JP7036455B2 - Heat transfer promoter and its manufacturing method - Google Patents

Heat transfer promoter and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP7036455B2
JP7036455B2 JP2020077614A JP2020077614A JP7036455B2 JP 7036455 B2 JP7036455 B2 JP 7036455B2 JP 2020077614 A JP2020077614 A JP 2020077614A JP 2020077614 A JP2020077614 A JP 2020077614A JP 7036455 B2 JP7036455 B2 JP 7036455B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat transfer
transfer promoter
promoter
outer peripheral
radiant tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020077614A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020115080A (en
Inventor
一夫 木地
潔 西岡
純哉 井上
Original Assignee
丸越工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 丸越工業株式会社 filed Critical 丸越工業株式会社
Priority to JP2020077614A priority Critical patent/JP7036455B2/en
Publication of JP2020115080A publication Critical patent/JP2020115080A/en
Priority to JP2021158958A priority patent/JP7089811B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7036455B2 publication Critical patent/JP7036455B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

本発明は、金属焼鈍炉等の熱処理プラントで使用されるラジアントチューブヒーター管内部に設置された伝熱促進体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a heat transfer promoter installed inside a radiant tube heater tube used in a heat treatment plant such as a metal annealing furnace, and a method for manufacturing the same .

一般に、鉄鋼生産プロセスの焼鈍設備等においては、加熱手段としてラジアントチューブを使用したラジアントチューブ式加熱装置(ラジアントチューブヒーター)が採用されることが多い。ラジアントチューブとは、ストレート型、U型、L型、T型、W型、さらにはO型といった各種形状を有するチューブ本体の内部にバーナーが配置され、バーナーによってチューブ本体を加熱し、チューブ本体の表面からの輻射熱によって鋼板等の被加熱物を加熱し、被加熱物のひずみ等を取り除くための輻射伝熱管である。製鉄所内には連続焼鈍炉が複数あり、1炉あたり数十本から数百本のラジアントチューブ式加熱装置が使用されている。
一般社団法人日本鉄鋼連盟は2009年11月に地球温暖化対策への取組みの考え方を発表し、「エコプロセス」、「エコプロダクト」、「エコソリューション」の3つのエコを柱とする活動を推進しており、更なるエネルギー効率の向上、省エネルギー化を図ることが日本の鉄鋼業全体にとって重要な課題となっている。
焼鈍設備の省エネルギー化の一環として、ラジアントチューブ内の内壁に熱移動を促進するセラミック製の伝熱促進体が設置され始めている。
In general, in annealing equipment and the like in a steel production process, a radiant tube type heating device (radiant tube heater) using a radiant tube as a heating means is often adopted. A radiant tube is a tube body in which a burner is placed inside a tube body having various shapes such as straight type, U type, L type, T type, W type, and even O type, and the tube body is heated by the burner to heat the tube body. It is a radiant heat transfer tube for heating an object to be heated such as a steel plate by radiant heat from the surface and removing distortion of the object to be heated. There are multiple continuous annealing furnaces in the steelworks, and dozens to hundreds of radiant tube type heating devices are used per furnace.
In November 2009, the Japan Iron and Steel Federation announced its approach to global warming countermeasures and promoted activities centered on the three eco-friendliness of "eco-process,""eco-product," and "eco-solution." Therefore, further improvement of energy efficiency and energy saving are important issues for the Japanese steel industry as a whole.
As part of the energy saving of annealing equipment, ceramic heat transfer promoters that promote heat transfer have begun to be installed on the inner walls of radiant tubes.

特許文献1は、ラジアントチューブを使用する熔鋼炉、ボイラー等に設けられた熱交換器挿入具及びその形成方法に関するものであり、前記熱交換器挿入具のセラミック製の外側面は螺旋状に構成され、前記外側面の螺旋状の形状が熱交換効率を増強させる(第8欄25行~29行)、と記載されている。また、前記熱交換用挿入具は、2つの羽根を備えたもの(図2、図3)や、3つの羽根を備えたもの(図6)等、様々な形状が記載されている。 Patent Document 1 relates to a heat exchanger inserter provided in a molten steel furnace using a radiant tube, a boiler, etc. and a method for forming the same, and the outer surface of the heat exchanger inserter made of ceramic is spiral. It is described that the spiral shape of the outer surface enhances the heat exchange efficiency (column 8, lines 25 to 29). Further, the heat exchange insert has various shapes such as one provided with two blades (FIG. 2 and 3) and one provided with three blades (FIG. 6).

また、特許文献2は、ラジアントチューブ用伝熱促進装置に関するものであり、熱損を防止しラジアントチューブ内の燃焼ガス熱量を効率よくラジアントチューブへ伝えるために、燃焼ガス温度が低下し始めるラジアントチューブ後半部にスパイラル形状の案内羽根9を設置する(第2欄、第3欄)、と記載され、さらにその結果炉の加熱能力を増加することが可能となり、また排ガス損失が減少し大きな省エネ効果が生まれる(第4欄)、と記載されている。 Further, Patent Document 2 relates to a heat transfer promoting device for a radiant tube, and the combustion gas temperature starts to decrease in order to prevent heat loss and efficiently transfer the amount of heat of combustion gas in the radiant tube to the radiant tube. It is described that a spiral-shaped guide blade 9 is installed in the latter half (columns 2 and 3), and as a result, it becomes possible to increase the heating capacity of the furnace, and the exhaust gas loss is reduced, which is a great energy saving effect. Is born (column 4).

そして、特許文献3は、ラジアントチューブ及び加熱炉に関するものであり、軽量かつ熱伝導率も高い構造としてセラミックハニカムを加工して形成した伝熱促進体3をラジアントチューブ1に配置することで、燃焼ガスの熱をラジアントチューブ本体に効率的に伝熱しながらラジアントチューブ本体の局所的変形を防ぐことが可能になる(その段落0010、0011、0020)、と記載されている。 Further, Patent Document 3 relates to a radiant tube and a heating furnace, and burns by arranging a heat transfer promoter 3 formed by processing a ceramic honeycomb as a lightweight structure having a high thermal conductivity in the radiant tube 1. It is described that it is possible to prevent local deformation of the radiant tube body while efficiently transferring the heat of the gas to the radiant tube body (paragraphs 0010, 0011, 0020).

米国特許第8162040号明細書U.S. Pat. No. 8,162,040 特開昭57-112694号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-112694 特開2013-019644号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-09644

特許文献1に開示された発明においては、螺旋状に構成された熱交換器挿入具が使用されて熱交換効率を増強させているが、熱交換器挿入具が重い材質で形成されているために、非常に高価で製造コストが高く、さらに以下の(1)、(2)の問題が発生する。
(1)ラジアントチューブ全体の自重による変形(クリープ現象による変形)
金属焼鈍炉等の熱処理プラントにおいて、ラジアントチューブは700℃から1200℃の高温となる。このような高温化においてはクリープ現象が生じ、ラジアントチューブ全体の荷重によって時間とともにラジアントチューブ本体が変形し、撓みが生じる。よって、伝熱促進体の荷重が大きければ、ラジアントチューブ全体の荷重も大きくなり、ラジアントチューブ本体の撓みが大きくなってしまう。
(2)熱応答性
ラジアントチューブ式加熱装置(ラジアントチューブヒーター)を使用した鉄鋼生産プロセスにおいては、鋼種、鋼板の板厚、ライン速度、加熱炉出口での鋼板の温度などの処理条件の変化に対応するため、加熱炉出側の板温を計測し、この計測値が目標値と一致するように加熱炉の燃焼量を制御している。鋼種、板厚、スピード、目標板温度等の処理条件は頻繁に変更されるので、ラジアントチューブ式加熱装置は処理条件の変化に早く追従可能な熱応答性の速い装置であることが望まれ、熱応答性が遅い装置を使用している場合は、鉄鋼生産ラインの生産性が落ちてしまう。
特許文献2、特許文献3に開示された発明においては、スパイラル形状の案内羽根を使用することや、セラミックハニカム構造の伝熱促進体を使用することでラジアントチューブ本体に熱を効率的に伝熱し省エネ効果を得ることが可能であるが、上述の(1)、(2)の課題に関してはなんら考慮されていない。
このように、伝熱促進体をラジアントチューブに挿入することで熱効率は上昇するが、重い材質で形成されている伝熱促進体を使用すると、ラジアントチューブ鋼管の劣化が早まり、頻繁な取り替え作業が発生して高コスト化を招き、熱応答性が遅いため鉄鋼生産ラインの生産性が悪く、実際に導入することが難しくなってしまう。
本願発明者は、上述の課題に関して鋭意検討した結果、伝熱促進体のカサ比重を小さくすることでラジアントチューブの変形およびラジアントチューブ式加熱装置の熱応答性を改善することが可能であること、そして伝熱促進体を多数の気孔を有する多孔質セラミックスを使用することでカサ比重が小さくかつ熱効率が高い伝熱促進体を提供することが可能であることを見出した。
具体的には、伝熱促進体の表面形状、フィンの枚数、螺旋形状のねじり角度、断面形状等、様々な形状の伝熱促進体を使用してラジアントチューブ内壁の熱流束に関して解析および実証実験を行なった結果、伝熱促進体の外表面の凹凸形状および溝によってラジアントチューブ内壁の熱流束量が変化して熱効率が上昇することを見出し、さらに多孔質セラミックス内部の気孔の量や気孔の孔径を調整するだけで簡単にカサ比重が小さくかつ熱効率が高い伝熱促進体を提供することができることを突き止めた。
In the invention disclosed in Patent Document 1, a heat exchanger inserter configured in a spiral shape is used to enhance the heat exchange efficiency, but the heat exchanger inserter is made of a heavy material. In addition, it is very expensive and the manufacturing cost is high, and the following problems (1) and (2) occur.
(1) Deformation due to the weight of the entire radiant tube (deformation due to creep phenomenon)
In a heat treatment plant such as a metal annealing furnace, the radiant tube has a high temperature of 700 ° C to 1200 ° C. In such a high temperature, a creep phenomenon occurs, and the radiant tube main body is deformed and bent with time due to the load of the entire radiant tube. Therefore, if the load of the heat transfer promoter is large, the load of the entire radiant tube is also large, and the deflection of the radiant tube body is large.
(2) Thermal response In the steel production process using a radiant tube type heater (radiant tube heater), changes in processing conditions such as steel type, steel plate thickness, line speed, and steel plate temperature at the outlet of the heating furnace can be changed. In order to respond, the plate temperature on the outlet side of the heating furnace is measured, and the combustion amount of the heating furnace is controlled so that this measured value matches the target value. Since the processing conditions such as steel type, plate thickness, speed, and target plate temperature are frequently changed, it is desired that the radiant tube type heating device is a device with a high thermal response that can quickly follow the changes in the processing conditions. If you are using equipment with a slow thermal response, the productivity of the steel production line will drop.
In the inventions disclosed in Patent Documents 2 and 3, heat is efficiently transferred to the radiant tube main body by using a spiral-shaped guide blade or by using a heat transfer promoter having a ceramic honeycomb structure. Although it is possible to obtain an energy saving effect, no consideration is given to the above-mentioned problems (1) and (2).
In this way, the heat efficiency is increased by inserting the heat transfer promoter into the radiant tube, but if the heat transfer promoter made of a heavy material is used, the deterioration of the radiant tube steel tube is accelerated and frequent replacement work is required. It occurs and causes high cost, and the heat response is slow, so the productivity of the steel production line is poor and it becomes difficult to actually introduce it.
As a result of diligent studies on the above-mentioned problems, the inventor of the present application can improve the deformation of the radiant tube and the thermal responsiveness of the radiant tube type heating device by reducing the bulk specific gravity of the heat transfer promoter. Then, they have found that it is possible to provide a heat transfer promoter having a small bulk specific density and high thermal efficiency by using a porous ceramic having a large number of pores as the heat transfer promoter.
Specifically, analysis and demonstration experiments on the heat flux of the inner wall of the radiant tube using heat transfer promoters of various shapes such as the surface shape of the heat transfer promoter, the number of fins, the twist angle of the spiral shape, and the cross-sectional shape. As a result, it was found that the amount of heat flux on the inner wall of the radiant tube changes due to the uneven shape and grooves on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, and the heat efficiency increases. It was found that it is possible to easily provide a heat transfer promoter having a small bulk specific gravity and high heat efficiency simply by adjusting the hole diameter.

そこで本発明の目的は、ラジアントチューブ内壁に効率的に熱を伝達し更なる省エネ効果を図ることが可能で、かつラジアントチューブ全体の自重による変形を防ぎ、熱応答性に優れた伝熱促進体及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to efficiently transfer heat to the inner wall of the radiant tube for further energy saving effect, prevent deformation due to the weight of the entire radiant tube, and have excellent heat transfer responsiveness. And its manufacturing method .

