反射率を、２〜６μｍの高温域の波長で５０％以上、６〜１４μｍの低温域の波長で２０％以下としたことにより、室温の温度領域における６〜１４μｍの波長の赤外線に対する輻射率は８０％と高くても室温との温度差が小さいことから輻射による熱放散は殆どなく、この室温の温度領域での放射エネルギーの大部分を占める６〜１４μｍの波長の赤外線に対する反射率が２０％と低いことから熱放散を小さくすることができて装置外面からの熱エネルギーの放散を減少でき、環境温度抑制により大きな効果を発揮する。なお、外郭内部の高温部の温度が１５０〜２００℃以上の高温の場合は、外郭の内面に適当な厚さの断熱材を配設することにより、外郭の温度を１００℃前後とすることができ、同様の効果が得られる。

また、熱溶着性シートの外側表面の層を、２〜６μｍの高温域の波長の赤外線の透過率が７０％以上の熱可塑性樹脂にて構成し、その内側表面に金属アルミニウム層を箔の溶着又は蒸着にて形成すると、ガスバリア性及び反射率の高い金属アルミニウム層の外側表面が近赤外線の透過率の高い熱可塑性樹脂にて保護されているので、金属アルミニウム層の保護を図りながら近赤外線を効率的に反射させてアルミニウムの高い熱伝導性を打ち消し、真空断熱材に入射する熱エネルギーを抑制することができる。

また、上記熱可塑性樹脂をポリアミドにて構成すると、高い耐久性及び耐熱性が得られて好適である。

また、外郭の板状材料外面と真空断熱材とを密着させないと、それらの間の空気層により真空断熱材表面での温度分布の均一化を図って局部的に高温に晒されるのを抑制することができるとともに、断熱効果も高めることができる。

また、真空断熱材は、外郭に着脱可能な取付パネルに設けられた平板状空間内に収容配置すると、外郭への取付作業及びメンテナンスが容易で、また各種温度に容易に対応することができて好適である。

本発明の高温処理装置によれば、真空断熱材は、前記外郭の外面とは密着させずに前記外殻に着脱可能な取付パネルに収容配置され、前記熱溶着性シートの周縁部の溶着部を内側に折り込んで前記取付パネルに設けられた平板状空間内に収容したことにより、真空断熱材表面での温度分布の均一化を図って局部的に高温に晒されるのを抑制することができるとともに、断熱効果も高めることができ、外郭への取付作業及びメンテナンスが容易で、また各種温度に容易に対応することができ、装置を大型化することなく、高温処理装置の外面温度をほぼ室温に近い温度にすることができ、さらに真空断熱材の袋状容器を構成している熱溶着性シートの外側表面の反射率を、２〜６μｍの高温域の波長で５０％以上、６〜１４μｍの低温域の波長で２０％以下としたことにより、輻射率は８０％と高くても、輻射表面が室温の温度領域では輻射による熱放散は殆どなく、装置外面からの熱エネルギーの放散を減少できるので、高温処理装置を設置した室内における環境温度の上昇を効果的に抑制することができ、同時に高温部の熱効率が低下するのを防止できて省エネルギーを図ることができる。

以下、本発明の高温処理装置の一実施形態の加熱装置について、図１〜図７を参照して説明する。

本実施形態の加熱装置１は、図１、図２に示すように、連続した帯状シートから成る被加熱物２を加熱装置１の本体３内を貫通して走行させ、本体３内の加熱部４で所定の温度条件で加熱処理するように構成されている。なお、被加熱物２は、連続シートに限られるものではない。本体３は、鋼板製の外郭５の内面に、グラスウール、ロックウール、セラミックウールなどの耐熱温度の高い耐熱断熱材６を配設し、外郭５の外面に真空断熱材７を配設して構成されている。

本体３内の加熱部４は、図１に示すように、被加熱物２の走行面に沿った複数箇所で所定温度の熱風を被加熱物２に向けて吹き付ける熱風吹出し手段８を被加熱物走行面の上下に配設して構成されている。熱風吹出し手段８は、本体３の壁体を貫通する供給管８ａと、供給管８ａから被加熱物走行方向に延設された分配管８ｂと、分配管８ｂに適当間隔置きに配設された吹出しノズル８ｃにて構成されている。熱風の温度は、例えば１５０〜２００℃である。また、吹出した熱風を吸引排出する排出管９が本体３の壁体を貫通して配設されており、熱効率を高めるため、排出された熱風が加熱循環手段（図示せず）を介して熱風吹出し手段８に向けて循環されている。

本体３内の入口部３ａと出口部３ｂの近傍には、被加熱物２を上下から走行自在に支持するガイドローラ１０ａ、１０ｂが配設されている。また、本体３は、図２に示すように、被加熱物２の入口部３ａと出口部３ｂを通る平面に沿った分割面１１で上下に分割可能に構成されている。

