JP4376724B2 - ラジアントチューブ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、加熱炉等の炉内外の気密性が求められる加熱炉に対して、Ｏリング部材を介して取り付けられるラジアントチューブに関する。

従来から、加熱炉等において、熱源体としてラジアントチューブバーナおよび電気ヒータが用いられている。ラジアントチューブバーナは、ラジアントチューブ（内筒及び外筒）とバーナ本体とからなり、電気ヒータは、ヒータとラジアントチューブとからなる。
このラジアントチューブの取付け構造について、図７、図８及び図９に基づいて説明する。なお、図７は加熱炉の熱源体であるラジアントチューブバーナの取付け部を表した断面図、図８は、加熱炉の熱源体である電気ヒータの取付け部を表した断面図、図９はラジアントチューブの加熱炉への取付け構造を示す断面図である。

図７に示すように、ラジアントチューブバーナ１０は、加熱炉１の外殻を構成する炉壁２と一体の固定フランジ３に対し、加熱炉１の外側から内側に挿通させた状態で取り付けられている。このラジアントチューブバーナ１０は、ラジアントチューブ（内筒）１２、ラジアントチューブ（外筒）１３、バーナノズル１５等から構成されている。

また、前記ラジアントチューブ（内筒）１２とラジアントチューブ（外筒）１３の材質は、合金鋼やセラミックス等の耐熱素材である。
このラジアントチューブ（内筒）１２の基端部は、加熱炉１の外に位置するバーナボデー１４の内部に固定され、先端部はラジアントチューブ（外筒）１３の内部で開口している。バーナノズル１５がラジアントチューブ（内筒）１２の内部に位置し、このバーナノズル１５に対して、ガスパイプ１６を通じてガスが供給されるように構成されている。
またバーナボデー１４は、バーナに点火するための点火プラグ１７、エア供給口１８およびその他の必要部品を備えている。
なお、電気ヒータも、ラジアントチューブ１３の内部に電気ヒータ３０が収納されている。

ところで、図７、図８に示すように、炉壁２の固定フランジ３に対するラジアントチューブ（外筒）１３の取付け箇所においては、加熱炉１の外部と炉内１Ａとをシールして、炉内１Ａの気密、さらに炉内１Ａとラジアントチューブ（外筒）１３の内部との気密を保持するためにＯリング部材２０が設置してある。
このＯリング部材２０の熱による劣化を防止するために、取付けフランジ１３Ａを上下で挟み込む形で水冷ジャケット４Ａ、４Ｂが設けられている。

前記水冷ジャケット４Ａは、その中央の開口部にラジアントチューブ（外筒）１３を配置するため環状に形成されている。そして、水冷ジャケット４Ａの中空の内部を冷却水が循環するように構成されている。なお、前記ラジアントチューブ（外筒）１３の外側には、炉外寄りの所定の範囲において炉壁２に固定された耐熱壁５が位置している。

更に、Ｏリング部材２０の近傍のシール構造を、図７の一部を拡大して表した断面図である図９に基づいて説明する。なお、ラジアントチューブバーナと電気ヒータにかかる加熱炉は、同様な構成であるため、図７に示したラジアントチューブバーナの場合を例にとって説明する。
この図９からも明らかなように水冷ジャケット４Ａの上面４ａには段差部があり、この段差部によって水冷ジャケット４の内壁部４ｂが構成されている。この取付けフランジ１３Ａの外周面と内壁部４ｂとの間にＯリング２０が配置されている。
このＯリング２０によって、水冷ジャケット４Ａと取付けフランジ１３Ａとの間、つまり炉内１Ａと炉外との間および炉内１Ａとラジアントチューブ（外筒）１３の内部との間がそれぞれシールされる。

尚、バーナボデー１４と取付けフランジ１３Ａの間には、前記水冷ジャケット４Ｂが位置しており、取付けフランジ１３Ａの上方から冷却するように構成されている。また、取付けフランジ１３Ａと水冷ジャケット４Ａとの間、取付けフランジ１３Ａと水冷ジャケット４Ｂとの間には、パッキン２１、２２が取り付けられる。

このように構成された加熱炉１にあっては、前記ラジアントチューブ（外筒）１３の取付けフランジ１３Ａは、ラジアントチューブ１１の中を流れる高温の燃焼ガスや蒸気などの伝導熱で加熱される。
そのため、この取付けフランジ１３Ａからの熱影響によってＯリング２０が劣化するのを避けるために、取付けフランジ１３Ａを水冷ジャケット４Ａ，４Ｂによって冷却（冷却水との熱交換）している。

