JPH10170192A - セラミックス製ヒートボックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換面積が大きく、大容量の加熱にも適
し、耐久性に優れ、エネルギーコスト削減に役立つセラ
ミックス製ヒートボックスを提供する。 【解決手段】 セラミックス製のボックス本体１１と蓋
部材１２を用いて形成され、熱流体を流すための少なく
とも１本の通路１３を有し、通路１３の両端に開口１
５，１６を設け、通路１３が途中の少なくとも１カ所で
屈曲しており、通路１３の並び方向の見掛けの長さｂが
通路の横幅ａの２倍以上になっていることを特徴とする
セラミックス製ヒートボックス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックス製
ヒートボックスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】そもそも、ラジアントチューブ等の熱交
換器としては、金属製のものが多く用いられてきた。

【０００３】熱交換効率を高めるには、動作温度を上げ
ることが有効である。動作温度を僅か数度でも上昇させ
れば、エネルギーコストを大幅に低減できる。それゆ
え、様々な分野で、より高温で動作可能であり耐久性に
も優れた熱交換器が切望されている。

【０００４】しかし、従来の金属製の熱交換器は、材料
の耐熱性から１０００℃以上の高温での使用には適して
おらず、熱交換効率及び耐久性の向上には限界があっ
た。

【０００５】そこで、ＳｉＣ製等のセラミックを用いた
ラジアントチューブが提案され、実用化された。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳｉＣ製のラ
ジアントチューブは形状的にはチューブ型（単線型）、
Ｕ型、Ｗ型等に限られており、仕様に合致した最適な形
状のものを得ることが難しかった。これは、ＳｉＣ等の
セラミックが複雑な形状の成形に向いていないからであ
る。

【０００７】また、セラミック製のラジアントチューブ
は強度的な問題もあって、ある程度以上の大容量のラジ
アントチューブを形成することができなかった。

【０００８】このため、ラジアントチューブを多量の溶
融金属や多大な雰囲気用の加熱エレメントとして用いる
場合には、２本以上のチューブを並列的に用いる必要が
あった。

【０００９】しかし、その場合、燃料系や排気系も２セ
ット以上設ける必要があり、繁雑となるばかりか機動性
も低下してしまう。

【００１０】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、熱交換面積が大きく、大容量の加熱にも適し、耐
久性に優れ、エネルギーコスト削減に役立つセラミック
ス製ヒートボックスを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願第１発明は、セラミ
ックス製のボックス本体（１１）と蓋部材（１２）を用
いてボックス状に形成し、熱流体を流すための少なくと
も１本の通路（１３）を有し、通路（１３）が途中の少
なくとも１カ所で屈曲しており、屈曲した通路（１３）
が並列的に配置されていて、通路（１３）の並列方向の
見掛けの長さ（ｂ）が通路の横幅（ａ）の２倍以上にな
っていることを特徴とするセラミックス製ヒートボック
スを要旨としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のセラミックス製ヒートボ
ックスは、セラミックス製のボックス本体と蓋部材を用
いてボックス状に形成され、熱流体を流すための少なく
とも１本の通路を有し、通路は途中の少なくとも１カ所
で屈曲しており、屈曲した通路が並列的に配置されてい
る。

【００１３】そして、通路の並列方向の見掛けの長さ
は、通路の横幅の２倍以上となっている。この値は、好
ましくは２倍以上とする。

【００１４】このような形状で通路を形成することによ
って、通路断面に対して通路の実質的な長さを伸ばすこ
とができ、被加熱媒体との実質的な接触面積を増大し
て、熱交換を効率的に行うことができる。

【００１５】また、ボックス状に形成されるため、成形
性を向上することができる。

【００１６】屈曲した通路は、好ましくは邪魔板（仕切
板）をケーシング内に配置することによって形成でき
る。

【００１７】ケーシング、邪魔板、蓋部材は、好ましく
は自焼結ＳｉＣ、反応焼結ＳｉＣ、窒化珪素結合ＳｉＣ
または、Ｓｉを含浸したＳｉＣのいずれかを用いて形成
できる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１はセラミック製ヒートボックス１０を示す断
面図である。図２と図３は、ボックス本体及び蓋部材を
示す図である。

【００１９】セラミックス製ヒートボックス１０は、セ
ラミックス製のボックス本体１１と蓋部材１２を用いて
形成される。ヒートボックス１０は、全体的に６面体形
状をしている。ボックス本体１１の外壁の肉厚は、伝熱
性を確保するため２０ｍｍ以下になっている。

【００２０】ヒートボックス１０は両端に開口１５，１
６を有する少なくとも１本の通路１３を有し、図１の矢
印で示すようにその中に加熱流体を流すことができる構
成になっている。通路１３は途中の３ヶ所で屈曲してお
り、屈曲した通路１３が並列的に配置されている。

【００２１】ボックス本体１１は上面が開いた箱型にな
っていて、内側に３枚の邪魔板（仕切板）１４を有して
いる。邪魔板１４はボックス外壁と一体的に形成しても
良いし、別体で形成して箱体内側に設けた溝を利用して
取り付けても良い。邪魔板１４は、吊り下げ構造にして
も良い。邪魔板１４は、ボックスの底部寄りが幾分か厚
肉になっている。

