(57)【要約】  炉壁放熱の低減と省エネルギー化を結びつけることを可能とする工業炉を提供する。入口、加熱帯、冷却帯及び出口を順に備え、ワークを入口から出口に向かって搬送しながら加熱処理するための連続式工業炉であって、加熱帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、加熱帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って加熱帯の炉内に流入するガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有する連続式工業炉。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口、加熱帯、冷却帯及び出口を順に備え、ワークを入口から出口に向かって搬送しながら加熱処理するための連続式工業炉であって、
加熱帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
加熱帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って加熱帯の炉内に流入するガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有する連続式工業炉。
【請求項２】
前記排気口から排出されるガスの温度が１００〜６００℃である請求項１に記載の連続式工業炉。
【請求項３】
前記多孔質断熱層を通ってガスが流入する加熱帯の炉内の温度が１０００℃以上の箇所を含む請求項１又は２に記載の連続式工業炉。
【請求項４】
加熱帯の炉内に流入する前記ガスが炉内雰囲気調整用ガスを含む請求項１〜３の何れか一項に記載の連続式工業炉。
【請求項５】
入口、加熱帯、冷却帯及び出口を順に備え、ワークを入口から出口に向かって搬送しながら加熱処理するための連続式工業炉であって、
冷却帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
冷却帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って冷却帯の炉内に流入するガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有する連続式工業炉。
【請求項６】
前記排気口から排出されるガスの温度が１００〜６００℃である請求項５に記載の連続式工業炉。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか一項に記載の連続式工業炉の熱利用方法であって、
前記ガス導入口からガスが供給され、該ガスが前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に加熱帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと前記多孔質断熱層が熱交換することにより該ガスが昇温されると共に前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減される、
炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流すステップ、ここで、該ガスが炉内を入口側に向かって流れる間に該ガスとワークが熱交換することで、該ガスが降温されると共にワークが昇温される、
炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するステップ、並びに、
吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
を伴う方法。
【請求項８】
加熱帯の炉内の温度が４００℃以上の箇所に前記多孔質断熱層を通って炉内に流入したガスが有するガス顕熱を炉内で平均４０％以上利用した後に炉外へ排気する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項５又は６に記載の連続式工業炉の熱利用方法であって、
前記ガス導入口からガスが供給され、該ガスが前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に冷却帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと前記多孔質断熱層が熱交換することにより前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減されると共に前記多孔質断熱層の炉内側の表面温度が低下される、
炉内に流入したガスによる対流伝熱及び炉壁内面との輻射伝熱によりワークが冷却されると共に、炉内に流入した該ガスが炉内を流れながらワークとの熱交換によって昇温されるステップ、
炉内に流入した該ガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するステップ、並びに、
吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
を伴う方法。
【請求項１０】
入口、加熱帯、冷却帯及び出口を順に備え、ワークを入口から出口に向かって搬送しながら加熱処理するための連続式工業炉であって、
加熱帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
加熱帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って加熱帯の炉内に流入するガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有し、
冷却帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
冷却帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って冷却帯の炉内に流入するガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有する、
連続式工業炉。
【請求項１１】
加熱帯及び冷却帯のそれぞれの排気口から排出されるガスの温度が１００〜６００℃である請求項１０に記載の連続式工業炉。
【請求項１２】
前記多孔質断熱層を通ってガスが流入する加熱帯の炉内の温度が１０００℃以上の箇所を含む請求項１０又は１１に記載の連続式工業炉。
【請求項１３】
加熱帯の炉内に流入する前記ガスが炉内雰囲気調整用ガスを含む請求項１０〜１２の何れか一項に記載の連続式工業炉。
【請求項１４】
請求項１０〜１３の何れか一項に記載の連続式工業炉の熱利用方法であって、
加熱帯のガス導入口からガスが供給され、該ガスが加熱帯における前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に加熱帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが加熱帯における前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと加熱帯における前記多孔質断熱層が熱交換することにより該ガスが昇温されると共に加熱帯における前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減される、
加熱帯の炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流すステップ、ここで、該ガスが炉内を入口側に向かって流れる間に該ガスとワークが熱交換することで、該ガスが降温されると共にワークが昇温される、
加熱帯の炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するステップ、
加熱帯から吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
冷却帯のガス導入口からガスが供給され、該ガスが冷却帯の前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に冷却帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが冷却帯における前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと冷却帯の前記多孔質断熱層が熱交換することにより冷却帯における前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減されると共に冷却帯における前記多孔質断熱層の炉内側の表面温度が低下される、
冷却帯の炉内に流入したガスによる対流伝熱及び炉壁内面との輻射伝熱によりワークが冷却されると共に、冷却帯の炉内に流入した該ガスが炉内を流れながらワークとの熱交換によって昇温されるステップ、
冷却帯の炉内に流入した該ガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するステップ、並びに、
冷却帯から吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
を伴う方法。
【請求項１５】
