KR20010099771A - 열처리 설비, 다공성 축열체의 설치 방법, 열처리된물체의 제조 방법, 다공성 축열체의 선정 방법, 및 사용완료된 다공성 축열체 구성 부재 - Google Patents

Abstract

다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실을 구비하고, 그 가열실 내의 물체에 열처리를 실행하는 열처리 설비로서, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않다. 이렇게 하여, 눈막힘 원인 물질이 부착하기 쉬운 영역에 배치하는 직화식 버너 혹은 축열형 열교환기가 지니는 다공성 축열체의 형태를 연구하여, 이것이 부착하기 어렵게 하고, 혹은, 부착하여도 눈막힘 현상이 현저화(顯著化)하지 않도록 할 수 있다.

Description

열처리 설비, 다공성 축열체의 설치 방법, 열처리된 물체의 제조 방법, 다공성 축열체의 선정 방법, 및 사용 완료된 다공성 축열체 구성 부재{HEAT TREATING PLANT, INSTALLATION METHOD FOR POROUS REGENERATIVE ELEMENT, PRODUCTION METHOD FOR HEAT TREATED SUBSTANCE, SELECTION METHOD FOR POROUS REGENERATIVE ELEMENT, AND SPENT POROUS REGENERATIVE ELEMENT COMPONENT MEMBER}

이하에서, 특히 구별하여 언급하는 경우를 제외하고, 구멍(孔)과 의사공(擬似孔)(후술하는 정의 참조)을 총칭하여 「구멍」이라 한다. 또한, 다공성 축열체를 내장하는 열교환기를, 이 축열체에 가스가 흐르는 한, 이 축열체를 당해 열교환기의 열교환을 위해 직접 사용하든지 안하든지에 관계 없이, 편이적으로, 「축열형 열교환기」(또는 상황에 따라서는 간단히 「열교환기」)라고 한다.

1. 다공성 축열체의 눈막힘 현상

다공성 축열체를 내장하는 축열식 버너를 구비한 축열형 연소 장치와 축열형 열교환기가 복수개 부설된 가열실을 구비하고, 이 가열실 내에서 물체에 열처리를 실행하는 열처리 설비는 잘 공지되어 있다.

이 종류의 열처리 설비의 가동시에는, 다공성 축열체는 저온 가스와 고온 가스의 교번적(交番的)인 통과를 통해서 열교환을 실행한다. 이 때문에, 다공성 축열체는 당연히 심한 열충격 환경에 노출되고, 통과 가스에 의한 기계적 압력에도 열환경하에서 노출된다. 또한, 가열실에서 행해지는 열처리의 종류에 의해서는 다공성 축열체는 심한 화학 반응에도 노출된다. 따라서, 다공성 축열체는, 이러한 엄격한 환경하에서의 장시간 사용에 견디는 안정된 부재일 것이 요구된다. 단지, 이러한 요구는, 가열실의 존재와 연소 버너의 존재를 반드시 전제로 하는 것은 아니며, 축열형 열교환기가 엄격한 환경하에서 사용되는 경우에 당연히 요구되는 기술적 사항이다. 예를 들면, 공업용로(工業用爐)의 부생(副生) 가스를 고온원(高溫源)으로 하여 다공성 축열체를 통과하여 열교환을 행하는 경우에 있어서, 공업용로 자체를 「가열실」로 파악하는 것이 부자연할 때가 이것에 해당한다(「가열실」의 용어의 정의는 다시 후술한다).

그러나, 열처리 설비에 사용되는 다공성 축열체의 수명은 무한한 것은 아니다. 엄격한 환경하에서 사용하는 이상, 다공성 축열체의 정기적인 또는 비정기적인 교환은 불가피하다. 단지, 그 교환의 주기는, 기타 이유에 의해 더욱 더 단축된다. 예를 들면, 열처리 설비의 외부로부터 가열실 내로 지입(持入)되는 물질(외래성(外來性) 목적외 물질)과 열처리 설비 내의 부재(다공성 축열체를 구성하는 부재 자체를 포함)에 유래하여 가열실 내로 지입되는 물질(내래성(內來性) 목적외 물질)이 가열실 내에서 열처리를 받고, 혹은 가열실 내의 환경 물질과 화학 반응을 일으키는 것에 의해, 또는 다공성 축열체의 재료 그 자체가 가열실 내의 기타 물질과 화학 반응을 일으킴으로써 부산물이 발생하는 경우와, 이들의 목적외 물질이 완전히는 부산물로 변화하지 않고 미반응 그대로 일시적으로 있어 장시간 가열실 내에 잔류하는 경우에는, 이러한 부산물과 잔류한 목적외 물질이 다공성 축열체의 구멍 내에 생성 내지는 부착함으로써, 구멍의 폐쇄 내지는 눈막힘을 일으키며(이것을 편이적으로, 다공성 축열체의 「눈막힘 현상」이라고 한다.), 다공성 축열체의 특성 및품질이 그 사용 시간과 함께 본래 요망되는 레벨보다도 저하하게 된다. 이 결과, 가열실 내의 가스압의 급격한 상승을 야기하며, 또한 직화식 버너의 연소 효율 및 축열형 열교환기의 열교환 효율 전체로서의 성능이 저하함으로써, 열처리 설비를 효율적으로 운전하는 데 지장이 된다. 축열형 열교환기가 설치되는 장소를 중심으로 생각해 보아도, 그 장소에 외부로부터 지입되는 물질을 외래성 목적외 물질로 하고, 그 장소 내의 물질에 유래하는 물질을 내래성 목적외 물질로 하여 부산물을 생각해 보면, 상기의 예시적인 현상은 그것 그대로 가열실을 필수로 하지 않는 축열형 열교환기에 꼭 맞는다.

이렇게 하여, 다공성 축열체의 교환 필요성이 대두된다. 다공성 축열체의 눈막힘 현상을 효과적으로 방지 또는 억제하지 않는 한, 그 내용시간(耐用時間)을 연장하는 것은 한계가 있으며, 다공성 축열체의 점검·보수·교환·정화(클리닝 처리)·기타 정비 작업의 주기를 일정 이상 크게할 수 없고, 혹은, 당해 정비 작업의 빈도를 일정 이하로 내릴 수 없다는 것을 의미한다.

그런데, 이 다공성 축열체의 눈막힘 현상을 방지 또는 억제하기 위한 제일 쉬운 방법은, 열처리 설비의 안전성을 중시한 나머지, 다공성 축열체의 내용시간은 시초부터 유한한 것으로 분할하여, 그 내용시간을 실제보다 짧게 상정하여, 다공성 축열체의 정기적 또는 비정기적인 점검·보수·교환·정화(클리닝 처리)·기타 정비 작업을 빈번하게 행하는 것이다. 확실히, 빈번하게 다공성 축열체의 정비를 행하면 눈막힘 문제는 해소할 수 있을 것이다.

그러나, 그것에서는 정비 작업에 요하는 비용(인건비, 관리비등을포함한다.)이 증가하고 만다. 예를 들면, 다공성 축열체는 무료는 아닌 것으로서, 다공성 축열체의 교환 빈도의 증가는, 열처리 설비의 유지 관리 비용의 증가에 직결된다. 또한, 일부의 다공성 축열체만의 정비 작업이 필요할 때에 있어서도, 열처리 설비의 운전을 정지하여 이 작업을 행하지 않으면 안되는 경우도 있다. 그러면, 결과적으로 정비 작업의 빈도는 증가하게 되고, 가열 설비의 작업에 지장을 초래하며, 운전 비용면에서도 문제가 있다.

따라서, 다공성 축열체의 눈막힘 현상에 기인하는 상술한 바와 같은 일련의 문제(편이적으로 다공성 축열체의 눈막힘 문제라고 한다.)를 해소하기 위해서는, 다공성 축열체의 교환 빈도를 극력 줄일 수 있는 기술을 안출할 필요가 있다. 또한, 이러한 기술에 의해 실현되는 다공성 축열체는, 그것이 사용 완료되어 교환되는 때에는, 종래보다 더 한층 높은 경비 삭감 효과를 이룰 것이다.

2. 눈막힘 현상의 진행과 눈막힘 원인 물질

다공성 축열체의 눈막힘 문제를 일으키는 목적외 물질 및 열처리의 부산물(이하 「눈막힘 원인 물질」이라고 총칭한다.)은, 육안으로 보이는 경우도 있고, 현미경이 아니고는 보이지 않는 경우도 있다. 그러나, 시간의 경과와 함께 다공성 축열체의 눈막힘 현상은 진행되며, 그 구멍의 개구 직경은 작게 되어 감으로써, 이러한 구멍의 개구 직경의 경시적(經時的) 변화에 의해 눈막힘 현상의 존재와 진행도를 알 수 있다. 또한, 눈막힘이 진행되면, 다공성 축열체를 통과해 흐르는 가스의 압력 및 압력 손실이 변화하는 바, 이들을 관측하는 것으로써 눈막힘 현상의 존재와 진행도를 알 수 있다. 요컨대, 육안으로서 관측 가능 여부에 관계없이, 적당한파라미터(parameter)를 설정하면 눈막힘 현상의 존재와 진행도를 알 수 있다. 본 발명에서는, 이 파라미터를 「실질적 평균 표층공 직경」이라는 용어를 사용하여 총괄적으로 정의하고 있다.

외래성 목적외 물질의 예는, 열처리 설비의 주위에 존재하는 금속, 세라믹스, 유리, 산화물 기타의 물질에서 온 먼지(dust)이다. 먼지는 난반응성(難反應性)인 경우가 많으나, 난반응성이 아니드라도, 열처리의 결과, 불필요한 부산물을 발생시키는 물질도 외래성 목적외 물질에 포함된다. 또한, 직화형 버너 및 연소용 공기중에 포함되는 물질도 외래성 물질이라고 한다. 특히 의도적으로 연료에 분체 및 고체(예를 들어 고체 연료)를 혼합하고, 이것이 연소하여 구별되지 않고 잔류하는 경우는, 그 잔류물은 확실히 이것에 해당한다. 이러한 잔류물 중에는 상기의 부산물의 생성을 특히 조장하기 쉬운 것이 있다.

내래성 목적외 물질의 전형적인 예는, 다공성 축열체가 그 사용 과정에 있어서 기계적 접촉에 의해 마모되거나 파손되어 이루어진 분말 상태, 소(小)(미(微)) 편상(片狀)의 잔류물 및 가열실에 반입된 피처리체(被處理體)에 열처리를 시행하여 생기는 목적외 물질이다. 후자, 즉, 피처리체에 유래하는 목적외 물질의 한 예는, 가열실 내의 열처리에 의해 생기는 피처리체 표면에 생성된 산화물 및 기타의 스케일(scale)로서, 가열실 내의 통과 가스의 기계적 압력, 열충격 및 기타의 환경 조건에 의해 피처리체 표면으로부터 이탈한 소립자이다(특개평 7-119958호). 직화식 버너 및 축열형 열교환기가 어레이(array)상으로 배치되는 경우는, 전단(前段)에 배치되는 다공성 축열체의 구성 부재에 유래하는 물질(특히 후술하는 분화물(粉化物))이 후단(後段)에 배치되는 다공성 축열체에 의해서 내래성(또는 설비의 양태에 의해서는 외래성) 목적외 물질로도 된다.

가열실 내에 잔류하는 목적외 물질이, 잠시 후에, 다공성 축열체의 구멍을 물리적으로 막는 일이 있다. 가열실 내에서 받는 열에 의한 연화(軟化), 용융 또는 기화(이것도 어느 의미에서는 화학 반응이다.)도 이 다공성 축열체의 구멍을 막는 현상을 조장하는 경우도 있다. 축열체에는 저온 가스가 흐르고, 특히, 예를 들어 정비 작업을 위해 설비의 운전을 정지하는 경우에는 축열체의 온도는 내려간다. 이러한 경우, 일단 연화, 용융 또는 기화된 목적외 물질이 고체화, 응고 또는 응결되어 다공성 축열체의 구멍을 폐쇄하고,「눈막힘 문제」를 일으킨다.

또한, 다공성 축열체가 하니컴(honey-comb)형 축열체(정의는 후술한다.)인 경우와 볼(ball)형 축열체(정의는 후술한다.)인 경우를 비교해 보면, 전자에서는 구멍이 직선적으로 되어 있어서, 가스는 정체함이 없이 그 구멍을 통과하지만, 후자에서는 구멍이 비직선적인 부분을 갖고 있어서 가스 유속이 균일하지 않고, 국소적으로 가스의 유속이 현저하게 저하하기 때문에 목적외 물질(특히 먼지, 분말 상태, 소(미)편상의 잔류물)이 정체 또는 침착(沈着)하기 쉽다. 단, 하니컴형 축열체에 비해 볼형 축열체의 쪽이, 적어도 비직선적 구멍에 착안하는 한, 실질적 평균 표층공 직경이 크게되는 경향이 있다. 그 때문에, 목적외 물질이 정체 또는 침착하기 쉬운 부분이 있을지라도, 「눈막힘 현상」이 볼형 축열체의 쪽이 반드시 현저하다고는 말할 수 없다.

이어서 부산물이지만, 이것은, 많은 경우, 외래성 또는 내래성 목적외 물질,다공성 축열체의 재료(예를 들면, 저량조성물(低量組成物) 및 불순물) 및 가열실 내의 환경 물질 중 적어도 2개의 물질간의 화학 반응에 의해 발생한다고 생각된다. 이 화학 반응에는 가열실 내에서 일어나는 열처리 조건(예를 들면, 버너의 연료의 함유물 및 조성, 열처리 온도 및 열처리 분위기)에 크게 관계될 것이다. 다공성 축열체에 있어서, 특히 그 표면에서 부산물의 생성 반응이 일어나는 경우에는, 부산물은 다공성 축열체의 구멍을 서서히 막아 가게 된다. 다공성 축열체의 표면과 접촉하고 있는 외래성 또는 내래성의 목적외 물질이 있는 경우, 예를 들어 후술하는 바와 같이 정체 또는 침착하는 목적외 물질이 있는 경우, 양자의 접촉 경계면에서 부산물이 서서히 생성되고, 성장하여, 다공성 축열체 구멍의 목적외 물질에 의한 폐쇄를 조장하는 경우도 있게 된다. 또한, 열처리 분위기가 부산물의 생성을 조장하는 일도 있게 된다. 예를 들면, 고로(高爐) 기타 공업용로의 부생산 가스와 같은 청정도가 낮은 물질을 연료로서 사용하는 경우가 있다. 공업용로의 부생산 가스와 상이한, 천연 가스와 같은 비교적 청정도가 높은 물질을 연료로서 사용하는 경우는, 부산물에 의한 「눈막힘 현상」은 상대적으로 현저하지는 않다. 단, 청정도 높은 연료 물질을 사용하는 경우에 있어서도, 다른 원인 물질에 의한 동일 현상이 일어난다.

또한, 상기 내래성 목적 물질의 정의, 즉, 「가열실에 반입된 피처리체에 열처리를 시행한 결과 생기는 목적외 물질」로 하면, 부산물도 내래성 목적 물질에 포함되는 것이 타당하다. 이렇게 생각하면, 연료 물질의 청정도의 여하에 관계없이, 「눈막힘 현상」의 원인 물질을 일괄하여 설명할 수 있는 편리성도 있다. 따라서, 이하에서는, 특별히 구별하지 않는 한, 내래성 목적 물질에는 부산물이 포함되는 것으로 한다.

3. 「눈막힘 문제」를 해결하기 위한 종래 기술:

다공성 축열체의 눈막힘 문제를 해결하기 위하여, 종래는, 예를 들어, 다음과 같았다.

(1) 축열체를 복수층으로 나누어, 연소 가스 유입측의 층을 수시로 교환 가능하게 구성한다(특개평 6-201276호, 특개평 8-94066호).

(2) 축열체를 둘러 싸는 축열실의 배출 가스 도입측에 사이클론(cyclone)식 먼지 포집기(捕集器)를 설치하여, 배출 가스에 포함되는 스케일, 먼지를 원심 분리한다(특개평 6-241420호, 특개평 7-119958호).

(3) 열처리에 의해 발생하는 NO_x의 농도를 저감(低減)하기 위해서, 축열실을 통해서 가열실 내로 공급하는 물 또는 수증기에 의해, 당해 축열체를 세정하여, 정기·부정기의 정비 작업을 위해서 설비를 정지하거나 축열체를 떼어내지 않고 그 구멍을 폐쇄하는 경향이 있는 물질을 외부로 취출한다(특개평 4-7055호).

(4) 연소 폐(廢)가스와 연소용 공기의 통과를 상호 역방향으로 반복하는 축열체의 폐가스 출구보다도 후방에 저비점(低沸点) 금속 포착 장치를 설치하여, 출열체 출구의 폐가스 온도를, 저비점 금속의 비점 이상으로 유지하도록 열처리 설비를 운전함으로써, 폐가스 중에 포함되는 저비점 금속이 축열체 외부에서 응축이 일어나도록 하거나(특개평 8-261421호) 또는 축열체에 연결되는 폐가스 유로(流路)의도중에 미스트 캐처(mist catcher)를 설치한다(특개평 8-86419호).

(5) 연소용 공기 공급계와 배기계에 대하여 축열체를 회전시킴으로써 단일의 연소 버너를 연속 연소시키는 형식의 축열식 연속 연소 버너에 있어서, 축열체의 가스 유통로에, 재생 가능한 고융점 및 저융점 금속 포착 칼럼(column)을 설치한다(특개평 8-86419호).

(6) 가열실을 복수개의 간극(間隙)이 있는 칸막이벽에 의해 상하로 각각, 실제로 연소 버너가 화염을 내보내는 연소실과 피처리체가 용융하는 용융실로 분리하고, 가열실의 하부에 배치되는 용융실에 설치한 보조 연도(煙道)로부터, 용융실에서 발생하는 먼지 및 저비점 금속을 배출하여, 축열체로 통하는 상부 연소실로의 이들 물질의 유입을 방지한다(특개평 7-113579호).

(7) 축열식 교번 연소 버너를 연도로부터 이격된 위치에 설치하여, 연소 배출 가스의 일부가 축열체를 통과하지 않고 연도로부터 외부로 배출되도록 제어함으로써, 저비점 금속등을 포함하지 않은 가스를 주체로 하는 연소 배출 가스만이 축열체를 통과하도록 한다(특개평 8-247430호).

(8) 무산화(無酸化) 또는 저산소의 환경하에서 피처리체를 열처리하거나(특개평 8-159664호, 특개평 7-258740호), 직화식 버너의 화염이 피처리체에 접촉하지 않도록 하여(특개평 7-102313호), 눈막힘 원인 물질인(여분의) 스케일의 발생을 방지한다.

기타, 열처리 설비에 피처리체의 예열실을 설치함으로써 피처리체의 급속 가열을 방지하여, 피처리체의 부스러짐, 구부러짐등을 방지하는 기술(특개평 8-210780호)도 일단 발생한 스케일의 미분화 및 비산을 방지하는 의미이고, 또한 가열실 내의 가스압을 조정함으로써 스케일의 발생량을 저감시키는 기술(특개평 7-103461호)도, 다공성 축열체의 눈막힘 문제의 대책으로 될 수 있다.

이들 종래 기술내에서, (1)의 종래 기술은, 연소 버너에 직접 연소 배출 가스가 도입되는 직화식 버너에 있어서는, 고온의 피처리체의 스케일 및 내화물 조각등의 먼지로 된 내래적 목적외 물질이, 연소 배출 가스와 함께 다공성 축열체 내의 구멍을 통해서 그 내부로 침입하여 부착하는 일이 많고, 게다가 그 부착이 연소 배출 가스가 도입되는 측의 어느 정도의 폭을 가진 표면층에 특히 현저하게 일어난다는 식견을 근거하여, 눈막힘을 일으킨 축열체 표면층의 교환을 용이하게 하기 위한 기술에 관한 것이며, 다공성 축열체 자체의 형태를 연구함으로써 눈막힘 문제의 해결을 도모하는 접근 방법을 제시하는 것으로서 주목할만 하다.

그러나, 이것은 눈막힘 현상 자체를 방지 또는 억제하기 위한 기술에 관한 것은 아니다. 특히, 이 종래 기술은, 축열식 버너 및 축열형 열교환기 단체(單體)가 내장하는 다공성 축열체의 표면층을 다른 층과 상이한 형상·형태로 하는 기술이지만, 복수개의 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기에 관련된 복수개의 축열체에 있어서의 눈막힘 거동에 관한 새로운 식견에 근거하여 다공성 축열체 자체의 형태를 연구한 기술적 사상과는 관계가 없다.

