JP6976128B2 - ハイブリッド加熱炉 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ハイブリッド加熱炉に関する。

現在、加熱炉の加熱方式には、ガス加熱方式と電気加熱方式とがある。ガス加熱方式では、ガス炉のように燃料を燃やして生成された燃焼ガスを加熱ガスとし、この加熱ガスを加熱炉内で強制的に対流させることで生じる対流加熱によって被加熱物を加熱する。電気加熱方式では、電気炉のようにジュール熱などを利用して主として熱放射によって被加熱物を加熱する。

ガス加熱方式では、昇温速度が速い。さらに、ガス加熱方式では、対流加熱を利用できるため、炉内の温度を均一化するためのガス撹拌用のファンは不要となる。ガス加熱方式は、高出力側の運転に優れており、比較的大型の製品の加熱に適している。

ガス加熱方式において備えられる、高温ガスを生成するバーナにおいては、最低燃焼量と最大燃焼量との比であるターンダウン比（ＴＤＲ）を所定の範囲で有する。そして、この最低燃焼量よりも小さい燃焼量では、バーナにおいて安定した燃焼ができない。そのため、ガス加熱方式においては、低出力側における、運転制御や緻密な温度制御は適していない。

一方、電気加熱方式では、加熱装置に負荷する電力の調整によって出力が調整できるため、低出力側における、運転制御や緻密な温度制御に適している。しかし、高出力側においては電力消費量が上昇する。さらに、電気加熱方式では、ガス加熱方式のような加熱ガスの流動による強制的な対流加熱ができない。そのため、熱放射加熱のみならずガス加熱方式のような対流加熱を利用する場合には、熱放射によって加熱された加熱炉内の空気を加熱ガスとして強制的に対流させるための撹拌用のファンが必要となる。このファンには、使用環境温度に対する耐熱の限界があり、例えば、９００℃以上の温度域では使用できない。

このように、ガス加熱方式および電気加熱方式において、それぞれ長所および短所を有している。そこで、ガス加熱方式と電気加熱方式とを組み合わせることで、それぞれの特徴を生かした加熱炉を実現することが検討されている。

実開昭６４−２８７９５号公報

ガス加熱方式と電気加熱方式とを組み合わせた従来の加熱炉では、ガス加熱方式と電気加熱方式とをそれぞれ切り替えて運転している。

ガス加熱方式では、加熱ガスによる対流加熱が可能であるが、加熱ガスの対流によって形成される流れ場によっては、加熱炉内に温度斑が発生することがある。

電気加熱方式では、前述したように対流加熱ができない。そのため、この従来の加熱炉において、電気加熱運転の際に対流加熱を利用して加熱炉内の温度の均一化を図るためには、ガス撹拌用のファンを備える必要がある。しかしながら、このガス撹拌用のファンは、高温側（高出力側）での運転が制限される。

そのため、ガス加熱方式と電気加熱方式とを組み合わせた従来の加熱炉においては、ガス加熱方式と電気加熱方式のそれぞれの長所が生かされた構成とはなっていない。

本発明が解決しようとする課題は、広範囲で出力の調整ができるとともに、炉内の温度を高精度に制御することができるハイブリッド加熱炉を提供することにある。

本発明に係る実施形態のハイブリッド加熱炉は、被加熱物を加熱する燃焼装置および電気式ヒータを備える。このハイブリッド加熱炉は、前記被加熱物が内部に配置される炉本体と、前記被加熱物を加熱した加熱ガスを前記炉本体内から排気口に導く排気通路と、前記排気通路を流れる加熱ガスと前記燃焼装置に供給される酸化剤との間で熱交換させて酸化剤を加熱する熱交換器とを備える。前記燃焼装置は、前記炉本体の上部に配置され、ガス燃料を噴出するガス燃料噴出部および前記ガス燃料噴出部から噴出されたガス燃料と燃焼する酸化剤を噴出する酸化剤噴出部を有し、前記炉本体内の加熱ガスの流れ場を形成し、前記電気式ヒータは、前記炉本体の内壁の周方向に設けられ、かつ前記炉本体の高さ方向に複数段配置され、各前記電気式ヒータの出力をそれぞれ調整可能であり、前記炉本体内から前記排気通路に連通する連通口は、前記炉本体の側壁の下部に形成されている。また、本発明に係る実施形態のハイブリッド加熱炉は、被加熱物を加熱する燃焼装置および電気式ヒータを備える。このハイブリッド加熱炉は、前記被加熱物が内部に配置される炉本体と、前記被加熱物を加熱した加熱ガスを前記炉本体内から排気口に導く排気通路と、前記排気通路を流れる加熱ガスと前記燃焼装置に供給される酸化剤との間で熱交換させて酸化剤を加熱する熱交換器とを備える。前記燃焼装置は、前記炉本体の下部に配置され、ガス燃料を噴出するガス燃料噴出部および前記ガス燃料噴出部から噴出されたガス燃料と燃焼する酸化剤を噴出する酸化剤噴出部を有し、前記炉本体内の加熱ガスの流れ場を形成し、前記電気式ヒータは、前記炉本体の内壁の周方向に設けられ、かつ前記炉本体の高さ方向に複数段配置され、各前記電気式ヒータの出力をそれぞれ調整可能であり、前記炉本体内から前記排気通路に連通する連通口は、前記炉本体の上部に形成されている。

本発明のハイブリッド加熱炉によれば、広範囲で出力の調整ができるとともに、炉内の温度を高精度に制御することができる。

第１の実施の形態のハイブリッド加熱炉の縦断面を模式的に示した図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 ハイブリッド加熱炉の作用を説明するためのフローチャートである。 演算部によって比較された温度結果に基づいて、燃焼装置および電気式ヒータの出力を調整して、燃焼装置および電気式ヒータから供給する熱量を変化させる際のデータベースの一例を示す図である。 演算部によって比較された温度結果に基づいて、燃焼装置および電気式ヒータの出力を調整して、燃焼装置および電気式ヒータから供給する熱量を変化させる際のデータベースの他の例を示す図である。 演算部によって比較された温度結果に基づいて、燃焼装置および電気式ヒータの出力を調整して、燃焼装置および電気式ヒータから供給する熱量を変化させる際のデータベースの他の例を示す図である。 演算部によって比較された温度結果に基づいて、燃焼装置および電気式ヒータの出力を調整して、燃焼装置および電気式ヒータから供給する熱量を変化させる際のデータベースの他の例を示す図である。 第２の実施の形態のハイブリッド加熱炉の縦断面を模式的に示した図である。 図９のＢ−Ｂ断面を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のハイブリッド加熱炉１０の縦断面を模式的に示した図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。

ハイブリッド加熱炉１０は、図１に示すように、炉本体２０と、炉本体２０の上部に配置された燃焼装置３０と、炉本体２０内の加熱ガスを排出する排気通路４０と、排気通路４０に設けられた熱交換器５０と、炉本体２０の内壁に配置された電気式ヒータ６０とを備える。また、ハイブリッド加熱炉１０は、ハイブリッド加熱炉１０を制御する制御装置９０を備える。なお、炉本体２０の上部とは、炉本体２０の鉛直方向の上部をいう。

