(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数の耐熱性の布部材を、加熱炉の排気口内に該排気口に固定されている支持部材を介して、該排気口内を通過する排気ガスの流れに沿って設置し、該排気口を通過する排気ガスで前記布部材を加熱し、加熱された前記布部材からの輻射熱を該加熱炉内に入れて、該排気口から外部に流出する熱を減少させることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項２】
請求項１記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は複数設置され、しかも、該複数の布部材は前記排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項３】
請求項２記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、２枚の前記布部材で形成され、該布部材間の交差角度は１０°以上９０°以下であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項４】
請求項２記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、３枚以上の前記布部材で形成され、隣接する該布部材間の各交差角度は等しく５°以上であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項５】
請求項１記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材が３枚以上あって、該布部材は前記排気ガスの流れ方向に見て２点以上で交差して、前記排気口内を該排気口内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割する集合体を形成していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項６】
請求項５記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の前記布部材を備えた第１の布部材群と、該第１の布部材群を構成する前記布部材に５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差する１枚の前記布部材を有していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項７】
請求項５記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第２の布部材群を有し、前記第１の布部材群の前記布部材と前記第２の布部材群の前記布部材は５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材の幅方向の両側端部は、前記排気口の内壁に当接していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成することを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１２】
請求項９又は１１記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は複合化無機繊維で構成され、該複合化無機繊維は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造を有し、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、
前記外殻構造は、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、
前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、
Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及び
ＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１６】
請求項１３又は１４記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２、その炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、
Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１７】
請求項１３又は１４記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１８】
請求項１３又は１４記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項１９】
請求項１３又は１４記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項２０】
請求項１〜１２のいずれか1項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項２１】
請求項１〜１２のいずれか1項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項２２】
請求項１〜１２のいずれか1項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項２３】
請求項１〜１２のいずれか1項に記載の加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善方法。
【請求項２４】
加熱炉の排気口内に設置し、該排気口から外部に流出する熱を減少させる加熱炉の熱効率改善装置であって、
前記排気口内に、該排気口内を通過する排気ガスの流れに沿って配置され、該排気ガスによって加熱される１又は複数の耐熱性の布部材と、
前記布部材を前記排気口に固定する支持部材とを有し、
加熱された前記布部材からの輻射熱を前記加熱炉に入れて、外部に流出する熱を減少させることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は２枚あって、前記排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成し、前記布部材間の交差角度は１０°以上９０°以下であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項２６】
請求項２４記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は３枚以上あって、前記排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成し、隣接する前記布部材間の各交差角度は等しく、５°以上であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項２７】
請求項２４記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材が３枚以上あって、該布部材は前記排気ガスの流れ方向に見て２点以上で交差して、前記排気口内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割する集合体を形成していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項２８】
請求項２７記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の前記布部材を備えた第１の布部材群と、該第１の布部材群を構成する前記布部材に５°以上の交差角度で交差する１枚の前記布部材を有していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項２９】
請求項２７記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第２の布部材群を有し、前記第１の布部材群の前記布部材と前記第２の布部材群の前記布部材は５°以上の交差角度で交差していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３０】
請求項２４〜２９のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材の幅方向の両側端部は、前記排気口の内壁に当接していることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３１】
請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製されることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３２】
請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製されることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３３】
請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成されることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３４】
請求項３１又は３３記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３５】
請求項２４〜３４のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記支持部材は、前記布部材が装着されるスリットを有する筒体と、前記筒体を前記排気口の内壁内に、前記排気ガスの流れに沿って取付ける固定手段とを有することを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３６】
請求項３５記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記筒体は、高耐熱性酸化物及び高耐熱性非酸化物のいずれか１からなることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３７】
請求項３６記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記筒体が高耐熱性非酸化物からなり、該筒体の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３８】
請求項３６又は３７記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記固定手段は、前記筒体の排ガス入口側にあって、半径方向内側端部が前記筒体に当接又は固定され、半径方向外側端部が該排気口の内壁内に固定される１又は複数の耐熱性の締結部材を有することを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項３９】
請求項３８記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記締結部材は、前記排気口の内壁に先部が螺入する頭付きボルトであることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４０】
請求項３８又は３９記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記締結部材が高耐熱性非酸化物からなって、該締結部材の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４１】
請求項３５〜４０のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記固定手段は、前記排気口に該排気口の内壁とは隙間を有して配置された前記筒体の排ガス出口側を貫通し、両端部が該排気口の内壁内に取付けられる１又は複数の耐熱性の第２の締結部材を有することを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４２】
請求項４１記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記第２の締結部材は、セラミックボルトと、該セラミックボルトに螺合するセラミックナットからなることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４３】
請求項４１記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記第２の締結部材が高耐熱性非酸化物からなって、該第２の締結部材の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４４】
請求項３５〜４３のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記固定手段は、耐熱性の帯状布シートに耐熱性無機接着剤を練り込んで作製され、前記筒体の外周面に巻き付けられて前記排気口に挿入された際に該筒体と該排気口との隙間を塞ぐ充填部材を有することを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４５】
請求項４４記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記充填部材は前記筒体の排ガス入口側及び前記筒体の排ガス出口側のいずれか一方又は両側に設けられていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４６】
請求項４４又は４５記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記帯状布シートは、厚みが０．２〜１０ｍｍ、開口率が３０％以下である織物、又は厚みが１〜１０ｍｍ、体積空隙率が５０〜９７％である不織布で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４７】
請求項４４〜４６のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記耐熱性無機接着剤は、アルミナ質であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４８】
請求項２４〜４７のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は、無機繊維又は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維で形成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項４９】
請求項４８記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は複合化無機繊維であって、該複合化無機繊維の外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、
前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下であることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５０】
請求項４９記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及び
ＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５１】