ところで、前記Ｏリング部材２０は予め水冷ジャケット４Ａの側壁に形成された溝部に嵌合させることによって、取り付けられている。そして、取付けフランジ１３Ａを有するラジアントチューブ（外筒）１３は、前記水冷ジャケット４Ａの中央の開口部に挿入することによって、取り付けられる。
このとき、図１０に示すように、外筒の取付け時、前記Ｏリング部材２０の一部が、取付けフランジ部１３Ａの角部（取付けフランジ底面と外周面とが接続される角部）と衝突し、ラジアントチューブ（外筒）１３がスムーズに設置できない、あるいは取付けフランジ１３が水平に設置できないという状況が発生し、Ｏリング部材２０が損傷する虞があった。その結果、炉内１Ａの気密、さらに炉内１Ａと外筒１３の内部との気密を保持することができないという技術的課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、Ｏリング部材を損傷させることなく、ラジアントチューブ（外筒）１３をスムーズに設置できＯリング部材との密着性を向上させ、炉内と炉外、及び炉内とラジアントチューブ（外筒）１３の内部とをより気密に保持できるラジアントチューブを提供することを目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかるラジアントチューブは、取付けフランジと前記取付けフランジに対し垂直に形成された直胴部とを備えるラジアントチューブを、加熱炉の炉壁の固定フランジに水冷ジャケットを介して取付けるラジアントチューブ取付け構造であって、前記水冷ジャケットは、上側環状水冷ジャケットと、段差部を有し垂直断面Ｌ字状の下側環状水冷ジャケットを備え、前記取付けフランジは外周面下端部に面取り部が形成されると共に、前記下側環状水冷ジャケットの段差部上面と前記上側環状水冷ジャケットに挟み込まれ、前記下側環状水冷ジャケットの内壁面に凹部が形成され、前記凹部にＯリングが嵌合され、前記取付けフランジの外周面と前記下側環状水冷ジャケットの段差部内壁面との間にＯリングが配置され、前記下側環状水冷ジャケットの段差部の上面と前記取付けフランジとの間にパッキンが取り付けられ、かつ前記取付けフランジの面取り部によって、前記取付けフランジと下側環状水冷ジャケットの段差部との間に空間が形成されることを特徴としている。
ここで、本発明にかかるラジアントチューブは、炉内外の気密性が求められる加熱炉に対して、Ｏリング部材を介して取り付けられるラジアントチューブにおいて、前記ラジアントチューブは、取付けフランジと、前記取付けフランジに対して垂直に形成された直胴部とを備え、前記取付けフランジと直胴部とがセラミックス材で一体的に形成され、かつ前記取付けフランジの外周面下端部には面取り部が形成され、前記面取り部は、取付けフランジの厚さ方向の面取り開始点と取付けフランジの径方向の面取り開始点とを結んだ線と、直胴部の軸線方向とのなす角θが１５°≦θ≦７５°であって、ｔ−ｂ≧ｃ
（ｔ：取付けフランジ厚さ（ｍｍ）、ｂ：取付けフランジ厚さ方向の面取り長さ（ｍｍ）
、ｃ：Ｏリング部材の厚さ（ｍｍ））
の関係を具備するように形成されていることが望ましい。

このように、本発明にかかるラジアントチューブにあっては、取付けフランジの外周面の下端部に面取り部が形成されている。
そして、この面取り部は、取付けフランジ厚さ方向の面取り開始点と取付けフランジ径方向の面取り開始点とを結んだ線と、外筒の軸線方向とのなす角θが１５°≦θ≦７５°であって、ｔ−ｂ≧ｃ（ｔ：取付けフランジ厚さ（ｍｍ）、ｂ：取付けフランジ厚さ方向の面取り長さ（ｍｍ）、ｃ：Ｏリング部材の厚さ（ｍｍ））の関係を具備するように形成されている。その結果、ラジアントチューブを挿入する際、取付けフランジ底面の角部がＯリング部材に引っ掛かることがないため、Ｏリング部材を損傷させることなく、ラジアントチューブをスムーズに設置することができる。

