JP2016523795A - 内部遠心スピニングによる無機繊維の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、以下を含む、内部遠心スピニングによって無機繊維を製造する装置に関する：−溶融無機材料から繊維化することによって、無機繊維を形成するように設計されている、遠心スピナー（１）、−形成されている前記無機繊維上に水をスプレーするように設計されている、少なくとも一つのリング（１６、１７）。本発明は、乾燥した無機繊維を製造することを可能として、それによって省エネルギーを可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、内部遠心スピニング（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）によって無機繊維を製造する装置及び製造方法に関し、特に真空断熱パネル（ＶＩＰｓ）に適した無機繊維を製造するための内部遠心スピニングによって無機繊維を製造する装置及び製造方法に関する。

真空断熱パネルは、例えば、圧縮され、かつ減圧下に保たれている無機繊維で構成されたパネルである。

真空断熱パネルを対象とした無機繊維は、通気が減圧の維持を妨げるため、製造後の通気を避けるため、バインダーを除くことが必要である。しかし、繊維化している間に、受け入れエリアの雰囲気を冷やすために、そして噴霧（ｆｕｍｅ）の除去を容易にし、あるいは繊維を潤滑化するために、その繊維を湿らせることが必要である。接着剤コーティングリングを使用して、その繊維上に水を運ぶことができる。繊維受け取りマット上に繊維が受け取られる前に、形成された繊維に水がスプレーされる。繊維は湿った状態で受け取りマット上に落下する。

しっかりと減圧にするために、無機繊維は可能な限り乾燥していることが有利である。結果として、真空断熱パネルにおいて繊維を使用可能にする前には、繊維を乾燥させるために、繊維を受け取りマットに集めた後、それを少なくとも１つのオーブンに通過させる。しかし、オーブンに通過させることは、高いエネルギーコストを伴う。

したがって、乾燥した無機繊維の製造を可能とし、それによって省エネルギー化を可能とする、無機繊維を製造するための装置及び製造方法に関する需要が存在している。

この理由のため、本発明では、以下を含む、内部遠心スピニングによって無機繊維を製造する装置を提供する：
−溶融無機材料から繊維化することによって無機繊維を形成するように設計されている、遠心スピナー、
−形成されている無機繊維上に水をスプレーするように設計されている、少なくとも一つのリング。

他の特定の特徴によれば、リングは遠心スピナーより下の１５０ｍｍ〜３００ｍｍに位置し、かつ／又はリングは遠心スピナーのすぐ上に位置する。

他の特定の特徴によれば、遠心スピナーの下に位置するリングが水をスプレーする角度は、水平面に対して−４５°〜＋４５°を構成し、好ましくは−３０°〜＋３０°を構成する。

他の１つの特定の特徴によれば、遠心スピナーの上に位置するリングが水をスプレーする角度は、垂直な角度であるか、又は遠心スピナーの対称軸に向かって２０°以下の角度で傾斜された角度である。

他の特定の特徴によれば、スプレーされる水の総量は、５Ｌ／ｈ〜４００Ｌ／ｈであり、好ましくは１００Ｌ／ｈ〜２５０Ｌ／ｈである。

他の特定の特徴によれば、スプレーされる水の総量は、ガラス１メートルトンあたり、５〜５５０Ｌである。

他の特定の特徴によれば、遠心スピナーの上に位置するリングによってスプレーされる水の量は、水の総量の０％〜８０％であり、そして遠心スピナーの下に位置するリングによってスプレーされる水の量は、水の総量の２０％〜１００％である。

他の特定の特徴によれば、遠心スピナーの上に位置するリングは、水をスプレーするのと同時に圧縮空気をブローするように設計されている。

他の特定の特徴によれば、スプレーされる水は、霧状の水である。

本発明はまた、下記工程を含み、上記に記載の装置を用いて遠心スピニングによって無機繊維を製造する方法に関する：
−遠心スピナーを用いて溶融無機材料から無機繊維を形成すること、
−形成されている無機繊維上にリングを用いて水をスプレーすること。

