(57)【要約】【課題】炉内の被加熱物を熱放射によって均一に安定して加熱することのできる放射加熱装置を提供する。【解決手段】炉１の炉壁１ａに、管状火炎バーナ２と、管状火炎バーナ２の火炎を取り囲み、炉１内に向かって放射を行うための放射加熱箱３が取り付けられている。そして、管状火炎バーナ２は、管状の燃焼室１０を有しており、燃焼室１０の先端１０ａが放射加熱箱３に向けて開放されていると共に、燃焼室１０の後端１０ｂの近傍に、燃焼室１０へ燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが取り付けられている。【選択図】            図１
2008209112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の被加熱物を放射熱によって加熱するための放射加熱装置であって、先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナと、該管状火炎バーナからの火炎を取り囲み、炉内に向けて熱エネルギーを放射するための放射加熱箱とを備えていることを特徴とする放射加熱装置。
【請求項２】
前記放射加熱箱は、管状火炎バーナの燃焼室の軸心と直交する方向の長さが管状火炎バーナの燃焼室の軸心方向の長さに比べて長い形状であることを特徴とする請求項１に記載の放射加熱装置。
【請求項３】
前記放射加熱箱の前面が被加熱物と対向するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射加熱装置。
【請求項４】
前記管状火炎バーナに吹き込む酸素含有ガスと前記放射加熱箱から排出される燃焼排ガスとの間で熱交換させるための熱交換器を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射加熱装置。
【請求項５】
前記熱交換器が回転式蓄熱体であることを特徴とする請求項４に記載の放射加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気熱処理炉等の間接加熱炉に用いられる、金属等の表面から熱エネルギーを放出して加熱を行う放射加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯の光輝焼鈍等に代表される、被加熱物の表面を酸化させない加熱として、特許文献１に記載されているラジアントボックスを用いた放射加熱装置による方式が知られている。
【０００３】
この方式は、炉内を不活性ガス又は還元ガス雰囲気に保持し、バーナの燃焼による熱エネルギーをラジアントボックスの内面で吸収し、吸収した熱エネルギーをラジアントボックスの外面から炉内に放射することによって被加熱物を加熱するものである。
【特許文献１】特開平７−２１８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の放射加熱装置においては、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、使用しているバーナの火炎は、バーナの軸心方向に直進し、半径方向に広がらないため、ラジアントボックスはバーナの軸心方向に延びた形状となり、ラジアントボックスの側面を鋼帯等の被加熱物の表面に対向させて放射加熱を行っている。そのため、ラジアントボックス内に生じるバーナ軸心方向の温度分布の影響で、鋼帯等の被加熱物を均一に加熱できない可能性があるという問題がある。
【０００６】
仮に、ラジアントボックスのバーナ軸心方向の長さを短くして、ラジアントボックスの前面で放射加熱させようとしても、ラジアントボックスのバーナ軸心前方の部分が過加熱され、ラジアントボックスが短期間で変形・破損するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、炉内の被加熱物を熱放射によって加熱するための放射加熱装置であって、被加熱物を均一に安定して加熱することのできる放射加熱装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
［１］炉内の被加熱物を放射熱によって加熱するための放射加熱装置であって、先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナと、該管状火炎バーナからの火炎を取り囲み、炉内に向けて熱エネルギーを放射するための放射加熱箱とを備えていることを特徴とする放射加熱装置。
［２］前記放射加熱箱は、管状火炎バーナの燃焼室の軸心と直交する方向の長さが管状火炎バーナの燃焼室の軸心方向の長さに比べて長い形状であることを特徴とする前記［１］に記載の放射加熱装置。
