JPS6312236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加熱室において高温ガスにて被加熱
物を加熱する方法及び装置に係り、更に詳しく
は、加熱室内での被加熱物の輻射による加熱効率
を向上せしめる伝熱促進方法に関するものであ
る。

熱効率の向上は古くより常に検討され、最近は
全般的な省エネルギー問題が大きく取り上げられ
ていることから熱の有効利用に対する関心及び要
望は特に強くなつている。

加熱炉における熱効率の向上のためには、炉
壁、被加熱物の出入口等よりの熱放散量の低下、
排ガスによる熱損失の低下又はこれらの熱の回収
等に意が注がれている。加熱炉内において被加熱
物への伝熱量を増加することは、加熱炉の主目的
の遂行に直接的に寄与することになり、排ガスの
温度も低下するので最も効果的である。

伝熱には、伝導、対流、輻射の三様式がある
が、流体特に気体の伝熱は主として対流伝熱が支
配的である。これは一般流体では熱伝導率が低い
ため伝導伝熱が対流伝熱に比べ小さい事と、流体
が熱輻射に際し輻射率が小さく、輻射伝熱が対流
伝熱に比べ小さいことによる。

しかし、一般には輻射伝熱は高温物体を含む系
では、対流伝熱よりも全伝熱に寄与する割合が大
きいことが多く、全体の90％以上を輻射によるも
のが支配することも高温ガスによる熱伝達では通
常のことである。

従つて、流体を含む系においても、例えば燃焼
ガスより被加熱物への伝熱において、炉内容積を
大きく取ることで有効ガス厚みを大きくして、輻
射伝熱の割合を対流伝熱に対し大きくとつている
例もあるが、一方では乾燥空気等のようにほとん
ど輻射率をもたないような流体もあり、高温にお
ける伝熱で本来一番効率のよい輻射伝熱を利用で
きないケースもある。

さらに輻射伝熱効率向上のための加熱炉の設計
において、被加熱物の形状、大きさ、炉の構造な
ど、被加熱物との位置関係などから適切な効果が
得られないこともある。

そこでこのような伝熱に際し、輻射体としての
第３の物体を高温排ガスなどの伝熱系に介在させ
流体と該物体間の伝熱を主として対流伝熱で行な
い該物体と被加熱物間の伝熱を輻射伝熱で行なわ
せることにより系の伝熱面積を見掛上増加させる
伝熱方法が知られている。この方法は流体がかな
り大きい透過率をもつ事を利用したものである。

このような例としては一般に使われている加熱
炉もそうであり、加熱炉では炉壁を第３の物体と
なして、高温ガスと被加熱物間の伝熱を促進して
いるのである。そしてこのような現象をさらに積
極化したものが、前述した如く高温ガス流路に炉
壁とは別に第３の物体として輻射体を設けること
である。

この場合の輻射体としては、一般に多数の細孔
を有する物体又は細線を束ねた物体、金網などの
適度の通気性を有しているものが知られている。

このような輻射体の介在は系の伝熱効率の向上
に有効であることが確認されその積極的な活用が
今後注目されることになろう。

本発明者らはこのような点に鑑み輻射体の利用
について種々研究、検討してきておりこれまでに
も改良を行なつてきているが、本発明もその一環
として見い出されたもので、輻射体利用による伝
熱効率をさらに高めることに成功したものであ
る。

即ち本発明は高温ガスにて被加熱物を加熱する
方法において高温ガス流路に被加熱物とこれに対
向して輻射体を設けかつこの輻射体を運動せしめ
る加熱促進方法であり、これを可能とする加熱炉
を要旨とするものである。

本発明の目的は、このようにすることにより輻
射体が受ける高温ガス（燃焼ガス）からの対流お
よび輻射伝熱による加熱のうちガスによる伝熱率
が非常に低いため輻射体の加熱効率を著しく阻害
している対流伝熱効果を向上せしめることにより
輻射体への伝熱を促進せしめ輻射体使用による輻
射体からの被加熱物の加熱効果を遺憾なく発揮せ
しめることにある。

本発明の加熱方法を適用しうる加熱炉としては
種々のものが考えられ、例示すれば窯業用炉（ガ
ラス、セラミツクス、セメント等）、金属用炉
（鉄鋼、非鉄等）、生ゴミ焼却炉、発生炉等の被加
熱物に熱を与えるために用いる炉でありまた発生
炉のように被加熱物自体が発熱するような炉であ
つてもよい。

