JPS58164988A - 通気性固体を有する加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 るものである。

従来、燃焼ガスで被熱物を直接加熱を行う加熱装置にお
いては、バーナから炉内へ放出された燃焼ガスのカス輻
射熱と、ガスをとシ囲む周囲壁からの固体輻射により被
熱物が加熱される。従って伝熱量の増加を図るには燃焼
ガス層の厚み及び炉壁面積の増加を図る必要があるが、
断面積を極端に大きくすることは設備コスト面から制約
がある。

本発明はこのような従来の加熱装置の問題を解消するた
め、加熱装置内の燃焼カスの通路上に伝熱上及び通過ガ
スの圧力損失上最適な厚みを有する通気性固体を配設し
たことを特徴とする加熱装置に関するものである。

なお、ここでいう通気性固体とは、三次元網状骨格構造
を有した多孔質材のことで、金属系では発泡金属、耐火
物系ではセラミックフオーム（プリジストン株式会社製
）等がある。代表的なものとしてセラミックフオームの
物性値を表１に示す。

なお、表ＩＫ示す比表面積は、網状骨格の幾何学的な表
面積に関するものであり、顕微鏡観察により網状骨格の
形状、太さ、長さを測定して求めた値である。従って、
吸着法等によって求めた比表面積とは異なる。

第　　　１　　　表 この種の通気性固体は多孔質であるため、通気性固体と
通過カス間の熱移動現象は粉粒体の充填層伝熱にほぼ近
似しており、通気性固体を構成する網状骨格の相当直径
が００１〜２ｒａｎ程度であれ＋’Ｋｃａｔ ば、ｌＯ２〜１０　　／／ｒｒ？ｈ℃といった大きな対
流熱伝達係数が得られるため１．ガス入口側の通気性固
体壁表面温度は瞬間的にガス温度近くまで変化するとい
う特徴がある。この、ことによυ、高温の：６．。

通気性固体からの固体輻射伝熱により従来炉に比べて大
巾な伝熱量の増加を図ることができる。

次に、通気性固体の伝熱挙動について詳しく説明する。

通気性固体内の対流伝熱現象は粉粒体の充填層伝熱に近
似しており、伝熱量は次式によって表わすことができる
。

ｑ”　ｈｐａｐδＡ　（ｔｇ　−ｔｓ　）　　　、、、
、、、、、、　（１）ここで ｑ：通過カスから通気性固体への対流伝熱量　　　　　
　　　　　　　　　　　〔１４ＣａＬ７ｈ〕ｈＰ：対流
熱伝達係数（通気性固体の網状骨ｃａｔ 略表面積当り）〔４２ｈ℃〕 ａＰ：通気性固体比表面積　　　　［ｍンゆ・〕Ａ：通
気性固体断面積（通過ガス流れ方向に直角な断面）　　
　　　　　　　Ｃｍ”　］δ：通気性固体厚さく通過カ
ス流れ方向の厚さ）　　　　　　　　　　　　　〔ｍ〕
ｔｇ：通過カス温度　　　　　　　　　〔℃〕／ ｌＳ：通気：：性固体温度　　　　　　　　〔℃〕（１
）式から明ら力Ｊｔ、、、ａように通気性固体の比表面
積ａｐ。

及び通気性固体あ厚さδが大きい程、伝熱量ｑは大きく
なる。

一方被熱物を加熱するためには、通気性固体から被熱物
への輻射伝熱量が大きくなければならない。通気性固体
から被熱物への輻射伝熱は固体輻射の特性により、通気
性固体の表面積が大きい程輻射伝熱量は多い。従って、
通気性固体の比表面積ａｐ’と厚さδの積ａｐδは通気
性固体の通過カス断面積Ａ当りの網状骨格表面積である
が、この値が大きければ大きい程、輻射伝熱量が多くな
る。しかし、通気性固体表面からの輻射熱はそのまま被
熱物へ到達するが、通気性固体内部から発した輻射熱は
、通気性固体表面へ到達する間に通気性固体自身によっ
て遮蔽されるため、ａＰδをある値以上大きくしても輻
射伝熱上は有効でない。逆にａｐδをある値以下に小さ
くすると通気性固体に、表から裏が見通せる穴があいた
状態になり輻射伝熱面積が小さくなることから伝熱量が
低下する５、す、上の細見に基づき、実験によって通気
性固体の伝熱特性について調査した結果を次に述べる。

