(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を加熱する炉内空間と、
前記炉内空間内の被加熱物を挟んで互いに対向する第１の内壁面および第２の内壁面を有し、前記炉内空間を形成する内壁面と、
前記第１の内壁面および前記第２の内壁面に配置され、熱を発する発熱面によって前記被加熱物を加熱する加熱装置と、を備え、
前記第１の内壁面は、前記被加熱物の搬送方向の上流側に第１の傾斜部を有すると共に前記搬送方向の下流側に第２の傾斜部を有し、
前記第２の内壁面は、前記搬送方向の上流側に第３の傾斜部を有すると共に前記搬送方向の下流側に第４の傾斜部を有し、
前記第１の傾斜部および前記第２の傾斜部は、前記第１の内壁面の中心から前記搬送方向に沿って遠ざかるに従って漸次前記第２の内壁面に近づくように形成され、
前記第３の傾斜部および前記第４の傾斜部は、前記第２の内壁面の中心から前記搬送方向に沿って遠ざかるに従って漸次前記第１の内壁面に近づくように形成され、
前記加熱装置は、前記第１の内壁面における前記第１の内壁面の中心よりも前記搬送方向の上流側および下流側、ならびに前記第２の内壁面における前記第２の内壁面の中心よりも前記搬送方向の上流側および下流側に配置されると共に、前記発熱面が前記炉内空間の中心側に向くように傾斜して配置されることを特徴とする、
加熱炉。
【請求項２】
前記加熱装置は、
前記第１の内壁面においては、前記第１の内壁面の前記搬送方向の上流側端部および下流側端部よりも前記第１の内壁面の中心に近接して配置され、
前記第２の内壁面においては、前記第２の内壁面の前記搬送方向の上流側端部および下流側端部よりも前記第２の内壁面の中心に近接して配置されることを特徴とする、
請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記搬送方向の上流側に設けられ、前記被加熱物を前記炉内空間に搬入する開口である搬入口と、
前記搬送方向の下流側に設けられ、前記被加熱物を前記炉内空間から搬出する開口である搬出口と、をさらに備えることを特徴とする、
請求項１または２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記発熱面の前記搬送方向に対する傾斜角度は、１０〜３０°であることを特徴とする、
請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種物品を加熱する加熱炉に関し、特に煎餅や焼き菓子等の食品の焼成に用いられる加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、煎餅や焼き菓子等の食品の製造においては、生地を加熱して焼成する焼成工程が必要となっており、この焼成工程においては様々な種類の加熱炉が使用されている。このような加熱炉には、バッチ式のものと連続式のものがあるが、生産性を向上させるためには、連続式の加熱炉を使用することが望ましい。
【０００３】
このため、焼き菓子等の一般的な製造ラインにおいては、加熱条件に応じて複数の領域に区画されたトンネル状の加熱炉の内部を、チェーンコンベア等によって被加熱物を搬送しながら加熱、焼成を行うように構成された加熱炉が多く使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９５９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
食品の焼成においては、炉内空間の温度分布を均一な状態に保ち、被加熱物を均一に加熱することが重要である。加熱にムラが生じた場合、最終製品の風味や食感が変化するばかりでなく、焦げ目や変形等の発生により美観が損なわれるなど、品質低下の一因となる。
【０００６】
このため、例えば上記特許文献１に記載の発明では、炉内に複数の温度センサを配置し、これらの温度センサの測定結果に基づいてバーナ等への燃料および空気の供給量を制御し、炉内の温度を一定に保つようにしている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の発明では、温度分布を均一にするための炉内空間の形状、および加熱手段からの熱の供給方向が考慮されていないため、そもそも炉内空間において温度変化が生じやすいという問題があった。このため、炉内空間の温度分布を均一に保つためにはバーナ等の燃焼制御を頻繁に行わなければならず、エネルギー効率が悪化してランニングコストが高騰するという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、炉内空間の温度分布をより均一に保つと共に、エネルギー効率の高い加熱炉を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、被加熱物を加熱する炉内空間と、前記炉内空間内の被加熱物を挟んで互いに対向する第１の内壁面および第２の内壁面を有し、前記炉内空間を形成する内壁面と、前記第１の内壁面および前記第２の内壁面に配置され、熱を発する発熱面によって前記被加熱物を加熱する加熱装置と、を備え、前記第１の内壁面は、前記被加熱物の搬送方向の上流側に第１の傾斜部を有すると共に前記搬送方向の下流側に第２の傾斜部を有し、前記第２の内壁面は、前記搬送方向の上流側に第３の傾斜部を有すると共に前記搬送方向の下流側に第４の傾斜部を有し、前記第１の傾斜部および前記第２の傾斜部は、前記第１の内壁面の中心から前記搬送方向に沿って遠ざかるに従って漸次前記第２の内壁面に近づくように形成され、前記第３の傾斜部および前記第４の傾斜部は、前記第２の内壁面の中心から前記搬送方向に沿って遠ざかるに従って漸次前記第１の内壁面に近づくように形成され、前記加熱装置は、前記第１の内壁面における前記第１の内壁面の中心よりも前記搬送方向の上流側および下流側、ならびに前記第２の内壁面における前記第２の内壁面の中心よりも前記搬送方向の上流側および下流側に配置されると共に、前記発熱面が前記炉内空間の中心側に向くように傾斜して配置されることを特徴とする、加熱炉である。
【００１０】
