熱処理炉の熱効率改善方法及び熱処理炉
【課題】排気口から排出されるガスの顕熱を排気口内で輻射熱に変えて炉内に入れることにより、排気口から流出する熱を減少させる熱処理炉の熱効率改善方法及び熱処理炉を提供する。
【解決手段】加熱されたガスを排気口１２から外に排出する熱処理炉１０の熱効率改善方法において、排気口１２の入口側に、排気口１２を通過するガスの流れに沿って板状の耐熱性部材１３、１４を配置した。
【解決手段】加熱されたガスを排気口１２から外に排出する熱処理炉１０の熱効率改善方法において、排気口１２の入口側に、排気口１２を通過するガスの流れに沿って板状の耐熱性部材１３、１４を配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱されたガスが排気口を通過して炉内から炉外に排出される熱処理炉の熱効率改善方法及び熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃焼式加熱炉あるいは雰囲気制御加熱炉等の熱処理炉における最も顕著な熱損失は、熱処理炉の排気口を通過して炉内から炉外に排出される加熱されたガスが持ち出す熱損失である。そこで、Ｓｉ−Ｃ系繊維で形成した通気性部材（例えば、３次元編み物、不織布の積層体）を熱処理炉の排気口の炉内側の入口に排気口を覆うように取付けて（例えば、炉壁に耐熱性のセラミック接着剤を用いて貼り付けて）、通気性部材で炉内から排気口内に流入する加熱されたガスの熱を濾し取って自らは加熱され（熱フィルタ作用）、加熱された通気性部材から放出される輻射熱を炉内に入れること（熱レフレクタ作用）により、加熱されたガスの顕熱を排気口内で回収し炉内に戻すことが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３２５７５８号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１３６８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排気口を覆うように通気性部材を取付けると、加熱されたガスの炉内から排気口内への流入が妨げられ、炉内におけるガスの流れが変化したり、炉内圧力が上昇したりして、熱処理効果が変化するという問題が生じる。また、通気性部材がＳｉ−Ｃ系繊維で形成されているため、炉内が酸化性雰囲気であると通気性部材を形成しているＳｉ−Ｃ系繊維が徐々に酸化されて、通気性部材の有する熱フィルタ作用及び熱レフレクタ作用が低下すると共に、炉内で高速流転するガスによる機械的衝撃や磨耗により通気性部材に損傷が発生するという問題がある。更に、通気性部材をセラミック接着剤による接着だけで長期に亘って安定して炉壁に付着させることは困難で、通気性部材が使用中に剥がれて落下するという問題もある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、排気口を通過して炉内から炉外に排出されるガスの流れを妨げないように排気口内に耐熱性部材を配置し、加熱された耐熱性部材からの輻射熱を炉内に入れて排気口から流出する熱を減少させる熱処理炉の熱効率改善方法及び熱処理炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法は、加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉の熱効率改善方法において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置した。
【０００７】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は板状とすることができる。
また、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材とすることもできる。
更に、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体としてもよい。
【０００８】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、前記排気口を通過するガスの流れに沿って複数の貫通孔が形成された耐熱性の孔集合体とすることができる。
ここで、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該網材の開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成することにより作製できる。
また、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部を有する布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該布材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成することにより作製することもできる。
更に、前記孔集合体は、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該板材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成することにより作製してもよい。
【０００９】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性の支持部材を介して前記排気口に取付けられていることが好ましい。
【００１０】
前記目的に沿う第２の発明に係る熱処理炉は、加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置している。
【発明の効果】
【００１１】
第1の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法及び第２の発明に係る熱処理炉においては、排気口の入口側に、排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置したので、排気口を通過するガスの流れを妨げることなく、ガスと耐熱性部材との接触を十分に行うことができ、耐熱性部材を効率的に加熱しながら排気口を通過するガスの温度を下げると共に、排気口の入口側を除いた領域の温度を下げることができる。その結果、排気口を通過して炉内から炉外に流出するガスが持ち出す熱を減少させることが可能になる。
そして、排気口内で加熱された耐熱性部材からは、輻射熱が炉内に放出（放射）されるので、熱処理炉の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）させ、熱処理炉を昇温する際には昇温性能を向上させ、熱処理炉内を所定温度に保持する際には炉内の温度分布を均一にすることが可能になる。
【００１２】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が板状となっている場合、ガスと耐熱性部材との接触面積を大きくできるので、ガスの温度を効率的に下げることが容易にできる。
【００１３】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材である場合、ガスは耐熱性部材を透過することができるので、排気口内をガスが通過する際の抵抗を下げることができる。
【００１４】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体である場合、排気口を通過するガスの流れを妨げない範囲内で耐熱性部材の厚みを容易に調整することができるので、輻射熱の放出面積を大きくすることができる。なお、耐熱性部材を複数の網材を重ね合わせた積層体で形成すると、ガスは耐熱性部材を透過できるため、耐熱性部材の厚みを厚くできる。
【００１５】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、排気口を通過するガスの流れに沿って複数の貫通孔が形成された耐熱性の孔集合体である場合、孔集合体の下端面において貫通孔をのぞいた部分（非貫通孔部分）が排気口の横断面上に位置することになって、非貫通孔部分から放出される輻射熱を炉内に効果的に入れることができる。
【００１６】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、孔集合体が、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している場合、排気口内に配置する耐熱性部材のガスの流れに沿う長さを容易に調整することができる。また、網材から耐熱性部材を構成すると、耐熱性部材の開口率（耐熱性部材の横断面積に対する貫通孔の総断面積の割合）を容易に高くすることができ、ガスの通過性を向上することができる。
【００１７】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、孔集合体が、耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部を有する布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、布材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している場合、あるいは孔集合体が、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、板材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している場合、排気口内に配置する耐熱性部材の長さを容易に調整することができる。
【００１８】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、耐熱性の支持部材を介して排気口に取付けられている場合、耐熱性部材の排気口への取付け、取外しが容易になって、耐熱性部材の保守管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱処理炉の排気口の入口側に配置された板状の耐熱性部材の説明図である。
【図２】板状の耐熱性部材で形成される集合体の説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は集合体の作製方法を示す説明図である。
【図４】円筒体の説明図である。
【図５】第１の変形例に係る集合体の説明図である。
【図６】第２の変形例に係る集合体の説明図である。
【図７】第３の変形例に係る集合体の説明図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は第３の変形例に係る集合体の作製方法を示す説明図である。
【図９】第３の変形例に係る集合体を取付ける円筒体の説明図である。
【図１０】（Ａ）は円筒体に第３の変形例に係る集合体を取付けた状態の平面図、（Ｂ）は斜視図である。
【図１１】第４の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１２】第５の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１３】第６の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１４】第７の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１５】第８の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る熱処理炉の排気口の入口側に配置された網材で構成される耐熱性部材の説明図である。
【図１７】網材を取付ける取付け枠体の説明図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る熱処理炉の排気口の入口側に配置された孔集合体で構成される耐熱性部材の説明図である。
【図１９】孔集合体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理炉１０は、内部に設けられた図示しない熱源（例えばバーナ）で発生した熱風を用いて対象物（図示せず）の熱処理を行い、加熱されたガスを排気ガスとして、例えば、熱処理炉１０の天井部１１を垂直に貫通させて形成した断面円形の排気口１２から炉外に排出しており、排気口１２の入口側には複数枚、例えば２枚の板状の耐熱性部材（以下、単に板材という）１３、１４が排気口１２を通過する排気ガスの流れに沿って配置されている。そして、板材１３、１４は、排気口１２を通過する排気ガスで加熱され、加熱された板材１３、１４から放出される輻射熱を熱処理炉１０の内部に入れている。
【００２１】
ここで、板材１３、１４は、排気口１２の入口側に挿入された耐熱性の支持部材の一例であるセラミック製の円筒体１５に形成されたスリット１６、１７、１８、１９に装着されている。そして、円筒体１５は、例えば、円筒体１５の側部の下側部位（排気ガスの入口側の領域）の周方向複数箇所（図１では４箇所）を、円筒体１４の内側から外側に向けて貫通し、先部が排気口１２の内壁に螺入するセラミック製の頭付きセラミックボルト２０と、円筒体１５の側部の上側部位（排気ガス出口側の領域）を貫通し両端部が排気口１２の内壁内に取付けられる、例えば１本のセラミックボルト２１と、セラミックボルト２１の両端部からねじ込まれ円筒体１５の外周面を両側から押圧して円筒体１５にセラミックボルト２１を固定するセラミックナット２２とを有する耐熱性固定手段２３を用いて排気口１２内に通過する排気ガスの流れに沿って取付けられている。以下、詳細に説明する。
【００２２】
円筒体１５は、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）及び耐熱性非酸化物（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン）のいずれか１からなる。これによって、円筒体１５の高温下での変形や破損を防止して、長期間に亘って安定して使用することができる。熱処理炉１０内で運転中に温度変動が発生する場合、円筒体１５を耐熱性非酸化物で形成することで、円筒体１５の温度変化に伴う破損を防止できる。なお、耐熱性非酸化物で形成した円筒体１５は、高温下の酸化性雰囲気中では、円筒体１５の表面が徐々に酸化するので、円筒体１５の表面には、例えば、アルミナ、ジルコニア等の耐熱性酸化物のスラリーを塗布して被覆層を形成し、円筒体１５の表面の酸化を防止する。これによって、円筒体１５の高温特性（例えば、強度、熱衝撃抵抗）の低下を防いで、長期間に亘って安定して使用することができる。
【００２３】
頭付きセラミックボルト２０（セラミックボルト２１及びセラミックナット２２も同様）は、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン）のいずれか１からなる。これによって、頭付きセラミックボルト２０の高温下での変形や破損を防止して、長期間に亘って安定して使用することができる。熱処理炉１０内で運転中に温度変動が発生する場合、頭付きセラミックボルト２０を耐熱性非酸化物で形成することで、頭付きセラミックボルト２０の温度変化に伴う破損を更に防止できる。なお、耐熱性非酸化物で形成した頭付きセラミックボルト２０は、高温下の酸化性雰囲気中では、頭付きセラミックボルト２０の表面が徐々に酸化するので、頭付きセラミックボルト２０の表面には、例えば、アルミナ、ジルコニア等の耐熱性酸化物のスラリーを塗布して被覆層を形成し、頭付きセラミックボルト２０の表面の酸化を防止する。これによって、頭付きセラミックボルト２０の高温特性（例えば、強度、熱衝撃抵抗）の低下を防いで、長期間に亘って安定して使用することができる。