第１図は通気性固体の伝熱特性を調べた実験装置である
。第１図において１は耐火壁で構成された燃焼室であり
、バーナ２に燃料供給管３及び空気供給管４から各々燃
料カス及び空気が供給され燃焼室１内で燃料ガスが燃焼
する。燃焼ガスは耐火物製の整流板５を通過し、冷却室
６で囲まれた伝熱室７へ流入する。燃焼カスは伝熱室７
から通気性固体８を通過し、最終的には排気孔１０から
装置外へ排気される。通気性固体８の前後の室は冷却室
６及び９で周囲が構成されており、冷却室は耐熱鋼板製
でジャケットになってお９、ジャケット内は冷却用空気
配管１１及び１２がら空気を流して冷却する。同時に、
冷却用空気の流量、入口及び出口における温度を測定し
て冷却室への伝熱量を測定した。冷却室６の寸法は内径
３００咽高さ３００閣であり、バーナ２から発生する燃
焼ガス量は加〜ｌ　５０　”、７　で、温度は伝熱室７
の入口部で１０００〜１４００℃である。

第２図は測定結果の１例を示す。通気性固体を通過する
燃焼ガス量は約３ＯＮ′／　、燃焼カス温度は伝熱室７
の入口部で１３５０℃である。通気性固体はセラミック
フオームを用い、型番としては第１表に示す≠０６．＄
１３．＄２０を使用し、通気性固体の厚みδは０００３
〜０．０３　ｍのもの全使用した。以上述べた条件下で
、冷却室６の受熱量Ｑ′１を求めた。またｑは通気性固
体からの固体輻射に、伝熱室内のガス輻射等が加わった
ものであるが、計算によって後者を差引き、通気性固体
からの伝熱量Ｑ１ヲ求めた。第２図の縦軸は伝熱室７へ
流入する燃焼カスの顕熱Ｑ。に対するＱｌの割合（％）
を示しており、横軸はその時使用した通気性固体の厚み
δを示している。第２図かられかるように通気性固体の
厚さδを大きくする程伝熱割合Ｑ１．／Ｑｏは大きくな
り、ある厚さ以上では約１４％程度でほぼ一定となる。

通気性固体が≠Ｑ６，１３゜２０で伝熱割合が一定値に
達する通気性固体の厚さδは各々０．０１５ｍ、　　０
．００８ｍ、　　０．００４ｍである。これらの結果を
第２表にまとめた。またその時のδＸａｐは第２表か←
明らかなように１０〜１１でほぼ一定である。２．の傾
向は通気性固体、快 を通過するガス速度、温度を変えてもほぼ同じ値であっ
た。

／ 第　　　　２　　　　表 以上の結果から伝熱上、通気性固体の厚さδと０ 比表面積の関係はδ〉−とする必要がある。まｐ た実験で確認した通気性固体の物性値の条件δ〉１〇 −は従来の公知技術、例えば石油ストーブ等にｐ 用いられている輻射伝熱用の金網等とは異なっている。

即ち、石油ストーブに用いられている金網等は金網の目
を通して表から裏が見通すことができ、輻射伝熱面積が
非常に小さく、従ってδ（便であシ、発明−が実験で確
認した物性値条件をは：：１ ：、ｊ’、’ｌ。

るかにはすれて：いる。即ち、本発明では通気性向体と
して網状骨格の相当直径が０．０１〜２論程度と非常に
小さいものを使用し力）つ、一定の厚さδを確保するこ
とにより通気性同体の非常に大きな比表面積を利用して
高い伝熱効率を得ることかで０ きる。本発明を構成する物性値条件δ〉−は伝Ｐ 熱効率向上を追求して、実験的に見出した新たな事実に
基づいており、工業的な利用価値も非常に大き〈従来の
公知技術とは基本的に異なっている。

