JP6518153B2 - 断熱材 - Google Patents

Description

本発明は断熱材に関する。

特許文献１は、溶湯保持炉を開示する。この溶湯保持炉は、受湯口を有する受湯室と溶湯加熱室と出湯室との三室から構成される。この溶湯保持炉は、受湯室と溶湯加熱室間及び溶湯加熱室と出湯室間において各室の底部に溶湯連通部を備える。溶湯加熱室の上蓋下面に面燃焼加熱装置が設けられる。溶湯加熱室の上部加熱空間に連通する開閉ダンパ付排気筒が設けられる。

溶湯保持炉の上蓋には、面燃焼バーナが設けられる。この面燃焼バーナは、燃焼面と、この燃焼面の背後の予混合ガス室とから構成してあり、この予混合ガス室に予混合ガス供給管が接続してある。そして、予混合ガスが予混合ガス供給管から予混合ガス室に導入されて燃焼面の表面で燃焼され、これにより生じた高温の燃焼排ガスの熱と燃焼面表面からの輻射熱とにより、溶湯加熱室内の溶湯が加熱されて所定の温度に維持される。

特許文献１に開示された溶湯保持炉は、簡便な設備でもって、溶湯の酸化ロスを低減して溶湯の歩留りを向上できる。特許文献１に開示された面燃焼バーナは、溶湯上部の被加熱面に対し、平行に、しかも離隔距離を小さくし、輻射伝熱が行われるので、熱伝達効率のよい溶湯加熱ができる。

実用新案登録第３１１１３３０号公報

しかし、特許文献１に開示された溶湯保持炉をはじめとした高温の構造体には、その構造体の周りの気温が高くなるという問題点があった。そのような高温の構造体の内部の熱がその外部へ伝わるためである。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものである。その目的は、構造体の内部の熱がその外部へ伝わることを効果的に抑え得る断熱材を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のある局面に従うと、断熱材は、表面被覆層を形成する。表面被覆層は、断熱されるべき物の表面を覆うものである。断熱材は、骨材と、結合材とを含み、水ガラスを含まない。骨材は、表面被覆層の形態を維持する機能を有する。結合材は、骨材同士を結合させる。骨材が、リフラクトリーセラミックファイバーと、アルミナファイバーとを含む。結合剤が、１．９重量％以上２．０重量％以下のポリビニルアルコールを含む。結合剤が、１．９重量％以上２．０重量％以下のポリビニルアルコールに加え、水酸化カルシウムを含むことが望ましい。

本発明に係る断熱材は、構造体の内部の熱がその外部へ伝わることを効果的に抑え得る。

本発明の実施形態にかかるバーナシステムの構成を示す概念図である。 本発明の実施形態にかかるバーナをとりべに取り付けられた状態で示す断面図である。 本発明の実施形態にかかるバーナの平面図である。 本発明の実施形態にかかるバーナの先端部分を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［構成の説明］
図１は、本実施形態にかかるバーナシステムの構成を示す概念図である。図２は、本実施形態にかかる容器内加熱用バーナ２０を本実施形態にかかるとりべ２４に取り付けられた状態で示す断面図である。図３は、本実施形態にかかるバーナの平面図である。図４は、本実施形態にかかるバーナの先端部分を示す断面図である。

本実施形態にかかるバーナシステムは、容器内加熱用バーナ２０と、ガス供給装置２２とを備える。容器内加熱用バーナ２０は、とりべ２４に取り付けられ、その内部を加熱し、水分を蒸発させる。ガス供給装置２２は、容器内加熱用バーナ２０に接続され、可燃性ガスと酸素との混合ガスを容器内加熱用バーナ２０に供給する。ただし、この混合ガスは、可燃性ガスと酸素との他に、空気なども含んでいる。

