技術 炉壁の構造

0001

本発明は、内部に火などを蓄えることにより内部の物品を焼成、焼付、焼却、溶解、加熱などをする炉にかかり、該炉の外壁をなす炉壁の構造に関するものである。

0002

炉壁は、炉の外壁をなすものであり、その目的の一つは、炉内に熱を閉じ込めて高温とすることにある。このように適宜断熱・保温が行われることで、熱エネルギーの損失を防ぎ、少ない熱エネルギーでの焼成、焼付、焼却、溶解、加熱などを短時間で行うことを目的としている。

0003

従来、この種の炉壁の構造は、その厚さを大きくすることにより断熱・保温効果を得ようとするものであった。

0004

しかしながら、上述した従来の炉壁の構造では、断熱・保温性を高めようとする場合には、自ずと厚さが増すことになる。この場合、熱を受ける炉壁の内面と、外面とには著しい温度差が生じることとなり、炉壁の内面は高温となって膨張し、外面は膨張がない状態となる。また、炉内の温度が低下したときに炉壁に収縮が生じるが、この収縮は炉壁の内面では大きく、外面は小さいこととなる。このため、炉壁の内面と外面との間で膨張収縮が異なり、且つ、上述の如く炉壁の厚さが増せばこの差異が大きくなるため、炉壁が劣化して亀裂が生じてしまうという問題点があった。

0005

また、炉壁の厚さを増すことは、炉の大きさが大型化してしまうために、限られた敷地部分に対して炉を設置することができなかった。

0006

このような問題から、薄い厚さで断熱・保温性を有する材質を用いて炉壁を構成することが考えられるが、この種の材質は高価であるために、コストが嵩み、実現性が低い。

0007

そこで本発明は、上記課題を解消するために、炉壁の厚さを増すことなく優れた断熱・保温性を有し、且つ、優れた強度および耐久性を維持することができる炉壁の構造を提供することを目的としている。

0008

上記目的を達成するため本発明による炉壁の構造は、耐火材料によって板状に形成され、その一方の板面に複数の突起部を一体に有した第一の炉壁体と、耐火材料によって板状に形成された第二の炉壁体と、を備え、前記第一の炉壁体における前記突起部の先端部に対面する如く前記第二の炉壁体を積層し、前記第一の炉壁体と前記第二の炉壁体との間に前記突起部を介した空間をなすことを特徴としている。

0009

また、本発明による炉壁の構造は、耐火材料によって板状に形成され、その双方の板面に複数の突起部を一体に有した第三の炉壁体と、耐火材料によって板状に形成された第二の炉壁体と、を備え、前記第二の炉壁体における前記突起部の先端部に対面する如く前記第二の炉壁体をそれぞれ積層し、前記第二の炉壁体と前記第三の炉壁体との間に前記突起部を介した空間をなすことを特徴としている。

0010

そして、前記第一の炉壁体、第二の炉壁体及び第三の炉壁体の種々の積層組み合わせにより、前記各炉壁体の間に前記突起部を介した空間を多層に有する如く形成することを特徴としている。

0011

さらに、前記各突起部は、前記第一あるいは第三の炉壁体の板面より突出する基端部の総面積が、前記板面の全体面積の約２０〜７０％を占めるとともに、その高さが、前記第一あるいは第三の炉壁体の厚さの略１．５倍以下となる如く形成されていることが好ましい。

0012

また、前記突起部は、柱状に形成され、その先端部が基端部よりも細径、あるいは尖る如く、その周面が傾斜あるいは湾曲をなして形成されていてもよい。

0013

また、前記突起部は、前記第一あるいは第三の炉壁体の板面より隆起する如く山状に形成されていてもよい。

0014

また、前記突起部は、第一あるいは第三の炉壁体の厚さを貫通しない筒状に形成されていることが好ましい。

0015

また、前記突起部は、前記板状部分と別体に形成され、第一の炉壁体あるいは第三の炉壁体の板面に対して耐火性の接着剤を以て取り付けられていることを特徴としている。

0016

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。本発明による炉壁の構造は、炉の外壁をなすものであり、炉内に熱を閉じ込めて高温とすることで、適宜断熱・保温を行って、熱エネルギーの損失を防ぎ、少ない熱エネルギーでの焼成、焼付、焼却、溶解、加熱などをなす。図１は本発明による炉壁の構造を示す分解斜視図、図２は同炉壁の構造の断面図である。