【００２４】
図２に示すように、板材１３、１４は、同一サイズの矩形状であって、平面視して（即ち、排気口１２を通過する排気ガスの流れ方向に見て、又は、排気口１２の軸心方向に見て）１箇所（板材１３、１４の幅方向の中央部）で交差させて、板材１３、１４間の交差角度が１０°以上９０°以下、ここでは９０°となった放射状の集合体２４を形成している。そして、集合体２４は、その長手方向（板材１３、１４の長手方向）を円筒体１５の軸心方向に向けて円筒体１５内に挿入されている。なお、集合体２４が挿入された円筒体１５を排気口１２に取付けた場合、円筒体１５の外側に突出している板材１３、１４の幅方向の両側の端部は排気口１２の内壁にそれぞれ接触していても、板材１３、１４の両側の端部と排気口１２の内壁との間に隙間が形成されていてもよい。
【００２５】
集合体２４は、図３（Ａ）に示すように、板材１３、１４の幅方向中央部に、長手方向に沿って板材１３、１４の長さＬの半分の長さの切込み２５、２６をそれぞれ形成し、図３（Ｂ）に示すように、板材１３、１４の切込み２５、２６が同軸上で対向すると共に板材１３、１４が直交するように配置して、図３（Ｃ）に示すように、板材１３、１４の切込み２５、２６を、他方の切込み２６、２５内に切込み２５、２６に沿って挿入して組合わせることにより形成する。そして、図４に示すように、円筒体１５の周方向４等分位置に円筒体１５の基端（排気ガス出口側端部）から、それぞれ円筒体１５の軸方向に沿って板材１３、１４の長さＬより長い長さＳのスリット１６〜１９を形成し、集合体２４の交差部分を中心としてその両側部がそれぞれスリット１６〜１９に嵌入するように集合体２４を円筒体１５内に挿入する。これにより、集合体２４を、板材１３、１４間の交差角度を９０°に維持した状態で、円筒体１５内に配置することができる。なお、図４において、符号２７、２８はセラミックボルト２１が挿通する取付け孔、符号２９、３０、３１、３２は頭付きセラミックボルト２０が挿通する取付け孔である。
【００２６】
板材１３、１４は厚みが０．２〜１０ｍｍであって、例えば、炭化ケイ素粉末又は炭素粉末に結合剤、可塑剤等を添加して調製したスラリーを用いてシート成形により形成したシートを焼結して原板材を作製し、得られた原板材の表面にアルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを塗布して被覆層を形成し、被覆層が形成された原板材を熱処理することにより製造した。原板材を炭化ケイ素又は炭素で形成することで、板材１３、１４の比熱を小さくすることができ、排気口１２を通過する排気ガスで板材１３、１４の温度を素早く上げることができると共に、加熱され板材１３、１４からの輻射熱の放射効率を高めることができる。そして、被覆層を設けることで、酸化性雰囲気中に板材１３、１４を配置しても、原板材が酸化されることを防止できる。
【００２７】
また、炭化ケイ素粉末又は炭素粉末の代わりに耐熱性酸化物（例えばアルミナ）の粉末を使用して成形したシートを焼結して板材を製造することができる。更に、アルミナ繊維で構成された織物又は不織布から裁断して作製したシートにアルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを含浸して熱処理することにより板材を製造することもできる。シートを酸化物質とすることで、シートから製造される板材を、酸化性雰囲気中において安定して使用することが可能になる。
【００２８】
集合体２４を２枚の板材１３、１４で形成したが、３枚以上の板材を、平面視して１点（板材の幅方向の中央部）で交差させて、隣接する板材間の各交差角度が等しくなるように集合体を形成してもよい。ここで、隣接する板材間の各交差角度は、５°以上とする。交差角度を５°以上とすることで、排気ガスが板材間を通過する際の抵抗を小さくでき、排気ガスの流れを阻害しないようにできる。なお、交差角度の上限は、３枚の板材を有する場合で、６０°である。
【００２９】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理炉１０の熱効率改善方法について説明する。
熱処理炉１０の排気口１２の入口側に、排気口１２を通過する排気ガスの流れに沿って円筒体１５を設置することで、排気ガスは円筒体１５内を軸方向に沿って通過して外部に排出されることになる。ここで、円筒体１５内には、板材１３、１４が、平面視して１箇所で交差して放射状となった集合体２４が、その長手方向（板材１３、１４の長手方向）を円筒体１５の軸心方向（排気ガスの流れ方向）に向けて挿入されているので、排気ガスは、通過を妨げられることなく板材１３、１４に沿って通過することができる。これによって、排気ガスと板材１３、１４との接触を十分に確保することができ、排気ガスで板材１３、１４は効率的に加熱され、加熱された板材１３、１４によって、排気口１２の入口端部（すなわち、熱処理炉１０炉内との境界）の温度を上昇させると共に、加熱された板材１３、１４から放射される輻射熱を熱処理炉１０内に入れて、排気口１２から外部に流出する熱を減少させることができる。
【００３０】
また、排気口１２の入口側に配置した板材１３、１４を加熱することにより、排気口１２内の温度を下げ、排気口１２の出口から排出される排気ガスの温度を下げることができ、熱処理炉１０の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）することができると共に、熱処理炉１０内の温度を昇温する際には昇温性能を向上させ、熱処理炉１０内を所定温度に保持する際には炉内の温度分布を均一にすることが可能になる。そして、排気ガスが板材１３、１４及び円筒体１５の側部に沿って流れるので、排気口１２内に円筒体１５及び板材１３、１４を設置しても排気ガスの通過が妨げられないため、熱処理炉１０内の炉内ガスの流れを、排気口１２内に板材１３、１４を設置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もなく、この熱処理炉の熱効率改善方法を、既存の熱処理炉に対して容易に適用することができる。更に、板材１３、１４の排気口１２への取付け、取外しは、円筒体１５に対する板材１３、１４の取付け、取外しとなるので、熱処理炉１０の保守管理が容易になる。
【００３１】
第１の実施の形態では、集合体２４を板材１３、１４で形成したが、図５に示す第１の変形例のように、支持部材として排気口１２内に同心に２つの円筒体３３、３４を配置し、複数、例えば８枚の板材３５〜４２の幅方向両側を、円筒体３３、３４の周方向同一角度位置にそれぞれ形成したスリット（図示せず）に装着させて集合体４３を形成することもできる。板材３５〜４２が、排気口１２の中央部（軸心側）に配置されないので、排気口１２の中央部を通過する流速の速い排気ガスを優先して通過させることができる。
また、排気口１２の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることで、図６に示す第２の変形例のように、同心に配置した２つの円筒体４４、４４ａに装着される板材の枚数が多くなった集合体４５を形成するようにすることもできる。
【００３２】
図７に示す第３の変形例のように、集合体４６を、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された複数枚、例えば２枚の板材４７、４８を備えた第１の板材群４９と、第１の板材群４９を構成する板材４７、４８に９０°の交差角度で交差する１枚の板材５０で構成してもよい。ここで、集合体４６の形成は、図８（Ａ）に示すように、板材５０の幅方向の長さＷを３等分する部位に、長手方向に沿って板材４７の長さＬの半分の長さの切込み５１、５２をそれぞれ形成する。一方、板材４７、４８には、板材４７、４８の幅方向中央部に、長手方向に沿って板材４８、４９の長さＬの半分の長さの切込み５３、５４をそれぞれ形成する。次いで、板材５０の切込み５１と板材４７の切込み５３が同軸上で対向し、板材５０の切込み５２と板材４８の切込み５４が同軸上で対向すると共に板材５０に対して板材４７、４８がそれぞれ直交するように配置する。そして、図８（B）に示すように、板材５０の切込み５１と板材４７の切込み５３を互いに切込み５１、５３に沿って挿入して組合わせ、板材５０の切込み５２と板材４８の切込み５４を互いに切込み５２、５４に沿って挿入して組合わせることによりできる。
【００３３】
そして、図９に示すように、支持部材の一例である円筒体５５の基端（排気ガス出口側端部）において、平面視して（軸心方向に見て）円筒体５５の中心を通る直線（直径）と基端との交差部をＦ、Ｇとし、交差部Ｆ、Ｇを結ぶ線分ＦＧを３等分する線分ＦＧ上の２点をそれぞれ通過して線分ＦＧに直交する２本の直線のうち、一方の直線と円筒体５５の基端との交差部をＨ、Ｉ、他方の直線と円筒体５５の基端との交差部Ｊ、Ｋとし、各交差部Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋの位置に、それぞれ円筒体５５の軸方向に沿って板材４７、４８、５０の長さＬより長い長さＲのスリット５６、５７、５８、５９、６０、６１を形成する。次いで、集合体４６の板材５０、４７、４８の両側部がそれぞれスリット５６〜６１に嵌入するように集合体４６を円筒体５５内に挿入する。これにより、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平行に配置された板材４７、４８が板材５０に平面視して異なる２点で直交した状態となって円筒体５５内に配置することができる。その結果、円筒体５５内は、集合体４６により、円筒体５５内を通過する（排気口１２内を通過する）排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割される。なお、図９、図１０（Ａ）、（Ｂ）において、符号６２、６３はセラミックボルト２１が挿通する取付け孔、符号６４〜６７は頭付きセラミックボルト２０が挿通する取付け孔である。
【００３４】
集合体４６を、板材５０に対して、平行配置された板材４７、４８が、直交するように形成したが、１枚の板材に対して、平行配置された２枚の板材が、５°以上９０°未満の角度で交差するように配置してもよい。また、１枚の板材に対して、平行配置された３枚の板材が、５°以上９０°以下の角度で交差するように配置してもよい。
また、集合体４６を形成する第１の板材群４９を２枚の板材４７、４８で構成したが、第１の板材群を３枚以上の板材を用いて構成することもできる。
【００３５】
図１１に示す第４の変形例のように、集合体６８を、距離を設けて平行配置した２枚の板材６９、７０を備えた第１の板材群と、距離を設けて平行配置した２枚の板材７１、７２を備えた第２の板材群を、第１の板材群の板材６９、７０と第２の板材群の板材７１、７２が直交交差するように配置することもできる。この集合体６８を、排気口１２内に配置した円筒体７３に図示しないスリットを形成して装着すると、集合体６８（排気口１２）の中央部に空間が形成され、集合体６８の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることができる。
【００３６】
また、排気口１２の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることで、図１２に示す第５の変形例のように、排気口１２内に配置した円筒体７４で集合体６８と同様に配置された板材６９〜７２を保持すると共に、円筒体７４及び板材６９〜７２にスリット（図示せず）を更に設けて、円筒体７４に集合体６８より多くの板材を装着させることにより、集合体７５を形成することもできる。
【００３７】
図１３に示す第６の変形例のように、集合体７６を、距離を設けて平行配置した複数枚、例えば３枚の板材７７〜６９で構成し、この集合体７６を構成している板材７７〜６９を、排気口１２内に配置した円筒体８０に形成した図示しないスリットを用いて装着させてもよい。また、図１４に示す第７の変形例のように、排気口１２内に配置した円筒体８１の中央部を除いた領域に、例えば４枚の板材８２〜８５を平行配置して集合体８６を形成することもできる。板材８２〜８５が、排気口１２の中央部に配置されないので、排気口１２の中央部を通過する流速の速い排気ガスを優先して通過させることができる。
更に、排気口１２の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることで、図１５に示す第８の変形例のように、排気口１２に配置した円筒体８７に装着する板材の枚数が多くなった、例えば６枚の板材８８〜９３からなる集合体９４を形成することもできる。
【００３８】
図１６に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理炉は、第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉と比較して、耐熱性部材として排気口１２の入口側に配置する板材の代わりに、耐熱性繊維を用いて作製した紐１０１を編んで（紐１０１を縦線及び横線に用いて）形成した複数枚、例えば４枚の網材９５〜９８を用い、網材９５〜９８を取付け枠体９９、１００を介して排気口１２内に設けた図示しない円筒体に取付けたことが特徴となっている。
ここで、円筒体には第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉で使用した円筒体と同一のものを使用することができ、排気口１２への円筒体の取付け方法も第１の実施の形態及びその変形例の場合と同様にすることができる。このため、網材９５〜９８と取付け枠体９９、１００についてのみ説明する。また、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法は、第１の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法と同様なので説明は省略する。
【００３９】
耐熱性繊維は、炭化ケイ素系繊維、炭素系繊維、又はアルミナ系繊維のいずれかであり、炭化ケイ素系繊維及び炭素系繊維は、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造となっている。
ここで、炭化ケイ素系繊維の場合、内殻構造は、（１）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質、（２）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２とし、更にその炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物、（３）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質、（４）粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、及び（５）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質のいずれか１の炭化ケイ素から構成されている。一方、炭素系繊維の場合、内殻構造は微結晶炭素から構成されている。
【００４０】
外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成されている。そして、外殻構造の熱膨張係数の値は、内殻構造の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下である。これによって、炭化ケイ素系繊維、炭素系繊維に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。