上記したように、ハイブリッド加熱炉１０は、被加熱物を加熱する機構として、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０を備えている。

炉本体２０は、例えば、筒状の側壁部２１と、この側壁部２１の上端開口を塞ぐ上蓋２２と、側壁部２１の下端開口を塞ぐ下蓋２３と、側壁部２１、上蓋２２、下蓋２３のそれぞれの内面に設けられた断熱材２４とを備える。なお、断熱材２４は、炉本体２０の内壁として機能する。

側壁部２１、上蓋２２、下蓋２３は、例えば、ステンレス鋼などの金属材料で構成される。断熱材２４は、例えば、耐火断熱材などで構成される。なお、側壁部２１、上蓋２２、下蓋２３および断熱材２４の材料は、特に限定されるものではない。

図２に示すように、炉本体２０の側壁部２１の、排気通路４０が形成される側とは異なる側の一つの側壁部２１ａは、開閉可能に構成されている。側壁部２１ａは、隣り合う側壁部２１に、例えば、ヒンジ２６などによって開閉可能に接続されている。このように側壁部２１ａを開閉可能に構成することで、炉本体２０内に被加熱物を配置し、または炉本体２０内から被加熱物を取り出すことができる。

炉本体２０内の底部には、被加熱物を配置するための載置台７０が備えられている。載置台７０は、図１に示すように、被加熱物を置く載置板７１と、載置板７１を下方から支持する脚部７２とを備える。載置板７１と炉本体２０内の底面との間には、所定の高さの隙間が形成されている。また、図２に示すように、載置板７１と炉本体２０の内壁（断熱材２４）との間には、加熱ガスが流れるための隙間が設けられている。

炉本体２０の側壁部２１の、排気通路４０が形成される側の下部には、炉本体２０内と排気通路４０とを連通させるための連通口２５が形成されている。なお、炉本体２０の下部とは、炉本体２０の鉛直方向の下部をいう。

なお、ここでは、図２に示すように炉本体２０の水平断面形状が矩形である一例を示しているが、この構成に限られるものではない。炉本体２０の水平断面形状は、例えば、円形、多角形などであってもよい。

炉本体２０の上部には、燃焼装置３０が配置されている。燃焼装置３０は、被加熱物を加熱するための加熱ガスとしての燃焼ガスを生成する。

燃焼装置３０は、例えば、図１に示すように、パイロットバーナ１００とメインバーナ１１０を備える。パイロットバーナ１００は、中央に配置され、パイロットバーナ１００の周囲にメインバーナ１１０が配置されている。

パイロットバーナ１００は、燃焼装置３０の作動時にイグナイタなどの点火装置（図示しない）によって着火される。なお、パイロットバーナ１００によって発生する熱量は、メインバーナ１１０によって発生する熱量よりも小さい。

パイロットバーナ１００は、中央に燃料を噴出する管状のパイロット用燃料噴出部１０１と、パイロット用燃料噴出部１０１の周囲に酸化剤を噴出する環状のパイロット用酸化剤噴出部１０２を備える。パイロット用酸化剤噴出部１０２の環状の通路には、例えば、通過した酸化剤の流れに旋回成分を与えるスワーラ１０３が備えられる。なお、スワーラ１０３は、火炎を安定して保持する保炎器としても機能する。

パイロット用燃料噴出部１０１は、パイロット用燃料供給管１０４を介して燃料供給源１０６から供給された燃料を炉本体２０内に噴出する。パイロット用燃料供給管１０４には、パイロット用燃料噴出部１０１に供給される燃料の流れを遮断する遮断弁１０４ａが介在している。なお、パイロット用燃料噴出部１０１に供給される燃料の流量は、所定の流量になるように調整されている。

パイロット用酸化剤噴出部１０２は、パイロット用酸化剤供給管３２を介して供給された酸化剤を炉本体２０内に噴出する。なお、パイロット用酸化剤噴出部１０２に供給される酸化剤の流量は、所定の流量になるように調整されている。

パイロット用燃料噴出部１０１から炉本体２０内に噴出された燃料と、パイロット用酸化剤噴出部１０２から炉本体２０内に噴出された酸化剤とが燃焼して、パイロット火炎を形成する。

メインバーナ１１０は、パイロット用酸化剤噴出部１０２の周囲に燃料を噴出する環状のメイン用燃料噴出部１１１と、メイン用燃料噴出部１１１の周囲に酸化剤を噴出する環状のメイン用酸化剤噴出部１１２を備える。メイン用酸化剤噴出部１１２の環状の通路には、例えば、通過した酸化剤の流れに旋回成分を与えるスワーラ１１３が備えられる。なお、スワーラ１１３は、火炎を安定して保持する保炎器としても機能する。

メイン用燃料噴出部１１１は、メイン用燃料供給管１０５を介して燃料供給源１０６から供給された燃料を炉本体２０内に噴出する。メイン用燃料供給管１０５には、メイン用燃料噴出部１１１に供給する燃料の流量を調整する燃料流量調整弁１０５ａおよびメイン用燃料噴出部１１１に供給される燃料の流れを遮断する遮断弁１０５ｂが介在している。また、例えば、遮断弁１０５ｂと燃料供給源１０６との間には、メイン用燃料噴出部１１１に供給される燃料の流量を検出する燃料流量計１０５ｃが介在している。

メイン用酸化剤噴出部１１２は、メイン用酸化剤供給管３３を介して供給された酸化剤を炉本体２０内に噴出する。メイン用酸化剤供給管３３には、メイン用酸化剤噴出部１１２に供給する酸化剤の流量を調整する酸化剤流量調整弁３３ａおよびメイン用酸化剤噴出部１１２に供給される酸化剤の流量を検出する酸化剤流量計３３ｂが介在している。

メイン用燃料噴出部１１１から炉本体２０内に噴出された燃料と、メイン用酸化剤噴出部１１２から炉本体２０内に噴出された酸化剤とが燃焼して、メイン火炎を形成する。

ここで、燃料としては、特に限定されないが、例えば、都市ガスやプロパンガスなどのガス燃料が挙げられる。酸化剤としては、空気などが挙げられる。

また、パイロット用酸化剤供給管３２およびメイン用酸化剤供給管３３は、酸化剤供給管３１が分岐した管である。なお、この酸化剤供給管３１については後述する。

上記したように、パイロット用酸化剤噴出部１０２やメイン用酸化剤噴出部１１２の環状の通路には、スワーラ１０３、１１３が備えられる。

ここで、スワーラ１０３、１１３によって与えられる流れの旋回成分を大きくすることで、図１に示すように、コーン状の火炎３５の周方向への広がりを大きくするとともに、火炎３５の長さ（下方方向の長さ）を短くすることができる。このように旋回成分を大きくして火炎３５の広がりを大きくすることで、炉本体２０内の全体に行き渡る加熱ガスの流れ場を形成することができる。このように加熱ガスが炉本体２０内の全体に対流することによって、被加熱物を均一な温度で加熱することができる。