0017

この実施の形態の炉壁の構造は、図１および図２に示すように、第一の炉壁体１と、第二の炉壁体２とで構成されている。

0018

第一の炉壁体１は、耐火材料によって平板状に形成された基部３の一方の板面に複数の柱状の突起部４が一体形成されている。この第一の炉壁体１をなす耐火材料としては、火に触れても極表面だけしか変質せず、不燃性の材料であって、例えば、耐火金属（タングステン，タンタル，モリブデンなど）、耐火セメント（アルミナセメントなど）、耐火粘土（ケイ酸，アルミナおよび水などを主成分とするもの）、セラミックス繊維（アルミナ繊維など）がある。また、第一の炉壁体１を成形するには、上記の耐火材料を彫込型に入れて圧力を加える押型式と、上記の耐火材料を枠型に入れて不要部分をバキュームする吸入式とがある。

0019

また、各突起部４は、図１に示す円柱、あるいは角柱などの柱状に形成され、その基端部４ａの総面積が、基部３の板面の全体面積の約２０〜７０％（好ましくは３０％）を占めている。また、各突起部４は、その高さが、基部３の厚さの略１．５倍以下となるように形成されている。

0020

第二の炉壁体２は、第一の炉壁体１における基部３と同様に、耐火材料によって平板状に形成されている。

0021

そして、図２に示すように、第一の炉壁体１における突起部４の先端部４ｂに、第二の炉壁体２の板面を対面するように積層し、第一の炉壁体１と第二の炉壁体２との間に突起部４の高さ分を介した空間５をなす。この空間５は、各突起部４の間隔を以て連通されている。また、積層された第一の炉壁体１と第二の炉壁体２とは、耐火性の接着剤で接着されているか、あるいは耐火性の締結体（ボルトなど）で固定される。

0022

このような炉壁により炉を構成する場合、第一の炉壁体１を炉の内側とし、第二の炉壁体２を炉の外側とする。即ち、図２に矢印で示す如く、第一の炉壁体１の基部３側から熱が加えられる。

0023

第一の炉壁体１の基部３側に熱が加わると、この熱は基部３を介して温度が多少低下されて空間５側に伝導される。空間５に伝達された熱は、空気を介していることにより温度の伝導が著しく低下する。ゆえに、第一の炉壁体１と第二の炉壁体２との積層により、優れた断熱・保温性を得ることとなる。

0024

さらに、空間５は、各突起部４の間隔を以て連通されているため、基部３に加わる熱に部分的な温度差があっても、連通する空間５でこの熱を均一化するので、炉内温度を均等にするとともに、外方に伝導する熱の温度をも均等にすることができる。

0025

また、第一の炉壁体１と第二の炉壁体２との間に連通する空間５を有していることから、この空間５内の空気を排気流の圧力で引く抜くエゼクト作用を起こすことができ、炉内の温度を安定して上昇させることが可能である。

0026

一方、第一の炉壁体１の基部３側に熱が加わると、基部３が熱膨張を起こすこととなる。この際、突起部４が基部３の膨張を受けて歪むために、基部３の膨張変形があっても、第二の炉壁体２側には何ら影響がない。また、第一の炉壁体１の基部３が収縮した場合においても、突起部４の歪みにより、基部３の収縮が第二の炉壁体２側に影響しない。ゆえに、第一の炉壁体１と第二の炉壁体２との積層により、優れた強度を得ることとなる。

0027

なお、上述した第一の炉壁体１と第二の炉壁体２との積層を、図３に示す如く多層に構成してもよい。この場合、温度の伝導を、各突起部４がなす多層の空間５を以て相乗して低減することが可能となる。さらに、多層構造によれば、第一の炉壁体１におこる膨張収縮を、各突起部４を以て相乗して受け流すことが可能となる。

0028

また、第一の炉壁体１の基部３の厚さは、突起部４がなす空間５によって優れた断熱・保温性が得られるので、厚く形成する必要がない。むしろ、基部３の厚みは、熱が加わる面と、突起部４をなす面とで、膨張収縮に差異がないように薄い方が好ましい。ゆえに、積層構造としても全体の厚さは、厚くなることがない。