加熱帯の炉内の温度が４００℃以上の箇所に前記多孔質断熱層を通って炉内に流入したガスが有するガス顕熱を炉内で平均４０％以上利用した後に炉外へ排気する請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工業炉に関する。また、本発明は工業炉の熱利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業炉の熱効率向上への取り組みは従来省エネルギーの観点で精力的に行われてきているが、現在、地球温暖化問題を機に、その要求はますます強くなってきている。工業炉の高熱効率化には、二大出熱要因である炉壁放熱と排気ガス持ち去り熱の低減が重要であるが、現在、炉壁放熱対策として熱伝導率の低い無機ファイバー断熱材を採用し（例：特許第３５１７３７２号公報）、排気ガスの持ち去り熱対策として熱交換型バーナー（特開平１０−２３８７５７号公報）や蓄熱再生型バーナー（リジェネレイティブバーナーともいう）（例：特許第５０５１８２８号公報）を採用した、いわゆる高性能工業炉が実用化され普及しつつある。【０００３】
また、排気ガスの持ち去り熱については、ボイラーや熱交換器により熱回収し、炉自身や他設備の熱源として熱利用することが、従来一般的に行われており（例：特開２０１０−４８４４０号公報）、また最近では、未利用熱を蓄熱、冷熱、発電等でさらに活用するための開発が進められ、一部は実用化されつつある。つまり、排気ガスの持ち去り熱の低減及び排熱利用については着実に進歩している。【０００４】
一方、炉壁放熱については、更なる低減が難しい状況にある。炉壁放熱については、壁外面を二重壁にして、内部に空気や水を通して熱回収する方法が考えられるが、一般的には熱源として温度が１００℃程度と低く、面積的に広く分散しているために、エクセルギー（exergy）が低く、回収するための設備費用も見合わず、有効な熱回収は実用化されていない。また炉壁放熱を利用した熱電発電や熱音響発電又は冷熱取出の開発も進められているが、未だ変換効率が低く開発途上である。【０００５】
炉壁放熱量の低減に関連して、平成２１年度ＮＥＤＯ調査報告書「高温機器・プラント等の省エネを目的とした熱輻射制御技術開発テーマ抽出のための調査」においては、高度な熱遮断法として、光学的に半透過性の多孔質層において伝熱と逆流する低温のガスを流す能動熱遮断法が紹介されている。能動熱遮断法の詳細は特開平３−４１２９５号公報に開示されており、そこには特にロケットノズル、スペースシャトル再突入時の熱遮断や、新素材開発の炉や核融合炉壁の熱防御などに利用されることが示されている。また、断熱層を極端に薄くできることに加えて、定常状態に達する時間が極めて短いので、溶鉱炉や、新材料開発炉のターンアラウンドタイムを短くし、設備の有効利用と省エネルギーが可能であると記載されている。【０００６】
しかしながら、前記ＮＥＤＯ調査報告書においては「この技術は熱遮断の技術としては秀逸であるものの、入熱とは逆方法に流れるガスの顕熱による熱移動を利用しているので、高温機器・プラント等の省エネルギーには結びつき難い」と結論づけられており、実際にもこの技術が適用された例はない。【０００７】
また、特開２００５−０４８９８４号公報では、炉壁の内側に当該炉壁の壁面に沿って通気性を有する耐火物を配置した熱処理炉であって、前記炉壁と前記耐火物との間に間隙を設け、炉内雰囲気の調整に際して、前記間隙に導入された所定組成の雰囲気調整用ガスが、前記耐火物の内部を通過してから炉内に送り込まれるようにしたことを特徴とする熱処理炉が提案されている。当該熱処理炉によれば、炉内雰囲気を調整するに際して、初期の炉内雰囲気を所望の炉内雰囲気に置換するのに要する時間を大幅に短縮することができ、更に雰囲気の制御性が向上することが記載されている。また、炉壁と耐火物との間に雰囲気調整用ガスを導入することにより、炉壁が雰囲気調整用ガスで冷却されて、炉壁の表面温度が従来よりも低下し、炉の熱効率や作業の安全性が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５１７３７２号公報
【特許文献２】特開平１０−２３８７５７号公報
【特許文献３】特許第５０５１８２８号公報
【特許文献４】特開２０１０−４８４４０号公報
【特許文献５】特開平３−４１２９５号公報
【特許文献６】特開２００５−０４８９８４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】平成２１年度ＮＥＤＯ調査報告書「高温機器・プラント等の省エネを目的とした熱輻射制御技術開発テーマ抽出のための調査」、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、平成２２年３月、第９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特開平３−４１２９５号公報には、能動熱遮断法が省エネルギーに結びつくことが示唆されているが、如何にして省エネルギーが可能であるのかについては具体的な議論はなされていない。実際、先述したＮＥＤＯ調査報告書においても能動熱遮断法は省エネルギーに結びつき難いとされている。当該公報においては、作動ガスの流入速度は大きいほどよく、０．１〜１．０ｍ／ｓが可能であると記載されており、当該公報の実施例１においては、熱量１ＭＷ／ｍ2、断熱厚み１０ｍｍ、ガス流速０．０８及び０．８ｍ／ｓで能動熱遮断による効果の数値解析を行っている。しかしながら、当該条件では一般的な工業炉の稼働条件からみて桁違いに大きな排気熱損失が発生してしまい、工業炉の省エネルギーに結びつけることは困難である。【００１１】
また、特開２００５−０４８９８４号公報において、当該公報に記載の技術が熱処理炉の熱効率向上に寄与すると記載されているが、熱効率向上に資する具体的な構成やそのメカニズムは明らかにされていない。むしろ、当該公報に記載の技術は能動熱遮断法の原理を応用したものであり、雰囲気調整用ガスを炉外に放出する際に相当量の排気ガス持ち去り熱が発生してしまい、炉全体としては熱効率を高めることは困難である。【００１２】
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、炉壁放熱の低減と省エネルギー化を結びつけることを可能とする工業炉を提供することを課題の一つとする。また、本発明は炉壁放熱の低減と省エネルギー化を結びつけることを可能とする工業炉の熱利用方法を提供することを別の課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の能動熱遮断法を工業炉の炉壁断熱に適用しようとした場合、多孔質材料で形成された炉壁断熱層の炉外側から炉内側に向かってガスを流すことで、炉壁放熱は著しく低減するが、一方で流したガスは炉内に浸入することになる。このため、このガスを炉外に放出する際に相当量の排気ガス持ち去り熱が発生してしまい、炉全体としては高効率化が実現し難いことは先述した通りである。【００１４】
しかしながら、この能動熱遮断法は見方を換えると、熱回収・熱利用が難しいとされる炉壁放熱を、熱回収・熱利用が比較的効率良く実現可能なガス顕熱に変換する技術とも言える。本発明者はこの点に着目し、工業炉への適用可能性を詳細検討した結果、高温の連続式工業炉における加熱帯及び冷却帯の炉壁に適用した際には、炉内での熱利用が可能なため、炉内及び炉外でのガス顕熱の利用を考慮したときのシステム全体として省エネルギー化が図れることが判明し、本発明に至った。【００１５】
本発明の幾つかの実施形態は以下のように特定することができる。
（１）入口、加熱帯、冷却帯及び出口を順に備え、ワークを入口から出口に向かって搬送しながら加熱処理するための連続式工業炉であって、
加熱帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
加熱帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って加熱帯の炉内に流入するガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有する連続式工業炉。
（２）前記排気口から排出されるガスの温度が１００〜６００℃である（１）に記載の連続式工業炉。
（３）前記多孔質断熱層を通ってガスが流入する加熱帯の炉内の温度が１０００℃以上の箇所を含む（１）又は（２）に記載の連続式工業炉。
（４）加熱帯の炉内に流入する前記ガスが炉内雰囲気調整用ガスを含む（１）〜（３）の何れか一項に記載の連続式工業炉。
（５）入口、加熱帯、冷却帯及び出口を順に備え、ワークを入口から出口に向かって搬送しながら加熱処理するための連続式工業炉であって、
冷却帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
冷却帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って冷却帯の炉内に流入するガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有する連続式工業炉。
（６）前記排気口から排出されるガスの温度が１００〜６００℃である（５）に記載の連続式工業炉。
（７）（１）〜（４）の何れか一項に記載の連続式工業炉の熱利用方法であって、