本発明は、ラジアントチューブ内部に複数個連結して設けられ、中心軸の外周に複数のフィンが設けられた多孔質セラミックス製の伝熱促進体において、
前記伝熱促進体は、粘土を含む混合物を耐火原料とし、気孔材もしくは発泡剤を使用しサイズの異なる多数の気孔が焼結形成されたものであって、
前記伝熱促進体の外周表面及び内部に孔径が0.1~10mmの前記大気孔と孔径が大気孔よりも小さい小気孔を有し、前記大気孔と前記小気孔は全体に分布して前記伝熱促進体の外表面に凹凸が形成されているか、及び/又は、前記伝熱促進体の外周表面の算術平均粗さが300μm以上に形成されているとともに、前記炭化珪素(SiC)の被膜層を前記凹凸の外周表面全体に均一に0.5mm~1.0mmの厚さで塗布されていることを特徴とする伝熱促進体である。
物体の温度を上げるのに必要な熱量(熱容量)は、その物体の比熱、質量、上昇温度の乗算で求められるため、質量が重い物体ほど物体の温度を上昇させるための熱量がより多く必要となり、熱応答性が遅くなる。よって、ラジアントチューブ内部で体積が同じ伝熱促進体を使用する場合は、物体の質量(カサ比重)を小さくすることによって、熱応答性を向上することが可能となる。
ここで、「熱応答性」とは伝熱促進体の周囲温度をT1からT2に変化させたときに伝熱促進体の温度がT1からT2に至るまでの速さを表したものである。
伝熱促進体のカサ比重が0.2よりも小さいと、伝熱促進体に多数の気孔が形成されるため壊れやすく高温下での熱処理プラントでは急速に劣化および摩耗しやすくなり、一方、カサ比重が0.8よりも大きくなると、伝熱促進体が重くなりラジアントチューブの変形を引き起こし熱応答性が遅くなってしまう。現状のカサ比重0.9の伝熱促進体では、操業条件の切り替えが多いほど熱応答性が遅いため所定時間内での切り替えが難しい。本発明によれば、伝熱促進体のカサ比重を0.2以上0.8以下とすることによって、急速な劣化、摩耗およびラジアントチューブの変形を防ぎ、熱応答性が早い伝熱促進体を提供することが可能となる。
The present invention relates to a heat transfer promoter made of porous ceramics, which is provided by connecting a plurality of pieces inside a radiant tube and having a plurality of fins provided on the outer periphery of a central axis .
The heat transfer accelerator is formed by sintering a large number of pores of different sizes using a mixture containing clay as a fireproof raw material and using a pore material or a foaming agent.
The air hole having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and a small pore having a pore diameter smaller than that of the air hole are provided on the outer peripheral surface and the inside of the heat transfer promoter, and the air hole and the small pore are distributed throughout. Concavities and convexities are formed on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter , and / or the arithmetic average roughness of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter is formed to be 300 μm or more, and the silicon carbide (SiC) is used. It is a heat transfer promoter characterized in that a coating layer is uniformly applied to the entire outer peripheral surface of the unevenness with a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm .
Since the amount of heat (heat capacity) required to raise the temperature of an object is obtained by multiplying the specific heat, mass, and rising temperature of the object, the heavier the mass, the more heat required to raise the temperature of the object. , The heat response is slowed down. Therefore, when a heat transfer promoter having the same volume is used inside the radiant tube, it is possible to improve the heat response by reducing the mass (bulk specific gravity) of the object.
Here, the "heat responsiveness" represents the speed at which the temperature of the heat transfer promoter goes from T1 to T2 when the ambient temperature of the heat transfer promoter is changed from T1 to T2.
If the bulk specific gravity of the heat transfer promoter is less than 0.2, a large number of pores are formed in the heat transfer promoter, which makes it fragile and rapidly deteriorates and wears easily in a heat treatment plant at high temperature. When the specific gravity is larger than 0.8, the heat transfer promoter becomes heavier, causing deformation of the radiant tube and slowing the heat response. With the current heat transfer promoter with a bulk specific density of 0.9, it is difficult to switch within a predetermined time because the heat response is slower as the operating conditions are switched more often. According to the present invention, by setting the bulk specific gravity of the heat transfer promoter to 0.2 or more and 0.8 or less, rapid deterioration, wear and deformation of the radiant tube are prevented, and a heat transfer promoter having a fast heat response is provided. It will be possible to provide.

本発明は、前記伝熱促進体の外表面および内部に孔径が0.1~10mmの大気孔と孔径が前記大気孔よりも小さい小気孔を有し、前記大気孔と前記小気孔は全体に分布して前記伝熱促進体の外表面に凹凸を形成していることを特徴とする。
従来、伝熱促進体として使用される多孔質セラミックスは伝熱促進体の重量や耐久性を考慮して気孔率を決定しており、気孔の孔径を考慮して伝熱促進体を形成するという観点はなかった。
本願出願人は、気孔の孔径に着目し、伝熱促進体の外表面および内部にミリメートルオーダーの気孔を形成することで、本発明の伝熱促進体が軽量かつ燃焼ガスの乱流を促進することが可能であることを発明した。
本発明によれば、伝熱促進体の外表面および内部に孔径が0.1~10mmの大気孔と、孔径が大気孔よりも小さい小気孔が多数形成されているため伝熱促進体が軽量化し、ラジアントチューブ全体の自重による変形を防ぎ、熱応答性に優れたラジアントチューブ式加熱装置を提供することが可能となる。
また本発明によれば、孔径の異なる大気孔と小気孔が伝熱促進体の外表面全体に分布形成されているため、外表面に多数の凹凸が形成される。外表面の多数の凹凸はラジアントチューブ内部に燃焼ガスの乱流を促進し、ラジアントチューブ内壁の熱流束量が変化して、ラジアントチューブ式加熱装置の熱効率を高めることができる。
大気孔の孔径が0.1mmよりも小さいと、外表面の凹凸による燃焼ガスの乱流効果が小さくなり、熱効率を充分に高めることができなくなる。一方、大気孔の孔径が10mmよりも大きいと、伝熱促進体自体の強度が小さくなり、伝熱促進体の使用時にフィンに欠けが生じたり、摩耗しやくなる。大気孔の孔径を0.1~10mmとすることで、耐久性および熱効率が優れた伝熱促進体を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、伝熱促進体が多孔質セラミックスで形成することにより、伝熱促進体の外表面および内部に大気孔、小気孔を簡単に形成することができ、伝熱促進体の軽量化と伝熱促進体外表面の凹凸による熱効率の向上という二つの効果を容易に実現することが可能となるうえ、伝熱促進体は加工性に優れ低コストとなり、配送、交換が容易で、かつ前記伝熱促進体の製造コストを削減することが可能となる。
The present invention has an air hole having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and a small pore having a pore diameter smaller than that of the air hole on the outer peripheral surface and the inside of the heat transfer promoter, and the air hole and the small pore are the whole. It is characterized in that unevenness is formed on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter.
Conventionally, the porosity of the porous ceramics used as the heat transfer promoter is determined in consideration of the weight and durability of the heat transfer promoter, and the heat transfer promoter is formed in consideration of the pore diameter of the pores. There was no point of view.
The applicant of the present application pays attention to the pore diameter of the pores, and by forming pores on the outer peripheral surface and inside of the heat transfer promoter, the heat transfer promoter of the present invention is lightweight and promotes turbulence of combustion gas. Invented that it is possible to do.
According to the present invention, the heat transfer promoter is formed because a large number of air holes having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and small pores having a pore diameter smaller than the air holes are formed on the outer peripheral surface and the inside of the heat transfer promoter. It is possible to provide a radiant tube type heating device having excellent heat responsiveness by reducing the weight and preventing deformation of the entire radiant tube due to its own weight.
Further, according to the present invention, since the atmospheric pores and the small pores having different pore diameters are distributed and formed on the entire outer peripheral surface of the heat transfer promoter, a large number of irregularities are formed on the outer peripheral surface. The large number of irregularities on the outer peripheral surface promotes turbulent flow of combustion gas inside the radiant tube, and the amount of heat flux on the inner wall of the radiant tube changes, so that the thermal efficiency of the radiant tube type heating device can be improved.
If the pore diameter of the air hole is smaller than 0.1 mm, the turbulent flow effect of the combustion gas due to the unevenness of the outer peripheral surface becomes small, and the thermal efficiency cannot be sufficiently increased. On the other hand, if the pore diameter of the air hole is larger than 10 mm, the strength of the heat transfer promoter itself becomes small, and the fins are easily chipped or worn when the heat transfer promoter is used. By setting the pore diameter of the air pores to 0.1 to 10 mm, it is possible to provide a heat transfer promoter having excellent durability and thermal efficiency.
Further, according to the present invention, by forming the heat transfer promoter with porous ceramics, it is possible to easily form air pores and small pores on the outer peripheral surface and inside of the heat transfer promoter, and promote heat transfer. It is possible to easily realize the two effects of weight reduction of the body and improvement of heat efficiency due to the unevenness of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, and the heat transfer promoter has excellent workability and low cost, and can be delivered and replaced. It is easy and it is possible to reduce the manufacturing cost of the heat transfer promoter.

本発明の伝熱促進体は、外表面の算術平均粗さが300μm以上であることを特徴とする。
ここで算術平均粗さRaとは、対象物の表面から抜き取った各部分における表面粗さを表すパラメータであり、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をy=f(x)で表したときに、(数1)によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。
The heat transfer promoter of the present invention is characterized in that the arithmetic average roughness of the outer peripheral surface is 300 μm or more.
Here, the arithmetic average roughness Ra is a parameter representing the surface roughness of each portion extracted from the surface of the object, and only the reference length is extracted from the roughness curve in the direction of the average line, and the extracted portion is When the X-axis is taken in the direction of the average line and the Y-axis is taken in the direction of the vertical magnification, and the roughness curve is expressed by y = f (x), the value obtained by (Equation 1) is in micrometer (μm). Represented.

Figure 0007036455000001
Figure 0007036455000001

算術平均粗さRaが大きければ大きいほど、伝熱促進体外表面を基準として垂直方向の凹凸の高さの幅が大きくなり、燃焼ガスの乱流の発生を促進し、燃焼効率が向上する。
本発明によれば、外表面の算術平均粗さが300μm以上であるため、外表面に形成される気孔の深さが深くなり、より燃焼ガスが気孔に入り込み、乱流を発生させ燃焼効率が向上する。
The larger the arithmetic mean roughness Ra, the wider the width of the height of the unevenness in the vertical direction with respect to the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, the more turbulent flow of the combustion gas is promoted, and the combustion efficiency is improved.
According to the present invention, since the arithmetic mean roughness of the outer peripheral surface is 300 μm or more, the depth of the pores formed on the outer peripheral surface becomes deeper, more combustion gas enters the pores, and turbulence is generated for combustion. Efficiency is improved.

本発明の伝熱促進体は、前記伝熱促進体の外表面に前記伝熱促進体の中心から前記フィンの先端に向かって放射状に溝が形成され、前記溝の幅はフィンの先端に向かって徐々に大きく形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、前記伝熱促進体の外表面に前記伝熱促進体の中心から前記フィンの先端に向かって放射状に溝が形成されているため、ラジアントチューブ内部においては、伝熱促進体の外表面に形成された多数の凹凸および外表面に形成された溝に燃焼ガスが衝突し、さらに燃焼ガスの乱流を発生させ、熱効率を向上することが可能となる。
In the heat transfer promoter of the present invention, grooves are formed radially from the center of the heat transfer promoter toward the tip of the fin on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, and the width of the groove is set at the tip of the fin. It is characterized in that it is gradually formed larger toward the end.
According to the present invention, since grooves are formed radially from the center of the heat transfer promoter toward the tip of the fin on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, heat transfer promotion is promoted inside the radiant tube. The combustion gas collides with a large number of irregularities formed on the outer peripheral surface of the body and grooves formed on the outer peripheral surface, further generating turbulent flow of the combustion gas, and improving thermal efficiency.

また本発明の伝熱促進体は、前記複数のフィンが前記伝熱促進体の外表面に螺旋状の熱伝達経路を形成することを特徴とする。
本発明によれば、伝熱促進体に熱伝達経路が螺旋状に形成されていることにより、ラジアントチューブの内壁に効率的に燃焼ガスの熱を伝達し、更なる省エネ効果を図ることが可能となる。
Further, the heat transfer promoter of the present invention is characterized in that the plurality of fins form a spiral heat transfer path on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter.
According to the present invention, since the heat transfer path is spirally formed in the heat transfer promoter, the heat of the combustion gas can be efficiently transferred to the inner wall of the radiant tube, and further energy saving effect can be achieved. It becomes.

本発明の伝熱促進体は、前記フィンのねじり角度は30度~150度であることを特徴とする。
本発明によれば、伝熱促進体がZ軸(中心軸)を中心に前記伝熱促進体の前記底面の形状が前記上面の形状に対して30度~150度回転した状態(ねじり角度30度~150度)となるように螺旋状に形成すると、燃焼ガスの乱流が効果的に発生し、熱効率が向上することがわかった。
管のサイズや周囲温度、ラジアントチューブチューブ式加熱装置およびラジアントチューブ式熱交換器の装置構成(燃焼ガスの流出口7周辺に設けられた吸引装置の有無等)によって、ねじり角度を30度~150度の範囲内で適宜選択可能である。
The heat transfer promoter of the present invention is characterized in that the twist angle of the fin is 30 degrees to 150 degrees.
According to the present invention, the heat transfer promoter is in a state where the shape of the bottom surface of the heat transfer promoter is rotated by 30 to 150 degrees with respect to the shape of the top surface (twisting angle 30) about the Z axis (central axis). It was found that the turbulent flow of the combustion gas was effectively generated and the thermal efficiency was improved when the spiral shape was formed so as to be (degree to 150 degrees).
Depending on the size and ambient temperature of the tube, the device configuration of the radiant tube tube type heating device and the radiant tube type heat exchanger (presence or absence of a suction device provided around the combustion gas outlet 7, etc.), the twist angle can be set to 30 degrees to 150 degrees. It can be selected as appropriate within the range of degree.

さらに本発明は、ラジアントチューブ内に設けられ、複数のフィンを備えた多孔質セラミックス製の伝熱促進体の配設方法において、カサ比重が0.2以上0.8以下である伝熱促進体をラジアントチューブ内において前記複数のフィンが螺旋状に連続して熱伝達経路を形成して配設することを特徴とする。
本発明によれば、サイズの異なる多数の気孔が形成された伝熱促進体を燃焼ガスの流通経路である管内の下流位置に複数配置することによって、燃焼ガスの温度が低くなる下流側で適切に乱流を発生させ、管内の下流側においても充分な熱量を管に伝達することが可能となる。
Further, the present invention is a method for arranging a heat transfer promoter made of porous ceramics provided in a radiant tube and having a plurality of fins, wherein the heat transfer promoter has a bulk specific gravity of 0.2 or more and 0.8 or less. Is characterized in that the plurality of fins spirally and continuously form a heat transfer path and are arranged in the radiant tube.
According to the present invention, by arranging a plurality of heat transfer promoters in which a large number of pores of different sizes are formed in the downstream position in the pipe which is the flow path of the combustion gas, it is appropriate on the downstream side where the temperature of the combustion gas becomes low. It is possible to generate a turbulent flow in the pipe and transfer a sufficient amount of heat to the pipe even on the downstream side in the pipe.