［３］前記放射加熱箱の前面が被加熱物と対向するように設けられていることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の放射加熱装置。
［４］前記管状火炎バーナに吹き込む酸素含有ガスと前記放射加熱箱から排出される燃焼排ガスとの間で熱交換させるための熱交換器を有していることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の放射加熱装置。
［５］前記熱交換器が回転式蓄熱体であることを特徴とする前記［４］に記載の放射加熱装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、管状の火炎を形成する管状火炎バーナを用いた放射加熱箱によって放射加熱を行うので、放射加熱箱内に軸対称の温度分布が得られ、被加熱物を均一に安定して面状に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を図１〜図３に示す。図１は、この実施形態に係る放射加熱装置の側面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視の断面図である。図３は、この実施形態に係る放射加熱装置の全体構成図である。
【００１１】
図１において、炉１の炉壁１ａに管状火炎バーナ２が取り付けられており、管状火炎バーナ２の火炎を取り囲み、炉１内に向かって放射を行うための放射加熱箱３が炉１内側の炉壁１ａに取り付けられている。
【００１２】
管状火炎バーナ２は、特開平１１−２８１０１５号公報に記載されたものと基本的に同じ構造であり管状の燃焼室１０を有しており、燃焼室１０の先端１０ａが放射加熱箱３に向けて開放されている。そして、燃焼室１０の後端１０ｂの近傍に、燃焼室１０へ燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが取り付けられている。
【００１３】
図１及び図２に示すように、燃焼室１０へのノズル噴射口として管軸方向に沿った細長いスリット１２が燃焼室１０の同一管周上の４個所に形成されており、それぞれのスリット１２に管軸方向に細長い偏平形状のノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが接続されている。それぞれのノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの噴射方向は、燃焼室１０の内周面の接線方向でかつ同一回転方向になるように設けられている。それら４個のノズルの内、ノズル１１ａとノズル１１ｃの２個は燃料ガス吹き込みノズルであり、ノズル１１ｂとノズル１１ｄの２個は酸素含有ガス吹き込みノズルである。
【００１４】
燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃからは燃料ガスが燃焼室１０の内周面の接線方向に向かって高速で吹き込まれ、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄからは酸素含有ガスが燃焼室１０の内周面の接線方向に向かって高速で吹き込まれ、燃焼室１０の内周面に近い領域で燃料ガスと酸素含有ガスが効率良く混合されながら旋回流が形成されるようになっている。
【００１５】
その旋回流となった混合ガスに点火プラグ又はパイロットバーナ等の点火装置（図示せず）によって点火すると、燃焼室１０内に管状の火炎が生成される。その管状の火炎となった燃焼ガスは燃焼室１０の先端１０ａから放射加熱箱３内に放出される。
【００１６】
放射加熱箱３は、金属製又は耐熱性のあるセラミックス製で、図１に示すように、燃焼室１０の軸心と直交する方向の長さＬｔが、管状火炎バーナ２の燃焼室１０の軸心方向の長さＬｓに比べて長い偏平した形状であり、燃焼室１０の軸心と直交する断面は、正方形あるいは円形等の軸対称の形状になっている。
【００１７】
そして、放射加熱箱３は、その前面３ａが炉１内を搬送されている鋼帯等の被加熱物３０に対向するように配置されており、管状火炎バーナ２の燃焼室１０の先端１０ａから放出される火炎を取り囲んでその熱エネルギーを吸収し、前面３ａから熱エネルギーを放出して、対向する被加熱物３０を放射加熱するようになっている。
【００１８】
また、放射加熱箱３から排出口３ｂを経由して炉外に排出される燃焼排ガスと、管状火炎バーナ２に供給される酸素含有ガスとを熱交換させるための回転式蓄熱体２５が炉外に設けられている。
