特許 6984581 設備の断熱方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6984581

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】設備の断熱方法

(51)【国際特許分類】

   F27D 1/00 20060101AFI20211213BHJP

   F27B 9/32 20060101ALI20211213BHJP

   C03B 5/42 20060101ALI20211213BHJP

   F16L 59/02 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   F27D1/00 A

   F27B9/32

   C03B5/42

   F16L59/02

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-243119(P2018-243119)

(22)【出願日】2018年12月26日

(65)【公開番号】特開2020-106172(P2020-106172A)

(43)【公開日】2020年7月9日

【審査請求日】2020年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】福島 康雅

(72)【発明者】

【氏名】片山 恒治

(72)【発明者】

【氏名】池▲崎▼ 亮太

【審査官】 松岡 徹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−１３１４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７９２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３６０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７１１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５７１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−０５４９９６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｄ １／００− １／１８

Ｆ２７Ｂ ９／３２

Ｃ０３Ｂ ５／４２

Ｆ１６Ｌ ５９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外壁が５０℃以上となる設備において、２５〜４００℃の温度範囲における熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材の表面に断熱塗料を塗布した後、前記断熱材を前記外壁の外側に吊り下げ、前記断熱材の上端において前記断熱材と前記外壁間の間隙をシールする、設備の断熱方法。

【請求項2】

前記外壁に、２５〜４００℃の温度範囲における熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱塗料を塗布または吹付け、その外側に前記断熱材を吊り下げる、請求項１に記載の設備の断熱方法。

【請求項3】

前記外壁に、塗布または吹付けた後の表面の放射率が０．６以下である断熱塗料を塗布または吹付け、その外側に前記断熱材を吊り下げる、請求項１に記載の設備の断熱方法。

【請求項4】

前記設備がコークス炉の蓄熱室である、請求項１〜３のいずれかに記載の設備の断熱方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼炉、加熱炉、溶融金属容器等であってその外壁の温度が、５０℃以上となる設備（以下、高温設備）において、外壁からの放熱を低減する断熱方法に関する。

【背景技術】

【0002】

前記高温設備の外壁は高温となるために放熱が大きく、外壁温度が５０℃以上では高温になるほど人体の熱傷と近傍の配管配線や弁の駆動装置などの周辺設備の損傷の危険が増すので外壁温度の低下が望まれる。

【0003】

又、放熱が大きい場合、高温設備の内部を一定の温度に維持するために燃料の消費量が増加し、燃料費用が増加するという問題も発生する。断熱により放熱の低減を図る場合、それに費やすコストは、放熱の低減による前記燃料費用の低減額を下回る範囲であることが求められる。

【0004】

特許文献１では、高温設備の外面に接着シ−ル性断熱材及びその上の複合断熱材からなる無機質断熱材層を設けて、高温設備からの放熱の低減を防止したシ−ル構造が提案されている。しかしこのように高温設備外面に接着シール材を設ける方法では、高温設備外面の近傍に設置された配管配線や弁の駆動装置などが障壁となり、高温設備外面に接着シール材を設ける作業に長時間を要する課題があった。

【0005】

特許文献２では、放射率の低い塗料を用いて放射熱を低減する技術が提案されている。しかしこの方法では、高温で垂直な外壁面に沿って上昇対流する外気への放熱を低減することはできず、効果は小さい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平３−１１５３８８号公報

【特許文献2】特開２０１２−３１３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、高温設備において、燃料費用低減メリットの範囲内の費用で、短期間の施工で実施可能であり、外気温度を充分に低下させる断熱方法を実現することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は以下の手段により、前記課題を解決する。
〔１〕外壁が５０℃以上となる設備において、２５〜４００℃の温度範囲における熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材を、該外壁の外側に吊り下げる、設備の断熱方法。
〔２〕前記断熱材の上端において、前記断熱材と前記外壁間の間隙をシールする、〔１〕に記載の設備の断熱方法。
〔３〕前記外壁に、２５〜４００℃の温度範囲における熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱塗料を塗布または吹付け、その外側に前記断熱材を吊り下げる、〔１〕または〔２〕に記載の設備の断熱方法。
〔４〕前記外壁に、塗布または吹付けた後の表面の放射率が０．６以下である断熱塗料を塗布または吹付け、その外側に前記断熱材を吊り下げる、〔１〕または〔２〕に記載の設備の断熱方法。
〔５〕前記設備がコークス炉の蓄熱室である、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の設備の断熱方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、高温設備において、燃料費用低減メリットの範囲内の費用で、短期間の施工で実施可能であり、外気温度を充分に低下させる断熱方法を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１（ａ）、（ｃ）から（ｆ）は本発明の一実施形態を示す図である。図１（ｂ）は断熱材が吊り下げられていない比較例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