本発明は、前記フィンのねじり角度が異なる伝熱促進体が、前記熱伝達経路が連続した螺旋形状を呈して配列されていることを特徴とする。
また本発明は、伝熱促進体が複数配列されたラジアントチューブ式加熱装置またはラジアントチューブ式熱交換器において、前記伝熱促進体は、前記複数のフィンが連続するように呈して配列されていることを特徴とする。
そして本発明は、伝熱促進体を備えたラジアントチューブ式加熱装置またはラジアントチューブ式熱交換器において、ねじり角度が異なる複数の前記伝熱促進体を配置したことを特徴とする。
ここで「ねじり角度」とは、前記伝熱促進体の上面と底面に垂直でかつ前記伝熱促進体の断面中心を通る軸をZ軸(中心軸)として、前記Z軸を中心に前記伝熱促進体の前記底面の形状が前記上面の形状に対して何度回転しているかを表す尺度であり、螺旋形状が前記上面から前記底面にかけて前記Z軸を中心に何度回転しているかを表す尺度である。
例えば、ラジアントチューブ内で燃焼ガスを最初に受ける上流側にねじり角度が小さな伝熱促進体を配置し、下流側に向かってねじり角度が大きな伝熱促進体を配列する等、ねじり角度が異なる伝熱促進体を複数連結することで、燃焼ガスの滞留時間をラジアントチューブ内の上流側と下流側で変化させる。燃焼ガスの温度が高い上流側は燃焼ガスの滞留時間が短くなり、燃焼ガスの温度が低い下流側は燃焼ガスの滞留時間が長くなるため、ラジアントチューブの上流側に伝達される熱量と下流側に伝達される熱量が均一化され、ラジアントチューブ全体に効率的に熱を伝達することが可能となる。
また、ラジアントチューブ内で適切に乱流を発生させるために、ねじり角度が小さな伝熱促進体と大きな伝熱促進体を不連続に配置してもよい。
このように本発明によれば、伝熱促進体に熱伝達経路が螺旋状に形成されていることにより、ラジアントチューブの内壁に効率的に燃焼ガスの熱を伝達し、伝熱促進体の気孔による乱流効果と合わせて更なる熱効率の向上および省エネ効果を図ることが可能となる。
また、ラジアントチューブ式熱交換器の内部に伝熱促進体を配置した場合、ラジアントチューブ式熱交換器の管内に燃焼ガスや液体等の熱交換を行うための流体を流すことで伝熱促進体と流体が熱交換を行うが、管内において流体の滞留時間を上流側と下流側で変化させることで、伝熱促進体から流体に効率的に熱を伝達することが可能となる。
さらに本発明によれば、ねじり角度が異なる複数の伝熱促進体を連結することにより、チューブ状の管の一部に局所的に高い熱が伝達することなく全体的に熱を伝達することが可能となり、ラジアントチューブの歪みや破損等の発生を低減させ、効率的に熱を伝達することが可能となる。
そして伝熱促進体が分割できる小さいサイズで形成されているため保管や搬送が容易である。
またフィンが連続した螺旋形状をしているため、効率的に燃焼ガスの熱を伝達するが、所定間隔(例えばひとつ置き間隔かそれ以下の距離での配置)に配置されても、熱伝達効果は失われることはない。
The present invention is characterized in that heat transfer promoters having different twist angles of the fins are arranged so that the heat transfer paths form a continuous spiral shape.
Further, according to the present invention, in a radiant tube type heating device or a radiant tube type heat exchanger in which a plurality of heat transfer promoters are arranged, the heat transfer promoters are arranged so that the plurality of fins are continuously arranged. It is characterized by that.
The present invention is characterized in that, in a radiant tube type heating device or a radiant tube type heat exchanger provided with a heat transfer promoter, a plurality of the heat transfer promoters having different twist angles are arranged.
Here, the "twisting angle" refers to the axis perpendicular to the upper surface and the bottom surface of the heat transfer promoter and passing through the center of the cross section of the heat transfer promoter as the Z axis (central axis), and the heat transfer is centered on the Z axis. It is a measure of how many times the shape of the bottom surface of the heat promoter rotates with respect to the shape of the top surface, and how many times the spiral shape rotates about the Z axis from the top surface to the bottom surface. It is a measure to represent.
For example, a heat transfer promoter with a small twist angle is placed on the upstream side that first receives the combustion gas in the radiant tube, and a heat transfer promoter with a large twist angle is placed toward the downstream side. By connecting a plurality of heat promoters, the residence time of the combustion gas is changed between the upstream side and the downstream side in the radiant tube. The upstream side where the temperature of the combustion gas is high has a short residence time of the combustion gas, and the downstream side where the temperature of the combustion gas is low has a long residence time of the combustion gas. The amount of heat transferred to is made uniform, and it becomes possible to efficiently transfer heat to the entire radiant tube.
Further, in order to appropriately generate turbulence in the radiant tube, a heat transfer promoter having a small twist angle and a heat transfer promoter having a large twist angle may be arranged discontinuously.
As described above, according to the present invention, the heat transfer path is spirally formed in the heat transfer promoter, so that the heat of the combustion gas is efficiently transferred to the inner wall of the radiant tube, and the pores of the heat transfer promoter are formed. In addition to the turbulent flow effect due to the above, it is possible to further improve the thermal efficiency and save energy.
When a heat transfer promoter is placed inside the radiant tube heat exchanger, the heat transfer promoter is made by flowing a fluid for heat exchange such as combustion gas or liquid in the tube of the radiant tube heat exchanger. The heat exchanges with the fluid, but by changing the residence time of the fluid in the pipe between the upstream side and the downstream side, it becomes possible to efficiently transfer heat from the heat transfer promoter to the fluid.
Further, according to the present invention, by connecting a plurality of heat transfer promoters having different twist angles, it is possible to transfer heat as a whole without locally transferring high heat to a part of the tubular tube. This makes it possible to reduce the occurrence of distortion and breakage of the radiant tube, and it becomes possible to efficiently transfer heat.
Since the heat transfer promoter is formed in a small size that can be divided, it is easy to store and transport.
In addition, since the fins have a continuous spiral shape, the heat of the combustion gas is efficiently transferred, but even if they are arranged at predetermined intervals (for example, at intervals of one or less), the heat transfer effect is achieved. Will not be lost.

本発明の伝熱促進体は、前記フィンの数が3~12枚であることを特徴とする。
コンピュータ解析によれば、高い熱伝達効率を得るためには、伝熱促進体の熱伝達経路を形成するフィンを3~12枚とすることが好ましく、より好適には4枚以上とすることがよいことがわかった。
本発明によれば伝熱促進体のフィンの数を3~12枚とすることで、効率的に熱を伝達可能な伝熱促進体を提供することが可能となる。
The heat transfer promoter of the present invention is characterized in that the number of fins is 3 to 12.
According to computer analysis, in order to obtain high heat transfer efficiency, the number of fins forming the heat transfer path of the heat transfer promoter is preferably 3 to 12, and more preferably 4 or more. I found it good.
According to the present invention, by setting the number of fins of the heat transfer promoter to 3 to 12, it is possible to provide a heat transfer promoter capable of efficiently transferring heat.

本発明の伝熱促進体は、含浸させることにより前記伝熱促進体の外表面全体に炭化珪素の被膜層を形成したことを特徴とする。
また本発明のラジアントチューブ式加熱装置またはラジアントチューブ式熱交換器は内壁表面全体および/または外壁表面全体に炭化珪素が均一に塗布されていることを特徴とする。
本発明によれば、赤外線放射率の高い炭化珪素(SiC)を前記伝熱促進体の外表面全体、または管の内壁表面全体および/または外壁表面全体に塗布することによって、さらに軸射熱を増大させることが可能となる。
また本発明によれば、炭化珪素(SiC)が高価であるため、伝熱促進体全体を炭化珪素(SiC)で作成する場合と比べて、外表面のみ炭化珪素(SiC)を塗布した本発明の伝熱促進体は低コストで形成することが可能であり、かつ伝熱促進体全体を炭化珪素(SiC)で形成した伝熱促進体を使用した場合と同様の軸射熱を得ることが可能となる。
The heat transfer promoter of the present invention is characterized in that a coating layer of silicon carbide is formed on the entire outer peripheral surface of the heat transfer promoter by impregnation.
Further, the radiant tube type heating device or the radiant tube type heat exchanger of the present invention is characterized in that silicon carbide is uniformly applied to the entire inner wall surface and / or the entire outer wall surface.
According to the present invention, by applying silicon carbide (SiC) having a high infrared emissivity to the entire outer peripheral surface of the heat transfer promoter, or to the entire inner wall surface and / or outer wall surface of the tube, further axial heat transfer is performed. Can be increased.
Further, according to the present invention, since silicon carbide (SiC) is expensive, the present invention in which silicon carbide (SiC) is applied only to the outer peripheral surface as compared with the case where the entire heat transfer promoter is made of silicon carbide (SiC). The heat transfer promoter of the present invention can be formed at low cost, and the same axial heat transfer as in the case of using the heat transfer promoter in which the entire heat transfer promoter is formed of silicon carbide (SiC) can be obtained. Is possible.

本発明は、ラジアントチューブ内部に複数個連結して設けられる多孔質セラミックス製の伝熱促進体において、前記伝熱促進体は、粘土を含む混合物を耐火原料とし、気孔材もしくは発泡剤を使用してサイズの異なる多数の気孔を焼結により形成したものであって、前記伝熱促進体の外周表面及び内部に孔径が0.1~10mmの前記大気孔と孔径が大気孔よりも小さい小気孔を有し、前記大気孔と前記小気孔は全体に分布して前記伝熱促進体の外表面に凹凸を形成するか、及び/又は、前記伝熱促進体の外周表面の算術平均粗さは、300μm以上に形成するとともに、前記炭化珪素(SiC)の被膜層を前記凹凸の外周表面全体に均一に0.5mm~1.0mmの厚さで塗布することを特徴とする伝熱促進体の製造方法である
孔径が0.1~10mmの大気孔を伝熱促進体の外表面に形成するためには、大気孔の孔径に対応したサイズを有する有機発泡粒等の気孔材を多孔質セラミックスの原材料として混合し、成形、焼結することで形成することが可能となる。また、製造工程において発泡剤を使用して、焼成時に発泡させることで大気孔を形成してもよい。
また孔径が大気孔よりも小さい小気孔、例えば孔径が1.0μm程度のものは、多孔質セラミックスの原材料としておがくず等を混合することで形成可能である。
このように本発明によれば、多孔質セラミックスの原材料である気孔材の材質や気孔材のサイズを変更することや発泡剤の分量を変更するだけで、簡単に伝熱促進体の外表面に所望のサイズの気孔を形成することが可能となる。
The present invention is a heat transfer promoter made of porous ceramics, which is provided by connecting a plurality of heat transfer promoters inside a radiant tube. The heat transfer promoter uses a mixture containing clay as a fireproof raw material and uses a pore material or a foaming agent. A large number of pores of different sizes are formed by sintering, and the air pores having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and small pores having a pore diameter smaller than those of the air pores are formed on the outer peripheral surface and inside of the heat transfer promoter. The atmosphere pores and the small pores are distributed throughout to form irregularities on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter , and / or, or the arithmetic average roughness of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter. Is a heat transfer promoter, which is formed to have a thickness of 300 μm or more and the silicon carbide (SiC) coating layer is uniformly applied to the entire outer peripheral surface of the uneven surface with a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm. It is a manufacturing method of .
In order to form an atmospheric pore with a pore diameter of 0.1 to 10 mm on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, a pore material such as organic foam particles having a size corresponding to the pore diameter of the atmospheric pore is used as a raw material for the porous ceramics. It can be formed by mixing, molding and sintering. Further, a foaming agent may be used in the manufacturing process to form air pores by foaming at the time of firing.
Further, small pores having a pore diameter smaller than that of the atmospheric pores, for example, those having a pore diameter of about 1.0 μm can be formed by mixing sawdust or the like as a raw material for porous ceramics.
As described above, according to the present invention, the outer peripheral surface of the heat transfer promoter can be easily obtained by simply changing the material of the pore material, which is the raw material of the porous ceramics, the size of the pore material, or the amount of the foaming agent. It is possible to form pores of a desired size.

本発明の複数の伝熱促進体は、互いに連結される連結手段が上面と底面に形成されているか、又は、接着手段で連結されることを特徴とする。
本発明において、前記伝熱促進体の上面、底面に連結手段や接着手段を設けることで伝熱促進体を連結する際に前記伝熱促進体同士を簡単かつ正確に連結することが可能となる。
The plurality of heat transfer promoters of the present invention are characterized in that connecting means to be connected to each other are formed on the upper surface and the bottom surface, or are connected by an adhesive means.
In the present invention, by providing the connecting means and the adhesive means on the upper surface and the bottom surface of the heat transfer promoting body, it is possible to easily and accurately connect the heat transfer promoting bodies to each other when connecting the heat transfer promoting bodies. ..

本発明によれば、伝熱促進体のカサ比重を調整することによって、ラジアントチューブ全体の自重による変形を防ぎ、熱応答性に優れた伝熱促進体を提供することが可能となる。
また本発明によれば、孔径の異なる大気孔と小気孔によって伝熱促進体の外表面に多数の凹凸を形成し、外表面の凹凸具合(算術平均粗さ)を調整することにより、ラジアントチューブ内部に燃焼ガスの乱流を促進し、ラジアントチューブ内壁の熱流束量が変化して、ラジアントチューブ式加熱装置の熱効率を高めることができる。
そして、本発明によれば、伝熱促進体が多孔質セラミックスで形成することにより、伝熱促進体の外表面および内部に大気孔、小気孔を簡単に形成することができ、伝熱促進体の軽量化と伝熱促進体外表面の凹凸による熱効率の向上という二つの効果を容易に実現することが可能となるうえ、伝熱促進体は加工性に優れ低コストとなり、配送、交換が容易で、かつ前記伝熱促進体の製造コストを削減することが可能となる。
さらに本発明によれば、ラジアントチューブ式熱交換器の内部に伝熱促進体を配置することで、伝熱促進体から流体に効率的に熱を伝達することが可能なラジアントチューブ式熱交換器を提供することが可能となる。
According to the present invention, by adjusting the bulk specific gravity of the heat transfer promoter, it is possible to prevent deformation of the entire radiant tube due to its own weight and to provide a heat transfer promoter having excellent heat responsiveness.
Further, according to the present invention, a large number of irregularities are formed on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter by the atmospheric pores and small pores having different pore diameters, and the unevenness (arithmetic mean roughness) of the outer peripheral surface is adjusted. The turbulent flow of combustion gas inside the radiant tube can be promoted, and the amount of heat flux on the inner wall of the radiant tube can be changed to increase the thermal efficiency of the radiant tube type heating device.
According to the present invention, by forming the heat transfer promoter with porous ceramics, it is possible to easily form air pores and small pores on the outer peripheral surface and inside of the heat transfer promoter, thereby promoting heat transfer. It is possible to easily realize the two effects of weight reduction of the body and improvement of heat efficiency due to the unevenness of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, and the heat transfer promoter has excellent workability and low cost, and can be delivered and replaced. It is easy and it is possible to reduce the manufacturing cost of the heat transfer promoter.
Further, according to the present invention, by arranging a heat transfer promoter inside the radiant tube heat exchanger, the radiant tube heat exchanger can efficiently transfer heat from the heat transfer promoter to the fluid. Can be provided.