前記ガス導入口からガスが供給され、該ガスが前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に加熱帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと前記多孔質断熱層が熱交換することにより該ガスが昇温されると共に前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減される、
炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流すステップ、ここで、該ガスが炉内を入口側に向かって流れる間に該ガスとワークが熱交換することで、該ガスが降温されると共にワークが昇温される、
炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するステップ、並びに、
吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
を伴う方法。
（８）加熱帯の炉内の温度が４００℃以上の箇所に前記多孔質断熱層を通って炉内に流入したガスが有するガス顕熱を炉内で平均４０％以上利用した後に炉外へ排気する（７）に記載の方法。
（９）（５）又は（６）に記載の連続式工業炉の熱利用方法であって、
前記ガス導入口からガスが供給され、該ガスが前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に冷却帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと前記多孔質断熱層が熱交換することにより前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減されると共に前記多孔質断熱層の炉内側の表面温度が低下される、
炉内に流入したガスによる対流伝熱及び炉壁内面との輻射伝熱によりワークが冷却されると共に、炉内に流入した該ガスが炉内を流れながらワークとの熱交換によって昇温されるステップ、
炉内に流入した該ガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するステップ、並びに、
吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
を伴う方法。
（１０）入口、加熱帯、冷却帯及び出口を順に備え、ワークを入口から出口に向かって搬送しながら加熱処理するための連続式工業炉であって、
加熱帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
加熱帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って加熱帯の炉内に流入するガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有し、
冷却帯は、一又は二以上のガス導入口を有する外壁と、該外壁の内側に間隙を置いて設置された多孔質断熱層とを備えた炉壁断熱構造を少なくとも部分的に有し、
冷却帯は更に、前記ガス導入口から前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通って冷却帯の炉内に流入するガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するための、一つ又は二つ以上の排気口を有する、
連続式工業炉。
（１１）加熱帯及び冷却帯のそれぞれの排気口から排出されるガスの温度が１００〜６００℃である（１０）に記載の連続式工業炉。
（１２）前記多孔質断熱層を通ってガスが流入する加熱帯の炉内の温度が１０００℃以上の箇所を含む（１０）又は（１１）に記載の連続式工業炉。
（１３）加熱帯の炉内に流入する前記ガスが炉内雰囲気調整用ガスを含む（１０）〜（１２）の何れか一項に記載の連続式工業炉。
（１４）（１０）〜（１３）の何れか一項に記載の連続式工業炉の熱利用方法であって、
加熱帯のガス導入口からガスが供給され、該ガスが加熱帯における前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に加熱帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが加熱帯における前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと加熱帯における前記多孔質断熱層が熱交換することにより該ガスが昇温されると共に加熱帯における前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減される、
加熱帯の炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流すステップ、ここで、該ガスが炉内を入口側に向かって流れる間に該ガスとワークが熱交換することで、該ガスが降温されると共にワークが昇温される、
加熱帯の炉内に流入した該ガスを入口側に向かって流した後に吸引排気するステップ、
加熱帯から吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
冷却帯のガス導入口からガスが供給され、該ガスが冷却帯の前記間隙及び前記多孔質断熱層を順に通過した後に冷却帯の炉内に流入するステップ、ここで、該ガスが冷却帯における前記多孔質断熱層を通過する間に該ガスと冷却帯の前記多孔質断熱層が熱交換することにより冷却帯における前記多孔質断熱層の炉外側への放熱が低減されると共に冷却帯における前記多孔質断熱層の炉内側の表面温度が低下される、
冷却帯の炉内に流入したガスによる対流伝熱及び炉壁内面との輻射伝熱によりワークが冷却されると共に、冷却帯の炉内に流入した該ガスが炉内を流れながらワークとの熱交換によって昇温されるステップ、
冷却帯の炉内に流入した該ガスをワークの冷却のために利用した後に吸引排気するステップ、並びに、
冷却帯から吸引排気された該ガスが有する顕熱を炉外において利用するステップ、
を伴う方法。
（１５）加熱帯の炉内の温度が４００℃以上の箇所に前記多孔質断熱層を通って炉内に流入したガスが有するガス顕熱を炉内で平均４０％以上利用した後に炉外へ排気する（１４）に記載の方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る連続式工業炉を操業することにより、炉壁放熱の低減を通じて省エネルギー化を図ることが可能となり、連続式工業炉のランニングコスト低減や地球温暖化対策に対して有効である。本発明はこれまで難題とされてきた炉壁放熱量の低減と省エネルギー化を結びつけることに成功した画期的な発明であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る連続式工業炉の一実施形態について、基本構成及び炉内のワーク進行方向に沿ったヒートカーブを模式的に示した図である。
【図２】本発明に係る炉壁断熱構造及びその断熱原理を模式的に示す図である。
【図３】多孔質断熱層を流れる単位面積当たりのガス流量を変化させたときの炉壁放熱及びガス顕熱の変化について、試算した結果を示すグラフである。
【図４】（ａ）は炉壁断熱用ガス供給による炉壁放熱削減効果を示すグラフである。（ｂ）は炉壁断熱用ガス供給をしない時に比べて省エネルギー化されるのに必要な炉壁断熱用ガスが有する顕熱の最低熱利用率ηminを示すグラフである。
【図５】本発明の効果を試算した連続炉モデルの条件を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳述する。図１には本発明に係る連続式工業炉の一実施形態について、基本構成及び炉内のワーク進行方向に沿ったヒートカーブ（温度プロファイル）を模式的に示した図が示してある。本実施形態に係る連続式工業炉は入口１１、加熱帯１２、冷却帯１３及び出口１４を順に備え、ワーク（図示せず）を入口１１から出口１４に向かって搬送しながら加熱処理することができる。ここで、加熱帯とは、連続式工業炉の入口から炉内を加熱するための最も出口側に近い箇所に設置された加熱機器までのワーク進行方向の範囲を指し、冷却帯とは、最も出口側に近い箇所に設置された加熱機器の直後から連続炉の出口までのワーク進行方向の範囲を指す。また、本実施形態における連続式工業炉には、加熱帯用の炉壁断熱用ガス供給ライン１５及び排気ライン１６、並びに、冷却帯用の炉壁断熱用ガス供給ライン１７及び排気ライン１８が接続されている。加熱帯の排気ライン１６及び冷却帯の排気ライン１８の少なくとも一方、好ましくは両方は炉外の熱回収施設に接続することができる。排気ライン１６及び排気ライン１８に高温ガスを流すことで、炉外での熱利用が可能となる。
【００１９】
本実施形態において、炉壁断熱用ガス供給ラインは加熱帯用及び冷却帯用に分離供給されている。後述するように、加熱帯と冷却帯とでは炉壁断熱用ガスの最適流量が異なるため、このような構成を採用することで加熱帯と冷却帯に分けてガス流量を容易に調整可能である。しかしながら同一のガス供給ラインから加熱帯用及び冷却帯用に分岐することも可能であるし、必要に応じてガス供給ラインに流量制御弁を設置して流量調整することも可能である。なお、連続式工業炉には通常、図示された以外の給気、排気ラインも存在するが、ここでは省略してある。
