WO2014136938A1

WO2014136938A1 - 連続加熱炉

Info

Publication number: WO2014136938A1
Application number: PCT/JP2014/055963
Authority: WO
Inventors: 佐藤　公美; 一雄三好; 貴博田中
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-09-12
Also published as: TW201508226A; US9689613B2; EP2966390A1; CN105026864B; EP2966390B1; CN105026864A; TWI498511B; JP6052393B2; KR20150122189A; EP2966390A4; JPWO2014136938A1; US20150377553A1; KR101773922B1

Abstract

連続加熱炉は、燃料ガスが燃焼する燃焼室、燃焼室における燃焼によって生じた排気ガスが導かれる導出部、被焼成物の搬送方向の直交方向に延在し、燃焼室における燃焼または導出部を流通する排気ガスの熱によって加熱され被焼成物に輻射熱を伝熱する第１輻射面、第１輻射面を加熱した排気ガスが流出する排気孔、を有し、炉本体内に配された一または複数の密閉式ガスヒータ（１１０）と、炉本体内のうち、密閉式ガスヒータに対し、被焼成物の搬送方向に併設され、密閉式ガスヒータの排気孔と連通し、排気ガスによって加熱され被焼成物に輻射熱を伝熱する第２輻射面（２１４ａ）と、第２輻射面のうち、搬送方向の直交方向の一端（２１４ｂ）側または他端（２１４ｃ）側において、排気ガスから第２輻射面への伝熱を促進する伝熱促進部（２１６）と、を有する一または複数の排気伝熱部（２１４）と、を備える。

Description

連続加熱炉

　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３月８日に日本に出願された特願２０１３－４７３０５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。被焼成物によっては、燃料ガスや排気ガスに晒せないものもある。そのため、連続加熱炉では、被焼成物の雰囲気に燃料ガスや排気ガスが混入しないような設計を要することもある。

そこで、燃料ガスが燃焼する燃焼室と、被焼成物が搬送される加熱室が隔離された連続加熱炉が提案されている（例えば、特許文献１）。この連続加熱炉では、被焼成物を加熱する加熱室の鉛直上方と鉛直下方に輻射面が設けられ、輻射面からの輻射熱で被焼成物を加熱する。輻射面の裏側には燃料ガスが燃焼して生成された高温の排気ガスが流れている。

日本国特開平１０－１１１０７８号公報

上記の特許文献１に記載の連続加熱炉の場合、排気ガスによって輻射体全体が左右の壁の対向方向に大凡均一に加熱される。

しかし、被焼成物が搬送される加熱室などの炉本体内においては、左右の壁などからの放熱により、被加熱物に与える熱流束は、炉本体内の搬送方向に直交する方向の両端側の方が、炉本体内の中心側よりも低くなり易い。そのため、被焼成物のうち両端側に近い部分が中心側に近い部分よりも温度が低くなってしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、炉本体内において被加熱物に与える熱流束の均一化を図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、炉本体内において、被焼成物を搬送する搬送部と、燃料ガスを流入させる流入孔、流入孔から流入した燃料ガスが燃焼する燃焼室、燃焼室における燃焼によって生じた排気ガスが導かれる導出部、被焼成物の搬送方向と直交する方向に延び、燃焼室における燃焼または導出部を流通する排気ガスの熱によって加熱され被焼成物に輻射熱を伝熱する第１輻射面、第１輻射面を加熱した排気ガスが流出する排気孔、を有し、炉本体内に配された一または複数の密閉式ガスヒータと、炉本体内に、被焼成物の搬送方向に沿って密閉式ガスヒータと併設するよう配置され、密閉式ガスヒータの排気孔と連通し、排気ガスによって加熱され被焼成物に輻射熱を伝熱する第２輻射面と、第２輻射面のうち、被焼成物の搬送方向と直交する方向の一端側および／または他端側において、排気ガスから第２輻射面への伝熱を促進する伝熱促進部と、を有する一または複数の排気伝熱部と、を備える。