次に通気性固体゛を通過するカスの圧力損失は通気性固
体の厚さδ及び比表面積ａｐが大きくなる程増加する。

一般に、工業炉において燃焼ガスの通気圧損が増加すれ
ば、炉内圧力が増加し炉開口部のシール等が問題となり
、また排気を吸引ブロワ−で行う場合はブロワ−の容量
が増加し、排気を煙突の通風力で排気する場合は煙突が
高くなる等の問題がある。以上の理由から通気性固体の
厚さδ、比表面積ａｐをある値以下に制限する必要があ
る。

一般に金属加熱炉、熱処理炉等の加熱装置において、燃
焼室熱負荷（炉内容積当りの燃焼量）はｌＯ〜４０Ｘ１
０′に０ａり黛りであシ、燃焼排ガス量に換算すると１
００〜４０ＯＮ′／Ｗ？ｈである。ここではモデルとし
て形状が立方体の炉を考え、燃焼排ガスを炉壁に沿って
配設した通気性固体を通過させた場合、通過ガス流速は
００２〜０．１ＮＩＴ／ｓ（通気性固体を配設する面の
数を１面にするか６面にするかで異なる）である。また
、通常の加熱装置において、炉内圧力が数ｍｍＡｑであ
ることから、通気性固体を配設した場合において通気性
固体の許容圧力損失は１０　ｍｍＡｑ以下とする必要が
ある。

これらの条件を満足する通気性固体の適正な厚さを決め
るために、前述の実験装置を用いて通気性固体の圧損特
定を測定した。

第３図は通気性固体の圧力損失を測定した結果である。

実験条件は通気性固体の厚さδが０．０１０ｍ１通過ガ
ス温度が１０００℃、通気性固体はセラミックフオーム
で型番が≠０６．≠１３．　　≠２０である。第３表は
実験結果をもとに、工業炉に通気性固体を適用した場合
の通気性同体の許容厚さδを検討した結果である。即ち
、実用炉において、通気性固体の通過カス流速が０．Ｉ
Ｎｒｒ／Ｓ　で通過ガスの圧力損失を１０　ｍＡｑ以下
にする必要があり、これらの条件を満足するためには、
通気性固体の許容厚さδは第３表に示すごとく型番＄０
６．１３゜２０で各々１．０ｍ、０．４ｍ、０，１ｍと
する必要がある。一般に充填層内の圧力損失はほぼａＰ
２×δに比例し気孔率εの３乗に反比例することが知ら
れている。通気性固体内の圧力損失も同様の挙動を示す
。以上の理由から第３表の条件でａＰ２Ｉ！ｌ／、３を
求めると全ての条件で９０　Ｘ　１０’とな９一定値」
、となる。従って一般に工業炉に通気性固体を配設した
場合、通過ガス圧力損失を実用上問題となら要がある。

第　　　３　　　表 になる時の通気性固体の厚さ 以上で説明したように加熱装置内に通気性固体を配設し
、通気性固体の厚さくδｍ）と通気性固体させ、かつ通
気性固体の圧力損失を実用上許容できる範囲にすること
ができる。

次に本発明の実施例について説明する。

第４図は本発明の実施例を示す図である。第４図（ａ）
は従来の加熱装置を示す図であり、（ｂ）は本発明の通
気性固体を有する加熱装置を示す図である。

第４図（ａ）において１３は加熱室で炉壁は耐火材でラ
イニングされており、１４はバーナで燃料供給管１５及
び空気供給管ｆ′６から各々燃料及び空気が供給され、
加熱室１３内で、燃焼し、高温の燃焼ガスによつ１ て被熱材１７は加熱□され、燃焼ガスは煙道１８ヲ通っ
て炉外へ排出される。なお被熱材１７は表面が酸化して
いないステンレス鋼の厚板で、裏面はジャケット構造で
冷却用水配管１９から供給された水をジャケット内に流
して冷却しており、冷却用水の流量。

入側及び出側の温度を測定して、被熱材への伝熱量を測
定した。第４図（ｂ）は本発明の通気性固体を有する加
熱装置で、（ａ）との相違点は加熱室１３の上部に通気
性固体内を配設しておシ、加熱ガスは通気性固体２０ヲ
通過して煙道１８から炉外へ排出される。加熱室１３の
寸法は（ａ）、　（ｂ）共に断面が１７ｍ×１、７　ｍ
で炉高が０．７　ｍで、被熱材の寸法は１．３　ｍ×１
３ｍである。

