(57)【要約】  本発明は、炉内壁の防護システムのための熱防護体（１）であって、前面（３）、背面（２）、及び前面（３）を背面（２）に結合する縁側面（４a，４b，４c，４d）を含む熱防護体（１）に関する。熱防護体（１）は、その背面（２）に、熱防護体（１）と同じ物質から作られる少なくとも一つの保持要素（５）を備えることを特徴とする。さらに、本発明は、ボイラー管壁の防護システム並びにそのような防護システムを設置する方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面（３）、背面（２）、及び前面（３）を背面（２）に結合する縁側面（４a，４b，４c，４d）を含む、炉内壁の防護システムのための熱防護体（１）であって、
該熱防護体（１）の背面（２）は、熱防護体（１）と同じ材料から作られる少なくとも一つの保持要素（５）を含むことを特徴とする熱防護体。
【請求項２】
熱防護体（１）及び保持要素（５）がワンピースで設計されていることを特徴とする請求項１に記載の熱防護体。
【請求項３】
熱防護体（１）及び保持要素（５）がセラミック材料から作られることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱防護体。
【請求項４】
セラミック材料は、炭化ケイ素及び／又は酸化アルミニウムをベースとする材料であることを特徴とする請求項３に記載の熱防護体。
【請求項５】
保持要素（５）はフックの形に設計されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱防護体。
【請求項６】
フック形保持要素（５）は、熱防護体（１）の背面（２）からほぼ３０°の角度で突出していることを特徴とする請求項５に記載の熱防護体。
【請求項７】
フック形保持要素（５）は、熱防護体（１）の背面（２）からほぼ４５°の角度で突出していることを特徴とする請求項５に記載の熱防護体。
【請求項８】
保持要素（５）はアンカーの形に設計されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱防護体。
【請求項９】
熱防護体（１）は平滑な前面（３）を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱防護体。
【請求項１０】
熱防護体（１）は、各縁側面（４a，４b，４c，４d）に長手方向の溝（６a，６b）を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱防護体。
【請求項１１】
前記溝の断面は円のセグメントの形であることを特徴とする請求項１０に記載の熱防護体。
【請求項１２】
熱防護体（１）の前面（３）及び背面（２）が長方形に設計され、二つの対向する縁側面（４a，４c）が前面及び背面（３，２）に対して斜めに切られていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の熱防護体。
【請求項１３】
ボイラー管壁の防護システムであって、ボイラー管壁（８）に適用されたセラミック層（９）と、セラミック層（９）に着座する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の少なくとも熱防護体（１）とを含み、セラミック層（９）は、ボイラー管壁（８）から突出する少なくとも一つの保持要素（１０a、１２）によってボイラー管壁（８）に固定され、熱防護体（１）はその少なくとも一つの保持要素（５）によってセラミック層（９）に固定されることを特徴とする防護システム。
【請求項１４】
セラミック層（９）は、炭化ケイ素及び／又は酸化アルミニウムをベースとする鋳造−、突き固め−、スプレー吹きつけ、又はスプレッディング−コンパウンドを含むことを特徴とする請求項１３に記載の防護システム。
【請求項１５】
ボイラー管壁（８）から突出する少なくとも一つの保持要素（１０a，１２）がアンカー、特にY-アンカー、ボイラー管スタッド、溝付きスタッド、又はウエブアンカーとして設計されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の防護システム。
【請求項１６】
少なくとも一つの保持要素（１０a，１２）がボイラー管壁（８）の管（１０）から突出していることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の防護システム。