【００４１】
なお、固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、更に第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる。これにより、固溶体酸化物（すなわち、外殻構造）の耐熱性及び耐食性が高まる。
【００４２】
そして、炭化ケイ素系繊維で網材９５〜９８を構成する場合、（１）〜（７）の炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維の紐を用いて原網材を作製し、この原網材を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより網材９５〜９８を作製する。また、炭素系繊維で網材９５〜９８を構成する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維の紐を用いて原網材を作製し、この原網材を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより網材９５〜９８を作製する。一方、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で網材９５〜９８を構成する場合、アルミナ系繊維で構成された紐から製造した網を、予め設定された形状（例えば、所定寸法の正方形状又は長方形状）に裁断することにより網材９５〜９８を作製する。
以下、炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維からなる耐熱性繊維で網材９５〜９８を構成する場合の製造方法について説明する。
【００４３】
炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維で構成された網材９５〜９８の作製方法は、（１）〜（７）の炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維又は微結晶炭素からなる炭素繊維で構成された原網材を作製する第１工程と、原網材を、材料Ａの粉末が水中、有機溶媒中、あるいは水と有機溶媒の混合溶媒中に分散した分散溶液中に浸漬し、次いで原網材を陰極側にして５０〜１５０ボルトの直流電圧を２〜１０分間印加して、電気泳動により、粉末を原網材を構成する炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の表面に付着させて処理網材を得る第２工程と、処理網材を分散溶液中から取り出し乾燥させて、水及び／又は有機溶媒を除去する第３工程と、乾燥した処理網材を、不活性ガス雰囲気中１３００〜１７００℃で、０．２〜２時間加熱処理して粉末を炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の表面に固着させ、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変える第４工程とを有している。
【００４４】
（１）〜（７）の炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維又は微結晶炭素からなる炭素繊維で構成された網を、予め設定された形状（例えば、所定寸法の正方形状又は長方形状）に裁断することにより、原網材を作製する。ここで、原網材を作製するのに使用した紐に、化学繊維（例えばレーヨン繊維）が含有される場合は、原網材を不活性ガス雰囲気（窒素ガス雰囲気、好ましくはアルゴンガス雰囲気）中で、８００〜１２００℃の温度で、０．５〜５時間加熱処理する。これによって、化学繊維を完全に分解除去、又は一部を分解除去し残部を炭化させることができる。その結果、原網材は、完全に無機物化する（以上、第１工程）。
【００４５】
そして、完全に無機物化した原網材を、材料Ａの粉末が水中、有機溶媒中、あるいは水と有機溶媒の混合溶媒中に分散した分散溶液が貯留された浴槽中に浸漬する。ここで、有機溶媒は、例えば、アセトン、エタノール、又はノルマルヘプタンのいずれか１である。また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、材料Ａは、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる。なお、耐熱性及び耐食性の高い固溶体酸化物とする場合、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、更に第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとして、固溶体酸化物の組成を、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、
ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上とする。
【００４６】
続いて、原網材を陰極側にして、直流安定化電源から５０〜１５０ボルトの直流電圧を２〜１０分間印加して、電気泳動により、粉末を原網材を構成する炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の外側に付着させて処理原網材を形成する。ここで、浴槽中には、例えば、Ｃ／Ｃコンポジット製のカソ−ド電極が距離を有して対向配置されており、原網材はアノ−ド電極となる２枚のステンレス製金網に抱き合わされて（挟まれて）、カソ−ド電極間に配置される（以上、第２工程）。
【００４７】
処理原網材の形成が完了すると、処理原網材を分散溶液中から取り出し、分散溶液の液切りを行った後、１〜４時間風乾して水及び／又は有機溶媒の大半を飛散除去する。次いで、大気雰囲気中、４０〜８０℃の温度で３〜１０時間熱風乾燥して、残存する水及び／又は有機溶媒を完全に除去する（以上、第３工程）。
【００４８】
乾燥が完了した処理原網材を、アルゴンガス等の不活性ガス気流下、又は０．２〜１ＭＰａの微圧力の不活性ガス雰囲気中で、１３００〜１７００℃の温度で０．２〜２時間加熱処理する。これによって、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の外側に付着している粉末が焼結して炭化ケイ素繊維又は炭素繊維に固着し、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造に変わり（以上、第４工程）、網材が形成される。なお、外殻構造は、材料Ａで形成され、内殻構造は、炭化ケイ素繊維を構成している無機物質又は微結晶炭素で形成される。
【００４９】
また、図１６、図１７に示すように、取付け枠体９９、１００は、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）からなっている。そして、取付け枠体９９は、幅方向中央部に縦桟１０１ａを備え、縦桟１０１ａの両側に網材９５、９６の取付けが可能な枠体１０２と、網材９５、９６が取付けられた枠体１０２の縦桟１０１ａの両側部にそれぞれ取付けられて網材９５、９６を枠体１０２と共に挟持する２つの小枠体１０３、１０４とを有し、取付け枠体１００は、幅方向中央部に縦桟１０５を備え、縦桟１０５の両側に網材９７、９８の取付けが可能な枠体１０６と、網材９７、９８が取付けられた枠体１０６の縦桟１０５の両側部にそれぞれ取付けられて網材９７、９８を枠体１０６と共に挟持する２つの小枠体１０７、１０８とを有している。
なお、縦桟１０１ａには、長手方向一端（上端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み１０９が形成され、縦桟１０５には、長手方向他端（下端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み１１０が形成されている。
【００５０】
このような構成とすることにより、枠体１０２の縦桟１０１ａの両側にそれぞれ網材９５、９６を載置し、網材９５、９６の上に小枠体１０３、１０４を載置することで、網材９５、９６を枠体１０２と小枠体１０３、１０４で挟持することができる。同様に、枠体１０６の縦桟１０５の両側に網材９７、９８を載置し、網材９７、９８の上に小枠体１０７、１０８を載置することで、網材９７、９８を枠体１０６と小枠体１０７、１０８で挟持することができる。そして、小枠体１０３、１０４、１０７、１０８に設けられた各取付け孔１１１から、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）のピン（図示せず）を差し込み先部を枠体１０２、１０６に予め形成されている各取付け孔１１２に挿入し、耐熱性の無機接着剤（例えばアルミナ質）で固定する。そして、枠体１０２の縦桟１０１aに形成した切込み１０９に枠体１０６の縦桟１０５に形成した切込み１１０を挿入することにより、集合体１１３が形成される。
なお、ピンの代わりに耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）からなるボルトを使用してもよい。
【００５１】
本発明の第３の実施の形態に係る熱処理炉は、第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉と比較して、耐熱性部材として排気口１２の入口側に配置する板材の代わりに、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体を用い、この積層体を排気口１２内に設けた図示しない円筒体に取付けたことが特徴となっている。布材と網材又は網材の枚数を変えることで種々の厚みの積層体を容易に形成することができる。なお、積層体を形成する場合、重ね合わせる布材、網材は、同一素材のもの同士を重ね合わせることが好ましい。
【００５２】
ここで、円筒体には第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉で使用した円筒体と同一のものを使用することができ、排気口１２への円筒体の取付け方法も第１の実施の形態及びその変形例の場合と同様にすることができる。また、積層体に使用する網材は、第２の実施の形態に係る熱処理炉で使用した網材と同一の網材を使用することができ、積層体に使用する布材は、第２の実施の形態に係る熱処理炉で使用した網材を構成している耐熱性繊維と同一の耐熱性繊維から形成された織物又は不織布を所定のサイズで裁断することにより作製できる。そして、積層体の円筒体への取付け方法も第１、第２の実施の形態の場合と同様にすることができる。このため、積層体の作製方法についてのみ説明する。また、本発明の第３の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法は、第１の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法と同様なので説明は省略する。
【００５３】
積層体を炭化ケイ素系繊維からなる耐熱性繊維でそれぞれ構成された網材と布材を用いて作製する場合、前記した炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維でそれぞれ作製された原網材と原布材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を、炭化ケイ素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより積層体を作製する。また、積層体が、炭素系繊維からなる耐熱性繊維でそれぞれ構成された網材と布材を用いて作製する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維で作製された原網材と原布材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を、炭素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより積層体を作製する。
【００５４】
積層体を炭化ケイ素系繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材を用いて作製する場合、前記した炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維で作製された原網材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭化ケイ素繊維の外側にそれぞれ外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を、炭化ケイ素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより作製する。また、積層体を炭素繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材を用いて作製する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維で作製された原網材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭素繊維の外側にそれぞれ外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を、炭素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより作製する。
ここで、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変える方法は、第２の実施の形態に係る熱処理炉に使用した網材９５〜９８の場合と同様にすることができるので、方法の詳細な説明は省略する。
【００５５】
一方、積層体を、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材と布材を用いて作製する場合、アルミナ系繊維で構成された網材と布材を積層することにより積層体を作製する。また、積層体を、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材を用いて作製する場合、アルミナ系繊維で構成された網材を積層することにより積層体を作製する。なお、積層体としての一体性を向上させる場合、網材と布材を積層する際、網材を積層する際、例えばアルミナ系の接着剤を介して積層する。
【００５６】
図１８、図１９に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る熱処理炉１１４は、第１の実施の形態に係る熱処理炉１０と比較して、耐熱性部材として排気口１２の入口側に配置する板材１３、１４の代わりに、炭化ケイ素系繊維、炭素系繊維、又はアルミナ系繊維からなる耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部１１５を有する布材１１６を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、布材１１６の開口部１１５がそれぞれ上下に連通して貫通孔１１７となった耐熱性の孔集合体１１８を使用し、排気口１１９内に設けた耐熱性の支持部材の一例である円筒体１２０内に、円筒体１２０の軸方向に沿って各貫通孔１１７の軸心が並ぶように（円筒体１２０の軸心方向と各貫通孔１１７の貫通方向が同じ向きとなるように）孔集合体１１８を配置したことが特徴となっている。なお、炭化ケイ素系繊維及び炭素系繊維は、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造となっている。
