KR20230073122A - 판상 단열재, 연소실, 보일러 및 급탕기 - Google Patents

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KR20230073122A
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다카히코 오카베
히로아키 다케우치
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이비덴 가부시키가이샤
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Abstract

시공 시의 작업성이 양호하고, 시공 후에 파손이 일어나기 어려운 판상 단열재를 제공한다.
무기 섬유를 포함하는 판상 초조체로 이루어지고, 연소실의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 판상 단열재.

Description

판상 단열재, 연소실, 보일러 및 급탕기{BOARD-TYPE INSULATOR, COMBUSTION CHAMBER, BOILER AND WATER HEATER}
본 발명은, 판상 단열재, 연소실, 보일러 및 급탕기에 관한 것이다.
석유 등의 연료를 이용하여 수증기나 뜨거운 물을 공급하는 장치로서, 보일러나 급탕기가 이용되고 있다.
보일러나 급탕기는, 연료를 연소실에서 연소시키고, 이 연소열을 연소실 내에 배치된 수관(水管)을 통하여 물에 전달하여 열교환을 행함으로써, 물로부터 수증기나 뜨거운 물을 생성하고 있다.
연소실은 고온이 되기 때문에, 주위의 기기를 열해(熱害)로부터 보호하는 관점이나, 에너지 손실을 저감시키는 관점에서, 통상, 내화물(耐火物)이나 단열재에 의하여 보호되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 참조).
특히, 연소 가스에 의하여 고온이 되는 연소실 내에서는, 일반적으로, 내화물이나 단열재로서, 내열성 재료를 포함하는 유동물을 설치 대상물의 표면에 흘려 넣어 고화시킨 것이 사용되고 있었다. 이와 같은 재료를 캐스터블 재료라고도 한다.
특허문헌 1: 일본 특허공보 제4946594호 특허문헌 2: 일본 특허공보 제4640705호
캐스터블 재료는 어떠한 형상의 표면에도 추종하여 단열성을 부여할 수 있는 반면, 중량이 무거워 시공 시의 작업성이 나쁘다는 문제가 있었다. 또한 설치된 후의 캐스터블 재료는 물러, 열충격이나 진동에 의하여 깨지기 쉽다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 발명이며, 본 발명의 목적은, 시공 시의 작업성이 양호하고, 시공 후에 파손이 일어나기 어려운 판상 단열재를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명의 판상 단열재는, 무기 섬유를 포함하는 판상 초조(抄造)체로 이루어지고, 연소실의 내측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 판상 단열재는, 판상 초조체로 이루어지기 때문에, 캐스터블 재료와 비교하여 체적당 중량이 작아 작업성이 양호하다. 또, 무기 섬유를 포함하는 판상 초조체는, 슬러리액 중에서 바인더를 무기 섬유에 첨착(添着)시켜, 무기 섬유의 편향이 적어지도록 초조하여 얻어지는 초조체이다. 이와 같은 판상 초조체는 무기 섬유가 주체이기 때문에, 무기 입자를 주체로 하는 캐스터블 재료와 달리, 열충격이나 진동에 의하여 깨짐이 발생하기 어렵다.
본 발명의 판상 단열재는, 적어도 일방의 표면에 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
판상 단열재의 표면 중 홈이 형성된 표면을 연소실의 내측을 향하여 배치하면, 판상 단열재 중 특히 열이 가해지기 쉬운 연소실 측 표면에 있어서, 열수축에 의하여 판상 단열재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 판상 단열재는, 상기 판상 단열재의 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 상기 홈이 평행으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
복수의 홈이 평행으로 배치되어 있으면, 판상 단열재에 있어서 고온이 되는 연소실 측 표면에 홈으로 분단된 복수의 표면을 형성하고, 열수축하는 면을 분산함으로써 판상 단열재의 크랙을 억제할 수 있다.
본 발명의 판상 단열재는, 상기 판상 단열재의 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 상기 홈이 교차하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
복수의 홈이 교차하도록 배치되어 있으면, 판상 단열재에 있어서 고온이 되는 연소실 측 표면에 홈에서 분단된 복수의 표면을 더 많이 형성하고, 열수축하는 면을 분산하여 판상 단열재의 크랙을 억제할 수 있다.
본 발명의 판상 단열재는, 적어도 일방의 표면에 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
판상 단열재의 표면 중 오목부가 형성된 표면을 연소실의 외측을 향하여 배치하면, 그 오목부가 공기층으로서 기능하여 단열성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 판상 단열재에 있어서, 상기 무기 섬유는, 생체 용해성 섬유, 알루미나 섬유, 록 울 및 유리 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
무기 섬유가 상기 재료를 포함하면, 내열성이 우수한 판상 단열재를 얻을 수 있다.
본 발명의 판상 단열재에 있어서, 상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 0.05~3.0mm인 것이 바람직하다.
무기 섬유의 평균 섬유 길이가 상기 범위이면, 무기 섬유의 편향이 적게 적층된 판상 성형체가 얻어지며, 벌키 밀도와 단열 특성이 안정된다.
본 발명의 판상 단열재에 있어서, 상기 판상 단열재의 벌키 밀도는, 0.2~0.6g/cm3인 것이 바람직하다.
판상 단열재의 벌키 밀도가 상기 범위이면, 부정형품을 사용한 내화재나 단열재와 비교하여 연소실의 중량 증가를 억제할 수 있다.
