JPH0367988A

JPH0367988A - 遮熱装置

Info

Publication number: JPH0367988A
Application number: JP1202497A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hanawa; 塙　仁志; Takashi Misawa; 三沢　隆
Original assignee: HANAWA NETSUDEN KINZOKU KK
Current assignee: HANAWA NETSUDEN KINZOKU KK
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1991-03-22
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JP2777413B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は遮熱装置に関し、特に、熱線を反射して遮熱
効果を高める改良に係るものである。

〈従来の技術〉抵抗加熱装置、赤外線加熱装置、あるいは、誘導加熱装
置等の各種の加熱装置（以下、加熱装置〉では、各種の
遮熱装置が使用されている。

発熱エネルギーを加熱装置の内部に閉じ込め、外部への
漏出を防止し、熱効率を高めるためである。特に、数百
℃乃至数千℃の高温加熱装置では、熱線を遮熱する遮熱
装置が不可欠とされている。

一般に、遮熱装置は、第１に、熱線な反射して加熱装置
の内部に戻す反射機能と、第２に、熱線を遮断して外部
に漏らさない熱線遮断機能と、第３に、輻射装置が加熱
した場合にも熱線を加熱装置の内部に向けて輻射する輻
射機能を備えることが望まれている。

このため、従来、遮熱装置は、反射機能に富んだモリブ
デンやタンタル等の高融点金属材料を用い、これらの金
属の薄板やメツシュを多重に重ねて構成されていた。

以下、第５図を参照して従来の典型的な遮熱装置の構造
を説明する。第５図は、内熱型真空炉の構成を示す一部
切り欠いた斜視図である。

真空炉９の内部には、円筒状の発熱体９１が設けられ、
その外側には、遮熱装置９３が配置されている。遮熱装
置９３は、板厚が０．２ｍｍ程度のモリブデン円筒を多
重に重ねた同心筒状体である。なお、被加熱試料９２は
、発熱体９１の中央に収容されている。

発熱体９１から外側に輻射された熱線は、遮熱装置９３
によって反射され、発熱体９１に戻される。その結果、
発熱体９１は、幅側損失が減るので少ない電力で高温に
加熱する。

そして、遮熱装置の性能の善し悪しが、加熱装置の性能
、特に、加熱温度や熱効率、温度分布に直接的に影響を
与える。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところが、上記の従来技術によれば、熱膨張や収縮によ
り遮熱装置が変形し、遮熱機能が劣化する。また、一般
に、　１０００℃以上の高温では高融点金属が変態し、
結晶化し、遮熱装置の反射機能が低下する。しかも、高
融点金属が高温で脆弱化し、遮熱装置が容易に破損する
。

これに刻して、遮熱装置をグラファイト、あるいは、カ
ーボンで製作することも可能だが、これらの炭素材料は
脆いので薄板化できない。

このため、遮熱装置が大型化し、重くなり、支持構造経
由ての伝熱損失が大きくなるという欠点があった。

また、金属や炭素０ＰＩに代えて、フェルト状の炭素繊
維や綿状のセラミック等の各種の断熱材（マット）を用
いることもできるが、熱線の反射機能が低く、遮熱装置
の性能が悪くなる。

この発明は、上記従来技術が有していた未解決の課題を
解決し、高温に酬えて熱線を反射する小型軽量な遮熱装
置を提供することを目的としている。

く課題を解決するための手段〉上記目的を達成するために、この発明は、遮熱装置の遮
熱面を炭素繊維を含む炭素質材料によって形成するもの
である。なお、この遮熱装置は、炭素繊維を含む炭素質
材料からなる炭素質の遮熱面己こ、金属材料や無機材料
からなる表面層を備えるようにすることもてきる。

〈作用〉この発明の構成によれば、炭素繊維を含む炭素質材料は
、炭素繊維が遮熱面を機械的に補強し、熱変形せずに炭
素繊維、および／または、炭素質が形成する遮熱面の形
状を高温下でも所定に維持して熱線を安定に反射する作
用をする。

また、炭素繊維を含む炭素質材料は、炭素繊維の配向方
向により熱伝導の異方性をもち、炭素繊維軸方向に比べ
て、繊維軸に直交する方向には、熱伝導を少なくする作
用をなす。