（２）本発明はまた、前記加熱装置は、前記第１の内壁面においては、前記第１の内壁面の前記搬送方向の上流側端部および下流側端部よりも前記第１の内壁面の中心に近接して配置され、前記第２の内壁面においては、前記第２の内壁面の前記搬送方向の上流側端部および下流側端部よりも前記第２の内壁面の中心に近接して配置されることを特徴とする、上記（１）に記載の加熱炉である。
【００１１】
（３）本発明はまた、前記搬送方向の上流側に設けられ、前記被加熱物を前記炉内空間に搬入する開口である搬入口と、前記搬送方向の下流側に設けられ、前記被加熱物を前記炉内空間から搬出する開口である搬出口と、をさらに備えることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の加熱炉である。
【００１２】
（４）本発明はまた、前記発熱面の前記搬送方向に対する傾斜角度は、１０〜３０°であることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の加熱炉である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る加熱炉によれば、炉内空間の温度分布をより均一に保つと共に、エネルギー効率を高めることが可能という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る加熱炉を正面から見た概略断面図である。
【図２】加熱炉を右側面から見た概略断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）炉内空間の形状および発熱面の配置を示した概略図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）本願の発明者が行ったシミュレーションの一例を示した図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）炉内空間のｘｙ平面におけるその他の断面形状の例を示した概略図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）炉内空間のｘｙ平面におけるその他の断面形状の例を示した概略図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）炉内空間のｙｚ平面におけるその他の断面形状の例を示した概略図である。（ｃ）発熱面をｚ方向に対しても傾斜させるようにした例を示した概略図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）加熱炉の使用態様の例を示した概略図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）比較例の従来の加熱炉を示した概略図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）本発明の実施例の加熱炉を示した概略図である。
【図１１】加熱試験の結果を示した表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
まず、本実施形態に係る加熱炉１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る加熱炉１を正面から見た概略断面図であり、図２は、加熱炉１を右側面から見た概略断面図である。なお、以下の説明では、加熱炉１を正面から見た場合の左右水平方向をｘ方向、垂直方向をｙ方向、前後水平方向をｚ方向とする。従って、図１は加熱炉１のｘｙ平面における断面図であり、図２は加熱炉１のｙｚ平面における断面図である。
【００１７】
これらの図に示されるように、加熱炉１は、上部炉壁１０と、下部炉壁１１と、左側炉壁１２と、右側炉壁１３と、前部炉壁１４と、後部炉壁１５（以下、まとめて炉壁１０〜１５と呼ぶ場合がある）と、加熱装置２０とを備えている。また、左側炉壁１２には、横長の略長方形状の開口である搬入口１２ａが設けられ、右側炉壁１３には、この搬入口１２ａと略同形状の開口である搬出口１３ａが搬入口１２ａに対向する位置に設けられている。
【００１８】
本実施形態の加熱炉１は、複数の被加熱物１００を搬送装置１１０によって炉内空間３０内を搬送しながら加熱する連続式の加熱炉である。すなわち、被加熱物１００は、搬送装置１１０によって搬入口１２ａを通して炉内空間３０内に搬入され、炉内空間３０内を移動しながら加熱装置２０によって所定の時間加熱された後に、搬出口１３ａを通して外部に搬出されるようになっている。従って、本実施形態では、被加熱物１００の搬送方向Ｔは、搬入口１２ａから搬出口１３ａへと水平に向かう方向（ｘ正方向）となっている。
【００１９】
炉壁１０〜１５は、それぞれアングルとプレートから構成された外殻の内側に抗火石を配置した構造となっており、抗火石のさらに内側に押え金網を配置することで抗火石が脱落しないように構成されている。炉壁１０〜１５のうち、左側炉壁１２、右側炉壁１３、前部炉壁１４および後部炉壁１５は、垂直方向に立設された略平板状の壁であり、上部炉壁１０および下部炉壁１１は、前後水平方向に延設された正面視の形状が略Ｖ字状（開いたコの字状）の壁となっている。
【００２０】
上部炉壁１０および下部炉壁１１には、それぞれ２つの加熱装置２０が開口内部に嵌め込むようにして配置されている。また、上部炉壁１０および下部炉壁１１の外側には、外部カバー１０ａ、１１ａが適宜に設けられている。この外部カバー１０ａと上部炉壁１０の間、および外部カバー１１ａと下部炉壁１１の間には、必要に応じて断熱材が配置される。
【００２１】
被加熱物１００を加熱する空間である炉内空間３０は、炉壁１０〜１５の内側面を組み合わせた内壁面４０によって形成されている。そして、本実施形態では、内壁面４０のうち上部炉壁１０によって構成される第１の内壁面４１の正面から見た左右両側部分を略ハの字状に傾斜させると共に、下部炉壁１１によって構成される第２の内壁面４２の正面から見た左右両側部分を略逆ハの字状に傾斜させるようにしている。
【００２２】
