KR20150013848A - 단열체 및 단열체 제조 방법 - Google Patents

단열체 및 단열체 제조 방법 Download PDF

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Abstract

탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유를 포함하는 재료로 이루어지며, 특히 고온 노의 내장을 위한 단열체가 두 개 이상의 개별 부분들로부터 조립되며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들은 각각 하나 이상의 연결 요소를 포함하며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들의 연결 요소들은 언더컷의 형성 하에 형상 결합식으로 서로 결합된다.

Description

단열체 및 단열체 제조 방법{THERMAL INSULATION BODY AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유를 포함하는, 특히 수지 펠트와 같은 재료로 이루어지며, 특히 고온 노(furnace)의 내장을 위한 단열체에 관한 것이며, 단열체는 두 개 이상의 개별 부분으로부터 조립된다.
불활성 대기 하에 예를 들어 800℃를 초과하는 온도에서 실행되는 고온 공정은 사용되는 절연재에 대한 높은 열적 기계적 요건을 요구한다. 예를 들어 고온 노의 내부 챔버를 내장함으로써 냉각된 외벽으로부터 가열 챔버를 분리하는 절연체용 재료로서 종종 탄화 및 경우에 따라서 흑연화 펠트가 사용된다. 예를 들어 비경화 수지 함침 펠트 층이 멘드릴(mandrel) 상에 권취되고 이어서 펠트 재료의 경화를 통해 이루어질 수 있는 일체형 단열체의 제조에 반해, 복수의 개별 부분들로 이루어진 단열체의 제조는 더 적은 소재 낭비 및 펠트 재료의 효율적인 고온 후처리의 장점을 제공한다.
EP 1 852 252 B1에는 고온 내열성 절연체 제조 방법이 공지되어 있으며, 0.02 내지 0.3g/cm3의 밀도로 압축된 흑연 팽창체를 기재로 한 재료로 이루어지는, 특히 복수의 만곡된 세그먼트가 중공 원통형의 구성 요소로 조립된다. 이 경우, 개별 세그먼트의 결속은 평면 이방성 흑연 입자를 함유하는 탄화 가능한 결합제(binder)에 의해 보장된다. 또한, 중공 원통형 절연체의 내측 면에 흑연 막이 배치된다.
WO 2011/106580 A2에는 탄소 섬유재로 제조되고 복수의 판형 개별 구성 요소들로부터 조립되는 반응기용 절연체가 개시되어 있다. 개별 구성 요소들은 추가의 연결 요소를 이용하여 "요철식(tongue and groove)" 삽입 연결에 의해 결합될 수 있다.
그러나, 복수의 개별 부분들로부터 조립된 공지된 단열체의 문제점은, 연속되는 개별 부분들 사이의 전환 지점에서, 즉, 접합 면에서, 구성 요소의 기계적 열적 특성이 유지될 수 없다는 데에 있다. 이는, 개별 부분들이 서로 접착되거나 결속(interlocking)되었을 경우에 적용된다. 따라서, 전환 지점을 통해 열전도 손실이 발생하고 기계적 안정성이 약화되는 위험이 형성되는데, 이는 기본적으로 원하지 않는 바다. 상응하는 열전도 손실을 방지하고 기계적 안정성을 유지하기 위해, 접합 면에는 흑연, 탄소계 결합 재료 또는 금속으로 이루어진 추가의 요소가 제공될 수 있다. 그러나, 이에 의해 재료 누적 및/또는 상이한 재료들의 밀집이 발생하며, 이는 높은 복잡성 및 그에 상응하는 높은 제조 비용 및 보관 비용과 연관된다. 또한, 기계적 안정성과 내열성의 구조적인 분리로 인해, 개별 구성 요소의 재료 특성이 국부적으로 최적으로 이용되지 못한다.
따라서, 본 발명의 과제는, 다양한 개별 부분들 사이의 전환 영역 내에서도 신뢰성 있는 단열 작용 및 충분히 높은 기계적 안정성을 포함하며, 복수의 개별 부분들로부터 간단하고 저렴하게 제조 가능한 단열체를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 제1항의 특징을 갖는 단열체, 그리고 특히 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유를 포함하는 재료로 이루어지며 특히 고온 노의 내장을 위한 단열체에 의해 해결되며, 단열체는 두 개 이상의 개별 부분들로부터 조립되며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들은 각각 하나 이상의 연결 요소를 포함하며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들의 연결 요소들은 언더컷의 형성 하에 적어도 형상 결합식, 또는 심지어 형상 결합식 및 힘 결합식으로 서로 결합된다.