본 발명의 연소실은, 금속 용기와, 상기 금속 용기의 내벽면에 배치되는 본 발명의 판상 단열재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연소실은, 금속 용기의 내벽면에 본 발명의 판상 단열재가 배치되어 있기 때문에, 판상 단열재에 파손이 발생하기 어렵다.
본 발명의 연소실에서는, 상기 판상 단열재의 상기 금속 용기 측의 표면에는 오목부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
판상 단열재의 금속 용기 측의 표면에 오목부가 마련되어 있으면, 그 오목부가 공기층으로서 기능하여 단열성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 연소실에서는, 상기 판상 단열재의 상기 금속 용기 측의 표면과는 반대 측의 표면에는 홈이 마련되어 있는 것이 바람직하다.
판상 단열재의 금속 용기의 표면과는 반대 측의 표면에 홈이 마련되어 있으면, 판상 단열재 중 특히 열이 가해지기 쉬운 연소실 측 표면에 있어서, 열수축에 의하여 판상 단열재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 연소실은, 상기 판상 단열재는, 상기 금속 용기의 천장면 또는 바닥면에 배치되고, 상기 판상 단열재의 측면과 상기 금속 용기의 내측면의 사이에는, 무기 재료를 포함하는 부정형 재료가 충전되어 있는 것이 바람직하다.
금속 용기의 치수와 판상 단열재의 치수를, 양자의 사이에 간극이 발생하지 않도록 완전히 조정하는 것이 곤란한 경우가 있다. 그와 같은 경우이더라도, 상기와 같이, 판상 단열재의 측면과 금속 용기의 내측면의 사이에 상기 부정형 재료가 충전되어 있으면, 단열 성능의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 보일러는, 본 발명의 연소실을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 보일러는, 본 발명의 연소실을 구비하기 때문에, 주변 기기에 대한 열해가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 시공 시의 작업성이 양호하고, 시공 후에 판상 단열재의 파손이 일어나기 어렵다. 그 때문에, 판상 단열재의 파손에 따른 에너지 효율의 저하가 일어나기 어렵다.
본 발명의 급탕기는, 본 발명의 연소실을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 급탕기는, 본 발명의 연소실을 구비하기 때문에, 주변 기기에 대한 열해가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 시공 시의 작업성이 양호하고, 시공 후에 판상 단열재의 파손이 일어나기 어렵다. 그 때문에, 판상 단열재의 파손에 따른 에너지 효율의 저하가 일어나기 어렵다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1에 있어서의 A-A선 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 3에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 도 5에 있어서의 C-C선 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 도 8에 있어서의 D-D선 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 제6 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 도 10에 있어서의 E-E선 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 제7 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 제8 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 제9 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 제10 실시형태에 관한 보일러의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 16은, 본 발명의 제11 실시형태에 관한 급탕기의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[판상 단열재]
먼저, 본 발명의 판상 단열재에 대하여 설명한다.
본 발명의 판상 단열재는, 무기 섬유를 포함하는 판상 초조체로 이루어지고, 연소실의 내측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서, 판상이란, 상대적으로 면적이 넓은 대향하는 2개의 주면(主面)과, 그 2개의 주면을 연결하는 측면을 갖는 형상으로 한다. 2개의 주면이 뻗는 방향을 면방향이라고도 하고, 2개의 주면을 연결하는 방향을 두께 방향이라고도 한다. 또한, 대향하는 2개의 주면 중 적어도 일방이 만곡되어 있어도 된다.
본 명세서에 있어서, 초조체란, 무기 섬유를 포함하는 슬러리를 성형형에 흘려 넣고, 흡인 탈수하는 초조 성형, 건조(초조법)에 의하여 얻어지는 성형체이며, 판상 초조체란, 초조법에 의하여 얻어진 판상의 초조체이다.
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 도 1에 있어서의 A-A선 단면도이다.
도 1에 나타내는 판상 단열재(1)는, 무기 재료를 포함하는 판상 초조체(11)로 구성되어 있다.
판상 초조체(11)는, 상대적으로 면적이 넓은 대향하는 제1 주면(11a) 및 제2 주면(11b)과, 제1 주면(11a) 및 제2 주면(11b)을 연결하는 측면(11c)을 갖는 판상 형상이다.
두께 방향(z 방향)에서 본 제1 주면(11a) 및 제2 주면(11b)의 형상은 대략 원형이다. 따라서, 판상 초조체(11) 및 판상 단열재(1)의 외형 형상은, 소정의 두께를 갖는 원판 형상이라고도 할 수 있다.
판상 단열재(1)는 판상 초조체(11)로 이루어지기 때문에, 캐스터블 재료와 비교하여 체적당 중량이 작아 작업성이 양호하다. 판상 초조체(11)는, 무기 섬유의 편향이 적어 변형되기 어려운 특성을 갖고 있으므로, 연소실의 내부에 배치되는 단열재로서 적합하다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 판상 단열재(1)는 판상 초조체(11)만으로 구성되어 있기 때문에, 판상 초조체(11)는 판상 단열재(1)라고 할 수 있다.
즉, 본 발명의 판상 단열재에 있어서는, 판상 초조체 그 자체가 판상 단열재여도 된다.
판상 초조체는, 무기 섬유를 포함한다.
