JPH06102867B2

JPH06102867B2 - 加熱炉

Info

Publication number: JPH06102867B2
Application number: JP8224286A
Authority: JP
Inventors: 伸山口; 正史小笠原; 龍夫秋本
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPS62238986A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、線状物またはシート状物の加熱炉に関する。

さらに詳しくは、線状またはシート状の被加熱物を連続
的に導入、導出する開口部を有していて、加熱炉内部に
ては被加熱物と並流もしくは向流にて流れる加熱ガスに
て被加熱物を加熱する加熱炉であって、特に、被加熱物
の性質上、該被加熱物には接触することなく上記開口部
をシールすることが必要とされる。たとえば、光ファイ
バー、繊維、糸条、糸状物、布帛、フェルト、フィルム
等の延伸、熱処理などを行なうための加熱炉に関するも
のである。

〔従来技術〕

通常、前記した如き加熱炉にあっては、たとえば炉内に
おいて被加熱物と並流もしくは向流に流れる加熱ガス、
空気、スチーム、もしくはその他の不活性ガスを熱媒体
として、被加熱物を加熱し何らかの高温状態下での処
理、例えば、焼成、乾燥、延伸、熱セット等を施すこと
が行なわれているものである。

そして、その際、被加熱物の炉内への導入、導出のため
に設けられている熱処理炉の開口部には抵抗を設けて、
該炉内への空気の流入もしくは炉内からの媒体ガスの流
出を極力抑えるようにシールすることによって、炉内圧
を適正に維持し、炉内温度の適正化、均一化を図り、適
正に処理された高品質な被処理物を得んとするのが通常
である。むろん、かかる開口部のシールは、上記品質上
のことばかりか省エネ、省ガス、低コスト化にも直ちに
つながり、実際工業上は多大な意義を有するものとなっ
ている。

従来、この種の加熱炉の開口部において、被処理物に対
して非接触にてシールするものとしてラビリンスシール
機構が広く用いられている。

ラビリンスシール装置は、一般に、ガスが流れようとす
る方向（被加熱物の通過方向と一般的に等しい方向）に
直角に配置された仕切り板と、これによって仕切られた
溝空間とで構成され、該仕切り板１枚毎に発生する圧力
損失がガス流に対する抵抗として働き、流出、流入ガス
量を低減せしめるものである。

かかる従来用いられてきたラビリンスシールでは、前記
溝空間が被加熱物の通過方向と直角な方向に連続的に配
置されることとなり、流出、流入ガスの流れの一部は該
溝空間に沿って流れて被加熱物に対しその進行方向と直
角に当り、これが、該被加熱物に乱れ、バタツキを与え
て被加熱物をして仕切り板に接触させ、あるいは被加熱
物相互間の干渉を引き起こし損傷を与えてしまい低品質
化を招くという不都合を有していたものである。

一方、このような不都合を避けるためにはラビリンスシ
ールの仕切り板と被加熱物および被加熱物相互の間隔を
広くとらねばならないという欠点があり、これはシール
効果の低下につながるものであると共に、加熱炉自体の
大型化につながるものであった。

上記欠点を有した状態で加熱炉の広幅化を図ろうとした
場合、同時にラビリンスシールの広幅化、多段化も図ら
れることになるが、一般にラビリンスシール装置自体、
仕切り板と溝を形成する上で、製作コストが高くつくこ
と、重いので被加熱物を通すときやトラブル発生時の操
作性が悪い、装置上大がかりとなる等の欠点を有してい
るものであって、このような制約や、あるいは処理装置
全体のスペース上や連続プロセス上の制約もあって、広
幅化、多段化については限定されることも多くあり、高
品位な処理物を効率良く得るという重要な目的を達成す
るための十分なシールができないという問題が、依然と
して解決できずに存在するものであった。