しかも、炭素繊維を含む炭素質材料はアンカー効果によ
り、表面層を形成し易くする。

〈実施例〉以下、この発明のいくつかの実施例について、第１図乃
至第４図を参照して説明する。

第１図は、真空炉９を側面からみた断面図であり、この
発明の第１の実施例の遮熱装置の構成を示している。真
空炉９の内部には、直径が約５０ｍｍ、高さが約１００
ｍｍの円筒状の発熱体１が設けられ、発熱体１の外側に
は、発熱体１を覆う遮熱装置３が取り付けられている。

なお、この実施例では、発熱体１と遮熱装置３は、炭素
繊維を含む炭素質材料の一例である炭素繊維／炭素複合
材料（以下、Ｃ／Ｃ）によって形成され、Ｃ／Ｃの炭素
繊維軸は、各面に平行に配向され、面内方向の熱膨張を
抑えるようにし、かつ、遮熱面に垂直な方向の熱伝導を
少なくしている。

発熱体１は、板厚約１ｍｍの円筒面にスリットが切り込
まれて実質的に矩型波状に形成されており、その端部に
は電極２が接続されて真空炉９の外部から加熱電流が供
給される。

遮熱装置３は、板厚が約０．３ｍｍのＣ／Ｃによって形
成された３重の茶筒形状であり、茶筒の各面は輻射面を
形成している。遮熱装置３の底面の２箇所には、発熱体
１を電極２に接続するための孔２１が開設されている。

そして、最内層の円筒３１ａは、その外径より若干大き
な直径を有する底板３１ｂ上に載せられ、円筒３１ａの
上には、底板３１ｂと同径の天板３１Ｃが載せられてい
る。こうして構成された遮熱装置３の最内層の外側は、
最内層より若干大きめな、最内層と同様な構成の第２Ｆ
’（３２ａ、３２　ｂ、　　３２　ｃ　）で覆われ、同
様にして第２ＪＲ＋は、第３ＪＲ’（３３ａ、３３　ｂ
、　　３３　Ｃ）で覆われている。そして、これらの各
円筒（３１ａ。

３２ａ、３３ａ）の間隔、各底板（３１ｂ、３２ｂ、３
３ｂ）の間隔、各天板（３１ｃ、３２Ｃ１３３ｃ）の間
隔は、何れも１ｍｍの空隙を有し、しかも、各円筒（３
１ａ、３２ａ、３３ａ）の稜は、各底板（３１ｂ、３２
ｂ、３３ｂ）と各天板（３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ）によ
って蓋されており、熱線が遮熱装置３から外部に洩れな
い構造になっている。

この実施例の構成によれば、真空炉９の内部が真空に排
気され、発熱体１には、加熱電力が注入される。遮熱装
置３の遮熱面、特に最内層の円筒３１ａの内面は、発熱
体１が外側に輻射する熱線を反射し、発熱体１に戻す。

反射されない熱線は円筒３１ａによって吸収され、遮断
される。円筒３１ａは熱線を吸収して加熱し、円筒３１
ａは、その温度に応じた熱線を円筒３】ａの内側に戻す
。なお、遮熱装置３の各遮熱面は、最内層の円筒３］ａ
と同様に熱線を反射して熱線の外部への洩れを遮断する
。

この実施例の構成によれば、発熱体や遮熱装置に使用す
るＣ７０は、軽量かつ比熱が小ざいので、加熱装置の急
速な昇温や冷却が可能になるという効果がある。また、
発熱体１と遮熱装置３が、何れも炭素質で形成されてい
るので、加熱装置は２０００℃以上の高温にも加熱でき
る。そして、　１．５ＫＷの電力を発熱体１に注入する
ことで、発熱体１は１８００℃に昇温した。この時、遮
熱装置３の最内層の円筒３１ａは約１０００℃であり、
最外層の円筒３３ａは５００　’Ｃであった。

次に、第２図を参照して、この発明の第２の実施例につ
いて説明する。第２図は、真空炉９を側面から見た断面
図である。この第２の実施例の構成が第１の実施例の構
成と異なる点は、Ｃ７０からなる遮熱装置３が、第２の
遮熱装置４によって覆われており、この第２の遮熱装置
４は、板厚約０．２ｍｍのステンレス薄板によって３重
の円筒状に形成されている点である。なお、第２の遮熱
装置４の上（天）面と下（底）面は、何れも３重の天板
４ｃと底板４ｂによって覆われている。そして、底板４
ｂには、発熱体Ｊを電極２に接続するための孔２２が開
設されている。