具体的には、第１の内壁面４１における搬送方向Ｔの上流側に、上流側が下がった第１の傾斜部４１ａを設け、第１の内壁面４１における搬送方向Ｔの下流側に、下流側が下がった第２の傾斜部４１ｂを設けている。また、第２の内壁面４２における搬送方向Ｔの上流側に、上流側が上がった第３の傾斜部４２ａを設け、第２の内壁面４２における搬送方向Ｔの下流側に、下流側が上がった第４の傾斜部４２ｂを設けている。詳細は後述するが、炉内空間３０内の被加熱物１００を挟んで互いに対向する第１の内壁面４１および第２の内壁面４２をこのように傾斜させることで、炉内空間３０の温度分布をより均一にすると共にエネルギー効率（熱効率）を高めることが可能となっている。
【００２３】
加熱装置２０は、被加熱物１００を加熱するための熱を発する発熱面２１を備えて構成されており、本実施形態では赤外線バーナから構成されている。具体的には、加熱装置２０は、多数の微細孔を有する略矩形状のセラミックスプレートを長手方向に沿って複数配置し、これらセラミックスプレートの表面で燃料ガスと空気の混合気を燃焼させるように構成されている。従って、本実施形態では、発熱面２１はセラミックスプレートの表面であり、この発熱面２１が発する熱（主に赤外線の放射）によって被加熱物１００を加熱するようになっている。なお、燃料ガスおよび空気は、それぞれ図示を省略した供給源から供給される。
【００２４】
加熱装置２０は、第１の内壁面４１の第１の傾斜部４１ａおよび第２の傾斜部４１ｂ、ならびに第２の内壁面の第３の傾斜部４２ａおよび第４の傾斜部４２ｂにそれぞれ配置されている。すなわち、本実施形態の加熱炉１は、４つの加熱装置２０を備えており、被加熱物１００を上下両方から加熱するように構成されている。
【００２５】
なお、本実施形態では、加熱炉１の前後方向（ｚ方向）の寸法を比較的長く構成しているため、図２に示されるように、発熱面２１（セラミックスプレート）の長さの等しい２つのバーナ２０ａ、２０ｂを、所定の間隔を空けて直列に配列することで１つの加熱装置２０を構成している。このように、所定の間隔を空けて２つのバーナ２０ａ、２０ｂを配置することで、炉内空間３０の中心部分が過剰に加熱されるのを防止することができる。すなわち、炉内空間３０の温度分布をより均一にすることが可能となる。なお、２つのバーナ２０ａ、２０ｂの長さおよび両者の間隔の大きさは、特に限定されるものではなく、炉内空間の大きさや、バーナ２０ａ、２０ｂの性能等に応じて適宜に設定すればよい。
【００２６】
４つの加熱装置２０は、それぞれ長手方向をｚ方向と平行にした状態で、発熱面２１が炉内空間３０の中心側を向くようにｘｙ平面内で傾斜して配置されている。また、第１の内壁面４１に配置された２つの加熱装置２０は、ｘ方向において第１の内壁４１の中心側寄りにそれぞれ配置され、第２の内壁面４２に配置された２つの加熱装置２０は、ｘ方向において第２の内壁４２の中心側寄りにそれぞれ配置されている。詳細は後述するが、加熱装置２０をこのように配置することで、炉内空間３０の温度分布をより均一にすると共にエネルギー効率を高めることが可能となっている。
【００２７】
なお、図示は省略するが、本実施形態の搬送装置１１０は、被加熱物１００を載置した金網状の無端ベルトをスプロケットにより走行させることで、複数の被加熱物１００を連続的に搬送するベルトコンベヤ方式となっている。但し、本実施形態はこれに限定されるものではなく、搬送装置１１０は、例えばチェンコンベヤやウォーキングビーム等の他の方式のものであってもよい。
【００２８】
次に、炉内空間３０の形状および発熱面２１の配置の詳細について説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、炉内空間３０の形状および発熱面２１の配置を示した概略図である。なお、同図（ａ）は、炉内空間３０を正面から見た概略断面図であり、同図（ｂ）は、炉内空間３０を右側面から見た概略断面図である。同図（ａ）に示されるように、炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状は、略八角形状に構成されており、同図（ｂ）に示されるように、炉内空間３０のｙｚ平面における断面形状は、略四角形状に構成されている。すなわち、炉内空間３０は、略八角柱状に構成されている。
【００２９】
炉内空間３０を形成する内壁面４０の天井部分である第１の内壁面４１は、ｘ方向負側（すなわち搬送方向Ｔの上流側に）第１の傾斜部４１ａを有し、ｘ方向正側（すなわち搬送方向Ｔの下流側に）第２の傾斜部４１ｂを有している。第１の傾斜部４１ａは、ｚ方向と平行且つｘ方向に対して角度θ１だけ傾斜するように形成されており、第１の内壁面４１の中心Ｏ１からｘ負方向に遠ざかるに従って漸次第２の内壁面４２に近づくように構成されている。また、第２の傾斜部４１ｂは、ｚ方向と平行且つｘ方向に対して角度θ２だけ傾斜するように形成されており、第１の内壁面４１の中心Ｏ１からｘ正方向に遠ざかるに従って漸次第２の内壁面４２に近づくように構成されている。
【００３０】
同様に、炉内空間３０を形成する内壁面４０の底部分である第２の内壁面４２は、ｘ方向負側（すなわち搬送方向Ｔの上流側に）第３の傾斜部４２ａを有し、ｘ方向正側（すなわち搬送方向Ｔの下流側に）第４の傾斜部４２ｂを有している。第３の傾斜部４２ａは、ｚ方向と平行且つｘ方向に対して角度θ３だけ傾斜するように形成されており、第２の内壁面４２の中心Ｏ２からｘ負方向に遠ざかるに従って漸次第１の内壁面４１に近づくように構成されている。また、第４の傾斜部４２ｂは、ｚ方向と平行且つｘ方向に対して角度θ４だけ傾斜するように形成されており、第２の内壁面４２の中心Ｏ２からｘ正方向に遠ざかるに従って漸次第１の内壁面４１に近づくように構成されている。
【００３１】
本願の発明者が行った種々のシミュレーションや実験によれば、このように第１の内壁面４１および第２の内壁面４２に第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを設けることにより、炉内空間３０内の空気を適宜に対流循環させることができるため、従来以上に炉内空間３０の温度分布を均一化すると共にエネルギー効率（熱効率）を高めることが可能となる。また、炉内空間３０の温度分布をより均一にすると共にエネルギー効率を高めるためには、炉内空間３０の形状は、炉内空間３０の中心Ｏに対して対称的な形状であることが好ましい。
