WO1997024571A1

WO1997024571A1 - Four a flux gazeux

Info

Publication number: WO1997024571A1
Application number: PCT/JP1996/003887
Authority: WO
Inventors: Mamoru Matsuo
Original assignee: Nippon Furnace Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1997-07-10
Also published as: CA2241628A1; KR19990072169A; JPH09178354A; KR100293836B1; US6109914A; JP3719616B2; EP0871004A1; TW328109B

Description

明細害

気流炉

技術分野

本発明は気流炉に関する。更に詳述すると. 本発明は. 循環気流を一旦炉外に取り出してから再び炉内へ增速して戻し、供給される気流よりも非常に大きなポリュームの循環気流（本明細書ではこれを強循環流と呼ぶ）を形成する気流炉に関する。

背景技術

従来，アルミニウムやセラミックスなどのような非常に幅射率が小さな材料あるいは小物の被加熱物の場合、輻射熱を与えても熱をとることができなかったり均一に熱を与えることが難しいことから、対流伝熱による加熱が行われる。この対流伝熱においては気流の速度が伝熱を支配するため、炉内に気流を強制的に循環させる気流炉が考えられている。例えば、図 1 1 に示すような気流炉が使用されて被加熱物の加熱が行われている。この気流炉は、バッチ式であって，炉 1 0 1 の両側壁に燃焼室 1 0 2 と排気室 1 0 3 とを接続すると共にこれらの間に熱風循 ¾ファン 1 0 4 とダクト 1 0 5 とで構成される炉外循環路 1 0 6を備え > 排気室 1 0 3から燃焼排ガスの一部を取り出して再び燃焼室 1 0 2内へ戻す循環気流を形成するようにしている。この気流炉の場合、燃焼室 1 0 2 内で火炎によって加熱された気流が炉内 1 0 7 を被加熱物の搬送方向と直交する方向に通過して排気室 1 0 3へ流出する間に被加熱物 Wを加熱し，排気室 1 0 3 に導入される循環気流の一部を排気すると共に残りをダクト（循 »路） 1 0 5 に導入して強制的に循環させることが行われている。

また、図 1 2 に示すように複数のゾーン 1 0 7 a , '·· , ' 1 0 7 ε を構成した連統式気流炉の場合、図 1 2 には示していないが図 1 1 に示すような燃焼室 1 0 2 と排気室 1 0 3 とが炉体 1 0 1 の両側壁に設けられ、各ゾーンごとに炉内を横切る循環気流が形成されるように設けられている。そして、ワーク搬入口 1 0 8 に隣接するゾーン 1 0 7 a には排気口 1 1 0が設けられ、各ゾーン 1 0 7 a , ··· , 1 0 7 e で発生した気流增熱のための燃焼ガスを集合させて 1 箇所から排気するように設けられている。

しかしながら，強循環流を起こすエネルギは気流の流 Sと圧力によって決まることから，熱風のまま強制循環させる従来の気流炉によると，得られる強循環には限界がある。即ち、圧力は流速の二乗に比例するため、流速を上げようとすると、圧力を流速の二乗に比例して上げなければならない。しかし > 圧力が二乗で増えると、極端に循環ファン 1 0 6の動力が増えることから、吐出圧力を Sくできず循環量が制限される。即ち > 大きな強循環流が形成し難い。また，高温の熱風を対象にしょうとすると，耐熱性の «やファン軸の冷却が必要となるし玫障も多くなることから . 従来には高温の熱風に耐えられるファンが存在せず、 ¾ fi熱風を循¾させることは実現が困難であった。このため、従来の気流炉では、炉外循環できるガス温度は 6 5 程度が限界であり、炉温を上げての伝熱効率の改善を図ることができなかった。したがって、伝熱 Sを大きくできず，バッチ式気流炉の場合には加熱処理時間がかかる問 Sを有し、連統気流炉の場合には炉長が長くなる問題を有している。

また、熱源としてパーナを使用する場合. 6 5 0 t程度以下の比較的低温の気流の流速化は火炎温度を下げて失火を招く處がある。したがって，従来の気流炉によると. 循環気流の循環効果が不十分であり、炉のコンパクト化や高性能化が達成できない問 Sを有していた。

