JPH024193A - 高温炉の断熱方法 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分針〉 本発明は、光ファイバーの製造工程において珀いられる
光フアイバー線引炉、光フアイバー母材焼結炉、半導体
引上げ炉などの１０００℃以上の高温炉の断熱方法に関
するものである。

〈従来の技術〉 従来、上記のような１０００℃以上の高温炉における断
熱方法としては、カーボンフェルト、セラミックファイ
バーフェルトなどを断熱材として用いる方法が最も一般
的である。

これらの断熱材はフェルト中の繊維の飛散を防止するた
め、円筒状の容器に収納したり、あるいは成形フェルト
として筒状に成形したものが使用される。例えば、第２
図に示すように炉芯管１の外側にヒータ２を設け、その
外周に円筒状とした成形フェルト３を配置している。こ
のように成形フェルトを用いると、容器が不要となるた
め容器の熱伝導による熱損失がなくなる利点がある。成
形フェルトにも、繊維飛散を防止するためにカーボンセ
メントなどによるコーティングを施すこともある。

更に、第３図に示すように成形フェルトを３層構造３ａ
、３ｂ、３ｃとし、高１となる内側の層３ａを高密度で
高断熱性の材料とし、さほど高温とならない外側の層３
Ｃを低密度で小熱容量の材料とすることにより、高断熱
性と小熱容量性を兼ね備える方法も提案されている。

また、カーボン、ジルコニアなどの無機質粉末を円筒容
器に収納して用いる方法、あるいはカーボン、モリブデ
ンなどの赤外線をよく反射する材料からなるシートを用
いて輻射によろ熱損失を防止する方法もある。

〈発明が解決しようとする課題〉 光ファイバーあるいは半導体は、高温炉内でより大きな
材料を処理することにより効率的な生産が理論的には可
能となる。しかし、効率的な断熱方法がないために、設
備の大型化、消ｃｅ電力の増大を招き、実用的でなかっ
た。

本発明は、設備の大型化、消ｒＲ電力の増大を惹き起こ
すことなく、大型の材料処理が可能な高温炉を製作する
ために必要な高効率の断熱方法を提供することを目的と
するものである。

＜ａ！題を解決するための手段〉 所かろ目的を達成する本発明の構成は円筒状のヒータ及
び該ビータの周囲に円筒状の断熱材を有する高温炉にお
いて、該断熱材！、を熱伝導性に関して異方性をもち、
かつ１．熱伝導率の小さい方向と温度勾配の大きい方向
とを一致させたことを特徴とする。

く作　　　用〉 高温炉内の断熱材内部では、その断熱材の性状及び断熱
材を取り巻く環境により、その温度勾配が一様ではなく
、特定の方向に高く、あるいは低くなる。熱は、温度勾
配の最も高い方向を通って高温側から低温側へ流れよう
とするから、この方向についての断熱を最重要視すべき
である。ここで、単位面積当りの熱伝導量Ｈは下式に示
すように、熱伝導率λと温度勾配ΔＴの積に比例する関
係がある。

Ｈ＝λ・ΔＴ　　　　　　　　・・・（１）従って、温
度勾配ΔＴがない方向では、熱伝導率λがどれほど大き
くても熱は伝達されず、逆に温度勾配ΔＴが大きい方向
では熱伝導率λが小さくても熱は伝達されやすい。そこ
で、本発明では、熱伝導性に異方性を有する断熱材を用
い、熱伝導率の小さい方向と熱勾配の大きい方向を一致
させることにより効率的に断熱するのである。

〈実　施　例〉 以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。同図に示す実施例で
は、赤外線反射シートとして用いられろ黒鉛シートを断
熱材とするものである。即ち、炉芯ｌｔ！：１の外側に
はヒータ２が設けられ、更にその外周には断熱材４が配
置されている。断熱材４は全体として円筒状をなし、６
つの部分４　ａ、　４　ｂ、　４　ｃ、　４　ｄ、　４
　ｅ。

４ｆから構成されろ複合体である。部分４ａはヒータ２
に向する内側の円筒ＩＩＩであり、その上部及び下部に
は、それぞれ環状部分４ｃ。

４０が配置され、それらの外周には外側の円ｎｌ−とな
ろ部分４ａが配置され、更にそれらの上部及び下部には
それぞれ環状部分４ｄ。

４ｆが配置されている。これらの部分４８〜４ｆはいず
れも黒鉛シート５を積層するものであるが、その方向が
異っている。周方向に位置する部分４ａ、４ｂは横方向
つまり半径方向に積層され、上下に位置する部分４ｃ。