なお、燃焼装置３０における加熱は、いわゆるガス加熱方式であり、上記した対流加熱以外にも、例えば、火炎からの熱放射による加熱なども作用する。

また、被加熱物を配置する領域、いわゆる炉内有効加熱領域３７は、火炎３５が直接接触しない領域に設定される。上記したように、火炎３５の長さを短くすることで、炉本体２０内において炉内有効加熱領域３７を広く設定することができる。

この炉内有効加熱領域３７は、被加熱物を均一な温度で加熱することができる領域である。図１において、載置台７０上の炉内有効加熱領域３７の境界を破線で示している。この破線内が炉内有効加熱領域３７となる。

なお、ここでは、パイロットバーナ１００およびメインバーナ１１０の燃焼方式として、燃料と酸化剤をそれぞれ別々に炉本体２０内に噴出して燃焼させる拡散燃焼方式を採用した一例を示したが、この構成に限られない。パイロットバーナ１００とメインバーナ１１０における燃焼方式は、燃料と酸化剤とを混合した混合気を炉本体２０内に噴出して燃焼させる予混合燃焼方式であってもよい。

なお、予混合燃焼方式を採用する場合においても、予混合気をスワーラを通過せて炉本体２０内に噴出することで、前述したような周方向に広がったコーン状の短炎を形成することができる。

排気通路４０は、被加熱物を加熱した加熱ガスを炉本体２０内から排気口４１に導く。排気通路４０は、排気筒４２内に形成される。排気筒４２は、側壁部４３と、側壁部４３の内面に設けられた断熱材４４とを備える。排気通路４０は、炉本体２０の側壁部２１の下部に形成された連通口２５と排気口４１との間における断熱材４４の内側の通路によって構成される。

なお、側壁部４３および断熱材４４を構成する材料は、炉本体２０を構成する側壁部２１および断熱材２４とそれぞれ同様である。

排気通路４０には、熱交換器５０が備えられている。この熱交換器５０は、酸化剤供給管３１に介在している。すなわち、酸化剤供給管３１内を流れる酸化剤が熱交換器５０内を流れ、排気通路４０を流れる加熱ガスが熱交換器５０の外側を流れる。

そして、熱交換器５０において、排気通路４０を流れる加熱ガスと酸化剤供給管３１を流れる酸化剤との間で熱交換がなされ、酸化剤が加熱される。

ここで、酸化剤供給管３１には、例えば、ブロアなどの送風機３６が介在する。そして、送風機３６によって、大気（空気）を酸化剤供給管３１に導入する。

酸化剤供給管３１は、熱交換器５０よりも下流側で分岐され、前述したパイロット用酸化剤供給管３２およびメイン用酸化剤供給管３３を構成する。そのため、熱交換器５０において加熱された酸化剤は、酸化剤供給管３１から、パイロット用酸化剤供給管３２またはメイン用酸化剤供給管３３に導入される。

なお、熱交換器５０を通過することで熱量を放出した加熱ガスは、排気口４１から大気中に放出される。

炉本体２０の内壁として機能する断熱材２４には、電気式ヒータ６０が配置されている。電気式ヒータ６０は、熱放射によって被加熱物および加熱ガスを加熱するとともに、熱伝達によっても加熱ガスを加熱する。

電気式ヒータ６０は、図１および図２に示すように、炉内有効加熱領域３７を囲むように、断熱材２４の内壁面２４ａに周方向に設けられている。周方向に設けられた電気式ヒータ６０は、例えば、図２に示す炉本体２０の内壁を構成する４つの面のそれぞれに、高さ位置を同じにして設けられている。

また、電気式ヒータ６０は、図１に示すように、炉本体２０の高さ方向に複数段配置されている。ここでは、炉本体２０の高さ方向に、電気式ヒータ６０を３段備えた構成を例示している。なお、上段の電気式ヒータには６０ａ、中段の電気式ヒータには６０ｂ、下段の電気式ヒータには６０ｃの符号を付している。

電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、断熱材２４に形成された溝部２４ｂに嵌合されている。そして、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの炉内有効加熱領域３７側の面は、露出している。

電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、火炎３５に直接曝されないように配置されている。電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、炉本体２０内を流れる加熱ガスの温度に耐えることができる材料で構成されている。電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃとしては、例えば、電流を流すことで発生するジュール熱によって発熱するヒータなどが使用される。

なお、図示しないが、各電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃには、電力を供給する電力供給ラインがそれぞれ接続されている。

ここで、図１に示すように、炉本体２０内には、加熱ガスの流れ場の温度を検出する温度検出部８０が設けられている。温度検出部８０は、加熱ガスが強制対流することで形成される流れ場における加熱ガスの代表的な温度を検出できる位置に配置されることが好ましい。この際、温度検出部８０は、例えば、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃにおける熱放射による影響を受けにくい位置に配置されることが好ましい。

温度検出部８０は、例えば、図１に示すように、炉本体２０内の上部であり、炉内有効加熱領域３７の上部となる位置に配置される。この位置では、流れ場を形成する、燃焼装置３０で生成した加熱ガスとしての燃焼ガスの温度を検出することができる。

また、炉本体２０内には、炉内有効加熱領域３７内における加熱ガスの温度を検出する温度検出部８１ａ、８１ｂ、８１ｃが設けられている。温度検出部８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、炉本体２０の高さ方向に３段配置された電気式ヒータ６０に対応して、それぞれ設置されている。すなわち、各電気式ヒータ６０に対応して、３箇所に温度検出部が備えられている。温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、例えば、熱電対などで構成される。

なお、温度検出部８０は、加熱ガスの流れ場の複数個所に設けられてもよい。また、温度検出部８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、それぞれが配置された高さ位置の複数個所に設けられてもよい。そして、複数個所に設けられた温度検出部からの出力に基づいて算出された平均温度を代表温度としてその温度検出部によって検出された温度としてもよい。

なお、温度検出部８０は、第１の温度検出部として機能し、温度検出部８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、第２の温度検出部として機能する。

ここで、図３は、制御装置９０の構成を示すブロック図である。

制御装置９０は、演算素子（ＣＰＵ）、メモリなどを備える演算機能ブロックである。なお、制御装置９０が実行する処理は、例えば、マイクロコンピュータなどのコンピュータ装置などで実現される。

制御装置９０は、演算部９１と、記憶部９２と、燃焼装置制御部９４と、電気式ヒータ制御部９５とを備える。また、制御装置９０は、外部の機器と信号の入出力を行う入出力インターフェース９３を備える。

入出力インターフェース９３は、温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、燃料流量計１０５ｃ、酸化剤流量計３３ｂ、ハイブリッド加熱炉１０の運転設定条件などを入力する入力装置（図示しない）、時間を計測するタイマ（図示しない）などと各種信号の入出力が可能に接続されている。

演算部９１は、記憶部９２に格納されたプログラムやデータベースなどを用いて各種の演算処理や判定などを実行する。また、演算部９１は、コンピュータプログラムの起動や、入出力インターフェース９３を介して入力された情報の各機能ブロックへの伝達などを行う。

