JPH04104434U

JPH04104434U - 成形断熱材

Info

Publication number: JPH04104434U
Application number: JP1375991U
Authority: JP
Inventors: 博幸田尻; 勝之土居
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1991-02-18
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1992-09-09
Anticipated expiration: 2006-02-07
Also published as: JPH084282Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】断熱材と炭素質シートとの剥離を防止し、高
い断熱性及び表面保護性を長期に亘り維持する。【構成】断熱材１と炭素質シートとが、黒鉛シート２
を貫通する炭素質接合部材により機械的に接合してい
る。炭素質シートには、黒鉛シート２やＣ／Ｃコンポジ
ット製シートなどが含まれ、炭素質接合部材には、黒鉛
ボルト３ａ・ナット３ｂや炭素質釘などが含まれる。断
熱性を高めるため、炭素質接合部材の長さは、断熱材１
及び黒鉛シート２の全厚みよりも短い。また、反りの発
生を防止するため、炭素質接合部材が貫通する黒鉛シー
ト２の孔径は、炭素質接合部材の断面寸法よりも大き
い。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高温炉などに使用できる成形断熱材に関する。

【０００２】

【従来の技術】

高温炉に使用される断熱材として、炭素質又は黒鉛質断熱材の表面に、黒鉛粉末と、炭素繊維ミルドファイバーと、フェノール樹脂、フラン樹脂などのバインダー樹脂とを含むコーティング剤を塗布し、厚み０．２〜２mm程度のコーティング層を形成した成形断熱材が知られている。

【０００３】しかしながら、この成形断熱材は、断熱性能および表面の機械的強度が十分でなく、断熱材に高い表面保護性を付与することが困難である。

【０００４】実公昭５８−２９１２９号公報には、断熱材の表面に、炭素質接着層を介して黒鉛シートを接着し、表面を保護した成形断熱材が提案されている。この成形断熱材は、前記コーティング層を形成した成形断熱材よりも、断熱性能および表面の機械的強度が大きい。

【０００５】しかしながら、例えば、厚み１０〜２０mm程度の断熱材の表面に、厚み０．２〜３mm程度の黒鉛シートを接着すると、断熱材と黒鉛シートとの熱膨脹係数の差異に起因して、断熱材に反りが発生する。著しい場合には、黒鉛シートと断熱材とが剥離する。特に温度履歴を繰返し受けると、黒鉛シートと断熱材との剥離の程度が著しく大きくなり、高い断熱性及び表面保護性を長期に亘り維持できなくなる。さらには、黒鉛シートは衝撃強度が小さく、損傷し易い。そして、黒鉛シートが損傷した場合には、断熱材が未だ使用できるにも拘らず、成形断熱材全体を交換する必要があり、経済的でない。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】従って、本考案の目的は、剥離の発生を防止でき、高い断熱性及び表面保護性を長期に亘り維持できる成形断熱材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案は、断熱材と炭素質シートとが、前記炭素質シートを貫通する炭素質接合部材により機械的に接合している成形断熱材を提供する。炭素質接合部材の長さは、断熱材及び炭素質シートの厚みよりも短いのが好ましい。

【０００８】

【作用】

前記構成の成形断熱材では、炭素質接合部材により機械的に接合しているので、熱膨脹係数の差異に基づいて、断熱材と炭素質シートとが剥離することがない。さらに、緻密で機械的特性に優れる炭素質シートは、断熱材に高い表面保護性を与えると共に、輻射伝熱、および高いガス遮断性により対流伝熱を阻止する。また、炭素質接合部材で接合しているため、金属製ボルト・ナットなどに比べて、接合部位での熱伝導を抑制できる。

【０００９】また、炭素質接合部材の長さが、断熱材及び炭素質シートの厚みよりも短い場合には、接合部位での伝熱を抑制できる。

【００１０】さらに、炭素質接合部材が貫通する炭素質シートの孔径を、炭素質接合部材の断面寸法よりも大きくすることにより、炭素質シートの孔と炭素質接合部材との間には隙間が生じる。この隙間は、昇温、冷却に伴なって生じる両部材間の熱膨脹の差を吸収し、反りの発生を抑制する。

