JP4988356B2 - 熱防護体及び防護システム - Google Patents

Description

本発明は、前面、後面、及び前面と後面とに接続する周囲面を備える火炉の内部壁のための熱防護体に関していて、同様に、ボイラチューブ壁から突出る少なくとも一つの保持要素と、保持要素によって保持される少なくとも一つの熱防護体とを備えるボイラチューブ壁のための防護システムにも関する。

通常、火炉の内壁は、材料に損傷を与えるような過熱から火炉を保護するために、この種の熱防護体で覆われる。この状況で、大抵は板の形状をした熱防護体が、火炉壁に面するその後面に、切り欠き、又は穴の又は溝の形状の開口部を有し、そこで火炉壁に取付けられた保持要素に係合し、結果として熱防護体が火炉壁に固定される。熱防護体と火炉壁との間の全表面の熱伝導接続を作り上げるために、これらの防護体は、後面を例えばモルタルのような熱伝導充填材で被覆され、保持要素が係合する開口部は、完全にモルタルで満たされる。代替として、このキャビティは例えばコンクリートで打設するともまた可能である。

特許文献1において、タイル形状の熱防護体が、火炉の耐火性内張り材として、詳細には熱交換器の内張り材として述べられている。Ｔ字形状の保持要素に適合するために、防護体は、ボイラチューブ壁に面するその後面に開口溝を有し、溝は長手方向に二つの切り欠き、すなわち周囲面に矩形の断面を有する切り欠きと、長手方向にこれに隣接するＴ字形状の断面を有する第二の切り欠きとを包含する。この配置の利点は、保持要素の容易な挿入を考慮していることである。この状況で、第一の例において、熱防護タイルは、保持要素が周囲面の矩形断面を有する溝の切り込みに係合するように、Ｔ字形状の保持要素に配置される。それから熱防護タイルは、内部の溝の終端部に画定される停止位置まで、保持要素に対して押し進められ、保持要素は、Ｔ字形状の溝の切り欠きに係合し、ボイラチューブ壁にタイルを確実に固定する。据付の前に、タイルはその後面を熱伝導モルタルを用いて塗布される。この状況で、溝によって囲まれる容積は、最大可能な表面を有する熱橋を作り出すために、モルタルを用いて追加的に完全に充填される。

この状況で、溝に配置されたモルタルが、矩形の断面で上方に開口を有する溝の切り欠きから容易に落ち、その結果として、熱防護タイルとボイラチューブ壁との間に、空気の介在が形成され、それが熱の異常な分散を招き、結果として、個々においてセラミック材料のタイルの過熱を招く問題が、定期的に発生する。

米国特許第５２４３８０１号明細書

その結果、覆われるべき火炉の内壁への容易な据付を考慮し、充填材の意図しない流れ出しが有効に防止されるようになっている、熱防護体を提供することが、本発明の目的である。

この目的は、前面、後面、及び前面と後面とに接続する周囲面を備える、火炉の内部壁のための防護システム用の熱防護体によって解決され、
− 熱防護体が、その後面に保持要素に適合するための少なくとも一つの溝を有し、
− 溝が、一つの周囲面に開いた第一表面端部、及び後面の内部に配置される第二表面端部を有し、
− 溝が、後面から前面の方向に広がる断面を有する。

本発明に従う熱防護体は、前面の方向に広がる断面を備える溝を有する。この溝は、ボイラチューブ壁に結合している保持要素に適合するために役立ち、保持要素は、同様に溝の断面の形状に一致するように、その突出ている端部の方向で広がるように形成されており、その結果、遊びの無い接続が、熱防護体とボイラチューブ壁との間に提供される。溝は、周囲面に開いた第一表面端部と、後面の内部に配置される第二表面端部とを有する。本発明の意義において、溝の第二端部は、熱防護体の周囲面の一つから、どのような好適な距離にも配置されることが理解されるべきであり、その結果、挿入される保持要素に対して停止場所となることが出来る。

熱防護体の据付けのために、先に述べられた先行技術との対比によって、熱防護体は、溝のその他の端部によって画定される停止場所に保持要素の自由端部が接触するまで、周囲面の一つに開いた溝の表面全体に押し進められ、そこで壁に結合された保持要素の端部は、溝の開口表面に沿って導かれる。