更に，連統式気流炉の場合，排気温度を極力低下させるために炉尻がワーク搬入口 1 0 8側に設定される。このため、各ゾーン 1 0 7 a , ··· , 1 0 7 eでの坩熱のために発生させられた燃焼ガスは、全置が炉尻に集められて排気口 1 1 0から排出されることから，ゾーン内温度が燃焼ガスの流れにおいて上流側となるゾーン（図 1 2上右側）の影響を受け、炉温の独立性を保つことができない。炉温は被加熱物 Wの搬出口 1 0 9側が高く搬入口 1 0 8側が低くなり、 «も熱を必要とする被加熱物搬入口 1 0 8 のゾーン 1 0 7 aの温度を上げることができない。即ち，彼加熱物搬入口側即ち排気口 1 1 0側の炉内温度を高くして昇温を早めようとしても，高い温度のままガスが排出されるため、エネルギーの無駄となるし, そのような ¾温の排ガスを大気中に放出することは周辺環境に悪影響を与える。したがって，入口側の温度を高くできず、だらだらと緩やかに温めて行くしかなく、その結果、炉長が長く無駄に燃料を多く使うこととなる。しかも，排気温度を低くするといつても，依然として高く十分には低いとは言えないため. 熱効率が悪い。

更に、気流の流れ方向が一定のため被加熱物 Wの左右（気流の流れ方向の手前側と奥側）で均一加熱が不可能である。加えて，連統式気流炉の塌合 > K接するゾーンに滞留する被加熱物との問での轄射による熱授受で被加熱物の搬送方向の上流側と下流側との問でも温度差が生じる。即ち，同じ被加熱物あるいは同じトレーに搭載されている被加熱物でも、上流側のより S温の被加熱物からの輻射熱を受ける反面、下流側の低温の被加熱物には熱を奪われるので温度差が生じてしまう。このことから、均一加熱が困難であった。

本発明は、伝熱性能の高い気流炉を提供することを目的とする。また、本発明は. 高温かつ多量の循環流を低動力で確保できる気流炉を提供することを目的とする。更に本発明は、炉内全域で Kくかつ均一な温度の気流を形成できる気流炉を提供することを目的とする。

発明の開示

かかる目的を達成するため、本発明の気流炉は、炉の両側壁にそれぞれ配置されて炉内に噴射される前の循 ¾気流を加熱する熱源を備えた加熱室と. これら加熱室を連結して炉内の循環気流を炉外に取り出して再び炉内へ還流させる炉外循 ¾系路とを備えるようにしている。そして更に、炉外循環系路は、加熱室の循環気流出入口の近くにそれぞれ備えられた «熱体と、循¾ファンと > 循¾ファンの吸入口側と吐出口側とをいずれかの一方の蓄熱体にそれぞれ選択的に交互に連結させて蓄熱体に対する気流の流れの方向を切り替える流路切替装置と. 両蓄熱体の間の区間で循環気流のガス性状を変えるための抜熱若しくは希釈を行う抜熱手段とを有している。そして，本発明の気流炉は、流路切替装 ϋの周期的な切り替えによって気流の流れ方向を反転する高温強循環流を炉内に形成するようにしている。

この場合、炉内を通過して被加熱物の加熱に使われた後の気流の一部は、循環ファンによって発生する負圧によって炉外循環系路へ抜き取られると共に循 ¾フアンで昇圧された後再び炉内へ速で噴射される。この、循環気流は，炉外循環系路の吸入側でその顕熱が蓄熱体に奪われることによって低温とされる。そして、低温状 ¾6となった循環気流は循環フアンによって昇圧された後反対側の蓄熱体を通過してそこでの直接熱交換によって再び高温とされてから炉内へ噴射される。したがって、低温用循環ファンを使って炉内に高温の強循¾流を形成できる。即ち、炉外の熱風循¾系路を循環する間の循環気流は低温となるため循環ファンを大型化（能力を上げること）でき，吐出流量を大きくして強循環流の生成を可能とする。そして、対流伝熱においては気流の流速が大きいほど伝熱量は大きく早く加熱処理できるので，従来 1 o o o t以上の焼成温度が要求されるため不可能視されたセラミックスなどの気流焼成や，さらには小物の被加熱物でも均一に加熱すること等が実現できる。

また. 本発明の気流炉によると、循環気流が «流速で流れるので、そのモーメンタムによって、加熱空の広い領域において循環量をこれまでよりも格段に增加させることができ、強循現流を形成して伝熱量の堪大を図れる。しかして、循 »気流の增加と高温化が対流伝熱量の增加をもたらすので > 炉のコンパクト化あるいは加熱処理時間の短縮が可能である。

また，本発明の気流炉によると、気流の方向が周期的に反転するため、炉内温度の均一化によって^内温度差が小さくなり、炉構造物に対する熱ストレスを小さくすると共に被加熱物を均一に加熱できる。また、高温強循¾流の流れの方向が周期的に反転するので，炉内温度分布がより均一化でき、被加熱物の加熱むらが少なくなる。

