(57)【要約】【課題】ラジアントチューブヒータのチューブ内に配置されることにより、加熱流体からチューブへ効率的に伝熱することができるハニカム構造体を提供する。【解決手段】単一の軸方向に延びて列設された隔壁２０により区画された複数のセル２１を備えるハニカム構造体１を、軸方向に直交した断面において、中心部１０のセル密度が外周部１１のセル密度よりも大きい構成とする。また、ハニカム構造体は、ハニカム構造を有するセグメントが複数接合されて形成されたものとすることができ、この場合、中心部及び外周部は、それぞれセル密度が単一のセグメントによって形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアントチューブヒータのチューブ内に配置される、単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体であって、
前記軸方向に直交した断面において、中心部のセル密度が外周部のセル密度よりも大きい
ことを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
単一の方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造を有するセグメントが複数接合されて形成されており、
前記中心部及び前記外周部は、それぞれセル密度が単一の前記セグメントによって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアントチューブヒータのチューブ内に配置されるハニカム構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラジアントチューブヒータは、金属やセラミック製のチューブ内にバーナ等で加熱した空気等の流体を流通させてチューブを加熱し、加熱されたチューブからの放射熱によって被加熱物を間接的に加熱する加熱装置である。一般的に、ラジアントチューブヒータは、鉄材の浸炭処理を行う浸炭炉や、焼鈍処理を行う焼鈍炉など、炉内の雰囲気を制御する加熱炉に使用されている。
【０００３】
しかしながら、加熱された流体（以下、「加熱流体」と称する）がチューブ内を流通する際、チューブの内壁面の近傍は摩擦抵抗が働き流れ難いため、加熱流体はチューブの中心近くを流通しやすく、チューブに熱が伝わりにくい。また、チューブの内壁面の近傍を流通していく加熱流体の温度は、内壁面との熱交換により低下していく。このため、バーナ等の加熱源からの距離が大きくなるに従い、チューブの温度が低下するという問題があった。
【０００４】
この問題を解決することを意図して、加熱流体からチューブへの伝熱を促進させる伝熱促進体を、チューブ内に配置する提案がなされている（特許文献１，２参照）。特許文献１の伝熱促進体は、軽量耐火物製の四枚の板状の仕切部を有する断面十字形の形状を有しており、伝熱促進体の軸方向をチューブの軸方向と平行にして配置するものである。特許文献２の伝熱促進体は、セラミックス等で形成された螺旋形状の案内羽根を有しており、螺旋の軸方向をチューブの軸方向と平行にして配置するものである。
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の伝熱促進体は共に、その表面積は大きくない。このため、加熱流体と接触する面積も大きくなく、加熱流体から伝熱促進体に熱が伝わりにくい。また、伝熱促進体からチューブに放射される熱量は表面積に依存するため、伝熱促進体からチューブにも熱が伝わりにくい。
【０００６】
そこで、ハニカム構造体を伝熱促進体として用いることが提案されている（特許文献３参照）。ハニカム構造体は表面積が大きいため、特許文献３の伝熱促進体において加熱流体と接触する面積は、特許文献１及び特許文献２の伝熱促進体よりも大きい利点がある。しかしながら、上記のように加熱流体はチューブの中心近くを流通しやすいため、チューブ内に配置されたハニカム構造体においても、加熱流体はハニカム構造体の中心部分を流通し易い。このため、特許文献３の発明では、ハニカム構造体の表面積の大きさを十分に活かすことができず、伝熱の効率は高いと言えるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６３−１７３６１３号公報
