JP6206793B2 - 加熱炉の発熱体取り付け構造 - Google Patents

Description

本発明は、加熱炉の発熱体取り付け構造、詳しくは、炉壁に設けた貫通穴の中心部に挿通させて取り付けられた発熱体に位置ずれが生じた場合にも熱放散を遮断することができる加熱炉の発熱体取り付け構造に関する。

セラミック製品や電子部品の加熱、焼成は、通常、電気加熱方式による抵抗加熱炉を用いて行われている。発熱体としてはセラミック系の炭化けい素質発熱体が多用され、これらの発熱体は、例えば、加熱炉の長手方向に直交するよう加熱炉の上下に水平に装着され、炉内に装入された被加熱物を上下から加熱するようになっている。

加熱炉に対する発熱体の装着は、図４に示すように、炉体側面の炉壁５に、炉壁５に挿通する発熱体１の端部３の直径の１．３〜１．５倍程度の径を有する貫通穴９を設け、貫通穴９に発熱体１の端部３を挿通し、発熱体１の端部３と貫通穴９との間隙１１にセラミック繊維ウール材１３を充填して、発熱体１を貫通穴９の中心部に位置させるよう装着することにより行われる。炉壁５は、例えば、炉内部から耐火層６、断熱保温層７、保温層８からなる複数の層から構成されている。発熱体１は、炉内に位置する発熱部２、非発熱質の端部３、その外側に電極へ導かれるメタリコン部４から構成され、発熱部２、端部３は同径に形成されている。

上記の構成において、発熱体１の端部３と貫通穴９との間隙１１に充填されるセラミック繊維ウール材１３は、操業時、加熱炉の炉壁からの熱放散を防ぐことを目的とするものであるが、セラミック繊維ウール材の充填量を多くすると、操業時に熱膨張に起因する歪により炉壁の断熱材や発熱体が破損するおそれがあり、セラミック繊維ウール材の充填量が少ないと、炉壁からの熱放散が多くなって省エネルギー効果が得られず、また発熱体に接続している電極部材が過熱して破損するおそれもある。

しかしながら、セラミック繊維ウール材の適正な充填を行っても、操業時、炉壁の断熱構造である断熱保温層７、保温層８に熱膨張による歪みが生じ、この歪みに起因して発熱体１が例えば図５に示すように貫通穴９の中心部からずれて隙間１４が生じ、隙間１４からの熱放散が大きくなるという難点がある。発熱体を炉壁の貫通穴と接触させないように保持する構造も提案されているが、この難点の解決に直接関係するものではない。

実開平７−４１３９９号公報

角健蔵、中川邦好著 「非金属発熱体」（改訂版）平成２年４月１０日改訂版発行

本発明は、上記の問題点を解消するために、加熱炉の炉壁への発熱体の取り付け方式について試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、炉壁に設けた貫通穴の中心部に挿通させて取り付けられた発熱体について、操業時に炉壁の断熱構造に熱膨張による歪みが生じ、この歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれて、炉壁の貫通穴に挿通されている発熱体の端部と貫通穴との間に隙間が生じた場合でも、隙間からの熱放散を防止することができる加熱炉の発熱体取り付け構造を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１による加熱炉の発熱体取り付け構造は、加熱炉の炉壁に設けた貫通穴に発熱体の端部を挿通させて炉壁に発熱体を取り付ける構造において、複数の層からなる炉壁の貫通穴のうち最外層の貫通穴は他の層の貫通穴より大きく形成されており、貫通穴に挿通された発熱体の端部と他の層の貫通穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填され、最外層の貫通穴の径より小さく他の層の貫通穴の径より大きい外径を有する環状のセラミック繊維成形ボードが炉壁の最外層側から発熱体の端部に被嵌するよう装着され、セラミック繊維成形ボードと最外層の貫通穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填されてなり、加熱炉の操業時、炉壁の熱膨張による歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれた場合でも、環状のセラミック繊維成形ボードが他の層の貫通穴を塞ぐよう、発熱体の端部の直径、セラミック繊維成形ボードの外径、セラミック繊維ウール材を充填する前記間隙の寸法との関係が規定されていることを特徴とする。