また本発明は輻射伝熱を有効に利用するもので
あるため熱源としては高温ガス例えば1000℃以上
の燃焼ガスを利用した加熱において最適なもので
ある。

本発明による好ましい一態様においては、輻射
体として被加熱物に対向した面の伝熱面積は出来
るだけ大きくして輻射効果を発揮せしめるように
配置することであるが、一方輻射体を加熱する高
温ガスの流れの方向に対する配置として次のよう
にすることである。

即ち、輻射体を高温ガスの流れ方向に後述する
ように平行的に設けて輻射体の運動にともなうガ
ス流に与える影響を可及的に少なくすることであ
り、ガス流の乱れを少なくするように輻射体を運
動せしめることである。

さらに好ましい一態様としては、ガス流の流れ
方向に依存することなく輻射体を上記目的に合う
ように運動せしめることであり、そのために輻射
体として棒状体を使用することである。

以下図面を参照して本発明を説明する。

第１図は、従来の典型的な加熱炉の一例であ
り、１はバーナー口で、燃焼バーナを取付け高温
燃焼ガスが加熱室２へ送られ、加熱室内を矢印Ａ
方向に流通する。加熱室２内には被加熱物３、例
えば煉瓦、セラミツクス、ガラス、金属などが収
容され、搬送ロール４で加熱炉内を移行する。

ここで被加熱物３は主として高温ガスの焔輻射
及び炉壁５を介しての固体輻射により加熱されて
いるが、輻射体６を加熱室内の適当な位置に配置
することで輻射効率の向上が可能となる。

このような輻射体を利用した加熱炉における改
良が本発明であり、第２図はその典型例を示す。

第２図において加熱室２内に設けられた輻射体
６は、本発明によりガラスなどの被加熱物３の加
熱に際して例えば矢印Ｂ方向に回転運動をしてい
る。ここで高温ガスはバーナ口から略矢印Ｃ方向
に流通し加熱室上部に設けられた仕切板７の流通
口８から炉壁と仕切板間に形成された煙道９を通
つて矢印Ａ方向に流通していく。

第３図をさらに参照して輻射体６の使用態様を
説明すると、輻射体６は加熱室２内に上下２段に
かつ幅方向のほぼ全域にわたつて設けられてい
る。

この輻射体の運動は、駆動軸１０を炉壁外部に
まで延ばしモーター１１に接続することで容易に
可能である。

第４図及び第５図を参照して、第２図に示した
実施例に使用されるに適している輻射体の具体的
な形状について説明する。

第４図は、それ自体も輻射機能をもつ駆動軸１
０に略円盤状の輻射板１２の複数枚を相互に平行
かつ軸方向に垂直に形成したもので、輻射板１２
の外周には多数の切込みをつけ輻射伝熱をさらに
良くするように工夫されている。

第５図は、第４図と同様であるが輻射板１２の
形成に代えて多数の棒状体１３を円盤状に取りつ
けたものである。

これらの輻射体６はいずれも高温ガスとの接触
面積は大きく被加熱物への輻射効果も大きいうえ
に、加熱中対流伝熱効果を増すために回転せしめ
ても高温ガスの流れを大きく乱すこともなく極め
て有利な実施態様である。

即ち、ガスの流れ方向に対して輻射体６が平行
的に配置されているので流れの円滑化を阻害する
ことが少ないのである。

ここで輻射体（輻射体を構成する駆動軸、板状
体、棒状体などとその組立体）がガスの流れに対
して平行的とは、ガスの流通方向に対する輻射体
及びその構成部分の対面する面積が他方向に面す
る面積と比較して可及的に小さく配置すること、
いいかえればガスの流れを可及的に切らないとい
うことを意味するものである。

尚、第４図及び第５図において、第４図に示す
輻射体をガスの流れ方向が駆動軸１０に沿つた位
置になるように配置することは、ガスの流れを輻
射板１２で大きく阻害（切る）することになるの
で好ましくないが、第５図に示すものは同様の配
置をしてもそのようなことは避けられる。即ち第
５図に示すような棒状体及びそれらの組立体から
なる輻射体の使用は、ガスの流れ方向に依存する
ことなく（ガスの流れ方向にどのように配置して
も）ガス流に対する抵抗が可及的に少ないので最
も有利な輻射体である。

第６図は他の応用例を示すもので、第４図、第
５図に示すような輻射体６を加熱炉２の加熱燃焼
排ガスの出口部分１４に設けて、例えば煉瓦など
の被加熱物３を加熱中に、矢印Ｂ方向に回転駆動
せしめるようにしたものである。このようにして
も輻射体６はガスの流れ方向Ａに対してほぼ平行
的に位置しているので好ましい実施態様である。

