(57)【要約】【課題】施工性に優れたコンパクトな構造でありながら、高い断熱効果を発揮してコンクリート擁壁の温度を安全温度以下に抑制する。【解決手段】本発明のコークス炉の炉団長方向端部における燃焼室とコンクリート擁壁との間の炉端部断熱構造は、珪石煉瓦層２０と、粘土煉瓦層３０と、断熱煉瓦層４０と、赤煉瓦層５０と、を備える。粘土煉瓦層３０は、炉団長方向内側に設けられ、複数の中実粘土煉瓦３１からなる中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂと、中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂよりも炉団長方向外側に設けられ、中空部を有する複数の中空粘土煉瓦３２からなる中空粘土煉瓦層３０Ｃとを含むことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炉団長方向端部における燃焼室とコンクリート擁壁との間の炉端部断熱構造であって、
前記燃焼室を形成する複数の珪石煉瓦からなる珪石煉瓦層と、
前記珪石煉瓦層の炉団長方向外側に設けられ、複数の粘土煉瓦からなる粘土煉瓦層と、
前記粘土煉瓦層の炉団長方向外側に設けられ、複数の断熱煉瓦からなる断熱煉瓦層と、
前記断熱煉瓦層と前記コンクリート擁壁との間に設けられ、複数の赤煉瓦からなる赤煉瓦層と、を備え、
前記粘土煉瓦層は、
炉団長方向内側に設けられ、複数の中実粘土煉瓦からなる中実粘土煉瓦層と、
前記中実粘土煉瓦層よりも炉団長方向外側に設けられ、中空部を有する複数の中空粘土煉瓦からなる中空粘土煉瓦層と、
を含むことを特徴とする、炉端部断熱構造。
【請求項２】
前記中空粘土煉瓦の前記中空部は、当該中空粘土煉瓦を上下方向に貫通する貫通孔からなり、
上下方向に隣接する前記中空粘土煉瓦の前記貫通孔が相互に連通するように前記中空粘土煉瓦を積み上げることにより、前記中空粘土煉瓦層が築造され、
前記中空粘土煉瓦の前記貫通孔が上下方向に連通することによって、前記中空粘土煉瓦層に複数本の縦連通孔が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の炉端部断熱構造。
【請求項３】
前記粘土煉瓦層を炉長方向に貫通して前記複数本の縦連通孔を連通する少なくとも１本の横連通孔をさらに有することを特徴とする、請求項２に記載の炉端部断熱構造。
【請求項４】
前記横連通孔は、
前記複数本の縦連通孔の上部を連通する上部側横連通孔と、
前記複数本の縦連通孔の下部を連通する下部側横連通孔と、
を含み、
前記上部側横連通孔及び前記下部側横連通孔の炉長方向の両端は、外気に対して開放されていることを特徴とする、請求項３に記載の炉端部断熱構造。
【請求項５】
前記中空粘土煉瓦の前記中空部の断面積は、前記中空粘土煉瓦の断面積の５％以上、９０％以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の炉端部断熱構造。
【請求項６】
前記赤煉瓦層は、中空部を有する複数の中空赤煉瓦からなる中空赤煉瓦層を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の炉端部断熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の炉団長方向端部においてコンクリート擁壁の温度を抑制するためのコンパクトな炉端部断熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
室炉式コークス炉は、炭化室内で空気を遮断して石炭を加熱して、バッチ処理でコークスを製造する設備であり、耐火煉瓦で構成される自立式の炉である。熱間の容積安定性の観点から、コークス炉の炉体は、数百〜千数百種類にも及ぶ異形状の煉瓦（珪石煉瓦、粘土煉瓦及び断熱煉瓦等）を、高さ方向に例えば１００段程度も積み上げて築造される。
【０００３】
コークス炉の炉団長方向の最外側には、コンクリート擁壁が設置される。このコンクリート擁壁は、コンクリート製の構造体であり、炉体の炉団長方向への熱膨張を抑えて炉体を位置決めする。コークス炉の炉体の炉団長方向の端部（以下、「炉端部」という。）は、炉団長方向の最外側の燃焼室とコークス炉擁壁との間の耐火物構造体であり、複数種の材質の煉瓦から築造される。この炉端部は、１３００℃程度もの高温になる燃焼室とコンクリート擁壁との間を断熱し、コンクリート擁壁に向かうにつれて炉体の温度を低下させることで、コンクリート擁壁の炉体側の内表面の温度を、コンクリートの安全温度（例えば１００℃）以下にまで低下させる機能を負っている。
【０００４】
万一、上記コンクリート擁壁の内表面の温度が安全温度よりも高くなると、コンクリートに含まれている水分が蒸発するため、１年以上の長期間に渡ってコンクリート擁壁を使用した際に、コンクリート擁壁が所望の強度を保持できなくなり、コークス炉が構造的に不安定になる可能性がある。従って、コンクリート擁壁に隣接する炉端部の断熱性能を高めて、コンクリート擁壁の温度を安全温度以下に抑制する必要がある。
【０００５】
炉端部の断熱構造としては、炉端部の煉瓦構造体の内部や外面に、断熱効果の高い無機繊維材料からなる断熱材層を設置することが一般的である。例えば、特許文献１には、コークス炉の蓄熱室前壁の劣化を防止するために、当該蓄熱室前壁の外面に２層の無機質断熱材層を設ける方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１１５３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のように煉瓦以外の材質からなる断熱材層を炉端部に追加設置する構造であると、当該断熱材層の強度が煉瓦の強度よりも低いため、炉体両側のコンクリート擁壁間で炉体を炉団長方向に押さえ込むことが不可能となり、炉体構造の安定性に支障をきたす。従って、無機繊維材料の断熱材を炉体の膨張代部分に少量充填する場合などには問題ないが、上記無機繊維質の断熱材層を炉端部の構造体に対して積極的に適用することは困難である。
【０００８】
また、無機繊維よりも強度の高い煉瓦のみを用いた炉端部の断熱構造としては、燃焼室を形成する珪石煉瓦層とコンクリート擁壁との間に、粘土煉瓦層や断熱煉瓦層、赤煉瓦層を炉団長方向に積層状に配置する構造が考えられる。しかし、一般的な中実煉瓦のみを用いて築造された炉端部積層構造である場合、熱伝導率が高いため、燃焼室壁面からコンクリート擁壁内表面までの厚みが２５００ｍｍ以上であったとしても、定常状態において、コンクリート擁壁の内表面温度は、安全温度より高くなり、コンクリート擁壁の内表面が劣化する場合が多い。
【０００９】
また、炉端部の断熱構造としては、炉端部の煉瓦構造体を築造する際に、一般的な中実煉瓦の積み上げ方を工夫することで、煉瓦構造体の内部に熱放散用の通気ダクトを形成する構造も考えられる。この構造では、当該通気ダクトを通じて換気することで、炉端部を空冷し、冷却効率を高めることができる。しかし、このように煉瓦構造体の内部に通気ダクトを形成するためには、煉瓦を加工しながら細工的に炉端部を築造する必要があるため、特に通気ダクトの本数が多くなると、築造作業に多大な手間とコストがかかる。このため、かかる通気ダクトの設置には限界があり、少ない本数の通気ダクトでは十分な空冷効果が得られない。
【００１０】
