(57)【要約】【課題】排ガス中の臭気成分や加熱対象物からの揮発分を効果的に除去でき、しかも燃料消費量を低減することができる燃焼加熱装置及び燃焼加熱方法を提供する。【解決手段】燃料を供給して燃焼させるバーナ１１と、そのバーナ１１にて酸素富化燃焼を行うための酸素富化ガスの供給口１２と、その燃焼で生じた加熱ガスの排出口１３と、その排出口１３から出た加熱ガスの一部を再び導入する導入口１４とを有する燃焼室１０を備え、加熱ガスを循環させながら対象物１を加熱する燃焼加熱装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を供給して燃焼させるバーナと、そのバーナにて酸素富化燃焼を行うための酸素富化ガスの供給口と、その燃焼で生じた加熱ガスの排出口と、その排出口から出た加熱ガスの一部を再び導入する導入口とを有する燃焼室を備え、前記加熱ガスを循環させながら加熱ガスにより対象物を加熱する燃焼加熱装置。
【請求項２】
前記燃焼室における燃料供給方向の下流側の端部に、燃焼で生じた加熱ガスを吸引して前記排出口から排出する循環用送風機を備えると共に、前記導入口は、前記バーナの酸素富化燃焼領域に向けて開口する請求項１記載の燃焼加熱装置。
【請求項３】
燃料をバーナに供給しつつ酸素富化ガスを供給して燃焼室内で酸素富化燃焼を行いながら、その燃焼で生じた加熱ガスを燃焼室から排出しつつ一部を再び導入して循環させて、その加熱ガスにより対象物を加熱する燃焼加熱方法。
【請求項４】
前記加熱の対象物は塗料が塗布された長尺体であり、この長尺体を加熱室内で移動させつつ、その加熱室に導入した加熱ガスの一部を系外に排出させながら、少なくとも前記塗料の乾燥を連続的に行う請求項３に記載の燃焼加熱方法。
【請求項５】
前記燃料が液体又はガス燃料である請求項３又は４に記載の燃焼加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素富化燃焼を利用した加熱ガス循環型の燃焼加熱装置及び燃焼加熱方法に関し、特に塗料の乾燥、焼き付けなどに有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼板の表面に着色樹脂塗膜を被覆したカラー鋼板、いわゆるプレコート鋼板は、建材分野、家電分野など広い用途に使用されている。カラー鋼板は、原板として亜鉛鉄板などを使用し、塗料を塗装した後、高温で焼き付けを行い、この塗装・焼き付け工程を繰り返すなどして、所定の厚みで塗装されたものが製造されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の焼き付け工程を行うための加熱装置としては、電気炉や燃焼炉等が使用されているが、コスト的には電気炉に比べて各種燃料を用いる燃焼炉の方が有利であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１０２０３４号公報（第２頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、灯油などを用いた燃焼加熱装置で塗料の乾燥・焼き付けを行うと、排ガス中に塗料等に由来する臭気成分（アルデヒド類など）が含まれるため、別に排ガス処理のためのガス処理装置を用いてこれを除去していた。
【０００６】
また、塗料中に含まれる揮発成分がタール状になって、ダクトや燃焼加熱装置の内壁に付着し、これを定期的に除去するための作業が必要となっていた。更に、省エネルギー対策として、燃料消費量を低減するという課題もあった。
【０００７】
一方、このような燃料消費量の低減、排ガス中の臭気成分の除去、加熱対象物からの揮発分の付着防止といった課題は、カラー鋼板の製造に使用する燃焼加熱装置の場合に限らず、その他の燃焼加熱装置についても問題となるものである。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、排ガス中の臭気成分や加熱対象物からの揮発分を効果的に除去でき、しかも燃料消費量を低減することができる燃焼加熱装置及び燃焼加熱方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、燃焼方式や燃焼室の構造などについて鋭意研究したところ、燃焼室内で酸素富化燃焼を行いながら、その燃焼で生じた加熱ガスを循環させつつ対象物の加熱を行うことにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の燃焼加熱装置は、燃料を供給して燃焼させるバーナと、そのバーナにて酸素富化燃焼を行うための酸素富化ガスの供給口と、その燃焼で生じた加熱ガスの排出口と、その排出口から出た加熱ガスの一部を再び導入する導入口とを有する燃焼室を備え、前記加熱ガスを循環させながら加熱ガスにより対象物を加熱することを特徴とする。本発明の燃焼加熱装置によると、酸素富化燃焼を行うため空気燃焼と比較して高温で燃焼が行え、しかも加熱ガス（排ガス）を燃焼室内に再び導入して循環させるため、排ガス中の臭気成分や加熱対象物からの揮発分を効果的に除去することができる。また、酸素富化燃焼を行うため空気燃焼と比較して燃料消費量を低減することができる。