しかも、ｔ−ｂ≧ｃ（ｔ：取付けフランジ厚さ（ｍｍ）、ｂ：取付けフランジ厚さ方向の面取り長さ（ｍｍ）、ｃ：Ｏリング部材の厚さ（ｍｍ））の関係をもって、フランジの外周面下端部の面取り部が形成されている。その結果、面取り部が形成されていないフランジの外周面とＯリング部材の密着性を向上させることができ、炉内と炉外、及び炉内とラジアントチューブの内部とをより気密に保持できる
なお、取付けフランジの厚さ方向の面取り開始点と取付けフランジ径方向の面取り開始点とを結んだ線と、外筒の軸線方向とのなす角θが３０°≦θ≦６０°であることが、より好ましい。

ここで、前記取付けフランジの外周面および取付けフランジの上下面の表面粗さが、Ｒａ＝３．２μｍ以下であることが望ましい。
取付けフランジの外周面の表面粗さが、Ｒａ＝３．２μｍを超える場合には、Ｏリング部材と取付けフランジとの密着性が図られず、炉内部の気密性を保つことができない。また、取付けフランジの上下面の表面粗さがＲａ＝３．２μｍを超える場合には、ボルトの締付力が取付けフランジ面に局所的にかかり、ラジアントチューブが破損する可能性がある。そのため、Ｒａ＝３．２μｍ以下であることが望ましい。

また、前記取付けフランジの上下面の平面度および平行度が０．０５ｍｍ以下であることが望ましい。取付けフランジの上下面の平面度及び平行度が０．０５ｍｍを超える場合には、ボルトの締付力が局所的にかかり、ラジアントチューブが破損する可能性がある。そのため、取付けフランジの上下面の平面度および平行度は０．０５ｍｍ以下であることが望ましい。

更に、前記取付けフランジの厚さが、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが望ましい。前記取付けフランジの厚さが５ｍｍ未満の場合、取付けフランジの強度が低下し、破損する虞がある。一方、前記取付けフランジの厚さが３０ｍｍを超えると、冷却手段による冷却が不十分となり、Ｏリング部材が取付けフランジからの熱の影響を受け、Ｏリングが劣化する虞がある。そのため、取付けフランジの厚さは５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが望ましい。

また、前記取付けフランジの底面と直胴部の外周面との接続部分に、第二の面取り部が形成されていることが望ましい。この面取り部は、平面形状あるいは曲面形状のいずれであっても良い。これにより、直胴部と取付けフランジが面取り部を介して一体的に形成されるため、応力集中を抑制し、外筒の破損を防止することができる。

本発明にかかるラジアントチューブによれば、Ｏリング部材を損傷させることなく、ラジアントチューブをスムーズに設置できＯリング部材との密着性を向上させ、炉内と炉外、及び炉内とラジアントチューブの内部とをより気密に保持することができる。

以下、本発明にかかるラジアントチューブの一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。ここで、図１はラジアントチューブの取付け構造を示す断面図、図２はラジアントチューブの取付け動作を示す断面図、図３はラジアントチューブ（外筒）の断面図、図４は、図２の要部拡大図である。なお、この実施形態の説明にあっては、従来例で説明した部材と同一あるいは相当する部材は、同一の符号を付することにより、その詳細の説明を省略する。

本発明にかかるラジアントチューブ（外筒）１３は、取付けフランジ部１３Ａと、前記取付けフランジ部１３Ａに対して垂直に接続された直胴部１３ｃを備えている。そして、本発明にかかるラジアントチューブ（外筒）１３は、前記取付けフランジ１３Ａの形状、性状に特徴がある。即ち、図１に示すように、ラジアントチューブ（外筒）１３に形成された取付けフランジ１３Ａの外周面下端部には面取り部１３Ｂが形成されている。

この面取り部１３Ｂは、図４に示すように、フランジ１３Ａ外周面におけるフランジ厚さ方向の面取り開始点（外周下端からｂの距離の点）とフランジ１３Ａ下面におけるフランジ径方向の面取り開始点（外周下端からａの距離の点）とを結んだ線と、ラジアントチューブ（外筒）１３の直胴部１３ｃの軸線Ｌ方向とのなす角θが１５°≦θ≦７５°に形成されている。
また、取付けフランジ１３Ａの厚さｔ、取付けフランジ１３Ａの厚さ方向の面取り長さｂ、Ｏリングの厚さ（断面が円形の場合は、直径）ｃとした場合、ｔ−ｂ≧ｃの関係を具備するように形成されている。