무기 섬유는, 생체 용해성 섬유, 알루미나 섬유, 록 울 및 유리 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
생체 용해성 섬유로서는 알칼리 어스 실리케이트 섬유를 사용할 수 있다.
무기 섬유가 상기 재료를 포함하면, 내열성이 우수한 판상 초조체를 얻을 수 있다.
무기 섬유의 평균 섬유 직경은 특별히 한정되지 않지만, 2.0~15.0μm인 것이 바람직하다.
무기 섬유의 평균 섬유 직경이 상기 범위이면 치밀하며 밀도의 편향이 적은 판상 초조체가 얻어진다.
무기 섬유의 평균 섬유 직경은 특별히 한정되지 않지만, 0.05~3.0mm인 것이 바람직하다.
무기 섬유의 평균 섬유 직경이 상기 범위이면, 무기 섬유의 편향이 적게 적층된 판상 초조체가 얻어지며, 벌키 밀도와 단열 특성이 안정된다.
판상 초조체의 벌키 밀도는, 0.2~0.6g/cm3인 것이 바람직하다.
판상 초조체의 벌키 밀도가 상기 범위이면, 부정형 재료로 이루어지는 내화재나 단열재와 비교하여 연소실의 중량 증가를 억제할 수 있다.
벌키 밀도의 조정은, 예를 들면, 슬러리 탈수 시의 압축 조건 및 건조 시의 압축 조건을 조정함으로써 행할 수 있다.
또한, 부정형 재료로 이루어지는 내화재나 단열재의 벌키 밀도는, 통상, 0.7~1.5g/cm3 정도이고, 니들법으로 제작한 판상체의 벌키 밀도는, 통상, 0.07~0.18g/cm3 정도이며, 모두, 상술한 판상 초조체의 바람직한 벌키 밀도를 충족시키지 않는다.
판상 초조체의 두께는, 1~10cm인 것이 바람직하다.
판상 초조체의 두께가 상기 범위이면, 판상 단열재로서 충분한 단열성을 발휘할 수 있다.
두께 방향에서 본 판상 초조체의 면적(평면시 면적)은, 350~15000cm2인 것이 바람직하다.
판상 초조체의 체적은, 700~150000cm3인 것이 바람직하다.
판상 초조체의 체적이 상기 범위이면, 열수축에 의한 파손이 특히 발생하기 어렵다.
판상 초조체에는, 두께 방향으로 관통하는 구멍이 마련되어 있어도 된다.
이와 같은 구멍이 형성되어 있음으로써, 수관이나 연관(煙管) 등의 배관이 배치된 연소실의 내벽면을 덮기 쉬워진다.
판상 초조체는, 무기 섬유 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다.
무기 섬유 이외의 성분으로서는, 예를 들면, 무기 입자, 무기 바인더, 유기 바인더, 응집제 등을 들 수 있다.
무기 입자로서는, 실리카 입자, 알루미나 입자, 타이타니아 입자, 지르코니아 입자, 천연 광물 입자 등을 들 수 있다.
무기 바인더로서는, 실리카 졸, 알루미나 졸, 타이타니아 졸, 지르코니아 졸, 흄드 실리카 등을 들 수 있다.
유기 바인더로서는, 폴리바이닐알코올, 전분, 아크릴 수지, 폴리아크릴아마이드 등을 들 수 있다.
판상 초조체에 있어서의 무기 섬유가 차지하는 중량 비율은, 30~97중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 판상 단열재의 표면의 적어도 일방에는, 홈이 마련되어 있어도 된다.
표면의 일방에 홈이 마련된 경우의 예를, 제2 실시형태~제4 실시형태로서 이하에 설명한다.
[제2 실시형태]
도 3은, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 4는, 도 3에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 3에 나타내는 판상 단열재(2)는, 무기 섬유를 포함하는 판상 초조체(12)로 이루어진다.
판상 초조체(12)는, 상대적으로 면적이 넓은 대향하는 제1 주면(12a) 및 제2 주면(12b)과, 제1 주면(12a) 및 제2 주면(12b)을 연결하는 측면(12c)을 갖는 판상 형상이다.
도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 판상 초조체(12)의 제1 주면(12a)에는, 홈(20)이 형성되어 있다.
판상 초조체(12)의 제1 주면(12a)에 홈(20)이 형성됨으로써, 판상 초조체(12)의 제1 주면(12a)은, 홈에 의하여, 제1 주면(12a1)과 제1 주면(12a2)의 2개로 분할되어 있다. 홈에 의하여 분할된 판상 초조체의 표면에는, 열수축에 의한 크랙이 발생하기 어렵다. 그 때문에, 홈이 형성된 주면을 연소실의 내측을 향하여 배치함으로써, 열수축에 의하여 판상 단열재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 홈(20)의 깊이 치수(도 4 중, 양 화살표 d20으로 나타나는 길이)는, 판상 초조체(12)의 두께(도 4 중, 양 화살표 t12로 나타내는 길이)의 25%로 되어 있다. 또, 홈(20)의 폭치수(도 4 중, 양 화살표 W20으로 나타나는 길이)와 깊이 치수 d20의 비(폭치수/깊이 치수)는 약 0.75이다.
도 3 및 도 4에 나타내는 홈(20)은, 홈이 뻗는 방향에 수직인 방향에 있어서의 홈의 단면 형상이 대략 직사각형으로 되어 있지만, 홈의 단면 형상은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 쐐기형이나 반원형 등이어도 된다.