【００１１】
上記において、前記燃焼室における燃料供給方向の下流側の端部に、燃焼で生じた加熱ガスを吸引して前記排出口から排出する循環用送風機を備えると共に、前記導入口は、前記バーナの酸素富化燃焼領域に向けて開口することが好ましい。このような循環用送風機を備えることで、加熱ガスの循環が好適に行え、その際に導入口が酸素富化燃焼領域に向けて開口しているので、導入された加熱ガスが高温の火炎に接するため、より効果的に排ガス中の臭気成分や加熱対象物からの揮発分を除去することができる。
【００１２】
一方、本発明の燃焼加熱方法は、燃料をバーナに供給しつつ酸素富化ガスを供給して燃焼室内で酸素富化燃焼を行いながら、その燃焼で生じた加熱ガスを燃焼室から排出しつつ一部を再び導入して循環させて、その加熱ガスにより対象物を加熱することを特徴とする。本発明の燃焼加熱方法によると、酸素富化燃焼を行うため空気燃焼と比較して高温で燃焼が行え、しかも加熱ガス（排ガス）を燃焼室内に再び導入して循環させるため、排ガス中の臭気成分や加熱対象物からの揮発分を効果的に除去することができる。また、酸素富化燃焼を行うため空気燃焼と比較して燃料消費量を低減することができる。
【００１３】
上記において、前記加熱の対象物は塗料が塗布された長尺体であり、この長尺体を加熱室内で移動させつつ、その加熱室に導入した加熱ガスの一部を系外に排出させながら、少なくとも前記塗料の乾燥を連続的に行うことが好ましい。塗料の乾燥等に用いる場合、特に塗料中に含まれる揮発成分がタール状になって、ダクトや燃焼加熱装置の内壁に付着する問題が生じ易かったところ、加熱対象物からの揮発分を効果的に除去することができる本発明が特に有効となる。また、連続工程の場合には、長尺体を加熱室内で移動させつつ、その加熱室に導入した加熱ガスの一部を系外に排出させることで、塗料中に含まれる揮発成分の濃縮を抑制しながら、連続的な塗料の乾燥を行うことができる。更に、塗料に含まれる可燃物（有機物、シンナー等）が循環により燃焼室内に導入され、これを燃焼させることができるため、燃料消費量を更に１〜３％程度削減できる効果（省エネルギー効果）が得られる。
【００１４】
また、前記燃料としては液体又はガス燃料が好適に使用でき、特に液体燃料を使用する場合、排ガス中に燃料に由来する臭気物質が含有されることがあり、これらの臭気物質を効果的に分解できる本発明が特に有効となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の燃焼加熱装置の一例を示す概略平面図であり、図２は、その装置の燃焼室の詳細を示す一部破断した斜視図である。
【００１６】
本発明の燃焼加熱装置は、図１に示すように、加熱ガスを発生させる燃焼室１０を備え、加熱ガスを循環させながら加熱ガスにより対象物１を加熱するものである。本実施形態では、対象物１は塗料が塗布された長尺体であり、この長尺体を加熱室２０内で移動させつつ、その加熱室２０に導入した加熱ガスの一部を系外に排出させながら、塗料の乾燥と焼き付けを連続的に行う例を示す。
【００１７】
燃焼室１０は、図２に示すように、燃料を供給して燃焼させるバーナ１１と、そのバーナ１１にて酸素富化燃焼を行うための酸素富化ガスの供給口１２と、その燃焼で生じた加熱ガスの排出口１３と、その排出口１３から出た加熱ガスの一部を再び導入する導入口１４とを有する。本実施形態では、加熱ガスの循環をスムーズに行うための循環用送風機１５が設けられている例を示す（図２では循環用送風機を省略している）。
【００１８】
バーナ１１としては、気体燃料用のバーナ、液体燃料用のバーナ、固体燃料用のバーナなど何れでもよく、対象物の加熱温度などに応じて選択できる。使用する燃料としては、灯油、重油、ガソリン、アルコール、天然ガス、プロパンガス、ブタンガス、水素などが挙げられるが、排ガス中の臭気物質が問題となり易い燃料を用いる場合に、本発明は特に有効となる。バーナ１１への燃料の供給は、空気燃焼の場合と同様に行うことができるが、本発明によると後述のように、空気燃焼の場合より燃料消費量を低減できるため、燃料の供給速度を１０〜４０％程度低減することができる。