請求項２による加熱炉の発熱体取り付け構造は、加熱炉の炉壁に設けた貫通穴に発熱体の端部を挿通させて炉壁に発熱体を取り付ける構造において、複数の層からなる炉壁の最外層には他の層と同じ径の貫通穴に連続して炉の外側に開口する座繰り穴が形成されており、貫通穴に挿通された発熱体の端部と他の層の貫通穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填され、最外層の座繰り穴の径より小さく他の層の貫通穴の径より大きい外径を有する環状のセラミック繊維成形ボードが炉壁の最外層側から発熱体の端部に被嵌するよう装着され、セラミック繊維成形ボードと最外層の座繰り穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填されてなり、加熱炉の操業時、炉壁の熱膨張による歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれた場合でも、環状のセラミック繊維成形ボードが他の層の貫通穴を塞ぐよう、発熱体の端部の直径、セラミック繊維成形ボードの外径、セラミック繊維ウール材を充填する前記間隙の寸法との関係が規定されていることを特徴とする。

本発明によれば、炉壁に設けた貫通穴の中心部に挿通させて取り付けられた発熱体について、操業時に炉壁の断熱構造に熱膨張による歪みが生じ、この歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれて炉壁の貫通穴に挿通されている発熱体の端部と貫通穴との間に隙間が生じた場合でも、隙間からの熱放散を防止することができる加熱炉の発熱体取り付け構造が提供される。

本発明による加熱炉の発熱体取り付け構造の一実施例の要部を示す断面図である。 本発明による加熱炉の発熱体取り付け構造の他の実施例の要部を示す断面図である。 図２の発熱体取り付け構造において、加熱炉の操業時、炉壁の断熱構造の熱膨張による歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれて生じた発熱体と貫通穴との間の隙間がセラミック繊維成形ボードにより遮蔽される状態を示す断面図である。 従来の加熱炉の発熱体取り付け構造の要部を示す断面図である。 図４の発熱体取り付け構造において、加熱炉の操業時、炉壁の断熱構造の熱膨張による歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれて、発熱体と貫通穴との間に隙間が生じた状態を示す断面図である。

本発明においては、図１に示すように、加熱炉の炉壁５に設けた貫通穴９に発熱体１の端部３を挿通させて炉壁５に発熱体１を取り付ける構造において、複数の層（図１においては、耐火層６、断熱保温層７、保温層８から構成される）からなる炉壁５の貫通穴９のうち最外層（保温層８）の貫通穴は他の層（耐火層６、断熱保温層７）の貫通穴より大きく形成され、最外層（保温層８）の貫通穴の径より小さく他の層の貫通穴の径より大きい外径Ｄ２を有する環状のセラミック繊維成形ボード１５が炉壁の最外層側から発熱体１の端部３に被嵌するよう装着されている。貫通穴９に挿通された発熱体１の端部３と他の層（耐火層６、断熱保温層７）の貫通穴との間隙１１（寸法ｄ）にセラミック繊維ウール材１３が充填され、最外層（保温層８）の貫通穴とセラミック繊維成形ボード１５との間隙１２（寸法ｄ）にもセラミック繊維ウール材１３が充填されている。

図２に示すように、複数の層からなる炉壁５の最外層（保温層８）には他の層（耐火層６、断熱保温層７）と同じ径の貫通穴に連続して炉の外側に開口する座繰り穴１０が形成されており、貫通穴９に挿通された発熱体１の端部３と他の層（耐火層６、断熱保温層７）の貫通穴との間隙１１（寸法ｄ）にセラミック繊維ウール材１３が充填され、最外層（保温層８）の座繰り穴１０の径より小さく他の層の貫通穴の径より大きい外径Ｄ２を有する環状のセラミック繊維成形ボード１５が炉壁５の最外層側から発熱体１の端部３に被嵌するよう装着され、最外層（保温層８）の座繰り穴１０とセラミック繊維成形ボード１５との間隙１２（寸法ｄ）にもセラミック繊維ウール材１３が充填されてなる構成とすることもできる。

例えば、図２に示す構成において、加熱炉の操業時、熱膨張によって炉壁５の断熱構造（断熱保温層７、保温層８）に図３に示すような歪みが生じ、この歪みに起因して発熱体１が貫通穴９の中心部からずれて発熱体１の端部３と貫通穴９との間に隙間１４が生じた場合でも、隙間１４はセラミック繊維成形ボード１５により遮蔽されて熱放散を防止することができる。

このために、加熱炉の操業時、炉壁の熱膨張による歪みに起因して発熱体１が貫通穴９の中心部からずれて発熱体１の端部３と貫通穴９との間に隙間１４が生じた場合でも、環状のセラミック繊維成形ボード１５が隙間１４を塞ぐよう、発熱体１の端部３の直径（発熱体１の直径と同一）Ｄ１、セラミック繊維成形ボード１５の外径Ｄ２、セラミック繊維ウール材１３を充填する前記間隙の寸法ｄとの関係が規定されていることが必要である。