【特許文献２】特開昭５７−１１２６９４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、ラジアントチューブヒータのチューブ内に配置されることにより、加熱流体からチューブへ効率的に伝熱することができるハニカム構造体の提供を、課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明にかかるハニカム構造体は、「ラジアントチューブヒータのチューブ内に配置される、単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体であって、前記軸方向に直交した断面において、中心部のセル密度が外周部のセル密度よりも大きい」ものである。
【００１０】
「ラジアントチューブヒータ」の「チューブ」は、ガスバーナや電気ヒータ等を加熱源とする加熱流体を内部に流通させる構成であり、Ｕ字形状、Ｌ字形状、Ｔ字形状、ストレート形状等の様々の形状とすることができる。更に、流体が排出される側の端部に熱交換器を設け、チューブに流入させる流体を予熱する構成としても良い。
【００１１】
「ハニカム構造体」の材質は、高温の環境に長時間曝されるため、炭化珪素、アルミナ、ムライト、コージェライト等のセラミックスが好ましく、その中でも熱伝導率が高いことから炭化珪素が特に好ましい。また、ハニカム構造体の形状は、特に限定されるものではなく、外形は円柱状や多角柱状とすることができ、セルの断面形状は四角形、三角形、六角形等の多角形とすることができる。
【００１２】
「中心部のセル密度が外周部のセル密度よりも大きい」ハニカム構造体は、セル密度がそのように分布した型を用いた押出成形や、それぞれのセル密度は単一の大きさであるが互いにセル密度の相違するハニカム構造のセグメントを、複数接合させて形成することができる。
【００１３】
また、「中心部」と「外周部」の間に、セル密度が中心部よりも小さく、外周部よりも大きい「中間部」を備える構成とすることができる。この場合、中間部は更に、中心部側より外周部側でセル密度が小さい複数の部分で形成される構成とすることができる。
【００１４】
本構成のハニカム構造体では、セル密度が外周部よりも中心部で大きいため、外周部と比較して中心部において加熱流体が流れにくい。このため、外周部に流入する加熱流体の量が増え、従来のハニカム構造体では中心部に偏って流通していた加熱流体を、ハニカム構造体の全体に、均一な流れに近付けて流通させることができる。これにより、ハニカム構造体の大きな表面積が十分に活用され、加熱流体の有する熱を効率的にチューブへ伝えることができる。
【００１５】
本発明にかかるハニカム構造体は、上記構成に加えて、「単一の方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造を有するセグメントが複数接合されて形成されており、前記中心部及び前記外周部は、それぞれセル密度が単一の前記セグメントによって形成されている」ものとすることができる。
【００１６】
「セグメント」の形状は特に限定されるものではなく、ハニカム構造体の形状に応じて、四角柱、三角柱等の多角柱状の外形とすることができる。また、中心部及び外周部が、それぞれセル密度が単一のセグメントで形成されるものであれば、セグメントの個数は限定されない。なお、上記のように中心部及び外周部に加えて中間部を備える場合は、セル密度の異なるセグメントの三種以上によってハニカム構造体が形成される。
【００１７】
本構成のハニカム構造体によれば、セル密度が単一である従来のハニカム構造体をセグメントとして、本構成のハニカム構造体を容易に形成することができる。このため、新たに設備を導入する必要がなくコストを抑えて本構成のハニカム構造体を製造することができる。また、ラジアントチューブヒータのチューブの内径に応じて、断面積の大きいハニカム構造体を容易に形成することができる。これにより、大型のラジアントチューブヒータであっても、ハニカム構造体の断面積をチューブの内径に応じた大きさとすることにより、加熱流体の熱をチューブへ効率的に伝熱することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の効果として、ラジアントチューブヒータのチューブ内に配置されることにより、加熱流体からチューブへ効率的に伝熱することができるハニカム構造体を、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）本発明の第一実施形態であるハニカム構造体の平面図、（ｂ）中心部分のセル密度が外周部分よりも高い型を用いた押出成形により得られたハニカム構造体の平面図である。