本発明に従って選択された溝の断面形状の特別な利点は、熱防護体の後面に開いた溝の表面が、非常に狭い、特にスリットの形状のようになっている事実にあり、その結果、溝の中に配置された熱伝導充填材、好ましくはモルタル又はコンクリートは、後面において溝から落下する又は溝に沿って流れる可能性が事実上無い。保持要素は、熱防護体によって火炉の燃焼排ガスから完全に保護される。

好ましくは、熱防護体は、板の形状をなしている。この形状は、画定される大きな表面の前面と後面を可能にし、それらは、狭くなっている周囲面によって互いに接続される。これは、火炉の有効な熱防護と熱防護体の長期の耐用年数とを保証する。前面と後面のそれぞれに適切な成形を用いて、例えば形状が矩形又は四角形である熱防護体を用いて、広大な火炉壁は、複数の熱防護体により大きな領域にわたって覆うことが出来る。

熱防護体の後面に備えられ、前面の方向に広がる溝の断面は、様々な方法で作り上げることが出来る。従って、例えば一方では、溝の断面を、後面から前面の方向に段階的に広げることが可能である。この場合に、溝は、例えばＴ字形状の断面を有することが出来る。同様に溝の断面を、後面から前面の方向に連続的に広げることも可能であり、この場合に、台形又は燕尾の形の断面が選択される。

本発明のさらなる有利な実施形態に従って、溝の断面が、周囲面から内部へ、溝の長手方向に先細りするような溝の断面が準備される。これは詳細には、この場合に、熱防護体の生産過程で原料に差込まれた芯が、製造され完成された熱防護体から再び、より容易に取り除くことが出来るから、工業製品の利点を有する。この形成はまた、溝の開口表面で比較的に大きな遊びを有し、熱防護体が保持要素に押し進められる間に、溝の画定された位置に徐々に受け入れられるから、溝に保持要素を差込むことを容易にする。

熱抵抗の高いレベルと熱防護体の長期耐用年数を保証するために、セラミック材料から、好ましくはシリコンカーバイドから製造されることが適切である。

本発明のさらなる有利な実施形態に従って、少なくとも一つの周囲面が、前面に本質的に平行に延びる段状を有する。熱防護体が火炉壁に据付けられる場合に、従ってこれが、段のある面によって互いに係合するように、近接の熱防護体の周囲面に隣接することが可能となり、その端部においてこれらの周囲面は、互いに適切に補完するように段が作られる。結果として、一方において、火炉壁に熱防護体の正確な配置が容易になり、加えてこれは、火炉から遮蔽された火炉壁へ、燃焼排ガスの直接の浸入を効果的に防止する。

もしも熱防護体が、火炉の内部壁の熱抵抗内張り材としてばかりでなく、追加的に熱交換器への熱散逸の手段として役に立っているならば、ボイラチューブ壁の場合において例えば、熱防護体から後面の壁への最高の熱伝達に対して努力がなされるべきである。このため熱防護体は、壁に対して出来るだけぴったりと配置されるべきであり、又は熱防護体と壁との間に存在するかもしれないどのような隙間も、出来るだけ狭くなるようにされるべきである。これは、火炉壁の外形に適合される後面によって達成することが出来る。

容易に据付けられ、ボイラチューブ壁の効果的な防護と同時に、ボイラチューブ壁への最大可能な熱逸散を有するボイラチューブ壁のための防護システムを提供することが、本発明のさらなる目的である。

この目的は、ボイラチューブ壁から突出る少なくとも一つの保持要素と、請求項1から8のいずれか一項に記載の保持要素によって保持される、少なくとも一つの熱防護体とを備えるボイラチューブ壁のための防護システムを用いる本発明に従って解決され、保持要素は、溝の断面に一致する自由端部を有する。

すでに先に述べたように、火炉の内部からボイラチューブ壁への効果的な熱伝達は、詳細には、もしも熱防護体がボイラチューブ壁に配置され、出来る限り隙間及び遊びが無い場合に可能となる。この状況において、決定要因は、溝の断面と保持要素の幾何学的形状との整合である。本発明に従い、保持要素は、溝の断面に一致する自由端を有する。これはすなわち、例えばＴ形状である溝の場合に、保持要素は、それに応じてＴ−アンカーのようになっていることを意味する。