本発明はまた、以下の工程を含む、真空断熱パネルを製造する方法に関する：
−上記の無機繊維を製造する方法、
−得られた無機繊維を袋詰めすること、好ましくは一次減圧下又は二次減圧下で、好ましくは乾燥剤を挿入して、得られた無機繊維を袋詰めすること。

本発明はまた、オーブンに通すことなく、製造後において０．１％未満の含水率を有する、上記記載の方法を用いて得られる製品に関する。

他の特定の特徴によれば、その製品は、５００〜８００Ｎの透過力を有する。

他の特定の特徴によれば、その製品は、流体密封包装体に包装されており、その包装は、好ましくは製品１ｋｇあたり１ｇ未満の量で乾燥剤を含む。

本発明の他の特徴及び優位点について、以下の図を参照しながら説明する。

この図は、本発明による無機繊維を製造する装置の断面図を示している。

本明細書中の「上」及び「下」という用語は、遠心スピナーが繊維化する位置にある場合、すなわち遠心スピナーの回転軸が垂直軸に沿っている場合、繊維化する位置を参照して定義される。

加えて、本明細書中の「・・・〜・・・」との表現は、その端点を含む。

本発明は、遠心スピニングによる無機繊維の製造装置に関し、その装置は、溶融無機材料から無機繊維を形成するように設計されている内部遠心スピニング装置、及び水、好ましくは霧状の水を、無機繊維を形成しながら、繊維化された無機繊維上にスプレーするように設計されている、少なくとも１つのリングを含む。

したがって、無機繊維を形成している時に、すなわち繊維を引き出している間に、そしてそれらを引き出したら、無機繊維が不完全に固化した状態であるようにして、水を無機繊維上にスプレーする。形成される繊維周辺の雰囲気は非常に高温なので、水はほぼ即座に蒸発し、繊維受け取りマット上に乾燥した繊維を得ることができる。

加えて、無機繊維を形成しながらその繊維に水をスプレーするということが、繊維に疎水性を与え、繊維の製造に続いてその繊維が用いられる時のオーブンの使用を避けることができる。必要であれば、保存の間、乾燥剤を使用して、湿気の吸収を避けることができる。しかし、その繊維は、疎水性を有するので、必要とされる乾燥剤の量は、最小限である。

図１は、本発明による無機繊維の製造装置を示している。

その装置は、繊維化盤（ｆｉｂｅｒｉｚｉｎｇ ｄｉｓｈ）とも称される遠心スピナー１を含み、遠心スピナー１は、複数の開口部１１を有する穴のあいた環状壁１０を含む。その環状壁１０は、遠心スピナー１の上部を形成するように、ベル１４を端部とするウェブ１３の形状で延在している。

その装置は、モーター（図示なし）によって回転駆動するのに適している、軸９の中空シャフト２も含む。その遠心スピナー１は、ベル１４を介してシャフト２に取り付けられる。無機繊維を形成する装置が、繊維化する位置にある場合、軸９は垂直である。上端で、シャフト２は溶融ガラスの供給手段に接続される。下端で、遠心スピナーに底部がない場合にはシャフト２はバスケット３に接続され、又は遠心スピナーが底部を有する場合には、シャフト２は遠心スピナー１に直接接続される。バスケットを有する装置の場合、図に示されるように、バスケット３は遠心スピナー１の内側に位置する。バスケット３は、複数の開口部３１を有する穴のあいた環状壁３０を含む。

無機繊維を形成する装置が運転中である場合、遠心スピナー１、シャフト２及び随意のバスケット３は、シャフト２の軸９の周囲を回転駆動する。溶融ガラスの供給手段から溶融ガラスが広がる遠心スピナーまで、溶融ガラスがシャフト２に流入する。バスケットを有する遠心スピナーの場合、溶融ガラスは、バスケット３まで流れ、そしてバスケットの環状壁３０へと投げ出され、バスケットの複数の開口部３１を通過し、そして多量のフィラメント５の形態で、遠心スピナー１の周囲壁１０に対して放出される。そして、遠心スピナー中に連続して存在している溶融ガラス（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｒｅｓｅｒｖｅ）を、遠心スピナー１の環状壁１０を貫通している複数の開口部１１に供給する。溶融ガラスは、遠心スピナー１の複数の開口部１１を通過して、繊維前駆体７として延在するオーバーランコーン（ｏｖｅｒｒｕｎ ｃｏｎｅ）６を形成する。