0029

ここで、図４（ａ），（ｂ）で示す本発明の炉壁の構造と従来との比較対照図のように、同一の耐火部材を用いて、従来の一枚板の構造の炉壁１０１（図４（ａ））の厚さと、本発明の炉壁の構造（図４（ｂ））の厚さを同一に構成したとする。このような場合、従来の炉壁１０１において一方の面（図中左側）から熱が加わった際、他方の面（図中右側）に向かって図示の付線ｈの如く熱の伝導が生じる。これに対し、本発明の炉壁の構造では、図示の付線Ｈの如く基部３での熱の伝導は従来と同様であるが、空間５にかかる熱の伝導は著しく低下する。そして、点線ｈで示す従来の熱の伝導と比較すると他方の面での伝導熱に差異Ｐが生じることとなる。

0030

このように、本発明の炉壁の構造では、従来と同じ厚さであっても、熱の伝導を著しく低下することが可能であり、且つ使用する耐火材料をも空間５の分低減させることが可能となる。また、従来と同様の熱の伝導の炉壁を本発明の構成で得る場合、従来よりも厚さを薄くできることは勿論である。

0031

ところで、上述した第一の炉壁体１における突起部４は、柱状としているが、図５乃至図８に示す構成とすることにより、上述した効果を助勢することが可能となる。図５（ａ），（ｂ）に示すように、突起部４の形状を、基端部４ａに対し、先端部４ｂが細径となる如く、その周面を傾斜して形成する。あるいは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、突起部４の形状を先端部４ｂが尖る如く、その周面を傾斜して形成する。または、図７（ａ），（ｂ）に示すように、突起部４の形状を基端部４ａに対し、先端部４ｂが細径あるいは尖る如く、その周面を湾曲して形成する。

0032

このように突起部４の形状を変えることにより、第二の炉壁体２の板面に接触する突起部４の先端部４ｂが基端部４ａよりも面積が小さくなるため、突起部４を介して第一の炉壁体１から第二の炉壁体２への熱の伝導を低減させるため、さらに断熱・保温性を向上させることが可能となる。

0033

さらに、突起部４の周面が傾斜あるいは湾曲して形成されたことにより、第一の炉壁体１の基部３が膨張収縮した際の歪みに対する突起部４の強度を増すことが可能となる。

0034

そして、突起部４の先端部４ｂを尖る如く形成した場合においては、図２あるいは図３のように炉壁を構成する際、突起部４の先端部４ｂ側を熱を受ける側に向けるとよい。これによれば、熱が伝導される側への突起部４の接触面積が少ないことにより、熱の伝導を著しく低下させ、さらに断熱・保温効果を向上することができる。

0035

また、図８（ａ），（ｂ）に示すように、突起部４を先端部４ｂ側に開口する中空とし、第一の炉壁体１の基部３を貫通することがない筒状に形成する。これにより、突起部４内に上述の空間５とは別の内部空間４ｃをなすこととなるので、該内部空間４ｃを以て熱の伝導をさらに低下させることが可能となる。また、筒状の形状により、第一の炉壁体１の基部３が膨張収縮した際の歪みに対する突起部４の強度を増すことが可能となる。

0036

そして、上記突起部４の筒状の構成は、図５乃至図７に示す突起部４の形状に加えて構成することも可能である。

0037

なお、突起部４は、図示しないが、第一の炉壁体１の板面より隆起する如く山状に形成されていてもよい。これによれば、突起部４の成形を容易とすることが可能となる。また、山状の突起部４においても、筒状の構成をなしてもよい。

0038

ここで、上述した第一の炉壁体１の変形例を図９に示し説明する。図９に示す第三の炉壁体１０は、第一の炉壁体１と同様に、耐火材料によって平板状に形成された基部３を備えている。そして、基部３の双方の板面に複数の柱状の突起部４を一体形成している。