このように、取付けフランジ１３Ａの外周面下端部に面取り部１３Ｂが形成され、しかもｔ−ｂ≧ｃの関係を具備するように形成されているため、Ｏリング部材２０を損傷させることなく、ラジアントチューブ（外筒）１３をスムーズに設置することができる。
詳述すれば、図２に示すように、ラジアントチューブ（外筒）１３を設置する場合において、Ｏリング部材２０は前記面取り部１３Ｂに接触し、徐々に圧縮されながら、取付けフランジ１３Ａの外周面と密着する。このように面取り部１３Ｂが形成されているため、Ｏリング部材２０を損傷させることなく、ラジアントチューブ（外筒）１３をスムーズに設置することができる。

しかも、前記したように面取り部１３Ｂは、ｔ−ｂ≧ｃの関係を具備するように形成されているため、前記Ｏリング部材２０は、面取り部１３Ｂが形成されていないフランジ１３Ｂの外周面（上端部）と密着する。
このように、Ｏリング部材２０の厚さｃ以上の大きさを有する、最大外径を有する取付けフランジ１３Ｂ部分（面取り部１３Ｂが形成されていない取付けフランジ１３Ｂの外周面）に取り付けられるため、Ｏリング部材２０は安定した密着状態を確保でき、炉内と炉外、及び炉内とラジアントチューブの内部とをより気密に保持することができる。

ここで、取付けフランジ外周面におけるフランジ厚さ方向の面取り開始点とフランジ下面におけるフランジ径方向の面取り開始点とを結んだ線と、ラジアントチューブ（外筒）１３の軸線方向Ｌとのなす角θが１５°≦θ≦７５°としたのは、以下の理由による。
即ち、１５°未満の場合、面取り部１３Ｂの底面の角部にＯリング部材２０が引っ掛かり、ラジアントチューブ（外筒）１３が、スムーズに設置できない、あるいはＯリング部材２０が損傷するという弊害が生じる。
一方、７５°を超えると、面取り部１３Ｂの上方の角部にＯリング部材２０が引っ掛かり、ラジアントチューブ（外筒）１３が、スムーズに設置できない、あるいはＯリング部材２０が損傷するという弊害が生じる。
なお、フランジ厚さ方向の面取り開始点とフランジ径方向の面取り開始点とを結んだ線と、ラジアントチューブ（外筒）１３の軸線Ｌ方向とのなす角θが３０°≦θ≦６０°であることがより好ましい。

上記したように、Ｏリング部材２０は、最大外径を有する取付けフランジ１３Ｂ部分（面取り部１３Ｂが形成されていない取付けフランジ１３Ｂの外周面（上端部））と密着する。したがって、ラジアントチューブ（外筒）１３を加熱炉に設置する際、前記Ｏリング部材２０が取り付けられた水冷ジャケット（冷却手段）４の中央の開口部に、前記ラジアントチューブ（外筒）１３を挿入することによって、取付けフランジ１３Ａの外周面とＯリング部材２０が密着する。

また、前記取付けフランジ１３Ａの外周面の表面粗さは、Ｒａ＝３．２μｍ以下に形成されている。この表面粗さが、Ｒａ＝３．２μｍを超える場合には、Ｏリング部材２０と取付けフランジ１３Ａとの密着性が図られず、炉内部１Ａの気密性が保てないため、Ｒａ＝３．２μｍ以下であることが望ましい。

また、前記取付けフランジ１３Ａの上面１３ａ及び下面１３ｂの表面粗さは、Ｒａ＝３．２μｍ以下に形成されている。前記取付けフランジ１３Ａの上面１３ａ及び下面１３ｂの表面粗さが、Ｒａ＝３．２μｍを超えると、ボルトの締め付け力が局部的作用するため、取付けフランジ１３Ａが破損する虞がある。
更に、前記取付けフランジ１３Ａの上面１３ａ及び下面１３ｂは、平面度および平行度０．０５ｍｍ以下に形成されるのが好ましい。
このように、前記取付けフランジ１３Ａの上面１３ａ及び下面１３ｂの平行度が０．０５ｍｍ以下に形成されている場合には、ボルトの締め付け力が均等に作用するため、取付けフランジ１３Ａの破損を防止できる。

また、前記ラジアントチューブ（外筒）１３の取付けフランジ１３Ａの厚さｔは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下に形成されている。前記ラジアントチューブ（外筒）１３の取付けフランジ１３Ａの厚さｔが、５ｍｍ未満の場合、取付けフランジ１３Ａの強度が低下し、破損する虞がある。
一方、前記ラジアントチューブ（外筒）１３の取付けフランジ１３Ａの厚さが３０ｍｍを超えると、水冷ジャケット４による冷却が不十分となり、Ｏリング部材２０が熱の影響を受け、Ｏリング部材２０が劣化する虞がある。
そのため、前記ラジアントチューブ（外筒）１３の取付けフランジ１３Ａの厚さｔは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下に形成されるのが好ましい。