伝熱促進部は、第２輻射面に対して垂直または傾斜し、排気ガスが流入する流入路を含み、流入路からの排気ガスが第２輻射面の裏側に衝突するよう構成されてもよい。

伝熱促進部は、前記排気伝熱部の内部を流れる前記排気ガスの流れを乱す乱流部で構成されてもよい。

また、密閉式ガスヒータに対し、被焼成物の搬送方向の前方と後方にそれぞれ排気伝熱部が併設され、被焼成物の搬送方向の前方に併設された排気伝熱部と後方に併設された排気伝熱部とで、排気伝熱部を加熱する排気ガスの流向が逆になっていてもよい。
あるいは、密閉式ガスヒータに対し、被焼成物の搬送方向の少なくとも前方または後方に複数の排気伝熱部が併設され、これら複数の排気伝熱部で、個々の排気伝熱部を加熱する排気ガスの流向が互いに逆になっていてもよい。

複数の密閉式ガスヒータが密閉式ガスヒータシステムを構成してもよい。さらに、この密閉式ガスヒータシステムが、一または複数の密閉式ガスヒータで構成されるユニットに分けられ、ユニット毎に排気伝熱部を備えてもよい。

本発明によれば、炉本体内において被加熱物に与える熱流束の均一化を図ることが可能となる。

密閉式ガスヒータ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。密閉式ガスヒータ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。密閉式ガスヒータシステムと排気伝熱部の配置を説明するための斜視図である。幅方向に連設された２つの密閉式ガスヒータシステムから被焼成物への熱流束を説明するための図である。伝熱促進部による伝熱促進効果を説明するための図である。伝熱促進部による伝熱促進効果を説明するための図である。図８Ａおよび図８Ｂに示す２つの排気伝熱部から被焼成物への熱流束を説明するための図である。密閉式ガスヒータシステムにおける排気伝熱部の変形例を説明するための斜視図である。図１０ＡのＸ（ｂ）‐Ｘ（ｂ）線における排気伝熱部の断面図である。図１０ＡのＸ（ｃ）‐Ｘ（ｃ）線における排気伝熱部の断面図である。

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では、炉内に複数の密閉式ガスヒータシステムが設けられている。まず、炉内に配された密閉式ガスヒータ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。

（密閉式ガスヒータシステム１００）
図１は、密閉式ガスヒータシステム１００の外観の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密閉式ガスヒータシステム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、２に示すように、密閉式ガスヒータシステム１００は、複数（ここでは２つ）の密閉式ガスヒータ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、それぞれの密閉式ガスヒータ１１０で燃料ガスが燃焼することで発熱する。そして、密閉式ガスヒータシステム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、両密閉式ガスヒータ１１０間の接続部位には、連設された密閉式ガスヒータ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。

本実施形態の密閉式ガスヒータシステム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を通じて連設する密閉式ガスヒータ１１０に火炎が広がって点火される。上記したように、密閉式ガスヒータシステム１００には２つの密閉式ガスヒータ１１０が設けられるが、両密閉式ガスヒータ１１０は同一の構成であるため、以下では、一方の密閉式ガスヒータ１１０についてのみ説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは、密閉式ガスヒータ１１０を説明するための図である。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、密閉式ガスヒータ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）、密閉式ガスヒータシステム１００の側面を形成する。

本実施形態においては、２つの密閉式ガスヒータ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つの密閉式ガスヒータ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、かつこれらの板は、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つの密閉式ガスヒータ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、接触する何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、接触する何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つの密閉式ガスヒータ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、密閉式ガスヒータシステム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、密閉式ガスヒータ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、それらを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配置板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つの密閉式ガスヒータ１１０のうちの一方の密閉式ガスヒータ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を介して他方の密閉式ガスヒータ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）から流入した燃焼ガスが燃焼する。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に連続すると共に第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を介して密閉式ガスヒータ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、上述した密閉式ガスヒータシステム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、複数の密閉式ガスヒータシステム１００と、複数の排気伝熱部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密閉式ガスヒータシステム１００や排気伝熱部２１４からの輻射熱を被焼成物Ｗに伝熱し易いようにメッシュ構造などでもよい。

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、密閉式ガスヒータシステム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。

排気伝熱部２１４は、炉本体２１２内にて、１つの密閉式ガスヒータシステム１００（密閉式ガスヒータ１１０）に対し、搬送方向の前方（図５中、右側）および後方（図５中、左側）にそれぞれ１つずつ併設される。

また、排気伝熱部２１４は、排気ガスによって加熱され被焼成物Ｗに輻射熱を伝熱する第２輻射面２１４ａを有し、密閉式ガスヒータシステム１００と同様、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。