【００１９】
バーナ１１は、単数又は複数設けることができ、燃焼室１０内の一端の壁面に設けるのが好ましい。また、バーナ１１からの燃料供給方向は、ドラム型などの胴型の場合、他端の壁面を供給の下流側とすることが好ましい。
【００２０】
本発明では、バーナ１１にて酸素富化燃焼を行うための酸素富化ガスの供給口１２を設けるが、後述のようにバーナ１１と兼用することができる。本実施形態では、酸素富化ガスの供給口１２を別途設けて、酸素富化ガスとして酸素ガスを吹き込むようにしている。酸素ガスの吹き込みには例えば２本のランス１２ａが使用され、その先端には、吹き込み方向を調節するためのノズル１２ｂが付設されている。
【００２１】
酸素ガスの供給には、蒸発器を備えた液体酸素貯槽、酸素ガスボンベなどが使用され、流量制御装置や圧力制御装置などが必要に応じて併用される。また、酸素富化ガスとして酸素濃度が低いものを使用する場合、窒素ガスや空気などを適宜混合してもよい。
【００２２】
ノズル１２ｂからの酸素富化ガスの吹き込み方向は、導入口１４から循環のために導入される加熱ガスと、バーナ１１の火炎とが交わる位置より、燃料供給方向の上流側にするのが好ましい。換言すると、導入口１４は、バーナ１１の酸素富化燃焼領域に向けて開口するのが好ましい。循環する加熱ガスが酸素富化燃焼した火炎とより確実に接するようにするためには、バーナ１１からの燃料供給方向に平行に近い角度で、バーナ１１に近い位置から酸素富化ガスの吹き込みを行うのが好ましい。また、同様の理由から、酸素富化ガスの供給部の線速度は２０〜８０ｍ／ｓが好ましい。
【００２３】
供給する酸素富化ガス中の酸素濃度は、空気より高濃度であればよいが、好ましくは５０体積％以上で、純粋な酸素ガスが最も好ましい。酸素富化ガスの供給速度は、バーナ１１への燃料供給速度に対して、完全燃焼するための理論酸素量の１．０〜１．５の割合が好ましい。
【００２４】
酸素富化燃焼により、通常の空気燃焼と比較して、理論的には６００〜８００℃の火炎温度の上昇が可能であるため、酸素富化ガスの吹き込み状態やその酸素濃度によって、空気燃焼と比較して３００℃以上火炎温度の上昇が見られるようにするのが好ましい。このためには、酸素富化燃焼が生じる火炎領域において、酸素濃度が５０％以上とすることが目標となる。
【００２５】
排出口１３は、上記の燃焼で生じた加熱ガスを加熱室２０へと排出する部分である。加熱ガスの循環を行うためには、排出口１３で燃焼室１０側が高圧で、導入口１４で燃焼室１０側が低圧であればよい。本実施形態では、このような加熱ガスの循環をスムーズに行うために、燃焼室１０の燃料供給方向の下流側の端部に循環用送風機１５が設けられている。この循環用送風機１５は、燃焼で生じた加熱ガスを吸引口１５ａから吸引して排出口１３から排出するものであれば、いずれの型式でもよいが、図示した構造の場合には、片吸い込み形などの遠心送風機が適している。この循環用送風機１５の制御によって、排出口１３からの加熱ガスの排出量や導入口１４からの導入量をコントロールすることができる。
【００２６】
導入口１４からの加熱ガスの導入量は、排ガス中の有機物質を除去する観点から、１パスにおける燃焼室１０内での平均滞留時間が０．０１〜２秒に設定するのが好ましい。
【００２７】
また、加熱室２０に設けた排ガス放出路２１からの排出量は、ノルマル体積換算を基準として、導入口１４から循環のために導入される加熱ガスの１〜１０％が好ましい。
【００２８】
本発明の燃焼加熱方法は、以上のような燃焼加熱装置などを用いることで、燃料をバーナ１１に供給しつつ酸素富化ガスを供給して燃焼室１０内で酸素富化燃焼を行いながら、その燃焼で生じた加熱ガスを燃焼室１０から排出しつつ一部を再び導入して循環させて、その加熱ガスにより対象物１を加熱するものである。
【００２９】
図１に示すように、加熱の対象物１が塗料が塗布された長尺体である場合、この長尺体を加熱室２０内で移動させつつ、その加熱室２０に導入した加熱ガスの一部を系外に排出させながら、少なくとも塗料の乾燥を連続的に行うのが好ましい。図３には、鋼板の表面に着色樹脂塗膜を被覆したカラー鋼板、いわゆるプレコート鋼板を製造するための設備を示している。
【００３０】
