(57)【要約】      （修正有）【課題】レトルト成形の手間を要することなくレトルト内温度を均一にすることが可能な雰囲気ガス発生装置の提供。【解決手段】触媒を収容したレトルト３を放射熱によって加熱する外熱室内に配置し、レトルトの一端３１へ原料ガスを供給してレトルトの他端３２から雰囲気ガスを得るようにした雰囲気ガス発生装置において、レトルトの一部に、受熱面積を増大させるフィン４２，５２を有する受熱体４，５を装着してこの部分Ｌ１，Ｌ２の熱放射率を上昇させた雰囲気ガス発生装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を収容したレトルトを放射熱によって加熱する外熱室内に配置し、レトルトの一端へ原料ガスを供給してレトルトの他端から雰囲気ガスを得るようにした雰囲気ガス発生装置において、前記レトルトの一端から他端の間で一部を他の部分と異なる熱放射率に設定したことを特徴とする雰囲気ガス発生装置。
【請求項２】
触媒を収容したＵ字形のレトルトを放射熱によって加熱する外熱室内に配置し、レトルトの一端へ原料ガスを供給してレトルトの他端から雰囲気ガスを得るようにした雰囲気ガス発生装置において、前記レトルトの一端から他端の間で一部を他の部分と異なる熱放射率に設定したことを特徴とする雰囲気ガス発生装置。
【請求項３】
前記レトルトの一部の外周に、受熱面積を増大させるフィンを有する受熱体を装着してこの部分の熱放射率を上昇させた請求項１又は２に記載の雰囲気ガス発生装置。
【請求項４】
前記レトルトの一部の外周及び／又は内周に断熱層を形成してこの部分の熱放射率を低下させた請求項１ないし３のいずれかに記載の雰囲気ガス発生装置。
【請求項５】
前記レトルトの入口側たる一端側の一部の外周に受熱面積を増大させるフィンを有する受熱体を装着してこの部分の熱放射率を上昇させた請求項３又は４に記載の雰囲気ガス発生装置。
【請求項６】
前記レトルトの出口側たる他端側の一部の外周及び／又は内周に断熱層を形成してこの部分の熱放射率を低下させた請求項４又は５に記載の雰囲気ガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は雰囲気熱処理工程で使用される雰囲気ガスを得るための雰囲気ガス発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス浸炭や光輝焼鈍等の雰囲気熱処理を行う場合、あるいは、一般の熱処理であっても処理対象の脱炭や過剰浸炭を防ぐ目的で雰囲気熱処理を行う場合には、天然ガスやプロパン、ブタン等を原料ガスとして雰囲気ガス発生装置へ供給し、触媒の存在下で上記原料ガスを分解（変成）してＣＯやＨ2等の所望の雰囲気ガスを得ている。この場合、触媒の能力を最大限に発揮させるためにはこれを所定の温度範囲に維持する必要がある。そこで、例えば特許文献１では触媒反応容器（レトルト）をテーパ状に成形して、そのガス流路断面積を、原料ガスを流入させる入口側から雰囲気ガスを出力する出口側へ向けて次第に大きくすることによってレトルト内温度を触媒に最適な温度に均一化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１４６９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の雰囲気ガス発生装置では、レトルト内温度を均一にするのにレトルトの内径を変更する必要があるためその形状が単純なものにならず、例えばレトルトとして設置長が短くできるＵ字形のチューブを使用する場合にはこれをテーパ状に成形することは製造上の手間と費用が過大になるという問題があった。また、常温のガスがレトルト内に導入され、しかもレトルト内で起こっている原料ガスの分解反応は吸熱反応のため、分解の活発な部位はどうしても触媒の温度が低下するという問題もあった。そして、触媒が能力を発揮するには、必要となる下限の温度があり、その温度以上でないとコストは高くなる。しかし、むやみに温度を高くすると、触媒の寿命もレトルトの寿命も短くなり、燃費も悪化する。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、レトルト成形の手間を要することなくレトルト内温度を均一にすることが可能な雰囲気ガス発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本第１発明では、触媒（３３）を収容したレトルト（３）を放射熱によって加熱する外熱室（２）内に配置し、レトルト（３）の一端（３１）へ原料ガスを供給してレトルト（３）の他端（３２）から雰囲気ガスを得るようにした雰囲気ガス発生装置において、前記レトルト（３）の一端から他端の間で一部を他の部分と異なる熱放射率に設定したことを特徴とする。この場合のレトルト（３）はＵ字形とすることができる。
【０００７】
本第１発明においては、レトルトの少なくとも一部の熱放射率を他の部分と異ならせることで当該一部における受熱量を調整し、これによってレトルト内温度を均一化することができる。したがって、レトルト成形の手間を必要としない。
【０００８】
本第２発明では、前記レトルト（３）の一部の外周に、受熱面積を増大させるフィン（４２，５２）を有する受熱体（４，５）を装着してこの部分の熱放射率を上昇させる。この場合の「レトルトの一部」は、レトルト（３）の入口側たる一端（３１）側の一部とすることができる。