さらに、炉端部の炉団長方向の厚み（燃焼室からコンクリート擁壁までの水平長に相当する。）を厚くすれば、燃焼室からコンクリート擁壁への熱伝導量が低減するので、コンクリート擁壁の温度上昇を抑制することは可能である。しかし、当該炉端部の厚みを増加させることは、コークス炉が大型化し、その築造には多大な手間とコストを要することになり、施工性が低下する。また、既存のコークス炉の炉端部を厚いものに改修する場合、既存のコンクリート擁壁を破壊せざるをせず、改修コストの増大やコンクリート廃棄物の処理などといった問題も生じる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、施工性に優れたコンパクトな構造でありながら、高い断熱効果を発揮してコンクリート擁壁の温度を安全温度以下に抑制することが可能な、新規かつ改良された炉端部断熱構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明のある観点によれば、コークス炉の炉団長方向端部における燃焼室とコンクリート擁壁との間の炉端部断熱構造であって、前記燃焼室を形成する複数の珪石煉瓦からなる珪石煉瓦層と、前記珪石煉瓦層の炉団長方向外側に設けられ、複数の粘土煉瓦からなる粘土煉瓦層と、前記粘土煉瓦層の炉団長方向外側に設けられ、複数の断熱煉瓦からなる断熱煉瓦層と、前記断熱煉瓦層と前記コンクリート擁壁との間に設けられ、複数の赤煉瓦からなる赤煉瓦層と、を備え、前記粘土煉瓦層は、炉団長方向内側に設けられ、複数の中実粘土煉瓦からなる中実粘土煉瓦層と、前記中実粘土煉瓦層よりも炉団長方向外側に設けられ、中空部を有する複数の中空粘土煉瓦からなる中空粘土煉瓦層と、を含むことを特徴とする、炉端部断熱構造が提供される。
【００１３】
前記中空粘土煉瓦の前記中空部は、当該中空粘土煉瓦を上下方向に貫通する貫通孔からなり、上下方向に隣接する前記中空粘土煉瓦の前記貫通孔が相互に連通するように前記中空粘土煉瓦を積み上げることにより、前記中空粘土煉瓦層が築造され、前記中空粘土煉瓦の前記貫通孔が上下方向に連通することによって、前記中空粘土煉瓦層に複数本の縦連通孔が形成されるようにしてもよい。
【００１４】
前記粘土煉瓦層を炉長方向に貫通して前記複数本の縦連通孔を連通する少なくとも１本の横連通孔をさらに有するようにしてもよい。
【００１５】
前記横連通孔は、前記複数本の縦連通孔の上部を連通する上部側横連通孔と、前記複数本の縦連通孔の下部を連通する下部側横連通孔と、を含み、前記上部側横連通孔及び前記下部側横連通孔の炉長方向の両端は、外気に対して開放されているようにしてもよい。
【００１６】
前記中空粘土煉瓦の前記中空部の断面積は、前記中空粘土煉瓦の断面積の１０％以上、９０％以下であるようにしてもよい。
【００１７】
前記赤煉瓦層は、中空部を有する複数の中空赤煉瓦からなる中空赤煉瓦層を含むようにしてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、コークス炉の炉団長方向の炉端部を、珪石煉瓦層、粘土煉瓦層、断熱煉瓦層、赤煉瓦層の順に積層された積層構造とすることで、燃焼室からコンクリート擁壁に向かうにつれ、炉端部の温度を段階的に低下させることができる。この際、中空粘土煉瓦からなる中空粘土煉瓦層を粘土煉瓦層に設けることで、中空粘土煉瓦層の中空部内の空気層により断熱効果を向上できる。従って、炉端部の赤煉瓦層に隣接するコンクリート擁壁の温度を、コンクリート材質の安全温度以下に好適に抑制することができる。また、中空粘土煉瓦を積み上げるだけで中空粘土煉瓦層を構築できるので、炉端部の築炉作業を簡素化できる。従って、施工性に優れたコンパクトな炉端部構造でありながら、十分な断熱性能を確保できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、施工性に優れたコンパクトな構造でありながら、高い断熱効果を発揮してコンクリート擁壁の温度を安全温度以下に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る室炉式コークス炉の炉長方向の縦断面図である。
【図２】同実施形態に係る室炉式コークス炉の炉団長方向の縦断面図である。
【図３】同実施形態に係るコークス炉の炉端部を示す拡大縦断面図である。
【図４】同実施形態に係る中空粘土煉瓦を示す平面図等である。
【図５】同実施形態に係る中空赤煉瓦を示す平面図等である。
【図６】同本実施形態に係る粘土煉瓦層を示す炉長方向の縦断面図と水平断面図である。
【図７】比較例に係る炉端部の模型を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例に係る炉端部の模型を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
［１．コークス炉の全体構成］
まず、図１、図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係るコークス炉の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る室炉式のコークス炉１の炉長方向Ｘの縦断面図であり、図２は、本実施形態に係る室炉式のコークス炉１の炉団長方向Ｙの縦断面図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、室炉式のコークス炉１は、炉体下部に設けられるソールフリュー２と、該ソールフリュー２の上部に設けられる蓄熱室３と、該蓄熱室３の上部に設けられる炭化室４及び燃焼室５と、該炭化室４及び燃焼室５の上部に設けられる炉頂部６とを備える。また、図示はしないが、コークス炉１は、炉頂部６上に炉団長方向Ｙに走行可能に配置されて各炭化室４に石炭を装入する装入車や、各炭化室４からコークスを押し出すための押出機なども備えている。
【００２４】
炭化室４及び燃焼室５は、炉長方向Ｘに延びる縦長の略直方体状の空間であり、かかる炭化室４と燃焼室５は、炉団長方向Ｙに交互に設けられる。炭化室４は、石炭を乾留してコークスを生成するための空間である。炭化室４の上部の炉頂部６には、炉長方向Ｘに所定間隔で複数の装入口７が形成されるとともに、端部に１本又は２本以上の上昇管８が形成される。不図示の装入車により装入口７から炭化室４内に石炭が装入される。燃焼室５は、燃料ガスを燃焼させるための空間である。該燃焼室５の熱が炭化室４に伝わることで、炭化室４内で石炭が乾留される。この燃焼室５の上部の炉頂部６には、炉長方向Ｘに所定間隔で複数のフリュー孔９が形成されている。該フリュー孔９は、燃焼室５に連通しており、最上段にはフリュー孔蓋が設置される。かかるフリュー孔９を設けることで、燃焼室５の燃焼状態を、炉頂から目視で観察することができるようになる。
【００２５】
上記ソールフリュー２、蓄熱室３、炭化室４、燃焼室５及び炉頂部６は、コークス炉１の炉体を構成し、当該炉体は、数百〜千数百種類にも及ぶ異形状の煉瓦（珪石煉瓦、粘土煉瓦及び断熱煉瓦等の炉体耐火物）を、高さ方向に例えば１００段程度も組み合わせた複雑な構造を有する。
【００２６】
また、図２に示すように、コークス炉１の炉団長方向Ｙの両端には、一対のコンクリート擁壁１１、１１が設置されている。このコンクリート擁壁１１、１１は、コークス炉１の炉体を炉団長方向Ｙの両側から押さえ込んで保持する機能を有する。このコンクリート擁壁１１、１１を設置することで、多数の煉瓦から築造された炉体構造体を安定的に保持することができ、当該炉体構造体の崩壊や炉団長方向Ｙの膨張を防止できる。
【００２７】
さらに、図２に示すように、炉端部１０は、コークス炉１の炉団長方向Ｙの両端部において、コンクリート擁壁１１と燃焼室５Ａとの間（上下方向Ｚには炉頂部６と蓄熱室３との間）に築造される煉瓦構造体である。燃焼室５Ａは、炉団長方向Ｙに配列される複数の燃焼室５のうち、炉団長方向Ｙの最外側（コンクリート擁壁１１に最も近い位置）に配置される燃焼室である。燃焼室５Ａは１３００℃程度の高温になるため、当該燃焼室５Ａの熱を断熱してコンクリート擁壁１１を保護するための断熱構造体として、炉端部１０が設置される。当該炉端部１０は、炉団長方向Ｙに積層される複数種類の煉瓦層からなる煉瓦構造体である。
【００２８】
本実施形態では、上記コークス炉１の炉端部１０の断熱構造を特徴としている。以下に、炉端部１０の断熱構造について詳細に説明する。
【００２９】