【００２０】
ワークは加熱処理を受ける物品であり、特に限定されるべきものではないが、フェライト及びセラミックコンデンサー等の電子部品、半導体製品、セラミック製品、陶磁器、酸化物系耐火物、ガラス製品、金属製品、アルミナ・グラファイト質及びマグネシア・グラファイト質等のカーボン系耐火物が例示される。また、ワークには窯道具も含まれる。ワークの加熱温度は加熱目的によって異なるが、省エネ効果を効果的に発揮するという観点からは１０００℃以上、典型的には１２００℃以上、より典型的には１４００℃以上、例えば１０００〜２０００℃に加熱する場合に本発明に係る連続式工業炉を好適に採用することができる。なお、「加熱」の概念には「焼成」が含まれる。焼成炉のような温度の高い炉に適用することにより、更に熱利用率が向上する。
【００２１】
入口１１から炉内に進入したワークは、出口１４に向かって搬送されながら、所定のヒートカーブに従った加熱帯での加熱及び冷却帯での冷却を受ける。図１に例示するヒートカーブは単純な台形カーブであるが、例えば温度キープ帯が複数段あるような複雑なカーブでもよい。炉内におけるワークの搬送方法に特に制限はないが、例えば台車式、プッシャー式、ローラーハース式等を採用することができる。出口１４からは所定の加熱処理を受けたワークが搬出される。加熱帯１２における加熱方式としては、抵抗加熱、誘導加熱、誘電加熱、アーク加熱及び放射加熱といった電力による加熱方式、並びに燃料をバーナー（熱交換型バーナーやリジェネレイティブバーナーを含む）で燃焼させることによる加熱方式などが挙げられるが、特に制限はない。冷却帯における冷却方式としては、炉内に冷却ガスを供給することで行うガス冷却方式を好適に採用可能である。冷却帯において、ワークは炉内に流入した冷却ガスによる対流伝熱及び炉壁内面との輻射伝熱により冷却される。
【００２２】
本実施形態に係る連続式工業炉において、加熱帯１２及び冷却帯１３は共に、一又は二以上のガス導入口２４ａ、２４ｂを有する外壁２１と、該外壁２１の内側に間隙２２を置いて設置された多孔質断熱層２３とを備えた炉壁断熱構造を有することができる。連続式工業炉においては、加熱帯及び冷却帯はワークの進行方向に所定の長さを有していることから、炉壁断熱用ガスが炉内に均等に供給されるように、本発明に係る上記炉壁断熱構造を設置すべき加熱帯及び冷却帯の長さに応じてそれぞれガス導入口２４ａ、２４ｂを二以上設置することが望ましい。この場合、二以上のガス導入口２４ａ、２４ｂに対する各ガス供給ラインは共通のガス供給ラインから分岐したものでもよく、個別にガス供給設備を用意して専用ラインとしてもよい。供給すべき炉壁断熱用ガスの種類に相違がない場合、ガス配管敷設コストを低減する観点から、同一のガス供給ラインから分岐したものであるのが好ましい。
【００２３】
加熱帯用の炉壁断熱用ガス供給ライン１５を通って、ガス導入口２４ａから炉壁断熱用ガスが供給されると、該ガスは間隙２２及び多孔質断熱層２３を順に通過した後に加熱帯１２の炉内に流入する。該ガスが加熱帯１２の多孔質断熱層２３を通過する間に該ガスと多孔質断熱層２３が熱交換することにより該ガスが昇温されると共に多孔質断熱層２３の炉外側への放熱が低減される。
また、冷却帯用の炉壁断熱用ガス供給ライン１７を通って、ガス導入口２４ｂから炉壁断熱用ガスが供給されると、該ガスは間隙２２及び多孔質断熱層２３を順に通過した後に冷却帯１３の炉内に流入する。該ガスが冷却帯１３の多孔質断熱層２３を通過する間に該ガスと多孔質断熱層２３が熱交換することにより多孔質断熱層２３の炉外側への放熱が低減されると共に多孔質断熱層２３の炉内側の表面温度が低下される。
【００２４】
このように本実施形態においては、加熱帯１２及び冷却帯１３が共に本発明に係る上記炉壁断熱構造を有しており、省エネルギー化の観点からは、この実施形態が好ましい。しかしながら、加熱帯１２及び冷却帯１３の何れか一方のみが本発明に係る上記炉壁断熱構造を有する実施形態としてもよい。
【００２５】
理論によって本発明が限定されることを意図するものではないが、図２に、本発明に係る炉壁断熱構造及びその断熱原理を模式的に示す。炉壁放熱を低減する原理は単純であり、炉壁断熱用ガスが多孔質断熱層２３を炉外側から炉内側に通過する間に該ガスと多孔質断熱層２３が熱交換するので、多孔質断熱層２３の炉外側に伝わる熱が低減される。熱的定常状態にある多孔質断熱層２３内では、多孔質断熱層２３（固体）の伝熱変化、ガスの温度上昇（顕熱変化）、及び断熱層／ガス間の熱交換が釣り合い、断熱層温度Ｔｓとガス温度Ｔｇは以下に示すような基礎式で関係付けられる。
【００２６】
断熱層伝熱変化＝ガス温度上昇＝断熱層／ガス熱交換
λ・（∂2Ｔｓ／∂ｘ2）＝ｍ・Ｃｐ・（∂Ｔｇ／∂ｘ）＝Ａｅ・ｈｅ・（Ｔｓ−Ｔｇ）
Ｔｓ：断熱層温度［Ｋ］（Ｔｓ’：ガス供給無し時）
Ｔｇ：ガス温度［Ｋ］
λ：断熱層内熱伝導率（輻射伝熱効果含む）［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
ｍ：単位面積当たりガス質量流量［ｋｇ／（ｍ2・s）］
Ｃｐ：ガス比熱［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］
Ａｅ：断熱層単位体積当り表面積［ｍ2／ｍ3］
ｈｅ：断熱層熱伝達率［Ｗ／（ｍ2・Ｋ）］
【００２７】
多孔質断熱層２３の厚み方向の温度を、通気ガスがない通常時（Ｔｓ’）と通気ガスがある本発明時（Ｔｓ）とで比較すると、およそ図２に示すような違いになる。炉壁放熱量は外表面温度の関数となるため、外表面温度が低下した分だけ、炉壁放熱量が低下する。
【００２８】
外壁２１と多孔質断熱層２３の間に間隙２２を設けることで、流入したガスが間隙２２に充満してガス層が形成される。これにより、間隙２２が圧溜めとして機能し、多孔質断熱層２３の全面にガスを行き渡らせることが可能となるので、ガスが多孔質断熱層２３を均一に流れ、放熱抑制効果が向上する。また、圧溜めと炉内との圧力差を制御することで、所定流量のガスを安定的に流すことが可能となる。均一な圧溜めとして機能させるために間隙におけるガスの流速は０．１〜１ｍ／ｓとすべきで、この観点から、間隙２２の厚みとしては、５〜５０ｍｍが好ましく、１０〜３０ｍｍがより好ましい。
【００２９】
外壁２１と多孔質断熱層２３の間に間隙２２を設けた状態で多孔質断熱層２３を保持する方法としては、限定的ではないが、多孔質断熱層２３を外壁に固定したスタッドピン、セラミックスピン及びボルト等の固定用部材を用い、間座を入れて固定する方法、外壁に孔を空けてスタッドピン、セラミックスピン及びボルト等の固定用部材を貫通させ、間座を入れて固定する方法が挙げられる。また、均一流速制御性を高めるべく、多孔質断熱層２３の炉外側表面に孔開き板を設置してもよい。孔開き板が整流のための抵抗として機能するので、多孔質断熱層２３を通過するガス流速の均一性が高くなる。
【００３０】
炉壁断熱用ガスとしては、ワークとの反応性、炉内雰囲気、コスト、比熱等を考慮して適宜設定すればよく、例えば酸化性ガス（空気、Ｏ2等）、不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ等）、還元性ガス（Ｈ2、ＣＯ等）とすることができるが、一般的にはコスト面から空気を使用することが好適である。供給する炉壁断熱用ガスの温度は、省エネルギーの観点から特に加熱や冷却を施す必要はなく、周囲温度（例：５〜４０℃）とすれば足りる。
【００３１】
工業炉には炉内雰囲気を調整するためにガスが供給されることがある。例えば、燃焼炉においてワークを熱処理するのに炉内雰囲気として酸素が必要な場合、不活性ガス雰囲気が必要な電気炉において炉内に不活性ガスを供給する場合、ワークからの揮発成分を掃気するために空気等のガスを供給する場合などが挙げられる。このような雰囲気調整用ガスは本来的には断熱用ガスとして供給されるものではないが、雰囲気調整用ガスを多孔質断熱層２３を通して供給することで、炉壁断熱用ガスとしても機能させることが可能である。この場合、炉壁放熱の削減分が、ガス顕熱の増加分に変換されることになり、このガス顕熱を炉内又は炉外で使用することで省エネルギー効果が得られる。加熱帯において雰囲気調整用ガスを多孔質断熱層２３を通して供給する場合には、排ガス熱損失を増やさずに炉壁放熱を削減でき、結果として燃料使用量（発熱量）を削減できるという効果が得られる。
【００３２】
一般的な断熱性能を有するものであれば、多孔質断熱層２３の材質及び形状には特に制限はない。例示的には、多孔質断熱層２３の材質として通気性の高いセラミックスファイバー、アルミナファイバー、カーボンファイバー等の繊維質材料を好適に使用可能である。多孔質断熱層自体は柔らかいので外壁２１は鉄又は鉄合金製、アルミ、ニッケル／クロム系金属、ステンレス等の金属製とするのが炉体の強度を保つ上で好適である。また、多孔質断熱層２３の形状としては、例示的にはブランケット状及びボード状が挙げられ、これらを必要枚数積層してもよい。また、ブランケットを折り畳んでブロック状としてもよい。更にはそれら形状を組み合わせて使用してもよい。また、多孔質断熱層２３は、通気性（圧力損失）及び断熱性能のバランスを考慮し、例えば、かさ密度で１００〜５００ｋｇ／ｍ3程度、空隙率で０．８〜０．９５程度とすることができる。かさ密度はＪＩＳ  Ｒ３３１１：１９９１に準拠して測定することができる。空隙率は次式によって算出可能である。