눈막힘 현상 자체를 방지 또는 억제하기 위한 기술이라는 관점으로 한다면, 오히려, 상술한 (1)의 종래 기술 보다는, (2) 내지 (8)의 종래 기술 쪽이 가깝다. 그러나, 이들 종래 기술은, 다공성 축열체의 형태에 착안하여, 눈막힘 현상 자체를방지 또는 억제하는 기술과는 관계가 없고, (1)의 종래 기술의 경우와 동일 양상, 복수개의 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기에 관련된 복수개의 축열체에 있어서의 눈막힘 거동에 관한 새로운 식견에 근거하여 다공성 축열체 자체의 형태를 연구한 기술적 사상과는 관계가 없다.

본 발명은, 열처리 설비가 구비된 가열실 또는 어느 종류의 공간에 부설된 복수개의 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기에 관련된 복수개의 다공성 축열체에 있어서의 특이한 눈막힘 현상에 착안하여 이루어진 것으로서, 다공성 축열체의 눈막힘 문제를, 그 축열체 자체의 형태를 연구함으로써 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 다공성 축열체를 내장하는 직화식(直火式) 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실을 구비하고, 가열실 내에서 물체에 열처리를 실행하는 열처리 설비, 이러한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실 내에서 물체에 열처리를 시행할 때의 다공성 축열체의 설치 방법, 및 이러한 열처리 설비를 이용하는 열처리된 물체의 제조 방법, 다공성 축열체를 내장하는 열교환기가 복수개 부설된 공간을 구비하는 열처리 설비, 이러한 열처리 장치에 있어서의 다공성 축열체의 설치 방법, 및 이러한 열처리 설비를 이용하는 열처리된 물체의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 각각, 복수개의 직화식 버너 혹은 복수개의 축열형 연소 장치, 또는 복수개의 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공(表層孔) 직경을 동일하지 않도록 한 열처리 설비, 다공성 축열체의 설치 방법, 및 열처리된 물체의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 복수개의 직화식 버너 혹은 복수개의 축열형 연소 장치, 또는 복수개의 열교환기에 있어서의 다공성축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 동일하게 하기 위한 다공성 축열체의 선정 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 복수개의 직화식 버너 혹은 복수개의 축열형 연소 장치, 또는 복수개의 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 동일하지 않도록 하여 사용되어, 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재에 관한 것이다.

도 1은, 가열로(加熱爐)를 나타내는 개략 종단면도.

도 2는, 가열로를 나타내는 개략 측단면도.

도 3은, 가열로의 상부로(上部爐)에 있어서의 버너의 배치를 나타내는 개략 평면도.

도 4는, 가열로의 하부로(下部爐)에 있어서의 버너의 배치를 나타내는 개략평면도.

도 5는, 직화식 버너를 나타내는 도면이며, (a)는 단면도, (b)는 측면도.

도 6은, 하니컴형 축열체의 단위 셀(cell)의 설명도이며, (a)는 축열체의 사시도, (b)는 다공성 축열체의 구성 부재의 사시도, (c)는 단위 셀이 갖는 구멍의 단면적의 설명도이고, Cm은, 구멍 마다 정의되는 단위 셀, Sq는, Cm의 구멍의 단면적.

도 7은, 볼형 축열체의 단위 셀의 설명도이며, (a)는 축열체의 사시도, (b)는 축열체 구성 부재의 사시도, (c)는 단위 셀이 갖는 구멍의 단면적의 설명도이고, Pn은, n번째의 층, Qm은, Pn층상의 임의의 인접하는 4개의 부재의 중심 위치(a, b, c, d)에서 정의되는 단위 셀, Sq는, Qm과 부재 B1, B2, B3, B4에서 획정되는 의사공(擬似孔)의 단면적.

도 8은, 기타 볼형 축열체의 단위 셀의 설명도이며, Pn은, n번째의 층, Qm은, Pn층상의 임의의 인접하는 3개의 부재의 부재 B1, B2, B3의 중심 위치(a, b, c)에서 정의되는 단위 셀, Sq는, Qm과 부재 B1, B2, B3에서 획정되는 의사공(擬似孔)의 단면적.

도 9는, 눈막힘 현상의 진행을 나타내는 설명도이고, (A)는 단위 셀(Qm)에 있어서의 눈막힘 현상의 진행의 설명도이며, (B)는 단위 셀(Cm)에 있어서의 눈막힘 현상 진행의 설명도. 그리고, (a)는, 사용에 견딜 수 없을 정도의 폐색화의 한계점(임계 폐색율, 임계 수명).

도 10은, 가열로에 구비되는 가열실 내의 온도 프로파일(profile)과 그 변화를 나타내는 도면이고, [A]는, 반입용 개폐문을 여는 것에 의해 A1 내지 A3(B1 내지 B3)의 영역에 생기는 급격한 온도 강하, [B]는, 가열실 내의 열처리에 의해 A6 내지 A10(B6 내지 B10)의 영역에 생기는 급격한 온도 상승, [C]는, A11 내지 A12상의 댐퍼(damper)의 개방에 의해 A11 내지 A14(B11 내지 B14)의 영역에 생기는 급격한 온도 강하, [D]는, 반출용 개폐문의 개방에 의해 A18 내지 A19(B18 내지 B19)의 영역에 생기는 급격한 온도 강하를 나타낸다.

도 11은, 상부로에 있어서의 눈막힘 현상의 설명도.

도 12는, 하부로에 있어서의 눈막힘 현상의 설명도.

도 13은, 가열로에 있어서의 폐색율과 운전 시간과의 관계를 나타내는 도면.

도 14는, 도 5에 나타내는 직화식 버너의 배관도.

도 15는, 워킹 빔(walking beam)식 가열로의 부분 단면도.

도 16은, 소각 설비의 설명도이며, (a)는 측면도, (b)는 평면도.

도 17은, 기타 소각 설비를 나타내는 설명도.

도 18은, 또한 다른 소각 설비를 나타내는 설명도이고, E1∼ E4는, 축열형 연소 장치, 축열식 버너, 축열형 열교환기중의 적어도 하나, F1∼ F3는, 연소 장치(축열체의 구비 여부를 묻지 않음)이다.

도 19는, 별도의 가열로를 나타내는 개략 측면도.

도 20은, 별도의 가열로의 상부로에 있어서의 버너의 배치를 나타낸 개략 평면도.

도 21은, 별도의 가열로의 하부로에 있어서의 버너의 배치를 나타낸 개략 평면도.

도 22는, 별도의 가열로가 구비하는 가열실 내의 온도 프로파일과 그 변화를 나타내는 도면이고, [A]는, 반입용 개폐문의 개방에 의해 A1 내지 A3(B1 내지 B3)의 영역에 생기는 급격한 온도 강하, [B]는, 가열실 내의 열처리에 의해 A5 내지 A8(B5 내지 B8)의 영역에 생기는 급격한 온도 상승, [C]는, A8 내지 A9상의 댐퍼의 개방에 의해 A8 내지 A10(B8 내지 B10)의 영역에 생기는 급격한 온도 강하, [D]는, 반출용 개폐문의 개방에 의해 A12(B12)의 영역에 생기는 급격한 온도 강하를 나타낸다.

도 23은, 별도의 가열로의 상부로 및 하부로에 있어서의 눈막힘 현상의 설명도.

도 24는, 별도의 가열로에 있어서의 폐색율 또는 축열체 교환 빈도와 운전 시간과의 관계를 나타내는 도면.

도 25는, 축열형 연소 장치의 배치를 나타내는 설명도이고, (a), (b)는, 평면도, (c), (d)는 단면도이다.

도 26은, 축열형 연소 장치의 별도의 배치를 나타내는 설명도이고, (a), (b)는, 평면도, (c), (d)는 단면도이다.

본 발명에 관한 제1형태는, 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실을 구비하고, 그 가열실 내의 물체에 열처리를 실행하는 열처리 설비로서, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않은 설비이다.

본 발명에 관한 제2형태는, 제1형태에 있어서, 가열실 내에서 물체에 온도 구배(句配)를 인가하는 열처리 설비이다.

본 발명에 관한 제3형태는, 제1 또는 제2형태에 있어서, 물체가, 외부로부터 가열실 내로 반입되는, 및/또는 가열실로부터 외부로 반출되는 열처리 설비이다.

본 발명에 관한 제4형태는, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 「동일하지 않은」 경우의 변형을 택일적으로 나타낸 제1형태에 관한 열처리 설비에 상당한다. 이 변형이라는 것은, 가열실에 구비된 외부로 통하는 통로구에 보다 가까운 제1영역 및 그렇지 않은 제2영역에 각각 배치되는 제1 및 제2직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 제1직화식 버너 쪽이 제2직화식 버너보다도 큰 경우와, 제1축열형 연소 장치 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도 큰 경우이다. 또한, 이 제4형태에 있어서의 「통로구(通路口)」에는, 물체가 외부로부터 가열실로 반입되는 입구부, 및/또는,물체가 가열실로부터 외부로 반출되는 출구부가 포함된다.

본 발명에 관한 제5형태는, 제4형태에 관한 열처리 설비인 점에서 유사하나, 그 열처리 설비가 구비한 가열실의 통로구가, 열처리되는 물체가 외부로부터 가열실로 반입되는 입구부 및 열처리된 물체가 가열실로부터 외부로 반출되는 출구부인 경우에 있어서, 입구부에 보다 가까은 제1영역, 출구부에 보다 가까은 제2영역 및 제1 및 제2영역과는 상이한 제3의영역을 구비하고, 각각의 영역에 제1, 제2 및 제3직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치가 배치되어 있는 점에서 제4형태와 상이하다. 이 제5형태에 관한 열처리 설비에서는, 제1 및 제2, 제1 및 제3, 혹은, 제2 및 제3직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않든가, 제1직화식 버너 쪽이 제2직화식 버너보다도, 제1직화식 버너 쪽이 제3직화식 버너보다도, 혹은, 제2직화식 버너 쪽이 제3직화식 버너보다도 크든가, 또는, 제1축열형 연소 장치 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도, 제1축열형 연소 장치 쪽이 제3축열형 연소 장치보다도, 혹은, 제2축열형 연소 장치 쪽이제3축열형 연소 장치보다도 크다.

본 발명에 관한 제6형태는, 외부로부터 반입되는 물체에 대하여 열처리를 실행하는 가열실에 부설되는 복수개의 축열형 연소 장치의 각각이 구비한 직화식 버너가 내장하는 다공성 축열체의 설치 방법이고, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공이, 동일하지 않도록 다공성 축열체를 설치하는 방법이다.

본 발명에 관한 제7형태는, 제6형태의 변형이고, 가열실은 외부로 통하는 통로구를 구비하며, 통로구에 보다 가까운 제1영역 및 그렇지 않은 제2영역에 각각 배치되는 제1 및 제2직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않도록, 또는, 제1직화식 버너 쪽이 제2직화식 버너보다도 크게 되도록, 또는, 제1축열형 연소 장치 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도 크게 되도록 설치하는 방법이다.

본 발명에 관한 제8형태는, 특정의 열처리 장치를 운전하여, 당해 열처리 설비가 구비하는 가열실 내를 통과시킴으로써 열처리된 물체를 제조하는 방법이다. 이 가열실에는 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설되어 있고, 외부로부터 반입되는, 및/또는 외부로 반출되는 물체를 가열실 내에 배치함으로써, 당해 물체에 열처리를 시행하나, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 동일하지 않도록 설정한다.

본 발명에 관한 제9형태는, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 「동일하지 않은」 경우의 변형을 택일적으로 나타낸 제8형태에 관한 방법에 상당한다. 이 변형이라는 것은, 가열실에 구비된 외부로 통하는 통로구에 보다 가까운 제1영역 및 그렇지 않은 제2영역에 각각 배치되는 제1 및 제2직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 제1직화식 버너 쪽이 제2직화식 버너보다도 큰 경우와, 제1축열형 연소 장치 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도 큰 경우이다. 이 제9형태에 있어서의 「통로구」에는, 물체가 외부로부터 가열실로 반입되는 입구부, 및/또는, 물체가 가열실로부터 외부로 반출되는 출구부가 포함되는 점은, 제4형태에 있어서의 통로구의 해석과 동일하다.

본 발명에 관한 제10형태는, 가스의 흐르는 방향을 따라서, 다공성 축열체를 내장하는 축열형 열교환기가 복수개 부설된 공간을 구비한 열처리 설비로서, 복수개의 축열형 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않은 설비이다.

본 발명에 관한 제11형태는, 제10형태에 있어서, 가스의 흐르는 방향 상류측에 배치되는 다공성 축열체 쪽이 하류에 배치되는 다공성 축열체보다도, 또는, 흐르는 가스의 온도가 보다 고온측에 배치되는 다공성 축열체 쪽이 보다 저온측에 배치되는 실질적 다공성 축열체보다도, 실질적 평균 표층공 직경이 큰 열처리 설비이다.

본 발명에 관한 제12형태는, 가스의 흐르는 방향을 따라서, 다공성 축열체를 내장하는 축열형 열교환기가 복수개 부설된 공간을 구비한 열처리 설비에 있어서의 다공성 축열체의 설치 방법으로서, 복수개의 축열형 열교환기에 있어서의 다공성축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않도록 다공성 축열체를 설치하는 방법이다.

본 발명에 관한 제13형태는, 특정의 열처리 장치를 운전하여, 당해 열처리 설비가 구비하는 가열실 내에서 열처리된 물체를 제조하는 방법이다. 이 열처리 설비는, 가스의 흐르는 방향을 따라서, 다공성 축열체를 내장하는 축열형 열교환기가 복수개 부설된 공간을 구비하고 있으며, 복수개의 축열형 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 동일하지 않도록 설정한다. 외부로부터 반입되는, 및/또는 외부로 반출되는 물체를 가열실 내에 배치함으로써, 당해 물체에 열처리를 시행하고, 또한 열처리된 물체를 제조한다.

본 발명에 관한 제14형태는, 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실을 구비하고, 그 가열실 내의 물체에 열처리를 실행하는 열처리 설비로서, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 연직(鉛直) 방향에 있어서 보다 하부에 배치되는 것일수록 크게 되도록 한 것이다.

본 발명에 관한 제15형태는, 가스가 통해 흐르는 다공성 축열체를 내장하는 축열형 열교환기가 복수개 부설되어, 복수개의 상기 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 연직(鉛直) 방향에 있어서 보다 하부에 배치되는 것일수록 크게 설정한 열처리 설비이다.

본 발명에 관한 제16형태는, 축열형 연소 장치 또는 열교환기의 운전 시간의 증가에 수반하여 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경의 감소를 측정하고, 그측정값과 목표값과의 차이에 상당하는 값을 미리 상승시킨 실질적 평균 표층공 직경을 갖는 다공성 축열체를, 그 축열형 연소 장치가 구비한 직화식 버너 또는 열교환기에 내장하는 다공성 축열체의 선정 방법이다.

본 발명에 관한 제17형태는, 열처리 설비에 구비되는 가열실에 복수개 부설되는 축열형 연소 장치가 구비한 직화식 버너에 내장되는 것으로서 사용되고, 사용 개시전의 실질적 평균 표층공 직경이 동일하지 않도록 설정되며, 그 후 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재이다.

본 발명에 관한 제18형태는, 제17형태에 있어서, 540일 이상의 열처리 설비의 운전 시간에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경의 변화율로서 정의되는 폐색율(閉塞率)이 50% 이상인 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재이다.

본 발명에 관한 제19형태는, 제17형태에 있어서, 800일 이상의 열처리 설비의 운전 시간에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경의 변화율로서 정의되는 폐색율 60% 이상인 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재이다.

우선, 본 발명에 있어서의 용어의 정의에 관하여 설명한다.

1. 「다공성 축열체」:

다공성 축열체로서는, 하나 또는 둘 이상의 부재로서 구성되며, 전체로서 축열 기능을 갖고, 구멍 또는 구멍으로 간주되는 간극의 연결로(이하 「의사공」이라 한다.)를 다수 구비한 구조체를 의미한다. 개개의 부재로서는, 블록(block) 형상, 볼 형상, 소편(小片) 형상, 기타 너깃(nugget) 형상(예를 들면, 실개평 7-2739호, 특개평 8-94066호)의 여러종류의 형태가 있다.

「다공성」, 「구멍」 혹은 「의사공」이라는 관점에 착안하면, 하니컴 형상 부재는, 그것 자체에 다수의 구멍이 형성되어 있고, 본 발명에 있어서의 다공성 축열체로 충분하다. 단, 복수개의 하니컴 형상 부재의 집합체가 전체로서 축열체로 사용에 제공되는 경우는(예를 들면, 특개평 7-280239호, 특개평 8-247671호, 특개평 7-39761호, 실개평 7-2739호), 당해 집합체가 다공성 축열체로 인정된다. 이것은, 콜게트 형상 부재(예를 들면, 1977년 훠드 모터사 발행 「세라믹스제 축열체의 설계로의 퍼훠먼스 및 신뢰성 개념의 응용」)에 있어서도 동일 양상이다.

하니컴 형상 부재 및 콜게트 형상 부재 또는 각각의 집합체로서 구성되는 축열체(이하, 총괄적으로 「하니컴형 축열체」라고 부른다.)의 경우, 구멍은, 그 긴 방향에서는 통상 직선 형상으로 관통하고 있고, 그 단면은, 대부분의 경우 일정하고, 예를 들면 4각(角)(예를 들면, 특개평 10-122517호, 실용신안 등록 제30490호)인 경우가 많으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 3각(예를 들면, 특개평 55-46338호), 6각형(예를 들면, 특공평 7-39913호), 다각형(예를 들면, 특개평 7-39761호), 대략 반원, 대략 정현파 내지 파형(1976년 미합중국 훠드 모터사 발행 「자동차 가솔린 터빈의 세라믹 축열체의 설계 및 신뢰성에 관한 프로그램」, 잡지 「화학 장치」 1983년 3월호, 제59항∼ 제66항)등의 형을 하고 있다.

한편, 볼 형상 부재는 그것 1개만으로서는 축열체로서 사용에 제공되는 일이 드물고, 통상은, 집합체 전체로서 축열체로 되어 있다(예를 들면, 특개평 10-176815호, 특개평 10-318529호). 볼 형상 부재의 집합체에서는, 볼 부재간의 간극의 공간 연결에 의해 의사공이 형성된다. 이 경우의 의사공은, 통상 직선 형상이라고는 한정되지 않으며, 그 단면에 관해서도, 볼 직경, 상이한 볼 직경의 조합, 혹은 이형상(異形狀)의 볼 형상 부재가 혼재하는 방법에 의해서, 일정하게는 되지 않는다. 동일 양상의 것은, 볼 형상 부재가 하니컴 형상 부재와 혼재하는 경우(예를 들면, 특개평 7-127983, 특개평 10-115408호)에도 말할 수 있다. 하니컴 형상 부재가 존재하는 영역에서는, 구멍은 직선 형상일지도 모르지만, 볼 형상 부재가 존재하는 영역에서는, 직선 형상이라고는 말할 수 없다. 또한, 소괴상(小塊狀)의 하니컴 형상 부재가 다수 집합하여 하나의 축열체를 구성하는 경우(예를 들면, 실개평 7-2739호)는, 개개의 부재에 착목(着目)하면 구멍은 직선 형상일지도 모르지만, 부재간의 간극의 공간적 연결에 의해 비직선 형상의 의사공이 형성된다. 의사공을 복수개 구비한 축열체도 다공성 구조(예를 들면, 특공평 4-70554호)를 구비하고 있어서, 다공성 축열체에 포함된다. 이들 의사공이 형성되는 다공성 축열체를, 이하에서 「볼형 축열체」로 합쳐서 부르는 것으로 한다.

단, 소괴상(小塊狀)의 하니컴 부재 그 자체는, 하니컴형 축열체로서 기능하여서, 정확하게는, 이러한 하니컴 부재는, 하니컴형 축열체에도 속하는 점을 부기하여 둔다.

결국, 다수의 구멍 또는 의사공이 존재하는 것이 다공성 축열체인 것의 최저조건이고, 본 발명의 목적, 작용·효과를 이루는 것은, 부재의 형태 및 집합 방법, 구멍 및 의사공의 형태 여하를 불문하며, 일절 배제하지 않는다.

구멍 또는 의사공이 「다수」인가 아닌가의 판정 기준을 결정하는 것은 어려우나, 적어도 2개 이상이고, 상한값을 문제삼지 않는다. 이 경우도 역시 본 발명의 목적, 작용·효과를 이루는 것인지 어떤지를 기준하여 「다수」인지 어떤지가 판단된다.

