JPH07117340B2 - 高温炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は被熱物を高温に加熱する為に用いられる高温
炉に関するものである。

（従来の技術） 従来より高温炉の内部にファンを備えさせると共に、炉
外にはファン駆動用の原動機を備えさせ、ファンと原動
機とは回転用シャフトで連結して、上記ファンを回転さ
せるようにしてある高温炉は知られている（特開昭57−
143425号公報参照）。しかし炉内が1000℃近くの高温に
なると、ファンにおける必要強度が低減する。この為上
記構成のファンは回転数を1/2〜1/4に減じて、これに対
応している。

しかし最近の高温炉においては、2000℃近い高温処理が
要求される。例えばセラミックの焼結等を行う為には、
炉内温度2000℃を越える炉が使用されている。そしてそ
のような炉においては、炉内温度の均熱化や炉内での発
生ガス或いはセラミック自体から発生するガスを拡散す
る為に、従来のような低速回転ではなく、強力な回転力
を発揮する炉内用ファンが要求されている。その炉内フ
ァンとしては、炉内温度が極めて高い為、通常カーボ
ン、SiC、Si₃N₄或いはそれらの複合材料等のセラミック
ファンを用いなければならない。

上記のような炉は上記の如く極めて高温度になる為、そ
の熱がファンを回転させる為のシャフトを伝い、その熱
伝導によって炉外に伝わり、シャフトにおける炉外の各
種機材部分を極めて高温にする問題点がある。このよう
に炉外のシャフトが高温度になると、例えばそのシャフ
トを支える為に炉外に設けられている軸受が異常加熱し
てしまう問題点がある。なお上記問題を解決すべく、シ
ャフトの径を細くして熱伝導を小さくすることも考えら
れたがそのようにするとシャフトの強度が低下してしま
う問題点があった。またシャフトを炉壁近辺で水冷する
ことも考えられるが、水冷すると、炉内の温度を局部的
に低温化させ、製品に悪影響をもたらす問題点が生じ
る。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は上記従来の問題点を除き、上記シャフトの強
度を高く保持し、かつ上記シャフトにおいて高温炉内に
熱的悪影響を与えることなくして、炉外に位置する機材
に対し、炉の高温度影響を大きく低下させることができ
るようにした高温炉を提供しようとするものである。

本願発明の構成は次の通りである。

（問題点を解決する為の手段） 本願発明の高温炉は、ジャケットの内部に備えさせてあ
る高温炉の内部には、インペラーにセラミックを用いて
いる高温炉用ファンを備えさせると共に、ジャケットの
外にはファン駆動用の原動機を備えさせ、ファンと原動
機とは回転用シャフトで連結して、上記ファンを回転さ
せるようにしてある高温炉において、高温炉の外にあっ
ては、上記ファンと原動機とを連結するシャフトの周囲
に、シャフトのファン側と原動機側との間に大きな温度
差を生じさせる為の軸線方向に大きな空間をもつ温度勾
配ゾーンを設けると共に、そこのシャフトは伝熱抵抗を
大きくする為に中空状に形成してある。また ジャケットの内部に備えさせてある高温炉の内部には、
インペラーにセラミックを用いている高温炉用ファンを
備えさせると共に、ジャケットの外にはファン駆動用の
原動機を備えさせ、ファンと原動機とは回転用シャフト
で連結して、上記ファンを回転させるようにしてある高
温炉において、高温炉の外にあっては、上記ファンと原
動機とを連結するシャフトの周囲に、シャフトのファン
側と原動機側との間に大きな温度差を生じさせる為の軸
線方向に大きな空間をもつ温度勾配ゾーンを設けると共
に、上記のシャフトの一部は熱伝導率が低い材質でもっ
て放熱面積が大きくなるように中空状に形成してある。

（作用） 原動機の作動により回転用シャフトを介して高温炉用フ
ァンが回転し、炉内温度の均熱化或いは炉内で発生する
ガスの拡散が行われる。又その状態において炉内の高熱
が上記シャフトを介してジャケットの外に伝わるが、上
記シャフトはファン側と原動機側との間に大きな温度差
を生じさせる為の軸線方向に大きな空間をもつ温度勾配
ゾーンに配置され、かつ中空状に形成してある為、高温
炉から離れるにしたがってシャフトの温度が大幅に低減
する。