請求項４９又は５０記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５２】
請求項４９又は５０記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２、その炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、
Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５３】
請求項４９又は５０記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５４】
請求項４９又は５０記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５５】
請求項４９又は５０記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５６】
請求項４８記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５７】
請求項４８記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５８】
請求項４８記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項５９】
請求項４８記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【請求項６０】
請求項４４〜４７のいずれか１項に記載の加熱炉の熱効率改善装置において、前記帯状布シートは、無機繊維又は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維で形成されていることを特徴とする加熱炉の熱効率改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、加熱炉の排気口（排気口道を含む）の入口に取付け、排気口を通過する排気ガスで加熱されて、加熱炉内からの輻射熱を加熱炉内に反射して戻すことにより排気口から外部に流出する熱を減少させる加熱炉の熱効率改善方法及び加熱炉の熱効率改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃焼加熱炉あるいは雰囲気制御加熱炉における最も顕著な熱損失は、排気口を通過して外部に放出される高温排気ガスが持ち出す熱損失である。そこで、炉内壁に熱輻射効率の高い物質を設けること（例えば、特許文献１参照）や、炭化ケイ素系の不織布マット（以下、単にマットという）を炉内天井に設けた排気口に熱フィルタとして貼り付け、更に、炉内の天井並びに側壁に熱反射体としても貼り付けて、高温排気ガスの顕熱を炉内で回収する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２１０７８２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】鈴木謙爾、外3名、「Ｓｉ−Ｃ−（Ｍ）−Ｏ系繊維不織布マットによるガス燃焼加熱炉の省エネルギー化ならびに高性能化」、工業加熱、社団法人日本工業炉協会、２００７年７月１５日、第４４巻、第４号、ｐ．１７−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、柔軟体であるマットを、炉内の天井や側壁に貼り付けるには、セラミック接着剤を用いて接着する方法が一般的である。しかし、炉内温度が、例えば１０００℃以上の高温で、高温排気ガスが高速で流転する炉内で、マットをセラミック接着剤による接着だけで長期に亘って安定して炉内の天井や側壁に付着させることは困難で、使用中にマットが剥がれて落下する可能性が高い。また、柔軟体であるマット自体が、高温排気ガスによる機械的衝撃や磨耗に長期間に亘り耐えることができるかという問題もある。更に、柔軟体であるマットは保形性（形状保持性）が極端に低いため貼り付け作業が非常に煩雑になると共に、マット同士を組合わせて互いに支えあわせて一体化するような使用ができないため、炉内の天井や側壁に貼り付けたマットの一部に剥離が生じると、その剥離は容易にマット全体に拡がって、マットが落下するという問題がある。そして、一旦マットが落下すると、落下の影響は周囲のマットに拡がり、マットの落下が連鎖して発生するという問題も生じる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、既設の加熱炉の排気口内に設置して、排気ガスにより加熱された布部材の輻射熱を加熱炉内に入れて、排気口から流出する熱を減少させる加熱炉の熱効率改善方法及び熱効率改善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】
【０００７】
前記目的に沿う第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法は、１又は複数の耐熱性の布部材を、加熱炉の排気口内に該排気口に固定されている支持部材を介して、該排気口内を通過する排気ガスの流れに沿って設置し、該排気口を通過する排気ガスで前記布部材を加熱し、加熱された前記布部材からの輻射熱を該加熱炉内に入れて、該排気口から外部に流出する熱を減少させる。
【０００８】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は複数設置され、しかも、該複数の布部材は前記排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成していることが好ましい。
【０００９】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、２枚の前記布部材で形成され、該布部材間の交差角度は１０°以上９０°以下とすることができる。
ここで、布部材間の交差角度が１０°未満では、布部材の内側を流れる排気ガス流量と、布部材の外側を流れる排気ガス流量に差が生じるため、布部材の均一加熱が困難となり好ましくない。一方、布部材間の交差角度が９０°を超え、１７０°未満の集合体は、布部材間の交差角度が１０°以上９０°以下の場合の集合体と、排気ガスの流れによる作用は同一になる。このため、交差角度の下限を１０℃、上限を９０°とした。
【００１０】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、３枚以上の前記布部材で形成され、隣接する該布部材間の各交差角度は等しく、５°以上とすることが好ましい。
ここで、交差角度が５°未満では、布部材の交差部の近傍を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。また、ｎ枚の布部材で集合体を形成し、隣接する布部材間の各交差角度を等しくすると、交差角度は３６０°／２ｎとなる。なお、交差角度の上限は、３枚の布部材を有する場合で、６０°である。
【００１１】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材が３枚以上あって、該布部材は前記排気ガスの流れ方向に見て２点以上で交差して、前記排気口内を該排気口内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割する集合体を形成していることが好ましい。
【００１２】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の前記布部材を備えた第１の布部材群と、該第１の布部材群を構成する前記布部材に５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差する１枚の前記布部材を有していることが好ましい。
ここで、第１の布部材群の２枚の布部材の間隔が５ｍｍ未満では、第１の布部材群を構成する布部材間を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。また、布部材間の交差角度が５°未満では、布部材の交差部の近傍を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。一方、布部材間の交差角度が９０°を超え、１７５°未満の集合体は、布部材間の交差角度が５°以上９０°未満の集合体と、排気ガスの流れによる作用は同一になる。このため、交差角度の下限を５℃、上限を９０°とした。
【００１３】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第２の布部材群を有し、前記第１の布部材群の前記布部材と前記第２の布部材群の前記布部材は５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差していることが好ましい。
ここで、第１、第２の布部材群をそれぞれ構成する布部材の間隔が５ｍｍ未満では、布部材間を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。また、布部材間の交差角度が５°未満では、布部材の交差部の近傍を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。一方、布部材間の交差角度が９０°を超え、１７５°未満の集合体は、布部材間の交差角度が５°以上９０°未満の集合体と、排気ガスの流れによる作用は同一になる。このため、交差角度の下限を１０℃、上限を９０°とした。
【００１４】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材の幅方向の両側端部は、前記排気口の内壁に当接していることが好ましい。
【００１５】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製することができる。
また、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製してもよい。
更に、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成してもよい。
ここで、前記織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１とすることができる。
【００１６】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は複合化無機繊維で構成され、該複合化無機繊維は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造を有し、
Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、
前記外殻構造は、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、
前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下であることが好ましい。
ここで、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることが好ましい。
【００１７】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成することが好ましい。
また、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２、その炭化物をＭ２Ｃとして、
β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物で構成することができる。
更に、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成することもできる。
そして、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成してもよい。
あるいは、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成することも可能である。
【００１８】
第１の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成することが好ましい。
また、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成することもできる。
更に、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成してもよい。
そして、前記布部材は無機繊維で構成され、該無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成することも可能である。
【００１９】
前記目的に沿う第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置は、加熱炉の排気口内に設置し、該排気口から外部に流出する熱を減少させる加熱炉の熱効率改善装置であって、
前記排気口内に、該排気口内を通過する排気ガスの流れに沿って配置され、該排気ガスによって加熱される１又は複数の耐熱性の布部材と、
前記布部材を前記排気口に固定する支持部材とを有し、
加熱された前記布部材からの輻射熱を前記加熱炉に入れて、外部に流出する熱を減少させている。
【００２０】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は２枚あって、前記排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成し、前記布部材間の交差角度は１０°以上９０°以下であることが好ましい。
ここで、布部材間の交差角度が１０°未満では、布部材の内側を流れる排気ガス流量と、布部材の外側を流れる排気ガス流量に差が生じるため、布部材の均一加熱が困難となり好ましくない。一方、布部材間の交差角度が９０°を超え、１７０°未満の集合体は、布部材間の交差角度が１０°以上９０°以下の場合の集合体と、排気ガスの流れによる作用は同一になる。このため、交差角度の下限を１０℃、上限を９０°とした。
【００２１】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は３枚以上あって、前記排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成し、隣接する前記布部材間の各交差角度は等しく、５°以上であることが好ましい。
ここで、交差角度が５°未満では、布部材の交差部の近傍を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。また、ｎ枚の布部材で集合体を形成し、隣接する布部材間の各交差角度を等しくすると、交差角度は３６０°／２ｎとなる。なお、交差角度の上限は、３枚の布部材を有する場合で、交差角度は６０°である。
【００２２】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材が３枚以上あって、該布部材は前記排気ガスの流れ方向に見て２点以上で交差して、前記排気口内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割する集合体を形成していることが好ましい。
【００２３】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の前記布部材を備えた第１の布部材群と、該第１の布部材群を構成する前記布部材に５°以上の交差角度で交差する１枚の前記布部材を有する構成とすることができる。
また、前記集合体は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の前記布部材を備えた第２の布部材群を有し、前記第１の布部材群の前記布部材と前記第２の布部材群の前記布部材は５°以上の交差角度で交差している構成とすることもできる。
