JPH0822417B2 - 不均一な放射分布を持つ赤外放射を発生するための放射壁オーブンおよび方法 - Google Patents

不均一な放射分布を持つ赤外放射を発生するための放射壁オーブンおよび方法

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JPH0822417B2
JPH0822417B2 JP6058830A JP5883094A JPH0822417B2 JP H0822417 B2 JPH0822417 B2 JP H0822417B2 JP 6058830 A JP6058830 A JP 6058830A JP 5883094 A JP5883094 A JP 5883094A JP H0822417 B2 JPH0822417 B2 JP H0822417B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ー般的に塗装された物
を乾燥するためのオーブンおよび方法に関し、より詳し
くは，不均一な放射分布を持つ赤外放射を発生するため
の放射壁を持つモジュール構造の放射壁オーブンに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】私の米国特許第４，５４６，５５２およ
び４，５４６，５５３によって説明されている型のオー
ブンの多数の用途においては、主として赤外線を放射す
ることおよびオーブンの下半分において上半分における
よりも多くの放射エネルギーを放射することは非常に有
益である。米国特許第４，５４６，５３３には、塗膜を
乾燥、硬化させるために理想的な放射エネルギーの強度
は、放射される全エネルギーの大部分が約５μｍまたは
それ以上の波長で、すなわち赤外の電磁波スペクトル内
の波長で放射されるときに生じることが示唆されてい
る。さらにオーブンの下半分において上半分におけるよ
りも多くの放射エネルギーを放射しようとする要求、例
えば、下部により重い質量が殆んど集中しているような
物を加熱または乾燥しようとする場合などにこの要求が
ある。このような性質を持つ物の例としては、乗用車の
車体やトラックの車体がある。これらの生産ラインにお
いて、ー般的に、車体で最も固く硬化させなければなら
ない外表面はロッカーパネル、すなわち車体のドアの直
下のパネルであることは、この業界では長年にわたって
よく知られている。
【０００３】私の米国特許第４，５４６，５５２および
４，５４６，５５３に記載しているものも含めて先行技
術の装置の殆んどは、一般的に、オーブンの構造自体に
よって、オーブンのエネルギー放射壁の温度分布を制御
できる範囲を制約されている。いくつかのオーブンで
は、放射壁を均等に加熱する目的で、バーナー燃焼生成
物が、過剰の空気と伴に、均一な温度で放射壁を含む壁
によって仕切られた部屋に送り込まれる。他のオーブン
では、米国特許第４，５４６，５５３においてさらに詳
しく説明されているように、放射壁上の温度分布の均一
化を達成するために、燃焼室はバーナーにより直接に加
熱され、燃焼室内のバーナー燃焼生成物が撹拌されて乱
流化されている。燃焼室内のバーナー燃焼生成物が乱流
化しているときは、燃焼室内で層流が生じているときに
較べて、強制対流による熱伝導係数がずっと大きい。し
たがって、放射壁に伝えられる熱は主として強制対流に
より伝えられ、赤外放射によって放射壁に伝えられる熱
は本質的に重要ではなくなる。
【０００４】「放射エネルギーを生成するための装置お
よび方法」にたいする米国特許出願（シリアル番号０７
／７０２，１０９）では、放射壁に沿った温度分布は、
放射壁とそれ以外の壁によって区画され、バーナー燃焼
生成物が流れる燃焼室の断面積の大きさを変えることに
より選択的に変えられる。温度分布を変化させるための
この先行の方法は、非常に満足すべきものであることが
わかった。しかしながらこの方法は、燃焼生成物の流路
の全域にわたって燃焼生成物を閉じ込めるためには少な
くとも２つの面を必要とし、この状態はしばしば望まし
いものではない。さらにこの先行のオーブンでは、オー
ブンの下部をその上部に較べて非常に高温にすることは
難かしかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、この産業
分野では、放射壁の下部の温度をその上部の温度よりも
大幅に高くするように選択的に調節できる、不均一な温
