JPWO2014163065A1 - 連続加熱炉 - Google Patents

Abstract

連続加熱炉（２００）は、炉本体（２１２）と、炉本体において、被焼成物Ｗを搬送する搬送部（２１０）と、燃焼によって加熱され、搬送部で搬送されている被焼成物に輻射熱を伝熱する第１輻射面（１２０ａ）を有し、炉本体内に被焼成物の搬送方向に並設された複数の加熱部と、搬送部で搬送されている被焼成物と対向したとき被焼成物から輻射熱を受ける第２輻射面（２１４ａ）および第２輻射面からの熱により加熱部における燃焼に用いられるガスを予熱するガス流路を有する冷却予熱部（２１４）と、を備える。この連続加熱炉によれば、被焼成物に対して加熱と冷却を行うにあたり、十分な冷却性能と高い熱効率を両立させることができる。

Description

本発明は、燃料を燃焼させて被焼成物を加熱する連続加熱炉に関する。
本願は、２０１３年４月１日に日本に出願された特願２０１３−７５９８５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、燃料ガスを燃焼させた燃焼熱で輻射体を加熱し、その輻射体の輻射面からの輻射熱で、搬送される工業材料や食品等の被焼成物を加熱する連続加熱炉が普及している。例えば、煎餅の焼成を行う連続加熱炉では、加熱炉を搬送方向に間隔をあけて複数連設して構成され、煎餅が加熱炉の炉内および炉外を順次通過することで、煎餅の焼成と冷却を交互に繰り返している。こうして、煎餅の表面を焦がし過ぎることなく内部まで伝熱している（例えば、特許文献１）。

また、バーナを配する加熱領域と、冷却用の伝熱管を配する冷却領域を、いずれも炉内に設けた連続加熱炉の技術が開示されている（例えば、特許文献２）。この技術では、バーナから噴出する排気ガスを炉内の被焼成物に衝突させて被焼成物を加熱し、加熱領域（徐冷領域）から冷却領域への排気ガスの流れを仕切壁で抑制している。伝熱管にはバーナに供給される前の空気が流通しており、伝熱管によって冷却領域の雰囲気を冷却しつつ、伝熱管を流通する空気が冷却領域の雰囲気の熱によって予熱される。

日本国特許第４８９０６５５号公報 日本国実公昭６２−１５２３４号公報

上記の特許文献１に記載の連続加熱炉の場合、被焼成物が炉外で冷却される分、熱損失が生じてしまう。一方、特許文献２に記載の連続加熱炉であれば、冷却時に放熱される熱をバーナに供給する空気の予熱に利用するため、熱効率が高まる。しかし、仕切壁を設けていても、冷却領域内を被焼成物が連続的に通過可能とするためには、冷却領域を密閉することはできない。その結果、加熱領域側からの対流によって冷却領域内の雰囲気の温度が上昇し、被焼成物を十分に冷却することが困難となる。

本発明は、このような課題に鑑み、被焼成物に対して加熱と冷却を行うにあたって、十分な冷却性能と高い熱効率を両立させることが可能な連続加熱炉を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の連続加熱炉は、炉本体と、炉本体において、被焼成物を搬送する搬送部と、燃焼によって加熱され、搬送部で搬送されている被焼成物に輻射熱を伝熱する第１輻射面を有し、炉本体内に被焼成物の搬送方向に並設された複数の加熱部と、搬送部で搬送されている被焼成物と対向したとき被焼成物から輻射熱を受ける第２輻射面および第２輻射面からの熱により加熱部における燃焼に用いられるガスを予熱するガス流路を有する冷却予熱部と、を備える。

第１輻射面と第２輻射面は、被焼成物の搬送方向に隣り合って配されてもよい。また、搬送方向における第１輻射面と第２輻射面との間に位置し、搬送方向に垂直な方向において第１輻射面および第２輻射面よりも被焼成物の近くまで延び、第１輻射面と第２輻射面の少なくとも一方に対して垂直、または、傾斜する面を有する遮蔽部をさらに備えてもよい。

第１輻射面と第２輻射面は、被焼成物の搬送方向に隣り合って配され、隣り合う第１輻射面と第２輻射面は、搬送方向の両端のうち、互いに近い一端側の方が、他端側よりも搬送部に近くなるように、搬送方向に対して傾斜していてもよい。

被焼成物の表面温度が、被焼成物の中心温度以上で維持されるように、被焼成物の表面から第２輻射面への輻射熱による伝熱量を調整する調整部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、被焼成物に対して加熱と冷却を行うにあたって、十分な冷却性能と高い熱効率を両立させることが可能となる。

燃焼加熱システムの外観の例を示した斜視図である。 図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った断面を示した斜視図である。 燃焼加熱器を説明するための図１のＩＩＩ（ａ）‐ＩＩＩ（ａ）線に沿った断面図である。 図３Ａの破線で囲った部分の拡大図である。 突起部を説明するための図である。 連続加熱炉を説明するための図である。 燃焼加熱システムと冷却予熱部の配置を説明するための斜視図である。 図６ＡのＶＩ（ｂ）‐ＶＩ（ｂ）線に沿った冷却予熱部の断面図である。 連続加熱炉の概略的な構成を示した機能ブロック図である。 調整部の機能を説明するための図である。 調整部の機能を説明するための図である。 本発明に係る連続加熱炉の変形例を説明するための図である。 本発明に係る連続加熱炉の変形例を説明するための図である。 本発明に係る連続加熱炉の変形例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

本実施形態の連続加熱炉は、炉内に複数の燃焼加熱システムが設けられている。まず、炉内に配された燃焼加熱システムについて説明し、その後、全体的な連続加熱炉の構成について説明する。