【００５７】
ここで、円筒体１２０には第１の実施の形態に係る熱処理炉１０で使用した円筒体１５と同一のものを使用することができ、排気口１１９への円筒体１２０の取付け方法も第１の実施の形態の場合と同様にすることができる。このため、孔集合体１１８の作製方法、孔集合体１１８の円筒体１２０への取付け方法についてのみ説明する。
【００５８】
炭化ケイ素系繊維からなる耐熱性繊維で構成された布材１１６を用いて孔集合体１１８を作製する場合、前記した炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維の織物又は不織布を円板状に裁断した原布材に予め設定された形状の開口部１１５を並べて形成し、開口部１１５の位置が一致するように原布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に複数枚重ねて原孔集合体を構成して、原孔集合体を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより各原布材を布材１１６に変えて孔集合体１１８を形成する。
【００５９】
また、炭素繊維からなる耐熱性繊維で構成された布材１１６を用いて孔集合体１１８を作製する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維の織物又は不織布を円板状に裁断した原布材に予め設定された形状の開口部１１５を並べて形成し、開口部１１５の位置が一致するように原布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に複数枚重ねて原孔集合体を構成して、原孔集合体を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより原布材を布材１１６に変えて孔集合体１１８を形成する。
なお、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変える方法は、第２の実施の形態に係る熱処理炉に使用した網材９５〜９８の場合と同様に行うことができるので、方法の詳細な説明は省略する。
【００６０】
また、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で構成された布材１１６を用いて孔集合体１１８を形成する場合、アルミナ系繊維の織物又は不織布を円板状に裁断した原布材に予め設定された形状の開口部１１５を並べて形成して布材１１６を作製し、この布材１１６を開口部１１５の位置が一致するように水平方向に位置合せしながら上下方向に複数枚重ねることにより孔集合体１１８を形成する。なお、孔集合体１１８としての一体性を向上させる場合は、布材１１６を積層する際、例えばアルミナ系の接着剤を使用する。
【００６１】
孔集合体１１８が挿入された円筒体１２０を排気口１１９内入口側に固定した場合、円筒体１２０を排気口１１９内に固定する複数の頭付きセラミックボルト２０の各頭部の側面に円筒体１２０内に挿入した孔集合体１１８の下面が当接する。このため、孔集合体１１８は頭付きセラミックボルト２０を介して円筒体１２０内に掛止されることになって、孔集合体１１８の円筒体１２０内からの脱落を防止できる。一方、排気ガスの流れで孔集合体１１８が円筒体１２０内を上方に移動すると、孔集合体１１８の上面が円筒体１２０の上側を貫通するセラミックボルト２１に当接して上方への移動が阻止され、孔集合体１１８の円筒体１２０内からの飛び出しを防止できる。
【００６２】
続いて、本発明の第４の実施の形態に係る熱処理炉１１４の熱効率改善方法について説明する。
熱処理炉１１４の排気口１１９の入口側に、排気口１１９を通過する排気ガスの流れに沿って円筒体１２０を設置すると、排気ガスは円筒体１２０内を円筒体１２０の軸方向に沿って通過して外部に排出されることになる。このため、円筒体１２０内に、円筒体１２０の軸方向に沿って各貫通孔１１７の軸心が並ぶように孔集合体１１８を配置すると、円筒体１２０内を通過する排気ガスは各貫通孔１１７内を軸心方向に沿って通過することになって、排気口１１９を通過する排気ガスの流れを妨げることなく、排気ガスと貫通孔１１７の内壁との接触を十分に行うことができる。
【００６３】
これによって、排気ガスで孔集合体１１８を効率的に加熱しながら排気口１１９を通過する排気ガスの温度を下げると共に、排気口１１９の入口側を除いた領域の温度を下げることができる。その結果、排気口１１９から外部に流出する熱を減少させることができる。また、孔集合体１１８の下端面において貫通孔１１７を除いた部分（非貫通孔部分）は排気口１１９の横断面上に位置することになるため、加熱された孔集合体１１８の非貫通孔部分から放出される輻射熱を熱処理炉１１４内に効率的に入射させることができる。このため、熱処理炉１１４の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）することができると共に、熱処理炉１１４内の温度を昇温する際には昇温性能を向上させ、熱処理炉１１４内を所定温度に保持する際には炉内の温度分布を均一にすることが可能になる。
【００６４】
そして、排気ガスは、円筒体１２０内を円筒体１２０の軸方向に沿って流れるので、孔集合体１１８の各貫通孔１１７内を軸心方向に沿って通過することになって、排気口１１９内に円筒体１２０及び孔集合体１１８を設置しても排気ガスの通過が妨げられない。このため、熱処理炉１１４内の炉内ガスの流れを、排気口１１９内に円筒体１２０及び孔集合体１１８を配置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もなく、この熱処理炉１１４の熱効率改善方法を、既存の熱処理炉に対して容易に適用することができる。更に、孔集合体１１８の排気口１１９への取付け、取外しは、円筒体１２０に対する孔集合体１１８の取付け、取外しとなるので、熱処理炉１１４の保守管理が容易になる。
【００６５】
また、布材１１６で形成した孔集合体１１８の代わりに、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、板材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している孔集合体を使用することができる。
ここで、開口部を有する耐熱性の板材は、第１の実施の形態の場合と同様に、炭化ケイ素粉末を使用して成形したシートに予め設定された形状の開口部を並べて形成した原板材を作製し、得られた原板材の表面にアルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを塗布して被覆層を形成し、被覆層が形成された原板材を熱処理することにより製造できる。また、炭化ケイ素粉末の代わりに耐熱性酸化物（例えばアルミナ）の粉末を使用して成形したシートに予め設定された形状の開口部を並べて形成し焼結して板材を製造することができる。更に、アルミナ繊維で構成された織物又は不織布から裁断して作製したシートに予め設定された形状の開口部を並べて形成した後、アルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを含浸して熱処理することにより板材を製造することもできる。
【００６６】
更に、布材１１６で形成した孔集合体１１８の代わりに、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している孔集合体を使用することもできる。ここで、網材は、第２の実施の形態で使用した網材９５〜９８と同一の網材を使用することができる。
【００６７】
そして、網材が炭化ケイ素系繊維で構成される場合、炭化ケイ素繊維で形成された網から裁断した円形の原網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、原網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している原孔集合体を作製し、原孔集合体を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより孔集合体を作製する。また、網材が炭素系繊維で構成される場合、炭素繊維で形成された網から裁断した円形の原網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、原網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している原孔集合体を作製し、原孔集合体を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより孔集合体を作製する。
【００６８】
一方、網材がアルミナ系繊維で構成される場合、アルミナ系繊維で形成された網から裁断した円形の網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成するようにして孔集合体を作製する。なお、孔集合体としての一体性を向上させる場合には、網材を積層する際、例えばアルミナ系の接着剤を使用する。
【００６９】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、布材、板材を円筒体に取付ける場合、網材を取付けるのに使用した枠体に布材、板材を取付け、布材、板材が取付けられた枠体を円筒体に取付けるようにしてもよい。
また、第１の実施の形態で使用した板材の代わりに、第３の実施の形態で使用した積層体の作製に使用した原布材にアルミナ、ジルコニア等の耐熱性酸化物のスラリーを含浸すると共に表層に塗布し非酸化性雰囲気中で熱処理することにより板状としたものを使用することができる。ここで、原布材が炭化ケイ素繊維又は炭素繊維で構成されている場合、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、原布材を炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維で構成される布材を変えて、この布材の表層に更に耐熱性酸化物のスラリーを塗布し酸化性雰囲気又は非酸化性雰囲気中で熱処理することにより板状とすることもできる。
更に、板材の代わりに、炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維で構成される布材を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０：熱処理炉、１１：天井部、１２：排気口、１３、１４：板状の耐熱性部材（板材）、１５：円筒体、１６、１７、１８、１９：スリット、２０：頭付きセラミックボルト、２１：セラミックボルト、２２：セラミックナット、２３：耐熱性固定手段、２４：集合体、２５、２６：切込み、２７、２８、２９、３０、３１、３２：取付け孔、３３、３４：円筒体、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２：板材、４３：集合体、４４、４４ａ：円筒体、４５：集合体、４６：集合体、４７、４８：板材、４９：第１の板材群、５０：板材、５１、５２、５３、５４：切込み、５５：円筒体、５６、５７、５８、５９、６０、６１：スリット、６２、６３、６４、６５、６６、６７：取付け孔、６８：集合体、６９、７０、７１、７２：板材、７３：円筒体、７４：円筒体、７５：集合体、７６：集合体、７７、７８、７９：板材、８０、８１：円筒体、８２、８３、８４、８５：板材、８６：集合体、８７：円筒体、８８、８９、９０、９１、９２、９３：板材、９４：集合体、９５、９６、９７、９８：網材、９９、１００：取付け枠体、１０１：紐、１０１ａ：縦桟、１０２：枠体、１０３、１０４：小枠体、１０５：縦桟、１０６：枠体、１０７、１０８：小枠体、１０９、１１０：切込み、１１１、１１２：取付け孔、１１３：集合体、１１４：熱処理炉、１１５：開口部、１１６：布材、１１７：貫通孔、１１８：孔集合体、１１９：排気口、１２０：円筒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱されたガスが排気口を通過して炉内から炉外に排出される熱処理炉の熱効率改善方法及び熱処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃焼式加熱炉あるいは雰囲気制御加熱炉等の熱処理炉における最も顕著な熱損失は、熱処理炉の排気口を通過して炉内から炉外に排出される加熱されたガスが持ち出す熱損失である。そこで、Ｓｉ−Ｃ系繊維で形成した通気性部材（例えば、３次元編み物、不織布の積層体）を熱処理炉の排気口の炉内側の入口に排気口を覆うように取付けて（例えば、炉壁に耐熱性のセラミック接着剤を用いて貼り付けて）、通気性部材で炉内から排気口内に流入する加熱されたガスの熱を濾し取って自らは加熱され（熱フィルタ作用）、加熱された通気性部材から放出される輻射熱を炉内に入れること（熱レフレクタ作用）により、加熱されたガスの顕熱を排気口内で回収し炉内に戻すことが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３２５７５８号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１３６８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排気口を覆うように通気性部材を取付けると、加熱されたガスの炉内から排気口内への流入が妨げられ、炉内におけるガスの流れが変化したり、炉内圧力が上昇したりして、熱処理効果が変化するという問題が生じる。また、通気性部材がＳｉ−Ｃ系繊維で形成されているため、炉内が酸化性雰囲気であると通気性部材を形成しているＳｉ−Ｃ系繊維が徐々に酸化されて、通気性部材の有する熱フィルタ作用及び熱レフレクタ作用が低下すると共に、炉内で高速流転するガスによる機械的衝撃や磨耗により通気性部材に損傷が発生するという問題がある。更に、通気性部材をセラミック接着剤による接着だけで長期に亘って安定して炉壁に付着させることは困難で、通気性部材が使用中に剥がれて落下するという問題もある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、排気口を通過して炉内から炉外に排出されるガスの流れを妨げないように排気口内に耐熱性部材を配置し、加熱された耐熱性部材からの輻射熱を炉内に入れて排気口から流出する熱を減少させる熱処理炉の熱効率改善方法及び熱処理炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法は、加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉の熱効率改善方法において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置した。
【０００７】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は板状とすることができる。
また、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材とすることもできる。
更に、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体としてもよい。
