JP7462330B2 - 赤外線放射炉 - Google Patents

Description

この発明は主として処理物の乾燥や加熱処理、炭化処理等を行うための赤外線放射炉に関する。

一般に過熱水蒸気の熱量は高温エアに比して１５０℃～３００℃では６．５～１３倍であり、それ以上の高温域においても処理物の加熱による乾燥や炭化能力が高いことが知られている。
他方、燃焼ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）は、大気中においても水蒸気に次いで温室効果ガスとして高い寄与度を持つことも知られている。
さらに水蒸気と二酸化炭素は、赤外線中の複数の特定の波長域の赤外線を吸収して共振反応を起こして高温化し、過熱水蒸気の生成に寄与することも知られている。
この発明はこれらの点に着目して開発されたものである。

そして、従来遠赤外線を含む赤外線を用いて処理物の乾燥，加熱又は炭化等を行うための過熱水蒸気を含む高温ガスを発生させる赤外線放射炉としては特許文献１に示す発明が公知である。

特開２０１２－８３０５６号公報

上記特許文献１の装置は、基端部にプロパンガスやアルコール等の燃料を燃焼させるバーナー１，２を挿入し、その燃焼ガスをセラミック等からなる発熱板７を通過させることによって高温化させる燃焼室４と、該燃焼室４の高温ガスを導入し水分供給とともに内部にセラミックハニカム等からなる温度調整体８を配置して温度調整や過熱水蒸気の発生をさせてガスを外部に導き出す過熱水蒸気調整室５とを備えた装置が示されている。

上記装置は、燃焼ガスが発熱板や調整体に接することにより、加熱蓄熱されるので高温ガスがさらに加熱されて水分による過熱水蒸気の発生が促されるが、ガスが発熱板や調整体に接し又は近接して通過するのみなので、より高温の過熱水蒸気を生成するには生成効率が十分でなく、エネルギーロスも大きいという欠点がある。

上記課題を解決するための本発明の赤外線放射炉は、第１に熱源から供給される高温ガスを導入する筒状又はトンネル状の導入路と、該導入路の先端に隣接して同方向に開口し導入路から供給される高温ガスを方向転換させて流通させる筒状又はトンネル状の排出路と、該排出路と前記導入路の開口端側を連通させて閉塞し導入路から導入される高温ガスを受け止めて流通の方向転換をさせる鏡板状の反応蓋とを設け、該反応蓋の内側に上記高温ガスにより加熱されて赤外線を放射し赤外線の放射率が高い材料からなる高放射材を配置し又は内装したことを特徴としている。

第２に、排出路の内側に高放射材を配置又は内装したことを特徴としている。

第３に、高放射材が接する高温ガスの流通路に噴霧水又は水蒸気を供給する水分供給部を設けてなることを特徴としている。

第４に、排出路から排出され、加熱処理に使用された高温ガスの排熱により生成された水蒸気を水分供給部に供給すべく回収するリターン回路を設けてなることを特徴としている。

第５に、排出路側に高温ガスを方向転換させて排出する排出口を突設し、該排出口の内周側に高放射材を設けてなることを特徴としている。

第６に、導入路と排出路を縦方向又は横方向に設置したことを特徴としている。

以上のように構成される本発明の赤外線放射炉によれば、導入管と排出管の開口端部を連通させて閉塞する反応蓋の内面で導入ガスを受け止めて滞留と転回をさせ、反応蓋内の高放射材に当接させ又は近接位置で流動させることにより、加熱又は蓄熱されて高温化した高放射材から高温ガスが赤外線放射材を受けて、ガス中の水分がさらに高い熱量の過熱水蒸気となるという利点がある。

本発明の赤外線放射炉の実施形態を示す断面図である。 他の実施形態を示す赤外線放射炉の異なる構造部分の断面図である。 装置を横型に設置した場合の断面図である。

図１は本発明の赤外線放射炉の１実施形態を示し、放射炉１は平行に並設され断熱材又は金属と断熱材を積層した材料よりなる筒状又はトンネル状の空洞からなる導入路２と排出路３とを、下端側のベース部４上に上下方向に直立状に立設している。