（実施例） 以下本願の実施例を示す図面について説明する。１はジ
ャケットで、例えば水冷構造にされる。２はジャケット
１の内部に備えられた高温炉を示し、断熱材でもって形
成されている。３はヒータ、４は高温炉２内に回動自在
に備えられた高温炉用ファンを示す。５は被熱物を示
す。６は原動機として例示するモータで、取付枠７を介
してジャケット１に連結してある。８は回転用シャフト
を示し、その一端は炉内のファン４に、他端は接続具９
を介してモータ６の回転軸に夫々連結してある。またジ
ャケット１内にあって、第１図の高温炉２の炉壁のモー
タ６側には、シャフト８のファン側と原動機側との間に
大きな温度差を生じさせる為の軸線方向に大きな空間を
もつ温度勾配ゾーンが形成されている。上記シャフト８
はファン４に連なるファン側シャフト10とモータ６に連
なる継シャフト11とを接続具12で接続して構成してあ
る。なお上記ファン４はそのインペラーをグラファイト
等のセラミックで形成されている。又シャフト８は例え
ば外径40mm、長さ800mmに形成してあり、その内ファン
側シャフト10はグラファイトで形成され、継シャフト11
は耐熱鋼やSUS304等のステンレスのように強度的に強く
かつ熱伝導率の低い材料でもって中空に（外径40mm、内
径20mm）形成してある。13はジャケット１に備えられた
軸受で、回転用シャフト８の中間部を支える為に設けら
れたものである。

上記構成のものにあっては、ヒータ３を発熱させること
により被熱物５が加熱される。又これと同時にモータ６
によりシャフト８を介してファン４を回転させることに
より、高温炉２内の温度の均熱化を図ると共に、炉内で
発生するガスの均一な拡散を行うことができる。

尚上記の場合、上記構成にあっては強度の高い継シャフ
トを用いてある為、モータの回転数を上げてファンを高
速回転させることができる。

上記の状態においては、シャフト８においてファン４に
連結されている部分は高温炉２内の高熱によって高温化
する。その熱はシャフト８を通して炉外へ伝わる。この
場合、シャフト８の周囲には軸線方向に大きな空間をも
つ温度勾配ゾーンがあって冷却され、またシャフト10,1
1が上記のような材料で形成されている為、シャフト８
の各部における温度分布は（イ）のような状態となり、
高温炉の炉壁近くではあまり降温しないが、軸受13の部
分における温度は200℃以下の低い温度となる。なお上
記軸受13は300℃程度以下にすることが好ましく、又そ
こにおいて用いるグリスを考慮すれば200℃程度以下に
することが好ましい。これに対し上記構成のものは、そ
の要件を充分に満たすことができている。なお因に上記
継シャフト11を上記と同様の材料の無垢材で形成した場
合には、温度分布は（ロ）のようになり、又シャフト８
の全長を無垢のセラミック材で形成した場合には温度分
布は（ハ）のような状態となり、何れも軸受13の部分に
おける温度が極めて高温となってしまう。これに対し上
記構成のものは、上述のように軸受13の部分の温度を充
分に低くすることのできる効果がある。

次に上記回転用シャフト８はその全長をセラミックの中
空材（例えば外径40mm、内径20mm）で形成しても良い。
そのようにシャフト８を形成した場合には、温度分布は
（ニ）に示されるようになる。この例においても、図か
ら明らかな如くシャフト８における炉外の部分の温度を
充分低くすることができて、軸受13の部分の温度を前記
条件に適合させることができる。

次に前記第１図の構成においては、継シャフト11のみな
らずファン側シャフト10をも上記のような材料で中空に
形成しても良い。

又上記のようにシャフト８を中空にした場合には、その
中空軸を利用してモータ側からN₂ガス等の雰囲気ガスを
軸受部分を通過させる状態でジャケット１内に向けて送
り込むことにより、軸受温度を下げることができる。更
に軸受温度を下げる為には取付枠７を密閉構造にし、こ
こに冷却用雰囲気ガスを注入し、軸受13を通してジャケ
ット１内に送る手段をとることもできる。