［２．炉端部断熱構造］
次に、図３を参照して、本実施形態に係るコークス炉１の炉端部１０の断熱構造について詳述する。図３は、本実施形態に係るコークス炉１の炉端部１０を示す拡大縦断面図である。
【００３０】
上述したコークス炉１の炉体の擁壁として用いられるコンクリート擁壁１１の安全温度（耐熱温度）は、一般的にコンクリート構造物に使用されるポルトランドセメントを用いた場合は１００℃以下である。コンクリート擁壁１１の温度が約１０５℃以上になると、晒される温度によりコンクリート中の自由水、結晶水、構造水が次第に分解、蒸発してしまうため、コンクリート擁壁１１が劣化してしまう。内表面３００℃で長期間使用した場合、コンクリートは、収縮し亀裂が入り、部分的に粉化する場合もあり、炉体を押さえ込むために必要な所望の強度が得られなくなる恐れがある。従って、１３００℃程度の高温となる燃焼室５からの熱を炉端部１０により断熱し、コンクリート擁壁１１の温度を定常的に安全温度（１００℃）以下に抑制する必要がある。
【００３１】
そこで、本実施形態では、図３に示すように、炉団長方向Ｙの最外側の燃焼室５Ａとコンクリート擁壁１１との間に設けられる炉端部１０を、耐熱温度と熱伝導率が異なる複数種類の煉瓦層を炉団長方向Ｙに積み重ねた積層構造としている。詳細には、炉端部１０は、珪石煉瓦層２０、粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０、赤煉瓦層５０からなる４層の積層構造を有する。これら各層は、燃焼室５Ａからコンクリート擁壁１１にかけて炉団長方向Ｙに、珪石煉瓦層２０、粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０、赤煉瓦層５０の順に配列されている。以下に各煉瓦層について詳述する。
【００３２】
珪石煉瓦層２０は、炉団長方向Ｙの最外側の燃焼室５Ａの壁体を形成する複数の珪石煉瓦２１からなる。珪石煉瓦２１は、耐熱性及び容積安定性（低熱膨張性）に優れるが、断熱性が低い（即ち、熱伝導度が高い）という特性を有する。内部に空洞が形成されるようにして複数の珪石煉瓦２１を積み上げることで燃焼室５Ａが築造される。燃焼室５Ａは１３００℃程度の高温となるため、珪石煉瓦２１は、当該高温に対する高耐熱性、高容積安定性を有し、８００〜１３００℃の操業温度域で熱膨張収縮しにくいことが要求される。
【００３３】
粘土煉瓦層３０は、上記珪石煉瓦層２０の炉団長方向Ｙの外側に設けられ、複数の粘土煉瓦３１、３２を用いて築造される。粘土煉瓦層３０は、複数の粘土煉瓦層を炉団長方向Ｙに積み重ねた積層構造を有する。図３の例では、粘土煉瓦層３０は、４層構造を有し、中実粘土煉瓦３１からなる３層の中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄと、中空粘土煉瓦３２からなる１層の中空粘土煉瓦層３０Ｃとを含む。これら粘土煉瓦層３０Ａ〜３０Ｄの詳細は後述する。
【００３４】
また、断熱煉瓦層４０は、上記粘土煉瓦層３０の炉団長方向Ｙの外側に設けられ、複数の断熱煉瓦４１を用いて築造される。断熱煉瓦層４０は、複数の断熱煉瓦層を炉団長方向Ｙに積み重ねた重ねた積層構造を有するが、単層構造であってもよい。図３の例では、断熱煉瓦層４０は、２層構造を有し、中実断熱煉瓦４１からなる２層の中実断熱煉瓦層を含む。
【００３５】
さらに、赤煉瓦層５０は、上記断熱煉瓦層４０の炉団長方向Ｙの外側であってコンクリート擁壁１１の内側に設けられ、複数の赤煉瓦５１、５２を用いて築造される。赤煉瓦層５０は、複数の赤煉瓦層を炉団長方向Ｙに積み重ねた積層構造を有する。図３の例では、赤煉瓦層５０は、２層構造を有し、中実赤煉瓦５１からなる１層の中実赤煉瓦層５０Ａと、中空赤煉瓦５２からなる１層の中空赤煉瓦層５０Ｂとを含む。これら赤煉瓦層５０Ａ、５０Ｂの詳細は後述する。
【００３６】
なお、図２に示したように、粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０は、炭化室４や燃焼室５を構成する炉体上部の炉端部１０のみに設置され、蓄熱室３を構成する炉体下部の炉端部には設置されない。これに対し、赤煉瓦層５０は、当該炉体上部の炉端部１０から当該炉体下部の炉端部にかけて設置されるが、かかる例に限定されず、赤煉瓦層５０が炉体上部にのみ設置されてもよい。
【００３７】
表１は、上記の珪石煉瓦層２０、粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０、赤煉瓦層５０を構成する各煉瓦の相対特性や機能を示している。
【００３８】
【表１】
2014210881.tif 000003
【００３９】
表１に示すように、珪石煉瓦２１は、燃焼室５Ａの高温ガスに対する耐食性、耐熱性及び容積安定性（低熱膨張性）に最も優れるが、断熱性に劣る。断熱煉瓦４１は、断熱性に最も優れるが、耐熱性及び容積安定性に劣る。粘土煉瓦３１は、断熱煉瓦４１よりも優れた耐熱性及び容積安定性を有するが、その断熱性は珪石煉瓦２１よりも優れるものの断熱煉瓦４１より劣る。赤煉瓦５１は、粘土煉瓦３１と断熱煉瓦４１の中間的な特性を有しており、断熱性は良いが、耐熱性が低い。そして、この赤煉瓦５１は、断熱煉瓦４１よりも安価であるという利点がある。
【００４０】
また、各煉瓦の耐熱温度は、珪石煉瓦２１が最も高く、粘土煉瓦３１、断熱煉瓦４１、赤煉瓦５１の順に低下する。また、炉端部１０において各煉瓦層に作用する温度は、珪石煉瓦層２０で最も高く、粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０、赤煉瓦層５０の順に低下する。
【００４１】
上記の粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０及び赤煉瓦層５０は、珪石煉瓦層２０とコンクリート擁壁１１との間を断熱し、炉端部１０の温度を炉団長方向Ｙ外側に向かって段階的に低下させる機能を有する。つまり、上述した燃焼室５Ａを形成する珪石煉瓦２１は、断熱性が低いので、燃焼室５Ａ内の温度が１３００℃である場合、珪石煉瓦層２０の外側は例えば１１００〜１１５０℃になる。一方、断熱煉瓦４１は、断熱性に優れるが、耐熱性に劣っており、断熱煉瓦４１の耐熱温度は９００〜１１００℃程度である。従って、珪石煉瓦層２０に隣接して断熱煉瓦層４０を配置してしまうと、珪石煉瓦層２０からの熱により断熱煉瓦層４０の温度が耐熱温度よりも高くなり、断熱煉瓦４１が劣化してしまう。
【００４２】
そこで、本実施形態では、断熱煉瓦層４０より耐熱性及び容積安定性に優れた粘土煉瓦層３０を、珪石煉瓦層２０と断熱煉瓦層４０との間に介在させる。これにより、粘土煉瓦層３０によって炉体の温度を２００°以上低下させて、７００〜８００℃程度とし、珪石煉瓦層２０の高熱が断熱煉瓦層４０に直接伝わらないようにできる。このように粘土煉瓦層３０により断熱煉瓦層４０を保護することで、断熱煉瓦層４０の劣化を防止しつつ、当該断熱煉瓦層４０と粘土煉瓦層３０の断熱性により、炉団長方向Ｙの外側に向かうにつれ、炉端部１０の温度を効果的に低下させることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、断熱煉瓦層４０とコンクリート擁壁１１の間に、ある程度高い断熱性を有する赤煉瓦層５０を設置する。これにより、安価な赤煉瓦５１を使用して炉端部１０の外側部分を築造できるので、高価な断熱煉瓦４１の使用量を削減して炉端部１０の築造コストを低減できる。断熱煉瓦４１は高価であるため、断熱煉瓦層４０の厚みは、炉端部１０の炉団長方向Ｙの厚みｄ（珪石煉瓦層２０の外側表面からコンクリート擁壁１１の内表面１１ａまでの厚み。図３参照。）の３５％以下に抑えることが好ましい。また、コンパクト構造化のためにはある程度の断熱煉瓦層４０は必要であることから、両者を考慮し、且つコンクリート擁壁１１の表面温度を１００℃以下にするためにより好ましい断熱煉瓦層４０の厚み割合は、ｄの１５〜３０％である。
