JP2019002593A - Heat insulation wall body for heating furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は加熱炉用断熱壁体に関する。 The present invention relates to a heat insulating wall for a heating furnace.
底を有する内筒が、同じく底を有する外筒の内側に配置され、内筒と外筒とが開口部側において封止され、内筒と外筒との間隙に減圧状態の空間が形成された真空断熱容器が知られている。このような真空断熱容器は、例えば加熱炉用断熱壁体として用いることができる。 An inner cylinder having a bottom is disposed inside an outer cylinder that also has a bottom, the inner cylinder and the outer cylinder are sealed on the opening side, and a decompressed space is formed in the gap between the inner cylinder and the outer cylinder. Vacuum insulated containers are known. Such a vacuum heat insulating container can be used as a heat insulating wall for a heating furnace, for example.
特許文献1には、金属製の内筒と金属製の外筒とを備え、内筒と外筒とが開口部側において溶接によって接合された真空断熱容器が開示されている。
特許文献1に開示されているような金属製の内筒と外筒とを備える真空断熱容器を、加熱炉など内筒の温度が外筒の温度に比べて大きく変動する条件下で使用する場合、熱膨張によって内筒の寸法が外筒の寸法に比べて大きく変動する。このため、内筒と外筒との接合部分にせん断応力が働き、内筒と外筒との接合部分が破損する恐れがある。また、外筒と内筒が直接接合されていると、熱伝導によって内筒の熱が外筒に漏れてしまうため、断熱性を十分に高めることが難しい。このような問題を解決するために、真空断熱容器を加熱炉用断熱壁体として用いる場合に、環状の弾性体をシール材として用いることがある。
When using a vacuum heat insulating container provided with a metal inner cylinder and an outer cylinder as disclosed in
しかしながら、環状の弾性体をシール材として用いた場合は、下記のような問題が発生する。以下、図9および図10を参照して本発明の課題について説明する。 However, when an annular elastic body is used as a sealing material, the following problems occur. The problem of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図9は、従来の加熱炉用断熱壁体100の構成について説明する模式図である。図9に示すように、加熱炉用断熱壁体100は、外筒102、内筒103、弾性シール材105、ポート106、真空ポンプ107、空間108、モーター191、カップリング194、およびファン197を備える。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of a conventional heat
外筒102および内筒103は、筒状であり、底を有する。内筒103は外筒102の内側に配置されており、かつ、内筒103の開口面103bは外筒102の開口面102bよりも外側に配置されている。外筒102の開口部にはフランジ121が設けられている。また、内筒103の開口部にはフランジ131が設けられている。フランジ121とフランジ131との間には弾性シール材105が設けられている。これにより、外筒102と内筒103とで形成される空間が封止される。
The
図9に示す加熱炉用断熱壁体100のように、加熱炉用断熱壁体100の内部にファン197を設ける場合は、外筒102の外部にモーター191を設け、内筒103の内部にファン197を設け、モーター191の動力をモーター軸193、カップリング194、及びファン軸195を介してファン197に伝達する。このとき、モーター191及びモーター軸193は外筒102に取り付けられたブラケット192に固定され、ファン軸195及びファン197は内筒103に取り付けられたブラケット196に固定される。
When the
外筒102と内筒103と弾性シール材105とで形成される空間108は、ポート106を介して真空ポンプ107を用いて排気されることにより減圧状態とされる。空間108が減圧状態となると、図10に示すように、外筒102と内筒103にはx軸方向(長手方向)において互いに近づくような力が働き、これにより弾性シール材105が圧縮される。
A
このように、真空引きによって弾性シール材105が圧縮されると、外筒102と内筒103との長手方向における相対的な位置がずれるため、図10で示されるように、モーター軸193とファン軸195とが真空引き前に比べて大きくずれる。このため、軸のずれによって騒音や振動等が発生し、ファン197の駆動状態が不安定になる恐れがある。
As described above, when the
そこで、弾性シール材105を応力に対して変形しにくい材料(弾性率が高く、剛性が高い材料)で構成すれば、真空引きによる弾性シール材105の圧縮を抑えることが可能である。しかしながら、内筒103が高温になると内筒103が熱膨張し、それに伴って内筒103のフランジ131が外側に広がり、弾性シール材105にはせん断応力(図7のF2、F3参照)が働く。このため、弾性シール材105を変形しにくい材料で構成した場合は、弾性シール材105が十分に変形しないため、外筒102に対する内筒103の変位を弾性シール材105で吸収できなくなり、場合によっては内筒103の熱膨張時に十分なシール性を確保することができない。
Therefore, if the