【００３２】
このため、本実施形態では、第１の傾斜部４１ａおよび第２の傾斜部４１ｂを互いに対称に形成すると共に、第３の傾斜部４２ａおよび第２の傾斜部４２ｂを互いに対称に形成している。さらに、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２についても互いに対称に形成している。すなわち、傾斜角度θ１〜θ４は全て同じ角度となっている。
【００３３】
ここで、θ１〜θ４の値は、特に限定されるものではないが、本願の発明者が行った種々のシミュレーションや実験によれば、炉内空間３０の温度分布およびエネルギー効率をより向上させるためには、θ１〜θ４は１０〜３０°の範囲内であることが好ましく、本実施形態では、θ１〜θ４を全て２０°としている。
【００３４】
また、本願の発明者が行った種々のシミュレーションや実験によれば、炉内空間３０のｙ方向寸法Ｌｙおよびｘ方向寸法Ｌｘの比は、炉内空間３０の温度分布およびエネルギー効率をより向上させるためには、Ｌｙ：Ｌｘ＝１：１．２〜１．５の範囲内であることが好ましい。
【００３５】
発熱面２１は、細長い略長方形状に構成されており、長手方向がｚ方向と平行となるように配置されている。そして、発熱面２１は、第１の内壁面４１においては第１の内壁面４１の中心Ｏ１よりも外側、すなわち第１の内壁面４１の中心Ｏ１に対してｘ方向正側およびｘ方向負側にそれぞれ配置されている。また、発熱面２１は、第２の内壁面４２においては第２の内壁面４２の中心Ｏ２よりも外側、すなわち第２の内壁面４２の中心Ｏ２に対してｘ方向正側およびｘ方向負側にそれぞれ配置されている。
【００３６】
そして、第１の内壁面４１において各発熱面２１は、ｘ方向において第１の内壁面４１のｘ方向負側端部４１ｃおよびｘ方向正側端部４１ｄよりも第１の内壁面４１の中心Ｏ１に近い位置に配置されると共に、第２の内壁面４２において各発熱面２１は、ｘ方向において第２の内壁面４２のｘ方向負側端部４２ｃおよびｘ方向正側端部４２ｄよりも第２の内壁面４２の中心Ｏ２に近い位置に配置されている。
【００３７】
本願の発明者が行った種々のシミュレーションや実験によれば、炉内空間３０の温度分布をより均一にすると共にエネルギー効率を高めるためには、発熱面２１の配置は、炉内空間３０の形状と同様に、炉内空間３０の中心Ｏに対して対称であることが好ましい。このため、本実施形態では、発熱面２１を炉内空間の中心Ｏに対して対称に配置している。
【００３８】
また、各発熱面２１は、炉内空間の中心Ｏ側を向くように、それぞれ幅方向がｘ方向に対して同一の角度で傾斜した状態で配置されている。具体的には、各発熱面２１は、ｘｙ平面内において幅方向がｘ方向に対して角度θ５だけ傾斜、換言すれば、図３（ａ）に示されるように、発熱面２１の法線方向がｙ方向に対して角度θ５だけ傾斜した状態でそれぞれ配置されている。
【００３９】
ここで、発熱面２１の傾斜角度θ５は、特に限定されるものではないが、本願の発明者が行った種々のシミュレーションや実験によれば、炉内空間３０の温度分布をより均一にすると共にエネルギー効率を高めるためには、傾斜角度θ５の値は１０〜３０°の範囲内であることが好ましく、１５〜２５°の範囲内であればより好ましい。このため、本実施形態では、発熱面２１の傾斜角度θ５をθ１〜θ４と等しい２０°としている。従って、各発熱面２１は、自身が配置された第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂと平行となっている。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｄ）は、本願の発明者が行ったシミュレーションの一例を示した図である。このシミュレーションにおいては、炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状を六角形状に設定すると共に、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂの傾斜角度θ１〜θ４を１０°に設定している。そして、被加熱物１００の搬送に伴う搬入口１２ａからの外気の流入および搬出口１３ａからの炉内空気の流出を設定し、４つの加熱装置２０が有する発熱面２１の傾斜角度θ５および配置を変更した場合の炉内空間３０の温度分布を有限要素法によって計算した。
【００４１】
上述のように、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを設けることによって炉内空間３０内の空気を適宜に対流循環させることができるため、炉内空間３０の温度分布は、同図（ａ）〜（ｄ）のいずれの例においてもある程度均一に保つことが可能となっている。しかしながら、搬入口１２ａからの外気の流入および搬出口１３ａからの炉内空気の流出の影響により、同図（ａ）〜（ｄ）のいずれの例においても、搬入口１２ａ近傍に温度勾配が生じている。
【００４２】
本願の発明者は、この温度勾配が生じる範囲を、発熱面２１の傾斜角度θ５および配置を工夫することによって縮小可能であることを見出した。具体的には、まず同図（ａ）に示される例においては、発熱面２１の傾斜角度θ５を５°に設定しており、この場合、炉内空間３０の中心Ｏにまで到達する比較的広い範囲にわたって温度勾配が生じている。
【００４３】
次に、同図（ｂ）に示される例においては、発熱面２１の傾斜角度θ５を１０°に設定、すなわち発熱面２１を第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂと平行となるようにしている。この例では、同図（ａ）に示される例よりも温度勾配が生じる範囲が縮小している。そして、同図（ｃ）に示される例においては、発熱面２１の傾斜角度θ５を２０°に設定しており、この場合、同図（ｂ）に示される例よりもさらに温度勾配が生じる範囲が縮小されている。
【００４４】
また、同図（ｄ）に示される例においては、発熱面２１の傾斜角度θ５を１０°に設定すると共に、各発熱面２１を同図（ｂ）に示される例よりもｘ方向に離隔させて配置している。このようにした場合、温度勾配が生じる範囲がｘ方向に伸びてしまい、同図（ｂ）および同図（ａ）に示される例よりも広い範囲にわたって温度勾配が生じている。