ここで、第１、第２の布部材群をそれぞれ構成する布部材の間隔が５ｍｍ未満では、布部材間を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。また、布部材間の交差角度が５°未満では、布部材の交差部の近傍を排気ガスが通過する際の抵抗が大きくなり好ましくない。一方、布部材間の交差角度が９０°を超え、１７５°未満の集合体は、布部材間の交差角度が５°以上９０°未満の集合体と、排気ガスの流れによる作用は同一になる。このため、交差角度の下限を５°、上限を９０°とした。
【００２４】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材の幅方向の両側端部は、前記排気口の内壁に当接していることが好ましい。
【００２５】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製することができる。
また、前記布部材は、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製してもよい。
更に、前記布部材は、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成してもよい。
ここで、前記織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１とすることができる。
【００２６】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記支持部材は、前記布部材が装着されるスリットを有する筒体と、前記筒体を前記排気口の内壁内に、前記排気ガスの流れに沿って取付ける固定手段とを有する構成とすることができる。
ここで、前記筒体は、高耐熱性酸化物及び高耐熱性非酸化物のいずれか１からなることが好ましい。
また、前記筒体が高耐熱性非酸化物からなり、該筒体の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されていることが好ましい。
【００２７】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記固定手段は、前記筒体の排ガス入口側にあって、半径方向内側端部が前記筒体に当接又は固定され、半径方向外側端部が該排気口の内壁内に固定される１又は複数の耐熱性の締結部材を有することが好ましい。
また、前記締結部材は、前記排気口の内壁に先部が螺入する頭付きボルトであることが好ましい。なお、締結部材は、高耐熱性酸化物及び高耐熱性非酸化物のいずれか１から構成することができる。
ここで、前記締結部材が高耐熱性非酸化物からなって、該締結部材の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されていることが好ましい。
【００２８】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記固定手段は、前記排気口に該排気口の内壁とは隙間を有して配置された前記筒体の排ガス出口側を貫通し、両端部が該排気口の内壁内に取付けられる１又は複数の耐熱性の第２の締結部材を有することが好ましい。
また、前記第２の締結部材は、セラミックボルトと、該セラミックボルトに螺合するセラミックナットからなることが好ましい。なお、第２の締結部材は、高耐熱性酸化物及び高耐熱性非酸化物のいずれか１から構成することができる。
ここで、前記第２の締結部材が高耐熱性非酸化物からなって、該第２の締結部材の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されていることが好ましい。
【００２９】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記固定手段は、耐熱性の帯状布シートに耐熱性無機接着剤を練り込んで作製され、前記筒体の外周面に巻き付けられて前記排気口に挿入された際に該筒体と該排気口との隙間を塞ぐ充填部材を有してもよい。
ここで、前記充填部材は前記筒体の排ガス入口側及び前記筒体の排ガス出口側のいずれか一方又は両側に設けることができる。
そして、前記帯状布シートは、厚みが０．２〜１０ｍｍ、開口率が３０％以下である織物、又は厚みが１〜１０ｍｍ、体積空隙率が５０〜９７％である不織布で構成することができる。
また、前記耐熱性無機接着剤は、アルミナ質とすることができる。
【００３０】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は、無機繊維又は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維で形成されていることが好ましい。
【００３１】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は複合化無機繊維であって、該複合化無機繊維の外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）前記第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）前記第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）前記第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）前記酸化物と前記複合酸化物、（５）前記酸化物と前記固溶体酸化物、（６）前記複合酸化物と前記固溶体酸化物、及び（７）前記酸化物と前記複合酸化物と前記固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、
前記外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、前記内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、前記外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下であることが好ましい。
また、前記固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、前記第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、前記第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなることが好ましい。
【００３２】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されていることが好ましい。
また、前記内殻構造は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２、その炭化物をＭ２Ｃとして、
β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、該結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物で構成することができる。
更に、前記内殻構造は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成することもできる。
そして、前記内殻構造は、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成してもよい。
あるいは、前記内殻構造は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成することも可能である。
【００３３】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成することができる。
また、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成することもできる。
更に、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成してもよい。
そして、前記布部材は無機繊維であって、該無機繊維は、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成することも可能である。
【００３４】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、前記帯状布シートは、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維又は無機繊維で形成されていることが好ましい。
ここで、帯状布シートを形成する無機繊維又は複合化無機繊維は、布部材を形成する無機繊維又は複合化無機繊維と同一の構成とすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法おいては、１又は複数の耐熱性の布部材を、加熱炉の排気口内に、排気口内を通過する排気ガスの流れに沿って設置するので、排気ガスの通過を妨げることなく、しかも排気ガスとの接触を十分に行うことができる。これにより、排気ガスで布部材が効率的に加熱され、排気口内の温度を下げると共に排気ガスの温度を下げる。その結果、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に入れて、排気口から外部に流出する熱を減少させることができ、加熱炉の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）することができる。また、加熱炉内の温度分布を均一にすることができる。
そして、排気口内に布部材を設置しても排気ガスの通過が妨げられないため、加熱炉内の炉内ガスの流れを、排気口内に布部材を設置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もないため、既存の加熱炉に対して容易に適用することができる。
【００３６】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、布部材が複数設置され、しかも、複数の布部材が排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成している場合、複数の布部材を用いても排気ガスの通過を妨げることなく、しかも排気ガスとの接触を十分に行うことができる。
【００３７】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、集合体が、２枚の布部材で形成され、布部材間の交差角度が１０°以上９０°以下である場合、布部材の内側と外側をそれぞれ通過する排気ガスの流れを同一にすることができ、布部材を排気ガスの熱で効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
また、集合体が、３枚以上の布部材で形成され、隣接する布部材間の各交差角度は等しく５°以上である場合、布部材間を排気ガスは一様に通過することができ、布部材を排気ガスの熱で効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
【００３８】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、布部材が３枚以上あって、布部材は排気ガスの流れ方向に見て２点以上で交差して、排気口内を該排気口内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割する集合体を形成している場合、排気口内を通過する排気ガスの熱を効率的に利用することができる。
ここで、集合体が、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の布部材を備えた第１の布部材群と、第１の布部材群を構成する布部材に５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差する１枚の布部材を有している場合、排気口内を通過する排気ガスで３枚の布部材を効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
また、集合体が、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第２の布部材群を有し、第１の布部材群の布部材と第２の布部材群の布部材は５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差している場合、排気口内を通過する排気ガスで布部材を効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
【００３９】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、布部材の幅方向の両側端部が、排気口の内壁に当接している場合、排気ガスは必ず布部材に沿って通過するので、布部材の加熱を効率的に行うことができる。
【００４０】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、布部材が、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製されている場合、また、布部材が、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製されている場合、排気ガスが布部材を通過することができ、布部材をより効率的にかつ均一に加熱することができる。
更に、布部材が、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成される場合、織物、不織布の枚数を変えることで、種々の厚みの布部材を容易に形成できる。
ここで、織物が、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１である場合、織物の種類を選択することで、目的に応じた最適な布部材を作製できる。
【００４１】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、布部材が複合化無機繊維で構成され、複合化無機繊維は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造を有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、
Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、外殻構造は、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下である場合、布部材に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。
【００４２】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、固溶体酸化物が、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、
ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる場合、固溶体酸化物の耐熱性及び耐食性を高めることができる
【００４３】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、（１）内殻構造が、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されている場合、（２）内殻構造が、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２、その炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（３）内殻構造が、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されている場合、（４）内殻構造が、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（５）内殻構造が、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されている場合、布部材の比熱が小さくなって温度変動に容易に追従できると共に、高温になった際に輻射熱の反射効率を高めることができる。