真空断熱材７の外郭５に対する配設構造は、図３に示すように、鋼板製又は合成樹脂製の取付パネル１２に設けられた平板状空間１３内に真空断熱材７を収容配置し、取付パネル１２の両端部に設けられた取付フランジ１２ａを外郭５に適宜設けられた取付ブラケット（図示せず）に締結固定することで着脱可能に配設されている。なお、１２ｂは取付フランジ１２ａに設けられた取付穴である。また、真空断熱材７は、その周縁部の溶着部７ａを内側に折り込んで平板状空間１３内に収容される。

真空断熱材７は、図４に示すように、金属アルミニウム層を含む熱溶着性シート１４から成る袋状容器１５内に、特殊な微粉末や微小サイズの連続気泡発泡体から成る容積確保物質１６を収容し、袋状容器１５内を真空状態にして開口部を密閉溶着して構成されている。

本実施形態において、袋状容器１５を構成している熱溶着性シート１４は、外側表面に臨みアルミニウム層の保護層として機能する１０〜数１０μｍの厚さのポリアミド層１８と、その内側の１〜１０μｍの厚さのアルミニウム層１９と、内側表面に臨み溶着層として機能する１０〜１００μｍの厚さのポリエチレン層２０にて構成されており、全体で略０．０５〜０．１５ｍｍの厚さとなっている。

上記ポリアミド層１８は，アルミニウム層１９の保護とアルミニウム層１９への直接の熱伝導防止を図るだけでなく、その材質や厚さや層数を適宜選択することで、２〜６μｍの波長の近赤外線の透過率が７０％以上となるように近赤外線部分での透過率を大きくすることで、アルミニウム層での反射熱量を低下させず、かつ６μｍ以上の波長の赤外線に対して低い反射率を実現するように設定されたものである。なお、保護層は、ナイロンなどの透明なポリアミドが耐久性、耐熱性に優れているので好適であるが、透明なポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂を用いることもできる。

上記アルミニウム層１９は必要なガスバリア性と反射性能を確保する必要最小限の厚さに設定されたものであり、箔の溶着又は蒸着によって形成するのが好適である。ポリエチレン層２０は確実に熱溶着できるとともに、アルミニウム層１９間の接触によるヒートブリッジを防止できる厚さに設定されたものである。溶着層は、ポリエチレンに限らず、ポリエステル、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂を用いることができる。

上記熱溶着性シート１４の一具体例の外側表面における、各波長の赤外線に対する反射率と輻射率の測定結果を、図５（ａ）、（ｂ）に示す。この熱溶着性シート１４の特徴は、波長が６μｍ未満の赤外線に対する反射率は平均して略５０％であるのに対して、波長が６〜１４μｍの赤外線に対する反射率は平均して略２０％以下である点にある。なお、反射率と輻射率は逆の特性を示す。

次に、以上の真空断熱材７の構成による作用効果について説明する。図６（ａ）に、物体の温度をパラメータとし、各温度の物体から放射されるエネルギー発散度を赤外線の各波長毎に示している。ウィーンの変位則により、温度の高い物質はエネルギー発散度が高くかつその波長分布におけるピーク波長は短くなり、温度の低い物質はエネルギー発散度が低くかつその波長分布におけるピーク波長は長くなっている。本実施形態の外郭５の断熱構造において、外郭５に近接して対向する面は略１００℃前後で、室内に対向する面は略室温となった状態で温度平衡が保たれた状態になっているものとし、かつ模式的に説明を行うものとして、その場合の放射エネルギー発散度の数値例として、外郭５側は図６（ａ）における４００Ｋ（１２７℃）のグラフを採用して図６（ｂ）に、室内側は図６（ａ）における３００Ｋ（２７℃）のグラフを採用して図６（ｃ）に示している。図６（ｂ）において、全体の放射エネルギーを１．０Ｅとして、６μｍ未満の波長の赤外線の放射エネルギーは０．４Ｅ、６μｍ以上の波長の赤外線の放射エネルギーは０．６Ｅであり、真空断熱材７の熱溶着性シート１４のそれぞれの波長領域の反射率は上記のように０．５、０．２、輻射率は０．５、０．８であるため、外郭５から真空断熱材７内に入力される熱エネルギーは（０．４Ｅ×０．５）＋（０．６Ｅ×０．８）＝０．６８Ｅとなる。また、図６（ｃ）において、６μｍ未満の波長の赤外線の放射エネルギーは殆どなく、大部分が６μｍ以上の波長の赤外線の放射エネルギーであり、真空断熱材７の熱溶着性シート１４のその波長領域の反射率は０．２、すなわち輻射率が０．８となり、殆どが輻射により熱放出される。しかるに、熱の輻射は物体間の温度差により行われるものであり、例えば室温２４℃の場合、熱溶着性シート１４の表面は２７℃（実測値）となり、その２７℃の表面から室内空気への輻射による熱エネルギーの放出はほとんどなく、室内へは反射率０．２に相当の熱エネルギーが熱伝導等により放出されることになる。よって、室内に向けて伝導される熱エネルギーは、上記０．６８Ｅ×０．２＝０．１４Ｅとなり、その結果外郭５から１．０Ｅの熱エネルギーが入力して室内に伝導される熱量は０．１４Ｅとなる。かくして、図７に示すように、外郭５から１００％の熱エネルギーが入力すると、６８％が真空断熱材７内に放出され、真空断熱材７の表面から室内には１４％に低減されて放出されることになる。