本発明の第1の実施形態である伝熱促進体10をラジアントチューブ内に配置した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the heat transfer promotion body 10 which is 1st Embodiment of this invention is arranged in a radiant tube. 上記実施形態の伝熱促進体10を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat transfer promotion body 10 of the said embodiment. 上記実施形態の伝熱促進体10を示す平面図である。It is a top view which shows the heat transfer promotion body 10 of the said embodiment. 上記実施形態の伝熱促進体10を示す側面図である。It is a side view which shows the heat transfer promotion body 10 of the said embodiment. 上記実施形態の伝熱促進体10を3つ連結した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which connected three heat transfer promotion bodies 10 of the said embodiment. 上記実施形態の伝熱促進体10の外表面の顕微鏡拡大図(20倍)である。It is a microscope enlarged view (20 times) of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter 10 of the said embodiment. 本発明の第2の実施形態の伝熱促進体20を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat transfer promotion body 20 of the 2nd Embodiment of this invention. ねじり角度の異なる伝熱促進体を3種類結合しラジアントチューブ内に配置した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which three kinds of heat transfer promoters with different twist angles are connected and arranged in a radiant tube. 本発明の伝熱促進体の材質を示す模式写真であり、(a)は伝熱促進体の材質に被膜層を形成していないもの、(b)は伝熱促進体の材質に被膜層を形成したものである。It is a schematic photograph which shows the material of the heat transfer promotion body of this invention, (a) is the thing which did not form the film | coating layer on the material of a heat transfer promotion body, (b) is the thing that the film | coating layer is formed on the material of a heat transfer promotion body. It was formed. 本発明の伝熱促進体の製造工程の流れを示すフロー図である。It is a flow chart which shows the flow of the manufacturing process of the heat transfer promoter of this invention. 本発明の伝熱促進体を使用した場合の表面粗さの違いによる平均熱流束を示すグラフである。It is a graph which shows the average heat flux by the difference of the surface roughness when the heat transfer promoter of this invention is used. 本発明の伝熱促進体を使用した場合のカサ比重の違いによる熱応答性を示すグラフである。It is a graph which shows the heat responsiveness by the difference of the bulk specific density when the heat transfer promoter of this invention is used. (実施例1)の伝熱促進体の外表面の顕微鏡拡大図(10倍)である。It is a microscope magnified view (10 times) of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter of (Example 1).

本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら以下、詳細に説明する。 Specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態である伝熱促進体10をラジアントチューブ内に配置した状態を示す模式図である。図5は、上記実施形態の伝熱促進体10を3つ連結した状態を示す斜視図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a state in which the heat transfer promoter 10 according to the first embodiment of the present invention is arranged in a radiant tube. FIG. 5 is a perspective view showing a state in which three heat transfer promoters 10 of the above embodiment are connected.

金属焼鈍炉等の熱処理プラントに設置されるラジアントチューブ式加熱装置(ラジアントチューブヒーター)は、炉壁5に取り付けられたラジアントチューブ4と前記ラジアントチューブ4の流入口8(上流側)に設けられたバーナー3と前記ラジアントチューブ4内の後半部(下流側)に連結して配される連結伝熱促進体100等の部材で構成される(図1)。
前記ラジアントチューブ4に配された前記バーナー3からの燃焼ガス6が前記ラジアントチューブ4の前記流入口8から流出口7方向へ流れて前記ラジアントチューブ4を加熱し、前記ラジアントチューブ4の表面からの輻射熱によって鋼板等の被加熱物の加熱処理を行う。
前記ラジアントチューブ4は、U型、ストレート型、L型、T型、W型、O型等の形状を有していてもよい。前記ラジアントチューブ4の形状が異なる場合でも、前記連結伝熱促進体100は前記ラジアントチューブ4の後半部(前記燃焼ガス6の前記流出口7側)に配置する。上述のように配置することで、前記燃焼ガス6の温度が低下し始める前記ラジアントチューブ4の後半部においても、前記ラジアントチューブ4の内壁の熱流束を減少させることなく効率的に熱を伝達することが可能となる。
The radiant tube type heating device (radiant tube heater) installed in a heat treatment plant such as a metal annealing furnace is provided at the radiant tube 4 attached to the furnace wall 5 and the inflow port 8 (upstream side) of the radiant tube 4. It is composed of a member such as a connected heat transfer promoter 100 connected and arranged in the latter half (downstream side) of the radiant tube 4 and the burner 3 (FIG. 1).
Combustion gas 6 from the burner 3 arranged in the radiant tube 4 flows from the inlet 8 of the radiant tube 4 toward the outlet 7 to heat the radiant tube 4 and from the surface of the radiant tube 4. Heat treatment of objects to be heated such as steel plates is performed by radiant heat.
The radiant tube 4 may have a shape such as a U type, a straight type, an L type, a T type, a W type, or an O type. Even if the shape of the radiant tube 4 is different, the connected heat transfer promoter 100 is arranged in the latter half of the radiant tube 4 (on the outlet 7 side of the combustion gas 6). By arranging as described above, heat is efficiently transferred without reducing the heat flux of the inner wall of the radiant tube 4 even in the latter half of the radiant tube 4 where the temperature of the combustion gas 6 begins to decrease. It becomes possible.

前記連結伝熱促進体100は前記ラジアントチューブ4の壁面への熱移動を促進するためのものであり、伝熱促進体10を複数連結して形成され(図5)、前記ラジアントチューブ4内に配置される。前記伝熱促進体10を連結する個数は10個から17個程度であるが、前記ラジアントチューブ4の直管部の長さによって適宜変更可能である。
また前記連結伝熱促進体100を形成する過程において、前記伝熱促進体10同士を連結する際には前記伝熱促進体10が有するフィン2をそれぞれ合わせて接合し、前記フィン2の外側面が連続した螺旋形状を形成するように接合する。上述のように前記伝熱促進体10を接合することにより、前記ラジアントチューブ4内に前記連結伝熱促進体100を配置した場合に前記燃焼ガス6が流れるための複数の螺旋状の通路(熱伝達経路)14が形成され、前記燃焼ガス6の前記ラジアントチューブ4の内壁周辺の流速が大きくなるとともに、前記燃焼ガス6が前記ラジアントチューブ4内で回転運動し、高温の前記ラジアントチューブ4の中心軸と低温の前記ラジアントチューブ4の壁面との間での熱交換が促進され、前記ラジアントチューブ4の後半部においても効率的に熱を伝達することが可能となり、高い省エネ効果が生まれる。
前記伝熱促進体10同士を連結して前記連結伝熱促進体100を形成する場合、連結手段や接着手段を使用せずに伝熱促進体1の上面および底面をただ単に合わせてラジアントチューブ内にひとつずつ挿入する場合や、後述する連結手段や接着手段を使用して前記連結伝熱促進体100を形成する場合もある。また伝熱促進体10同士を連結せずに所定間隔(例えばひとつ置き間隔かそれ以下の距離での配置)に配置してもよい。
The connected heat transfer promoter 100 is for promoting heat transfer to the wall surface of the radiant tube 4, and is formed by connecting a plurality of heat transfer promoters 10 (FIG. 5) in the radiant tube 4. Be placed. The number of connected heat transfer promoters 10 is about 10 to 17, but it can be appropriately changed depending on the length of the straight tube portion of the radiant tube 4.
Further, in the process of forming the connected heat transfer promoter 100, when the heat transfer promoters 10 are connected to each other, the fins 2 of the heat transfer promoter 10 are joined together and the outer surface of the fins 2 is joined. Join so as to form a continuous spiral shape. By joining the heat transfer promoter 10 as described above, a plurality of spiral passages (heat) for the combustion gas 6 to flow when the connected heat transfer promoter 100 is arranged in the radiant tube 4. A transmission path) 14 is formed, the flow velocity around the inner wall of the radiant tube 4 of the combustion gas 6 increases, and the combustion gas 6 rotates in the radiant tube 4 to cause a high temperature center of the radiant tube 4. Heat exchange between the shaft and the wall surface of the radiant tube 4 at a low temperature is promoted, heat can be efficiently transferred even in the latter half of the radiant tube 4, and a high energy saving effect is produced.
When the heat transfer promoters 10 are connected to each other to form the connected heat transfer promoter 100, the upper and lower surfaces of the heat transfer promoter 1 are simply combined in the radiant tube without using connecting means or adhesive means. In some cases, the connected heat transfer promoter 100 may be formed one by one, or the connected heat transfer promoter 100 may be formed by using a connecting means or an adhesive means described later. Further, the heat transfer promoters 10 may not be connected to each other and may be arranged at predetermined intervals (for example, arrangement at a distance of one interval or less).

図2は、上記実施形態の伝熱促進体10を示す斜視図である。図3は、上記実施形態の伝熱促進体10を示す平面図であり、図4は、上記実施形態の伝熱促進体10を示す側面図である。
前記伝熱促進体10は、前記連結伝熱促進体100の構成部材であり、前記伝熱促進体10の断面は十文字形状で中心から放射状に伸長する4つのフィン2,2・・をもつ(図2、図3)。前記フィン2,2・・は同形状であり、また隣り合う前記フィン2,2・・は、90度の角度をもって前記伝熱促進体10の中心軸9に取り付けられる。
前記伝熱促進体10の外表面および内部には、後述する孔径が0.1~10mmの大気孔1aと、孔径が大気孔よりも小さい小気孔1bが多数形成されており、大気孔1aと前記小気孔1bは全体に分布して前記伝熱促進体10の外表面に凹凸を形成する。
前記フィン2,2・・の平面形状は前記伝熱促進体10の前記中心軸9から前記フィン2,2・・の先端2a,2a・・にむかって徐々に幅が細くなる先細りの形状であり、前記先端2a,2a・・周辺の断面形状は緩やかな円弧形状をなす。また前記伝熱促進体10の断面を考えた場合、前記中心軸9の中心で、かつ前記伝熱促進体10の断面中心である中心点9aから半径rの同心円上に前記先端2a,2a・・は位置する。
前記フィン2,2・・は前記中心点9aを通り上面11,底面13に垂直なZ軸(中心軸)を中心として時計回りの緩やかな螺旋形状に形成され(図2、図4)、本実施形態では、前記Z軸(中心軸)を中心に前記伝熱促進体10の前記底面13の形状が前記上面11の形状に対して60度回転した状態(ねじり角度60度)になるように形成される。よって前記フィン2,2・・によって、中心軸を中心として前記燃焼ガス6が流れるための4つの螺旋状の通路(熱伝達経路)14,14・・が形成される。
前記伝熱促進体10の材質は軽量の多孔質セラミックスであり、軽量で加工性に優れ低コストであるため、前記伝熱促進体10の配送、交換が容易で、かつ前記伝熱促進体10の製造コストを削減することが可能となる。
前記底面13から前記上面11までのZ軸方向の距離(高さ)Hは106mmであり(100~110mmのものが多い)、前記伝熱促進体10の中心点(中心軸)9aを中心とした外径R(2r)は146mm,170mm,158mmである。前記フィン2,2・・の断面での幅Wは25mmである。前記底面13から前記上面11までのZ軸方向の距離(高さ)H、外径R(2r)、幅Wは導入するラジアントチューブの内径、長さによって適宜変更可能である。前記伝熱促進体1の前記底面13から前記上面11までのZ軸方向の距離(高さ)Hは106mmであるが、2個連結するときは、上記Hは212mmになり、3個連結するときは324mmになる。
前記上面11と前記底面13の中心軸に前記伝熱促進体10同士を連結するための凹凸部(連結手段)(図示なし)を設けてもよい。前記上面11に凹部、前記底面13に凸部を設けるか、もしくは前記上面11に凸部、前記底面13に凹部を設けることで、前記連結伝熱促進体100を形成する際に前記凹部に前記凸部を嵌め合わせ、前記伝熱促進体1同士を簡単かつ正確に連結することが可能となる。
また前記伝熱促進体10同士を連結する際に接着剤等の接着手段で連結していてもよい。
FIG. 2 is a perspective view showing the heat transfer promoter 10 of the above embodiment. FIG. 3 is a plan view showing the heat transfer promoter 10 of the embodiment, and FIG. 4 is a side view showing the heat transfer promoter 10 of the embodiment.
The heat transfer promoter 10 is a constituent member of the connected heat transfer promoter 100, and the cross section of the heat transfer promoter 10 has a cross-shaped shape and has four fins 2, 2, ... Radially extending from the center. 2 and 3). The fins 2, 2, ... Have the same shape, and the adjacent fins 2, 2, ... Are attached to the central axis 9 of the heat transfer promoter 10 at an angle of 90 degrees.
On the outer peripheral surface and the inside of the heat transfer promoter 10, a large number of atmospheric pores 1a having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and a large number of small pores 1b having a pore diameter smaller than that of the atmospheric pores, which will be described later, are formed. And the small pores 1b are distributed throughout and form irregularities on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter 10.
The planar shape of the fins 2, 2 ... Is a tapered shape in which the width gradually narrows from the central axis 9 of the heat transfer promoter 10 toward the tips 2a, 2a ... of the fins 2, 2 ... Yes, the cross-sectional shape around the tips 2a, 2a ... is a gentle arc shape. Further, when considering the cross section of the heat transfer promoting body 10, the tips 2a, 2a.・ Is located.
The fins 2, 2, ... Are formed in a gentle spiral shape clockwise around the Z axis (central axis) that passes through the center point 9a and is perpendicular to the upper surface 11 and the bottom surface 13 (FIGS. 2 and 4). In the embodiment, the shape of the bottom surface 13 of the heat transfer promoter 10 is rotated 60 degrees with respect to the shape of the top surface 11 (twisting angle 60 degrees) about the Z axis (central axis). It is formed. Therefore, the fins 2, 2 ... Form four spiral passages (heat transfer paths) 14, 14 ... For the combustion gas 6 to flow around the central axis.
The material of the heat transfer promoter 10 is lightweight porous ceramics, which is lightweight, has excellent workability, and is low in cost. Therefore, the heat transfer promoter 10 can be easily delivered and replaced, and the heat transfer promoter 10 can be easily delivered and replaced. It is possible to reduce the manufacturing cost of.
The distance (height) H in the Z-axis direction from the bottom surface 13 to the top surface 11 is 106 mm (mostly 100 to 110 mm), centered on the center point (central axis) 9a of the heat transfer promoter 10. The outer diameters R (2r) are 146 mm, 170 mm, and 158 mm. The width W in the cross section of the fins 2, 2 ... Is 25 mm. The distance (height) H, outer diameter R (2r), and width W in the Z-axis direction from the bottom surface 13 to the top surface 11 can be appropriately changed depending on the inner diameter and length of the radiant tube to be introduced. The distance (height) H in the Z-axis direction from the bottom surface 13 of the heat transfer promoter 1 to the top surface 11 is 106 mm, but when two are connected, the H becomes 212 mm and three are connected. When it becomes 324 mm.
Concavo-convex portions (connecting means) (not shown) for connecting the heat transfer promoting bodies 10 to each other may be provided on the central axes of the upper surface 11 and the bottom surface 13. By providing a concave portion on the upper surface 11 and a convex portion on the bottom surface 13, or by providing a convex portion on the upper surface 11 and a concave portion on the bottom surface 13, the concave portion is formed when the connected heat transfer promoter 100 is formed. By fitting the convex portions, the heat transfer promoters 1 can be easily and accurately connected to each other.
Further, when the heat transfer promoters 10 are connected to each other, they may be connected by an adhesive means such as an adhesive.

