JPH0335989B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、熱風循環式熱処理炉の温度制御方
法及び装置に関するものであつて、一層詳細には
炉内で熱風を循環させて物品の熱処理を行う熱処
理炉の炉内温度を極めて応答性良く制御し得ると
共に、炉中に挿入される物品の熱負荷に変動が生
じても熱エネルギーの廃棄を抑制して省エネルギ
ーを達成し得るようにした炉内温度制御方法及び
その装置に関するものである。

従来技術 限定空間内に高温気体を供給し、この高温気体
をフアンにより熱風として該空間内に循環させて
物品の各種熱処理を行う所謂熱風循環式熱処理炉
が、産業界において好適に使用されている。この
種の熱風循環式熱処理炉としては、カラー塗装鋼
板の塗料乾燥焼付炉やプラスチツクフイルムの製
造工程で使用される熱風吹付による加熱炉等があ
り、加熱源としての高温気体は、溶鉱炉、燃焼炉
その他燃焼脱臭装置から副次生産される各種燃焼
排ガスや加熱空気が一般に使用される。この場
合、炉中で熱処理される被処理対象物の熱容量そ
の他の性状に応じて、炉内に供給される高温気体
の温度が最適値になるよう温度制御をする必要が
あるが、炉内温度に極めて微妙な制御が要求され
るような場合、これに忠実に応答して追従制御す
ることは一般に困難であつた。

そこで出願人は、前記熱風循環式熱処理炉に好
適に使用されて応答性の良好な温度制御を達成し
得る「温度調節装置」を開発し、これについて先
に特許出願を行つた。これは、第１図に示すよう
に熱風循環式熱処理炉１０に連通接続する高温気
体供給管１２の管路中に隔壁１４を長手方向に延
設してバイパス管路１６及び熱交換管路１８を
夫々画成し、前記熱交換管路１８に熱交換器２０
を内設し、更に両管路の連通開口部に開閉蓋２２
（例えば、フラツプ状のダンパ）を両管路の開口
比率を調節し得るように配設したことを概略的な
要旨としている。この場合、高温気体は燃焼加熱
装置２４で高温加熱された後、高温気体供給管１
２を介して前記バイパス管路１６及び熱交換管路
１８に供給され、このとき前記開閉蓋２２の開度
によつて各管路１６，１８への高温気体の供給割
合が振り分けられ、熱交換器２０と接触して温度
降下した気体とバイパス管路１６を通過して温度
降下のしていない気体とが両管路の連通出口で混
合されて、所定温度に調節制御される。なお、開
閉蓋２２の開度調節は、熱処理炉１０に挿入した
温度検出器２６により検出した炉内温度に応じて
自動的になされる。この温度調節装置によれば、
応答性が良好でかつ精度の高い炉内温度制御がな
されるが、前記熱交換管路１８において高温気体
の熱エネルギーの一部は熱交換器２０により奪取
され、排棄されるので、省エネルギーの見地から
は経済効率が劣る欠点がある。すなわち、熱処理
炉１０中に挿入される被処理物品は、その材質や
外形寸法等に応じて熱負荷が異るものであるか
ら、異る寸法の物品を挿入したときはその熱負荷
の変動に応じて炉内温度を調節する必要が生ずる
訳であるが、前記温度制御装置ではこの熱負荷の
変動に応じて高温気体の供給量を制御することは
できないため、熱負荷の小さい物品に対応して温
度制御するときは高温気体から相当多量の熱エネ
ルギーを熱交換器２０により奪取する必要があ
り、エネルギー損失が大きかつた訳である。

そこで、熱エネルギーを僅かでも逃出させるこ
とく炉内温度の調節を図ろうとするならば、第２
図にモデル化したような熱ループが考えられる。
すなわち、熱処理炉１０と高温気体供給管１２と
により熱循環系を構成し、前記高温気体供給管１
２に流量制御弁２８を介挿するものである。この
とき、熱処理炉１０は、内部容積が一定に限定さ
れた密閉空間と考えてよいから、高温気体供給管
１２により炉中に供給される高温気体の流量を前
記流量制御弁２８により調節してやれば、一定の
制限空間に供給される高温気体の流量の増減によ
り包蔵熱エネルギー量も増減するので、炉内温度
の調節をなし得ることになる。

