(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、熱膨張率の差による上記隙間の発生を抑制して、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。【解決手段】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スリーブ２を保持部に固設して備えると共に、スリーブ２の筒軸心方向における所定の配置領域Ｌに、筒軸心方向に沿って延びるスリット口２ｄを形成してある。【選択図】　　図３
2004138286.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、
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スリーブを前記保持部に固設して備えると共に、
前記スリーブの筒軸心方向における所定の配置領域に、前記筒軸心方向に沿って延びるスリット口を形成してあるラジアントチューブの取付構造。
【請求項２】
前記筒軸心方向における同じ位置範囲内に長さ領域を有すると共に、前記スリーブの周方向において一定の配置間隔で配置されている複数のスリット口からなるスリット口群が、前記スリーブに形成されている請求項１に記載のラジアントチューブの取付構造。
【請求項３】
前記スリット口群が、前記長さ領域の一部を互いに重複させながら前記筒軸心方向に複数並設されている請求項２に記載のラジアントチューブの取付構造。
【請求項４】
前記スリーブの前記後端側端面の全周が前記保持部に溶接固定されている請求項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。
【請求項５】
前記スリーブに、前記スリット口と共に、前記スリット口よりも小さい開口面積の穿設口が形成されている請求項１から４の何れか１項に記載のラジアントチューブの取付構造。
【請求項６】
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５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。
【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構造に関する。
【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）の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】
しかし、従来のラジアントチューブの取付構造において、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。
【０００７】
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、熱膨張率の差による上記隙間の発生を抑制して、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。
【０００８】
【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、
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スリーブを前記保持部に固設して備えると共に、
前記スリーブの筒軸心方向における所定の配置領域に、前記筒軸心方向に沿って延びるスリット口を形成してある点にある。
【０００９】
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、上記スリーブを固設することにより、当該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。
【００１０】
また、スリーブが熱膨張した場合でも、上記スリーブの後端側端面が上記保持部に固設され、その後端側端面の形状が拘束されているので、上記熱膨張による上記スリーブの周方向の伸びを、上記スリーブに形成されたスリット口の上記周方向に沿った幅を縮小させることにより抑制することができ、上記スリーブの上記所定の配置領域における径拡大を抑制することができる。
【００１１】
従って、上記スリーブの熱膨張率が上記接着剤層の熱膨張率よりも高い場合でも、スリーブの熱膨張による径拡大を抑制することができるので、高温時にスリーブと接着剤層との間に隙間が発生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。
【００１２】
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、前記筒軸心方向における同じ位置範囲内に長さ領域を有すると共に、前記スリーブの周方向において一定の配置間隔で配置されている複数のスリット口からなるスリット口群が、前記スリーブに形成されている点にある。
【００１３】
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、筒軸心方向における同じ位置範囲内に長さ領域を有する複数のスリット口を、スリーブの周方向において等間隔で配置することで、上記熱膨張による上記スリーブの径拡大を、上記スリット口群における各スリット口の上記周方向に沿った幅を均等に縮小させることで抑制し、さらに、上記スリーブの形状の変形をも回避することができる。
【００１４】
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、前記スリット口群が、前記長さ領域の一部を互いに重複させながら前記筒軸心方向に複数並設されている点にある。
【００１５】
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、上記複数のスリット口群が長さ領域の一部を互いに重複させながら並設されたスリーブの配置領域に渡って、上記熱膨張によるスリーブの径拡大を抑制することができ、さらに、上記スリーブの配置領域における形状の変形を良好に抑制することができる。
【００１６】
本発明に係るラジアントチューブの取付構造の第四特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した如く、上記第一乃至第三特徴構成に加えて、前記スリーブの前記後端側端面の全周が前記保持部に溶接固定されている点にある。
【００１７】
即ち、上記第四特徴構成のラジアントチューブの取付構造によれば、上記スリーブの後端側端面を前記保持部の前面に全周溶接することで、スリーブの後端側端面の形状を保持部により良好に拘束して、スリーブの熱膨張による径拡大を良好に抑制することができる。
【００１８】
本発明に係るラジアントチューブの取付構造の第五特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した如く、上記第一乃至第四特徴構成に加えて、前記スリーブに、前記スリット口と共に、前記スリット口よりも小さい開口面積の穿設口が形成されている点にある。
【００１９】