【００４４】
第1の発明に係る加熱炉の熱効率改善方法において、（１）布部材が無機繊維で構成され、無機繊維が、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されている場合、（２）布部材が無機繊維で構成され、無機繊維が、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されている場合、（３）布部材が無機繊維で構成され、無機繊維が、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されている場合、布部材の比熱が小さくなって温度変動に容易に追従できると共に、加熱された際に輻射熱の反射効率を高めることができる。
また、布部材が無機繊維で構成され、無機繊維が、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成されている場合、布部材を酸化雰囲気中で使用できる。
【００４５】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置においては、排気口内に、1又は複数の耐熱性の布部材が、排気口内を通過する排気ガスの流れに沿って配置されるので、排気ガスの通過を妨げることなく、しかも排気ガスとの接触を十分に行うことができ、排気ガスで布部材を効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉に入れて、排気口から外部に流出する熱を減少させることができ、加熱炉の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）することができる。
そして、排気口内に布部材を設置しても排気ガスの通過が妨げられないため、加熱炉内の炉内ガスの流れを、排気口内に布部材を設置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もないため、既存の加熱炉に対して容易に適用することができる。
【００４６】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材は２枚あって、排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成し、布部材間の交差角度は１０°以上９０°以下である場合、複数の布部材を用いても排気ガスの通過を妨げることなく、しかも排気ガスとの接触を十分に行うことができる。
【００４７】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材が３枚以上あって、排気ガスの流れ方向に見て１点で交差して放射状の集合体を形成し、隣接する布部材間の各交差角度は等しく、５°以上である場合、布部材間を排気ガスは一様に通過することができ、布部材を排気ガスの熱で効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
【００４８】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材が３枚以上あって、布部材は排気ガスの流れ方向に見て２点以上で交差して、排気口内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割する集合体を形成している場合、排気口内を通過する排気ガスの熱を効率的に利用することができる。
ここで、集合体が、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の布部材を備えた第１の布部材群と、第１の布部材群を構成する布部材に５°以上の交差角度で交差する１枚の布部材を有している場合、排気口内を通過する排気ガスで３枚の布部材を効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
また、集合体が、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第２の布部材群を有し、第１の布部材群の布部材と第２の布部材群の布部材は５°以上の交差角度で交差している場合、排気口内を通過する排気ガスで布部材を効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
【００４９】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材の幅方向の両側端部が、排気口の内壁に当接している場合、排気ガスは必ず布部材の間を通過するので、布部材の加熱を効率的に行うことができる。
【００５０】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材が、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から作製される場合、また、布部材が、厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製される場合、布部材をより効率的にかつ均一に加熱することができる。
更に、布部材が、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成される場合、織物、不織布の枚数を変えることで、種々の厚みの布部材を容易に形成できる。
ここで、織物が、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１である場合、織物の種類を選択することで、目的に応じた最適な布部材を得ることができる。
【００５１】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、支持部材が、布部材が装着されるスリットを有する筒体と、筒体を排気口の内壁内に、排気ガスの流れに沿って取付ける固定手段とを有する場合、排気口内に布部材を、排気口内を通過する排気ガスの流れに沿って容易に配置することができる。
【００５２】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、筒体が、高耐熱性酸化物及び高耐熱性非酸化物のいずれか１からなる場合、筒体を高温下で長期間に亘って安定して使用することができる。
また、筒体が高耐熱性非酸化物からなり、筒体の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されている場合、加熱炉内で温度変動が発生しても、筒体を高温下で長期間に亘って安定して使用することができる。
【００５３】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、固定手段が、筒体の排ガス入口側にあって、半径方向内側端部が筒体に当接又は固定され、半径方向外側端部が排気口の内壁内に固定される１又は複数の耐熱性の締結部材を有する場合、筒体を排気口内に簡便に取付けることができる。
ここで、締結部材が、排気口の内壁に先部が螺入する頭付きボルトである場合、筒体の排気口内への取付け、取外しが容易になる。
そして、締結部材が高耐熱性非酸化物からなって、締結部材の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されている場合、加熱炉内で温度変動が発生しても、締結部材を高温下で長期間に亘って安定して使用することができる。
【００５４】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、固定手段が、排気口に排気口の内壁とは隙間を有して配置された筒体の排ガス出口側を貫通し、両端部が排気口の内壁内に取付けられる１又は複数の耐熱性の第２の締結部材を有する場合、排気口内に取付けた筒体の軸心方向を排気口の軸心方向に向くように容易に調整することができる。
ここで、第２の締結部材が、セラミックボルトと、セラミックボルトに螺合するセラミックナットからなっている場合、セラミックナットによって筒体の位置決め及び締結を容易に行うことができる。
また、第２の締結部材が高耐熱性非酸化物からなって、第２の締結部材の表面には耐熱酸化物の被覆層が形成されている場合、加熱炉内で温度変動が発生しても、第２の締結部材を高温下で長期間に亘って安定して使用することができる。
【００５５】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、固定手段が、耐熱性の帯状布シートに耐熱性無機接着剤を練り込んで作製され、筒体の外周面に巻き付けられて排気口に挿入された際に筒体と排気口との隙間を塞ぐ充填部材を有する場合、排気口の内寸法に合った外寸法を有する筒体を使用する必要がなくなるので、熱効率改善装置を、既設の加熱炉の排気口に容易に設置することができる。
そして、充填部材が筒体の排ガス入口側と排ガス出口側のいずれか一方又は両側に設けられている場合、筒体の排気口内への固定力を高めることができる。
ここで、帯状布シートが、厚みが０．２〜１０ｍｍ、開口率が３０％以下である織物、又は厚みが１〜１０ｍｍ、体積空隙率が５０〜９７％である不織布で構成されている場合、帯状布シートに耐熱性無機接着剤を容易に練り込むことができると共に、帯状布シートを筒体の外周面に巻き付ける回数を変えることで充填部材の厚みを容易に調整できる。
また、耐熱性無機接着剤が、アルミナ質である場合、高温下で安定した接着強度を維持することができ、筒体を排気口内に充填部材を介して確実に固定することができる。
【００５６】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材が、無機繊維又は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維で形成されている場合、使用環境に応じて、布部材の寿命及びコストをそれぞれ調整することができる。
【００５７】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材が複合化無機繊維であって、複合化無機繊維の外殻構造が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、外殻構造が、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値が、内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さが、０．２μm以上１０μｍ以下である場合、複合化無機繊維に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。
ここで、固溶体酸化物が、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及び
ＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる場合、固溶体酸化物の耐熱性及び耐食性を高めることができる。
【００５８】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、（１）内殻構造が、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されている場合、（２）内殻構造が、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２、その炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（３）内殻構造が、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されている場合、（４）内殻構造が、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（５）内殻構造が、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されている場合、布部材の比熱が小さくなって温度変動に容易に追従できると共に、高温になった際に輻射熱の反射効率を高めることができる。
【００５９】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、布部材が無機繊維であって、（１）無機繊維が、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されている場合、（２）無機繊維が、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されている場合、（３）無機繊維が、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されている場合、布部材の比熱が小さくなって温度変動に容易に追従できると共に、高温になった際に輻射熱の反射効率を高めることができる。
また、無機繊維が、Ａｌ、Ｓｉ、及びＯからなる非晶質無機物質で構成されている場合、布部材を高温の酸化雰囲気中で使用できる。
【００６０】
第２の発明に係る加熱炉の熱効率改善装置において、帯状布シートが、無機繊維又は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維で形成されている場合、使用環境に応じて、充填部材の寿命及びコストをそれぞれ調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置の説明図である。
【図２】同熱効率改善装置の布部材で形成される集合体の説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、同熱効率改善装置の集合体の作製方法を示す説明図である。
【図４】同熱効率改善装置の円筒体の説明図である。
【図５】円筒体に集合体を取付けた状態の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置の説明図である。
【図８】同熱効率改善装置の布部材で形成される集合体の説明図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は、同熱効率改善装置の集合体の作製方法を示す説明図である。
【図１０】同熱効率改善装置の円筒体の説明図である。
【図１１】円筒体に集合体を取付けた状態の説明図である。
【図１２】変形例に係る集合体に使用する布部材の説明図である。
【図１３】変形例に係る集合体取付け方法の説明図である。
【図１４】別の変形例に係る集合体取付け方法の説明図である。
【図１５】実施例１の加熱炉の熱効率改善装置を取付ける電気炉の説明図である。
【図１６】実施例２の加熱炉の熱効率改善装置に使用する集合体の説明図である。
【図１７】実施例２の加熱炉の熱効率改善装置に使用する円筒体の説明図である。
【図１８】実施例２の加熱炉の熱効率改善装置の説明図である。
【図１９】実施例５の加熱炉の熱効率改善装置に使用する集合体の説明図である。
【図２０】実施例５の加熱炉の熱効率改善装置に使用する円筒体の説明図である。
【図２１】実施例５の加熱炉の熱効率改善装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置（以下、単に熱効率改善装置という）１０は、加熱炉の、例えば天井部１１を垂直に貫通して設けられた断面円形の排気口１２内に設置され、排気口１２から外部に流出する熱を減少させる作用を有するものである。
【００６３】
