(57)【要約】【課題】対象物を急速に加熱できる加熱システムを提供すること。【解決手段】加熱システム１は、耐火炉１０に連通する急速加熱室３０と、この急速加熱室３０と耐火炉１０との間に開閉可能に設けられた扉４２と、外部に面して急速加熱室３０に開閉可能に設けられた蓋部５０と、を備える。扉４２の耐火炉１０側の面には、耐火材４３が設けられる。本発明によれば、扉４２を開放して、耐火炉１０内の高温の空気を一気に急速加熱室３０内に導入する。これにより、急速加熱室３０内の対象物を急速に加熱する。【選択図】図１
2015135202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置に連通する室と、
当該室と前記加熱装置との間に開閉可能に設けられた扉と、
外部に面して前記室に開閉可能に設けられた蓋部と、を備え、
前記扉の加熱装置側の面には、耐火材が設けられることを特徴とする加熱システム。
【請求項２】
内部を加熱する加熱装置と、
当該加熱装置に連通する室と、
当該室と前記加熱装置との間に開閉可能に設けられて、前記加熱装置側の面に耐火材が設けられた扉と、
前記室に外部に面して開閉可能に設けられた蓋部と、を備え、
前記室の内部に対象物を収容し、前記扉を閉鎖して前記加熱装置と前記室とを仕切るとともに、前記蓋部を開放して前記室と外部とを連通する手順と、
前記加熱装置の内部を加熱する手順と、
前記蓋部を閉鎖する手順と、
前記扉を開放して、前記加熱装置と前記室とを連通する手順と、を備えることを特徴とする加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、対象物を急速加熱するための加熱システムおよび加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄筋コンクリート部材では、火災時に所定の耐火性能を確保することが規定されているが、鉄筋コンクリート部材の耐火性能が低下する原因の１つとして、コンクリートの爆裂がある。
【０００３】
すなわち、コンクリートの爆裂とは、急激な高温加熱により、部材内部に大きな温度勾配が生じて、大きな熱応力が発生し、これにより、鉄筋コンクリート部材表面のコンクリートが剥がれる現象である。コンクリートが爆裂すると、鉄筋コンクリート部材の断面欠損に加え、部材内部の鉄筋の温度が急激に上昇するため、耐火性能が急速に低下する。
【０００４】
鉄筋コンクリート部材が実際に耐火性能を有するか否かを調べるためには、この鉄筋コンクリート部材にほぼ等しい大きさの部材（以下、実大部材と呼ぶ）を製作し、この実大部材に対して加熱実験を実施すればよいが、この実大部材を加熱するためには、大型の加熱装置が必要となる。そこで、鉄筋コンクリート部材を縮小した試験体（以下、縮小試験体と呼ぶ）を用いて、加熱実験を行うことが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１５０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、縮小試験体を用いて実験を行うと、同一の実験条件であっても、縮小試験体では爆裂が発生しないが、実大部材では爆裂が発生する場合がある。このような現象が生じる理由は、同一の実験条件であっても、縮小試験体では、コンクリート表層の熱応力が実大部材に比べて小さくなるためである、と考えられる。
【０００７】
この問題を解決するためには、加熱装置により縮小試験体を急速に加熱すればよい。しかし、以上のような加熱装置は、ＩＳＯ８３４の標準加熱温度曲線といった所定の加熱曲線に沿って加熱するものであるため、縮小試験体の加熱速度（単位時間当たりに上昇する温度）に限界があった。その結果、実大部材に発生する熱応力と同等の熱応力を縮小試験体に発生させることができない場合があった。
【０００８】