第４図に示す実施例における実測データを第４表に示す
。第４表において実施例■は通気性固体がない場合で、
実施例■、■は各々通気性固体の厚さが０．０１　ｍ及
び０．０．２ｍの場合である。実施　Ｋｃａｌ 例■、■、■共に燃焼量は７５Ｘ１０　　　　／Ｈで一
定であり、加熱室１３内のガス温度は約１１００℃、被
熱材１７の表面温度は約４００℃、また通気性固体の通
過ガス速度は約０．１Ｎｍ／ｓ　である。また、本発明
による通気性固体の最適厚みは、型番が≠０６であるこ
とから０Ｏ１３ｒｒ′〈δ〈１．０ｒＴ１である。

被熱材１７の吸熱量の測定値は第４表に示す値となシ、
実施例■を１００とすると、実施例■、■は各々、１１
５と１２５になった。即ち、通気性固体を配設すること
により被熱材の吸熱量が各々１５％と２５％増加した。

実施例■の場合は通気性固体の厚さがδｍ　０．０１　
ｍで下限の厚みより薄いため伝熱量がやや少いが実施例
■の場合は、δｍ０．０２と最適厚み範囲に入っている
ため伝熱量は２５％向上している。第４表には記載して
いないが更に厚さδを増しても伝熱量は一定であった。