記憶部９２は、例えば、ハイブリッド加熱炉１０を起動するためのプログラム、温度検出部８０によって検出された加熱ガスの温度に基づいて燃焼装置３０や電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給される熱量を調整するためのデータベース、設定炉内温度に基づく燃料流量および酸化剤流量のデータベース、設定炉内温度に基づく電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに負荷する電力のデータベースなどが記憶されている。また、記憶部９２は、入出力インターフェース９３を介して入力された各種情報なども記憶する。

なお、記憶部９２が記憶するデータベースなどは、これらに限られない。記憶部９２は、実行処理に必要な他のデータベースなども記憶している。

燃焼装置制御部９４は、例えば、演算部９１からの演算処理に基づいて燃焼装置３０の各機器を制御する。例えば、燃焼装置制御部９４は、演算部９１からの演算処理に基づいて、遮断弁１０４ａ、１０５ｂ、燃料流量調整弁１０５ａ、送風機３６および酸化剤流量調整弁３３ａなどを制御する。

電気式ヒータ制御部９５は、例えば、演算部９１からの演算処理に基づいて電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに負荷する電力を制御する。

次に、ハイブリッド加熱炉１０の作用について説明する。

図４は、ハイブリッド加熱炉１０の作用を説明するためのフローチャートである。

演算部９１は、入出力インターフェース９３を介して、操作パネル（図示しない）などの外部スイッチから炉内温度の設定に係る信号が入力された場合、その情報を記憶部９２に記憶させる（ステップＳ１２０）。

演算部９１は、入出力インターフェース９３を介して、操作パネルなどの外部スイッチから加熱時間の設定に係る信号が入力された場合、その情報を記憶部９２に記憶させる（ステップＳ１２１）。

ここで、加熱時間は、例えば、炉本体２０内の加熱ガスの温度が設定温度になった時点からの加熱時間である。

演算部９１は、入出力インターフェース９３を介して、操作パネルなどの外部スイッチからガス加熱出力と電気加熱出力との比率設定に係る信号が入力された場合、その情報を記憶部９２に記憶させる（ステップＳ１２２）。

ここで、ガス加熱出力と電気加熱出力との比率とは、燃焼装置３０から供給される熱量と、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給される熱量の比率である。例えば、操作パネルなどにおいて、ガス加熱出力を７０％、電気加熱出力を３０％と入力する。

なお、この比率設定は、需要家先の総電力消費量の削減に寄与できる範囲で設定されることが好ましい。そのため、ここでは、この比率設定は、後述する調整出力が５０％を超える範囲において適用される。

演算部９１は、入出力インターフェース９３を介して、操作パネルなどの外部スイッチから運転開始に係る信号が入力された場合、その情報を燃焼装置制御部９４に出力する。

燃焼装置制御部９４は、運転開始に係る信号が入力された場合、送風機３６を駆動して、例えば、パージ処理を行う。このパージ処理では、パイロット用酸化剤噴出部１０２およびメイン用酸化剤噴出部１１２から炉本体２０内に酸化剤が噴出される。

このパージ処理は、例えば、炉本体２０内や排気通路４０内に燃料などが残存していることを想定して、燃料を外部に排出するために安全対策として実行される。

パージ処理後、燃焼装置制御部９４は、送風機３６を駆動した状態で、パイロットバーナ１００を運転する。具体的には、燃焼装置制御部９４は、点火装置（図示しない）を作動し、パイロット用燃料供給管１０４に介在する遮断弁１０４ａを開く。そして、パイロット用燃料噴出部１０１から炉本体２０内に噴出された燃料と、パイロット用酸化剤噴出部１０２から炉本体２０内に噴出された酸化剤とが燃焼して、パイロット火炎を形成する。

なお、パイロットバーナ１００を運転する際、燃焼装置制御部９４は、メイン用酸化剤供給管３３に介在する酸化剤流量調整弁３３ａを開いている。そのため、メイン用酸化剤噴出部１１２からも炉本体２０内に酸化剤が噴出される。

メイン用酸化剤噴出部１１２から炉本体２０内に酸化剤を噴出することで、炉本体２０内全体に行き渡る流れ場を形成することができる。これによって、炉本体２０内における加熱ガスの温度の均一化を図ることができる。

パイロット火炎が形成された後、燃焼装置制御部９４は、メインバーナ１１０を運転する。具体的には、燃焼装置制御部９４は、メイン用燃料供給管１０５に介在する燃料流量調整弁１０５ａおよび遮断弁１０５ｂを開く。そして、メイン用燃料噴出部１１１から炉本体２０内に噴出された燃料と、メイン用酸化剤噴出部１１２から炉本体２０内に噴出された酸化剤とが燃焼して、メイン火炎を形成する。

演算部９１は、パージ処理完了に係る情報を燃焼装置制御部９４から入力した場合、その情報を電気式ヒータ制御部９５に出力する。

電気式ヒータ制御部９５は、パージ処理完了に係る情報を入力した場合、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに電力を供給し、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを加熱する。

ここで、運転開始から所定時間は、炉本体２０を構成する断熱材２４などにも熱量が奪われるため、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、設定されたガス加熱出力と電気加熱出力との比率を維持した状態で、それぞれ最大出力で運転される。

最大出力で運転するため、燃焼装置制御部９４は、記憶部９２に記憶された設定炉内温度に基づく燃料流量および酸化剤流量のデータベースを参照する。そして、参照したデータベースにおける最大出力とするための燃料流量および酸化剤流量を参照し、入出力インターフェース９３を介して入力された燃料流量計１０５ｃおよび酸化剤流量計３３ｂからの信号に基づいて、燃料流量調整弁１０５ａ、送風機３６および酸化剤流量調整弁３３ａを制御する。

具体的には、燃焼装置制御部９４は、参照したデータベースにおける最大出力とするための燃料流量および酸化剤流量となるように、燃料流量調整弁１０５ａ、送風機３６および酸化剤流量調整弁３３ａを制御する。

また、最大出力で運転するため、電気式ヒータ制御部９５は、記憶部９２に記憶された設定炉内温度に基づく電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに負荷する電力のデータベースを参照する。そして、参照したデータベースにおける最大出力とするための電力を参照し、その電力を電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに供給する。

ここで、炉本体２０内を通過した加熱ガスは、炉本体２０の側壁部２１の下部に形成された連通口２５から排気通路４０内に流入する。排気通路４０内に流入した加熱ガスは、排気口４１に向かって流れる。

そして、排気通路４０内に流入した加熱ガスは、熱交換器５０の外側を流れ、排気口４１から大気中に放出される。加熱ガスが熱交換器５０の外側を流れる際、熱交換器５０内を流れる酸化剤に熱量を与える。これによって、加熱された酸化剤がパイロット用酸化剤供給管３２およびメイン用酸化剤供給管３３に導入される。

このように酸化剤を廃熱を利用して加熱することで、保炎性能が向上するとともに、ＣＯ（一酸化炭素）やＴＨＣ（全炭化水素）などの未燃焼成分の排出が抑制され、熱効率も向上する。また、パイロットバーナ１００のみを運転する際に、メイン用酸化剤噴出部１１２からも炉本体２０内に酸化剤が噴出されるが、加熱された酸化剤であるため、パイロット火炎の燃焼性が損なわれることはない。

燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの運転開始後、演算部９１は、入出力インターフェース９３を介して温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃからの信号を入力する（ステップＳ１２３）。

続いて、炉本体２０内の温度調整するために、燃焼装置制御および電気式ヒータ制御を実行する（ステップＳ１２４）。

具体的には、例えば、演算部９１は、入出力インターフェース９３を介してステップＳ１２３において入力された温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃからの信号、記憶部９２に記憶された設定された炉内温度に基づいて、温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃによって検出された温度と設定された炉内温度とを比較する。

そして、燃焼装置制御部９４は、温度検出部８０からの信号に係る加熱ガスの温度と記憶部９２に記憶された設定された炉内温度とを比較した演算部９１からの出力に基づいて、燃焼装置３０の出力を調整する。

また、電気式ヒータ制御部９５は、温度検出部８１ａ、８１ｂ、８１ｃからの信号に係る加熱ガスの温度と記憶部９２に記憶された設定された炉内温度とを比較した演算部９１からの出力に基づいて、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの出力を調整する。

燃焼装置制御部９４および電気式ヒータ制御部９５は、演算部９１によって比較された温度結果に基づいて、炉本体２０内の加熱ガスの温度を、例えば、フィードバック制御している。このフィードバック制御として、例えば、広く行われているＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御が挙げられる。

ここで、図５は、演算部９１によって比較された温度結果に基づいて、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの出力を調整して、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給する熱量を変化させる際のデータベースの一例を示す図である。

なお、図５において、電気式ヒータにおいては、各電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃにおける供給熱量の変化が示されている。また、このデータベースは、燃焼装置制御部９４および電気式ヒータ制御部９５が、記憶部９２に記憶されたデータベースを参照することで得られる。

図５において、燃焼装置３０では、調節出力が０から５０％までの範囲では、パイロットバーナ１００とメインバーナ１１０が作動する。この際、パイロットバーナ１００およびメインバーナ１１０から供給される熱量は、それぞれ一定に維持される。これによって、燃焼装置３０から供給される熱量は、一定となる。

ここで、調整出力とは、演算部９１における、温度検出部８０からの信号に係る加熱ガスの温度と記憶部９２に記憶された設定された炉内温度とを比較した温度結果に基づいて調整される燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの出力である。

換言すれば、この調整出力は、設定温度を大きく超えるオーバーシュートなどを生じずに設定温度に調整できるように、徐々に上昇する炉内温度に対して、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの供給熱量を徐々に減少させるために設定される出力である。

なお、調節出力が０の場合における供給熱量は、炉本体２０内の加熱ガスの温度が設定温度に維持された状態となった後、その設定温度を維持するために供給される熱量である。

ここでは、温度検出部８０からの信号に基づいて、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの調節出力を設定している。そのため、燃焼装置３０の調整出力の動向と、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの調整出力の動向とが真逆になるようなことはない。これによって、炉内温度の乱調などを抑制できる。

調整出力が５０％を超える範囲では、パイロットバーナ１００から供給する熱量を一定のまま、メインバーナ１１０から供給する熱量を比例制御する。具体的には、調整出力の増加に伴って、燃焼装置３０から供給される熱量を増加させる。

このように燃焼装置３０においては、調整出力によって、供給する熱量を図５に示したラインに沿って変化させている。

図５において、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃでは、例えば、調節出力が０から１００％まで、単調に供給熱量を増加させている。

このように電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃにおいては、調整出力によって、供給する熱量を図５に示したラインに沿って変化させている。

なお、調整出力が５０％を超える範囲では、燃焼装置３０からの供給熱量（ガス加熱出力）と電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの供給熱量（電気加熱出力）の比率は、ステップＳ１２２において取得された比率となるように調整される。

ここで、前述したように運転開始から所定時間は、最大出力で運転するため、調整出力は１００％となる。そのため、燃焼装置制御部９４は、燃焼装置３０から供給される熱量が図５のデータベースの調整出力１００％における熱量となるように、燃料流量調整弁１０５ａ、送風機３６および酸化剤流量調整弁３３ａを制御する。

また、電気式ヒータ制御部９５は、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給される熱量が図５のデータベースの調整出力１００％における熱量となるように、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに供給する電力を制御する。

そして、燃焼装置制御部９４は、演算部９１によって比較された温度結果、および比較された温度結果と調整出力との関係に係るデータベースに基づいて、加熱ガスの温度が設定温度に近づくごとに、例えば、図５に示す調整出力を減少させる。すなわち、燃焼装置制御部９４は、加熱ガスの温度が設定温度に近づくごとに、調整出力に応じて燃焼装置３０から供給する熱量を図５に示すラインに沿って変化させる。

同様に、電気式ヒータ制御部９５は、演算部９１によって比較された温度結果、および比較された温度結果と調整出力との関係に係るデータベースに基づいて、加熱ガスの温度が設定温度に近づくごとに、例えば、図５に示す調整出力を減少させる。すなわち、電気式ヒータ制御部９５は、加熱ガスの温度が設定温度に近づくごとに、調整出力に応じて電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給する熱量を図５に示すラインに沿って変化させる。

なお、上記した比較された温度結果と調整出力との関係に係るデータベースは、記憶部９２に記憶されている。そのため、このデータベースは、燃焼装置制御部９４および電気式ヒータ制御部９５が記憶部９２を参照することで得られる。

このように、フィードバック制御を繰り返し、加熱ガスの温度が設定温度となるように制御する。

炉本体２０内は、燃焼装置３０からの加熱ガスとしての燃焼ガスによって、加熱ガスの流れ場が形成される。すなわち、燃焼装置３０からの加熱ガスによって、被加熱物は、対流加熱される。

この対流加熱によって被加熱物を加熱する際、加熱ガスの流れによっては、炉内有効加熱領域３７内に温度斑が発生する。この温度斑が発生した場合、炉本体２０の高さ方向に、例えば、３段配置された電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの出力を調整することで、温度斑を無くすことができる。

例えば、図５に示した一例は、温度斑を発生する炉内有効加熱領域３７内において、例えば、温度検出部８１ａ（上段）によって検出された温度が設定温度よりも大きく下回り、温度検出部８１ｂ（中段）によって検出された温度が設定温度よりも少し下回る場合における、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの供給熱量の制御例を示している。

そこで、電気式ヒータ６０ａからの供給熱量を、電気式ヒータ６０ｂからの供給熱量よりも増加させることで、炉内有効加熱領域３７内における温度斑を無くすことができる。

このように、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃにおいて緻密な温度制御をすることで、例えば、炉内有効加熱領域３７内を設定温度±５℃の範囲内の温度に調整することができる。

なお、各電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給される熱量は、炉内有効加熱領域３７内の加熱ガスの温度分布によって異なるため、図５に示した各電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの供給熱量のラインは一例にすぎない。そのため、例えば、中段において加熱ガスの温度が設定温度よりも最も低くなる場合には、電気式ヒータ６０ｂからの供給熱量が最も大きくなるように設定される。