【００４４】
［３．中空煉瓦層］
次に、本実施形態に係る炉端部１０の断熱構造の特徴である中空煉瓦層について詳述する。
【００４５】
［３．１．中空煉瓦層の概略］
上述したように、本実施形態に係る炉端部１０は、珪石煉瓦層２０、粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０、赤煉瓦層５０からなる積層構造を有している。このような煉瓦層の配置により、燃焼室５Ａの高熱により炉端部１０の各煉瓦層の煉瓦を破損することなく、当該燃焼室５Ａからコンクリート擁壁１１にかけて炉端部１０の温度を段階的に低下させることができる。
【００４６】
しかし、もし仮に、中空部を有さない中実煉瓦（中実珪石煉瓦２１、中実粘土煉瓦３１、中実断熱煉瓦４１、中実赤煉瓦５１）のみを用いて上記各煉瓦層を築造した場合、中空煉瓦よりも中実煉瓦の熱伝導率が高いので、十分な断熱性能が得られないという問題が生じうる。特に、炉端部１０の炉団長方向Ｙの厚みｄ（珪石煉瓦層２０の外側表面からコンクリート擁壁１１の内表面１１ａまでの厚み。図３参照。）が小さく、炉端部１０がコンパクトな構造である場合などには、当該問題が顕著になる。炉端部１０の断熱性能が不十分であると、燃焼室５Ａの高熱がコンクリート擁壁１１に伝わり、コンクリート擁壁１１の内表面１１ａの温度がコンクリート材質の安全温度（例えば１００℃）より高くなる場合が多くなる。この結果、コンクリート擁壁１１の内表面１１ａが劣化して、コンクリート擁壁１１が所望の強度を保持できなくなり、コークス炉１が構造的に不安定になる可能性がある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、炉端部１０に中空煉瓦からなる中空煉瓦層を追加設置することで、当該中空煉瓦の中空部内の空気層による断熱効果を発揮させ、炉端部１０の断熱性能を大幅に向上させている。具体的には、図３に示すように、複数の中空粘土煉瓦３２を積み上げた中空粘土煉瓦層３０Ｃを粘土煉瓦層３０に設置するとともに、複数の中空赤煉瓦５２を積み上げた中空赤煉瓦層５０Ｂを赤煉瓦層５０に設置する。
【００４８】
炉端部１０の構造体は、中空部を有さない中実煉瓦で築造されることが一般的である。これに対し、断熱効果を高める観点から、炉端部１０の構造体として、中空部が形成された特異な構造の中空煉瓦を用いる場合は、当該中空煉瓦が材質的に高い強度を有する必要がある。ところが、断熱煉瓦は材質的に強度が低いため、もし断熱煉瓦層４０に中空断熱煉瓦を用いた場合には、炉体の乾燥末期から稼働時における断熱煉瓦の熱膨張による「せり」によって、中空断熱煉瓦の破損が発生する可能性が高い。そこで、本実施形態では、断熱煉瓦層４０よりも強度の高い粘土煉瓦層３０と赤煉瓦層５０に中空煉瓦（即ち、中空粘土煉瓦３２と中空赤煉瓦５２）を設置し、断熱煉瓦層４０には中空煉瓦を設置しないこととした。
【００４９】
このように、本実施形態に係る炉端部１０では、温度の高い炉内側（燃焼室５Ａ側）に中空粘土煉瓦層３０Ｃが設置されるとともに、温度の低い炉外側（コンクリート擁壁１１側）に中空赤煉瓦層５０Ｂが設置される。中空粘土煉瓦３２には、中空部として、例えば短手方向に貫通孔が形成されており、中空粘土煉瓦層３０Ｃは、当該貫通孔が上下方向Ｚに連通するように複数の中空粘土煉瓦３２を積み上げて築造される。また、中空赤煉瓦５２には、中空部として、例えば長手方向に貫通孔が形成されており、中空赤煉瓦層５０Ｂは、当該貫通孔が水平方向（炉長方向Ｘ）を向くように複数の中空赤煉瓦５２を積み上げて築造される。
【００５０】
［３．２．中空煉瓦の構成］
ここで、図４、図５を参照して、本実施形態に係る中空煉瓦について詳述する。図４は、本実施形態に係る中空粘土煉瓦３２を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）、縦断面図（ｃ）、変更例の平面図（ｄ）である。図５は、本実施形態に係る中空赤煉瓦５２を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。
【００５１】
図４に示すように、中空粘土煉瓦３２は、煉瓦本体３２１の内部に中空部（貫通孔３２２）を有するコンクリートブロック状の粘土煉瓦であり、その材質は中実粘土煉瓦３１と同様の粘土煉瓦質である。中空粘土煉瓦３２の中空部は、煉瓦本体３２１の中央部を上下方向に貫通する貫通孔３２２からなる。この貫通孔３２２の貫通方向は、煉瓦本体３２１の短手方向であって、中空粘土煉瓦３２を積み上げるときの上下方向Ｚと一致する。
【００５２】
このように中空部を貫通孔３２２で構成することにより、中空粘土煉瓦３２の内部に空気層を形成し、個々の中空粘土煉瓦３２が空気層による断熱効果を得ることができる。さらに、中空粘土煉瓦３２を積み上げたときに、上下に隣接する中空粘土煉瓦３２の貫通孔３２２を連通させて、中空粘土煉瓦層３０Ｃ中に上下方向Ｚの縦連通孔６０を形成し、縦連通孔６０内に空気を流通させることが可能となる。
【００５３】
また、中空粘土煉瓦３２の長手方向（炉長方向Ｘ）の両端には、凸部３２３と凹部３２４が形成されており、凹部３２４と凸部３２３は相互に嵌合可能な形状を有する。これにより、中空粘土煉瓦層３０Ｃにおいて複数の中空粘土煉瓦３２を炉長方向Ｘに配列したときに、炉長方向Ｘに相隣接する中空粘土煉瓦３２の凸部３２３と凹部３２４とが嵌合するので、中空粘土煉瓦３２の横ずれを防止できる。さらに、中空粘土煉瓦３２の上面には、煉瓦本体３２１の長手方向（炉長方向Ｘ）に沿って、例えば半円形断面の溝３２５が形成されている。この溝３２５により、中空粘土煉瓦層３０Ｃにおいて複数の中空粘土煉瓦３２を上下方向Ｚに積み上げたときに、上下方向Ｚに相隣接する中空粘土煉瓦３２を相互に嵌合させて、中空粘土煉瓦３２のずれを防止できる。
【００５４】
また、上記の中空粘土煉瓦３２は、例えばプレス成型により製造され、個々の中空粘土煉瓦３２には１又は２つ以上の貫通孔３２２が形成される。本実施形態では、１個の中空粘土煉瓦３２に１つの貫通孔３２２のみが形成された例について説明するが（図３（ａ）参照。）、１個の中空粘土煉瓦３２に２つ以上の貫通孔３２２が形成されてもよい（図３（ｄ）参照。）。
【００５５】
大きな貫通孔３２２を形成したり、多数の貫通孔３２２を形成したりする場合には、中空粘土煉瓦３２の断面積Ａに占める中空部（貫通孔３２２）の断面積Ａ２が増加し、煉瓦本体３２１の断面積Ａ１が減少してしまう（Ａ＝Ａ１＋Ａ２）。なお、ここでいう断面積は、中空粘土煉瓦３２の貫通孔３２２の貫通方向に対して垂直な平面（図３の例では、ＸＹ平面）での断面積を意味する。
【００５６】
中空粘土煉瓦３２の強度を確保するためには、煉瓦本体３２１のうち貫通孔３２２の周囲の部分（外周部やリブ部）の肉厚を少なくとも１０ｍｍ以上にし、煉瓦全体の断面積Ａに占める煉瓦本体３２１の断面積Ａ１の割合を最低でも１０分の１超とすることが好ましい（Ａ１＞０．１×Ａ）。換言すると、断面積Ａに占める貫通孔３２２の断面積Ａ２の割合を多くとも１０分の９以下とすることが好ましい（Ａ２≦０．９×Ａ）。これによって、中空粘土煉瓦３２のハンドリング時の欠損の発生頻度を増加させないようにすることができる。
【００５７】
また、貫通孔３２２の設置数には制限はないが、貫通孔３２２の合計断面積Ａ２が同一であれば、貫通孔３２２の設置数が少ない方が好ましい。この理由は、多数の貫通孔３２２を設けた場合には、貫通孔３２２の合計断面積Ａ２が同一であっても、貫通孔３２２内を冷却空気が通る時の圧損が大きくなるからである。もちろん、上下の中空粘土煉瓦３２で貫通孔３２２を連通させずに、個々の中空粘土煉瓦３２の貫通孔３２２内の空気層による断熱効果のみを期待する場合には問題ない。しかし、上下の中空粘土煉瓦３２の貫通孔３２２、３２２を連通させて空気を流通させる場合には、複数の貫通孔３２２を設けたことに起因する圧力損失が大きいと、積極的な空冷効果はあまり期待できない。