（燃焼加熱システム１００（加熱部））
図１は、燃焼加熱システム１００の外観例を示した斜視図であり、図２は、図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った断面を示した斜視図である。本実施形態における燃焼加熱システム１００は、都市ガス等と燃焼用酸化剤ガスとしての空気とが本体容器に供給される前に混合される予混合タイプとするが、かかる場合に限定されず、所謂、拡散燃焼を行う拡散タイプであってもよい。

図１および図２に示すように、燃焼加熱システム１００は、複数（ここでは２つ）の燃焼加熱器１１０を連設してなり、都市ガス等と空気との混合ガス（以下、「燃料ガス」という）の供給を受けて、それぞれの燃焼加熱器１１０で燃料ガスが燃焼することで発熱する。そして、燃焼加熱システム１００では、その燃焼によって生じた排気ガスが回収される。

また、両燃焼加熱器１１０間の接続部位には、連設された燃焼加熱器１１０内の密閉空間を連通する火移り部１０２が形成されている。ただし、気体中で用いる場合、密閉空間を必ずしも完全に密閉する必要はない。

本実施形態の燃焼加熱システム１００では、例えば、イグナイタ（図示せず）等の点火装置による１回の点火によって、火移り部１０２を通じて連設する燃焼加熱器１１０に火炎が広がって点火される。上記したように、燃焼加熱システム１００には２つの燃焼加熱器１１０が設けられるが、両燃焼加熱器１１０は同一の構成であるため、以下では、一方の燃焼加熱器１１０についてのみ説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは、燃焼加熱器１１０を説明するための説明図である。図３Ａは、図１のＩＩＩ（ａ）‐ＩＩＩ（ａ）線に沿った断面図であり、図３Ｂは、図３Ａの破線で囲った部分の拡大図である。図３Ｂ中、白抜き矢印は燃料ガスの流れを、ハッチングした矢印は排気ガスの流れを、黒色で塗りつぶした矢印は熱の移動を示す。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、燃焼加熱器１１０は、加熱板１２０と、配置板１２２と、仕切板１２４と、断熱部１２６と、燃焼室１２８と、密閉部１３０と、封止部１３２と、断熱材１３４と、第１配管部１３６と、第２配管部１３８と、導入部１４０と、導出部１４２とを含んで構成される。

加熱板１２０は、耐熱性および耐酸化性が高い素材、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や、熱伝導率が高い素材、例えば、黄銅等で形成される薄板状の部材である。加熱板１２０は、第１輻射面１２０ａを有する。第１輻射面１２０ａは、略矩形に形成され（図１参照）、燃焼によって生じる熱によって加熱され、被焼成物に輻射熱を伝熱する。

加熱板１２０の外壁部１２０ｂは、第１輻射面１２０ａの外周で屈曲して第１輻射面１２０ａに垂直かつ第１輻射面１２０ａから離隔する方向（図３Ａ中、下方向）に起立し（延び）、燃焼加熱システム１００の側面を形成する。

本実施形態においては、２つの燃焼加熱器１１０の加熱板１２０を一体に成形している（図２参照）。そして、加熱板１２０は、外壁部１２０ｂの内面を側面とし、第１輻射面１２０ａの裏面１２０ｃを底面とする穴を形成し、この穴の内部に、２つの燃焼加熱器１１０それぞれの構成要素が配される。

配置板１２２は、耐熱性および耐酸化性が高い素材、例えば、ステンレス鋼や、熱伝導率が低い素材等で形成される平板状の部材である。配置板１２２は、加熱板１２０の外壁部１２０ｂの内側において、加熱板１２０の第１輻射面１２０ａの裏面１２０ｃと略平行に対向して配置される。

仕切板１２４は、加熱板１２０と同様、耐熱性および耐酸化性が高い素材、例えば、ステンレス鋼や、熱伝導率が高い素材、例えば、黄銅等で形成される薄板状の部材である。仕切板１２４は、加熱板１２０の外壁部１２０ｂの内側において、加熱板１２０の裏面１２０ｃと、配置板１２２との間に、配置板１２２と略平行に対向して配置される。

配置板１２２と仕切板１２４は、互いに対向する面の外周（外形）の輪郭が大凡等しく、それぞれ、トラック形状（長方形の２つの短辺それぞれを線対称な円弧（半円）に変えた形状）をなしている。

加熱板１２０、配置板１２２、および仕切板１２４は、それらの間に空隙が形成されれば、互いに傾いて対向するよう配置されてもよい。また、加熱板１２０、配置板１２２、および仕切板１２４の厚みに制限はなく、平板に限らず凹凸に形成されてもよい。

断熱部１２６は、断熱性が高い（断熱性を有する）素材、例えば、セラミックなどで形成される薄板状の部材である。断熱部１２６は、外周部１２６ａと、底面部１２６ｂとを有する。

外周部１２６ａは、仕切板１２４の外周側に位置し、仕切板１２４の外周に沿って、加熱板１２０と配置板１２２の対向方向（図３Ａ中、上下方向）に延びている。底面部１２６ｂは、外周部１２６ａの配置板１２２側（図３Ａ中、下側）の部位から屈曲して連続する部位であって、配置板１２２の中心に向かって延在し、加熱板１２０と対向するよう配置される。

なお、断熱部１２６は、底面部１２６ｂを底面、外周部１２６ａの内面を側面とする穴１２６ｃを形成しており、この穴１２６ｃの輪郭は、配置板１２２および仕切板１２４の外形と相似となるトラック形状をなしている。そして、外周部１２６ａは、配置板１２２の外周面１２２ａおよび仕切板１２４の外周面１２４ａと、穴１２６ｃを介して一定間隔を維持して離れている。

