JP2553633B2 - 高温炉の断熱方法 - Google Patents

高温炉の断熱方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、光ファイバーの製造工程において用いられ
る光ファイバー線引炉，光ファイバー母材焼結炉，半導
体引上げ炉などの1000℃以上の高温炉の断熱方法に関す
るものである。
＜従来の技術＞ 従来、上記のような1000℃以上の高温炉における断熱
方法としては、カーボンフェルト，セラミックファイバ
ーフェルトなどを断熱材として用いる方法が最も一般的
である。
これらの断熱材はフェルト中の繊維の飛散を防止する
ため、円筒状の容器に収納したり、あるいは成形フェル
トとして筒状に成形したものが使用される。例えば、第
２図に示すように炉芯管１の外側にヒータ２を設け、そ
の外周に円筒状とした成形フェルト３を配置している。
このように成形フェルトを用いると、容器が不要となる
ため容器の熱伝導による熱損失がなくなる利点がある。
成形フェルトにも、繊維飛散を防止するためにカーボン
セメントなどによるコーティングを施すこともある。
更に、第３図に示すように成形フェルトを３層構造3
a,3b,3cとし、高温となる内側の層3aを高密度で高断熱
性の材料とし、さほど高温とならない外側の層3cを低密
度で小熱容量の材料とすることにより、高断熱性と小熱
容量性を兼ね備える方法も提案されている。
また、カーボン，ジルコニアなどの無機質粉末を円筒
容器に収納して用いる方法、あるいはカーボン，モリブ
デンなどの赤外線をよく反射する材料からなるシートを
用いて輻射による熱損失を防止する方法もある。
＜発明が解決しようとする課題＞ 光ファイバーあるいは半導体は、高温炉内でより大き
な材料を処理することにより効率的な生産が理論的には
可能となる。しかし、効率的な断熱方法がないために、
設備の大型化、消費電力の増大を招き、実用的でなかっ
た。
本発明は、設備の大型化、消費電力の増大を惹き起こ
すことなく、大型の材料処理が可能な高温炉を製作する
ために必要な高効率の断熱方法を提供することを目的と
するものである。
＜課題を解決するための手段＞ 斯かる目的を達成する本発明の構成は円筒状のヒータ
及び該ヒータの周囲に円筒状の断熱材を有する高温炉に
おいて、該断熱材は熱伝導性に関して異方性をもち、か
つ、熱伝導率の小さい方向と高温勾配の大きい方向とを
一致させたことを特徴とする。
＜作用＞ 高温炉内の断熱材内部では、その断熱材の性状及び断
熱材を取り巻く環境により、その温度勾配が一様ではな
く、特定の方向に高く、あるいは低くなる。熱は、温度
勾配の最も高い方向を通って高温側から低温側へ流れよ
うとするから、この方向についての断熱を最重要視すべ
きである。ここで、単位面積当りの熱伝導量Ｈは下式に
示すように、熱伝導率λと温度勾配ΔＴの積に比例する
関係がある。
Ｈ＝λ・ΔＴ …（１） 従って、温度勾配ΔＴがない方向では、熱伝導率λが
どれほど大きくても熱は伝達されず、逆に温度勾配ΔＴ
が大きい方向では熱伝導率λが小さくても熱は伝達され
やすい。そこで、本発明では、熱伝導性に異方性を有す
る断熱材を用い、熱伝導率の小さい方向と熱勾配の大き
い方向を一致させることにより効率的に断熱するのであ
る。
＜実 施 例＞ 以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。
第１図に本発明の一実施例を示す。同図に示す実施例
では、赤外線反射シートとして用いられる黒鉛シートを
断熱材とするものである。即ち、炉芯管１の外側にはヒ
ータ２が設けられ、更にその外周には断熱材４が配置さ
れている。断熱材４は全体として円筒状をなし、６つの
部分4a,4b,4c,4d,4e,4fから構成される複合体である。
部分4aはヒータ２に面する内側の円筒層であり、その上
部及び下部には、それぞれ環状部分4c,4eが配置され、
それらの外周には外側の円筒層となる部分4aが配置さ
れ、更にそれらの上部及び下部にはそれぞれ環状部分4
d,4fが配置されている。これらの部分4a〜4fはいずれも
黒鉛シート５を積層するものであるが、その方向が異っ
ている。周方向に位置する部分4a,4bは横方向つまり半
径方向に積層され、上下に位置する部分4c,4d,4e,4fで
は上下方向に積層されている。黒鉛シート５は、厚さ方
向、即ち面と垂直な方向の熱伝導率は小さいが、面内で
の熱伝導率はその10倍以上である。
このような構造の高温炉において、熱は炉芯管１と平