本発明は、対象物を急速に加熱できる加熱システムおよび加熱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の加熱システム（例えば、後述の加熱システム１）は、加熱装置（例えば、後述の耐火炉１０）に連通する室（例えば、後述の急速加熱室３０）と、当該室と前記加熱装置との間に開閉可能に設けられた扉（例えば、後述の扉４２）と、外部に面して前記室に開閉可能に設けられた蓋部（例えば、後述の蓋部５０）と、を備え、前記扉の加熱装置側の面には、耐火材（例えば、後述の耐火材４３）が設けられることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の加熱方法は、内部を加熱する加熱装置と、当該加熱装置に連通する室と、当該室と前記加熱装置との間に開閉可能に設けられて、前記加熱装置側の面に耐火材が設けられた扉と、前記室に外部に面して開閉可能に設けられた蓋部と、を備え、前記室の内部に対象物（例えば、後述の縮小試験体Ｔ）を収容し、前記扉を閉鎖して前記加熱装置と前記室とを仕切るとともに、前記蓋部を開放して前記室と外部とを連通する手順（例えば、後述のステップＳ１、Ｓ２）と、前記加熱装置の内部を加熱する手順（例えば、後述のステップＳ３）と、前記蓋部を閉鎖する手順（例えば、後述のステップＳ４）と、前記扉を開放して、前記加熱装置と前記室とを連通する手順（例えば、後述のステップＳ５）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、加熱装置内をある程度の高温まで上昇させる。このとき、蓋部を開放して、室内の対象物（縮小試験体）を空冷しておく。次に、蓋部を閉鎖し、その後、扉を開放して、加熱装置内の高温の空気を一気に室内に導入する。これにより、室内の対象物を急速に加熱する。よって、従来の加熱装置による加熱速度を上回る加熱速度で縮小試験体を加熱して、実大部材に発生する熱応力と同等の熱応力を縮小試験体に発生させることができる。
【００１２】
ここで、扉の加熱装置側の面に耐火材を設けた。その理由は、以下の通りである。
すなわち、扉の温度が上昇すると、縮小試験体の周囲の空気温度が低くても、この扉からの輻射熱により縮小試験体の温度が上昇する。つまり、扉の温度が例えば１００℃以上に達する場合、この扉からの輻射熱により、縮小試験体の温度も１００℃以上に達する。すると、扉を開放する前に、縮小試験体に含まれる水分が蒸発して、縮小試験体の含水率が低下し、縮小試験体と実大部材とで含水率の条件が異なってしまう。コンクリートの含水率が変化すると、コンクリートが爆裂する確率も変化するので、加熱実験を適正に実施できなくなる。
【００１３】
そこで、本発明者らは、輻射熱では、縮小試験体の温度が扉の温度以上にならないことに着目し、扉の加熱装置側の面に耐火材を設けて、加熱装置の温度が１００℃以上に達しても、扉の温度が１００℃以上に達しないようにした。これにより、縮小試験体と実大部材とで含水率の条件が異なるのを防いで、加熱実験を適正に実施できる。
【００１４】
また、加熱装置内の温度を自由に設定することで、対象物の加熱速度を自在に調整できる。
また、加熱を開始する直前まで蓋部を開放するので、対象物を空冷して、加熱装置の放射熱による対象物の温度上昇を防止できる。よって、加熱装置から導入する高温の空気と対象物との温度差を大きくして、加熱速度を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、加熱装置内をある程度の高温まで上昇させる。このとき、蓋部を開放して、室内の対象物（縮小試験体）を空冷しておく。次に、蓋部を閉鎖し、その後、仕切部を開放して、加熱装置内の高温の空気を一気に室内に導入する。これにより、室内の対象物を急速に加熱する。よって、従来の加熱装置による加熱速度を上回る加熱速度で縮小試験体を加熱して、実大部材に発生する熱応力と同等の熱応力を縮小試験体に発生させることができる。また、加熱装置内の温度を自由に設定することで、対象物の加熱速度を自在に調整できる。また、加熱を開始する直前まで蓋部を開放するので、対象物を空冷して、加熱装置の放射熱による対象物の温度上昇を防止できる。よって、加熱装置から導入する高温の空気と対象物との温度差を大きくして、加熱速度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る加熱システムの正面図である。
【図２】前記実施形態に係る加熱システムのＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ側面図である。
【図３】前記実施形態に係る加熱システムのＣ−Ｃ側面図およびＤ−Ｄ断面図である。
【図４】前記実施形態に係る加熱システムを用いて縮小試験体を急速加熱する手順のフローチャートである。