【００１１】本明細書において、「炭素質」とは黒鉛質のみならず複合化された炭素材をも含む意味に用いる。「炭素繊維」とは炭化又は黒鉛化された繊維を意味する。「炭化」とは、炭化又は黒鉛化可能な繊維、樹脂、ピッチなどを、例えば、４５０〜１５００℃程度の温度で焼成処理することを意味する。黒鉛化とは、例えば１５００〜３０００℃程度の温度で焼成処理することを意味し、黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念に含める。

【００１２】

【実施例】

以下に、添付図面を参照しつつ、本考案の実施例をより詳細に説明する。

【００１３】図１は本考案の一実施例を示す断面図である。成形断熱材は、炭素質の平板状断熱材１と、この断熱材の一方の面に配された黒鉛シート２と、前記断熱材１と黒鉛シート２とを機械的に接合する黒鉛ボルト３ａ、ナット３ｂとで構成されている。黒鉛ボルト３ａの頭部と断熱材１との間には、黒鉛製ワッシャ４が介在する。

【００１４】黒鉛ボルト３ａを通じて断熱材１の反対側に伝熱するのを防止するため、黒鉛ボルト３ａの軸部の長さは、断熱材１及び黒鉛シート２全体の厚みよりも短い。なお、黒鉛ボルト３ａの軸部の長さは、断熱材１を貫通せず、断熱材１の内部で固定できる範囲で選択できるが、断熱材１の厚みの８０％以下、好ましくは７０％以下である。

【００１５】前記断熱材１の一方の面には、径大の凹部５が形成され、この凹部５からは他方の面に至る孔６が穿設されている。また、前記黒鉛シート２には、黒鉛ボルト３ａが挿通可能な挿通孔７が形成されている。この挿通孔７の径は、反りが生じるのを防止するため、黒鉛ボルト３ａの軸部の直径よりも大きい。挿通孔７の径は、断熱材１と黒鉛シート２との熱膨脹係数の差異に応じて適当に選択できるが、高温炉用断熱材として使用する場合には、黒鉛ボルト３ａの軸部の直径よりも２mm以上大きく、黒鉛製ワッシャ４の径よりも小さいのが好ましい。

【００１６】さらに、前記凹部５には、前記黒鉛ボルト３ａを通じて断熱材１の反対側に伝熱するのをさらに防止するため、炭素質または黒鉛質の炭素繊維フェルト８が充填されている。

【００１７】このような成形断熱材では、黒鉛ボルト３ａが黒鉛シート２を貫通して機械的に接合しているので、断熱材１と黒鉛シート２とが剥離することもない。また、黒鉛ボルト３ａと黒鉛シート２の挿通孔７との間に、熱膨脹の差を吸収できる隙間が生じるので、温度履歴が作用しても、断熱材１に反りが生じることがない。さらには、黒鉛シート２は緻密で機械的特性、耐風性に優れるので、断熱材１の表面を保護できると共に、輻射伝熱のみならず、ガス遮断により対流伝熱を阻止する効果が大きい。このことに加えて、黒鉛ボルト３ａが断熱材１を貫通せず、しかも凹部５に炭素繊維フェルト８が充填されているので、接合部位の熱伝導も抑制でき、高い断熱性が得られる。また、黒鉛シート２が損傷したり劣化しても、黒鉛シートを容易に交換できるので、断熱材１を繰返し使用でき、寿命を長くできる。

【００１８】なお、ボルト・ナットは、炭素質であり、かつ強度が大きいものであればよいが、黒鉛ボルト・ナットが好ましい。炭素質ボルト・ナットの大きさは、特に制限されないが、例えば、Ｍ６以下のものを使用できる。なお、断熱材が緩衝性を有する場合には、ワッシャは必ずしも必要ではない。

【００１９】断熱材の形状は、用途に応じて適宜設定でき、板状に限らず、中空筒状、四角形状等の多角形状などであってもよい。断熱材は、単一の層に限らず、嵩密度の異なる複数の層で構成されていてもよい。

【００２０】図２は本考案の他の実施例を示す概略斜視図である。この例では、断熱材１１は中空筒状に成形され、この断熱材１１の一方の面には、黒鉛シート１２が黒鉛ボルト１３ａ、ナットで接合されている。なお、符号１８は断熱材１１の凹部に充填された炭素繊維フェルトである。