発明が解決すべき課題 しかるにこの構成では、高温気体のもつ熱エネ
ルギーは前記熱ループを循環するだけで熱交換器
等により積極的に奪取されることはないから、エ
ネルギーの有効利用の見地からは優れているが、
熱負荷の変動に対する応答性が不良で極めて大ま
かな温度調節しかできないため、被処理対象物の
厳しい温度要求に応じて微妙に炉内の温度調節を
する必要のある産業用の熱処理炉には採用し得な
かつた。

発明の目的 本発明は、このような現状に鑑みて案出された
ものであつて、炉内温度に対する応答性に優れ精
度の良い制御を可能にすると共に、炉中に挿入さ
れる物品の熱負荷の変動に応じて高温気体からの
熱エネルギーの奪取を必要最小限に抑制し、操業
効率を高めることを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するため本発明に係る熱風循環
式熱処理炉の温度制御方法は、高温気体と該高温
気体の一部を熱交換して温度差を生じさせた気体
とを気体混合手段を介して熱風循環式熱処理炉に
供給するに際し、前記温度差のある両気体の混合
比が一定になるよう前記気体混合手段の混合比調
節手段を制御した後、前記気体混合手段に供給さ
れる高温気体の流量を制御し、前記熱風循環式熱
処理炉の炉内温度が安定した後、その炉内温度を
検出して前記気体混合手段の混合比調節手段を制
御して、前記温度差のある両気体の混合比を変化
させることを特徴とする。

また、この温度制御方法を好適に実施するため
に使用される温度制御装置は、熱風循環式熱処理
炉に高温気体供給管を接続し、この高温気体供給
管の管路の一部をバイパス管路と熱交換管路とに
画成し、前記両管路における高温気体入口側の連
通開口部に各管路の開口比率を調節可能な開閉蓋
を設け、前記両管路の高温気体入口側と連通する
前記高温気体供給管に流量制御弁を介挿し、更に
前記熱処理炉に炉内温度検出器を配設して、これ
による検出温度に応じて前間開閉蓋または流量制
御弁の開度を選択的に制御するよう構成すること
を特徴とする。

実施例 次に、本発明に係る温度制御方法及び装置につ
き、実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

第３図は本発明に係る熱風循環式熱処理炉の温
度制御方法を好適に実施し得る熱風循環式熱処理
炉の温度制御装置の概略構成を示すものであつ
て、参照符号３０は耐熱性材料で囲われて略密閉
空間を形成する熱処理炉を示す。前記熱処理炉３
０の外方に気体加熱装置３２を配設し、この気体
加熱装置３２の出口部から高温気体供給管３４を
導出して、その先端を熱処理炉３０に連通接続す
る。また熱処理炉３０から気体吸引管３６を導出
し、吸引送風機３８を介して前記気体加熱装置３
２の入口部に接続する。これによつて熱処理炉３
０に対する高温気体循環系が構成される。

熱処理炉３０側に接続している前記高温気体供
給管３４の管路の一部を第３図に示すように膨隆
させ、その膨隆部内部に管路長手方向に沿つて隔
壁４０を延設して、熱交換負荷の設けられていな
いバイパス管路４２と、熱交換器４４を内設した
熱交換管路４６とに画成する。このバイパス管路
４２及び熱交換管路４６の各開口部が連通し合う
個所（殊に好ましくは、高温気体の入口側におけ
る連通個所）に、一端部を軸支されてフラツプ動
作をし前記各管路の開口比率を調節可能なダンパ
状の開閉蓋４８を配設し、前記バイパス管路４２
及び熱交換管路４６を含む全体として後述する温
度差のある両気体の混合手段を構成する。なお、
前記開閉蓋４８は作動杆５０を介して適宜のアク
チユエータ５２に接続する。このアクチユエータ
５２としては、電動モータ駆動のリニアアクチユ
エータが好適に使用される。また前記熱処理炉３
０に、好ましくは熱電対からなる温度検出器５４
を配設してその測温プローブ５６を炉中の所望温
度検出域に臨ませ、この温度検出器５４による検
出値を温度制御回路５８に入力するように構成す
る。温度制御回路５８はその演算検出温度に応じ
て適宜の指令を前記アクチユエータ５２に送り、
これによつて開閉蓋４８の開度を調節するように
なつている。

