JPS58200988A - 加熱促進方法及び加熱炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加熱室において高幅ガス心・こてＶ加熱物を
加熱する方法及び装置に保ジ、史に拝し〈は、’ＪＯ熱
室自室内被加熱物の輻射による加熱効率全向上せしめる
伝熱促進方法に関するものでちる。

熱効率の向上は古くより常に検討され、最近をま全般的
な省エネルギー問題が大きく取り上げられていることか
ら熱の有効利用に対する関心及び要望は特に強くなって
いる。

加熱炉における熱効率の向上のためには、炉帯、被加熱
物の出入口等よりの熱放散量の低下、排ガスによる熱損
失の低下又はこれらの熱の回収等に意が荘がれている。

加熱炉内において被加熱物への伝熱量を増加することは
、加熱炉の主目的の１行に直接的に寄与するととＫなり
。

排ガスのＭ度も低下するので最も効果的であん伝熱には
、伝導、対流、輻射の三様式があるが、流体特に気体の
伝熱は主として対流伝熱が支配的である。これは一般流
体では熱伝導率が低いため伝導伝熱が対流伝熱に比べ小
さい事と、流体が熱放射に際し輻射率が小さく、放射伝
熱が対流伝熱に比べ小さいことによる。

しかし、一般には放射伝熱は高温物体を含む系では、対
流伝熱よりも全伝熱に寄与する割合が大きいことが多く
、全体の９０％以上を放射によるもの力２支配すること
も高温ガスによる熱伝達では通常のことである。

従って、流体を含む系においても、例え′！燃焼ガスよ
り被加熱物への伝熱において、炉内容積を大きく取るこ
とで有効ガス厚みを大きくすることで輻射伝熱の割合を
対流伝熱に対し大きく七っている例もあるが、一方で叶
乾燥空気等のようＫはとんど放射率を屯たないような流
体もあり、高温における伝熱で本来一番効事のよい放射
伝熱を利用でき々いケースもある。

さらに輻射伝熱効率向上のための加熱炉の設計において
、被加熱物の形状、大きさ、炉の構造など、被加熱物上
の位置関係などや・ら適切な効果が得られないこともあ
る。

そこでこのような伝熱に際し、輻射体としての第３の物
体を高温排ガスなどの伝熱系に介在させ流体と該物体間
の伝熱を主として対流伝熱で行ない該物体と被加熱物間
の伝熱を輻射伝熱で行なわせることにより系の伝熱面積
を見掛上増加させる伝熱方法が知られている。この方法
は流体がかなり大きい透過率をもつ事を利用したもので
ある。

このような例としては一般に使われている加熱炉４そう
であり、加熱炉では炉曖を第３の物体となして、排ガス
と被加熱物間の伝熱を促進しているのでちる。そしてこ
のような現象をさらに積極化したものが、前述した如く
高温ガス流、略に炉帯２は別に第三の物体として輻射体
を設けることである。

この場合の輻射体としては、一般に多数の細孔を有する
物体又は細線を束ねた物体、金網などの適度の通気性を
有しているものが知られている。

このような輻射体の介在は系の伝熱効率の向上に有効で
あることが確認されその積極的な活用が今後注目される
ことになろう。

本発明者らはこのような点に鑑み輻射体の利用について
種々研究、検討してきておりこ１１までにも改良を行な
ってきているが、本発明もその一環として見い出された
もので、輻射体利用による伝熱効率をさらに高めること
に成功したものである。

即ち本発明は高温ガスにて被加熱物を加電する方法にお
いて高温ガス流路に被加熱物とこれに対向して輻射体を
設けかつこの輻射体を運動せしめる加熱促進方法であり
、これを可能とする加熱炉を要旨とするものである。

本発明の目的は、このようにすることにより輻射体が受
ける高温ガス（燃焼ガス）からの対流および放射伝熱に
よる加熱のうちガスによる伝熱率が非常に低いため輻射
体の加熱効率を著しく阻害している対流伝熱効果を向上
せしめることにより輻射体への伝熱を促進せ（７め輻射
体使用による輻射体からの被加熱物のすＩＩＩｐＩｈ−
効果を遺憾なく発揮せしめることνこある。

本発明の加熱方法を適用しうる加熱炉としては種々のも
のが考えられ、例示すればＹ業用炉（ガラス、セラミッ
クス、セメント等）、金属用炉（鉄鋼、非鉄等）、生ゴ
ミ焼却炉１発生炉等の被加熱物に熱を与えるために用い
る炉でありまた発生炉のように被加熱物自体が発熱する
ような炉であってもよい。

また本発明は輻射伝熱を有効に利用するものであるため
熱源としては高温ガス例えば１０００℃以、トの熔暁ガ
スを利用した加熱において最適なものである。

本発明による好ましい一聾様においては、輻射体さして
被加熱物に対向した面の伝熱面積は出来るだけ大きくし
て輻射効果を発揮せしめるように配電することであるが
、一方輻射体を加熱する高温ガスの流れの方向に対する
配置として次のようにすることである。