본 발명에 따르면, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들에는 각각 하나 이상의 연결 요소가 제공되며, -즉, 개별 부분들이 조립되는 접합 면의 적어도 개별 섹션에는- 언더컷의 형성 하에 적어도 형상 결합식으로 서로 결합되는 연결 요소들이 제공된다. 언더컷으로 인해, 개별 부분들은 접촉되는 접합 면에서 -바람직하게는 6개의 상호 직교하는 공간 방향 중 5개 방향으로- 확실하게 보유되며 고온 노에 대한 사용 조건 하에서도 더 이상 분리되지 않을 수 있다. 이로써, 개별 부분들의 소모적인 접착이 생략될 수 있다. 6번째 공간 방향으로의 이동은 바람직하게는 힘 결합식 연결을 통해 억제된다. 또한, 스틸 밴드와 같은 추가의 보강 요소의 제공이 생략될 수 있기 때문에, 제조 비용 및 보관 비용이 상당히 절감될 수 있다. 본 발명의 다른 특별한 장점은, 언더컷이 접합 면에서의 열전도 손실에 대한 장벽을 형성함으로써, 접합부를 커버하기 위한 추가의 절연 구성 요소가 절약될 수 있다. 상이한 재료의 누적이 발생하지 않기 때문에, 열전도도, 밀도, 압축 강도 또는 굽힘 강도와 같은 중요한 재료 특성과 관련된 불연속성이 신뢰성 있게 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명은 간단히 제조되고 자립적이고 중요한 재료 상수와 관련하여 균질한 단열체를 가능케 하고, 이러한 단열체는 개별 부분들의 구조로 인해 상이한 적용 규격, 예를 들어 상이한 노의 기하학적 형상에 적응될 수 있다.
바람직하게는, 개별 부분들이 상호 직교로 위치하는 6개의 공간 방향 중 5개의 방향으로 적어도 형상 결합식으로 조립된다. 6번째 공간 방향으로의 이동은 바람직하게는 오직 힘 결합식 연결을 통해 제한된다.
단열체의 특히 높은 안정성을 달성하기 위해, 바람직하게는, 단열체로 조립되는 모든 개별 부분들이 각각 하나 이상의 연결 요소를 포함하며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들의 연결 요소들은 언더컷의 형성 하에 각각 서로 결합된다.
바람직하게는, 개별 부분들은 오로지 연결 요소들을 사용하여 조립되는데, 즉, 접착, 클램핑 등이 사용되지 않는다. 이에 의해, 재료 특성의 바람직하지 못한 불연속성 및 열전도 손실을 야기할 수 있는, 단열체 내의 이물질이 방지된다.
바람직하게는, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들의 연결 요소들이 압입 끼워 맞춤부의 형성 하에 힘 결합식으로 서로 결합된다. 압입 끼워 맞춤부를 통해, 형상 결합식 연결에 추가로 힘 결합식 연결이 제공되는데, 이는 의도하지 않은 분리에 대한 연결의 안정성을 더 증가시킨다. 이러한 형상 결합식 그리고 힘 결합식 연결의 조합은 높은 열적 기계적 응력에서도 관련 개별 부분들의 신뢰성 있고 지속적인 결속을 보장하는 접합을 형성한다.
본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들의 연결 요소들은 단열체의 개별 부분들에 직접 형성된다. 즉, 각각의 연결 요소는 단열체의 관련 개별 부분들의 일체식 구성 부분을 형성한다. 따라서, 추가의 구성 요소에 대한 비용이 드는 부착이 생략될 수 있다. 또한, 개별 부분들과 부속된 연결 요소 사이에 재료 결합식 연결이 형성되는 경우, 접합의 강도가 특히 높아진다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 개별 부분들 중 하나 이상이, 바람직하게는 연결 요소들을 포함하여 모든 개별 부분들이 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유로 이루어진 동질의 펠트로 제조된다. 이러한 유형의 펠트는 높은 내열성 및 동시에 높은 기계적 강도를 포함하기 때문에, 고온 환경에서의 단열을 위한 재료로서 특히 적합하다.
또한, 개별 부분들 중 하나 이상이, 그리고 바람직하게는 연결 요소들을 포함하여 모든 개별 요소들이, 바람직하게는 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유로 구성된, 특히 함침된 소프트 펠트 또는 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유로 구성된 하드 펠트인 동일한 재료로 각각 제조되는 것은 바람직하다. 이로써, 열전도도 또는 강도와 관련하여 바람직하지 못한 불연속성이 방지되고, 조립된 두 개의 개별 부분들 사이의 접촉 지점을 통한 바람직하지 못한 열 손실이 발생하지 않는다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 개별 부분들 중 하나 이상이, 바람직하게는 모든 개별 부분들이 0.01 내지 0.50g/cm3, 바람직하게는 0.10 내지 0.25g/cm3, 그리고 특히 바람직하게는 0.13 내지 0.20g/cm3의 밀도를 갖는 펠트로부터 제조된다. 이러한 특성을 갖는 펠트는 상술된 유형의 단열체의 제조에 특히 바람직한 것으로 입증되었다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 개별 부분들 중 하나 이상이, 바람직하게는 모든 개별 부분들이 5 내지 500mm, 바람직하게는 20 내지 250mm, 그리고 특히 바람직하게는 40 내지 120mm의 두께를 갖는 펠트로부터 제조된다. 이러한 특성을 갖는 펠트는 상술된 유형의 단열체의 제조에 특히 바람직한 것으로 증명되었다.