導入路２と排出路３は、この例では共に上端が同一高さ位置で上向きの開口部２ａ，３ａを形成しており、上記開口部２ａ，３ａ上には、フランジ６を介して鏡板状（皿状又は椀状）断面の反応蓋７が、両開口部２ａ，３ａを連通させた状態で閉塞するように着脱可能に取付けられている。尚、上記導入路２と排出路３は必ずしも平行である必要はなく、所定角度で開口端が交差方向に向いていても良い。

導入路２の基（下）端部内には導入路２内に例えば３００～８００℃程度の熱源となる高温ガスを供給する高温ガスの供給部８が接続して設けられている。この供給部８は、高温ガスとしてボイラー等の工場排出ガスが導入される場合は、その排ガス管に接続される他、独自の熱源を取付ける場合は、ＬＰＧ，ＬＮＧ各種燃料ガス，石油類，アルコール類等の液体燃料又は木炭，コークス，木質燃料等の固体燃料を燃焼させるバーナーその他の燃焼装置を取付け又はそれらの排気路を接続することによって形成される。但し、高温ガスで加熱処理する処理対象物によっては煙や煤，タール，木酢液等を伴わない燃料が望ましく、Ｈ_２Ｏのみを含む過熱水蒸気や水蒸気を導入する場合もあり得る。

尚、高温ガスとして燃焼ガスを採用する場合は、温室効果物質としてのＣＯ_２を含むため、加熱によりより高い発熱・蓄熱効果が期待できる。

排出路３の下端には、横方向に突出するＬ字形又は９０°以外の交差角で屈曲した排出口９が接続され、導入路２に供給された高温ガスは、上端で排出路３側にＵ字状に反転導入されて流通し、排出口９より高温ガスが方向転換して高温ガスが方向転換して次工程の処理部（図示しない）に送り出される流路系中で、後述するようによりさらに高温（高熱量）の過熱水蒸気に生成される。排出口９は図１に仮想線で示すように排出管３のより高位置に設けても良い。

図示する例では反応蓋７の内面（天井と周壁の内面）には、加熱によって高い効率で赤外線（遠赤外線を含む）を放射する安山岩質火山礫岩等の天然石又は同セラミック材等からなる高放射材１１ａが装着され、反応蓋７の内部空間は、反応部１０ａを形成している。

その結果導入路２から吹き上げられる高温ガスは上記高放射材１１ａに当接し、反応部１０ａ内で撹拌や反転、方向転換を繰り返しながら最終的には排出路３の開口部３ａを介して排出路３内を下向きに流動して送り出される。

上記反応部１０ａ内では高温ガスの内周面への衝突や近接した流れにより、高放射材１１ａが加熱、蓄熱されるとともに、加熱された高放射材１１ａは逆に反応部１０ａ内を流動する高温ガスに赤外線を放射することにより高温ガスを繰り返し再加熱し、高温化される。

また上記反応蓋７には外部から水分を噴霧し、又は水蒸気を供給するノズル等からなる水分供給部１２ａ，１２ｂが挿入し開口している。このため反応部１０ａ内では補給された水分が赤外線放射を受け、過熱水蒸気が生成され、さらに高温ガスと共に加熱されて排出路３側に送り出される。

図示する例では、排出路３の下端側のＬ字形の排出口９の内周壁にも、前述の高放射材１１ａと同様な高放射材１１ｂが装着されており、ここに到達した高温ガスは、高放射材１１ｂに衝突又は接近流動し、流動方向の転換をする過程で上記同様に高放射材１１ｂが加熱、蓄熱され、高温ガスや水蒸気の再加熱も行われる。したがって排出口９の内部空間は第２の反応部１０ｂとして機能する。

排出口９の周壁にも噴霧水又は水蒸気を補給するノズル等からなる水分供給部１３が装着されて開口し、反応部１０ｂ内への水分供給が行われ、ここでも反応部１０ａ内と同様に過熱水蒸気が生成され、加熱された高温ガス、過熱水蒸気と共に次工程の処理部１４に送り出され、目的、用途に応じた方法で処理物の加熱，乾燥，炭化等の加熱処理が行われる。