(伝熱促進体10の気孔)
図6は、上記実施形態の伝熱促進体10の外表面の顕微鏡拡大図(20倍)である。図6は、伝熱促進体10の外表面を顕微鏡で20倍に拡大した写真であり、伝熱促進体の一例である。
伝熱促進体10は、粘土を含む混合物を成形し、焼結して多孔質セラミックスの焼結体を得て、多孔質セラミックスの焼結体の表面に研削加工を施したものであって、外表面および内部に気孔(大気孔1aおよび小気孔1b)が形成されている。
大気孔1aおよび小気孔1bの大きさは、伝熱促進体の軽量化および伝熱促進体外表面の凹凸形状を考慮し決定することが可能で、具体的には孔径が0.1~10mmミリメートルオーダーの大気孔1aと、孔径が0.1mm未満のマイクロメートルオーダーの小気孔1bを混在して形成する。気孔の孔径とは、気孔の長孔をさし、気孔の孔径は、気孔の孔径に対応したサイズの気孔材や発泡剤を使用することにより調節することが可能である。
気孔の孔径の測定方法であるが、伝熱促進体の上面11および底面13を光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて表面観察し計測する。
このように異なる孔径の気孔を複数組み合わせて、伝熱促進体10の外表面に不連続な凹凸を形成することにより、ラジアントチューブ内部に燃焼ガスの乱流を発生させ、ラジアントチューブ式加熱装置の熱効率を向上させることが可能となる。
伝熱促進体10に形成される気孔は、各々独立したものでもよいし、相互に連通した連通孔であってもよい。
(Pores of heat transfer promoter 10)
FIG. 6 is a microscope enlarged view (20 times) of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter 10 of the above embodiment. FIG. 6 is a photograph of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter 10 magnified 20 times with a microscope, and is an example of the heat transfer promoter.
The heat transfer accelerator 10 is obtained by molding a mixture containing clay and sintering it to obtain a sintered body of porous ceramics, and grinding the surface of the sintered body of the porous ceramics. Pore (atmospheric pores 1a and small pores 1b) are formed on the outer peripheral surface and inside.
The sizes of the air pores 1a and the small pores 1b can be determined in consideration of the weight reduction of the heat transfer promoter and the uneven shape of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, specifically, the pore diameter is 0.1 to 10 mm. It is formed by mixing an air hole 1a on the order of millimeters and a small pore 1b on the order of micrometer with a hole diameter of less than 0.1 mm. The pore diameter refers to a long pore, and the pore diameter can be adjusted by using a pore material or a foaming agent having a size corresponding to the pore diameter.
As a method for measuring the pore diameter, the upper surface 11 and the bottom surface 13 of the heat transfer promoter are surface-observed and measured using an optical microscope or an electron microscope.
By combining a plurality of pores having different pore diameters in this way to form discontinuous irregularities on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter 10, turbulent flow of combustion gas is generated inside the radiant tube, and the radiant tube type heating device is used. It is possible to improve the thermal efficiency of.
The pores formed in the heat transfer promoter 10 may be independent or may be communication holes that communicate with each other.

(伝熱促進体10のカサ比重)
伝熱促進体10の多孔質セラミックスの比重であるが、熱応答性および強度の観点を考慮し決定することができる。
ここで「比重」とは、多孔質セラミックスの体積(cm)に対する多孔質セラミックスの質量(g)の比、多孔質セラミックスの質量(g)/多孔質セラミックスの体積(cm)で表される値であり、好ましくは0.2以上0.8以下とされるのがよい。伝熱促進体10の比重が0.2よりも小さいと、気孔が伝熱促進体10の内部に多数形成されて脆くなり、高温下での熱処理プラントで急速に劣化および摩耗しやすくなる。一方、比重が0.8よりも大きくなると、伝熱促進体10が重くなり、ラジアントチューブの変形を引き起こし熱応答性が遅くなる。よって、本発明によれば、伝熱促進体の比重を0.2以上0.8以下とすることによって、急速な劣化、摩耗およびラジアントチューブの変形を防ぎ、熱応答性が速い伝熱促進体を提供することが可能となる。
(Relative density of heat transfer promoter 10)
The specific gravity of the porous ceramics of the heat transfer promoter 10 can be determined in consideration of heat responsiveness and strength.
Here, "specific gravity" is expressed by the ratio of the mass (g) of the porous ceramics to the volume (cm 3 ) of the porous ceramics, and the mass (g) of the porous ceramics / the volume of the porous ceramics (cm 3 ). The value is preferably 0.2 or more and 0.8 or less. When the specific gravity of the heat transfer promoting body 10 is smaller than 0.2, a large number of pores are formed inside the heat transfer promoting body 10 to make it brittle, and it becomes easy to rapidly deteriorate and wear in a heat treatment plant at a high temperature. On the other hand, when the specific gravity is larger than 0.8, the heat transfer promoter 10 becomes heavier, causing deformation of the radiant tube and slowing the heat response. Therefore, according to the present invention, by setting the specific gravity of the heat transfer promoter to 0.2 or more and 0.8 or less, rapid deterioration, wear and deformation of the radiant tube are prevented, and the heat transfer promoter has a fast heat response. Can be provided.

(伝熱促進体10の算術平均粗さ)
また伝熱促進体10の多孔質セラミックスは、外表面の算術平均粗さRaが300μm以上である。
算術平均粗さRaが大きいと伝熱促進体外表面を基準として垂直方向の凹凸の高さの幅が大きくなり、燃焼ガスの乱流の発生を促進し、燃焼効率が向上する。
伝熱促進体10の外表面の算術平均粗さが300μm以上に形成することで、外表面に形成される気孔の深さが深くなり、より燃焼ガスが気孔に入り込み、乱流を発生させ燃焼効率が向上する。
(Arithmetic mean roughness of heat transfer promoter 10)
Further, the porous ceramics of the heat transfer promoter 10 have an arithmetic average roughness Ra of the outer peripheral surface of 300 μm or more.
When the arithmetic mean roughness Ra is large, the width of the height of the unevenness in the vertical direction with respect to the outer peripheral surface of the heat transfer promoter becomes large, the generation of turbulent flow of combustion gas is promoted, and the combustion efficiency is improved.
By forming the arithmetic mean roughness of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter 10 to 300 μm or more, the depth of the pores formed on the outer peripheral surface becomes deeper, and the combustion gas enters the pores more to generate turbulence. The combustion efficiency is improved.

このように伝熱促進体10の内部に大気孔1aおよび小気孔1bが形成されているため、伝熱促進体10が軽量化し、ラジアントチューブ全体の自重による変形を防ぎ、熱応答性に優れたラジアントチューブ式加熱装置を提供することが可能となる。
さらに、孔径の異なる大気孔と小気孔が伝熱促進体の外表面に分布形成されているため、外表面に多数の凹凸が形成され、凹凸はラジアントチューブ内部に燃焼ガスの乱流を発生させ、ラジアントチューブ内壁の熱流束量が変化して、ラジアントチューブ式加熱装置の熱効率を高めることができる。
また、ラジアントチューブ4の内部において、前記ラジアントチューブ4の後半部から前記ラジアントチューブ4の流出口7までの前記燃焼ガス6の温度が低くなる箇所でも、螺旋状の通路(熱伝達経路)14,14・・によって前記燃焼ガス6の前記ラジアントチューブ4の内壁周辺の流速が大きくなるとともに、前記燃焼ガス6が前記ラジアントチューブ4内で回転運動し、高温の前記ラジアントチューブ4の中心軸と低温の前記ラジアントチューブ4の壁面との間での熱交換が促進され、効率的に熱を伝達することが可能となり、高い省エネ効果を生み出すことが可能となる。
Since the air holes 1a and the small pores 1b are formed inside the heat transfer promoter 10 in this way, the heat transfer promoter 10 is lightened, the entire radiant tube is prevented from being deformed by its own weight, and the heat response is excellent. It becomes possible to provide a radiant tube type heating device.
Furthermore, since atmospheric pores and small pores with different pore diameters are distributed and formed on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, many irregularities are formed on the outer peripheral surface, and the irregularities cause turbulent flow of combustion gas inside the radiant tube. It is generated and the amount of heat flux on the inner wall of the radiant tube is changed, so that the thermal efficiency of the radiant tube type heating device can be improved.
Further, even in a place where the temperature of the combustion gas 6 from the latter half of the radiant tube 4 to the outlet 7 of the radiant tube 4 becomes low inside the radiant tube 4, the spiral passage (heat transfer path) 14, As a result, the flow velocity around the inner wall of the radiant tube 4 of the combustion gas 6 increases, and the combustion gas 6 rotates in the radiant tube 4, so that the central axis of the radiant tube 4 at a high temperature and the temperature at a low temperature are low. Heat exchange with the wall surface of the radiant tube 4 is promoted, heat can be efficiently transferred, and a high energy saving effect can be produced.

本実施形態の伝熱促進体10は、Z軸(中心軸)を中心に前記伝熱促進体10の前記底面13の形状が前記上面11の形状に対して60度回転した状態(ねじり角度60度)になるように螺旋状に形成されていたが、ラジアントチューブのサイズや周囲温度、ラジアントチューブチューブ式加熱装置の装置構成(燃焼ガスの流出口7周辺に設けられた吸引装置の有無等)によって、ねじり角度は30度~150度の範囲で適宜選択可能である。
また、本実施形態の伝熱促進体10のフィンの数は4枚であったが、高い熱伝達効率を得るためにはフィンを3~12枚の範囲とすることが好ましく、用途によって適宜選択可能である。
The heat transfer promoting body 10 of the present embodiment is in a state where the shape of the bottom surface 13 of the heat transfer promoting body 10 is rotated by 60 degrees with respect to the shape of the upper surface 11 (twisting angle 60) about the Z axis (central axis). It was formed in a spiral shape so as to be (degree), but the size and ambient temperature of the radiant tube, the device configuration of the radiant tube tube type heating device (presence or absence of a suction device provided around the outlet 7 of the combustion gas, etc.) The twist angle can be appropriately selected in the range of 30 degrees to 150 degrees.
Further, although the number of fins of the heat transfer promoter 10 of the present embodiment was 4, it is preferable that the number of fins is in the range of 3 to 12 in order to obtain high heat transfer efficiency, and the fins are appropriately selected depending on the application. It is possible.

図8は、ねじり角度の異なる伝熱促進体を3種類結合しラジアントチューブ内に配置した状態を示す模式図である。
本実施形態の連結伝熱促進体100は伝熱促進体10を複数連結して形成されていたが、連結伝熱促進体200を、異なるねじり角度をもつ伝熱促進体1,10,20を混合して形成してもよい。
ラジアントチューブ4内で燃焼ガス6を最初に受ける上流側にねじり角度が小さな伝熱促進体1を配置し、下流側に向かってねじり角度が大きな伝熱促進体10,20を配列する等、ねじり角度が異なる伝熱促進体を複数連結することで、燃焼ガス6の滞留時間をラジアントチューブ内の上流側と下流側で変化させる。燃焼ガス6の温度が高い上流側は燃焼ガス6の滞留時間が短くなり、燃焼ガス6の温度が低い下流側は燃焼ガス6の滞留時間が長くなるため、ラジアントチューブ4の上流側に伝達される熱量と下流側に伝達される熱量が均一化され、ラジアントチューブ4全体に効率的に熱を伝達することが可能となる。
FIG. 8 is a schematic view showing a state in which three types of heat transfer promoters having different twist angles are connected and arranged in a radiant tube.
The linked heat transfer promoter 100 of the present embodiment was formed by connecting a plurality of heat transfer promoters 10, but the linked heat transfer promoters 200 were combined with the heat transfer promoters 1, 10 and 20 having different twist angles. It may be mixed and formed.
Twisting, such as arranging the heat transfer promoter 1 with a small twist angle on the upstream side that first receives the combustion gas 6 in the radiant tube 4, and arranging the heat transfer promoters 10 and 20 with a large twist angle toward the downstream side. By connecting a plurality of heat transfer promoters having different angles, the residence time of the combustion gas 6 is changed between the upstream side and the downstream side in the radiant tube. Since the residence time of the combustion gas 6 is short on the upstream side where the temperature of the combustion gas 6 is high, and the residence time of the combustion gas 6 is long on the downstream side where the temperature of the combustion gas 6 is low, it is transmitted to the upstream side of the radiant tube 4. The amount of heat and the amount of heat transferred to the downstream side are made uniform, and heat can be efficiently transferred to the entire radiant tube 4.