또한, 개별 부분들 중 하나 이상이, 바람직하게는 모든 개별 부분들이 10,000mm보다 작은, 바람직하게는 1,000mm보다 작은, 그리고 특히 바람직하게는 100mm보다 작은 길이를 갖는 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유로 구성된 펠트로부터 제조되는 경우, 안정성 및 절연 효율의 관점에서 특히 양호한 결과가 달성된다.
본 발명의 구상의 개선예에서, 개별 부분들 중 하나 이상이, 바람직하게는 모든 개별 부분들이, 탄소질 결합제를 함유하는 펠트로부터 제조되는 것이 제안된다. 기본적으로, 모든 공지된 결합제가 이러한 목적을 위해 사용될 수 있으며, 특히 페놀 수지, 피치, 푸란 수지, 페닐 에스테르, 에폭시 수지 및 두 개 이상의 상기 화합물의 임의의 혼합물로 형성된 그룹 중에서 선택된 결합제에 의해 양호한 결과가 얻어진다. 상기 유형의 결합제를 갖는 펠트는 절연을 위해 특히 바람직한 재료를 나타낸다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 개별 부분들 중 하나 이상이, 바람직하게는 모든 개별 부분들이, 2000℃에서 DIN 51936에 따라 측정된 최고 1.5W/(m·K), 바람직하게는 최고 0.8W/(m·K)의 열전도도를 포함하는 펠트로부터 제조된다. 따라서, 고온 시스템에서 열전도 손실이 충분하게 방지된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 개별 부분들 중 하나 이상이, 바람직하게는 단열체의 모든 개별 부분들이, 0.2 MPa 이상, 바람직하게는 0.5 MPa 이상, 그리고 특히 바람직하게는 0.8 MPa 이상의, DIN EN 658-2 및 DIN 51910에 따라 측정된 굽힘 강도 및/또는 DIN EN 658-3에 따라 측정된 압축 강도를 포함하는 펠트로부터 제조된다.
또한, 본 발명의 범주 내에서, 단열체를 중공 프로파일로서, 바람직하게는 중공 원통으로서 형성하는 것은 바람직한 것으로 입증되었다. 이러한 중공 프로파일은 고온 노의 가열 챔버의 내장에 특히 적합하다. 이 경우에, 가열 챔버는 내벽을 통한 열 손실로부터 가열 챔버의 내벽에 배치된 중공 프로파일형 단열 체에 의해 보호된다. 고온 노는 종종 원통형 가열 챔버를 포함하는데, 가열 챔버는 크기가 맞는 단열 중공 원통을 사용하여, 예를 들어 상부 개구를 통해 중공 원통을 삽입함으로써 용이하게 단열될 수 있다.
바람직하게는, 개별 부분들이 평편하게 구성되며 중공 프로파일의 벽을 형성하며, 각각의 언더컷은 벽의 표면 법선에 대해 횡 방향으로 작용한다. 표면 법선에 대해 횡 방향으로 작용하는 언더컷에 의해 벽의 "분열"이 신뢰성 있게 방지된다. 특히 바람직하게는, 언더컷은 단지 벽의 표면 법선에 대해 횡 방향으로만 작용한다. 이는, 각각의 개별 부분들이 언더컷이 작용하지 않는 방향으로 조립되거나 합체됨으로써 조립을 단순화할 가능성이 제공된다.
또한 본 발명의 구상의 개선예에서, 개별 부분들 중 두 개 이상이, 그리고 바람직하게는 단열체의 모든 개별 부분들이 형상 결합식 제비꼬리형 연결부에 의해 서로 조립되는 것이 제안된다. 제비꼬리형 연결부는, 제비꼬리 형상의 경사진 측면으로 인해, 힘 증진 쐐기 효과를 발휘할 수 있으며, 이로써 비교적 높은 강도를 제공할 수 있다. 특히 제비꼬리형 연결부는 횡 방향 힘뿐만 아니라 인장력도 전달할 수 있다.