단지, 다공성 축열체가 소정의 장치의, 소정의 장소에 조립되는 구조체인 이상, 일정한 체적, 형상, 치수, 중량등의 물리적 제약이 가해지며, 또한 그 제약의 테두리 내에서 원하는 기계적 강도, 열충격 강도, 내열성등의 품질·특성을 나타내는 것이 요구될 것이다. 따라서, 현실에서는, 다공성 축열체 또는 그것을 구성하는 개개의 부재가 갖는 구멍의, 단면 방향 및 길이 방향 구멍의 형상·치수는 무제한한 것이 아닌 것도 부기하여 둔다.

또한, 축열체 중에는 촉매 기능을 구비한 것도 있으나(예를 들면, 특개평 7-127983호, 특개평 7-47233호), 다공성 축열체를 정의함에 있어서, 이러한 부가적 기능의 존재 여부는 본 발명에 있어서 특별히 문제로 되지 않는다.

2. 「축열형 열교환기」:

축열형 열교환기라는 것은, 저온 가스와 고온 가스의 급배기를 번갈아 절환함으로써, 축열체에 의한 고온 가스의 폐열 회수와 저온 가스의 예열을 번갈아 행하는 장치를 말한다(예를 들면, 특개평 7-127983호, 특개평 7-83585호, 특개평 7-47233호, 특개평 6-313508호, 특개평 6-257972호, 특개평 6-213585호, 특개평 5-340683호, 실개평 7-2739호).

후술하는 직화식 버너는, 연소 버너와 축열형 열교환기가 결합하여 구성되는 것으로, 축열형 열교환기의 일종이라고 생각할 수 있다. 단, 본 발명에 관련된 형태에서는, 축열형 열교환기는, 후술하는 직화식 버너와 같이 연소 버너와 결합하여 있을 필요는 없다. 직화식 버너의 경우는, 연소 버너로부터 나오는 고온의 연소 가스의 폐열 회수를, 이것과 결합하는 축열형 열교환기에 의해 행하고 있으나, 당해 형태에 있어서의 축열형 열교환기는, 열교환이 가능한 공간에 설치되어 있으면 되는 것으로서, 연소 버너와 별도로 설치되어 있어도 상관 없으며, 또한, 연소 버너를 열원으로 할 필요도 없고, 별도의 열원에 의해 발생하는 고온 가스의 폐열 회수를 실현하는 것에서도 상관없다(예를 들면, 실용신안 등록 제3049065호).

3. 「축열체를 내장하는 직화식 버너」

축열체를 내장하는 직화식 버너(이하, 편이적으로, 간단히 「직화식 버너」로 부르는 경우가 있다.)라는 것은, 연소 버너와 축열형 열교환기가 결합하여 구성되고(예를 들면, 실개평 7-2739호), 또한, 피처리체가 존재하는 곳의 가스가 축열체를 통해서 이동 가능한 장치를 말한다. 이러한 장치에 의하면, 연소 버너와 축열형 열교환기가 결합한 것으로서, 연소 버너의 연소용 공기와 연소 가스의 급배기를 번갈아 절환함으로써, 축열체에 의해 연소 가스의 폐열 회수와 연소용 공기의 예열을 번갈아 행할 수 있는 것으로서, 성에너지, 고효율 열전달, 고효율 폐열 회수, NO_x저감등을 실현할 수 있는 것은 주지의 사실이다.

본 발명에 있어서 「축열체를 내장하는 직화식 버너」의 전형적인 예는, 한 쌍의 연소 버너를 교번(交番) 연소시켜, 연소용 공기를 연소 버너에 연결 내지 내장시키는 축열체에 의해 연소 가스의 폐열 회수와 연소용 공기의 예열을 번갈아 행하는 형식의 소위 축열식 교번 연소 버너(예를 들면, 특개평 8-247671호, 특개평 6-228632호, 특개평 7-280208호, 특개평 10-176815호), 및 연소용 공기 공급계와 배기계에 대하여 축열체를 상대적으로 회전시키는 것에 의해서, 혹은, 유로 변경 수단을 이용하여 축열체에 대하여 유체의 흐르는 방향을 바꾸는 것에 의해서, 연소 배출 가스의 폐열을 이용하여 연소용 공기를 고온으로 예열시키는 것을 단일 연소 버너에 연속적으로 공급하여, 연속 연소시키는 형식의 소위 축열식 연속 연소 버너(예를 들면, 특개평 8-166123호, 특개평 7-119937호, 특개평 7-27326호, 특개평 5-256423호, 특개평 7-113509호, 특개평 6-313508호, 실개평 6-65714호, 특개평 6-42730호, 실개소 63-159622호, 특개평 8-285266호, 특개평 7-113509호)이다. 축열식 연속 연소 버너를 교번 연소시키는 경우에 있어서의 연소 버너도 본 발명에 있어서의 「축열체를 내장하는 직화식 버너」로부터 배제되지 않는다.

본 발명의 어떠한 형태에서는, 피처리체가 존재하는 곳의 가스가 축열체를 통해서 이동하는 구조의 버너, 즉 「직화식 버너」에 한정되는 것으로서, 예를 들어 래디언트 튜브(radiant tube)와 같은 가열관 내지 복사관(輻射管)을 이용하는 것에 의한(예를 들면, 특개평 1-219412호, 특개평 8-135936호, 특개평 8-247420호, 특개평 10-318528호, 특개평 10-115408호) 것과 같이 피처리체가 존재하는 곳의 가스가 축열체를 통해서 이동하지 않는 구조의 버너는, 축열식 교번 연소, 축열식 연속 연소, 기타 연소 형식의 여하를 불문하며, 본 발명의 어떠한 형태에 있어서 한정되는 「직화식 버너」에는 포함되지 않는다.

그러나, 연소 버너의 화염이 피처리체에 직접 접촉하는 경우(얘를 들면, 특개평 8-233251호, 특개평 7-258740호)는 물론, 가령 연소 버너의 화염이 피처리체에 직접 접촉하지 않는 경우(예를 들면, 특개평 7-113579호, 특개평 8-246041호, 특개평 8-159664호)에서도, 피처리체가 존재하는 곳의 가스가 축열체를 통해서 이동 가능한 연소 장치라면, 그 연소 형식 및 버너의 화염축의 방향을 불문하고, 「직화식 버너」에 포함된다.

직화식 버너에서 사용하는 연료 및 연소용 공기의 조성과 혼합물의 유무는 문제삼지 않는다. 따라서, 연료증에 액체, 고체, 에멀젼(emulsion)등이 혼합되어 있어도 상관 없고, 공기를 산화하든가 아닌가도 문제삼지 않으며, 연료 및 공기 청정도의 고저(高低)도 문제삼지 않는다.

또한, 본 발명의 경우는, 축열체가 다공성 축열체에 한정되는 것은 말할 것도 없다.

4. 「축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치」:

축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치라는 것은, 상술한 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 연소 장치를 의미한다.

직화식 버너의 연소 형식에 상응해서 1개의 축열형 연소 장치를 구성하는 직화식 버너의 수가 상이하다. 예를 들면, 축열식 교번 연소 버너의 경우는 그 1 쌍(2개)이, 축열식 연속 연소 버너의 경우는 그 1개가, 또한, 축열식 연속 연소 버너를 교번 연소시키는 경우는 그 1쌍(2개)이, 각각 1개의 축열형 연소 장치를 구성한다. 만일 축열식 교번 연소 버너 1쌍과 축열식 연속 연소 버너 1개가 존재하는 경우는, 2개의 축열형 연소 장치가 존재하는 것으로 된다.

5.「축열형 연소 장치가 복수개」, 「축열형 열교환기가 복수개」:

축열형 연소 장치가 복수개 있는 경우라는 것은, 적어도 다음과 같은 유형을 포함한다.

제1유형: 축열형 연소 장치가 축열식 교번 연소 버너 또는 교번 연소하는 축열식 연속 연소 버너만으로서 구성되어 있는 경우는, 축열식 교번 연소 버너 또는 교번 연소하는 축열식 연속 연소 버너가 적어도 2쌍(따라서 4개) 있다.

제2유형: 축열형 연소 장치가 (교번 연소하지 않는) 축열식 연속 연소 버너만으로서 구성되어 있는 경우는, 축열식 연속 연소 버너가 적어도 2개 있다.

제3유형: 축열형 연소 장치가 축열식 교번 연소 버너 또는 교번 연소하는 축열식 연속 연소 버너, 및, (교번 연소하지 않는) 축열식 연속 연소 버너에 의해 구성되어 있는 경우는, 축열식 교번 연소 버너 또는 교번 연소하는 축열식 연속 연소 버너가 적어도 1쌍(따라서 2개), 및, (교번 연소하지 않는) 축열식 연속 연소 버너가 적어도 1개 있는 경우이다. 환언하면, 축열식 교번 연소 버너가 적어도 2개 및 축열식 연속 연소 버너가 적어도 1개 있든가, 축열식 연속 연소 버너가 적어도 3개 있다.

축열형 열교환기가 복수개 있는 경우라는 것은, 글자 대로, 적어도 2개 있는 경우를 의미한다. 또한, 축열형 연소 장치는, 다공성 축열체를 열교환기로 하여 사용하고 있는 장치이기 때문에, 축열형 열교환기, 즉, 본원의 청구항에 있어서의 「다공성 축열체를 내장하는 열교환기」의 개념에 포함되며, 그 위에 본 발명의 제10 내지 제13 및 제15의 각각의 형태로 해석된다.

6. (축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기가 복수개) 「부설된 가열실」:

「가열실」이라는 것은, 피처리체에 대하여 원하는 열처리를 실행하는 소정의 장소, 공간 내지는 격실(隔室)로서, 후술하는 「열처리 설비」가 구비된 것을 말한다. 이것을 연소실로 부르는 예도 있다(예를 들면, 특개평 8-159664호). 본 발명에 관계되는 형태에서는, 열처리에 제공되는 열원은 축열형 연소 장치가 구비한 직화식 버너이다.

단지, 본 발명에 있어서의 다른 형태에서는, 연소 버너를 구비하지 않은 축열형 열교환기가 대상으로 되어 있는 점에 주의를 요한다. 대저 축열형 열교환기가 설치되는 장소라는 것은, 열교환이 행해지는 장소, 공간 내지는 격실(이하 「열교환실」이라 한다.)이고, 피처리체에 대하여 원하는 열처리를 실행하는 소정의 장소, 공간 내지는 격실일 필요는 없다. 이 의미로부터, 본 발명에 관한 제10 내지 제13형태에 있어서, 축열형 열교환기가 복수개 부설된 「공간」이라는 것은, 가열실, 가열실과는 구별되는 열교환실, 기타를 포괄적으로 표현하는 장소, 공간 내지는 격실을 의미한다. 또한, 제10 내지 제13형태에 있어서의 「가스」는, 물체에 열처리를 실행하는 가열실로부터 외부로 배출되는 또는 외부로부터 가열실로 공급되는 가스이어도 상관없으며, 가열실로부터 열교환실로 유입되는 가스이어도 상관없다. 또한, 가열실의 존재와는 무관계로 본 발명이 성립되지만, 축열형 열교환기를설치하여 열교환을 행하는 이상, 본 발명이 설비로서 한정시키는 것은 당연한 것으로서, 제15형태에서는, 이 한정을 열처리 설비까지로 하고 있다.

열처리시에 수증기, 불활성 가스, 기타의 물질을 도입하는 경우도, 단위 격실이 1개만으로서 구성되는 경우 및 복수개의 공간 혹은 복수개의 공간의 연결(이 경우는 단위 격실이 1개만의 경우라 말할 수 있다.)에 의해 구성되는 경우도, 본 발명에 있어서의 가열실 및 열교환실의 개념으로부터 배제되지 않는다.

가열실에 복수개의 축열형 연소 장치가 부설되어 있는 것은, 가열실 내에 원하는 온도 분포를 만들어 내고, 때로는 이 온도 분포에 시간적 변화를 부여하기 때문이다. 이것으로써, 피처리체에 소정의 온도 이력을 부여하여, 원하는 열처리를 실행할 수 있다. 예를 들면, 피처리체가 외부로부터 가열실 내로, 혹은, 가열실 내로부터 외부로 반송되는 때에는, 피처리체는 급격한 온도 변화에 직면한다.

이 때 받는 열충격에 의해서, 피처리체에 결함이 생기는 등 잇따르는 열처리의 악영향 및 열처리된 피처리체의 제품 품질의 악영향이 염려되는 경우가 있어서, 통상은, 외부와의 경계 근처의 가열로 내의 온도 분포가 외부 온도에 대하여 완만하게 변화하도록 축열형 연소 장치의 가동 조건을 조정한다.

그러나, 열처리의 종류에 따라서는, 급격한 온도 구배를 외부와의 경계 근처의 가열실 내 및 그 이외의 가열실 내에 만들 필요가 있고, 또한, 그것을 회피하는 것이 운전 혹은 조업상 곤란한 경우도 있다.

가열실 내에 있어서의 온도 분포는, 원하는 도달 온도를 향해서 온도 구배를 만들 필요가 있는 경우, 개개의 축열형 연소 장치의 가동 조건을 조정한다. 가열실이 복수개의 단위 격실의 결합에 의해 구성되는 경우는, 단위 격실 마다 조정한다. 이들의 조정에는, 개개의 축열형 연소 장치의 가동 조건을 일정하게 유지하는 말하자면 정적 제어, 실외 혹은 실내 또는 단위 격실 내에 설치된 센서에 의해 온도 계측을 행하면서, 또는, 다른 축열형 연소 장치(예를 들어 인접하는 축열형 연소 장치)의 가동 상황을 감시하면서, 그 결과를 정(正)귀환 또는 부(負)귀환시키는 말하자면 동적 제어, 기타 정적 제어와 동적 제어의 조합이 있다. 이들의 제어에는 많은 경우, 컴퓨터가 이용되지만, 가능하다면, 또는 원시적인 장치를 이용하여 이들의 제어를 행하여도 상관없다.

본 발명의 경우, 원하는 온도 분포를 가열실 내에 만들기 위한 방법에 제한은 없다.

「부설」이라는 것은, 일반적으로, 가열실 내의 가스 또는 열교환에 제공되는 가스가 축열체를 통해서 이동 가능하게 되도록 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기를 배치하는 것을 의미한다. 또한, 한정하는 의도가 없이 구체적으로 설명하면, 「부설」이라는 것은, 가열실에의 연소 장치의 취부 방식의 일종이지만, 피처리체가 존재하는 곳, 구체적으로는, 가열실 내의 가스가 축열체를 통해서 이동 가능하게 되도록 연소 장치 또는 열교환기가 가열실 내에 취부되어 있다면, 그 방식을 불문하며, 또한, 가열실 내에 배치하는 피처리체와 축열체간의 거리의 대소 및 양자를 연결하는 가스 유로의 형태의 여하에 의하지 않고, 부설에 해당한다. 즉, 가열실이 형성하는 공간 내의 가스가 축열체를 통해서 이동 가능한 상태로 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기를 배치하는 것을 의미하며, 가열실이 형성하는 공간에 축열체가 면하도록 배치하는 경우는 물론, 가열실에 취부된 통기로(通氣路)가 형성하는 공간에 축열체가 면하도록 배치하는 경우도 포함하고, 또한, 연소 장치나 열교환기 본체의 일부 또는 전부가 가열실 벽면에 매설되는 형식으로 배치하는 경우, 혹은 연소 장치나 열교환기의 본체와 가열실이 배관 또는 통기로에 의해 접속하면서 배치하는 경우도 포함한다.

또한, 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기의 다공성 축열체를 통해 흐르는 가스의 흐르는 방향은, 일정하여도 역전되어도 상관없다. 예를 들면, 가열실에 부설된 축열형 연소 장치가 교번 연소하는 경우에서도, 가열실 외부의 가스가 가열실 내를 향해 흐르는 경우와 그 반대로 가열실 내의 가스가 외부를 향해 흐르는 경우에 있어서, 축열체 내의 가스 흐름의 방향이 역전할 필요는 없다. 가스 배관 및 그 변경을 연구하면, 축열체 내의 가스 흐름의 방향이 동일한 그대로, 또는 다른 방향으로 변경 혹은 반전시키는 일 없이, 가열실 외부로부터 가열실 내로 향한 가스의 유로(流路)나 축열체에 있어서의 가스의 통과 위치를 변경할 수 있기 때문이다. 열교환실에 부설되는 축열형 열교환기의 경우도, 동일 양상으로, 가스 배관 및 그 변경을 연구하면, 축열체 내의 가스 흐름의 방향이 동일한 그대로, 또는 다른 방향으로 변경 혹은 반전시키는 일 없이, 열교환실 외부로부터 열교환실 내로 향한 가스의 유로(流路)나 축열체에 있어서의 가스의 통과 위치를 변경할 수 있다.

복수개 있는 축열형 연소 장치 및/또는 축열형 열교환기의 배치 형식에 관해서는, 예를 들면, 피처리체의 이동 방향을 따른 어레이 형상의 배치 형식(예를 들면, 특개평 7-4853호, 특개평 8-210780호, 특개평 7-97617호), 가열실 내부 공간을 구성하는 벽면(통상은 노벽)에 당해 내부 공간을 포위하도록 배치하는 형식(예를 들면, 특개평 6-94368호), 가열실로부터 외부로 배출하는 가스의 통로 혹은 통로에 상당하는 별도 공간에(예를 들면, 특개소 53-120861호), 혹은 별도 공간에 따라 또는 당해 별도 공간을 포위하도록 배치하는 형식(예를 들면, 실용신안 등록 제3049065호, 특개평 7-280239호, 특개평 7-258740호)등이 있다. 또한, 어레이 형상의 배치 형식중에서도, 수개의 축열형 연소 장치 및/또는 축열형 열교환기의 군(群)(1개의 경우도 포함한다.)을 1 유닛(unit) 또는 1 존(zone)으로 하는 복수 유닛 또는 복수 존을 직렬 배치하는 형식도 있다(예를 들면, 특개평 6-200329호, 특개평 8-209234호, 특개평 6-238317호, 특개평 7-97617호, 특개평 8-159453호). 본 발명에서는 배치 형식을 이것들에 한정하는 것이 아니고, 예를 들어 버너의 화염축이 교차하는 배치 형식, 기타 여러 종류의 배치 형식을 넓게 포함한다.

7. 「열처리 설비」 및 「통로」:

「열처리 설비」로서는, 본 발명의 적용 가능성이 있는, 혹은, 본 발명의 적용이 배제되지 않는 전체의 노(爐)를 말한다. 예를 들면, 가열로(예를 들면, 특개평 6-238317호), 소각로(예를 들면, 특개평 10-197159호), 회(灰)용융로(예를 들면, 특개평 8-68519호), 용해로(예를 들면, 특개평 10-246585호), 열처리로, 작열로(灼熱爐) 및 용탕유지로(예를 들면, 특개평 8-128620호), 탈취로, 화학 반응로, 기타의 공업용로(예를 들면, 특개평 8-166123호, 특개평 8-166124호에 있어서의 공업로의 열거를 참조)가 이것들에 해당한다. 열처리의 종류에 상응한 열처리 설비의 종류가 생각된다.

단지, 본 발명에 관한 제15형태에 있어서는, 축열형 열교환기를 구비한 설비로서 한정하는 필요에서 단순히 열처리 설비를 문제로 하는 것도 있다는 점에는 주의를 요한다. 이 경우, 열처리 설비나 거기서 행해지는 열처리의 구체적 내용을 한정하는 의미는 아니다.

열처리 설비에는, 외부로부터 가열실 내에 피처리체가 반입되는 입구와 반입로(즉 피처리체가 반입되는 경로)가 설치되고, 열처리 설비가 구비하는 가열실에는 이 반입로와 직결되는 입구부(즉 입구 및 그 근방의 영역)가 존재하며, 또한, 가열실 내로부터 외부로 열처리가 시행된 피처리체가 반출되는 출구와 반출로(즉 출구 및 그 근방의 영역)가 존재하는 것이 있다.또한, 반입로나 반출로에는, 개폐문 내지는 개폐 장치가 설치되어 있어도 된다(예를 들면, 특개평 6-238317호). 이 경우, 반입로측의 문을 열어서 피처리체를 가열실로 향해 반입한 후, 이것을 닫아서 가열실을 외부와 차단하며, 또한, 반출로측의 문을 열어서 열처리가 시행된 피처리체를 외부로 반출한 후, 이것을 닫아서 가열실을 외부와 차단한다.