図１〜図４を参照して、容器内加熱用バーナ２０の構成について説明する。本実施形態にかかる容器内加熱用バーナ２０は、ガス通過部３０と、ガス噴出部３２と、メタルニット３４と、接続部３６と、断熱材３８と、パイロットバーナ４２と、のぞき窓４４と、排気筒４６とを備える。

ガス通過部３０は、ガス供給装置２２の主ガス管２２０に接続され、ガス供給装置２２が供給した混合ガスを通過させる。ガス噴出部３２は、ガス通過部３０を通過した混合ガスが噴出する部分である。本実施形態にかかるガス噴出部３２は、ステンレスの塊から削りだされたもので、中空である。メタルニット３４は、ガス噴出部３２の表面に接している。メタルニット３４は、金属製の布である。本実施形態にかかるメタルニット３４は、金属製の糸を材料として、衣類に用いる布と同様の製法で製造される。この金属製の糸は、耐熱性金属の繊維を材料として、衣類に用いる糸と同様の製法で製造される。接続部３６は、ガス通過部３０をとりべ２４に接続するための部材である。断熱材３８は、ガス通過部３０の中を通過する混合ガスが加熱されることを防止するための部材である。断熱材３８がなければ、とりべ２４の内部から放射された輻射熱によってこの混合ガスは加熱されることになる。これによって混合ガスの温度が上昇することは、ガス噴出部３２の内部で混合ガスが発火する原因になる。このような事態を防止するため、断熱材３８が取り付けられている。パイロットバーナ４２は、ガス供給装置２２の副ガス管２２２に接続されている。パイロットバーナ４２は、容器内加熱用バーナ２０が燃焼を開始するための点火装置である。のぞき窓４４は、とりべ２４の内部で燃焼が継続されているか否か判断するためのものである。排気筒４６は、とりべ２４の内部で燃焼があった結果生じた二酸化炭素などを排出するための筒である。

図４に示すように、本実施形態においては、ガス噴出部３２に、ガス噴出孔５０が設けられている。ガス噴出孔５０から前述した混合ガスが噴出する。なお、図４から明らかなように、ガス噴出部３２は、錐台形の部分５２と、円筒形の部分５４とを有する。「錐台形」とは、錐体をその底面に平行な平面で切り、小錐体とその他の部分とに分離したとき、後者の部分の形状を意味する。錐台形の部分５２にも、円筒形の部分５４にも、ガス噴出孔５０が設けられている。

上述したメタルニット３４は、ガス噴出孔５０を覆っている。本実施形態についてより正確に述べると、メタルニット３４は、ガス噴出部３２のほぼ全体を覆っているために、ガス噴出孔５０も覆うことになっている。図２には一部が取り除かれた状況を示しているが、本実施形態におけるメタルニット３４は、ガス噴出部３２のほぼ全体を覆っている。メタルニット３４は、ガス通過部３０とガス噴出部３２との接合部６０においてガス噴出部３２に点付け溶接されている。

なお、ガス供給装置２２の構成は周知である。したがって、その詳細な説明はここでは繰り返さない。

次に、図２を参照して、本実施形態にかかるとりべ２４の構成を説明する。本実施形態にかかるとりべ２４は、バーナ取付部７０と、溶湯収容部７２と、注湯部７４とを備える。バーナ取付部７０には上述された容器内加熱用バーナ２０が取り付けられる。溶湯収容部７２には溶けた金属が収容される。その溶けた金属は、本実施形態にかかるとりべ２４が傾けられると、注湯部７４から排出される。

バーナ取付部７０は、設置台部８０と、接続部８２とを有する。設置台部８０に容器内加熱用バーナ２０の接続部３６が載せられ固定される。設置台部８０の中央に孔があいている。その孔をガス通過部３０が貫通する。接続部８２は溶湯収容部７２に接続される。