燃焼室１２８は、図３Ｂに示すように、外周部１２６ａと、配置板１２２および仕切板１２４それぞれの外周面１２２ａ、１２４ａとの間に位置し、外周面１２２ａ、１２４ａに面する。すなわち、燃焼室１２８は、外周面１２２ａ、１２４ａ、加熱板１２０、および断熱部１２６で囲まれ、外周部１２６ａに沿った、外周部１２６ａの内側に位置する空間（すなわち穴１２６ｃと重なる空間）となっている。

密閉部１３０は、断熱部１２６よりも断熱性が低い素材、例えば、ステンレス鋼などで形成される薄板状の部材で構成することができる。本実施形態においては、２つの燃焼加熱器１１０の密閉部１３０を一体に成形している（図２参照）。

また、密閉部１３０は、図３Ｂに示すように、第１輻射面１２０ａの裏面１２０ｃとの接触部分に、裏面１２０ｃの面方向（以下、単に「面方向」と称す）に延びる屈曲部１３０ａを有し、屈曲部１３０ａが、加熱板１２０の裏面１２０ｃに溶接やロウ付けなどで接合されている。そのため、密閉部１３０によって、燃焼室１２８の断熱部１２６側へのガス漏れが防止または抑制される。

一方、断熱部１２６は、接触するいずれの部材とも接合されておらず、密閉部１３０によって、断熱部１２６の外周部１２６ａおよび底面部１２６ｂを、燃焼室１２８の反対側から覆われて支持されている。その結果、断熱部１２６は、接触するいずれの部材とも接合されていないものの、配置板１２２や密閉部１３０によって、密閉部１３０との相対的な位置ずれがないように、その移動が規制されている。

封止部１３２は、加熱板１２０の第１輻射面１２０ａと反対側に配される平板状の部材である。本実施形態においては、加熱板１２０と同様、２つの燃焼加熱器１１０の封止部１３２を一体に形成している（図２参照）。そして、封止部１３２は、密閉部１３０と離れた位置で、加熱板１２０の外壁部１２０ｂの延びる方向（図３Ａ中、下方向）の端部に固定され、密閉部１３０との間の空間に断熱性を有するウールなどの断熱材１３４を封止する。

このように、燃焼加熱システム１００の本体容器は、加熱板１２０の穴１２６ｃを封止部１３２で閉塞してなり、外周面（加熱板１２０の外壁部１２０ｂの外表面）の面積より上下壁面（加熱板１２０の第１輻射面１２０ａおよび封止部１３２の外表面）の面積の方が大きい。つまり、上下壁面は、本体容器の外表面の大部分を占める。

第１配管部１３６は、燃料ガスが流通する配管であり、第２配管部１３８は、排気ガスが流通する配管である。第２配管部１３８は、第１配管部１３６内部に配される。すなわち、第１配管部１３６と第２配管部１３８は、燃焼加熱器１１０との接続部分において二重管を形成する。

配置板１２２、断熱部１２６、密閉部１３０、封止部１３２には、厚さ方向に貫通する貫通孔１２２ｄ、１２６ｄ、１３０ｄ、１３２ｄが設けられている。貫通孔１２２ｄ、１２６ｄ、１３０ｄ、１３２ｄは、配置板１２２、断熱部１２６、密閉部１３０、封止部１３２それぞれの面方向の中心部において、互いに重なり合う位置関係となっている。貫通孔１２２ｄ、１２６ｄ、１３０ｄ、１３２ｄには、第１配管部１３６が挿通される。そして、第１配管部１３６の端部は、配置板１２２の仕切板１２４側の面と同一面をなす位置で置板１２２の貫通孔１２２ｄに固定され、第１配管部１３６のうち、密閉部１３０の貫通孔１３０ｄに挿通された部分は、貫通孔１３０ｄに溶接やロウ付けなどで接合される。

また、仕切板１２４には、配置板１２２の貫通孔１２２ｄと重なり合う位置に、貫通孔１２２ｄよりも径が小さく、厚さ方向に貫通する排気孔１２４ｂが設けられている。排気孔１２４ｂには、第２配管部１３８が挿通され、第２配管部１３８の端部は、仕切板１２４の第１輻射面１２０ａ側の面と同一面をなす位置で排気孔１２４ｂに固定されている。

第２配管部１３８の端部は、第１配管部１３６の端部よりも第１輻射面１２０ａ側に突出し、かつ、加熱板１２０から離れており、仕切板１２４は、面方向の中心側において第２配管部１３８の端部に固定されることで、加熱板１２０および配置板１２２と一定間隔を維持しつつ離れている。

導入部１４０は、配置板１２２と仕切板１２４との間の空隙によって形成され、第１配管部１３６に連通している。燃料ガスは、第１配管部１３６を通って配置板１２２の貫通孔１２２ｄから導入部１４０に流入する。すなわち、配置板１２２の貫通孔１２２ｄは、燃料ガスを導入部１４０に流入させる流入孔となっている。そして、導入部１４０は、配置板１２２の貫通孔１２２ｄ（流入孔）から流入した燃料ガスを、燃焼室１２８に向けて放射状に導く。

また、導入部１４０の出口側（燃焼室１２８側）の流路は、仕切板１２４の外周端部に配された突起部１２４ｃによって複数に仕切られている。

図４は、突起部１２４ｃを説明するための図であり、燃焼室１２８の斜視図および燃焼室１２８を囲む部材の断面図を示す。なお、ここでは、理解を容易とするため、加熱板１２０を取り除いて示し、仕切板１２４の隠れている部分の輪郭線を破線で示す。