【図５】前記実施形態に係る加熱システムを用いて縮小試験体を急速加熱する手順を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例に係る加熱システムについて急速加熱実験を行った実験結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係る加熱システムの扉について急速加熱実験を行った実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る加熱システム１の正面図である。図２は、加熱システム１のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ側面図である。図３は、加熱システムのＣ−Ｃ側面図およびＤ−Ｄ断面図である。
【００１８】
加熱システム１は、加熱装置としての耐火炉１０に設けられるものである。
耐火炉１０は、一般的な火災を想定したＩＳＯ８３４の標準加熱温度曲線などの加熱曲線に沿って加熱可能な小型壁炉である。具体的には、この耐火炉１０は、箱状の炉１１と、この炉１１の内部に設けられた図示しないバーナとを備える。この炉１１の一面は、開放された開放面１１Ａとなっている。また、炉１１の内壁面には、耐火材１２が貼り付けられている。この耐火炉１０によれば、バーナから炎を出して、炉１１の内部空間を加熱する。
【００１９】
加熱システム１は、耐火炉１０の開放面１１Ａを塞ぐ塞ぎ板２０と、この塞ぎ板２０に設けられて耐火炉１０に連通する急速加熱室３０と、急速加熱室３０と耐火炉１０との間に設けられた仕切部４０と、急速加熱室３０に外部に面して開閉可能に設けられた蓋部５０と、を備える。
【００２０】
塞ぎ板２０は、矩形状の開口２１が設けられた鋼板である。鋼板は直接高温に曝されると変形や強度が低下するため、この塞ぎ板２０の内側に耐火材２２が貼り付けて、耐火養生を施す。
【００２１】
急速加熱室３０は、鋼板を折曲げ形成した箱状である。この急速加熱室３０の２面は、開放された開放面３０Ａ、３０Ｂとなっている。
急速加熱室３０の開放面３０Ａは、塞ぎ板２０の開口２１に接続されており、これにより、耐火炉１０の炉１１と急速加熱室３０とは連通している。急速加熱室３０の内壁面には、耐火材３１が貼り付けられている。さらに、急速加熱室３０の内部には、縮小試験体Ｔが収容されている。
【００２２】
仕切部４０は、塞ぎ板２０に設けられたガイド部材４１と、このガイド部材４１上を摺動して開閉可能に設けられた扉４２と、を備える。
【００２３】
ガイド部材４１は、所定長さのＬ形鋼からなり、開口２１の下端から略水平に延びている。このガイド部材４１の端部には、ストッパ４１１が設けられている。
【００２４】
扉４２は、矩形状の鋼板であり、人が把持するための把持部４２１が設けられている。この扉４２は、ガイド部材４１上を摺動することにより、塞ぎ板２０の開口２１を開閉する。また、開口２１を開放する方向にこの扉４２を移動させると、この扉４２の端部はストッパ４１１に当接して、扉４２の移動が規制されるようになっている。
【００２５】
また、扉４２の開口２１側の面つまり耐火炉１０側の面には、全面に亘って、耐火材４３が貼り付けられている。この耐火材４３の種類や厚さは、耐火炉１０内の温度が１００℃以上になっても、扉４２の温度が所定温度ここでは１００℃以上とならないように決定されている。
【００２６】
蓋部５０は、鋼板を折曲げ形成した断面Ｌ字形状であり、急速加熱室３０の開放面３０Ｂに着脱可能に設けられている。具体的には、蓋部５０の一部を急速加熱室３０の上面に係止することで、蓋部５０で開放面３０Ｂを塞ぐようになっている。この蓋部５０のうち開放面３０Ｂを塞ぐ部分には、耐火材５１が貼り付けられている。
【００２７】
以下、加熱システム１を用いて縮小試験体Ｔを急速加熱する手順を、図４のフローチャートを参照しながら、図５を用いて説明する。図５において、高温の空気の流れを黒矢印で示し、低温の空気の流れを白抜き矢印で示す。
まず、ステップＳ１では、図５（ａ）に示すように、耐火炉１０の炉１１に加熱システム１を取り付ける。次に、急速加熱室３０の内部に対象物としての縮小試験体Ｔを収容する。
【００２８】
ステップＳ２では、図５（ａ）に示すように、仕切部４０の扉４２を閉鎖して、耐火炉１０の炉１１と急速加熱室３０とを仕切るとともに、蓋部５０を取り外して、急速加熱室３０と外部とを連通する。
【００２９】
ステップＳ３では、図５（ａ）に示すように、耐火炉１０の炉１１と急速加熱室３０とを仕切った状態で、炉１１の内部を加熱して、炉１１内部の温度をある程度の高温（所定温度）まで上昇させる。
