JPH0454225Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は炉体中心を貫通する通電加熱式の炉心
管を具え、該炉心管内に挿入した被処理材を静置
状態で加熱処理するための高温加熱炉に関するも
のである。

（従来の技術） 従来、セラミツクスウイスカー等を気相反応に
よつて処理原料中で結晶成長させるためには、被
処理原料を1000℃乃至3000℃の高温の雰囲気ガス
中で静置状態にて処理することが出来る通電加熱
式の炉心管を具えた高温加熱炉が多用されてい
る。

（考案が解決しようとする問題） しかして、従来のこの種の通電加熱式炉心管を
具備した加熱炉においては、特開昭59−88921号
公報に見られるような横型炉形式のもと、特開昭
61−134582号公報に見られるような竪型炉形式の
ものとがあるが、いずれの場合も通常、炉心管を
１本の炭素質乃至黒鉛質製円筒発熱体によつて構
成し、その周囲を断熱材で囲み、更に外周を炉殻
にて覆うような構造になつているので、炉内温度
分布は炉構造、特に炉心管を構成する炭素質乃至
黒鉛質製の円筒発熱体の材質や断面寸法等によつ
てほぼ定まつてしまうために、炉心管内の温度分
布の調節をきめ細かく行なうことは殆ど不可能に
近かつた。

このような欠点を改善するために、例えば特公
昭62−54887号公報に見られるように炉心管自体
を発熱体とせずに、炉心管の周囲に複数個の発熱
体を配設し各発熱体の出力を調節することによつ
て炉心管内の温度分布を適宜調節する方法が提案
されているが、この方法は装置が複雑化すると共
に炉心管そのものを発熱体として使用しないため
に熱効率の点で問題がある。

本考案は通電加熱式炉心管を使用した高温加熱
炉における上記した問題点を改善し、その被処理
材の焼成目的に応じて、適切且つ容易に炉心管内
の温度分布を調節することが出来るような加熱炉
を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本考案は炉体中心部にそれを貫通するように通
電加熱式の炉心管を設けて、該炉心管内に挿入さ
れた被処理材を加熱処理し得るようにした加熱炉
であつて、該炉心管が複数個の炭素質乃至黒鉛質
製の円筒発熱体によつて構成され、かつ各円筒発
熱体の隣接部を炭素質乃至黒鉛質製のニツプルに
よつて接続したことを特徴とする高温加熱炉であ
る。

即ち、本考案は通電発熱体としての炭素質乃至
黒鉛質材料がその断面寸法の変化により、また炭
材の焼成度に応じて、炭素質のものから準黒鉛質
を経て黒鉛質のものに至るまで微妙にその発熱特
性が変わることを利用し、炉心管を構成する円筒
発熱体を炭素質乃至黒鉛質製の一本物の円筒体で
構成せずに複数個の円筒体に分割し、各円筒発熱
体を炭素質乃至黒鉛質材によつて作られたニツプ
ルによつて繋ぎ合わせて炉心管を構成し、各円筒
発熱体およびニツプルの材質や寸法を適宜変える
ことによつて、炉心管内温度分布を所望の温度プ
ロフイールが得られるようにしたものである。

従つて本考案において円筒発熱体及びニツプル
に使用される材料としては炭材を適宜の粘結材と
混合し、成形後焼成して得られた炭素質のものか
ら、これを更に高温で処理することによつて黒鉛
化して得られた準黒鉛質または黒鉛質材料に至る
までの通電発熱材の一切を指すものであることは
言うまでもない。

本考案は竪型炉または横型炉等その形式を問わ
ず適用することができるが、横型高温加熱炉に適
用した場合を例にとつて本考案の概要を図面に基
づいて説明する。

第１図は同一材質、同一断面寸法を有する２個
の円筒発熱体によつて構成した炉心管を設けた横
型加熱炉の縦断面概念図を示したものであつて、
図において１は横型炉の鋼製炉殻である。２は断
熱材層であつて、本例においてはその内層を炭素
質耐火物とし、外層をシリカ−アルミナ系のフア
イバー状断熱材としたが、断熱層の構成はこれに
限るものでなく、被処理材の加熱処理温度に応じ
適宜の断熱材が選択される。３は炉体中心部を貫
通する炉心管であつて、本例においては炉心管３
は２個の黒鉛質円筒発熱体３ａ、３ｂを炉の中央
部において突き合わせるように構成されている。