図４に示すように、突起部１２４ｃは、仕切板１２４の周方向に一定間隔で設けられており、隣接する突起部１２４ｃ間に流路１２４ｄが形成されている。これにより、導入部１４０と燃焼室１２８とは、その連通部分の断面積が狭められた流路１２４ｄによって連通する。このとき、隣接する突起部１２４ｃの間隔、すなわち、流路１２４ｄの幅が流路断面の代表寸法となる。ここで、燃料ガスの消炎距離ｄは、管壁モデルの径の大きさで表され、下記の数式１により求められる。
ｄ＝２λ・Ｎｕ^１／２／（Ｃｐ・ρｕ・Ｓｕ） …数式１

数式１において、λは熱伝導率、Ｎｕはヌセルト数、Ｃｐは定圧比熱、ρｕは燃料ガスの密度、Ｓｕは燃焼速度である。流路１２４ｄの幅が消炎距離ｄ以下となるように設計されているため、燃焼室１２８において安定した燃焼が可能となっている。

流路１２４ｄから燃焼室１２８に流入した燃料ガスは、図３Ｂに示すように、燃焼室１２８において外周部１２６ａに衝突して一時的に滞留する。上記の点火装置は、２つの燃焼加熱器１１０のうちの一方の燃焼加熱器１１０における燃焼室１２８に設けられており、点火装置が導入部１４０から導入される燃料ガスに点火すると、火移り部１０２を介して他方の燃焼加熱器１１０における燃焼室１２８内の燃料ガスにも点火する。

こうして、燃焼室１２８では、流入孔（配置板１２２の貫通孔１２２ｄ）から流入した燃料ガスが燃焼する。そして、双方の燃焼室１２８で燃焼が継続し、燃焼によって生成された排気ガスは、導出部１４２に導かれる。

導出部１４２は、加熱板１２０と仕切板１２４とを側壁とし、加熱板１２０と仕切板１２４との間の空隙によって形成された流路である。導出部１４２は、燃焼室１２８に連続するとともに第２配管部１３８に連通しており、燃焼室１２８における燃焼によって生じた排気ガスを、燃焼室１２８から面方向の中心側に集約し、仕切板１２４の排気孔１２４ｂから第２配管部１３８を介して燃焼加熱器１１０外に導く。

加熱板１２０は、第１輻射面１２０ａの裏面１２０ｃから、燃焼室１２８における燃焼熱と、燃焼室１２８および導出部１４２を流通する排気ガスの熱によって加熱される。そして、第１輻射面１２０ａからの輻射熱によって被焼成物が加熱される。

また、仕切板１２４は比較的熱伝導し易い素材で形成されているため、導出部１４２を流通する排気ガスは、仕切板１２４を介して導入部１４０を流通する燃料ガスに伝熱する（図３Ｂ参照）。特に、導出部１４２を流れる排気ガスと導入部１４０を流れる燃料ガスとが、仕切板１２４を挟んで対向流（カウンタフロー）となっているため、排気ガスの熱で燃料ガスを効率的に予熱することが可能となり、高い熱効率を得ることができる。

同様に、第２配管部１３８を流通する排気ガスは、第２配管部１３８を通じて第１配管部１３６を流れ、対向流となっている燃料ガスに伝熱して予熱する。このように燃料ガスを予熱してから燃焼する、所謂、超過エンタルピ燃焼によって、燃料ガスの燃焼を安定化し、不完全燃焼によって生じるＣＯ（一酸化炭素）の濃度を極低濃度に抑えることができる。

続いて、上述した燃焼加熱システム１００を複数配置した連続加熱炉２００について説明する。

図５は、連続加熱炉２００を説明するための図であり、連続加熱炉２００における被焼成物Ｗの搬送方向に平行かつ鉛直方向の断面の概略図を示す。図５に示すように、連続加熱炉２００は、搬送部２１０と、炉本体２１２と、複数の燃焼加熱システム１００（加熱部）と、複数の冷却予熱部２１４とを含んで構成される。

搬送部２１０は、例えば、ベルト等の搬送帯２１０ａ、搬送帯２１０ａを張架支持するローラ２１０ｂ、ギヤやモータを有するモータ機構２１０ｃなどを含んで構成され、モータ機構２１０ｃの動力によって搬送帯２１０ａが回転し、図５中、白抜き矢印の方向に被焼成物Ｗを搬送する。この被焼成物Ｗは、図５では搬送部２１０の上に載置されているが、例えば、搬送部２１０に設けられた吊持機構（図示せず）によって吊持されてもよい。また、搬送帯２１０ａは、例えば、鉛直下方に配された燃焼加熱システム１００または冷却予熱部２１４と被焼成物Ｗの間の輻射伝熱を阻害しないようにメッシュ構造等にしてもよい。

また、ローラ２１０ｂは、炉本体２１２内において搬送帯２１０ａの一部を鉛直下側から支持する。なお、被焼成物Ｗの反りを抑えるため、被焼成物Ｗの上下を挟む一対の網によって搬送帯が構成される場合には、一対の網の外側にローラ２１０ｂを設けるとよい。

炉本体２１２は、搬送帯２１０ａの一部または全部を囲み、内部に焼成空間を形成する。また、燃焼加熱システム１００は、炉本体２１２内のうち、搬送部２１０の鉛直上方と鉛直下方に、第１輻射面１２０ａを炉本体２１２内の搬送帯２１０ａに対向させつつ、第１輻射面１２０ａを、被焼成物Ｗの搬送方向（以下、「搬送方向」と略称する）に平行にして、複数配される。
すなわち、第１輻射面１２０ａは、被焼成物Ｗは、搬送部２１０で搬送されている被焼成物Ｗと遮蔽物を介さずに対向したとき被焼成物Ｗを加熱する。