また、前記バイパス管路４２及び熱交換管路４
６の高温気体入口側に連通する高温気体供給管３
４に流量制御弁６０を介挿し、この流量制御弁６
０を駆動する例えば電動トルクモータからなるア
クチユエータ６２を設けて、先と同様に温度検出
器５４に接続する温度制御回路６４から、このア
クチユエータ６２の付勢指令を送り、流量制御弁
６０の弁開度を調節する。なお、２つのアクチユ
エータ５２，６２は、温度検出器５４から共通の
温度情報を受けるが、例えば流量制御弁６０の弁
開度調節が終了してから開閉蓋４８の開度調節が
なされるように、予め設定したシーケンスプログ
ラムに従つて選択的に作動するようになつてい
る。

本発明に係る温度制御方法を実施するには、次
のように前記温度制御装置を操作する。バイパス
管路４２及び熱交換管路４６の開口比率を変化さ
せる開閉蓋４８の開度を適宜制御し（例えば熱交
換管路４６における開度を30％に設定）、高温気
体と該高温気体の一部を熱交換して降温させ温度
差を生じさせた気体との混合比が一定となるよう
予じめ設定しておいてから、流量制御弁６０の弁
開度調節により前記気体混合手段に供給される高
温気体の流量を加減し、これによつて炉中温度の
大まかな設定を行う。次いで炉中温度が安定して
から開閉蓋４８の開度調節をし、所望温度への厳
密な調節を行うことによつて、応答性に優れ精度
の高い温度制御を達成することができる。本発明
に係る温度制御方法及び装置は、カラー塗装鋼板
製造用の塗料焼付炉に使用すると極めて有効であ
るので、本発明の作用効果の詳細について、この
塗料焼付炉に使用した場合の実施例との関連で以
下説明する。

第４図は、本発明に係る温度制御方法及び装置
が好適に使用されるカラー塗装鋼板製造用の塗料
焼付炉の概略構造を示し、併せて先に説明した第
３図にこの塗料焼付炉の内部横断面を示す。第４
図において参照符号３０は、熱風循環式熱処理炉
としての塗料焼付炉を示し、この炉中に所定間隔
を保持して対向配置したプレナムチヤンバ６６，
６８の間に塗料塗布したカラー鋼板７０が通さ
れ、各プレナムチヤンバの対向面に開設したノズ
ル７２から噴出する熱風によつて前記カラー鋼板
７０は無接触で浮遊走行するようになつている。
すなわち、第３図から判明するように各プレナム
チヤンバ６６，６８はダクト７４，７６を介して
送風機７８の送風口に連通接続し、またこの送風
機７８は吸気口８０を介して炉中の高温気体を吸
引加圧し、前記ノズル７２から熱風をカラー鋼板
７０に向けて上下に噴射して、動圧及び静圧のバ
ランスを図ることによつてカラー鋼板７０を浮遊
させるものである。塗料焼付炉３０は第４図に示
すように蒸発帯Ａと硬化帯Ｂとに別たれ、またプ
レナムチヤンバ６６，６８は図示のように複数の
区分に画成され、夫々の区分に対応するように前
記高温気体供給管３４が炉３０に接続開口してい
る。この高温気体供給管３４に、第３図に示す本
発明に係る温度制御装置が夫々配設される。そし
て、鋼板７０は下地処理が行われた後、コータ８
２によりカラー塗料を塗布され、炉中を浮遊走行
する際に前記蒸発帯Ａで溶剤を蒸発させ、次いで
硬化帯Ｂで硬化させて塗膜の焼付を行う。なお、
第４図において参照符号８４は強制空冷室、８６
は水冷室、８８は熱風乾燥装置を夫々示し、カラ
ー鋼板７０は必要に応じて２〜３回同じ工程を通
されて重ね塗りがなされる（本実施例では２回）。