【請求項１７】
少なくとも一つの保持要素（１２）が管の間に伸びるウエブ（１１）から突出していることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の防護システム。
【請求項１８】
少なくとも一つの保持要素（１０a，１２）が熱防護体（１）の少なくとも一つの保持要素（５）と同一平面になるように配置されていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の防護システム。
【請求項１９】
防護システムが複数個の熱防護体（１）を含み、熱防護体（１）の間に形成される溝にファイバー材料及び／又は押し出された層材料が充填されていることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の防護システム。
【請求項２０】
下記の工程：
少なくとも一つの保持要素（１０a，１２）をボイラー管壁（８）に取り付ける工程、
ボイラー管壁（８）にセラミック層（９）を適用する工程、
セラミック層（９）を少なくとも部分的に硬化させる工程、及び
熱防護体（１）の少なくとも一つの保持要素（５）をセラミック層（９）がまだ完全には硬化していない状態でセラミック層（９）に圧し込み、熱防護体（１）がセラミック層（９）に着座するようにする工程
を含むことを特徴とする、請求項１３〜１８に記載のボイラー管壁防護システムを設置する方法。
【請求項２１】
セラミック層（９）がボイラー管壁（８）に鋳造、スプレッド、突き固め、又はスプレー吹きつけされることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
セラミック層（９）の硬化時間が遅延剤を加えることによって遅らされることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
セラミック層（９）の硬化時間が促進剤を加えることによって短縮されることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉の内壁防護システムのための熱防護体に関する。さらに、本発明はボイラー管壁の防護システム、並びにそのような防護システムを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用炉、例えばごみ焼却プラントにおける炉の内壁は、非常に高温の腐食性燃焼ガスから特別な防護システムによって防護する必要がある。実際の応用で知られている炉では、このような炉の内壁としてボイラー管壁がある。ボイラー管壁は、燃焼ガスから防護するため、セラミック化合物、例えば炭化ケイ素の層を備える。ボイラー管壁にセラミック層を安全に把持できるようにするため、管には鋼のスタッドが規則的な間隔で溶接され、この鋼のスタッドがセラミック層の中に突出し、それによってボイラー管壁と層の間の固定結合が確立される。
【０００３】
炉の内部に向いている側のセラミック層の粗い表面が、比較的経済的に実施できるこの壁防護の仕方で問題になる。炉の運転中、上記の粗い表面にフライアッシュ（飛灰）が付着し、このフライアッシュが長い時間の間にセラミック層と反応して表面に堅いクラストを生成する。このクラストは多大の労力をかけて除去しなければならない。さらに、燃焼ガスが多孔質の層に入り込み、やがて層の中に突出している鋼スタッドの腐食を生成する。金属のスタッドにやはりセラミック材料、例えば炭化ケイ素で作られるキャップを設けることによってこれは防止できる。しかし、この手法は手がこんだ金のかかる対策である。
【０００４】
やはり実際の応用で知られている別の壁防護デバイスにおいて、管防護プレートで内張されるボイラー管壁がある。この方式では、管防護プレートはボイラー管壁から突出している保持要素によって個別に保持され、この保持要素が管防護プレートの背面に形成される対応する凹み又は溝に係合する。ボイラー管壁と管防護プレートの間のスペースはセラミック−モノリシック充填コンパウンドで、例えばモルタルで、又は炭化ケイ素で、埋められる。
【０００５】