そして、熱効率改善装置１０は、排気口１２内に、排気口１２内を通過する排気ガスの流れに沿って配置され、排気ガスによって加熱される２枚の耐熱性の布部材１５、１６と、布部材１５、１６が装着されるスリット２３、２４、２５、２６（図４参照）を有する耐熱性の円筒体１３（支持部材を構成する筒体の一例）と、円筒体１３の排ガス入口側にあって、半径方向内側端部が円筒体１３に固定され、半径方向外側端部が排気口１２の内壁に螺入して、円筒体１３を排気口１２の内壁内に、排気ガスの流れに沿って取付ける耐熱性の複数（図１では４本）の頭付きボルト１４（支持部材を構成する固定手段としての締結部材の一部）とを有する。また、熱効率改善装置１０は、排気口１２に排気口１２の内壁とは隙間を有して配置された円筒体１３の排ガス出口側を貫通し、両端部が排気口１２の内壁内に取付けられる１本の耐熱性のセラミックボルト１７及びセラミックボルト１７に螺合するセラミックナット１８、１９（支持部材を構成する固定手段に設けられた第２の締結部材の一例）を有する。以下、詳細に説明する。
【００６４】
円筒体１３は、高耐熱性酸化物（例えばアルミナ）及び高耐熱性非酸化物（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン）のいずれか１からなる。これによって、円筒体１３の高温下での変形や破損を防止して、長期間に亘って安定して使用することができる。加熱炉内で運転中に温度変動がある場合、円筒体１３を高耐熱性非酸化物で形成することで、円筒体１３の温度変化に伴う破損を更に防止できる。なお、高耐熱性非酸化物で形成した円筒体１３は、高温下の酸化性雰囲気中では、円筒体１３の表面が徐々に酸化するので、円筒体１３の表面には、例えば、アルミナ、ジルコニア等の耐熱酸化物のスラリーを塗布して被覆層を形成し、円筒体１３の表面の酸化を防止する。これによって、円筒体１３の高温特性（例えば、強度、熱衝撃抵抗）の低下を防いで、長期間に亘って安定して使用することができる。
【００６５】
セラミックからなる頭付きボルト１４（セラミックボルト１７及びセラミックナット１８、１９も同様）は、高耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は高耐熱性非酸化物（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン）のいずれか１からなる。これによって、頭付きボルト１４の高温下での変形や破損を防止して、長期間に亘って安定して使用することができる。加熱炉内で運転中に温度変動がある場合、頭付きボルト１４を高耐熱性非酸化物で形成することで、頭付きボルト１４の温度変化に伴う破損を更に防止できる。なお、高耐熱性非酸化物で形成した頭付きボルト１４は、高温下の酸化性雰囲気中では、頭付きボルト１４の表面が徐々に酸化するので、頭付きボルト１４の表面には、例えば、アルミナ、ジルコニア等の耐熱酸化物のスラリーを塗布して被覆層を形成し、頭付きボルト１４の表面の酸化を防止する。これによって、頭付きボルト１４の高温特性（例えば、強度、熱衝撃抵抗）の低下を防いで、長期間に亘って安定して使用することができる。更に、円筒体１３の排ガス出口側の側部の周方向の対向する位置には、円筒体１３を貫通し、両端部が排気口１２の内周面を押圧するセラミックボルト１７が設けられているので、円筒体１３の排気口１２内への位置決めと固定を更に強化できる。なお、セラミックボルト１７の円筒体１３に対する固定は、セラミックボルト１７の両端部からねじ込んだセラミックナット１８、１９で円筒体１３を両側から押圧することにより行う。
【００６６】
図２に示すように、布部材１５、１６は、排気ガスの流れ方向に見て（以下、「平面視して」と記載する）１点（布部材１５、１６の幅方向の中央部）で交差して、布部材１５、１６間の交差角度が１０°以上９０°以下、ここでは９０°となった放射状の集合体２０を形成している。そして、集合体２０は、その長手方向（布部材１５、１６の長手方向）を円筒体１３の軸心方向に向けて円筒体１３内に挿入されている。なお、集合体２０が挿入された円筒体１３を排気口１２に取付けた場合、円筒体１３の外側に突出している布部材１５、１６の幅方向の両側端部は、排気口１２の内壁に当接している。これにより、排気ガスは、布部材１５、１６及び円筒体１３の側部に沿って流れるようになる。
【００６７】
集合体２０は、図３（Ａ）に示すように、布部材１５、１６の幅方向中央部に、長手方向に沿って布部材１５、１６の長さＬの半分の長さの切込み２１、２２をそれぞれ形成し、図３（Ｂ）に示すように、布部材１５、１６の切込み２１、２２が同軸上で対向すると共に布部材１５、１６が直交するように配置して、図３（Ｃ）に示すように、布部材１５、１６の切込み２１、２２を、他方の切込み２２、２１内に切込み２１、２２に沿って挿入して組合わせることにより形成する。そして、図４に示すように、円筒体１３の基端（排ガス出口側端部）の周方向４等分位置に、それぞれ円筒体１３の軸方向に沿って布部材１５、１６の長さＬより長い長さＳのスリット２３、２４、２５、２６を形成し、集合体２０の布部材１５、１６の長手方向に沿った両側部がそれぞれスリット２３〜２６を挿通するように集合体２０を円筒体１３内に挿入する。これにより、図５に示すように、集合体２０を、布部材１５、１６間の交差角度を９０°に維持した状態で、円筒体１３内に配置することができる。なお、図４において、符号２７、２８はセラミックボルト１７が挿通する取付け孔、符号２９、２９ａ、３０、３０ａは頭付きボルト１４が挿通する取付け孔である。
【００６８】
第１の実施の形態では、集合体２０を布部材１５、１６で形成したが、３枚以上の布部材を、平面視して１点（布部材の幅方向の中央部）で交差させて、隣接する布部材間の各交差角度が等しくなるように集合体を形成してもよい。ここで、隣接する布部材間の各交差角度は、５°以上とする。交差角度を５°以上とすることで、排気ガスが布部材間を通過する際の抵抗を小さくでき、排気ガスの流れを阻害しないようにできる。なお、交差角度の上限は、３枚の布部材を有する場合で、６０°である。
【００６９】
布部材１５、１６は、厚みが０．２〜１０ｍｍ、開口率が３０％以下である織物、又は厚みが１〜１０ｍｍ、体積空隙率が５０〜９７％である不織布から形成された布材を裁断して作製される。ここで、織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１である。これにより、織物の種類を選択することで、目的に応じた最適な布部材を得ることができる。
なお、布部材を、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせた布材積層物から形成することもできる。
【００７０】
布部材１５、１６は、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維で構成されている布材を裁断して作製する。ここで、内殻構造は、（１）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質、（２）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２とし、更にその炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物、（３）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質、（４）粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、及び（５）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質のいずれか１から構成されている（すなわち、内殻構造は、炭化ケイ素系素材で構成されている）。
【００７１】
一方、外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、
Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成されている。そして、外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下である。これによって、複合化無機繊維に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。
【００７２】
なお、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、更に第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる。これにより、固溶体酸化物（すなわち、外殻構造）の耐熱性及び耐食性が高まる。
【００７３】
布部材１５、１６は、布部材１５、１６の素になる耐熱性の基材（耐熱性の無機繊維で構成された織物又は不織布から形成された布材を裁断して作製）を構成している無機繊維の外側に外殻構造を設けて、無機繊維を内殻構造と外殻構造を有する複合化無機繊維に変えることにより、作製することができる。ここで、無機繊維で構成された織物の厚みは０．２〜１０ｍｍ、開口率は３０％以下であり、無機繊維で構成された不織布の厚みは１〜１０ｍｍ、体積空隙率は５０〜９７％である。以下、基材から布部材１５、１６を作製する方法について説明する。
【００７４】
無機繊維は、（１）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質、（２）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質、（３）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されている。そして、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質には、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２とし、更にその炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物が含まれる。また、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質には、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物が含まれる。したがって、無機繊維が（１）〜（３）の無機物質で構成されている場合、無機繊維は、複合化無機繊維の内殻構造と同一の組成（炭化ケイ素系素材）となるので、この無機繊維の外側に外殻構造を設けて複合化無機繊維から構成される布部材は、布部材１５、１６と同一の特性を示す。
【００７５】
布部材１５、１６の作製方法は、無機繊維で構成された織物又は不織布から形成された布材を裁断して基材を作製する第１工程と、基材を、材料Ａの粉末が水中、有機溶媒中、あるいは水と有機溶媒の混合溶媒中に分散した分散溶液中に浸漬し、次いで基材を陰極側にして５０〜１５０ボルトの直流電圧を２〜１０分間印加して、電気泳動により、粉末を基材を構成する無機繊維の表面に付着させて処理基材を得る第２工程と、処理基材を分散溶液中から取り出し乾燥させて、水及び／又は有機溶媒を除去する第３工程と、乾燥した処理基材を、不活性ガス雰囲気中１３００〜１７００℃で、０．２〜２時間加熱処理して粉末を無機繊維に固着させ、無機繊維を内殻構造と外殻構造を持つ複合化無機繊維に変える第４工程とを有している。
【００７６】
無機繊維で構成された織物又は不織布から形成された布材を裁断して、予め設定された寸法を有する正方形状又は長方形状の基材を作製する。ここで、基材を作製するのに使用した布材に、化学繊維（例えばレーヨン繊維）が含有される場合、あるいは布材にサイジング剤が施されている場合は、基材を不活性ガス雰囲気（窒素ガス雰囲気、好ましくはアルゴンガス雰囲気）中で、８００〜１２００℃の温度で、０．５〜５時間加熱処理する。これによって、化学繊維を完全に分解除去、又は一部を分解除去し残部を炭化させることができ、サイジング剤を完全に除去できる。その結果、基材は、完全に無機物化する（以上、第１工程）。
【００７７】
そして、完全に無機物化した基材を、材料Ａの粉末が水中、有機溶媒中、あるいは水と有機溶媒の混合溶媒中に分散した分散溶液が貯留された浴槽中に浸漬する。ここで、有機溶媒は、例えば、アセトン、エタノール、又はノルマルヘプタンのいずれか１である。また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、材料Ａは、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる。なお、耐熱性及び耐食性の高い固溶体酸化物とする場合、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、更に第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとして、固溶体酸化物の組成を、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、
ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上とする。
【００７８】
続いて、基材を陰極側にして、直流安定化電源から５０〜１５０ボルトの直流電圧を２〜１０分間印加して、電気泳動により、粉末を基材を構成する無機繊維の外側に付着させて処理基材を形成する。ここで、浴槽中には、例えば、Ｃ／Ｃコンポジット製のカソ−ド電極が距離を有して対向配置されており、基材はアノ−ド電極となる２枚のステンレス製金網に抱き合わされて（挟まれて）、カソ−ド電極間に配置される（以上、第２工程）。
【００７９】
処理基材の形成が完了すると、処理基材を分散溶液中から取り出し、分散溶液の液切りを行った後、１〜４時間風乾して水及び／又は有機溶媒の大半を飛散除去する。次いで、大気雰囲気中、４０〜８０℃の温度で３〜１０時間熱風乾燥して、残存する水及び／又は有機溶媒を完全に除去する（以上、第３工程）。
【００８０】
乾燥が完了した処理基材を、アルゴンガス等の不活性ガス気流下、又は０．２〜１ＭＰａの微圧力の不活性ガス雰囲気中で、１３００〜１７００℃の温度で０．２〜２時間加熱処理する。これによって、無機繊維の外側に付着している粉末が焼結して無機繊維に固着し、無機繊維は内殻構造と外殻構造を持つ複合化無機繊維に変わり（以上、第４工程）、布部材１５、１６が形成される。なお、外殻構造は、材料Ａで形成され、内殻構造は、無機繊維を構成している無機物質で形成される。
【００８１】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０を用いた加熱炉の熱効率改善方法について説明する。
加熱炉の熱効率改善装置１０を加熱炉の排気口１２内に設置することで、排気ガスは、加熱炉の熱効率改善装置１０の円筒体１３内及び円筒体１３の外周面と排気口１２の内周面との隙間を通過して外部に排出されることになる。ここで、円筒体１３内には、布部材１５、１６が、平面視して１点で交差して放射状となった集合体２０が、その長手方向（布部材１５、１６の長手方向）を円筒体１３の軸心方向（排気ガスの流れ方向）に向けて挿入されている。また、円筒体１３の外周面と排気口１２の内周面との隙間には、円筒体１３の外側に突出している布部材１５、１６の幅方向の両端部が、その長手方向を排気口１２の軸心方向（円筒体１３の軸心方向）に沿って配置され、しかも布部材１５、１６の幅方向の両側端部は、排気口１２の内壁に当接している。これにより、排気ガスを、確実に布部材１５、１６に沿って通過させることができる。
【００８２】
これにより、排気ガスは、布部材１５、１６及び円筒体１３の側部に沿って流れるようになり、排気ガスで布部材１５、１６を効率的に加熱され、加熱された布部材１５、１６によって、排気口１２の入口端部（すなわち、加熱炉との境界）の温度を上昇させると共に、加熱された布部材１５、１６から放射される輻射熱を加熱炉内に入れて、排気口１２から外部に流出する熱を減少させることができる。更に、排気口１２内の温度を下げ、排気口１２の出口から排出される排気ガスの温度を４５０〜５５０℃下げることができ、加熱炉の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）することができる（なお、他の実施の形態においても同じ）。