行な上下方向か、あるいは炉芯管１に対し半径方向外側
へ逃げようとする。つまり、それらの方向の温度勾配が
高いわけである。
しかし、断熱材４においては、温度勾配の高い方向に
沿って黒鉛シート５が積層され、その方向の熱伝導率が
他の方向の十分の一に小さくなっている。このため、前
述した（１）式に従って、断熱材４を通過する熱量が小
さくなり、効率的な断熱が行えることになる。
従来では、繊維方向がランダムなためにカーボンフェ
ルトは熱伝導率に関し、等方性材料となり、このため温
度勾配の小さな方向においても熱伝導率が小さかったの
である。このような無駄を排除して断熱効果を高めたの
が本発明である。
断熱効果についての試験結果を第５図に示す。同図に
おいて、実施例とは第１図に示すものについての結果、
比較例とは第３図に示すものについての結果、従来例と
は第２図に示すものについての結果である。又、同図
中、Ａは上下方向に通過する熱量、Ｂは水平方向に通過
する熱量である。熱量は、図示省略した冷却水の温度上
昇により求めた。ヒータ温度は2000℃であった。
この結果から明らかなように、従来例に比べ比較例は
異方性材料を用いたため放熱量が減少しているが上下方
向に逃げる熱量が大きく、全体として大きな効果はな
い。これに対し、本実施例は異方性材料の配置を工夫し
上下方向の熱伝導率も小さくしたため、比較例に比べ放
熱量を60％近くまで減少させることができた。
尚、上記実施例では、断熱材４が６つの部分からなる
複合体であったが、これに限るものではない。例えば、
もっと多くの部分から構成するようにしても良いし、逆
に、第４図に示すように黒鉛シート５を連続的に湾曲さ
せて、ヒータ２を取り囲むようにして、断熱効果を高め
るようにしても良い。
また、断熱材に使用する材料としては、カーボンに限
らず、モリブデンの赤外線反射シートも利用することが
できる。熱伝導率の異方性を出すためには、繊維状ある
いはシート状のものが良い。更に、石英，アルミナ，ジ
ルコニア，カーボン等の繊維を用い、繊維の方向を揃え
て熱伝導率の異方性を付与しても良い。
＜発明の効果＞ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本
発明は、断熱材に異方性をもたせ、熱伝導率の低い方向
と温度勾配の大きな方向を一致させたので、高温炉を高
い効率で断熱することができる。従って、大きな材料を
処理可能な高温炉を実現するに際し、設備の大型化、あ
るいは消費電力の増大等の問題を解決することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は従
来の高温炉の縦断面図、第３図は従来の比較例にかかる
高温炉の縦断面図、第４図は本発明の他の実施例の縦断
面図、第５図は放熱量についての試験結果を示すグラフ
である。 図面中、 １は炉芯管、 ２はヒータ、 ３は断熱材、 3a,3b,3dは断熱材の各層、 ４は断熱材、 4a,4b,4c,4d,4e,4fは断熱材の各部分、 ５は黒鉛シートである。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】円筒状のヒータ及び該ヒータの周囲に円筒
    状の断熱材を有する高温炉において、該断熱材は熱伝導
    性に関して異方性をもち、かつ、熱伝導率の小さい方向
    と温度勾配の大きい方向とを一致させたことを特徴とす
    る高温炉の断熱方法。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記断熱
    材は、カーボンあるいは石英，アルミナ等のセラミック
    繊維の配列を揃えることにより前記異方性を付与される
    ことを特徴とする高温炉の断熱方法。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記断熱
    材は、繊維を一方向に配列させた複数の部分より構成さ
    れ、各部分の組み合せにより前記繊維の配列方向を異な
    らしめたことを特徴とする高温炉の断熱方法。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記断熱
    材は厚さ方向に熱伝導率の小さな赤外線反射シートを層
    状に重ねて形成されることを特徴とする高温炉の断熱方
    法。
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