열처리 설비에는, 또한, 가열실 내와 외부를 연결하는 통기로(즉 기체가 통해서 흐르는 경로)가 설치되고, 가열실에는 이 통기로와 직결되는 통기로구(通氣路口)(즉 기체가 통해서 흐르는 경로중 가열실 내와 외부를 연결하는 출구 및 그 근방 또는 입구 및 그 근방의 영역)가 존재하는 것도 있다. 이러한 통기로의 예로서는, 가열실 내의 가스를 외부로 배기하기 위한 연돌(煙突), 연도(煙道) 내지는 덕트(duct)가 있다. 이 통기로는, 외부와 가열실을 적시에, 필요에 응답해서 접속하는 장치, 예를 들어 개폐문이나 개폐 밸브를 구비하고 있어도 좋다. 연돌등에 설치된 댐퍼(damper)에 의해서 적시에, 필요에 응답해서 외부와 가열실을 접속하고, 배기를 행하여 가열실의 가스압 내지 특정의 가스 분압을 제어하는 일도 있다(예를 들면, 특개평 6-238317호, 특개평 7-103361호, 특개평 8-210780호, 특개평 6-200329호).

또한, 피처리체의 반입로나 반출로는, 가열실과는 별도 공간을 구성하는 연도, 덕트등과 동일 양상으로, 가열실의 내부 공간과는 별도의 공간을 구성하고 있는 경우도 있다면(예를 들면, 특개평 8-210780호, 특개평 7-258740호, 특개평 8-135936호), 가열실의 내부 공간과 일체화 되어 있어서 변별할 수 없는 경우도 있다(예를 들면, 특개평 7-103659호, 특개평 6-200329호). 이러한 경우, 반입로나 반출로는 관념적으로는 상기할 수 있어도, 현실에서는 그 장소를 각별히 획정(劃定)하여 지적하는 것이 곤란하게 되며, 예를 들면, 외부로부터 가열실 내에 피처리체가 반입되는 입구와 가열실에 있게 될 입구부와는, 매우 근접하여 말하자면 서로 등을 맞댄 위치 관계로 된다. 가열실 내로부터 외부로 피처리체를 반출하는 출구와 가열실에 있게 될 출구부와의 관계도 동일 양상이다. 본 발명에서는, 반입로나 반출로를 현실적으로 획정할 수 있거나, 이것들을 관념적 뿐만으로 상기할 수 없는 가를 불문한다.

「통로」라는 것은 물질 또는 물체가 통과하는 경로이고, 「통로구」라는 것은, 복수의 공간을 횡단하는 통로에 있어서, 하나의 공간과 그것과는 별도의 공간을 연결하는 출구 또는 입구이다. 상술한 반입로, 반출로 및 통기로 및 입구부, 출구부 및 통기로구는, 그것들의 기능을 감안해서, 각각, 넓게는 통로 및 통로구에포함된다고 말할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 특별히 명기하여 구별하지 않는 한, 통로라는 것은 반입로, 반출로 및/또는 통기로를, 통로구라는 것은 입구부, 출구부 및/또는 통기로를 포함하는 것으로 한다.

8. 「피처리체」 및 「물체」:

본 발명에 있어서, 피처리체 및 물체는, 특별히 명기하여 구별하는 경우를 제외하고, 양자와 함께 열처리를 실행해야하는 또는 실행한 대상물을 의미한다. 이러한 피처리체 및 물체로서는, 금속 광석, 슬래브(slab), 빌릿(billet)등의 강편(鋼片)(예를 들면, 특개평 7-258740호, 특개평 8-143949호), 금속 스트립(strip)(예를 들면, 특개평 8-159664호, 특개평 7-102326호), 강재(예를 들면, 특개평 7-97617호, 특개평 6-200328호), 소각회(燒却灰)(예를 들면, 특개평 8-261421호), 하수 오니(汚泥)(예를 들면, 특개평 7-280239호, 특개평 7-280475호), 유리(예를 들면, 특개평 6-94368호, 특개평 8-208240호), 세라믹스, 플라스틱, 부엌 쓰레기, 목재, 기타 가연성 폐기물을 예시할 수 있으나, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 배기 가스 중에 포함되는 유해 물질이나 악취 물질 또는 비 방향 물질, 기타 물질을 제거하기 위하여 당해 배기 가스에 대하여 어떠한 열처리를 실행하는 경우에는, 당해 배기 가스가 피처리체 내지 물체에 상당한다.

9. 「다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경」:

「다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경」이라는 것은, 본 명세서에 있어서 각별히 정의한 용어이며, 상세하게는 후술한다.

10, 「동일하지 않다」:

다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 「동일하지 않다」라는 것은, 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너 혹은 축열형 열교환기 또는 그 군(群)이 적어도 2개 있는 경우, 따라서, 상이한 직화식 버너 또는 열교환기에 내장되는 다공성 축열체 또는 그 군(群)이 복수개 있는 경우에 있어서, 한 쪽의 직화식 버너 혹은 열교환기에 내장되는 다공성 축열체 또는 그 군(群)과 다른 쪽의 직화식 버너 혹은 열교환기에 내장되는 다공성 축열체 또는 그 군(群)과를 비교한 경우, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 단일 값이 아닌 것을 의미한다. 구체적으로는 다음과 같이 설명할 수 있다.

상이한 직화식 버너 또는 열교환기에 내장되는 다공성 축열체가 2개 있는 경우는, 당해 2개의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 상이한 것을 의미한다.

상이한 직화식 버너 또는 열교환기에 내장되는 다공성 축열체가 3개 이상(M개) 있는 경우는, M개 전부의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 단일 값이 되지 않는 것을 의미하며, 다음의 경우가 이것에 해당한다.

N개(0〈N〈M-1)의 다공성 축열체는 공통의 실질적 평균 표층공 직경의 값을 취하지만, 남은 (M-N)개의 다공성 축열체는 그것과는 상이한 공통의 값을 취하는 경우.

M개의 다공성 축열체가, 상이한 실질적 평균 표층공 직경의 값을 취하는 P개(2〈P〈M)의 군(群)으로 나누어지는 경우(어떤 값을 취하는 다공성 축열체가 1개만의 경우도 1개의 군으로 계산한다).

M개의 다공성 축열체의 전부가 상호 상이한 실질적 평균 표층공 직경의 값을 취하는 경우.

이상의 설명에 관하여, 한정하는 의도 없이 설명한다면, 상이한 직화식 버너 또는 열교환기에 속하는 다공성 축열체가 복수개 있고, 그 내부에, 실질적 평균 표층공 직경이 다른 것보다도 작거나 또는 큰 다공성 축열체가 존재하게 된다면, 본 발명에 있어서, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 「동일하지 않다」라고 말할 수 있다.

따라서, 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너, 이러한 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치, 다공성 축열체를 내장하는 축열형 열교환기의 의미를 감안해서, 실질적 평균 표층공 직경이, 어떤 직화식 버너의 쪽이 다른 직화식 버너보다도 큰 경우, 및 어떤 축열형 연소 장치의 쪽이 다른 축열형 연소 장치보다도 큰 경우, 또는, 어떤 축열형 열교환기의 쪽이 다른 축열형 연소 장치보다도 큰 경우는, 「동일하지 않은」경우에 포함된다. 또한, 교번 연소를 하는 한 쌍의 직하식 버너를 구비한 축열형 연소 장치에 있어서, 한 쪽의 직화식 버너가 내장하는 다공성 축열체와, 다른 쪽의 직하식 버너의 그것과 비교할 때, 실질적 평균 표층공 직경이 상이한 경우도, 「동일하지 않다」의 정의에 포함된다.

이어서, 본 발명을 한정하는 의도 없이 보다 구체적으로 설명하기 위해서, 직화식 버너 또는 축열형 연소 장치를 구비한 열처리 설비에 관하여, 가열로를 하나의 예로 하여, 이것을 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 가열로 나타내는 개략 종단면도, 도 2는, 가열로를 나타내는 개략측단면도, 도 3은, 상부 버너를 나타낸 가열로를 나타내는 개략 평면도, 도 4는, 하부 버너를 나타낸 가열로 나타내는 개략 측면도이다.

도 1에 있어서, (1)은 가열로 본체, (2a, 2b)는 직화식 버너, (3a, 3b)는 축열체, (4a, 4b)는 연료 차단 밸브, (5)는 연료 공기의 공급과 연소 배출 가스의 흡인을 변경시키기 위한 4방향 밸브, (6)은 연소 배출 가스 배기구, (7)은 후강판등의 피처리체이다.

한 쪽의 버너(2a)가 연소 상태에 있는 경우에, 축열체(3a)에 공급되는 연소 공기의 온도는 예를 들면, 30℃이고, 그것이 축열체(3a)에 의해 가열되어서, 1250℃의 예열 공기로 되어 버너(3a)에 공급된다. 예열 공기는, 연소 가스와 함께 연소하여 가열로 본체(1) 내에 공급된다. 또한, 연소 배출 가스의 일부는, 버너(3b)를 경유하여 1350℃의 온도로서 축열체(3b)에 흡인되어서, 축열체(3b)를 가열하여 200℃의 연소 배출 가스로서 배기된다. 또한, 잔여 연소 가스는, 배기구(6)에서 노 밖으로 배기된다. 버너(2a, 2b)의 절환은, 연료 차단 밸브(4a, 4b)와 연소 공기 및 연소 배출 가스 절환 4방향 밸브의 절환과 연동하여 행해진다. 또한, 버너(2a, 2b)를 절환하는 주기(교번 주기)는, 약 10초로부터 30초 정도의 높은 주기가 바람직하나, 이것에 한정되는 것은 아니다.

이 종류의 가열로에는, 단시간에 축열과 방열을 반복하여서 되는 폐열 회수 시스템이 조합되고, 축열체(3a, 3b)를 설치함으로써, 열 회수 효율을 높인다.

축열체(3a, 3b)는, 단위 면적당 열 교환 면이 크고, 동시에, 가스 통과 면적이 크며, 또한, 유체 통과시 압력 손실이 작은 구조체가 바람직하다. 예를 들면,하니컴 형상 구조체가 적합하다. 이러한 이유로부터 직화식 버너의 축열체에는, 하니컴형 축열체가 이용된다. 또한, 하니컴형 축열체의 재질은, 예를 들면, 1300℃이상의 고온 연소 가스가 통과하기 위하여, 고온에서 용융되지 않는 세라믹이 이용된다. 이러한 세라믹 하니컴은, 압출하여 성형한 재료를 소결함으로써 제조된다. 따라서, 세라믹 하니컴에 의한 축열체는, 하니컴의 단면 형상이 유로 방향에서 일정하다.

도 2로부터 도 4에 나타낸 가열로는, 상기 버너가 피처리체의 통로를 사이에 끼워서 상하로 2단 설치되어 있는 것이고, A1로부터 A19가 상부 버너, B1로부터 B19가 하부 버너이다. A1로부터 A3 및 B1로부터 B3의 영역이 제1예열대, A4로부터 A8 및 B4로부터 B8의 영역이 제2예열대, A9로부터 A13 및 B9로부터 B13의 영역이 가열대(加熱帶), 그리고, A14로부터 A19 및 B14로부터 B19의 영역이 균열대(均熱帶)로 되어 있다. 또한, 도 3에 나타낸 연도(煙道)는, 상기 연소 배출 가스 배기구(6)이고 댐퍼에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 가열로의 전형적인 예는, 철강용 가열 설비이며, 특히 고로(高爐)의 부생(副生) 가스를 연료로서 사용하는 설비가 최적이다.

이어서, 본 발명의 원리에 관하여 설명한다.

본 발명에서는, 눈막힘 원인 물질이 부착하기 쉬운 영역에 배치하는 직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기가 지니는 다공성 축열체의 형태를 연구하여 구성하고, 이것이 부착하기 어렵거나 혹은 부착하여도 눈막힘 현상이 나타나지 않도록 한다. 이 때문에, 눈막힘 현상에 기인하는 여러가지 문제의 발생을 방지 또는 억제할 수 있다.

다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너, 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기를 복수개 구비한 열처리 설비에 있어서 피처리체에 열처리를 실행하는 경우, 또는, 축열형 열교환기를 복수개 구비한 열처리 설비에 있어서 열교환실에 가스를 통류(通流)하여 열교환을 행하는 경우에, 다공성 축열체 전부에서 균일하게 눈막힘 현상이 진행하는 의미가 아니다. 본 발명은, 이러한 식견에 근거하여 이루어진 발명이다. 즉, 직화식 버너, 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기가 내장하는 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 전부 동일하게 되지 않도록 하여서, 눈막힘 현상이 상대적으로 일어나기 쉬운 영역에 배치하는 다공성 축열체에 대하여 눈막힘 현상이 전체로서 지연되도록 한다.

예를 들면, 외래성 목적외 물질이 유입되는 통로구에 가까운 영역(본 발명에 관한 제4, 제7 및 제9형태에서는 「제1영역」이라 한다. 본 발명에 관한 제5형태에서는 「제1영역」 및 「제2영역」이라 한다.)에 배치하는 직화식 버너는 축열형 열교환기가 구비하는 다공성 축열체의 쪽이 그렇지 않은 영역(본 발명에 관한 제4, 제7 및 제9형태에서는 「제2영역」이라 한다. 본 발명에 관한 제5형태에서는 「제3영역」이라 한다.)에 배치하는 것보다도 눈막힘 현상의 진행이 빠르다.이것은 필시 눈막힘 현상을 제일 조장하는 원인 물질이, 외래성 목적외 물질이고, 계속해서 내래성 목적외 물질인 때문에, 및/또는, 통로구 근방에서는 외부와 열처리 설비 내부와의 온도차가 크고, 내래성 목적외 물질이 발생하기 쉽기 때문일 것이다.

또한, 직화식 버너 또는 축열형 열교환기가 부설된 가열실에 있어서는, 피처리체가 외부로부터 반입되는 입구부에 가까운 영역(본 발명에 관한 제5형태에서는 「제1영역」이라 한다.)의 쪽이 이것이 반출되는 출구부에 가까운 영역(본 발명에 관한 제5형태에서는 「제2영역」이라 한다.)보다도, 각각의 영역에 배치하는 직화식 버너 또는 축열형 열교환기가 지니는 다공성 축열체에 있어서의 눈막힘 현상의 진행이 빠르다. 이것은 필시 가열실 내의 가스 흐름이 입구부로부터 출구부를 향해 흐르기 때문에 입구부의 쪽이 출구부보다도 외래성 목적외 물질이 유입되기 쉽기 때문일 것이다. 이들 2개의 영역 어디에도 속하지 않은 영역(본 발명에 관한 제5형태에 있어서의 「제3영역」에 상당한다.)이 설정될 수 있는 경우는, 이들 2개의 영역의 쪽이 남은 영역보다도 눈막힘 현상의 진행이 빠르게 된다. 이 「남은 영역」이 설정 될지 어떨지는, 가열실의 형태(특히, 통로를 구성하는 길이, 실내 가스의 유속에 변화를 주는 구조, 혹은 실내에서 급격한 온도차를 주는 구조의 유무), 출구부나 입구부 이외에 통로구가 존재하는지 어떤지 등에 의해 다르며, 결국은 열처리 설비의 종류, 특징, 기타 조건에 의해서 다르다.

열처리 설비가 구비하는 가열실을 향해서 그 외부로부터 가스가 유입되는 경우에는, 그 가스 흐름을 따라서 배치하는 직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기가 내장하는 다공성 축열체의 눈막힘 현상은, 상류에 배치하는 것일수록 발생하기 쉽다. 이것은, 외래성 목적외 물질의 밀도가 상류일수록 높은 때문이라고 생각된다. 이러한 가스 흐름의 상류와 하류에 있어서의 눈막힘 현상의 진행도의 상위(相違)는, 정도의 차이는 있으나, 가열실의 존재 여부에는 무관계이며, 열교환실에 복수개 부설된 축열형 열교환기에 있어서도 생긴다.

열처리 설비가 구비하는 가열실로부터 그 외부를 향해 가스가 유출하는 경우에는, 그 가스 흐름을 따라서 배치하는 직화식 버너 또는 축열형 열교환기가 구비하는 다공성 축열체의 눈막힘 현상은, 상류에 배치하는 것일수록 발생하기 쉬운 경우가 있다. 이것은, 외래성 목적외 물질에 추가해서 내래성 목적외 물질의 밀도가 상류, 즉, 가열실측의 쪽이 높은 때문이라고 생각된다.

기타 원인으로서 생각되는 것은, 온도차 이다. 입구부와 출구부의 각각의 가까운 영역은, 외부와의 온도차가 큰 영역이지만, 입구부에서는 내부의 고온 가스가 외부를 향해 배출된다고 말하는 것보다는 오히려 저온의 외기가 열처리 설비 내로 들어오지만, 역으로 출구부에서는 외기가 들어온다고 말하는 것보다는 외부를 향해 고온 가스가 배출된다. 그 때문에, 내래성 목적외 물질의 발생의 원인이 되는 온도차는 입구부 쪽이 크다. 이 결과, 입구부에 가까운 영역의 눈막힘 현상의 진행이 빠르게 된다고 생각된다.

단지, 열처리 장치 내에 있어서도 다공성 축열체의 눈막힘 현상의 진행 속도에 차이가 생기는 경우가 있다. 후술하는 바와 같이, 열처리 장치 내, 특히 가열실 내의 온도 프로파일이 급격히 변동하고, 상대적으로 큰 온도차가 생기고 있는 위치(예를 들면, 강재의 연속식 열처리 장치에 있어서는 예열 영역과 가열 영역과의 경계 위치, 혹은, 가열 영역과 균열(均熱) 영역과의 경계 위치) 또는 근방의 영역에 배치하는 직화식 버너 또는 축열형 열교환기가 구비하는 다공성 축열체에서는, 그렇지 않은 것보다도 상대적으로 눈막힘 현상의 진행이 빠르다. 이것은, 비록 열처리 장치 내에서도 온도차가 크게 된다면 내래성 목적외 물질이 발생하기 때문일 것이다. 필요하면, 온도차가 큰 장소는, 입구부나 출구부만이 아니고, 가열실 내 혹은 열처리 설비 내에도 용인된다.

다공질 축열체에 있어서 눈막힘 현상의 또다른 원인으로서 생각되는 것은, 중력이다. 가열실 내에서는 가스 흐름이 형성되어 있어서 미립자 또는 그렇지 않드라도 경량의 목적 물질은, 가스압에 의해 불어 날리고, 여러 방향으로 비산된다고 추정된다. 그러나, 외래성 및 내래성인 목적외 물질은, 크건 작건 중력이 작용하고 있기 때문에, 가열실의 존재 여부에 불구하고, 중력의 작용에 의해 기본적으로 위로부터 아래로 이동하는 경향이 있다. 따라서, 보다 하부에 배치하는 다공성 축열체 일수록 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 것으로 된다. 예를 들면, 도 2로부터 도 4에 나타낸 가열로에서는, 동일 수평 위치에 있는 것이라면, 상부 버너보다 하부 버너의 쪽이 다공성 축열체의 눈막힘 현상이 일어나기 쉬운 것으로 된다.

또한, 어느 종류의 열처리 설비(예를 들면, 쓰레기 소각로 설비)에서는, 축열식 버너 또는 축열형 열교환기가 구비하는 다공성 축열체의 눈막힘 현상에의 기여는, 외래성 목적외 물질보다도 내래성 목적외 물질의 쪽이 크다. 이것은, 외부보다도 훨씬 온도가 높은 소각로의 가열실에서 발생하는 목적외 물질의 양(量)이 팽대(膨大)하고 동시에 그것이 소(미)립상으로 되어 있기 때문에 완전 제거는 어려우며, 따라서, 눈막힘 원인 물질로서는, 내래성 목적외 물질의 쪽이 외래성 목적외 물질보다도 양적으로 상회하기 때문이라고 생각된다. 이러한 경우에 있어서도, 보다 고온측 또는 가스의 통류 방향의 상류측에 배치하는 다공성 축열체일수록 눈막힘 현상이 일어나기 쉬운 것이어서, 본 발명이 의도하는 열처리 설비이다.

또한, 외래성 및 내래성 목적외 물질 이외의 눈막힘 원인 물질인 부산물은, 기본적으로, 외래성 및 내래성 목적외 물질이 눈막힘 현상을 일으키는 다공성 축열체에서 눈막힘 현상의 원인이 된다. 따라서, 통로구에 가까운 영역, 가스 흐름의 상류 영역, 큰 온도차가 생기고 있는 영역, 가스 흐름의 온도가 보다 높은 영역, 큰 온도차가 생기고 있는 영역, 입구부보다도 출구부에 가까운 영역등에서, 외래성 및/또는 내래성 목적외 물질과 함께 눈막힘 현상의 진행을 조장한다.

이렇게 하여, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 전부 동일하게 되지 않도록 한다면, 통상의 경우보다도 눈막힘 현상이 일어나기 어렵게 할 수 있다.