図３に示すような態様においては、隙間１４の寸法、最大２ｄよりセラミック繊維成形ボード１５の発熱体１の端部３からの突出寸法（（Ｄ２−Ｄ１）／２）が大きく形成される必要がある。すなわち、２ｄ≦（Ｄ２−Ｄ１）／２の関係に規定される。このような関係を得るためには、発熱体１の端部３の径Ｄ１、セラミック繊維ウール材１３を充填する間隙の寸法ｄは大きく変動しないから、セラミック繊維成形ボード１５の外径Ｄ２を大きくすればよく、実用上は、セラミック繊維成形ボード１５の外径Ｄ２を他の層（断熱保温層７）の貫通穴９径の２〜２．５倍に形成し、それに応じて最外層（保温層８）の貫通穴または座繰り穴の径を決定する。

炉壁への発熱体の取り付け手順は以下のとおりである。
（１）発熱体１の端部３を炉壁５の貫通穴９に挿通する。
（２）発熱体１の端部３が貫通穴９の中央部に位置するように、発熱体の端部３と貫通穴９の間隙１１にセラミック繊維ウール材１３を充填する。
（３）環状のセラミック繊維成形ボード１５を炉壁の最外層側から発熱体１の端部３に被嵌するよう装着し、セラミック繊維成形ボード１５と最外層の貫通穴または座繰り穴との間隙にセラミック繊維ウール材を充填する。この場合、セラミック繊維成形ボード１５の内径は発熱体１の端部３の径よりも小さく形成するのが好ましく、発熱体１の端部３をドリル代わりにして、セラミック繊維成形ボード１５を発熱体の端部３に密に嵌合することができる。
（４）発熱体１のメタリコン部４と電極を結線する。結線後、発熱体を指で上下左右に押してみて、発熱体が楽に動くことを確認する。

１ 発熱体
２ 発熱体の発熱部
３ 発熱体の端部
４ メタリコン部
５ 炉壁
６ 耐火層
７ 断熱保温層（炉壁の他の層）
８ 保温層（炉壁の最外層）
９ 貫通穴
１０ 座繰り穴
１１ 発熱体の端部と炉壁の他の層との間隙
１２ セラミック繊維成形ボードと炉壁の最外層との間隙
１３ セラミック繊維ウール材
１４ 隙間
１５ セラミック繊維成形ボード
ｄ 間隙１１、１２の寸法
Ｄ１ 発熱体の直径
Ｄ２ セラミック繊維成形ボードの外径

Claims (2)

1. 加熱炉の炉壁に設けた貫通穴に発熱体の端部を挿通させて炉壁に発熱体を取り付ける構造において、
   複数の層からなる炉壁の貫通穴のうち最外層の貫通穴は他の層の貫通穴より大きく形成されており、貫通穴に挿通された発熱体の端部と他の層の貫通穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填され、
   最外層の貫通穴の径より小さく他の層の貫通穴の径より大きい外径を有する環状のセラミック繊維成形ボードが炉壁の最外層側から発熱体の端部に被嵌するよう装着され、セラミック繊維成形ボードと最外層の貫通穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填されてなり、
   加熱炉の操業時、炉壁の熱膨張による歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれた場合でも、環状のセラミック繊維成形ボードが他の層の貫通穴を塞ぐよう、発熱体の端部の直径、セラミック繊維成形ボードの外径、セラミック繊維ウール材を充填する前記間隙の寸法との関係が規定されている
   ことを特徴とする加熱炉の発熱体取り付け構造。
2. 加熱炉の炉壁に設けた貫通穴に発熱体の端部を挿通させて炉壁に発熱体を取り付ける構造において、
   複数の層からなる炉壁の最外層には他の層と同じ径の貫通穴に連続して炉の外側に開口する座繰り穴が形成されており、貫通穴に挿通された発熱体の端部と他の層の貫通穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填され、
   最外層の座繰り穴の径より小さく他の層の貫通穴の径より大きい外径を有する環状のセラミック繊維成形ボードが炉壁の最外層側から発熱体の端部に被嵌するよう装着され、セラミック繊維成形ボードと最外層の座繰り穴との間隙にセラミック繊維ウール材が充填されてなり、
   加熱炉の操業時、炉壁の熱膨張による歪みに起因して発熱体が貫通穴の中心部からずれた場合でも、環状のセラミック繊維成形ボードが他の層の貫通穴を塞ぐよう、発熱体の端部の直径、セラミック繊維成形ボードの外径、セラミック繊維ウール材を充填する前記間隙の寸法との関係が規定されている
   ことを特徴とする加熱炉の発熱体取り付け構造。

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