【００５８】
また、中空粘土煉瓦３２の中空部として、スリット集合体のような孔を形成する場合も考えられる。この場合、上下煉瓦のスリット同士の位置合わせが煩雑になるため、中空粘土煉瓦層３０Ｃの築炉時間が長くなるという作業上のデメリットがある。
【００５９】
また、貫通孔３２２の設置数が１つであっても、その貫通孔３２２の断面積Ａ２を大きくすることも考えられる。しかし、貫通孔３２２の断面積Ａ２が大きすぎると、煉瓦単体の強度が低下するため、煉瓦全体の断面積Ａに占める貫通孔３２２の断面積Ａ２の割合は、９０％以下とすることが好ましい（Ａ２≦０．９×Ａ）。一方、貫通孔３２２の合計断面積Ａ２が、Ａの５％未満である場合には、中空粘土煉瓦３２内の貫通孔３２２の内部空間が小さすぎるので、空気層による断熱効果は期待できない。以上のことから、中空粘土煉瓦３２の中空部（貫通孔３２２）の断面積Ａ２は、中空粘土煉瓦３２の断面積Ａの５％以上、９０％以下に設定することが好ましい（０．０５×Ａ≦Ａ２≦０．９×Ａ）。さらに、断熱効果と強度のバランスからは、Ａ２は、Ａの１０％以上、７０％以下であることがより好ましい（０．１×Ａ≦Ａ２≦０．７×Ａ）。
【００６０】
また、図５に示すように、中空赤煉瓦５２は、内部に中空部を有する角パイプ状の赤煉瓦であり、その材質は中実赤煉瓦５１と同様の赤煉瓦質である。中空赤煉瓦５２の煉瓦本体５２１は、細長い直方体形状を有し、この煉瓦本体５２１の中央部に、矩形断面の貫通孔５２２が形成されている。貫通孔５２２は、中空赤煉瓦５２の中空部の一例であり、煉瓦本体５２１を長手方向に貫通して形成される。かかる貫通孔５２２内の空気層により、中空赤煉瓦５２の断熱効果が高められる。
【００６１】
赤煉瓦は、通常、押し出し成型で製造されるため、大型の赤煉瓦を製造するためには、細長い矩形状の赤煉瓦の方が製造しやすい。本実施形態では、赤煉瓦層５０の築造を効率化する観点から、長手方向の長さ３００ｍｍ程度、質量６ｋｇ程度の大きめの中実赤煉瓦５１、中空赤煉瓦５２を使用して、赤煉瓦層５０を築造した。前述したコンクリートブロック形状の中空粘土煉瓦３２はプレス成型で製造されるが、中空赤煉瓦５２は押し出し成型で製造されるので、中空粘土煉瓦３２と同様なコンクリートブロック形状の中空赤煉瓦５２を安価に製造することが困難である。
【００６２】
そこで、本実施形態では、中空赤煉瓦５２として、押し出し成型しやすい角パイプ状の赤煉瓦を用いることとした。そして、中空赤煉瓦層５０Ｂの築造を簡易化する観点から、複数の角パイプ状の中空赤煉瓦５２を、その貫通孔５２２の貫通方向が水平方向（炉長方向Ｘ）に向くような方向で積み上げて、中空赤煉瓦層５０Ｂを築造した。つまり、細長い中空赤煉瓦５２を積み上げるときは、中空赤煉瓦５２の長手方向を縦方向にして積むよりも、水平方向にして積んだ方が築造しやすい。
【００６３】
この際、炉長方向Ｘに配列された複数の角パイプ状の中空赤煉瓦５２の貫通孔５２２を相互に連通させて、炉長方向Ｘに延びる連通孔を形成してもよい。これにより、当該炉長方向Ｘの連通孔内に空気を流通させて、中空赤煉瓦層５０Ｂに空冷機能を持たせることが可能となる。しかし、このように複数の中空赤煉瓦５２の貫通孔５２２を相互に連通させるためには、中空赤煉瓦５２間の目地部のモルタル施工に手間と時間がかかるので、中空赤煉瓦層５０Ｂの築造工期が長くなるという短所もある。
【００６４】
そこで、本実施形態に係る中空赤煉瓦層５０Ｂでは、複数の中空赤煉瓦５２の貫通孔５２２を相互に連通させるような施工は行わずに、中空赤煉瓦５２の施工の容易さとコスト削減を優先させた。かかる構造であっても、個々の中空赤煉瓦５２内の空気層による断熱効果は期待できる。従って、中空赤煉瓦層５０Ｂを赤煉瓦層５０に設けることで、赤煉瓦層５０の断熱性能を向上できる。
【００６５】
また、上記中空赤煉瓦５２の貫通孔５２２を大きくすると、中空赤煉瓦５２の断面積Ｂに占める中空部（貫通孔５２２）の断面積Ｂ２が増加し、煉瓦本体５２１の断面積Ｂ１が減少してしまう（Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２）。なお、ここでいう断面積は、中空赤煉瓦５２の貫通孔５２２の貫通方向に対して垂直な平面（図３の例では、ＹＺ平面）での断面積を意味する。
【００６６】
かかる中空赤煉瓦５２の中空部（貫通孔５２２）の断面積Ｂ２は、中空赤煉瓦５２の断面積Ｂの１０％以上、７０％以下であることが好ましい。中空部の断面積Ｂ２が断面積Ｂの１０％未満であると、中空赤煉瓦５２内の貫通孔５２２の内部空間が小さすぎるので、空気層による断熱効果は期待できない。一方、中空部の断面積Ｂ２が断面積Ｂの７０％超であると、角パイプ状の煉瓦本体５２１の肉厚が薄くなりすぎ、中空赤煉瓦５２の所望の強度が得られなくなる。
【００６７】
以上、本実施形態に係る中空粘土煉瓦３２と中空赤煉瓦５２の構成例を説明した。上述したように、本実施形態に係る中空煉瓦層（中空粘土煉瓦層３０Ｃ、中空赤煉瓦層５０Ｂ）は、複数の中空煉瓦（中空粘土煉瓦３２、中空赤煉瓦５２）を上下方向Ｚ及び炉長方向Ｘに積み上げて築造される。従来の炉端部構造では、中空部（貫通孔）が形成されるように直方体形状の中実の定型煉瓦の積み上げ方を工夫して築造することで、煉瓦構造体に中空部（貫通孔）を構築することもあった。しかし、この従来方法では、貫通孔の設置数が多くなると、煉瓦築造作業が非常に難しく、時間もかかり非効率的であった。
【００６８】
これに対し、本実施形態では、貫通孔３２２、５２２を有する中空粘土煉瓦３２や中空赤煉瓦５２を使用して、中空粘土煉瓦層３０Ｃや中空赤煉瓦層５０Ｂを築造する。これにより、これら中空煉瓦層内の空気層の断熱効果により、炉端部１０を効率的に冷却できると共に、当該中空煉瓦層の煉瓦築造作業を容易かつ効率的に行うことができ、築造期間やコストを削減できる。
【００６９】
また、中空粘土煉瓦層３０Ｃの施工では、上下方向Ｚに隣接する中空粘土煉瓦３２、３２の貫通孔３２２、３２２が相互に連通するように複数の中空粘土煉瓦３２を積み上げることで、中空粘土煉瓦層３０Ｃを築造する。これにより、図３に示すように、中空粘土煉瓦層３０Ｃの内部を上下方向Ｚに貫通する縦連通孔６０が形成される。この縦連通孔６０内に強制的若しくは自然に空気を流通させることで、中空粘土煉瓦層３０Ｃを空冷することができるので、中空粘土煉瓦層３０Ｃによる断熱効果を更に向上させることが可能となる。
【００７０】
［３．３．中空煉瓦層の配置］
次に、上記粘土煉瓦層３０における中空粘土煉瓦層３０Ｃの配置について説明する。図３に示すように、粘土煉瓦層３０は、３層の中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄと、１層の中空粘土煉瓦層３０Ｃとからなる。このうち、中空粘土煉瓦層３０Ｃは、中実粘土煉瓦層３０Ｂ、３０Ｄの間に挟まれるように配置されており、中空粘土煉瓦層３０Ｃの炉団長方向Ｙの内側（燃焼室５Ａ側、つまり炉内側）には、２層の中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂが存在する。このように、中空粘土煉瓦層３０Ｃの炉内側には、少なくとも１層の中実粘土煉瓦層が配置される。この理由は以下の通りである。
【００７１】