【００４５】
本願の発明者は、このようなコンピュータによるシミュレーションと共に、シミュレーション結果に基づく実機による実験を繰り返すことにより、（１）発熱面２１を第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂと共に炉内空間３０の中心Ｏ側に向けて傾斜させること、（２）発熱面２１の傾斜角度θ５を１０〜３０°、より好ましくは１５〜２５°の範囲内とすること、（３）各発熱面２１をｘ方向（搬送方向Ｔ）において炉内空間３０の中心Ｏ側に寄せて互いに近接させて配置すること、および（４）発熱面２１を炉内空間３０の中心Ｏに対して対称に配置すること等が、搬入口１２ａおよび搬出口１３ａからの空気の流入、流出がある場合において炉内空間３０の温度分布を均一化すると共にエネルギー効率を高めるのに効果的であることを見出した。
【００４６】
本実施形態では、従来顧みられることのなかったこのような新しい知見に基づいて、加熱炉１における炉内空間３０の形状および発熱面２１の配置を、図３において説明した形状および配置に設定している。さらに、本実施形態では、加熱装置２０を上部炉壁１０および下部炉壁１１内に埋め込むようにして配置することで、加熱装置２０と第１の内壁面４１および第２の内壁面４２の間に熱気が滞留するのを防止し、よりエネルギー効率を高めるようにしている。
【００４７】
また、各発熱面２１を第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂに配置すると共に、発熱面２１の傾斜角度θ５と第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂの傾斜角度θ１〜θ４を揃えることで、よりスムーズな対流循環を実現するようにしている。
【００４８】
次に、炉内空間３０および発熱面２１のその他の形態について説明する。図５（ａ）および（ｂ）、ならびに図６（ａ）および（ｂ）は、炉内空間３０のｘｙ平面におけるその他の断面形状の例を示した概略図である。上述の例では、炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状を略八角形状とした例を示したが、炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状はこれに限定されるものではなく、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを有する形状であれば、どのような形状であってもよい。
【００４９】
例えば、図５（ａ）に示されるように、炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状は、略六角形状であってもよい。また、図５（ｂ）に示されるように、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂをそれぞれ２つの異なる傾斜角度の領域から構成することにより、炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状を略十二角形状に構成するようにしてもよい。
【００５０】
具体的には、この図５（ｂ）に示される例では、第１の傾斜部４１ａは、互いに傾斜角度の異なる第１の領域４１ａ１および第２の領域４１ａ２から構成され、第２の傾斜部４１ｂは、互いに傾斜角度の異なる第１の領域４１ｂ１および第２の領域４１ｂ２から構成されている。また、第３の傾斜部４２ａは、互いに傾斜角度の異なる第１の領域４２ａ１および第２の領域４２ａ２から構成され、第４の傾斜部４２ｂは、互いに傾斜角度の異なる第１の領域４２ｂ１および第２の領域４２ｂ２から構成されている。
【００５１】
なお、図５（ｂ）では、外側の第２の領域４１ａ２、４１ｂ２、４２ａ２、４２ｂ２の傾斜角度を内側（中心Ｏ１、Ｏ２側）の第１の領域４１ａ１、４１ｂ１、４２ａ１、４２ｂ１の傾斜角度よりも大きくしているが、内側の第１の領域４１ａ１、４１ｂ１、４２ａ１、４２ｂ１の傾斜角度を外側の第２の領域４１ａ２、４１ｂ２、４２ａ２、４２ｂ２の傾斜角度よりも大きくするようにしてもよい。また、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを３つ以上の異なる傾斜角度の領域から構成するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００５２】
また、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２において第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを設ける位置および範囲は、特に限定されるものではなく、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは、どのような位置および範囲に設けられるものであってもよい。例えば、図６（ａ）に示されるように、第１の傾斜部４１ａと第２の傾斜部４１ｂの間の傾斜していない領域、および第３の傾斜部４２ａと第４の傾斜部４２ｂの間の傾斜していない領域の範囲を広げるようにしてもよい。また、図６（ｂ）に示されるように、第１の傾斜部４１ａおよび第２の傾斜部４１ｂを近接させると共に第３の傾斜部４２ａおよび第４の傾斜部４２ｂを近接させ、傾斜していない領域の間に第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを設けるようにしてもよい。
【００５３】
図７（ａ）および（ｂ）は、炉内空間３０のｙｚ平面におけるその他の断面形状の例を示した概略図である。上述の例では、炉内空間３０のｙｚ平面における断面形状を略四角形状とした例を示したが、炉内空間３０のｙｚ平面における断面形状はこれに限定されるものではなく、ｘｙ平面における断面形状と同様に、ｚ方向に対して傾斜した傾斜部を設けるようにしてもよい。
【００５４】