이 경우에, 제비꼬리형 연결부의 개구 각도가 각각 5°내지 85°, 바람직하게는 15°내지 75°, 특히 바람직하게는 30°내지 60°일 수 있다. 이러한 유형의 개구 각도는 연결 강도의 관점에서 특히 유리한 것으로 입증되었다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연결 요소들은 장방형 홈 및 이에 맞는 설부로 구성되는데, 이는 언더컷을 형성하도록 각각 서로에 대해 경사진 측면을 포함한다. 경사진 측면이 제공됨로써, 단지 횡 방향 힘을 흡수하기 위해 적합한 "요철식" 연결이, 횡 방향 힘뿐만 아니라 인장력도 흡수하며, 언더컷을 갖는 제비꼬리형 연결부로 확장될 수 있다.
본 발명의 구상의 개선예에서, 서로 대향하여 놓이며 경사진 스프링 또는 홈의 두 개의 측면들 사이의 각도가 15°내지 30°, 특히 바람직하게는 20° 내지 24°인 것이 제안된다. 이에 의해 특히 안정적인 연결이 제공될 수 있다.
또한, 설부 폭 대 부속된 개별 부분들 폭의 비율은 바람직하게는 1:1.5 내지 1:5, 특히 바람직하게는 1:2 내지 1:3이다. 이러한 구성은 완성된 단열체의 열적 그리고 기계적 특성의 관점에서 특히 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 홈 및 설부는 종 방향에서 볼 때 섹션에 따라 언더컷 그리고 바람직하게는 압입 끼워 맞춤부를 형성하지 않는다. 그 다음, 언더컷이 거의 우회하여 조립된 상태에서 개별 부분들의 원 위치될 때야 비로소 작용하도록, 개별 부분들이 서로에 대해 오프셋되어 조립될 수 있다. 이에 의해, 특히 간단한 조립이 가능한데, 그 이유는 조립될 두 개의 부분들이 서로에 대해 상대적으로 이동해야 하는 경로가 확실히 단축되기 때문이다. 섹션에 따른 언더컷의 제거는 압입 끼워 맞춤부의 추가 사용 시에 특히 바람직하며, 압입 끼워 맞춤부에 의한 힘 결합을 통해 추가 억제 효과가 발생한다. 이때, 단축된 경로는 압입 끼워 맞춤부 내에서 감소된 마모를 구현한다.
이 경우에, 홈 및 설부는 바람직하게는 일정한 간격으로 언더컷 없는, 바람직하게는 압입 끼워 맞춤부 없는 영역을 규정한다. 예를 들어, 개별 부분들 면을 따라 볼 때 150mm 내지 250mm 마다 언더컷 없는, 바람직하게는 압입 끼워 맞춤부 없는 영역이 제공될 수 있다.
단열체는 종축을 규정할 수 있고 종축을 따라 연속으로 배열된 개별 부분들의 복수의 열로부터 조립될 수 있으며, 두 개의 인접한 열의 접합 면은 종축에 대해 서로 오프셋되는데, 바람직하게는 개별 부분 길이의 절반만큼 서로에 대해 오프셋 된다. 이에 의해, 오프셋된 벽돌을 갖는 벽돌담 결합과 유사한 개별 부분들의 안정된 결합이 형성된다. 기본적으로, 이러한 방식으로 임의의 긴 중공 프로파일 또는 도관이 형성될 수 있다.
바람직하게는 하나의 열의 개별 부분들이 언더컷의 형성 없이 조립된다. 이는, 조립의 범주 내에서 개별 부분들의 조립을 용이하게 한다.
간단한 제조 및 취급의 이유로 그리고 기계적 안정성을 증가시키기 위해, 각각의 연결 요소들의 돌출되고 후퇴된 섹션들 사이의 에지가 라운딩되어 구성되는 것은 바람직한 것으로 입증되었으며, 바람직하게는 라운딩된 에지의 곡률 반경은 1mm와 10mm 사이, 그리고 바람직하게는 3mm와 7mm 사이에 있다.
또한, 바람직하게는, 개별 부분들이 플레이트로 형성되며, 연결 요소들이 서로 대향하는 두 개 이상의 협착 면에, 그리고 바람직하게는 각각의 플레이트의 모든 네 개의 협착 면에 제공된다. 이 경우에, 각각의 플레이트의 대향하는 두 개의 협착 면에만 연결 요소들을 제공하는 것은 특히 간단한 제조를 가능케 한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 플레이트는 평편하고 접합 면은 플레이트의 평편한 면에 대해 직각으로 연장된다. 이는, 단열체에서 종종 요구되는 바와 같은, 확장된 벽 유형의 구조에 특히 적합하다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 플레이트는 마찬가지로 평편하나, 접합 면은 플레이트의 평편한 측면과 함께 1° 내지 85°, 바람직하게는 30° 내지 75°, 특히 바람직하게는 45°의 각도를 형성하는 평면 내에서 연장한다. 이에 의해, 다각형 단면을 갖는 중공 프로파일이 예를 들어 간단하게 형성될 수 있다. 특히, 다각형 단면을 갖는 이러한 중공 프로파일에 의해, 평편한 개별 부분들이 만곡된 개별 부분들 보다 더 용이하게 제조되고 더 유연하게 적용될 수 있는 점을 이용하기 위해, 더 복잡하고 만곡된 프로파일 구조도 접근시킬 수 있다.
