(57)【要約】【課題】運転立ち上げ時における炉壁近傍と炉内中心部との被乾留物の昇温速度の差を縮小する。【解決手段】炉内の不活性ガスをファン８により被乾留物３を通して強制循環させ、循環ガスを媒体として炉壁近傍の高温の被乾留物３の熱を炉内中心部の低温の被乾留物３に移動させる。これにより、炉内中央部の低温の被乾留物３の昇温が促進されるるとともに、炉壁近傍の被乾留物３の温度が下がることにより、炉体１から被乾留物３への輻射及び熱伝導による伝熱量が増加し、全体として運転立ち上げ時の昇温速度が向上し、結果として乾留処理時間が短縮される。また、炉内周辺部と中央部での被乾留物３の温度差が縮小し、乾留ムラが減少する。【選択図】　　　　図１
2004044824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体の外側に誘導加熱コイルを備え、この誘導加熱コイルに励磁電流を流すことにより前記炉体を誘導加熱し、不活性ガス雰囲気の炉内で被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、
前記不活性ガスを前記被乾留物を通して強制循環させるようにしたことを特徴とする誘導加熱式乾留炉。
【請求項２】
炉壁近傍の前記被乾留物を通して前記炉体の軸方向に貫流させた前記不活性ガスを炉内中央部の前記被乾留物を通して逆方向に貫流させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱式乾留炉。
【請求項３】
前記誘導加熱コイルの内側に前記炉体の外壁面との間に隙間を形成する断熱壁を設け、前記被乾留物を通して前記炉体の軸方向に貫流させた前記不活性ガスを前記隙間を介して前記被乾留物に還流させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱式乾留炉。
【請求項４】
前記不活性ガスを強制循環させるファンを炉内に設置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の誘導加熱式乾留炉。
【請求項５】
前記ファンを前記被乾留物に対して押し込み送風するように配置したことを特徴とする請求項４記載の誘導加熱式乾留炉。
【請求項６】
直立円筒状の炉体と、この炉体の底部に吐出側を上にして垂直に設置したファンと、このファンの上方に水平に設置した通気性の被乾留物支えと、前記ファンの吸込側を前記被乾留物支えの周縁部に連通させる通風ガイドとを設けたことを特徴とする請求項２記載の誘導加熱式乾留炉。
【請求項７】
直立円筒状の炉体と、この炉体の底部に吐出側を上にして垂直に設置したファンと、このファンの上方に水平に設置した通気性の被乾留物支えと、前記炉体の外壁面との間に隙間を形成させて前記誘導加熱コイルの内側に前記炉体と同軸に設置した円筒状の断熱壁と、前記ファンの吸込側を前記隙間に連通させる通風ガイドとを設けたことを特徴とする請求項３記載の誘導加熱式乾留炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高分子系廃棄物や空缶などの乾留処理に用いる誘導加熱式乾留炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱式乾留炉は、炉体の外側に誘導加熱コイルが設けられ、誘導加熱コイルが作る磁束が炉体と鎖交することにより、この鎖交磁束を打ち消すように炉体に誘導電流が生じ、この誘導電流による抵抗損で炉体が発熱する。炉内の被乾留物は炉体からの輻射熱や熱伝導により加熱され乾留される。図４は、このような誘導加熱式乾留炉の従来構成を示すもので、図４（Ａ）は縦断斜視図、図４（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図４において、乾留炉は底付きの中空円筒体からなる炉体１の外側に、誘導加熱により炉体１を発熱させる誘導加熱コイル２を備えている。炉体１に被乾留物３が投入され、窒素などの不活性ガスが封入された後、加熱コイル２により炉体１が誘導加熱されると、被乾留物３は乾留炉からの輻射や熱伝導よって加熱され、所定の温度、例えば５５０℃まで到達した後、その温度で一定時間保持されることで乾留処理される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、図４の乾留炉で被乾留物３を乾留した場合の炉内中央部Ｐ点と外周部Ｑ点における被乾留物温度の時間的変化を示したものである。