JP2017156044A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内の温度分布を任意に設定できる加熱炉を構成する。
【解決手段】加熱空間Ｓを形成する炉壁のうちの横側壁１に、燃焼により加熱を行うバーナＸと、バーナＸの燃焼ガスを排出する排気口Ｙとを備えている。排気口Ｙとして、横側壁の上部に配置される上部排気口Ｙｔと、横側壁１の下部に配置される下部排気口Ｙｂとを備えると共に、上部排気口Ｙｔと下部排気口Ｙｂとを、排気を行う排気状態と、排気を行わない非排気状態とに切換自在に構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱空間を形成する炉壁のうちの横側壁に、燃焼により加熱を行うバーナと、前記バーナの燃焼ガスを排出する排気口とを備えている加熱炉に関する。

加熱炉として特許文献１には、炉本体の一方の側壁と、これに対向する側壁とにバーナを備え、炉本体の天井に排気口を形成した技術が記載されている。

この特許文献１は、バッチキルンと称せられ、窯業製品の焼成に使用されるものである。この文献の加熱炉では、側壁に備えたバーナから炉内に水平方向にガスが噴射され、燃焼ガスが被焼成品の間を通過して排気口から排出されるように構成されている。

実用新案登録第２５１２１６７号公報

炉内の温度管理を考えると、従来からの窯業製品の焼成に使用されるバッチキルンでは、炉内の温度を均一に維持することを主眼に設計されていた。

これに対して、炉内において異なる温度の加熱を行うことにより多様な熱処理を行うことを考えると、炉内の温度分布を異ならせたい要望もある。このような温度管理を考えると加熱対象や加熱処理温度から炉内の温度分布を目的に応じ、可能な限り大きく変更できる加熱炉が求められる。

このような理由から、炉内の温度分布を任意に設定できる加熱炉が求められる。

本発明の特徴は、加熱空間を形成する炉壁のうちの横側壁に、燃焼により加熱を行うバーナと、前記バーナの燃焼ガスを排出する排気口とを備えている加熱炉であって、
前記排気口として、前記横側壁の上部に配置される上部排気口と、前記横側壁の下部に配置される下部排気口とを備えると共に、
前記上部排気口と前記下部排気口とが、排気を行う排気状態と、排気を行わない非排気状態とに切換自在に構成されている点にある。

これによると、バーナで燃焼を行い、例えば、上部排気口と下部排気口との一方だけから排気を行うことにより、加熱空間のうち排気を行った高さの燃焼ガスを排出して、その高さの空間の温度を低くし、結果として、排気を行わなかった空間との温度差を大きくして炉内の温度分布を任意に設定することが可能となる。一例を挙げると、バーナで燃焼を行うと共に、上部排気口から排気を行わず、下部排気口から排気を行った場合には、加熱空間の上部の温度を高く維持したまま、加熱空間の下部の温度を下げ、下部空間と上部空間との温度差を大きくすることが可能となる。
このように、上部排気口と下部排気口との排気を切換自在に構成することにより、炉内の温度分布を任意に設定できる加熱炉が構成された。
また、この構成によると、加熱された製品の品質の良否の判定が容易となり、加熱された製品の原単位も容易に取得できる。

本発明は、複数の前記横側壁が備えられ、これらの複数の前記横側壁のうちの１つに前記上部排気口と前記下部排気口とが形成され、他の１つに前記バーナが形成されても良い。

例えば、同じ横側壁にバーナと、上部排気口と、下部排気口とが形成された構成では、バーナの燃焼ガスが、そのバーナが形成された横側壁に沿って流れ、上部排出口あるいは下部排出口から排出されることもある。これに対して、複数の横側壁のうちの１つに上部排気口と下部排気口とを形成し、他の１つにバーナを形成することにより、バーナの燃焼ガスが短絡的に排出される不都合と、エネルギーロスとを抑制し、燃焼ガスの排出を抑制することにより良好な温度分布を実現する。

