JPH084282Y2

JPH084282Y2 - 成形断熱材

Info

Publication number: JPH084282Y2
Application number: JP1991013759U
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: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2006-02-07
Also published as: JPH04104434U

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、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
る成形断熱材であって、断熱材のうち炭素質シートとの
接合面とは反対側の面に径大の凹部が形成され、この凹
部から炭素質シートの外側の面に至る貫通孔に炭素質ボ
ルトの軸部を挿通させ、炭素質ナットで螺合することに
より断熱材と炭素質シートとが接合している成形断熱材
（第１の成形断熱材）を提供する。この成形断熱材にお
いて、断熱材と炭素質シートとが炭素質ボルト及びナッ
トにより機械的に接合され、且つ凹部に炭素繊維フェル
トが充填されていてもよい。また、本考案は、断熱材と
炭素質シートとが、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であって、
炭素質接合部材が、長さが断熱材及び炭素質シートの全
厚よりも短く形成され且つ先端部に炭化または黒鉛化可
能な接着剤が塗布された炭素質釘で構成されている成形
断熱材（第２の成形断熱材）を提供する。

【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、熱膨張係数の差異に基
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。また、第１の成形断熱材では、断熱材のうち炭素
質シートとの接合面とは反対側の面に径大の凹部が形成
され、この凹部から炭素質シートの外側の面に至る貫通
孔に炭素質ボルトの軸部を挿通させ、炭素質ナットで螺
合するので、断熱材と炭素質シートとを簡単な操作で確
実に接合でき、しかも温度履歴や振動による剥離を顕著
に防止できる。さらに、炭素質シートが損傷したり劣化
しても、炭素質シートを容易に交換できるので、断熱材
を繰返し使用でき、寿命を長くできる。断熱材と炭素質
シートとが炭素質ボルト及びナットにより機械的に接合
され、且つ凹部に炭素繊維フェルトが充填されている場
合には、接合部位の熱伝導も抑制できるので、高い断熱
性が得られる。前記第２の成形断熱材では、炭素質接合
部材が炭素質釘で構成されているので、炭素質シートの
表面から打込むだけで容易に断熱材と炭素質シートとを
接合でき、しかも高い接合強度が得られる。また、長さ
が前記断熱材及び炭素質シートの全厚よりも短く形成さ
れているので、炭素質釘が断熱材を貫通しない。そのた
め、断熱性が大きい。さらに、先端部に炭化または黒鉛
化可能な接着剤が塗布されているため、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と固着し、接
合強度をさらに大きくできる。また、炭素質釘を抜くこ
ともできるので、炭素質シートの交換及び補修が容易で
ある。

【０００９】また、前記第１の成形断熱材において、炭
素質ボルトの軸部の長さが、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１
５００〜３０００℃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３
ａ、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３
ａ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、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２
２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１〜５
mm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、１
０００〜３０００℃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によれば、断熱材と
炭素質シートとを簡単な操作で確実に接合でき、しかも
温度履歴や振動による剥離を顕著に防止できるので、高
い断熱性及び表面保護性を長期に亘り維持できる。ま
た、炭素質シートの交換及び補修が容易である。

【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４０
mm×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４０mm、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。

【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、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
る成形断熱材であって、断熱材のうち炭素質シートとの
接合面とは反対側の面に径大の凹部が形成され、この凹
部から炭素質シートの外側の面に至る貫通孔に炭素質ボ
ルトの軸部を挿通させ、炭素質ナットで螺合することに
より断熱材と炭素質シートとが接合している成形断熱
材。
【請求項２】断熱材と炭素質シートとが炭素質ボルト
及びナットにより機械的に接合され、且つ凹部に炭素繊
維フェルトが充填されている請求項１記載の成形断熱
材。
【請求項３】断熱材と炭素質シートとが、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
る成形断熱材であって、炭素質接合部材が、長さが断熱
材及び炭素質シートの全厚よりも短く形成され且つ先端
部に炭化または黒鉛化可能な接着剤が塗布された炭素質
釘で構成されている成形断熱材。