上記のようなシール機構に関する問題点は、むろん、加
熱炉内部を流れる加熱ガスの方向に関係なく、すなわち
被加熱物と加熱ガスが並流、向流にかかわらず、同様に
存在するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上記したような点に鑑み、従来のシー
ル技術の欠点を改善することにより、特に被加熱物の通
過のために開口部が設けられ、かつ被加熱物と並流もし
くは向流な流れを持った加熱ガスにて被加熱物を加熱す
る加熱炉に於て、炉内の温度分布、流速分布を均一とな
し、均質な加熱が得られるような該開口部におけるシー
ル性が大幅に向上されてなる線状物、あるいはシート状
物の加熱炉を提供せんとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の加熱炉は次の構成からな
る。すなわち、連続的に通過する被加熱物を加熱する加熱炉であって、
該被加熱物はこれと並流もしくは向流にて流れる加熱ガ
スにて加熱され、かつ該被加熱物が通過する開口部に
は、下記（ａ）〜（ｃ）の構成を有する非接触式シール
装置を設けてなることを特徴とする加熱炉。

（ａ）二次元的に空間が仕切り材により仕切られてな
るセルを上記被加熱物が通過する方向と実質的に同一方
向である第１の方向および実質的に同一方向でない第２
の方向下に実質的に連続して多数個存在せしめてなるセ
ル材料と、（ｂ）該セル材料の片面側を閉塞するパネルとから構
成されるセル部材を、（ｃ）該セルの開放面どうしが対向し、かつ該対向す
る開放面どうしの間には前記被加熱物が前記仕切り材と
は非接触にて通過可能に間隙を形成させて、対状に配設
してなる非接触式シール装置。

そして、さらに好ましくは、上記加熱炉における非接触
シール装置として、対状に配設されてなるセル部材どう
しで、多数のセルを形成している仕切り材が実質的に相
互に一致した位置関係にて向い合っている構成とせしめ
て用いてなるものである。

本発明のさらに好ましい態様は、以下の説明に従って、
順次明らかになる。

〔実施例と作用〕

以下、本発明の加熱炉について図面等に基づき、さらに
詳しく説明する。

第１図、および第２図は本発明による加熱炉の好ましい
一実施態様を示すものであり、第１図は加熱炉長手方向
の概略縦断面図、第２図は第１図におけるＺ−Ｚ矢視概
略断面図である。

第１図において、外部のガス加熱装置（図示せず）にて
加熱された加熱ガス（空気、窒素、およびその他の不活
性ガス等）はガス入口20より加熱炉２内に送り込まれ、
ガス出口21より排出される。排出されたガスは再び加熱
装置にて加熱され、ガス入口より送り込まれるように、
すなわち循環されるように構成されていることが省エ
ネ、省ガス上好都合である。さて、被加熱物１は、加熱
炉２の開口部2aから連続的に供給され、加熱炉内を流れ
る加熱ガスにて加熱され、開口部2bから排出される。図
中22は加熱ガスの放熱による温度降下を防ぐための保温
ヒーターであり、加熱炉両端部には非接触式シール装置
10が取り付けられている。

更に第２図に示すように加熱炉は上、下に分割されてお
り、糸通し時およびトラブル発生時には上半分を開放で
きるような構成となっている。図では上半分が約90°回
転した状態を示しているが、ほんのわずか回転可能とす
ることもできるし、あるいは前面のみ開放される構成で
あってもかまわない。要は最初の糸通し作業が簡単であ
り、かつ糸切れ等のトラブル発生時に炉内に留った被加
熱物を取り出し掃除することができれば良い。

さて、加熱炉両端に取り付けられた非接触式シール装置
10は、加熱炉２と同じように２分割されており、炉を開
放する際には該シール装置も同時に開放されるように構
成されていることが好ましい。

第３図、および第４図は、本発明による加熱炉の他の実
施態様を示すものである。

第３図に於ては加熱ガス入口20（出口21）が炉のほぼ中
央にあり、加熱ガス出口21（入口20）が炉端部に設けら
れたものである。

更に第４図に於てはガス加熱用ヒーターおよび送ガス用
ファンを加熱炉と一体的に構成したものであり、いずれ
の場合も加熱炉両端部（加熱炉開口部2a,2b部）には非
接触式シール装置10が取り付けられている。

また、第５図および第６図は、本発明による加熱炉の要
部として非接触式シール部付近に示したものであり、第
５図は非接触式シール部付近の概略縦断面図であり、第
６図は第５図におけるＺ−Ｚ矢視概略断面図である。

