JP6879125B2

JP6879125B2 - 二重管断熱炉

Info

Publication number: JP6879125B2
Application number: JP2017164621A
Authority: JP
Inventors: 孝明高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: JP2019044987A

Description

本発明は、二重管断熱炉に関する。

内管が外管の内側に配置され、内管と外管との間に真空空間が形成された二重管断熱構造体が知られている。特許文献１には、外管と内管とが両端部においてベローズを介して結合された二重管断熱構造体が記載されている。

特開２０１１−０８０７１９号公報

ところで、上述した二重管断熱構造体を加熱炉として使用した二重管断熱炉が開発されている。図４は、本発明が解決しようとする課題にかかる二重管断熱炉について模式的に説明する模式図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図４および図５に示すように、二重管断熱炉５０１は、両端が開口した円筒状の外管５０２および内管５０３を備え、外管５０２と内管５０３との間には、減圧された密閉空間５０８が形成されている。密閉空間５０８には、輻射によって内管５０３から外管５０２に熱が伝わるのを抑制する多層反射膜５０６が配設されている。二重管断熱炉５０１は、外管５０２および内管５０３の中心軸が水平方向になるように配置されている。内管５０３の内側はワークＷを加熱するための加熱空間５１３である。加熱空間５１３には、加熱手段としてのヒータ１１が配置されている。内管５０３の中央付近には、加熱状態における内管５０３の熱膨張を吸収するためのベローズ部分５０５が設けられている。

内管５０３は、鉛直下方の位置において、加熱空間５１３に収容されたワークＷの荷重を受けている。内管５０３がワークＷの荷重によって撓むのを避けるため、内管５０３における鉛直下方の位置の下側には、ワークＷの荷重を支えるための土台５１０を設置している。土台５１０を介して内管５０３から外管５０２に熱が伝わるのを抑制するため、土台５１０は、外管５０２および内管５０３よりも熱伝導率が低い材質で形成されている。また、図５に示すように、非加熱状態において、土台５１０における内管５０３と対向する面の形状と内管５０３の外周の形状とを一致させている。しかしながら、上述したように土台５１０と内管５０３とは異なる材質で形成する必要があるため、加熱状態では、土台５１０と内管５０３との熱膨張率の差により、土台５１０における内管５０３と対向する面の形状と内管５０３の外周の形状が一致しなくなる。このため、加熱状態において、土台５１０による内管５０３の支持が不安定になるという問題があった。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、加熱状態において、内管が不安定になるのを抑制することができる二重管断熱炉を提供することを目的とする。

本発明は、両端が開口した外管と、前記外管の内側に配置され両端が開口した内管と、を備え、前記外管と前記内管との間には減圧された密閉空間が形成され、前記外管および前記内管は中心軸が水平方向になるように配置され、前記内管の内側にはワークを加熱するための加熱空間が形成されている二重管断熱炉であって、反射膜と不織布とを交互に複数積層して構成され、前記内管の荷重および前記加熱空間に収容された前記ワークなどの荷重を支持する荷重支持部をさらに備え、前記荷重支持部は、前記密閉空間における、少なくとも前記内管の鉛直方向下側の箇所において、前記内管と前記外管によって挟圧されるように配置されているものである。

荷重支持部は、反射膜と不織布とを交互に複数積層して構成されているので、挟圧されている外管および内管の形状に柔軟に追随する。このため、加熱状態において、熱膨張により内管の形状が変わっても、荷重支持部の形状が内管の形状に追随するので、内管の荷重および加熱空間に収容されたワークなどの荷重を安定して支持することができる。これにより、加熱状態において、内管が不安定になるのを抑制することができる。

本発明によれば、加熱状態において、内管が不安定になるのを抑制することができる。

実施の形態１にかかる二重管断熱炉の構成について説明する模式図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。実施の形態２にかかる、二重管断熱炉の構造について示す模式図である。本発明が解決しようとする課題にかかる二重管断熱炉について模式的に説明する模式図である。図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。なお、図中に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。

図１は、実施の形態１にかかる二重管断熱炉１の構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１および図２に示すように、二重管断熱炉１は、外管２および内管３を備えている。

外管２および内管３は、両端が開口した円筒状の部材である。外管２および内管３の材質は、例えば、ステンレス鋼、鉄鋼、チタンなどである。内管３は、外管２の内側において同軸に配置されている。外管２および内管３は、中心軸が水平方向になるように配置されている。

外管２の両端には、開口面２ｄに沿って（平行に）内側に向かって延びる環状壁２ａが形成されている。内管３の両端は、外管２の環状壁２ａに連結されている。これにより、外管２と内管３との間には密閉空間８が形成されている。密閉空間８は減圧された真空空間である。内管３の内側はワークＷを加熱するための加熱空間１３である。加熱空間１３には、加熱手段としてのヒータ１１が配置されている。ワークＷは、内管３の開口からベルトコンベアまたはプッシャーによって加熱空間１３内に搬送する。

外管２の外周面は外気と接し、内管３の内周面は加熱空間１３と接している。外管２と内管３との間に真空空間である密閉空間８が存在することで、加熱空間１３の熱が外気へと放熱されるのを抑制することができる。