例えば、同図（ａ）に示されるように、第１の内壁面４１にｚ方向に対して傾斜した第５の傾斜部４１ｅおよび第６の傾斜部４１ｆを設けると共に、第２の内壁面４２にｚ方向に対して傾斜した第７の傾斜部４２ｅおよび第８の傾斜部４２ｆを設けるようにしてもよい。また、同図（ｂ）に示されるように、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂをｘ方向に対してだけではなくｚ方向に対しても傾斜させるようにしてもよい。
【００５５】
この場合、炉内空間３０のｙｚ平面における断面形状は、図５および６において説明したような種々の形状を採用可能であることは言うまでもない。また、炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状とｙｚ平面における断面形状を等しくするようにしてもよいし、異なるようにしてもよい。
【００５６】
図７（ｃ）は、発熱面２１をｚ方向に対しても傾斜させるようにした例を示した概略図である。この例では、加熱装置２０を間隔を狭めた長尺のバーナ２０ａおよび短尺のバーナ２０ｂから構成すると共に、バーナ２０ａ、２０ｂをそれぞれｚ方向に対して傾斜させることで、発熱面２１をｘ方向だけでなくｚ方向に対しても傾斜させるようにしている。このように、発熱面２１は、ｚ方向に対しても傾斜して配置されるものであってもよい。
【００５７】
このようにすることで、２つのバーナ２０ａ、２０ｂの間隔を小さくした場合にも、搬送装置１１０の幅方向（ｚ方向）において発熱面２１から搬送装置１１０上の被加熱物１００までの距離を適宜に調節することができるため、搬送装置１１０の幅方向両端部に載置された被加熱物１００の加熱量と、中央部に載置された被加熱物１００の加熱量とをより高精度にバランスさせることが可能となる。
【００５８】
なお、この場合、加熱装置２０が配置される第１の内壁面４１および第２の内壁面４２の傾斜と共に発熱面２１をｚ方向に対して傾斜させるようにしてもよいし、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２をｚ方向に対して傾斜させることなく、発熱面２１のみをｚ方向に対して傾斜させるようにしてもよい。また、同図（ｃ）に示す例では、互いに長さの異なるバーナ２０ａ、２０ｂから１つの加熱装置２０を構成しているが、長さの等しい２つのバーナ２０ａ、２０ｂをｚ方向に対して傾斜させるようにしてもよく、２つのバーナ２０ａ、２０ｂの間隔を大きくした場合において、さらにｚ方向に対して傾斜させるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００５９】
次に、加熱炉１の使用態様について説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、加熱炉１の使用態様の例を示した概略図である。本実施形態の加熱炉１は、被加熱物１００の搬送方向Ｔ、すなわちｘ方向の寸法よりも、水平面内において搬送方向Ｔに直交するＺ方向の寸法が長い場合に特に好適である。従って、加熱炉１は、単独で使用される場合はもちろん、同図（ａ）に示されるように、搬送方向Ｔに沿って複数が直列に配置されて使用される場合に、特に好適である。このような使用態様の例としては、例えば煎餅等の米菓の焼成において、生地を搬送しながら加熱冷却を繰り返す工程が挙げられ、このような工程における使用が加熱炉１にとって特に好適である。
【００６０】
また、同図（ｂ）に示されるように、加熱炉１は、搬送方向Ｔに沿って複数を一体的に連結することによって、複数の領域（すなわち炉内空間３０）に区画された１つのトンネル状加熱炉２を構成するものであってもよい。また、上述の例では、搬送方向Ｔを水平方向とした例を示したが、同図（ｃ）に示されるように、搬送方向Ｔを垂直方向とするようにしてもよい。この場合、同図（ｃ）に示されるように、加熱炉１をｘｙ平面内において９０°転回させた状態で設置するようにすればよい。なお、搬送方向Ｔを垂直方向とした場合においても、上述のように複数の加熱炉１を搬送方向Ｔに沿って配列または連結するようにしてもよいことは言うまでもない。また、搬送方向Ｔは、斜め方向であってもよい。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係る加熱炉１は、被加熱物１００を加熱する炉内空間３０と、炉内空間３０を形成する内壁面４０と、を備え、内壁面４０は、炉内空間３０内の被加熱物１００を挟んで互いに対向する第１の内壁面４１および第２の内壁面４２を有し、第１の内壁面４１は、被加熱物１００の搬送方向Ｔの上流側に第１の傾斜部４１ａを有すると共に搬送方向Ｔの下流側に第２の傾斜部４１ｂを有し、第２の内壁面４２は、搬送方向Ｔの上流側に第３の傾斜部４２ａを有すると共に搬送方向Ｔの下流側に第４の傾斜部４２ｂを有し、第１の傾斜部４１ａおよび第２の傾斜部４１ｂは、第１の内壁面４１の中心Ｏ１から搬送方向Ｔに沿って遠ざかるに従って漸次第２の内壁面４２に近づくように形成され、第３の傾斜部４２ａおよび第４の傾斜部４２ｂは、第２の内壁面４２の中心Ｏ２から搬送方向Ｔに沿って遠ざかるに従って漸次第１の内壁面４１に近づくように形成されている。
【００６２】
このような構成とすることで、炉内空間３０内の空気（またはその他の気体）を適宜に対流循環させることが可能となり、複雑な温度制御等を行わなくても従来以上に炉内空間３０の温度分布を均一化すると共にエネルギー効率（熱効率）を高めることができる。
【００６３】
また、第１の傾斜部４１ａおよび第２の傾斜部４１ｂは、互いに対称に形成され、第３の傾斜部４２ａおよび第４の傾斜部４２ｂは、互いに対称に形成されることが好ましい。このようにすることで、炉内空間３０内の空気をスムーズにムラなく対流循環させることができる。さらに、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２は、互いに対称に形成されることが好ましく、このようにすることで、炉内空間３０内の空気をよりスムーズにムラなく対流循環させることができる。
【００６４】