【０００９】
本第２発明によれば、レトルトの一部の外周に受熱体を装着するだけで簡易にこの部分の熱放射率を増大させることができる。
【００１０】
本第３発明では、前記レトルトの一部の外周及び／又は内周に断熱層（６）を形成してこの部分の熱放射率を低下させる。この場合の「レトルトの一部」は、レトルト（３）の出口側たる他端（３２）側の一部とすることができる。
【００１１】
本第３発明によれば、レトルトの一部の外周及び／又は内周に断熱層を形成するだけで簡易にこの部分の熱放射率を低下させることができる。
【００１２】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の雰囲気ガス発生装置によれば、レトルトを成形する手間を要することなくレトルト内の温度を均一にすることができ、分解が活発なレトルト部位の触媒の温度低下の抑止ができ、またレトルトおよび触媒の長寿命化、燃費の悪化防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】雰囲気ガス発生装置の全体概略断面図である。
【図２】レトルトの概略断面図である。
【図３】レトルト内温度分布を示すグラフである。
【図４】受熱体を装着したレトルトの概略断面図である。
【図５】受熱体の斜視図と側面図である。
【図６】他の受熱体の斜視図と側面図である。
【図７】断熱層を形成したレトルトの概略断面図である。
【図８】レトルト内の温度分布の一例を示すグラフである。
【図９】受熱体装着部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１６】
（第１実施形態）
図１には雰囲気ガス発生装置の一例を概略的に示す。図１において、ヒータ１を備えた外熱室２内に、Ｕ字形に屈曲させた耐熱金属製チューブよりなるレトルト３が設けられている。レトルト３内にはＮｉ等の触媒が収容されており、外熱室２の室壁に開口するレトルト３の一端３１からプロパンガス等の原料ガスが供給されて触媒中を通過する間に分解され、得られたＣＯやＨ2等の雰囲気ガスが外熱室２の室壁に開口するレトルト３の他端３２から出力される。
【００１７】
ところで、ヒータ１からの放射熱はレトルト３の各部にほぼ一様に入射するようにしてあるが、レトルト３の入口側たる一端３１側から出口側たる他端３２側へ至る各部L1〜L5（図２）のレトルト内温度はおよそ図３に示すように、入口３１側では常温の原料ガスが流入するためにその温度が相対的に低くなる。すなわち、レトルト３の一端３１に隣接したL1に該当する箇所のレトルト内温度が最も低く、次いで、レトルト３の中央付近であるL3に至るまでのL2に該当する箇所のレトルト内温度も慢性的に低いことが経験則にて確認された。また、L3から他端３２までの各位置については、徐々にレトルト内温度は上昇しており、例えばL4，L5においては設定される温度よりも上回る傾向にあることも経験則にて確認された。触媒３３（図２）が有効に機能するためには温度を最適に保つ必要があり、これはＮｉ触媒では９００℃〜９５０℃である。ところが、レトルト３の上流部L1,L2では上記のようにレトルト内温度が９００℃に達しないために触媒３３が有効に機能せず、レトルト３の長さが無駄になっていた。
【００１８】
そこで、本実施形態では、レトルト３の上流部L1,L2の外周に図４に示すように、受熱体４，５を設けて放射熱を受ける面積を拡大することによって、上流部L1,L2の熱放射率をレトルト３の他の部分L3〜L5よりも相対的に高くしてある。
具体的には、レトルト内温度が最も低い、一端３１付近においては、レトルト３の外周において、円筒形状であり、上記円筒の外周において当該円筒の長さ方向（上下方向）に円筒形状に沿って螺旋状のフィン４２を備えた形態の受熱体４を配置する。当該受熱体４において、特にフィン部分の表面積が多いことから受熱面積を増大させることで熱放射率を高くし、これによってL1内部の温度を上昇させる効果を備えている。
また、レトルト内温度が慢性的に低い一端３１側にて、かつ、中央L３に近い位置にあるL2においては、円筒形状であり、上記円筒の外周において、長さ方向（上下方向）に円形形状に沿って複数の直線板状フィン５２を備えた形態の受熱体５を配置する。当該受熱体５においては、上記螺旋状のフィン４２と対比すると、フィン部分の表面積が比較的に少ないことから上記受熱体４よりも低い熱放射率とすることで最適な温度上昇効果を備え、L３に配置するには最適な構成となり、L３内部の温度を適度に上昇させる効果を備える。
すなわち、レトルト内の温度が最も低い一端３１付近であるL1には、受熱体４において、温度をより上昇させるために多くの表面積を有するフィン４２を備えることが望ましく、螺旋状とすることでより多くの表面積を確保できる。
また、レトルト内の温度が慢性的に低いL2においては、過剰に温度を上昇させないように、上記L1に備えたフィン４２よりも表面積を少なくするために、複数の直線板状のフィン５２を備えた形態の受熱体５とする。
要は、レトルト３内の温度分布において、温度が低い箇所では多くの表面積を有したフィンを備え、温度が高くなるにつれて表面積を少なくしたフィンを備えるようにする。
【００１９】