また、通気性固体の圧力損失も実用上問題ない値であっ
た。

以上実施例に示したごとく本発明は非常に工業的に利用
価値の高い技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は通気性固体の伝熱特性を測定した実験装置、第
２図は通気性固体の伝熱特性の測定結果、第３図は通気
性固体の通過ガス圧力損失を測定した結果を示す図であ
る。第４図（ａ）は従来の加熱装置、第４図（ｂ）は通
気性固体を配設した加熱装置の実施例である。 １・・・燃焼室、２・・・バーナ、３・・・燃料供給管
、４・・・空気供給管、５・・・整流板、６・・・冷却
室、７・・・伝熱室、８・・・通気性固体、９・・・冷
却室、１０・・・排気孔、１１・・・冷却用空気配管、
１２・・・冷却用空気配管、１３・・・加熱室、１４・
・・バーナ、１５・・・燃料供給管、１６・・・空気供
給管、１７・・・被熱材、１８・・・煙道、１９・・・
冷却用水配管。　　　　　、。 １１１１１特許出願人　代理人 □　　弁理士　矢　葺　卸　之 （ほか１名） 第３図 力゛′λ讐Ｉ遼　／Ｖｍ／ｓ 第４ｖＡ （６１） 手続補正書（自発） 昭和５７年７　月デ日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、　事件の表示　昭和５７年　特　許　願第４．７２
８４２、発明の名称　通気性固体を有する加熱装置３、
補正をする者 事件との関係　出願人 住　所（居所）東京都千代田区大手町二丁目６番３号エ
　ゎ（６ケ）’　（６６５）新日本製鐵株式会社４、代
　理　人 つ 明　　細　　書　（全文訂正） １、発明の名称 通気性固体を有する加熱装置 ２、特許請求の範囲 加熱装置内に三次元網状骨格構造からなる通気号　性固
体を配設し、加熱ガスの一部ろるいは全部を該通気性固
体に通過させる如くなした加熱装置に於て、上記通気性
固体の厚みδ（ｍ）を、通気性固体の比表面積ａｐ　（
’／・〕及び気孔率ε〔−〕との関関 係で下記式によρ定めたことを特徴とする通気性固体を
有する加熱装置。 ３、発明の詳細な説明 本発明は通気性固体を配設した加熱装置に関するもので
ある。 従来、燃焼ガスで被熱物を直接加熱を行う加熱装置にお
いては、バーナから炉内へ放出された燃焼ガスのガス輻
射熱と、ガスをとシ囲む周囲壁からの固体輻射により被
熱物が加熱される。従って　１− 伝熱量の増加を図るには燃焼ガス層の厚み及び炉壁面積
の増加を図る必要があるが、断面積を極端に大きくする
ことは設備コスト面から制約がある。 本発明はこのような従来の加熱装置の問題を解消するた
め、加熱装置内の燃焼ガスの通路上に伝熱上及び通過ガ
スの圧力損失上最適な厚みを有する通気性固体を配設し
たことを特徴とする加熱装置に関するものである。 なお、ここでいう通気性固体とは、三次元網状骨格構造
を有した多孔質材のことで、金属系では発泡金属、耐火
物系ではセラミックフオーム（プリジストン株式会社製
）等がある。代表的なものとしてセラミックフオームの
物性値を表１に示す。 なお、表１に示す比表面積は、網状骨格の幾何学的な表
面積に関するものであり、顕微鏡観察によｐ網状骨格の
形状、太さ、長さを測定して求めた値である。従って、
吸着法→１．ニよって求めた比表面積とは異なる。 第１表 この種の通気性固体は多孔質でろるため、通気性固体と
通過カス間の熱移動現象は粉粒体の充填層伝熱にほぼ近
似しており、通気性固体を構成する網状骨格の相当直径
が０．０１〜２朋程度であれば、１０２〜１’　０　’
　ｋｃａｌ　／　、ｈ℃といった大きな対流熱伝達係数
が得られるため、ガス入口側の通気性固体壁表面温塵は
瞬間的にガス温度近くまで変化□。 するという特徴：かろる。このことにより、高温のし 通気性固体から々固体輻射伝熱によシ従来炉に比べて大
巾な伝熱量の増加を図ることができる。 次に、通気性固体の伝熱挙動について詳しく説明する。 通気性固体内の対流伝熱現象は粉粒体の　３− 充填層伝熱に近似しておシ、伝熱量は次式によって表わ
すことができる。 ｑ＝ｈＰａＰδＡ　（ｔｇ　　ｔｓ　）　　　　　　　
−−（］）こごで ｑ：通過ガスから通気性固体への対流伝熱量　　　　　
　　　　　　　　　　　〔ｋＣａｌ／ｈ〕ｈＰ：対流熱
