(57)【要約】【課題】熱応力の影響による亀裂の発生を抑え、長寿命化、メンテナンスコスト低減及び信頼性向上を図ること。【解決手段】Ｗ型のラジアントチューブ１は、加熱装置２に使用されて、その両端に蓄熱式バーナ１４，１５が配設される。ラジアントチューブ１は、遠心鋳造された直管部分と砂型鋳造されたベント部分とを含む。直管部分の鋳肌が削除されている。鋳肌は、機械加工、その他を施さない鋳造したままの鋳物の表面を意味し、内部までスポンジ状の部分が続くものである。この鋳肌が切削されることにより、その材料の表面が平滑化している。【選択図】　　　　図１
2004101038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置に使用されて両端に蓄熱式バーナが配設され、遠心鋳造された管部分を含むラジアントチューブであって、
前記遠心鋳造された管部分の鋳肌を削除したことを特徴とするラジアントチューブ。
【請求項２】
加熱装置に使用されて両端に蓄熱式バーナが配設され、遠心鋳造された直管部分と砂型鋳造されたベント部分とを含むラジアントチューブであって、
前記遠心鋳造された直管部分の鋳肌を削除したことを特徴とするラジアントチューブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のラジアントチューブを備えたことを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式バーナを用いた加熱装置に使用されるラジアントチューブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のラジアントチューブは、Ｗ型やＵ型の曲がり管内で都市ガスを燃焼させ、管を加熱することにより、管外の物体を放射熱伝達により間接的に加熱するガス機器として知られる。この種のラジアントチューブを使用した加熱装置として、例えば、図１１に示すようにＵ型の蓄熱式ラジアントチューブバーナを用いたものがある。
【０００３】
図１１に示すように、加熱炉１０は、炉壁１１より構成される加熱室１２を備える。この加熱室１２には、Ｕ型のラジアントチューブ１３が、炉壁１１を貫通して配設される。ラジアントチューブ１３の両端は，炉壁１１に固定される。
【０００４】
ラジアントチューブ１３の両端には、蓄熱式バーナ１４，１５がそれぞれ配設される。各蓄熱式バーナ１４，１５には，それぞれ一次空気（パイロット空気）及び燃料ガスを供給するための燃料ガス用パイプ１６及び二次空気（燃焼用空気）と排ガスとの通路を兼ねた排ガスパイプ１７が接続される。
【０００５】
これら蓄熱式バーナ１４，１５において、例えば、図中左側の蓄熱式バーナ１５を作動させてラジアントチューブ１３の内部１８に火炎１９を発生させると、排ガスは、図中右側の蓄熱式バーナ１４の排ガスパイプ１７から排出される。このとき、排ガス中の排熱は右側の蓄熱式バーナ１４の蓄熱体２０に蓄熱される。そして、左側の蓄熱式バーナ１５と右側の蓄熱式バーナ１４とを、例えば、３０秒毎に交互に作動させることにより、他方の蓄熱式バーナ１４，１５の蓄熱体２０に蓄熱された熱を利用して、二次空気を予熱して省エネルギー化を図ることができる。蓄熱式バーナ１４，１５は、それらに対応して配設された各バーナノズル２１，２２の先端部のノズルプレート２３，２４を、ラジアントチューブ１３の内部１８に配置することで、ラジアントチューブ１３に接続される。
【０００６】
上記のようにラジアントチューブ１３は、その曲がり管の両端部に蓄熱式バーナー１４，１５が取り付けられ、これらを交互に燃焼させることにより、燃焼効率を高めるのが特徴である。図１２に示すように、ラジアントチューブ１３の曲がり管は、遠心鋳造された耐熱性を持った直管部分１３ａと、砂型鋳造によるベント部分１３ｂとを溶接して作製される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記ラジアントチューブ１３には、その構造上の理由から、以下のような問題があった。
【０００８】
（１）ガスが管内で不均一に燃焼することにより、曲がり管の直管部分１３ａに温度分布ができて加熱が不均一となり、熱応力が発生する。
（２）ラジアントチューブ１３における燃焼の起動・停止や、交互燃焼による温度変化で、同チューブ１３の材料に熱応力が繰り返し加わる。
