JP2023028042A - ハニカム構造体、その製造方法、及びハニカム構造体の配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジアントチューブの内部に配置されるハニカム構造体であって、簡易な構成でありながら伝熱促進体として、或いは蓄熱体としての作用効果が高いハニカム構造体を提供する。【解決手段】単一の方向に延びて列設された隔壁１１により区画された複数のセル１５を備えるセラミックス製のハニカム構造体１の構成を、セル軸に平行に貫通している貫通孔２１を有する構成とする。貫通孔２１は、セル軸に直交する横断面における開口面積がセル１５の開口面積より大きいと共に、横断面の中心点Ｃからの距離が、中心点Ｃと外周との間の距離Ｒの二分の一以上である外縁部１０ｐに開口中心Ｐが位置しており、貫通孔２１の内部空間では隔壁１１の断面が露出していると共にセル１５が開口している。【選択図】図１

Description

本発明は、ラジアントチューブの内部に伝熱促進体や蓄熱体として配置されるハニカム構造体、その製造方法、及び、ハニカム構造体の配置構造に関するものである。

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（ラジアントチューブ）の内部に、バーナ等で加熱したガス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装置である。

ところが、加熱されたガス（以下、「加熱ガス」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いてガスが流れ難いため、加熱ガス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ガスの温度は、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、チューブを十分に加熱できないという問題があった。

そこで、従前より、ラジアントチューブの内部において加熱源から離れた位置に、伝熱促進体を配置することが行われている。チューブ内を流通する加熱ガスの熱が伝熱促進体で回収され、伝熱促進体からチューブに熱が伝えられることにより、加熱ガスからラジアントチューブへの伝熱を促進することができる。

本出願人は、このような伝熱促進体として、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体を配置することを提案している（特許文献１，２参照）。ハニカム構造体は表面積が大きく、加熱ガスと接触する面積が大きいため、加熱ガスの熱を効率的に回収することができると共に、チューブの内壁面に向かって熱を放射する面積も大きい利点がある。

加えて、特許文献１，２のハニカム構造体は、チューブの内壁面に向かって熱をより放射しやすい構造を有している。具体的には、特許文献１のハニカム構造体は、両端面のうちの少なくとも一方が、チューブの軸方向に直交する面に対して傾斜させてあるため、端面から放射される熱をチューブに効率的に伝えることができる。また、特許文献２のハニカム構造体は、ハニカム構造を有するセグメントの複数が接合されたハニカム構造体であり、二以上のセグメントのセル軸の延びる方向が異なるように接合されている。このような構成により、ハニカム構造体を通過したガスがチューブ内で異なる方向に向かうため、ガスの流れに乱れを生じさせることができ、摩擦抵抗によってガスが流れにくいチューブの内壁面近傍にもガスを流通させることができ、加熱ガスの熱をラジアントチューブに効率よく伝えることができる。

しかしながら、特許文献１，２のハニカム構造体は、加熱ガスの熱を効率的にチューブに伝えることができる反面、構造が複雑であるため製造に手間がかかる点で、改善する余地があった。

一方、ラジアントチューブヒータには、蓄熱式（リジェネレイティブ式）のものがある。これは、バーナの燃焼により高温となったガスが排出されるときと、バーナの燃焼のために新たにガスが供給されるときで、同一の熱交換部にガスを交互に流通させるべく、ガスの流通方向が所定の時間間隔で切り換えられるヒータである。熱交換部の内部には蓄熱体が配置されており、排出される加熱ガスの熱は蓄熱体で回収され、その熱は、バーナの燃焼のために新たに供給されるガスを予熱するために利用される。このような蓄熱式のラジアントチューブヒータには、それぞれ熱交換部と組み合わせられた一対のバーナを用いるタイプと、一つのバーナでガスの流通方向を切り替えるタイプとがある。

蓄熱式ラジアントチューブヒータの蓄熱体としては、中実ボールが用いられる一方、ハニカム構造体が使用されることがある（特許文献３参照）。しかしながら、上述したように、チューブの内壁面近傍は摩擦抵抗が生じてガスが流れ難いため、ガスはチューブの中心近傍を流れやすく、中心近傍を流通してきた加熱ガスがそのまま直進して、ハニカム構造体の中心近傍のみを通過してしまいやすい。その結果、ハニカム構造体の中心近傍のみが部分的に蓄熱体として使用されるにとどまり、比表面積が非常に大きいというハニカム構造体の利点を十分に活かすことができないという問題があった。そのため、構造を複雑にすることなく、蓄熱体としての作用効果が高いハニカム構造体が望まれていた。