４は黒鉛質材料製のニツプルであつて、炉心管
３を構成する２個の円筒発熱体３ａおよび３ｂの
突き合わせ箇所を覆うようにしてネジ込み、また
は擦り合わせにすることによつて両者を電気的に
連結し、接続部Ａを形成する。なお擦り合わせの
場合には、相互の擦り合わせ面にカーボンセメン
トなどの高温用耐熱導電性接着材を施せば一層効
果的である。

また炉心管３を形成する円筒発熱体３ａ，３ｂ
およびニツプル４の構成材として黒鉛質のものを
使用する代わりに無煙炭素等の炭素質のものや準
黒鉛化質のものを使用することも出来、それぞれ
の材質や断面寸法を変えることによつて、通電加
熱に際しての炉心管内の温度分布を任意に変化さ
せることが出来る。

５，５′は炉心管３の両端部に設けられた通電
端子である。通電端子５，５′は水冷ジヤツケツ
ト等のホルダーを介して取り付けることが電源保
護の見地から望ましい。

６，６′は炉心管３の炉外部分の加熱を防止す
るために炉心管３の炉殻貫通両端部において施さ
れた水冷装置、７，７′は炉心管３を炉殻１と電
気的に絶縁するための絶縁材である。

８，８′は炉心管３の両端末を密封するための
蓋体であつて、炉心管内部を観察、または放射温
度計等によつて測温し得るように覗き窓形式いな
つている。９は炉心管内に反応性ガスまたは不活
性ガス等の雰囲気調整用ガスを導入するための送
気孔、１０はその排気孔である。１１は被処理試
料であつて、図示の如く磁性ボート等の適宜の耐
熱容器に入れるか、または試料自体を直接炉心管
３内の適切な箇所に挿入し、加熱処理を行なう。

以上、本例ではバツチ式横型高温加熱炉につい
て示したが、特開昭58−502096号公報に示される
ような連続式高温加熱炉に適用し得るものであ
り、また竪型炉形式の高温加熱炉にも適用し得る
ものであることは云うまでもない。

（作用） 第１図において例示した本考案の加熱炉は、通
電加熱式の炉心管３を２本の同一材質でかつ同一
断面寸法を有する黒鉛質円筒発熱体３ａ，３ｂに
よつて形成し、各円筒発熱体３ａ，３ｂの突き合
わせ部分を黒鉛質ニツプル４によつて連結し接続
部Ａを形成している。従つてニツプルの長さを適
宜に採ることによつて通電時に接続部Ａの電気抵
抗を任意に調節することが出来る。例えば、従来
の１本物の黒鉛質円筒発熱体にて構成した炉心管
を使用した加熱炉の場合には炉心管内の温度分布
は炉心管中央部において最高温度が得られ、最高
温度域の範囲は極めて狭いものであるのに対し、
例示の本考案の加熱炉においてはニツプル４の長
さを長くして接続部Ａの巾を広く採ることによつ
てこの部分の電気抵抗を減少させることが出来る
ので、接続部Ａ、即ち炉心管中央部付近内の発熱
量が減少し高温均熱帯の巾を広げることが可能と
なる。

また上記の例は左右の円筒発熱体を同一材質に
よつて構成した場合の例を示したものであるが、
左右お円筒発熱体の材質を変え、例えば右側の円
筒発熱体３ａの材質に無煙炭質のものを使用し、
左側の円筒発熱体３ｂの材質に準黒鉛質のものを
使用するなどして右側の円筒発熱体３ａの電気比
抵抗を左側の円筒発熱体３ｂのそれより高くする
ときは、炉心管内の最高温度域は中央より右側に
移り、温度勾配も左側がなだらかで右側がシヤー
プなプロフイールとすることも出来る。