図６は、密閉式ガスヒータシステム１００と排気伝熱部２１４の配置を説明するための図である。図６では、排気伝熱部２１４と第２配管部１３８との接続関係の理解を容易とするため、第１配管部１３６の一部を省略して示し、排気ガスの流れを実線の矢印で示す。

図６に示すように、密閉式ガスヒータシステム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６中、白抜きの両矢印で示す方向。以下、「幅方向」と略称する）が、密閉式ガスヒータ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つの密閉式ガスヒータシステム１００が連設される。したがって、幅方向には、密閉式ガスヒータ１１０が４つ並置される。

図７は、幅方向に連設された２つの密閉式ガスヒータシステム１００から被焼成物Ｗへの熱流束を説明するための図であり、横軸に幅方向の位置を示し、縦軸に被焼成物Ｗへの熱流束の積分値を示す。

図７に示すように、炉本体２１２のうち、幅方向の両端側においては熱流束が小さくなる。これは、炉本体２１２のうち、幅方向の両端（左右の壁）側からの放熱に起因している。そこで、本実施形態では、排気伝熱部２１４から炉本体２１２への伝熱に偏りを持たせることで、炉本体２１２内の温度分布の均一化を図っている。

図６に示したように、排気伝熱部２１４の幅方向の長さは、２つの密閉式ガスヒータシステム１００の幅方向の長さの合計と大凡等しい。また、排気伝熱部２１４は、搬送方向に併設された密閉式ガスヒータシステム１００の第２配管部１３８と連通している。詳細には、排気伝熱部２１４は、密閉式ガスヒータシステム１００を構成する２つの密閉式ガスヒータ１１０のうち、一方の密閉式ガスヒータ１１０の仕切板１２４に設けられた排気孔１２４ｂ（図３Ｂ参照）と連通している。

また、幅方向に連設された２つの密閉式ガスヒータシステム１００のうちの一方の第２配管部１３８が、伝熱促進部２１６を介して、密閉式ガスヒータシステム１００の搬送方向の前方に併設された排気伝熱部２１４と連通するとともに、他方の第２配管部１３８が、伝熱促進部２１６を介して、後方に併設された排気伝熱部２１４と連通している。

すなわち、炉本体２１２内には、密閉式ガスヒータシステム１００と同数の排気伝熱部２１４が設けられ、排気伝熱部２１４は、互いに異なる密閉式ガスヒータシステム１００に接続された第２配管部１３８と連通している。

伝熱促進部２１６は、第２配管部１３８に接続され、排気伝熱部２１４の内部に第２配管部１３８から排出された排気ガスを流入させる流入路２１６ａで構成される。この流入路２１６ａは、第２配管部１３８と排気伝熱部２１４とをつなぐ配管で形成される流路である。

さらに、個々の密閉式ガスヒータシステム１００から延びる流入路２１６ａの、排気伝熱部２１４側の出口は、第２輻射面２１４ａのうち、幅方向の一端２１４ｂ側、または、他端２１４ｃ側のいずれかに配される。その結果、幅方向に連設された２つの密閉式ガスヒータシステム１００に対し、搬送方向の前方に併設された排気伝熱部２１４と後方に併設された排気伝熱部２１４とでは、流入路２１６ａの出口の位置が、幅方向において逆となっている。
すなわち、幅方向に連設された２つの密閉式ガスヒータシステム１００では、搬送方向の前方に併設された排気伝熱部２１４と後方に併設された排気伝熱部２１４とで、排気伝熱部２１４の内部を流れる排気ガスの向きが、幅方向において逆となっている。

そして、流入路２１６ａは、第２輻射面２１４ａに対して、平行ではなく、垂直に位置している。すなわち、流入路２１６ａは、第２輻射面２１４ａに対して垂直に、排気伝熱部２１４と接続されている。そのため、伝熱促進部２１６から排気伝熱部２１４の内部に流入した排気ガスは、第２輻射面２１４ａの裏側に衝突する。換言すれば、伝熱促進部２１６は、流入路２１６ａからの排気ガスが第２輻射面２１４ａの裏側に衝突する位置にある。