更に、前記ラジアントチューブ（外筒）１３の直胴部１３ｃに対して、取付けフランジ１３Ａが面取り部１３ｄを介して、一体に形成されている。この面取り部１３ｄは、平面形状あるいは曲面形状のいずれであっても良い。このように、直胴部１３ｃと取付けフランジ１３Ａとの接続部に面取り部１３ｄが形成されているため、応力集中を抑制し、破損を防止することができる。
この面取り部１３ｄを大きく形成することは応力集中を防止する上から好ましいが、水冷ジャケット４Ａに接する取付けフランジ１３Ａの面積が減し、冷却効果が減少するため好ましくない。

なお、上記実施形態にあっては、フランジ１３Ａの外周面下端部の面取り部１３Ｂの形状を平面形状に形成した場合について説明した。しかしながら、平面形状に限定されず、曲面形状であっても良い。特に、図５に示すように、取付けフランジ１３Ａの外周面におけるフランジ厚さ方向の面取り開始点とフランジ下面におけるフランジ径方向の面取り開始点とを結んだ線と、直胴部１３ｃの軸線Ｌ方向とのなす角θが１５°≦θ≦７５°の領域内に形成された曲面形状であることが好ましい。
また、前記フランジ外周面におけるフランジ厚さ方向の面取り開始点とフランジ下面におけるフランジ径方向の面取り開始点とを結んだ線と、直胴部１３ｃの軸線方向とのなす角θが１５°≦θ≦７５°の領域内に形成されていれば、例えば、図６に示すように途中屈曲した平面形状であっても良い。

本発明は、大気圧力、真空、加圧された加熱炉のように炉内を気密に保った状態で加熱することが要求されるラジアントチューブに適用することができる。

図１は、ラジアントチューブの取付け構造を示す断面図である。 図２は、ラジアントチューブの取付け動作を示す断面図である。 図３は、ラジアントチューブ（外筒）の断面図である。 図４は、図３の要部拡大図である。 図５は、実施形態の変形例を示した断面図である。 図６は、実施形態の変形例を示した断面図である。 図７は、加熱炉の熱源体であるラジアントチューブバーナの取付け部を表した断面図である。 図８は、加熱炉の熱源体である電気ヒータの取付け部を表した断面図である。 図９は、従来のラジアントチューブの取付け構造を示す断面図である。 図１０は、従来のラジアントチューブの取付け動作を示す断面図である。

符号の説明

１ 加熱炉
４ 水冷ジャケット
４ａ 壁部
１０ ラジアントチュ−ブバーナ
１３ ラジアントチューブ（外筒）
１３Ａ 取付けフランジ
１３Ｂ 面取り部
１３ａ 上面
１３ｂ 下面
２０ Ｏリング部材
２１ パッキン
２２ パッキン

Claims (3)

1. 取付けフランジと前記取付けフランジに対し垂直に形成された直胴部とを備えるラジアントチューブを、加熱炉の炉壁の固定フランジに水冷ジャケットを介して取付けるラジアントチューブ取付け構造であって、
   前記水冷ジャケットは、上側環状水冷ジャケットと、段差部を有し垂直断面Ｌ字状の下側環状水冷ジャケットを備え、
   前記取付けフランジは外周面下端部に面取り部が形成されると共に、前記下側環状水冷ジャケットの段差部上面と前記上側環状水冷ジャケットに挟み込まれ、
   前記下側環状水冷ジャケットの内壁面に凹部が形成され、前記凹部にＯリングが嵌合され、前記取付けフランジの外周面と前記下側環状水冷ジャケットの段差部内壁面との間にＯリングが配置され、
   前記下側環状水冷ジャケットの段差部の上面と前記取付けフランジとの間にパッキンが取り付けられ、かつ前記取付けフランジの面取り部によって、前記取付けフランジと下側環状水冷ジャケットの段差部との間に空間が形成されることを特徴とするラジアントチューブ取付け構造。
2. 前記面取り部は取付けフランジの厚さ方向の面取り開始点と取付けフランジの径方向の面取り開始点とを結んだ線と、直胴部の軸線方向とのなす角θが１５°≦θ≦７５°であることを特徴とする請求項１記載のラジアントチューブ取付け構造。
3. 前記取付けフランジの底面と直胴部の外周面との接続部分に、第二の面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のラジアントチューブ取付け構造。

Images