—方、炉外循環系路内では、抜熱手段による抜熱あるいは希釈によって循¾気流のガス性状の変更が行われ，平衡温度の上昇が防がれている。ここで. 循¾気流の抜熱による平衡温度および戻し口温度は、次の式 1 によって表される。

循環気流の抜熱による平衡温度

Δ t

t c = t h 一

1 - τ? t

- ( 1 ) t I = ( 1 - T) « ) t e + T) , C _ft 平衡温度 *

循環気流（取出口）温度 :

循環気流（戻し口）温度 t

厶 t 循環気流の抜熱温度差

Τ) ι 蓄熱器の温度効率

この循環ファン吸い込み口の気流平衡温度 t c は循環気流の抜熱温度差厶 t と蓄熱体の温度効率に支配され，例えば循現気流の取り出し口温度 t _h が 1 0 0 0 での場合には図 5に示す関係にある。また，循環気流の希釈による平衡温度および戻し口温度は，次の式 2によって表される。

循環気流の希釈による平衡温度

厶 G , AG

- ( 1 + ) TJ I t » + t

G G

厶 G

( 1 + ) ( 1 - 7J ,)

G

( 2 ) t . = ( l - n t ) t t c ：平衡温度 X：

t h ：循環気流（取出口）温度 :

t , ：循¾気流（戻し口）诅度 t

t . ：大気温度

厶 G ：希釈空気量 Nm，/h

G 循環気流量 Nm，/h

7} , ：蓄熱器の温度効率

この循環ファン吸い込み口の気流平衡温度 t e は循¾気流への稀釈空気量△ G と 31熱体の温度効率に支配され、例えば循環気流の取り出し口温度 t „ が 1 0 0 0 t：、大気温度 t : が 2 0での場合には，図 6に示す関係にある。かくして . 炉外循環系路内での適 Sの抜熱あるいは希釈によるガス性状の変更によって平衡温度の上昇が起こるのを防ぐことができる。ここで，上述の抜熱手段は炉外循環系路の加熱室の循環気流出入口にそれぞれ設 atされた両蓄熱体の間であれば特に設匱齒所に限定を受けるものではないが，流路切替装置と循環ファンの吸い込み側との間に配 sされていることが好ましい。この場合、循環ファンに流れ込む循環気流がより低温となり，循環ファンに与えるダメージが少なくなると共に気流の循環量をより增やすことかできる。また、抜熱手段は、例えば、空気ゃ排ガスなどの少 sの希釈用気体を循環気流に注入するもの，熱交換器、加熱股備の材料予熱部などを抜熱手段に用いるもの、あるいは両蓄熱体の間の流路の保温効果を低くすること、例えば保温材を薄くしたり，保温性の劣る保温材の使用などによって構成される。

また，本発明の気流炉における熱源としては、各種パーナやラジアントチューブバ一ナ， ¾気ヒータなどの熱源が使用可能であるが、なかでもパーナ、特に蓄熱体を備え該 «熱体を介して燃焼用空気の供給若しくは循環気流の排気を行う 2 基で 1組のパーナを交互に燃暁させる蓄熱型パーナシステムを使用することが好ましい。この場合、被加熱物の加熱に使われた後の循環ガスの一部が排出される ΚΠこ、その顕熱が蓄熱体に回収されてから、再び極めて高い熱効率で燃焼用空気の予熱に使われて炉内へ戻されるため、循環気流の温度を «くしても、その熱を回収して周辺 ¾境に悪影響を与えない程度の低温にしてから排出でき、高い熱効率を維持できる。

また、本発明の気流炉は、被加熱物が搬送される方向に複数のゾーンに区画された連統式気流炉であって、各ゾーン毎に前記加熱室と炉外循環系路を配置し、周期的に気流の流れ方向を反転する ¾温強循環流を各ゾーン毎に形成するようにしている。この場合、各ゾーン毎に独立して循環気流が形成されることにより熱が循するので，他のゾーンの気流温度に影響を与えない。このため、各ゾーン毎に循環気流の温度及び循環量をゾーン内の被加熱物の材質などに合わせて最も適切な熱量が与えられるように設定することができ > 伝熱の最適化を図りつつ炉のコンパクト化等の合理化と同時に省エネルギー化を実現することができる。また、各ゾーン毎に高温の強循¾気流が形成されるため、炉温の独立性を保ちつつ伝熱量の増大が図られる。特に，被加熱物搬入口寄りのゾーンの気流温度が被加熱物排出口寄りのゾーンの気流温度よりも高い場合には、最も熱を必要とする被マ加熱物搬入口のゾーンの温度が上げられて被加熱物の昇温が早められる。依って > 循環気流の高温化と相まって、加熱炉の炉長を大幅に短くでき，熱設備コストが大幅に低減できるようになる。