0039

そして、第三の炉壁体１０を、上述した第二の炉壁体２で挟むようにして、積層構成することにより、第三の炉壁体１０の両面側に空間５が形成される。

0040

このように構成された第三の炉壁体１０を採用した場合でも、その空間５と突起部４により、優れた断熱・保温性を有するとともに、優れた強度を得ることが可能である。

0041

なお、第三の炉壁体１０のおける突起部４の形状は、図５乃至図８で示して説明した構成を用いることが可能である。

0042

また、上述の第一の炉壁体１、第二の炉壁体２及び第三の炉壁体１０を種々積層組み合わせしてもよい。

0043

また、上述した実施の形態では、第一の炉壁体１及び第三の炉壁体１０を平板状の基部３に縦横数列（図示では五列）の突起部４を備えた構成とし、第二の炉壁体２を、第一の炉壁体１及び第三の炉壁体１０の基部３の大きさに対応した平板状の構成としている。つまり、第一の炉壁体１、第二の炉壁体２及び第三の炉壁体１０はパネル状に形成されて、このパネル状を複数接続することにより炉壁が構成される。また、第一の炉壁体１、第二の炉壁体２及び第三の炉壁体１０はパネル状に限らず、図１０に示すように、第一の炉壁体１及び第三の炉壁体１０を基部３に突起部４を数個（例えば二個など）備えたブロック状に形成し、第二の炉壁体２を第一の炉壁体１及び第三の炉壁体１０に対応したブロック状に形成して、このブロック状を複数接続して炉壁を構成してもよい。このように、パネル状あるいはブロック状の構成によれば、上述した効果を備えた炉壁によって、様々な大きさおよび形状の炉を容易に得ることが可能となる。なお、第一の炉壁体１、第二の炉壁体２及び第三の炉壁体１０をブロック状に構成した場合、図１０に示す如く、第一の炉壁体１（第三の炉壁体１０）の継ぎ目に対し、第二の炉壁体２をずらして組み合わせることにより、炉壁の強度を増すことができる。

0044

また、上述した実施の形態において、第一の炉壁体１、第二の炉壁体２及び第三の炉壁体１０を用いて多層の炉壁を構成できることから、異なる耐火材料の炉壁体を組み合わせて構成することが可能となる。この場合、耐火材料の性質（膨張収縮率・耐火性能など）に応じて、炉壁の内外での順序を規定する必要はないが、使用目的に応じて、例えば、炉の最も内側に膨張収縮率の小さい高価な耐火材料の炉壁体を用い、外側に安価な耐火材料の炉壁体を採用すれば、優れた性能で、且つ安価な炉壁を得ることができる。

0045

また、上述した実施の形態では、第一の炉壁体１の基部３、第二の炉壁体２および第三の炉壁体１０の基部３を平板状として図示して説明しているが、これらは平板状に限らず、湾曲あるいは折曲した板状をなしていてもよい。このように、湾曲あるいは折曲した構成があれば、平板状の構成を含めた様々な組み合わせによって、如何なる形状の炉を得ることが可能となる。

0046

また、上述した実施の形態では、第一の炉壁体１あるいは第三の炉壁体１０にある突起部４を基部３に対して一体に形成していると説明しているが、突起部４と基部３とを別体で形成し、基部３に対して突起部４を耐火性の接着剤で取り付けてもよい。このように、別体で形成された突起部４を基部３に対して耐火性の接着剤で取り付した場合、基部３に熱が加えられて基部３が熱膨張を起こした際、耐火性の接着剤を間において突起部４が微動し、基部３におこる膨張変形を受け流すことができる。また、基部３が収縮した時も、同様に収縮変形を受け流すことができるため、さらに優れた強度を得る。

0047

また、上述した実施の形態における突起部４に関し、図示あるいは説明した形状は、基部３の板面から突出する突起をなしているが、図１１に示すように、基部３の板面に沿って断続的に突出する突条をなしていてもよく、この構成であっても上述と同様の効果が得られる。この突条の構成は、上述のように基部３と一体あるいは別体どちらの構成であってもよい。また、この突条の断面形状は図５乃至図７で示した形状と同様、あるいは山状の形状でもよく、さらには、図８のように筒状の構成をなしてもよい。

0048

さらに、上述した全ての実施の形態において、空間５内に突起部４で挟持されるように薄葉状の輻射熱反射部材（不図示）を設けてもよい、この輻射熱反射部材は、熱伝導率が低く、且つ耐火性の金属材（例えばアルミニウム合金など）からなる。この輻射熱反射部材を設ければ、熱の伝導をさらに低下させることが可能となり、さらに、炉内が白熱化した場合の輻射熱を反射し、益々の断熱効果を得ることとなる。なお、輻射熱反射部材は、空間５内の熱を受ける側に配するように構成することが断熱・保温効果を得る上で好ましい。

