JP2015025548A - 反射断熱材および熱処理炉 - Google Patents

Abstract

【課題】高い熱反射率および断熱性能を有し、小型の炉でも適用できるような薄く且つ低コストの反射断熱材およびその反射断熱材を設置した熱処理炉を提供する。【解決手段】反射断熱材１は、断熱材層２の片面に、黒色板３、空気層４、反射材５が順に積層されている。黒色板３は、黒体塗料を塗布した金属板または黒皮鉄板等からなる。黒色板３を用いることにより熱反射効果が高まり、厚みが少なく簡易な構成で、極めて高い熱反射率および断熱性能を発揮できる。【選択図】図１

Description

本発明は、反射断熱材およびその反射断熱材を設けた熱処理炉に関するものである。

従来、加熱炉や熱処理炉等の炉体には、外壁に沿って断熱層が設けられ、さらに省エネルギーを目的として、熱反射板を用いることが提案されている。

例えば特許文献１には、断熱材を複数の層に分け、各層間に反射板を介在させた反射断熱構造を有する炉が開示されている。

また、特許文献２には、カバー本体内の空間に、断熱材、反射板、および空隙部が配置された断熱カバーで、熱処理炉の炉壁を覆うことが開示されている。

さらに特許文献３では、断熱材が設けられたケーシングの炉内側に、複数枚の反射板を積層してなるリフレクタを備えた断熱構造を有するセラミックス素体の焼成などに用いられる熱処理炉が開示されている。

特開平７−５１６１０号公報 特開平１０−３１８６８１号公報 特開２０１２−２１７４２号公報

しかしながら、最高使用温度が８００〜１１００℃になる高温雰囲気炉では、上記の各特許文献に記載されたような反射板を設けただけでは、十分な断熱効果は得られなかった。また、特許文献３のように複数枚の反射板を用いる場合、コストがかさむうえ、リフレクタ全体が厚くなるため、小型の炉には適用しにくいという問題がある。

本発明の目的は、高い熱反射率および断熱性能を有し、小型の炉でも適用できるような薄く且つ低コストの反射断熱材およびその反射断熱材を設置した熱処理炉を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、断熱材層の片面に、黒色板、空気層、反射材が順に積層されていることを特徴とする、反射断熱材を提供する。

前記黒色板は、黒体塗料を塗布した金属板または黒皮鉄板でもよい。

また、本発明は、上記反射断熱材が、前記反射材を炉の外側に向けて、炉内の側壁および天井に設置されていることを特徴とする、熱処理炉を提供する。前記熱処理炉において、前記反射材の外側に炉殻が設けられてもよい。

本発明によれば、厚みが少なく簡易な構成で、高い熱反射率および断熱性能を発揮できる。

本発明にかかる反射断熱材の例を示す断面図である。 図１の組み立て方法の例を示す拡大断面図である。 本発明にかかる反射断熱材を用いた熱処理炉の例を示す断面図である。 実施例１の本発明例および比較例を示す断面図であり、（ａ）は本発明例、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は比較例２を示す。 実施例２の本発明例および比較例を示す断面図であり、（ａ）は比較例３、（ｂ）は比較例４、（ｃ）は比較例５、（ｄ）は本発明例２を示す。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明にかかる反射断熱材の実施形態の一例を示す。

反射断熱材１は、断熱材層２の一方の面、すなわち炉に取り付ける際に炉外側１１になる面に、黒色板３が取り付けられ、黒色板３の外側に、空気層４を介して反射材５が取り付けられた構成である。

断熱材層２は、例えば耐熱レンガ、セラミックボード、セラミックファイバー、真空断熱材、多孔質断熱材等を単独または複数層重ね合わされて形成される。黒色板（黒体）３は、市販されている酸化皮膜による黒皮鉄板の他、ＳＵＳなどの表面に耐熱性の黒体塗料を塗布したものが用いられる。黒色板３が厚すぎると、炉の作製に必要なガスや熱電対などを炉内に導入するために黒色板３に形成される穴の面からの放熱が大きくなり、すなわち板厚方向に垂直な方向の熱移動が大きく、それが放熱ロスに繋がる。また、薄すぎると剛性に欠けるため、黒体板３の厚さは１〜６ｍｍ程度が好ましい。