伝達係数（通気性固体の網状骨略表面積当’）　　　’
　　　　［ｋｃａｌ／ｍｈ℃：）ａＰ：通気性固体比表
面積　　　　　［：　ｍｙ　−］Ａ：通気性固体断面積
（通過ガス流れ方向に直角な断面　　　　　　　　　〔
ｍａδ：通気性固体厚さく通過ガス流れ方向の厚さ）　
　　　　　　　　　　　　　〔ｍ〕ｔｇ：通過ガス温度
　　　　　　　　　〔℃〕ｔｓ：通気性固体温度　　　
　　　　　〔℃〕（１）式から明らかなように通気性固
体の比表面積ａｐ、及び通気性固体の厚さδが大きい程
、伝熱量ｑは大きくなる。 一方被熱物を加熱するためには、通気性固体から被熱物
への輻射伝熱量が大きくなければならな　４− い。通気性固体から被熱物への輻射伝熱は固体輻射の特
性によシ、通気性固体の表面積が大きい程輻射伝熱量は
多い。従って、通気性固体の比表面積ａｐと厚さδの積
ａｐδは通気性固体の通過ガス断面積Ａ当シの網状骨格
表面積であるが、この値が大きければ大きい程、輻射伝
熱量が多くなる。しかし、通気性固体表面からの輻射熱
はそのまま被熱物へ到達するが、通気性固体内部から発
した輻射熱は、通気性固体表面へ到達する間に通気性固
体自身によって遮蔽されるため、ａｐδをある値以上大
きくしても輻射伝熱量の増加率は次第に少くなる。逆Ｋ
　ａｐδをある値以下に小さくすると通気性固体に、表
から裏が見通せる穴があいた状態になシ輻射伝熱面積が
小さくなることから伝熱量が低下する。以上の知見に基
づき、実験によって通気性固体の伝熱特性について調査
した結果を次に述べる。 第１図は通気性固体の伝熱特性を調べた実験装置である
。第１図において１は耐火壁で構成された燃焼室であり
、バーナ２に燃料供給管３及び空　５− 気供給管４から各々燃料ガス及び空気が供給され燃焼室
１内で燃料ガスが燃焼する。燃焼ガスは耐火物製の整流
板５を通過し、冷却室６で囲まれた伝熱室７へ流入する
。燃焼ガスは伝熱室７から通気性固体８を通過し、最終
的には排気孔１０から装置外へ排気される。通気性固体
８０前後の室は冷却室６及び９で周囲が構成されており
、冷却室は耐熱鋼板製でジャケット内なっておシ、ジャ
ケット内は冷却用空気配管１１及び１２がら空気を流し
て冷却する。同時に、冷却用空気の流量、入口及び出口
における温度を測定して冷却室への伝熱量を測定した。 冷却室６０寸法は内径３００　ｍｍ高さ３００ｍｍで６
．Ｃ、バーナ２から発生する燃焼ガス量は２０〜１５０
　Ｎｒｒｔ／Ｈで、温度は伝熱室７０入ロ部で１０００
〜１４００℃である。 第２図は測定結果の１例を示す。通気性固体を通過する
燃焼ガス量は約３０”Ｎｒｎ″／Ｈ１燃焼ガス温１ソ１
１ 度は伝熱室７０入ロ部で１３５０℃である。通気性固体
はセラミックフオームを用い、型番としては第１表に示
す＃０６．　＃１３．　＃２０を使用し、通気性固体の
厚みδは０．００３〜ｏ、ｏ３ｍのものを使用した。以
上述べた条件下で、冷却室６の受熱量Ｑ＋’を求めた。 またＱ＋′は通気性固体からの固体輻射に、伝熱室内の
ガス輻射等が加わったものであるが、計算によって後者
を差引き、通気性固体からの伝熱量Ｑ１を求めた。第２
図の縦軸は伝熱室７へ流入する燃焼ガスの顕熱Ｑｏ　Ｋ
対するＱｌの割合（％）を示しており、横軸はその時使
用した通気性固体の厚みδを示している。第２図かられ
かるように、通気性固体の厚さδを大きくすると伝熱割
合ＱＩ／Ｑｏは増加する。伝熱割合Ｑｔ／Ｑｏの増加率
は厚さδが小さい場合大きく、厚さδがある値以上では
増加率は小さくなる。即ら通気性固体の型番が＃０６，
１３．２０の場合厚さδが各々０．０１５ｍ。 ０．００８ｍ、０．００４　ｍまでは、伝熱割合Ｑ＋／
Ｑｏが急増する。従つ１てこれらの厚さ以上の通気性固
体を利用すること、＃シ、伝熱上、非常に有効である。 １□１１ これらの結果を第・２表にまとめた。またその時のδ×
ａＰは第２表から明らかなよう［１０〜１１でほぼ一定
である。この傾向は通気性固体を通過するガス速度、温
度を変えてもほぼ同じ値であった。 第２表 以上の結果から伝熱上、通気性固体の厚さδと比表面積
の関係はδ〉−とする必要がるる。また実験で確認した
通気性固体の物性値の条件δ〉川は従来の公知技術、例