中空粘土煉瓦層３０Ｃを粘土煉瓦層３０のうちの最も炉内側に配置し、珪石煉瓦層２０に隣接させた場合、燃焼室５Ａの壁体を構成する珪石煉瓦２１がコークス炉１の稼働中にスポール（割れ）したとき、燃焼室５Ａ内の燃焼ガスが容易に中空粘土煉瓦３２を通って炉外に漏洩してしまい、ＣＯガス中毒による災害が発生するおそれがある。従って、粘土煉瓦層３０の炉内側に、中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂを設置しておき、万が一、珪石煉瓦層２０が破損したとしても、燃焼室５Ａの燃焼ガスが中空粘土煉瓦層３０Ｃを通じて漏洩しないようにしておくことが好ましい。そこで、本実施形態では、珪石煉瓦層２０の炉団長方向Ｙの外側には、少なくとも１層（図３の例では２層）の中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂを配置し、その外側に中空粘土煉瓦層３０Ｃを配置している。この中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂにより、珪石煉瓦層２０の破損時においても、中空粘土煉瓦層３０Ｃを通じた燃焼ガスの漏洩を確実に防止できる。
【００７２】
また、本実施形態では、中空粘土煉瓦層３０Ｃは粘土煉瓦層３０の炉団長方向Ｙの中央に埋め込まれるようにして配置されており、当該中空粘土煉瓦層３０Ｃの両側には中実粘土煉瓦層３０Ｂ、３０Ｄが配置されている。しかし、かかる例に限定されず、粘土煉瓦層３０において、中実粘土煉瓦層３０Ｄを設けずに、中空粘土煉瓦層３０Ｃを粘土煉瓦層３０の最も外側に配置し、中空粘土煉瓦層３０Ｃを断熱煉瓦層４０に隣接して配置してもよい。或いは、粘土煉瓦層３０において、炉内側に中実粘土煉瓦層３０Ａを一層のみ、炉外側に中空粘土煉瓦層３０Ｃを一層のみ配置してもよい。これらによっても、中空粘土煉瓦層３０Ｃによる断熱効果と、中実粘土煉瓦層３０Ａによるガス漏洩防止機能を発揮できる。ただし、中空粘土煉瓦層３０Ｃの炉内側に複数層の中実粘土煉瓦層３０Ａ、３０Ｂを設置する場合や、中空粘土煉瓦層３０Ｃの炉外側に中実粘土煉瓦層３０Ｄを設置する場合の方が、粘土煉瓦層３０の構造を強化できるとともに、燃焼ガスの漏洩をより確実に防止可能となる。
【００７３】
また、本実施形態では、粘土煉瓦層３０内に中空粘土煉瓦層３０Ｃが１層だけ設けられているが、粘土煉瓦層３０内に２層以上の中空粘土煉瓦層を設けてもよい。これにより、当該２層以上の中空粘土煉瓦層内の空気層が増加するため、粘土煉瓦層３０による断熱性能を向上できる。
【００７４】
また、本実施形態に係る中空粘土煉瓦層３０Ｃは、中空粘土煉瓦３２のみを用いて築造されているが、かかる例に限定されない。例えば、中空粘土煉瓦３２と中実粘土煉瓦３１を組み合わせて使用して、中空粘土煉瓦層３０Ｃを築造してもよい。この場合には、中空粘土煉瓦層３０Ｃ内に上記縦連通孔６０を形成することはできないが、中空粘土煉瓦３２の空気層による断熱効果を発揮することは可能である。
【００７５】
また、この中空粘土煉瓦層３０Ｃの場合、断熱煉瓦層４０の表面温度が断熱煉瓦４１の耐熱温度以下（例えば９００℃以下）となるように、且つ、コンパクト構造とすべく炉端部１０の炉団長方向Ｙの厚みｄが２．５ｍ未満、好ましくは２ｍ以下になるように、中空粘土煉瓦３２と中実粘土煉瓦３１を組み合わせて使用することが好ましい。
【００７６】
次に、上記赤煉瓦層５０における中空赤煉瓦層５０Ｂの配置について説明する。図３に示すように、赤煉瓦層５０は、１層の中実赤煉瓦層５０Ａと１層の中空赤煉瓦層５０Ｂを含み、中空赤煉瓦層５０Ｂは、中実赤煉瓦層５０Ａの炉内側に配置され、断熱煉瓦層４０に隣接している。このように本実施形態では、中空赤煉瓦層５０Ｂを赤煉瓦層５０内の最も炉内側に設置している。しかし、かかる例に限定されず、中空赤煉瓦層５０Ｂを赤煉瓦層５０の中央部に埋め込んでもよいし、中空赤煉瓦層５０Ｂを赤煉瓦層５０の炉外側にコンクリート擁壁１１に隣接して配置してもよく、これらの場合も同様の断熱効果を得ることができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、炉端部１０の断熱性能を高めるために、粘土煉瓦層３０に中空粘土煉瓦層３０Ｃを設置するとともに、赤煉瓦層５０に中空赤煉瓦層５０Ｂを設置している。しかし、必ずしも赤煉瓦層５０に中空赤煉瓦層５０Ｂを設置しなくてもよく、粘土煉瓦層３０に中空粘土煉瓦層３０Ｃを設置しさえすればよい。この場合であっても、中空粘土煉瓦層３０Ｃのみの断熱性能により、コンクリート擁壁１１を保護するために必要な断熱性能を得ることは可能である。
【００７８】
［３．４．断熱煉瓦層の連通孔］
次に、図６を参照して、本実施形態に係る粘土煉瓦層３０に形成される連通孔について詳述する。図６は、本実施形態に係る粘土煉瓦層３０の縦断面図（ａ）と、水平断面図（ｂ）である。なお、図６（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面である。
【００７９】
図６及び図３に示すように、粘土煉瓦層３０の中空粘土煉瓦層３０Ｃは、複数の中空粘土煉瓦３２を上下方向Ｚ及び炉長方向Ｘに積み上げて築造される。この際、上下方向Ｚに隣接する中空粘土煉瓦３２、３２の貫通孔３２２、３２２が相互に連通するように、複数の中空粘土煉瓦３２が積み上げられる。そして、これら複数の中空粘土煉瓦３２の貫通孔３２２が上下方向Ｚに連通することによって、中空粘土煉瓦層３０Ｃに複数本の縦連通孔６０が形成される。
【００８０】
図６に示すように、中空粘土煉瓦層３０ＣのＸＺ平面では、複数本の縦連通孔６０が、炉長方向Ｘに所定間隔で設置される。各縦連通孔６０は、中空粘土煉瓦層３０Ｃの上端から下端まで上下方向Ｚに連通している。本実施形態に係る縦連通孔６０は、上下方向Ｚ（鉛直方向）に延びているが、各中空粘土煉瓦３２に形成される貫通孔３２２の貫通方向や位置を調整することで、縦連通孔６０が斜め方向に延びるようにしてもよい。
【００８１】
また、中空粘土煉瓦層３０Ｃの上端部及び下端部には、粘土煉瓦層３０を炉長方向Ｘ（水平方向）に貫通する横連通孔６１、６２が形成されている。この横連通孔は、上記複数本の縦連通孔６０の上端部を連通する上部側横連通孔６１と、当該縦連通孔６０の下端部を連通する下部側横連通孔６２とを含む。そして、上部側横連通孔６１及び下部側横連通孔６２の炉長方向Ｘの両端は、開口となっており、コークス炉１の炉外の外気に対して開放されている。なお、上記の横連通孔６１、６２以外にも、当該縦連通孔６０の上下方向Ｚの中央部などを連通する横連通孔（図示せず。）を設けてもよい。
【００８２】
さらに、中空粘土煉瓦層３０Ｃの上方の炉頂部６には、複数本の炉頂部連通孔６３が貫通形成されている。この炉頂部連通孔６３は、上部側横連通孔６１と炉頂とを上下方向Ｚに連通する。
【００８３】
以上のように、本実施形態に係る中空粘土煉瓦層３０Ｃ及びその周辺には、複数本の連通孔６０、６１、６２、６３が縦横に形成されており、かかる連通孔内を空気が流通することにより、中空粘土煉瓦層３０Ｃを空冷することができる。例えば、炉外の常温の空気が下部側横連通孔６２の両端の開口から下部側横連通孔６２内に流入し、各々の縦連通孔６０内を煙突効果により上方に向けて流動する。そして、当該空気は、縦連通孔６０から上部側横連通孔６１内に流入し、当該上部側横連通孔６１の両端の開口から炉外に流出する。さらに、当該空気を、上部側横連通孔６１から炉頂部連通孔６３を通じて炉外に流出させる場合もある。このようにして連通孔６０、６１、６２内を空気が流通する際に、温度の高い中空粘土煉瓦層３０Ｃの中空粘土煉瓦３２と熱交換することで、中空粘土煉瓦層３０Ｃが空冷される。
【００８４】
以上のように、本実施形態に係る粘土煉瓦層３０では、中空粘土煉瓦層３０Ｃの最下部の下部側横連通孔６２から空気を吸い込み、縦連通孔６０内を上昇させ、熱せられた空気を最上部の上部側横連通孔６１等から排出させる。かかる構成により、上記連通孔６０、６１、６２内の空気層による断熱効果に加え、連通孔６０、６１、６２内の空気流通により粘土煉瓦層３０を効果的に冷却する効果を併せ持つことができる。従って、粘土煉瓦層３０は、より効果的に炉端部１０の温度を低下させることができ、コンクリート擁壁１１の温度の上昇を抑制できる。
【００８５】