即ち、輻１体を高温ガスの流れ方向に後述するように平
行に設けて輻射体の運動にとも々うガス流に与える影響
を可及的に少なくすることであり、ガス流の乱れを少な
くするように輻射体を運動せしめることである。

さらに好ましい一態様としては、ガス流の流れ方向く依
存することなく輻射体＋１７．ｌ：記目的（・こ合うよ
うに運動せしめることであり、ｉ’　ｖ４）　１４１１
’）に輻射体として棒状体を使用することである。

以下図面を参照して本発明を説明する。

第１図は、従来の典型的な加熱炉の一例であり、１けバ
ーナーロで、燃焼バーナを取付は高温燃焼ガスが加熱室
２へ送られ、加熱室内を矢印Ａ方向に流通する。加熱室
２内には被η口熱物３、例えば煉瓦（セラミックス）、
ガラス、金属などが収容され、搬送ロール４で加熱炉内
を移行する。

ここで被加熱物３は主として；４ｉｉガスの焔輻射及び
炉壁５を介しての固体輻射によＱ　９１＋熱されている
が、輻射体６を加熱室内の適当な位電に配電することで
輻射効率の向上が可能と、ケる。

このよう々輻射体を利用した加熱炉における改良が本発
明であり、第２図はその典型列を示す。

第２図において加熱室２内Ｑ′こ設けら！″Ｌ／ＣＩ、
１ｌＩＱ１Ｌ／ＣＩ、１ｌＩＱ１体６などの被加熱物５
のυ０熱に際して例えば矢印Ｂ方向に回転運動をしてい
る。ここで高温ガスはバーナ口から略矢印Ｃ方向に流通
し加熱室上部に設けられた仕切板７の流通口８から炉壁
と仕切板間に形成された煙道９を通って矢印Ａ方向に流
通していく。

第３図をさらに参照して輻射体６の使用態様を説明する
と、輻射体６は加熱室２内に上下２段にかつ幅方向のほ
ぼ全域にわたって設けられている。

この輻射体の運動は、駆動軸１０を炉壁外部νζまで延
ばしモーター１１に接続することで容易に可能である。

第４図及び第５図を参照して、第２図に示した実施例に
使用されるに適している輻射体の具体的な形状について
説明する。

第４図Ｖよ、それ自体も輻射機能をもつ駆動軸１０に略
円盤状の輻射板１２を複数軸方向に平行して形成したも
ので、輻射板１２の外周には多砂の切込みをつけ輻射伝
熱をさらに良くするように工夫されている。

第５図は、第４図と同様であるが輻射橡１２の形成に代
えて多数の棒状体１３を円盤秋に取りつけたものである
。

これらの輻射体６はいずれも高温ガスとの接触面積は大
きく被加熱物への輻射効果も大傘いうえに、加熱中対流
伝熱効果を増すために回転せしめても高温ガスの流れを
大きく乱すこともなく極めて有利な実施ｔｌ様である。

即ち、ガスの流れ方向く対して輻射体６が平行的に配置
されているので流れの円嘴化を阻害することが少ないの
である。

ここで輻射体（輻射体を構成する駆動軸、板状体、棒状
体などとその組立体）がガスの流れに対して平行的とは
、ガスの流通方向に対する輻射体及びその構成部分の対
面する面積ろ；油力向に面する面積と比較して可及的に
小さく配置すること、いいかえればガスの流、れを可及
的に切らないということを意味するものであも。

岡、第４図及び第５図において、第４図に小す−射体を
ガスの流れ方向が駆動軸１ｏＫ＆った位置になるように
配置することは、ガスの流れを輻射板１２で大きく阻害
（切る）することになるので好ましくないが、第５図に
示すものは同様の配置をしてもそのようなことは避けら
れる。即ち第５図に示すような棒状体及びそれらの組立
体からなる輻射体の使用は、ガスの流れ方向に依存する
ことなく（ガスの流れ方向くどのように配置しても）ガ
ス流に対する抵抗が可及的に少ないので最も有利な輻射
体である。

第６図は他の応用例を示すもので、第４図、ｔ４５図に
示すような輻射体６を加熱炉２の加熱燃φ排ガスの出口
部分１４に設けて被加熱物である例えば煉瓦３を加熱中
矢印Ｂ方向に回転駆動せしめるようにした本のである。

このようＫしても輻射体６けガスの流れ方向大に対して
は＋ｒ平平行鎖位置しているので好ましい実施態様であ
る。

第７図は他の応用例を示すもので、輻射体６を炉壁であ
る天井部分５を通して吊り下げるようにして加熱炉（室
）２内に配電せしめたものである。

第７図に示すような吊り方式による輻射体６の具体的な
実施態様としては、第８図及び第９図に示すようなもの
が適切である。

＠８図及び第９図とも、吊りボルトを兼ねた駆動軸１０
と複数の棒状体１３又は板状体１３′から表るものであ
り、ガス流通方向を考虜してそれぞれ使い分けすること
が適当である。