特許第６６５２３１３号公報 特許第６４７０５７１号公報 特開２０２１－０７１２４２号公報

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、ラジアントチューブの内部に配置されるハニカム構造体であって、簡易な構成でありながら伝熱促進体として、或いは蓄熱体としての作用効果が高いハニカム構造体、その製造方法、及び、ハニカム構造体の配置構造の提供を課題とするものである。

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、
「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セラミックス製のハニカム構造体であり、
前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に前記ハニカム構造体を貫通している貫通孔を有し、
該貫通孔は、
前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積が前記セルの開口面積より大きいと共に、
前記横断面の中心点からの距離が前記中心点と外周との間の距離の二分の一以上である外縁部に開口中心が位置しており、
前記貫通孔の内部空間で前記隔壁の断面が露出していると共に、前記内部空間で前記セルが開口している」ものである。

本構成のハニカム構造体は、セル軸と平行に貫通する貫通孔を有している。貫通孔は、横断面における開口面積がセルの開口面積より大きいため、加熱ガスを流通させるチューブ内にハニカム構造体を配したとき、ガスはセルを流通しつつ貫通孔を優先的に流通する。そして、貫通孔は、その開口中心が横断面における外縁部に位置している。そのため、加熱ガスはハニカム構造体における外縁部を優先的に流通することとなる。

従って、ラジアントチューブの内部にハニカム構造体が伝熱促進体として配されたとき、加熱ガスは外縁部の貫通孔を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体の外縁部でよく回収される。ハニカム構造体においてチューブの内壁面に近い外縁部がよく加熱されることにより、加熱ガスから回収した熱をチューブによく伝えることができる。一方、ハニカム構造体が蓄熱体として蓄熱式ラジアントチューブ内に配されたときも、加熱ガスは外縁部の貫通孔を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体の外縁部でよく回収される。これにより、従来のハニカム構造体では、ガスが流通しにくいために蓄熱体としての作用を十分に発揮できていなかった外縁部でも多くの熱を蓄えることができ、蓄熱体としての作用をハニカム構造体に、全体的に発揮させることができる。

加えて、本構成のハニカム構造体では、貫通孔の内部空間で隔壁の断面が露出していると共に、セルが開口している。このような構成では、セルの内表面と隔壁の断面が貫通孔の内周面を構成することとなり、表面積が極めて大きい。そのため、貫通孔を流通する加熱ガスとハニカム構造体との接触面積が極めて大きなものとなり、加熱ガスの熱を十分に回収することができる。

上記構成のハニカム構造体は、次の製造方法で製造することができる。すなわち、
「セラミックス原料を押出成形する工程を経て、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成形体を形成し、
前記成形体を焼成する前または後で、前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に貫通する貫通孔を、くり抜きによって形成するものであり、
前記貫通孔は、
前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積を前記セルの開口面積より大きくすると共に、
前記横断面の中心点からの距離が前記中心点と外周との間の距離の二分の一以上である外縁部に開口中心が位置するように形成する」製造方法である。

セラミックス製のハニカム構造体を押出成形するとき、横断面の形状に相当する型を製造しておき、セラミックス原料による混錬物をこの型から押し出す。そこで、セル軸に平行な方向に貫通する貫通孔を有するハニカム構造体を製造しようとしたとき、押出成形の型に貫通孔を形成するための孔状の部分を設けておくことも想到し得る。しかしながら、その場合、押出成形によって形成された貫通孔の内周面は、筒の内周面と同様であり表面積は大きなものではない。これに対し、本製造方法では、押出成形によってハニカム構造を有する成形体を形成した後、成形体を焼成する前または後で、くり抜きによって貫通孔を形成している。そのため、セルを区画している隔壁が部分的に切除されることとなり、貫通孔の内部空間で隔壁の断面が露出していると共に、内部空間でセルが開口している上記構成を有し、貫通孔を流通する加熱ガスとの接触面積が極めて大きいハニカム構造体を製造することができる。

また、ハニカム構造を有する成形体または焼成体をくり抜いて貫通孔を形成しているため、簡易な構成でありながら伝熱促進体または蓄熱体としての作用が高いハニカム構造体を、容易に製造することができる。