さらに、コークス炉１の立ち上げ当初の炉体昇温時などに、上記の連通孔６０、６１、６２内に、バーナー等の加熱手段及び送風手段により発生させた熱風を強制的に流通させてもよい。これにより、縦連通孔６０内を流通する高温の空気によって粘土煉瓦層３０を加熱して、昇温しにくい炉端部１０の煉瓦構造体を短時間で昇温させることができる。よって、炉端部１０に近い炭化室４で製造されるコークスの品質を向上させ、歩留まり向上にもつながる。
【００８６】
一方、上記のように連通孔６０、６１、６２内に外部の冷却空気を導入することで、炉端部１０を強制的に冷却することも可能である。この際、上部側横連通孔６１や下部側横連通孔６２の両端の開口の開口面積を調整するなどして、冷却空気の導入量を制御することで、炉端部１０の温度及び当該炉端部１０に近い炭化室４の温度を、正確に制御することが可能となる。
【００８７】
［４．まとめ］
以上、本実施形態に係るコークス炉１の炉端部断熱構造について詳細に説明した。本実施形態によれば、炉端部１０の粘土煉瓦層３０に、中空粘土煉瓦３２からなる中空粘土煉瓦層３０Ｃを設置することで、当該中空粘土煉瓦層３０Ｃ内の空気層による断熱効果（即ち、粘土煉瓦層３０の熱伝導率の上昇）により、炉端部１０の温度を効果的に低下させることができる。さらに、炉端部１０の赤煉瓦層５０にも、中空赤煉瓦５２からなる中空赤煉瓦層５０Ｂを設置することで、当該中空赤煉瓦層５０Ｂ内の空気層による断熱効果（即ち、赤煉瓦層５０の熱伝導率の上昇）により、炉端部１０の温度をさらに低下させることができる。加えて、中空粘土煉瓦層３０Ｃの連通孔６０、６１、６２内に冷却空気を流通させることで、粘土煉瓦層３０を効果的に空冷できるので、当該空冷効果によりさらに炉端部１０の温度を低下させることができる。
【００８８】
従って、炉端部１０からコンクリート擁壁１１に伝わる熱量を低減させて、コンクリート擁壁１１の温度上昇を十分に抑制できるので、定常的にコンクリート擁壁１１の温度を、コンクリートの安全温度（例えば１００℃）以下に保持できる。よって、長期間に渡ってコンクリート擁壁１１の劣化を防止し、その必要強度を確保できるので、コークス炉１の炉端部構造を安定化し、コークス炉１の寿命を延ばすことができる。
【００８９】
さらに、従来の無機繊維質等のような柔らかい断熱材を使用して断熱層を形成するのではなく、強度の高い中空煉瓦を使用して空気断熱層を構築して、炉端部１０の断熱性能を向上できる。従って、炉端部１０の構造体の強度を低下させることがないので、炉端部１０の構造的な安定性も確保できる。
【００９０】
また、炉端部１０の炉団長方向Ｙの厚みｄを増加せずとも、コンパクトな構造で高い断熱効果が得られる。従って、コークス炉１を大型化する必要が無く、炉端部１０の築造の手間やコストも抑制でき、築炉の施工効率を向上できる。また、既存のコークス炉の炉端部１０の一部を改修すれば、上記断熱構造を構築できる。従って、既存のコンクリート擁壁１１を破壊しなくてもよく、改修コストを低減でき、コンクリート廃棄物の処理などといった問題も生じない。
【００９１】
コンパクトな構造としては、炉端部１０の炉団長方向Ｙの厚みｄ（珪石煉瓦層２０の外側表面からコンクリート擁壁１１の内表面１１ａまでの厚み）を、２．５ｍ未満とすることが好ましい。従来の中実煉瓦のみで築造されていたコークス炉の場合は、当該厚みを２．５〜３ｍ以上確保しないと、通常はコンクリート擁壁１１の表面温度を１００℃以下にはできなかったことから、これよりも厚みを薄くすることで、コンパクトな構造と考えることができる。また、コークス炉のコンパクト化の効果をより享受するためには、当該厚みｄを２ｍ以下とするとより好ましい。
【００９２】
また、複数の中空粘土煉瓦３２を積み上げることで、炉端部１０の煉瓦構造体の内部に通気孔となる連通孔６０、６１、６２を簡単に構築できるので、築炉作業の作業性が大幅に向上する。また、炉端部１０を構成する個々の煉瓦の重さを例えば５〜１０ｋｇ程度とすることで、作業員が単独で煉瓦を持ち上げて積み上げることが可能であり、作業性が向上する。
【００９３】
また、巨大な発熱体であるコークス炉１からの放散熱量を低減させることが環境的に重要であるが、本実施形態に係る炉端部断熱構造を利用することで、コークス炉１からの放散熱量を低減でき、省エネルギーに寄与する。
【００９４】
さらに、上記炉端部１０の粘土煉瓦層３０内の中空部を連通させて連通孔６０、６１、６２等を形成し、冷却空気の流通路として利用することで、炉端部１０の温度及びコンクリート擁壁１１の温度を制御できる。また、横連通孔６１、６２の両端部の開口の開口量を調整して、連通孔６０、６１、６２内の空気流通量を制御するか、当該連通孔６０、６１、６２内に送り込む空気の温度を制御することで、炉端部１０の温度及びコンクリート擁壁１１の温度を自由に制御可能となる。
【実施例】
【００９５】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明の効果を実証するために行った試験を示したものに過ぎず、本発明が以下の実施例の試験条件に限定されるものではない。
【００９６】
コークス炉１の炉端部断熱構造の断熱性能と施工性を評価するための試験を行った。本試験では、図７及び図８に示すように、２ｍ角（粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０、及び赤煉瓦層５０の厚み（図３の厚みｄに相当）が１．６５ｍ）の炉端部の模型を製作した。比較例では、図７に示すように、珪石煉瓦層２０、粘土煉瓦層３０、断熱煉瓦層４０、赤煉瓦層５０を、それぞれの材質の中実煉瓦のみを用いて築造した。一方、本発明の実施例では、粘土煉瓦層３０に中空粘土煉瓦３２からなる中空粘土煉瓦層３０Ｃを設けるとともに、赤煉瓦層５０に中空赤煉瓦５２からなる中空赤煉瓦層５０Ｂを設けた。各煉瓦層を構成する煉瓦の特性は以下の表２から表５に示す通りである。
【００９７】
【表２】
2014210881.tif 000004
【００９８】
【表３】
2014210881.tif 000005
【００９９】
【表４】
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【０１００】
【表５】
2014210881.tif 000007
【０１０１】
また、本試験では、上記炉端部１０の模型の一側の面（珪石煉瓦層側）をガスバーナーで１３００℃まで加熱して模型を昇温させて、当該模型の他側（コンクリート擁壁１１側）の面の温度Ｔを測定した。ただし、模型試験であるので、実施例の中空粘土煉瓦層３０Ｃには、上下の横連通孔６１、６２（図６参照。）を設けずに、縦連通孔６０のみを設け、当該縦連通孔６０の上下端を開放して強制冷却し、その冷却効果を確認した。
【０１０２】
本試験条件と評価結果を表６に示す。
【０１０３】
【表６】
2014210881.tif 000008
【０１０４】
なお、表６において、中空部の断面積割合とは、中空煉瓦の中空部の断面積（上記断面積Ａ２又はＢ２）を、中空煉瓦の全体の断面積（上記断面積Ａ又はＢ）で除算した値の百分率である。また、中空部の連通とは、複数の中空粘土煉瓦３２の貫通孔３２２や、複数の中空赤煉瓦５２の貫通孔５２２を相互に連通させた否かを意味する。
【０１０５】
また、本試験では、炉端部１０の模型を築造するときの施工性も評価した。「◎」は、特に築炉現場で煉瓦加工することもなく、効率的かつ築炉品質上も良好な築造ができた場合で、施工性が最も高いことを表す。また、「〇」は、寸法合わせ等の付加作業は生じたものの、現地での煉瓦加工がなく、築炉品質的にみても実使用上問題ないレベルであり、施工性が高いことを表す。また、「×」は、築炉作業において寸法合わせのための煉瓦加工が生じ、効率上、築炉品質上も良くなく、施工性が必ずしも高くないことを表す。上記模型試験の結果を以下に述べる。
【０１０６】
比較例１は、中空煉瓦層を設けない炉端部構造の例である（図７参照。）。この比較例１では、コンクリート擁壁１１の内表面１１ａの温度Ｔ（以下、「コンクリート温度Ｔ」という。）は、３００℃を超えており、断熱性が不十分であることが分かる。また、比較例１においては、断熱煉瓦層４０の表面（粘土煉瓦層３０側）の温度が、１０００℃超となり、実機で長期適用すると、断熱煉瓦が劣化すると考えられ好ましくない。