えば石油ストーブ等に用ｐ いられている輻射伝熱用の金網等とは異なっている。即
ち、石油ストーブに用いられている金網等は金網の目を
通して表から裏が見通すことができ、輻射伝熱面積が非
常に小さく、従ってδ（篩で１、発明者が実験で確認し
た物性値条件をはるかにはずれている。即ち、本発明で
は通気性固体として網状骨格の相轟直径が０．０１〜２
朋程度と非常に小さいものを使用しかつ、一定の厚さδ
を確保することによシ通気性固体の非常に大きな比　８
− 表面積を利用して高い伝熱効率を得ることができる。本
発明を構成する物性値条件δ〉川は伝熱ｐ 効率向上を追求して、実験的に見出した新たな事実に基
づいており、工業的な利用価値も非常に大き〈従来の公
知技術とは基本的に異なっている。 次に通気性固体を通過するガスの圧力損失は通気性固体
の厚さδ及び比表面積ａ、が大きくなる程増加する。通
気性固体を炉内に配設した場合、通過ガスの圧力損失に
よシ整流効果が生じ、炉内ガス流れが均一による。一般
に工業炉において、バーナ配置、炉型、煙道の位置加熱
ガスの浮力等によシ、炉内ガス流れは必ずしも均一では
なく、偏流を生じ、そのため加熱温度偏差、加熱効率の
低下が生じる。通気性固体による炉内ガス流れの整流効
果によシこれらの問題点を改善でき、加熱効率の向上を
はかることができる。通気性固体の圧力損失が大きい程
その改善効果は太きい。一方、工業炉において燃焼ガス
の通気圧損が増加すれば、炉内圧力が増加し炉開口部の
シール等が問題となシ、また排気を吸引プロワ−で行う
場合はブロワ　９− −の容量が増加し、排気を煙突の通風力で排気する場合
は煙突が高くなる等の問題がある。以上の理由から通気
性固体の厚さδ、比表面積ａ、をある値以下に制限する
必要がある。 一般に金属加熱炉、熱処理炉等の加熱装置において、燃
焼室熱負荷（炉内容積光シの燃焼量）は１０〜４０　Ｘ
　Ｉ　Ｏ’　ｋｃａＡ！／Ｍｈで６Ｄ、燃焼排ガス量に
換算すると１００〜４００　Ｎｍ７ｍ゛ｈである。ここ
ではモデルとして形状が立方体の炉を考え、燃焼排ガス
を炉壁に沿って配設した通気性固体を通過させた場合、
通過ガス流速は００２〜０．１　Ｎｍ／Ｓ（通気性固体
を配設する面の数を１面にするか６面にするかで異なる
）である。また、通常の加熱装置において、炉内圧力が
１ん３龍Ａｑであることから、通気性固体を配設した場
合において通気性固体の許容圧力損失は３１ｍ　Ａｑ以
下とする必要がある。これらの条件を満足李る通気性固
体の適正な厚さを決めるために、前述の実験装置を用い
て通気性固体の圧損特性を測定した。 第３図は通気性固体の圧力損失を測定した結果である。 実験条件は通気性固体の厚さδが００１０ｍ１通過ガス
温度が１０００℃、通気性固体はセラミックフオームで
型番が＃０６．＃］３．＃２０である。第３表は実験結
果をもとに、工業炉に通気性固体を適用した場合の通気
性固体の許容厚さδを検討した結果である。即ち、実用
炉において、通気性固体の通過ガス流速が０．１　Ｎｍ
／　Ｓで通過ガスの圧力損失を３ｙａｍＡｑ以下にする
必要が６．？、これらの条件を満足するためには、通気
性固体の許容厚さδは第３表に示すごとく型番＃０’６
，１３゜２０で各々０．３３ｍ＋　０．１３ｍ＋　０．
０３ｍとする必要がらる。一般に充填層内の圧力損失は
ほぼａ、′×δに比例し、気孔率εの３乗に反比例する
ことが知られている。通気性固体内の圧力損失も同様の
挙動を示す。以上の理由から第３表の条件でａ、′δ／
ε３を求め鼠と全ての条件で３０Ｘ１０’となり一定値
となる８、従って一般に工業炉に通気性固体を配設した
場合、通過ガス圧力損失を実用上とする必要がある。 第３表 （※）δは通気性固体の通過ガス圧力損失が３ｍｍＡｑ
になる時の通気性固体の厚さ 以上で説明したように加熱装置内に通気性固体を配設し
、通気性固体の厚さくδｍ）と通気性固体ガス流れを整
流することができ、かつ通気性固体の圧力損失を実用上
許容できる範囲にすることができる。 次に本発明の実施例について説明する。 第４図は本発明の実施例を示す図である。第４１２− 図（ａｌは従来の加熱装置を示す図でラシ、ｆｂｌは本
発明の通気性固体を有する加熱装置を示す図でらる。 第４図（ａｌ　において１３は加熱室で炉壁は耐火材で