炉中の蒸発溶剤を含有する気体は、吸引送風機
３８により吸引され、吸引管３６を介して脱臭加
熱装置３２に送られ、バーナ９０により蒸発溶剤
は自然温度にまで昇温されて燃焼脱臭される。同
時に気体は再加熱され、高温気体供給管３４を経
て塗料焼付炉３０に帰還する。

このようなカラー鋼板製造用の塗料焼付炉にお
いて、本発明に係る温度制御装置は次のように操
作すると好適である。すなわち、例えば一旦休止
した炉の運転を再開するに際して、炉内温度を最
適値にまで昇温するには、熱負荷としてカラー鋼
板７０を炉中に挿入した状態とし、熱交換管路４
６の開口部において前記開閉蓋４８の開度を制御
して、例えば開度30％に設定しておく。これによ
つてバイパス管路４２を通過する高温気体と、熱
交換管路４６を通過し降温して温度差の生じた気
体との混合比が一定となるようにしておき、次い
で流量制御弁６０を開放して、バイパス管路４２
及び熱交換管路４６からなる前記気体混合手段に
高温気体を供給し、温度差のある両気体の混合を
前記塗料焼付炉３０中に送り込む。プレナムチヤ
ンバ６８に挿入した熱電対５４の測温プローブ５
６により炉内温度を検出して、温度制御回路６４
によりアクチユエータ６２を付勢し、前記流量制
御弁６０の弁開度を調節して略所望の炉内温度を
得る。次いで別の温度制御回路５８を作動させて
もう一方のアクチユエータ５２を付勢し、開閉蓋
４８の開度を調節する。これによつてバイパス管
路４２と熱交換管路４６との高温気体出口側にお
ける開口連通部における前記温度差のある両気体
の混合比が変化し、所望の温度に精度良く制御さ
れた高温気体が得られ、これを炉中に送り込むこ
とによつて炉内温度は熱負荷に応じて応答性良く
制御される。

なお、前記流量制御弁６０により塗料焼付炉３
０に供給される高温気体の流量を変化させても、
この炉中への高温気体の供給流量とは独立して送
風機７８がプレナムチヤンバ６６，６８から熱風
を鋼板７０に吹付けるように構成されているか
ら、鋼板７０の浮遊（フローテイング）走行には
全く支障は生じない。

このように、本発明に係る温度制御方法によれ
ば、温度差のある気体を相互に混合して熱風循環
式熱処理炉に供給するに際し、前記温度差のある
両気体の混合比が一定となるよう設定した後この
気体混合手段に供給される高温気体の流量を制御
し、かくして炉内温度が安定した後前記温度差の
ある両気体の混合比を変化させることにより、応
答性の良い炉内温度制御を達成し得るものであ
る。また、この温度制御方法を実施するための温
度制御装置として、熱風循環式熱処理炉に接続す
る高温気体供給管の管路系に、バイパス管路と熱
交換管路と開閉蓋とからなる温度差のある気体の
混合部と、流量制御弁とを備え、炉内温度に応じ
て選択的に順次作動させるよう構成することによ
り、被処理物品の熱容量その他の要因により決定
される炉中の要求温度に迅速に対応することがで
きる。