上記装置中の導入路２，排出路３，反応蓋７，排出口９等は、いずれもレンガその他の断熱材又は金属製本体にセラミックウール材等，多孔質材の断熱材を外装して形成される他、導入路２，排出路３の内面には多孔質な珪藻土レンガ等を内装し、断熱性と保温性を保たせることが望ましい。高コストになるものの放射炉の排出路３の内面又は導入路２及び排出路３を含む放射炉全体を高放射材で形成することもできる。全体を高放射材で形成した場合は、放射炉１の高温ガス流路全体が高温の過熱水蒸気生成のための反応部として作用する。

上記のように熱源として放射炉内に導入された高温ガスは、高放射材によって高温に加熱され高エネルギーの多量の過熱水蒸気を含んだ状態で、供給管１６を介して上記処理部１４に供給される。

該処理部１４で使用目的に応じた各種状態で処理物の加熱処理に使用された過熱水蒸気を含む高温ガスは、排熱を回収利用して再度水蒸気を発生させる水蒸気発生装置（熱交換器）１７に送られ、水蒸気発生装置１７に設けられた水分供給部２０より供給された水分を水蒸気にしてリターン回路１８により前述した反応部１０ａ，１０ｂ側の水分供給部１２ａ，１２ｂ，１３を介して反応部１０ａ，１０ｂに水分補給されるほか、排熱回収後の使用済ガスは外部に排気される。

図２はこの発明の他の実施形態を示し、この例では熱源を供給する供給部８は、固体燃料を燃焼させる燃焼炉１９として形成され、上部に木炭ペレット，木質ペレット，コークス等の固体燃料を定量供給するホッパー２１が、下部内部に燃焼室２２がそれぞれ設けられ、燃焼室２２には外部から燃焼促進用のエアを調整しながら供給するエア供給部２３が設けられている。燃焼室２２の下部には燃焼灰の取出口２４が形成されており、その他の構造は図１のものと共通する。

図３は図１の放射炉１が横型に形成されている例を示し、設置場所の条件に応じてこのように設置することも可能であり、本例に示す放射炉は基本的に図１のものと機能的に共通し、各部の共通の機能の部分は図１のものと共通の符号で示されており、重複部分の説明は割愛する。

尚、高放射材１１ａ，１１ｂを高温ガス流路中の内面に装着する場合は、筒状又はトンネル状，鏡板状の内面に沿ってレンガ状，タイル状に加工されたものをボルト等によって敷詰めた状態で取り付けることができる。また内面に取り付ける以外に、高温ガスの流通路内の反応部内の空間に固定的に支持して設けることも可能であり、その形状、構造は流通する高温ガスとの接触が多いものにすることが望ましい。

１ 放射炉
２ 導入路
２ａ 開口部
３ 排出路
３ａ 開口部
７ 反応蓋
９ 排出口
１０ａ，１０ｂ 反応部
１１ａ，１１ｂ 高放射材
１８ リターン回路

Claims (6)

1. 熱源から供給される高温ガスを導入する筒状又はトンネル状の導入路と、該導入路の先端に隣接して同方向に開口し導入路から供給される高温ガスを方向転換させて流通させる筒状又はトンネル状の排出路と、該排出路と前記導入路の開口端側を連通させて閉塞し導入路から導入される高温ガスを受け止めて流通の方向転換をさせる鏡板状の反応蓋とを設け、該反応蓋の内側に上記高温ガスにより加熱されて赤外線を放射し赤外線の放射率が高い材料からなる高放射材を配置し又は内装した赤外線放射炉。
2. 排出路の内側に高放射材を配置又は内装した請求項１に記載の赤外線放射炉。
3. 高放射材が接する高温ガスの流通路に噴霧水又は水蒸気を供給する水分供給部を設けてなる請求項１又は２に記載の赤外線放射炉。
4. 排出路から排出され、加熱処理に使用された高温ガスの排熱により生成された水蒸気を水分供給部に供給すべく回収するリターン回路を設けてなる請求項３に記載の赤外線放射炉。
5. 排出路側に高温ガスを方向転換させて排出する排出口を突設し、該排出口の内周側に高放射材を設けてなる請求項１～４のいずれかに記載の赤外線放射炉。
6. 導入路と排出路を縦方向又は横方向に設置した請求項１～５のいずれかに記載の赤外線放射炉。

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