冷却予熱部２１４は、炉本体２１２内にて、１つの燃焼加熱システム１００（燃焼加熱器１１０）に対し、搬送方向の下流（図５中、右側）に２つずつ並設される。

また、冷却予熱部２１４は、被焼成物Ｗを冷却する第２輻射面２１４ａを有する。第２輻射面２１４ａは、搬送部２１０で搬送されている被焼成物Ｗと遮蔽物を介さずに対向したとき被焼成物Ｗから輻射熱を受ける。
このように、燃焼加熱システム１００および冷却予熱部２１４は、搬送部２１０で搬送されている被焼成物Ｗと遮蔽物を介さずに対向したとき（被焼成物Ｗが燃焼加熱システム１００または冷却予熱部２１４の直上または直下にあるとき）、被焼成物Ｗとの間で熱交換を行う。よって、燃焼加熱システム１００および冷却予熱部２１４と被焼成物Ｗとの距離が、上記熱交換時に最短となり、燃焼加熱システム１００および冷却予熱部２１４と被焼成物Ｗとの熱交換が、直接的かつ効果的に行われる。

燃焼加熱システム１００と同様、冷却予熱部２１４は、第２輻射面２１４ａを炉本体２１２内の搬送帯２１０ａに対向させつつ、第２輻射面２１４ａを搬送方向に平行にして配される。すなわち、燃焼加熱システム１００の第１輻射面１２０ａと、冷却予熱部２１４の第２輻射面２１４ａは、被焼成物Ｗの搬送方向に隣り合って配され、第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａが平行となっている。

また、連続加熱炉２００では、上述したように、少なくとも燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４との組み合わせが、炉本体２１２内（焼成空間内）の雰囲気中にある。

図６Ａおよび図６Ｂは、燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４の配置を説明するための図であり、図６Ａには燃焼加熱システム１００および冷却予熱部２１４の斜視図を示し、図６Ｂには、図６ＡのＶＩ（ｂ）‐ＶＩ（ｂ）線における冷却予熱部２１４の断面を示す。なお、図６Ａでは、冷却予熱部２１４と第１配管部１３６との接続関係の理解を容易とするため、第２配管部１３８の一部を省略して示し、燃料ガスの流れを実線の矢印で示す。

図６Ａに示すように、燃焼加熱システム１００は、炉本体２１２の幅方向（搬送方向と直交し、かつ水平な方向であって、図６Ａ中、白抜きの両矢印で示す方向。以下、「幅方向」と略称する）が、燃焼加熱器１１０が連設された方向となるように配される。また、炉本体２１２内においては、幅方向に２つの燃焼加熱システム１００が連設される。したがって、幅方向には、燃焼加熱器１１０が４つ並置される。

また、冷却予熱部２１４の幅方向の長さは、２つの燃焼加熱システム１００の幅方向の長さの合計と大凡等しい。そして、図６Ｂに示すように、冷却予熱部２１４の内部には、ガス流路２１４ｂが形成されている。ガス流路２１４ｂを燃料ガスが流通することで、第２輻射面２１４ａが冷却されるとともに、第２輻射面２１４ａからの熱により燃料ガスが予熱される。
ここで、図６Ｂに示すように、冷却予熱部２１４は、搬送方向及び幅方向に延びた扁平な形状をなしている。その結果、第２輻射面２１４ａを介したガス流路２１４ｂの予熱面積を相対的に広くとることが可能となり、ガス流路２１４ｂ内における燃料ガスの予熱を効果的に行うことができる。

供給管２１６ａは、冷却予熱部２１４に接続され、外部から供給される燃料ガスをガス流路２１４ｂに供給する。供給管２１６ａの、冷却予熱部２１４側の端部が、第２輻射面２１４ａのうち、幅方向の一端２１４ｃ側、または、他端２１４ｄ側のいずれかに配される。その結果、隣り合う冷却予熱部２１４のうち、搬送方向の下流に並設された冷却予熱部２１４と上流に並設された冷却予熱部２１４とでは、連通管２１６ｂの冷却予熱部２１４側の端部の位置が、幅方向において逆となっている。

そして、供給管２１６ａの向きは、第２輻射面２１４ａに対して、平行ではなく、垂直となっている。すなわち、供給管２１６ａは、第２輻射面２１４ａに対して垂直に、冷却予熱部２１４と接続されている。そのため、供給管２１６ａから冷却予熱部２１４の内部に流入した燃料ガスは、第２輻射面２１４ａの裏側に衝突し、燃料ガスと第２輻射面２１４ａの熱交換が促進される。

連通管２１６ｂは、第１配管部１３６と冷却予熱部２１４（ガス流路２１４ｂ）とを連通させる。連通管２１６ｂの、冷却予熱部２１４側の端部の位置は、幅方向において、供給管２１６ａの接続位置と逆となっている。

このように、冷却予熱部２１４（ガス流路２１４ｂ）は、連通管２１６ｂを介して、搬送方向に並設された燃焼加熱システム１００の第１配管部１３６と連通している。詳細には、冷却予熱部２１４は、燃焼加熱システム１００を構成する燃焼加熱器１１０の配置板１２２に設けられた貫通孔１２２ｄ（図３Ａ参照）と連通している。

また、幅方向に連設された２つの燃焼加熱システム１００のうちの一方の第１配管部１３６が、燃焼加熱システム１００の搬送方向の下流に並設された冷却予熱部２１４と連通するとともに、他方の第１配管部１３６が、上流に並設された冷却予熱部２１４と連通している。

すなわち、炉本体２１２内には、燃焼加熱システム１００と同数の冷却予熱部２１４が設けられ、冷却予熱部２１４は、互いに異なる燃焼加熱システム１００に接続された第１配管部１３６と連通している。