また第２図は本考案におけるの炉心管の他の構
成を示すものを例示した要部縦断面図であるが、
この例示においては炉心管１３を構成する２個の
円筒発熱体１３ａと１３ｂとを間隙をおいて設置
し、この間隙を含めて両円筒発熱体をニツプル１
４にて連結したものであつて、この例示において
両円筒発熱体及び１３ａ，１３ｂ及びニツプル１
４を全て黒鉛質の如き同一材質にて構成しても炉
心管中央における高温均熱帯域の巾を相当程度広
げることが出来るが、例えば円筒発熱体１３ａ，
１３ｂの材質を無煙炭質にて、またニツプル１４
をより電気比抵抗の小さい黒鉛質にて形成し、且
つニツプル１４の断面寸法を円筒発熱体１３ａ，
１３ｂのそれより小さく採るようにすれば、一層
巾広い高温均熱帯域を形成させることが出来る。
以上は炉心管を２個の炭素質円筒体によつて構成
したものについて示したが、円筒発熱体の数は２
個に限るものでなく、例えば第３図にその要部縦
断面を示す如く、３個あるいはそれ以上の個数の
円筒発熱体を使用して各円筒発熱体をニツプルに
よつて連結し、それぞれの材質、断面寸法を変え
ることによつて炉心管に種々異なる温度プロフイ
ールを与えることが可能である。

第３図は、同一断面寸法の３個の円筒発熱体２
３ａ，２３ｂ，２３ｃを２個のニツプル２４，２
４′を使用して連結することによつて構成した炉
心管２３であつて、この例示において全ての円筒
発熱体の材質を同一材質にいた場合においてもニ
ツプルの材質、断面寸法を接続部２Ａ，２A′の
電気抵抗が大きくなるように形成すれば、より広
い高温均熱帯が得られ、逆に電気抵抗が小さくな
るようにすればシヤープな高温域を得ることが出
来るし、また更に一方の接続部と他の接続部との
電気抵抗比を変えることによつて、一方の温度勾
配がシヤープで、他方の温度勾配がなだらかな温
度プロフイールを得ることも出来る。

勿論本例においても、ニツプルとともに各円筒
発熱体の材質並びに断面寸法に変化させることに
よつてより多様性のある温度プロフイールを持つ
た高温加熱炉を設計製作し得るものであることは
云うまでもない。

第４図は３個の円筒発熱体３３ａ，３３ｂ，３
３ｃを用いて、これらを２個のニツプル３４，３
４′によつて連結して炉心管３３を構成したもの
の他の実施態様を示すものの例示である。

本例においては、中央の円筒発熱体３３ｃの断
面寸法を他の２個の円筒発熱体３３ａおよび３３
ｂに比べて小さくしてある。このように、部分的
に円筒発熱体の断面寸法を小さくとることによつ
て特にそれぞれの円筒発熱体の材質を変えること
なく、この部分の電気抵抗を大きくしてシヤープ
な温度勾配を持つた狭い均熱帯域の温度分布を有
するものとすることが出来る。またこの逆に中央
の円筒発熱体３３ｃの断面寸法を他の２個の円筒
発熱体の寸法よりも大きくすれば、均熱帯の広い
温度分布のものを得ることが出来る。

以上述べた様に本考案の高温加熱炉においては
炉心管は複数個の炭素質乃至黒鉛質製の円筒発熱
体とこれらを連結する炭素質乃至黒鉛質製のニツ
プルとによつて構成されており、これら各円筒発
熱体の材質や断面寸法、ニツプルの材質や断面寸
法、長さ等を適切に選定することによつて、炉心
管各部の電気抵抗値を所望の設計値にほぼ一致さ
せて、希望する温度プロフイールを有する高温加
熱炉を容易に製作することが出来るので極めて効
果的である。

（実施例） 直径780mm、1260mmの円筒形の鋼製炉殻を有す
る横型炉の炉体中心に外径102mm、内径76mm、長
さ1000mmの２個の黒鉛質製の円筒発熱体を外径
142mm、内径102mm、長さ300mmの黒鉛製ニツプル
によつてその突き合わせ部を覆うようにして、擦
り合わせ接触面にカーボンセメントを施して密着
連結して構成した炉心管を貫通させ、炉心管と炉
殻間の空間に断熱層としてカーボンブラツク粉末
を充填して断熱層を形成させて第１図に示すよう
な横形高温加熱炉を作成しこれに通電昇温させ
た。