【００２１】前記各実施例において、凹部に充填される炭素繊維フェルトは、耐熱性の高い黒鉛フェルトであるのが好ましい。

【００２２】接合部材は、前記炭素質ボルト・ナットに限らず、炭素質シートを貫通して断熱材と炭素質シートとを機械的に接合する楔、釘、ネジなどであってもよい。また、接合部材は、炭素質であればよく、例えば、カーボン／カーボンコンポジット（以下、Ｃ／Ｃコンポジットと称す）であってもよい。

【００２３】図３は本考案のさらに他の実施例を示す断面図、図４は接合部材の他の例を示す斜視図である。断熱材２１と黒鉛シート２２は、黒鉛シート２２を貫通するＣ／Ｃコンポジット製の平板状の釘２３により機械的に接合されている。この例では、先端部に、フェノール樹脂などの炭化又は黒鉛化可能な接着剤（図示せず）を塗布したＴ字状の炭素質釘２３を、幅広の面を水平方向に向けて打込むことにより、断熱材２１と黒鉛シート２２とを接合している。このような成形断熱材を高温炉などに装着すると、前記接着剤が焼成されて断熱材２１と固着するので、接合強度を大きくできる。また、炭素質釘２３の長さは、前記断熱材２１および黒鉛シート２２の全厚よりも短く、断熱材２１を貫通しない。従って、前記図１及び図２に示すような、凹部や凹部に充填される炭素繊維フェルトを必要とせず、断熱性が大きい。さらには、炭素質釘２３を抜くことも可能であるため、黒鉛シート２２の交換及び補修が容易であり、断熱材２１を繰返し使用できる。

【００２４】前記炭素質釘２３は、例えば、厚み１〜５mm程度の平板状のＣ／Ｃコンポジットを、例えば頭部の径１５〜２０mm、幅２〜３mm、軸部の長さ３〜５mm、径３〜７mmに対応させ、かつ先端部を鋭角として打抜くことにより作製できる。なお、炭素質釘２３は、上記に限らず、適宜の形状及び大きさに形成できる。また、炭素質釘２３の数は、４〜５本／ｍ²程度で十分接合できる。なお、釘の軸部に、先端部が頭部方向へ向いた鈎部などのアンカー部を設けてもよい。この場合、断熱材からの取外しはやや難しくなるが、使用中に脱落しにくくなる。

【００２５】さらに、前記黒鉛シート２２に、図１に示される実施例と同様に、炭素質釘２３の軸部の断面寸法よりも大きく、頭部の断面寸法よりも小さな孔を形成してもよい。この場合には、断熱材２１の反りを防止できる。さらに、この場合、炭素質釘２２の軸部のうち先端部側の径を大きくすることにより、断熱材２１に対するアンカー効果を高めることができると共に、前記接着剤による効果と相まって、接合強度を大きくできる。なお、接着剤は、通常の接着剤であってもよいが、炭化または黒鉛化可能な接着剤が好ましい。

【００２６】なお、断熱材の種類は特に制限されず、例えば、炭素繊維フェルト；炭素繊維フェルトに炭化又は黒鉛化可能な樹脂を含浸し、圧縮成形し、炭化または黒鉛化した成形体などであってもよい。断熱材は、耐熱性の高い炭素質又は黒鉛質断熱材、特に黒鉛質断熱材であるのが好ましい。炭素繊維フェルトを構成する炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル、レーヨン、セルロース系繊維等の高分子繊維、ピッチ系繊維を素材とする炭素繊維が例示され、一種又は二種以上使用される。

【００２７】断熱材の厚みは、例えば、１０〜１００mm程度のものが使用できる。

【００２８】炭素質シートは、気密性及び耐熱性などに優れるものであればよいが、前記黒鉛シートやＣ／Ｃコンポジット製シートが好ましい。炭素質シートの厚みは適宜選択でき、熱容量が著しく大きくならない範囲、例えば０．１〜５mm、好ましくは０．５〜３mm程度である。なお、黒鉛シートは、黒鉛粉末を硫酸処理して膨脹させ、圧延押出し等の方法でフレキシブルなシート状としたものであり、一般に０．５〜１．６ｇ／cm³程度の密度を有する。