加えて，被加熱物を搬送するトレーの前後には、それよりも前方のトレー上の被加熱物からの輻射熱と後方の卜レー上の被加熱物への幅射熱を遮断する仕切板を設けることが好ましい。この場合，トレーの仕切板によって K接するゾーンの被加熱物間の輻射による熱授受の防止とゾーンの独立性が維持される。依って、被加熱物の前後あるいは同一トレー上の前側の被加熱物と後側の被加熱物との間の温度差が発生するのを防ぐと共に各ゾーン毎の気流温度の設定が可能となる。

図面の簡単な説明

図 1 は本発明の気流炉の実施の一形 ! を示す原理図である。図 2 は本発明の気流炉の他の実施の一形!！！を示す原理図である。図 3は本発明の気流炉の更に他の実施の一形態を示す原理図である。図 4は図 3の気流炉の縦断面構造を示す図で， ( A ) は仕切扉を有するタイプ、（ B ) は仕切板を有するタイプを示す。図 5 は循環ファン吸入口の気流平衡温度と循環気流の抜熱度差との関係を «熱体の温度効率との関係で示すグラフである。図 6は循環ファン吸入口の気流平衡温度と稀釈空気率との間係を S熱体の温度効率との関係で示すグラフである。図 7は本発明を連統式気流炉に適用した実施の形態を示す原理図である。図 8 は連統式気流炉に使用されるトレーの一例を示す斜視図である。図 9 は図 7 の速統式気流炉による炉内温度分布図である。 0 1 0 は図 1 2の従来の連統式気流炉による伊内温度分布図である。図 1 1 は従来の気流炉の一例を示す原理図である。図 1 2 は従来の速統式気流炉の一例を示す原理図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の構成を図面に示す最良の実施の形態に基づいて詳細に説明する。図 1 に本発明をバッチ式気流炉に適用した一実施形態を示す。この気流炉は，炉 1 と. 炉 1 の両側壁に接統された加熱室 2 , 2 と，これら加熱室 2 内で循環気流 3 0 を.加熱して增熱させる熱源としてのパーナ 3 A , 3 B及び増熱された高温の気流を炉内 1 8 を通過させて反対側の加熱室 2 に取り出した後に再び喷射側の加熱室 2内へ還流させる炉外循環系路 4 とから主に構成されている。熱源としては > 本実施例の場合，交互に燃焼する 1組のパーナ 3 A, 3 Bによって構成される蓥熱型バ一ナシステムが採用されている。炉外循環系路 4は，熱源用パーナ 3 A. 3 Bの切り替えに応じて周期的に気流の流れ方向を反転する ¾温強循環流 1 0を炉内 1 8 に形成するように設けられている。この炉外循環系路 4の循環気流出入口 9 A, 9 Bは加熱室 2の上部に配置されている。そして，炉外循環系路 4 から噴射される循¾気流が加熱室 2内で所定温度まで加熱昇温されてから炉内 1 8へ噴き出されるように股けられている。循環気流 3 0は両側の燃焼室 2 , 2 と炉外循 ¾系路 4 を経て被加熱物 Wの搬送方向と直交する方向に伊内 1 8を通過する高温強循環流 1 0を形成する。

—方、 «熱型パーナシステムは、それぞれ蓄熱体 1 1 A, 1 1 Bを有する一対のパーナ 3 A, 3 Bを流路切替手段 1 2 を介して空気供給系 1 3あるいは排気系 1 4 に ¾択的に交互に接統して，一対のパーナ 3 A, 3 Bの一方を燃焼させている間に停止中の他方から被加熱物 Wの加熱に使った後の燃焼ガスを排気させるようにして成る。各パーナ 3 A, 3 Bは，例えば炉 1 の両側壁に設置された加熱室 2のそれぞれの頂部に据え付けられており，交互に作動する。なお、図中の符号 1 6は燃料ノズルである。

«熱体 1 1 A , 1 1 Bはパーナボディあるいはこれと別体のケーシングなどに収められてパーナ 3 A, 3 Bに組み込まれている。この蓄熱体 1 1 A, 1 1 Bは、通過する排ガスとの間で熱交換を行い排熱を回収すると共に回収した熱で燃焼用空気を予熱する。各パーナ 3 A, 3 Bの蓄熱体 1 1 A, 1 1 Bは、ダクト 1 5, 1 5を介して四方弁 1 2の 4つのポー卜のうちの 2つのポート（互いに連通されることのない位 ϋ関係にある 2つのポート）に接統されている，また、四方弁 1 2の残りの 2つのポートには，空気供給系 1 3及び排気系 1 4がそれぞれ接統されている。したがって、各パーナ 3 Α, 3 Β並びに審熱体 1 1 A, 1 1 Bは何れか一方のパーナ及び ¾熱体が空気供給系 1 3に、他方のパーナ及び蓄熱体が排気系 1 4に接統されており、その接続関係は四方弁 1 2の切り替えによって、切り替えられる。