炉心管中央部における外壁表面温度（熱電対に
て測定）を1700℃の所望温度に保持するために必
要な電流は1290Aであり、このときの炉電圧（通
電端子間の電圧）は6.31V、また所要電力は
8.1KWであつた。

また炉内の温度分布を測定したところ、第５図
の炉内等温線図で示したように炉内における1500
℃以上の高温帯域は炉心管の中央を中心に約50cm
以上あつた。

（比較例） 外径102mm、内径76mm、長さ2000mmの黒鉛質製
の円筒発熱体からなる一本物の炉心管を使用し
て、実施例と同様の横型高温加熱炉を作成し、実
施例と同様の昇温試験を実施したところ、炉心管
中央の外壁表面温度を1700℃に保持するために必
要な電流は1250Aであつたが、この時の炉電圧は
6.55V、また所要電力は8.2KWであつた。

また第６図の炉内等温線図が示すように炉内に
おける1500℃以上の高温帯域はわずかに30cm足ら
ずであつた。

（考案の効果） 本考案は上記したように通電加熱式の炉心管を
有する加熱炉において、炉心管を構成する炭素質
乃至黒鉛質製の円筒発熱体を１本物で構成するこ
となく、複数個の円筒発熱体を使用し、その接続
部を炭素質乃至黒鉛質製のニツプルによつて連結
して構成したのものであり、このように構成する
ことによつて次に示すような効果が得られる。

１ 炉心管内の高温帯域を１本物炉心管に比べ広
くすることができる。

２ 炉心管を構成する複数個の円筒発熱体やニツ
プルの材質、断面寸法等を変化させることによ
つて炉内温度分布を任意に変えることが出来
る。

３ 炉心管を構成する円筒発熱体が分割的であつ
て、寸法が小さいので加工が容易で精度を高く
することが出来る。

４ 炉心管（円筒発熱体）の交換が部分的に行な
い得るので経済的である。

５ 炉心管（円筒発熱体）が分割的であるのでそ
の清掃や酸化防止剤の塗布も容易に行ない得
る。

６ 大型炉の場合には炉心管の組立てや分解を炉
内で行ない得るので大型炉心管の設置および撤
去作業が容易に行ない得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は横型加熱炉において２個の円筒発熱体
を使用して炉心管を構成した本考案の高温加熱炉
の要部縦断面概念図である。第２図は２個の円筒
発熱体によつて構成された本考案における炉心管
の他の実施態様を示すものの要部縦断面図、第３
図は３個の円筒発熱体によつて構成された本考案
における炉心管の１実施態様を示すものの、また
第４図は他の実施態様を示すものの要部縦断面図
である。第５図は実施例における、また第６図は
比較例における炉内等温線図である。 １……鋼製炉殻、２……断熱層、３，１３，２
３，３３……炉心管、３ａ，３ｂ，１３ａ，１３
ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，
３３ｃ……円筒発熱体、４，１４，２４，３４…
…ニツプル、５，５′……通電端子、６，６′……
水冷装置、７，７′……絶縁材、８，８′……蓋
体、９……送気孔、１０……排気孔、１１……被
処理試料、Ａ，１Ａ，２Ａ，２A′……接続部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 炉体中心部にそれを貫通するように通電加熱
   式の炉心管を設けて、該炉心管内に挿入された
   被処理材を加熱処理し得るようにした加熱炉で
   あつて、該炉心管が複数個の炭素質乃至黒鉛質
   製の円筒発熱体によつて構成され、かつ各円筒
   発熱体の隣接部を炭素質乃至黒鉛質製のニツプ
   ルによつて接続したことを特徴とする高温加熱
   炉。 ２ 加熱炉が竪型式である請求項１記載の高温加
   熱炉。 ３ 加熱炉が横型式である請求項１記載の高温加
   熱炉。