度分布を持つ赤外放射を発生する放射壁オーブンおよび
発生方法に関して、これまで応えられていない要求があ
った。
【０００６】したがって、オーブンおよび放射壁の高さ
方向の温度分布を選択的に変えることができる放射壁オ
ーブンを提供することが本発明の１つの目的である。
【０００７】本発明のもう１つの目的は、オーブンの下
半分から放射される放射エネルギーを、オーブンの上半
分から放射される放射エネルギーの量よりもずっと大き
く、例えば、２倍または３倍とすることができる方法を
提供することである。
【０００８】本発明のもう１つの目的は、主として約５
μｍ以上の波長でエネルギーを放射する放射壁を提供す
ることである。この目的は、バーナーへの入力をオーブ
ンの長手方向に沿って測定した放射壁１メートル当り約
２８８３．８Ｗ〜約３３６５１．５Ｗ（１フィート当り
３，０００〜３５，０００ＢＴＵＨ）の範囲内で供給す
ることにより達成される。
【０００９】本発明のもう１つの目的は、平衡温度で運
転されているときに長手方向に測定した放射壁１メート
ル当り約３３６５１．５Ｗ（１フィート当り３５，００
０ＢＴＵＨ）よりも大きなエネルギー入力を必要としな
い、塗装された物を乾燥し赤外放射をもたらすオーブン
を提供することである。
【００１０】本発明のもう１つの目的は、放射壁が放射
と対流との両方によって加熱される放射壁オーブンを提
供することである。
【００１１】本発明のもう１つの目的は、手間と費用を
最少限にまで減らすことができ、容易に部品の組立、交
換ができ、より良い品質管理のためのモジュール構造を
持つ放射壁オーブンを提供することである。
【００１２】また、構成が簡単で、構造に耐久性があ
り、かつ運転の信頼性と効率が高い不均一な温度分布で
赤外放射を発生する放射壁オーブンを提供することであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】要約すると、本発明は、
放射壁の下部の温度が上部の温度よりも大幅に高くなる
ように選択的に調節できる、不均一な温度分布を持つ主
として赤外放射を発生するための放射壁オーブンおよび
方法である。この放射壁オーブンは、大部分が約５μｍ
またはそれ以上の波長で放射される赤外の放射エネルギ
ーを物体が加熱される長手方向の中心線に沿った垂直の
平面に向けて指向している、ー対の向かい合った放射壁
を持つ。放射エネルギーの放射壁は、放射壁に隣接して
そのほぼ全長にわたって延びる隔離された燃焼室の内部
に設けられた直線形バーナーの燃焼工程により加熱され
る。このオーブンは、２つの左右対称の放射壁モジュー
ル、天井および床を用いて、モジュール式に構築するこ
ともできる。ただし、これは本発明を実施するために必
要とされるわけではない。
【００１４】各放射壁の上下方向の長さにおける温度分
布は、直線形バーナーのバーナー燃焼表面と放射壁の間
の距離を適宜に操作することにより、選択的に変えるこ
とができる。好ましくは、この距離はほぼ７．６２ｃｍ
（３インチ）から５０．８ｃｍ（２０インチ）の間であ
る。この新規なオーブンの燃焼室の内部には強制された
乱流はないので、燃焼室の内部表面から赤外放射によっ
て放射壁に伝えられる熱の量は多くなり、放射壁から物
に対して放射される赤外放射エネルギーの全量の約３０
％から７０％の間で変化する。本質的に、各放射壁の下
部は、バーナーの表面からの直接的な放射エネルギー
と、内部放射面からの放射エネルギーと、さらに燃焼生
成物の対流による伝導熱エネルギーを受け取る。壁の上
部は、燃焼室の内部放射面からの放射エネルギーと、燃
焼生成物の対流による伝導熱エネルギーを受け取る。
【００１５】私の米国特許第４，５４６，５３３には、
塗膜を乾燥、硬化させるために理想的な放射エネルギー
の強度は、放射される全エネルギーの大部分が約５μｍ
またはそれ以上の波長で放射されるときに生じることが
示唆されている。この理想的な放射のレベルは、直線バ
ーナーに対する入力を平衡温度においてオーブン内部で
長手方向に放射壁の１メートル当り約２８８３．８Ｗ〜
約３３６５１．５Ｗ（１フィート当り３，０００〜３
５，０００ＢＴＵＨ）の範囲内で運転することにより、
本発明により説明されるオーブン内で非常に容易に得る
ことができる。オーブンの平衡温度は、オーブンが所望
の運転温度に達し、かつ放射壁の温度がオーブンの運転
許容範囲に安定したときのオーブンの運転状態として定