도 3 및 도 4에 나타내는 홈(20)의 양단은, 판상 초조체(12)의 측면(12c)에 노출되어 있지만, 본 발명의 판상 초조체에 있어서는, 홈의 일방의 단부가 판상 초조체의 측면으로 노출되어 있어도 되고, 홈의 양단이 판상 초조체의 측면으로 노출되어 있지 않아도 된다.
단, 연소실의 내측을 향하여 배치되는 주면에 발생하는 열수축에 의한 크랙을 억제하는 관점에서는, 홈 중 어느 일방의 단부가 판상 초조체의 측면으로 노출되어 있는 것이 바람직하고, 홈의 양단이 판상 초조체의 측면으로 노출되어 있는 것이 보다 바람직하다.
홈은, 판상 초조체를 제작하는 단계에서 형성된 것이어도 되고, 판상 초조체를 제작한 후에 그 일부를 가공하여 형성된 것이어도 된다.
판상 초조체를 제작한 후에 그 일부를 가공하여 홈을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 커터에 의한 가공이나 레이저 등에 의한 가공 등을 들 수 있다.
홈의 깊이는, 판상 초조체의 두께의 10~50%인 것이 바람직하다.
홈의 폭은, 후술하는 폭치수/깊이 치수의 비가 0.1 이상, 5 미만이 되는 값인 것이 바람직하다.
홈의 폭 및 홈의 깊이는, 1개의 홈에 있어서 일정해도 되고, 부분마다 상이해도 된다.
판상 단열재의 형상 및 연소실의 연소 조건에 따라서는, 판상 단열재의 부위에 가해지는 열량에 불균일이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 경우에, 홈의 폭이나 홈의 깊이가 부분마다 상이하면, 상기 열량의 불균일에 기인하는 응력을 완화할 수 있어, 크랙의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타내는 판상 단열재와 같이, 표면에 형성된 홈의 수가 1개인 경우에는, 표면을 대략 2등분할 수 있는 위치에 홈이 형성되는 것이 바람직하다.
판상 단열재의 표면에는, 복수의 홈이 형성되어 있어도 된다. 복수의 홈은, 판상 단열재의 동일한 표면에 형성되어 있어도 되고, 상이한 표면에 형성되어 있어도 된다.
이하에는, 판상 단열재의 동일한 표면에 복수의 홈이 형성된 경우에 대하여 설명한다.
복수의 홈은, 판상 단열재의 두께 방향에서 보았을 때에, 평행으로 배치되어 있어도 된다.
판상 단열재의 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 홈이 평행으로 배치되어 있는 경우의 예를 제3 실시형태로서 이하에 설명한다.
[제3 실시형태]
도 5는, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 6은, 도 5에 있어서의 C-C선 단면도이다.
도 5에 나타내는 판상 단열재(3)는, 무기 섬유를 포함하는 판상 초조체(13)로 이루어진다.
판상 초조체(13)는, 상대적으로 면적이 넓은 대향하는 제1 주면(13a) 및 제2 주면(13b)과, 제1 주면(13a)과 제2 주면(13b)을 연결하는 측면(13c)을 갖는 판상 형상이다.
판상 초조체(13)의 제1 주면(13a)에는, 2개의 홈(21, 22)이 형성되어 있다.
홈(21) 및 홈(22)는 모두 y 방향을 따라 뻗어 있다. 따라서, 2개의 홈(21) 및 홈(22)은 서로 평행이다.
판상 초조체(13)의 제1 주면(13a)에 홈(21, 22)이 형성됨으로써, 판상 초조체(13)의 제1 주면(13a)은, 제1 주면(13a1), 제1 주면(13a2), 제1 주면(13a3)의 3개의 영역으로 분할된다. 홈(21, 22)에 의하여 분할된 제1 주면(13a)을 연소실의 내측을 향하여 배치함으로써, 열수축에 의하여 판상 단열재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 홈(21)의 폭치수(도 6 중, 양 화살표 W21로 나타나는 길이)와 깊이 치수(도 6 중, 양 화살표 d21로 나타나는 길이)의 비는 1로 되어 있다. 동일하게, 홈(22)의 폭치수(도 6 중, 양 화살표 W22로 나타나는 길이)와 깊이 치수(도 6 중, 양 화살표 d22로 나타나는 길이)의 비는 1로 되어 있다.
또, 홈(21)의 깊이 치수 d21은, 판상 초조체(13)의 두께(도 6 중, 양 화살표 t13으로 나타내는 길이)의 25%로 되어 있다. 동일하게, 홈(22)의 깊이 치수 d22는, 판상 초조체(13)의 두께(도 6 중, 양 화살표 t13으로 나타내는 길이)의 25%로 되어 있다.
도 5 및 도 6에서는, 판상 단열재를 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 홈이 평행으로 배치되어 있는 예를 설명했지만, 본 발명의 판상 단열재에 있어서는, 판상 단열재를 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 홈이 교차하도록 배치되어 있어도 된다.
판상 단열재의 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 홈이 교차하도록 배치되어 있는 경우의 예를 제4 실시형태로서 이하에 설명한다.
[제4 실시형태]
도 7은, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 7에 나타내는 판상 단열재(4)는, 무기 섬유를 포함하는 판상 초조체(14)로 이루어진다.