他方、炉外循環系路 4は. 各加熱室 2， 2の循 ¾気流出入口 9 Α, 9 Βに近い部分にそれぞれ設 SIされた蓄熱体 5 A， 5 Bと循環ファン 6 と、この循環ファン 6 の吸入口側と吐出口側とを菴熱体 5 A, 5 Bのいずれか一方にそれぞれ選択的に交互に連結させて蓥熱体 5 A, 5 Bに対する気流の流れの方向を切り替える流路切替装置 7 と、気流のガス性状を変えるための抜熱若しくは希釈を行う抜熱手段 8及びこれらを連結するダクト 3 2 とから構成され、流路切替装置 7 の周期的な切り替えによって蓄熱体 5 A, 5 Bを通した一部の燃焼ガスの抜き取りと再供給を交互に行なわせ、気流の流れ方向を周期的に反転する ffi温強循環流 1 0 を炉内 1 8 に形成するようにしている。

ここで，熱源用パーナ 3 A, 3 Bに使用される蓄熱体 1 1 A, 1 1 Bも、また炉外循環系路 4 に配置される蓄熱体 5 A, 5 Bも、比較的圧力損失が低い割に熱容 Sが大きく耐久性の高い構造並びに材料の使用、例えば多数のセル孔を有するハニカム形状のセラミックス製滴体の使用が好ましい。例えば、排ガスのような 1 O O O t前後の高温流体と. 燃焼用空気のような 2 O ;前後の低温流体との熱交換には，コージライトゃムライト等のセラミックス材料の押し出し成形によつて製造されるハニカム形状のものの使用が好ましい。また，ハニカム形状の蓄熱体は、コージライト、ムライト以外のセラミックス例えばアルミナやセラミックス以外の素材例えば耐熱銅等の金属あるいはセラミックスと金属の複合体例えばポーラスな骨格を有するセラミックスの気孔中に溶融した金厲を自発浸透させ、その金属の一部を酸化あるいは窒化させてセラミックス化し、気孔を完全に埋めた A l ₂ O , 一 A 1 複合体、 S i C - A 1 ₂ 0₃ — A 1 複合体などを用いて製作しても良い。尚、ハニカム形伏とは、本来六角形のセル（穴）を意味しているが、本明細謇では本来の六角形のみならず四角形や三角形のセルを無数にあけたものを含む。また. 一体成形せずに管などを束ねることによってハニカム形状の S熱体を得るようにしても良い。しかし、蓄熱体 5 A, 5 B , 1 1 A. 1 1 Bの形状も特にハニカム形状に限定されず > 平板形状や波板形状の蓄熱材料を简状のケーシング内に放射状に配置したり，パイプ形状の蓄熱材料を軸方向に流体が通過するように简状のケーシング内に充填したものであっても良い。または、 ¾壁によつて周方向に 2室に区画形成され、軸方向に流体が通過可能とした简状のケーシングを用意し、これの各室に球状、短管、短棒、細片、ナゲット状 > 網状などの蓄熱材料の塊りを充填することによって構成されたものでも良い。

また > 循環ファン 6の吸入側と流路切替装匿 7 との間には抜熱手段 8 としての希釈空気注入口 8 aが設けられている。この希釈空気注入口 8 aからは蓄熱体 5 A, 5 Bの温度効率に見合った抜熱が実施できるように、常温の空気が注入される。この場合 > 設備全体の熱効率が更に向上する。この常温の空気の注入による抜熱量は，前述の式 1 によって表される。

この循¾ファン吸い込み口の気流平衡温度 t c は循環気流への稀釈空気量厶 G と蓄熱体の温度効率に支配され、例えば循環気流取り出し口温度 t hが 1 0 0 0 で大気温度が 2 0 "Cの場合には図 6に示す関係にある。そこで、平衡温度の上昇が起こらないようにするため、炉外循環系路 4内で適量の希釈によるガス性状の変更が行われている。通常、蓄熱体 5 A, 5 Bの温度効率が 8 0〜 9 0 %程度の場合には希釈率は、 0. 1 ~ 0. 2 5の範囲に設定される。循環気流取り出し口温度 t hが 1 O O O tにおいて、希釈率厶 GZG = 0における温度効率が t o = 0. 9の蓄熱器を用いて、厶 G/G = 0. 1 で希釈したときの平衡温度 t c . 温度効率？} t、戻し口の循環気流温度 t l を求めるとぐ t c = 3 8 0 " , τ) t = 0. 8 5 5、 t 1 = 9 1 0でとなる。