められる。オーブンは、処理対象物の熱負荷の有無にか
かわらず平衡温度を保つことができる。
【００１６】
【実施例】図面（各図面を通して同じ参照番号は同じ部
品を示している）を参照して説明する。図１は本発明に
よる新しい放射壁オーブン１０を図示している。放射壁
オーブン１０はモジュール式の構造であってもよく、ー
般的には、間隔を開けて置かれた対向する放射壁モジュ
ール１１、天井（または上）パネル１２および床（また
は底）パネル１３とを含む。前述した要素はー体となっ
て、加熱または乾燥させる物を受け入れるためのオーブ
ンの中心に設けられた細長い通路を形成する。放射壁オ
ーブン１０のモジュラー構造は絶対に必要というもので
はないが、部品の組立てと交換を容易にし、手間と費用
を最少限にまで低減し、かつより良い品質管理を可能と
するものである。
【００１７】放射壁モジュール１１の構造は図２および
図３に示されている。図３に示すように、各放射壁モジ
ュール１１の外壁１４は、ボルトのような従来の取り付
け機構により薄板金属パネル１４ａを相互に連結するこ
とによって組み立てられている。断熱材が外壁１４に取
り付けるかまたは対接させて置かれ、放射壁モジュール
１１の内部放射面１５が形成されている。その内部放射
面１５は、運転温度に熱せられたとき、放射壁１６に放
射によって熱を伝える。この好ましい実施例において
は、この断熱材は約０．６０より大きい放射率を有して
いる。内部放射面１５は金属板であってもよいが、この
露出された断熱材の場合には、良好に機能し、コストを
引き下げ、かつ金属板よりも良好な放射率を有する表面
を与える。システムの熱慣性を大きくするために、壁１
４に対接させて、高密度の断熱材を使用することもでき
る。
【００１８】各放射壁１６は、膨張および／または収縮
に適用できるように、各放射壁１６は自由に浮いている
か自由に動くことを許すような方法で、間隔を開けて配
置された垂直の支持部材に取り付けられている。この好
ましい実施例においては、放射壁１６は湾曲している。
各放射壁１６の曲面は、その垂直方向の長さに沿って円
弧状であり、その垂直方向の長さの全体にわたってオー
ブンの通路側の表面（すなわち、放射壁１６の外側の放
射面）はほぼ凹面で、燃焼室２３側の表面（すなわち、
放射壁１６の内側の表面）はほぼ凸面である。放射壁１
６の表面の湾曲した部分に接して測った曲面の垂直方向
の長さは、塗膜の硬化、乾燥を必要とするどのような物
の高さよりも大きくなければならない。また、放射壁１
６には赤外放射の伝達を促進するための塗装をしてもよ
いことも言及しておくべきであろう。この塗装は、約
０．９より大きな放射率を持つ材料が好ましい。
【００１９】各放射壁モジュール１１の内部には、排気
室１７がパネル１８によって形成されている。パネル１
８はさらに放射壁モジュール１１の天井部分を支える働
きをしている。また、この天井部分は垂直の外壁側パネ
ル１４から片持ち支持させることもできる。排気口１９
は、パネル１８の上端部に、パネル１８を貫通して設け
られている。パネル１８の角度とパネル１８に設けられ
た排気口１９の位置は、バーナー燃焼生成物が確実に放
射壁１６の垂直方向の全長に沿って上昇するようにする
ための手段を提供する。さらに直線形バーナー２０は、
放射壁モジュール１１の長手方向の長さのほぼ全体にわ
たって延びている。好ましい直線形バーナーは、参照文
献によってこの明細書に組み入れられてる私の米国許第
５，０６２，７８８に示されている。バーナー２０は、
ガス／空気マニホルド２１に接続されている。
【００２０】バーナー２０によるエネルギー出力は、好
ましくは、放射壁１６の長手方向に沿って測った壁１６
の１メートル当り約２８８３．８Ｗ〜約３３６５１．５
Ｗ（１フィート当り３，０００〜３５，０００ＢＴＵ
Ｈ）の範囲である。このエネルギー出力のとき、放射壁
１６の外側は、約９３〜４２７℃（約２００〜８００゜
Ｆ）の間の平均平衡温度に加熱されている。バーナー２
０が運転状態のとき、バーナー燃焼生成物は、内部の壁
１５と放射壁１６で形成される燃焼室２３内を、図１に
おいて矢印２２で示すように、上方に流れる。そして燃
焼室２３の上端で排気口１９を通って排気室１７に入
り、排気管２４を通って流出する。
【００２１】重要なことは、放射壁モジュール１１の内
部におけるバーナー２０の位置で放射壁１６上の温度分
布が決定されることが確かめられたことである。これに
関して、図４は放射壁１６上の点または位置に対する温