実施形態の伝熱促進体10は材質が多孔質セラミックスで形成されていたが、多孔質セラミックスの外表面全体に炭化珪素(SiC)を均一に塗布することも可能である。
この場合、多孔質セラミックス製の伝熱促進体に対して、赤外線放射率の高い炭化珪素(SiC)を外表面全体に均一に0.5mm~1.0mmの厚さで塗布することで、被膜層81を形成する。炭化珪素(SiC)の塗布方法であるが、無機バインダーを水に溶かし、炭化珪素(SiC)の粉末を混合した炭化珪素(SiC)混合液82中に、炭化珪素(SiC)塗布前の伝熱促進体10を含浸させて被膜層81を形成する方法(浸漬塗装方法)や、前記炭化珪素(SiC)混合液を塗布前の伝熱促進体にスプレー塗布する方法(スプレー塗装方法)、またカーテンフローコーター塗装、ローラーコーター塗装、手作業による塗装(はけ塗り、ローラーブラシ塗装等)等、種々の方法を使用することが可能である。
また、ラジアントチューブ式加熱装置(ラジアントチューブヒーター)に備えられたラジアントチューブ4の内壁表面全体および/または外壁表面全体に炭化珪素を均一に塗布することも可能である。
このように、伝熱促進体を螺旋形状にすることおよび外表面に凹凸を設けることで伝熱効率を大きく向上させるとともに、赤外線放射率の高い炭化珪素(SiC)を外表面に塗布することによって、さらに伝熱促進体の軸射熱を増大させることが可能となるうえ、伝熱促進体全体を炭化珪素で形成するよりもはるかに安価で同様の効果を得ることが可能となる。
そして、ラジアントチューブの内壁表面全体および/または外壁表面全体に赤外線放射率の高い炭化珪素(SiC)を塗布することによって、ラジアントチューブの内壁表面および/または外壁表面からの軸射熱を増大させることが可能となり、ラジアントチューブ全体を炭化珪素で形成するよりもはるかに安価に製造することが可能となる。
Although the heat transfer promoter 10 of the embodiment is made of porous ceramics, it is also possible to uniformly apply silicon carbide (SiC) to the entire outer peripheral surface of the porous ceramics.
In this case, silicon carbide (SiC) having a high infrared emissivity is uniformly applied to the entire outer peripheral surface to a heat transfer promoter made of porous ceramics to a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm. The coating layer 81 is formed. Regarding the method of applying silicon carbide (SiC), heat transfer before coating silicon carbide (SiC) in a silicon carbide (SiC) mixed solution 82 in which an inorganic binder is dissolved in water and a powder of silicon carbide (SiC) is mixed. A method of impregnating the accelerator 10 to form a coating layer 81 (immersion coating method), a method of spray-applying the silicon carbide (SiC) mixed solution to the heat transfer accelerator before coating (spray coating method), and a curtain. Various methods such as flow coater coating, roller coater coating, and manual coating (brush coating, roller brush coating, etc.) can be used.
Further, it is also possible to uniformly apply silicon carbide to the entire inner wall surface and / or the entire outer wall surface of the radiant tube 4 provided in the radiant tube type heating device (radiant tube heater).
In this way, the heat transfer promoter is formed into a spiral shape and the outer peripheral surface is provided with irregularities to greatly improve the heat transfer efficiency, and silicon carbide (SiC) having a high infrared emissivity is applied to the outer peripheral surface. Further, it is possible to further increase the axial emissivity of the heat transfer promoter, and it is possible to obtain the same effect at a much lower cost than forming the entire heat transfer promoter with silicon carbide.
Then, by applying silicon carbide (SiC) having a high infrared emissivity to the entire inner wall surface and / or the outer wall surface of the radiant tube, axial radiant heat from the inner wall surface and / or the outer wall surface of the radiant tube is increased. This makes it possible to manufacture the entire radiant tube at a much lower cost than forming the entire radiant tube from silicon carbide.

(伝熱促進体10の製造方法)
図10は、本発明の伝熱促進体の製造工程の流れを示すフロー図である。
本発明の伝熱促進体10の製造方法であるが、粘土を含む混合物を得る工程(混合工程)と、混合物を成形して成形体を得る工程(成形工程)と、成形体を焼結して多孔質セラミックス焼結体を得る工程(焼成工程)と、多孔質セラミックス焼結体の仕上げ加工を施す工程(仕上げ加工工程)とを備えるものである。
(Manufacturing method of heat transfer promoter 10)
FIG. 10 is a flow chart showing the flow of the manufacturing process of the heat transfer promoter of the present invention.
The method for producing the heat transfer promoter 10 of the present invention is a step of obtaining a mixture containing clay (mixing step), a step of molding the mixture to obtain a molded body (molding step), and a step of sintering the molded body. It is provided with a step of obtaining a porous ceramics sintered body (firing step) and a step of performing a finishing process of the porous ceramics sintered body (finishing process).

<混合工程>
混合工程は、耐火原料、発泡剤、気孔材、フィラー、骨材等を適宜混合し、混合物を得る工程である。
<Mixing process>
The mixing step is a step of appropriately mixing a fireproof raw material, a foaming agent, a pore material, a filler, an aggregate and the like to obtain a mixture.

(耐火原料)
耐火原料は、一般に窯業原料として用いられる粘土状の性状を示す鉱物材料である。耐火原料としては、多孔質セラミックス焼結体に用いられる公知のものを用いることができ、石英、長石、粘土系等の鉱物組成で構成され、構成鉱物としては、カオリナイトを主とし、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト,アルミナを含むものが好ましい。
(Fireproof raw material)
The fireproof raw material is a mineral material having a clay-like property that is generally used as a raw material for ceramics. As the fireproof raw material, known materials used for porous ceramic sintered bodies can be used, and they are composed of mineral compositions such as quartz, feldspar, and clay, and the constituent minerals are mainly kaolinite, halloysite, and the like. Those containing montmorillonite, illite, and alumina are preferable.

(発泡剤)
発泡剤は、焼成時に発泡するものであり、例えば、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、炭酸マグネシウム、スラグ等の公知のセラミックス用の発泡剤を用いることができる。これら発泡剤の中でも、スラグが好ましい。
スラグとしては特に限定されず、例えば、金属精錬時に発生する高炉スラグ、都市ゴミの溶融時に発生する都市ゴミ溶融スラグ、下水汚泥の溶融時に発生する下水汚泥溶融スラグ、ダクタイル鋳鉄等の鋳鉄時に発生する鋳鉄スラグ等のガラス質スラグ等が挙げられる。これらの中でも、鋳鉄スラグがより好ましい。鋳鉄スラグは、組成が安定しているため安定した発泡状態が得られると共に、他のスラグに比べ1.5~2倍程度の発泡率である。鋳鉄スラグを用いることで、多孔質セラミックスにミリメートルオーダーの大きな気孔を形成できる。
混合物中の発泡剤の配合量は、多孔質セラミックスの気孔率や大気孔や小気孔の孔径を考慮して適宜決定される。
(Effervescent agent)
The foaming agent foams at the time of firing, and for example, known foaming agents for ceramics such as calcium carbonate, silicon carbide, magnesium carbonate, and slag can be used. Among these foaming agents, slag is preferable.
The slag is not particularly limited, and is, for example, blast furnace slag generated during metal refining, urban waste molten slag generated when urban waste is melted, sewage sludge molten slag generated when sewage sludge is melted, and cast iron such as ductile cast iron. Examples thereof include glassy slag such as cast iron slag. Of these, cast iron slag is more preferred. Since the composition of cast iron slag is stable, a stable foaming state can be obtained, and the foaming rate is about 1.5 to 2 times that of other slags. By using cast iron slag, large pores on the order of millimeters can be formed in the porous ceramics.
The blending amount of the foaming agent in the mixture is appropriately determined in consideration of the porosity of the porous ceramics and the pore diameters of the air pores and small pores.

(気孔材)
気孔材は、主成分として有機物を含有するものである。有機発泡粒、木屑などを用いることで、多孔質セラミックスに大気孔や小気孔が形成される。
使用する有機発泡粒のサイズを適宜選択することで、大気孔や小気孔の孔径を調整することが可能となる。
(Stomata)
The pore material contains an organic substance as a main component. By using organic foam particles, wood chips, etc., air pores and small pores are formed in the porous ceramics.
By appropriately selecting the size of the organic foam particles to be used, it is possible to adjust the pore diameters of the air pores and the small pores.

(フィラー)
フィラーとしては、無機繊維、ロックウール等が挙げられる。例えば、無機繊維をフィラーとして含む混合物を焼結すると、熱衝撃に強くなり、低熱伝導性も備わり、複雑形状に耐えることができる。
(Filler)
Examples of the filler include inorganic fibers and rock wool. For example, sintering a mixture containing inorganic fibers as a filler makes it resistant to thermal shock, has low thermal conductivity, and can withstand complex shapes.

(骨材)
骨材としては、例えば、陶器、磁器素材、アルミナ、シャモット、フォルステライト、コージェライト、ゼオライト、ハイドロタルサイト、モンモリロナイト、セピオライト、ジルコニア、窒化硅素、炭化硅素、燐酸カルシウム、ハイドロキシアパタイトなどの他、耐熱性繊維であるガラス繊維、ロックウール、アルミノシリケート質繊維、アルミナ繊維等を粉状にしたものを使用する。
(aggregate)
Aggregates include, for example, pottery, porcelain material, alumina, chamotte, forsterite, cordierite, zeolite, hydrotalcite, montmorillonite, sepiolite, zirconia, fluorinated fiber, silicon carbide, calcium phosphate, hydroxyapatite, and heat resistant. Use powdered glass fiber, rock wool, aluminosilicate fiber, alumina fiber, etc., which are sex fibers.

混合装置としては、特に限定されず、従来公知の混合装置を用いることができ、混合工程における混合時間は、各原料の配合比等を勘案して、混合物が可塑状態となるような時間とされる。
混合工程における温度条件は、各原料の配合比等を勘案して適宜決定される。
The mixing device is not particularly limited, and a conventionally known mixing device can be used, and the mixing time in the mixing step is set so that the mixture is in a plastic state in consideration of the mixing ratio of each raw material and the like. To.
The temperature conditions in the mixing step are appropriately determined in consideration of the mixing ratio of each raw material and the like.

<成形工程>
成形工程は、混合工程で得られた混合物を任意の形状に成形する工程である。成形方法は、伝熱促進体10の形状に応じて適宜決定され、例えば、成形装置を用いて任意の形状の成形体を連続的に得る方法、混合物を任意の形状の型に充填し成形体を得る方法、混合物を延伸又は圧延し、これを任意の形状に切断して成形体を得る方法が挙げられる。
成形装置は、土練成形機、プレス成形機及び流し込み成形機等が挙げられる。
<Molding process>
The molding step is a step of molding the mixture obtained in the mixing step into an arbitrary shape. The molding method is appropriately determined according to the shape of the heat transfer promoter 10. For example, a method of continuously obtaining a molded body of an arbitrary shape using a molding device, or a method of continuously filling a mixture into a mold of an arbitrary shape and forming a molded body. A method of obtaining a molded product, a method of stretching or rolling a mixture, and a method of cutting the mixture into an arbitrary shape to obtain a molded product can be mentioned.
Examples of the molding apparatus include an earth kneading machine, a press molding machine, a pouring molding machine and the like.

<焼成工程>
焼成工程は、成形工程で得られた成形体を焼成して多孔質セラミックス焼結体を得る工程である。焼成工程は、例えば、成形体を乾燥し(乾燥操作)、乾燥した成形体を焼成し(焼成操作)、粘土を焼結して多孔質セラミックス焼結体を得る方法が挙げられる。
焼成温度(到達温度)は、任意成分の種類や原料の配合割合等を勘案して決定される。
<Baking process>
The firing step is a step of firing the molded body obtained in the molding step to obtain a porous ceramic sintered body. Examples of the firing step include a method of drying the molded body (drying operation), firing the dried molded body (baking operation), and sintering clay to obtain a porous ceramic sintered body.
The firing temperature (reached temperature) is determined in consideration of the type of arbitrary component, the mixing ratio of the raw material, and the like.

<仕上げ加工工程>
仕上げ加工工程は、焼成工程で得られた多孔質セラミックス焼結体を製品化するための加工を行う工程である。
<Finishing process>
The finishing process is a process for commercializing the porous ceramic sintered body obtained in the firing process.

本発明によれば、伝熱促進体を多孔質セラミックスで形成することにより、伝熱促進体の外表面および内部に大気孔、小気孔を簡単に形成することができ、伝熱促進体の軽量化と伝熱促進体外表面の凹凸による熱効率の向上という二つの効果を容易に実現することが可能となるうえ、伝熱促進体は加工性に優れ低コストとなり、配送、交換が容易で、かつ製造コストを削減することが可能となる。 According to the present invention, by forming the heat transfer promoter with porous ceramics, air pores and small pores can be easily formed on the outer peripheral surface and the inside of the heat transfer promoter, and the heat transfer promoter can be easily formed. It is possible to easily realize the two effects of weight reduction and improvement of heat efficiency due to the unevenness of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, and the heat transfer promoter has excellent workability and low cost, and is easy to deliver and replace. Moreover, it is possible to reduce the manufacturing cost.

(第2の実施の形態)
図7は、本発明の第2の実施形態の伝熱促進体20を示す斜視図である。
本発明の第2の実施形態の伝熱促進体20は、第1の実施形態の伝熱促進体10のフィン2,2の外表面に沿って複数の溝2b,2bを形成したものであり、その他の構成は第1の実施形態と同様であるため、同一部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。
本発明の第2の実施形態の伝熱促進体20は、フィン2,2の外表面に伝熱促進体20の中心から前記フィンの先端に向かって放射状に長尺状の溝2b,2bが複数形成されている。
溝2b,2bの幅は、フィン2,2の先端に向かって徐々に大きく形成されている。
また、溝2b,2bが設けられる位置であるが、フィン2,2の両側面に形成されているか、もしくは燃焼ガス6が熱伝達経路14に沿って流れる場合に、燃焼ガス6に遠心力が働いて衝突する側のフィンの側面のみに形成されていてもよい。
燃焼ガス6が衝突しやすい伝熱促進体20のフィン2,2の側面に溝2b,2bが形成されているため、燃焼ガス6の乱流の発生を促進し、熱効率を向上させることが可能となる。
溝2b,2bの数は、熱効率を考慮し適宜選択可能である。
(Second embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing a heat transfer promoter 20 according to a second embodiment of the present invention.
The heat transfer promoter 20 of the second embodiment of the present invention has a plurality of grooves 2b, 2b formed along the outer surface of the fins 2, 2 of the heat transfer promoter 10 of the first embodiment. Since the other configurations are the same as those of the first embodiment, the same parts are designated by the same reference numerals and duplicated description will be omitted.
The heat transfer promoter 20 according to the second embodiment of the present invention has long grooves 2b, 2b radially extending from the center of the heat transfer promoter 20 toward the tip of the fin on the outer surface of the fins 2, 2. Multiple are formed.
The widths of the grooves 2b and 2b are gradually increased toward the tips of the fins 2 and 2.
Further, although the grooves 2b and 2b are provided, centrifugal force is applied to the combustion gas 6 when it is formed on both side surfaces of the fins 2 and 2 or when the combustion gas 6 flows along the heat transfer path 14. It may be formed only on the side surface of the fin on the side where it works and collides.
Since the grooves 2b and 2b are formed on the side surfaces of the fins 2 and 2 of the heat transfer promoter 20 where the combustion gas 6 easily collides, it is possible to promote the generation of turbulent flow of the combustion gas 6 and improve the thermal efficiency. Will be.
The number of grooves 2b and 2b can be appropriately selected in consideration of thermal efficiency.