【００２９】炭素質シートは、断熱材の内面、外面又は両面に接合することができる。

【００３０】また、炭素質シートに炭素質接合部材が貫通する孔を形成する場合、該孔径は、炭素質接合部材の形状に応じて選択でき、炭素質接合部材の断面寸法よりも大きいのが好ましい。より具体的には、例えば、頭部と軸部とが形成された炭素質接合部材を用いる場合には、軸部の断面寸法よりも大きく、かつ頭部の断面寸法よりも小さな孔を炭素質シートに形成するのが好ましい。

【００３１】本考案の成形断熱材は、高温、例えば、１０００〜３０００℃で使用されるセラミックス焼成炉、真空蒸着炉、半導体単結晶成長炉などの高温炉などに使用できる。

【００３２】

【考案の効果】

本考案の成形断熱材は、断熱材と炭素質シートとが、炭素質設備兎部材により機械的に接合しているので、断熱材と炭素質シートとの剥離を防止でき、高い断熱性及び表面保護性を長期に亘り維持できる。

【００３３】また、炭素質接合部材の長さが、断熱材及び炭素質シートの厚みよりも短い場合には、さらに断熱性を高めることができる。

【００３４】

【実験例】

以下に、実験例に基づいて本考案をより詳細に説明する。

【００３５】実験例１図１に示すような成形断熱材を次のようにして作製した。すなわち、黒鉛シート（厚み１．２mm、挿通孔の径６mmφ）と、板状断熱材（厚み４０mm×縦１０００mm×横１０００mm、凹部の径１０mmφ）とを、Ｍ４の黒鉛ボルト（軸部の長さ２２mm）を用いて、４００mmのピッチで合計９カ所を接合した。また、断熱材の凹部には黒鉛フェルトを充填した。

【００３６】そして、窒素ガス雰囲気中、１０℃／分の昇温速度で２０００℃に昇温し、その後自然冷却するサイクルを２０サイクル繰返したところ、黒鉛シートと断熱材とが剥離せず、断熱材の反りも生じなかった。

【００３７】比較例黒鉛シート（厚み１．２mm）と、板状断熱材（厚み４０mm×縦１０００mm×横１０００mm）とを、フェノール樹脂で接着し、黒鉛化した。

【００３８】得られた成形断熱材を、実験例１と同様して１５サイクルの熱履歴に付したところ、黒鉛シートと断熱材とが部分的に剥離した。また、剥離していない箇所でも、スパン１ｍ当り２mmの反りが生じていた。

【００３９】実験例２図３に示すような成形断熱材を次のようにして作製した。すなわち、黒鉛シート（厚み１．２mm）と、板状断熱材（厚み４０mm×縦１０００mm×横１０００mm 、凹部の径１０mmφ）とを、先端部にフェノール樹脂を塗布したＣ／Ｃコンポジット製の平板状釘（厚み３mm、頭部の径１７mm、頭部の幅３mm、軸部の長さ４mm 、軸部の径５mm）により、４本／ｍ²の密度で接合した。

【００４０】そして、成形断熱材を、実験例１と同様して１５サイクルの熱履歴に付したところ、黒鉛シートと断熱材とが剥離せず、断熱材の反りも生じなかった。

【提出日】平成３年４月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】実験例２図３に示すような成形断熱材を次のようにして作製した。すなわち、黒鉛シート（厚み１．２mm）と、板状断熱材（厚み４０mm×縦１０００mm×横１０００mm 、凹部の径１０mmφ）とを、先端部にフェノール樹脂を塗布したＣ／Ｃコンポジット製の平板状釘（厚み３mm、頭部の径１７mm、頭部の幅３mm、軸部の長さ４０ mm、軸部の径５mm）により、４本／ｍ²の密度で接合した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す断面図である。

【図２】本考案の他の実施例を示す概略斜視図である。

【図３】本考案のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。

【図４】接合部材の他の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１１，２１…断熱材２，１２，２２…黒鉛シート３ａ，１３ａ…黒鉛ボルト３ｂ…黒鉛ナット７…挿通孔２３…炭素質釘

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】断熱材と炭素質シートとが、前記炭素質
シートを貫通する炭素質接合部材により機械的に接合し
ている成形断熱材。
【請求項２】炭素質接合部材の長さが、断熱材及び炭
素質シートの厚みよりも短い請求項１記載の成形断熱
材。