排気ガスが第２輻射面２１４ａの裏側に衝突することで、第２輻射面２１４ａへの伝熱が促進される。

図８Ａおよび図８Ｂは、伝熱促進部２１６による伝熱促進効果を説明するための図であって、同じ密閉式ガスヒータシステム１００に併設された２つの排気伝熱部２１４について、第２輻射面２１４ａの温度分布を、それぞれ示している。図８Ａおよび図８Ｂ中、灰色の濃淡によって温度分布を示し、灰色が濃いほど（黒色に近いほど）温度が高く、灰色が淡いほど（白色に近いほど）温度が低いことを示す。また、流入路２１６ａとの対向部分Ａを白抜きの丸で示す。

図８Ａでは、流入路２１６ａの出口が、図中、右側に配され、図８Ｂでは、流入路２１６ａの出口が、図中、左側に配される。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、第２輻射面２１４ａでは、流入路２１６ａの出口側（伝熱促進部２１６側：排気ガスの流入側）の部位の方が、逆側（排気ガスの流出側）の部位よりも温度が高い。

図９は、図８Ａおよび図８Ｂに示す２つの排気伝熱部２１４から被焼成物Ｗへの熱流束を説明するための説明図であり、横軸に幅方向の位置を示し、縦軸に被焼成物Ｗへの熱流束の積分値を示す。

図９において、凡例ａは図８Ａに示す排気伝熱部２１４からの熱流束の積分値、凡例ｂは図８Ｂに示す排気伝熱部２１４からの熱流束の積分値、凡例ｃは凡例ａ、ｂの熱流束の積分値の合計を示す。

図９に示すように、排気伝熱部２１４からの熱流束の積分値は、凡例ａでは、伝熱促進部２１６が配される、図９中、右側が大きく左側が小さい。また、凡例ｂでは、伝熱促進部２１６が配される、図９中、左側が大きく右側が小さい。その結果、凡例ｃに示すように、凡例ａ、ｂの積分値の合計は、図９中、中心側が小さくなるものの、右側と左側の双方が大きくなる。

このように、伝熱促進部２１６は、第２輻射面２１４ａのうち、搬送方向の直交方向の一端２１４ｂ側または他端２１４ｃ側において、排気ガスから第２輻射面２１４ａへの伝熱を促進する。

本実施形態では、上述したように、伝熱促進部２１６を第２輻射面２１４ａの幅方向の端側、すなわち、炉本体２１２の左右の壁側に設けている。そのため、第２輻射面２１４ａの幅方向の端側において温度が高まり、炉本体２１２の左右の壁からの放熱分を相殺して、炉本体２１２内の温度分布を均一化することが可能となる。また、第２輻射面２１４ａから被焼成物Ｗの両端側への伝熱も促進され、被焼成物Ｗを均一に加熱することができる。

特に、本実施形態では、排気伝熱部２１４における伝熱促進部２１６（流入路２１６ａの出口）の位置を、第２輻射面２１４ａの幅方向の一端２１４ｂ側と他端２１４ｃ側とで、搬送方向に並んだ排気伝熱部２１４毎に交互に変えている。そのため、炉本体２１２の左右の壁側を均一に加熱することが可能となる。

また、密閉式ガスヒータ１１０は、２つの密閉式ガスヒータ１１０で構成される密閉式ガスヒータシステム１００（ユニット）に分けられ、密閉式ガスヒータシステム１００毎に排気伝熱部２１４を備える。

そのため、排気伝熱部２１４から排出された排気ガスを個別に測定することで、複数の密閉式ガスヒータシステムから排出された排気ガスをまとめて排気する場合に比べ、不具合を起こしている密閉式ガスヒータシステム１００の特定が容易となる。そのうえ、個々の密閉式ガスヒータシステム１００について、燃料ガスを構成する空気と都市ガス等との混合比を測定し調整するといったメンテナンスも容易となる。

しかも、上述したように、密閉式ガスヒータシステム１００と排気伝熱部２１４とは、第１輻射面１２０ａおよび第２輻射面２１４ａを炉本体２１２内の搬送帯２１０ａに対向させて、搬送方向に複数連設されている。密閉式ガスヒータシステム１００と排気伝熱部２１４の組は、炉本体２１２内の搬送帯２１０ａの鉛直上方と鉛直下方の双方に配されるため、密閉式ガスヒータシステム１００と排気伝熱部２１４とで挟まれた空間において、鉛直方向への対流が抑制され、被焼成物Ｗの雰囲気温度が高く維持されて熱効率が向上する。