この第２の実施例の構成によれば、第２の遮熱装置４は
、最内層の温度が３００℃程度であり、ステンレスが熱
変形したり劣化することが無い。また、発熱体１は遮熱
装置３と第２の遮熱装置４によって覆われているので、
発熱体１を１８００℃に加熱したときも、第２の遮熱装
置４の外側の温度が７０℃程度、真空炉９の側壁の温度
が５０℃程度であり、作業者が火傷することが無い。さ
らに、発熱体１と遮熱装置３は、炭素質の固有な還元作
用により、ステンレスの表面を還元し、金属固有の光沢
を維持させる効果がある。

次に、第３図を参照して、この発明の第３の実施例につ
いて説明する。第３図は、平板状のＣ／Ｃ薄板を組合せ
て遮熱装置を構成する構造の一部を省略図示した説明図
である。Ｃ／　ＣＮ板３５は、上下の両端部に爪状の突
出部３５ａを有している。そして、これらの突出部３５
ａは、第２の遮熱装置４を形成するステンレス製の最内
層円筒４１に形成されたスリツ）４１ｓに差し込まれ、
結果として、複数のＣ／Ｃ薄板３５が第２の遮熱装置４
の内面に沿って係止され、円周状の遮熱装置３を形成し
ている。

この第３の実施例の構成によれば、単純形状のＣ／Ｃ薄
板３５の組合せによって所望の形状寸法の遮熱装置３を
形成てき、しかも、Ｃ／Ｃ薄板３５と第２の遮熱装置４
は点（線）接触するので、熱伝導による熱損失を低減で
きる効果がある。また、第２の遮熱装置４が熱変形する
場合にも、スリットに差し込まれたＣ／Ｃ薄板３５は柔
軟に幻応できるので破損しない。しかも、遮熱装置３の
Ｃ／Ｃ薄板３５を容易に交換できる。

次に、第４図を参照してこの発明の第４の実施例の構成
について説明する。第４図（Ａ）および（Ｂ）は、この
発明に使用する炭素繊維を含む炭素質材料の他の構成を
示した断面図である。

同図（Ａ）は、炭素質の粘結剤５１に炭素繊維５を埋め
込み、熱処理して形成した遮熱装置を示している。粘結
剤５１としては、フルフリルアルコールとカーボン粉末
のペースト状混合体を用いた。炭素繊維５は、繊維径が
約７ミクロンのＰＡＮ系のものを使用した。なお、熱処
理は、１５０℃で１６時間硬化させに後、真空中で５０
０℃迄加熱した。また、硬化した材料の表面は、磨いて
遮熱面５２とした。

この実施例の構成によれば、複雑な曲面を有する遮熱装
置の遮熱面５２を簡便に形成でき、しかも、縁端から延
びた炭素ｉ＆維５を介して、遮熱装置を図示されぬ支持
部材等に固定できる。

同図（Ｂ）は、Ｃ／Ｃ平板６０片面に金属層６１を形成
した遮熱装置を示している。金属としては、ステンレス
（ＳＵＳ３１６）を用い／こ。

先ず、Ｃ／Ｃ平板６上に板厚０．３ｍｍのステンレス板
を載せ、真空中で１２００℃に昇温した後、冷却した。

その結果、Ｃ／Ｃ板６の片面に密着したステンレスＦ’
６１を形成でき、ステンレス層６１の表面を研磨して光
沢ある遮熱面６２を得た。

この実施例の構成によれば、Ｃ／Ｃ板６の表面は、ミク
ロな凹凸の、いわゆるアンカー効果も生じ、ステンレス
板６１と溶着し、強固な遮熱面６２を形成する。その結
果、熱線を効率よく反射する遮熱装置を提供できる。

以上、この発明のいくつかの実施例について説明したが
、この発明はこれに限られない。例えば、遮熱装置の形
状を多面体形状にすることや、Ｃ／Ｃ板上に形成する金
属層を酸化物層や−１＋− 窒化物層、あるいは、パイロリティックグラファイト層
やアモルファスカーボン層、ダイヤモンド層等にするこ
ともでき、あるいは、これらを多層に積層することもで
きる。

〈発明の効果〉この発明によれば、炭素繊維を含む炭素質材料によって
遮熱装置の遮熱面が形成されるので、高温でも熱線の反
射機能が低下せず、機械的にも安定で、しかも、小型軽
量な遮熱装置を提供できる。

２− １・・・発熱体、３．４・・・遮熱装置、５２．６２・
・・遮熱面

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素繊維を含む炭素質材料によつて遮熱面が形成
されていることを特徴とする遮熱装置。