【０１０７】
比較例２は、矩形並型（２３０×１３０×６５ｍｍ）の中実粘土煉瓦３１を現地で加工し、中央にダクトが形成されるように複数の当該煉瓦を組み合わせて築造して、粘土煉瓦層３０内に中空部としてのダクトを形成した例である。この比較例２では、現地での煉瓦の加工が多くなるため、炉端部１０の施工性は非常に悪い。従って、断熱性が得られるものの、総合評価は「×」とした。
【０１０８】
比較例３、４は、角パイプ状の中空赤煉瓦５２からなる中空赤煉瓦層５０Ｂを設けたが、中空粘土煉瓦層３０Ｃを設けていない例である。これら比較例３、４では、比較例１と比べてコンクリート温度Ｔが低下しているものの、安全温度である１００℃以下には低下していない。従って、この比較例４、５によれば、中空赤煉瓦層５０Ｂのみならず、中空粘土煉瓦層３０Ｃをも設ける必要性があることが実証されたといえる。
【０１０９】
これに対し、実施例１〜７では、中空粘土煉瓦３２を用いて中空粘土煉瓦層３０Ｃを設置しているため、断熱性能に優れ、コンクリート温度Ｔを安全温度である１００℃以下に抑制できていることが分かる。実施例１〜３を比較すると、中空部の断面積割合が大きくなるほど、コンクリート温度Ｔを抑制できることが分かる。特に、実施例３は、１つの中空粘土煉瓦３２に実施例２と同様の断面積の中空部（貫通孔３２２）を２つ形成した場合であり、中空部の断面積割合が実施例２の２倍となっており、コンクリート温度Ｔを４０℃まで抑制できた。
【０１１０】
また、実施例１〜４では、中空粘土煉瓦層３０Ｃに加えて、中空赤煉瓦層５０Ｂも設置されているのに対し、実施例５〜７では、中空赤煉瓦層５０Ｂは設置されていない。中空部の断面積割合が同一である実施例２と実施例５の結果を比較すれば、実施例１〜４のように中空粘土煉瓦層３０Ｃ及び中空赤煉瓦層５０Ｂを設置することで、より効果的にコンクリート温度Ｔを抑制できることが分かる。
【０１１１】
また、実施例６と実施例７を比較すれば、実施例７のように複数の中空粘土煉瓦３２の中空部を連通させて縦連通孔６０を形成し、当該縦連通孔６０を通じて強制空冷することで、コンクリート温度Ｔを２０℃も抑制できることが分かる。さらに、実施例２と実施例４を比較すれば、実施例４のように複数の中空赤煉瓦５２の中空部（貫通孔５２２）を連通させて横連通孔を形成し、当該横連通孔を通じて強制空冷することで、コンクリート温度Ｔを１５℃も抑制できることが分かる。
【０１１２】
なお、実施例６では、複数の中空粘土煉瓦３２の中空部を連通させずに中空粘土煉瓦層３０Ｃを築造しているので、中空粘土煉瓦層３０Ｃの築造作業の手間とコストを削減でき、施工性に優れることが分かる。この実施例６のように中空粘土煉瓦３２の中空部を連通させない場合であっても、コンクリート温度Ｔを安全温度の１００℃以下に抑制することが可能である。
【０１１３】
また、実施例８は、中空部（貫通孔３２２）の断面積割合が５％と低い中空粘土煉瓦３２を用いて、中空粘土煉瓦層３０Ｃを築造し、中空赤煉瓦層５０Ｂは設置しない例である。この実施例８では、コンクリート温度Ｔは１５０℃まで低下した。温度Ｔは１００℃以下にはならなかったが、断熱煉瓦層４０の表面（粘土煉瓦層３０側）の温度が、８００℃以下となり、実機で長期適用しても断熱煉瓦が劣化しない温度域となった。なお、他の実施例１〜７も全て、断熱煉瓦層４０の表面（粘土煉瓦層３０側）の温度は８００℃以下となり、断熱煉瓦が劣化しない温度域となった。
【０１１４】
また、粘土煉瓦層３０と断熱煉瓦層４０と赤煉瓦層５０の炉団長方向Ｙの厚みの割合を固定したまま、これらの合計の厚み（図３の厚みｄに相当）を２ｍまで広げれば（本試験では１．６５ｍ）、実施例８の中空粘土煉瓦層３０Ｃを用いた場合であっても、コンクリート温度Ｔを１００℃以下にまで低下できると考えられ、十分にコンパクト構造を保ちながら、コンクリートが劣化しない温度域を保つことができることが分かった。
【０１１５】
以上の試験結果より、中空粘土煉瓦層３０Ｃを単独で適用しても、コンクリート温度Ｔを抑制する断熱効果を発揮するが、中空赤煉瓦層５０Ｂを単独で適用しても当該断熱効果が低いことが分かった。また、中空粘土煉瓦３２の中空部（貫通孔３２２）を大きくしても、必ずしも作業性が良くないことや、煉瓦製造面での問題も発生した。このため、コークス炉１の実炉の炉端部断熱構造として、表２に示す実施例２に基づいて、炉端部１０を築炉施工した。築炉に際しては、煉瓦間の接着のためにモルタル施工するが、中空粘土煉瓦３２の貫通孔３２２の部分をモルタルで塞がないように注意して、縦連通孔６０を形成した。さらに、粘土煉瓦層３０の上部と下部において、複数の縦連通孔６０を連通するように炉長方向Ｘに横連通孔６１、６２を貫通形成し、横連通孔６１、６２の両端部に炉外部と接続する開口を設けた（図６参照。）。
【０１１６】
また、珪石煉瓦層２０の破損時に燃焼室５Ａの燃焼ガスが中空粘土煉瓦層３０Ｃを通って炉外に漏洩することを防止するため、粘土煉瓦層３０において、珪石煉瓦層２０側に中実粘土煉瓦層３０Ａを１層のみ設置し、その炉外側に中空粘土煉瓦層３０Ｃを設置した。また、赤煉瓦層５０には、角パイプ状の中空赤煉瓦５２を用いて中空赤煉瓦層５０Ｂを炉内側に設置した。そして、炉端部１０の築炉施工後の乾燥期間中は、炉端部１０が昇温しにくいため、中空粘土煉瓦層３０Ｃの横連通孔６１、６２の両端の開口は、煉瓦で閉塞しておく。そして、炉体の昇温・乾燥完了後に、当該開口を半分だけ開放したり、全開したりすることで、縦連通孔６０、６１、６２内の空気流通量を変えることで、炉端部１０の温度調節を行った。
【０１１７】
上記のようにして築造されたコークス炉１の稼働開始後、半年でコンクリート擁壁１１の内表面１１ａの温度Ｔを測定したところ、約６０℃であった。このように、本実施例によれば、従来では３００℃以上であった温度Ｔを大幅に低減させて、コンクリート擁壁１１の劣化が生じない安全温度未満に抑制できるとともに、コークス炉１からの熱放散を抑制でき、コークス炉１の省エネルギー化にも貢献することが実証された。
【０１１８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１１９】
１  コークス炉
２  ソールフリュー
３  蓄熱室
４  炭化室
５  燃焼室
５Ａ  最外側の燃焼室
６  炉頂部
１０  炉端部
１１  コンクリート擁壁
１１ａ  内表面
２０  珪石煉瓦層
２１  中実珪石煉瓦
３０  粘土煉瓦層
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｄ  中実粘土煉瓦層
３０Ｃ  中空粘土煉瓦層
３１  中実粘土煉瓦
３２  中空粘土煉瓦
４０  断熱煉瓦層
４１  中実断熱煉瓦
５０  赤煉瓦層
５０Ａ  中実赤煉瓦層
５０Ｂ  中空赤煉瓦層
５１  中実赤煉瓦
５２  中空赤煉瓦
６０  縦連通孔
６１  上部側横連通孔
６２  下部側横連通孔
６３  炉頂部連通孔
３２１  煉瓦本体
３２２  貫通孔
３２３  凸部
３２４  凹部
３２５  溝
５２１  煉瓦本体
５２２  貫通孔
Ｘ  炉長方向
Ｙ  炉団長方向
Ｚ  上下方向
【図１】
2014210881.tif 000009
【図２】
2014210881.tif 000010
【図３】
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【図４】
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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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