なお、本発明に係る温度制御装置でも、熱交換
管路４６中に熱交換器４４を備えているので、高
温気体がこれに接触する際に熱エネルギーは一部
奪取される訳であるが、本発明ではその前段に流
量制御弁６０を配設したことにより、炉中の熱負
荷に変動が生じた場合その熱負荷に見合つた流量
だけの高温気体を熱交換管路４６に分配供給すれ
ばよいので、熱交換により奪取される熱エネルギ
ー量を抑制し、省エネルギーに貢献し得るもので
ある。すなわち、第１図に示す構造の装置では、
炉中に挿入される熱負荷が例えば100から50に変
動した場合であつても、熱交換管路１８を備える
気体混合部には常に一定の流量の高温気体が供給
されるため熱交換管路１８において多量の熱交換
をする必要があり、熱損失が大きい。これに対し
第３図に示す本発明に係る装置では、炉中に挿入
される熱負荷が100から50に変動した場合は、こ
の熱負荷に見合つた流量の高温気体を気体混合部
に供給し得るため、熱交換により奪取される熱エ
ネルギーを必要最小限に抑制し得る。

以上、本発明に係る熱風循環式熱処理炉の温度
制御方法及び装置について、カラー鋼板製造用の
塗料焼付炉に使用した場合を例に挙げて詳細に説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるもの
ではなく、発明の精神の範囲内で種々改良、変更
をなし得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来技術に係る温度制御装
置の概略構成図、第３図は本発明に係る温度制御
方法を好適に実施し得る温度制御装置の概略構成
図であつて、第４図に示す実施例における炉の横
断面を併せて示し、第４図は本発明に係る温度制
御方法及び装置が好適に使用されるカラー鋼板製
造用の塗料焼付炉の概略構成を示す縦断面図であ
る。 １０…熱処理炉、１２…高温気体供給管、１４
…隔壁、１６…バイパス管路、１８…熱交換管
路、２０…熱交換器、２２…開閉蓋、２４…加熱
装置、２６…温度検出器、２８…流量制御弁、３
０…熱処理炉（塗料焼付炉）、３２…気体加熱装
置、３４…高温気体供給管、３６…気体吸引管、
３８…吸引送風機、４０…隔壁、４２…バイパス
管路、４４…熱交換器、４６…熱交換管路、４８
…開閉蓋、５０…作動杆、５２…アクチユエー
タ、５４…温度検出器、５６…測温プローブ、５
８…温度制御回路、６０…流量制御弁、６２…ア
クチユエータ、６４…温度制御回路、６６，６８
…プレナムチヤンバ、７０…鋼板、７２…ノズ
ル、７４，７６…ダクト、７８…送風機、８０…
吸気口、８２…コータ、８４…強制空冷室、８６
…水冷室、８８…熱風乾燥装置、９０…バーナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温気体と該高温気体の一部を熱交換して温
   度差を生じさせた気体とを気体混合手段４２，４
   ６，４８を介して熱風循環式熱処理炉３０に供給
   するに際し、前記温度差のある両気体の混合比が
   一定になるよう前記気体混合手段４２，４６，４
   ８の混合比調節手段４８を制御した後、前記気体
   混合手段４２，４６，４８に供給される高温気体
   の流量を制御し、前記熱風循環式熱処理炉３０の
   炉内温度が安定した後、その炉内温度を検出して
   前記気体混合手段４２，４６，４８の混合比調節
   手段４８を制御して、前記温度差のある両気体の
   混合比を変化させる ことを特徴とする熱風循環式熱処理炉の温度制御
   方法。 ２ 熱風循環式熱処理炉３０に高温気体供給管３
   ４を接続し、この高温気体供給管３４の管路の一
   部をバイパス管路４２と熱交換管路４６とに画成
   し、前記両管路４２，４６における高温気体入口
   側の連通開口部に各管路４２，４６の開口比率を
   調節可能な開閉蓋４８を設け、前記両管路４２，
   ４６の高温気体入口側と連通する前記高温気体供
   給管３４に流量制御弁６０を介挿し、更に前記熱
   処理炉３０に炉内温度検出器５４を配設して、こ
   れによる検出温度に応じて前記開閉蓋４８または
   流量制御弁６０の開度を選択的に制御するよう構
   成した ことを特徴とする熱風循環式熱処理炉の温度制御
   装置。