空隙率＝１−固体体積率
＝１−（かさ密度／真密度）
【００３３】
多孔質断熱層２３の熱伝導率は、大きくても本発明の効果は発現するが、できる限り放熱を抑制するという観点で、０．１〜１Ｗ／ｍＫ程度（ＪＩＳ  Ａ１４１２−１：１９９９準拠）のものを使用するのがよい。多孔質断熱層２３の厚みは要求される断熱性能に応じて設定可能であるが、例示的には１００〜５００ｍｍ程度とすることができる。
【００３４】
加熱帯１２において本発明に係る炉壁断熱構造を採用する箇所はヒートカーブに応じて設定すればよく、ワーク進行方向に加熱帯１２の全域とすることもできるし、一部の領域とすることもできる。また、加熱帯１２において複数のガス導入口２４ａからガスを多孔質断熱層２３に供給する場合、ガス流量をすべてのガス導入口２４ａにおいて同一としてもよいし、ヒートカーブに応じて変化させてもよい。顕熱の利用効率を高める観点からは、炉温が最高温度となる領域には少なくとも当該炉壁断熱構造を採用することが好ましく、例えば炉内温度が１０００℃以上の高温となる領域に当該炉壁断熱構造を採用し、当該領域に炉壁断熱用ガスを供給することで省エネルギー効果を高めることができる。
【００３５】
同様に、冷却帯１３において本発明に係る炉壁断熱構造を採用する箇所についても、ヒートカーブに応じて設定すればよく、ワーク進行方向に冷却帯１３の全域とすることもできるし、一部の領域とすることもできる。また、冷却帯１３において複数のガス導入口２４ｂからガスを多孔質断熱層２３に供給する場合、ガス流量をすべてのガス導入口２４ｂにおいて同一としてもよいし、ヒートカーブに応じて変化させてもよい。従来、冷却帯では被加熱物の温度を低下させるために、ワークよりも低温の冷却用ガスを炉壁に設置した打ち込みポートから供給し、ワークと冷却用ガスとで熱交換させた後、排気する操作が行われできた。この場合、冷却用ガスは炉壁との熱交換が実質的に行われることなく局所的に炉内に流入する。一方、本発明によれば、この打ち込みポートから供給されるガスの全量又は一部を多孔質断熱層２３を通して供給することが可能である。本発明に係る炉壁断熱構造を冷却帯に適用しても燃料使用量の削減には寄与しないが、これによる炉壁放熱の削減分がガス顕熱の増加分に変換されることになるので、このガス顕熱を炉内又は炉外で使用することで省エネルギー化に結びつけることが可能となる。ヒートカーブ等の条件によるが、一般的には、冷却帯１３で必要な単位面積当たりのガス流量は加熱帯に比べると多くなる。このため冷却帯においては、後述する図３の試算のとおり、放熱比で０．１以下とすることも可能であり、加熱帯１２と比較して炉壁放熱による熱損失はさらに効果的に低減できることになる。
【００３６】
本発明に係る炉壁断熱構造は、加熱帯１２及び冷却帯１３の何れに設ける場合においても、炉をワーク進行方向に直角な断面で観察したときに、炉室の全周囲を取り囲むように配置することが炉内の温度分布の均一化及び炉壁放熱低減の観点から望ましい。すなわち、本発明において炉壁というのは炉室の側壁、炉天井、及び炉床を含む概念である。
【００３７】
図３（ａ）及び図３（ｂ）には、多孔質断熱層を流れる単位面積当たりのガス流量を変化させたときの炉壁放熱及びガス顕熱の変化について、上述の基礎式を使用して試算した結果がグラフで示されている。炉内温度は１４００℃（図３（ａ）のケース）及び１０００℃（図３（ｂ）のケース）とし、多孔質断熱層としては、厚みを４００ｍｍ（図３（ａ）のケース）及び３００ｍｍ（図３（ｂ）のケース）とし、熱伝導率としては、かさ密度１３０ｋｇ／ｍ3程度のセラミックスファイバーを想定し、０．１〜０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）（温度に依存する）とした。通常時（炉壁断熱用ガス供給無し）の炉壁放熱（図３（ａ）のケースでは９０５Ｗ／ｍ2、図３（ｂ）のケースでは５７６Ｗ／ｍ2）に対し、炉壁断熱用ガス供給時の炉壁放熱は、ガス流量を増やすほど低減する。一方で、供給されたガスの顕熱はガス流量に応じて増加する。結果、炉壁放熱とガス顕熱を合わせた熱量は、通常時の炉壁放熱よりも大きくなり、ガス流量を増加させるほど、全体の熱量としては増加してしまうことがわかる。従い、炉壁断熱用ガスの供給によって炉内及び炉外での熱利用を考慮した熱利用システム全体として熱効率を向上させるには、同時に発生することになるガス顕熱のおよそ半分以上を炉内又は炉外で熱利用することが望ましい。
【００３８】
このことをより詳細に説明するのが図４である。図４（ａ）には炉温、断熱層厚み（ｄ）をパラメータにして、無次元ガス流量（ｇ）と炉壁放熱比（ｒ）の関係をグラフに示した。炉壁断熱用ガス供給による炉壁放熱削減効果が理解できる。ここでグラフの横軸は、供給すべきガス流量が図２に示す基礎式から断熱層の断熱性能と関連することから、供給ガスの熱容量速度（Ｃｐ×Ｇ／３．６［Ｗ／（ｍ2・Ｋ）］）を断熱層内の熱通過率（λ／ｄ［Ｗ／（ｍ2・Ｋ）］）で割って無次元化した量とした。本明細書においては、この量を「無次元ガス流量」と呼ぶ。この無次元ガス流量と炉壁放熱比率との関係は、断熱層の断熱性能（厚み）には依存しないことがわかる。また、炉内温度が高い程、同じ無次元ガス流量で炉壁放熱比が低下することがわかる。この結果から、炉壁放熱を少なくとも３０％程度まで削減しようとすると、炉内温度にもよるが、無次元ガス流量で１〜２にすべきであることがわかる。
【００３９】
図３で示したように、炉壁放熱削減の一方で炉壁断熱用ガス供給量に応じて排ガス顕熱が発生してしまうため、この方法で炉の燃焼使用量を削減する、あるいは炉外での熱利用も含めた全体システムとして省エネを実現するには、その発生したガス顕熱のある割合分を炉内あるいは炉外も含めて熱利用する必要がある。そこで炉壁断熱用ガス供給をしない通常時とちょうど熱量的に等しくなる場合のガス顕熱の熱利用率を最低ガス顕熱利用率ηminとして図４（ｂ）のグラフに示した。この場合も、断熱性能には依存せず、炉内温度が高い方が最低ガス顕熱利用率が低下する傾向となった。また、どの条件の場合においても、炉壁断熱用ガス流量を多くするほど、ガス顕熱の利用率を多くしないと省エネが実現できないことがわかる。
【００４０】
例えば、炉内温度１４００℃、断熱層厚み０．４ｍの部分に炉壁断熱用ガス供給を適用し、その部分の炉壁放熱比を３０％にしようとする場合には、無次元ガス流量ｇは１となる。またこれにより省エネ効果を出すためには、発生したガス顕熱の熱利用率ηを少なくとも４３％よりも大きくする必要がある。
【００４１】
図４（ａ）及び（ｂ）のグラフ作成に使用した計算条件を示す。
＜ｇ：無次元供給ガス流量＞
ｇ＝Ｃｐ・Ｇ／（λ／ｄ）／３．６
Ｃｐ：ガス熱容量［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］（ここではＣｐ＝１．３４一定値とした。）
Ｇ：単位面積当たりガス流量［Ｎｍ3／（ｈｒ・ｍ2）］（Ｎｍ3は基準状態（０℃、１気圧）に換算したときの体積（ｍ3）を指す。）
λ：断熱層内熱伝導率
λ＝Ａ・ρ＋（Ｂ／ρ）・Ｔｓ3＋（Ｃ・Ｔ＋Ｄ）・λｆ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
Ｔｓ：断熱層内温度［Ｋ］
ρ：かさ密度：１３０［ｋｇ／ｍ3］
λｆ：静止気体中の熱伝導率  ０．０５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
Ａ：６．９×１０-5，Ｂ：１．５×１０-8，Ｃ：−２．１×１０-5，Ｄ：２．０
【００４２】
＜ｒ：通常時の炉壁放熱量に対する炉壁断熱用ガス供給時の炉壁放熱量の比＞
ｒ＝Ｑw／Ｑw0
Ｑw0：通常時の炉壁放熱量［Ｗ／ｍ2］
Ｑw：炉壁断熱用ガス供給時の炉壁放熱量［Ｗ／ｍ2］
【００４３】
＜ηmin：システムの省エネ化を実現するための炉壁断熱用ガスのもつ顕熱の必要最低限の熱利用率＞
η：炉壁供給ガスのもつ顕熱のシステムにおける熱利用率
ηmin＝１−（Ｑw0−Ｑw）／Ｑg
Ｑg：炉壁断熱用ガスが供給箇所で炉内温度に達した状態での保有ガス顕熱
Ｑg＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔi−Ｔ0）［Ｗ／ｍ2］
Ｔi：炉壁断熱用ガス供給箇所の炉内温度[℃]
Ｔ0：基準温度２０℃とする
【００４４】
発生ガス顕熱の熱利用率ηは、単純には炉壁から供給したガスの顕熱が、炉内及び炉外で熱利用された後、最終的に何度の温度で捨てられるかで決まるが、その間に単に冷却用ガスで希釈して温度を下げる場合には、その温度降下分を差し引いて算出する必要がある。本発明においては、冷却用ガスというのは、炉壁断熱用ガス供給に伴い、所望のヒートカーブを形成するために多孔質断熱層を通過することなく専用ポートから追加的に炉内に供給する必要のある冷却用ガスを指す。従って、炉壁断熱用ガス供給を実施しなくても本来的に炉内に供給する必要のあったガスはここでの冷却用ガスには該当しない。例えば、炉壁断熱用ガス供給を実施しなくても、所定のヒートカーブとするために冷却空気が必要な場合、炉内雰囲気として過剰な酸素が必要な場合、及び炉内攪拌のために過剰な空気が必要な場合には、そのような酸素や空気はここでいう冷却用ガスには該当しない。また、本発明においては加熱用のバーナーが使用されている場合、安定燃焼に最低限必要な空気比を１．０５とし、それを超える空気であって、本来的に炉内に供給する必要のあった空気を除いた分を冷却ガスとして取り扱う。