이상, 본 발명의 원리를 정리하여 눈막힘 현상이 일어나기 쉬운 영역을 구체적으로 특정한다면, (1) 외부를 향해 개구하고 있는 또는 개구되는 통로가 있는 영역 및 가파른 온도 구배가 인가되는 영역, (2) 가스 흐름에 의해 목적외 물질이 반송되는 경우, 그 가스 흐름보다 상류에 위치하는 영역 또는 보다 고온의 가스가 흐르는 영역, 및 (3) 목적외 물질이 자연 법칙에 따라 이동하기 쉬운, 연직 방향에서 보다 하방에 위치하는 영역, 이라고 말할 수 있게 된다. 또한, (1) 및 (2)에 관하여는, 예를 들어 가스 흐름 방향이라는 관점에 착목한다면, 가스 흐름의 최상류 및 최하류의 영역은, 외부를 향해 개구하고 있는 또는 개구할 수 있는 영역이고, 외부 온도와 비교하여 고온이며 온도 구배가 급격히 변화하는 경향이 있어서, 정의상 중복하는 경우가 있다. 또한, (2)에 관하여는, 소각로 설비로부터 축열형 열교환기를 이용하여 열(熱) 회수를 하기도 하고, 그 열원으로서 축열식 버너를 사용하는 경우에는, 소각로의 가열실에서 발생하는 내래성 목적외 물질을 양적으로 상회하여, 눈막힘 현상에의 기여가 상대적으로 많게 되는 경우가 있다. 이 경우에는, 가스의 흐름 상류에 있는지의 여부에 불구하고, 가스 흐름의 온도가 보다 높은 측의 쪽이, 눈막힘 현상이 일어나기 쉽다. 그 때문에, (2)는, 가스 흐름의 방향을 따라 보다 상류측의 영역과 보다 고온측의 영역이 일치하는 경우가 있다. 또한, (1)의 통로구는, 입구부, 출구부, 및 이들 이외의 통로구로 나누어지지만, 입구부 및 이것들에 가까운 영역, 출구부 및 이것들에 가까운 영역, 및 이것들 이외의 통로구 및 이것들에 가까운 영역의 순으로 눈막힘 현상이 일어나기 쉽다.

또한, 축열형 연소 장치가 교번 연소하는 1쌍의 직화식 버너로 구성되는 경우, 및 1쌍의 다공성 축열체를 가스가 그 통류 방향을 교호로 변경하면서 열교환을 행하는 축열형 열교환기, 혹은, 교번 연소하는 1쌍의 축열형 연소 장치에 있어서는, 하나의 축열형 연소 장치, 축열형 열교환기 또는 1쌍의 축열형 연소 장치 내에 적어도 2개의 다공성 축열체가 존재하는 것으로 된다. 이것들 적어도 2개(특히 2개만)의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 상이한 경우도, 본 발명에 포함되고, 배제되지 않는 다는 것을 설명하여 둔다.

도 25(a)∼ 도 25(b)에 있어서, C1과 C1의 쌍, C2와 C2의 쌍, D1과 D1의 쌍, D2와 D2의 쌍은, 각각, 가열실이나 가열실 이외의 공간(예를 들어 열교환실)에 부설된 교번 연소하는 1쌍의 직화식 버너, 가스가 번갈아 방향을 변경하여 흐르는 1쌍의 열교환기 또는 교번 연소하는 1쌍의 축열형 연소 장치이다. 도 25(a), (b)에 있어서, X방향은, 통로구측, 통류하는 가스의 상류측 또는 고온측이고, Y방향은,통로구측으로부터 보다 이격된 영역측, 통류하는 가스의 하류측 또는 저온측을 나타낸다. 도 25(a)에 있어서, C1과 C1의 쌍 및 C2와 C2의 쌍은 동일측(우측 또는 좌측의 어느 한쪽)에 배치하지만, 도 25(b)에 있어서는, C1과 C1의 쌍 및 C2와 C2의 쌍은 대향측(우측과 좌측)에 배치한다. 도 25(c)에 있어서, D1과 D1의 쌍 및 D2와 D2의 쌍은 동일측(우측 또는 좌측의 어느 한쪽)에 배치하지만, 상부실과 하부실로 나누어 배치한다. 도 25(d)에 있어서는, D1과 D1의 쌍 및 D2와 D2의 쌍은 대향측(우측과 좌측)에 배치함과 동시에, 상부실과 하부실로 나누어 배치한다.

본 발명에 의하면, 도 25(a), 도 25(b)에 있어서의 X측의 C1 및 C2의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경과, Y측의 C1 및 C2의 그것을 상이하도록 설정한다. 특히, 전자의 실질적 평균 표층공 직경을 후자의 그것 보다도 크게 설정한다. 또한, 본 발명에 의하면, 도 25(c), 도 25(d)에 있어서의 하부실에 부설된 D1 및 D2의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경과, 상부실에 부설된 D1 및 D2의 그것을 상이하도록 설정한다. 특히, 전자의 실질적 평균 표층공 직경을 후자의 그것 보다도 크게 설정한다.

도 26에 있어서, 상부실 및 하부실의 X,Y방향에 부설된 E1(상부실의 우측)과 E1(하부실의 좌측)의 쌍, E2(하부실의 우측)와 E2(상부실의 좌측)의 쌍, F1(상부실의 좌측)과 F1(하부실의 우측)의 쌍, F2(하부실의 좌측)와 F2(상부실의 우측)의 쌍은, 각각, 가열실이나 가열실 이외의 공간(예를 들어 열교환실)에 부설된 교번 연소하는 1쌍의 직화식 버너, 가스가 번갈아 방향을 변경하여 흐르는 1쌍의 열교환기 또는 교번 연소하는 1쌍의 축열형 연소 장치이다. 이 도면과 같이 다공성 축열체를 배치하고, 이것들 4쌍의 다공성 축열체가 존재한다고 하는 모식적(模式的) 상황을 생각한다면, 본 발명에 의하면, 상부실 및 하부실의 각각에 있어서, X측의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경과, Y측의 그것과를 상이하도록 설정한다. 특히, 전자의 실질적 평균 표층공 직경을 후자의 그것 보다도 크게 설정한다. 또한, 하부실에 부설된 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경과, 상부실에 부설된 그것을 상이하도록 설정한다. 특히, 전자의 실질적 평균 표층공 직경을 후자의 그것 보다도 크게 설정한다. 이 결과, 도 26(c)(도 26(a)에 있어서의 단면 S-S)에 있어서의 E2, F2의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 제일 크게 설정되고, 도 26(d)(도 26(b)에 있어서의 단면 T-T)에 있어서의 E2, F2의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 제일 작게 설정되는 것으로 된다.

이것들 (1) 내지 (3)의 3 종류의 영역의 조합에 의해 눈막힘 현상이 발생하기 쉬운 영역은 또한 세밀하게 나눌 수 있으나, 본 발명은, 다음에서 설명하는 바와 같이, 이러한 조합에 의한 영역을 그 기술적 범위로부터 배제하는 것은 아니다. 발명의 카테고리에 상위(相違)만은 있지만, 대략 언급해서, 본 발명에 관한 제1 내지 제9형태는, 가열실을 구비하는 열처리 설비에 있어서 상기 (1)에 상당하고, 제3, 제7 및 제9형태는, 상기 (1)을 보다 구체적으로 특정한 것, 그리고 제4 및 제5형태는, 그것을 또한 구체적으로 특정한 것에 상당한다. 본 발명에 관한 제10 내지 제13형태는, 가열실이나 가열실 이외의 공간(예를 들어 열교환실)을 구비하는 열처리 설비에 있어서 상기 (2)에 상당하고, 제12형태는, 그것을 구체적으로 특정한 것에 상당한다. 본 발명에 관한 제14 내지 제13형태는, 전자가, 가열실을 구비하는 열처리 설비에 있어서 상기 (3)에 상당하고, 후자가, 가열실, 열교환실등의 존재 여부에 불구하고 상기 (3)에 상당한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 영역에 있어서, 축열식 버너, 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기가 내장하는 다공성 축열체에 있어서의 당해 현상을 해소 또는 억제할 수 있다. 상세하게는, 제1 내지 제5형태(현 청구항1 내지 청구항5에 각각 대응)에 의하면, 가열실 내의 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 영역에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 직화식 버너 또는 축열형 연소 장치를 구비하는 열처리 설비를 실현할 수 있으며, 제6 및 제7형태(현 청구항6 및 청구항7에 각각 대응)에 의하면, 열처리 설비가 구비하는 가열실 내의 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 영역에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 직화식 버너 또는 축열형 연소 장치가 내장하는 다공성 축열체의 설치 방법을 실현할 수 있다. 제8 및 제9형태(현 청구항8 및 청구항9에 각각 대응)에 의하면, 가열실 내의 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 영역에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 직화식 버너 또는 축열형 연소 장치를 구비하는 열처리 설비를 이용하여 열처리를 실시한 물체를 제조하는 방법을 실현할 수 있다.

본 발명에 관한 제10 및 제11형태(현 청구항10 및 청구항11에 각각 대응)에 의하면, 가스 흐름이 형성되는 가열실, 열교환실, 기타의 공간 내의 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 영역(특히 제11형태에서는, 가스 흐름의 보다 상류측 영역)에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 축열형 열교환기를 구비하는 열처리 설비를 실현할 수 있고, 제12형태(현 청구항12에 대응)에 의하면, 가스 흐름이 형성되는가열실, 열교환실, 기타의 공간 내의 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 영역에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 축열형 열교환기가 내장하는 다공성 축열체의 설치 방법을 실현할 수 있다. 제13형태(현 청구항13에 대응)에 의하면, 가스 흐름이 형성되는 가열실, 열교환실, 기타의 공간 내의 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운 영역(특히 제11형태에서는, 가스 흐름의 보다 상류측 영역)에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 축열형 열교환기를 구비하는 열처리 설비를 이용하여 열처리를 실시한 물체를 제조하는 방법을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 제14 및 제15형태(현 청구항14 및 청구항15에 각각 대응)에 의하면, 눈막힘 현상을 일으키기 쉬운, 연직 방향의 보다 하부 영역(특히 제14형태에서는, 가열실 내의 영역)에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 축열형 열교환기를 구비하는 열처리 설비를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 제16형태(현 청구항16에 대응)에 의하면, 눈막힘 현상이 일어나기 쉬운 영역에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵게 되는 다공성 축열체의 선정 방법을 실현할 수 있다.

본 발명에 관한 제17 내지 제19형태(현 청구항17 내지 청구항19에 각각 대응)에 의하면, 눈막힘 현상이 일어나기 쉬운 영역에 있어서, 당해 현상이 일어나기 어렵도록 선정되어 사용된 다공성 축열체의 구성 부재로 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 눈막힘 현상이 상대적으로 일어나기 쉬운 영역에 있어서, 다공성 축열체에 있어서의 눈막힘 현상을 방지 또는 그 진행을 억제할 수 있어서, 다공성 축열체에 있어서의 눈막힘 현상의 진행 및 현재화(顯在化)를 열처리 장치 또는 그 운전·조업 전체로서 지연시킬 수 있고, 또한 다공성 축열체의 수명 연장 및 교환 주기의 연장에 의해, 축열식 버너 혹은 축열형 연소 장치의 연소 효율 또는 축열형 열교환기의 열교환율, 나아가서는 이것들을 구비하는 열처리 설비의 운전 효율을 높은 상태로 유지하고, 열처리 설비의 정비 작업에 관련하는 설비 관리 비용의 저감(低減)을 도모할 수 있다. 특히 본 발명에 관한 제17 내지 제19형태에 의한 경비 삭감 효과는 높다.

이어서, 본 발명의 실시예에 의해 또한 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은, 본 발명에 관한 열처리 설비의 일종인 가열로의 개략 종단면도 및 개략 횡단면도이다.

도 2에 있어서, 물체의 반입용 개폐문과 반출용 개폐문 근방의 가열실의 영역이, 각각, 입구부 및 출구부에 상당한다. 반입용 개폐문 및 반출용 개폐문은, 각각, 외부로부터 물체가 입구부를 향해 반송되는 경우 및 출구부로부터 외부로 반송되는 경우에만 열며, 그 이외의 경우는 통상 닫혀 있다.

가열실은 결국 가열로의 핵을 이루며, 상부 버너 A1으로부터 A19에 구성되는 상부로와 하부 버너 B1으로부터 B19에 구성되는 하부로 로서 나눌 수 있다. 상부로 및 하부로는, 도 2 및 도 3에서 나눈 바와 같이, 상부 버너 및 하부 버너의 각각 19개의 쌍으로 구성되어 있다. 도 2 및 도 3에 나타나 있는 제1예열대, 제2예열대, 가열대, 균열대(均熱帶)의 4개의 영역은, 처리 조건의 상위(相違), 특히 도면중에 예시한 상부로 및 하부로 각각에 있어서의 입열(入熱) 조건에 의해 실현된다. 이것들 4개의 영역의 각각을 격실(隔室)로 생각하면, 이 가열로에 있어서의 가열실은,4개의 격실로 구성되어 있다고 생각할 수 있으면, 4개의 가열실이 연결되어 있다고 생각할 수도 있다.

또한, 도 2 내지 도 4는 직화식 버너의 화염 방향(버너축)이, 물체의 이동 방향에 대하여 수직의 경우를 예시하고 있으나, 버너축이 물체의 이동 방향에 대하여 평행한 경우(예를 들면, 특개평 8-210780호, 특개평 7-97619호)를 본 발명에 있어서 배제하는 취지는 아니다. 본 발명은, 버너축이, 물체의 이동 방향에 대하여 비(非) 수직의 경우도 포함한다.

우선, 실질적 평균 표층공 직경에 관하여 설명한다. 상세한 것은 이하에서 설명하지만, 본 발명에 있어서의 실질적 평균 표층공 직경이라는 것은, 눈막힘 현상을 가능한 한 객관적으로 판단하기 위하여 정의되는 평가 지표이다. 본 발명을 한정하는 의도가 아니고, 알기 쉽게하기 위해 구체적으로 언급하면, 실질적 평균 표층공 직경이라는 것은, 다공성 축열체의 표면으로부터 일정한 깊이까지 범위의 표층에서 정의되는, 당해 축열체가 갖는 구멍(의사공을 포함한다.)의 크기에 관한 것이다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 개선하여 후술하지만, 버너가 구비하는 다공성 축열체를 통과하는 가스의 압력 및 압력 손실의 변화에 의해서 눈막힘 현상의 진행과 상관 관계를 갖는 파라미터도, 일견하여 축열체가 갖는 구멍의 크기와는 무관계이지만, 실질적 평균 표층공 직경의 정의로부터 배제되지 않는다.

다공성 축열체의 눈막힘 현상이라는 것은, 그 발생 과정은 여러가지 있다고 생각되지만, 1차적으로는, 목적외 물질의 구멍 내부로의 부착에 의한 폐색(閉塞) 현상이라고 하면 된다. 이러한 폐색 현상은, 장기간에 걸쳐 관측하면 축열체 내의구멍 내부 전역에 걸쳐서 일어나는 현상이라고 말할 수 있다. 그러나, 실제의 눈막힘 현상은, 다공성 축열체의 표면으로부터 일정한 깊이까지의 표층에서 현저하게 발생하고, 구멍 내부 전역에 걸칠 정도의 눈막힘 현상이 진행되는 때에는 이미 사용에 견딜 수 없을 정도로 표층 부분의 눈막힘 현상이 진행되어 있다. 사용에 견딜 수 없을 정도의 눈막힘 현상이 진행되어 있는지 어떤지는, 실제 문제로, 이 표층은, 축열체 표면으로부터 수 cm에서 10cm의 범위에서 이것들을 정하면 충분하다. 눈막힘 현상의 발생 유무를 알기 위한 것 만이라면, 수 cm 정도 혹은 3cm∼4cm의 얇은 표층을 설정하면 좋고, 축열체의 수명을 장기간에 걸쳐 평가하는 경우에는, 10cm에 미치는 두꺼운 표층을 설정하며, 거기에서 일어나는 눈막힘 현상을 검토하면 된다. 단, 조건에 따라서는, 수 10cm에 및 두꺼운 표층을 설정할 필요가 있는 가능성을 배제하는 것은 아니다. 예를 들면, 스케일 비래물(飛來物)이 주된 눈막힘 원인 물질인 경우는, 축열체 상부의 고온측에서 눈막힘 현상이 일어나기 때문에, 표층으로부터 수 센티(예를 들어 2cm∼3cm)로서 실질적 평균 표층공 직경을 설정하면 충분하다. 축열체와 목적외 물질과의 반응에 의해 생성되는 부산물이 눈막힘 현상의 주된 원인인 경우는, 표층으로부터 10cm 정도로서 그것을 설정한다. 축열체의 저온부에 있어서(그러므로 축열체 하부), 가스화된 목적외 물질의 결로(結露)가 무시될 수 없는 경우는, 그 저온부를 포함하는 정도의 두꺼은 표층을 설정할 필요가 있고, 예를 들면, 수 cm∼10cm 혹은 그 이상으로서 실질적 평균 표층공을 설정한다.

복수개의 구성 부재가 적층되어 하나의 다공성 축열체를 구성하고 있는경우(축열체 내의 가스 통류 방향을 따라서, 구성 부재의 재질을 의도적으로 변경시키는 경우를 포함한다.)는, 상기와 같이 설정한 표층 두께 범위 내에 존재하는 구성 부재를 몇개 샘플링하여, 실질적 평균 표층공 직경을 구해도 상관 없다. 예를 들면, 높이가 2.5cm의 하니컴 구성 부재가 다단으로 적층되어 이루는 하니컴형 축열체의 상부(고온측)로부터 1단째(2.5cm) 또는 2단째(5cm)의 하니컴 구성 부재를 채취하여서, 실질적 평균 표층공 직경을 구한다.

요컨대, 눈막힘 현상의 정도 및 그 내용, 착목하는 눈막힘 원인 물질의 종류, 축열체 구성 부재의 단(段) 조립 상태등을 고려하여, 개별적으로 표층의 두께를 설정하여, 실질적 평균 표층공 직경을 정의하는 것으로 된다.

그런데, 사용할 수 없을 정도의 눈막힘 현상이 진행된 상태라는 것은, 목적외 물질의 부착에 의해 구멍이 완전히 폐색되어 있는 상태는 아니고, 그 이전의 어느 수준에 도달하는 정도의 구멍의 폐색 상태이다. 여기서, 구멍의 폐색이 진행되면 축열체 내를 통류하는 가스의 압력은 상승하고, 열처리 설비의 안정·안전 운전상 문제가 발생한다. 그러나, 구멍의 폐색 상태를 해소하기 위하여 빈번히 축열체의 점검·교환을 행하면 설비 관리 비용이 증가하고 만다. 그 때문에, 구멍의 폐색 상태와 대비해야 하는 「어느 수준」이라는 것은, 이들 상반되는 요청의 조화점으로서 경험적으로 정해지는 임계값으로 설정된다. 필요하다면, 실질적 평균 표층공 직경이라는 것은, 축열체 표면으로부터 일정의 깊이까지의 표층에서 설정되는 구멍의 폐색 상태와 상관 관계를 가지는 파라미터이고, 눈막힘 현상을 정량화하는 것을 목적으로 하여 설정된다. 이 파라미터가 「어느 수준」에 도달하는 경우에는, 눈막힘 현상이 일어난 축열체는 이미 사용할 수 없는 상태에 있는 것이며, 축열체로서의 수명에 도달해 있기 때문에, 정비 작업을 통해서 교환이 필요하게 된다.

축열체의 표층에서 일어나는 눈막힘 현상을 정량화하기 위한 파라미터라면, 실질적 평균 표층공 직경으로서 채용할 수 있다. 눈막힘 현상을 정량적으로 평가하기 위한 지표로서 제일 간단한 것의 하나는, 구멍의 폐색율(ρ)이다. 이것은, 초기의 구멍과 눈막힘 현상이 일어난 구멍의 단면적의 변화의 비율로서 정의할 수 있다. 도 6은 하니컴형 축열체(도 6(a))에 있어서의 가스 통과 단면의 일각(一角)을 구성하는 축열체 구성 부재(도 6(b))의 내, 임의의 단위 셀 Cm를 선택할 때, 그 단위 셀 Cm를 구성하는 구멍의 단면적 Sc를 나타낸다(도 6(c)). 또한, 도 6에서는, 때마침 단위 셀의 단면적이 정방형으로 묘사되어 있으나, 폐색율을 고려하는 경우에는, 단위셀의 단면적은 정방형으로 한정되는 것은 아니고, 대략 반원형, 장방형, 원형등 기타 형상이어도 상관 없다.