【０００８】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、前記排気口を通過するガスの流れに沿って複数の貫通孔が形成された耐熱性の孔集合体とすることができる。
ここで、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該網材の開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成することにより作製できる。
また、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部を有する布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該布材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成することにより作製することもできる。
更に、前記孔集合体は、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該板材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成することにより作製してもよい。
【０００９】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性の支持部材を介して前記排気口に取付けられていることが好ましい。
【００１０】
前記目的に沿う第２の発明に係る熱処理炉は、加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置している。
【発明の効果】
【００１１】
第1の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法及び第２の発明に係る熱処理炉においては、排気口の入口側に、排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置したので、排気口を通過するガスの流れを妨げることなく、ガスと耐熱性部材との接触を十分に行うことができ、耐熱性部材を効率的に加熱しながら排気口を通過するガスの温度を下げると共に、排気口の入口側を除いた領域の温度を下げることができる。その結果、排気口を通過して炉内から炉外に流出するガスが持ち出す熱を減少させることが可能になる。
そして、排気口内で加熱された耐熱性部材からは、輻射熱が炉内に放出（放射）されるので、熱処理炉の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）させ、熱処理炉を昇温する際には昇温性能を向上させ、熱処理炉内を所定温度に保持する際には炉内の温度分布を均一にすることが可能になる。
【００１２】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が板状となっている場合、ガスと耐熱性部材との接触面積を大きくできるので、ガスの温度を効率的に下げることが容易にできる。
【００１３】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材である場合、ガスは耐熱性部材を透過することができるので、排気口内をガスが通過する際の抵抗を下げることができる。
【００１４】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体である場合、排気口を通過するガスの流れを妨げない範囲内で耐熱性部材の厚みを容易に調整することができるので、輻射熱の放出面積を大きくすることができる。なお、耐熱性部材を複数の網材を重ね合わせた積層体で形成すると、ガスは耐熱性部材を透過できるため、耐熱性部材の厚みを厚くできる。
【００１５】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、排気口を通過するガスの流れに沿って複数の貫通孔が形成された耐熱性の孔集合体である場合、孔集合体の下端面において貫通孔をのぞいた部分（非貫通孔部分）が排気口の横断面上に位置することになって、非貫通孔部分から放出される輻射熱を炉内に効果的に入れることができる。
【００１６】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、孔集合体が、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している場合、排気口内に配置する耐熱性部材のガスの流れに沿う長さを容易に調整することができる。また、網材から耐熱性部材を構成すると、耐熱性部材の開口率（耐熱性部材の横断面積に対する貫通孔の総断面積の割合）を容易に高くすることができ、ガスの通過性を向上することができる。
【００１７】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、孔集合体が、耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部を有する布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、布材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している場合、あるいは孔集合体が、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、板材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している場合、排気口内に配置する耐熱性部材の長さを容易に調整することができる。
【００１８】
第１の発明に係る熱処理炉の熱効率改善方法において、耐熱性部材が、耐熱性の支持部材を介して排気口に取付けられている場合、耐熱性部材の排気口への取付け、取外しが容易になって、耐熱性部材の保守管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱処理炉の排気口の入口側に配置された板状の耐熱性部材の説明図である。
【図２】板状の耐熱性部材で形成される集合体の説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は集合体の作製方法を示す説明図である。
【図４】円筒体の説明図である。
【図５】第１の変形例に係る集合体の説明図である。
【図６】第２の変形例に係る集合体の説明図である。
【図７】第３の変形例に係る集合体の説明図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は第３の変形例に係る集合体の作製方法を示す説明図である。
【図９】第３の変形例に係る集合体を取付ける円筒体の説明図である。
【図１０】（Ａ）は円筒体に第３の変形例に係る集合体を取付けた状態の平面図、（Ｂ）は斜視図である。
【図１１】第４の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１２】第５の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１３】第６の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１４】第７の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１５】第８の変形例に係る集合体の説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る熱処理炉の排気口の入口側に配置された網材で構成される耐熱性部材の説明図である。
【図１７】網材を取付ける取付け枠体の説明図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る熱処理炉の排気口の入口側に配置された孔集合体で構成される耐熱性部材の説明図である。
【図１９】孔集合体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理炉１０は、内部に設けられた図示しない熱源（例えばバーナ）で発生した熱風を用いて対象物（図示せず）の熱処理を行い、加熱されたガスを排気ガスとして、例えば、熱処理炉１０の天井部１１を垂直に貫通させて形成した断面円形の排気口１２から炉外に排出しており、排気口１２の入口側には複数枚、例えば２枚の板状の耐熱性部材（以下、単に板材という）１３、１４が排気口１２を通過する排気ガスの流れに沿って配置されている。そして、板材１３、１４は、排気口１２を通過する排気ガスで加熱され、加熱された板材１３、１４から放出される輻射熱を熱処理炉１０の内部に入れている。
【００２１】
ここで、板材１３、１４は、排気口１２の入口側に挿入された耐熱性の支持部材の一例であるセラミック製の円筒体１５に形成されたスリット１６、１７、１８、１９に装着されている。そして、円筒体１５は、例えば、円筒体１５の側部の下側部位（排気ガスの入口側の領域）の周方向複数箇所（図１では４箇所）を、円筒体１４の内側から外側に向けて貫通し、先部が排気口１２の内壁に螺入するセラミック製の頭付きセラミックボルト２０と、円筒体１５の側部の上側部位（排気ガス出口側の領域）を貫通し両端部が排気口１２の内壁内に取付けられる、例えば１本のセラミックボルト２１と、セラミックボルト２１の両端部からねじ込まれ円筒体１５の外周面を両側から押圧して円筒体１５にセラミックボルト２１を固定するセラミックナット２２とを有する耐熱性固定手段２３を用いて排気口１２内に通過する排気ガスの流れに沿って取付けられている。以下、詳細に説明する。
【００２２】
円筒体１５は、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）及び耐熱性非酸化物（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン）のいずれか１からなる。これによって、円筒体１５の高温下での変形や破損を防止して、長期間に亘って安定して使用することができる。熱処理炉１０内で運転中に温度変動が発生する場合、円筒体１５を耐熱性非酸化物で形成することで、円筒体１５の温度変化に伴う破損を防止できる。なお、耐熱性非酸化物で形成した円筒体１５は、高温下の酸化性雰囲気中では、円筒体１５の表面が徐々に酸化するので、円筒体１５の表面には、例えば、アルミナ、ジルコニア等の耐熱性酸化物のスラリーを塗布して被覆層を形成し、円筒体１５の表面の酸化を防止する。これによって、円筒体１５の高温特性（例えば、強度、熱衝撃抵抗）の低下を防いで、長期間に亘って安定して使用することができる。
【００２３】
頭付きセラミックボルト２０（セラミックボルト２１及びセラミックナット２２も同様）は、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン）のいずれか１からなる。これによって、頭付きセラミックボルト２０の高温下での変形や破損を防止して、長期間に亘って安定して使用することができる。熱処理炉１０内で運転中に温度変動が発生する場合、頭付きセラミックボルト２０を耐熱性非酸化物で形成することで、頭付きセラミックボルト２０の温度変化に伴う破損を更に防止できる。なお、耐熱性非酸化物で形成した頭付きセラミックボルト２０は、高温下の酸化性雰囲気中では、頭付きセラミックボルト２０の表面が徐々に酸化するので、頭付きセラミックボルト２０の表面には、例えば、アルミナ、ジルコニア等の耐熱性酸化物のスラリーを塗布して被覆層を形成し、頭付きセラミックボルト２０の表面の酸化を防止する。これによって、頭付きセラミックボルト２０の高温特性（例えば、強度、熱衝撃抵抗）の低下を防いで、長期間に亘って安定して使用することができる。
【００２４】
図２に示すように、板材１３、１４は、同一サイズの矩形状であって、平面視して（即ち、排気口１２を通過する排気ガスの流れ方向に見て、又は、排気口１２の軸心方向に見て）１箇所（板材１３、１４の幅方向の中央部）で交差させて、板材１３、１４間の交差角度が１０°以上９０°以下、ここでは９０°となった放射状の集合体２４を形成している。そして、集合体２４は、その長手方向（板材１３、１４の長手方向）を円筒体１５の軸心方向に向けて円筒体１５内に挿入されている。なお、集合体２４が挿入された円筒体１５を排気口１２に取付けた場合、円筒体１５の外側に突出している板材１３、１４の幅方向の両側の端部は排気口１２の内壁にそれぞれ接触していても、板材１３、１４の両側の端部と排気口１２の内壁との間に隙間が形成されていてもよい。
【００２５】
集合体２４は、図３（Ａ）に示すように、板材１３、１４の幅方向中央部に、長手方向に沿って板材１３、１４の長さＬの半分の長さの切込み２５、２６をそれぞれ形成し、図３（Ｂ）に示すように、板材１３、１４の切込み２５、２６が同軸上で対向すると共に板材１３、１４が直交するように配置して、図３（Ｃ）に示すように、板材１３、１４の切込み２５、２６を、他方の切込み２６、２５内に切込み２５、２６に沿って挿入して組合わせることにより形成する。そして、図４に示すように、円筒体１５の周方向４等分位置に円筒体１５の基端（排気ガス出口側端部）から、それぞれ円筒体１５の軸方向に沿って板材１３、１４の長さＬより長い長さＳのスリット１６〜１９を形成し、集合体２４の交差部分を中心としてその両側部がそれぞれスリット１６〜１９に嵌入するように集合体２４を円筒体１５内に挿入する。これにより、集合体２４を、板材１３、１４間の交差角度を９０°に維持した状態で、円筒体１５内に配置することができる。なお、図４において、符号２７、２８はセラミックボルト２１が挿通する取付け孔、符号２９、３０、３１、３２は頭付きセラミックボルト２０が挿通する取付け孔である。
【００２６】
板材１３、１４は厚みが０．２〜１０ｍｍであって、例えば、炭化ケイ素粉末又は炭素粉末に結合剤、可塑剤等を添加して調製したスラリーを用いてシート成形により形成したシートを焼結して原板材を作製し、得られた原板材の表面にアルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを塗布して被覆層を形成し、被覆層が形成された原板材を熱処理することにより製造した。原板材を炭化ケイ素又は炭素で形成することで、板材１３、１４の比熱を小さくすることができ、排気口１２を通過する排気ガスで板材１３、１４の温度を素早く上げることができると共に、加熱され板材１３、１４からの輻射熱の放射効率を高めることができる。そして、被覆層を設けることで、酸化性雰囲気中に板材１３、１４を配置しても、原板材が酸化されることを防止できる。
【００２７】
また、炭化ケイ素粉末又は炭素粉末の代わりに耐熱性酸化物（例えばアルミナ）の粉末を使用して成形したシートを焼結して板材を製造することができる。更に、アルミナ繊維で構成された織物又は不織布から裁断して作製したシートにアルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを含浸して熱処理することにより板材を製造することもできる。シートを酸化物質とすることで、シートから製造される板材を、酸化性雰囲気中において安定して使用することが可能になる。
【００２８】
集合体２４を２枚の板材１３、１４で形成したが、３枚以上の板材を、平面視して１点（板材の幅方向の中央部）で交差させて、隣接する板材間の各交差角度が等しくなるように集合体を形成してもよい。ここで、隣接する板材間の各交差角度は、５°以上とする。交差角度を５°以上とすることで、排気ガスが板材間を通過する際の抵抗を小さくでき、排気ガスの流れを阻害しないようにできる。なお、交差角度の上限は、３枚の板材を有する場合で、６０°である。