しかし、このような防護システムにも欠点がある。例えば、ボイラー管壁が管防護プレートによってできるだけ隙間なく覆われるために、管防護プレートを支持する保持要素は、管に、又は管を連結するウエブに、高い精度で溶接されなければならない。さらに、上述のタイプの管防護プレートは、その背面に凹み又は溝が形成されるため、ある最小の厚さより薄くすることができず、比較的重い。さらに、このような防護システムのデザインは、設置するのに相当な労力が必要である。最後に、排ガスが保持要素の腐食を引き起こす可能性があり、このため上記の保持要素は一定の時間の後に取り替える必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来技術の現状に鑑み、本発明の目的は、長い使用寿命を自体顕著な特徴とし、経済的に製造することができ、ボイラー管壁に容易に設置できる熱防護体を提供することにある。さらに、ボイラー管壁の効果的な防護システム、並びにボイラー管壁の防護システムを設置するための容易に実施できる方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の目的は、前面、背面、及び前面を背面に結合する縁側面を含む炉内壁の防護システムのための熱防護体であって、熱防護体の背面が熱防護体と同じ又は同様の材料で作られる少なくとも一つの保持要素を含む熱防護体によって達成される。
【０００８】
本発明による熱防護体の特徴は、非常にシンプルなデザインにある。本発明による熱防護体では、保持要素を収容するための背面の凹み又は溝を設ける必要がないので、この熱防護体は、比較的肉薄に、したがって軽量になるように設計できる。熱防護体の背面に設けられた少なくとも一つの保持要素によって、防護しようとする炉の内壁、例えばボイラー管壁に貼り付けられた層に熱防護体を何の問題なく固定できる。
【０００９】
本発明によれば、熱防護体及び保持要素は同じ材料から作られる。したがって、これらの部材は熱的及び／又は機械的特性が同一である。その結果、熱防護体と保持要素の間の移行で熱膨張係数の差による熱的応力は何も発生しない。これが本発明による熱防護体の長い使用寿命に決定的に寄与する。
【００１０】
本発明の第一の有利な実施の形態によれば、熱防護体と保持要素の全体が１つの部片（ワンピース）でデザインされる。このように熱防護デバイス全体が一回の成形工程で製造され、それ以上の製造工程、例えば基本ボディーに保持要素を取り付ける工程などは不要になる。
【００１１】
セラミック材料は、熱的な安定性が特に優れているので、熱防護体と保持要素はセラミック材料から作られることが好ましい。この形態では、炭化ケイ素及び／又は酸化アルミニウムをベースとする材料を使用することが特に有利である。
【００１２】
熱防護体の保持要素は、いろいろな形を取ることができる。保持要素がフック又はアンカーの形でデザインされた場合、防護する炉の内壁に貼り付けられる層への保持要素のきわめて安全な固定が保証される。フック型の保持要素の場合、この保持要素は、熱防護体の背面からほぼ３０°又はほぼ４５°の角度で突出することが好ましい。
【００１３】
本発明の別の有利な実施形態によれば、熱防護体は平滑な前面を有する。好ましくは、前面は、多孔度がきわめて小さい表面を有し、固体物質（特にダストで）、液体、及び／又は気体に対して本質的に非透過性又は反発的である。これにより、炉の運転中のフライアッシュの付着及び／又は侵入が実質的に防止される。
【００１４】
本発明による熱防護体を炉の内壁に貼り付けられた層に固定するとき、熱防護体そのものもこの層にわずかに圧し込まれる。この過程で、層の物質が押し出される。いくつかの熱防護体がこの層に固定される場合、押し出された物質が隣接する熱防護体の間に形成された溝に入り込む。本発明の別の有利な実施形態によれば、熱防護体は縁側面に長手方向の溝を備えている。この溝が押し出された層物質を収容することができる。溝の断面が円のセグメント（一部）の形であると特に好適である。隣接する熱防護体の対向する溝が、これによって円筒状の容積を形成し、押し出された層物質がそこに入り込むことができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態は、熱防護体の前面及び背面が長方形になるように設計され、対向する二つの縁側面が前面と背面に対して斜めに切られた（bevelled）形に設けられる。本発明の文脈で、縁側面が斜めに切られているということは、その縁側面が前面と背面に対して直角とならず、断面で見ると前面及び背面と共に平行四辺形となるように配置されるということを意味する。上述の幾何形状の熱防護体が同じタイプの熱防護体と共に炉の内壁を覆い、どの場合にも隣接する熱防護体が斜めに切られた縁側面を備えているので、損傷したときにきわめて容易に取り替えることができる。
【００１６】