図５に示すように、被乾留物３の温度は最初は外側が高温で内側の温度が低い。これは、外周部の被乾留物３は炉体１からの輻射熱及び熱伝導で速やかに昇温するが、中央部は専ら周囲の被乾留物３からの熱伝導によって加熱されるため昇温に遅れが生じるためである。時間が経つにつれて外側の熱が内側に伝わり、被乾留物３は炉体１とほぼ同じ温度で一様な温度分布になる。ちなみに、高分子系廃棄物（プラスチック類やゴム類）、空缶などの被乾留物３は、固体金属などに比べて熱伝導性が悪い。この炉内中央部の昇温遅れは炉壁からの距離に関係し、炉壁から遠ざかるほど顕著に表れる。そのため、温度制御が困難で加熱温度や保持時間が場所によって変わってしまい、乾留にムラが生じてしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明の課題は、炉内中央部の被乾留物の昇温を促すとともに被乾留物へ伝わる熱量を増加させ、乾留処理の品質の向上と処理時間の短縮を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、炉体の外側に誘導加熱コイルを備え、この誘導加熱コイルに励磁電流を流すことにより前記炉体を誘導加熱し、不活性ガス雰囲気の炉内で被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、前記不活性ガスを前記被乾留物を通して強制循環させるようにするものである（請求項１）。この発明によれば、炉内の不活性ガスを強制循環させることで、このガスにより被乾留物の高温部の熱を奪って低温部へ移動させ、低温の炉内中央部の被乾留物の昇温を促すことができる。また、炉体と接触している高温の被乾留物温度が下がることで、炉体から被乾留物への輻射及び熱伝導による伝熱量が増加する。
【０００６】
請求項１において、不活性ガスの循環は、炉壁近傍の前記被乾留物を通して前記炉体の軸方向に貫流させた前記不活性ガスを炉内中央部の前記被乾留物を通して逆方向に貫流させるようにするのがよい（請求項２）。これにより、炉壁近傍の高温の被乾留物から炉内中央部の低温の被乾留物への熱移動を効率的に行なうことができる。
【０００７】
更に、請求項１において、前記誘導加熱コイルの内側に前記炉体の外壁面との間に隙間を形成する断熱壁を設け、前記被乾留物を通して前記炉体の軸方向に貫流させた前記不活性ガスを前記隙間を介して前記被乾留物に還流させるようにすれば一層効果的である（請求項３）。炉体の外壁面との間に隙間を形成する断熱壁は、炉壁からの輻射熱により高温に加熱される。そこで、被乾留物を通した後の不活性ガスを炉体外壁面と断熱壁との間の隙間を介して還流させることにより、この還流ガスは高温の炉壁と断熱壁とで高温に加熱され、ガスからの熱伝達による被乾留物の加熱時間を短縮する。また、炉外の上記隙間を介して被乾留物通過後の不活性ガスを還流させることにより、炉内で循環ガスが近道をして還流することが防止され、加熱後のガスが確実に被乾留物を貫流する。
【０００８】
前記不活性ガスを強制循環させるファンは、炉内に設置するのがよい（請求項４）。ファンを炉外に設置すると熱損失が増え、断熱構造が複雑になる。また、ファンは前記被乾留物に対して押し込み送風するように配置するのがよく、これにより吸い込み送風に比べて還流ガスによるファンの汚損が少なくなる（請求項５）。
【０００９】
請求項２の誘導加熱式乾留炉は、直立円筒状の炉体と、この炉体の底部に吐出側を上にして垂直に設置したファンと、このファンの上方に水平に設置した通気性の被乾留物支えと、前記ファンの吸込側を前記被乾留物支えの周縁部に連通させる通風ガイドとを設けた構成とすることができる（請求項６）。
【００１０】