実施例においては、ラジアントチューブ式加熱装置のラジアントチューブ内に伝熱促進体を配置した例で説明を行ったが、ラジアントチューブ式熱交換器の内部に伝熱促進体を配置することも可能である。
その場合は、管内に本発明の伝熱促進体を挿入したラジアントチューブ式熱交換器を使用し、管内に燃焼ガスや液体等の熱交換を行うための流体を流すことで、伝熱促進体と流体が効率的に熱交換を行うことが可能となる。
In the embodiment, the example in which the heat transfer promoter is arranged in the radiant tube of the radiant tube type heating device has been described, but it is also possible to arrange the heat transfer promoter inside the radiant tube type heat exchanger. be.
In that case, a radiant tube type heat exchanger in which the heat transfer promoter of the present invention is inserted in the pipe is used, and a fluid for heat exchange such as combustion gas or liquid is flowed in the pipe to promote the heat transfer. And the fluid can efficiently exchange heat.

(実施例1)

Figure 0007036455000002
図13は、(実施例1)の伝熱促進体の外表面の顕微鏡拡大図(10倍)である。
(表1)に示す組成で、耐火原料、気孔材、骨材および水を混合し、混合物を得て(混合工程)、混合物を伝熱促進体の形状に成形した(成形工程)。
その後、得られた成形体を乾燥させ、焼結炉を用いて焼成した(焼成工程)。そして、焼成工程で得られたセラミックス焼結体を砥石加工することで、伝熱促進体を得た。
得られた伝熱促進体について、カサ比重、算術平均粗さを測定し、その結果を(表2)に示した。
気孔径に関しては、得られた伝熱促進体の外表面を拡大して撮影した画像を用いて、画像内に存在する気孔に着色を施し、目視にて気孔径1mm以上の気孔をカウントし、気孔径が1-2mm、2-3mm、3-4mm、4-5mm、5-6mmおよび6-7mmの間に存在する気孔の数の割合(%)、および平均径(mm)を算出した。ここで、気孔径1mm未満の気孔はカウントしていない。結果を(表3)に示す。また、伝熱促進体の外表面を顕微鏡で10倍に拡大して撮影を行った結果を図13に示した。
図13、(表2)、(表3)に示されるとおり、耐火原料、発泡剤、気孔材、フィラー、骨材等の材料を適宜選択することにより、外表面に気孔を備えた伝熱促進体を得ることができる。 (Example 1)
Figure 0007036455000002
FIG. 13 is a microscope enlarged view (10 times) of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter of (Example 1).
With the composition shown in (Table 1), a fireproof raw material, a pore material, an aggregate and water were mixed to obtain a mixture (mixing step), and the mixture was molded into the shape of a heat transfer promoter (molding step).
Then, the obtained molded product was dried and fired in a sintering furnace (firing step). Then, the ceramic sintered body obtained in the firing step was grindstone-processed to obtain a heat transfer promoter.
For the obtained heat transfer promoter, the bulk specific gravity and the arithmetic mean roughness were measured, and the results are shown in (Table 2).
Regarding the pore diameter, the pores existing in the image are colored by using the image taken by enlarging the outer peripheral surface of the obtained heat transfer promoter, and the pores having a pore diameter of 1 mm or more are visually counted. , Percentage (%) of the number of pores with pore diameters between 1-2 mm, 2-3 mm, 3-4 mm, 4-5 mm, 5-6 mm and 6-7 mm, and average diameter (mm) were calculated. .. Here, pores having a pore diameter of less than 1 mm are not counted. The results are shown in (Table 3). Further, FIG. 13 shows the results of photographing the outer peripheral surface of the heat transfer promoter by magnifying it 10 times with a microscope.
As shown in FIGS. 13, (Table 2) and (Table 3), heat transfer having pores on the outer peripheral surface is provided by appropriately selecting materials such as fireproof raw materials, foaming agents, pore materials, fillers and aggregates. You can get a promoter.

Figure 0007036455000003
Figure 0007036455000003

Figure 0007036455000004
Figure 0007036455000004

Figure 0007036455000005
Figure 0007036455000005

(実施例2)
図9は、本発明の伝熱促進体の材質を示す模式写真であり、(a)は伝熱促進体の材質に被膜層を形成していないもの、(b)は伝熱促進体の材質に被膜層を形成したものである。
伝熱促進体の材質として、1550℃で焼成した白色のムライト質の軽量耐火物を使用し、前記伝熱促進体に対して赤外線放射率の高い炭化珪素(SiC)を外表面に均一に0.5mm~1.0mmの厚さで塗布することで被膜層を形成し、被膜あり伝熱促進体を形成した(図9(b))。前記被膜あり伝熱促進体(図9(b))と、被膜なし伝熱促進体(図9(a))を使用して、炭化珪素(SiC)による被膜の有無による赤外線放射率の違いを測定した。
(Example 2)
9A and 9B are schematic photographs showing the material of the heat transfer promoter of the present invention, in which FIG. 9A is a material having no coating layer formed on the material of the heat transfer promoter, and FIG. 9B is a material of the heat transfer promoter. A film layer is formed on the surface.
As the material of the heat transfer promoter, a white mullite lightweight refractory fired at 1550 ° C. is used, and silicon carbide (SiC) having a high infrared emissivity is uniformly applied to the outer peripheral surface of the heat transfer promoter. By applying to a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm, a coating layer was formed, and a heat transfer promoter with a coating was formed (FIG. 9 (b)). Using the heat transfer promoter with a coating (FIG. 9 (b)) and the heat transfer promoter without a coating (FIG. 9 (a)), the difference in infrared emissivity depending on the presence or absence of a coating due to silicon carbide (SiC) can be seen. It was measured.

(測定装置)
赤外線放射率の測定を行う測定装置は、FIR装置(Perkin Elmer製、SyStem2000型)を使用し、積分球はLabspher製、RSA-PE-200―IDを使用し、球内部は金によりコーティングされている。また、積分球入射口径はΦ16mmで、測定部口径はΦ24mmである。
(測定条件)
測定領域は370~7800cm-1(有効範囲 400~6000cm-1)で、積分回数200回、光源はMIRで、検出器はMIR-TGSである。分解能は16cm-1で、Beam splitterは、optimized KBrを使用した。また光源から検出器までの光路には、Nガスを充満させパージを行った。
(計測方法)
室温にて反射スペクトルを測定し、得られたデータより指定された温度(25℃、500℃、950℃、1000℃)の全放射率を算出した。測定はJIS R 1693-2:2012に準拠している。
(measuring device)
The measuring device for measuring the infrared emissivity is an FIR device (PerkinElmer, System2000 type), the integrating sphere is Labspher, RSA-PE-200-ID, and the inside of the sphere is coated with gold. There is. Further, the incident diameter of the integrating sphere is Φ16 mm, and the diameter of the measuring unit is Φ24 mm.
(Measurement condition)
The measurement area is 370 to 7800 cm -1 (effective range 400 to 6000 cm -1 ), the number of integrations is 200, the light source is MIR, and the detector is MIR-TGS. The resolution was 16 cm -1 , and the beam splitter used optimized KBr. The optical path from the light source to the detector was filled with N2 gas and purged.
(Measurement method)
The reflection spectrum was measured at room temperature, and the total emissivity at the specified temperature (25 ° C, 500 ° C, 950 ° C, 1000 ° C) was calculated from the obtained data. The measurement is based on JIS R 1693-2: 2012.

被膜なし伝熱促進体の場合、分光放射率は小さくなるが、被膜あり伝熱促進体の場合、全波長領域の分光放射率が大きくなることがわかる。
また、伝熱促進体が、操業時に燃焼ガスにさらされる950℃~1000℃の温度域では、被膜あり伝熱促進体の放射率が黒体放射の90%に近い高い放射率を示すことが判明した。
このことは即ち、被膜あり伝熱促進体が950℃~1000℃の温度域では2倍の輻射熱を管の内側から管に伝える輻射伝熱効果があることを意味する。
これにより、伝熱促進体全体を炭化珪素(SiC)で製作するより、飛躍的に安価で炭化珪素(SiC)の持つ高い赤外線放射率を活用することができるようになる。
It can be seen that in the case of the heat transfer promoter without a film, the spectral emissivity is small, but in the case of the heat transfer promoter with a film, the spectral emissivity in the entire wavelength region is large.
In addition, in the temperature range of 950 ° C to 1000 ° C, where the heat transfer promoter is exposed to combustion gas during operation, the emissivity of the heat transfer promoter with a film shows a high emissivity close to 90% of blackbody radiation. found.
This means that the heat transfer promoter with a film has a radiant heat transfer effect of transferring twice the radiant heat from the inside of the tube to the tube in the temperature range of 950 ° C to 1000 ° C.
This makes it possible to utilize the high infrared emissivity of silicon carbide (SiC) at a dramatically lower cost than when the entire heat transfer promoter is made of silicon carbide (SiC).

(実施例3)
図11は、本発明の伝熱促進体を使用した場合の表面粗さの違いによる平均熱流束を示すグラフである。
実施例においては、燃焼ガスの温度や流速等の詳細なデータを入力してコンピュータシミュレーションによる流体解析、具体的には、伝熱促進体の表面粗さを200μm,300μm,450μm,700μmと変化させた場合のラジアントチューブの管外壁における平均熱流束(W/m)の計算を行った。
計算結果を図11に示す。
(Example 3)
FIG. 11 is a graph showing the average heat flux due to the difference in surface roughness when the heat transfer promoter of the present invention is used.
In the embodiment, detailed data such as the temperature and flow velocity of the combustion gas are input and fluid analysis is performed by computer simulation. Specifically, the surface roughness of the heat transfer promoter is changed to 200 μm, 300 μm, 450 μm, and 700 μm. The average heat flux (W / m 2 ) at the outer wall of the radiant tube was calculated.
The calculation result is shown in FIG.

(計算条件)
流体解析に用いるラジアントチューブは、密度7850(Kg/m)、比熱434(J/kgK)、熱伝導率60.5(W/mK)である直線状の構造用鋼管を想定した。
流体解析に用いる管内空気であるが、圧縮性を考慮し、密度1.226(Kg/m)、定圧比熱1006(J/kgK)、熱伝導率2.55×10-2(W/mK)を使用した。
ラジアントチューブに対して、流入口から1200(℃)の燃焼ガスを流入した場合を想定し、管内の空気流速を5(m/s)、前記流出口のゲージ静圧0(Pa)、ラジアントチューブの周囲温度は950(℃)とし、管内壁には周囲温度950(℃)の場合における放射冷却を考慮した熱伝達効率を与えた。
(Calculation condition)
The radiant tube used for the fluid analysis was assumed to be a linear structural steel pipe having a density of 7850 (Kg / m 3 ), a specific heat of 434 (J / kgK), and a thermal conductivity of 60.5 (W / mK).
Although it is the air inside the pipe used for fluid analysis, considering compressibility, it has a density of 1.226 (Kg / m 3 ), a constant pressure specific heat of 1006 (J / kgK), and a thermal conductivity of 2.55 × 10-2 (W / mK). )It was used.
Assuming that 1200 (° C) combustion gas flows into the radiant tube from the inlet, the air flow velocity in the tube is 5 (m / s), the gauge static pressure at the outlet is 0 (Pa), and the radiant tube. The ambient temperature was 950 (° C.), and the inner wall of the pipe was given heat transfer efficiency in consideration of radiative cooling when the ambient temperature was 950 (° C.).

(計算結果)
伝熱促進体をラジアントチューブ内に挿入しない場合のラジアントチューブの管外壁における平均熱流束は約2000(W/m)である。伝熱促進体を挿入した場合、伝熱促進体を挿入しない場合と比較して平均熱流束が大きくなるのは、伝熱促進体の表面粗さが300μm以上となる場合である。伝熱促進体の表面粗さが300μmから大きくなると平均熱流束がさらに増加するが、伝熱促進体の表面粗さが300μmから小さくなると平均熱流束が伝熱促進体を挿入しない場合と同等かもしくは小さくなってしまい、熱効率が逆に悪くなってしまう。
このように、伝熱促進体を挿入しない場合と比較して熱効率を向上させることができる伝熱促進体の表面粗さは300μm以上であることがわかる。
(Calculation result)
The average heat flux on the outer wall of the radiant tube when the heat transfer promoter is not inserted into the radiant tube is about 2000 (W / m 2 ). When the heat transfer promoter is inserted, the average heat flux becomes larger than when the heat transfer promoter is not inserted when the surface roughness of the heat transfer promoter is 300 μm or more. When the surface roughness of the heat transfer promoter increases from 300 μm, the average heat flux further increases, but when the surface roughness of the heat transfer promoter decreases from 300 μm, the average heat flux is equivalent to the case where the heat transfer promoter is not inserted. Or it becomes smaller and the heat efficiency becomes worse.
As described above, it can be seen that the surface roughness of the heat transfer promoter capable of improving the thermal efficiency as compared with the case where the heat transfer promoter is not inserted is 300 μm or more.

(実施例4)
図12は、本発明の伝熱促進体を使用した場合のカサ比重の違いによる熱応答性を示すグラフである。
実施例においては、コンピュータシミュレーションによる流体解析、具体的には、伝熱促進体のカサ比重を1.1,0.9,0.8,0.7,0.5,0.2と変化させて熱応答性の計算を行い、比較例である従来の伝熱促進体の熱応答性を100とした場合のカサ比重1.1,0.9,0.8,0.7,0.5,0.2の伝熱促進体の熱応答性を算出した。
計算結果を図12に示す。
(Example 4)
FIG. 12 is a graph showing the heat responsiveness due to the difference in bulk specific gravity when the heat transfer promoter of the present invention is used.
In the embodiment, the fluid analysis by computer simulation, specifically, the bulk specific gravity of the heat transfer promoter is changed to 1.1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.5, 0.2. The heat responsiveness was calculated, and when the heat responsiveness of the conventional heat transfer promoter, which is a comparative example, was set to 100, the bulk specific gravity was 1.1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.5. , 0.2 The heat response of the heat transfer promoter was calculated.
The calculation result is shown in FIG.