本発明は、前記横側壁として、平行姿勢で対向する一対の前記横側壁が設けられ、それら一対の前記横側壁のうちの一方の前記横側壁に、前記上部排気口と前記下部排気口とが形成され、他方の前記横側壁に、前記バーナが形成されても良い。

この構成によると、バーナが形成される横側壁に対向する横側壁に上部排気口と下部排気口とを形成することにより、バーナの燃焼ガスが短絡的に排出される不都合と、エネルギーロスとを抑制すると同時に、燃焼ガスの排出を抑制することにより良好な温度分布を実現する。

本発明は、前記バーナが、前記横側壁の上段と中段と下段とのうちの少なくとも２箇所に備えられると共に、備えられた複数の前記バーナの夫々が燃焼状態と停止状態とに切換自在に構成されても良い。

これによると、上段と中段と下段との３箇所のうち、少なくとも２箇所にバーナが配置され、配置された少なくとも２つのバーナを燃焼状態と停止状態とに切り換えることにより、バーナによって加熱される空間を任意に設定できる。また、上部排気口と下部排気口とからの排気状態の設定と、バーナによって加熱される空間との組み合わせにより、多様で細やかな温度分布を作り出すことが可能となる。

第１実施形態の加熱炉の構成を示す図である。 第１実施形態の加熱炉の制御構成のブロック図である。 第１実施形態の加熱パターンと制御形態と温度分布との関係を一覧化した図である。 第１実施形態のパターンＡでの加熱状態の温度分布を説明する図である。 第２実施形態の加熱炉の構成を示す図である。 第２実施形態の加熱パターンと使用形態との関係を一覧化した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１、４に示すように、加熱空間Ｓを形成する炉壁として複数の横側壁１と、天井壁２とを備えると共に、底壁としても機能する台車３とを備えると共に、１つの横側壁にバーナＸを備え、このようにバーナＸを備えた横側壁１に対して平行姿勢で対向する横側壁１に排気口Ｙを形成して加熱炉が構成されている。

この加熱炉は、台車３に載置した加熱対象を炉外から台車３と共に加熱空間Ｓに送り込み、バーナＸの燃焼により加熱を実現するものである。図には示していないが、この加熱炉は平面視で４つの横側壁１を備え、加熱空間Ｓへの台車３の送り込みと取出とを実現するため、４つの横側壁１の１つが開閉自在に構成されている。

バーナＸは、上段と下段と中段との３つの領域に配置され、上段のものを上段バーナＸｔと称し、中段のものを中段バーナＸｍと称し、下段のものを下段バーナＸｂと称する。また、排気口Ｙは上部と下部との２つの領域に配置され、上部のものを上部排気口Ｙｔと称し、下部のものを下部排気口Ｙｂと称する。

尚、この加熱炉は、トンネルキルンのように加熱空間Ｓがトンネル状に形成されるものであって良い。更に、加熱炉がトンネル状に横方向に長く形成されるものに限らず、加熱炉は、上段バーナＸｔと中段バーナＸｍと下段バーナＸｂとを、複数のバーナＸを等しい高さ（等しいレベル）で備えても良い。また、この加熱炉では、バーナＸを、２箇所に備える構成でも、４箇所以上に備える構成でも良い。

この加熱炉では、バーナＸに燃焼用の空気を供給する給気ブロア５を備えると共に、バーナＸに燃料を供給する燃料供給部７を備えている。燃料供給部７から供給される燃料として都市ガスやＬＰガス等のガス燃料の使用を想定しているが重油等の液体燃料を使用しても良い。

給気ブロア５から上段バーナＸｔと中段バーナＸｍと下段バーナＸｂとに空気を供給する経路中に、各々に対応して上段給気弁６ｔと、中段給気弁６ｍと、下段給気弁６ｂとが備えられている。また、燃料供給部７から上段バーナＸｔと中段バーナＸｍと下段バーナＸｂとに燃料を供給する経路中に、各々に対応して上段制御弁８ｔと、中段制御弁８ｍと、下段制御弁８ｂとが備えられている。