度のグラフを示している。このグラフは、任意の寸法で
あるが、２７４３ｃｍ（１０８インチ）×８８９ｃｍ
（３５インチ）の図示されているような放射壁１６によ
り作成された。このグラフは、バーナー２０のバーナー
燃焼表面２０ａと放射壁１６の間の水平距離Ｘを変える
ことによって、放射壁１６上の温度分布がどのように変
わるかを示している。グラフに示されているように、バ
ーナー２０は、放射壁１６の上部と下部が不均一な温度
を示すような位置に配置し得る。換言すれば、バーナー
２０は、壁１６の下部が壁１６の上部よりもずっと熱く
なるように位置決めすることができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によるオーブン１０の１つの大き
な利点は、放射壁１６によって吸収されるエネルギーの
かなりの部分が、バーナー燃焼生成物が通り抜けるモジ
ュール１１の燃焼室２３内の内部放射面１５から壁１６
に伝達され得ることである。内部放射面１５は、放射壁
１６よりも高い温度を示す。したがって、内部放射面１
５、あるいはバーナーの燃焼の生成物が通り抜けること
ができる燃焼室２３の内壁を形成しているすべての他の
表面から、放射壁１６にたいして赤外放射の形で伝達さ
れる正味のエネルギー交換がある。壁１６の運転温度に
依存して、内部放射面１５から放射によって伝達される
エネルギーの量は、壁１６から放射によって放出される
全エネルギーの約３０％から７０％の間で変化する。排
気ガスは燃焼室２３を通って非常にゆっくりと動くの
で、放射壁１６への対流による熱伝達は非常に少なく、
強制的な乱流化による影響を受けない。そのために、赤
外放射により放射壁１６に伝達されるエネルギーが顕著
になり、本発明の効率の向上に貢献する。実際に、放射
壁１６から放射される放射エネルギーの大部分は、約５
μｍまたはそれ以上の波長であり、十分に赤外放射スペ
クトルの範囲内である。
【００２３】さらに、かなりの放射エネルギーがバーナ
ー２０の燃焼表面２０ａから直接的に放射されており、
ある程度まで、バーナーの位置が壁１６に近づくにつれ
て放射壁１６の下部の温度の上昇に寄与するとも言及し
ておかなければならない。
【００２４】さらにバーナー２０に火炎保持カバー（図
示されていない）を取り付けて、赤外放射によりバーナ
ー２０から放射されるエネルギーの量をさらに増大させ
ることできる。
【００２５】本発明の特徴と原理を、好ましい実施例に
ついて説明し図示した。本発明の精神と範囲から逸脱す
ることなく、この好ましい実施例にたいして多くの変更
が可能であることは、この分野の専門家には明らかであ
ろう。その様な変更はすべて請求範囲に記載した本発明
の範囲内に含めることを意図している。
【図面の簡単な説明】
本発明は以下の図面を参照することによって、より良く
理解され得るであろう。図面は必ずしも正確な縮尺で描
かれておらず、むしろ本発明の原理をわかりやすく図示
することに重点がおかれている。
【図１】本発明によるモジュール方式の放射壁オーブン
の正面図である。
【図２】放射壁を示す、図１の放射壁オーブンの部分正
面図である。
【図３】図２の放射壁オーブンの２’−２’線に沿った
断面図である。
【図４】図２および図３の放射壁に沿った赤外放射の不
均一な温度分布を示す、放射壁上の位置または点に対す
る温度のグラフである。
【符号の説明】
１０ 放射壁オーブン １１ 放射壁モジュール １２ 天井パネル １３ 床パネル １４ 外壁 １４ａ 薄板金属パネル １４ｂ ボルト １５ 内部放射面 １６ 放射壁 １７ 排気室 １８ パネル １９ 排気口 ２０ 直線形バーナー ２０ａ バーナー燃焼表面 ２１ マニホルド ２３ 燃焼室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｂ 17/00 Ｂ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外側の放射エネルギーの放射面と内側の
    表面を有する放射壁（１６）と、 内部放射面（１５）と外側の面を有すると共に、前記放
    射壁（１６）から所定距離だけ離間させて配置して前記
    放射壁（１６）との間に燃焼室（２３）を形成する第２
    の壁（１４）と、 前記燃焼室（２３）の内部に配置されて、前記燃焼室
    （２３）に加熱された気体を供給する加熱手段（２０）