図１０Ａ～図１０Ｃは、本発明の変形例における排気伝熱部３１４を説明するための図であって、図１０Ａには密閉式ガスヒータシステム１００および排気伝熱部３１４の斜視図を示し、図１０Ｂには、図１０ＡのＸ（ｂ）‐Ｘ（ｂ）線における排気伝熱部３１４の断面を示し、図１０Ｃには、図１０ＡのＸ（ｃ）‐Ｘ（ｃ）線における排気伝熱部３１４の断面を示す。

図１０Ｂに示すように、排気伝熱部３１４の内部には、第２輻射面３１４ａの裏側（裏面３１４ｄ）から第２輻射面３１４ａと反対側に突出する突出部３１６ｅ（乱流部）が設けられている。突出部３１６ｅは、第２輻射面３１４ａの裏面３１４ｄのうち、流入路３１６ａの出口が位置する側に設けられる。図１０Ａ中、突出部３１６ｅが形成されている位置をハッチングで示す。

一方、図１０Ｃに示すように、第２輻射面３１４ａの裏面３１４ｄのうち、流入路３１６ａの出口が位置する側と反対側においては突出部３１６ｅが形成されておらず、平面となっている。

このように、変形例の伝熱促進部３１６は、例えば、突出部３１６ｅで構成され、排気伝熱部３１４の内部を流れる排気ガスの流れを乱すことで、排気ガスから第２輻射面３１４ａへの伝熱を促進する。

突出部３１６ｅによって、排気伝熱部３１４の内部における排気ガスの流れに乱流が生じ、伝熱促進部３１６において排気ガスから第２輻射面３１４ａへの伝熱が促進される。
また、突出部３１６ｅが形成されていない部位よりも突出部３１６ｅが形成されている部位の方が、流路体積に対する流路内部の表面積が大きくなることによっても伝熱が促進されている。そのため、上述した実施形態と同様、炉本体２１２内の温度分布を均一化し、さらに、第２輻射面３１４ａから被焼成物Ｗの両端側への伝熱も促進され、被焼成物Ｗを均一に加熱することができる。

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、密閉式ガスヒータ１１０は、上述した構成に限らず、ラジアントチューブバーナ、ラインバーナなど、燃焼室から排気ガスを回収して排気伝熱部に供給することが可能な他の密閉式ガスヒータを用いてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、密閉式ガスヒータシステム１００の搬送方向の前方と後方にそれぞれ、密閉式ガスヒータシステム１００と連通する排気伝熱部２１４、３１４が併設される場合について説明したが、密閉式ガスヒータシステム１００の前方または後方のいずれか一方に、密閉式ガスヒータシステム１００と連通する排気伝熱部２１４、３１４を２つ並べて併設してもよい。
この場合には、密閉式ガスヒータシステム１００の反双方向の前方または後方に併設された２つの排気伝熱部２１４で、排気伝熱部２１４の内部を流れる排気ガスの向きが、幅方向において逆となる。

また、上述した実施形態では、伝熱促進部２１６の一例として、流入路２１６ａの出口側における向きが第２輻射面２１４ａに対して垂直となる場合について説明した。しかし、流入路２１６ａの出口側における向きが第２輻射面２１４ａに対して垂直でなくとも、少なくとも平行でなく傾斜していればよい。

また、上述した変形例では、伝熱促進部３１６が、突出部３１６ｅ（乱流部）によって排気ガスの流れに乱流を生じさせる場合について説明した。しかし、排気ガスの流れに乱流を生じさせることができれば、排気伝熱部３１４の内部に突出部３１６ｅとは逆に窪みを形成して伝熱促進部としてもよいし、流路を狭めたり流速を向上させたりする構造を伝熱促進部としてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、伝熱促進部２１６が、流入路２１６ａと第２輻射面２１４ａとの位置関係であって、伝熱促進部３１６が、排気ガスの流れに乱流を生じさせる構造（突出部３１６ｅ）である場合について説明した。しかし、伝熱促進部は、幅方向の一端側または他端側において、排気ガスから第２輻射面への伝熱を促進できれば、どのような構造や位置関係であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、密閉式ガスヒータ１１０が２つ連設された密閉式ガスヒータシステム１００を例に挙げたが、密閉式ガスヒータシステム１００とせずに、密閉式ガスヒータ１１０を単体で用いてもよいし、密閉式ガスヒータ１１０が３つ連設された密閉式ガスヒータシステムとしてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、１つの密閉式ガスヒータシステム１００単位に配置または交換がなされる場合について説明したが、配置または交換がなされるグループは、１つの密閉式ガスヒータシステム１００に限らず、複数の密閉式ガスヒータシステム１００毎であってもよい。その場合、複数の密閉式ガスヒータシステム１００毎に１つの排気伝熱部が設けられる。