本発明にかかるハニカム構造体は、上記構成に替えて、
「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セラミックス製のハニカム構造体であり、
前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に前記ハニカム構造体を貫通している貫通溝を有し、
該貫通溝は、
前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積が前記セルの開口面積より大きいと共に、
前記横断面の外周において開口しており、
前記貫通溝の内側空間で前記隔壁の断面が露出していると共に、前記内側空間で前記セルが開口している」ものとすることができる。

本構成のハニカム構造体は、セル軸と平行に貫通する貫通溝を有している。貫通溝は、横断面における開口面積がセルの開口面積より大きいため、加熱ガスを流通させるチューブ内にハニカム構造体を配したとき、ガスはセルを流通しつつ貫通溝を優先的に流通する。そして、貫通溝は、横断面において外周で開口しているため、加熱ガスはハニカム構造体における外周側を優先的に流通することとなる。

従って、ラジアントチューブの内部にハニカム構造体が伝熱促進体として配されたとき、加熱ガスは外周側で貫通溝を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体の外周近傍でよく回収される。ハニカム構造体においてチューブの内壁面に近い外周近傍がよく加熱されることにより、加熱ガスから回収した熱をチューブによく伝えることができる。

一方、ハニカム構造体が蓄熱体として蓄熱式ラジアントチューブ内に配されたときも、加熱ガスは外周側で貫通溝を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体の外周近傍でよく回収される。これにより、従来のハニカム構造体では、ガスが流通しにくいために蓄熱体としての作用を十分に発揮できていなかった外周近傍でも多くの熱を蓄えることができ、蓄熱体としての作用をハニカム構造体に、全体的に発揮させることができる。

加えて、本構成のハニカム構造体では、貫通溝の内側空間で隔壁の断面が露出していると共に、セルが開口している。このような構成では、セルの内表面と隔壁の断面が貫通溝の内表面を構成することとなり、表面積が極めて大きい。そのため、貫通溝を流通する加熱ガスとハニカム構造体との接触面積が極めて大きなものとなり、加熱ガスの熱を十分に回収することができる。

更に、ハニカム構造体を伝熱促進体として使用したとき、外周面はチューブの内壁面に向かって熱を放射する面であるが、外周で開口している貫通溝の内表面の表面積が極めて大きいことにより、チューブの内壁面に向かって熱を放射する面積も極めて大きく、チューブに伝える熱量が多い利点がある。

貫通溝を有する上記構成のハニカム構造体は、次の製造方法で製造することができる。すなわち、
「セラミックス原料を押出成形する工程を経て、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成形体を形成し、
前記成形体を焼成する前または後で、前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に貫通する貫通溝を、くり抜きによって形成するものであり、
前記貫通溝は、
前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積を前記セルの開口面積より大きくすると共に、
前記横断面の外周で開口するように形成する」製造方法である。

本製造方法では、押出成形の型に貫通溝を形成するための切欠き状の部分を設けておくのではなく、押出成形によってハニカム構造を有する成形体を形成した後、成形体を焼成する前または後で、くり抜きによって貫通溝を形成している。そのため、セルを区画している隔壁が部分的に切除されることとなり、貫通溝の内側空間で隔壁の断面が露出していると共に、内側空間でセルが開口している上記構成を有し、貫通溝を流通する加熱ガスとの接触面積が極めて大きいハニカム構造体を製造することができる。

また、ハニカム構造を有する成形体または焼成体をくり抜いて貫通溝を形成しているため、簡易な構成でありながら伝熱促進体または蓄熱体としての作用が高いハニカム構造体を、容易に製造することができる。

貫通孔または貫通溝を有するハニカム構造体は、上記構成に加え、
「前記ハニカム構造体は、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の複数が接合されたものである」構成とすることができる。

本構成では、複数のセグメントが接合されることによってハニカム構造体が形成されているため、ハニカム構造体の大きさの自由度が高いものとなる。

このような構成のハニカム構造体は、次の製造方法で製造される。すなわち、
「前記成形体は、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の成形体であり、
前記成形体を焼成する前または後で、複数の前記セグメントが接合される」製造方法である。

成形体を焼成する前または後で行われる「貫通孔または貫通溝の形成」と、成形体を焼成する前または後で行われる「セグメントの接合」の先後は問わない。すなわち、セグメントの成形体を焼成した後、貫通孔または貫通溝の形成をしてから接合を行ってもよいし、セグメントの接合をしてから貫通孔または貫通溝の形成をしてもよい。或いは、セグメントの成形体について貫通孔または貫通溝の形成をした後、焼成してから接合してもよいし、接合してから焼成してもよい。また或いは、セグメントの成形体を接合した後、焼成してから貫通孔または貫通溝の形成をしてもよいし、貫通孔または貫通溝の形成をしてから焼成してもよい。