ステップＳ１２４の処理後、演算部９１は、入出力インターフェース９３を介して温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃからの信号を入力する（ステップＳ１２５）。

続いて、演算部９１は、入出力インターフェース９３を介してステップＳ１２５において入力された温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃからの信号に基づく加熱ガスの温度が、記憶部９２に記憶された設定された炉内温度か否かを判定する（ステップＳ１２６）。

ステップＳ１２６における設定された炉内温度としては、例えば、設定値である炉内温度を中心に±５℃の範囲内の温度（設定値である炉内温度±５℃）をいう。

ステップＳ１２６の判定において、加熱ガスの温度が設定された炉内温度ではないと判定した場合（ステップＳ１２６のＮｏ）、演算部９１は、ステップＳ１２５において入力された温度検出部８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃからの信号に基づいて、ステップＳ１２４の処理を実行する。

ステップＳ１２６の判定において、加熱ガスの温度が設定された炉内温度であると判定した場合（ステップＳ１２６のＹｅｓ）、演算部９１は、入出力インターフェース９３を介して入力されたタイマからの出力および記憶部９２に記憶された加熱時間に係る情報に基づいて、加熱時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２７）。

ここで、ステップＳ１２７における加熱時間とは、例えば、炉本体２０内の加熱ガスの温度が設定温度になった時点から演算部９１がタイマからの出力に基づいて判定するまでの時間をいう。

ステップＳ１２７の判定において、加熱時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ１２７のＮｏ）、演算部９１は、ステップＳ１２５の処理を実行する。

ステップＳ１２７の判定において、加熱時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１２７のＹｅｓ）、演算部９１は、燃焼装置制御部９４および電気式ヒータ制御部９５に運転終了に係る信号を出力する。

終了に係る信号に基づいて、燃焼装置制御部９４は、燃焼装置３０を停止し、電気式ヒータ制御部９５は、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃへの電力の供給を停止する（ステップＳ１２８）。

燃焼装置制御部９４は、具体的には、パイロット用燃料供給管１０４に介在する遮断弁１０４ａを閉じるとともに、メイン用燃料供給管１０５に介在する燃料流量調整弁１０５ａおよび遮断弁１０５ｂを閉じる。

上記したように、第１の実施の形態のハイブリッド加熱炉１０によれば、加熱手段として、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを備え、出力条件を問わず、それぞれを併用することができる。これによって、燃焼装置３０における対流加熱および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃによる熱放射加熱の効果を同時に得られる。

また、加熱ガスが炉本体２０内を対流することで、炉本体２０内の全体に行き渡る流れ場が形成される。そのため、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃによって供給された熱量を対流を利用して被加熱物に伝達することもできる。これによって、従来の熱放射加熱の際に使用されていた撹拌用のファンが不要となる。さらに、対流加熱と熱放射加熱とを併用することで、被加熱物を高速かつ均一に昇温できる。

また、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを備えることで、燃焼装置３０における対流加熱の際に生じる炉内有効加熱領域３７における温度斑を無くすことができる。さらに、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃにおいて緻密な温度制御をすることで、例えば、炉内有効加熱領域３７内を設定温度±５℃の範囲内の温度に調整することができる。

燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを備えることで、炉本体２０内の加熱ガスの温度を、例えば、２００℃〜１１００℃の幅広い温度帯に設定することができる。

これによって、例えば、低温で行われる乾燥処理と、高温で行われる焼成処理とを一つの加熱炉で行うことができる。そのため、処理温度に応じた加熱炉を別個に備える必要がない。また、低温加熱炉から高温加熱炉へ移動する必要もないため、無駄なエネルギロスを防止できる。さらに、一つの加熱炉全体におけるターンダウン比（ＴＤＲ）を増大することができる。

また、例えば、大半の熱量を燃焼装置３０によって供給することで、電力消費量が抑えられ、電力の受電設備容量や基本料金などを抑えるとともに、一次エネルギ換算で省エネルギ化が図れる。

（調整出力と供給熱量に関する他のデータベースの例）
ステップＳ１２４の処理では、図５に示すように、燃焼装置３０において、調節出力が０から５０％までの範囲をパイロットバーナ１００とメインバーナ１１０とを併用する一例を示したが、これに限られない。

図６、図７および図８は、演算部９１によって比較された温度結果に基づいて、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの出力を調整して、燃焼装置３０および電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給する熱量を変化させる際のデータベースの他の例を示す図である。

図６は、図５に示したデータベースにおいて、調節出力が小さい側における燃焼装置３０の作動条件を変えたものである。図７および図８に示されたデータベースでは、調整出力が小さい側において燃焼装置３０の作動が停止される。

まず、図６に示されたデータベースについて説明する。

図６に示すように、例えば、調節出力が０から２５％までの範囲において、パイロットバーナ１００のみを作動させ、調節出力が２５％を超え５０％までの範囲において、パイロットバーナ１００とメインバーナ１１０とを併用する。

なお、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの供給熱量、および調節出力が５０％を超える範囲における燃焼装置３０からの供給熱量は、図５に示したデータベースにおけるものと同じである。

ここで、前述したように、炉本体２０内の加熱ガスの温度が設定温度に維持された状態となった後には、調節出力は０となる。そのため、図６に示したデータベースを使用する場合には、設定温度となった炉本体２０内の加熱ガスの温度を、パイロットバーナ１００から供給される熱量で維持できることが条件となる。

このように、調節出力が小さい側の供給熱量を小さくすることで、炉本体２０内の加熱ガスの温度の低い側の範囲を広げることができる。そのため、一つの加熱炉全体におけるターンダウン比（ＴＤＲ）をさらに増大することができる。

次に、図７に示されたデータベースについて説明する。

図７に示すように、例えば、調節出力が０から１５％までの範囲においては、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃのみを作動させる。この際、各電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの供給熱量は一定である。すなわち、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ全体からの供給熱量は一定である。

なお、この調節出力範囲では、燃焼装置３０は停止している。燃焼装置３０が停止している際においても、熱交換器５０において加熱された酸化剤が、メイン用酸化剤噴出部１１２やパイロット用酸化剤噴出部１０２から炉本体２０内に噴出される。

メイン用酸化剤噴出部１１２やパイロット用酸化剤噴出部１０２から噴出される酸化剤の流れによって、炉本体２０内の全体に行き渡る流れ場が形成される。これによって、撹拌用のファンを設けなくても、加熱ガスが炉本体２０内を対流する。そのため、電気式ヒータ６０からの熱量を熱伝達によって加熱ガスに与えることができる。

図７に示したデータベースを使用する場合には、設定温度となった炉本体２０内の加熱ガスの温度を、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから供給される熱量で維持できることが条件となる。

調節出力が１５％を超え２５％までの範囲において、燃焼装置３０のパイロットバーナ１００のみを作動させ、調節出力が２５％を超え５０％までの範囲において、燃焼装置３０のパイロットバーナ１００とメインバーナ１１０とを併用する。