上述したように、燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４を搬送方向に交互に配することで、搬送される被焼成物Ｗの焼成と冷却を交互に繰り返す。そのため、被焼成物Ｗの表面を加熱し過ぎることなく、被焼成物Ｗの内部まで十分に伝熱させることが可能となる。また、炉本体２１２内に燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４が配され、冷却予熱部２１４が冷却に伴う被焼成物Ｗの熱を燃料ガスに伝熱することから、炉本体２１２の外部で被焼成物Ｗを空冷する構成に比べて熱損失が抑制される。
また、燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４とを搬送方向に隣接して配することで、燃焼加熱システム１００および冷却予熱部２１４の配置がコンパクトになり、連続加熱炉２００の搬送方向の全長を短縮することが可能となる。

また、本実施形態では、被焼成物Ｗを、第１輻射面１２０ａ（燃焼加熱システム１００）からの輻射熱で加熱し、第２輻射面２１４ａ（冷却予熱部２１４）への輻射による放熱で冷却する。

ここで、比較例として、例えば、被焼成物Ｗを、空気や排気ガスなどの対流によって加熱および冷却する連続加熱炉を想定する。対流伝熱では、被焼成物Ｗの表面と対流する流体（空気や排気ガスなど）が接触するため、すぐに被焼成物Ｗの表面温度と流体の温度差が小さくなる。すると、温度差に比例する熱流束（伝熱量）が極端に下がってしまい、被焼成物Ｗの内部に対する十分な伝熱がなされない。一方、輻射伝熱は、被焼成物Ｗと輻射面（第１輻射面１２０ａおよび第２輻射面２１４ａ）が非接触であり、温度差が縮まり難いため、被焼成物Ｗと輻射面それぞれのケルビン温度の４乗の差分に比例する熱流束が、比較的安定して維持される。そのため、被焼成物Ｗの内部に対する十分な伝熱が可能となる。

また、輻射伝熱の熱流束は、被焼成物Ｗの雰囲気の温度の影響をほとんど受けない。そのため、燃焼加熱システム１００によって暖められた空気が冷却予熱部２１４側に影響したとしても、上述した比較例よりも、被焼成物Ｗの冷却性能が低下し難い。さらに、連続加熱炉２００は、被焼成物Ｗの雰囲気によらない伝熱形態であるため、被焼成物Ｗの周囲が真空であっても、被焼成物Ｗの加熱や冷却が可能となっている。

図７は、連続加熱炉２００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図７に示すように、連続加熱炉２００は、上記の搬送部２１０、燃焼加熱システム１００、冷却予熱部２１４に加え、調整部２１８を含んで構成される。

調整部２１８は、例えば、輻射率が第２輻射面２１４ａよりも低いカバー部材などで構成され、第２輻射面２１４ａの一部を被覆することで、被焼成物Ｗの表面から第２輻射面２１４ａへの輻射熱による伝熱量を調整する。

図８Ａおよび図８Ｂは、調整部２１８の機能を説明するための図であり、いずれも炉本体２１２内を搬送される被焼成物Ｗへの熱流束の変化を示している。図８Ａは、調整部２１８による調整処理がなされた場合を示し、図８Ｂは、調整部２１８による調整処理がなされなかった場合を示す。なお、図８Ａおよび図８Ｂにおいては、横軸に時間を示し、縦軸に熱流束と温度を示す。図８Ａおよび図８Ｂ中、凡例ａは被焼成物Ｗへの熱流束を示し、凡例ｂは被焼成物Ｗの表面温度を示し、凡例ｃは被焼成物Ｗの中心温度を示す。

上述したように、被焼成物Ｗに対しては、燃焼加熱システム１００による加熱と冷却予熱部２１４による冷却が交互に繰り返される。こうして、被焼成物Ｗの表面温度の上昇を抑制しつつ、被焼成物Ｗの内部の温度（中心温度）を上昇させている。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、最終的には、被焼成物Ｗの表面温度と中心温度が大凡一定となる。

また、図８Ａ、図８Ｂのいずれの場合も、被焼成物Ｗの加熱時、被焼成物Ｗの表面温度は、被焼成物Ｗの中心温度よりも高く、被焼成物Ｗの表面から内部に向かう熱流束は正の値をとる。

一方、被焼成物Ｗの冷却時、冷却予熱部２１４による冷却性能が強すぎると、図８Ｂに示すように、被焼成物Ｗの表面温度は、被焼成物Ｗの中心温度よりも低く、被焼成物Ｗの表面から内部に向かう熱流束は負の値をとる。これは、被焼成物Ｗから放熱されるほど冷却してしまったことを示す。この場合、被焼成物Ｗの焼成に必要な熱量を加熱するには、放熱された分、燃焼加熱システム１００による加熱量（加熱時間や出力）を多くしなければならず、熱損失が生じる。

本実施形態では、冷却予熱部２１４による冷却性能が調整部２１８によって適切に抑制されており、図８Ａに示すように、被焼成物Ｗの冷却時、被焼成物Ｗの表面温度は、被焼成物Ｗの中心温度よりも高いまま維持され、被焼成物Ｗの表面から内部に向かう熱流束は正の値をとる。すなわち、被焼成物Ｗからの放熱は生じていない。

このように、調整部２１８は、被焼成物Ｗの表面温度が、被焼成物Ｗの中心温度以上で維持されるように、被焼成物Ｗの表面から第２輻射面２１４ａへの輻射熱による伝熱量を調整する。そのため、被焼成物Ｗからの放熱分を補填するための加熱が不要となり、熱損失を抑制することが可能となる。

