(57)【要約】【課題】本発明は、炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブ１と、炉壁に固定されラジアントチューブ１を保持する保持部６とを備えたラジアントチューブバーナにおいて、ラジアントチューブ１の保持部６への取付構造を適切なものとして、ラジアントチューブ１の接合強度の低下を抑制することを目的とする。【解決手段】複数の穿設口２ｃが形成され、接着剤層４を介してラジアントチューブ１の後端側外面を外囲する筒状の第一スリーブ２を保持部６に固設して備えると共に、第一スリーブの外面を覆う筒状の第二スリーブ３を備えた【選択図】　　図３
2004138285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブと、炉壁に固定され前記ラジアントチューブを保持する保持部とを備えたラジアントチューブバーナにおける前記ラジアントチューブの前記保持部への取付構造であって、
複数の穿設口が形成され、接着剤が充填された接着剤層を介して前記ラジアントチューブの後端側外面を外囲する筒状の第一スリーブを前記保持部に固設して備えると共に、
前記第一スリーブの外面を覆う筒状の第二スリーブを備えたラジアントチューブの取付構造。
【請求項２】
前記第二スリーブの後端側端面の全周が前記保持部又は前記第一スリーブに溶接されていると共に、前記第二スリーブの先端側端面の全周が前記第一スリーブに溶接されている請求項１に記載のラジアントチューブの取付構造。
【請求項３】
前記第二スリーブの先端側端面が、前記第一スリーブの先端側端面よりも後端側に後退している請求項２に記載のラジアントチューブの取付構造。
【請求項４】
炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブと、炉壁に固定され前記ラジアントチューブを保持する保持部とを備え、請求項１から３の何れか１項に記載のラジアントチューブの取付構造を有して構成されているラジアントチューブバーナ。
【請求項５】
炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブを、炉壁に固定され前記ラジアントチューブを保持する保持部に取付けるラジアントチューブの取付方法であって、
複数の穿設口が形成され、接着剤が充填された接着剤層を介して前記ラジアントチューブの後端側外面を外囲する筒状の第一スリーブを前記保持部に固設し、前記接着剤層を乾燥させた後に、前記第一スリーブの外面を覆う筒状の第二スリーブを設けるラジアントチューブの取付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブと、炉壁に固定され前記ラジアントチューブを保持する保持部とを備えたラジアントチューブバーナ、及びそのラジアントチューブバーナにおけるラジアントチューブの取付技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のラジアントチューブバーナは、加熱炉や熱処理炉等の間接的な加熱に利用される。
このようなラジアントチューブバーナにおいて、最も一般的なものは、炉壁を貫通して炉内に露出されるラジアントチューブが金属製のものであった。しかし、近年、炉内における処理温度の上昇の要望に伴い、ラジアントチューブの耐熱性等を向上させ長期間安定して使用することを可能にするためにラジアントチューブの材質として、ＳｉＣ（炭化珪素）やＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の耐熱性等に優れたセラミックスの利用が検討、実用化されている。
【０００３】
このようなラジアントチューブの炉壁に固定される保持部としてのフランジ等への取付構造において、難切削材であるセラミックス製のラジアントチューブの形状及び取付け構造の単純化や、及び既存の金属製のラジアントチューブとの互換性を図るために、セラミックス製のラジアントチューブをつば無しの直管型とし、そのラジアントチューブの後端側（フランジ側）外面を外囲するスリーブを炉壁に固定される金属製の後端側に設け、そのスリーブ内面とラジアントチューブの後端側外面との間に形成された空間に耐熱性接着剤を充填して接着剤層を形成することで、ラジアントチューブをフランジに取り付ける場合がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このようなラジアントチューブの取付構造により、フランジ及びそのスリーブを従来通りの金属製としたまま、ラジアントチューブのみをセラミックス製とし、両者を耐熱接着剤を利用して簡便に固定接合することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２９４７１７号公報（第４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のラジアントチューブの取付構造において、ラジアントチューブの筒軸心方向が水平方向として使用された場合に、上記接着剤層に大きな応力が発生するので、上記接着剤層の高温環境下における強度を十分なものとする必要がある。