次に、本発明にかかるハニカム構造体の配置構造は、
「上記に記載のハニカム構造体が、ラジアントチューブヒータのチューブ内に、伝熱促進体または蓄熱体として配置されている」ものである。

ハニカム構造体は外縁部に貫通孔を有しているか、外周側に貫通溝を有しているか、或いは、その双方を有しているため、ラジアントチューブ内に伝熱促進体として配置されているときは、上述したように、加熱ガスの熱をチューブに伝え易い。また、ラジアントチューブ内に蓄熱体として配置されているときは、上述したように、蓄熱体としての作用をハニカム構造体に、全体的に発揮させることができる。

以上のように、本発明によれば、ラジアントチューブの内部に配置されるハニカム構造体であって、簡易な構成でありながら伝熱促進体として、或いは蓄熱体としての作用効果が高いハニカム構造体、その製造方法、及び、ハニカム構造体の配置構造の提供を、提供することができる。

図１（ａ）は本発明の一実施形態のハニカム構造体１の平面図であり、図１（ｂ）は外縁部の説明図であり、図１（ｃ）はハニカム構造体１をＡ－Ａ線で切断した斜視図である。 図２（ａ）は他の実施形態のハニカム構造体１ｂの平面図であり、図２（ｂ）はハニカム構造体１ｂをＢ－Ｂ線で切断した斜視図である。 他の実施形態のハニカム構造体１ｃの平面図である。 図４（ａ）は他の実施形態のハニカム構造体１ｄの平面図であり、図４（ｂ）はハニカム構造体１ｄの斜視図である。 図５（ａ）は他の実施形態のハニカム構造体１ｅの平面図であり、図５（ｂ）は他の実施形態のハニカム構造体１ｆの平面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態であるハニカム構造体、及び、その製造方法について、図面を用いて説明する。本実施形態のハニカム構造体は、ラジアントチューブヒータのチューブ内に伝熱促進体または蓄熱体としてハニカム構造体が配置されている配置構造を、構成させるためのものである。

本実施形態のハニカム構造体は、「成形」工程と、「貫通孔形成」工程及び「貫通溝形成」工程の少なくとも何れかの工程と、「焼成」工程とを具備する製造方法により製造される。また、オプショナルな工程として、「接合」工程を具備する製造方法とすることができる。

「成形」工程では、セラミックス原料を水やバインダと混合した混錬物を型から押し出し、ハニカム構造を有する成形体を形成する。成形体の外形は、円柱状、楕円柱状、角柱状とすることができる。セルの断面形状は、四角形、三角形、六角形などの多角形とすることができる。

セラミックスの材質は特に限定されるものではなく、炭化珪素、アルミナ、コージェライト、ムライトを例示することができる。炭化珪素は熱伝導率が高いため、伝熱促進体としての用途に適している。また、炭化珪素は、熱伝導率が高いことに加えて熱膨張率が小さいことから耐熱衝撃性に優れるため、加熱と冷却とを繰り返す蓄熱体としての用途に適している。

「焼成」工程では、融点より低い温度で所定時間加熱し、セラミックスの粒子を焼結させる。アルミナ、コージェライト、ムライトなどの酸化物セラミックスは酸化雰囲気で焼成し、炭化珪素などの非酸化物セラミックスは窒素ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気、これらの混合雰囲気など非酸化性雰囲気で焼成する。

「接合」工程は、複数のセグメントを接合材で接合する工程であり、詳細は後述する「貫通孔形成」工程及び「貫通溝形成」工程と同様に、成形工程の後で焼成工程の前または後に行われる。「接合」工程と「貫通孔形成」工程及び「貫通溝形成」工程との先後は問わず、各工程を次のような順番で実施することができる。
（１）「成形」→「焼成」→「貫通孔形成・貫通溝形成」→「接合」
（２）「成形」→「焼成」→「接合」→「貫通孔形成・貫通溝形成」
（３）「成形」→「貫通孔形成・貫通溝形成」→「焼成」→「接合」
（４）「成形」→「貫通孔形成・貫通溝形成」→「接合」→「焼成」
（５）「成形」→「接合」→「焼成」→「貫通孔形成・貫通溝形成」
（６）「成形」→「接合」→「貫通孔形成・貫通溝形成」→「焼成」