(計算条件)
実施例3と同様である。
(Calculation condition)
This is the same as in Example 3.

(計算結果)
カサ比重が0.8,0.7,0.5,0.2の伝熱促進体は、比較例である従来の伝熱促進体に比べて熱応答性の値が小さくなり、熱応答性がよくなることがわかる。カサ比重が0.8から小さくなるにつれて熱応答性の値は小さくなるが、カサ比重が0.2以下になると、熱応答性の変化率が小さくなり、熱応答性の値が60のあたりで落ち着く。
カサ比重が0.8よりも大きいと、従来の伝熱促進体と比較して、熱応答性の値が同等かもしくは大きくなり、熱応答性が悪くなってしまう。
このように、従来の伝熱促進体と比較して熱応答性を向上させることができる伝熱促進体のカサ比重は0.2以上0.8以下であることがわかる。
(Calculation result)
The heat transfer promoter having a bulk specific density of 0.8, 0.7, 0.5, 0.2 has a smaller heat responsiveness value than the conventional heat transfer promoter which is a comparative example, and has a heat responsiveness. It turns out that becomes better. The value of thermal responsiveness decreases as the bulk specific density decreases from 0.8, but when the bulk specific density becomes 0.2 or less, the rate of change in thermal responsiveness decreases, and the thermal responsiveness value is around 60. calm down.
When the bulk specific density is larger than 0.8, the value of heat responsiveness is equal to or larger than that of the conventional heat transfer promoter, and the heat responsiveness is deteriorated.
As described above, it can be seen that the bulk specific gravity of the heat transfer promoter capable of improving the heat response as compared with the conventional heat transfer promoter is 0.2 or more and 0.8 or less.

10,20 本発明の伝熱促進体、
1a 大気孔、
1b 小気孔
2 フィン、
2a 先端、
2b 溝、
3 バーナー、
4 ラジアントチューブ、
5 炉壁、
6 燃焼ガス、
7 流出口、
8 流入口、
9 中心軸(中心部)、
9a 中心点(中心軸)、
11 上面、
13 底面、
14 螺旋状の通路(熱伝達経路)、
100,200 連結伝熱促進体

10,20 Heat transfer promoter of the present invention,
1a Stoma,
1b small pores 2 fins,
2a tip,
2b groove,
3 burner,
4 Radiant tube,
5 furnace wall,
6 Combustion gas,
7 outlet,
8 inlet,
9 Central axis (central part),
9a Center point (central axis),
11 top surface,
13 bottom,
14 Spiral passage (heat transfer path),
100,200 Connected heat transfer promoter

Claims (4)

ラジアントチューブ内部に複数個連結して設けられ、中心軸の外周に複数のフィンが設けられた多孔質セラミックス製の伝熱促進体において、
前記伝熱促進体は、粘土を含む混合物を耐火原料とし、気孔材もしくは発泡剤を使用したサイズの異なる多数の気孔が焼結形成されたものであって、
前記伝熱促進体の外周表面及び内部に孔径が0.1~10mmの大気孔と孔径が大気孔よりも小さい小気孔を有し、前記大気孔と前記小気孔は全体に分布して前記伝熱促進体の外周表面に凹凸が形成されているか、及び/又は、前記伝熱促進体の外周表面及び内部に孔径が0.1~10mmの前記大気孔と孔径が大気孔よりも小さい小気孔を有し、前記伝熱促進体の外周表面の算術平均粗さが300μm以上に形成されているとともに、前記複数個連結する電熱促進体の凹凸の外表面に炭化珪素(SiC)が塗布されており、前記炭化珪素(SiC)の被膜層を前記凹凸の外周表面全体に均一に0.5mm~1.0mmの厚さで塗布されていることを特徴とする伝熱促進体。
In a heat transfer promoter made of porous ceramics, which is provided by connecting a plurality of pieces inside a radiant tube and having a plurality of fins provided on the outer periphery of the central axis.
The heat transfer accelerator is formed by sintering a large number of pores of different sizes using a mixture containing clay as a fireproof raw material and using a pore material or a foaming agent.
The outer peripheral surface and the inside of the heat transfer promoter have an air hole having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and a small pore having a pore diameter smaller than that of the air hole, and the air hole and the small pore are distributed throughout and the transfer. Concavities and convexities are formed on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, and / or the atmospheric pores having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and small pores having a pore diameter smaller than the atmospheric pores on the outer peripheral surface and inside of the heat transfer promoter. The outer surface of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter is formed to have an arithmetic average roughness of 300 μm or more, and silicon carbide (SiC) is applied to the outer surface of the unevenness of the plurality of connected electric heat transfer promoters. A heat transfer promoter, characterized in that the coating layer of silicon carbide (SiC) is uniformly applied to the entire outer peripheral surface of the uneven surface with a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm.
前記伝熱促進体の外表面には前記伝熱促進体の中心から前記フィンの先端に向かって放射状に溝が形成され、前記溝の幅は前記フィンの先端に向かって徐々に大きく形成されていることを特徴とする請求項1記載の伝熱促進体。 On the outer surface of the heat transfer promoter, grooves are formed radially from the center of the heat transfer promoter toward the tip of the fin, and the width of the groove is gradually increased toward the tip of the fin. The heat transfer promoter according to claim 1, wherein the heat transfer promoter is provided. ラジアントチューブ内部に複数個連結して設けられる多孔質セラミックス製の伝熱促進体において、
前記伝熱促進体は、粘土を含む混合物を耐火原料とし、気孔材もしくは発泡剤を使用してサイズの異なる多数の気孔を焼結により形成したものであって、
前記伝熱促進体の外周表面及び内部に孔径が0.1~10mmの大気孔と孔径が大気孔よりも小さい小気孔を有し、前記大気孔と前記小気孔は全体に分布して前記伝熱促進体の外周表面に凹凸を形成するか、及び/又は、前記伝熱促進体の外周表面及び内部に孔径が0.1~10mmの前記大気孔と孔径が大気孔よりも小さい小気孔を有し、前記伝熱促進体の外周表面の算術平均粗さが300μm以上に形成するとともに、前記複数個連結する電熱促進体の凹凸の外表面に含侵により炭化珪素(SiC)の被膜層が形成されており、前記炭化珪素(SiC)の被膜層を前記凹凸の外周表面全体に均一に0.5mm~1.0mmの厚さで塗布することを特徴とする伝熱促進体の製造方法。
In a heat transfer promoter made of porous ceramics, which is provided by connecting a plurality of heat transfer members inside a radiant tube.
The heat transfer accelerator is formed by sintering a large number of pores of different sizes using a mixture containing clay as a fireproof raw material and using a pore material or a foaming agent.
The outer peripheral surface and the inside of the heat transfer promoter have an air hole having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and a small pore having a pore diameter smaller than that of the air hole, and the air hole and the small pore are distributed throughout and the transfer. Concavities and convexities are formed on the outer peripheral surface of the heat transfer promoter, and / or the atmospheric pores having a pore diameter of 0.1 to 10 mm and small pores having a pore diameter smaller than the atmospheric pores are formed on the outer peripheral surface and inside of the heat transfer promoter. The outer surface of the outer peripheral surface of the heat transfer promoter is formed to have an arithmetic average roughness of 300 μm or more, and a coating layer of silicon carbide (SiC) is formed on the outer surface of the unevenness of the plurality of connected electric heat transfer promoters by impregnation. A method for producing a heat transfer promoter, which is formed and is characterized in that a coating layer of the silicon carbide (SiC) is uniformly applied to the entire outer peripheral surface of the uneven surface with a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm.
前記伝熱促進体の外表面には前記伝熱促進体の中心から前記フィンの先端に向かって放射状に溝が形成され、前記溝の幅は前記フィンの先端に向かって徐々に大きく形成することを特徴とする請求項3記載の伝熱促進体の製造方法。

Grooves are formed radially from the center of the heat transfer promoter toward the tip of the fin on the outer surface of the heat transfer promoter, and the width of the groove is gradually increased toward the tip of the fin. 3. The method for producing a heat transfer promoter according to claim 3.

JP2020077614A 2020-04-24 2020-04-24 Heat transfer promoter and its manufacturing method Active JP7036455B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020077614A JP7036455B2 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Heat transfer promoter and its manufacturing method
JP2021158958A JP7089811B2 (en) 2020-04-24 2021-09-29 Connected heat transfer promoter, radiant tube type heating device and radiant tube type heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020077614A JP7036455B2 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Heat transfer promoter and its manufacturing method

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017097078A Division JP6708909B2 (en) 2017-05-16 2017-05-16 Heat transfer enhancer, heat transfer enhancer arrangement method, heat transfer enhancer manufacturing method, radiant tube heating device, and radiant tube heat exchanger

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021158958A Division JP7089811B2 (en) 2020-04-24 2021-09-29 Connected heat transfer promoter, radiant tube type heating device and radiant tube type heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020115080A JP2020115080A (en) 2020-07-30
JP7036455B2 true JP7036455B2 (en) 2022-03-15

Family

ID=71778488

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020077614A Active JP7036455B2 (en) 2020-04-24 2020-04-24 Heat transfer promoter and its manufacturing method
JP2021158958A Active JP7089811B2 (en) 2020-04-24 2021-09-29 Connected heat transfer promoter, radiant tube type heating device and radiant tube type heat exchanger

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021158958A Active JP7089811B2 (en) 2020-04-24 2021-09-29 Connected heat transfer promoter, radiant tube type heating device and radiant tube type heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP7036455B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001138417A (en) 1999-11-16 2001-05-22 Nippon Steel Corp Metal honeycomb body, heat accumulator for heat exchanger, heat accumulation type burner and metal carrier
JP2002364997A (en) 2001-06-11 2002-12-18 Fuji Enterprise:Kk Heat exchange system for combustion gas
JP2010503824A (en) 2006-09-18 2010-02-04 ストーム ディヴェロップメント エルエルシー Radiant heat transfer system
JP2011242086A (en) 2010-05-20 2011-12-01 Covalent Materials Corp High heat-conductive radiant tube
JP2012007857A (en) 2010-06-28 2012-01-12 Covalent Materials Corp Radiation device
JP2016205644A (en) 2015-04-16 2016-12-08 大同特殊鋼株式会社 Radiant tube type heating device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5923550U (en) * 1982-08-06 1984-02-14 新日本製鐵株式会社 radiation tube
JPS6234680U (en) * 1985-08-14 1987-02-28
JPH01234375A (en) * 1988-03-14 1989-09-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ceramic porous body and its production
JPH04329822A (en) * 1991-04-26 1992-11-18 Ibiden Co Ltd Radiant tube
JPH07280207A (en) * 1994-04-14 1995-10-27 Ngk Insulators Ltd Radiant tube
JP3447390B2 (en) * 1994-10-24 2003-09-16 京セラ株式会社 Sliding device
JPH0959077A (en) * 1995-08-21 1997-03-04 Riboole:Kk Expanded ceramic formed plate
JPH10101451A (en) * 1996-10-01 1998-04-21 Bridgestone Corp Production of ceramic open cell porous body
JP4256217B2 (en) * 2003-07-22 2009-04-22 臼井国際産業株式会社 Heat transfer tube

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001138417A (en) 1999-11-16 2001-05-22 Nippon Steel Corp Metal honeycomb body, heat accumulator for heat exchanger, heat accumulation type burner and metal carrier
JP2002364997A (en) 2001-06-11 2002-12-18 Fuji Enterprise:Kk Heat exchange system for combustion gas
JP2010503824A (en) 2006-09-18 2010-02-04 ストーム ディヴェロップメント エルエルシー Radiant heat transfer system
JP2011242086A (en) 2010-05-20 2011-12-01 Covalent Materials Corp High heat-conductive radiant tube
JP2012007857A (en) 2010-06-28 2012-01-12 Covalent Materials Corp Radiation device
JP2016205644A (en) 2015-04-16 2016-12-08 大同特殊鋼株式会社 Radiant tube type heating device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020115080A (en) 2020-07-30
JP2021193332A (en) 2021-12-23
JP7089811B2 (en) 2022-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11186510B2 (en) Submerged combustion burners, submerged combustion glass melters including the burners, and methods of use
US9169162B2 (en) Large refractory article and method for making
JP5769778B2 (en) Low heat capacity gas oxygen ignition burner
RU2451877C2 (en) Porous hydrogen burner without premixing
CN102770359B (en) Conveyor tray apparatus with air bearing and air curtain and methods of use
JPH0361118B2 (en)
CN101468919B (en) Refractory mortar cured material
JP7036455B2 (en) Heat transfer promoter and its manufacturing method
JP6708909B2 (en) Heat transfer enhancer, heat transfer enhancer arrangement method, heat transfer enhancer manufacturing method, radiant tube heating device, and radiant tube heat exchanger
KR102325559B1 (en) Thermal lance for fusion cutting and/or piercing, comprising at least four tubular profiles and more than 17 cavities inside the lance
JP2018080094A (en) Thermal insulation material
CN104487398B (en) device for producing cement
JP2016125796A (en) Arrangement structure of honeycomb structure
JP2008241169A (en) Method of manufacturing precast block for metal melting furnace ceiling and precast block for metal melting furnace ceiling
JPH06143237A (en) Manufacture of ceramic bent tube
RU60517U1 (en) DEVICE FOR MANUFACTURING PRODUCTS FROM GLASS-CRYSTAL FOAM CERAMICS
CN101566429A (en) Large capacity temperature equalizing energy saving roller kiln
JP2023506006A (en) Heat exchanger components with varying helix angles
JP2009115444A (en) Spraying device and spraying material used in it
CN107407532A (en) For the heat exchanger for controlling the type part of fluid temperature (F.T.) and being constructed using this type part
JP2003292380A (en) Heat-resistant setter and manufacturing method therefor
JPH0129387Y2 (en)
JP6321409B2 (en) Thermal storage material, thermal storage body, and manufacturing method thereof
JP2020508400A (en) At least one of the materials made of aluminum and / or magnesium, among other materials, that allows for use in processes that require large amounts of energy to cut, drill, and / or melt materials having high thermal requirements Heat lance including hollow tubular profile
KR830001254B1 (en) Apparatus for producing spherical particles or fibers of a specific size from the melt

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200427

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200427

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200617

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200804

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201002

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201208

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210405

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210929

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20210929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210929

C272 Notice of ex officio correction

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C272

Effective date: 20211012

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20211015

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20211019

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211201

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220125

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7036455

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150