また、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２は、搬送方向Ｔに直交する方向の寸法が、搬送方向Ｔの寸法以上に形成されることが好ましい。すなわち、本発明は、搬送方向Ｔの寸法が比較的短い加熱炉に対して特に好適であり、このような加熱炉においても、従来以上に炉内空間３０の温度分布を均一化すると共にエネルギー効率を高めることができる。
【００６５】
また、加熱炉１は、第１の内壁面４１または第２の内壁面４２に配置され、熱を発する発熱面２１によって被加熱物１００を加熱する加熱装置２０をさらに備え、加熱装置２０は、第１の内壁面４１における第１の内壁面４１の中心Ｏ１よりも搬送方向Ｔの上流側もしくは下流側、または第２の内壁面４２における第２の内壁面４２の中心Ｏ２よりも搬送方向Ｔの上流側もしくは下流側に配置されると共に、発熱面２１が炉内空間３０の中心Ｏ側に向くように傾斜して配置されている。
【００６６】
このようにすることで、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂとの相乗効果により、搬入口１２ａからの外気の流入および搬出口１３ａからの炉内空気の流出がある場合においても、炉内空間３０の温度分布を均一化すると共にエネルギー効率を高めることができる。
【００６７】
また、加熱装置２０は、第１の内壁面４１における搬送方向Ｔの上流側および下流側にそれぞれ配置されると共に、第２の内壁面４２における搬送方向Ｔの上流側および下流側にそれぞれ配置されている。このようにすることで、搬入口１２ａおよび搬出口１３ａからの空気の流入、流出の影響をより効果的に軽減することができる。
【００６８】
また、加熱炉１は、搬送方向Ｔの上流側に設けられ、被加熱物１００を炉内空間３０に搬入する開口である搬入口１２ａと、搬送方向Ｔの下流側に設けられ、被加熱物１００を炉内空間３０から搬出する開口である搬出口１３ａと、をさらに備えている。本発明は、搬入口１２ａからの外気の流入および搬出口１３ａからの炉内空気の流出の影響を軽減することができるため、このように搬入口１２ａおよび搬出口１３ａが常時開放されているような場合に、特に好適である。
【００６９】
また、加熱装置２０は、第１の内壁面４１においては、第１の内壁面４１の搬送方向Ｔの上流側端部（ｘ方向負側端部４１ｃ）または下流側端部（ｘ方向正側端部４１ｄ）よりも第１の内壁面４１の中心Ｏ１に近接して配置され、第２の内壁面４２においては、第２の内壁面４２の搬送方向Ｔの上流側端部（ｘ方向負側端部４２ｃ）または下流側端部（ｘ方向正側端部４２ｄ）よりも第２の内壁面４２の中心Ｏ２に近接して配置されている。このようにすることで、搬入口１２ａおよび搬出口１３ａからの空気の流入、流出の影響をより効果的に軽減することができる。
【００７０】
また、発熱面２１は、長手方向が搬送方向Ｔに直交すると共に、幅方向が搬送方向Ｔに対して傾斜するように配置されている。本発明は、このように搬送方向Ｔに対して横長に発熱面２１を配置する場合に、特に好適である。
【００７１】
また、加熱装置２０は、複数が炉内空間３０の中心Ｏに対して対称に配置されている。このようにすることで、搬入口１２ａおよび搬出口１３ａからの空気の流入、流出の影響をより効果的に軽減すると共に、炉内空間３０の温度分布およびエネルギー効率をより向上させることができる。
【００７２】
また、発熱面２１の搬送方向Ｔに対する傾斜角度θ５は、１０〜３０°であることが好ましい。このようにすることで、搬入口１２ａおよび搬出口１３ａからの空気の流入、流出の影響をより効果的に軽減することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂを平面から構成した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは曲面から構成されるものであってもよい。また、内壁面４０の他の部分を曲面から構成するようにしてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、第１の傾斜部４１ａおよび第２の傾斜部４１ｂを互いに対称に形成し、第３の傾斜部４２ａおよび第４の傾斜部４２ｂを互いに対称に形成した例を示したが、加熱装置２０の構成や被加熱物１００の加熱態様等によっては、第１の傾斜部４１ａおよび第２の傾斜部４１ｂを互いに非対称に形成、または第３の傾斜部４２ａおよび第４の傾斜部４２ｂを互いに非対称に形成するようにしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２を互いに対称に形成した例を示したが、例えば炉内空間３０のｘｙ平面における断面形状を七角形状に構成する等、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２を互いに非対称に形成するようにしてもよい。
【００７６】
また、本実施形態では、４つの加熱装置２０を備える例を示したが、加熱装置２０の個数はこれ以外の個数であってもよい。また、複数の加熱装置２０を設ける場合、搬送方向Ｔに対して発熱面２１を傾斜させないものを含めるようにしてもよい。
【００７７】
また、本実施形態では、複数の加熱装置２０を炉内空間３０の中心Ｏに対して対称に配置した例を示したが、加熱装置２０の構成や被加熱物１００の加熱態様等によっては、非対称に配置するようにしてもよい。例えば、第１の内壁面４１のみまたは第２の内壁面４２のみに加熱装置２０を配置するようにしてもよい。また、例えば第１の内壁面４１の搬送方向Ｔの上流側および第２の内壁面４２の搬送方向Ｔの下流側のみに加熱装置２０を配置するようにしてもよい。
【００７８】
また、本実施形態では、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂに加熱装置２０を配置した例を示したが、第１の内壁面４１または第２の内壁面４２における第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ以外の部分に加熱装置２０を配置するようにしてもよい。また、第１の内壁面４１および第２の内壁面４２以外の部分に追加の加熱装置を配置するようにしてもよい。
【００７９】