    とを有し、 前記加熱手段（２０）は前記放射壁（１６）の下部に近
    接する位置にバーナー燃焼表面（２０ａ）を備え、前記
    放射壁（１６）の下部の温度がより高い温度を有するよ
    うにしたことを特徴とする赤外エネルギーを放射するた
    めの放射壁構造。
  2. 【請求項２】 前記加熱手段が、前記放射壁（１６）の
    長手方向の長さのほぼ全長に沿って延びる直線形バーナ
    ー（２０）であることを特徴とする請求項１記載の放射
    壁構造。
  3. 【請求項３】 前記バーナー（２０）によるエネルギー
    出力が、前記長手方向に沿って測定した前記放射壁（１
    ６）の１メートル当り２８８３．８Ｗ〜３３６５１．５
    Ｗ（１フィート当り３，０００〜３５，０００ＢＴＵ
    Ｈ）の範囲であることを特徴とする請求項２記載の放射
    壁構造。
  4. 【請求項４】 前記第２の壁（１４）の内部放射面（１
    ５）が、０．６０よりも大きい放射率を有する断熱材を
    含むことを特徴とする請求項２記載の放射壁構造。
  5. 【請求項５】 前記直線形バーナー（２０）が、前記放
    射壁（１６）の外側の放射面から放射される放射エネル
    ギーの大部分が５μｍより長い波長を示すような運転温
    度まで前記外側の放射面を加熱するように制御されるこ
    とを特徴とする請求項２記載の放射壁構造。
  6. 【請求項６】 外側の放射エネルギーの放射面と内側の
    表面および下部と上部を有する放射壁（１６）と、 内部放射面（１５）と外側の面を有すると共に、前記放
    射壁（１６）から所定距離だけ離間させて配置して前記
    放射壁（１６）との間に燃焼室（２３）を形成する第２
    の壁（１４）と、 前記燃焼室（２３）の内部に配置されて、前記燃焼室
    （２３）に加熱された気体を供給する直線形バーナー
    （２０）とを有し、 前記直線形バーナー（２０）は前記放射壁（１６）の下
    部に近接する位置にバーナー燃焼表面（２０ａ）を備え
    たことを特徴とする不均一な温度分布を有しかつ赤外エ
    ネルギーを放射するための放射壁構造。
  7. 【請求項７】 互いに間隔を開けて配置され、天井パネ
    ル（１２）と床パネル（１３）によって連結され、通過
    する製品を加熱する通路を形成する第１及び第２の放射
    壁モジュール（１１）を有し、 前記第１及び第２の放射壁モジュール（１１）は、それ
    ぞれ、 （ａ）外側の放射エネルギーの放射面と内側の表面を有
    する放射壁（１６）と、 （ｂ）内部放射面（１５）と外側の面を有すると共に、
    前記放射壁（１６）から所定距離だけ離間させて配置し
    て前記放射壁（１６）との間に燃焼室（２３）を形成す
    る第２の壁（１４）と、 （ｃ）前記燃焼室（２３）の内部に配置されて、前記燃
    焼室（２３）に加熱された気体を供給する加熱手段（２
    ０）とを含み、 前記加熱手段（２０）は前記放射壁（１６）の下部に近
    接する位置にバーナー燃焼表面（２０ａ）を備えたこと
    を特徴とする赤外放射により製品を加熱するためのモジ
    ュール構造のオーブン。
  8. 【請求項８】 （ａ）外側の放射エネルギーの放射面と
    内側の表面および下部と上部を有する放射壁（１６）
    と、（ｂ）内部放射面（１５）と外側の面を有すると共
    に、前記放射壁（１６）から所定距離だけ離間させて配
    置して前記放射壁（１６）との間に燃焼室（２３）を形
    成する第２の壁（１４）と、（ｃ）前記燃焼室（２３）
    の内部に配置されて、前記放射壁（１６）の下部に近接
    する位置にバーナー燃焼表面（２０ａ）を備えた加熱手
    段（２０）とを提供する段階と、 前記放射壁（１６）の下部の温度が上部の温度よりも高
    く維持されるように前記放射壁（１６）の外側の放射面
    から熱を不均一に放射させる段階とを有することを特徴
    とする赤外放射により製品を加熱するための方法。
JP6058830A 1993-03-29 1994-03-29 不均一な放射分布を持つ赤外放射を発生するための放射壁オーブンおよび方法 Expired - Fee Related JPH0822417B2 (ja)

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