美濃窯業株式会社 様：Ansys Fluentを活用した、セラミックス焼成炉の省エネ化への取り組み

美濃窯業は耐火レンガやセラミックスを主体とした事業を展開しています。もともとは耐火物の製造販売が主な業務だったのですが、近年は耐火物の製造で培ったノウハウをもとに、焼成工程設備の設計や製造も実施しています。セラミックプラントの一貫メーカーとしても国内外で好評いただいており、「美濃窯業の窯でしか焼けない」と言ってくださるお客様も少なくありません。中でもファインセラミックス焼成用の燃焼炉は、国内トップのシェアがあります。我々が所属するプラント部は、そうした設備の設計・製造を担当しています。

ファインセラミックスを焼成するには、当然ながら炉を高温（1600 ～1800℃）にする必要があります。しかし急に温度上昇をさせると焼成中にファインセラミックスが壊れてしまいますので、非常にゆるやかに温度を上げなくてはいけません。例えば、100 ℃から600℃までの間は、１時間で１℃ずつ温度上昇させたりするのですが、場合によっては一定時間150℃を維持するなど、より細かい制御が必要になることがあります。さらに焼きムラを防ぐためには、炉内のすべてのバーナーを同じ状態で維持しなくてはならず、高度な技術が求められます。当社では、特殊なバーナーと精密温度制御システムを開発することで、これらの課題を解決しました。

基本的にオーダーメードです。製品の形や大きさはお客様によって違いますので、最も効率良く製品を配置・焼成できるものを納品しています。

エネルギー効率の改善です。当社には長年のノウハウがありますので、物を焼成するだけだったら、今のままでも良い製品は作れます。しかし近年では、セラミックスの分野でも燃費が重要視されるようになってきました。このため、製品開発においても従来とは違ったアプローチが必要になっています。

燃費の改善方法で、一番効果があると考えられるのは炉の軽量化です。温めるエネルギーは重さに比例しますので、設備に使っている耐火レンガがもっと軽いものになれば、必要エネルギーも少なくて済みます。ただし、軽くすれば強度はどうしても落ちてしまいますので、どうしたら強度を維持しつつ軽量化できるか、日々研究を重ねています。

2013年より、当社はTherMAT（未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合）というプロジェクトチームに参画しており、AnsysFluentはその活動に必要なツールとして導入しました。TherMATは、経済産業省が2013年度から10年計画で企画・実施する「未利用熱エネルギー革新的活用技術研究開発」プロジェクトの委託先として組織された、産官学連携組織です。

近年、省エネやCO2排出量削減の一層の推進が強く求められていますが、その一方で、様々な業界で使われるエネルギーの半分以上が、実は利用されずに排熱になっています。TherMATではこの問題を解決するために、蓄熱技術、遮熱技術、断熱技術、熱電変換技術、排熱発電技術、ヒートポンプ技術、熱マネージメント技術、基盤技術という８つのテーマを設け、各社で分担して研究を進めています。

この中で、美濃窯業は断熱技術の研究開発を担当しています。具体的には、燃費性能に優れた軽くて丈夫な耐火レンガの開発がテーマです。これは当社の別部門で研究開発を行っているのですが、素材を作っただけではその効果が実証できません。そこで我々が所属するプラント部にて、新素材の耐火物を活用した設備を設計・製造しています。

成果は大であると考えています。もともとファインセラミックスの焼成炉はエネルギー効率が良くあり...