なお、調節出力が５０％を超える範囲における燃焼装置３０からの供給熱量、および調節出力が１５％を超える範囲における電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの供給熱量は、図５に示したデータベースにおけるものと同じである。

このように、調節出力が小さい側の供給熱量を電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの供給熱量によって調整することで、パイロットバーナ１００の最低燃焼量を下回る範囲での調整が可能となる。これによって、炉本体２０内の加熱ガスの温度の低い側の範囲をさらに広げることができるため、一つの加熱炉全体におけるターンダウン比（ＴＤＲ）をさらに増大することができる。

次に、図８に示されたデータベースについて説明する。

図８に示されたデータベースは、図７に示されたデータベースにおける調節出力が２５％を超え５０％までの範囲において、燃焼装置３０のパイロットバーナ１００とメインバーナ１１０とを併用するとともに、メインバーナ１１０をＯＮ−ＯＦＦ制御している。

メインバーナ１１０をＯＮ−ＯＦＦ制御することで、調節出力に対する燃焼装置３０における供給熱量の傾きを変えることができる。

なお、燃焼装置３０における２５％を超え５０％までの供給熱量以外の部分は、図７に示されたデータベースにおけるものと同じである。

このように調節出力に対する燃焼装置３０における供給熱量の傾きを変えることで、燃焼装置３０においても供給する熱量の微調整が可能となる。

（第２の実施の形態）
図９は、第２の実施の形態のハイブリッド加熱炉１１の縦断面を模式的に示した図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ断面を示す図である。

ここで、第２の実施の形態のハイブリッド加熱炉１１は、炉本体２０の上部に排気通路４０、炉本体２０の下部に燃焼装置３０Ａが備えられた以外は、第１の実施の形態のハイブリッド加熱炉１０の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、第１の実施の形態のハイブリッド加熱炉１０の構成と異なる構成について主に説明する。

なお、第１の実施の形態のハイブリッド加熱炉１０の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

ハイブリッド加熱炉１１は、図９に示すように、炉本体２０と、炉本体２０の下部に配置された燃焼装置３０Ａと、炉本体２０の上部に配置された排気通路４０と、排気通路４０に設けられた熱交換器５０と、炉本体２０の内壁に配置された電気式ヒータ６０とを備える。また、ハイブリッド加熱炉１１は、ハイブリッド加熱炉１１を制御する制御装置９０を備える。

図１０に示すように、炉本体２０の側壁部２１のうちの一つの側壁部２１ａは、開閉可能に構成されている。なお、側壁部２１ａは、燃焼装置３０Ａを備えない側壁部２１とすることが好ましい。側壁部２１ａは、隣り合う側壁部２１に、例えば、ヒンジ２６などによって開閉可能に接続されている。このように側壁部２１ａを開閉可能に構成することで、炉本体２０内に被加熱物を配置し、または炉本体２０内から被加熱物を取り出すことができる。

炉本体２０の側壁部２１の下部には、燃焼装置３０Ａが配置されている。燃焼装置３０Ａは、図９に示すように、燃焼装置３０Ａから排出される加熱ガスとしての燃焼ガスが、載置台７０の載置板７１よりも下部に噴出されるように配置されている。

また、炉本体２０には、図１０に示すように、２つの燃焼装置３０Ａが配置されている。これらの燃焼装置３０Ａは、対向する側壁部２１にそれぞれが対向しないように位置をずらして配置されている。具体的には、図１０に示す断面において、一方の燃焼装置３０Ａは、対向する一方の側壁部２１の側端に配置される。他方の燃焼装置３０Ａは、一方の燃焼装置３０Ａに対向する側とは反対側となる他方の側壁部２１の側端に配置される。

このように燃焼装置３０Ａを配置することで、燃焼装置３０Ａから排出される加熱ガスが、炉本体２０内において図１０の矢印で示すような旋回する流れ場を形成する。

ここで、図１０には、燃焼装置３０Ａとして、いわゆるハイスピードバーナ構造を有する燃焼装置を例示している。ハイスピードバーナは、高速で噴出ノズル部１３１から火炎１４０を噴出するバーナである。

このハイスピードバーナを使用することで、炉本体２０内において図１０の矢印で示すような旋回する流れ場を容易に形成することができる。なお、燃焼装置３０Ａとして、第１の実施の形態における周方向に広がったコーン状の火炎を形成する燃焼装置３０を備えることもできる。

燃焼装置３０Ａは、第１の実施の形態における燃焼装置３０と同様に、パイロットバーナ１００とメインバーナ１１０を備える。また、パイロットバーナ１００およびメインバーナ１１０に供給される燃料の供給系統および酸化剤の供給系統も、第１の実施の形態におけるそれらと同様である。

燃焼装置３０Ａは、図１０に示すように、流路が狭まった噴出ノズル部１３１を出口に備えるケーシング１３０を備える。パイロットバーナ１００とメインバーナ１１０は、このケーシング１３０の上流端に配置される。

パイロットバーナ１００およびメインバーナ１１０に供給される燃料および酸化剤は、ケーシング１３０内に噴出される。そして、燃料および酸化剤は、ケーシング１３０内で燃焼しながら噴出ノズル部１３１から炉本体２０内に噴出される。噴出ノズル部１３１の下流側には、火炎１４０が形成される。

なお、パイロットバーナ１００に備えられるスワーラ１０３およびメインバーナ１１０に備えられるスワーラ１１３は、火炎を安定して保持する機能を有する構成であればよい。

なお、ここでは、パイロットバーナ１００およびメインバーナ１１０の燃焼方式として、燃料と酸化剤をそれぞれ別々に炉本体２０内に噴出して燃焼させる拡散燃焼方式を採用した一例を示したが、この構成に限られない。パイロットバーナ１００とメインバーナ１１０における燃焼方式は、燃料と酸化剤とを混合した混合気を炉本体２０内に噴出して燃焼させる予混合燃焼方式であってもよい。

排気通路４０は、被加熱物を加熱した加熱ガスを炉本体２０内から排気口４１に導く。排気通路４０は、排気筒４２内に形成される。排気筒４２は、側壁部４３と、側壁部４３の内面に設けられた断熱材４４とを備える。排気通路４０は、断熱材４４の内側の通路によって構成される。排気通路４０は、炉本体２０の上部に形成された連通口２５と排気口４１との間の通路を構成する。

排気通路４０には、熱交換器５０が備えられている。なお、熱交換器５０の構成および作用は、第１の実施の形態と同様である。

上記した構成を備えるハイブリッド加熱炉１１において、燃焼装置３０Ａによって生成された加熱ガスとしての燃焼ガスは、図１０に示すように、旋回する流れ場を形成しながら、載置板７１と炉本体２０の内壁（断熱材２４）との間を上昇する。

そして、炉内有効加熱領域３７内を取り囲むように旋回する加熱ガスの流れは、炉本体２０内の全体に行き渡る流れ場を形成する。このように加熱ガスが炉本体２０内の全体に対流することによって、被加熱物を均一な温度で加熱することができる。