【００２２】邪魔板１４は例えば上端の肉厚が２０ｍ
ｍ、下端の肉厚が３０ｍｍである。また、箱体の肉厚
は、例えば２０ｍｍである。

【００２３】ボックス本体１１の上面を示す図２（Ａ）
において、通路の並列方向の見掛けの長さｂは、通路の
横幅ａの２倍以上となっている。この値は、好ましくは
４倍以上とする。このような形状にすることにより、熱
交換面積を増大することができる。

【００２４】通路の横幅ａは、例えば１５０ｍｍであ
る。また、通路の並列方向の見掛けの長さｂは、例えば
５００ｍｍである。

【００２５】また、図２（Ｂ）に示すボックス本体１１
の高さｄは、通路１３の代表幅ｃの約３倍以上（又は横
幅ａの３倍以上）にすることが好ましい。このような形
状にすることによって、通路断面に対する通路長さをよ
り大きくし、熱交換面積をさらに増大することが可能で
ある。

【００２６】この実施例では、通路の幅は一定でなく底
部近くで狭くなっており便宜上開口の幅ｃを通路の代表
幅ｃとした。代表幅ｃは、例えば１１０ｍｍである。ま
た、ボックス本体１１の高さｄは、例えば１０００ｍｍ
である。

【００２７】通路１３の屈曲部では通路幅が広めになっ
ており、屈曲部における邪魔板と箱体（蓋部材）の間の
距離は１５０ｍｍである。

【００２８】ボックス本体１１の内外面の角部は適宜丸
く形成され、例えばＲ１０になっている。

【００２９】図３（Ａ），（Ｂ）に示されているよう
に、蓋部材１２は開口１２ａを２個有し、通路１３に連
通させて供給側配管１７と排気側配管１８を設定できる
ようになっている。

【００３０】蓋部材１２とボックス本体１１は例えば金
属製金具によって固定し、両者の間には、適宜セラミッ
クファイバー製パッキンを配置する。

【００３１】ボックス本体１１、邪魔板１４、蓋部材１
２は、自焼結ＳｉＣ、反応焼結ＳｉＣ、窒化珪素結合Ｓ
ｉＣのいずれかで形成される。もちろん、ヒートボック
スの用途に応じて、その他のセラミックス材料も使用可
能である。

【００３２】これらの部材の成形は、その形状によって
泥漿鋳込み、プレス成形のどちらでも適当な方を選択し
て行う。いずれにせよ、ボックス本体１１の全体的な形
状が箱型であるため、成形は容易である。

【００３３】次に、図４、図５を参照して、本発明の変
形例を説明する。

【００３４】図４の変形例は、通路２３を隣接して２本
設けた構成になっている。通路２３はそれぞれ入口２７
と出口２８を１個づつ有し、２組の入口と出口が並列配
置されている。入口と出口は互い違いに配置しても良
い。図４の変形例は、熱交換器としても使用可能であ
る。

【００３５】図５の変形例では、１本の通路３３が５カ
所で屈曲し、３カ所目で折り返す構成になっている。従
って、通路３３の入口３７と出口３８は、隣り合ってい
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明のセラミックス製ヒートボックス
は、熱交換面積が大きく、大容量の加熱にも適し、耐久
性に優れ、エネルギーコストを削減することが可能であ
る。

【００３７】また、通路を様々な形状で配置できるた
め、仕様に合わせた自在な設計が可能である。

【００３８】また、熱交換面積が大きいわりに成形が容
易であり、高強度である。それゆえ、耐用寿命を延ばす
ことができる。

【００３９】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、前述の実施例において通路の直線部を適当
に湾曲させることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックス製ヒートボックスの実施
例を示す断面図。

【図２】（Ａ）は図１のボックス本体を示す上面図、
（Ｂ）は通路の並列方向に沿った断面図、（Ｃ）は側面
図。

【図３】（Ａ）は図１の蓋部材の上面図、（Ｂ）は断面
図。

【図４】本発明の変形例を示す図。

【図５】本発明の別の変形例を示す図。

【符号の説明】

１０ セラミックス製ヒートボックス １１，２１，３１ ボックス本体 １２ 蓋部材 １３，２３，３３ 通路 １４ 邪魔板 １５，１６ 開口 ２７，３７ 入口 ２８，３８ 出口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス製のボックス本体（１１）
   と蓋部材（１２）を用いてボックス状に形成し、熱流体
   を流すための少なくとも１本の通路（１３）を有し、通
   路（１３）が途中の少なくとも１カ所で屈曲しており、
   屈曲した通路（１３）が並列的に配置されていて、通路
   （１３）の並列方向の見掛けの長さ（ｂ）が通路の横幅
   （ａ）の２倍以上になっていることを特徴とするセラミ
   ックス製ヒートボックス。
2. 【請求項２】 少なくとも１枚の邪魔板（１４）をケー
   シング内に配置することによって、通路を屈曲させたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のセラミックス製ヒート
   ボックス。
3. 【請求項３】 ボックス本体（１１）、邪魔板（１
   ４）、蓋部材（１２）を自焼結ＳｉＣ、反応焼結Ｓｉ
   Ｃ、窒化珪素結合ＳｉＣのいずれかで形成したことを特
   徴とする請求項１に記載のセラミックス製ヒートボック
   ス。