溶湯収容部７２は、内壁層９０と、耐火層９２と、断熱層９４と、外殻層９６と、表面被覆層９８とを有する。内壁層９０は溶湯収容部７２の内周面を形成する。耐火層９２は、内壁層９０を取囲むように配置される。断熱層９４は耐火層９２を取囲むように配置される。外殻層９６は断熱層９４の表面を覆う。本実施形態の場合、外殻層９６は鋼板製である。表面被覆層９８は外殻層９６の表面に付着している。この表面被覆層９８は例えば次に述べられる断熱材によって形成される。その断熱材は、骨材と結合材とを含む。必要であれば、その断熱材は、分散媒をさらに含む。本発明において、骨材と結合材との重量％は特に限定されない。注湯部７４は、溶湯収容部７２の側面から突出する。注湯部７４は筒状である。

表面被覆層９８を形成する断熱材が以下において説明される。本実施形態にいう骨材とは、表面被覆層９８の形態を維持する機能を有する成分である。骨材としてリフラクトリーセラミックファイバーとアルミナファイバーとが含まれることを除けば、骨材の種類は特に限定されない。また、本実施形態にいう結合材とは、骨材同士を結合させる作用を有する物質をいう。結合剤として、水ガラスは含まれない。結合剤として、１．９重量％以上２．０重量％以下のポリビニルアルコールが含まれる。結合剤として、１．９重量％以上２．０重量％以下のポリビニルアルコールに加え、水酸化カルシウムが含まれることが望ましい。その他の結合剤については、骨材同士を結合させる作用を有するものであれば、結合材の種類と形態と濃度とは特に限定されない。骨材と結合材と分散媒との例には、表１に示されるものがある。

したがって、本実施形態にかかる断熱材の例には、リフラクトリーセラミックファイバーとアルミナファイバーと１．９重量％以上２．０重量％以下のポリビニルアルコールとを含み水ガラスを含まないものがある。

本実施形態にかかる断熱材は、骨材と結合材と分散媒とを混練することにより製造される。その混練の具体的な手順は特に限定されない。例えば、本実施形態にかかる断熱材は、骨材と結合材と分散媒とを周知の混練機で混練することにより製造される。この断熱材は断熱されるべき物の表面を覆っていればよい。その厚さは１ミリメートルあれば十分であるが、これに限定されない。なお、この断熱材はとりべ２４にのみ用いられ得るものではない。例えば竈、工業炉、焼却炉、ボイラーといった構造体の内部の熱がその外部へ伝わり得るものの表面に用いられ得る。

本実施形態にかかる表面被覆層９８の形成方法は特に限定されない。例えば、本実施形態にかかる表面被覆層９８は、上述された断熱材を周知の吹付装置によって外殻層９６に吹付けることで形成される。外殻層９６に吹付けられ乾燥した断熱材は、表面被覆層９８になる。ちなみに、本実施形態にかかる断熱材がとりべ２４以外の構造体の表面に用いられる場合、その形成方法は本実施形態にかかる表面被覆層９８の形成方法と同様であってもよい。

［動作の説明］
次に、本実施形態にかかるバーナシステムの動作を説明する。容器内加熱用バーナ２０がとりべ２４に取り付けられ、ガス供給装置２２が起動されたとする。起動されたガス供給装置２２は、副ガス管２２２から混合ガスを供給し、かつ、パイロットバーナ４２を点火させる。ガス通過部３０は、主ガス管２２０から供給された混合ガスを通過させる。ガス通過部３０を通過した混合ガスは、ガス噴出部３２において噴出し、メタルニット３４の外に漏れ出す。メタルニット３４の外に漏れ出した混合ガスはパイロットバーナ４２の炎に引火して燃焼を開始する。

ガス噴出部３２から噴出した混合ガスにパイロットバーナ４２の炎が引火すると、その炎はメタルニット３４の全体に広がる。炎が引火した後、ガス噴出部３２は、混合ガスを噴出し続ける。炎が広がった後、その炎によって、メタルニット３４の温度は次第に上昇する。その結果、メタルニット３４は赤外線を放射するようになる。メタルニット３４の表面の炎とこの赤外線とによってとりべ２４の内部は加熱され、そこに付着した水分は水蒸気となる。この蒸気は、二酸化炭素と共に排気筒４６から排出される。