図９Ａおよび図９Ｂは、本発明に係る連続加熱炉の変形例を説明するための図であって、図９Ａには第１変形例を示し、図９Ｂには第２変形例を示す。なお、図９Ａおよび図９Ｂでは、連続加熱炉３００、４００の、図５に対応する断面の概略を、搬送方向の上流側の端部を拡大して示している。

図９Ａに示す連続加熱炉３００は、上述した実施形態の連続加熱炉２００と同様の構成要素に加え、遮蔽部３０２を備える。遮蔽部３０２は、搬送方向における焼加熱システム１００の第１輻射面１２０ａと冷却予熱部２１４の第２輻射面２１４ａとの間に位置する。さらに、遮蔽部３０２は、搬送方向の最上流に配された燃焼加熱システム１００の第１輻射面１２０ａの上流側にも配される。

また、遮蔽部３０２は、第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａの双方に対して垂直な面３０２ａを有し、搬送方向に垂直な方向において、第１輻射面１２０ａおよび第２輻射面２１４ａよりも被焼成物Ｗ（炉本体２１２内の搬送帯２１０ａ）の近くまで延びている。

そして、遮蔽部３０２は、被焼成物Ｗの加熱時、すなわち、第１輻射面１２０ａに対向する位置に被焼成物Ｗが搬送されたとき、被焼成物Ｗと第２輻射面２１４ａとの間を遮蔽する。そのため、被焼成物Ｗから第２輻射面２１４ａへの輻射による熱損失が抑制され、被焼成物Ｗを効率的に加熱することが可能となる。また、遮蔽部３０２は、被焼成物Ｗの冷却時、すなわち、第２輻射面２１４ａに対向する位置に被焼成物Ｗが搬送されたとき、被焼成物Ｗと第１輻射面１２０ａとの間を遮蔽する。そのため、第２輻射面２１４ａから被焼成物Ｗへの輻射による伝熱が抑制され、被焼成物Ｗの表面温度の上昇を効果的に抑えることが可能となる。かかる構成により、被焼成物Ｗに対する加熱と冷却の抑揚を大きくし、被焼成物Ｗの内部までの十分な加熱が可能となる。

図９Ｂに示す連続加熱炉４００は、上述した連続加熱炉２００と同様の構成要素を備える。ただし、連続加熱炉２００とは異なり、燃焼加熱システム１００は幅方向に１つのみ配され、燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４が搬送方向に２つずつ交互に配されている。

そして、隣り合う第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａは、搬送方向の両端のうち、互いに近い一端１２０ｄ、２１４ｅ側の方が、他端１２０ｅ、２１４ｆ側よりも、搬送部２１０の炉本体２１２内における搬送帯２１０ａに近くなるように、搬送方向に対して傾斜している。

すなわち、隣り合う２つの燃焼加熱システム１００が、第１輻射面１２０ａ同士が互いに平行な状態よりも、第１輻射面１２０ａを対向させる向きに傾斜している。同様に、隣り合う２つの冷却予熱部２１４が、第２輻射面２１４ａ同士が互いに平行な状態よりも、第２輻射面２１４ａを対向させる向きに傾斜している。

その結果、被焼成物Ｗの加熱時（被焼成物Ｗが第１輻射面１２０ａの下方にある時）、第２輻射面２１４ａが被焼成物Ｗと異なる方向に向いているため、被焼成物Ｗから第２輻射面２１４ａへの輻射による熱損失が抑制され、被焼成物Ｗを効率的に加熱することが可能となる。また、被焼成物Ｗの冷却時（被焼成物Ｗが第２輻射面２１４ａの下方にある時）、第１輻射面１２０ａが被焼成物Ｗと異なる方向に向いているため、第１輻射面１２０ａから被焼成物Ｗへの輻射による伝熱が抑制され、被焼成物Ｗの表面温度の上昇を効果的に抑えることが可能となる。かかる構成により、被焼成物Ｗに対する加熱と冷却の抑揚を大きくし、被焼成物Ｗの内部までの十分な加熱が可能となる。

また、連続加熱炉の構造上、燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４からなるユニットを、搬送方向に間隔を空けて設ける場合がある。このような場合、ユニットから連続加熱炉内におけるユニットの未設置部位への放熱を、極力防止することが望ましい。
図１０に示す連続加熱炉５００では、燃焼加熱システム１００の搬送方向上流側および下流側にそれぞれ冷却予熱部２１４を隣接させ、被焼成物Ｗに対する加熱と冷却とを行うユニットＵを形成している。また、個々のユニットの上流側および下流側には、それぞれ遮蔽部５０２が設けられ、これらの遮蔽部５０２により、ユニットＵの上流側および下流側への放熱、特に輻射による放熱を防止している。ここで、個々の遮蔽部５０２の具体的な構成は、図９Ａに示す遮蔽部３０２と同様である。
この連続加熱炉５００では、ユニットＵを遮蔽部５０２で囲い、ユニットＵからの放熱、特に輻射による放熱を防止することにより、ユニットＵにおける加熱効率の向上と、冷却予熱部２１４による過冷却の防止とを図っている。
すなわち、燃焼加熱システム１００と冷却予熱部２１４からなるユニットＵを搬送方向に間隔を空けて設けた場合でも、ユニットＵから、連続加熱炉５００内におけるユニットＵの未設置部位（図１０における符号Ｓで示す部位）への放熱、特に輻射による放熱が、遮蔽部５０２により防止される。その結果、被焼成物Ｗに対する効果的な加熱および徐冷、ならびに冷却予熱部２１４における燃焼ガスの効果的な予熱が可能となる。