평편하게 형성된 개별 부분들의 접합 면은 표면 법선 방향에서 볼 때, 하나 이상의 단차를 형성한다. 두 개의 개별 부분들이 조립되는, 접합 면의 이러한 단차식 구성에 의해, 상기 단열체의 절연 효과 및 강도가 더 증가될 수 있다.
이 경우에, 일 실시예에서, 각각의 접합 면이 표면 법선 방향에서 볼 때, 상기 단차 또는 복수의 단차에 의해 동일한 폭의 접합 영역으로 분할되는 것은 특히 유리한 것으로 입증되었다.
또한, 특정 접합 면의 접합 영역들 중 하나 이상에 연결 요소들이 제공되지 않을 수 있다. 이 경우에, 표면 법선 방향에서 볼 때, 연결 요소들이 제공되는 상기 접합 영역 또는 복수의 접합 영역들의 폭이 연결 요소들이 제공되지 않는 상기 접합 영역 또는 복수의 접합 영역들의 폭에 대해, 1:1 이상, 바람직하게는 2:1 또는 3:1일 경우에 바람직하다. 따라서, 예를 들어 구성 요소 두께와 관련하여 톱니형 접합 영역은 바람직하게는 비 톱니형 접합 영역보다 큰 확장부를 포함함으로써, 충분한 안정성이 보장된다.
본 발명의 다른 대상은 단열체, 특히 상술된 유형의 단열체 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유를 포함하는 재료로 이루어진 두 개 이상의 개별 부분들이 제공되며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들에는 언더컷 형성 하에 형상 결합식 결합을 위한 하나 이상의 연결 요소가 각각 제공된다. 그 다음, 개별 부분들은 연결 요소들이 서로 삽입됨으로써 단열체로 조립된다. 개별 부분들의 상호 삽입에 의해 언더컷과의 형상 결합식 연결이 형성되는데, 이는 이후에 단열체의 사용 중에 두 개의 개별 부분들의 의도하지 않은 분리를 신뢰성 있게 방지한다. 이러한 연결은 선택적으로 힘 결합식 압입 끼워 맞춤부에 의해 지원될 수 있다.
바람직하게는, 연결 요소는 균질의 펠트 재료, 바람직하게는 함침된 소프트 펠트, 또는 하드 펠트로 된 개별 부분-블랭크의 상부 표면을 가공함으로써 형성된다. 이러한 가공은 예를 들어 연마, 밀링, 쏘잉, 드릴링 또는 절단에 의해 수행될 수 있다. 상기 유형의 과정에서, 별도의 연결 요소들을 제조하여 개별 부분들에 부착하는 것이 필요치 않기 때문에 단열체의 제조가 단순화된다. 또한, 이물질의 억제 및 이에 따라 단열체의 특히 균일한 열전도 거동이 거의 자동으로 형성된다.
바람직하게는, 개별 부분들을 제공할 때, 연결 요소들에는 바람직하게는 최고 0.5mm, 특히 바람직하게는 0.25mm, 가장 바람직하게는 0.01mm와 0.2mm 사이의, 압입 끼워 맞춤부를 위한 여유가 제공된다. 압입 끼워 맞춤부는 기존의 형상 결합식 연결에 추가로, 기계적 강도를 증가시킬 뿐만 아니라, 접합 면의 영역에 균일한 열 전도를 보장하는 힘 결합식 연결을 제공한다.
본 발명의 구상의 개선예에서, 각각 두 개의 개별 부분들은 조립 시에 제1 접합 방향을 따라 횔주식으로 서로 삽입되고, 그 후에 제1 접합 방향과 상이한 제2 접합 방향을 따라 서로에 대해 변위됨으로써, 연결 요소들에는 제1 접합 방향을 따라 작용하는 언더컷이 형성된다. 이는 단열체의 조립을 용이하게 하는데, 그 이유는 개별 부분들의 조립이 과도한 힘 소모 없이 수행될 수 있기 때문이다.
이하, 본 발명이, 발명을 설명하나 발명을 한정하지는 않는 실시예에서 도면을 참조로 상세히 설명된다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열체의 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 따른 단열체의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열체의 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단열체의 개별 부분의 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 조립된 복수의 개별 부분들을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 단열체의 개별 부분의 사시도이다.
도 5b는 도 5a에 따른 조립된 복수의 개별 부분들을 도시한다.