更に、この加熱炉では、上部排気口Ｙｔと、下部排気口Ｙｂとから燃焼ガスを吸引して排出する排気ブロア１０を備えている。また、この排気ブロア１０に対して上部排気口Ｙｔから燃焼ガスを排出する経路中に上側排出弁１１ｔを備え、下部排気口Ｙｂから燃焼ガスを排出する経路中に下側排出弁１１ｂを備えている。

上段給気弁６ｔと中段給気弁６ｍと下段給気弁６ｂとは、板状の弁体の揺動により経路の空気の遮断と供給量の調整とを可能にするものであり、弁体は、電動モータ等のアクチュエータの駆動力で姿勢が設定される。上段制御弁８ｔと中段制御弁８ｍと下段制御弁８ｂとはスプール状等の弁体の作動により燃料の遮断と供給量の調整とを可能にするものであり、弁体は、電磁ソレノイド等のアクチュエータの駆動力で位置が決まり、弁開度が設定される。

上側排出弁１１ｔと下側排出弁１１ｂは、板状の弁体の揺動により燃焼ガスの遮断と排出量の調整とを可能にするものであり、弁体は、電動モータ等のアクチュエータの駆動力で姿勢が設定される。

尚、この加熱炉では、上部排気口Ｙｔと下部排気口Ｙｂとを各別に排気状態と非排気状態とに切り換える蓋体を備えても良い。また、上部排気口Ｙｔと下部排気口Ｙｂとに連通する排気用の煙突を備え、この煙突に連通する状態と連通しない状態とに切換自在な弁体を備えても良い。また、煙突を備えた構成では、排気口Ｙが煙突に連通することで排気口Ｙが排気状態となり、煙突と連通しないことで排気口Ｙが非排気状態となる。

〔制御構成〕
図２に示すように、この加熱炉では、バーナＸの燃焼状態と、排気口Ｙの排気状態との設定により、加熱空間Ｓの温度（以下、炉内温度と称する）の上下方向での分布を任意に設定できる温度分布設定装置を備えている。この温度分布設定装置は、温度分布設定部１５と、制御ユニット１６と、バーナ制御部１７と、排気制御部１８とを備えている。

温度分布設定部１５は少なくともキーボードやタッチパネル、あるいは、温度設定ダイヤル等、人為操作による設定情報を取得し得るインタフェースを備えて構成されている。制御ユニット１６は、マイクロプロセッサやＤＳＰ（digital signal processor）等を備えて構成されている。

バーナ制御部１７は、上段バーナＸｔと中段バーナＸｍと下段バーナＸｂとを、各々が燃焼する燃焼状態と、燃焼しない停止状態とに切り換える制御信号を出力する。具体的には、給気ブロア５と、上段給気弁６ｔと、中段給気弁６ｍと、下段給気弁６ｂと、上段制御弁８ｔと、中段制御弁８ｍと、下段制御弁８ｂとに制御信号を出力する。

更に、排気制御部１８は、上部排気口Ｙｔと下部排気口Ｙｂとを、排気を行う排気状態と、排気を行わない非排気状態とに切り換える制御信号を出力する。具体的には、排気ブロア１０と、上側排出弁１１ｔと、下側排出弁１１ｂとに制御信号を出力する。

〔加熱パターン〕
このような構成から、温度分布設定部１５での設定に基づいて制御ユニット１６がバーナ制御部１７と排気制御部１８とを制御して、各バーナＸの燃焼と、各排気口Ｙによる排気との組み合わせ、この組み合わせにより炉内温度の分布の設定が可能となる。

この温度分布を作り出す際のバーナＸの状態と、排気口Ｙの状態との組み合わせに対応する、炉内温度の分布の関係を図３に一覧化して示している。

図３に示すように、温度分布設定部１５で、パターンＡ〜Ｅの５種のパターンの何れかに設定することにより、各バーナＸの燃焼と、各排気口Ｙによる排気との組み合わせが決まる。同図では各バーナＸのうち燃焼状態にあるものを「○」で示し、停止状態にあるものを「×」で示している。また、各排気口Ｙのうち排気状態にあるものを「○」で表し、非排気状態にあるものを「×」で示している。