（１）～（３）の工程順では、焼成工程の後に接合工程を行うため、接合材の層に熱応力を緩和させる作用を発揮させる場合に適している。このような場合の接合材としては、セラミックス粉末、無機繊維、及び、バインダ（コロイダルシリカ等の無機バインダ、及び／又は、カルボキシメチルセルロース等の有機バインダ）を混合した接合材を、使用することができる。

一方、（４）～（６）の工程順では、接合工程の後に焼成工程を行うため、ハニカム構造の成形体と同一の条件で焼成できる接合材を使用する。例えば、本出願人の提案による特許第５１８０９４２号の技術のように、焼成によりセラミックス焼結体となり、ハニカム構造を有するセグメントと焼結により一体化する接合材を、使用することができる。

「貫通孔形成」工程及び「貫通溝形成」工程は、成形工程の後で焼成工程の前または後に行われるものであり、ハニカム構造を有する成形体または焼結体を、セル軸に平行に貫通するようにくり抜く工程である。くり抜きにより、セルを区画する隔壁が部分的に切除される。このとき、隔壁の切除が外周壁に及ばないようにくり抜くと、貫通孔が形成される。一方、隔壁の切除が外周壁に及ぶようにくり抜くと、外周で開口する貫通溝が形成される。

例えば、図１（ａ）に示すハニカム構造体１のように、単一の方向に延びて列設された隔壁１１により区画された複数のセル１５を備えるハニカム構造の成形体または焼成体を、隔壁１１の切除が外周壁１３に及ばないようにくり抜くと、貫通孔２１が形成される。このとき、図１（ａ），（ｂ）に示すように、横断面（セル軸に直交する断面）において貫通孔２１の開口中心Ｐが、外縁部１０ｐに位置するように貫通孔２１を形成する。外縁部１０ｐとは、横断面において、中心点Ｃからの距離が、中心点Ｃと外周との間の距離Ｒの二分の一以上である範囲である（図１（ｂ）におけるハッチング部分）。ここでは、横断面において、中心点Ｃからの距離がＲ／２である線をＬで示している。

また、貫通孔２１の大きさは、横断面における貫通孔２１ひとつの開口面積が、セル１５ひとつの開口面積より大きくなるように設定される。ここでは、円柱状の成形体または焼成体に、中心軸に対して等角度間隔で四本の貫通孔２１が形成されている場合を例示している。

くり抜きによって形成された貫通孔２１の内部空間では、図１（ｃ）に示すように、隔壁１１の断面が露出していると共に、セル１５が開口している。

上記構成を有するハニカム構造体１を、ラジアントチューブの内部に伝熱促進体として配置した場合、加熱ガスは外縁部１０ｐの貫通孔２１を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体１の外縁部１０ｐでよく回収される。ハニカム構造体１においてチューブの内壁面に近い外縁部１０ｐがよく加熱されることにより、加熱ガスから回収した熱をチューブによく伝えることができる。

一方、ハニカム構造体１を、ラジアントチューブの内部に蓄熱体として配置した場合も、加熱ガスは外縁部１０ｐの貫通孔２１を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体１の外縁部１０ｐでよく回収される。これにより、従来のハニカム構造体では、ガスが流通しにくいために蓄熱体としての作用を十分に発揮できていなかった外縁部１０ｐでも多くの熱を蓄えることができ、蓄熱体としての作用をハニカム構造体１に、全体的に発揮させることができる。

また、ハニカム構造体１では、貫通孔２１の内部空間で隔壁１１の断面が露出していると共に、セル１５が開口していることにより、表面積が極めて大きい。そのため、貫通孔２１を流通する加熱ガスとハニカム構造体１との接触面積が極めて大きなものとなり、加熱ガスの熱を十分に回収することができる。

ハニカム構造体１では、貫通孔２１の開口中心Ｐは外縁部１０ｐ位置するが、貫通孔２１の内側が僅かに線Ｌにかかっている。すなわち、貫通孔２１の一部が、外縁部１０ｐより内側にある例であった。これに対し、図２（ａ），（ｂ）に示すように、貫通孔２１の全体が外縁部１０ｐにあるハニカム構造体１ｂとすることができる。ここでは、円柱状の成形体または焼成体に、中心軸に対して等角度間隔で八本の貫通孔２１が形成されている場合を例示している。このような構成であっても、ハニカム構造体１と同様の作用効果を発揮する。