0049

以上説明したように本発明による炉壁の構造は、耐火材料によって板状に形成され、その一方の板面に複数の柱状の突起部を一体に有した第一の炉壁体に対し、前記突起部の先端部に対面する如く耐火材料によって板状に形成された第二の炉壁体を積層し、第一の炉壁体と第二の炉壁体との間に突起部を介した空間をなすことにより、該空間を以て熱の伝導を低減させ、且つ、板状部分に膨張収縮が生じても突起部の歪みによって、この膨張収縮を受け流す。ゆえに、厚さの薄い炉壁であっても、優れた断熱・保温性を有し、優れた強度をおよび耐久性を維持することができる。

0050

また、空間は、複数の柱状の突起部によりなり、各突起部の間隔を介して連通しているので、炉壁の一部が高温となっても、連通する空間によって熱を均一化させるので、炉内温度を均等にするとともに、伝導する熱をも均等にすることができる。

0051

また、連通する空間により、この空間内の空気を排気流の圧力で引く抜くエゼクト作用を起こし、炉内の温度を安定して上昇させることができる。

0052

また、板状部分は、膨張収縮することが許されるので、膨張収縮が起こりやすい安価な耐火材料を使用することができるとともに、炉壁の内部に空間を設けることで、炉壁の外見上の厚みに対する耐熱材料の使用量を減らすことができるため、炉壁のコストを低減することができる。

0053

また、耐火材料によって板状に形成され、その双方の板面に複数の柱状の突起部を一体に有した第三の炉壁体を用い、この第二の炉壁体における突起部の先端部に対面する如く第二の炉壁体をそれぞれ積層し、第二の炉壁体と第三の炉壁体との間に突起部を介した空間をなす構成であっても同様の効果を得ることができる。

0054

また、前記第一の炉壁体、第二の炉壁体及び第三の炉壁体の種々の積層組み合わせを行えば、各炉壁体の間に突起部を介した空間を多層に有する如く形成することができる。この場合、異なる性質（膨張収縮率・耐火性能など）の耐火材料を各層に採用し、目的に応じた炉壁をなすことができる。

0055

また、前記各突起部は、その基端部の総面積が、板面の全体面積の約２０〜５０％を占めるとともに、その高さが、板状部分の厚さの略１．５倍以下となる如く形成されていることが好ましく、この構成とすることにより上記効果を適宜得ることが可能である。

0056

また、前記突起部は、先端部が基端部よりも細径、あるいは尖る如く、その周面が傾斜あるいは湾曲をなして形成されていることが好ましく、この構成により、突起部の強度を向上し、炉壁の強度を増すことができる。

0057

さらに、前記突起部を、第一あるいは第三の炉壁体の厚さを貫通しない筒状に形成すれば、さらなる強度の向上を図ることができる。

0058

また、前記突起部を、第一あるいは第三の炉壁体の板状部分と別体に形成し、第一あるいは第三の炉壁体の板面に対して耐火性の接着剤を以て取り付けることにより、板状部分が膨張変形あるいは収縮変形を起こしても耐火性の接着剤を間において突起部が微動し、板状部分の変形を受け流すことができ、さらに優れた強度を得ることができる。

0059

図１本発明による炉壁の構造を示す分解斜視図。
図２同炉壁の構造の断面図。
図３同炉壁を多層構造にした状態の断面図。
図４（ａ）（ｂ）本発明の炉壁の構造と従来との比較対照図。
図５（ａ）（ｂ）突起部の別の形状を示す斜視図および断面図。
図６（ａ）（ｂ）突起部の別の形状を示す斜視図および断面図。
図７（ａ）（ｂ）突起部の別の形状を示す斜視図および断面図。
図８（ａ）（ｂ）突起部の別の形状を示す斜視図および断面図。
図９本発明による炉壁の構造の変形例を示す断面図。
図１０本発明による炉壁の構造の使用形態の一例を示す斜視図。
図１１突起部の他の構造を示す斜視図。

0060

１…第一の炉壁体、２…第二の炉壁体、３…基部、４…突起部、４ａ…基端部、４ｂ…先端部、４ｃ…内部空間、５…空間、１０…第三の炉壁体。