以上のように構成された気流炉によると、次のようにして炉内に高温の強循穠流を実現できる。

熱源を構成する 1組の蓄熱型パーナ 3 A, 3 Bを交互に焚いて加熱室 2内で火炎 1 7を形成して炉に向かう循環気流 3 0の增熱を図る。例えば、パーナ 3 Aを作動させる場合には. パーナ 3 A側を燃焼用空気供給系 1 3 に接統するように四方弁 1 2を切り替え、かつ一方の燃料制御弁 3 1 Aを開くと共に他方の燃料制御弁 3 1 Bを閉じる。これにより、供給される燃焼用空気は、畚熱体 1 1 Aを通過しながら排ガス温度に近い高温例えば 8 0 0〜 1 0 0 0で程度に予熱された後，各バーナスロート内に流れ込み、各燃料ノズル 1 6から嘴射された燃料と混合されて燃焼する。一方、排気系に接統されているパーナ 3 B側では炉内 1 8を通過した後のガス（循環気流 3 0 と燃焼ガス）の一部が排出される。このとき，排ガスの熱は蓄熱体 1 1 Bで回収される。そして. パーナ 3 A側が作動を開始してから例えば， 6 0秒以内の短時間、好ましくは 2 0秒程度あるいはそれ以下の短時間が経過すると、四方弁 1 2が切り替わると共に、これに連動して燃料制御弁 3 1 A , 3 1 Bの一方が閉じて他方が開く。これにより、パーナ 3 B側に燃焼用空気及び燃料が供給されて燃焼を開始する一方、パーナ 3 Aが非作動の待機状態になる。このとき、パーナ 3 B側へ供給される燃焼用空気は、排ガスの熱で加熱された蓥熱体 1 1 Bで予熱され、非常に高温（例えば、 8 0 0 〜 1 0 0 0 ;程度）になる。

通常 > «流速の循環気流 3 0 の流れが火炎 1 7 に衝突すると、火炎温度を下げて失火を招くが循環気流 3 0の温度が燃料の自己着火温度よりも «温となるため（排ガス温度に近い高温），着火ポイントでの温度がそう下がらないので着火性に僅れ火炎の安定性があり火炎が吹き消えることがない。

以後、パーナ 3 A及びパーナ 3 Bは循環気流 3 0の流路切替装 B 7 と同期して所定時間毎に交互に作動し、非常に «温の燃焼用空気を用いて交互燃焼を操り返し，加熱によって消费した分の循環気流 3 0の增熱を図る。

同時に、炉内 1 8から加熱室 2へ流出した循環気流 3 0 は、循環ファン 6 によつて発生する負圧によって炉外循環系路 4へ锈引され、循環フアン 6で昇圧された後再び加熱室 2から炉内 1 8へと高速で噴射され，炉内 1 8 に高温の強循環流 1 0 を形成する。この «5、循環気流 3 0 は炉外循環系路 4 の循環気流出入口 9 B の蓄熱体 5 Bを経てその顕熱を蓄熱体 5 Bに捨てて低温とされる。更に、抜熱手段 8 によってより低温とされる。そして、低温状態で循環ファン 6 に導入され、昇圧された後反対側の審熱体 5 Aを通過して炉内 1 8へ噴射される。このとき，循環気流 3 0 は «熱体 5 A (あるいは 5 B ) における直接熱交換によって再び高温とされている。したがって， 1 0 0 0 前後あるいはそれ以上の高温の循環気流 3 0は、炉外循環系路 4 を流れる際には 2 0 あるいはそれ以下の低温にされ、再び炉内 1 8へ戻されるときには上述の高温状態に戻される。

高温でかつ高速の強循環流 1 0 は、加熱空間の広い領域において気流循環量をこれまでよりも格段に增加させることができる。これによつて，炉内 1 8 を流れるガスの流量は投入された空気及び燃料の Sに循環気流 0のガス fiを加えたものになり，循環気流 Sの增大によって炉内 1 8 のガス流動が激しくなり、炉内ガスの混合の促進や対流伝熱量の増加が起きて炉内温度差（炉内各所での雰囲気の温度差）が解消されて温度分布は均一化される。