판상 초조체(14)는, 상대적으로 면적이 넓은 대향하는 제1 주면(14a) 및 제2 주면(14b)과, 제1 주면(14a)과 제2 주면(14b)을 연결하는 측면(14c)을 갖는 판상 형상이다.
판상 초조체(14)의 제1 주면(14a)에는, 2개의 홈(23) 및 홈(24)이 형성되어 있다.
홈(23)은 y 방향을 따라 뻗고, 제1 주면(14a)을 x 방향으로 대략 2등분하는 위치에 형성되어 있다.
홈(24)은 x 방향을 따라 뻗고, 제1 주면(14a)을 y 방향으로 대략 2등분하는 위치에 형성되어 있다.
홈(23) 및 홈(24)은 서로 교차하고 있으며, 그 각도는 약 90°이다. 따라서, 홈(23) 및 홈(24)에 의하여, 제1 주면(14a)은 4개로 분할되어 있다.
복수의 홈이 교차하는 각도는 특별히 한정되지 않지만, 60~120°가 바람직하고, 75~105°가 보다 바람직하며, 90°가 더 바람직하다.
또, 복수의 홈이 교차하는 교차점에 있어서, n개의 홈이 교차하고 있는 경우, 인접하는 홈끼리가 이루는 각 θ가 동일해지는 것이 바람직하다. 예를 들면, n=3일 때 θ=120°, n=4일 때 θ=90°, n=5일 때 θ=72°, n=6일 때 θ=60°인 것이 바람직하다. 또한, 상기 n은, 교차점으로부터 뻗는 홈의 수이다. 따라서, 도 7에 나타내는 판상 단열재(4)에 있어서는, 2개의 홈(23)과, 2개의 홈(24)의 합계 4개의 홈이 교차점에 있어서 교차하고 있다고 생각한다.
도 3~도 7에서는, 판상 초조체의 일방의 표면에만 홈이 형성되어 있는 예를 설명했지만, 본 발명의 판상 단열재에 있어서는, 판상 초조체의 양방의 표면에 홈이 형성되어 있어도 된다.
또, 도 5~도 7에서는, 복수의 홈의 깊이, 길이, 폭이 동일한 예에 대하여 설명했지만, 복수의 홈의 깊이, 길이, 폭은 서로 동일해도 되고, 각각 상이해도 된다.
본 발명의 판상 단열재에 있어서는, 적어도 일방의 표면에 오목부가 형성되어 있어도 된다.
표면에 오목부가 마련된 경우의 예를, 제5 실시형태로서 설명한다.
[제5 실시형태]
도 8은, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 9는, 도 8에 있어서의 D-D선 단면도이다.
도 8에 나타내는 판상 단열재(5)는, 무기 섬유를 포함하는 판상 초조체(15)로 이루어진다.
판상 초조체(15)는, 상대적으로 면적이 넓은 대향하는 제1 주면(15a) 및 제2 주면(15b)과, 제1 주면(15a) 및 제2 주면(15b)을 연결하는 측면(15c)을 갖는 판상 형상이다.
도 8에 나타내는 판상 초조체(15)의 제1 주면(15a)에는, 오목부(30)가 형성되어 있다.
판상 초조체(15)의 제1 주면(15a)에 오목부(30)가 형성되어 있으면, 제1 주면(15a)을 연소실의 외측을 향하여 배치했을 때에 오목부(30)가 공기층으로서 기능하여, 판상 초조체(15)의 단열성을 향상시킬 수 있다.
판상 초조체(15)는, 평면시 형상이 대략 원형인 대략 원판 형상이다.
오목부(30)의 평면시 형상은, 판상 초조체(15)의 1/2의 직경을 갖는 대략 원형이며, 오목부(30)의 중심은 판상 초조체(15)의 중심과 대략 중첩되어 있다.
오목부(30)의 폭치수(도 9 중, 양 화살표 W30으로 나타내는 길이)와 오목부(30)의 깊이 치수(도 9 중, 양 화살표 d30으로 나타내는 길이)의 비(폭치수/깊이 치수)는 약 13.5이다.
오목부(30)의 깊이 치수 d30은, 판상 초조체(15)의 두께(도 9 중, 양 화살표 t15로 나타내는 길이)의 25%로 되어 있다.
오목부는, 판상 초조체를 제작하는 단계에서 형성된 것이어도 되고, 판상 초조체를 제작한 후에 그 일부를 가공하여 형성된 것이어도 된다.
판상 초조체를 제작한 후에 그 일부를 가공하여 오목부를 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 커터에 의한 가공이나 레이저 등에 의한 가공 등을 들 수 있다.
오목부는, 판상 초조체의 단부(측면)에 노출되어 있어도 된다.
오목부의 깊이 치수는, 판상 초조체의 두께의 5~50%인 것이 바람직하다.
오목부의 폭은, 후술하는 폭치수/깊이 치수의 값이 5 이상, 40 이하가 되는 값인 것이 바람직하다.
판상 단열재를 두께 방향에서 보았을 때의 오목부의 면적은, 판상 초조체의 면적의 10~60%인 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 8 및 도 9에 나타내는 판상 단열재(5)에서는, 오목부의 직경이 판상 초조체의 직경의 1/2로 되어 있다. 따라서, 판상 단열재의 두께 방향에서 보았을 때의 오목부(30)의 면적은, 판상 초조체(15)의 면적의 25%이다.