【００２９】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理炉１０の熱効率改善方法について説明する。
熱処理炉１０の排気口１２の入口側に、排気口１２を通過する排気ガスの流れに沿って円筒体１５を設置することで、排気ガスは円筒体１５内を軸方向に沿って通過して外部に排出されることになる。ここで、円筒体１５内には、板材１３、１４が、平面視して１箇所で交差して放射状となった集合体２４が、その長手方向（板材１３、１４の長手方向）を円筒体１５の軸心方向（排気ガスの流れ方向）に向けて挿入されているので、排気ガスは、通過を妨げられることなく板材１３、１４に沿って通過することができる。これによって、排気ガスと板材１３、１４との接触を十分に確保することができ、排気ガスで板材１３、１４は効率的に加熱され、加熱された板材１３、１４によって、排気口１２の入口端部（すなわち、熱処理炉１０炉内との境界）の温度を上昇させると共に、加熱された板材１３、１４から放射される輻射熱を熱処理炉１０内に入れて、排気口１２から外部に流出する熱を減少させることができる。
【００３０】
また、排気口１２の入口側に配置した板材１３、１４を加熱することにより、排気口１２内の温度を下げ、排気口１２の出口から排出される排気ガスの温度を下げることができ、熱処理炉１０の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）することができると共に、熱処理炉１０内の温度を昇温する際には昇温性能を向上させ、熱処理炉１０内を所定温度に保持する際には炉内の温度分布を均一にすることが可能になる。そして、排気ガスが板材１３、１４及び円筒体１５の側部に沿って流れるので、排気口１２内に円筒体１５及び板材１３、１４を設置しても排気ガスの通過が妨げられないため、熱処理炉１０内の炉内ガスの流れを、排気口１２内に板材１３、１４を設置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もなく、この熱処理炉の熱効率改善方法を、既存の熱処理炉に対して容易に適用することができる。更に、板材１３、１４の排気口１２への取付け、取外しは、円筒体１５に対する板材１３、１４の取付け、取外しとなるので、熱処理炉１０の保守管理が容易になる。
【００３１】
第１の実施の形態では、集合体２４を板材１３、１４で形成したが、図５に示す第１の変形例のように、支持部材として排気口１２内に同心に２つの円筒体３３、３４を配置し、複数、例えば８枚の板材３５〜４２の幅方向両側を、円筒体３３、３４の周方向同一角度位置にそれぞれ形成したスリット（図示せず）に装着させて集合体４３を形成することもできる。板材３５〜４２が、排気口１２の中央部（軸心側）に配置されないので、排気口１２の中央部を通過する流速の速い排気ガスを優先して通過させることができる。
また、排気口１２の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることで、図６に示す第２の変形例のように、同心に配置した２つの円筒体４４、４４ａに装着される板材の枚数が多くなった集合体４５を形成するようにすることもできる。
【００３２】
図７に示す第３の変形例のように、集合体４６を、５ｍｍ以上の間隔を有して平行配置された複数枚、例えば２枚の板材４７、４８を備えた第１の板材群４９と、第１の板材群４９を構成する板材４７、４８に９０°の交差角度で交差する１枚の板材５０で構成してもよい。ここで、集合体４６の形成は、図８（Ａ）に示すように、板材５０の幅方向の長さＷを３等分する部位に、長手方向に沿って板材４７の長さＬの半分の長さの切込み５１、５２をそれぞれ形成する。一方、板材４７、４８には、板材４７、４８の幅方向中央部に、長手方向に沿って板材４８、４９の長さＬの半分の長さの切込み５３、５４をそれぞれ形成する。次いで、板材５０の切込み５１と板材４７の切込み５３が同軸上で対向し、板材５０の切込み５２と板材４８の切込み５４が同軸上で対向すると共に板材５０に対して板材４７、４８がそれぞれ直交するように配置する。そして、図８（B）に示すように、板材５０の切込み５１と板材４７の切込み５３を互いに切込み５１、５３に沿って挿入して組合わせ、板材５０の切込み５２と板材４８の切込み５４を互いに切込み５２、５４に沿って挿入して組合わせることによりできる。
【００３３】
そして、図９に示すように、支持部材の一例である円筒体５５の基端（排気ガス出口側端部）において、平面視して（軸心方向に見て）円筒体５５の中心を通る直線（直径）と基端との交差部をＦ、Ｇとし、交差部Ｆ、Ｇを結ぶ線分ＦＧを３等分する線分ＦＧ上の２点をそれぞれ通過して線分ＦＧに直交する２本の直線のうち、一方の直線と円筒体５５の基端との交差部をＨ、Ｉ、他方の直線と円筒体５５の基端との交差部Ｊ、Ｋとし、各交差部Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋの位置に、それぞれ円筒体５５の軸方向に沿って板材４７、４８、５０の長さＬより長い長さＲのスリット５６、５７、５８、５９、６０、６１を形成する。次いで、集合体４６の板材５０、４７、４８の両側部がそれぞれスリット５６〜６１に嵌入するように集合体４６を円筒体５５内に挿入する。これにより、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平行に配置された板材４７、４８が板材５０に平面視して異なる２点で直交した状態となって円筒体５５内に配置することができる。その結果、円筒体５５内は、集合体４６により、円筒体５５内を通過する（排気口１２内を通過する）排気ガスの流れに沿った複数の分岐路に分割される。なお、図９、図１０（Ａ）、（Ｂ）において、符号６２、６３はセラミックボルト２１が挿通する取付け孔、符号６４〜６７は頭付きセラミックボルト２０が挿通する取付け孔である。
【００３４】
集合体４６を、板材５０に対して、平行配置された板材４７、４８が、直交するように形成したが、１枚の板材に対して、平行配置された２枚の板材が、５°以上９０°未満の角度で交差するように配置してもよい。また、１枚の板材に対して、平行配置された３枚の板材が、５°以上９０°以下の角度で交差するように配置してもよい。
また、集合体４６を形成する第１の板材群４９を２枚の板材４７、４８で構成したが、第１の板材群を３枚以上の板材を用いて構成することもできる。
【００３５】
図１１に示す第４の変形例のように、集合体６８を、距離を設けて平行配置した２枚の板材６９、７０を備えた第１の板材群と、距離を設けて平行配置した２枚の板材７１、７２を備えた第２の板材群を、第１の板材群の板材６９、７０と第２の板材群の板材７１、７２が直交交差するように配置することもできる。この集合体６８を、排気口１２内に配置した円筒体７３に図示しないスリットを形成して装着すると、集合体６８（排気口１２）の中央部に空間が形成され、集合体６８の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることができる。
【００３６】
また、排気口１２の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることで、図１２に示す第５の変形例のように、排気口１２内に配置した円筒体７４で集合体６８と同様に配置された板材６９〜７２を保持すると共に、円筒体７４及び板材６９〜７２にスリット（図示せず）を更に設けて、円筒体７４に集合体６８より多くの板材を装着させることにより、集合体７５を形成することもできる。
【００３７】
図１３に示す第６の変形例のように、集合体７６を、距離を設けて平行配置した複数枚、例えば３枚の板材７７〜６９で構成し、この集合体７６を構成している板材７７〜６９を、排気口１２内に配置した円筒体８０に形成した図示しないスリットを用いて装着させてもよい。また、図１４に示す第７の変形例のように、排気口１２内に配置した円筒体８１の中央部を除いた領域に、例えば４枚の板材８２〜８５を平行配置して集合体８６を形成することもできる。板材８２〜８５が、排気口１２の中央部に配置されないので、排気口１２の中央部を通過する流速の速い排気ガスを優先して通過させることができる。
更に、排気口１２の中央部を通過する排気ガスの流れを妨げないようにすることで、図１５に示す第８の変形例のように、排気口１２に配置した円筒体８７に装着する板材の枚数が多くなった、例えば６枚の板材８８〜９３からなる集合体９４を形成することもできる。
【００３８】
図１６に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理炉は、第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉と比較して、耐熱性部材として排気口１２の入口側に配置する板材の代わりに、耐熱性繊維を用いて作製した紐１０１を編んで（紐１０１を縦線及び横線に用いて）形成した複数枚、例えば４枚の網材９５〜９８を用い、網材９５〜９８を取付け枠体９９、１００を介して排気口１２内に設けた図示しない円筒体に取付けたことが特徴となっている。
ここで、円筒体には第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉で使用した円筒体と同一のものを使用することができ、排気口１２への円筒体の取付け方法も第１の実施の形態及びその変形例の場合と同様にすることができる。このため、網材９５〜９８と取付け枠体９９、１００についてのみ説明する。また、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法は、第１の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法と同様なので説明は省略する。
【００３９】
耐熱性繊維は、炭化ケイ素系繊維、炭素系繊維、又はアルミナ系繊維のいずれかであり、炭化ケイ素系繊維及び炭素系繊維は、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造となっている。
ここで、炭化ケイ素系繊維の場合、内殻構造は、（１）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１として、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する無機物質、（２）Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌから選択される１の金属成分をＭ１とし、Ｔｉ及びＺｒから選択される１の金属成分をＭ２とし、更にその炭化物をＭ２Ｃとして、β−ＳｉＣ、Ｍ２Ｃ、β−ＳｉＣとＭ２Ｃの固溶体及び／又はＭ２Ｃ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる粒子径が７００ｎｍ以下の結晶質超微粒子と、結晶質超粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、Ｏ、及びＭ１を含有する非晶質無機物質との集合物、（３）Ｓｉ、Ｃ、及びＯを含有する無機物質、（４）粒子径が７００ｎｍ以下であるβ−ＳｉＣの結晶質超微粒子と、結晶質超微粒子間に存在するＳｉ、Ｃ、及びＯを含有する非晶質無機物質との集合物、及び（５）β−ＳｉＣの微結晶からなる結晶質無機物質のいずれか１の炭化ケイ素から構成されている。一方、炭素系繊維の場合、内殻構造は微結晶炭素から構成されている。
【００４０】
外殻構造は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる材料Ａで構成されている。そして、外殻構造の熱膨張係数の値は、内殻構造の熱膨張係数の値の±１０％の範囲内にあり、外殻構造の厚さは、０．２μm以上１０μｍ以下である。これによって、炭化ケイ素系繊維、炭素系繊維に温度変動が生じても、外殻構造が内殻構造から剥離することを防止できる。
【００４１】
なお、固溶体酸化物は、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、更に第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとしたとき、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上からなる。これにより、固溶体酸化物（すなわち、外殻構造）の耐熱性及び耐食性が高まる。
【００４２】
そして、炭化ケイ素系繊維で網材９５〜９８を構成する場合、（１）〜（７）の炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維の紐を用いて原網材を作製し、この原網材を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより網材９５〜９８を作製する。また、炭素系繊維で網材９５〜９８を構成する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維の紐を用いて原網材を作製し、この原網材を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより網材９５〜９８を作製する。一方、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で網材９５〜９８を構成する場合、アルミナ系繊維で構成された紐から製造した網を、予め設定された形状（例えば、所定寸法の正方形状又は長方形状）に裁断することにより網材９５〜９８を作製する。
以下、炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維からなる耐熱性繊維で網材９５〜９８を構成する場合の製造方法について説明する。
【００４３】
炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維で構成された網材９５〜９８の作製方法は、（１）〜（７）の炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維又は微結晶炭素からなる炭素繊維で構成された原網材を作製する第１工程と、原網材を、材料Ａの粉末が水中、有機溶媒中、あるいは水と有機溶媒の混合溶媒中に分散した分散溶液中に浸漬し、次いで原網材を陰極側にして５０〜１５０ボルトの直流電圧を２〜１０分間印加して、電気泳動により、粉末を原網材を構成する炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の表面に付着させて処理網材を得る第２工程と、処理網材を分散溶液中から取り出し乾燥させて、水及び／又は有機溶媒を除去する第３工程と、乾燥した処理網材を、不活性ガス雰囲気中１３００〜１７００℃で、０．２〜２時間加熱処理して粉末を炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の表面に固着させ、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変える第４工程とを有している。
【００４４】
（１）〜（７）の炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維又は微結晶炭素からなる炭素繊維で構成された網を、予め設定された形状（例えば、所定寸法の正方形状又は長方形状）に裁断することにより、原網材を作製する。ここで、原網材を作製するのに使用した紐に、化学繊維（例えばレーヨン繊維）が含有される場合は、原網材を不活性ガス雰囲気（窒素ガス雰囲気、好ましくはアルゴンガス雰囲気）中で、８００〜１２００℃の温度で、０．５〜５時間加熱処理する。これによって、化学繊維を完全に分解除去、又は一部を分解除去し残部を炭化させることができる。その結果、原網材は、完全に無機物化する（以上、第１工程）。