これに対して、特許文献２に記載されている真空断熱材の熱溶着性シートのように、赤外線の全ての波長領域に対して０．５〜０．７の反射率を有する熱溶着性シートを使用した真空断熱材の場合には、図６（ｂ）（ｃ）に比較例として示したように、外郭から１００％の熱エネルギーが入力すると、５０〜３０％が真空断熱材７内に放出され、真空断熱材７の表面から室内に２５〜２１％が放出されることになり、上記本実施形態の場合の例に比して劣った効果しか得られない。

以上の実施形態の説明では、真空断熱材７を取付パネル１２にて外郭５の外面に取付けた状態で、真空断熱材７と外郭５の外面とが接触する例を示したが、外郭５の外面と真空断熱材７との間に空気層が介在して相互に密着させない構造とすることもでき、そうすると空気層により真空断熱材７の表面での温度分布の均一化を図って局部的に高温に晒されるのを抑制することができるとともに、断熱効果も高めることができて好適である。

また、外郭５の外面と真空断熱材７との間に、さらに板状の断熱材を配設した構造とすることもでき、そうすると真空断熱材７の内側面が過大な高温に晒される恐れをより確実に無くすことができて好適である。

さらに、以上の実施形態では、加熱部を内蔵した加熱装置の例についてのみ説明したが、本発明は処理物自体が高温のもの、例えば高温の排ガスや溶鉱炉の溶融鉄を処理する高温処理装置にも適用することができる。

本発明の高温処理装置によれば、外郭外面に真空断熱材を配設したことで、高温処理装置の外面温度をほぼ室温に近い温度にすることができ、かつ真空断熱材の袋状容器を構成している熱溶着性シートの外側表面の反射率を、２〜６μｍの波長で５０％以上、６〜１４μｍの波長で２０％以下としたことによって装置外面からの熱エネルギーの放散を効果的に減少できるので、高温処理装置を設置した室内の環境改善が要請される場合の各種高温処理装置に有効に利用することができる。

本発明の一実施形態の加熱装置の縦断面図。 同実施形態の斜視図。 同実施形態における真空断熱材とその取付パネルを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。 同実施形態における真空断熱材の詳細構成を示す部分拡大模式断面図。 同実施形態における真空断熱材で採用した熱溶着性シートの外側表面の反射率と輻射率の測定結果を示すグラフ。 同実施形態の真空断熱材における熱量伝播を説明するための説明図。 同実施形態の加熱装置の壁面における熱量伝播を示す説明図。

符号の説明

１ 加熱装置
２ 被加熱物
３ 本体
４ 加熱部
５ 外郭
６ 耐熱断熱材
７ 真空断熱材
１１ 分割面
１２ 取付パネル
１３ 平板状空間
１４ 熱溶着性シート
１５ 袋状容器
１６ 容積確保物質
１８ ポリアミド層（保護層）
１９ アルミニウム層
２０ ポリエチレン層（溶着層）

Claims (3)

1. 被加熱物を本体内部を貫通して走行させ、前記本体内部に配置した加熱部で前記被加熱物に１５０℃乃至２００℃の熱風を吹き付ける高温処理装置であって、
   前記被加熱物の走行経路の周囲に配設された耐熱断熱材と、
   前記耐熱断熱材の周囲に形成される外殻と、
   前記外殻の外面の７０％以上に配設された真空断熱材とを有し、
   前記真空断熱材は、
   金属アルミニウム層を含む熱溶着性シートからなる袋状容器内に、
   容積確保物質が真空状態で収容され、
   前記熱溶着性シートは、外側表面が２〜６μｍの波長の赤外線に対する反射率が５０％以上でかつ６〜１４μｍの波長の赤外線に対する反射率が２０％以下であり、
   前記真空断熱材は、前記外郭の外面とは密着させずに前記外殻に着脱可能な取付パネルに収容配置され、
   前記熱溶着性シートの周縁部の溶着部を内側に折り込んで前記取付パネルに設けられた平板状空間内に収容した
   ことを特徴とする高温処理装置。
2. 熱溶着性シートの外側表面の層を、２〜６μｍの波長の赤外線の透過率が７０％以上の熱可塑性樹脂にて構成し、その内側表面に金属アルミニウム層を箔の溶着又は蒸着にて形成したことを特徴とする請求項１記載の高温処理装置。
3. 熱可塑性樹脂はポリアミドであることを特徴とする請求項２記載の高温処理装置。

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