판상 초조체의 동일한 표면에 2개 이상의 오목부가 마련되어 있어도 된다.
오목부의 수가 1개인 경우, 그 오목부는, 평면시 형상이 판상 단열재의 평면시 형상과 비슷한 것이 바람직하고, 그 오목부가, 판상 단열재를 두께 방향에서 보았을 때의 판상 초조체의 무게중심을 포함하는 위치에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 판상 단열재에 있어서, 판상 초조체의 동일한 표면에 홈과 오목부의 양방이 형성되어 있어도 된다.
또한, 본 명세서에 있어서, 오목부 및 홈은, 오목부 및 홈이 뻗는 방향에 수직인 단면에 있어서, 오목부 및 홈의 깊이 방향의 길이(이하, 깊이 치수)와 폭방향의 길이(이하, 폭치수)의 비에 의하여, 오목부와 홈을 구별한다. 구체적으로는, 폭치수/깊이 치수가 5 이상인 것을 오목부, 5 미만인 것을 홈으로 한다.
[판상 초조체의 제조 방법]
본 발명의 판상 단열재를 구성하는 판상 초조체는, 무기 섬유를 포함하는 슬러리를 초조하는 초조법에 의하여 제조할 수 있다.
판상 초조체를 얻기 위한 슬러리는, 무기 섬유 이외에 무기 입자, 무기 바인더, 유기 바인더, 응집제 등을 포함하고 있어도 된다.
슬러리에 이용하는 무기 섬유, 무기 입자, 무기 바인더, 유기 바인더 및 응집제에 대해서는, 본 발명의 판상 단열재를 구성하는 판상 초조체에 있어서 설명한 것과 동일한 것을 적합하게 이용할 수 있다.
벌키 밀도는, 0.2~0.6g/cm3로 조정하는 것이 바람직하다.
벌키 밀도의 조정은, 예를 들면, 슬러리 탈수 시의 압축 조건 및 건조 시의 압축 조건을 조정함으로써 행할 수 있다.
초조법으로 얻어진 판상체(판상 초조체)의 표면에는, 필요에 따라, 홈이나 오목부를 형성해도 된다. 또, 처음부터 홈이나 오목부를 갖는 형상으로 성형해도 된다.
처음부터 홈이나 오목부를 갖는 형상의 판상 초조체를 성형하는 방법으로서는, 홈이나 오목부의 형상에 대응하는 요철을 마련한 형을 사용하여 슬러리의 탈수를 행하는 방법을 들 수 있다.
초조법으로 얻어진 판상체의 표면에 홈이나 오목부를 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 커터에 의한 가공이나 레이저 등에 의한 가공 등을 들 수 있다.
이상, 본 발명의 판상 단열재에 대하여 설명했다.
이 이후는, 본 발명의 판상 단열재를 구비하는 본 발명의 연소실에 대하여 설명한다.
[연소실]
본 발명의 연소실은, 금속 용기와, 금속 용기의 내벽면에 배치되는 본 발명의 판상 단열재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연소실은, 금속 용기의 내벽면에 본 발명의 판상 단열재가 배치되어 있기 때문에, 판상 단열재에 파손이 발생하기 어렵다.
[제6 실시형태]
도 10은, 본 발명의 제6 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 11은, 도 10에 있어서의 E-E선 단면도이다.
도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 연소실(510)은, 금속 용기(150)와, 금속 용기의 내벽면에 배치된 2개의 판상 단열재(1)를 갖는다. 판상 단열재(1)는, 본 발명의 판상 단열재이다.
금속 용기(150)의 내부 공간은, 금속 용기(150)의 천장면(150a), 바닥면(150b) 및 내측면(150d)에 의하여 구획되어 있다. 금속 용기(150)의 천장면(150a), 바닥면(150b) 및 내측면(150d)은 모두, 금속 용기(150)를 내측에서 보았을 때의 금속 용기(150)의 내벽면이다.
2개의 판상 단열재(1) 중 하나는, 금속 용기(150)의 천장면(150a)을 내측으로부터 덮도록 배치되어 있고, 또 하나는, 금속 용기(150)의 바닥면(150b)을 내측으로부터 덮도록 배치되어 있다.
판상 단열재(1)의 일방의 주면은, 금속 용기(150) 측(금속 용기(150)의 천장면(150a) 또는 바닥면(150b) 측)에 배치되고, 타방의 주면은, 금속 용기(150) 측과는 반대 측에 배치된다.
금속 용기(150)의 천장면(150a)의 내경 치수 및 바닥면(150b)의 내경 치수와 판상 단열재(1)의 외형 치수는 대응하고 있으며, 판상 단열재(1)의 면방향(xy면 방향)에 있어서, 판상 단열재(1)와 금속 용기(150)의 내측면(150d)의 사이에는 간극이 존재하지 않는다.
본 발명의 연소실에 있어서, 본 발명의 판상 단열재가 배치되는 금속 용기의 천장면 및/또는 바닥면의 평면시 면적은, 350~15000cm2인 것이 바람직하다. 또한, 상기 면적에는, 금속 용기의 천장면 또는 바닥면 중 수관이나 연관(煙管) 등이 배치된 부분의 면적을 포함한다.
본 발명의 연소실에 있어서, 판상 단열재의 표면에는, 오목부나 홈이 마련되어 있어도 되고, 판상 단열재와 금속 용기의 사이의 간극에 무기 재료를 포함하는 부정형 재료가 충전되어 있어도 된다.