内管３の中央付近には、加熱状態における内管３の熱膨張を吸収するためのベローズ部分５が設けられている。ベローズ部分５は、波状の形状で可撓性を有する伸縮管である。ベローズ部分５が弾性体として作用することにより、内管３が熱膨張することによる変形を吸収することが可能である。ベローズ部分５の材質は、例えば、ステンレス鋼、鉄鋼、チタンなどである。

外管２と内管３との間の密閉空間８には、円筒状の多層反射膜６が配設されている。多層反射膜６は、反射率が高い部材である反射膜と、反射膜よりも熱伝導率が低い部材である不織布とを、交互に複数積層して構成されている。反射膜は、例えば、アルミ箔、銅箔、チタン箔などの金属箔である。不織布は、例えば、グラスファイバーやセラミックファイバーなどの布である。なお、多層反射膜６の形状を安定させるため、多層反射膜６の外周を、ワイヤー、接着剤、タグピンなどで固定してもよい。内管３の内側の加熱空間１３を高温の加熱温度まで加熱する場合、外管２と内管３との間における密閉空間８に配置された多層反射膜６により、高温の内管３から外管２へと輻射によって熱が伝わるのが抑制される。

図１および図２において、破線Ａ１で囲んだ領域が荷重支持部７である。荷重支持部７は、反射膜と不織布とを交互に複数積層して構成され、内管３の荷重および加熱空間１３に収容されたワークＷなどの荷重を支持する。荷重支持部７は、密閉空間８における、少なくとも内管３の鉛直方向下側の箇所において、内管３と外管２のそれぞれに接触し、内管３と外管２によって挟圧されるように配置されている。

荷重支持部７の軸方向（Ｘ軸方向）における長さは、内管３の荷重および加熱空間１３に収容されたワークＷなどの荷重を支持するのに必要十分な接触面積を確保できる長さとするのが好ましい。本実施の形態にかかる二重管断熱炉１では、荷重支持部７を、内管３における中央より右側に位置する部分の中央部と、内管３における中央より左側に位置する部分の中央部と、の２箇所に配置させている。このようにする場合、荷重支持部材７によって支持されていない内管３の中央部分３ａを強度の高い素材で形成してもよい。

ただし、これに限るものではなく、荷重支持部７の軸方向における長さを、内管３の軸方向の長さと同程度にしてもよい。荷重支持部７の軸方向における長さを、内管３の軸方向の長さと同程度にすると、必要十分な接触面積を確保できる長さとする場合に対し、内管３をより安定して支持できるが、断熱性能は劣る。

荷重支持部７は、厚みの薄い反射膜と不織布とを交互に複数積層して構成されているので、挟圧されている外管２および内管３の形状に柔軟に追随する。このため、加熱状態において、熱膨張により内管３の形状が変わっても、荷重支持部７の形状が内管３の形状に追随するので、内管３の荷重および加熱空間１３に収容されたワークＷなどの荷重を安定して支持することができる。これにより、加熱状態において、内管３が不安定になるのを抑制することができる

実施の形態２
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と共通の部分については共通の符号を付してその説明を省略する。

図３は、実施の形態２にかかる、二重管断熱炉１０１の構造について示す模式図である。図３に示すように、二重管断熱炉１は、外管２および内管３を備えている。また、密閉空間８における、少なくとも内管３の鉛直方向下側の箇所において、荷重支持部７が、内管３と外管２のそれぞれに接触し、内管３と外管２によって挟圧されるように配置されている。図１および図２を参照して説明した実施の形態１にかかる二重管断熱炉１との構造上の違いは、密閉空間８において、多層反射膜６（図２参照）に代えて、複数の金属箔１０６を配置した点である。

図２に示す二重管断熱炉１において配設された多層反射膜６は、反射率が高い部材である反射膜と、反射膜よりも熱伝導率が低い部材である不織布との積層構成としているため、輻射によって内管３の熱が外管２に伝わるのを良好に抑制することができるが製作コストがかかる。このため、実施の形態２にかかる二重管断熱炉１０１のように、多層反射膜６の代わりに複数の金属箔１０６を用いると、二重管断熱炉１と比べて、断熱性能は多少劣るものの、より簡易な構成とすることができ、制作コストを抑えることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、１０１二重管断熱炉
２外管
２ａ環状壁
２ｄ開口面
３内管
５ベローズ部分
６多層反射膜
７荷重支持部
８密閉空間
１１ヒータ
１３加熱空間
１０６金属箔
Ｗワーク

Claims

両端が開口した外管と、前記外管の内側に配置され両端が開口した内管と、を備え、前記外管と前記内管との間には減圧された密閉空間が形成され、前記外管および前記内管は中心軸が水平方向になるように配置され、前記内管の内側にはワークを加熱するための加熱空間が形成されている二重管断熱炉であって、
反射膜と不織布とを交互に複数積層して構成され、前記内管の荷重および前記加熱空間に収容された前記ワークなどの荷重を支持する荷重支持部をさらに備え、
前記荷重支持部は、前記密閉空間における、少なくとも前記内管の鉛直方向下側の箇所において、前記内管と前記外管によって挟圧されるように配置されている、二重管断熱炉。