また、耐熱性の接着剤としては、縮重合反応により接着強度を保持可能な無機系の接着剤を使用することができるが、この無機系の接着剤を使用するにあたり、スリーブとラジアントチューブとの間の比較的狭い空間に充填された無機系の接着剤を十分に乾燥させる必要がある。
【０００７】
そこで、接着剤層を外囲するスリーブを、複数の開口が穿設されたパンチング板製として、その開口を介して接着剤を外気に露出させて、接着剤の乾燥を促進することが考えられる。
しかし、スリーブと接着剤層との夫々の熱膨張率が互いに異なることにより、高温環境下において、スリーブが接着剤層から剥離して、スリーブと接着剤層との間に隙間が発生する恐れがある。特に、浸炭炉等の炭素成分を多量に含む雰囲気中で、ラジアントチューブバーナを用いる場合には、上記のように発生した隙間に、炉内の煤等の異物が浸入及び堆積して、ラジアントチューブの接合強度が低下し、更には、ラジアントチューブが脱落又は破損する恐れがある。
【０００８】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、上記のラジアントチューブバーナにおいて、ラジアントチューブの保持部への取付構造を適切なものとして、ラジアントチューブの接合強度の低下を抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るラジアントチューブの取付構造の第一特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブと、炉壁に固定され前記ラジアントチューブを保持する保持部とを備えたラジアントチューブバーナにおける前記ラジアントチューブの前記保持部への取付構造であって、
複数の穿設口が形成され、接着剤が充填された接着剤層を介して前記ラジアントチューブの後端側外面を外囲する筒状の第一スリーブを前記保持部に固設して備えると共に、
前記第一スリーブの外面を覆う筒状の第二スリーブを備えた点にある。
尚、本願では、ラジアントチューブの筒軸心方向において、保持部材に近い側を後端側と呼び、上記後端側と反対側であるラジアントチューブの先端に近い側を先端側と呼ぶ。
【００１０】
即ち、上記第一特徴構成のラジアントチューブの取付構造によれば、炉壁に固定される上記保持部に、上記第一スリーブを固設することにより、当該第一スリーブの内面が上記セラミックス製のラジアントチューブの後端側外面を上記接着剤層を介して外囲して、ラジアントチューブを保持するので、ラジアントチューブの少なくとも後端部の形状を単純な直管型等とすることができ、取付構造の単純化及びラジアントチューブの互換性を向上することができる。
【００１１】
また、上記第一スリーブに、上記複数の穿設口を形成することにより、上記第一スリーブと上記穿設口に浸入又は面する接着剤層との接合強度を向上すると共に、接着剤層を上記穿設口を介して外気に露出させることで、接着剤の乾燥を促進し、良好な接着強度を確保することができる。
【００１２】
更に、上記第一スリーブの後端側外面を覆う第二スリーブを設けることで、炉内の煤等の異物が上記第一スリーブに形成した穿設口を介して、第一スリーブと接着剤層との熱膨張率の差により生じた隙間に侵入することを抑制することができ、異物の浸入によるラジアントチューブの接合強度の低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係るラジアントチューブの取付構造の第二特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、上記第一特徴構成に加えて、前記第二スリーブの後端側端面の全周が前記保持部又は前記第一スリーブに溶接されていると共に、前記第二スリーブの先端側端面の全周が前記第一スリーブに溶接されている点にある。
【００１４】
即ち、上記第二特徴構成のラジアントチューブの取付構造によれば、上記第二スリーブの後端側端面及び先端側端面を、上記保持部又は第一スリーブに全周溶接して、第二スリーブを取付けることで、第二スリーブの内面と第一スリーブ外面との間を炉内に対して密閉された状態として、その間に形成された第一スリーブの穿設口を介して接着剤層側に煤等の異物が浸入することを確実に防止し、ラジアントチューブの接合強度の低下を一層抑制することができる。
【００１５】
本発明に係るラジアントチューブの取付構造の第三特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、上記第二特徴構成に加えて、前記第二スリーブの先端側端面が、前記第一スリーブの先端側端面よりも後端側に後退している点にある。
【００１６】
即ち、上記第三特徴構成のラジアントチューブの取付構造によれば、上記第二スリーブの先端側端部の全周を、その先端側端部と共に隅部を形成する前記第一スリーブの先端側の外面に対して、隅肉溶接により良好に溶接接続することができる。
【００１７】