上昇した流れは、連通口２５から排気通路４０内に流れ込み、熱交換器５０の周囲を通り、排気口４１から大気中に排出される。

なお、第１の実施の形態と同様に、燃焼装置３０Ａが停止し、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが作動している際には、熱交換器５０において加熱された酸化剤が、メイン用酸化剤噴出部１１２やパイロット用酸化剤噴出部１０２から炉本体２０内に噴出される。

メイン用酸化剤噴出部１１２やパイロット用酸化剤噴出部１０２から噴出される酸化剤の流れによって、炉本体２０内の全体に行き渡る流れ場が形成される。これによって、撹拌用のファンを設けなくても、加熱ガスが炉本体２０内で対流する。そのため、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃからの熱量を熱伝達によって加熱ガスに与えることができる。

ここで、第２の実施の形態のハイブリッド加熱炉１１における制御装置９０の構成およびハイブリッド加熱炉１１の作用効果は、第１の実施の形態のハイブリッド加熱炉１０におけるそれらと同様である。

第２の実施の形態のハイブリッド加熱炉１１によれば、２つの燃焼装置３０Ａを対向する側壁部２１にそれぞれが対向しないように位置をずらして配置することで、炉本体２０内を旋回する流れ場を形成することができる。これによって、炉本体２０内の加熱ガスの温度の均一化が図れる。

さらに、このような流れ場を形成することで、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃによって供給された熱量を対流を利用して被加熱物に伝達することもできる。これによって、従来の熱放射加熱の際に使用されていた撹拌用のファンが不要となる。

なお、燃焼装置３０Ａおよび電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを備えることによる高精度な温度調整の効果やターンダウン比（ＴＤＲ）を増大できる効果などは、第１の実施の形態における効果と同様である。

ここで、第１の実施の形態および第２の実施の形態において、燃焼装置３０、３０Ａの一例を示したが、燃焼装置の構成および配置位置は、これらに限られない。燃焼装置は、生成する加熱ガスとしての燃焼ガスによって、対流加熱を促進し、炉本体２０内の全体に行き渡る加熱ガスの流れ場を形成するものであればよい。

また、電気式ヒータ６０ａ、６０ｂ、６０ｃのみの運転時において、燃焼装置は、熱交換器５０において加熱された酸化剤を炉本体２０内に噴出できる構成を備えていればよい。

なお、本実施の形態におけるハイブリッド加熱炉１０、１１において加熱される被加熱物は、特に限定されない。例えば、低温で行われる乾燥処理から高温で行われる焼成処理までの工程が必要な被加熱物においては、一つの加熱炉で処理することができるので好適である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ハイブリッド加熱炉、１１…ハイブリッド加熱炉、２０…炉本体、２１、２１ａ、４３…側壁部、２２…上蓋、２３…下蓋、２４、４４…断熱材、２４ａ…内壁面、２４ｂ…溝部、２５…連通口、２６…ヒンジ、３０、３０Ａ…燃焼装置、３１…酸化剤供給管、３２…パイロット用酸化剤供給管、３３…メイン用酸化剤供給管、３３ａ…酸化剤流量調整弁、３３ｂ…酸化剤流量計、３５、１４０…火炎、３６…送風機、３７…炉内有効加熱領域、４０…排気通路、４１…排気口、４２…排気筒、５０…熱交換器、６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ…電気式ヒータ、７０…載置台、７１…載置板、７２…脚部、８０、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ…温度検出部、９０…制御装置、９１…演算部、９２…記憶部、９３…入出力インターフェース、９４…燃焼装置制御部、９５…電気式ヒータ制御部、１００…パイロットバーナ、１０１…パイロット用燃料噴出部、１０２…パイロット用酸化剤噴出部、１０３、１１３…スワーラ、１０４…パイロット用燃料供給管、１０４ａ、１０５ｂ…遮断弁、１０５…メイン用燃料供給管、１０５ａ…燃料流量調整弁、１０５ｃ…燃料流量計、１０６…燃料供給源、１１０…メインバーナ、１１１…メイン用燃料噴出部、１１２…メイン用酸化剤噴出部、１３０…ケーシング、１３１…噴出ノズル部。

Claims (4)

1. 被加熱物を加熱する燃焼装置および電気式ヒータを備えるハイブリッド加熱炉であって、
   前記被加熱物が内部に配置される炉本体と、
   前記被加熱物を加熱した加熱ガスを前記炉本体内から排気口に導く排気通路と、
   前記排気通路を流れる加熱ガスと前記燃焼装置に供給される酸化剤との間で熱交換させて酸化剤を加熱する熱交換器と
   を備え、
   前記燃焼装置は、前記炉本体の上部に配置され、ガス燃料を噴出するガス燃料噴出部および前記ガス燃料噴出部から噴出されたガス燃料と燃焼する酸化剤を噴出する酸化剤噴出部を有し、前記炉本体内の加熱ガスの流れ場を形成し、
   前記電気式ヒータは、前記炉本体の内壁の周方向に設けられ、かつ前記炉本体の高さ方向に複数段配置され、各前記電気式ヒータの出力をそれぞれ調整可能であり、
   前記炉本体内から前記排気通路に連通する連通口は、前記炉本体の側壁の下部に形成されていることを特徴とするハイブリッド加熱炉。
2. 被加熱物を加熱する燃焼装置および電気式ヒータを備えるハイブリッド加熱炉であって、
   前記被加熱物が内部に配置される炉本体と、
   前記被加熱物を加熱した加熱ガスを前記炉本体内から排気口に導く排気通路と、
   前記排気通路を流れる加熱ガスと前記燃焼装置に供給される酸化剤との間で熱交換させて酸化剤を加熱する熱交換器と
   を備え、
   前記燃焼装置は、前記炉本体の下部に配置され、ガス燃料を噴出するガス燃料噴出部および前記ガス燃料噴出部から噴出されたガス燃料と燃焼する酸化剤を噴出する酸化剤噴出部を有し、前記炉本体内の加熱ガスの流れ場を形成し、
   前記電気式ヒータは、前記炉本体の内壁の周方向に設けられ、かつ前記炉本体の高さ方向に複数段配置され、各前記電気式ヒータの出力をそれぞれ調整可能であり、
   前記炉本体内から前記排気通路に連通する連通口は、前記炉本体の上部に形成されていることを特徴とするハイブリッド加熱炉。
3. 前記燃焼装置が停止し前記電気式ヒータが作動している際に、前記熱交換器において加熱された酸化剤が前記酸化剤噴出部から前記炉本体内へ供給されることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド加熱炉。
4. 前記炉本体内の加熱ガスの流れ場の温度を検出する第１の温度検出部と、
   前記炉本体の高さ方向に複数段配置された前記電気式ヒータに対応して複数設置され、前記電気式ヒータに囲まれた、前記被加熱物が配置される炉内有効加熱領域における加熱ガスの温度を検出する第２の温度検出部と、
   前記第１の温度検出部において検出された検出信号に基づいて前記燃焼装置の出力を調整するとともに、各前記第２の温度検出部において検出された検出信号に基づいて、各前記第２の温度検出部に対応する段に配置された前記電気式ヒータの出力を調整する制御装置と
   を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のハイブリッド加熱炉。

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