（３）材料の表面にある鋳肌（鋳造欠陥）が起点となり、繰り返し熱応力の影響で亀裂が進展して破壊することがあり、比較的寿命が短くなる。これに伴い、メンテナンスコストがかかることになった。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱応力の影響による亀裂の発生を抑え、長寿命化、メンテナンスコスト低減及び信頼性向上を図ることを可能にしたラジアントチューブを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、加熱装置に使用されて両端に蓄熱式バーナが配設され、遠心鋳造された管部分を含むラジアントチューブであって、遠心鋳造された管部分の鋳肌を削除したことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、繰り返し熱応力の影響から亀裂が発生しやすくなる遠心鋳造された管部分の鋳肌が削除されるので、その管部分における亀裂の起点をなくすことになり、同管部分における亀裂の発生が抑えられる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、加熱装置に使用されて両端に蓄熱式バーナが配設され、遠心鋳造された直管部分と砂型鋳造されたベント部分とを含むラジアントチューブであって、遠心鋳造された直管部分の鋳肌を削除したことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、繰り返し熱応力の影響から亀裂が発生しやすくなる遠心鋳造された直管部分の鋳肌が削除されるので、その直管部分における亀裂の起点をなくすことになり、同直管部分における亀裂の発生が抑えられる。
【００１４】
請求項３に記載の発明の加熱装置は、請求項１又は２に記載のラジアントチューブを備えたことを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、加熱装置に備え付けられたラジアントチューブにつき、その遠心鋳造された管部分又は直管部分における亀裂の発生が抑えられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のラジアントチューブを具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に、この実施の形態のＷ型のラジアントチューブ１を使用した加熱装置２の構成図を示す。この加熱装置２は、Ｗ型のラジアントチューブ１を使用したことを除き、図１２に示す従来例の加熱装置と基本構成が同じである。従って、この加熱装置２において、従来例の加熱装置と同じ構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００１８】
図２に、Ｗ型のラジアントチューブ１を正面図に示す。このラジアントチューブ１は、遠心鋳造された左右一対の直管部分１ａ，１ａと砂型鋳造されたベント部分１ｂとを含む。そして、遠心鋳造された直管部分１ａ，１ａは、その鋳肌が削除されている。
【００１９】
図３，４には、ラジアントチューブ１の材料３の一部を拡大断面図に示す。図３は、鋳肌４を含む材料３の断面を示し、図４は、鋳肌４を削除した材料３の断面を示す。ここで、鋳肌４とは、鋳物の鋳ばなしの表面を意味し、図３に示すように、内部までスポンジ状の部分が続くものである。「鋳ばなし」とは、機械加工、その他を施さない鋳造したままの鋳物を意味する。この鋳肌４を削除することにより、図４に示すように材料３の表面３ａが平滑化している。鋳肌４を削除する方法として、鋳造したままの鋳物の表面を切削したり、研磨したりすることが挙げられる。従って、鋳肌４が削除された各直管部分１ａの表面は、図４に示す表面３ａのように平滑化している。
【００２０】
ここで、ラジアントチューブ１は、ガスがその管内で不均一に燃焼することにより、直管部分１ａに温度分布ができて加熱が不均一となり、その材料３に熱応力が発生する。又、ラジアントチューブ１における燃焼の起動・停止や、交互燃焼による温度変化で、同チューブ１の材料３に熱応力が繰り返し加わることになる。従来のラジアントチューブでは、このような使用条件下では、材料に亀裂等が発生するおそれがあった。
【００２１】
しかし、この実施の形態のラジアントチューブ１では、繰り返し熱応力の影響により亀裂が発生しやすくなると言われた各直管部分１ａの鋳肌４が削除されて材料３の表面３ａが平滑化しているので、それら直管部分１ａにおける亀裂の起点をなくすこととなり、同直管部分１ａでの亀裂の発生が抑えられる。このため、ラジアントチューブ１を長寿命化することができ、同チューブ１のメンテナンスコストを低減することができ、同チューブ１の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
ここで、ラジアントチューブ１が長寿命化することの理由を以下に説明する。図５，６には、材料の疲労寿命をグラスに示す。図５，６において、横軸は「破壊までの時間」を、縦軸は「発生歪みまたは応力」をそれぞれ示す。材料の表面に鋳肌がない場合は、図５に示すように、材料の寿命は「亀裂発生寿命」と「亀裂進展寿命」とにより構成される。即ち、鋳肌が削除されると、「亀裂進展寿命」に「亀裂発生寿命」が足し合わされ、その分だけラジアントチューブ１の寿命が長くなる。つまり、鋳肌は、微小な亀裂と同様に振る舞うため、材料には既に亀裂が発生していることと同じになる。従って、ラジアントチューブ１の寿命は、図６に示すように、「亀裂進展寿命」の分だけとなる。即ち、同じ厚さの材料で、鋳肌がある場合とない場合とでは、図６に示すように、鋳肌がある場合の方が「亀裂発生寿命」と鋳肌厚さを亀裂が進展する時間の分だけ寿命が短くなる。
【００２３】