一般的には発生ガス顕熱の熱利用率は以下の式で算出される。
η＝［１−ΣjＱｂj／ΣiＱａi］×１００［％］
ここで、
Ｑｂj＝Ｃｐ・Ｇｂj・（Ｔｂj−Ｔ0）／３６００
Ｑａi＝Ｃｐ・Ｇａi・（Ｔａi−Ｔ0）／３６００
ΣjＧｂj＝ΣiＧａi＋ΣkＧｃk
Ｑｂj：箇所ｊにおける炉壁断熱用ガスの排気後（炉外熱利用する場合はその後）のガス顕熱［ｋＷ］
Ｑａi：箇所ｉにおける炉壁断熱用ガスの炉入直後のガス顕熱［ｋＷ］
Ｃｐ：炉壁断熱用ガスのガス比熱［ｋＪ／（Ｎｍ3・Ｋ）］（簡略化のため、Ｃｐ＝１．３４一定値とする。また、Ｎｍ3は基準状態（０℃、１気圧）に換算したときの体積（ｍ3）を指す。）
Ｔ0：基準温度[℃]（基準温度は炉の周囲環境の温度であるが、本発明においては簡単のためＴ0＝２０℃として定義する。）
Ｇｂj：箇所ｊにおける炉壁断熱用ガスの排気ガス流量［Ｎｍ3／ｈｒ］
Ｇａi：箇所ｉにおける炉壁断熱用ガス流量［Ｎｍ3／ｈｒ］
Ｇｃk：箇所ｋにおける炉壁断熱用ガス供給に伴い供給した冷却用ガス流量［Ｎｍ3／ｈｒ］
Ｔｂj：箇所ｊにおける炉壁断熱用ガスの温度[℃]
Ｔａi：箇所ｉにおける炉壁断熱用ガスの温度[℃]
ここで炉内のみで熱利用率ηを考える場合は排気後のガス顕熱Ｑｂjを炉排気口でのガス顕熱とする。
【００４５】
仮に、１４００℃の温度帯で炉壁断熱用ガスを供給し、途中で冷却空気を供給することなく炉内で熱利用し、５００℃の温度帯で排気すると、Ｇａ1＝Ｇｂ1であり、炉内での熱利用率ηf1は
ηf1＝１−（５００−２０）／（１４００−２０）＝６５％
となる。この場合発生ガス顕熱の２２％（６５−４３）に相当する熱量が炉内での燃料削減となる。さらに炉排気温度５００℃の排ガスを炉外でさらに５０％の熱利用率で熱利用できたとすると、炉外での熱利用後の最終の排気温度は２６０℃（（５００−２０）×０．５＋２０）となるので、システム全体での熱利用率ηt1は、
ηt1＝１−（２６０−２０）／（１４００−２０）＝８３％
となり、この場合発生ガス顕熱の４０％（８３−４３）に相当する熱量がシステム全体での省エネ効果となる。
また例えば、上述の例において、炉排気の前までに炉内で熱が余り炉内を所定温度に制御するために炉壁ガス供給流量と同流量のガスで希釈冷却した場合、
Ｇｂ2＝Ｇａ2＋Ｇｃ2
＝２・Ｇａ2
となり、炉内の熱利用率ηf2は、
ηf2＝１−２×（５００−２０）／（１４００−２０）＝３０％
となり、この場合、最低ガス顕熱利用率（ηmin）４３％を下回るため、炉内での燃料使用量は増加してしまうことになる。さらに上述の例と同様の条件で炉外での熱利用を仮定すると、システム全体の熱利用率ηt2は、
ηt2＝１−２×（２６０−２０）／（１４００−２０）＝６５％
となり、この場合発生ガス顕熱の２２％（６５−４３）に相当する熱量がシステム全体での省エネ効果となる。
【００４６】
バッチ炉の場合、このガス顕熱を炉内で利用することは困難であり、炉外で熱回収することになるが、特に１０００℃以上の高温の排気は、通常、ダンパ等のダクト機器や熱交換器等の熱利用機器の耐熱性の制約から５００℃程度まで冷却する必要があり、この操作で熱回収の効率が低下してしまうことになる。例えば、上述の連続炉の例との対比として、バッチ炉において１４００℃のガス顕熱を単に空気希釈で５００℃のガスにして、その後炉外で熱利用した場合、システム全体の熱利用効率ηt3は炉外の熱利用率（５０％）そのものなので、ηt3＝５０％となり、この場合発生ガス顕熱の７％（５０−４３）に相当する熱量がシステム全体の省エネ効果となる。但し温度１４００℃で熱処理する炉の場合でも、炉温が１４００℃である時間は一時的でしかなく、ほとんどの時間１４００℃以下の状態となる。炉温が低い場合には、図４（ｂ）の結果より、最低ガス顕熱利用率ηminが５０％を超えてきてしまうため、バッチ操作１サイクルで評価するとシステム全体での省エネ効果は期待できず、むしろエネルギー増となってしまう場合が多い。
【００４７】
一方、連続炉の場合、加熱帯１２の高温部で発生させたガス顕熱を、加熱帯１２の低温部で熱利用することが可能である。例えば、ガス導入口２４ａから間隙２２及び多孔質断熱層２３を順に通って加熱帯１２の炉内に流入した炉壁断熱用ガスを入口１１側に向かって流すと、当該ガスが炉内を流れる間に該ガスとワークが熱交換することで、該ガスが降温されると共にワークが昇温される。これにより、加熱帯１２においてガス顕熱の有効利用が図られる。炉内を流れた後、該ガスは加熱帯１２に設置された一つ又は二つ以上の排気口２６ａから吸引排気することができる。炉内に流入した炉壁断熱用ガスの流れの制御は給排気量の調整により炉長方向の炉圧を操作することにより行うことができる。
【００４８】
加熱帯１２の排気口２６ａの設置場所はヒートカーブに応じて決定すればよいが、炉内でガス顕熱を有効活用する観点から、例えば炉全体として、ガス顕熱の５０％以上、好ましくは６０％以上をワークの加熱に利用した後に排気することが望ましい。また、炉外で熱利用しやすい温度にするため、加熱帯１２からの排気ガス温度は１００〜６００℃とすることがより好ましく、２５０〜５００℃とすることが更により好ましい。従って、加熱帯の排気口２６ａは炉内のガスがこのような温度範囲にある場所に設けるのが好ましい。これにより、炉外でさらに５０％以上の熱回収率で熱利用することも可能となる。炉外での熱利用先としては、限定的ではないが、高温のガス顕熱を別のワークの加熱に直接利用する他、ボイラー及び熱交換器（温水器、空気予熱器等）等の熱回収施設で蒸気、温水、高温空気等に変換して利用することができる。なお熱源としての利用先がない場合には、利用効率は５〜２０％に低下するが、さらに電気に変換して利用することもできる。
【００４９】
また、ガス導入口２４ｂから間隙２２及び多孔質断熱層２３を順に通って冷却帯１３の炉内に炉壁断熱用ガスが流入すると、該ガスによる対流伝熱によりワークが冷却される。炉内に流入した該ガスは炉内を流れる間にワークとの熱交換によって昇温される。ワークは炉壁内面との輻射伝熱によっても冷却される。炉内を流れた後、該ガスは冷却帯１３に設置された一つ又は二つ以上の排気口２６ｂから吸引排気することができる。冷却帯１３の排気口２６ｂの設置場所についても、ヒートカーブに応じて決定すればよいが、炉外で熱利用しやすい温度にするため、冷却帯１３からの排気ガス温度も加熱帯１２からの排気ガスと同様に１００〜６００℃とすることが好ましく、２５０〜５００℃とすることがより好ましい。従って、冷却帯１３の排気口２６ｂは炉内のガスがこのような温度範囲にある場所に設けるのが好ましい。
【００５０】
なお、図３の試算によると、冷却帯における利用を念頭において４．７Ｎｍ3／（ｈｒ・ｍ2）程度の炉壁断熱用ガスを供給する場合でも、炉壁断熱層の炉内側表面から炉内に供給されるガスの温度は炉内温度より３０℃程度しか低くならず、また、炉壁断熱層の内表面の温度は炉内温度より１０℃程度しか低くならない。つまりその温度域を通過するワーク（ここでは冷却される）は、炉内温度近傍まで加熱されているガスによる対流伝熱と、炉内温度よりわずかに低い温度の炉壁断熱層内表面との輻射伝熱によって、マイルドに冷却することが可能である。通常、ワーク（ここでは冷却される）は急激な冷却操作すなわち局所的に温度差が大きいガスにさらされるような操作により、いわゆる「冷め割れ」を起こすことがあるが、本発明に係る炉壁断熱構造を採用してワークを冷却する場合、冷却操作がよりマイルドになるため、このようなトラブルを回避しやすい利点もある。
【００５１】
炉内及び炉外での熱利用を含む熱利用システム全体の熱効率向上のためには、どの程度のガス流量であれば炉内又は炉外で有効に熱利用できるかを考慮して、加熱帯及び冷却帯のそれぞれに供給するガス流量を決定することが望ましい。図３のグラフから分かるように、炉壁断熱用ガスを供給することによる省エネ効果を炉内のみで得ようとする場合、供給するガス流量が多くなるほど、同時に発生するガス顕熱をより高い比率で利用する必要がある。ヒートカーブにもよるが、炉内でのワークの加熱にこのガス顕熱を有効利用するとしても、ガス顕熱が過剰に余ってしまうため、炉外での熱利用先における熱効率を考慮すると、大量のガス顕熱を発生させることは望ましくない。加熱帯に供給する炉壁断熱用ガスの最適ガス流量は、この観点で冷却帯と比べると比較的少ない流量に制限されることになり、ワークの熱量速度、炉壁面積、ヒートカーブ等、炉の仕様によることになるが、例示的には単位面積当たりのガス流量で１〜３Ｎｍ3／（ｈｒ・ｍ2）が適当である。また、無次元ガス流量で表現すれば、０．５〜３の範囲が適当であり、１〜２とするのが好ましい。下限値よりも小さい流量の場合には、最低ガス顕熱利用率が低く、実現しやすいが、エネルギー的に量的効果が小さい。また、上限値より大きい場合には、最低ガス顕熱利用率が高く、現実的ではない。冷却帯に供給する炉壁断熱用ガスの最適ガス流量についても、ワークの熱量速度、炉壁面積、ヒートカーブ等、炉の仕様によることになるが、ワークを冷却するという目的があることから、加熱帯に供給する炉壁断熱用ガスの最適ガス流量よりも多くなるのが通常であり、例えば３〜６Ｎｍ3／（ｈｒ・ｍ2）が適当である。
【００５２】