無機繊維を形成する装置はまた、高温ガス状の引き出し噴流を生じる少なくとも一つの環状バーナー４を含む。そのガス状の引き出し噴流は、環状バーナー４からリップ４１を有する排気口４０を経由して生じる高温ガス流であり、そのガス状の引き出し噴流は、遠心スピナー１の環状壁１０に対して、およそ接線方向である。繊維化位置において、環状バーナー４の排気口４０は、遠心スピナー１の環状壁１０の上に位置する。ガス状の引き出し噴流は、遠心スピナー１の環状壁１０を加熱すること、及び繊維が遠心スピナー１を離れながら形成される過程の繊維を加熱することの両方が可能である。環状バーナーのガス状の引き出し流の作用下で、繊維前駆体７が引き出され、それらの端部は不連続の繊維８を生じ、これらは遠心スピナー１の下の受け取りマット（図示なし）上に集められる。バインダーを使用しないで、本発明による製品を作る；無機繊維を形成する装置は、接着剤コーティング装置を含まず、そして特に接着剤コーティングリングを含まない。

無機繊維を形成する装置はまた、水、好ましくは霧状の水を、繊維を形成する時に繊維上にスプレーする、少なくとも一つのリング１６及び１７を含む。形成される繊維は、十分に固化していない繊維である。リング１６は、遠心スピナーの真上に位置し、かつ／又はリング１７は、遠心スピナーの下に位置する。各リング１６及び１７は、実質的に水平であり、そして複数の霧状の水の排出口を有する。

遠心スピナー１の真上に位置するリング１６の開口部は下に向けられており、そしてバーナー４を経由してガスを放出するリップ４１と同じ高さに配置されている。リング１６によって霧状にされた水は、垂直に、又は遠心スピナーの軸９に対して傾斜を有するように、スプレーされる。スプレーする角度βは、垂直面に対して０°〜＋２０°である。リング１６の配置及び霧状の水の噴射方向は、繊維が形成される過程における繊維上に、すなわちいまだ固化していない不連続の繊維８上に、霧状の水がスプレーされるようなものである。

遠心スピナー１の下に位置するリング１７の開口部は、おおよそ水平に配置される。リング１７は、その開口部が遠心スピナー１の下部から１００〜３００ｍｍ離れた距離に位置するように配置され、好ましくはその開口部が遠心スピナー１の下部から１５０〜３００ｍｍ離れた距離に位置するように配置され、又はその開口部がバーナー４のリップ４１から３５０〜５００ｍｍ離れた距離に位置するように配置される。リング１７によって霧状の水がスプレーされる角度αは、水平面に対して−４５°〜＋４５°であり、そして好ましくは水平面に対して−３０°〜＋３０°であり、そしてさらに好ましくは水平面に対して０°〜４５°又は０°〜３０°であり、とりわけ好ましくは水平又は上方である。リング１７及びその開口部からスプレーする角度αは、繊維が形成される過程における繊維上に、すなわちいまだ十分に固化していない不連続の繊維８上に、霧状の水が繊維上にスプレーされるように考慮される。

水の総量は、５Ｌ／ｈ〜４００Ｌ／ｈであり、好ましくは１００Ｌ／ｈ〜２５０Ｌ／ｈである。つまり、スプレーされる水の総量は、好ましくはガラス１メートルトンあたり５〜５５０Ｌの水である。遠心スピナー装置の上に位置するリング１６によってスプレーされる水の量は、水の総量の０％〜８０％であり、そして遠心スピナー装置の下に位置するリング１７によってスプレーされる水の量は、水の総量の２０％〜１００％である。