なお、本実施形態の連続加熱炉による被焼成物は特に限定されないが、例えば食品が挙げられる。すなわち、本実施形態の連続加熱炉は、菓子等の食品の製造工程における焼成に用いてもよい。例えば、本実施形態の連続加熱炉は、焼き菓子の製造に使用され、より具体的には、例えば、煎餅や、かき餅を始めとする、穀物の粉（米等）を原料とする菓子（薄い形状をしている場合が多い。）の製造に好適に使用可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、燃焼加熱器１１０は、上述した構成に限らず、ラジアントチューブバーナ、ラインバーナ、赤外線セラミックバーナなど、空気、都市ガス、および、空気と都市ガスの混合ガス（予混合ガス）が供給される他の燃焼加熱器（加熱部）を用いてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、冷却予熱部２１４のガス流路２１４ｂには、燃料ガスとして予混合ガスが流れる場合について説明したが、空気のみ、または、都市ガスのみを流すこととし、ガス流路２１４ｂから燃焼加熱システム１００までの流路で、空気と都市ガスが混合されてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、加熱部として、燃焼加熱器１１０が２つ連設された燃焼加熱システム１００を例に挙げたが、加熱部としては、燃焼加熱器１１０を単体で用いてもよいし、燃焼加熱器１１０が３つ連設された燃焼加熱システムを適用してもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、調整部２１８が第２輻射面２１４ａを被覆するカバー部材である場合について説明したが、調整部２１８は、被焼成物Ｗの表面温度が、被焼成物Ｗの中心温度以上で維持されるように、被焼成物Ｗの表面から第２輻射面２１４ａへの輻射熱による伝熱量を調整できればカバー部材に限定されない。

また、上述した第１変形例では、第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａが平行であって、遮蔽部３０２が第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａの双方に対して垂直な面３０２ａを有する場合について説明した。しかし、第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａは平行でなくともよく、遮蔽部３０２は、第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａの少なくとも一方に対して平行ではない（垂直、または、傾斜した）面を有していればよい。このような変形は、第３変形例における遮蔽部５０２にも適用可能である。

また、第１および第３変形例における遮蔽部３０２、５０２の効果をさらに高めるためには、遮蔽部３０２、５０２の（特に燃焼加熱システム１００に面する側における）断熱性を高めるか、もしくは輻射率を下げることが望ましい。
遮蔽部３０２、５０２の断熱性を上げるためには、断熱材を挟み込んだ鋼板パネルや真空パネル、またはセラミック等の断熱ボードの使用が考えられる。また、遮蔽部３０２、５０２の輻射率を下げるためには、光沢性のＳＵＳ板を使用したり、より高温で使用する場合（ＳＵＳでは酸化する場合）には、低輻射のガラスや白金等の金属コーティングを施す方法が考えられる。

また、上述した第２変形例では、隣り合う２つの燃焼加熱システム１００が第１輻射面１２０ａを対向させる向きに傾斜し、隣り合う２つの冷却予熱部２１４が、第２輻射面２１４ａを対向させる向きに傾斜して配する場合について説明した。しかし、第１輻射面１２０ａと第２輻射面２１４ａを、搬送方向の中心側が窪むように屈曲した形状としてもよい。

本発明は、燃料を燃焼させて被焼成物を加熱する連続加熱炉に利用することができる。

Ｗ 被焼成物
１００ 燃焼加熱システム（加熱部）
１２０ａ 第１輻射面
１２０ｄ、２１４ｅ 一端
１２０ｅ、２１４ｆ 他端
２００、３００、４００、５００ 連続加熱炉
２１０ 搬送部
２１２ 炉本体
２１４ 冷却予熱部
２１４ａ 第２輻射面
２１４ｂ ガス流路
２１８ 調整部
３０２、５０２ 遮蔽部

Claims (5)

1. 炉本体と、
   前記炉本体において、被焼成物を搬送する搬送部と、
   燃焼によって加熱され、前記搬送部で搬送されている前記被焼成物に輻射熱を伝熱する第１輻射面を有し、前記炉本体内に前記被焼成物の搬送方向に並設された複数の加熱部と、
   前記搬送部で搬送されている前記被焼成物と対向したとき前記被焼成物から輻射熱を受ける第２輻射面および第２輻射面からの熱により前記加熱部における燃焼に用いられるガスを予熱するガス流路を有する冷却予熱部と、
   を備える連続加熱炉。
2. 前記第１輻射面と前記第２輻射面は、前記被焼成物の搬送方向に隣り合って配され、前記搬送方向における前記第１輻射面と前記第２輻射面との間に位置し、前記搬送方向に垂直な方向において前記第１輻射面および前記第２輻射面よりも前記被焼成物の近くまで延び、前記第１輻射面と前記第２輻射面の少なくとも一方に対して垂直、または、傾斜する面を有する遮蔽部をさらに備える請求項１に記載の連続加熱炉。
3. 前記第１輻射面と前記第２輻射面は、前記被焼成物の搬送方向に隣り合って配され、隣り合う前記第１輻射面と前記第２輻射面は、前記搬送方向の両端のうち、互いに近い一端側の方が、他端側よりも前記搬送部に近くなるように、前記搬送方向に対して傾斜している請求項１に記載の連続加熱炉。
4. 前記第１輻射面と前記第２輻射面は、前記被焼成物の搬送方向に隣り合って配され、隣り合う前記第１輻射面と前記第２輻射面は、前記搬送方向の両端のうち、互いに近い一端側の方が、他端側よりも前記搬送部に近くなるように、前記搬送方向に対して傾斜している請求項２に記載の連続加熱炉。
5. 前記被焼成物の表面温度が、前記被焼成物の中心温度以上で維持されるように、前記被焼成物の表面から前記第２輻射面への輻射熱による伝熱量を調整する調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の連続加熱炉。

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