하니컴형 축열체의 경우는, 그 내부를 통과하는 가스의 흐름에 따르는 직선 형상의 구멍이 대개 동일 형태로서 존재하고 있어서, 단위 셀 및 당해 단위 셀을 구성하는 구멍은 일의적(一義的)으로 정한다고 말해도 좋다. 이러한 경우의 폐색율(ρ)은,

ρ(%) = [(Sc(0) - Sc(t)/Sc(0)]× 100

과 같이 비교적 간단히 정의할 수 있다. 또한, Sc(0)이라는 것은 눈막힘 현상이 일어나지 않은 초기의 Sc를 의미하고, Sc(t)는, 시간 t가 경과하여 눈막힘 현상이 진행한 단계에 있어서의 Sc를 의미한다.

한편, 예를 들어 볼형 축열체와 같은 경우에는, 직선 형상의 구멍이 아니고 많은 볼이 한 덩어리로 된 경우에 볼간의 간극(間隙)의 연결에 의해 구멍, 요컨대 의사공(疑似孔)이 구성되며, 단위 셀 및 당해 단위 셀을 구성하는 구멍의 단면적, 나아가서는 폐색율을 정의하는 것은, 도 6의 경우와 같이 간단하지는 않다. 볼형 축열체가 동일 치수의 구상(球狀)의 부재의 집합체라면 비교적 간단히 폐색율을 기하학적으로 정의할 수 있지만, 형태가 상이한 구성 부재가 집합하여 축열체를 구성하는 것과 같은 경우는 그 정의는 어렵다.

그래서, 편법으로서, 제일 근접하는 4개의 구성 부재(B1, B2, B3, B4)를 단위 셀 Qm으로 간주하고, 각각의 구성 부재의 중심 위치(대강 중심이라고 할 수 있는 위치에 상관 없이)(a, b, c, d)를 선분으로 접속하여 얻어지는 4각형으로부터, 각각의 구성 부재를 당해 4각형과 동일 평면상에 투영한 면과의 중복을 제외하여 얻어지는 나머지 면적을, 단위 셀 Qm의 단면적 Sq로 한다. 이 Sq를 갖는 구멍(의사공)의 폐색율 ρ를,

ρ(%) = [(Sq(0) - Sq(t)/Sq(0)]× 100

과 같이 정의할 수 있다. 또한, Sq(0)이라는 것은 눈막힘 현상이 일어나지 않은 초기의 Sc를 의미하고, Sq(t)는, 시간 t가 경과하여 눈막힘 현상이 진행한 단계에 있어서의 Sq를 의미한다.

원하는 표층의 대표로서 B1, B4를 설정하면 Sq의 대표성은 높아지지만, 이것이 어려운 경우는, 단위 셀 Qm을 복수개 설정하여 그 평균값을 가지고 Sq로 하고, 폐색율의 계산에 제공한다. 또한, 눈막힘 현상을 평가하기 위하여 의사공의 단면적을 보다 정확하게 정의할 수 있다. 상술한 Sq의 설정 방법은 어디까지나 예시로서, 의사공의 단면적을 보다 정확하게 정의하는 것을 배제하는 취지는 아니다.

도 7은, Qm, Sq를 비교적 설정하기 쉬운 볼형 축열체의 경우를 나타낸다. 이 예에서는, 표층은, P1으로부터 P6의 6층으로 이루어지는 것으로 되어 있고(도 7(a)), 구성 부재는 규칙적으로 각각의 층상에 배치되며, 각각의 층이 규칙적인 공간 위상을 비켜 적층하고 있는 것으로 한다(도 7(b)). 이 결과, 단위 셀 Qm은 이상적으로는 정방형(a, b, c, d)으로 되고, 거기로부터 구성 부재인 볼의 적도면의 단면적을 뺀 값이 Sq로 된다(도 7(c)).

또한, 볼형 축열체의 폐색율을 정의하는 편법으로서, 상기의 경우는 「제일 근접하는 4개의 구성 부재를 단위 셀 Qm으로 간주하고, 각각의 구성 부재의 중심 위치를 선분으로 접속하여 얻어지는 4각형으로부터, 각각의 구성 부재를 당해 4각형과 동일 평면상에 투영한 면과의 중복을 제외하여 얻어지는 나머지 면적을, 단위 셀 Qm의 단면적 Sq로 한다」고 하지만, 축열체를 구성하는 부재의 조밀도가 높은 경우는, 제일 근접하는 3개의 구성 부재가, 상호 접촉하면서, 각각의 구성 부재의 중심 위치가 정확히 3각형의 정점 위치가 되도록 배치하게 된다. 이러한 경우도 포함해서, 3개의 구성 부재에 의해 단위 셀 Qm으로 간주되는 때는 「제일 근접하는 3개의 구성 부재를 단위 셀 Qm으로 간주하고, 각각의 구성 부재의 중심 위치를 선분으로 접속하여 얻어지는 3각형으로부터, 각각의 구성 부재를 당해 3각형과 동일 평면상에 투영한 면과의 중복을 제외하여 얻어지는 나머지 면적을, 단위 셀 Qm의 단면적 Sq로 한다」고 해도 된다. (도 8 참조) 이것도 폐색율을 정의하는 하나의 예이다.

도 9는, 단위 셀에 있어서의 눈막힘 현상의 진행 모식도(模式圖)이다. 도 9(a)는 단위 셀 Qm에 관한 것이고, 동(同) 도 9(b)는 단위 셀 Cm에 관한 것이다. 어느 경우도, 시간 t에 수반하여 목적외 물질의 부착량이 증가하고, 눈막힘 현상이 진행되어, 최종적으로, 이미 사용할 수 없을 정도의 폐색율(임계 폐색율)로 되는 것을 나타내고 있다. 이 최종 단계가 열처리 설비에 있어서의 다공성 축열체의 교환 시기이며, 다공성 축열체의 수명(임계 수명)을 의미한다.

이렇게 하여, 눈막힘 현상에 착목하여 구멍 및 의사공에 관련하여 설정되는 단위 셀 구멍의 단면적 값(Sc(t), Sq(t): t≥0)을 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경으로 정의할 수 있다.

이상에 있어서는, 구멍의 크기(또는 구멍의 폐색 진행도 혹은 폐색율(ρ))라는 관점으로부터 실질적 평균 표층공 직경을 정의하였으나, 구멍의 크기 변화(따라서 폐색율)는, 축열체를 통과하는 가스의 압력 또는 압력 손실의 변화와 상관 관계가 있다고 하는 것은 용이하게 이해할 수 있다. 그러면, 가스의 압력 또는 가스 압력 손실의 변화와 폐색율과의 관계를 검량(檢量)함으로써, 폐색율을 가스의 압력 또는 가스 압력 손실의 변화로 환산할 수 있고, 임계 폐색율에 대응하여 정하는 임계 가스 압력값 또는 임계 가스 압력 손실값을 설정하면, 가스의 압력 또는 가스 압력 손실의 변화로부터, 다공성 축열체의 임계 수명 및 교환 시기를 알 수 있다. 또한, 가스의 압력 또는 가스 압력 손실과 실질적 평균 표층공 직경과의 관계를 검량함으로써, 실질적 평균 표층공 직경을 가스의 압력 또는 가스 압력 손실로 환산할 수 있고, 가스의 압력 또는 가스 압력 손실의 변화로부터, 실질적 평균 표층공 직경의 변화인 폐색율을 산정하며, 임계 폐색율에 도달했는지 여부를 기준으로 하여 다공성 축열체의 임계 수명 및 교환 시기를 알 수 있다. 이것 들은, 결국, 본 발명의 각각의 형태에 있어서 「실질적 평균 표층공 직경이 동일하지 않도록」 하는 것과, 「눈막힘 현상과 상관 관계를 갖는 가스의 압력 또는 가스 압력 손실과 같은 파라미터를 동일하지 않도록」 하는 것과는, 상호 변환 가능함과 동시에 변환 용이한, 본질적으로 동일한 기술적 사항을 별도로 표현하여 기술하고 있는 것에 지나지 않는 것을 의미하고 있다. 본 발명은, 이러한 실질적 평균 표층공 직경을 사용하지 않으나, 이것과 본질적으로 등가(等價)인 별도 파라미터를 사용하는 기술적 사상을 포함한다.

본 발명이 파라미터를 「구멍의 크기」로 한정하지 않는 점에서 특히 중요한 것은, 볼형 축열체와 하니컴형 축열체가 병존(竝存)하는 경우이다. 이들 2종류의 축열체의 각각의 실질적 평균 표층공 직경 Sc(t) 및 Sq(t)에 근거하여 폐색율의 변화를 동일 기준에서 상호 비교하는 것은 불가능하지는 않다고 해도 어려운 것이 보통이다. 시판되고 있는 볼형 축열체 구조 부재의 집합에 의해 형성되는 의사공과, 하니컴형 축열체(또는 그 구성 부재)의 구멍과는, 예를 들어 치수·형태의 관점으로 하여, 전자는 그 정의에 즈음하여 근사값이 들어가나, 후자에서는 기본적으로 정의에 즈음하여 근사값은 불요하다. 이와 같이 성격이 상이한 구멍을 비교하기 위한 유익한 방법은, 축열체를 통과하는 가스의 압력 및 압력 손실 또는 그 변화에 착목하는 것이다. 예를 들면, 실질적 평균 표층공 직경이라는 파라미터가 아니고,압력 손실이라는 파라미터에 착목하여, 그 압력 손실이 동일 레벨에 있는 구멍과 의사공과를 비교하여, 눈막힘 현상을 평가하는 수법은 합리적이다.

또한, 볼형 축열체 및 하니컴형 축열체의 각각의 구성 부재의 시판품의 치수 및 형태를 검토하여 보아도, 또한, 각각에 있어서 일어나는 가스 압력 손실 또는 그 변화를 관찰하여 보아도, 볼형 축열체의 의사공 쪽이 하니컴형 축열체(또는 그 구성 부재)의 구멍보다도, 정성적으로 말해서, 눈막힘 현상이 일어나기 어려운 경우가 많다. 이것을 실질적 평균 표층공 직경의 개념에 투영해서 고려해 보면, (1) 볼형 축열체와 하니컴형 축열체와는, 실질적 평균 표층공 직경이 「동일하지 않은」 것을 의미하고, (2) 게다가, 전자의 쪽이 후자 보다도, 실질적 평균 표층공 직경이 큰 것을 의미하고 있다. 따라서, 볼형 축열체와 하니컴형 축열체가 동일한 열처리 설비 내에 설치 또는 열처리 설비가 구비하는 가열실에 부설되어 있는 경우에 있어서도, 본 발명의 각각의 형태가 성립하는 것을 명기하여 둔다. 예를 들면, 본 발명의 제4형태는, 통로구에 가까운 제1영역에 볼형 축열체를, 기타 영역에는 하니컴형 축열체를 각각 배치하는 구체예를 포함하며, 제5형태에 있어서는, 입구부 또는 입구부에 가까운 제1영역에는, 볼형 축열체를, 기타의 제2 및 제3영역에는 하니컴형 축열체를 각각 설치하는 구체예를 포함한다. 또한, 본 발명의 제10형태는, 가스 흐름의 상류에는 볼형 축열체를 하류에는 하니컴형 축열체를 각각 배치하는 구체예를 포함하며, 제15형태는, 연직 방향의 상부를 하니컴형 축열체를, 하부를 볼형 축열체를 설치하는 구체예를 포함한다.

도 10은, 도 2 및 도 3에 예시된 입열 조건에 의해 가열실 내에서 실현되는온도 프로파일을 나타낸다. 가열로 내에서 이동하는 물체는, 그 온도 프로파일에 대응한 열처리를 받으며, 특히 제2예열대 후반으로부터 가열대에 걸치는 범위에서 [B]로 나타낸 급격한 가열을 받는다. 이 결과, 부산물로 대표되는 내래성 목적외 물질에 기인하는 다공성 축열체의 눈막힘 현상이 일어난다.

지금, 반입용 개폐문을 열면, 입구부의 온도는 [A]로 나타낸 바와 같이 급격히 강하한다. 또한, 반출용 개폐문을 열면, 출구부의 온도는 [D]로 나타낸 바와 같이 급격히 강하한다. 또한, 가열대 영역에 있는 연도(煙道)의 댐퍼를 열면, [C]로 나타낸 바와 같이 가열대 영역의 온도가 급격히 강하한다. 각각 [A], [D], [C]에 있어서의 온도 강하의 정도는, 개폐문 및 댐퍼의 개방 시간에 의존하지만, 개방에 의해서 외래성 목적외 물질의 가열실 내로의 침입, 및, 온도 강하에 의한 내래성 목적외 물질의 생성이 일어나서 눈막힘 현상을 일으키게 된다.

도 11은, 가열로의 실제의 운전에 의해, 상부로에서 발생한 다공성 축열체의 눈막힘 문제를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 11은 가열대 영역에 있는 연도의 댐퍼만을 필요에 의해서 개폐하고, 기타 연도의 댐퍼는 닫은 상태로 하여서 가열로를 운전하여 얻은 결과이다. 또한, 가열실 내에서의 열처리는, 도 1에 나타낸 바와 같은 1쌍의 직화식 버너로서 구성되는 축열형 연소 장치의 교번 연소에 의해 실행하였으나, 이 직화식 버너에는, 하니컴형 축열체를 장진한다.

도 11중의 스케일막힘 현상이라는 것은, 스케일이 원인이 되는 눈막힘 현상이고, 축열체 구성 부재의 고온 분화(粉化) 현상이라는 것은, 도 1에 나타낸 바와 같은 1쌍의 직화식 버너로서 구성되는 축열형 연소 장치의 교번 연소 동작에 의해,1300℃를 넘는 고온에 감싸이는 축열체 부재가 서서히 분화하고, 그 분말이 원인이 되는 다공성 축열체의 눈막힘 현상이다. 이 고온 분화 현상은, 예를 들어 열처리 설비의 운전 조건 및 축열체 구성 부재의 재질 및 품질에 상당히 의존한다. 가열실 내의 온도 프로파일을 가파르게 변화시키는 운전을 행하거나, 승온(昇溫)·강온(降溫)을 반복하는 운전을 하는 경우에는, 열충격에 의해 축열체 부재는 분화하기 쉽게 된다. 또한, 이 부재의 내열 특성, 내환경성 혹은 내반응성이 불충분하든가, 가열실 내 분위기가 예상을 상회할 정도로 엄하게 되어 있는 경우에는, 동일 양상으로 분화가 쉽게 된다. 이와 같이 생성되는 분말이 축열체의 구멍 표면에 부착, 침착 또는 퇴적하여, 예를 들어 축열체 구성 부재의 성분 및 환경 가스와 반응하여 고착하는 것을 반복하여, 눈막힘 현상을 일으키게 된다. 분체(分體)는, 축열체의 구멍을 통과할 때, 유속이 저하하는 곳에 잔류하기 쉽다. 최근, 열처리 설비에서 사용되고 있는 하니컴형 축열체와 볼형 축열체와를 비교하면, Sq(0)의 쪽이 Sc(0)보다도 큰 것이 보통이다. 그러나, 의사공이 직선 형상으로는 없는 볼형 축열체에서는, 각각의 구성 부재의 접촉 영역 및 그 근방에서 유속이 저하하는 곳이 다수 존재하고 있어서, 분화에 기인하는 눈막힘 현상은, 볼형 축열체에 있어서도 무시하기 어려운 점이 있다.

또한, 축열체 구성 부재의 부상(浮上) 현상이라는 것은, 눈막힘이 진행하여, 구멍의 단면적이 작아진 축열체 구성 부재가 유통 기압 증가에 견디지 못하고 부상(浮上)하여, 축열체 전체로서 그 형태가 붕괴하는 현상이다. 스케일막힘 현상은, 입구부 및 출구부측에서 일어나기 쉽고, 가열실 내부에서는 일어나기 어려운것을 알 수 있다. 축열체 구성 부재의 분화(粉化) 현상은, 가열실 내에서도 온도가 높은 영역에서 일어나고 있다. 축열체 구성 부재의 부상 현상은, 눈막힘 현상의 진행 정도가 큰 영역에서 일어나고 있다.

또한, 임계 폐색율을 예를 들어 50%로 하는 경우, 그것에 도달하는 단계, 그리고 축열체의 임계 수명 내지 교환 주기를 정의할 수 있다. 그래서, 입구부 근방의 A1로부터 A2의 영역, 제1예열대로부터 가열대(加熱帶)까지 이르는 A3으로부터 A10의 영역, 연도(煙道) 근방에 있으나 보다 후단에 접근한 가열대에 있는 A11로부터 A13의 영역, 균열대(均熱帶)에 있는 A14로부터 A18의 영역 및 출구부 근방의 A19의 영역(일부 A18을 포함한다.)에 있어서 축열체의 임계 수명 내지 교환 주기를 측정하여 보면, 이것들은 여러가지 값을 나타내며, 그 내용으로부터 다음의 것을 알 수 있다.

(1) 입구부 및 출구부의 각각의 근방에서는 눈막힘 현상의 진행이 빠르다.

(2) 연도의 개방을 수반하는 위치의 근방에서는 눈막힘 현상의 진행이 빠르다.

(3) 온도 구배가 큰 가열실 내의 영역에서는 눈막힘 현상의 진행이 빠르다.

(4) 입구부 근방의 쪽이 출구부 근방보다도 눈막힘 현상의 진행이 빠르다.

또한, 임계 폐색율은, 열처리 설비의 조업의 지장 유무, 정비 작업에 요하는 비용 및 기타 설비 유지 관리 비용의 영향, 축열체 구멍의 치수, 형상 및 기타 형태 및 재질, 축열체의 사용 환경, 및 기타 여러가지 조건을 고려하여 원하는 값에 설정할 수 있다.

도 12는, 가열로의 실제 운전에 의해, 하부로에서 발생하는 다공성 축열체의 눈막힘 문제를 나타낸다. 이 도면과 도 11과는 동일 열처리 설비를 동일 조건에서 운전하여 동시에 얻은 것이다. 상부로에서 일어난 눈막힘 현상은, 하부로에서도 동일 양상으로 일어나고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11에 있어서의 축열체의 임계 수명에 관한 결론은, 정성적으로 하부로에 있어서도 동일 양상으로 꼭 맞는다.

도 11과 도 12를 비교하면, 축열체의 임계 수명에 관하여는, 영역 B11로부터 B13의 쪽이 영역 A11로부터 A13보다도 짧으며, 즉, 이 영역에서는 하부로의 쪽이 상부로보다도 눈막힘 현상이 일어나기 쉬운 것을 알 수 있다. 또한, 축열체 구성 부재의 부상 현상에 관하여는, 하부로의 쪽이 상부로보다도 당해 현상이 일어나는 범위가 넓으며, 즉, 역시 하부로의 쪽이 상부로보다도 눈막힘 현상이 일어나기 쉬운 것을 알 수 있다.

상부로와 하부로에 있어서의 다공성 축열체의 눈막힘 현상을 또한 세밀히 분석하여 얻은 것이 도 13이다. 이 도면은, 동시에 눈막힘 현상을 방지 또는 억제하기 위한 실질적 평균 표층공 직경의 설정 방법의 설명도로도 된다. 이 도 13으로부터, 축열체의 임계 수명은, 영역 B11로부터 B13과 영역 A11로부터 A13과의 사이에서 큰 차이가 있으며, 기타의 영역에서는 상부로와 하부로 간에 큰 차이는 없으나, 기본적으로는 하부로의 쪽이 상부로보다도 축열체의 임계 수명이 짧은 것을 알 수 있다. 가열실 내의 목적외 물질에 가해지는 중력의 영향으로 생각된다. 영역 B11로부터 B13과 영역 A11로부터 A13과의 사이의 차이가 기타 영역의 경우와 비교해서 현저하게 큰 것은, 연도의 댐퍼 개방이 원인으로 생각된다.

도 13은, 동시에, 눈막힘 현상을 방지 또는 억제하기 위한 실질적 평균 표층공 직경의 설명도로도 된다.

영역 A11로부터 A13에 배치하는 다공성 축열체의 임계 수명을 약 1년 8개월(약 540일)이 되도록 설계하는 경우를 예시적으로 생각해 보면, 임계적 폐색율을 50%로 한다면, 약 540일의 임계 수명을 부여하는 폐색율과 설비 운전 시간의 관계는, 도면 중의 직선 「L540」에 의해 설정된다. 그렇다면, 영역 A11로부터 A13의 폐색율과 설비 운전 시간의 관계에 있어서 임계 폐색율에 대응하는 임계 수명은 약 250일로서, 나머지 약 290일의 수명을 연장하기 위해서는, 영역 A11로부터 A13의 폐색율과 설비 운전 시간의 관계를 「L540」라는 목표값에 근접하도록 폐색율을 내리면 된다. 이것은, 영역 A11로부터 A13의 당초의(눈막힘 현상이 일어나기 전의) 실질적 평균 표층공 직경을 미리 25% 만큼만 크게하여 둔다면 되는 것을 의미한다. 이와같이 한다면, 어떤 영역에 배치하는 다공성 축열체의 수명을 원하는 기간이 되는 실질적 평균 표층공 직경을 구비하는 축열체를 설계 또는 선정할 수 있다.