保持要素は、ボイラチューブ壁のチューブ間に配列されるチューブフィンに、好ましくは配置される。詳細には、保持要素の長手方向軸が、ボイラチューブ壁、詳細にはチューブフィンの表面に垂直に配列される。

本発明の利点は、ただ一つの熱防護体を有する防護システムで達成されることである。しかしながら、一般にボイラチューブ壁は、上に及び互いに隣接して配列される熱防護体の壁によって保護される。この場合に、本発明に従う利点は、詳細にはもしも防護システムの全ての熱防護体が、本発明に従う原理に合致してボイラチューブ壁に固定されるならば達成される。熱防護体は、上に及び互いに隣接し、どのような隙間もほぼ無しの状態で直接に配置することが出来るが、隙間有りで配置することも出来る。熱防護体の間の隙間及び、各々の熱防護体とボイラチューブ壁との間の隙間は、熱伝達を最適化するために及び燃焼排ガスからの保護を増進するために、論理的な理由によって、充填材、詳細にはモルタル及び接合膨張材で充填される。

本発明は、実施形態を表現する図面に基づいて、以下により詳細に説明される。

図1の防護システムは、熱防護体５を用いて火炉面上を覆うボイラチューブ壁１を包含し、この場合にボイラチューブ壁１は、平易な外観のために、単に部分的に、熱防護体５によって覆われている。ボイラチューブ壁１はそれ自身、平行なチューブ２とチューブフィン３とから成り、蜘蛛の巣状に一組ごとにチューブを接続している。以降に詳細に述べられるように、熱防護体５はそれぞれ、チューブフィン３に溶接されるＴ字形状の保持要素４によって、ボイラチューブ壁１に固定される。

各々の熱防護体５は、四角形の板状になっていて、前面７、前面の反対側に位置する後面８、及び前面７を後面８に接続し、それらに垂直に立つ周囲面１１、１２、１３、１４を包含する。その他の幾何学的配列、例えば壁がハニカム状に覆われる正六角形によるような配列が、同様に可能である。熱防護体５は、火炉の燃焼排ガスに面する少なくともその前面７において、熱抵抗セラミック材料、好ましくはシリコンカーバイドから成る。その後面８において、熱防護体５は、保持要素４に適合するための溝６を有し、溝６は、周囲面１４に開いた第一の表面端部６ａと、後面８の内部に配置される第二の表面端部６ｂとを包含する。溝６はさらに、前面７の方向に広がる断面を有する。この場合に、それはＴ字形状となっていて、その結果、溝６にＴ字形状の保持要素４の最適な嵌め込みが保証される。溝は、前面の方向に、例えば台形の形状で常に広がる断面を、同様に良好に有することができ、この場合に保持要素は、一致する形状を有する。

図3に表されたように熱防護体５の後面８は、ボイラチューブ壁１の形状のようになっている。その結果、後面８は、チューブ２のための半円筒形領域９と、同様にその間に平板表面１０とを有し、平板表面１０は、熱防護体５が固定された状態において、チューブ２の間に配列されるチューブフィン３に向かい合って配置される。

ボイラチューブ壁１に熱防護体５をぴったり合わせるために、Ｔ字形状の保持要素４は、開口端部６ａを介して溝６に差込まれ、それで熱防護体５は、固定されている保持要素４に関して、後面８の内部に配置される溝６の表面端部６ｂと接触するまで推し進められる。溝６への保持要素４の導入はまた、溝の断面が、開口端部６ａから内部端部６ｂの方向へ、溝６の長手方向に先細りする事によって容易となる。この場合に、これは、Ｔ字形状の保持要素４の横支柱４ａ（図2参照）の長手方向面の範囲を定める溝の内部面６ｃが、互いに斜めに延びている（図5参照）ことによって理解される。その結果、溝６に差込まれることにおいて、保持要素４は、溝６の開口表面６ａで比較的に大きな遊びをさらに有し、熱防護体５が推し進められる時に、その進行方向に直角の溝６の画定された位置を徐々に受入れる。