次に、遠心鋳造された直管部分１ａにつき、鋳肌がある場合とない場合の材料疲労強度について行われた室温での「４点曲げ試験」について説明する。この試験では、図７に示すように、直管部分１ａから短冊形に切り出された試験片５が使用された。直管部分１ａには、クボタ製耐熱鋳造合金（品名：ＫＨＲ３５Ｈ）が材料として使用された。
【００２４】
図８に「４点曲げ試験」の原理を示す。この試験では、受け治具６の上に試験片５が載せられ、その試験片５が押し治具７により受け治具６へ向けて繰り返し押される。試験片５は、押し治具７により繰り返し曲げ力が加えられ、材料が破壊するまでの繰り返し回数が破壊寿命として評価される。ここで、試験片５が鋳肌４を有するものである場合、鋳肌４を有する面が受け治具６に載せられる。鋳肌４の厚さは、検査による確認の上、切削等により適宜設定されるものである。
【００２５】
試験片５が鋳肌４を有するものである場合、図９に示すように、鋳肌欠陥から早くに亀裂が発生し、その寿命が短くなる。一方、試験片５が鋳肌４を有しないものである場合、前述したように「亀裂発生寿命」と「亀裂進展寿命」を合わせた期間が直管部分１ａの寿命となる。
【００２６】
図１０に、材料疲労強度の試験結果をグラフに示す。このグラフは、横軸に「破壊までの荷重繰返し数」を、縦軸に「塑性歪み範囲」をそれぞれ示す。図１０の中で、白黒丸印は、鋳肌を有する「鋳肌材」を、二重丸印は、鋳肌を有しない「平滑材」をそれぞれ示す。このグラフからも明らかなように、平滑材は鋳肌材に比べて１００倍以上の疲労寿命を示していることが分かる。このように、遠心鋳造による直管部分１ａから鋳肌を削除することが、ラジアントチューブ１の長寿命化にとって極めて効果が大きいことが分かる。
【００２７】
上記のように加熱装置２に備え付けられるラジアントチューブ１につき、その遠心鋳造された直管部分１ａにおける亀裂の発生が抑えられる。このため、加熱装置２でのラジアントチューブ１を長寿命化することができ、加熱装置２それ自体の長寿命化を図ることができる。この結果として、加熱装置２としてのメンテナンスコストを低減させることができ、その装置２としての信頼性を向上させることができる。
【００２８】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００２９】
前記実施の形態では、本発明をＷ型のラジアントチューブ１とそれを使用した加熱装置２に具体化したが、従来例と同様にＵ型のラジアントチューブとそれを使用した加熱装置に具体化することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、遠心鋳造による管部分における亀裂の起点をなくすことになり、同管部分における熱応力による亀裂の発生が抑えられる。このため、ラジアントチューブとしての長寿命化、メンテナンスコスト低減及び信頼性向上を図ることができる。
【００３１】
請求項２に記載の発明の構成によれば、遠心鋳造による直管部分における亀裂の起点をなくすことになり、同直管部分における熱応力による亀裂の発生が抑えられる。このため、ラジアントチューブとしての長寿命化、メンテナンスコスト低減及び信頼性向上を図ることができる。
【００３２】
請求項３に記載の発明の構成によれば、加熱装置に備え付けられたラジアントチューブにつき、その遠心鋳造された管部分又は直管部分における亀裂の発生が抑えられる。このため、加熱装置としての長寿命化、メンテナンスコスト低減及び信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、加熱装置を示す構成図である。
【図２】Ｗ型のラジアントチューブを示す正面図である。
【図３】ラジアントチューブの材料の一部を示す拡大断面図である。
【図４】ラジアントチューブの材料の一部を示す拡大断面図である。
【図５】材料の疲労寿命を示すグラフである。
【図６】材料の疲労寿命を示すグラフである。
【図７】直管部分から切り出される試験片を示す斜視図である。
【図８】４点曲げ試験を示す原理図である。
【図９】４点曲げ試験を示す原理図である。
【図１０】材料疲労強度の試験結果を示すグラフである。
【図１１】従来例の加熱装置を示す構成図である。
【図１２】従来例のＵ型ラジアントチューブを示す正面図である。
【符号の説明】
１　　ラジアントチューブ
１ａ　直管部分
１ｂ　ベント部分
２　　加熱装置
３　　材料
３ａ　表面
４　　鋳肌
１４　蓄熱式バーナ
１５　蓄熱式バーナ
【図１】
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【図２】
2004101038.tif 000004
【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】
2004101038.tif 000010
【図９】
2004101038.tif 000011
【図１０】
2004101038.tif 000012
【図１１】
2004101038.tif 000013
【図１２】
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