とりべ２４の内部が十分加熱されると、とりべ２４の内部からも赤外線が放射され始める。その赤外線は、メタルニット３４に到達する。赤外線がメタルニット３４に到達すると、メタルニット３４の温度は上昇する。しかしながら、メタルニット３４がガス噴出部３２に接しているため、ガス噴出孔５０から突出した混合ガスは直ちにメタルニット３４の外に放出され、そこで燃焼する。メタルニット３４の内側においてガスが燃焼することはほとんど無い。ガス噴出部３２の内部で混合ガスが燃焼しないことは言うまでもない。その結果、逆火が防止される。

一方、本実施形態かかるバーナシステムによって加熱されることにより、とりべ２４の内壁層９０は熱を受ける。その熱は耐火層９２に伝わる。耐火層９２に伝わった熱は断熱層９４に伝わる。断熱層９４に伝わった熱は外殻層９６に伝わる。外殻層９６に伝わった熱は表面被覆層９８に伝わる。表面被覆層９８に伝わった熱は空気を介してとりべ２４の外へ伝わる。その表面被覆層９８の素材である断熱材の配合に応じて、表面被覆層９８の温度は様々となる。これは、本実施形態かかるバーナシステムがとりべ２４の内壁層９０に与えた熱が一定であっても同様である。以下において、その温度を裏付ける実施例と比較例とが説明される。

骨材と結合材とが容器内で混合されることにより、実施例１と実施例２と参考例とにかかる断熱材が調製された。また、結合材となる成分のみが容器内で混合されることにより、比較例にかかる断熱材が調製された。実施例と実施例２と参考例と比較例とにおける配合は表２の通りである。また、実施例１と実施例２と参考例とにおける骨材の成分は表３の通りである。

断熱材が調製された後、この断熱材が鋼板に吹付けられた。鋼板の種類および厚さは表２に示される通りである。吹付けの後、吹付けられた断熱材の厚さが測定された。厚さの測定には、土牛産業株式会社製の膜厚計ハリーデジタルが用いられた。吹付けられた断熱材の厚さは表２に示される通りである。断熱材が吹き付けられた鋼板は放置された。放置された時間は表２に示される通りである。この放置により、断熱材は自然乾燥した。鋼板が上述された外殻層９６に相当する。自然乾燥した断熱材が表面被覆層９８に相当する。断熱材が自然乾燥した後、その断熱材から試料が採取され、その試料の水分含有率が測定された。水分含有率の測定には、株式会社エー・アンド・デイ社製の加熱乾燥式水分計ＭＬ−５０が用いられた。このようにして測定された水分含有率が「自然乾燥後の断熱材の含水率」である。測定されたその含水率は表２に示される通りである。水分含有率測定後、その鋼板は一対の支柱の上に載せられた。乾燥した断熱材はその鋼板の上側に配置された。その鋼板の下にリンナイ株式会社製シュバンクガス赤外線バーナが設置された。その鋼板はそのシュバンクガス赤外線バーナによって加熱された。シュバンクガス赤外線バーナから鋼板までの距離および加熱開始時の温度は表２に示される通りである。加熱開始と同時に、鋼板と吹付層との間の温度と吹付層の表面温度が逐次測定された。これらの温度測定には、日置電機株式会社製温度ハイテスタ３４４１が用いられた。温度は、鋼板と断熱材との間における２箇所（２箇所のうち一方が「Ａ点」と称され他方が「Ｂ点」と称される）と、断熱材表面の２箇所（２箇所のうち一方が「Ｃ点」と称され他方が「Ｄ点」と称される）とで測定された。鋼板と断熱材との間における温度は、断熱材の吹付け前にプローブを鋼板表面に固定しておき、そのプローブを上述された温度ハイテスタ３４４１へ接続することで測定された。断熱材表面における温度は、断熱材の自然乾燥後にプローブを断熱材表面に固定し、そのプローブを上述された温度ハイテスタ３４４１へ接続することで測定された。これらの温度の記録には株式会社キーエンス製ＰＣカード型温度データ収集システムＮＲ−２５０が用いられた。加熱時間は表２に示される通りである。この加熱時間は、鋼板の温度が常温から１００℃に到達するまでのおおよその時間に基づいて設定された。温度が測定された後、加熱開始から表２に示される加熱時間が経過した時点のＡ点の温度とＢ点の温度との平均値が算出された。加熱開始から表２に示される加熱時間が経過した時点のＣ点の表面温度とＤ点の表面温度との平均値も算出された。これらの平均値が算出された後、これらの平均値の差も算出された。これらの値は表４に示される通りである。なお、表４には、加熱開始前と加熱終了後とにおける断熱材表面の変化も示される。

