JP3719616B2

JP3719616B2 - 気流炉

Info

Publication number: JP3719616B2
Application number: JP34342195A
Authority: JP
Inventors: 護松尾
Original assignee: 日本ファーネス工業株式会社
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: EP0871004A1; KR19990072169A; KR100293836B1; CA2241628A1; TW328109B; JPH09178354A; WO1997024571A1; US6109914A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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増速して戻し、強循環流を形成する気流炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウムやセラミックスなどのような非常に輻射率が小さな材料あるいは小物の被加熱物は、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１１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１０１の両側壁に燃焼室１０２と排気室１０３とを接続すると共にこれらの間に熱風循環ファン１０４と循環気流を排気室１０３から取り出して再び燃焼室１０２内へ戻すダクト１０５とで構成される炉外循環路１０６を備え、燃焼室１０２内で加熱された気流が炉内１０７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１０３へ流出する間に被加熱物Ｗを加熱し、排気室１０３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（循環路）１０５に導入して強制的に循環させることが行われている。
【０００３】
また、図１２に示すように複数のゾーン１０７ａ，…，１０７ｅを構成した連続式気流炉の場合、炉体１０１には図１２には示していないが図１１に示すような燃焼室１０２と排気室１０３とが両側壁に設けられ、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、搬入口１０８に隣接するゾーン１０７ａには排気口１１０が設けられ、各ゾーン１０７ａ，…，１０７ｅで発生した気流増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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、強循環エネルギは気流の流量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１０６の動力が増えることから、吐出圧力を高くできず循環量が制限される。また、高温の熱風を対象にしようとすると、耐熱性の翼やファン軸の冷却が必要となるし故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、高温熱風を循環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６５０℃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、伝熱量を大きくできず、バッチ式気流炉の場合には加熱処理時間がかかる問題を有し、連続気流炉の場合には炉長が長くなる問題を有している。
【０００５】
また、熱源としてバーナを使用する場合、６５０℃程度以下の比較的低温の気流の高流速化は火炎温度を下げて失火を招く虞がある。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題を有していた。
【０００６】
更に、連続式気流炉の場合、排気温度を極力低下させるために炉尻が被加熱物Ｗの搬入口１０８側に置かれる。このため、各ゾーン１０７ａ，…，１０７ｅの増熱のために発生した燃焼ガスは、全量が炉尻に集められて排気口１１０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１２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１０９側が高く搬入口１０８側が低くなり、最も熱を必要とする被加熱物搬入口１０８のゾーン１０７ａの温度を上げることができない。即ち、被加熱物搬入口側即ち排気口１１０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、そのような高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も多く使うこととなる。しかも、排気温度を低くするといっても、排気温度は十分高いため、熱効率が悪い。
【０００７】
更に、気流の流れ方向が一定のため被加熱物の左右で均一加熱が不可能である。加えて、連続式気流炉の場合、隣接するゾーンに滞留する被加熱物との間での輻射による熱授受で被加熱物の上流側と下流側との間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、上流側のより高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。
【０００８】
本発明は、高温でかつ強い循環流を生成して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、低動力で高温かつ多量の循環量を確保できる気流炉を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明の気流炉は、熱源を有し炉内に噴射される前の気流を加熱する加熱室を炉の両側壁に配置すると共にこれら加熱室の間に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環系路を設け、かつ該炉外循環系路が加熱室に近い取り出し口及び戻し口部分にそれぞれ備えられた蓄熱体と、循環ファンと、循環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連結させて蓄熱体に対する気流の流れの方向を相対的に切り替えることによって蓄熱体を通して炉内からの循環気流の取り出しと炉内への供給を交互に行なわせる流路切替装置と、両蓄熱体の間の炉外循環系路において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、流路切替装置によって周期的に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。
【００１０】
したがって、循環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導入され、循環ファンで昇圧された後再び炉内へ高速で噴射され、炉内に強循環流を形成する。この際、循環気流は炉外循環系路吸入側で蓄熱体を経てその顕熱を蓄熱体に捨てて低温とされる。そして、低温状態で循環ファンに導入され、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。
【００１１】
高温で高流速の流れを炉内に惹き起こす循環気流は、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増加させることができ、伝熱効率を上げて伝熱量の増大を図れる。また、高温熱風の噴射方向即ち循環流の流れの方向が切り換えられるので、炉内温度分布がより均一化でき、加熱むらが少なくなる。
【００１２】
一方、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環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、循環気流の抜熱による平衡温度および戻し口温度は、次の数式１によって表される。
【００１３】
【数１】