また、本実施形態では、連続式の加熱炉の例を示したが、静止状態の被加熱物１００を加熱するバッチ式の加熱炉に本発明を適用するようにしてもよい。また、搬入口１２ａおよび搬出口１３ａに扉を設けるようにしてもよい。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の加熱炉は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【実施例１】
【００８１】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００８２】
本実施例では、上記実施形態の加熱炉１を実際に製作し、炉内空間３０の温度分布および燃料消費量を測定する加熱試験を行った。また、比較例として、煎餅等の米菓の焼成工程において使用されている従来の加熱炉２００について同様の加熱試験を行い、試験結果を比較した。
【００８３】
図９（ａ）および（ｂ）は、比較例の従来の加熱炉２００を示した概略図であり、図１０（ａ）および（ｂ）は、本実施例の加熱炉１を示した概略図である。なお、図９（ａ）および図１０（ａ）は、上方から見た概略断面図（ｚｘ平面における断面図）であり、図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、正面から見た概略断面図（ｘｙ平面における断面図）である。
【００８４】
比較例の加熱炉２００は、米菓の生地を焼成するのに使用されているものである。加熱炉２００は、図９（ａ）および（ｂ）に示されるように、垂直方向に立設された左側炉壁２１２、右側炉壁２１３、前部炉壁２１４および後部炉壁２１５を備えており、これらの炉壁２１２〜２１５は、断熱材を備える構造となっている。加熱炉２００の炉内空間２３０の上部および下部にはそれぞれ３つの加熱装置２２０が配置されると共に、各加熱装置２２０の間には金属製の塞ぎ板が設けられており、これにより、炉内空間２３０は略直方体状に形成されている。
【００８５】
各加熱装置２２０は、赤外線バーナから構成され、熱を発する発熱面２２１は、上部に配置された加熱装置２２０では略鉛直下方に向けられ、下部に配置された加熱装置２２０では略鉛直上方に向けられている。被加熱物である米菓の生地は、金網状の無端ベルトによって搬送方向Ｔをｘ正方向として搬送されるようになっており、左側炉壁２１２に設けられた搬入口２１２ａから炉内空間２３０内に搬入され、右側炉壁２１３に設けられた搬出口２１３ａから搬出される。
【００８６】
本実施例の加熱炉１は、比較例の加熱炉２００と同等の寸法となるように、図１０（ａ）および（ｂ）に示される寸法で製作した。また、第１〜第４の傾斜部４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂの傾斜角度θ１〜θ４、および発熱面２１の傾斜角度θ５は、上記実施形態で示したようにそれぞれ２０°とした。なお、加熱炉１が備える加熱装置２０の個数（４つ）は、加熱炉２００が備える加熱装置２２０の個数（６つ）よりも少なく、発熱面２１の総面積は、発熱面２２１の総面積よりも小さくなっている。
【００８７】
加熱試験では、燃料ガスの流量、燃料ガスの圧力、および炉内空間３０、２３０の温度を測定した。炉内空間３０、２３０の温度測定は、被加熱物の搬送高さに合わせて搬送装置の無端ベルトと同等の金網を配置し、この金網の上面と下面に温度センサを設置して行った。温度の測定点は、図９および１０に示されるように、搬送される被加熱物の通過位置に合わせてＡ点〜Ｉ点の９点を設定した。すなわち、Ａ点〜Ｉ点における金網の上面および下面の計１８点において温度測定を行った。
【００８８】
図１１は、加熱試験の結果を示した表である。加熱試験では、炉内空間３０、２３０の中心部（測定点Ｅ）の温度を約２５０℃に保持するようにして１時間の加熱を行い、この場合に必要な燃料ガス圧を測定すると共に、燃料ガス流量およびＡ点〜Ｉ点における上下面の温度を３０分ごとに測定した。
【００８９】
同図に示されるように、炉内空間３０、２３０の中心部を約２５０℃に保持するようにした場合、加熱炉１において必要な燃料ガス圧および燃料ガス流量は、共に加熱炉２００において必要な燃料ガス圧および燃料ガス流量よりも低い値となっている。特に、加熱炉１において必要な燃料ガス流量は、加熱炉２００において必要な燃料ガス流量の約７割となっており、加熱炉１が加熱炉２００よりも高いエネルギー効率を有していることが確認された。
【００９０】
また、Ａ点〜Ｉ点の温度を比較すると、加熱炉２００では、２００℃以下の温度となっている測定点が複数見られるのに対し、加熱炉１では、Ａ点〜Ｉ点の略全てにおいて温度を２３０℃以上に保持することが可能となっている。特に、加熱炉１では、加熱炉２００においては温度の低くなりがちなＡ点、Ｃ点、Ｇ点およびＩ点の温度を高く保つことが可能であり、炉内空間３０の温度分布を加熱炉２００よりも均一な状態に保持可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の加熱炉は、煎餅や焼き菓子等の食品の製造の分野だけではなく、例えば瓦、タイルおよび陶器等のセラミックス製品や、ガラス製品、金属製品等、加熱を必要とする各種物品の製造の分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１  加熱炉
１２ａ  搬入口
１３ａ  搬出口
２０  加熱装置
２１  発熱面
３０  炉内空間
４０  内壁面
４１  第１の内壁面
４１ａ  第１の傾斜部
４１ｂ  第２の傾斜部
４１ｃ  第１の内壁面のｘ方向負側端部
４１ｄ  第１の内壁面のｘ方向正側端部
４２  第２の内壁面
４２ａ  第３の傾斜部
４２ｂ  第４の傾斜部
４２ｃ  第２の内壁面のｘ方向負側端部
４２ｄ  第２の内壁面のｘ方向正側端部
１００  被加熱物
Ｏ  炉内空間の中心
Ｏ１  第１の内壁面の中心
Ｏ２  第２の内壁面の中心
Ｔ  被加熱物の搬送方向
θ５  発熱面の傾斜角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図４】
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