第５図、第６図において、被加熱物１は加熱炉開口部2a
を経て、加熱炉２内へ導入され、加熱ガスにて加熱され
る。加熱炉開口部2aには、非接触式のシール装置10が設
けられており、かかるシール装置10は、二次元的に空間
を仕切り材11a、11bにより仕切ってなるセル12を、被処
理物１が通過する方向Ａと実質的に同一方向である第１
の方向、および実質的に同一方向でない第２の方向の２
方向下に実質的に連続して多数個存在せしめてなるセル
材料３と、該セル材料３の片面側を閉塞するパネル13と
から構成されるセル部材４を、セル12の開放面どうしが
対向し、かつ該対向する開放面どうしの間には被加熱物
１が仕切り材11a、11bとは非接触にて通過可能に間隙ε
を形成させて、対状に配設してなるものである。

セル部材４は、側面には側板14、前面には前板15がそれ
ぞれ設けられており、ま、セルの深さは仕切り材深さｈ
と実際上等しいものとなる。

仕切り材により仕切られてなるセル12の形状は、円形
状、多角形状、大小とりまぜた円形もしくは多角形状
等、特に限定されないが、製作上の容易さ等から言え
ば、連続的もしくは不連続的に平行部を有する仕切り板
と、この仕切り板と交差する方向に少なくとも１個以上
配置された仕切り板とでかかる仕切り材を構成してなる
ものが簡便であって、第６図に示したような六角形状、
第７図A,Bに示したような四角形状等がよく、あるいは
市販のアルミニウム、石綿、塩ビ、セラミックス製等の
ハニカム材等を用いても目的とするセル材料３を容易に
構成し得るものである。

パネル13、側板14、前板15も、金属、プラスチック等の
適宜な板を用い、前記ハニカム材と共に耐熱接着剤で接
合して構成すれば、シール上望ましく、かつ、軽量化、
コストダウンが図れる。

なお、本シール装置10を構成する上で、対状に配設され
るセル部材どうしで、多数のセルを形成している仕切り
材が実質的に相互に一致した位置関係にて向い合うよう
に配設すること、また、仕切り材は少なくとも一部にお
いてはガスの流れに対して直角な辺の部分を持つように
構成すること、すなわち、第６図に例示した如き配置態
様になすことが、より一層シール効果を高める上で望ま
しい。

上記態様において、本発明者らの知見によれば、対向す
る仕切り材間隙ε（mm）は狭いほどシール効果が大き
く、少なくとも20mm以下とするのが好ましく、さらに、
平行部を有する仕切り板を用いるときには第７図A,Bに
示した平行部を有する平行辺間隔Ｓ（mm）、仕切り板深
さｈ（mm）が次式（イ）、（ロ）を満足するように構成
するのが好ましい。

（イ） 0.1＜h/S＜0.4 かかる（イ），（ロ）式については、第７図の四角形状
セルの場合のみでなく、もちろん、六角形状等の平行部
を有するセル形状の場合全てに適用されるものである。
また、上記（イ），（ロ）式はガスの流れる方向に対し
て直角な辺11aだけでなく、たとえば第３図の11bのよう
にガスの流れる方向に対して直角方向に存在するもので
ない平行辺にも適用できるものであり、そのように構成
することにより一層高いシール効果が得られるものであ
る。

さらに第８図は、本発明の加熱炉の他の好ましい態様例
を説明するものであり、同じく要部として非接触式シー
ル部付近を示したものである。

同図においては、セル12の背面（パネル部）を多孔質体
17で構成し、さらにその背面には空間部18を形成せし
め、該多孔質体17を介してセルの背面から流体を供給も
しくは排除する、あるいはその両作用を行なうようにな
したものである。かかる態様においては、一般的には開
口部より加熱ガスが吹き出す場合は流体を供給、開口部
より炉外空気が吸い込まれる場合は流体を排除する方式
が好ましく、場合によっては流体の供給、排除を共用す
ることにより、開口部での流入、流出ガスの流れに逆ら
う方向の流れを積極的に作り出すことも可能である。

多孔質体17は、パンチングメタル、金網、ボーラスメタ
ル等の整流効果のあるものを用いるのがよい。また、上
記態様例では、セルの背面の全面を多孔質体17で構成し
てあるが、場合によっては、パネルの一部のみを多孔質
体で構成し、該多孔質部分のみから上記の如き流体を作
用させてもよい。