【００１４】
この循環ファン吸い込み口の気流平衡温度ｔｃは循環気流の抜熱温度差△ｔと蓄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ｔｈが１０００℃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、次の数式２によって表される。
【００１５】
【数２】

【００１６】
この循環ファン吸い込み口の気流平衡温度ｔｃは循環気流への稀釈空気量△Ｇと蓄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ｔｈが１０００℃、大気温度ｔｏが２０℃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量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らないようにされている。
【００１７】
ここで、抜熱手段は炉外循環系路の炉に近い取り出し口と戻し口に設置された両端の蓄熱体の間であれば特に設置箇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置されていることが好ましい。また、抜熱手段は、例えば、空気や排ガスなどの少量の希釈用気体を循環気流に注入するもの、熱交換器、加熱設備の材料予熱部あるいは両蓄熱体の間の流路の保温を薄くすることなどによって構成される。
【００１８】
また、本発明の気流炉において、熱源用バーナは、蓄熱体を備え該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組のバーナを交互に燃焼させる蓄熱型バーナシステムを使用することが好ましい。
【００１９】
この場合、燃焼ガスが排気される際に、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、燃焼用空気の温度は蓄熱体へ流出する燃焼排ガスの温度に近い高温にでき、高い熱効率を維持できる。
【００２０】
また、請求項２記載の連続式気流炉の場合、各ゾーン毎に高温の循環気流が多量にかつ高流速で流れるため、炉温の独立性が保たれて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。
【００２１】
更に、トレーの前後に仕切板を設けた場合、隣接するゾーンのトレーに載置された被加熱物との間の輻射熱の授受が遮断され、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。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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。
【００２３】
図１に本発明を適用したバッチ式気流炉の一実施例を示す。この気流炉は、炉１と、炉１の両側壁に接続された加熱室２，２と、これら加熱室２内で循環気流を加熱して増熱させる熱源及び増熱された高温の気流を炉内１８を通過させて反対側の加熱室２に取り出した後に再び噴射側の加熱室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組のバーナ３Ａ，３Ｂによって構成される蓄熱型バーナシステムが採用されている。炉外循環系路４は、熱源用バーナ３Ａ，３Ｂ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高温強循環流を炉内１８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９Ａ，９Ｂは加熱室２の上部に配置され、加熱室２内で循環気流が熱源で所定温度まで加熱昇温されてから炉内１８を横切るように通過するように設けられている。気流は両側の燃焼室と炉外循環系路４を経て被加熱物Ｗの搬送方向と直交する方向に炉内１８を通過する循環流１０を形成する。
【００２４】
一方、蓄熱型バーナシステムは、それぞれ蓄熱体１１Ａ，１１Ｂを有する一対のバーナ３Ａ，３Ｂを流路切替手段１２を介して空気供給系１３あるいは排気系１４に選択的に接続して、一対のバーナ３Ａ，３Ｂ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。各バーナ３Ａ，３Ｂ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１６は燃料ノズルである。
【００２５】
蓄熱体１１Ａ，１１Ｂはバ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バーナ３Ａ，３Ｂに組み込まれている。この蓄熱体１１Ａ，１１Ｂは、通過する排ガスとの間で熱交換を行い廃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。各バーナ３Ａ，３Ｂの蓄熱体１１Ａ，１１Ｂは、ダクト１５，１５を介して四方弁１２のポートに接続されている。また、四方弁１２の他のポートには、空気供給系１３及び排気系１４がそれぞれ接続されている。したがって、この四方弁１２を切り替えることで、各バーナ３Ａ，３Ｂ並びに蓄熱体１１Ａ，１１Ｂのうち何れか一方は空気供給系１３に、何れか他方は排気系１４にそれぞれ選択的に接続される。
【００２６】
他方、炉外循環系路４は、加熱室２に近い部分にそれぞれ蓄熱体５Ａ，５Ｂを備えると共に循環ファン６を有し、循環ファン６の吸入口側と吐出口側とを蓄熱体５Ａ，５Ｂのいずれか一方にそれぞれ選択的に連結させて蓄熱体５Ａ，５Ｂに対する気流の流れの方向を相対的に切り替えることによって蓄熱体５Ａ，５Ｂを通して炉内１８からの燃焼ガスの取り出しと炉内１８への供給を交互に行なわせる流路切替装置７並びに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を有し、流路切替装置７によって周期的に気流の流れ方向を反転する高温強循環流１０を炉内１８に形成するようにしている。
【００２７】
ここで、蓄熱体としては、熱源用バーナに使用される蓄熱体１１Ａ，１１Ｂも、また炉外循環系路４に配置される蓄熱体５Ａ，５Ｂも、比較的圧力損失が低い割に熱容量が大きく耐久性の高い材料、例えばセラミックスで成形されたハニカム形状のセル孔を多数有する筒体の使用が好ましい。例えば、排ガスのように１０００℃前後の高温流体と燃焼用空気のように２０℃前後の低温流体との熱交換には、コージライトやムライト等のセラミックスを材料として押し出し成形によっ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鋼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属を自発浸透させ、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、気孔を完全に埋め尽くしたＡｌ₂Ｏ₃−Ａｌ複合体、ＳｉＣ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ａｌ複合体などを用いて製作しても良い。尚、ハニカム形状とは、本来六角形のセル（穴）を意味しているが、本明細書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蓄熱体を得るようにしても良い。また、蓄熱体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筒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筒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、隔壁によって周方向に２室に区画形成され、軸方向に流体が通過可能とした筒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。
【００２８】
また、循環ファン６の吸入側と流路切替装置７との間には抜熱手段８としての希釈空気注入口８ａが設けられている。この希釈空気注入口８ａからは蓄熱体５Ａ，５Ｂ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。この常温の空気の注入による抜熱量は、数式３によって表される。
【００２９】
【数３】