このとき、蓋部５０は取り外されているので、急速加熱室３０内部の縮小試験体Ｔは、空冷されて、耐火炉１０の放射熱による縮小試験体Ｔの温度上昇を防止できる。
【００３０】
ステップＳ４では、図５（ｂ）に示すように、炉１１内部の温度が所定温度まで上昇した後、蓋部５０を取り付ける。これにより、開放面３０Ｂを塞ぐ。
【００３１】
ステップＳ５では、図５（ｃ）に示すように、仕切部４０の扉４２を開放して、炉１１と急速加熱室３０とを連通する。これにより、耐火炉１０の炉１１と急速加熱室３０が一体の空間となり、炉１１内の高温の空気が一気に急速加熱室３０内に導入されて、縮小試験体Ｔが急速加熱される。
【００３２】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）仕切部４０の扉４２を開放して、耐火炉１０の炉１１内の高温の空気を一気に急速加熱室３０内に導入する。これにより、急速加熱室３０内の縮小試験体Ｔを急速に加熱する。よって、従来の耐火炉による加熱速度を上回る加熱速度で縮小試験体Ｔを加熱して、実大部材に発生する熱応力と同等の熱応力を縮小試験体Ｔに発生させることができる。
【００３３】
また、耐火炉１０の炉１１内の温度を自由に設定することで、縮小試験体Ｔの加熱速度を自在に調整できる。
また、加熱を開始する直前まで蓋部５０を開放するので、縮小試験体Ｔを空冷して、耐火炉１０の放射熱による縮小試験体Ｔの温度上昇を防止できる。よって、耐火炉１０から導入する高温の空気と縮小試験体Ｔとの温度差を大きくして、加熱速度を大きくすることができる。
【００３４】
また、仕切部４０の扉４２の耐火炉１０側の面に耐火材４３を設けて、扉４２の温度が１００℃以上に達しないようにした。これにより、縮小試験体Ｔと実大部材とで含水率の条件が異なるのを防いで、加熱実験を適正に実施できる。
【００３５】
（２）ガイド部材４１の端部にストッパ４１１を設けて扉４２の移動を規制したので、扉４２を開放する際に、扉４２がガイド部材４１から脱落するのを防止できる。
【００３６】
［実施例］
本発明の加熱システムを用いて実験を行った。ここで、耐火炉として小型壁炉を用いて、縮小試験体としては、直径φ１００ｍｍ、高さ２００ｍｍのコンクリート試験体を用いた。この実験結果を図６に示す。
【００３７】
図６は、実施例に係る加熱システムについて急速加熱実験を行った実験結果を示す図である。
具体的には、図６は、小型壁炉の炉内が高温の状態で扉を開放し、炉と急速加熱室とが一体の空間となった後、急速加熱室および縮小試験体の温度の経時変化を測定した結果である。
この実験結果より、小型壁炉の炉内の高温の空気を一気に急速加熱室内に導入すると、縮小試験体が急速加熱されて、縮小試験体の表面温度が上昇することが判る。
【００３８】
また、加熱システムの急速加熱室と耐火炉との間に設けた扉について急速加熱実験を行った。
図７は、実施例に係る加熱システムの扉について急速加熱実験を行った実験結果を示す図である。
【００３９】
具体的には、扉を厚さ４．５ｍｍの鋼板とし、この扉の耐火炉側の面に、厚さ５０ｍｍで密度０．１３のセラミックファイバーブランケット（イビデン株式会社製）を耐火材として貼り付けた。そして、耐火炉の炉内平均温度を図７に示す加熱曲線に沿って上昇させて、所定時刻に扉を開放した。このとき、扉裏面温度つまり扉の耐火材が設けていない面の温度を、扉開放時刻の前後に亘って測定した。
この実験結果より、扉に貼り付ける耐火材の種類や厚さを適宜選択することにより、耐火炉内の温度が１００℃以上になっても、扉の温度を１００℃以下に抑えられることが判る。
【００４０】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４１】
Ｔ…縮小試験体（対象物）
１…加熱システム
１０…耐火炉（加熱装置）
１１…炉
１１Ａ…開放面
１２…耐火材
２０…塞ぎ板
２１…開口
２２…耐火材
３０…急速加熱室（室）
３０Ａ…開放面
３０Ｂ…開放面
３１…耐火材
４０…仕切部
４１…ガイド部材
４２…扉
４３…耐火材
５０…蓋部
５１…耐火材
４１１…ストッパ
４２１…把持部
【図１】
2015135202.tif 000003
【図２】
2015135202.tif 000004
【図３】
2015135202.tif 000005
【図４】
2015135202.tif 000006
【図５】
2015135202.tif 000007
【図６】
2015135202.tif 000008
【図７】
2015135202.tif 000009