本発明に係るラジアントチューブバーナの特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブと、炉壁に固定され前記ラジアントチューブを保持する保持部とを備え、上記第一乃至第三の何れかのラジアントチューブの取付構造を有して構成されている点にあり、上記第一乃至第三特徴構成のラジアントチューブの取付構造と同様の作用効果を発揮し、耐久性に優れたラジアントチューブバーナを構成することができる。
【００１８】
本発明に係るラジアントチューブの取付方法の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、炉内に露出され内部に燃焼室が形成されたセラミックス製のラジアントチューブを、炉壁に固定され前記ラジアントチューブを保持する保持部に取付けるラジアントチューブの取付方法であって、
複数の穿設口が形成され、接着剤が充填された接着剤層を介して前記ラジアントチューブの後端側外面を外囲する筒状の第一スリーブを前記保持部に固設し、前記接着剤層を乾燥させた後に、前記第一スリーブの外面を覆う筒状の第二スリーブを設ける点にあり、前述の上記第一乃至第三特徴構成と同様の作用効果を発揮するためのラジアントチューブの取付構造を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
ラジアントチューブバーナ１００は、図１に示すように、炉内１０が炭素成分を多量に含む雰囲気となる浸炭炉で用いられるものであり、先端部を封止した筒状のＳｉＣセラミック製のラジアントチューブ１と、ラジアントチューブ１を保持し、厚さ３００ｍｍ程度の炉壁１１にネジ等により固定されるＳＵＳ３１０Ｓ製のフランジ６（保持部の一例）とを備えて構成されている。また、ラジアントチューブ１は、筒軸心方向を水平方向として炉内１０に露出されている。
【００２０】
そして、ラジアントチューブ１内には、同じくＳｉＣセラミック製の内管１３と、その内管１３内に設けられたバーナ先端部１２とが備えられており、フランジ６の後方に設けられたバーナ本体（図示せず）から、バーナ先端部１２内に燃料を供給すると共に、バーナ先端部１２と内管１３との間に燃焼用空気を供給して、内管１３内に形成された燃焼室１４内において燃料を燃焼させ、ラジアントチューブ１を加熱することで、炉内１０の加熱対象物（図示せず）を間接的に加熱することができる。また、ラジアントチューブ１内の排ガスは、ラジアントチューブ１と内管１３との間の空間を通過した後に、ラジアントチューブ１の後端側から排出され、バーナ本体において熱交換器を通じて燃焼用空気の予熱に利用される。
【００２１】
ラジアントチューブ１は、外径１１６ｍｍ、内径１０２ｍｍ、肉厚７ｍｍ程度の筒状で、外径１９０ｍｍ且つ厚さ８ｍｍ程度のフランジ６に取付けられ、その取付構造を以下に説明する。
【００２２】
図２，図３に示すように、本ラジアントチューブの取付構造において、外径１２０ｍｍ、内径１１８ｍｍ、肉厚１ｍｍ、長さ２００ｍｍ程度のＳＵＳ３１０Ｓ製筒状の第一スリーブ２が、ラジアントチューブ１の後端側外面を１ｍｍ程度離間して外囲するように、ラジアントチューブ１の外側に嵌め込まれている。そして、第一スリーブ２のフランジ６の前面に当接した後端側端面の全周がフランジ６の前面に溶接されて、第一スリーブ２がフランジ６に固設されている。
【００２３】
また、その第一スリーブ２の内面２ａとラジアントチューブ１の後端側外面との間に形成された１ｍｍ程度の空間には、耐熱接着剤が充填され、その充填された接着剤により接着剤層４が形成されている。
【００２４】
そして、第一スリーブ２の内面２ａがラジアントチューブ１の後端側外面を接着剤層４を介して外囲するように、フランジ６に第一スリーブ２を固設することにより、後端部の形状が単純な直管型のラジアントチューブ１をフランジ６に確実に保持させることができる。
【００２５】
上記第一スリーブ２は、径３ｍｍの円形の穿設口２ｃの複数が、第一スリーブ２の外面における開口面積率が３３％程度となるように形成された所謂パンチング板を筒状にして継ぎ目を溶接したものであり、この複数の穿設口２ｃが第一スリーブ２に形成されていることにより、第一スリーブ２の内側の接着剤層４における接着剤の乾燥を促進し、良好な接着強度を確保することができる。
【００２６】
更に、外径１０２ｍｍ、内径１２０ｍｍ、肉厚１ｍｍ、長さ１８０ｍｍ程度のＳＵＳ３１０Ｓ製筒状の第二スリーブ３が、第一スリーブ２の外面２ｂを覆うように、第一スリーブ２の外側に嵌め込まれている。第二スリーブ３は、上記第一スリーブ３に形成されているような穿設口が形成されていない所謂通常鋼板を筒状にして継ぎ目を溶接したものである。
【００２７】
また、この第二スリーブ６は、接着剤層４の接着剤が十分に乾燥した後に、第一スリーブ２の外側に嵌め込まれる。そして、第二スリーブ３のフランジ６の前面に当接した後端側端面の全周がフランジ６の前面に溶接され、更に、第一スリーブ２の先端側端面よりも後退している第二スリーブ３の先端側端面の全周が、第一スリーブ２の先端側外面に溶接されて、第二スリーブ３がフランジ６及び第一スリーブ２に固設されている。