이들의 일례를 제7 실시형태~제9 실시형태로서 설명한다.
[제7 실시형태]
본 발명의 연소실에서는, 상기 판상 단열재의 상기 금속 용기 측의 표면에는 오목부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
판상 단열재의 금속 용기 측의 표면에 오목부가 마련되어 있으면, 그 오목부가 공기층으로서 기능하여 단열성을 향상시킬 수 있다.
도 12는, 본 발명의 제7 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이 연소실(520)은, 금속 용기(150)와, 금속 용기(150)의 천장면(150a) 및 바닥면(150b)에 배치된 2개의 판상 단열재(5)를 갖는다. 판상 단열재(5)는, 도 8 및 도 9에서 설명한, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례이기도 하다.
판상 단열재(5)의 일방의 주면은, 금속 용기(150) 측(금속 용기(150)의 천장면(150a) 또는 바닥면(150b) 측)에 배치되고, 타방의 주면은, 금속 용기(150) 측과는 반대 측에 배치된다.
판상 단열재(5)의 표면 중, 금속 용기(150) 측의 표면에는 오목부(30)가 마련되어 있다.
오목부(30)가 금속 용기(150) 측의 표면에 마련되어 있음으로써, 오목부(30)가 공기층으로서 기능하여, 판상 단열재(5)의 단열 성능을 향상시킬 수 있다.
[제8 실시형태]
본 발명의 연소실에서는, 상기 판상 단열재의 상기 금속 용기 측의 표면과는 반대 측의 표면에는 홈이 마련되어 있는 것이 바람직하다.
판상 단열재의 금속 용기 측의 표면과는 반대 측의 표면에 홈이 마련되어 있으면, 판상 단열재 중 특히 열이 가해지기 쉬운 연소실 측 표면에 있어서, 열수축에 의하여 판상 단열재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 13은, 본 발명의 제8 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 13에 나타내는 바와 같이 연소실(530)은, 금속 용기(150)와, 금속 용기(150)의 천장면(150a) 및 바닥면(150b)에 배치된 2개의 판상 단열재(3)를 갖는다. 판상 단열재(3)는, 도 5 및 도 6에서 설명한, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 판상 단열재의 일례이기도 하다.
판상 단열재(3)의 일방의 주면은, 금속 용기(150) 측(금속 용기(150)의 천장면(150a) 또는 바닥면(150b) 측)에 배치되고, 타방의 주면은, 금속 용기(150) 측과는 반대 측에 배치된다.
판상 단열재(3)의 표면 중, 금속 용기(150) 측의 표면과는 반대 측의 표면에는 홈(21) 및 홈(22)이 마련되어 있다.
홈(21) 및 홈(22)이 금속 용기(150) 측의 표면과는 반대 측의 표면에 마련되어 있으면, 판상 단열재(3) 중 특히 열이 가해지기 쉬운 연소실 측 표면에 있어서, 열수축에 의하여 판상 단열재(3)에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
[제9 실시형태]
본 발명의 연소실에 있어서, 판상 단열재는, 금속 용기의 천장면 또는 바닥면에 배치되고, 판상 단열재의 측면과 금속 용기의 내측면의 사이에는, 무기 재료를 포함하는 부정형 재료가 충전되어 있는 것이 바람직하다.
금속 용기의 치수와 판상 단열재의 치수를, 양자의 사이에 간극이 발생하지 않도록 완전히 조정하는 것이 곤란한 경우가 있다. 그와 같은 경우이더라도, 상기와 같이, 판상 단열재의 측면과 금속 용기의 내측면의 사이에 상기 부정형 재료가 충전되어 있으면, 단열 성능의 저하를 억제할 수 있다.
도 14는, 본 발명의 제9 실시형태에 관한 연소실의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 연소실(540)은, 금속 용기(150)와, 금속 용기(150)의 천장면(150a) 및 바닥면(150b)에 배치된 2개의 판상 단열재(9)를 갖는다.
판상 단열재(9)의 평면시 치수(외경 치수)는, 금속 용기(150)의 내측면(150d)의 내경 치수보다 작다. 그 때문에, 판상 단열재(9)의 측면(9c)과 금속 용기의 내측면(150d)의 사이에는 간극이 발생하고 있다. 그리고, 그 간극에는, 무기 재료를 포함하여 이루어지는 부정형 재료(80)가 충전되어 있다. 판상 단열재(9)의 측면(9c)과 금속 용기(150)의 내측면(150d)의 사이에 부정형 재료(80)가 충전되어 있으면, 단열 성능의 저하를 억제할 수 있다.
판상 단열재의 측면과 금속 용기의 내측면의 사이의 거리는, 0.5~5.0mm인 것이 바람직하다.
판상 단열재의 측면과 금속 용기의 내측면의 사이의 거리가 상기 범위이면, 무기 재료를 포함하여 이루어지는 부정형 재료를 충전함으로써, 단열 성능의 저하를 충분히 억제할 수 있다.
또한, 판상 단열재의 측면과 금속 용기의 내측면의 거리는, 장소에 따라 상이해도 된다.
본 발명의 연소실은, 연소실을 구비하는 장치에 이용할 수 있다. 연소실을 구비하는 장치로서는, 예를 들면, 보일러, 급탕기 등을 들 수 있다.