上述の態様例においては、全てシール装置10を開口部2a
の炉外側へ取付けた例で示したが、場合によっては炉内
側もしくは両側へ取付けることもできる。

また、同じく上述の態様例では、被処理物１が水平方向
にて処理装置内に導入出される場合を示したが、本発明
の処理装置は、被処理物の導入、導出方向には無関係に
有効である。

以下、本発明の加熱炉におけるシール性について、効果
を確認するための一例データを示したグラフ等を用いて
具体的に説明する。

第９図は、第１図および第２図に示した六角形状のセル
を用いてなる態様の本発明装置において、加熱炉長さ ;dL＝2000mm シール部長さ;l＝100mm シール部幅 ;W＝200mm に設定したものについて、仕切り材間隙ε（mm）をε＝
5mmに固定して、室温空気を用い、炉内風速Ｖが15m/sの
ときの、該シール部における洩れ風速μと、ハニカムの
深さ（仕切り板の深さ）ｈ（mm）と平行辺間隔Ｓ（mm）
との比h/Sとの関係を示したものである。同グラフのパ
ラメータは平行辺間隔Ｓであり、３種類のセル大きさ
（形状は同じ）について上記関係を示した。

このグラフから明らかなように、平行辺間隔Ｓがいずれ
の値でも、h/S値が図中に斜線で示した領域、すなわ
ち、ほぼ0.1＜s/S＜0.4の範囲にあるとき、洩れ風速が
最も小さく、したがってシール能力が最も高いものであ
る。

本発明者らの知見によれば、仕切り材間隙ε、炉内風速
Ｖをパラメータとしたときにも、かかる関係は成立する
ものであって、就中、第６図にも示される如く、h/S＝
0.25と設定したときに最も高いシール性能を示す。

第10図は、上記と同様のｌ値、Ｗ値にて、h/Sを上記し
た最適値である0.25に設定し、仕切り材間隙εを2mm、5
mm、10mmの３種類とした場合について、炉内風速Ｖが15
m/Sのときの洩れ風速値μを測定し、これを、間隙εと
し平行辺間隔Ｓとの比ε/Sとの関係にまとめたものであ
って、同図中、ε/Sのときのデータは、１＝100mmのパ
ネルのみを炉に取付けた場合の風速値である。

かかるグラフからわかるように、それぞれの間隙値ε
（mm）に対して、ε/S値には、シール上好ましい範囲が
あって、すなわち、間隙εを定めるとそれに応じて平行
辺間隔Ｓ（mm）値も好ましい範囲が定まるものである。
本発明者の各種知見や第７図に示したデータ等から、か
かるＳ（mm）値は、下記式で表わされる領域範囲内とすることが肝要である。

かかる領域を第11図にＸ軸にε、Ｙ軸にＳをとって斜線
領域で示した。同領域中、Ｘ印で示したプロット点が、
第７図のグラフにおいて、ε＝2mm、5mm、10mmのそれぞ
れの場合においての、最低風速値を示すプロット点と対
応しているものである。

第12図は、各炉内風速Ｖに関して本発明の効果の例を説
明するグラフであり、セル形状として六角形状のものを
用い、仕切り材間隙ε＝5mmとし、かかるε値に対して
上述した通りの平行辺間隔Ｓの最適範囲内にあるＳ値と
してＳ＝25mmとし、さらに、かかるＳ値からh/S＝0.25
の関係より、仕切り板深さｈをｈ＝6.3mmに設定し、シ
ール部長さｌ＝100m、シール部幅Ｗ＝200mmとした場合
における炉内風速Ｖと洩れ空気の流速μとの関係を示し
たものである。

同グラフにおいて、×印で示したプロット点が六角形状
セルの平行辺（第６図の11a）に対して空気流が直角方
向へ流れるように構成した場合を示し、△印のプロット
点が同平行辺に対して該空気流が平行方向に流れるよう
に構成した場合を示す。○印のプロット点はシール機構
を設けないで、特に炉開口部間隙を上記の仕切り板間隙
値に合せて5mmに設定したときの風速を示したものであ
る。

かかるグラフから明らかな如く、たとえば炉内風速Ｖが
15m/secのとき、シール機構を設けない場合の洩れ風速
は9.7m/secであり、これに対し本発明装置による場合に
は5.5m/secであり、本発明による洩れ空気の低減効果は
40％以上ともなる。またセル部材の配設の仕方は、空気
流が直角に当たる方向に平行辺部を設けるのがよいこと
がわかる。