【００２８】
そして、複数の穿設口２ｃを形成した第一スリーブ２の外面を覆う第二スリーブ３を設けることで、炉内１０の煤等の異物が上記第一スリーブ２に形成した穿設口２ｃを介して接着剤層４側に侵入することを抑制することができる。
また、第二スリーブ３は、第一スリーブ２の外面を覆うように設けられているため、複数の穿設口２ｃが形成されていることにより比較的変形しやすい第一スリーブの変形を抑制することができる。
【００２９】
上記第二スリーブ３の後端側端面の全周をフランジ６の前面に溶接し、更に、上記第二スリーブ３の先端側端面の全周を第一スリーブ２の外面に溶接してあるので、第二スリーブ３と第一スリーブ２との間に、煤等の異物が浸入することを確実に防止することができる。
【００３０】
また、接着剤層４に使用する耐熱接着剤としては、アルミナ−シリカベースの耐熱接着剤が最も望ましいが、ジルコニアベース、マグネシアベースの耐熱接着剤を使用することもできる。また、接着剤層４に対して要求される温度条件が低い場合には、ステンレスベース、アルミニウムベース、銅ベース等の耐熱パテを接着剤として使用しても構わない。
【００３１】
フランジ６には、ラジアントチューブ１の後端側端面に沿って内側に延出し、上記後端側端面が当接する当接面としての環状面７ａをラジアントチューブ１側に形成した厚さ３ｍｍ程度の延出部７が設けられている。そして、この環状面７ａは、ラジアントチューブ１からかかる筒軸心方向の力の一部を受けることができるので、ラジアントチューブ１から上記接着剤層４にかかるせん断応力を低減し、接着剤層４の剥離やラジアントチューブ１のずれ等を防止することができる。
【００３２】
なお、この環状面７ａとラジアントチューブ１の後端側端面との間には、上記の耐熱接着剤が若干充填されているので、フランジ６は上記ラジアントチューブ１を一層強固に保持することができ、さらに、ラジアントチューブ１とフランジ６との間に形成される接着剤層の面積を増大させて、炉内１０のガスがラジアントチューブ１とフランジ６との間を介してリークすることを良好に抑制することができる。
【００３３】
上記内面２ａの環状面７ａ側には、内面２ａからラジアントチューブ１の外面側に環状に突出した突出部８が設けられており、この突出部８には、ラジアントチューブ１の後端側の外面の縁部を全周に渡って外嵌する外嵌面８ａが形成されている。この外嵌面８ａにより、ラジアントチューブ１からフランジ６にかかるモーメント力の一部を良好に受けて、接着剤層４のせん断応力による剥離を一層防止することができる。
【００３４】
また、炉内１０のガスが接着剤層４を介してリークする懸念がある場合には、第一スリーブ２の先端側端面とラジアントチューブ１の外面との角部に耐熱シール剤が肉盛りされたシール層１５を形成することができる。
また、この環状面７ａとラジアントチューブ１の後端側端面との間に、耐熱接着剤の代わりに上記のような耐熱シール剤を充填したり、フランジ６の延出部７を一層ラジアントチューブ１の内側に向けて延出させ、その延出部７とラジアントチューブ１の内面との角部に耐熱シール剤が肉盛りされたシール層１６を形成して、炉内１０ガスのリークを一層抑制することもできる。
【００３５】
尚、本実施形態では、ラジアントチューブバーナ１００の外管としてのラジアントチューブ１の取付構造について説明してきたが、本発明に係る取付構造を、ラジアントチューブバーナ１００の内管１３の取付構造として適用しても構わない。また、本実施形態のように、直管型のラジアントチューブ１だけでなく、本発明に係る取付構造は、Ｕ型又はＷ型等の曲管型のラジアントチューブの取り付け構造として適用することもできる。
【００３６】
本実施形態において、第一スリーブ２及び第二スリーブ３をフランジ６と別体とし、夫々をフランジ６に溶接して一体化したが、別に、第一スリーブ２又は第二スリーブ３をフランジ６と一体で構成しても構わない。
【００３７】
本実施形態において、第二スリーブ３の長さを、第一スリーブ２の外面のほぼ全域を覆うようなものとしたが、別に、第一スリーブ２の筒軸心方向において煤等が堆積することにより接合強度の低下を引き起こす恐れがある領域を含む部分を、上記第二スリーブで覆うように、上記第二スリーブの長さ及び設置場所を決定しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラジアントチューブバーナの全体構成図
【図２】ラジアントチューブの取付構造の実施の形態を示す部分断面図
【図３】ラジアントチューブの取付構造の斜視図
【符号の説明】
１　　　　ラジアントチューブ
２　　　　第一スリーブ
２ｃ　　　穿設口
３　　　　第二スリーブ
４　　　　接着剤層
６　　　　フランジ（保持部）
１４　　　燃焼室
１０　　　炉内
１１　　　炉壁
１００　　ラジアントチューブバーナ
【図１】
2004138285.tif 000003
【図２】
2004138285.tif 000004
【図３】
2004138285.tif 000005