また、密閉式ガスヒータシステム１００に負荷調整機能を設け、密閉式ガスヒータシステム１００を構成する２つの密閉式ガスヒータ１１０の発熱量を調整することにより、密閉式ガスヒータシステム１００の幅方向の発熱量並び第２輻射面２１４ａからの輻射熱の大きさを調整してもよい。

負荷調整機能を設けることにより、連続加熱炉２００の運用中における幅方向の加熱量を、容易かつ意図的に調整することが可能となる。例えば、連続加熱炉２００の幅方向の加熱量を調整する目的で、２つの密閉式ガスヒータ１１０の発熱量を意図的に不均一とすることも可能である。
具体的な負荷調整機能としては、例えば個々の密閉式ガスヒータ１１０の第１配管部１３６への燃料ガスの供給管（図２における符号２３６参照）に、バルブやオリフィスのような流量調節機構を設置することが挙げられる。

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
１１０　密閉式ガスヒータ
１２０ａ　第１輻射面
１２２ｄ　貫通孔（流入孔）
１２４ｂ　排気孔
１２８　燃焼室
１４２　導出部
２００　連続加熱炉
２１０　搬送部
２１２　炉本体
２１４、３１４　排気伝熱部
２１４ａ、３１４ａ　第２輻射面
２１４ｂ　一端
２１４ｃ　他端
２１６、３１６　伝熱促進部
２１６ａ、３１６ａ　流入路
３１６ｅ　突出部（乱流部）

Claims

炉本体と、
前記炉本体内において、被焼成物を搬送する搬送部と、
燃料ガスを流入させる流入孔、流入孔から流入した燃料ガスが燃焼する燃焼室、燃焼室における燃焼によって生じた排気ガスが導かれる導出部、前記被焼成物の搬送方向と直交する方向に延び、前記燃焼室における燃焼または前記導出部を流通する排気ガスの熱によって加熱され前記被焼成物に輻射熱を伝熱する第１輻射面、第１輻射面を加熱した排気ガスが流出する排気孔、を有し、前記炉本体内に配された一または複数の密閉式ガスヒータと、
前記炉本体内に、前記被焼成物の搬送方向に沿って前記密閉式ガスヒータと併設するよう配置され、前記密閉式ガスヒータの排気孔と連通し、前記排気ガスによって加熱され前記被焼成物に輻射熱を伝熱する第２輻射面と、第２輻射面のうち、前記被焼成物の搬送方向と直交する方向の一端側または他端側において、前記排気ガスから前記第２輻射面への伝熱を促進する伝熱促進部と、を有する一または複数の排気伝熱部と、
を備える連続加熱炉。
前記伝熱促進部は、前記第２輻射面に対して垂直または傾斜し、前記排気ガスが流入する流入路を含み、流入路からの前記排気ガスが前記第２輻射面の裏側に衝突するよう構成される請求項１に記載の連続加熱炉。
前記伝熱促進部は、前記排気伝熱部の内部を流れる前記排気ガスの流れを乱す乱流部で構成される請求項１に記載の連続加熱炉。
前記密閉式ガスヒータに対し、前記被焼成物の搬送方向の前方と後方にそれぞれ前記排気伝熱部が併設され、前記被焼成物の搬送方向の前方に併設された前記排気伝熱部と後方に併設された前記排気伝熱部とで、前記排気伝熱部を加熱する排気ガスの流向が逆になっている請求項１に記載の連続加熱炉。
前記密閉式ガスヒータに対し、前記被焼成物の搬送方向の少なくとも前方または後方に複数の前記排気伝熱部が併設され、これら複数の前記排気伝熱部で、個々の排気伝熱部を加熱する排気ガスの流向が互いに逆になっている請求項１に記載の連続加熱炉。
複数の前記密閉式ガスヒータが密閉式ガスヒータシステムを構成し、この密閉式ガスヒータシステムが、一または複数の前記密閉式ガスヒータで構成されるユニットに分けられ、ユニット毎に前記排気伝熱部を備える請求項１から５のいずれか１項に記載の連続加熱炉。