〔効果〕

以上説明したように、被加熱物を該被加熱物と並流また
は向流に流れる加熱ガスにて加熱せんとする場合、加熱
炉の開口部をシールする上で、本発明にかかる装置で
は、二次元的なシール機構を採用してなるものであるた
め、幅方向へのラビリンス効果を発揮し、被処理物へ与
える流出、流入ガス流に基づく乱れを著しく低減できる
ものであって、被加熱物が仕切り材による受ける損傷を
低減できる、あるいは、仕切り材間隙を狭くできるもの
であって、これら効果が相俟って、従来のラビリンスシ
ール機構を採用する場合と比べて一層高いシール効果を
達成でき、炉内ガス温度分布および流速分布の均一化が
図られる。

このことは炉幅に対する加熱有効幅の増大及び被加熱物
の密集化が可能となり、相対的に炉幅寸法のコンパクト
化が図られるものである。

また、特にセル材料を一般に市販されているハニカム材
で構成すれば、簡便で軽量なシール機構を有するものと
なり、かかるシール機構を有する本発明装置では、該シ
ール機構の多段化、広幅化も容易なのであり、かかる点
においても、上記した通りの本来有するシール効果の高
さと相俟って格段に高度なシール効果を実現できるもの
である。

もちろん、このようなシール効果の高い本発明加熱炉を
用いれば、所望通りの加熱条件下での加熱が安定して可
能であり、高品位な加熱物を安定して生産できるもので
あって、かつ、省エネ、省ガスも達せられるという工業
上大きな利点をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、および第２図は、本発明による加熱炉の好まし
い一実施態様を示すものであり、第１図は加熱炉長手方
向の概略縦断面図、第２図は第１図におけるＺ−Ｚ矢視
概略断面図である。第３図、および第４図は本発明による加熱炉の他の実施
態様を示す長手方向概略断面図である。第５図は非接触式シール部付近の概略縦断面図であり、
第６図は第５図におけるＺ−Ｚ矢視概略断面図である。第７図A,Bは本発明に用いられるセル材料におけるセル
形状の一態様例を示したものである。第８図は、本発明の処理装置の他の好ましい態様例を説
明するものであり、第５図と同じく非接触式シール部付
近を示したものである。第９図、第10図、第11図、および第12図は本発明の加熱
炉における開口部のシール性について、効果を確認する
ための一例をデータで示したグラフである。図面中の符号の説明 1:被加熱物、2:加熱炉 2a,2b:加熱炉開口部、3:セル材料 4:セル部材、10:非接触式のシール装置 11a,11b:仕切り材、12:セル 13:パネル、14:側板 15:前板、17:多孔質体 18:空間部、20:加熱ガス入口 21:加熱ガス出口、22:保温ヒータ 23:断熱材、24:ファン 25:加熱ヒータ A:被処理物が通過する方向（第１の方向） ε：仕切り材間隙、h:仕切り材深さ S:平行辺間隔、l:シール部長さ W:シール部幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続的に通過する被加熱物を加熱する加熱
炉であって、該被加熱物はこれと並流もしくは向流にて
流れる加熱ガスにて加熱され、かつ該被加熱物が通過す
る開口部には、下記（ａ）〜（ｃ）の構成を有する非接
触式シール装置を設けてなることを特徴とする加熱炉。（ａ）二次元的に空間が仕切り材により仕切られてな
るセルを上記被加熱物が通過する方向と実質的に同一方
向である第１の方向および実質的に同一方向でない第２
の方向下に実質的に連続して多数個存在せしめてなるセ
ル材料と、（ｂ）該セル材料の片面側を閉塞するパネルとから構
成されるセル部材を、（ｃ）該セルの開放面どうしが対向し、かつ該対向す
る開放面どうしの間には前記被加熱物が前記仕切り材と
は非接触にて通過可能に間隙を形成させて、対状に配設
してなる非接触式シール装置。
【請求項２】加熱炉、および対状に配設されてなるシー
ル装置が被加熱物の通路を介して２分割され、その少な
くとも一方を他方に対して開閉自在としたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の加熱炉。