表４によって明らかなように、実施例１および実施例２の場合、参考例および比較例に比べ、断熱材の有無に応じて温度の平均値の差は大きくなる。特に、実施例２の場合、温度の平均値の差が大きい。これは、実施例１に含まれず実施例２に含まれる結合材が温度の平均値の差に大きな影響を及ぼしていることを示す。一方、参考例および比較例の場合、断熱材の有無に関わらず、温度の平均値の差はほとんどない。すなわち、従来、とりべおよび溶湯保持炉をはじめとした高温の構造体には、その構造体の周りの気温が高くなるという問題点があった。そのような高温の構造体の内部の熱がその外部へ伝わるためである。実施例１にかかる断熱材および実施例２にかかる断熱材は、参考例にかかる断熱材および比較例にかかる断熱材に比べ、構造体の内部の熱がその外部へ伝わることを効果的に抑え得る。特に、実施例２にかかる断熱材は、実施例１に含まれない結合材が含まれていることで、構造体の内部の熱がその外部へ伝わることをより効果的に抑え得る。

［本実施形態にかかるバーナシステムの効果］
以上のようにして、本実施形態かかるバーナシステムは、逆火を防止しつつ、とりべ２４の内部を加熱する。とりべ２４の内部は、このようにして溶湯と同程度の温度になるまで加熱されるので、その中に溶湯が注入されても、大きなヒートショックを受けずに済む。

２０…容器内加熱用バーナ
２２…ガス供給装置
２４…とりべ
３０…ガス通過部
３２…ガス噴出部
３４…メタルニット
３６…接続部
３８…断熱材
４２…パイロットバーナ
４４…のぞき窓
４６…排気筒
５０…ガス噴出孔
５２…錐台形の部分
５４…円筒形の部分
６０…接合部
７０…バーナ取付部
７２…溶湯収容部
７４…注湯部
８０…設置台部
８２…接続部
９０…内壁層
９２…耐火層
９４…断熱層
９６…外殻層
９８…表面被覆層
２２０…主ガス管
２２２…副ガス管

Claims (4)

1. 断熱されるべき物の表面を覆う表面被覆層を形成する断熱材であって、
   前記表面被覆層の形態を維持する機能を有する骨材と、
   前記骨材同士を結合させる結合材とを含み、
   水ガラスを含まず、
   前記骨材が、
   リフラクトリーセラミックファイバーと、
   アルミナファイバーとを含み、
   前記結合材が、１．９重量％以上２．０重量％以下のポリビニルアルコールを含むことを特徴とする断熱材。
2. 前記結合剤が、前記１．９重量％以上２．０重量％以下のポリビニルアルコールに加え、水酸化カルシウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
3. 前記無機バインダーが、石灰を含むことを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
4. 前記石灰が、水酸化カルシウムであることを特徴とする請求項３に記載の断熱材。

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