このように、炉壁断熱用ガスがもつ顕熱を炉内又は炉外で上手く活用することで、炉壁放熱の低減と熱利用率の向上を両立させ、炉外を含むシステム全体の省エネルギー化が可能となる。更に、ヒートカーブに応じて加熱帯及び冷却帯のそれぞれに供給する炉壁断熱用ガス流量、炉壁断熱用ガス導入箇所、排気箇所などの諸条件を適正化することで、炉内のみで省エネ効果を達成することも可能である。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明による炉壁放熱の低減効果及び省エネ効果を試算したときの実施例を挙げるが、本発明は実施例に限定されるものではない。【００５４】
＜実施例１−１及び２−１、比較例１及び２＞
図５及び表１に示す連続炉モデルにて本発明の効果の試算を行った。炉形式はガス燃焼式の連続炉である。全長は９０ｍとし、炉内寸法は、幅２．８ｍ、高さ２．１ｍとした。図５に示すように、当該連続炉は炉入口から炉出口に向かって低温加熱帯、中温加熱帯、高温加熱帯及び冷却帯で構成される。炉のイン・アウト時間は３０ｈｒであり、炉内温度は図５に示すヒートカーブ図内の表に示した温度条件となっている。加熱帯の最高温度は１４００℃、その保持時間は４ｈｒとした。ワークの熱容量としては、その処理速度を加味した熱容量速度として、製品と窯道具を合わせて合計０．４６５ｋＷ／Ｋとした。炉長方向に炉を３０分割し、長さ３ｍの要素毎に記載の計算条件を元に熱収支計算を実施した。各要素当りの炉壁面積は、２９．４ｍ2とした。
なお計算簡略化のため、熱収支計算時に使用する炉内ガスの比熱については、温度、組成によらず一定値１．３４ｋＪ／Ｎｍ3とした。また、本試算は１要素当たり一つのバーナーが設置されることを条件として行ったが、１要素につき３ｍの長さがあるため実際の連続炉では１要素当たり複数のバーナーが設置されることになる。【００５５】
【表１】
2017163624.tif 000003
【００５６】
炉壁断熱用ガスを供給しない通常の状態での炉壁放熱としては、比較的断熱性に優れたセラミックスファイバーの多孔質断熱層を想定し、試算では、表１の＊１に示す式で放熱量を設定した。例えば炉内温度１４００℃の場合で、多孔質断熱層の炉外側表面温度は１３０℃、炉壁放熱量は１２４５Ｗ／ｍ2である。供給される炉壁断熱用ガスは、温度２０℃の空気とし、加熱帯及び冷却帯に適用した。ガス供給流量については、前述の説明のとおり、加熱帯と冷却帯では最適条件が異なる。この試算では図３で示した通り、単位面積当たりの供給流量として、加熱帯、冷却帯でそれぞれ、２．２Ｎｍ3／（ｈｒ・ｍ2）、４．７Ｎｍ3／（ｈｒ・ｍ2）とし、炉壁断熱用ガスの供給を行わない場合に対する炉壁断熱用ガスを供給する場合の放熱比率としては、加熱帯７００℃未満、加熱帯７００℃以上、冷却帯でそれぞれ０．４０、０．３０、０．１５とした。加熱帯の温度域で放熱比率を変えたのは、炉壁厚みが温度域で異なり、断熱厚みが薄い場合に同じ打ち込みガス流量でも放熱比率が若干低下することを考慮したためである。【００５７】
低温加熱帯のバーナーは、ワークからの揮発物を安全に除去するために雰囲気調整用空気を導入する。過剰空気条件として各要素当たり１００Ｎｍ3／ｈｒの燃焼ガスが発生するように、空気供給流量を設定した。中温加熱帯及び高温加熱帯のバーナーとしては、通常バーナーとリジェネレイティブバーナーの２ケースについて試算を行った。バーナー燃焼時（加熱を要する場合）の空気比は中温加熱帯及び高温加熱帯のどちらの場合も１．０５程度とした。但し、燃焼時にバーナーノズル等の金属部分を焼損させないための最低空気流量（２０Ｎｍ3／ｈｒ）を定めた。また、加熱帯であっても目的のヒートカーブを形成する観点から加熱を要せず、冷却操作が必要な場合には、所定温度になるようにバーナーから基準温度（２０℃）の空気を必要量供給した。冷却帯では所定温度となるよう冷却ポートより基準温度の空気を必要量供給した。【００５８】
炉壁断熱用空気を供給する場合（実施例）、加熱帯では要素毎に６４．７Ｎｍ3／ｈｒが多孔質断熱層に供給されたが、低温加熱帯においては、この炉壁断熱用空気も含めて各要素当りに１００Ｎｍ3／ｈｒの燃焼ガスが発生するように、この差分に相当する空気流量をバーナーから供給した。冷却帯では、要素毎に１３８．２Ｎｍ3／ｈｒが多孔質断熱層に供給され、その状態で所定温度となるよう冷却ポートからも空気を必要量供給した。
排気については、炉壁断熱用空気を供給しない場合（比較例）、する場合（実施例）で同じ位置とし、具体的には、低温加熱帯排気口（炉温２９６℃）、中温加熱帯排気（炉温４４８℃）、冷却帯排気口（炉温４３５℃）及びリジェネレイティブバーナー使用時のバーナー排気（排気温度はバーナー位置により１００〜３００℃程度）とした。【００５９】
通常バーナーを使用した加熱帯では、その温度域で直接排気しようとすると、排気が高温のためその持ち去り熱が多く、また排気口の設計も複雑になるため、通常は直接排気することは行わず、高温帯で発生した燃焼ガスは低中温帯に流し、ワークと熱交換させた後で排気する。一方、リジェネレイティブバーナーは、燃焼と排気を交互に繰り返し、バーナー自身で排熱回収が可能なバーナーであり、炉内温度が１０００℃以上であっても、バーナー内で熱交換することによりバーナーからの排気の温度は１００〜３００℃程度になる。従い、加熱帯にリジェネレイティブバーナーを使用した場合には、加熱帯から直接排気することが可能である。リジェネレイティブバーナーの排気流量及び排気温度は表１の＊２に示す式で算出した。【００６０】
以上の条件で、要素毎に、ワーク顕熱、炉壁放熱、排ガス持ち去り熱及び炉内輻射伝熱をそれぞれ算出し、必要な燃料発熱量を算出した。排ガス持ち去り熱は各要素での給気、排気量及び隣接要素からの流出入燃焼ガス量から算出した。また炉内輻射伝熱は表１の＊３に示す式で算出した。【００６１】
通常バーナー使用時、リジェネレイティブバーナー使用時の２ケースで、炉壁断熱用ガスの供給をしない場合（比較例）と、本発明に従って炉壁断熱用ガスの供給をした場合（実施例）について熱収支計算を実施し、それぞれのケースに対して最も効率的な燃焼、給排気条件を求め、そのときの必要な燃料発熱量や排ガス持ち去り熱を比較し、本発明による燃料削減効果を求めた。結果を表２及び表３に示す。なお、本連続炉モデルにおいては、連続炉の入口及び出口からのガス漏れによる熱損失は考慮していないが、例えば１００℃で１００Ｎｍ3／ｈｒ流出しても３ｋＷ程度の熱損失に過ぎないため、無視できる熱量である。【００６２】
【表２−１】
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【００６３】
【表２−２】
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【００６４】
【表２−３】
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【００６５】
表２について説明する。熱収支結果として、比較例、実施例それぞれについて、入出熱の結果、炉壁断熱用ガスの炉内利用率、排気口からの排気熱、炉外での排ガス熱利用、システム全体の実質熱量を示した。またそれらの結果から比較例に対する実施例の効果として、炉内燃料発熱量の削減効果、炉外排ガス熱利用の増加効果及びシステム全体の実質熱量削減効果を示した。【００６６】
まず、熱収支結果として入熱と出熱をｋＷの単位で、炉全体と各温度帯について示した。入熱は燃料発熱量Ａのみとし、出熱は、内訳としてワーク顕熱、炉壁放熱、排ガス持ち去り熱及び輻射損失を示す。ここで各温度帯の出熱内訳の内いくつかは、入熱になるものもあるが、簡単のためその場合にはマイナス表示で示した。例えば排ガス持ち去り熱がマイナス表示である場合は、排ガス熱が持ち込まれたことを示す。なお、各温度帯の排ガス持ち去り熱は、排気口からの排気熱だけでなく、隣接帯への炉内ガスの流出入に伴うガス顕熱増減も含む。【００６７】
炉壁断熱用ガスの炉内熱利用率は、中温帯及び高温帯において炉壁から供給し、炉壁内及び炉内で炉内温度まで昇温された後のガス顕熱が排気口から炉外に排出されるまでに加熱帯の熱源として利用された割合を示し、具体的には表２に記載の式で算出した。各要素で供給した炉壁断熱用ガスが炉排気口で排気される時のガス顕熱を算出する際に、これに伴って供給した冷却用空気がある場合には、その冷却用空気流量を炉排気ガス流量に加味する必要がある。ここでは、中温帯、高温帯の各要素からの炉壁ガス供給流量は同じとしたので、冷却空気を供給した要素があれば、その要素も含めてそれよりも炉出口側において炉壁断熱用ガスを供給したすべての要素に冷却空気のガス流量を均等分配し、均等配分した冷却ガス流量を各要素からの炉壁断熱用ガスの供給流量に加える方法で炉排気ガス流量を算出した。なお、低温帯と冷却帯に関しては、炉壁断熱用ガスの炉内熱利用率と燃料削減又は炉全体の省エネ効果とが直接関連しないので省略した。【００６８】
出熱の内訳で各温度帯の排ガス持ち去り熱を示したが、各温度帯の炉外への持ち去り熱を示すため、排気口（バーナー排気含む）からの排気持ち去り熱も表に示した。なお、この持ち去り熱を炉外において熱回収設備によって熱利用する場合、熱量を総量のエンタルピーだけでなく有効エネルギーを示すエクセルギーで評価するべきであり、ここではそれらを併記した。