도 1a 및 도 1b에 따르면, 원통 종축(L)을 포함하는 중공 원통형 단열체(11)는 고온 시스템에서 열 손실을 최소화하기 위해 사용된다. 단열체(11)는 탄화 섬유를 기재로 하는 하드 펠트로 각각 이루어진 복수의 개별 부분들(13)로부터 제조된다. 예를 들어, 하드 펠트는 0.2g/cm3의 밀도, 1MPa의 압축 강도, 1MPa의 굽힘 강도 및 2000℃에서 0.8W/(m·K)의 반경 방향의 열전도도를 갖는다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서, 개별 부분들 또는 원통 세그먼트(13)의 반경 방향 단부 면(14)에는 제비꼬리형 톱니 형태의 연결 요소들(17)이 제공되는데, 이는 언더컷(19)의 형성 하에 형상 결합식으로 서로 결합된다. 이에 반해, 원통 세그먼트의 축 방향 단부 면(16)에는 제비꼬리형 톱니(17)가 제공되지 않는다.
제비꼬리형 톱니(17)를 제조하기 위해, 탄화 그리고 경우에 따라서 흑연화와 같은, 바람직하게는 펠트 재료의 경화 및 열 처리 후에, 원통 세그먼트(13)의 서로 대향하여 놓인 상응하는 단부 면(14)이 기계적으로 가공된다. 즉, 제비꼬리형 톱니(17)가 원통 세그먼트(13)에 직접 형성된다. 가공 시에, 상응하는 면에는 0.01mm 내지 0.2mm의 기하학적 여유가 제공된다. 가공 완료 후, 원통 세그먼트(13)는 원통 종축(L)에 대해 직각으로 연장하는 접합 방향(F1)에서 조립되며, 제비꼬리형 톱니들(17)은 결합된다. 이 경우에, 제비꼬리형 톱니(17)의 경사진 측면(21)은, 원통 세그먼트(13)의 해제를 확실하게 방지하며 주연 방향으로 작용하는 언더컷(19)을 형성한다. 가공 시에 제공된 여유로 인해, 압입 끼워 맞춤부가 추가로 형성되고, 이는 언더컷(19)과 함께 작용한다. 상기 유형의 접합이 원통 세그먼트(13)의 나머지 펠트 재료와 마찬가지로 동일한 열전도도를 갖는 것은 놀랄만한 것이다. 따라서, 형상 결합식 그리고 힘 결합식 연결의 조합에 의해, 특히 신뢰성 있는 접합이 형성되는데, 이는 고온 시스템에서 높은 열적 그리고 기계적 요건 하에서도 단열체(11)의 일정하게 높은 안정성을 보장한다. 또한, 접합이 구성 요소와 동일한 재료로 이루어지기 때문에, 예를 들어 열전도도 또는 굽힘 강도와 같은 재료 특성의 바람직하지 않은 불연속성이 회피된다. 원통 세그먼트(13)와 제비꼬리형 톱니(17)의 일체형 구성으로 인해 제조 및 보관 비용이 절감된다. 또한, 접합 면(15)의 확장이 낮게 유지된다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 중공 원통형 단열체(11)는 원통 종축(L)을 따라 차례로 배열되는 원통 세그먼트(13)의 복수의 열(23)로부터 조립되며, 두 개의 인접한 열(23)의 접합 면(15)은 세그먼트 길이의 절반만큼 축 방향으로 서로 오프셋된다. 이에 의해, 도관 형태의 단열체(11)가 임의의 길이로 간단하게 구성될 수 있다.
제비꼬리형 톱니(17)는 바람직하게는 30°와 60°사이의 개구 각도를 포함한다. 또한, 두 개의 관련 원통 세그먼트(13) 상에 제비꼬리형 톱니(17)를 일정하게 분배하는 것은 바람직한 것으로 입증되었다.
제비꼬리형 톱니(17)의 돌출되고 후퇴된 섹션들 사이에는 에지(25)가 5mm의 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되나, 이는 도 1a 및 도 1b에 도시되지 않는다.
판 형태의 평편한 단열체(11')를 얻기 위해, 원통 세그먼트(13) 대신에, 상술된 제비꼬리형 톱니(17)와 판 형태의 평편한 개별 부분들(13')이 서로 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 서로 연결된 두 개의 평면 개별 부분들(13')이 도 2에 도시된다. 여기서, 도 1a 및 도 1b에 따른 실시예에 대한 추가의 차이점은 접합 면(15')이 단차식으로 구성되는 것으로서, 즉, 단차(27)를 통해 두 개의 동일한 폭의 접합 영역(28, 29)으로 분할된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 단지 두 개의 접합 영역(28, 29) 중 하나 내에 제비꼬리형 톱니(17)가 제공된다. 대안적으로, 두 개의 접합 영역(28, 29) 내에 제비꼬리형 톱니(17)가 제공될 수도 있다.