이렇게 하여 설계 또는 선정된 다공성 축열체에 의해, 열처리 설비에 이미 설치되어 있는 다공성 축열체를 교환하는 경우에는,그 이미 설치된 축열체 전부를 교환하여도 상관 없으나, 눈막힘 현상이 일어난 부위(적어도 실질적 평균 표층공 직경을 정의하기 위해 필요한 다공성 축열체의 표면으로부터 일정 깊이의 범위)의 축열체 구성 부재만을 교환하여도 상관 없다. 이러한 부위 교환은, 상술한 설계 또는 선택 방법을 실시하는 것과 본질적으로 동일하기 때문이다.

또한, 실질적 평균 표층공 직경을 조정하는 것만으로서 매우 짧은 임계 수명을 과도하게 연장하는 설계에는 스스로 한계가 있다는 것은 말할 것도 없다. 예를 들면, 그 열처리 설비에 있어서 본래 요망되는 직화식 버너 또는 축열형 연소 장치의 축열 성능으로부터 스스로 정해지는 구멍 직경의 한계값이 있음에도 불구하고, 임계 수명의 연장을 중시한 나머지, 실질적 평균 표층공 직경을 과도하게 크게 한다면, 필요한 열처리를 할 수 없다. 따라서, 「L540」에 가능한한 가까운 거동(擧動)을 나타내는 다공성 축열체를 선정하고, 그 위에 실질적 평균 표층공 직경을 조정하는 것이 바람직하다.

도 13에서는, 「L540」이 직선으로서 표현되어 있으나, 눈막힘 현상이 반드시 열처리 설비의 운전 시간에 대하여 직선적으로 진행한다는 것은 아니다. 동 도면 중에 나타낸 각각의 영역에 있어서의 폐색율은, 설비 운전 시간에 대하여 가속도적으로 증가하는 양상을 나타내고 있다. 따라서, 「L540」도 정확히는 직선이 아니고 곡선으로 추찰(推察)된다. 어느 정도 직선으로부터 벗어나는 「L540」을 설정해야하는 가는, 목표값의 수정의 정도 문제이며, 경험측에 근거하여 결정하면 족하고, 직선으로부터 벗어나는 분량에 응해서 실질적 평균 표층공 직경을 약간 설계 또는 선정하여 수정하면 된다.

이어서, 직화식 버너의 다른 형태에 관하여 설명한다. 도 5에서, (11)은 버너, (12)는 버너(11)의 버너 본체로서, 주지의 내화물로 공정(公正)되어 있다. (13a)는 제1공기 유로, (13b)는 제2공기 유로로서, 이들 공기 유로(13a, 13b)는 버너 본체(12)를 전후로 관통하여 형성되어 있다. (14a, 14b)는 축열체로서, 세라믹스등의 내화재(耐火材)로 되는 하니컴 형상 혹은 다수의 세라믹스 펠렛(pellet)을수용하는 용기 형상의 통기성 부재로 되며, 공기 유로(13a, 13b)에 접속된 연결관(15a, 15b)에 축열기 상자(16a, 16b)에 각각 수용되어 있다. 도면상의 축열기 상자(16a, 16b)는 상호 분리되어 있으나, 하나의 축열기 상자를 격벽으로서 칸막이 하는 것에 의해 각각의 축열체(14a, 14b)의 수용부(收容部)를 형성하여도 된다. (17)은 중앙 공기 유로로서, 공기 유로(13a, 13b)의 중간에 버너 본체(12)를 관통하여 형성되어 있고, 후단에 연결관(18)이 설치된다. (19)는 연료의 노즐로서, 연결관(18)의 후단을 관통하여 중앙 공기 유로(17)에 삽입되어 있다. (110)은 화염 감시창으로서, 중앙 공기 유로(17)의 측면부에 설치된다. 이러한 구성을 가진 버너(11)는, 공기 유로(13a, 13b)의 전부를 가열실 내지 노의 내부를 향해서 노벽(爐壁)에 취부되며, 도 14에 나타낸 바와 같이 배관이 접속된다. 즉, 연료 노즐(19)은, 차단 밸브(111)와 조절 밸브(112)를 구비하는 가스 공급 라인(113)을 사이에 끼워 가스 공급원(114)에 접속된다. 중앙 공기 유로(17)의 연결관(18)은, 차단 밸브(115)를 구비하는 공기 공급 라인(116)을 사이에 끼워 공기 공급기(117)에 접속된다. 제1공기 유로(13a)의 연결관(15a)은, 절환 밸브(118a)를 구비하는 공기 공급 라인(119a)을 사이에 끼워 공기 공급기(117)에 접속됨과 동시에, 절환 밸브(120a)를 구비하는 배출 가스 라인(121a)을 사이에 끼워 유인(誘引) 송풍기(122)에 연결된다. 동일 양상으로, 제2공기 유로(13b)의 연결관(15b)은, 절환 밸브(118b)를 구비하는 공기 공급 라인(119b)을 사이에 끼워 공기 공급기(117)에 접속됨과 동시에, 절환 밸브(120b)를 구비하는 배출 가스 라인(121b)을 사이에 끼워 유인(誘引) 송풍기(122)에 연결된다.

이상과 같이 접속된 버너(11)는, 외부 제어 신호에 근거하여, 4개의 절환 밸브(118a, 118b, 120a, 120b)의 각각의 개폐에 대응한 2 종류의 운전 모드(mode)를 소정의 시간 후에 번갈아 반복하여 운전된다. 제1운전 모드는, 절환 밸브(118a, 120b)가 개방 상태에, 절환 밸브(118b, 120a)는 폐쇄 상태에 있는 경우이고, 제2운전 모드는 그 반대의 경우에 상당한다.

버너 연소시에는, 운전 모드에 불구하고, 연료 노즐(19)에는 가스 공급 라인(113)을 통해서 가스 공급원(114)으로부터 연료 가스가 공급되며, 중앙 공기 유로(17)에는 공기 공급 라인(116)을 통해서 공기 공급기(117)로부터 연소 공기의 일부가 공급된다. 연료 노즐(19)로부터 분사된 연료 제트(jet)가 중앙 공기 유로(17)로부터 분사되는 공기와 혼합하면서, (13a, 13b)의 공기 통로로부터 분출되는 고온의 예열 공기와 접촉함으로써 화염(F)이 안정적으로 공급된다. 제1운전 모드에 있어서는, 제1공기 유로(13a)에 공기 공급 라인(119a)을 통해서 공기 공급기(117)로부터 연소용 공기가 공급되며, 이 연소용 공기가 상기 연료 가스와 혼합 연소되어 화염(F)이 형성된다. 또한, 유인 송풍기(122)의 구동에 근거하여 가열실 혹은 노 내의 배출 가스가 제2공기 유로(13b)로부터 배출 가스 라인(121b)으로 흡인되며, 연돌(123)로부터 대기중으로 배출된다. 또한 연결관(16b)의 축열체(14b)를 통과하는 고온의 배출 가스와의 접촉에 의해서 가열된다. 제2운전 모드로 절환되면, 제2공기 유로(13b)에 공기 공급 라인(119b)을 통해서 공기 공급기(117)로부터 연소용 공기가 공급되며, 이 연소용 공기가 상기 연료 가스와 혼합 연소되어 화염(F)이 형성된다. 또한, 유인 송풍기(122)의 구동에 근거하여 가열실 혹은 노내의 배출 가스가 제2공기 유로(13a)로부터 배출 가스 라인(121a)으로 흡인되며, 연돌(123)로부터 대기중으로 배출된다. 또한 연결관(16a)의 축열체(14a)를 통과하는 고온의 배출 가스와의 접촉에 의해서 가열된다. 이렇게 하여, 제1운전 모드의 때에 축열체(14b)가 가열되며, 이 축열체(14b)에 축적된 열에 의해서 제2운전 모드의 재 연소용 공기가 예열된다. 반대로, 제2운전 모드의 때에 축열체(14a)가 가열되며, 이 축열체(14a)에 축적된 열에 의해서 제1운전 모드 때의 연소용 공기가 예열되며, 이후 이것을 반복한다.

도 5에 나타낸 직화식 버너는, 연료 가스의 공급이 중절됨이 없이 연속하여 화염(F)의 형성에 제공되는 점에서, 도 1에 나타낸 1 쌍의 직화식 버너로서 구성되는 축열형 연소 장치에 있어서의 각각의 직화식 버너의 운전 동작과 상이하다. 그러나, 도 5에 나타낸 직화식 버너는, 축열체에 있어서의 연소 가스로부터의 잠열 회수와 연소용 공기의 예열이라는 동작 모드가 번갈아 반복되는 점에서 도 1에 나타낸 직화식 버너와 다르지 않다. 따라서, 도 5에 나타낸 직화식 버너 1 쌍으로서 축열형 연소 장치를 구성하여, 도 1에 나타낸 축열형 연소 장치의 대신에, 도 2 내지 도 4에 나타낸 가열로에 설치하는 경우에도, 다공성 축열체의 눈막힘 문제는 생긴다. 이것은, 도 5에 나타낸 직화식 버너 1 쌍으로서 구성한 축열형 연소 장치에 있어서, 당해 1 쌍의 직화식 버너를 외부 제어 신호에 근거하여 교번 연소시킨 경우에 있어서도 동일 양상이며, 도 5에 나타낸 직화식 버너를 복수개 조합시켜 1개의 축열형 연소 장치를 구성하고, 당해 복수개의 직화식 버너를 여러가지 모드로 동작시켜도 동일 양상으로 문제가 된다. 따라서, 도 1에 나타낸 직화식 버너를 이용할 것인가, 도 5에 나타낸 직화식 버너를 이용할 것인가에 불구하고, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 열교환기를 사용하는 경우에 본 발명은 성립한다.

도 5에 나타낸 직화식 버너를 워킹 빔식 가열로에 적용한 예를 도 15에 나타낸다. 이 도면에 나타낸 워킹 빔식 가열로(125)에서는, 노(爐)의 상벽(床壁)(126)을 관통하는 복수의 가동 포스트(post)(127)와, 이들 가동 포스트(127)를 연결한 스키드 파이프(128)로서 워킹 빔(129)이 구성되어 있다. 가동 포스트(127)가 화살표 X로서 나타낸 직사각형 운동을 행함으로써 피처리체(M)가 화살표 Y방향으로 반송된다. 또한, 상기 워킹 빔식 가열로(125)에서는, 노의 측벽(130)과, 천정벽(131)의 일부를 하방으로 절곡하여 형성된, 재료 반송 방향과 대략 수직을 이루는 수직벽(132)에, 버너(11)가 설치되어 있다. 따라서, 워킹 빔식 가열로(125)에서는, 노 내에서 형성되는 화염은, 열 확산된 후 버너(11)의 배기용 공기 유로에 환류된다. 이 때문에, 연소용 배출 가스가 노의 출구를 향해서 한가지 양상으로 유동하도록 한 종래의 워킹 빔식 가열로와 비교하면, 열풍 덕트 및 배출 가스 덕트를 특별히 설치할 필요가 없고, 공간의 효율화 및 비용 절감을 실현할 수 있다. 동일 양상의 효과는, 가열로(125)의 하부대(下部帶)의 측벽에 버너를 취부한 경우에도 얻어진다.

워킹 빔식 가열로(125)에 있어서, 피처리체(M)의 이동 방향의 상류측 또는 노 내 가스 흐름 방향에도 상당하는 화살표 Y방향의 상류측에 설치된 직화식 버너가 지니는 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을, 보다 하류측에 설치된 직화식 버너보다도 크게 한다. 특히, 워킹 빔식 가열로의 입구부 근방에 설치된 직화식 버너가 지니는 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 보다 크게 설정한다. 또한, 하부대(下部帶)의 측벽에도 버너를 취부하는 경우에는, 상부대의 버너보다도 하부대의 그것의, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 크게 설정한다. 이것에 의해, 다공성 축열체의 눈막힘 현상을 방지 또는 그 진행을 억제할 수 있다. 또한, 수직벽(132)에 취부된 버너(11)의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경은 다른 버너의 그것과 비교해서도 크게 설정한다. 이것은, 워킹 빔식 가열로(125)에서는, 노 내에서 형성되는 화염이 열 확산된 후 버너(11)의 배기용 공기 유로에 환류되는 구성을 취하고 있어서, 많은 목적외 물질이 이 버너(11)의 다공성 축열체를 향해 이동하여, 눈막힘 현상이 보다 현저하게 일어나기 때문이다. 도 15에 나타낸 바와 같은 노 내의 가스 흐름이 특정의 버너 또는 열교환기가 지니는 다공성 축열체에 집중하여 흐르는 가열로에서는 본 발명에 의해 특히 효과적으로 눈막힘 현상을 방지 또는 그 진행을 억제할 수 있다.

물체를 이동시키는 과정에서 열처리를 시행하여 연소시키는 소각 설비의 주요부를 도 16에 나타낸다. 이 도면에서 (a)는 당해 소각 설비의 주요부의 측면도, (b)는 그 평면도를 나타낸다. 도 17은, 당해 소각 설비의 전체 모양을 나타내는 블록도이다. 또한, 이 소각 설비의 소각 연소실에는, 화이버 매트를 가열하여, 거기로부터의 복사열의 방출에 의해 소각 대상물을 연소시키는 표면 연소 버너(예를 들면, 특허2550419호참조)를 이용한 소각 설비(예를 들면 소각로 비산 회분을 대상물로 하는 가열 장치로서, 특개평 5-185057호가 있다.)를 구비하고 있다. 그러나, 본발명의 이해 편리를 위해, 어떤 도면에도 묘사되어 있지 않다.

도 16에 나타낸 바와 같이, 소각 연소실에는, 실내의 연소 배출 가스를 외부로 취출하기 위해 합계 10개의 연결부 Cx1 및 Cx2(x=1∼5)가 설치되어 있다. 또한, 소각물의 예열을 위한 공기를 공급하는 예열용 공기 공급로, 연소 배출 가스를 취출하는 배연로(排煙路)가 설치되며, 또한 소각물의 효율적 연소를 촉진하기 위한 연소용 공기를 보조적으로 공급하기 위한 연소용 공기 공급 통로도 설치되어 있다. 또한, 소각 연소실 내에서 소각물을 이동시키기 위한 반송대(搬送臺)도 설치되어 있다. 반송대는 스스로 가동하여 소각물을 반송하는 경우가 있다면, 단순히 소각물을 적재하는 대좌(臺座)로서 기능하고, 현실의 소각물의 이동은, 소각 연소실 외부에 설치된 기계적 기구(소각물 압입 장치)에 의해서, 또는 단순히 중력의 작용에 의해서 행해지는 경우도 있다. 어느 것에서 든지, 소각 연소실 내의 가스 흐름은 소각물의 이동 방향과 동일하다.

이 소각 설비에서는, 도 17에 나타낸 바와 같이, V표시로 나타낸 복수개의 밸브의 제어에 의해서 연결부 Cx1 및 Cx2로부터 번갈아 소각 연소실 내의 연소 배출 가스를 외부로 취출하며, 한 쪽의 축열기를 경유하여 연소 배출 가스를 다단 집진기로 보내고 있을 때에는, 다른 쪽의 축열기를 경유하여 급기기(給氣機)로부터 도입되는 연소용 공기를 소각 연소실에 공급한다. 이 때, 당해 다른 쪽의 축열기는 가열 장치에 의해 가열되어 있고, 연소용 공기의 보조적 예열을 가능하게 한다. 다음에 동작 모드를 밸브(V)를 제어하여 절환하고, 당해 다른 쪽의 축열기를 경유하여 연소 배출 가스를 다단 집진기로 보내고 있을 때에는, 당해 한 쪽의 축열기를경유하여 급기기로부터 도입되는 연소용 공기를 소각 연소실로 공급한다. 당해 한 쪽의 축열기는, 먼저의 동작 모드에서 연소 배출 가스의 잠열을 회수하고 있어서, 연소용 공기의 예열을 실행할 수 있다. 또한, 가열 장치에 의한 열공급에 의해 보조적 예열도 가능하다. 또한, 연소 배출 가스를 다단 집진기를 향해서 배출하는 때에는, 축열기는 어느 정도 고온으로 유지되고 있어서, 이것을 통과하는 연소 배출 가스 중의 먼지의 건조도 포함하여 실행할 수 있다. 다단 집진기에 의해서 집진된 가스는, 도시하지 않은 사후 처리를 시행한 후, 연돌을 통해서 계통의 외부로 배출된다. 축열기에서 사용하는 다공성 축열체는, 하니컴형 축열체이지만, 볼 형상, 너깃 형상등의 종류는, 별다른 문제로는 되지 않는다.

연결부 Cx1, Cx2로부터 취출되는 연소 배출 가스는, 밸브(V)의 제어에 의해, 축열기를 경유하는 일 없이, 집진기에 이송되어, 집진 처리가 시행된 후, 소각 연소실 내로 반송된 소각물의 예열에 이용된다. 집진기에 수집된 먼지는 최종적으로 호퍼(hopper)로 이송된다. 집진기로서는 사이클론(cyclone)형, 백필터(back filter)형등 공지의 설비를, 사용 환경 및 사용 조건등을 고려한 후, 임의로 선택할 수 있다. 또한, 도 16에 나타낸 배연로를 통해서 외부로 취출되는 배연(排煙)은, 도 17에서는 나타내지 않았지만, 다단 집진기에 이송되어, 최종적으로 연돌에서 계통 외부로 방출된다.

이 설비에서는, 축열기는, 연소 배출 가스로부터 회수되는 잠열에 의해 연소용 공기를 예열한다는 열교환을 주목적으로 하여 설치되어 있다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 연결부 Cx1, Cx2(합계 5쌍)의 각각의 쌍에 대하여 한 쌍의 축열기가 설치되어 있어서, 이 소각 설비에서는, 복수개의 축열기 쌍이 존재한다.

그래서, 도 16에 나타낸 소각 설비에 있어서, 소각 연소실 내의 가스 흐름 방향의 보다 상류, 특히 소각물의 반입구에 가까운 영역에 배치하는 직화식 버너의, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 상대적으로 크게 설정한다. 또한, 소각 회분(灰分) 및 기타 잔류물을 소각 연소실로부터 외부로 반출하는 반출구에 가까운 영역에 배치하는 직화식 버너의, 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 상대적으로 크게 설정한다. 단, 반입구 근방의 영역에 배치하는 버너의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을, 반출구 근방의 영역에 배치하는 버너의 그것 보다도 크게 한다. 이것에 의해, 다공성 축열체의 눈막힘 현상이 보다 일어나기 쉬운 가스 흐름의 상류측, 특히 반입구 근방의 영역, 이어서 이 현상이 일어나기 쉬운 반출구 근방의 영역에서, 효과적으로 당해 현상을 방지 또는 진행을 억제할 수 있다.

또한, 도 16 및 도 17에 나타낸 소각 설비에서는 집진기를 복수개 설치하여 눈막힘 원인 물질을 상당히 제거하고 있으며, 눈막힘 현상의 진행을 상당히 지연시킬 수 있다. 그러나, 이러한 설비에서도, 매우 작은 목적외 물질까지 제거하는 것은 비용적 관점에서도 어렵고, 결국, 이것들이 다공성 축열체의 눈막힘 현상의 주 원인, 특히 부산물 부착의 원인 물질이 된다.

도 18은, 다른 소각 설비의 블록도를 나타낸다. 이 설비의 특징은, 소각 연소실에서 소각물을 연소 장치(F1∼F3)에 의해 연소시키는 것으로서, 발생하는 배출 가스 중에 포함되는 Nox 및 다이옥신(dioxin)등의 유해 물질을 사후 처리에 의해제거하기 위한 재연소실을 설치한다는 점이다. 물론, 배출 가스 잠열의 회수를 위한 열회수실을 재연소실 대신에 또는 그것과 함께 설치하여도 된다. 어느 경우 일지라도, 재연소실 및/또는 다공성 축열체를 지니는 직화식 버너, 축열형 연소 장치 및 축열형 열교환기의 중에서 적어도 한 종류를 4개 설치한다. 도 18에서는 이것을 E1∼E4로서 표시하고 있다. E1∼E4가 구비하는 다공성 축열체는, 볼형 축열체이지만, 기타의 형태, 예를 들어 하니컴형 축열체이어도 상관없다.