このように設定されたパターンに対応して、各バーナＸの燃焼と、各排気口Ｙによる排気との組み合わせが決まることから、加熱空間Ｓ（図では「領域」）の上部と、中間部と、底部とが「高」「中」「低」の何れかの温度となる温度分布が現れる。

具体例として、温度分布設定部１５においてパターンＡに設定された場合の加熱炉の状態を図４に示している。このパターンＡでは、上段バーナＸｔだけを燃焼させ、下部排気口Ｙｂだけから燃焼ガスの排気が行われる。

このようにバーナＸによる燃焼と、排気口Ｙからの排気が行われることにより、加熱空間Ｓの上部に燃焼ガスが滞留しやすい傾向となることから、上部と中間部と底部との３つの領域のうち、上部が最も高温となる。また、下部から燃焼ガスの排気が行われるため、この下部の熱が排出され、この下部が最も低温となる。そして、中間部が中程度の温度となる。このような温度分布を明らかにするため同図の加熱空間Ｓには、温度分布に対応して（高）（中）（低）を示している。

このように、加熱炉では、温度分布設定部１５でパターンＡ〜Ｅの何れかを設定するたけで、各バーナＸの燃焼と、各排気口Ｙによる排気との組み合わせが自動的に決まる。その結果、加熱対象の加熱温度等を考慮した加熱が実現するのである。

〔第２実施形態〕
図５に示すように、加熱空間Ｓを形成する炉壁として複数の横側壁１と天井壁２と底壁４とが形成されると共に、天井壁２に焼成対象Ｍ（例えば、石灰塊）を炉内に供給する供給口２ａが形成され、底壁４に加熱後の焼成対象Ｍを排出する排出口４ａを形成して加熱炉として縦型焼成炉が構成されている。この第２実施形態において、第１実施形態と共通するものには、第１実施形態と同一の符号を付している。

この第２実施形態の縦型焼成炉（加熱炉）では、第１実施形態と同様にバーナＸが上段バーナＸｔと中段バーナＸｍと下段バーナＸｂとを備えて構成され、排気口Ｙが上部排気口Ｙｔと下部排気口Ｙｂとを備えている。更に、バーナＸに空気と燃料とを供給する構成、及び、排気口Ｙから排気を行うための構成も第１実施形態１と共通している。

この構成の縦型焼成炉は、加熱空間Ｓに焼成対象Ｍを積層するように投入しておき、供給口２ａから焼成対象Ｍが自重で継続的に供給できる状態において、加熱を行い、排出口４ａから適量ずつ焼成対象Ｍを排出することで焼成対象Ｍを下方に移動させる処理形態を想定している。

この縦型焼成炉でも、第１実施形態の図２で説明したものと同様に温度分布設定部１５と、制御ユニット１６と、バーナ制御部１７と、排気制御部１８とを有する温度分布設定装置を備えている。尚、このようにパターンＡ〜Ｅの何れかを設定した場合には、図３に示すものと同様の制御形態によりバーナＸの状態と、排気口Ｙの状態とを組み合わせる制御が行われる。

そして、温度分布設定装置において、第１実施形態と同様にパターンＡ〜Ｅの５種のパターンの何れかを設定することが可能である。使用目的に対応するパターン一覧を図６に示している。

図５に示す加熱炉では、パターンＢに設定して加熱が行われる状態を示しており、中段バーナＸｍだけを燃焼させ、上部排気口Ｙｔと下部排気口Ｙｂとから排気を行うことにより、加熱空間Ｓの中間部を最も高温にして焼成対象Ｍを高温にして、焼成等の温度処理を実現している。

このようにパターンＢで焼成（温度処理）されることにより、上部領域で昇温を行い、中間部領域で焼成対象Ｍを加熱し、下部領域で徐冷を実現する。これにより、高温で焼成を行った後に、焼成対象Ｍは排出口４ａから排出される時点では徐冷により放熱状態となり、取り扱いが良好となる。この縦型焼成炉では図６においてパターンＡ〜Ｅに示す如く、焼成時の温度分布を設定することにより、目的に対応した良好な熱処理を実現する。