遠心スピナー１の上に位置するリング１６の温度は、バーナーを離れるガスのリップでの温度とほぼ同程度であり、すなわち例えば１４００℃近辺である。リング１７の温度は、６５０℃〜１１００℃である。そのため水がスプレーされる空気は非常に熱く、これは繊維が形成される過程における繊維と接触するとほとんど即時に水は蒸発することを意味し、水自体非常に熱いことを意味する。次に乾燥した繊維、すなわち０．１％未満の含水率を有する繊維が、受け取りマット上に到達する。一方で、従来技術による装置では、約２００℃の蒸気で飽和している空気中ですでに形成されている繊維上に、水はスプレーされる。そのため、その繊維は、湿った状態で受け取りマット上に到達する。本発明による装置は、オーブンの使用を避ける乾燥した製品の製造を可能とし、そしてこれにより省エネルギーとすることができる。

極めて熱い空気中で、霧状の水をスプレー又は蒸発させることは、水蒸気を作ることを可能とし、そしてこれは空気を冷やし、かつ繊維が受け取りマットへ吸い込まれるのを容易にし、また受け取りマット上の繊維の配布をも改善する。

加えて、繊維が形成される過程における極めて熱い繊維上に、そのため少なくとも内部においていまだ固化されていない繊維上に、霧状の水をスプレー又は蒸発させることは、繊維が強化されることを意味する。それは、繊維の機械的特性、特に押圧特性（Ｓｔａｍｐｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を改善する。それは、同じ密度に対して、真空延伸工程に耐える真空断熱パネルの能力を改善することを可能とする。また、真空断熱パネルの熱伝導度を改善することも可能である。

押圧特性は、以下の手順によって測定される：４ｇの繊維を葉巻形状に巻き付け、そしてシリンダー形のセルに導入する。棒をシリンダー形のセルに導入し、そしてその繊維を圧縮する。繊維の透過力をニュートン単位で測定する。本発明による方法を使用して得られた製品の透過力は、５００〜８００Ｎである。

含水率は、以下の手順で測定する：３０５ｍｍ×３０５ｍｍの断面積を有する３つのテスト用試料を調製する。各テスト用試料を質量測定して、そしてその初期質量Ｐ_ｉｎｔを記録する。テスト用試料を１８０℃のオーブンに３０分間通過させ、次に乾燥機に１時間通過させる。各テスト用試料をもう一度質量測定して、そしてその最終質量Ｐ_ｆｉｎを記録する。各テスト用試料に関して、含水率は、（Ｐ_ｉｎｔ−Ｐ_ｆｉｎ）／Ｐ_ｆｉｎと等しい。

好ましくは、遠心スピナー１の上に位置するリング１６は、水をスプレーすることに加えて、圧縮空気をブローすることが可能である。圧縮空気をブローすることは、繊維が、遠心スピナー１の回転軸９から極端に離れて分散することを防ぐことができる。

無機繊維を形成する装置はまた、随意に、遠心スピナーの下に導入リング２０、及び／又は遠心スピナーの最も低い領域を加熱し、かつ遠心スピナーの最上部の温度勾配の形成を防ぐか又は制限する内部バーナーを含む。

本発明はまた、以下の工程を含み、上述に記載の装置を使用して遠心スピニングによって無機繊維を製造する方法に関する。
−遠心スピナー装置を使用して、溶融無機材料から無機繊維を形成すること、
−形成された無機繊維上に水をスプレーすること。

製造後に、無機繊維は、例えば袋詰めされ、好ましくは一次真空又は二次真空下で袋詰めされ、必要であれば包装内に乾燥剤を入れ、好ましくは製品１ｋｇあたり１ｇ未満の量で乾燥剤を入れて袋詰めされる。

本発明による方法を使用して得られる製品は、オーブンに通すことなく、製造後０．１％以下の湿気を含む。

以下の条件下で、本発明による装置を使用して、製品の一例を製造した：
−１日あたり１０ｔのトン数、
−バーナーを離れるリップ４１でのガスに関して、１４００℃の温度、
−４００ｍｍＨ_２Ｏのバーナー圧力（水カラム）、
−遠心スピナーの１５０ｍｍ下に位置するリング１７、７００℃の温度の空気に存在するリング１７に関して、７０Ｌ／ｈの水流量、
−遠心スピナーの真上、バーナーのリップと同じ高さに位置するリング１６に関して、１３０Ｌ／ｈの水流量。