この場合、最上流部L1に設けられた受熱体４は、図５（１）、（２）に示すように、レトルト３の外周に装着される筒状基体４１の外周に螺旋状のフィン４２を突設したもので、これによって大きな受熱面積を確保している。なお、螺旋状のフィン４２は、より多くの受熱面積を確保する目的にて、筒状基体４１の開口部を水平面状に置いた際に、当該筒状基体４１の外周において、側面視で、水平方向を基準として、５度〜６０度の範囲で傾斜した角度θであることが望ましい。また、１０度〜４５度の範囲で傾斜した角度θであることがより望ましい。
そして、最上流部L1に続く上流部L2に設けられた受熱体５は図６（１）、（２）に示すように、レトルト３の外周に装着される筒状基体５１の外周に周方向へ間隔をおいて直線板状のフィン５２を突設したもので、受熱体５の受熱面積は受熱体４の受熱面積より相対的に小さくなっている。これにより、レトルト３の上流部L2の熱放射率は上流部L1の熱放射率よりも相対的に低くなっている。なお、直線板状のフィン５２は、上記螺旋状のフィン４２よりも少ない受熱面積を確保する目的で、筒状基体５１の開口部を水平面上に置いた際に、当該筒状基体５１の外周において、側面視で、水平方向を基準として、６０度〜１００度の範囲で傾斜した角度θであることが望ましい。また、８５度〜９５度の範囲で傾斜した角度θであることがより望ましい。
【００２０】
このような構造のレトルト３を使用したことにより、図３の矢印で示すように、上流部L1では放射熱の受熱量が大きく増加してレトルト内温度が９００℃を越えて急上昇し、続く上流部L2でも上流部L1に次いで受熱量が増加してレトルト内温度が９００℃を越えて上昇する（図３の破線）。これにより、レトルト３のほぼ全長に亘ってレトルト内温度が９００℃〜９５０℃の最適温度となり、これによってＮｉ触媒の機能が十分に発揮される。この結果、レトルト３の長さを短くコンパクトなものにしても十分な原料ガスの分解が行われる。また、レトルト３の長さを短くした分、触媒の使用量も低減できて、コストの削減が図られる。
【００２１】
（第２実施形態）
第１実施形態においてレトルト上流部L1,L2内の温度を上昇させると、レトルト下流部L5内では温度が９５０℃を越えて高くなることがあり、これはレトルト３の溶損や触媒の劣化を招く。そこで、図７に示すように、レトルト下流部L5の外周にＡｌ2Ｏ3やＺｒＯ等のセラミックを溶射等によって形成して断熱層６とする。これによってレトルト３の下流部L5での熱放射率が低下して、この部分L5での過度の温度上昇が防止される。
なお、断熱層６は、下流部において温度上昇が最も高いL5のみに設けても良いが、レトルト下流部に該当するすべての領域において全面に設けても良く、これに限定されない。
次に、図８において、破線は、第１実施形態のみを実施した場合のレトルト内温度の推移を示し、実線は、第１実施形態と本実施形態を共に実施した場合のレトルト内温度の推移を示している。レトルト下流部L5の外周に断熱層６を設けたことから温度上昇が防止された効果が示されており、第１実施形態による温度低下が防止されるとともに第２実施形態による温度上昇も防止され、雰囲気ガスは最適な温度となっている。
【００２２】
（第３実施形態）
レトルト３の外周に図９に示すような下方へ向けて小径から大径に変化するテーパ部３３を形成しておけば、受熱体４（又は受熱体５）をレトルト３の外周に装着するに際して、レトルト外周に嵌装された受熱体４，５の基体４１，５１がテーパ部で位置決めされるから、装着が容易となる。
【００２３】
（その他の実施形態）
レトルト３の外周に装着される受熱体４，５は固定される必要はなく、レトルト３内の温度勾配が最も良好になるように受熱体４，５をレトルト３の外周に沿って適宜移動できるようにしても良い。
受熱体としては、上記実施形態で示したフィンを備えたにものに代えて、熱放射率の高い材質で構成したリング体とし、これをレトルト３の外周に装着しても良い。
また、受熱体を装着するのに代えて、レトルト３の例えば上流部の材質を、より熱放射率の高い材料、例えばＳｉＣ等に変更しても良い。
レトルト３はＵ字形に成形する必要は無く、直線状であっても良い。
また、断熱層６はレトルト５の外周ないし内周のいずれに形成されても良く、あるいは内周および外周の両方に形成されても良い。断熱層６をレトルト５の内周に形成した場合にはヒータ１からの外熱による熱放射は、レトルト内周の断熱層６にて最小限に抑えることができる。一方、断熱層６をレトルト５の外周に形成した場合には、ヒータ１からの外熱による熱放射を直接遮断する効果を有する。また、断熱層６をレトルト５の外周および内周に形成した場合には、レトルト５の内周側及び外周側から、ヒータ１からの外熱による熱放射を遮断する効果を備えている。
【符号の説明】
【００２４】
２…外熱室、３…レトルト、３１…入口（一端）、３２…出口（他端）、３３…触媒、４…受熱体、４２…フィン、５…受熱体、５２…フィン、６…断熱層。
【図１】
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【図２】
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【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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【図９】
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