これまで説明してきた本発明のラジアントチューブの取付構造によれば、上記スリーブにスリット口を形成することにより、上記スリーブと上記スリット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、接着剤層を上記スリット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。
しかし、十分な接合強度向上効果を得るために、上記スリーブに形成される上記スリット口の数を増やすと、上記スリーブの強度低下やスリーブの熱変形等が発生する恐れがある。
【００２０】
そこで、上記第五特徴構成のラジアントチューブの取付構造によれば、スリーブに形成されるスリット口の数は、上記スリーブの熱膨張による径拡大を抑制しうる程度とし、スリーブに、上記スリット口以外に、スリット口よりも小さい開口面積の複数の穿設口を形成することで、上記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。
【００２１】
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６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、上記第一乃至第五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、上記第一乃至第五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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、スリーブ２がフランジ６に固設されている。
【００２６】
また、そのスリーブ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。
【００２７】
そして、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。
【００２８】
上記スリーブ２は、径３ｍｍの円形の穿設口２ｃの複数が、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がスリーブ２に形成されていることにより、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。
【００２９】
また、スリーブ２の筒軸心方向における所定の配置領域Ｌには、上記筒軸心方向に平行な方向を長手方向とした長孔であるスリット口２ｄが形成されている。
尚、上記スリット口２ｄは、上記筒軸心方向に平行な方向を長手方向とした長孔ではなく、筒軸心方向に対して若干の角度なす長手方向を有する長孔でも構わない。
【００３０】
このように、スリーブ２の後端側端面が上記フランジ６に固設されることによりその形状が拘束されているスリーブ２に、上記のようなスリット口２ｄを形成することにより、上記熱膨張による上記スリーブ２の周方向の伸びを、上記スリーブ２に形成されたスリット口２ｄの周方向に沿った幅を縮小させることにより抑制することができ、上記スリーブ２の上記配置領域Ｌにおける径拡大を抑制することができる。
尚、このように、スリーブ２の周方向の伸びを吸収するためのスリット口２は、筒軸心方向における長さが周方向に沿った幅よりも長い長孔であればよい。
【００３１】
また、上記スリーブ２の筒軸心方向におけるスリット口２ｄが形成される配置領域Ｌは、ＣＯ等の炭素成分が浸入した場合に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ものであればよく、本実施形態においては、筒軸心方向において、フランジ６の前面から４５ｍｍ程度の位置からスリーブ２の先端側端面の位置までの領域を、スリット口２を形成する配置領域Ｌとしている。
【００３２】
また、図４のスリーブの展開図に示すように、上記スリーブ２の筒軸心方向における同じ位置範囲内に長さ領域ｌを有する複数のスリット口２ｄが、周方向において一定の配置間隔で等間隔配置されている。そして、複数のスリット口２ｄをスリーブ２の周方向において等間隔配置することにより、上記熱膨張による上記スリーブ２の径拡大を、上記各スリット口２ｄの上記周方向に沿った幅を均等に縮小させることで抑制し、さらに、上記スリーブ２の形状の変形をも回避することができる。
【００３３】
尚、本実施形態では、スリーブ２の先端部にかかるスリット２ｄの長さｌ２は４５ｍｍ、それ以外のスリット口２ｄの長さｌ１は７０ｍｍ、夫々のスリット口２ｄの幅は５ｍｍである。
尚、本実施形態では、上記周方向において２つのスリット口２ｄが等間隔配置されており、よって、上記一定の配置間隔は、上記スリーブ２の外周の半分となる。
【００３４】
さらに、上記のように周方向において等間隔配置された複数のスリット口２ｄからなるスリット口群が、上記スリーブ２の配置領域Ｌにおいて、長さ領域ｌの一部を互いに重複させながら筒軸心方向に複数並設されている。そして、複数のスリット口群をスリーブ２の配置領域Ｌに渡って互いに長さ方向を重複させながら並設することにより、上記配置領域Ｌ全体に渡って上記熱膨張によるスリーブ２の径拡大を抑制することができ、さらに、上記スリーブ２の配置領域Ｌにおける形状の変形を良好に抑制することができる。
【００３５】
尚、本実施形態では、周方向において等間隔で配置された複数のスリット口２ｄからなる各スリット口群は、筒軸心方向において、長さ領域ｌの両側約１０ｍｍ程度を重複させて並設されている。
また、スリット口群の各スリット口２ｄの周方向における位置が、そのスリット口群に隣接する他のスリット口群の各スリット口２ｄの周方向における中間位置となるように、各スリット口群が筒軸心方向に複数並設されている。即ち、周方向に等間隔で配置された２つのスリット口２ｄからなるスリット口群が、筒軸心方向において、長さ領域ｌの一部を互いに重複し、且つ、隣接間において４５°の位相差を付けながら、複数並設されている。
【００３６】
また、上記スリーブ２の後端側端面が上記フランジ６の前面に全周溶接されているので、スリーブ２の後端側端面の形状がフランジ６により良好に拘束され、スリーブ２の熱膨張による径拡大が一層抑制されている。
尚、上記のようにスリーブ２の熱膨張による径拡大を抑制するために、スリーブ２の後端側外面をフランジ６に形成した孔又は溝により外嵌するように構成することもできる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
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。
【００４３】
本実施形態において、スリーブ２をフランジ６と別体とし、それをフランジ６に溶接して一体化したが、別に、スリーブ２をフランジ６と一体で構成しても構わない。
【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
【図４】スリーブの展開図
【符号の説明】
１　　　　ラジアントチューブ
２　　　　スリーブ
２ｃ　　　穿設口
２ｄ　　　スリット口
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】
2004138286.tif 000003
【図２】
2004138286.tif 000004
【図３】
2004138286.tif 000005
【図４】
2004138286.tif 000006