【００３０】
この循環ファン吸い込み口の気流平衡温度ｔｃは循環気流への稀釈空気量△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ｔｈが１０００℃で、大気温度が２０℃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５Ａ，５Ｂの温度効率が８０〜９０％程度の場合には希釈率は、０．１〜０．２５の範囲に設定される。循環気流取り出し口温度ｔｈが１０００℃において、希釈率△Ｇ／Ｇ＝０における温度効率がηｔｏ＝０．９の蓄熱器を用いて、△Ｇ／Ｇ＝０．１で希釈したときの平衡温度ｔｃ、温度効率ηｔ、戻し口の循環気流温度ｔｌを求めると＜ｔｃ＝３８０℃、ηｔ＝０．８５５、ｔｌ＝９１０℃となる。
【００３１】
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環流を実現できる。
【００３２】
熱源を構成する１組の蓄熱型バーナ３Ａ，３Ｂを交互に焚いて加熱室２内で火炎１７を形成して炉に向かう循環気流の増熱を図る。例えば、バーナ３Ａを作動させる場合には、バーナ３Ａ側を燃焼用空気供給系１３に接続するように四方弁１２を切り替え、かつ一方の燃料制御弁を開くと共に他方の燃料制御弁を閉じる。これにより、供給される燃焼用空気は、蓄熱体１１Ａを通過しながら排ガス温度に近い高温例えば８００〜１０００℃程度に予熱された後、各バーナスロート内に流れ込み、各燃料ノズルから噴射された燃料と混合されて燃焼する。一方、排気系に接続されているバーナ３Ｂ側では燃焼ガスが排出される。このとき、被加熱物Ｗの加熱に使われた後の燃焼ガス（排ガス）の熱は蓄熱体１１Ｂで回収される。そして、バーナ３Ａ側が作動を開始してから所定時間（例えば、２０秒〜６０秒）が経過すると、四方弁１２が切り替わると共に、これに連動して燃料制御弁の一方が閉じて他方が開く。これにより、バーナ３Ｂ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、バーナ３Ａが非作動の待機状態になる。このとき、バーナ３Ｂ側へ供給される燃焼用空気は、排ガスの廃熱で加熱された蓄熱体１１Ｂで予熱され、非常に高温（例えば、８００〜１０００℃程度）になる。
【００３３】
通常、高流速の循環気流の流れが火炎１７に衝突すると、火炎温度を下げて失火を招くが、循環気流の温度が燃料の発火温度よりも高温とされているため、着火ポイントでの温度がそう下がらないので着火性に優れ火炎の安定性があり火炎が吹き消えることがない。
【００３４】
以後、バーナ３Ａ及びバーナ３Ｂは所定時間毎に交互に作動し、非常に高温の燃焼用空気を用いて交互燃焼を繰り返し、加熱によって消費した分の循環気流の増熱を図る。
【００３５】
同時に、炉内１８の燃焼ガスは、循環ファン６によって発生する負圧によって炉外循環系路４へ導入され、循環ファン６で昇圧された後再び炉内１８へ高速で噴射され、炉内１８に強循環流１０を形成する。この際、循環気流１０は炉外循環系路４の循環気流出入口９Ｂの蓄熱体５Ｂを経てその顕熱の多くを蓄熱体５Ｂに捨てて低温とされる。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蓄熱体５Ａ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１８へ噴射される。
【００３６】
高温で高流速の流れを炉内１８に惹き起こす循環気流１０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増加させることができる。これによって、炉内１８を流れるガスの流量は投入された空気と燃料の量に循環するガス量を加えたものになり、循環気流量の増大によって炉内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温度分布は平滑になる。
【００３７】
更に、循環気流の高速噴射によってガス循環率が増加すると、燃焼ガスの熱容量の増加のために伝熱量が増大する。つまり、循環気流量が増加すると、局所的温度上昇は炉内流動ガス量に逆比例して小さくなり、炉内温度の軸方向分布は平坦化してくる。しかも、ガス循環率の増加と共に炉内最高温度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、炉内最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。
【００３８】
したがって、本発明の加熱方法では、炉内の平均ガス流量が炉に流入する空気（＋燃料）分だけではなくガス循環流量分だけ増加し、かつ高温のままでガス循環量を増加でき、伝熱量を増大させると共に相対的に燃焼による温度上昇分を３００〜５００℃と小さく抑えることができる。
【００３９】
なお、本実施例においては、蓄熱体１１Ａ，１１Ｂを備える２基で一組のバーナ３Ａ，３Ｂを交互に燃焼させる蓄熱型バーナシステムを熱源とする実施の形態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ず、例えば電気ヒータやラジアントチューブバーナあるいは酸素燃焼バーナやその他のバーナなどが使用可能である。ここで、電気ヒータやラジアントチューブバ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ＯＮ状態とする。この場合においても、発生する熱は炉外循環経路４の蓄熱体５Ａ，５Ｂに回収されて循環気流の加熱に使用されるため無駄となることがない。
【００４０】
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８ｂ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数式４及び図５に示す関係が成立するようにしたものである。
【００４１】
【数４】