また、請求項３の誘導加熱式乾留炉は、直立円筒状の炉体と、この炉体の底部に吐出側を上にして垂直に設置したファンと、このファンの上方に水平に設置した通気性の被乾留物支えと、前記炉体の外壁面との間に隙間を形成させて前記誘導加熱コイルの内側に前記炉体と同軸に設置した円筒状の断熱壁と、前記ファンの吸込側を前記隙間に連通させる通風ガイドとを設けた構成とすることができる（請求項７）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の基本的な実施の形態を示す誘導加熱式乾留炉の縦断面図である。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。図１において、磁性材（鋼鈑）からなる炉体１は上端部にフランジを有する直立円筒体で、断熱壁を兼ねる構造体４内に支持されている。構造体４は炉体１と同軸の底付きの直立円筒体で、例えばキャスタブル耐火物で構成されている。炉体１の上面は鋼板製の蓋体５で閉塞され、蓋体５には吊りボルト６が取り付けられている。蓋体５の外側は、断熱材７により覆われている。
【００１２】
炉体１の底部中心には、吐出側を上にしてファン８が垂直に設置され、ファン８の上方には被乾留物３を支持する被乾留物支え９が水平に設置されている。被乾留物支え９は不活性ガスが自由に通過する通気性を持つように、例えばパンチングメタル、金網、格子などで構成される。ファン８は円錐状の通風ガイド１０で囲まれ、この通風ガイド１０はファン８の下側（吸込側）が開口するとともに、その周縁と炉体１との間にファン８の吸込側を被乾留物支え９の周縁部に連通させる環状の通気路１１を形成している。ファン８、被乾留物支え９、通風ガイド１０等はステンレス材からなっている。ファン８は構造体４の外部からモータ１２により駆動される。誘導加熱コイル２は構造体４の外側に配置され、励磁電源１３により励磁される。炉体１の温度は、例えば熱電対からなる温度センサ１４により検出され、励磁電源１３はその検出信号に基づき炉体１の温度が一定の乾留温度、例えば５５０℃に維持されるように誘導加熱コイル２への投入電力を制御する。
【００１３】
図１の乾留炉の運転は、被乾留物支え９上に被乾留物３、例えば空缶を図示の通り装填し、炉内を窒素あるいはアルゴンなどの不活性ガスで置換した後、誘導加熱コイル２に通電し、同時にファン８を起動して行なう。誘導加熱コイル２の励磁により生じた磁束は構造体４を貫通して炉体１と鎖交し、炉体１に誘導電流を生じさせる。これにより、炉体１は発熱し、炉内の被乾留物３を加熱する。その場合、炉体１に近接する被乾留物３は、炉体１からの輻射熱と熱伝導の双方により加熱され急速に昇温する。これに対して、炉内中央部の被乾留物３は、専らその外側の被乾留物３からの熱伝導により加熱されるため遅れて昇温する。この昇温遅れは、炉内中心に近いほど大きい。
【００１４】
一方、ファン８の起動により、炉内の不活性ガスは、図１に矢印で示したように、炉壁近傍の被乾留物３を通して炉体１の軸方向（下向き）に貫流した後、反転してファン８に吸い込まれ、ファン８から吐出された不活性ガスは炉内中央部の被乾留物３を通して逆方向（上向き）に貫流し、再び反転して炉壁近傍の被乾留物３を通して炉体１の軸方向（下向き）に貫流するように循環する。この循環において、炉壁近傍の高温の被乾留物３から熱を奪った不活性ガスは、この熱を熱伝達により炉内中央部の低温の被乾留物３に与え昇温させる。その結果、不活性ガスを媒体として炉壁近傍の高温の被乾留物３から炉内中央部の低温の被乾留物３への熱移動が行われ、炉内中央部の被乾留物３の昇温が促される。
【００１５】
また、炉壁近傍の被乾留物３は、炉内中央部を貫流した後の低温の循環ガスにより冷却され温度が低下する。その結果、炉壁近傍の被乾留物３と炉体１との温度差が大きくなり、炉体１からこの被乾留物３への輻射及び熱伝導による伝熱量が増える。炉体１を加熱する励磁電流は炉体１の温度を一定（５５０℃）に維持するように制御されているので、炉体１から被乾留物３への伝熱量が増えると投入電力も増える。以上のことから、炉内での不活性ガスの循環により、炉内中央部の被乾留物３の昇温速度が向上するとともに、運転初期の投入電力も拡大され、結果として昇温時間、従って乾留処理時間が短縮される。また、循環ガスを介して炉壁近傍と炉内中央部の被乾留物温度の平均化が行われるため、乾留ムラの少ない高品質の乾留処理が達成される。
【００１６】