本発明の目的は、また、ボイラー管壁の防護システムによって達成される。この防護システムは、ボイラー管壁に貼り付けられるセラミック層と、この層に固定される請求項１〜９のいずれか１項に記載の少なくとも一つの熱防護体とを含み、セラミック層はボイラー管壁から突出する少なくとも一つの保持要素によってボイラー管壁に固定され、熱防護体は少なくとも一つのそれの保持要素によってセラミック層に固定される。
【００１７】
本発明による防護システムは、ボイラー管壁に経済的に実施できる効果的な防護を可能にする。少なくとも一つの熱防護体で壁を内張りすることで防護システムへの腐食性気体の侵入が大幅に防止される。さらに、熱防護体はもはやボイラー管壁と直接の機械的結合を構成せず、そのため金のかかる精密溶接作業はなしで済ますことができる。このようなことは、その他の利点、特に熱防護体に関する利点にもあてはまる。
【００１８】
セラミック層はいろいろな材料を含むことができる。セラミック−モノリシック材料、例えば、炭化ケイ素及び／又は酸化アルミニウムをベースとする鋳造−、突き固め−、スプレー吹きつけ−、及びスプレッド−コンパウンドが特に好適であることが分かった。
【００１９】
ボイラー管壁から突出している少なくとも一つの保持要素は、いろいろな幾何形状をとることができる。好ましくは、アンカー、特にY-アンカー、ボイラー管スタッド、溝付きスタッド、又はウエブ・アンカーの形態の、特に金属のアンカーが用いられる。
【００２０】
セラミック層をボイラー管壁に固定するのに用いられる保持要素は、管及び管を結合するウエブに設けることができる。好ましくは、この少なくとも一つの保持要素は、少なくとも一つの熱防護体の保持要素と同一平面になるように配置される。
【００２１】
本発明の別の実施形態によれば、防護システムはいくつかの熱防護体を含み、また、熱防護体の間に形成される溝は耐熱性セラミックファイバー材料で充填される。溝に入れられたファイバー材料は好適な封止性質を有し、その弾力性によって熱防護体に生じた熱による膨張を吸収することができ、それが大きな荷重応力を生ずることはない。
【００２２】
本発明の目的は、また、請求項１３〜１８に記載のボイラー管壁防護システムの設置方法によっても達成される。この設置方法は、次の工程、すなわち：
保持要素をボイラー管壁に取り付ける工程、
ボイラー管壁にセラミック層を塗布する工程、
セラミック層を少なくとも部分的に硬化させる工程、及び
熱防護体の少なくとも一つの保持要素をセラミック層がまだ完全に硬化していない状態の（例えばペースト状態の）セラミック層に圧し込み、熱防護体をセラミック層に着座させる工程
を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明による方法は、従来技術で公知の方法と異なり、高い精度が必要な工程を必要としないので、シンプルであり経済的に実施できる。
【００２４】
最初に、保持要素がボイラー管壁に取り付けられる。保持要素は、管及び／又は管の間にあるウエブに個別に設置できる。その後、セラミック層がボイラー管壁に適用される。これはいろいろな適用方法を用いて行うことができる。好ましくは、この層はスプレー散布、突き固め（rammed on）、鋳造、又はスプレッドされる。適用が完了したら、セラミック層の硬化プロセスが開始される。層がまだ成形可能である間に、すなわち、まだ完全に硬化しない間に、熱防護体の少なくとも一つの保持要素をセラミック層に圧し込んで、熱防護体をセラミック層上に着座させる。セラミック層に含まれる結合剤の硬化速度は、遅延剤又は促進剤を加えることによって精密に設定できる。
【００２５】
以下では、本発明が図面を参照してさらに詳しく説明される。なお、図面は、本発明の例示的な実施形態を示しているだけである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
炉の内壁、特にボイラー管壁の防護システムのための、図１に示された本発明による熱防護体１は、前面３，背面２を含み、ここで、前面及び背面、３，２は長方形であり、さらに前面３を背面２に結合する縁側面４a，４b，４c，４dを含む。背面で、熱防護体１は少なくとも一つの−本実施形態では三つの−上から下へ配列された保持要素５を含む。本実施形態では、保持要素５はフック（かぎ針）の形で、それぞれほぼ４５°の角度で熱防護体１の背面２から突出している。保持要素は、また、違う形で、例えばアンカーのような形にデザインすることもできる。
【００２７】