この設備では、原板として亜鉛鉄板などを使用し、コイル状の原板を原板送り部２２から送り出しながら、ロールコーター式の塗装装置２３の第１塗工部２３ａで塗料を塗布した後、加熱室２０を移動させながら、燃焼室１０から供給される加熱ガスで塗料の乾燥・焼き付けを行い、冷却装置２５を通過させてから、再び第２塗工部２３ｂで塗工を行い、加熱室２０での乾燥・焼き付けと冷却装置２６での冷却の後、出口側アキュームレータ２７（入口側は図示省略）を経て、製品巻き取り部２８で製品の巻き取りを行う。原板には化成処理などを施してもよく、ステッチャにより複数の原板を接合したものでもよい。
【００３１】
上記のようにポリエステル系樹脂塗料など塗料の乾燥・焼き付けを行う場合、例えば加熱ガスの排出口１３でのガス温度は３００〜５００℃、加熱ガスの導入口１４でのガス温度は、２００〜３５０℃程度に設定される。
【００３２】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、酸素富化ガスの供給口を別途設けて、酸素富化ガスとして酸素ガスを吹き込む例を示したが、気体燃料や固体燃料を使用する場合には、微粒化用の空気やキャリアガスとして酸素を富化することにより、酸素富化燃焼を行うことが可能なため、バーナへの燃料供給口が、酸素富化ガスの供給口を兼ねていてもよい。この場合、酸素富化ガスの供給口を設ける必要はないが、両者から酸素富化ガスを供給してもよい。
【００３３】
（２）前述の実施形態では、燃焼室における燃料供給方向の下流側の端部に循環用送風機を設ける例を示したが、循環用送風機は、燃焼室と加熱室とを接続するダクト部に設けたり、加熱室側に設けることも可能である。
【００３４】
（３）前述の実施形態では、本発明の燃焼加熱装置をカラー鋼板を製造するための塗料の乾燥・焼き付けに使用する例を示したが、本発明では、これに限らず、鋼線や各種金属の塗装など、工業用、産業用の加熱装置として広く使用することができる。
【００３５】
（４）前述の実施形態では、ドラム型の燃焼室を備えた燃焼加熱装置の例を示したが、本発明では、ドラム型などの胴型に限らず、何れの形状の燃焼室を採用することも可能である。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３７】
実施例１
図１〜図２に示すような燃焼加熱装置（燃焼室は２基）を用いて、各々の燃焼室に２本のランスから８０Ｎｍ３  ／ｈｒ（供給部の線速度約５０ｍ／ｓ）にて酸素ガスを供給しながら、燃料として灯油を使用し噴霧ノズルに空気を１２９１Ｎｍ３  ／ｈｒで供給しながら、設定温度を第１燃焼室２００℃、第２燃焼室２５０℃にして、酸素富化燃焼による加熱を行った。各々の燃焼室から加熱室へ排出される加熱ガスの流量は、２８２００Ｎｍ３  ／ｈｒ、燃焼室に導入される加熱ガスの流量は、１９５００Ｎｍ３  ／ｈｒ、加熱室に設けた排ガス放出路からの排出量は４８００Ｎｍ３  ／ｈｒであった。
【００３８】
比較例１
実施例１において、酸素ガスを供給せずに、投入空気量（１次空気＋２次空気）を２９８７Ｎｍ３  ／ｈｒにしたこと以外は、全て実施例１と同様にして空気燃焼による加熱を行った。
【００３９】
評価結果
各燃焼室の設定温度を実施例１と比較例１で同じにした場合、比較例１では燃料流量が５０Ｌ／ｈｒであるのに対して、実施例１では燃料流量が３５Ｌ／ｈｒとなり、燃料消費量の３０％の削減が可能となった。
【００４０】
また、加熱室に設けた排ガス放出路からの排ガス中に含まれる臭気物質の含有量をガスクロマトグラフを用いて測定した。その結果を図４に示すが、この図が示すように、酸素富化燃焼を行った実施例１では殆どの臭気物質が除去（検出限界未満）されていた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼加熱装置の一例を示す概略平面図
【図２】本発明の燃焼加熱装置の燃焼室の詳細を示す一部破断した斜視図
【図３】本発明の燃焼加熱装置の使用例を示す概略構成図
【図４】実施例における排ガス中の臭気物質の濃度の測定結果を示すグラフ
【符号の説明】
１      加熱の対象物
１０      燃焼室
１１      バーナ
１２      酸素富化ガスの供給口
１３      加熱ガスの排出口
１４      加熱ガスの導入口
１５      循環用送風機
２０      加熱室
２１      排ガス放出路
【図１】
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【図２】
2004316944.tif 000004
【図３】
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【図４】
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