ハニカム構造体ひとつ当たりの貫通孔２１の数は、ハニカム構造体１，１ｂについて例示した数に限定されない。また、ハニカム構造体１，１ｂは一体ものであったが、オプショナルな工程として上述した接合工程を経て製造されたハニカム構造体が、貫通孔２１を有している構成とすることができる。例として、ハニカム構造体１ｂと同様に円柱状の外形を有し、中心軸に対して等角度間隔で八本の貫通孔２１が形成されているハニカム構造体１ｃを図３に示す。

ハニカム構造体１ｃは、ハニカム構造を有する角柱状のセグメント３０の複数が、接合材３３で接合された上で、外形が円柱状に加工されているものである。このような構成であっても、ハニカム構造体１，１ｂと同様の作用効果を発揮する。加えて、複数のセグメント３０の接合体であるため、大きさの自由度が高い利点がある。

上記では、貫通孔２１を有するハニカム構造体１，１ｂ，１ｃを示したが、次に、貫通溝を有するハニカム構造体を示す。貫通溝を有するハニカム構造体は、一体ものであってもセグメントの接合による接合体であってもよい。例として、図４（ａ），（ｂ）に、複数のセグメント３０の接合体であって、貫通溝２２を有するハニカム構造体１ｄを示す。単一の方向に延びて列設された隔壁１１により区画された複数のセル１５を備えるハニカム構造の成形体または焼成体を、隔壁の切除が外周壁１３に及ぶようにくり抜くと、外周で開口する貫通溝２２が形成される。貫通溝２２の大きさは、横断面における貫通溝２２ひとつの開口面積が、セル１５ひとつの開口面積より大きくなるように設定される。

くり抜きによって形成された貫通溝２２の内側空間では、図４（ｂ）に示すように、隔壁１１の断面が露出していると共に、セル１５が開口している。ここでは、ハニカム構造を有する角柱状のセグメント３０の複数が、接合材３３で接合された上で、外形が円柱状に加工されており、中心軸に対して等角度間隔で八本の貫通溝２２が形成されている場合を例示しているが、その数は特に限定されない。

このような構成のハニカム構造体１ｄは、セル軸と平行に貫通する貫通溝２２を有しており、横断面における貫通溝２２の開口面積はセル１５の開口面積より大きいため、加熱ガスを流通させるチューブ内にハニカム構造体を配置したとき、ガスはセルを流通しつつ貫通溝２２を優先的に流通する。そして、貫通溝２２は、横断面において外周で開口しているため、加熱ガスはハニカム構造体１ｄにおける外周側を優先的に流通することとなる。

従って、ラジアントチューブの内部にハニカム構造体１ｄを伝熱促進体として配置した場合、加熱ガスは外周側で貫通溝２２を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体１ｄの外周近傍でよく回収される。ハニカム構造体１ｄにおいてチューブの内壁面に近い外周近傍がよく加熱されることにより、加熱ガスから回収した熱をチューブによく伝えることができる。

一方、ハニカム構造体１ｄを蓄熱体として蓄熱式ラジアントチューブ内に配置した場合、加熱ガスは外周側で貫通溝２２を流通し易く、加熱ガスの熱がハニカム構造体１ｄの外周近傍でよく回収される。これにより、従来のハニカム構造体では、ガスが流通しにくいために蓄熱体としての作用を十分に発揮できていなかった外周近傍でも多くの熱を蓄えることができ、蓄熱体としての作用をハニカム構造体１ｄに、全体的に発揮させることができる。

加えて、ハニカム構造体１ｄでは、貫通溝２２の内側空間で隔壁１１の断面が露出していると共に、セル１５が開口していることにより、表面積が極めて大きい。そのため、貫通溝２２を流通する加熱ガスとハニカム構造体１ｄとの接触面積が極めて大きなものとなり、加熱ガスの熱を十分に回収することができる。

更に、ハニカム構造体１ｄを伝熱促進体として使用した場合、外周面はチューブの内壁面に向かって熱を放射する面であるが、外周で開口している貫通溝２２の内表面の表面積が極めて大きいことにより、チューブの内壁面に向かって熱を放射する面積も極めて大きく、チューブに伝える熱量が多い利点がある。