【００４５】
そして、完全に無機物化した原網材を、材料Ａの粉末が水中、有機溶媒中、あるいは水と有機溶媒の混合溶媒中に分散した分散溶液が貯留された浴槽中に浸漬する。ここで、有機溶媒は、例えば、アセトン、エタノール、又はノルマルヘプタンのいずれか１である。また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、及びＯｓの各元素を第１群として、材料Ａは、（１）第１群から選択された１の元素の酸化物、（２）第１群から選択された２以上の元素からなる複合酸化物、（３）第１群から選択された２以上の元素の固溶体酸化物、（４）酸化物と複合酸化物、（５）酸化物と固溶体酸化物、（６）複合酸化物と固溶体酸化物、及び（７）酸化物と複合酸化物と固溶体酸化物のいずれか１からなる。なお、耐熱性及び耐食性の高い固溶体酸化物とする場合、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、及びＤｙの各元素を第２群とし、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、及びＬｕの各元素を第３群として、更に第２群から選択された少なくとも１の元素をＱＥとし、第３群から選択された少なくとも１の元素をＲＥとして、固溶体酸化物の組成を、一般式ＱＥ２Ｓｉ２Ｏ７、
ＱＥＳｉＯ５、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２、及びＲＥＡｌＯ３のいずれか１又は２以上とする。
【００４６】
続いて、原網材を陰極側にして、直流安定化電源から５０〜１５０ボルトの直流電圧を２〜１０分間印加して、電気泳動により、粉末を原網材を構成する炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の外側に付着させて処理原網材を形成する。ここで、浴槽中には、例えば、Ｃ／Ｃコンポジット製のカソ−ド電極が距離を有して対向配置されており、原網材はアノ−ド電極となる２枚のステンレス製金網に抱き合わされて（挟まれて）、カソ−ド電極間に配置される（以上、第２工程）。
【００４７】
処理原網材の形成が完了すると、処理原網材を分散溶液中から取り出し、分散溶液の液切りを行った後、１〜４時間風乾して水及び／又は有機溶媒の大半を飛散除去する。次いで、大気雰囲気中、４０〜８０℃の温度で３〜１０時間熱風乾燥して、残存する水及び／又は有機溶媒を完全に除去する（以上、第３工程）。
【００４８】
乾燥が完了した処理原網材を、アルゴンガス等の不活性ガス気流下、又は０．２〜１ＭＰａの微圧力の不活性ガス雰囲気中で、１３００〜１７００℃の温度で０．２〜２時間加熱処理する。これによって、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の外側に付着している粉末が焼結して炭化ケイ素繊維又は炭素繊維に固着し、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維は内殻構造と外殻構造を持つ多層構造に変わり（以上、第４工程）、網材が形成される。なお、外殻構造は、材料Ａで形成され、内殻構造は、炭化ケイ素繊維を構成している無機物質又は微結晶炭素で形成される。
【００４９】
また、図１６、図１７に示すように、取付け枠体９９、１００は、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）からなっている。そして、取付け枠体９９は、幅方向中央部に縦桟１０１ａを備え、縦桟１０１ａの両側に網材９５、９６の取付けが可能な枠体１０２と、網材９５、９６が取付けられた枠体１０２の縦桟１０１ａの両側部にそれぞれ取付けられて網材９５、９６を枠体１０２と共に挟持する２つの小枠体１０３、１０４とを有し、取付け枠体１００は、幅方向中央部に縦桟１０５を備え、縦桟１０５の両側に網材９７、９８の取付けが可能な枠体１０６と、網材９７、９８が取付けられた枠体１０６の縦桟１０５の両側部にそれぞれ取付けられて網材９７、９８を枠体１０６と共に挟持する２つの小枠体１０７、１０８とを有している。
なお、縦桟１０１ａには、長手方向一端（上端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み１０９が形成され、縦桟１０５には、長手方向他端（下端）の幅方向中央部から長手方向に沿って長さの半分の長さの切込み１１０が形成されている。
【００５０】
このような構成とすることにより、枠体１０２の縦桟１０１ａの両側にそれぞれ網材９５、９６を載置し、網材９５、９６の上に小枠体１０３、１０４を載置することで、網材９５、９６を枠体１０２と小枠体１０３、１０４で挟持することができる。同様に、枠体１０６の縦桟１０５の両側に網材９７、９８を載置し、網材９７、９８の上に小枠体１０７、１０８を載置することで、網材９７、９８を枠体１０６と小枠体１０７、１０８で挟持することができる。そして、小枠体１０３、１０４、１０７、１０８に設けられた各取付け孔１１１から、耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）のピン（図示せず）を差し込み先部を枠体１０２、１０６に予め形成されている各取付け孔１１２に挿入し、耐熱性の無機接着剤（例えばアルミナ質）で固定する。そして、枠体１０２の縦桟１０１aに形成した切込み１０９に枠体１０６の縦桟１０５に形成した切込み１１０を挿入することにより、集合体１１３が形成される。
なお、ピンの代わりに耐熱性酸化物（例えばアルミナ）又は耐熱性非酸化物（例えば窒化ケイ素）からなるボルトを使用してもよい。
【００５１】
本発明の第３の実施の形態に係る熱処理炉は、第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉と比較して、耐熱性部材として排気口１２の入口側に配置する板材の代わりに、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体を用い、この積層体を排気口１２内に設けた図示しない円筒体に取付けたことが特徴となっている。布材と網材又は網材の枚数を変えることで種々の厚みの積層体を容易に形成することができる。なお、積層体を形成する場合、重ね合わせる布材、網材は、同一素材のもの同士を重ね合わせることが好ましい。
【００５２】
ここで、円筒体には第１の実施の形態に係る熱処理炉１０及びその変形例にかかる熱処理炉で使用した円筒体と同一のものを使用することができ、排気口１２への円筒体の取付け方法も第１の実施の形態及びその変形例の場合と同様にすることができる。また、積層体に使用する網材は、第２の実施の形態に係る熱処理炉で使用した網材と同一の網材を使用することができ、積層体に使用する布材は、第２の実施の形態に係る熱処理炉で使用した網材を構成している耐熱性繊維と同一の耐熱性繊維から形成された織物又は不織布を所定のサイズで裁断することにより作製できる。そして、積層体の円筒体への取付け方法も第１、第２の実施の形態の場合と同様にすることができる。このため、積層体の作製方法についてのみ説明する。また、本発明の第３の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法は、第１の実施の形態に係る熱処理炉の熱効率改善方法と同様なので説明は省略する。
【００５３】
積層体を炭化ケイ素系繊維からなる耐熱性繊維でそれぞれ構成された網材と布材を用いて作製する場合、前記した炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維でそれぞれ作製された原網材と原布材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を、炭化ケイ素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより積層体を作製する。また、積層体が、炭素系繊維からなる耐熱性繊維でそれぞれ構成された網材と布材を用いて作製する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維で作製された原網材と原布材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を、炭素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより積層体を作製する。
【００５４】
積層体を炭化ケイ素系繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材を用いて作製する場合、前記した炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維で作製された原網材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭化ケイ素繊維の外側にそれぞれ外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を、炭化ケイ素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより作製する。また、積層体を炭素繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材を用いて作製する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維で作製された原網材を重ね合わせて原積層体を形成し、次いで、原積層体を構成している炭素繊維の外側にそれぞれ外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を、炭素からなる内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより作製する。
ここで、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変える方法は、第２の実施の形態に係る熱処理炉に使用した網材９５〜９８の場合と同様にすることができるので、方法の詳細な説明は省略する。
【００５５】
一方、積層体を、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材と布材を用いて作製する場合、アルミナ系繊維で構成された網材と布材を積層することにより積層体を作製する。また、積層体を、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で構成された網材を用いて作製する場合、アルミナ系繊維で構成された網材を積層することにより積層体を作製する。なお、積層体としての一体性を向上させる場合、網材と布材を積層する際、網材を積層する際、例えばアルミナ系の接着剤を介して積層する。
【００５６】
図１８、図１９に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る熱処理炉１１４は、第１の実施の形態に係る熱処理炉１０と比較して、耐熱性部材として排気口１２の入口側に配置する板材１３、１４の代わりに、炭化ケイ素系繊維、炭素系繊維、又はアルミナ系繊維からなる耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部１１５を有する布材１１６を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、布材１１６の開口部１１５がそれぞれ上下に連通して貫通孔１１７となった耐熱性の孔集合体１１８を使用し、排気口１１９内に設けた耐熱性の支持部材の一例である円筒体１２０内に、円筒体１２０の軸方向に沿って各貫通孔１１７の軸心が並ぶように（円筒体１２０の軸心方向と各貫通孔１１７の貫通方向が同じ向きとなるように）孔集合体１１８を配置したことが特徴となっている。なお、炭化ケイ素系繊維及び炭素系繊維は、内殻構造と外殻構造を持つ多層構造となっている。
【００５７】
ここで、円筒体１２０には第１の実施の形態に係る熱処理炉１０で使用した円筒体１５と同一のものを使用することができ、排気口１１９への円筒体１２０の取付け方法も第１の実施の形態の場合と同様にすることができる。このため、孔集合体１１８の作製方法、孔集合体１１８の円筒体１２０への取付け方法についてのみ説明する。
【００５８】
炭化ケイ素系繊維からなる耐熱性繊維で構成された布材１１６を用いて孔集合体１１８を作製する場合、前記した炭化ケイ素からなる炭化ケイ素繊維の織物又は不織布を円板状に裁断した原布材に予め設定された形状の開口部１１５を並べて形成し、開口部１１５の位置が一致するように原布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に複数枚重ねて原孔集合体を構成して、原孔集合体を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより各原布材を布材１１６に変えて孔集合体１１８を形成する。
【００５９】
また、炭素繊維からなる耐熱性繊維で構成された布材１１６を用いて孔集合体１１８を作製する場合、微結晶炭素からなる炭素繊維の織物又は不織布を円板状に裁断した原布材に予め設定された形状の開口部１１５を並べて形成し、開口部１１５の位置が一致するように原布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に複数枚重ねて原孔集合体を構成して、原孔集合体を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより原布材を布材１１６に変えて孔集合体１１８を形成する。
なお、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変える方法は、第２の実施の形態に係る熱処理炉に使用した網材９５〜９８の場合と同様に行うことができるので、方法の詳細な説明は省略する。
【００６０】
また、アルミナ系繊維からなる耐熱性繊維で構成された布材１１６を用いて孔集合体１１８を形成する場合、アルミナ系繊維の織物又は不織布を円板状に裁断した原布材に予め設定された形状の開口部１１５を並べて形成して布材１１６を作製し、この布材１１６を開口部１１５の位置が一致するように水平方向に位置合せしながら上下方向に複数枚重ねることにより孔集合体１１８を形成する。なお、孔集合体１１８としての一体性を向上させる場合は、布材１１６を積層する際、例えばアルミナ系の接着剤を使用する。
【００６１】
孔集合体１１８が挿入された円筒体１２０を排気口１１９内入口側に固定した場合、円筒体１２０を排気口１１９内に固定する複数の頭付きセラミックボルト２０の各頭部の側面に円筒体１２０内に挿入した孔集合体１１８の下面が当接する。このため、孔集合体１１８は頭付きセラミックボルト２０を介して円筒体１２０内に掛止されることになって、孔集合体１１８の円筒体１２０内からの脱落を防止できる。一方、排気ガスの流れで孔集合体１１８が円筒体１２０内を上方に移動すると、孔集合体１１８の上面が円筒体１２０の上側を貫通するセラミックボルト２１に当接して上方への移動が阻止され、孔集合体１１８の円筒体１２０内からの飛び出しを防止できる。
【００６２】
続いて、本発明の第４の実施の形態に係る熱処理炉１１４の熱効率改善方法について説明する。