具体的には、図６に示すように、パターンＡでは、上部領域で主に加熱を行い、中間部領域と下部領域で徐冷を行う場合に使用できる。また、パターンＢでは、上部領域で昇温を行い、中間部領域で製品を加熱し、下部領域で徐冷を行う場合に使用できる。パターンＣでは、上部領域と中間部領域で昇温を行い、下部領域で加熱を行う場合に使用できる。

更に、パターンＤでは、上部領域と中間部領域で加熱を行い、下部領域で徐冷を行う場合に使用できる。パターンＥでは、上部領域で主に昇温を行い、中間部領域と下部領域で加熱を行う場合に使用できる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）実施形態ではパターンＡ〜Ｅを説明したが、例えば、実施形態と同様に３つのバーナＸと２つの排気口Ｙとを備えた構成において、パターンＡ〜Ｅとは異なるパターンでバーナＸを燃焼させ、排気口Ｙから排気を行うようにパターンを設定しても良い。

（ｂ）また、バーナＸを異なる高さレベルに４つ以上備えて良く、排気口Ｙを異なる高さレベルに３つ以上備えても良い。このように構成した加熱炉では、実施形態で説明したパターンＡ〜Ｅより多いパターンを設定することも可能であり、パターンを選択することにより炉内の温度分布を細やかに設定して加熱処理を行うことが可能となる。

（ｃ）実施形態と別実施形態とで説明した構成の加熱炉において、複数のバーナＸに供給する空気量と燃料の供給量とを、各々のバーナＸにおいて独立して無段階に調整できるように構成する。このように構成することにより、複数のバーナＸを同時に燃焼する場合でも、各々のバーナＸの熱量を任意に設定して炉内の温度分布を一層細やかに設定することが可能となる。

（ｄ）実施形態と別実施形態とで説明した構成の加熱炉において、複数の排気口Ｙから排出する燃焼ガスの流量を、各々の排気口Ｙにおいて独立して無段階に調整できるように、１つの排気口Ｙに対応して１つの排気ブロア１０と、流量の制御が可能な排出弁１１とを備えても良い。このように構成したものは、実施形態の構成のように単一の排気ブロア１０を備えたものとは異なり、複数の排気口Ｙから同時に排気を行う場合でも、燃焼ガスの排出量が影響し合う不都合を解消し、炉内の温度分布を一層細やかに設定することが可能となる。

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、バーナで炉内を加熱し排気口から燃焼ガスを排出する構成の加熱炉に利用することができる。

１ 横側壁
Ｓ 加熱空間
Ｘ バーナ
Ｙ 排気口
Ｙｔ 上部排気口
Ｙｂ 下部排気口

Claims (4)

1. 加熱空間を形成する炉壁のうちの横側壁に、燃焼により加熱を行うバーナと、前記バーナの燃焼ガスを排出する排気口とを備えている加熱炉であって、
   前記排気口として、前記横側壁の上部に配置される上部排気口と、前記横側壁の下部に配置される下部排気口とを備えると共に、
   前記上部排気口と前記下部排気口とが、排気を行う排気状態と、排気を行わない非排気状態とに切換自在に構成されている加熱炉。
2. 複数の前記横側壁が備えられ、これらの複数の前記横側壁のうちの１つに前記上部排気口と前記下部排気口とが形成され、他の１つに前記バーナが形成されている請求項１に記載の加熱炉。
3. 前記横側壁として、平行姿勢で対向する一対の前記横側壁が設けられ、それら一対の前記横側壁のうちの一方の前記横側壁に、前記上部排気口と前記下部排気口とが形成され、他方の前記横側壁に、前記バーナが形成されている請求項１又は２に記載の加熱炉。
4. 前記バーナが、前記横側壁の上段と中段と下段とのうちの少なくとも２箇所に備えられると共に、備えられた複数の前記バーナの夫々が燃焼状態と停止状態とに切換自在に構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の加熱炉。

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