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and is capable of absorbing the dimensional change of the inner cylinder due to thermal expansion while suppressing the relative displacement between the inner cylinder and the outer cylinder in the longitudinal direction. An object is to provide a heat insulating wall for a furnace.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、加熱炉用断熱壁体であって、第1開口面に沿って内側に延びる環状の第1フランジを有する筒状かつ有底の外筒と、前記外筒の内側に配置され、第2開口面に沿って外側に延びる環状の第2フランジを有する筒状かつ有底の内筒と、前記外筒の外側において前記第1フランジと前記第2フランジとに挟持され、前記外筒と前記内筒とで形成される減圧された空間を外気からシールする環状の弾性シール材と、を備える。前記弾性シール材は、環状の弾性体と、当該環状の弾性体の内部に環状の弾性体の径方向に放射状に配向した複数の繊維体と、を有し、前記複数の繊維体が環状の弾性体の厚み方向に配置されている。 One aspect of the present invention for achieving the above object is a heat insulating wall for a heating furnace, and includes a cylindrical and bottomed outer cylinder having an annular first flange extending inward along a first opening surface. A cylindrical and bottomed inner cylinder disposed inside the outer cylinder and extending outward along a second opening surface; and the first flange and the first outer cylinder outside the outer cylinder And an annular elastic sealing material that is sandwiched between two flanges and seals the decompressed space formed by the outer cylinder and the inner cylinder from the outside air. The elastic sealing material has an annular elastic body and a plurality of fiber bodies radially oriented in the radial direction of the annular elastic body inside the annular elastic body, and the plurality of fiber bodies are annular. It arrange | positions in the thickness direction of an elastic body.
本発明にかかる加熱炉用断熱壁体では、環状の弾性体と、当該環状の弾性体の内部に環状の弾性体の径方向に放射状に配向した複数の繊維体と、を用いて弾性シール材を構成している。圧縮応力を受けた際、弾性シール材に含まれている繊維体は、環状の弾性体の変形を抑制するように働く。よって、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれ(つまり、弾性シール材が圧縮されることによる位置ずれ)を抑制することができる。一方、内筒が熱膨張によって変位すると、外筒と内筒との間に寸法差が生じ、弾性シール材はせん断応力を受ける。せん断応力を受けた際、弾性シール材に含まれている繊維体は、環状の弾性体と共に変位するので、弾性シール材は熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することができる。よって、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。 In the heat insulating wall for a heating furnace according to the present invention, an elastic sealing material using an annular elastic body and a plurality of fiber bodies radially oriented in the radial direction of the annular elastic body inside the annular elastic body. Is configured. When subjected to a compressive stress, the fibrous body contained in the elastic sealing material works to suppress deformation of the annular elastic body. Therefore, the relative displacement in the longitudinal direction between the inner cylinder and the outer cylinder (that is, the displacement due to the compression of the elastic seal material) can be suppressed. On the other hand, when the inner cylinder is displaced by thermal expansion, a dimensional difference is generated between the outer cylinder and the inner cylinder, and the elastic sealing material receives shear stress. When subjected to the shear stress, the fiber body contained in the elastic sealing material is displaced together with the annular elastic body, so that the elastic sealing material can absorb the dimensional change of the inner cylinder due to thermal expansion. Therefore, it is possible to provide a heat insulating wall for a heating furnace that can absorb a change in the size of the inner cylinder due to thermal expansion while suppressing a relative positional shift in the longitudinal direction between the inner cylinder and the outer cylinder.