空気層４の厚さは、黒色板３と反射材５との接触を避けて熱伝導を遮断し、断熱効果を得ることができればよく、板の変形を考慮すると空気層４の厚さの下限は５ｍｍ程度が好ましい。厚いほど断熱効果が大きいが厚すぎると炉体が大きくなり、また空気層４内の空気の量が多くなって、その空気を暖める分だけ定常状態に達するまでの炉の昇温時間が長くかかるので、上限は２０ｍｍ程度が好ましい。

反射材５は、熱反射率が高く耐熱性に優れたＳＵＳなどの金属板等が用いられる。内側反射および外側放熱の機能を有する市販の反射材が好ましい。反射材５の厚さは、施工上の扱い易さによって決めればよい。厚すぎると重く、薄すぎると扱いによっては切創など怪我の恐れがあるので、０．５〜５ｍｍ程度が好ましい。反射断熱材１を薄くするために、反射材５として、例えばシート状の遮断熱材「サーモプロテクト」（製品名、株式会社サンハロー製）が好適である。

さらに、反射断熱材１の外側に、既存の炉と同様、鉄板などからなる炉殻を設けてもよい。

図２は、本実施形態における反射断熱材１の組み立て方法の一例を示す。断熱材層２の外枠２１に、黒色板３が溶接される。さらに、黒色板３に、例えば図示するようにＴ字状のブラケット２２を溶接により取り付ける。ブラケット２２は、空気層４を所定の厚さに形成するリブ２２ａと、炉殻６への取り付け面２２ｂを有している。そして、炉殻６をブラケット２２の取り付け面２２ｂにボルト２３等で止め、その際、取り付け面２２ｂと炉殻６との間に、反射材５を挟み込む。あるいは、反射材５にもボルト２３を貫通させて取り付け面２２ｂに固定してもよい。

図３は、本発明にかかる反射断熱材１を設置した高温熱処理炉１０の一例を示す。熱処理炉１０の外側表面を形成する例えば鉄やステンレス等の金属材料からなる炉殻６の内側の、天井部および側壁部に、反射断熱材１が取り付けられている。反射断熱材１は、断熱材層２、黒色板３、空気層４、および反射材５が順に積層された構成であり、反射材５を炉の外側に向けて取り付けられる。床部には、セラミックブロックや耐熱レンガ等の断熱構造材３１が配置されている。反射断熱材１は、天井および側壁の全面に設け、熱処理炉１０の内部の熱処理室３２を取り囲むようにすることが効果的である。熱処理室３２内には、例えば被処理体２０を囲むようにヒータ３３が設けられ、熱処理室３２内が８００℃〜１１００℃、浸炭処理においては８５０℃〜１０５０℃程度に加熱されて、熱処理室３２に搬入された被処理体２０に対して浸炭等の熱処理が行われる。さらに、炉内上部にファン３４が設けられ、炉内の雰囲気が撹拌される。

本発明の反射断熱材１によれば、熱反射率の非常に小さい黒色板３が熱の吸収を良くし、空気層４および熱反射率の高い反射材５との組合せにより、加熱された炉の定常状態において、空気層４および反射材５の断熱および熱反射効果と合わせて、炉壁（炉殻）の温度が極端に上昇することなく且つ炉外への放熱量を大きく低減することができると考えられる。すなわち、厚みが少なく簡易な構成で、高い反射断熱効果が得られ、低コストで小型の炉にも適用できる。

また、本発明の反射断熱材は、例えば既存の浸炭炉や窒化炉、焼結炉、焼鈍炉、連続熱処理炉などに追加または改造によって取り付けることが容易にできるため、非常に適用の範囲が広いというメリットを有する。また、反射断熱材を脱着可能としておけば、炉の立ち下げ時に反射板を適時はずすことで、外壁の冷却能が向上し、速く冷却することができる。さらに、本発明の反射断熱材は、前述の機能を発現させることができれば、材料が耐える限り使用温度域は問わないが、炉の外殻に用いられるときは２００℃以下が好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、反射材５は、熱反射率が高く耐熱性に優れた金属であればよく、ＳＵＳ、Ａｌ、Ａｇめっき金属板、耐熱合金等の金属板、またはＳＳ材に反射効果を持たせたものなどでもよい。