高温設備の外壁からの放熱は、外気への放熱（対流伝熱と呼ばれる）と電磁波の放射による放熱（放射伝熱または輻射伝熱と呼ばれる）に分けられるが、外気への放熱と電磁波の放射による放熱のいずれも、外壁の温度が高くなるほど増加する。特に、電磁波の放射による放熱は温度の上昇にともなって加速度的に増加し、約１００℃を超えると外気への放熱に匹敵する量となり、放熱の合計量も加速度的に増加する。

【0012】

また、高温設備の外壁上またはその近傍には、配管、配線や弁の駆動装置などの周辺設備が配置されており、外壁と周辺設備との近接距離が１０００ｍｍ以下しかなく従来の断熱施工に時間がかかる場所や、外壁と周辺設備との近接距離が１００ｍｍ程度しかなく従来の断熱施工ができない場所がある。特に、コークス炉の蓄熱室は外壁の近傍に数百ｍｍ
ピッチで排ガス弁やそれに付随する作動チェーンなどが多数設置されており、外壁のほぼ全面において断熱材を設置する作業には長時間を要する。

【0013】

排ガス弁はコークス炉稼働中に周期的に動作するので、近接しての作業は危険であり、断熱材を設置する作業を行う場合、作業の間は稼働を停止する必要が有る。稼働の停止と再稼働に伴う温度の変化は耐火物の熱応力割れを招くので、稼働の停止時間は６時間以下として耐火物の冷却を抑制する事が望ましく、断熱材を設置する作業も５時間以下であることが要求される。

【0014】

そこで、発明者らは、高温設備の外壁の外側に断熱材を吊り下げることで外壁近傍での作業を軽減できると着想した。外壁に断熱材を吊り下げるにあたっては、施工個所に近接する周辺設備の近接距離による施工可否の観点からは断熱材の厚さは薄い方が望ましく、現地で吊り下げる施工の作業性の観点からは断熱材の重さは軽い方が望ましい。しかし断熱材の厚さは断熱性能に直結するため、薄い断熱材を用いると断熱性能が低下するという問題が生じる。この問題を解決するためには、熱伝導率が小さい断熱材を用いることが有効である。

【0015】

一般に、鋼の熱伝導率は４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、耐火物の熱伝導率は２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。以降この熱伝導率を規定する温度範囲は、一般的な作業環境である２５℃を下限とし、高温設備の設計上用いられる４００℃を上限とする。断熱材の熱伝導率を一般的な耐火物の１０分の１である０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）とすれば、断熱材の厚さの２００倍の厚さの鋼筐体、または、断熱材の厚さの１０倍の厚さの耐火物、を追加して施工するのと同等の断熱効果を得られ、周辺設備が近接している場所への吊り下げ施工が可能である。筐体と周辺設備との近接距離は１００ｍｍ程度の箇所が多くあり、ここに厚さ５０ｍｍの断熱材を吊り下げることで、５００ｍｍの耐火物の厚さを２倍にしたのと同じ効果が得られる。断熱材の熱伝導率をさらに下げれば、断熱効果をより高めたり、厚さをより薄くすることが可能となる。

【0016】

このようにして断熱材を薄くすることで、断熱材の重量も軽減することができ、吊り下げる作業が容易になるとともに、吊り下げるための筐体側の吊りピースも小型軽量とすることができ、筐体への吊りピース取り付け作業も軽減される。

【0017】

断熱材の材質としては、特に限定されないが、空隙率の高い耐火物、セラミックファイバーやセラミック粒子をボード状またはブランケット状にしたもの、ミクロンオーダー以下のセラミック微粒子の成形物であるマイクロポーラス材質を用いることができる。さらに、外壁が比較的低温である場合には、真空断熱材を用いることもできる。

【0018】

一方、断熱材の耐熱温度は適用部位の温度以上である必要が有るとともに、吊り下げるにあたっては、セラミック粒子を弱く成形した物やブランケット状のものは吊り位置や断熱材本体の強度に注意が必要であり、必要に応じて断熱材の吊り位置や端辺に補強のための薄い鋼材を添えることもできる。