本発明によれば、保持要素５は熱防護体１と同じ材料から作られる。本実施形態では、熱防護体１と保持要素５はセラミック材料、炭化ケイ素を一様に含む。
【００２８】
熱防護体１の前面３は特に平滑な表面を有し、運転中のフライアッシュの付着をほとんど完全に防ぐことができる。
【００２９】
特に図２に示されているように、対向する縁側面４a，４cは前面３及び背面２に対して斜めに切られている、すなわち、他の二つの縁側面４b，４dとは対照的に、縁側面４a，４cは前面３及び背面２に対して直角を成さない。したがって、図２の側面図では、熱防護体１は平行四辺形の形を有する。図２（下の部分）に示されているように、熱防護体１と隣接するように配置された第二の熱防護体は、斜めに切られた縁側面４cと対応するやはり斜めに切られた縁側面を有する。対向する縁側面が斜めに切られていることは、同じタイプの熱防護体と共に炉の内壁を覆っている熱防護体が損傷した場合にきわめて容易に取り替えることができるという利点がある。
【００３０】
さらに、４つの縁側面４a，４b，４c，４dに、熱防護体１はそれぞれ長手方向の溝６a，６bを備え、好ましくはその断面は円の一部の形状を取る。図３及び図５に特に明りょうに示されているように、溝断面の形及び縁側面の平行な縁に対する溝６a，６bのそれぞれの位置によって、どの場合にも隣接する熱防護体１の向き合った縁側面は円筒状の容積７を囲んでいる。
【００３１】
図４に示されており、変形された実施形態では図６に示されている防護システム８は、ボイラー管壁９を含む。ボイラー管壁９は、さらに、互いに平行に伸びる管１０と、それらの管１０を結合するウエブ１１を含む。さらに、防護システムは、ボイラー管壁８の片側に、例えばスプレー吹きつけによって塗布されたセラミック層９を含み、ここで、セラミック層９はセラミック−モノリシック材料、例えばモルタル又は炭化ケイ素で作られる。セラミック層９は、ボイラー管壁に溶接されたスタッド１０aによってボイラー管壁８に固定される。スタッドの代わりにY-アンカーを用いることもできる。
【００３２】
セラミック層９のボイラー管壁８と反対側に向いた側面に、上述したタイプの熱防護体１が上下方向と左右方向で互いに並ぶようにチェッカー盤の形で配置される。この配置では、熱防護体１はセラミック層９に保持要素５によって固定されている。
【００３３】
上述した防護システムを設置するときは、熱防護体１をその保持要素５を先頭にしてセラミック層に圧し込んで保持要素５によって層９に確実に固定する。このためには、セラミック層がまだ成形可能である、すなわち、完全には硬化していないことが必要である。この過程で、熱防護体１を圧し込んだときに押し出された層物質は、互いに隣接するように配置された二つの熱防護体１の間の接合部に入り込み、そこで前記層物質は溝６a，６bに囲まれた円筒状容積７，７’に収容される。あるいはまた、設置後に層物質を接合部から除去し、弾力性によって熱防護体１の熱膨張を特に良く吸収できるファイバー材料によって置き換えることもできる。運転中にこの熱膨張が起こっても、材料に対して応力が作用することがない。
【００３４】
図６に示されている防護システムの別の実施形態によれば、ボイラー管スタッドを管に溶接する代わりに、Y-アンカーの形の保持要素１２がウエブ１１に設けられ、この保持要素１２がセラミック層９をボイラー管壁に固定する機能を果たす。本実施形態では、保持要素１２はY-アンカーとして設計され、熱防護体１のフック型の保持要素５と部分的に同一平面になるように配置される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による熱防護体を示す斜視図である。
【図２】図１に示した熱防護体の側面図である。
【図３】図２の熱防護体の、図２の細部IIIを示す長手方向断面図である。
【図４】本発明によるボイラー管壁の防護システムを示す上面図である。
【図５】図４の防護システムにおける熱防護体の、図４の細部Ｖを示す断面図である。
【図６】図４の防護システムの別の実施形態を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2008527288.tif 000010
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2008527288.tif 000012
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