【００１９】
そして、図３に全体構成図を示すように、この実施形態においては、燃料ガスを供給する配管中には、燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃに供給する燃料ガスの供給流量を調整するための燃料ガス流量調整弁１７が設けられており、酸素含有ガスを供給する配管中には、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄに供給する酸素含有ガスの供給流量を調整するための酸素含有ガス流量調整弁１８が設けられている。燃料ガス流量調整弁１７と酸素含有ガス流量調整弁１８は供給流量制御装置（図示せず）によって制御されるようになっている。
【００２０】
なお、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量は、燃料ガスの流量計２１と酸素含有ガスの流量計２２によって測定されており、その測定値は供給流量制御装置に送られ、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度調整に利用されるようになっている。
【００２１】
さらに、酸素含有ガスを供給する配管の途中に回転式蓄熱体２５が設けられており、酸素含有ガスは吹き込みノズルに供給される前に、予め回転式蓄熱体２５に通される。一方、放射加熱箱３からの燃焼排ガスを排出する配管も回転式蓄熱体２５を経由するようになっており、燃焼排ガスも回転式蓄熱体２５を通過するようになっている。これによって、回転式蓄熱体２５を介して、酸素含有ガスと燃焼排ガスとの間で連続的に熱交換が行われ、高温の酸素含有ガスが管状火炎バーナの燃焼室１０内に供給される。
【００２２】
なお、上記の酸素含有ガスは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガスなど燃焼用の酸素を供給するガスを指している。
【００２３】
上記のように構成された放射加熱装置においては、管状火炎バーナ２によって強い旋回力を得た燃焼ガスが、放射加熱箱３の内部で、管状火炎バーナ２の半径方向に広がりながら燃焼するため、放射加熱箱３内部で軸対称の温度分布が得られる。したがって、放射加熱箱３の前面３ａから放出される熱放射線も軸対称となり、それによって加熱される被加熱物３０は均一に面状に加熱される。
【００２４】
その際に、火炎が半径方向に伸ばされながら燃焼するので、長手方向の長さＬｓを短くしても、放射加熱箱３の前面３ａが部分的に過加熱されて変形することがなく、放射加熱箱３を、幅方向の長さＬｔが長手方向の長さＬｓより長い偏平した形状とすることによって、被加熱物３０に熱エネルギーを放出する前面３ａの面積が大きくなり、火炎からの熱エネルギーを効率的に放射加熱に用いることができる。
【００２５】
また、放射加熱箱３からの燃焼排ガスと管状火炎バーナに供給する酸素含有ガスにとの間で熱交換させることにより、燃焼排ガスの排熱を有効に活用できる。また、酸素含有ガスが高温化して燃焼反応性が上がるので、酸素比又は空気比を容易に１．０前後の値にすることができ、ＮＯｘなどの有害物質、未燃焼ガス、煤煙といった環境汚染源を低減することができる。
【００２６】
また、上記の熱交換に用いる熱交換器として回転式蓄熱体を用いることにより、連続的な熱交換を行い、定常燃焼を継続できるので、一定周期で切り替える際に非定常燃焼となる切替式熱交換器を用いた場合に比べて一層効果的である。さらに、切替式熱交換器を用いた場合のように、切り替えの際の放射加熱箱内の圧力変動によって放射加熱箱が繰り返し応力を受けて寿命が短くなるということもない。
【００２７】
このように、この実施形態に係る放射加熱装置においては、鋼帯等の被加熱物を均一に安定して効率的に加熱することができる。
【００２８】
なお、この実施形態では、燃料ガス吹き込みノズル及び酸素含有ガス吹き込みノズルを、噴射方向が燃焼室内周面の接線方向に一致するように設けているが、必ずしも燃焼室内周面の接線方向に一致する必要はなく、燃焼室にガスの旋回流を形成できる程度に、噴射方向が燃焼室内周面の接線方向から外れていても良い。
【００２９】
また、この実施形態では、燃焼室への噴射口として管軸方向に沿ってスリットを設け、そのスリットに偏平形状の燃料ガス吹き込みノズル及び酸素含有ガス吹き込みノズルを接続しているが、燃焼室への噴射口として複数の小孔を管軸方向に配し、その小孔列に燃料ガスあるいは酸素含有ガスを吹き込むためのノズルを接続するようにしても良い。
【００３０】