更に. ガス循¾率が堪加すると、燃焼ガスの熱容量の增加のために伝熱 Sが增大する。つまり、対流伝熱においては気流の速度が伝熱を支配するため、循環気流 Sが堆加すると，伝熱効率を格段に改善する。また > 強循環気流 1 0の方向が周期的に反転するため、炉内での気流の温度がより均一化され加熱むらがなくなる。しかも，ガス循 ¾率の堆加と共に炉内最高温度（炉内温度は気流温度と炉壁温度とによって形成される雰囲気温度である。）は逆比例して低下してくるが，炉内平均温度はほとんど低下せず、炉内 *高温度は炉内平均温度に近づき炉内温度分布は平均化してくる。

したがって. 本発明の気流炉では，循環気流 3 0 の增熱のための燃焼による温度上昇分を 3 0 0 〜 5 0 と小さく抑えることができ、燃焼量を少なくできる。尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施例においては、蓄熱体 1 1 A , 1 1 Bを備える 2基で一組のパーナ 3 A , 3 Bを交互に燃焼させる蓄熱型パーナシステムを熱源とする実施の形 86に適用した場合について説明したがこれに特に限定されない。熱瀕としては、例えば電気ヒータやラジアントチューブパーナあるいは酸索燃焼パーナやその他のパ —ナなどが使用可能である。ここで、 ¾気ヒータやラジアン卜チューブパーナのような数十秒の短時間で切り替え不可能な熱源の場合には両加熱室 2 , 2 の熱源は常時 O N状 ϋとする。この場合においても、発生する熱は炉外循環経路 4 の ¾ 熱体 5 Α , 5 Βに回収されて循¾気流の加熱に使用されるため無駄となることがない。

また，抜熱手段 8 についても特定のものに限られるものではなく、例えば > 図 2 に示すように、循環気流から直接熱を取り出す手段を採用しても良い。この気流炉は，抜熱手段 8 として熱交換器 8 bを使用したものである。この場合、熱交換によって循環気流の性状を変えて前述の式 2及び図 5 に示す開係が成立するようにしたものである。

また、図示していないが、抜熱手段 8 は炉外循環系路 4 の両蓄熱体 5 A , 5 B の間の流路の保温効果を低くすること、例えば保温材を薄くしたり保温性に劣る安価な保温材の使用等によっても構成できる。この場合、熱の利用効率は低下するが、設備的には保温材がの使用量少なくなつたり . 安価な保温材の使用により設備コストを下げ得るという利点が有る。

更に、図 3及び図 4に他の実施の形態を示す。この気流炉は、加熱部 1 8 ' の上流側に予熱部 8 c を設け，この予熱部 8 c を抜熱手段 8 として利用したものである。二の場合，加熱部 1 8 ' と予熱部 8 c との間に仕切扉 1 9を設けて 2室に区切り、両室 1 8 ' , 8 cの間で循環気流の出入りが直接起きないように設けられている。そして、流路切替装置 7 と循環ファン 6との間に加熱設備 1 ' の予熱部 8 cを接統して被加熱物 Wの予熱によって抜熱させるものである。この加熱設備 1 ' の加熱部 1 8 ' には熱源用パーナ 3 と炉外循環系路 4 とが接統され， «温の強循環流 1 0が形成されている。

また、予熱部 8 c と加熱部 1 8 ' にはそれぞれ被加熱物搬入口 2 2 とそれを開閉する挿入扉 2 0、また搬出口 2 3 とそれを開閉する取り出し扉 2 1 とが設けられている。

なお，図 4の（ B) に示すように、被加熱物 Wを載 11するトレーの前後に仕切板 2 4を設け、この仕切板 2 4を仕切扉 1 9に代用することも可能である。

また，図 7に本発明を連統式気流炉に適用した実施例を示す。この連統式気流炉 1 " は，一度に加熱する単位 fiの被加熱物 Wを搭載して搬送するトレー 2 5を 1 つずつ収容する程度の大きさのゾーン 1 8 a, 1 8 b, 1 8 c に仕切られ、各ゾーン 1 8 a, 1 8 b, 1 8 c毎に例えば図 1 あるいは図 2 に示すような熱源 3 と炉外循 ¾系路 4が備えられる。各ゾーン 1 8 a , 1 8 b, 1 8 cの境界部分には、本実施例の場合、僅かに炉内へ突出する仕切壁 2 6が設けられ，被加熱物 W を搭載するトレー 2 5の端部との間で実的に仕切られている。トレー 2 5は、図 8に示すような，炉内を桷切るように被加熱物 Wの搬送方向と直交する方向に通過する気流の流れを妨げることのないようにチャネル材を格子状に組み合わせたものから構成されている。そして，その前面と後面（被加熱物の搬送方向と直交する面）にはそれぞれ仕切板 2 4 , 2 4が設けられている。この仕切板 2 4は, 幅射熱を遮蔽し得る材料、例えばアルミニウム、ステンレス、セラミックス、スティールなどから構成されている。この仕切板 2 4は前方と後方のトレー 2 5に載 Bされた被加熱物 Wとの間で ffl射熱の授受を行わないように遮断して両 IBの被加熱物 W, Wの影響を受けないようにしている。また、この仕切板 2 4は、ゾーン 1 8 a , 1 8 b, 1 8 c毎に気流の流れる通路を実 K的に区画し、気流循¾を確定してゾーンの独立性を保たせる。