さらにまた、モータ６を覆うカバーをジャケット１又は
取付枠７に密閉構造にして取付けることもできるし、モ
ータ６をジャケット１内に取付けることもできる。この
ような構造にすれば、例えモータ６に構造上隙間があっ
ても、あるいはモータ６の取付上隙間が生じても外気と
のシール性が保たれるので、高温炉内は必要な炉内雰囲
気を維持することが可能となる。

（発明の効果） 以上のように本発明にあっては、高温炉２の内部には、
インペラーにセラミックを用いている高温炉用ファン４
を備えさせると共に、そのファン４には、ジャケット１
の外にある原動機６に連らなっている回転用シャフト８
の一端が連結してあるから、高温炉２内でファン４を回
すことができ、炉内温度の均熱化、或は炉内で発生する
ガスの拡散の用に供することができる。

その上本発明にあっては、高温炉２内のファン４とジャ
ケット１の外に配置される原動機６とを連結するシャフ
ト８がファン側と原動機側との間に大きな温度差を生じ
させる為の軸線方向に大きな空間をもつ温度勾配ゾーン
に配置され、しかもシャフト８を中空にすることによっ
て断面係数をあまり低下させることなく（強度低下をも
たらすことなく）シャフト８の伝熱量を減少させてある
から、炉内の高熱を受けて高温炉の側が高温化している
シャフト８の温度は、温度炉２から離れるに伴ってその
温度を大幅に低減させることができ、その結果として、
ファン４と原動機６との間に軸受13を設けてもその軸受
13をシャフト８を介して異常加熱させる恐れは少なく、
極めて安全な長時間運転を可能にする特長がある。

さらに本願発明にあっては、高温炉２内のファン４とジ
ャケット１の外に配置される原動機６とを連結するシャ
フト８は、上記のように軸線方向に大きな空間をもつ温
度勾配ゾーンで冷却されるから、炉内の局部的低温化を
もたらす恐れ少なく、それによる炉内の悪影響を招く心
配もなく、製品に良品質の熱処理を施し得る効果もあ
る。

その上本発明において、高温炉２内のファン４とジャケ
ット１の外に配置される原動機６とを連結するシャフト
８の途中を熱伝導率の低い材質を用いて中空状にしたシ
ャフト11で接続する場合は、充分な強度が得られること
を前提として上記の効果をより多く期待することのでき
る効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は高温炉の縦
断面を略示すると共に回転用シャフトの温度分布を併記
した図。 ２……高温炉、４……高温炉用ファン、８……回転用シ
ャフト、11……継シャフト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ジャケットの内部に備えさせてある高温炉
   の内部には、インペラーにセラミックを用いている高温
   炉用ファンを備えさせると共に、ジャケットの外にはフ
   ァン駆動用の原動機を備えさせ、ファンと原動機とは回
   転用シャフトで連結して、上記ファンを回転させるよう
   にしてある高温炉において、高温炉の外にあっては、上
   記ファンと原動機とを連結するシャフトの周囲に、シャ
   フトのファン側と原動機側との間に大きな温度差を生じ
   させる為の軸線方向に大きな空間をもつ温度勾配ゾーン
   を設けると共に、そこのシャフトは伝熱抵抗を大きくす
   る為に、中空状に形成してあることを特徴とする高温
   炉。
2. 【請求項２】ジャケットの内部に備えさせてある高温炉
   の内部には、インペラーにセラミックを用いている高温
   炉用ファンを備えさせると共に、ジャケットの外にはフ
   ァン駆動用の原動機を備えさせ、ファンと原動機とは回
   転用シャフトで連結して、上記ファンを回転させるよう
   にしてある高温炉において、高温炉の外にあっては、上
   記ファンと原動機とを連結するシャフトの周囲に、シャ
   フトのファン側と原動機側との間に大きな温度差を生じ
   させる為の軸線方向に大きな空間をもつ温度勾配ゾーン
   を設けると共に、上記のシャフトの一部は熱伝導率が低
   い材質でもって放熱面積が大きくなるように中空状に形
   成してあることを特徴とする高温炉。