このような本発明において、輻射体に運動を与える手段
としては、一般的には加熱炉（室）外に設けた駆動源と
接続せしめた駆動軸を介して行表うのがよいが、ガス流
速が比較的大＾い場合においては、輻射体を該ガス流に
より外力を加えることなく運動しうるような構造さして
おくこともできるが、輻射体とガス流との相対速度が遅
れていくことになるので特別の鳴合以外効果は小さい。

本発明において輻射体を風体的にどの程度連動せしめた
ら効果的であるかｅこついて汀、カロ熱炉の設計、操業
条件、被加熱物の量、配置輻射体の構造、形状など複雑
にからみ合ってくるので一概には決めＫくいが、第４図
、１１５図、第８図及び第９図の如き輻射体の使用の例
においては駆動軸の回転数として５０〜５００　ｒｐｍ
、周速としてα５〜ｂ が得られるようである。

また本発明で使用される輻射体の材質としては、１００
０℃以上といった高温ガスを対象とする加熱炉での使用
に十分耐用しうるものであることが必要であり、セラミ
ックスからつくられることが望ましい。具体的にはコー
ジェライト、ジルコン、ジルコニア、ムライト、アルミ
ナ、アルミニウムチタネート、窒化珪素、炭化珪素など
の高耐熱性と高強度及び比較的小さい熱膨張率を有する
焼結体として得られ易いものから選択するのがよい。

以上の如く、本発明の加熱方法及び加熱炉においては高
温ガスによる加熱炉（室）内に被加熱物に向けて輻射体
を設けかつこの輻射体を運動せしめるものであるので、
高温ガスと輻射体間の対流伝熱向上を促進しこれに伴っ
て輻射体の熱吸収が大きくなり結果として輻射体利甲に
よる輻射効率の向上効果を遺憾なく発揮せしめうろこと
く成功し九のであり、各種の加熱炉において、それぞれ
の条件によっても異なるが最大５０％程度にまで及ぶ伝
熱効率の向上も期待されるなどその工業的価値は大きい
ものでちも

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の加熱炉の一例を示す断面図、第２図は本
発明の実施例を示す加熱炉の主要部の断面図、第３図は
第２図のＸ−Ｘ線に活って切断した部分に相当する他の
実施例の断面図、第４図及び第５図は本発明で使用する
輻射体の実施例を示す斜視図、第６図及び第７図１ｄ本
発明の他の実施例を示す断面図、第８図及び第９図は本
発明で使用する他の輻射体の実施例を示す斜視図である
。 図面にて、２は加熱室（炉）、５は婢＋ｔｏ　ｐＡ物。 ５は炉壁、６は輻射体、１０は駆動軸、１２及び１３は
輻射体を構成する輻射板状体及び輻射棒状体をそれぞれ
示している。 −１’　　７　　）！１ １’、Ｊ）￥Ｉ 才２　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　高温ガスにて被加熱物を加熱する方法において、
   高温ガス流路に被加熱物とこれに対向して輻射体を設け
   、かつこの輻射体を運動せしめることを特徴とする加熱
   促進方法。 ２、　輻射体を運動せしめて高温ガスから輻射体への対
   流伝熱を大きくし、輻射体から被加熱物への輻射効果を
   高める特許請求の範囲ｔａ１項記載の方法。 ５、　輻射体を高温ガスの流れ方向に平行的に設け、ガ
   ス流に与える抵抗が可及的に少なくなるように運ＭＪぜ
   しめる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４、＠射体としてガスの流れ方向に依存するこ七なくガ
   ス流に与える抵抗が可及的に少なくなるように運動せし
   める特許請求の範囲第５１に、載の方法。 ５、　輻射体が棒状又はその組合せからなる特許請求の
   範囲第１項乃至第４１負いずノしかセ４截の方法。 ６、　輻射体がセラミックスからなる特許請求の範囲第
   １項乃至第５項いずれか記載の方法。 ７、　輻射体をガス流路外に設けた駆動源により運動せ
   しめる特許請求の範囲第６項ら上載）８法。 ８、炉内の高温ガス中に被加熱物に対向して輻射体を設
   けかつ該輻射体に輻射体を運動せしめる駆動機構を付設
   せしめたことを特徴とする被加熱物の加熱炉。 ？、　輻射体をガスの流れ方向に対して平行的に配置し
   てなる特許請求の範囲第８項記載の加熱炉。 １０、　　輻射体として棒状体又はその組合せ体を用い
   た特許請求の範囲第８項又は第９項記載の加熱炉。