각각의 적용이 더 복잡한 기하학적 형상을 제공해야 할 경우에, 도 2에 따른 평편한 개별 부분들(13')이 도 1a 및 도 1b에 따른 원통 세그먼트(13)와 조합될 수 있다. 또한, 복잡하게 형성된 임의로 만곡된 개별 부분들이 제공되어, 적절한 방식으로 원통 세그먼트(13) 또는 평편한 개별 부분들(13')과 조합될 수 있다.
도 3은 제비꼬리형 연결부(17) 대신에 요철식 연결부(17')가 제공된 본 발명의 실시예를 도시한다.
구체적으로, 전체 접합 면(15)에 걸쳐 연장되는 장방형의 홈(30) 및 이에 맞는 설부(31)가 제공되며, 언더컷(19)의 형성을 위해, 홈(30) 및 설부(31)의 측면(21)은 각각 20°내지 24°의 개구 각도에 따라 서로에 대해 경사진다. 이렇게 형성된 언더컷(19)은 도 2에 따른 실시예에서와 마찬가지로, 평면 개별 부분들(13')의 분리를 방지한다. 홈(30) 및 설부(31)의 제조 시에, 각각 0.01mm 내지 0.2mm의 여유가 제공됨으로써, 평편한 개별 부분들(13')의 조립 시에, 접합 방향(F1)을 따라 압입 끼워 맞춤부가 형성된다. 이는, 언더컷(19)을 이용하여 안정적이고 단열적인 접합을 지원한다. 바람직하게는 부속된 평편한 개별 부분들(13')의 두께에 대한 설부(31) 폭의 비율은 1:2 내지 1:3이다.
언더컷(19)은 일정한 간격으로 중단되는데, 즉, 홈(30) 및 설부(31)는 언더컷을 구비한 영역(34) 및 언더컷이 없는 영역(33)을 교호식으로 포함한다. 따라서, 조립 시, 언더컷 없는 두 개의 영역(34)이 서로 만나도록, 각각 두 개의 개별 부분들(13')이 서로에 대해 오프셋되어 배열된다. 이러한 배열에서, 제1 접합 방향(F1)을 따라 개별 부분들(13')의 활주식 조립이 가능하며, 접합 면(15)은 먼저 느슨하게 서로 접한다. 제1 접합 방향(F1)에 대해 직각으로 연장하는 제1 접합 방향(F2)을 따라 개별 부분들(13')의 이어지는 평행 변위를 통해 언더컷(19)이 결합됨으로써, 관련되는 개별 부분들(13') 사이의 형상 결합식 그리고 힘 결합식 연결의 조합이 다시 형성된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 도 3에 따른 실시예에서와 마찬가지로, 장방형 홈(30) 및 부속된 설부(31)가 각각의 평편한 개별 부분들(13')의 대향하여 놓인 단부 면에 제공된다. 또한, 여기서도 언더컷(19)이 일정한 간격으로 중단되는데, 즉, 홈(30) 및 설부(31)는 언더컷을 구비한 영역(34) 및 언더컷이 없는 영역(33)을 교호식으로 포함한다.
도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 홈(30)이 형성된 접합 면(15)은 판 평면에 대해 직각으로 향한 면 내에서 연장된다. 그러나, 설부(31)를 갖는 접합 면(15)은 판형 평면과 함께 1°와 85° 사이의 각도를 둘러싼다. 이에 의해, 도 4b에 도시된 바와 같이 평편한 개별 부분들(13')로부터 중공 프로파일이 용이하게 형성될 수 있다. 도관 및 원통과 같은 폐쇄된 프로파일의 제조 시에 개별 부분들(13')의 짝수가 제시되는 것은 바람직하다. 이에 의해, 한편으로는 특히 균일한 기계적 부하 용량의 대칭적인 연장이 가능하고, 다른 한편으로는 먼저 개별 요소들로부터 두 개의 반부 쉘이 형성될 수 있는데, 이러한 두 개의 반부 쉘은 최종 접합 공정에서 평면을 따르는 변위에 의해 서로 연결된다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 도 3, 도 4a 및 도 4b에 따른 실시예에서와 마찬가지로, 장방형 홈(30) 및 부속된 설부(31)는 각각의 개별 부분들(13') 중 하나의 대향하여 놓인 단부 면에 제공된다. 다시, 언더컷(19)은 일정한 간격으로 중단되는데, 즉, 홈(30) 및 설부(31)는 언더컷을 구비한 영역(34) 및 언더컷이 없는 영역(33)을 교호식으로 포함한다. 그러나, 본 실시예에서, 개별 부분들(13)은 도 5b에 도시된 바와 같이, 중공 원통형 구성 요소에 복수의 개별 부분들(13)을 조립하는 것을 가능케 하는 원통형 만곡부를 포함한다.