【図２】（ａ）本発明の第二実施形態であるハニカム構造体の平面図、（ｂ）セル密度の異なるセグメントを接合した接合体の平面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）他の実施形態のハニカム構造体の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の第一実施形態及び第二実施形態であるハニカム構造体について、それぞれ図１及び図２を用いて説明する。
【００２１】
第一実施形態のハニカム構造体１は、ラジアントチューブヒータのチューブ内に配置される、単一の軸方向に延びて列設された隔壁２０により区画された複数のセル２１を備えるハニカム構造体１であって、軸方向に直交した断面において、中心部１０のセル密度が、外周部１１のセル密度よりも大きいものである。ここで、第一実施形態では、中心部１０と外周部１１とが一体成形されたものである。
【００２２】
より詳細に説明すると、第一実施形態のハニカム構造体１はセラミックス製であり、セルが開口した端面側から見た平面図を図１（ａ）に示すように、断面の外形が正方形の中心部１０の外周に沿って外周部１１が形成された、断面の最外形が円形である円柱状である。また、中心部１０のセル密度は外周部１１のセル密度の２倍である。
【００２３】
このようなハニカム構造体１は、セラミックス粉末を水やバインダと混合した混練物を、押出成形した成形体を乾燥または焼成して形成されたものであり、押出成形の型としては、断面の外形が正方形の中心部分と、中心部分の外周に沿って形成された、セル密度が中心部分の１／２である外周部分とを有し、断面の最外形が正方形である型を使用することができる。これにより、図１（ｂ）に示すように、断面の外形が正方形の中心部１０と、中心部分の外周に沿って形成された、セル密度が中心部分の１／２である外周部１１とを有し、断面の最外形が正方形である四角柱状の成形体２５が得られる。この成形体２５を乾燥させた乾燥体、または焼成した焼成体を、図中に一点鎖線で示すように切削加工し外形を円柱状に整えることにより、ハニカム構造体１が形成される。なお、図１（ａ）において、二点鎖線はハニカム構造体１の形状を明確にするために示したものであり、最外周のセル２１は側面側で開口している。また、セル２１の断面形状は正方形の場合を例示している。
【００２４】
第一実施形態のハニカム構造体１によれば、中心部１０のセル密度が外周部１１のセル密度の２倍と大きいため、中心部１０を流通する加熱流体に、流量を低減させるのに十分な抵抗がかかる。そして、中心部１０に流入しにくく外周部１１側に押し出された加熱流体が外周部１１を流通することで、外周部１１を流通する加熱流体の流量が増加する。従って、従来のハニカム構造体では中心部１０に偏って流通していた加熱流体を、ハニカム構造体１の全体に均一に近付けて流通させることができる。これにより、ハニカム構造体１の大きな表面積が十分に活かされ、加熱流体の有する熱を効率的にチューブへ伝えることができる。また、最外周のセル２１が側面側で開口していることにより、ハニカム構造体１の側面側で表面積が大きく、放射される熱量も大きいため、加熱流体の有する熱をより効率的にチューブへ伝えることができる。
【００２５】
次に、第二実施形態のハニカム構造体について、図２を用いて説明する。ハニカム構造体２は、単一の方向に延びて列設された隔壁２０により区画された複数のセル２１を備えるハニカム構造を有するセグメント３０，３１が複数接合されて形成されているものであり、中心部１２はセル密度が単一のセグメント３１の一つによって形成されていると共に、外周部１３はセル密度が単一のセグメント３０の八つによって形成されている。
【００２６】
より詳細に説明すると、第二実施形態のハニカム構造体２はセラミックス製であり、セル２１が開口した端面側から見た平面図を図２（ａ）に示すように、断面の外形が正方形の中心部１２の外周に沿って外周部１３が形成された、断面の最外形が円形である円柱状である。また、中心部１２のセル密度は外周部１３のセル密度の２倍である。
【００２７】
このような形状のハニカム構造体２は、図２（ｂ）に示すように、セグメント３０の２倍のセル密度を有する一つのセグメント３１を中心として、その周囲に八つのセグメント３０が配されており、隣接するセグメント３０，３１が耐熱性の接着材層２２を介して接合された接合体４０から形成される。なお、セグメント３０，３１は、それぞれセル密度が単一である型を用いて、四角柱状に押出成形されたものであり、セグメント３１の型のセル密度は、セグメント３０の型のセル密度の２倍である。そして、接合体４０を図中に一点鎖線で示すように切削加工し、外形を円柱状に整えることにより、ハニカム構造体２が形成される。ここで、ハニカム構造体２において、セグメント３１で構成される部分が中心部１２に相当し、八つのセグメント３０によって形成される部分が外周部１３に相当する。なお、図２（ａ）において、二点鎖線はハニカム構造体２の形状を明確にするために示したものであり、最外周のセル２１は側面側で開口している。