４ｄ、４ａ、４ｆでは上下方向に積層されている。黒鉛
シート５は、厚さ方向、即ち面と垂直な方向の熱伝導率
は小さいが、面内での熱伝導率はその１０倍以上である
。

このような構造の高温炉において、熱は炉芯１！１１と
平行な上下方向か、あるいは炉芯管１に対し半径方向外
側へ逃げようとする。つまり、それらの方向の温度勾配
が高いわけである。

しかし、断熱材４においては、温度勾配の高い方向に沿
って黒鉛シート５が積層され、その方向の熱伝導率が他
の方向の十分の−に小さくなっている。このなめ、前述
した（１）式に従って、断熱材４を通過する熱量が小さ
くなり、効率的な断熱が行えることになる。

従来では、繊維方向がランダムなためにカーボンフェル
トは熱伝導率に関し、等方性材料となり、このため温度
勾配の小さな方向においても熱伝導率が小さかったので
ある。このような無駄を排除して断熱効果を高めたのが
本発明である。

断熱効果についての試験結果を第５図に示す。同図にお
いて、実施例とは第１図に示すものについての結果、比
較例とは第３図に示すものについての結果、従来例とは
第２図に示すものについての結果である。又、同図中、
Ａは上下方向に通過する熱量、Ｂは水平方向に通過する
熱量である。熱意は、図示省略しｔこ冷却水の１度上昇
により求めた。七−夕温度は２０００℃であった。

この結果から明らかなように、従来例に比べ比較例は異
方性材料を用いたため放熱量が減少しているが上下方向
に逃げる熱意が大きく、全体として大きな効果はない。

これに対し、本実施例は異方性材料の配置を工夫し上下
方向の熱伝導率も小さくしたため、比較例に比べ放熱量
を６０％近くまで減少させることができた。

尚、上記実施例では、断熱材４が６つの部分からなる複
合体であったが、これに限るものではない。例えば、も
っと多くの部分から構成するようにしても良いし、逆に
、第４図に示すように黒鉛シート５を連続的に湾曲させ
て、ヒータ２を取９囲むようにして、断熱効果を高める
ようにしても良い。

また、断熱材に使用する材料としては、カーボンに限ら
ず、モリブデンの赤外線反射シートも利用することがで
きる。熱伝導率の異方性を出すためには、繊維状あるい
はシート状のものが良い。更に、石英、アルミナ、ジル
コニア、カーボン等の繊維を用い、繊維の方向を揃えて
熱伝導率の異方性を付与しても良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明は、断熱材に異方性をもたせ、熱伝導率の低い方向と
温度勾配の大きな方向を一致させたので、高温炉を高い
効率で断熱することができろ。従って、大きな材料を処
理可能な高温炉を実現するに際し、設備の大型化、ある
いは消費電力の増大等の問題を解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は従
来の高温炉の縦断面図、第３図は従来の比較例にかかる
高温炉の縦断面図、第４図は本発明の他の実施例の縦断
面図、第５図は放熱量についての試験結果を示すグラフ
である。 図　　面　　中、 １は炉芯管、 ２はヒータ、 ３は断熱材、 ３ａ、３ｂ、３ｄは断熱材の各層、 ４は断熱材、 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆは断熱材の各部分
、 ５は黒鉛シートである。 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状のヒータ及び該ヒータの周囲に円筒状の断
   熱材を有する高温炉において、該断熱材は熱伝導性に関
   して異方性をもち、かつ、熱伝導率の小さい方向と温度
   勾配の大きい方向とを一致させたことを特徴とする高温
   炉の断熱方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記断熱材は、
   カーボンあるいは石英、アルミナ等のセラミック繊維の
   配列を揃えることにより前記異方性を付与されることを
   特徴とする高温炉の断熱方法。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、前記断熱材は、
   繊維を一方向に配列させた複数の部分より構成され、各
   部分の組み合せにより前記繊維の配列方向を異ならしめ
   たことを特徴とする高温炉の断熱方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、前記断熱材は厚
   さ方向に熱伝導率の小さな赤外線反射シートを層状に重
   ねて形成されることを特徴とする高温炉の断熱方法。