そして、排気ガスが布部材１５、１６及び円筒体１３の側部に沿って流れるので、排気口１２内に円筒体１３及び布部材１５、１６を設置しても排気ガスの通過が妨げられないため、加熱炉内の炉内ガスの流れを、排気口１２内に布部材を設置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もなく、加熱炉の熱効率改善装置１０を既存の加熱炉に対して容易に適用することができる。更に、加熱炉の熱効率改善装置１０の排気口１２への取付け、取外しは、円筒体１３の排気口１２への取付け、取外しを行うことによりできるので、加熱炉の熱効率改善装置１０の保守管理が容易になる。
【００８３】
ここで、集合体２０を形成する布部材１５、１６間の交差角度が１０°以上９０°以下、例えば９０°であるので、布部材１５、１６の内側と外側をそれぞれ通過する排気ガスの流れを同一にすることができ、布部材１５、１６を排気ガスの熱で効率的に加熱することができる。これにより、加熱された布部材１５、１６からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
【００８４】
なお、集合体を、３枚以上の布部材で形成する場合は、布部材が平面視して２点以上で交差して、排気口１２内を排気口１２内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割する集合体を形成する。例えば、集合体を、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の布部材を備えた第１の布部材群と、第１の布部材群を構成する布部材に５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差する１枚の布部材で構成することができる。また、集合体を、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第２の布部材群を、第１の布部材群の布部材と第２の布部材群の布部材が５°以上９０°未満又は９０°の交差角度で交差するように構成することもできる。これらの集合体でも、排気口内を通過する排気ガスで、集合体を形成する布部材を効率的に加熱することができ、加熱された布部材からの輻射熱を加熱炉内に効率的に入れることができる。
【００８５】
布部材１５、１６が、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物から、又は厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布から作製されているので、排気ガスは布部材１５、１６を通過（透過）することができ、布部材１５、１６をより効率的にかつ均一に加熱することができる。なお、布部材を、厚みが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、開口率が３０％以下の織物及び厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、体積空隙率が５０％以上９７％以下の不織布のいずれか一方又は双方を重ね合わせて作製された布材積層物から形成する場合、織物、不織布の枚数を変えることで、種々の厚みの布部材を容易に形成できる。ここで、織物は、平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１とすることで、目的（強度、剛性、弾力性、厚み、長さ、コスト等）に応じた最適な布部材１５、１６が作製できる。
【００８６】
布部材１５、１６が複合化無機繊維で構成され、複合化無機繊維は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造を有し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、外殻構造が、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成され、外殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値は、内殻構造を形成する無機物質の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下である場合、布部材に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。その結果、複合化無機繊維が高温の酸化雰囲気中に存在しても、内殻構造が酸素と反応すること（内殻構造の酸化）を防止でき、内殻構造の材質変化に伴う特性の低下（例えば、強度低下、熱放射率の低下等）が抑制される。
【００８７】
ここで、固溶体酸化物を、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、
及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上から構成すると、固溶体酸化物の（すなわち、外殻構造の）耐熱性及び耐食性を高めることができるので、酸化に伴う内殻構造の材質変化を防止でき、複合化無機繊維の高温酸化雰囲気中での安定性を更に高めることができる。
【００８８】
また、（１）内殻構造が、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質で構成されている場合、（２）内殻構造が、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２、その炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（３）内殻構造が、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で構成されている場合、（４）内殻構造が、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物で構成されている場合、（５）内殻構造が、β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質で構成されている場合、布部材１５、１６の比熱が小さくなって温度変動に容易に追従できると共に、高温になった際に輻射熱の反射効率を高めることができる。
【００８９】
図６に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置３１は、第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０と比較して、排気口１２に挿入された円筒体３２（支持部材を構成する筒体の一例）を排気口１２の内壁内に取付ける固定手段（筒体と共に、支持部材を構成）として、更に、耐熱性の帯状布シートに耐熱性無機接着剤を練り込んで作製され、円筒体３２の炉内側外周部（円筒体３２の排ガス入口側外周部）に巻き付けられて排気口１２内に挿入された際に円筒体３２と排気口１２との隙間を塞ぐ充填部材３３を有することが特徴となっている。なお、加熱炉の熱効率改善装置３１では、円筒体３２の内側から円筒体３２及び円筒体３２の外側にある充填部材３３をそれぞれ貫通し、その先部が排気口１２の内周面に捩じ込まれる複数（第２の実施の形態では４本）の耐熱性の頭付きボルト３４（固定手段である締結部材の一部）が設けられていることが特徴となっている。このため、充填部材３３についてのみ説明し、加熱炉の熱効率改善装置１０と同一の構成部材には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
また、第２の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置３１を用いた加熱炉の輻射熱反射兼熱遮蔽方法は、第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０を用いた加熱炉の輻射熱反射兼熱遮蔽方法と同一なので、説明は省略する。
【００９０】
円筒体３２、頭付きボルト３４には、第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０で使用した円筒体１３、頭付きボルト１４とそれぞれ同様の構成とすることができる。
また、耐熱性の帯状布シートは、厚みが０．２〜１０ｍｍ、開口率が３０％以下である織物（平織、繻子織、綾織、三次元織、及び多軸織のいずれか１）、又は厚みが１〜１０ｍｍ、体積空隙率が５０〜９７％である不織布で構成される。そして、帯状布シートは、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造からなる複合化無機繊維（第１の実施の形態の加熱炉の熱効率改善装置１０で使用している布部材１５、１６を形成している複合化無機繊維と同一の構成）で形成されている。なお、耐熱性無機接着剤は、アルミナ質である。
【００９１】
ここで、帯状布シートへの耐熱性無機接着剤の練り込みは、例えば、帯状布シートの表裏両面にそれぞれ耐熱性無機接着剤を塗り付け、塗り付けた耐熱性無機接着剤をローラで加圧することにより行う。そして、充填部材３３は、帯状布シートを円筒体３２の外周面に巻き付けて形成するので、帯状布シートの巻き付け回数を変えることで、充填部材３３の厚みを容易に調整でき、円筒体３２の外周面から排気口１２の内周面まで隙間の距離に対応した最適厚みにして排気口１２内に挿入可能であって、しかも、円筒体３２と排気口１２の隙間を充填するのに十分な厚みの充填部材３３を、簡便に円筒体３２の外側に設けることができる。
【００９２】
充填部材３３を構成している帯状布シートには、連通した空孔が存在し、空孔内には未硬化の耐熱性無機接着剤が充填されている。そのため、外側に充填部材３３が設けられた円筒体３２を排気口１２内に挿入する際、充填部材３３を隙間の形状に合わせて容易に変形させることができ、円筒体３２の外周面と排気口１２の内周面との隙間を確実に充填することができる。そして、円筒体３２が充填部材３３を介して排気口１２内に挿入された後、帯状布シートの空孔内に充填されている耐熱性無機接着剤が硬化すると、充填部材３３を隙間の形状に合わせた形で固定することができ、隙間を安定して塞ぐことができる。更に、円筒体３２が充填部材３３を介して排気口１２内に挿入された場合、耐熱性無機接着剤を介して、円筒体３２と充填部材３３及び充填部材３３と排気口１２の内周面とが接合され、円筒体３２を排気口１２内に強固に固定することができる。ここで、円筒体３２の先側（排ガス入口側）の側部には複数のセラミックからなる頭付きボルト３４が設けられているので、頭付きボルト４の先端部で排気口１２の内周面を押圧することで、円筒体３２の排気口１２内への固定を更に強化できる。
なお、充填部材は、円筒体３２の炉外側外周部（円筒体３２の排ガス出口側外周部）に設けても、円筒体３２の炉内側外周部及び炉外側外周部にそれぞれ設けてもよい。
【００９３】
図７に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置３５は、第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０と比較して、円筒体３６の形状と円筒体３６内に配置される集合体３７の形状がそれぞれ異なっていることが特徴となっている。
このため、円筒体３６及び集合体３７についてのみ説明し、加熱炉の熱効率改善装置１０と同一の構成部材には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
また、第３の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置３５を用いた加熱炉の輻射熱反射兼熱遮蔽方法は、第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０を用いた加熱炉の輻射熱反射兼熱遮蔽方法と同一なので、説明は省略する。
【００９４】
図８に示すように、集合体３７は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の布部材３８、３９を備えた第１の布部材群４０と、第１の布部材群４０を構成する布部材３８、３９に９０°の交差角度で交差する１枚の布部材４１を有している。なお、布部材３８、３９、４１は、第１の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０で使用した布部材１５、１６と同様の構成とすることができる。
【００９５】
ここで、集合体３７の形成は、以下のようにして行った。先ず、図９（Ａ）に示すように、布部材４１の幅方向の長さを３等分する部位に、長手方向に沿って布部材４１の長さＬの半分の長さの切込み４２、４３をそれぞれ形成する。一方、布部材３８、３９には、布部材３８、３９の幅方向中央部に、長手方向に沿って布部材３８、３９の長さＬの半分の長さの切込み４４、４５をそれぞれ形成する。次いで、布部材４１の切込み４２と布部材３８の切込み４４が同軸上で対向し、布部材４１の切込み４３と布部材３９の切込み４５が同軸上で対向すると共に布部材４１に対して布部材３８、３９がそれぞれ直交するように配置する。そして、図９（B）に示すように、布部材４１の切込み４２と布部材３８の切込み４４を互いに切込み４２、４４に沿って挿入して組合わせ、布部材４１の切込み４３と布部材３９の切込み４５を互いに切込み４３、４５に沿って挿入して組合わせる。
【００９６】
図１０に示すように、円筒体３６の基端（排ガス出口側端部）において、円筒体３６の中心を通る直線と基端との交差部をＦ、Ｇとし、交差部Ｆ、Ｇを結ぶ線分に直交し、円筒体３６の中心を間にして布部材４１の幅長さの１／３の長さの距離の間隔を有して配置される直線と基端とのそれぞれの交差部をＨ、Ｉ、Ｊ、Ｋとし、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋの位置に、それぞれ円筒体３６の軸方向に沿って布部材３８、３９、４１の長さＬより長い長さＲのスリット４６、４７、４８、４９、５０、５１を形成し、集合体３７の布部材３８、３９、４１の長手方向に沿った両側部がそれぞれスリット４６〜５１を挿通するように集合体３７を円筒体３６内に挿入する。これにより、図１１に示すように、平行に配置された布部材３８、３９が布部材４１に平面視して異なる２点で直交した状態となって円筒体３６内に配置することができる。その結果、円筒体３６内は、集合体３７により、円筒体３６内を通過する（排気口１２内を通過する）排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割される。
【００９７】
なお、図１０、図１１において、符号５２、５３はセラミックボルト１７が挿通する取付け孔、符号５４、５５、５６、５７は頭付きボルト１４が挿通する取付け孔である。
また、集合体３７が挿入された円筒体３６を排気口１２に取付けた場合、円筒体３６の外側に突出している布部材３８、３９、４１の幅方向の両側端部は、排気口１２の内壁に当接している。これにより、排気ガスは、布部材３８、３９、４１及び円筒体３６の側部に沿って流れるようになる。
【００９８】
第３の実施の形態では、集合体３７を、布部材４１に対して、平行配置された布部材３８、３９が、直交するように形成したが、１枚の布部材に対して、平行配置された２枚の布部材が、５°以上９０°未満の角度で交差するように配置してもよい。更に、４枚以上の布部材を使用する場合は、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第１の布部材群と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚以上の布部材を備えた第２の布部材群を有し、第１の布部材群の布部材と第２の布部材群の布部材が５°以上の交差角度で交差するように集合体を形成してもよい。布部材間の交差角度を５°以上とすることで、布部材の交差部の近傍を排気ガスが通過する際の抵抗を小さくでき、排気ガスの流れを阻害しないようにできる。なお、交差角度が９０°を超えた集合体は、平面視して、交差角度が９０°未満の集合体と線対称の関係にあるため、交差角度の上限は９０°である。