ボイラチューブ壁への熱伝達を最適化するために、及びボイラチューブ壁１の燃焼排ガスからの保護を増進するために、個々の熱防護体５とボイラ後部壁１との間の狭い隙間、及び個々の熱防護体５の間の隙間が、充填材、詳細にはモルタル、コンクリート、及び／又は膨張接合材で充填される。同様に、各々の熱防護体５の溝６によって囲まれる容積は、充填材によって完全に充填されるが、モルタル層は、簡易な概観のために図1と図2に表現されていない。この場合の本発明に従う熱防護体５の特別な利点は、非常に小さくて、実際に溝６のスリット形状の開口表面であるから、溝６のモルタルが、後面で外に落ち、空気の包含がそこで形成されて材料の局所過熱を導くだろう可能性が、実際上あり得ない事にある。周囲面に開いた溝６の端部６ａによって、充填材はかろうじて、現れることが出来るのみである。

図1は、部分的に熱防護体で覆われるボイラチューブ壁のための防護システムの斜視図である。 図2は、図1のラインIIに一致する図1の拡大抜粋図である。 図3は、図1の防護システムの熱防護体の後側面の斜視図である。 図4は、図1の防護システムの熱防護体の後側面の平面図である。 図5は、図4の矢視V-Vに沿った、図1の防護システムの熱防護体の側断面図である。 図6は、図4の矢視VI-VIに沿った、図1の防護システムの熱防護体の90度回転した側断面図である。

Claims (11)

1. 火炉の内部壁（１）のための防護システム用の熱防護体（５）であって、前記熱防護体（５）は、四角形の板状の形状を有しており、
   前面（７）、後面（８）、及び前記前面（７）と前記後面（８）とを接続する周囲面（１１、１２、１３、１４）を有する熱防護体（５）において、
   前記後面（８）は前記内部壁（１）に面し、前記前面（７）は、前記後面（８）の反対側に位置しており、前記周囲面（１１，１２，１３，１４）は、前記前面（７）及び前記後面（８）に対して垂直であり、前記周囲面の内の第１の周囲面（１１）は、前記前面（７）と前記後面（８）の上側に位置し、前記周囲面の内の第２の周囲面（１４）は、前記第１の周囲面（１１）の反対側で下側に位置しており、
   - 前記熱防護体（５）が、その後面（８）に、保持要素（４）に適合するための少なくとも一つの溝（６）を有し、前記保持要素（４）は、前記内部壁（１）に溶接されており、
   - 前記溝（６）が、前記第２の周囲面（１４）から前記第１の周囲面（１１）へ伸びており、前記溝（６）は、前記第２の周囲面（１４）において開いており、前記第１の周囲面（１１）に達する前に閉じており、
   - 前記溝（６）が、前記後面（８）から前記前面（７）の方向に広がる、前記溝（６）の縦軸に垂直な横断面を有し、
   - 前記溝の横断面が、前記周囲面（１４）から内部方向に向かって、前記溝（６）の長手方向に先細りする、
   火炉の内部壁（１）のための防護システム用の熱防護体（５）。
2. 前記熱防護体（５）が、板の形状をなしている、請求項１に記載の熱防護体。
3. 前記溝の横断面が、前記後面（８）から前記前面（７）の方向に段階的に広がる、請求項１又は２に記載の熱防護体。
4. 前記溝（６）が、Ｔ字形状の横断面を有する、請求項３に記載の熱防護体。
5. 前記溝の横断面が、後面（８）から前記前面（７）の方向に連続的に広がる、請求項１又は２に記載の熱防護体。
6. 前記溝（６）が、台形の横断面を有する、請求項５に記載の熱防護体。
7. 前記熱防護体（５）が、セラミック材料から製造される、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱防護体。
8. 前記セラミック材料が、シリコンカーバイドである、請求項７に記載の熱防護体。
9. 少なくとも一つの周囲面（１１、１２、１３、１４）が、前記前面（７）に平行に延びる段状を有しており、隣接する熱防護体の隣り合う周囲面は、前記段状によりお互いに係合する、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱防護体。
10. 前記後面（８）が、前記火炉壁（１）の外形に適合される、請求項１から９のいずれか一項に記載の熱防護体。
11. 火炉の内部壁（１）のための防護システムであって、
    前記火炉の内部壁（１）から突き出る少なくとも一つの保持要素（４）と、請求項１から１０のいずれか一項に記載の、前記保持要素（４）によって保持される少なくとも一つの熱防護体（５）とを備える防護システムにおいて、
    前記保持要素（４）が、前記溝（６）の横断面に一致する自由端部（４ａ）を有する、
    火炉の内部壁（１）のための防護システム。

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