熱処理炉１１４の排気口１１９の入口側に、排気口１１９を通過する排気ガスの流れに沿って円筒体１２０を設置すると、排気ガスは円筒体１２０内を円筒体１２０の軸方向に沿って通過して外部に排出されることになる。このため、円筒体１２０内に、円筒体１２０の軸方向に沿って各貫通孔１１７の軸心が並ぶように孔集合体１１８を配置すると、円筒体１２０内を通過する排気ガスは各貫通孔１１７内を軸心方向に沿って通過することになって、排気口１１９を通過する排気ガスの流れを妨げることなく、排気ガスと貫通孔１１７の内壁との接触を十分に行うことができる。
【００６３】
これによって、排気ガスで孔集合体１１８を効率的に加熱しながら排気口１１９を通過する排気ガスの温度を下げると共に、排気口１１９の入口側を除いた領域の温度を下げることができる。その結果、排気口１１９から外部に流出する熱を減少させることができる。また、孔集合体１１８の下端面において貫通孔１１７を除いた部分（非貫通孔部分）は排気口１１９の横断面上に位置することになるため、加熱された孔集合体１１８の非貫通孔部分から放出される輻射熱を熱処理炉１１４内に効率的に入射させることができる。このため、熱処理炉１１４の消費エネルギーを減少（燃料使用量を減少）することができると共に、熱処理炉１１４内の温度を昇温する際には昇温性能を向上させ、熱処理炉１１４内を所定温度に保持する際には炉内の温度分布を均一にすることが可能になる。
【００６４】
そして、排気ガスは、円筒体１２０内を円筒体１２０の軸方向に沿って流れるので、孔集合体１１８の各貫通孔１１７内を軸心方向に沿って通過することになって、排気口１１９内に円筒体１２０及び孔集合体１１８を設置しても排気ガスの通過が妨げられない。このため、熱処理炉１１４内の炉内ガスの流れを、排気口１１９内に円筒体１２０及び孔集合体１１８を配置しない場合と同一に保つことができると共に、炉内圧力の上昇の虞もなく、この熱処理炉１１４の熱効率改善方法を、既存の熱処理炉に対して容易に適用することができる。更に、孔集合体１１８の排気口１１９への取付け、取外しは、円筒体１２０に対する孔集合体１１８の取付け、取外しとなるので、熱処理炉１１４の保守管理が容易になる。
【００６５】
また、布材１１６で形成した孔集合体１１８の代わりに、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、板材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している孔集合体を使用することができる。
ここで、開口部を有する耐熱性の板材は、第１の実施の形態の場合と同様に、炭化ケイ素粉末を使用して成形したシートに予め設定された形状の開口部を並べて形成した原板材を作製し、得られた原板材の表面にアルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを塗布して被覆層を形成し、被覆層が形成された原板材を熱処理することにより製造できる。また、炭化ケイ素粉末の代わりに耐熱性酸化物（例えばアルミナ）の粉末を使用して成形したシートに予め設定された形状の開口部を並べて形成し焼結して板材を製造することができる。更に、アルミナ繊維で構成された織物又は不織布から裁断して作製したシートに予め設定された形状の開口部を並べて形成した後、アルミナ又はジルコニア等の耐熱性酸化物の粉末からなるスラリーを含浸して熱処理することにより板材を製造することもできる。
【００６６】
更に、布材１１６で形成した孔集合体１１８の代わりに、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している孔集合体を使用することもできる。ここで、網材は、第２の実施の形態で使用した網材９５〜９８と同一の網材を使用することができる。
【００６７】
そして、網材が炭化ケイ素系繊維で構成される場合、炭化ケイ素繊維で形成された網から裁断した円形の原網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、原網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している原孔集合体を作製し、原孔集合体を構成している炭化ケイ素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭化ケイ素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより孔集合体を作製する。また、網材が炭素系繊維で構成される場合、炭素繊維で形成された網から裁断した円形の原網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、原網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成している原孔集合体を作製し、原孔集合体を構成している炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、炭素繊維を内殻構造と外殻構造を有する多層構造に変えることにより孔集合体を作製する。
【００６８】
一方、網材がアルミナ系繊維で構成される場合、アルミナ系繊維で形成された網から裁断した円形の網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、網材の開口部がそれぞれ上下に連通して貫通孔を形成するようにして孔集合体を作製する。なお、孔集合体としての一体性を向上させる場合には、網材を積層する際、例えばアルミナ系の接着剤を使用する。
【００６９】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、布材、板材を円筒体に取付ける場合、網材を取付けるのに使用した枠体に布材、板材を取付け、布材、板材が取付けられた枠体を円筒体に取付けるようにしてもよい。
また、第１の実施の形態で使用した板材の代わりに、第３の実施の形態で使用した積層体の作製に使用した原布材にアルミナ、ジルコニア等の耐熱性酸化物のスラリーを含浸すると共に表層に塗布し非酸化性雰囲気中で熱処理することにより板状としたものを使用することができる。ここで、原布材が炭化ケイ素繊維又は炭素繊維で構成されている場合、炭化ケイ素繊維又は炭素繊維の外側に外殻構造を設けて、原布材を炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維で構成される布材を変えて、この布材の表層に更に耐熱性酸化物のスラリーを塗布し酸化性雰囲気又は非酸化性雰囲気中で熱処理することにより板状とすることもできる。
更に、板材の代わりに、炭化ケイ素系繊維又は炭素系繊維で構成される布材を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０：熱処理炉、１１：天井部、１２：排気口、１３、１４：板状の耐熱性部材（板材）、１５：円筒体、１６、１７、１８、１９：スリット、２０：頭付きセラミックボルト、２１：セラミックボルト、２２：セラミックナット、２３：耐熱性固定手段、２４：集合体、２５、２６：切込み、２７、２８、２９、３０、３１、３２：取付け孔、３３、３４：円筒体、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２：板材、４３：集合体、４４、４４ａ：円筒体、４５：集合体、４６：集合体、４７、４８：板材、４９：第１の板材群、５０：板材、５１、５２、５３、５４：切込み、５５：円筒体、５６、５７、５８、５９、６０、６１：スリット、６２、６３、６４、６５、６６、６７：取付け孔、６８：集合体、６９、７０、７１、７２：板材、７３：円筒体、７４：円筒体、７５：集合体、７６：集合体、７７、７８、７９：板材、８０、８１：円筒体、８２、８３、８４、８５：板材、８６：集合体、８７：円筒体、８８、８９、９０、９１、９２、９３：板材、９４：集合体、９５、９６、９７、９８：網材、９９、１００：取付け枠体、１０１：紐、１０１ａ：縦桟、１０２：枠体、１０３、１０４：小枠体、１０５：縦桟、１０６：枠体、１０７、１０８：小枠体、１０９、１１０：切込み、１１１、１１２：取付け孔、１１３：集合体、１１４：熱処理炉、１１５：開口部、１１６：布材、１１７：貫通孔、１１８：孔集合体、１１９：排気口、１２０：円筒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉の熱効率改善方法において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置したことを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は板状となっていることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項３】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材であることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項４】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体であることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項５】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、前記排気口を通過するガスの流れに沿って複数の貫通孔が形成された耐熱性の孔集合体であることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該網材の開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成していることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項７】
請求項５記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部を有する布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該布材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成していることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項８】
請求項５記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記孔集合体は、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該板材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成していることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性の支持部材を介して前記排気口に取付けられていることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法
【請求項１０】
加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置したことを特徴とする熱処理炉。
【請求項１】
加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉の熱効率改善方法において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置したことを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は板状となっていることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項３】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材であることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項４】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性繊維を用いてそれぞれ作製された網材と布材又は複数の網材を重ね合わせて形成した積層体であることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項５】
請求項１記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、前記排気口を通過するガスの流れに沿って複数の貫通孔が形成された耐熱性の孔集合体であることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項６】
請求項５記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した紐を編んで形成した網材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該網材の開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成していることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項７】
請求項５記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記孔集合体は、耐熱性繊維を用いて作製した複数の開口部を有する布材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該布材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成していることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項８】
請求項５記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記孔集合体は、複数の開口部を有する耐熱性の板材を水平方向に位置合せしながら上下方向に重ね、該板材の該開口部がそれぞれ上下に連通して前記貫通孔を形成していることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載の熱処理炉の熱効率改善方法において、前記耐熱性部材は、耐熱性の支持部材を介して前記排気口に取付けられていることを特徴とする熱処理炉の熱効率改善方法
【請求項１０】
加熱されたガスを排気口から外に排出する熱処理炉において、
前記排気口の入口側に、該排気口を通過するガスの流れに沿って耐熱性部材を配置したことを特徴とする熱処理炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−２４７１０８（Ｐ２０１２−２４７１０８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８２８５（Ｐ２０１１−１１８２８５）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５９４０８１３９７）株式会社超高温材料研究センター (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５９４０８１３９７）株式会社超高温材料研究センター (15)
【Ｆターム（参考）】
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