【００２８】
第二実施形態のハニカム構造体２によれば、従来のハニカム構造体（セグメント）を複数接合することにより、中心部１２のセル密度が外周部１３よりも大きいハニカム構造体を容易に製造することができる。これにより、新たな設備を導入する必要なく製造コストを抑えて、第一実施形態のハニカム構造体１と同様の作用効果を奏するハニカム構造体２を製造することができる。
【００２９】
上記のように、第一実施形態及び第二実施形態のハニカム構造体１，２によれば、中心部のセル密度を高めることにより、外周部を流通する加熱流体の流量を増やし、ハニカム構造体の全体にわたり均一に近付けて加熱流体を流通させることができる。これにより、ハニカム構造体の大きな表面積が有効に活用することができ、加熱流体の有する熱をチューブへ効率的に伝えることができる。加えて、最外周のセル２１が側面側で開口していることにより、ハニカム構造体１，２の側面側で表面積が大きく、放射される熱量も大きいため、加熱流体の有する熱をより効率的にチューブへ伝えることができる。
【００３０】
また、第二実施形態のハニカム構造体２によれば、従来のハニカム構造体（セグメント）を複数接合することにより、セル密度に分布を有するハニカム構造体を容易に製造することができ、製造コストを抑えることができる。加えて、一般的に押出成形では、断面積の大きなハニカム構造体を製造しにくいところ、セグメントの接合により容易に断面積を大きくすることができるため、様々な大きさのラジアントチューブヒータに合わせた大きさのハニカム構造体を容易に製造することができる。
【００３１】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００３２】
例えば、第一実施形態のハニカム構造体１と同様に、中心部と外周部が一体となったハニカム構造体を押出成形により製造する場合、中心部の断面の外形は円形とすることができる。また、第二実施形態のハニカム構造体２と同様に、複数のセグメントの接合によりハニカム構造体を製造する場合、中心部を構成するセグメントの数は複数であっても良い。
【００３３】
また、ハニカム構造体を、中心部と外周部の間に、セル密度が中心部よりも小さく、外周部よりも大きい中間部を備える構成とすることができる。このようなハニカム構造体は、図３（ａ）に例示するように、セル密度の異なる三種類のセグメント３２，３３，３４の内、最もセル密度の大きいセグメント３４を中心として、その周囲に二番目に大きいセル密度を有するセグメント３３を接合し、更にその周囲に最もセル密度の小さいセグメント３２を接合した接合体４２から形成することができる。すなわち、このハニカム構造体は、セグメント３４により構成された中心部、セグメント３３により構成された中間部、セグメント３２により構成された外周部を備えている。
【００３４】
更に、ハニカム構造体が、中心部と外周部との間に、セル密度が中心部よりも小さく外周部よりも大きい中間部を備える場合に、中間部は更に、中心部側より外周部側でセル密度が小さい複数の部分で形成される構成とすることができる。このようなハニカム構造体は、図３（ｂ）に示すように、セル密度の異なる四種類のセグメント３５，３６，３７，３８の内、最もセル密度の大きいセグメント３８を中心として、その周囲に二番目に大きいセル密度を有するセグメント３７を接合し、更にその周囲に三番目に大きいセル密度を有するセグメント３６を接合し、最外周に最もセル密度の小さいセグメント３５を接合した接合体４３から形成することができる。すなわち、このハニカム構造体は、セグメント３８により構成された中心部、セグメント３７により構成された第一中間部、セグメント３６により構成された第二中間部、セグメント３５により構成された外周部を備えている。このように、中間部を備える構成では、ハニカム構造体の軸方向に直交する断面における加熱流体の流通し易さを、より精密に制御することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１，２  ハニカム構造体
２０  隔壁
２１  セル
３０〜３８  セグメント
【図１】
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【図２】
2016125797.tif 000004
【図３】
2016125797.tif 000005