【００９９】
なお、布部材及び充填部材を構成している帯状布シートは、耐熱性の無機繊維で形成された織物や不織布から形成された布材を裁断して、作製することもできる。ここで、耐熱性の無機繊維は、（１）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質（無機物質１）、（２）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質（無機物質２）、（３）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質の無機物質（無機物質３）、あるいは（４）Ａｌ、Ｓｉ、及びＯからなる非晶質の無機物質（無機物質４）で構成されている。なお、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質１には、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２とし、更にその炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物が含まれる。また、Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質２には、粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、該結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物が含まれる。
【０１００】
無機繊維が無機物質１〜無機物質３のいずれかで構成されている場合、無機繊維は、複合化無機繊維の内殻構造と同一の組成（炭化ケイ素系素材）となるので、この無機繊維から構成された布部材も、第１、第２の実施の形態に係る加熱炉の熱効率改善装置１０、３１の布部材１５、１６と同様の作用を有する。なお、無機繊維は炭化ケイ素系素材であるため、高温の酸化雰囲気中では徐々に酸化して材質が変化し、特性低下（例えば、強度低下、熱放射率の低下等）が生じる。このため、加熱炉の熱効率改善装置を設置する加熱炉内の雰囲気が低酸化性の場合は、無機繊維の酸化速度は遅いので、加熱炉の熱効率改善装置の布部材は、長期間に亘って破損することなく、高い輻射熱の反射効率を維持することができる。また、バッチ式の加熱炉等のように、頻繁な布部材の状況確認及びメンテナンスが可能な場合は、炉内雰囲気が酸化性であっても、その交換を前提に布部材を使用することができる。
【０１０１】
また、無機繊維が、無機物質４で構成されている場合、複合化無機繊維の内殻構造及び無機物質１〜無機物質３で構成された無機繊維と比較して、比熱が大きく、熱放射率が小さくなる。このため、複合化無機繊維、又は無機物質１〜無機物質３で構成された無機繊維で形成した布部材と比較して、無機物質４で構成された無機繊維で形成した布部材の作用は低下する。更に、無機物質４で構成された無機繊維では、高温下において酸化性雰囲気、非酸化性雰囲気を問わず、非晶質の結晶化が進行するため（粒成長が生じるため）無機繊維が脆くなる。従って、布部材を形成している無機繊維が、無機物質４で構成されている場合、布部材を長期間に亘って使用することができない。
【０１０２】
第１〜第３の実施の形態では、布部材で集合体を形成する場合、布部材に切込みを設け、切込み同士が互いに挿入するように布部材を組合わせたが、切込みを形成した枠体に布部材を取付け、布部材が取付けられた枠体同士を組合わせて集合体を形成してもよい。布部材を枠体に取付けることで、布部材の変形を防止することができ、布部材を排気口（円筒体）内に安定して設置することができる。
【０１０３】
例えば、２枚の布部材を枠体に取付け、平面視して枠体の幅方向の中央部で互いに直交する集合体を形成する場合、図１２に示すように、長手方向一端（上端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み５８を形成した布部材５９と、長手方向他端（下端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み６０を形成した布部材６１をそれぞれ準備する。また、図１３に示すように、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）からなり、幅方向中央部に縦桟６２、６３をそれぞれ有し布部材５９、６１の取付けが可能な寸法の枠体６４、６５と、布部材５９、６１が取付けられた枠体６４、６５の縦桟６２、６３の両側部にそれぞれ取付けられて布部材５９、６１を枠体６４、６５と共に挟持する４つの小枠体６６、６７、６８、６９を準備する。なお、縦桟６２には、長手方向一端（上端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み７０が形成され、縦桟６３には、長手方向他端（下端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み７１が形成されている。
【０１０４】
次いで、枠体６４に布部材５９を切込み５８、７０同士の位置が一致するように載置し、布部材５９の上に小枠体６６、６７が縦桟６２の両側部に配置されるように載置して、布部材５９を枠体６４と小枠体６６、６７で挟持する。同様に、枠体６５に布部材６１を切込み６０、７１同士の位置が一致するように載置し、布部材６１の上に小枠体６８、６９が縦桟６３の両側部に配置されるように載置して、布部材６１を枠体６５と小枠体６８、６９で挟持する。続いて、小枠体６６〜６９の四隅に設けられた各取付け孔７２から、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）のピン（図示せず）を差し込み先部を枠体６４、６５に予め形成されている各取付け孔７３に挿入し、耐熱性の無機接着剤（例えばアルミナ質）で固定する。そして、枠体６４の縦桟６２に形成した切込み７０に枠体６５の縦桟６３に形成した切込み７１を挿入することにより、集合体が形成される。
なお、ピンの代わりに耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）からなるボルトを使用してもよい。
【０１０５】
第１〜第３の実施の形態では、集合体を排気口内に設置する場合、円筒体を排気口の内壁との間に隙間を設けて挿入したが、排気口の内壁に当接させて挿入してもよい。
また、第１〜第３の実施の形態では、集合体を排気口内に設置する場合１個の円筒体を使用したが、図１４に示すように、例えば、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の布部材７４、７５を備えた第１の布部材群７６と、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された２枚の布部材７７、７８を備えた第２の布部材群７９を、第１の布部材群７６の布部材７４、７５と第２の布部材群７９の布部材７７、７８を９０°の交差角度で交差させて形成した集合体８０を排気口８１内に設置する場合、同心に配置した２個の円筒体８２、８３を使用してもよい。二重円筒体とすることで、集合体８０をより安定して排気口８１内に設置することができる。更に、排気口の内径が大きい場合、３個以上の円筒体を同心に配置した多重円筒体を使用することもできる。
なお、排気口の断面形状を円形として、筒体に円筒体を用いたが、排気口の断面形状が四角形の場合は、筒体に角筒体を使用する。
【実施例】
【０１０６】
（実施例１）
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＺｒを含有する無機物質で形成された無機繊維で構成された不織布（繊維径が１１μｍ、繊維目付が２４０ｇ／ｍ２、体積空隙率が９５％、化学繊維の一例であるレ−ヨン繊維を２０質量％含有し、幅が５００ｍｍ、厚さが５ｍｍ、長さが１０ｍのロール巻き）を裁断して、縦５００ｍｍ、横５００ｍｍの基材を作製した。そして、基材を熱処理炉内にセットし、アルゴンガス雰囲気中、８００℃で１時間熱処理して、基材（不織布）に含有されているレ−ヨン繊維の一部を分解除去して残部を炭化させると共に、基材に施されているサイジング剤（有機物）の除去を行った（以上、第１工程）。
【０１０７】
続いて、熱処理された基材をアノ−ド電極となる２枚のステンレス製金網で抱き合わせ、第１群から選択されたＳｉ、Ｚｒの元素からなる固溶体酸化物であるジルコン（ジルコニウムモノシリケートともいう、ＺｒＳｉＯ４）の粉末がエタノ−ルと水の混合溶媒中に均一分散した分散溶液を貯留している浴槽中に距離を設けて対向配置したＣ／Ｃコンポジット製の２枚のカソ−ド電極の間に配置した。そして、直流安定化電源より１２０Ｖの直流電圧を５分間印加して、基材を形成している不織布を構成する無機繊維の外側にジルコンの粉末を電気泳動により付着させた（第２工程）。
【０１０８】
次いで、基材を分散溶液中から取り出し、液切り、２時間の風乾、大気雰囲気中４０℃で６時間の熱風乾燥を行った（第３工程）後、アルゴンガス雰囲気中０．５ＭＰａの微加圧下において、１５００℃で０．５時間熱処理を行って、無機繊維の外側に付着させたジルコン粉末を焼結させて無機繊維に固着させることにより、無機繊維を内殻構造（Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＺｒを含有する無機物質で構成されている）と外殻構造（厚さ２μｍのジルコン）を持つ複合化無機繊維に変えて（第４工程）、縦５００ｍｍ、厚さ５ｍｍの複合化無機繊維かで構成された不織布を作製した。
【０１０９】
複合化無機繊維で構成された不織布から、縦６０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの布部材を２枚切出した。そして、２枚の布部材を用いて、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の手順に従って、２枚の布部材を、平面視して１点（各布部材の幅方向の中央部）で互いに交差させて、図２に示すように、布部材間の交差角度が９０°となった放射状の集合体を形成した。次いで、図４に示すように、円筒体の基端の周方向４等分位置に、それぞれ円筒体の軸方向に沿って形成したスリット内に、集合体を構成している布部材の長手方向に沿った両側部がそれぞれ挿通するように集合体を円筒体１３内に挿入した。これにより、図５に示すように、集合体を、布部材間の交差角度を９０°に維持した状態で、円筒体内に配置することができる。そして、円筒体の基側及び先側にそれぞれセラミックボルト、アルミナ製の頭付きボルトをセットして、加熱炉の熱効率改善装置を作製した。
【０１１０】
図１５に示す電気炉の天井部の中央に形成された内径６０ｍｍの排気口の入口側（炉内側）より、加熱炉の熱効率改善装置の円筒体を基側（排ガス出口側）から挿入し、円筒体の先側（排ガス入口側）の側部の周方向に４等分する位置（周方向０°、９０°、１８０°及び２７０°位置）に対向する排気口の内周面に予め作製しておいたボルト孔に円筒体の内側から貫通するアルミナ製の頭付きボルトの先側をねじ込んだ。また、円筒体の基側の側部に一側から対向する他側に向けて貫通するようにセラミックボルトを取付け、セラミックボルトの両端部をそれぞれ排気口の内周面に当接させた。そして、円筒体の外側に突出している布部材の幅方向の両端部が排気口の内周面に当接するように排気口の長手方向に沿って配置する。以上によって、図１に示すように、電気炉の排気口内への熱効率改善装置の取付けが完了する。
【０１１１】
続いて、電気炉の排気口内に設置した熱効率改善装置により輻射熱放射作用、輻射熱放射作用の持続性、及び熱効率改善装置の耐久性を確認するため、電気炉を常時１３００℃に保持（電気炉中央部の温度で制御）し、電気炉の炉床中央部に形成した空気送入口より１リットル／分の流量で空気を３００時間電気炉内に流通させ、そのときの電気炉の消費電力W１の削減率を調べた。ここで、消費電力W1の削減率は、電気炉の排気口内に熱効率改善装置を設置しない状態で、炉床中央部の空気送入口より１リットル／分の流量で空気を電気炉内に流通させながら、電気炉を常時１３００℃一定に保持する際に必要な消費電力量をW０とした場合、１００×（W０−W１）／W０により求めた。
【０１１２】
また、電気炉の排気口に取付けた熱効率改善装置の布部材の先端面（炉内側表面）に取付けた熱電対で測定した熱効率改善装置の先端部温度（布部材下温度）と、熱効率改善装置の布部材の基端面（炉外側表面）に取付けた熱電対で測定した熱効率改善装置の基端部温度（布部材上温度）との差から、熱効率改善装置による熱遮蔽効果を調べた。なお、１３００℃で３００時間試験した後、熱効率改善装置を電気炉の排気口から取外し、布部材を回収して、布部材を構成する複合化無機繊維の高温酸化による劣化の有無を観察した。
【０１１３】
熱効率改善装置を設置する場合は、設置しない場合に比べ消費電力削減率は３２％の高い値を示し、この削減率は３００時間中変わることなく一定で、布部材で形成した集合体が優れた輻射熱放射作用を有することが確認でき、電気炉運転の省エネルギ−に大きく寄与すること、結果的にはＣＯ２の発生低減に大きく寄与することが示唆された。また、熱効率改善装置の上下で８５０℃の温度差が発生しており、この温度差は３００時間に亘って常時一定であった。このことから、布部材が優れた熱遮蔽作用（熱遮蔽特性）を持つことが確認できた。
【０１１４】
なお、試験後に回収した布部材を構成している複合化無機繊維を走査型電子顕微鏡で観察したところ、高温酸化による複合化無機繊維の劣化、表面微細構造の変化は全く認められず、この布部材が１３００℃の高温でも、長期に亘って一定した性能を保持し得るものであることが確認できた。
【０１１５】
同様の方法で別の熱効率改善装置を作製し、同一の電気炉の排気口内に設置して、電気炉を９００℃、３００℃にそれぞれ保持した際の電気炉の消費電力の削減率及び集合体（布部材）の上下の温度差を求めた。その結果、電気炉を９００℃に保持した場合の電気炉の消費電力の削減率は２８％、温度差は４３０℃、電気炉を３００℃に保持した場合の電気炉の消費電力の削減率は２５％、温度差は１５０℃であった。これらのことから、３００℃のような輻射熱の寄与が顕著でない温度域、９００℃のような輻射熱の寄与が現れ始める温度域においても、布部材で形成した集合体は輻射熱放射作用を有し、布部材は熱遮蔽作用（熱遮蔽特性）を持つことが確認できた。また、試験後に回収した布部材を構成している複合化無機繊維を走査型電子顕微鏡で観察したが、複合化無機繊維の劣化、表面微細構造の変化は全く認められなかった。
【０１１６】
（実施例２）
実施例１で作製した複合化無機繊維で構成された不織布から、縦６０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの布部材を２枚切出し、実施例１と同様の手順で、図１６に示すように、布部材間の最小の交差角度が４５°となった放射状の集合体を形成した。また、図１７に示すように、円筒体の基端の周方向に０°、４５°、１８０°、及び２２５°の位置に、それぞれ円筒体の軸方向に沿ってスリット（スリットの長さは、布部材の横寸法１３０ｍｍより長い）を形成すると共に、円筒体の先側の側部の周方向に沿って４等分する位置にアルミナ製の頭付きボルト用の取付け孔を、円筒体の基側の側部の対向する位置にアルミナ製のセラミックボルトが挿通する取付け孔をそれそれ形成した。そして、円筒体に形成した各スリット内に、集合体を構成している布部材の幅方向の両側部がそれぞれ挿通するように集合体を円筒体内に挿入した。これにより、図１８に示すように、集合体を、布部材間の最小交差角度を４５°（したがって、布部材間の最大交差角度は１３５°）に維持した状態で、円筒体内に配置することができる。そして、円筒体の基側及び先側にそれぞれセラミックボルト及び頭付きボルトをセットして、熱効率改善装置を作製した。