本発明によれば、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat insulation wall body for heating furnaces which can absorb the dimensional change of the inner cylinder by thermal expansion is suppressed, suppressing the relative position shift in the longitudinal direction of an inner cylinder and an outer cylinder. be able to.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体1の構成について説明する模式図である。図1に示すように、加熱炉用断熱壁体1は、外筒2、内筒3、弾性シール材5、ポート6、真空ポンプ7、空間8を備える。図2は、図1のII−II線に沿う加熱炉用断熱壁体1の断面図である。なお、図2の断面図では、フランジ21、ポート6、および真空ポンプ7についても図示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
外筒2および内筒3は、筒状であり、底を有する。具体的に説明すると、外筒2はx軸方向(長手方向)に伸びる筒状の構造体であり、x軸方向マイナス側に底を有し、x軸方向プラス側に開口面2bを有する。外筒2の開口面2b(第1開口面)は、yz面と平行な面(換言すると、外筒2の長手方向に垂直な面)である。
The
内筒3はx軸方向(長手方向)に伸びる筒状の構造体であり、x軸方向マイナス側に底を有し、x軸方向プラス側に開口面3bを有する。内筒3の開口面3b(第2開口面)は、yz面と平行な面(換言すると、内筒3の長手方向に垂直な面)である。
The
内筒3は外筒2の内側に配置されており、かつ、内筒3の開口面3bは外筒2の外側(つまり、外筒2の開口面2bよりもx軸方向プラス側)に配置されている。外筒2の外側は外気であり、内筒3の内側は収容空間4である(図2参照)。外筒2および内筒3は、例えば、ステンレス鋼、鉄鋼を用いて構成することができる。外筒2および内筒3を構成する材料は、同じであっても良いし、異なっていても良い。
The
外筒2の開口部(x軸方向プラス側の端部)にはフランジ21(第1フランジ)が設けられている。フランジ21は、環状(図2参照)であって、かつ、外筒2の開口部側の端部から開口面2bに沿って内側に延びている。また、内筒3の開口部(x軸方向プラス側の端部)にはフランジ31(第2フランジ)が設けられている。フランジ31は、環状であって、かつ、内筒3の開口部側の端部から開口面3bに沿って外側に延びている。環状の加熱炉用断熱壁体1において十分な断熱性を確保するために、外筒2と内筒3は、フランジ部分も含めて互いに直接接触することがない寸法に設計されることが望ましい。例えば、フランジ21の内径2cは開口面2bにおける内筒3の外径3cよりも大きいことが望ましい。
A flange 21 (first flange) is provided at the opening (the end on the positive side in the x-axis direction) of the
フランジ21とフランジ31との間には弾性シール材5が挟持されている。弾性シール材5は環状(図2参照)であり、外筒2と内筒3とで形成される空間を外気から封止している。つまり、弾性シール材5は、フランジ21およびフランジ31と弾性シール材5との間に生じる摩擦力によって外筒2と内筒3とで形成される空間を封止している。外筒2と内筒3と弾性シール材5とで形成される空間8は、ポート6を介して真空ポンプ7によって減圧されることにより、減圧状態とされる。
An
図3は、図1のII−II線に沿う弾性シール材5の断面図である。図4は、図1における弾性シール材5の一部を拡大した拡大図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
図3に示すように、弾性シール材5は、環状の弾性体51と、複数の繊維体52と、を有する。複数の繊維体52は、弾性体51の内部に設けられており、内側から外側に向かって放射状に配向している。また、図4に示すように、繊維体52は、弾性体51の内部において、弾性体51の厚み方向(長手方向)に並ぶ複数の繊維体52がyz平面と略平行になるように配置されている。
As shown in FIG. 3, the