[보일러]
본 발명의 보일러는, 본 발명의 연소실을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 보일러는, 본 발명의 연소실을 구비하기 때문에, 주변 기기에 대한 열해가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 시공 시의 작업성이 양호하고, 시공 후에 판상 단열재의 파손이 일어나기 어렵다. 그 때문에, 판상 단열재의 파손에 따른 에너지 효율의 저하가 일어나기 어렵다.
본 발명의 보일러의 일례를, 제10 실시형태로서 이하에 설명한다.
[제10 실시형태]
도 15는, 본 발명의 제10 실시형태에 관한 보일러의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
보일러(600)는, 연소실(550)과, 연소실(550) 내에 배치된 수관(180)을 갖는다.
연소실(550)은, 금속 용기(160)와, 금속 용기(160)의 천장면(160a) 및 바닥면(160b)에 본 발명의 판상 단열재(1)가 배치된, 본 발명의 연소실이다.
수관(180) 내에는 연소실(550)의 하부로부터 물이 공급되고 있으며, 수관(180) 내를 통과하는 물은, 연소실(550) 내에서 가열되어 수증기가 되어, 연소실(550)의 상부로부터 배출된다.
배출된 수증기는, 필요에 따라 액체의 물의 분리나, 과열을 행한 후, 발전, 난방, 세정, 조리, 건조, 소독, 살균 등의 용도로 이용된다.
[급탕기]
본 발명의 급탕기는, 본 발명의 연소실을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 급탕기는, 본 발명의 연소실을 구비하기 때문에, 주변 기기에 대한 열해가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 시공 시의 작업성이 양호하고, 시공 후에 판상 단열재의 파손이 일어나기 어렵다. 그 때문에, 판상 단열재의 파손에 따른 에너지 효율의 저하가 일어나기 어렵다.
본 발명의 급탕기의 일례를, 제11 실시형태로서 이하에 설명한다.
[제11 실시형태]
도 16은, 본 발명의 제11 실시형태에 관한 급탕기의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
급탕기(700)는, 연소실(560)과, 연소실(560) 내에 배치된 열교환기(190)를 갖는다.
연소실(560)은, 금속 용기(170)와, 금속 용기(170)의 천장면(170a) 및 바닥면(170b)에 본 발명의 판상 단열재(1)가 배치된, 본 발명의 연소실이다.
열교환기(190) 내에는 물이 흐르고 있으며, 연소실(560)에서 열교환기(190) 내의 물이 가열되어 뜨거운 물(온수)가 되어, 급탕기(700)의 외부로 뜨거운 물(온수)이 공급된다.
공급되는 뜨거운 물의 온도는, 연소실에서 연소시키는 연료의 양, 및, 단위 시간당 열교환기 내를 통과하는 수량을 조정함으로써 적절히 조정할 수 있다.
1, 2, 3, 4, 5, 9 판상 단열재
11, 12, 13, 14, 15 판상 초조체
11a, 12a, 12a1, 12a2, 13a, 13a1, 13a2, 13a3, 14a, 14a1, 14a2, 14a3, 14a4, 15a 판상 초조체의 제1 주면
11b, 12b, 13b, 14b, 15b 판상 초조체의 제2 주면
9c, 11c, 12c, 13c, 14c, 15c 판상 초조체의 측면
20, 21, 22, 23, 24 홈
30 오목부
80 무기 재료를 포함하여 이루어지는 부정형 재료
150, 160, 170 금속 용기
150a, 160a, 170a 금속 용기의 천장면
150b, 160b, 170b 금속 용기의 바닥면
150d 금속 용기의 내측면
180 수관
190 열교환기
510, 520, 530, 540, 550, 560 연소실
600 보일러
700 급탕기

Claims (14)

  1. 무기 섬유를 포함하는 판상 초조체로 이루어지고, 연소실의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 판상 단열재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    적어도 일방의 표면에 홈이 형성되어 있는, 판상 단열재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 판상 단열재를 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 상기 홈이 평행으로 배치되어 있는 판상 단열재.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 판상 단열재를 두께 방향에서 보았을 때에, 복수의 상기 홈이 교차하도록 배치되어 있는 판상 단열재.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 일방의 표면에 오목부가 형성되어 있는, 판상 단열재.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유는, 생체 용해성 섬유, 알루미나 섬유, 록 울 및 유리 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 판상 단열재.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 0.05~3.0mm인, 판상 단열재.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판상 단열재의 벌키 밀도는, 0.2~0.6g/cm3인, 판상 단열재.
  9. 금속 용기와, 상기 금속 용기의 내벽면에 배치되는 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 판상 단열재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연소실.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 판상 단열재의 상기 금속 용기 측의 표면에는 오목부가 마련되어 있는, 연소실.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 판상 단열재의 상기 금속 용기 측의 표면과는 반대 측의 표면에는 홈이 마련되어 있는, 연소실.
  12. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판상 단열재는, 상기 금속 용기의 천장면 또는 바닥면에 배치되고,
    상기 판상 단열재의 측면과 상기 금속 용기의 내측면의 사이에는, 무기 재료를 포함하는 부정형 재료가 충전되어 있는, 연소실.
  13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 연소실을 구비하는 것을 특징으로 하는 보일러.
  14. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 연소실을 구비하는 것을 특징으로 하는 급탕기.
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