得られる製品は、０．０５％の含水率、及び６５０Ｎの透過力を有する。

比較して、同様な条件であるが、遠心スピナーの真上での水のスプレーはなく、繊維の引き出し及び繊維の形成領域の下に位置し、２００℃の温度の雰囲気であり、ガラス繊維をもはや変形又は引き出すことができない、遠心スピナーの３２０ｍｍ下での位置で３５０Ｌ／ｈの流量で水のスプレーをした繊維化条件で得られる基準製品は、０．３５％の含水率、及び４００Ｎの透過力を有する。

そのため、本発明による製品は、実に乾燥した製品であり、標準的な方法で製造される製品に関する事例ではなく、そして改良された機械的特性を有する。

Claims (14)

1. 以下を含む、内部遠心スピニングによって無機繊維を製造する装置：
   −溶融無機材料から繊維化することによって、無機繊維を形成するように設計されている、遠心スピナー（１）、
   −形成されている無機繊維に水をスプレーするように設計されている、少なくとも一つのリング（１６、１７）。
2. リング（１７）が前記遠心スピナー（１）より下の１５０ｍｍ〜３００ｍｍに位置し、かつ／又はリング（１６）が前記遠心スピナーのすぐ上に位置する、請求項１に記載の無機繊維を製造する装置。
3. 前記遠心スピナー（１）の下に位置する前記リング（１７）が水をスプレーする角度は、水平面に対して−４５°〜＋４５°を構成し、好ましくは−３０°〜＋３０°を構成する、請求項２に記載の無機繊維を製造する装置。
4. 前記遠心スピナー（１）の上に位置する前記リング（１６）が水をスプレーする角度は、垂直な角度であるか、又は前記遠心スピナーの対称軸に向かって２０°以下の角度で傾斜された角度である、請求項２又は３に記載の無機繊維を製造する装置。
5. スプレーされる水の総量が、５Ｌ／ｈ〜４００Ｌ／ｈであり、好ましくは１００Ｌ／ｈ〜２５０Ｌ／ｈである、請求項２〜４のいずれか一項に記載の無機繊維を製造する装置。
6. スプレーされる水の総量が、ガラス１メトリックトンあたり５〜５５０Ｌである、請求項２〜５のいずれか一項に記載の無機繊維を製造する装置。
7. 前記遠心スピナー（１）の上に位置する前記リング（１６）によってスプレーされる水の量が、前記水の総量の０％〜８０％を構成し、そして前記遠心スピナー（１）の下に位置する前記リング（１７）によってスプレーされる水の量が、前記水の総量の２０％〜１００％を構成する、請求項６に記載の無機繊維を製造する装置。
8. 前記遠心スピナー（１）の上に位置する前記リング（１６）が、水をスプレーするのと同時に圧縮空気をブローするように設計されている、請求項２〜７のいずれか一項に記載の無機繊維を製造する装置。
9. 前記スプレーされる水が、霧状の水である、請求項２〜８のいずれか一項に記載の無機繊維を形成する装置。
10. 下記工程を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置を用いた内部遠心スピニングによって無機繊維を製造する方法：
    −遠心スピナー（１）を用いて溶融無機材料から無機繊維を形成すること、
    −リング（１６、１７）を用いて形成されている前記無機繊維上に水をスプレーすること。
11. 以下の工程を含む、真空断熱パネルを製造する方法：
    −請求項１０に記載の無機繊維を製造する方法、
    −得られた前記無機繊維を袋詰めすること、好ましくは一次減圧下又は二次減圧下で、好ましくは乾燥剤を入れて、得られた前記無機繊維を袋詰めすること。
12. オーブンに通すことなく、製造後において０．１％以下の含水率を有する、請求項１０又は１１に記載の方法を用いて得られる製品。
13. ５００〜８００Ｎの透過力を有する、請求項１２に記載の製品。
14. 流体密封包装に包装されており、前記包装は、好ましくは製品１ｋｇあたり１ｇ未満の量で乾燥剤を含む、請求項１２又は１３に記載の製品。

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