他方，図示していないが各ゾーン 1 8 a. 1 8 b, 1 8 c にはそれぞれ加熱室と、熱源となる蓄熱型パーナシステムと、炉外循 ¾系路とが設けられ、各ゾーン 1 8 a, 1 8 b, 1 8 c毎に循¾気流の塌熱と墦速とが必要に応じてコントロールされる。しかも、各ゾーン 1 8 a, 1 8 b, 1 8 c毎に增熱のために発生した燃焼ガスは熱回収されてから排気されるため、 ^温の独立性が保たれている。そこで、炉温は、図 9 に示すように、最も熱を必要とする被加熱物搬入側寄りのゾーン（ゾーン 1 ) が高く、搬出側寄りのゾーン（ゾーン 3 ) が最も低くなるようにコントロールされる。この場合、被加熱物 Wを急激に加熱昇温させ得るので、炉長を短くすることができ、従来型のほぼ 1 / 2〜 2 Z 3 とすることができる。例えば，図 1 2に示すような従来の連統式気流炉によると、 5ゾーンの長さであつたのが 3ゾーンの長さで同じ温度にまでしかも均一に加熱することができる。尚. この連統式気流炉の場合においても、別個に材料予熱股備を設け、この材料予熱部に各ゾーンからの循環気流を導入して気流から抜熱することが行われることもある。

Claims

請求の範囲

1 . 炉外熱源で加熱した循環気流を炉内へ導入して被加熱物を加熱する気流炉において、炉の両側壁にそれぞれ配置されて炉内に噴射される前の循環気流を加熱する熱源を備えた加熱室と、これら加熱室を連結して炉内の循¾気流を炉外に取り出して再び炉内へ a流させる炉外循環系路とを備え、かつ該炉外循¾系路は前記加熱室の循環気流出入口の近くにそれぞれ備えられた蓄熱体と、循環ファンと，前記循環ファンの吸入口側と吐出口側とをいずれか一方の前記 *熱体にそれぞれ ¾択的に交互に連結させて前記蓄熱体に対する気流の流れの方向を切り替える流路切替装置と、両蓄熱体の間の区間で循環気流のガス性状を変えるための抜熱若しくは希釈を行う抜熱手段とを有し、前記流路切替装 Bの周期的な切り替えによって気流の流れ方向を反転する高温強循環流を前記炉内に形成することを特徴とする気流炉。

2 . 前記気流炉は被加熱物が搬送される方向に複数のゾーンに区画された連統気流垆であって、各ゾーン毎に前記加熱室と炉外循環系路を配置し、周期的に気流の流れ方向を反転する高温強循環流を各ゾーン毎に形成することを特徴とする a求の範囲 1 記裁の気流炉。

3 . 被加熱物を搬送するトレーの前後にはそれよりも前方のトレー上の被加熱物からの幅射熱と後方のトレー上の被加熱物への糠射熱を遮断する仕切板を設けたことを特徴とする請求の範囲 2記載の気流炉。

4 . 被加熱物搬入口寄りのゾーンの気流温度が被加熱物搬出口寄りのゾーンの気流温度よりも高いことを特徴とする請求の範囲 2記載の気流垆。

5 . 前紀熱源は、蓄熱体を備えこの蓄熱体を介して燃焼用空気の供給若しくは循環気流の排気を行う 2基で 1 組のパーナを交互に燃焼させる蓄熱型パーナシステムであることを特徴とする請求の範囲 1 または 2妃載の気流炉。

6 . 前記抜熱手段は前記流路切替装 IIと循環ファンの吸い込み側との間に配 ilされていることを特徴とする請求の範囲 1 または 2記載の気流炉。

7 . 前記抜熱手段は少量の気体を注入するものであることを特徴とする請求の睫囲 1 または 2記載の気流炉。記載の気流炉。

9 . 前 K抜熱手段は材料予熱部であり，該材料予熱部で循環気流の抜熱を行うことを特徴とする請求の範囲 1 または 2記載の気流炉。

1 0 . 前記抜熱手段は両蓄熱体の間の流路の保温を薄くすることによって構成されていることを特徴とする請求の範囲 1 または 2記載の気流炉。