また、この実施形態では、燃料ガスを吹き込んでいるが、液体燃料を吹き込んでも良い。液体燃料としては、灯油、軽油、アルコール、Ａ重油等の比較的低い温度で気化するものが好適である。
【００３１】
また、この実施形態では、燃料ガスと酸素含有ガスを別々に吹き込んでいるが、燃料ガスと酸素含有ガスを予混合して吹き込んでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る放射加熱装置の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る放射加熱装置の全体構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  炉
１ａ  炉壁
２  管状火炎バーナ
３  放射加熱箱
３ａ  放射加熱箱の前面
３ｂ  放射加熱箱の排ガス排出口
１０  燃焼室
１０ａ  燃焼室の先端
１０ｂ  燃焼室の後端
１１ａ、１１ｃ  燃料ガス吹き込みノズル
１１ｂ、１１ｄ  酸素含有ガス吹き込みノズル
１２  スリット
１７  燃料ガスの流量調整弁
１８  酸素含有ガスの流量調整弁
２１  燃料ガスの流量計
２２  酸素含有ガスの流量計
２５  回転式蓄熱体
３０  被加熱物
【図１】
2008209112.tif 000003
【図２】
2008209112.tif 000004
【図３】
2008209112.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月17日(2008.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の被加熱物を放射熱によって加熱するための放射加熱装置であって、
先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナと、該管状火炎バーナからの火炎を取り囲み、炉内に向けて熱エネルギーを放射するための放射加熱箱とを備え、
前記放射加熱箱は、管状火炎バーナの燃焼室の軸心と直交する方向の長さが軸心方向の長さに比べて長い形状であり、管状火炎バーナ燃焼室の軸心方向前方に位置する前記放射加熱箱の面が被加熱物と対向するように設けられていることを特徴とする放射加熱装置。
【請求項２】
管状の火炎となった燃焼ガスが前記燃焼室の先端から前記放射加熱箱に放出され、前記放射加熱箱の内部で管状火炎バーナの半径方向に広がりながら燃焼することを特徴とする請求項１に記載の放射加熱装置。
【請求項３】
前記放射加熱箱の前記燃焼室の軸心と直交する断面が、正方形又は円形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射加熱装置。
【請求項４】
前記管状火炎バーナに吹き込む酸素含有ガスと前記放射加熱箱から排出される燃焼排ガスとの間で熱交換させるための熱交換器を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射加熱装置。
【請求項５】
前記熱交換器が回転式蓄熱体であることを特徴とする請求項４に記載の放射加熱装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
［１］炉内の被加熱物を放射熱によって加熱するための放射加熱装置であって、
先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナと、該管状火炎バーナからの火炎を取り囲み、炉内に向けて熱エネルギーを放射するための放射加熱箱とを備え、
前記放射加熱箱は、管状火炎バーナの燃焼室の軸心と直交する方向の長さが軸心方向の長さに比べて長い形状であり、管状火炎バーナ燃焼室の軸心方向前方に位置する前記放射加熱箱の面が被加熱物と対向するように設けられていることを特徴とする放射加熱装置。
［２］管状の火炎となった燃焼ガスが前記燃焼室の先端から前記放射加熱箱に放出され、前記放射加熱箱の内部で管状火炎バーナの半径方向に広がりながら燃焼することを特徴とする前記［１］に記載の放射加熱装置。
［３］前記放射加熱箱の前記燃焼室の軸心と直交する断面が、正方形又は円形であることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の放射加熱装置。
［４］前記管状火炎バーナに吹き込む酸素含有ガスと前記放射加熱箱から排出される燃焼排ガスとの間で熱交換させるための熱交換器を有していることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の放射加熱装置。
［５］前記熱交換器が回転式蓄熱体であることを特徴とする［４］に記載の放射加熱装置。