【0019】

断熱材は一体であっても分割であっても良く、前記の薄い鋼材で枠組みを作り、その枠組みに単数または複数枚を収めても良い。また、高温設備の外壁と周辺設備との近接距離によって、厚さや寸法が異なる断熱材を用いることもできる。

【0020】

図１（ａ）は本発明の一実施形態を示す図であり、外壁に断熱材を吊り下げた例である。

【0021】

断熱材は外壁から離しても密着させても良い。断熱の観点からは密着させると外壁から断熱材への直接伝熱が起こるために不利である。しかし断熱材は一般に空隙率が高いものや、粒子やファイバーを成形したものであるので、断熱材を外壁に密着させても接触箇所は点接触に近い状態なので接触面積は小さく、外壁から断熱材への直接伝熱は、対流伝熱や放射伝熱にくらべて小さい。

【0022】

一方、断熱材を外壁から離して吊り下げる場合は、外壁と断熱材との間の間隙の空気が熱対流で上昇して断熱材の範囲外に流出し、放熱が増加することがある。このような空気の熱対流による放熱は、断熱材と外壁との間の間隙が大きく外壁の温度が高いほど起こり易いと考えられるが、特に影響するのは断熱材の上下方向の寸法であり、断熱材の上下方向の寸法が８００ｍｍ以上になると、煙突効果により空気の流出が激しくなることが観察される。

【0023】

断熱材の上端において、断熱材と外壁との間の間隙をシールすれば、この熱対流による放熱を低減できる。断熱材の上端と外壁との間をシールする方法としては、鋼材の溶接などによる完全な気密でもよいが、作業スペースが限られる場合には気密性の低い布状やウール状の材質を上端の間隙に充填するだけでも良い。金属テープやポリイミトなどの耐熱性樹脂のフィルムを被せたり、充填してもよい。

【0024】

図１（ｆ）は断熱材の上端において、断熱材と外壁との間の間隙をシールした例である。

【0025】

本発明は、断熱したい設備の外壁に周辺設備が近接しており断熱の施工が困難である場合に特に効果が大きい。外壁の近傍に数百ｍｍ周期で排ガス弁やそれに付随する作動チェーンなどが設置されているコークス炉の蓄熱室では特に顕著な効果が有り、現地での施工時間が数分の一に短縮するのみならず、従来は施工が出来なかった箇所にも断熱施工をすることができる。

【0026】

狭い施工場所への断熱材の施工方法としては、本発明以外には外壁への断熱塗料の塗布または吹付けが考えられる。ところが、塗布や吹付けでは断熱塗料の厚さを十分に取れず、十分な断熱効果が得られない。本発明は、断熱材を外壁の外側に吊り下げるため、単独では断熱効果が不足した断熱塗料の塗布または吹付けとの併用が可能であり、組み合わせることでより大きな断熱効果を得ることができる。外壁へ塗布または吹付けする断熱塗料は特に制限されず、耐熱温度や熱伝導度や施工性が用途の条件を満たせばよい。

【0027】

図１（ｂ）は外壁に断熱塗料を塗布した比較例である。

【0028】

図１（ｃ）〜（ｅ）は断熱塗料と断熱材を組み合わせた本発明例である。

【0029】

外壁へ塗布または吹付けする断熱塗料には、塗布または吹付けた後の表面の放射率が０．６以下である断熱塗料を用いることにより高い断熱効果が得られる。これは、前述のように外壁からの放熱は、外気への放熱(対流伝熱と呼ばれる)と電磁波の放射による放熱(放射伝熱または輻射伝熱と呼ばれる)に分けられるが、電磁波の放射による放熱は温度の上昇にともなって加速度的に増加し、約１００℃を超えると外気への放熱に匹敵する量となるため、外壁から断熱ボード外面の範囲で最も温度が高い外壁に放射率が低い断熱塗料を塗布または吹付けすることにより、放熱をより効果的に低減できるからである。