炉外での排熱利用（Ｂ）は、炉全体の排ガス持ち去り熱の内、５０％以上が他工程で熱利用できるとした。炉内で入熱した燃料発熱量（Ａ）からこの炉外での排熱利用分（Ｂ）を差し引いたものを、システム全体の実質熱量（Ａ−Ｂ）として示した。【００６９】
１．通常バーナー使用時（実施例１−１、比較例１）
通常バーナー使用時の必要燃料発熱量は、比較例１３３６ｋＷに対し、実施例では１２５１ｋＷとなり、燃料削減率としては６％となった。
まず、炉全体について出熱の内訳を比較すると、実施例では炉壁断熱用ガス供給の効果で炉壁放熱が大幅に低減し、一方で排ガス持ち去り熱が増加していることがわかる。
次に各温度帯で比較してみる。低温帯では燃料発熱量が２６８ｋＷ（比較例）から２５３ｋＷ（実施例）へとわずか１５ｋＷであるが低減している。その要因は出熱の内訳から炉壁放熱の低減分であることがわかる。これは、炉壁から供給した空気流量分もワークからの揮発成分を掃気するのに寄与するため、実施例では、その分バーナーからの供給空気を減らし、低温帯への空気供給量全体は増加しないようにしたためであり、炉壁からの供給に置き換えた分が炉壁断熱層との熱交換により予熱されたことによる効果である。
中温帯では燃料発熱量が１２９ｋＷ（比較例）から１１ｋＷ（実施例）へと１１８ｋＷもの大きな発熱量が低減している。その要因は、出熱内訳から、炉壁放熱が大きく低減し、排ガス持ち込み熱（持ち去り熱マイナス表示）もわずかに増加したことにある。さらに詳しく分析してみると、中温帯のみの炉壁断熱用ガスの炉内熱利用率は２６％であり、このことは、図４での説明の通り、中温帯の炉壁断熱用ガス供給は炉内の燃料削減には繋がっていないことを示す。そして、中温帯としては排ガスの持ち去り熱よりも持ち込み熱の方が多い（持ち去り熱マイナス表示）こと、及び排気口からの排気熱は大きく増加していることは、隣接する高温帯からの持ち込み熱が大きく増加していることを示しており、この高温帯からの持ち込み熱が中温帯での燃料削減の真の要因である。
高温帯では燃料発熱量が９３８ｋＷ（比較例）から９８７ｋＷ（実施例）へと４９ｋＷ増加している。その要因は、出熱内訳から、炉壁放熱が大きく低減する一方で、排ガス持ち去り熱がそれ以上に増加していることにある。これは図３での説明の通り、炉壁断熱用ガス供給の原理に基づく当然の結果であるが、連続炉の中の高温帯のみの熱収支を抜き出すことはバッチ炉の熱収支を見ていることに近く、バッチ炉ではこの炉壁断熱用ガス供給の技術が炉の省エネには結びつき難いことを示している。連続炉では、この高温帯で増加した排ガス持ち去り熱が、隣接する中温帯に持ち込まれ、中温帯で熱利用されることで、炉全体として省エネが可能となる。高温帯のみの炉壁断熱用ガスの炉内熱利用率は５５％であり、炉内だけでも熱回収ができていることを示す。
なお、中温帯と高温帯との平均の炉壁断熱用ガスの炉内熱利用率は４５％であり、図４のグラフより最低ガス顕熱利用率ηminに近いが、燃焼により必要熱量を確保する燃焼炉の場合には、必要な熱量が低減することで同時に燃焼用空気が低減する相乗効果も得られるため、このような燃料削減効果となった。
冷却帯では燃焼を行わないので、単純に炉壁断熱用ガス供給により炉壁放熱を削減した分だけ、排ガス持ち去り熱が増加することになり、その増加量は８０ｋＷであった。試算例では単純化のために冷却帯全域で炉壁断熱用ガス供給流量を一定としたが、冷却ヒートカーブに応じて最適な炉壁断熱用ガス供給量にすることでさらに炉壁放熱を削減し、排ガス持ち去り熱を増加させることも可能である。
結果をまとめると、炉内での燃料削減効果は６％、炉外での排ガス熱利用の増加効果は排ガス持ち去り熱の５０％が他工程で熱回収できるとして４６％、これらからシステム全体の実質熱量削減効果としては２５％となり、大幅な省エネ効果が得られた。【００７０】
２．リジェネレイティブバーナー使用時（実施例２−１、比較例２）
リジェネレイティブバーナー使用時の必要燃料発熱量は、比較例１２４４ｋＷに対し、実施例では１０８１ｋＷとなり、燃料削減率としては１３％となり、通常バーナー使用時よりもさらに効果的であった。炉全体について出熱の内訳を比較すると、この場合も、実施例では炉壁断熱用ガス供給の効果で炉壁放熱が大幅に低減し、一方で排ガス持ち去り熱が増加していることがわかるが、通常バーナー時と比較すると排ガス持ち去り熱の増加分がより少ないために、炉全体で燃料削減率がより大きくなった。
次に各温度帯で比較するが、低温帯及び冷却帯については、通常バーナー時と試算条件が同じであり、結果も同じである。
中温帯では燃料発熱量が３８８ｋＷ（比較例）から２１０ｋＷ（実施例）へ低下してその差は１７８ｋＷとなり、通常バーナー時（１１８ｋＷ）よりもさらに大きく低減している。その要因は、通常バーナー時と比較して、炉壁放熱低減は同じであるが、排ガス持ち込み熱（持ち去り熱マイナス表示）の増加分がより多くなっているためで、炉壁断熱用ガスの炉内での熱利用率をみると、中温帯で２６％から４４％、高温帯で５５％から６８％、その両方の平均で４５％から６０％と増加していることにある。さらにその根本要因としては、リジェネレイティブバーナーではバーナー燃焼で発生した燃焼ガスの９０％をバーナー自身で排気させることができるため、中・高温帯から炉の入口側に流れ、中温帯の先頭部分にある排気口で排気される排ガスの流量が、通常バーナーに比べて極端に少ないことにある。つまり、通常バーナー時には、炉壁断熱用ガスを供給しない場合でも、高温帯で発生した燃焼排ガスが中温帯に流れ中温帯での熱源として利用されているため、炉壁断熱用ガス供給で新たに発生したガス顕熱は炉内ですべてを利用しきれず余ってしまう。その結果、炉排気されるまでの間で設定したヒートカーブを形成するために単なる冷却用空気を供給して、これにより希釈してガス温度を降下させる操作が必要となった。一方でリジェネレイティブバーナーの場合には、元々の高温帯から中温帯へのガス流れが少ないため、炉壁断熱用ガス供給で発生したガス顕熱を中温帯で余すことなく有効に熱利用することができるという理由で炉内での熱利用率が向上した。但し、炉壁断熱用ガス供給によって発生する熱量は、実施例１−１と実施例２−１で同じなので、実施例２−１では炉内でより多く熱利用できた分、炉外に持ち去られる排ガス熱は減少することになる。
高温帯では燃料発熱量が５８７ｋＷ（比較例）から６１９ｋＷ（実施例）へ３２ｋＷ増加した。通常バーナー時よりはその増加量は少なかったが、これはリジェネレイティブバーナーの効果で元々燃料発熱量が少ないことによる。
結果をまとめると、炉内での燃料削減効果は１３％、炉外での排ガス熱利用の増加効果は排ガス持ち去り熱の５０％が他工程で熱回収できるとして４０％、これらからシステム全体の実質熱量削減効果としては３０％となり、通常バーナー時よりもさらに効果的であった。【００７１】
＜実施例１−２〜１−５、実施例２−２〜２−５＞
実施例１−１及び実施例２−１においては、炉壁断熱用ガスは低温加熱帯、中温加熱帯、高温加熱帯及び冷却帯のすべてに供給されるという条件で連続炉における本発明による省エネ効果の試算を行った。ここでは、炉壁断熱用ガスの供給箇所を表３に記載のように組み合わせて選定し、その他の条件を通常バーナー使用の場合は実施例１−１と同様とし、リジェネレイティブバーナー使用の場合は実施例２−１と同様として、熱収支を計算し、本発明による燃料削減効果を求めた。結果を表３に示す。【００７２】
【表３】
2017163624.tif 000007
【００７３】
通常バーナー使用時と、リジェネレイティブバーナー使用時で同様の傾向が見られた。何れのケースでも省エネ効果は得られたが、中温帯及び冷却帯に炉壁断熱用ガスを供給する場合（実施例１−５、実施例２−５）、高温帯及び冷却帯に炉壁断熱用ガスを供給する場合（実施例１−２、実施例２−２）、低温帯、高温帯及び冷却帯に炉壁断熱用ガスを供給する場合（実施例１−４、実施例２−４）、中温帯、高温帯及び冷却帯に炉壁断熱用ガスを供給する場合（実施例１−３、実施例２−３）、低温加熱帯、中温加熱帯、高温加熱帯及び冷却帯のすべてに炉壁断熱用ガスを供給する場合（実施例１−１、実施例２−１）の順にシステム全体での省エネ効果が向上した。【００７４】
この結果から、炉壁断熱用ガス供給により低温加熱帯、中温加熱帯、高温加熱帯それぞれについて省エネ効果が得られ、その寄与は低温加熱帯、中温加熱帯、高温加熱帯の順に大きくなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る連続式工業炉は、例えば、１０００℃を超える高温の連続炉を用いる産業分野、例えば、窯業、電子部品製造業、セラミック製造業、ガラス製造業、耐火物製造業、鉄鋼業等で有効に利用される。
【符号の説明】
【００７６】
１１    入口
１２    加熱帯
１３    冷却帯
１４    出口
１５    加熱帯用の炉壁断熱用ガス供給ライン
１６    加熱帯用の排気ライン
１７    冷却帯用の炉壁断熱用ガス供給ライン
１８    冷却帯用の排気ライン
２１    外壁
２２    間隙
２３    多孔質断熱層
２４ａ、２４ｂ  ガス導入口
２５    送風機
２６ａ、２６ｂ  排気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2017163624.tif 000014
2017163624.tif 000015
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