11, 11': 단열체
13, 13': 개별 부분/원통 세그먼트
14: 반경 방향 단부 면
15, 15': 접합 면
16: 축방향 단부 면
17, 17': 연결 요소
19: 언더컷
21: 측면
23: 열
25: 에지
27: 단차
28: 제1 접합 영역
29: 제2 접합 영역
30: 홈
31: 설부
33: 언더컷을 구비한 영역
34: 언더컷이 없는 영역
L: 원통 축
F1: 제1 접합 방향
F2: 제2 접합 방향

Claims (15)

  1. 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유를 포함하는 재료로 이루어진, 특히 고온 노의 내장을 위한 단열체(11, 11')이며, 상기 단열체(11, 11')는 두 개 이상의 개별 부분들(13, 13')로부터 조립되며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들(13, 13')은 각각 하나 이상의 연결 요소(17, 17')를 포함하며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들(13, 13')의 연결 요소들(17, 17')은 언더컷(19)의 형성 하에 형상 결합식으로 서로 결합되는 단열체.
  2. 제1항에 있어서, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들(13, 13')의 연결 요소들(17, 17')은 추가로 압입 끼워 맞춤부의 형성 하에 힘 결합식으로 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 단열체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들(13, 13')의 연결 요소들(17, 17')은 단열체(11, 11')의 개별 부분들(13, 13')에 직접 형성되는 것을 특징으로 하는 단열체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 개별 부분들(13, 13') 중 하나 이상이, 바람직하게는 모든 개별 부분들(13, 13')이, 연결 요소들(17, 17')을 포함하여 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유로 이루어진 동질의 펠트로 제조되는 것을 특징으로 하는 단열체.
  5. 제4항에 있어서, 개별 부분들(13, 13') 중 하나 이상이, 바람직하게는 모든 개별 요소들(13, 13')이, 연결 요소들(17, 17')을 포함하여, 바람직하게는 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유로 구성된, 특히 함침된 소프트 펠트 또는 탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유로 구성된 하드 펠트인 동일한 재료로 각각 제조되는 것을 특징으로 하는 단열체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 단열체(11)를 중공 프로파일로서, 바람직하게는 중공 원통으로서 형성하는 것을 특징으로 하는 단열체.
  7. 제6항에 있어서, 개별 부분들(13, 13')은 평편하게 구성되고 중공 프로파일의 벽을 형성하며, 각각의 언더컷(19)은 벽의 표면 법선에 대해 횡 방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는 단열체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 개별 부분들(13, 13') 중 두 개 이상이, 바람직하게는 모든 개별 부분들(13, 13')이 제비꼬리형 연결부에 의해 서로 조립되는 것을 특징으로 하는 단열체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 연결 요소들은 장방형 홈(30) 및 이에 맞는 설부(31)로 구성되며, 홈 및 설부는 언더컷(19)을 형성하도록 각각 서로에 대해 경사진 측면(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열체.
  10. 제9항에 있어서, 홈(30) 및 설부(31)는 종 방향에서 볼 때 섹션에 따라 언더컷을, 그리고 바람직하게는 압입 끼워 맞춤부를 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 단열체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 개별 부분들(13, 13')은 플레이트로 형성되며, 연결 요소들(17, 17')은 서로 대향하는 두 개 이상의 협착 면(14)에, 그리고 바람직하게는 각각의 플레이트의 모든 네 개의 협착 면에 제공되는 것을 특징으로 하는 단열체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 평편하게 형성된 개별 부분들(13, 13')의 접합 면(15, 15')은 표면 법선 방향에서 볼 때, 하나 이상의 단차(27)를 형성하는 것을 특징으로 하는 단열체.
  13. 단열체(11, 11'), 특히 제1항 내지 제12항 중 적어도 어느 한 항에 따른 단열체 제조 방법이며, 상기 방법은,
    탄화 섬유 및/또는 흑연화 섬유를 포함하는 재료로 이루어진 두 개 이상의 개별 부분들(13, 13')을 제공하며, 두 개 이상의 조립된 개별 부분들(13, 13')에 언더컷(19)의 형성 하에 형상 결합식 결합을 위한 각각 하나 이상의 연결 요소(17, 17')를 제공하는 단계와,
    연결 요소들(17, 17')을 서로 삽입함으로써 개별 부분들(13, 13')을 단열체(11, 11')로 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 단열체 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 연결 요소들(17, 17')은 균질의 펠트 재료, 바람직하게는 함침된 소프트 펠트 또는 하드 펠트로 된 개별 부분-블랭크의 상부 표면을 가공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 단열체 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 개별 부분들(13, 13')을 제공할 때, 연결 요소들(17, 17')에는 바람직하게 최고 0.5mm, 특히 바람직하게는 0.25mm, 가장 바람직하게는 0.01mm 내지 0.2mm의, 압입 끼워 맞춤부를 위한 여유가 제공되는 것을 특징으로 하는, 단열체 제조 방법.
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