【０１１７】
次いで、実施例１で使用した電気炉の排気口の入口側より、熱効率改善装置の円筒体を基側から挿入し、円筒体の先側の側部の周方向に４等分する位置に対向する排気口の内周面に予め作製しておいたボルト孔に円筒体の内側から貫通するアルミナ製ボルトの先側をねじ込んだ。また、円筒体の基側の側部に一側から対向する他側に向けて貫通するようにセラミックボルトを取付け、セラミックボルトの両端部をそれぞれ排気口の内周面に当接させた。そして、円筒体の外側に突出している布部材の幅方向の両端部が排気口の内周面に当接するように排気口の長手方向に沿って配置する。以上によって、電気炉の排気口内への熱効率改善装置の取付けが完了する。
【０１１８】
続いて、電気炉の排気口内に設置した熱効率改善装置による輻射熱放射作用、輻射熱放射作用の持続性、及び熱効率改善装置の耐久性を、実施例１と同様に実施して確認した。
熱効率改善装置を設置した場合、設置しない場合に比べ消費電力削減率は３７％の値を示し、熱効率改善装置（布部材）の上下での温度差は８８０℃であり、この削減率、温度差ともに３００時間一定であることから、布部材間の最小交差角度を４５°とした集合体は、布部材間の交差角度を９０°とした実施例１の集合体に比べて、更に優れた輻射熱放射作用並びに熱遮蔽作用（熱遮蔽特性）、すなわち、更に優れた省エネルギー効果、ＣＯ２削減効果を有することが確認できた。なお、当然のことながら、この集合体を形成している布材の１３００℃での耐久性（長期安定性）も確認された。
【０１１９】
（実施例３）
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＺｒを含有する無機物質で形成された無機繊維で構成された不織布（繊維径が１１μｍ、繊維目付が２４０ｇ／ｍ２、体積空隙率が９５％、レ−ヨン繊維を２０質量％含有し、幅が５００ｍｍ、厚さが５ｍｍ、長さが１０ｍのロール巻き）を裁断して、縦５００ｍｍ、横５００ｍｍの基材を作製した。そして、基材を熱処理炉内にセットし、アルゴンガス雰囲気中、８００℃で１時間熱処理して、基材（不織布）に含有されているレ−ヨン繊維の一部を分解除去して残部を炭化させると共に、基材に施されているサイジング剤の除去を行った。次に、熱処理して得られた基材から、縦６０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの不織布試験片を２枚切り出した。また、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＺｒを含有する無機物質で形成された無機繊維で構成された平織物（繊維目付が２６０ｇ／ｍ２、開口率が２９％、幅が４００ｍｍ、厚さが０．２５ｍｍ、長さが１０ｍのロール巻）を裁断して、幅が６０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さが０．２５ｍｍの平織物試験片を４枚切り出した。
【０１２０】
次いで、１枚の不織布試験片の両側をそれぞれ１枚の平織物試験片で覆って、布材積層物を２個作製した。布材積層物を形成することで、例えば、実施例１で使用した不織布で構成された布部材の集合体を工業加熱炉で使用する場合、加熱炉内取付け時や加熱炉での大流量排気ガス発生時に、不織布からの短繊維脱落、それに伴う短繊維の加熱炉内浮遊、及び不織布毛羽立ちによる不織布の損傷等の不具合を回避することができる。
そして、２個の布材積層物を用いて、実施例１に示した手順にしたがって、２個の布材積層物が交差角度９０°で交差した集合体を作製し、この集合体を、実施例１と同様に円筒体に挿入し、セラミックボルト及び頭付きボルトをセットして熱効率改善装置を組み立て、電気炉の排気口に取付けた。
【０１２１】
続いて、電気炉の排気口内に設置した熱効率改善装置による輻射熱放射作用、輻射熱放射作用の持続性、及び熱効率改善装置の耐久性を、実施例１と同様に実施して確認した。その結果、布材積層物で形成した集合体を挿入しても、１５０時間までは消費電力削減率は３０％で実施例１とほぼ同等の値を示し、布材積層物で形成した集合体が優れた輻射熱放射作用を有することが確認できた。また、集合体（布材積層物）の上下の温度差は８５０℃で、実施例１と同等の熱遮蔽作用を示した。更に、不織布で構成された布部材で形成された集合体を工業加熱炉で実使用に供する際に、不織布からの短繊維脱落、それに伴う短繊維の加熱炉内浮遊、及び不織布毛羽立ちによる不織布の損傷等の問題がある場合、不織布の布材と平織物の布材を組合わせた布材積層物で形成された集合体を採用することで、問題発生を回避できることが確認できた。
【０１２２】
一方、１５０時間経過後、熱効率改善装置を電気炉の排気口から取外し、集合体を形成している布材積層物を回収した。そして、布材積層物を形成している不織布及び平織物のそれぞれの無機繊維の状態を、走査型電子顕微鏡で調査した。その結果、１３００℃の温度下で１５０時間を経過した時点で既に無機繊維が著しく損傷を受けて劣化していることが認められた。したがって、この集合体を１３００℃の温度で実用に供するためには、比較的短期間で取替えながら使用する必要がある。
【０１２３】
（実施例４）
Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質で形成された無機繊維で構成された平織物（繊維目付が２８９ｇ／ｍ２、幅が５００ｍｍ、厚さ０．３３ｍｍ、長さが５ｍのロール巻）から、たて６０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ０．３３ｍｍの布部材１枚を切り出した。また、円筒体の基端の周方向に０°及び１８０°の位置に、それぞれ円筒体の軸方向に沿ってスリット（スリットの長さは、布部材の横寸法１３０ｍｍより長い）を形成すると共に、円筒体の先側の側部の周方向に４等分する位置に頭付きボルト用の取付け孔を、円筒体の基側の側部の対向する位置にセラミックボルトが挿通する取付け孔をそれぞれ形成した。そして、円筒体に形成した各スリット内に、布部材の幅方向の両側部がそれぞれ挿通するように布部材を円筒体内に挿入した。そして、円筒体の基側及び先側にそれぞれセラミックボルト及び頭付きボルトをセットして、熱効率改善装置を作製した。
【０１２４】
次いで、図１５に示す電気炉の天井部の中央に形成された排気口の入口側より、熱効率改善装置の円筒体を基側から挿入し、円筒体の先側の側部の周方向に４等分する位置に対向して予め作製しておいたボルト孔に円筒体の内側から貫通する頭付きボルトの先側をねじ込んだ。また、円筒体の基側の側部に一側から対向する他側に向けて貫通するようにセラミックボルトを取付け、セラミックボルトの両端部をそれぞれ排気口の内周面に当接させた。更に、円筒体の外側に突出している布部材の幅方向の両端部が排気口の内周面に当接するように排気口の長手方向に沿って配置した。以上によって、電気炉の排気口内への熱効率改善装置の取付けが完了する。
【０１２５】
続いて、電気炉の排気口内に設置した熱効率改善装置による輻射熱放射作用、輻射熱放射作用の持続性、及び熱効率改善装置の耐久性を、実施例１と同様に実施して確認した。
その結果、１５０時間までは消費電力削減率は１０％を示し、１枚の平織物からなる布部材を使用しても、輻射熱放射作用（輻射熱反射特性）を有することが確認できた。また、布部材の上下の温度差は３８０℃で、熱遮蔽作用も有することが分かった。
一方、１５０時間経過後、熱効率改善装置を電気炉の排気口から取外し、布部材を回収した。そして、布部材を形成している平織物の無機繊維の状態を、走査型電子顕微鏡で調査した。その結果、１３００℃の温度下で１５０時間を経過した時点で既に無機繊維が著しく損傷を受けて劣化していることが認められた。したがって、この布部材を１３００℃の温度で実用に供するためには、比較的短期間で取替えながら使用する必要がある。
【０１２６】
（実施例５）
Ａｌ、Ｓｉ、及びＯを含有する非晶質無機物質（Ａｌ２Ｏ３換算相当分が約３０％、ＳｉＯ２換算相当分が約７０％）で構成された無機繊維（Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系無機繊維）で形成された不織布（縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚さ５ｍｍ、体積空隙率８０％）を裁断して、縦６０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの布部材を３枚作製した。
得られた布部材３枚を用いて、実施例１と同様の手順で、図１９に示すように、布部材間の交差角度が６０°となった放射状の集合体を形成した。また、図２０に示すように、円筒体の基端の周方向に０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、及び３００°の位置に、それぞれ円筒体の軸方向に沿ってスリット（スリットの長さは、布部材の横寸法１３０ｍｍより長い）を形成すると共に、円筒体の先側の側部の周方向に４等分する位置に頭付きボルト用の取付け孔を、円筒体の基側の側部の対向する位置にセラミックボルトが挿通する取付け孔をそれそれ形成した。そして、円筒体に形成した各スリット内に、集合体を構成している布部材の幅方向の両側部がそれぞれ挿通するように集合体を円筒体内に挿入した。これにより、図２１に示すように、集合体を、布部材間の交差角度を６０°に維持した状態で、円筒体内に配置することができる。そして、円筒体の基側及び先側にそれぞれセラミックボルト及び頭付きボルトをセットして、熱効率改善装置を作製した。
【０１２７】
次いで、図１５に示す電気炉の天井部の中央に形成された排気口の入口側より、熱効率改善装置の円筒体を基側から挿入し、円筒体の先側の側部の周方向に４等分する位置に対向して予め作製しておいたボルト孔に円筒体の内側から貫通する頭付きボルトの先側をねじ込んだ。また、円筒体の基側の側部に一側から対向する他側に向けて貫通するようにセラミックボルトを取付け、セラミックボルトの両端部をそれぞれ排気口の内周面に当接させた。更に、円筒体の外側に突出している布部材の幅方向の両端部が排気口の内周面に当接するように排気口の長手方向に沿って配置した。以上によって、電気炉の排気口内への熱効率改善装置の取付けが完了する。
【０１２８】
続いて、電気炉の排気口内に設置した熱効率改善装置による輻射熱放射作用、輻射熱放射作用の持続性、及び熱効率改善装置の耐久性を、実施例１と同様に実施して確認した。
その結果、熱効率改善装置を排気口に取付けることにより、１５０時間までは消費電力削減率は１３％を示し、実施例１〜３の結果と比較して消費電力削減率は相対的に劣るものの、輻射熱放射作用を有することが確認できた。また、集合体（布部材）の上下の温度差は５３０℃で、集合体が高い熱遮蔽効果をもつことが分かった。
一方、１５０時間経過後、熱効率改善装置を電気炉の排気口から取外し、集合体を形成している布部材を回収した。そして、布部材を形成している不織布の無機繊維の状態を、走査型電子顕微鏡で調査した。その結果、１３００℃の温度下で１５０時間を経過した時点で、無機繊維中には高温による結晶粒子が出現し、粒成長が生じているため、無機繊維が著しく劣化して脆くなっていることが確認された。したがって、この集合体を１３００℃の温度で実用に供するためには、比較的短期間で取替えながら使用することが不可欠である。
【０１２９】
（実施例６）
実施例１で作製した複合化無機繊維で構成された不織布から、縦６０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの布部材を３枚切出し、図９（Ａ）、（Ｂ）に示す手順に従って、図１１の平面図に示すように、平面視して１枚の布部材に、２枚の布部材が、１枚の布部材の幅方向を３等分する２点でそれぞれ直交するように配置して集合体を形成した。次いで、図１０に示すように、円筒体の基端から円筒体の軸方向に沿って形成したスリット（スリットの長さは、布部材の横寸法１３０ｍｍより長い）内に、集合体を形成している布部材の長手方向に沿った両端部がそれぞれ挿通するように集合体を挿入した。これにより、円筒体内を、図１１に示すように、円筒体内を通過する排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割することができる。そして、円筒体の基側及び先側にそれぞれセラミックボルト及び頭付きボルトをセットして、熱効率改善装置を作製した。次いで、実施例１で使用した電気炉の排気口の入口側より、熱効率改善装置の円筒体を基側から挿入し、実施例１と同様の方法で熱効率改善装置を排気口内に取付けた。
【０１３０】
続いて、電気炉の排気口内に設置した熱効率改善装置による輻射熱放射作用、輻射熱放射作用の持続性、及び熱効率改善装置の耐久性を、実施例１と同様に実施して確認した。電気炉を１０００℃に保持した際の電気炉の消費電力の削減率及び集合体（布部材）の上下の温度差を求めた。その結果、電気炉を１０００℃に保持した場合の電気炉の消費電力の削減率は３０％、温度差は５１０℃であり、この削減率、温度差共に、３００時間変わることなく一定で、布部材で形成した集合体は輻射熱放射作用を有し、布部材は熱遮蔽作用（熱遮蔽特性）を持つことが確認できた。また、試験後に回収した布部材を構成している複合化無機繊維を走査型電子顕微鏡で観察したが、複合化無機繊維の劣化、表面微細構造の変化は全く認められなかった。
【０１３１】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
また、排気口内に設置する布部材（集合体）の幅は、排気口の内寸法に合わせて決定すればよいが、布部材（集合体）の長さは、加熱炉の排気口の構造、加熱炉内の温度、及び排気口内を通過する排ガス流量によって適宜決定する必要があるが、例えば、排気口の断面が円形の場合、排気口の内径をＤとすると、布部材（集合体）の長さＸは、０．０５Ｄ〜５Ｄ、好ましくは、０．１Ｄ〜４Ｄとなる。
【符号の説明】
【０１３２】
１０：加熱炉の熱効率改善装置、１１：天井部、１２：排気口、１３：円筒体、１４：頭付きボルト、１５、１６：布部材、１７：セラミックボルト、１８、１９：セラミックナット、２０：集合体、２１、２２：切込み、２３、２４、２５、２６：スリット、２７、２８、２９、２９ａ、３０、３０ａ：取付け孔、３１：加熱炉の熱効率改善装置、３２：円筒体、３３：充填部材、３４：頭付きボルト、３５：加熱炉の熱効率改善装置、３６：円筒体、３７：集合体、３８、３９：布部材、４０：第１の布部材群、４１：布部材、４２、４３、４４、４５：切込み、４６、４７、４８、４９、５０、５１：スリット、５２、５３、５４、５５、５６、５７：取付け孔、５８：切込み、５９：布部材、６０：切込み、６１：布部材、６２、６３：縦桟、６４、６５：枠体、６６、６７、６８、６９：小枠体、７０、７１：切込み、７２、７３：取付け孔、７４、７５：布部材、７６：第１の布部材群、７７、７８：布部材、７９：第２の布部材群、８０：集合体、８１：排気口、８２、８３：円筒体
【要約】
【課題】既設の加熱炉の排気口内に設置して、排気ガスにより加熱された布部材の輻射熱を加熱炉内に入れて、排気口から流出する熱を減少させる加熱炉の熱効率改善方法及び熱効率改善装置を提供する。
【解決手段】加熱炉の排気口１２内に設置し、排気口１２から外部に流出する熱を減少させる加熱炉の熱効率改善装置１０であって、排気口１２内に、排気口１２内を通過する排気ガスの流れに沿って配置され、排気ガスによって加熱される１又は複数の耐熱性の布部材１５、１６と、布部材１５、１６を排気口１２に固定する支持部材１３、１４、１７、１８、１９とを有し、加熱された布部材１５、１６からの輻射熱を加熱炉に入れて、外部に流出する熱を減少させる。
【選択図】図１【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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