ライニングされておシ、１４はバーナで燃料供給管１５
及び空気供給管１６から各々燃料及び空気が供給され、
加熱室１３内で燃焼し、高温の燃焼ガスによって被熱材
１７は加熱され、燃焼ガスは煙道１８を通って炉外へ排
出される。なお被熱材１７は表面が酸化していないステ
ンレス鋼の厚板で、裏面はジャケット構造で冷却用水配
管１９から供給された水をジャケット内に流して冷却し
ておシ、冷却用水の流量、入側及び出側の温度を測定し
て、被熱材への伝熱量を測定した。第４図（ｂｌは本発
明の通気性固体を有する加熱装置で、（ａｌとの相違点
は加熱室１３の上部に通気性固体２０を配設じておシ、
加熱ガスは通気性固体２０を通過して煙道１８から炉外
へ排出される。加熱室］３の寸法は（ａ）、　（ｂｌ共
に断面が１７ｍＸ１．７ｍで炉高が０．７　ｍで、被熱
材の寸法は１．３７７１Ｘ１．３ｍである。 第４図に示す実施例における実測データを第４１３− 表に示す。第４表において実施例■は通気性固体がない
場合で、実施例■〜■は通気性固体を配設した場合であ
る。実施例■〜■共に燃焼量は７５Ｘ　１０’　ｋｃａ
ｌ／Ｈで一定であシ、加熱室１３内のガス温度は約１１
００℃、被熱材１７の表面温度は約４００℃、また通気
性固体の通過ガス速度は約０．１　Ｎｍ／Ｓである。ま
た、本発明による通気性固体の最適厚みは、型番が＃０
６の場合は００１３ｍ〈δ（０，３３ｍ、また＃１３の
場合は０．０８ｍ＜δ（０，１３ｍである。 被熱材１７の吸熱量の測定値は第４表に示す値となシ、
実施例■を１００とすると、実施例■・■は各々、１１
５と１２５になった。即ち、通気性固体を配設すること
により被熱材の吸熱量が各々１５％と２５％増加した。 実施例■の場合は通気性固体の厚さがδ−Ｑ、　０１７
ｉ１Ｌで下限の厚みよシ薄１ いため伝熱量がやや少いが実施例■の場合は、δ＝０．
０２と最適厚み範囲に入っているため伝熱量は２５％向
上している。同様に実施例■は＃１３、δ−０，０４，
ｍで下限の厚みよシ薄いため伝熱量が１６％しか向上し
ないが、■はδ＝０．０１０ｍで下限の厚みよシ厚いた
め伝熱量が２５％向上する。 更に厚みを増加させた場合■、■に示す如く伝熱量が各
々２８％、３０％と漸増しているが、これは主として通
気性固体の炉内ガス流れの整流効果によるものである。 このことは炉内温度分布が均一になることによって確認
された。１２１１ち第１図に示す実験装置ではガス流れ
を整流板５によシ整流していたためガス流れの偏流は生
じなかったが、第４図の実施例ではバーナ配置、炉型に
よシガスの偏流が生じ、それが通気性固体のガス流れの
整流効果によシガス流れが均一化され、実施例■・■に
示す如く、伝熱効率が改善される。また、通気性固体の
圧力損失も実用上問題ない値でめった。 １６− 以上実施例に示したごとく本発明は非常に工業的に利用
価値の高い技術である。 ４、図面の簡単な説明 第１図は通気性固体の伝熱特性を測定した実験装置、第
２図は通気性固体の伝熱特性の測定結果、第３図は通気
性固体の通過ガス圧力損失全測定した結果ケ示す図であ
る。第４図（ａ）は従来の加熱装置、第４図（ｂ）は通
気性固体全配設した加熱装置の実施例である。 １・・・燃焼室、　２・・・バーナ、　３・・・燃料供
給管、４・・・空気供給管、　５・・・整流板、　　６
・・・冷却室、７・・・伝熱室、　８・・・通気性固体
、　９・・・冷却室、１０・・・排気孔、　１１・・・
冷却用空気配管、　１２・・・冷却用空気配管、　１３
・・・加熱室、　１４・・・バーナ、　１５・・・燃料
供給管、　１６・・・空気供給管、　１７・・・被熱材
、１８・・・煙道、　１９・・・冷却用水配管。 特許出願人代理人 弁理士　矢　葺　知　之 （ほか１名） １７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱装置内に三次元網状骨格構造からなる通気性固体を
   配設し、加熱ガスの一部あるいは全部を該通気性固体に
   通過させる如くなした加熱装置に於て、上記通気性固体
   の厚みδ（ｍ）ｅ、通気性固体の比表面積ａＰＣｍ、／
   ｍ−］及び気孔率ε〔−〕との関係で下記式により定め
   たことを特徴とする通気性固体を有する加熱装置。