도 18에 나타낸 소각 설비에 있어서, 소각물 투입구로부터 피처리체가 소각 연소실 내로 장입된다. 그 이외의 때에는, 원칙적으로 투입구는 폐쇄되어 있다. 상방으로부터 하방으로 소각물이 이동하는 과정에서 열처리가 시행되고, 최종적으로 소각 회분 및 기타 잔류물이 배출구로부터 계통 외부로 취출된다. 연소를 완전하게 하여 유해 물질의 발생을 극소로 하기 위해, 소각 연소실 내에 급기기에 의해서 보조적으로 공급되는 경우도 있으나, 그것과는 별도로 배연은, 일단 집진기로 보내진 후(단, 이 집진기를 통과시키는 것은 임의이다), 재연소실 내지는 열회수실로 보내진다. 재연소실로 보내지는 경우는, 재연소실에 있어서의 열처리를 촉진하기 위한 연소용 공기가 실내로 공급된다. 재연소실 내지는 열회수실을 통과한, 또는 거기에서 새로 발생한 연소 배출 가스는 집진기를 통과한 후, 연돌로부터 계통 외부로 배출된다.

다공성 축열체를 지니는 직화식 버너, 축열형 연소 장치 및 축열형 열교환기의 적어도 1 종류가 가스 흐름 방향을 따라 E1∼E4의 합계 4개가 설치되어 있다. 이 때문에, 연소 배출 가스의 잠열을 회수한 다공성 축열체에 의해 공기를 예열할수 있다. 예열된 공기는, 집진기(임의)를 통과한 후, 소각 연소실로 환류되어 소각물등의 예열용 기체로서 사용된다. 집진기에서 수집된 먼지는, 최종적으로 호퍼로 보내지고, 최종적으로 계통 외부로 반출된다.

소각 연소실에 대하여 별도로 설치된 재연소실 내지 열회수실은, 소각 연소실과는 별도로 설치된 공간으로 생각할 수 있으며, 소각 연소실로부터 취출되는 배연(배출 가스)의 가스 흐름 방향의 상류로부터 하류를 따라 E1∼E4가 배치되어 있다. 소각 연소실로부터 재연소실 내지 열회수실로 보내져 오는 배출 가스는 집진 처리가 실시되어 있다고는 하나, 눈막힘 원인 물질의 존재 밀도는, 가스 흐름의 상류측의 쪽이 하류측보다도 높은 것이 통상적이다. 그러므로, 재연소실 내지 열회수실의 입구부 근방의 영역에 배치하는 E1이 지니는 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을, 다른 영역에 배치하는 것보다도 크게 설정한다. 이것에 의해, 다공성 축열체의 눈막힘 현상을 방지 또는 그 진행을 지연시킬 수 있다.

기술한 바와 같이, 눈막힘 현상은, 예를 들어 열처리 설비의 운전 조건 및 축열체 구성 부재의 재질 및 품질에 상당히 의존한다. 역으로 언급하면, 열처리 설비의 운전 조건 및 축열체 구성 부재의 재질 및 품질을 연구하면, 한계가 있드라도 어느 정도는, 눈막힘 현상을 억제할 수 있음을 의미하고 있다. 그러한 연구(특히 축열체 구성 부재의 재질의 개선)에 의해, 도 10 내지 도 13의 경우보다는 눈막힘 현상이 일어나기 어렵게 되도록 설정한 가열로에 있어서의 눈막힘 현상에 관하여, 이하에서 설명한다.

도 19 내지 도 21은, 도 1 내지 도 5에 걸쳐 나타낸 것과 동일 양상의 가열로(이하 「제2가열로」라고 편이적으로 부른다.)에 있어서의 개략 측면도, 및 상부로 및 하부로의 개략 평면도를 각각 나타낸다. 도 1 내지 도 5에 걸쳐 나타낸 가열로(이하 「제1가열로」라고 편이적으로 부른다.)에서는, 도 2 내지 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 상부 버너 및 하부 버너의 각각 19개의 쌍으로서 구성되어 있다. 그러나, 제2가열로에서는, 상부 버너 A1로부터 A12로서 구성되는 상부로와 하부 버너 B1로부터 B12로서 구성되는 하부로로 되고, 따라서, 상부 버너 및 하부 버너의 각각 12개의 쌍으로서 구성되어 있다. 양(兩) 가열로는, 제1예열대, 제2예열대, 가열대, 균열대의 4개의 영역으로 구분되는 점, 연도 및 댐퍼가 설치되어 있는 점에서 공통이지만, 축열식 버너의 입열량(入熱量)은 상이하다.

도 22는, 제2가열로가 구비하는 가열실 내에서 실현되는 온도 프로파일을 나타낸다. 가열실 내에서 열처리하는 물체의 재질이 동일한 것이며, 제2가열로와 제1가열로는, 대개 동일한 온도 프로파일이 되도록 운전하였다. 이 도 22로부터, 횡축에 나타낸 버너 번호에 대응하는 위치는 상이하지만, 도 10에 나타낸 [A], [B], [C], [D]와 동일 양상의 현상이 제2가열로 내의 가열실에서도 일어나는 것을 알 수 있다. 즉, 제2가열로 내에서 이동하는 물체는, 제2예열대 후반으로부터 가열대에 걸치는 범위에서 [B]로 나타내는 급격한 가열을 당한다. 이 결과, 부산물로 대표되는 내래성 목적외 물질에 기인하는 다공성 축열체의 눈막힘 현상이 일어난다. 반입용 개폐문을 열면, 입구부의 온도는 [A]로 나타낸 바와 같이 급격히 강하한다. 반출용 개폐문을 열면, 출구부의 온도는 [D]로 나타낸 바와 같이 급격히 강하한다. 또한, 가열대 영역에 있는 연도의 댐퍼를 열면 [C]로 나타낸 바와 같이 가열대 영역의 온도가 급격히 강하한다. 각각 [A], [D], [C]에 있어서의 온도 강하의 정도는, 개폐문 및 댐퍼의 개방 시간에 의존하지만, 개방에 의해 외래성 목적외 물질의 가열실 내로의 침입, 및 온도 강하에 의한 내래성 목적외 물질의 생성이 일어나서 눈막힘 현상을 야기한다.

도 23은, 제2가열로에 있어서의 제1예열대, 제2예열대, 가열대 및 균열대를 포함하는 가열실 내에서 일어나는 눈막힘 현상의 정도를 막대 그래프로서 나타낸 것이다. 이 눈막힘 현상의 정도는, 다공성 축열체의 폐색율(ρ)에 의하면 이해하기 쉬우나, 이 도면에서는, 폐색율(ρ)과 정비례 관계는 아니지만, 정(正)의 상관 관계를 갖는 「축열체의 교환 빈도」를 종축으로 설정하고 있다. 다공성 축열체로서 하니컴형 축열체를 채용하고 있다. 이 도면에서, 상부로 및 하부로에 있어서의 눈막힘 현상의 진행도를 비교하면, 입구부 부근의 A1(B1)로부터 A3(B3)의 영역, 연도 부근에 있는 A8(B8)로부터 A8(B8)의 영역, 출구부 근방에 있는 A12(B12)의 영역에 있어서, 눈막힘 현상의 정도가 현저한 것(본 발명을 적용하기 전의 축열체 교환 빈도가 높은 것 또는 임계 수명이 짧은 것), 및, 온도 구배가 현저한 A6(B6)로부터 A7(B7)의 영역에서는, 눈막힘 현상의 진행도는, 현저하지는 않으나, 상대적으로 높아져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이 도면에서, 상부로보다도 하부로의 쪽이 눈막힘 현상을 일으키기 쉽다는 것을 알 수 있다.

도 24는, 다공성 축열체의 폐색율(ρ)과 열처리 설비(즉 제2가열로)의 운전 시간과의 관계를 나타내며, 동시에 눈막힘 현상을 방지 또는 억제하기 위한 실질적 평균 표층공 직경의 설정 방법의 설명도도 된다. 도 13에서는 종축을 폐색율(ρ)로하고, 임계 폐색율을 50%로 하였으나, 이 도 24에서는, 폐색율비(폐색율/임계 폐색율)를 종축으로 하고 있다. 이것에 의해서, 단순히 폐색율로 하는 경우에 비교해서, 눈막힘 현상을 보다 일반적으로 이해할 수 있다. 단지, 현실에서 임계 폐색율을 설정할 때에는, 50%∼60%(상황에 따라 상이하나, 60% 정도가 상한값일 것이다.)로 하는 것이 보통이며, 그 이하에서는 교환 빈도가 크게 초과되어 비용적으로 적당하지 않고, 그 이상의 값에 임계 폐색율을 설정하는 것은, 통류하는 가스 압력이 과대하게 되고, 축열체 구성 부재의 부상(浮上), 충돌, 파손이 일어나기 쉽게 되며, 목적외 물질의 발생량이 증가하는 곳이든가, 축열식 버너, 축열형 연소 장치, 열교환기, 나아가서는 열처리 설비의 동작 불완전, 고장, 파괴, 기타 문제가 발생할 지도 모르기 때문에, 운전·조업의 안전면에서 피해야 된다. 이 도면에서 폐색율비가 1을 초과하는 측정점이 존재하지만, 이러한 운전은 가능할 지라도 기본적으로는 바람직한 것은 아니다.

도 24에 있어서, 약 800일의 임계 수명을 주는 폐색율비와 설비 운전 시간과의 관계는, 제1가열로에 관한 도 12에 있어서의 「L540」의 경우를 모방하여, 직선 「L800」으로 설정할 수 있다. 그러면, 영역 A1의 폐색율비와 설비 운전 시간과의 관계에 있어서 임계 폐색율(즉 폐색율비가 1이 되는 위치)에 대응하는 임계 수명은 약 410일 이므로 나머지 약 390일의 수명을 연장하기 위해서는, 영역 A1의 폐색율비와 설비 운전 시간과의 관계를 「L800」이라는 목표값에 근접하도록 폐색율비를 내리면 된다. 이것은, 영역 A1의 당초의(눈막힘 현상이 일어나기 전의) 실질적 평균 표층공 직경을 미리 약 50% 만큼만 크게하여 둔다면 되는 것을 의미한다. 또한,영역 B1의 폐색율비와 설비 운전 시간과의 관계에 있어서 임계 폐색율(즉 폐색율비가 1이 되는 위치)에 대응하는 임계 수명은 약 290일 이므로 나머지 약 510일의 수명을 연장하기 위해서는, 영역 A2의 경우도 동일 양상으로 생각해서, 영역 B1의 당초의 실질적 평균 표층공 직경을 미리 약 60% 만큼만 크게하여 둔다면 되는 것을 의미한다. 이와같이 한다면, 어떤 영역에 배치하는 다공성 축열체의 수명을 원하는 기간이 되도록 하는 실질적 평균 표층공 직경을 구비하는 축열체를 설계 또는 선정할 수 있다.

또한, 이렇게 하여 설계 또는 선정된 다공성 축열체에 의해, 열처리 설비에 이미 설치되어 있는 다공성 축열체를 교환하는 경우에는, 그 이미 설치된 축열체 전부를 교환하여도 상관 없으나, 눈막힘 현상이 일어난 부위(적어도 실질적 평균 표층공 직경을 정의하기 위해 필요한 다공성 축열체의 표면으로부터 일정 깊이의 범위)의 축열체 구성 부재만을 교환하여도 상관 없다. 이러한 부위 교환은, 상술한 설계 또는 선택 방법을 실시하는 것과 본질적으로 동일하기 때문이다.

그런데, 복수개의 직화식 버너, 복수개의 축열형 연소 장치 또는 복수개의 열교환기에 내장되는 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 동일하지 않도록 하여 사용한다 해도, 어느 것은 임계 수명에 도달해서 사용 완료되어 교환 또는 정화(클리닝 처리)를 하지 않으면 안된다. 그러나, 이렇게 하여 다공성 축열체의 구성 부재를 교환한다는 것은, 그 구성 부재를 충분히 장시간 사용하고, 따라서, 종래에 없는 높은 경비 삭감 효과(열처리 설비의 정비 작업에 관련하는 설비 관리 비용의 삭감 효과를 포함한다.)를 성취하는 것을 의미한다.

이상의 본 발명에 관한 실시예에서는, 연료 물질이 기체인 경우에 관하여 한결 같이 설명하였으나, 다공성 축열체의 「눈막힘 현상」이 일어나는 한, 본 발명의 각각의 형태에 있어서는 연료 물질은 기체로 한정되는 것은 아니고, 액체이어도 관계없다. 또한, 탈황, 탈질산, 탈다이옥신 및 기타 특수한 목적을 달성하는 물질을 연료 물질에 혼입시키는 경우에 있어서도, 본 발명의 각각의 형태로부터 제외되는 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 눈막힘 원인 물질이 부착하기 쉬운 영역에 배치하는 직화식 버너, 축열형 연소 장치 또는 축열형 열교환기가 내장하는 다공성 축열체의 형태를 연구하여, 이것이 부착하기 어렵게 하고, 또는 부착하여도 눈막힘 현상이 현저화하지 않도록 할 수 있기 때문에, 다공성 축열체의 수명 연장 및 교환 주기의 연장에 의해서, 축열식 버너 혹은 축열형 연소 장치의 연소 효율 또는 축열형 열교환기의 열교환 효율, 나아가서는 이것들을 구비하는 열처리 설비의 운전 효율을 높은 그대로 유지하고, 열처리 설비의 정비 작업에 관련하는 설비 관리 비용을 포함하는 경비 삭감을 도모할 수 있는등, 공업상 유용한 효과를 가져오게 한다.

Claims (19)

1. 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실을 구비하고, 그 가열실 내의 물체에 열처리를 실행하는 열처리 설비로서, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 열처리 설비.
2. 제1항에 있어서, 가열실 내에서 물체에 온도 구배(句配)를 인가하는 것을 특징으로 하는 열처리 설비.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물체는, 외부로부터 가열실 내로 반입되는, 및/또는 가열실로부터 외부로 반출되는 물체인 것을 특징으로 하는 열처리 설비.
4. 제1항에 있어서, 가열실은 외부로 통하는 통로구를 구비하고, 통로구에 보다 가까운 제1영역 및 그렇지 않은 제2영역에 각각 배치하는 제1 및 제2직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이,

   동일하지 않고, 또는,

   제1직화식 버너의 쪽이 제2직화식 버너보다도 크고, 또는,

   제1축열형 연소 장치의 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도 큰,

   것을 특징으로 하는 열처리 설비.
5. 제1항에 있어서, 가열실은, 물체가 외부로부터 가열실로 반입되는 입구부 및 물체가 가열실로부터 외부로 반출되는 출구부를 구비하고, 입구부에 보다 가까운 제1영역, 출구부에 보다 가까운 제2영역, 및 제1 및 제2영역과는 상이한 제3영역에 각각 배치하는 제1, 제2 및 제3직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치 중, 제1 및 제2, 제1 및 제3, 혹은, 제2 및 제3직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이,

   동일하지 않고, 또는,

   제1직화식 버너 쪽이 제2직화식 버너보다도, 제1직화식 버너 쪽이 제3직화식 버너보다도, 혹은, 제2직화식 버너 쪽이 제3직화식 버너보다도 크고, 또는,

   제1축열형 연소 장치 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도, 제1축열형 연소 장치 쪽이 제3축열형 연소 장치보다도, 혹은, 제2축열형 연소 장치 쪽이 제3축열형 연소 장치보다도 큰,

   것을 특징으로 하는 열처리 설비.
6. 외부로부터 반입되는 물체에 대하여 열처리를 실행하는 가열실에 부설되는 복수개의 축열형 연소 장치의 각각이 구비한 직화식 버너가 내장하는 다공성 축열체의 설치 방법으로서,

   복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않도록 다공성 축열체를 설치하는 것을 특징으로 하는, 다공성 축열체의 설치 방법.
7. 제6항에 있어서, 가열실은 외부로 통하는 통로구를 구비하고, 통로구에 보다 가까운 제1영역 및 그렇지 않은 제2영역에 각각 배치하는 제1 및 제2직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이,

   동일하지 않도록, 또는,

   제1직화식 버너 쪽이 제2직화식 버너보다도 크게 되도록, 또는,

   제1축열형 연소 장치 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도 크게 되도록,

   설치하는 것을 특징으로 하는, 다공성 축열체의 설치 방법.
8. 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실을 구비하는 열처리 장치에 있어서, 외부로부터 반입되는, 및/또는 외부로 반출되는 물체를 가열실 내에 배치하여, 열처리된 물체를 제조하는 방법으로서, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 동일하지 않도록 설정하고, 열처리 설비를 운전하는 것을 특징으로 하는, 열처리된 물체 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 가열실은 외부로 통하는 통로구를 구비하고, 통로구에 보다 가까운 제1영역과 그렇지 않은 제2영역에 각각 배치하는 제1 및 제2직화식 버너 혹은 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이,

   동일하지 않도록, 또는,

   제1직화식 버너 쪽이 제2직화식 버너보다도 크게 되도록, 또는,

   제1축열형 연소 장치 쪽이 제2축열형 연소 장치보다도 크게 되도록,

   설정하는 것을 특징으로 하는, 열처리된 물체 제조 방법.
10. 가스의 흐르는 방향을 따라서, 다공성 축열체를 내장하는 열교환기가 복수개 부설된 공간을 구비한 열처리 설비로서, 복수개의 상기 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않은 것을 특징으로 하는, 열처리 설비.
11. 제10항에 있어서, 가스의 흐르는 방향의 상류측에 배치하는 다공성 축열체의 쪽이 하류에 배치하는 다공성 축열체보다도, 또는, 흐르는 가스의 온도가 보다 고온측에 배치하는 다공성 축열체의 쪽이 보다 저온측에 배치하는 다공성 축열체보다도, 실질적 평균 표층공 직경이 큰 것을 특징으로 하는, 열처리 설비.
12. 가스의 흐르는 방향을 따라서, 다공성 축열체를 내장하는 열교환기가 복수개 부설된 공간을 구비한 열처리 설비에 있어서의 다공성 축열체의 설치 방법으로서,

    복수개의 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 동일하지 않도록 다공성 축열체를 설치하는 것을 특징으로 하는, 다공성 축열체의 설치 방법.
13. 가스의 흐르는 방향을 따라서, 다공성 축열체를 내장하는 열교환기가 복수개 부설된 공간을 구비하는 열처리 설비에 있어서, 외부로부터 반입되는, 및/또는 외부로 반출되는 물체를 가열실 내에 배치함으로써, 열처리된 물체를 제조하는 방법으로서, 복수개의 상기 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경을 동일하지 않도록 설정하고, 열처리 설비를 운전하는 것을 특징으로 하는, 열처리된 물체 제조 방법.
14. 다공성 축열체를 내장하는 직화식 버너를 구비한 축열형 연소 장치가 복수개 부설된 가열실을 구비하고, 그 가열실 내의 물체에 열처리를 실행하는 열처리 설비로서, 복수개의 직화식 버너 또는 복수개의 축열형 연소 장치에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 연직(鉛直) 방향에 있어서 보다 하부에 배치하는 것일수록 큰 것을 특징으로 하는, 열처리 설비.
15. 가스가 통해 흐르는 다공성 축열체를 내장하는 열교환기가 복수개 부설되어, 복수개의 상기 열교환기에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이, 연직(鉛直) 방향에 있어서 보다 하부에 배치하는 것일수록 큰 것을 특징으로 하는, 열처리 설비.
16. 축열형 연소 장치가 구비한 직화식 버너 또는 열교환기에 내장되는 다공성 축열체의 선정 방법으로서, 축열형 연소 장치 또는 열교환기의 운전 시간의 증가에 수반하여 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경의 감소를 측정하고, 그 측정값과 목표값과의 차이에 상당하는 값을 미리 상승시킨 실질적 평균 표층공 직경을 갖는 다공성 축열체를 상기 직화식 버너 또는 열교환기에 내장하는 것을 특징으로 하는, 다공성 축열체의 선정 방법.
17. 열처리 설비가 구비하는 가열실에 복수개 부설되는 축열형 연소 장치가 구비한 직화식 버너에 내장되는 것으로서 사용되고, 그 후 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재로서, 사용 개시 전의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경이 동일하지 않은 것을 특징으로 하는, 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재.
18. 제17항에 있어서, 540일 이상의 열처리 설비의 운전 시간에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경의 변화율로서 정의되는 폐색율(閉塞率)이 50% 이상인 것을 특징으로 하는, 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재.
19. 제17항에 있어서, 800일 이상의 열처리 설비의 운전 시간에 있어서의 다공성 축열체의 실질적 평균 표층공 직경의 변화율로서 정의되는 폐색율이 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 사용 완료된 다공성 축열체의 구성 부재.