図２は、この発明の異なる実施の形態を示す誘導加熱式乾留炉の縦断面図である。図２において、図１と相違しているのは、炉体１の外壁面と構造体（断熱壁）４との間に環状の隙間１５が形成され、炉体１の上部及び下部に、炉内と隙間１５との間を連通する方形の通流窓１６及び１７がそれぞれ設けられている点である。通流窓１６，１７は周方向に複数箇所設けられている。また、通風ガイド１０の周縁部と炉体１との間は閉じられている。図２において、ファン８を駆動すると、不活性ガスは図示矢印で示すように循環する。すなわち、この場合、炉内中央部の被乾留物３を通して炉体１の軸方向上向きに貫流した不活性ガスは、通流窓１６、隙間１５、通流窓１７を介して炉内に還流しファン８に吸い込まれる。
【００１７】
しかして、炉壁と対向している断熱壁４は、誘導加熱された炉壁からの輻射熱により、炉体温度とほぼ等しい高温に加熱されている。そこで、隙間１５を通った不活性ガスは、高温の炉体１と構造体４の２面から熱を受け取り高温に加熱されて炉内に入る。従って、この高温ガスが貫流する炉内中央部の被乾留物３も、図１の実施の形態に比べてより迅速に加熱される。
【００１８】
また、図２の実施の形態においては、循環ガスの吸込口（通流窓）１６が被乾留物３の上方に開口しているため、ファン８から吐出されたガスは必ず被乾留物３を貫流し、途中でファン８の吸込側に近道して回り込むことがない。図１においては、被乾留物３の通風抵抗が大きいと、破線矢印で示すように吐出ガスが被乾留物３を貫流する前に途中でＵターンして近道し、ファン８の吸込側に回り込む可能性がある。その点、図２の実施の形態においては、ファン８の吐出側と吸込側とが隙間１５を介して完全に隔離されているため近道の危険がない。
【００１９】
図３は、図２の乾留炉における炉内中心部Ｐ点と外周部Ｑ点（図４（Ｂ）参照）における被乾留物温度の時間的変化を示したものである。図４の従来例におけるもの（図５参照）も破線で一緒に示してある。図３に実線で示す通り、図２の実施の形態によれば、初期投入電力の増大により外周部Ｑ点の昇温の立ち上がりが従来に比べて速くなるとともに、炉壁近傍から炉内中央部への循環ガスを媒体とする熱移動により、炉内中心部Ｐ点の昇温も外周部Ｑ点とほぼ同じ速さで立ち上がる。
【００２０】
更に、図１及び図２の実施の形態において、ファン８は炉内に設置されている。従って、ファン８を炉外の例えばバイパスダクトに設置する場合に比べて熱損失が少なく、バイパスダクトの断熱も不要である。また、ファン８は被乾留物３に対して押し込み送風、つまりファン８の吐出側が被乾留物３に対面するように設置されている。そのため、吸い込み送風、つまりにファン８の吸込側が被乾留物３に対面する場合に比べて還流ガスによるファン８の汚損が少ない。
【００２１】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、炉内に不活性ガスを循環させることにより、運転初期における炉内周辺部と中央部の被乾留物の昇温速度差を縮小し、かつ投入電力を増大して乾留処理時間を短縮することができる。また、炉内周辺部と中央部での被乾留物の温度差が縮小するので乾留ムラが減少し、高品質の乾留処理が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す誘導加熱式乾留炉の縦断面図である。
【図２】この発明の異なる実施の形態を示す誘導加熱式乾留炉の縦断面図である。
【図３】図２の乾留炉における被乾留物温度の時間的変化を示す線図である。
【図４】（Ａ）は従来の誘導加熱式乾留炉の縦断面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】図４の乾留炉における被乾留物温度の時間的変化を示す線図である。
【符号の説明】
１　　炉体
２　　誘導加熱コイル
３　　被乾留物
４　　断熱壁
８　　ファン
９　　被乾留物支え
１０　　通風ガイド
１１　　通気路
１３　　励磁電源
１４　　温度センサ
１５　　隙間
１６　　通流窓
１７　　通流窓
【図１】
2004044824.tif 000003
【図２】
2004044824.tif 000004
【図３】
2004044824.tif 000005
【図４】
2004044824.tif 000006
【図５】
2004044824.tif 000007