【００４２】
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１８’の上流側に予熱部８ｃを設け、この予熱部８ｃを抜熱手段８として利用したものである。この場合、加熱部１８’と予熱部８ｃとの間に仕切扉１９を設けて２室に区切り、両室１８’，１８ｃ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８ｃを接続して被加熱物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１８’には熱源用バーナ３と炉外循環系路４とが接続され、高温の強循環流１０が形成されている。
【００４３】
また、予熱部８ｃと加熱部１８’にはそれぞれ被加熱物Ｗを搬入する口２２とそれを開閉する挿入扉２０、また搬出する口２３とそれを開閉する取り出し扉２１とが設けられている。
【００４４】
なお、図４の（Ｂ）に示すように、被加熱物Ｗを載置するトレーの前後に仕切板２４を設け、この仕切板２４を仕切扉１９に代用することも可能である。
【００４５】
更に、図示していないが、抜熱手段８は両蓄熱体５Ａ，５Ｂの間の流路の保温を薄くすること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少なくなるという利点が有る。
【００４６】
また、図７に本発明を連続式気流炉に適用した実施例を示す。この連続式気流炉１”は、一度に加熱する単位量の被加熱物Ｗを搭載して搬送するトレー２５を１つずつ収容する程度の大きさのゾーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃに仕切られ、各ゾーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃ毎に例えば図１あるいは図２に示すような熱源３と炉外循環系路４が備えられる。各ゾーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃ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２６が設けられ、被加熱物Ｗを搭載するトレー２５の端部との間で実質的に仕切られている。トレー２５は、図８に示すような、炉内を横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２４，２４が設けられている。この仕切板２４は、輻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２４は前方と後方のトレー２５に載置された被加熱物Ｗとの間で輻射熱の授受を行わないように遮断して両隣の被加熱物Ｗ，Ｗの影響を受けないようにしている。また、この仕切板２４は、ゾーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃ毎に気流の流れる通路を実質的に区画し、気流循環を確定してゾーンの独立性を保たせる。
【００４７】
他方、図示していないが各ゾーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃにはそれぞれ加熱室と、熱源となる蓄熱型バーナシステムと、炉外循環系路とが設けられ、各ゾーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃ毎に循環気流の増熱と増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１８ａ，１８ｂ，１８ｃ毎に増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、炉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１／２〜２／３とすることができる。例えば、図１２に示すような従来の連続式気流炉によると、５ゾーンの長さであったのが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。
【００４８】
尚、この連続式気流炉の場合においても、別個に材料予熱設備を設け、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。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の気流炉によると、循環気流は炉外循環系路吸入側で蓄熱体を経てその顕熱を蓄熱体に捨てて低温とされてから低温状態で循環ファンに導入され、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ので、低温用循環ファンを使って炉内に高温の強循環気流を形成できる。即ち、炉外の熱風循環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１０００℃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。
【００５０】
また、本発明の気流炉によると、循環気流が高流速で流れるので、そのモーメンタムによって、加熱空間の広い領域において循環気流循環量をこれまでよりも格段に増加させることができ、伝熱量の増大を図れる。しかして、加熱物への伝熱を大きく改善して炉のコンパクト化、高性能化などの合理化がなされる。
【００５１】
また、本発明の気流炉は、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炉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。
【００５２】
また、本発明の気流炉では、循環気流の増加と高温化が対流伝熱量の増加をもたらすので、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。
【００５３】