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。

例えば、貫通孔と貫通溝の双方を有するハニカム構造体とすることができる。これにより、ハニカム構造体１，１ｂ，１ｃを用いて例示した貫通孔２１を有するハニカム構造体の作用と、ハニカム構造体１ｄを用いて例示した貫通溝２２を有するハニカム構造体の作用とを兼ね備えたハニカム構造体となる。

また、図５（ａ），（ｂ）に例示したハニカム構造体１ｅ，１ｆのように、外縁部に位置しない貫通孔２５を有する構成とすることができる。ここでは、横断面における中心点に、貫通孔２５の開口中心が一致している場合を示している。このような貫通孔２５を有するハニカム構造体は、蓄熱式ラジアントチューブヒータの蓄熱体としての使用が適している。蓄熱式ラジアントチューブヒータでは、バーナが挿入される位置に蓄熱体が配置されるため、バーナが挿入されている内筒を、中央の貫通孔２５に挿入することができる。

なお、ハニカム構造体１ｅは貫通孔２５に加えて、外周で開口している貫通溝２２を備えている例であり、ハニカム構造体１ｆは貫通孔２５に加えて、外縁部に開口中心が位置する貫通孔２１を備えていると共に、貫通孔２１として大きさの異なる貫通孔を有している例である。双方とも、複数のセグメント３０が接合材３３で接合された接合体である場合を図示しているが、一体ものであってもよい。

また、貫通孔２１及び貫通溝２２の少なくとも何れかを備えるハニカム構造体の外表面に、コーティングを施してもよい。コーティング剤としては、輻射率を高めることを目的としたもの、強度を高めることを目的としたもの、ハニカム構造体が非酸化物セラミックス製である場合に酸化の抑制を目的としたもの、を例示することができる。このようなコーティングは、ハニカム構造体の外表面へのコーティング剤の塗布、吹き付けにより行うことができる。或いは、ハニカム構造体にコーティング剤を含浸させることにより行うことができる。

１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ ハニカム構造体
１０ｐ 外縁部
１１ 隔壁
１５ セル
２１ 貫通孔
２２ 貫通溝
３０ セグメント
３３ 接合材
Ｃ 中心点（横断面における中心点）
Ｐ 開口中心（貫通孔の開口中心）

Claims (7)

1. 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セラミックス製のハニカム構造体であり、
   前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に前記ハニカム構造体を貫通している貫通孔を有し、
   該貫通孔は、
   前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積が前記セルの開口面積より大きいと共に、
   前記横断面の中心点からの距離が前記中心点と外周との間の距離の二分の一以上である外縁部に開口中心が位置しており、
   前記貫通孔の内部空間で前記隔壁の断面が露出していると共に、前記内部空間で前記セルが開口している
   ことを特徴とするハニカム構造体。
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セラミックス製のハニカム構造体であり、
   前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に前記ハニカム構造体を貫通している貫通溝を有し、
   該貫通溝は、
   前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積が前記セルの開口面積より大きいと共に、
   前記横断面の外周において開口しており、
   前記貫通溝の内側空間で前記隔壁の断面が露出していると共に、前記内側空間で前記セルが開口している
   ことを特徴とするハニカム構造体。
3. 前記ハニカム構造体は、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の複数が接合されたものである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハニカム構造体。
4. セラミックス原料を押出成形する工程を経て、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成形体を形成し、
   前記成形体を焼成する前または後で、前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に貫通する貫通孔を、くり抜きによって形成するものであり、
   前記貫通孔は、
   前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積を前記セルの開口面積より大きくすると共に、
   前記横断面の中心点からの距離が前記中心点と外周との間の距離の二分の一以上である外縁部に開口中心が位置するように形成する
   ことを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
5. セラミックス原料を押出成形する工程を経て、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成形体を形成し、
   前記成形体を焼成する前または後で、前記セルの延びる方向であるセル軸に平行に貫通する貫通溝を、くり抜きによって形成するものであり、
   前記貫通溝は、
   前記セル軸に直交する断面である横断面における開口面積を前記セルの開口面積より大きくすると共に、
   前記横断面の外周で開口するように形成する
   ことを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
6. 前記成形体は、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の成形体であり、
   前記成形体を焼成する前または後で、複数の前記セグメントが接合される
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のハニカム構造体の製造方法。
7. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のハニカム構造体が、ラジアントチューブヒータのチューブ内に、伝熱促進体または蓄熱体として配置されている
   ことを特徴とするハニカム構造体の配置構造。

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