【0030】

ところが、放射率の低い物質は一般に熱伝導率が高いため、断熱塗料の放射率を一般的な断熱材に対して十分に低くしないと、高い熱伝導率と相殺されて効果を得られない。一般的な断熱材の放射率は０．９５程度であり、断熱塗料の放射率を０．６以下とすると電磁波の放射による放熱低減効果が改善し、高温になるほど放熱の低減率が向上する。この放射率を規定する温度範囲は、一般的な作業環境である２５℃とし、高温設備の設計上用いられる４００℃を上限とする。ここで、断熱塗料の放射率の値が材質の仕様として提示されていない場合や表面の凹凸などの性状が変化する場合には、ＪＩＳ Ａ １４２３ （１９８３）によって測定することができる。断熱材の内面や外面に放射率が低い断熱塗料を塗布することも放熱を低減する効果が有ると思われるが、外壁への塗布にくらべて効果は小さい。

【0031】

外壁と周辺設備との間隔が５０ｍｍ程度であるのが一般的で、施工のために工具や手を入れる間隙を考慮すると断熱材の厚さは３０ｍｍ以下が求められる。断熱塗料の熱伝導率が高いと断熱効果を確保するために断熱材の厚みを厚くする必要があり、前記３０ｍｍ以上としなければならない場合が発生する。断熱塗料は、塗布又は吹付け等で外壁に事前に施工できるため、この断熱塗料の熱伝導率を０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とすることにより断熱材の厚みの増加を回避できる。温度範囲については、上記断熱塗料と同じ理由で、２５〜４００℃とする。

【実施例】

【0032】

一例として、コークス炉の蓄熱室の外壁に断熱施工を各種実施した。断熱の効果は、コークス炉の蓄熱室の外壁から１００ｍｍ離れた場所の雰囲気温度を測定して評価した。

【0033】

施工時間を５時間以下、外気温度１４０℃以下、従来方法よりもコストが削減できることを判断基準とした。

【0034】

実施例１は熱伝達率が０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて小さい断熱材を用いることにより、断熱費用が増加したが、その断熱効果により放熱が減少し外気温度が低下した。放熱の減少による燃料費用の削減額は断熱費用の増加額を上回り、トータルコストの削減が実現できた。

【0035】

実施例２〜５は熱伝達率０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の断熱材を用いた。

【0036】

５時間以下の施工時間により１４０℃以下の外気温度が実現でき、燃料費用の削減額は断熱費用の増加額を上回り、トータルコストの削減が実現できた。

【0037】

実施例４は外壁に低熱伝導率断熱塗料を塗布し、さらにその外側に断熱材を吊り下げた。実施例３に対して外気温度は３０℃低下し断熱塗料単独よりも大きな相乗効果が得られた。これは断熱塗料によりその外側の断熱材の温度が下がり、断熱材の熱伝導率が低下したことによると考えられる。

【0038】

実施例５は外壁に低放射率断熱塗料を塗布し、さらにその外側に断熱材を吊り下げた。実施例３に対して外気温度は４５℃低下し断熱塗料単独よりも大きな相乗効果が得られた。これは断熱塗料によりその外側の断熱材の温度が下がり、断熱材の熱伝導率が低下したことと、断熱材により断熱塗料の温度が上がり、放射低減効果の寄与度が増加したことによると考えられる。

【0039】

実施例６は予め断熱塗料を断熱材の外側に、実施例7は予め断熱塗料を断熱材の内側に塗布した後、外壁の外側に吊り下げた。断熱材および断熱塗料の双方を採用したため外気温度は実施例１〜３よりも低下することができた。同等の断熱費用を掛けた実施例５、６、７の中では実施例５が外気温度を最も低下することができたが、これは、実施例５が、より高温で放熱防止効果を発揮する低放射率塗料を最も高温の部位に塗布したために、外壁からの放熱をより減少させるからと考えられる。

【0040】

比較例２は断熱材の吊り下げではなく、外壁への接着を採用したため施工時間が大きく不適となった。これは、作業場所が狭隘であることに起因する。

【0041】

比較例３は断熱材としてれんがを用いた。普通れんがを予めフレームにセットしてパネル状としたものを外壁の外側に吊り下げた。熱伝達率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）と大きいことから厚さを６５ｍｍとしたにもかかわらず外気温度が１４０℃以下とならなかった。又、断熱材が厚く重いため施工に６時間を要した。

【0042】

比較例４は断熱塗料のみを用いて断熱材を用いていないため、放熱が大きく、外気温度が高くなり、燃料費用の削減量も小さく、不適となった。

【0043】

【表1】

【図1】