弾性体51は、外筒2および内筒3を構成する材料よりも熱伝導率が低く、弾性限界が大きく、かつ弾性率が低い材料(変形しやすい材料)で構成される。例えば、弾性体51はシリコーンゴムやフッ素ゴムを用いて構成することができる。繊維体52は弾性率が高い材料(変形しにくい材料、剛性が高い材料)で構成されることが望ましく、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を用いて構成することができる。さらに、繊維体52を構成する材料は、繊維体52と弾性体51との間で生じる摩擦力が大きくなるように加工され、弾性体51との密着性が高いことが好ましい。弾性体51と繊維体52との間には摩擦力が生じるため、弾性シール材5が外部から力を受けて変形する場合には、弾性体51と繊維体52は互いの変形および移動に合わせて変形および移動する。
The
例えば、弾性シール材5は、環状の金型に複数の繊維体を配置した後、金型に液状のゴムを流し込んで固化することで形成することができる。
For example, the
本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体は、例えば収容空間4にヒータを設けて加熱炉として用いられる。このため、収容空間4が高温になり、内筒3も高温状態になる。しかし、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体1では、外筒2と内筒3との間に熱伝導率の低い弾性シール材5を設けている。よって、内筒3は熱伝導率の低い弾性シール材5のみを介して外筒2に接しており、かつ、空間8は減圧状態であるから、内筒3から外筒2に伝わる熱量は、内筒3と外筒2とが直接接合された真空断熱容器に比べて少ない。このような構成により、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体は、十分な断熱性を保つことができる。
The heat insulating wall for a heating furnace according to the present embodiment is used as a heating furnace by providing a heater in the
次に、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体を真空引きした際の挙動について図5および図6を参照して説明する。図5は、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体の真空引き後の状態を示す模式図である。図6は、弾性シール材が圧縮されている状態を示す拡大図である。 Next, the behavior when the heat insulating wall for a heating furnace according to the present embodiment is evacuated will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic view showing a state after evacuation of the heat insulating wall for a heating furnace according to the present embodiment. FIG. 6 is an enlarged view showing a state where the elastic sealing material is compressed.
図5に示すように、真空ポンプ7を用いて空間8を真空引きすると、空間8が減圧状態となる。このように空間8が減圧状態になると、外筒2と内筒3にはx軸方向(長手方向)において互いに近づくような力が働く。それにより、弾性シール材5は、x軸方向に働く圧縮応力F1を受けて、圧縮される。このように弾性シール材5に圧縮応力F1が働くと、図6に示すように、弾性体51はyz面と平行に延びるように変形しようとする。一方、繊維体52は伸縮しにくい材料で構成されているため弾性体51に合わせてyx面と平行方向に延びることができない。ここで、弾性体51と繊維体52との間には摩擦力が働いているので、弾性体51のyz面と平行方向における変形を繊維体52により抑えることができる。したがって、真空引きによって弾性シール材5が圧縮されるとき、外筒2と内筒3との長手方向における相対的な位置のずれは抑えられる。
As shown in FIG. 5, when the
次に、本実施の形態にかかる加熱炉用断熱壁体の内筒が熱膨張した際の挙動を図7および図8を参照して説明する。 Next, the behavior when the inner cylinder of the heat insulating wall body for a heating furnace according to the present embodiment is thermally expanded will be described with reference to FIGS.