（実施例１）
図４に示すように、本発明の反射断熱材１の表面に炉殻として鉄板７を取り付けた本発明例１（図４（ａ））と、断熱材層２の表面に鉄板７のみを取り付けた比較例１（図４（ｂ））、本発明例１から黒色板３を除いた比較例２（図４（ｃ））について、炉に取り付けて比較試験を行った。

本発明例１としては、炉内側から厚さ１０ｍｍのＳｉＣプレートと厚さ５０ｍｍの低熱伝導率断熱材ロスリムボード（ニチアス株式会社製）３層からなる断熱材層２に、黒色板３として厚さ１．６ｍｍの黒皮鉄板、厚さ１０ｍｍの空気層４、反射材５として厚さ０．２ｍｍのサーモプロテクト（製品名、株式会社サンハロー製）を取り付け、最外層に炉殻として厚さ４．５ｍｍの鉄板７（ＳＳ材）を設けた。比較例１は、本発明例１と同じ断熱材層２に、厚さ４．５ｍｍの鉄板７（ＳＳ材）のみを取り付けた。比較例２は、本発明例１と同じ断熱材層２から厚さ１０ｍｍの空気層４を介し、反射材５として厚さ０．２ｍｍのサーモプロテクトを取り付け、最外層に、厚さ４．５ｍｍの鉄板７（ＳＳ材）を設けた。本発明例１および比較例１、２の構成と、それぞれの場合について、炉内の温度を９５０℃としたときの、鉄板７の外側の温度と放熱量を測定した結果を表１に示す。尚、表１中の○および×は各構成要素の取り付けの有無を示し、○は有り、×は無しを表す。

本発明の反射断熱材を用いた本発明例は、放熱量が比較例１に対して４２％、比較例２に対して２２％低減した。したがって、黒色板３を用いることで熱反射効果が大きく高まり、従来と比較して極めて高い熱反射および断熱効果を有することが明らかになった。

（実施例２）
図５に示す比較例３（図５（ａ））、比較例４（図５（ｂ））、比較例５（図５（ｃ））、本発明例２（図５（ｄ））をそれぞれ炉に取り付けて、比較試験を行った。

本発明例２としては、断熱材層２に、黒色板３として厚さ１．６ｍｍの黒皮鉄板、厚さ５ｍｍの空気層４、反射材５として厚さ０．２ｍｍのサーモプロテクトを取り付け、最外層に炉殻として厚さ４．５ｍｍの鉄板７（ＳＳ材）を設けた。比較例３は、本発明例２と同じ断熱材層２に、厚さ１０ｍｍの空気層４を介して厚さ４．５ｍｍの鉄板７（ＳＳ材）を取り付けた。比較例４は、本発明例２の構成から反射材５を除いた。比較例５は、本発明例２の黒色板３の代わりに、黒色板３と同じ材質および厚さ（１．６ｍｍ）の黒色ではない反射板８を設け、他は本発明例２と同じ構成とした。比較例３〜５および本発明例２の構成と、それぞれの場合について、放熱量を測定した結果を表２に示す。尚、表２中の○および×は各構成要素の取り付けの有無を示し、○は有り、×は無しを表す。また、実施例２は、実施例１とは試験炉や外気温度などの試験条件が異なる。

表２に示すように、比較例３と比較例４とを比べると、断熱材層２に黒色板３を取り付けるだけでは、放熱量が約２％しか低減しなかった。また、比較例５は、比較例３よりも放熱量が約１４％低減したが、黒色板３を設けた本発明例２は約２０％低減し、黒色板３および反射材５の両方を設けることで、熱反射効果が大きく高まり、従来と比較して極めて高い熱反射および断熱効果を有することが明らかになった。

本発明は、高温の加熱炉や熱処理炉の反射断熱材として適用できる。

１ 反射断熱材
２ 断熱材層
３ 黒色板
４ 空気層
５ 反射材
６ 炉殻
１０ 熱処理炉
１１ 炉外側
２０ 被処理体

Claims (4)

1. 断熱材層の片面に、黒色板、空気層、反射材が順に積層されていることを特徴とする、反射断熱材。
2. 前記黒色板は、黒体塗料を塗布した金属板または黒皮鉄板であることを特徴とする、請求項１に記載の反射断熱材。
3. 請求項１または２に記載の反射断熱材が、前記反射材を炉の外側に向けて、炉内の側壁および天井に設置されていることを特徴とする、熱処理炉。
4. 前記反射材の外側に炉殻が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の熱処理炉。

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