第７図は他の応用例を示すもので、輻射体６を
天井部分の炉壁５を通して吊り下げるようにして
加熱室２内に配置せしめたものである。

第７図に示すような吊り方式による輻射体６の
具体的な実施態様としては、第８図及び第９図に
示すようなものが適切である。

第８図及び第９図とも、吊りボルトを兼ねた駆
動軸１０と複数の棒状体１３又は板状体１３′か
らなるものであり、ガス流通方向を考慮してそれ
ぞれ使い分けすることが適当である。

このような本発明において、輻射体に運動を与
える手段としては、一般的には加熱炉（室）外に
設けた駆動源と接続せしめた駆動軸を介して行な
うのがよいが、ガス流速が比較的大きい場合にお
いては、輻射体を該ガス流により外力を加えるこ
となく運動しうるような構造としておくこともで
きるが、輻射体とガス流との相対速度が遅れてい
くことになるので特別の場合以外効果は小さい。

本発明において輻射体を具体的にどの程度運動
せしめたら効果的であるかについては、加熱炉の
設計、操業条件、被加熱物の量、配置輻射体の構
造、形状など複雑にからみ合つてくるので一概に
は決めにくいが、第４図、第５図、第８図及び第
９図の如き輻射体の使用の例においては駆動軸の
回転数として50〜500rpm、周速として0.5〜10
ｍ／sec程度で十分な効果が得られるようである。

また本発明で使用される輻射体の材質として
は、1000℃以上といつた高温ガスを対象とする加
熱炉での使用に十分耐用しうるものであることが
必要であり、セラミツクスからつくられることが
望ましい。具体的にはコージエライト、ジルコ
ン、ジルコニア、ムライト、アルミナ、アルミニ
ウムチタネート、窒化珪素、炭化珪素などの高耐
熱性と高強度及び比較的小さい熱膨脹率を有する
焼結体として得られ易いものから選択するのがよ
い。

以上の如く、本発明の加熱方法及び加熱炉にお
いては高温ガスによる加熱炉（室）内に被加熱物
に向けて輻射体を設けかつこの輻射体を運動せし
めるものであるので、高温ガスと輻射体間の対流
伝熱向上を促進しこれに伴つて輻射体の熱吸収が
大きくなり結果として輻射体利用による輻射効率
の向上効果を遺憾なく発揮せしめうることに成功
したのであり、各種の加熱炉において、それぞれ
の条件によつても異なるが最大50％程度にまで及
ぶ伝熱効率の向上も期待されるなどその工業的価
値は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の加熱炉の一例を示す断面図、第
２図は本発明の実施例を示す加熱炉の主要部の断
面図、第３図は第２図のＸ−Ｘ線に沿つて切断し
た部分に相当する他の実施例の断面図、第４図及
び第５図は本発明で使用する輻射体の実施例を示
す斜視図、第６図及び第７図は本発明の他の実施
例を示す断面図、第８図及び第９図は本発明で使
用する他の輻射体の実施例を示す斜視図である。 図面にて、２は加熱室、３は被加熱物、５は炉
壁、６は輻射体、１０は駆動軸、１２は輻射板、
１３は棒状体をそれぞれ示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温ガスにて被加熱物を加熱する方法におい
   て、高温ガス流路に被加熱物とこれに対向して輻
   射体を設け、かつこの輻射体を運動せしめること
   を特徴とする加熱促進方法。 ２ 輻射体を運動せしめて高温ガスから輻射体へ
   の対流伝熱を大きくし、輻射体から被加熱物への
   輻射効果を高める特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 輻射体を高温ガスの流れ方向に平行的に設
   け、ガス流に与える抵抗が可及的に少なくなるよ
   うに運動せしめる特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の方法。 ４ 輻射体を高温ガスの流れ方向に依存すること
   なくガス流に与える抵抗が可及的に少なくなるよ
   うに運動せしめる特許請求の範囲第１〜３項のい
   ずれか一に記載の方法。 ５ 輻射体が棒状体又はその組合せからなる特許
   請求の範囲第１〜４項のいずれか一に記載の方
   法。 ６ 輻射体がセラミツクスからなる特許請求の範
   囲第１〜５項のいずれか一に記載の方法。 ７ 輻射体を高温ガス流路外に設けた駆動源によ
   り運動せしめる特許請求の範囲第１〜６項のいず
   れか一に記載の方法。 ８ 炉内の高温ガス中に被加熱物に対向して輻射
   体を設けかつ該輻射体に輻射体を運動せしめる駆
   動機構を付設せしめたことを特徴とする被加熱物
   の加熱炉。 ９ 輻射体を高温ガスの方向に対して平行的に配
   置してなる特許請求の範囲第８項記載の加熱炉。 １０ 輻射体として棒状体又はその組合せ体を用
   いた特許請求の範囲第８項又は第９項記載の加熱
   炉。