図7に示すように、例えば収容空間4に設けられているヒータ(不図示)を用いて収容空間4が加熱されると、収容空間4の熱が内筒3に伝わり、内筒3は熱膨張する。特に、内筒3のフランジ31は熱膨張によって径方向外向きに膨張する。図7では加熱前の内筒3の状態を破線で示している。一方、外筒2は弾性シール材5を介して内筒3に接しているため、内筒3の熱は外筒2にはほとんど伝わらない。したがって、内筒3が熱膨張しても、外筒2およびフランジ21はほとんど熱膨張しない。このため、内筒3の熱膨張によってフランジ31が径方向外向きに広がると、フランジ31と弾性シール材5との間に生じる摩擦力は、弾性シール材5に径方向外向きのせん断応力F3として働く。また、フランジ21と弾性シール材5との間に生じる摩擦力は、弾性シール材5に径方向内向きのせん断応力F2として働く。このようにせん断応力F2、F3を受けると、弾性シール材5は、せん断応力F2、F3に応じてせん断変形する。
As shown in FIG. 7, for example, when the
つまり、せん断応力F2およびせん断応力F3を受けると、図8に示すように、弾性体51は径方向外向きにせん断変形する。このとき繊維体52も弾性体51のせん断変形に伴って移動する。換言すると、せん断応力F2およびせん断応力F3を受けると、弾性体51および繊維体52は共にyz面と平行方向に変位する。よって、弾性シール材5が圧縮応力を受けた場合とは異なり、繊維体52は、弾性体51に対して変形を抑える方向に力を及ぼさない。したがって、弾性シール材5は、内筒3が熱膨張した際に十分にせん断変形することができ、外筒2に対する内筒3の変位を吸収することができる。これにより、十分なシール性を確保することができる。
That is, when subjected to the shear stress F2 and the shear stress F3, the
以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、内筒と外筒との長手方向における相対的な位置ずれを抑制しつつ、熱膨張による内筒の寸法変化を吸収することが可能な加熱炉用断熱壁体を提供することができる。 By the invention according to the present embodiment described above, a heating furnace capable of absorbing the dimensional change of the inner cylinder due to thermal expansion while suppressing the relative displacement in the longitudinal direction between the inner cylinder and the outer cylinder. A heat insulating wall can be provided.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記では収容空間4が加熱される加熱炉用断熱壁体に本発明を適用した場合について説明した。しかし本発明は収容空間4の温度を保つ断熱容器であればどのような技術にも適用することができる。例えば本発明は、収容空間4が冷却される断熱壁体等に適用することができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the case where the present invention is applied to the heat insulating wall for a heating furnace in which the
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited only to the configuration of the above embodiment, and within the scope of the invention of the claims of the present application. It goes without saying that various modifications, corrections, and combinations that can be made by those skilled in the art are included.
1、100 加熱炉用断熱壁体
2、102 外筒
21、121 フランジ
2b、102b 開口面
2c 内径
3、103 内筒
31、131 フランジ
3b、103b 開口面
3c 外径
4 収容空間
5、105 弾性シール材
51 弾性体
52 繊維体
6、106 ポート
7、107 真空ポンプ
8、108 空間
191 モーター
192、196 ブラケット
193 モーター軸
194 カップリング
195 ファン軸
197 ファン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Heat insulation wall for heating furnaces 2,102
Claims (1)
前記外筒の内側に配置され、第2開口面に沿って外側に延びる環状の第2フランジを有する筒状かつ有底の内筒と、
前記外筒の外側において前記第1フランジと前記第2フランジとに挟持され、前記外筒と前記内筒とで形成される減圧された空間を外気からシールする環状の弾性シール材と、を備え、
前記弾性シール材は、環状の弾性体と、当該環状の弾性体の内部に環状の弾性体の径方向に放射状に配向した複数の繊維体とを有し、前記複数の繊維体が環状の弾性体の厚み方向に配置されている、
加熱炉用断熱壁体。 A cylindrical and bottomed outer cylinder having an annular first flange extending inward along the first opening surface;
A cylindrical and bottomed inner cylinder disposed inside the outer cylinder and having an annular second flange extending outward along a second opening surface;
An annular elastic sealing material that is sandwiched between the first flange and the second flange outside the outer cylinder and seals a decompressed space formed by the outer cylinder and the inner cylinder from the outside air. ,
The elastic sealing material has an annular elastic body and a plurality of fiber bodies radially oriented in the radial direction of the annular elastic body inside the annular elastic body, and the plurality of fiber bodies are annular elastic. Arranged in the thickness direction of the body,
Heat insulation wall for heating furnace.
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CN110030456A (en) * | 2019-03-20 | 2019-07-19 | 东南大学 | A kind of pressure vessel conduit sealing isolation mounting |
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