また、請求項２記載の気流炉によると、連続炉のゾーン毎に各ゾーンの炉温及び循環量をゾーン内の材料に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るので、伝熱の最適化を図って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。加えて、請求項９記載の発明によると、トレーの仕切板によって隣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を維持をたっせいすることができる。依って、各ゾーン毎の気流温度の設定と被加熱物の前後間での温度差の発生を防ぐことが可能となる。
【００５４】
更に、請求項２の発明の場合、各ゾーン毎に独立して燃焼ガスが排出され蓄熱体で熱が回収される（熱の循環は完結している）ので、他のゾーンの気流温度に影響を与えない。このため、炉内雰囲気温度を高くしても、その熱を回収して周辺環境に悪影響を与えない程度に低温にしてから排出することができるので、被加熱物搬入口部分のゾーンの気流温度を高くして被加熱物の昇温を早くすることができる。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。
【００５５】
更に、請求項８の発明の場合、熱源用バーナにおいて、燃焼ガスが高温のまま排気されるとしても、その顕熱が蓄熱体を経て排気される際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、高い熱効率を維持できる。排気温度を下げて高い熱効率を得ることができる。また、気流の方向が頻繁に移り変わるため、加熱むらが少なくなるし、伝熱効率が改善されて炉構造をコンパクトで簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気流炉の実施の一形態を示す原理図である。
【図２】本発明の気流炉の他の実施の一形態を示す原理図である。
【図３】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】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】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蓄熱体の温度効率との関係で示すグラフである。
【図６】循環ファン吸入口の気流平衡温度と稀釈空気率との関係を蓄熱体の温度効率との関係で示すグラフである。
【図７】本発明を連続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】連続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】図７の連続式気流炉による炉内温度分布図である。
【図１０】図１２の従来の連続式気流炉による炉内温度分布図である。
【図１１】従来の気流炉の一例を示す原理図である。
【図１２】従来の連続式気流炉の一例を示す原理図である。
【符号の説明】
１，１’，１” 炉
２加熱室
３Ａ，３Ｂ熱源を構成する蓄熱型バーナ
４炉外循環系路
５Ａ，５Ｂ蓄熱体
６循環ファン
７流路切替装置
８抜熱手段
８ｃ抜熱手段を構成する材料予熱部
１０高温強循環流
１８炉内
１８ａ，１８ｂ，１８ｃゾーン
２４仕切板
２５トレー

Claims

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、熱源を有し炉内に噴射される前の気流を加熱する加熱室を炉の両側壁に配置すると共にこれら加熱室の間に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環系路を設け、かつ該炉外循環系路は前記加熱室に近い取り出し口及び戻し口部分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の一方の前記蓄熱体にそれぞれ選択的に連結させて前記蓄熱体に対する気流の流れの方向を相対的に切り替えることによって前記蓄熱体を通して炉内からの循環気流の取り出しと炉内への供給を交互に行なわせる流路切替装置と、両蓄熱体の間の炉外循環系路において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、前記流路切替装置によって周期的に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。
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続気流炉であって、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請求項１記載の気流炉。
前記抜熱手段は前記流路切替装置と循環ファンの吸い込み側との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の気流炉。
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項１から３のいずれかに記載の気流炉。
前記抜熱手段は熱交換器であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の気流炉。
前記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項１から３のいずれかに記載の気流炉。
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項１または２記載の気流炉。
前記熱源用バーナは、蓄熱体を備え該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組のバーナを交互に燃焼させる蓄熱型バーナシステムであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の気流炉。
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トレー上の被加熱物への輻射熱を遮断する仕切板を設けたことを特徴とする請求項２記載の気流炉。
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項２記載の気流炉。