下記の原材料によって「耐熱耐火・火を封じ込める」目的で「箱」型のものを作った場合、

最も軽いものとなる原材料は、どれでしょうか?

あくまでも、「【耐火・耐熱】をする力に対しての」軽さ、という点が、質問の要点です。

なお、下記は、いずれも、「一般的に工業製品の材料として用いられるもの」として挙げています。
(他にもあれば教えてください)

・アルミ
・鉄
・鋼鉄
・チタン
・チタン合金
・セラミック(酸化アルミニウム(アルミナ))
・珪酸塩(耐火ボード)
・ニッケル合金
・亜鉛メッキ鋼板
・ガラス繊維(ロックウール)を含む複合素材

よろしくお願い申し上げます。

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  • 1人2回まで
  • 13歳以上
  • 登録:2011/02/25 20:57:03
  • 終了:2011/03/04 21:00:03

回答(5件)

id:NAPORIN No.1

なぽりん回答回数4723ベストアンサー獲得回数8742011/02/25 23:41:04

ポイント24pt

「火を封じ込める」との条件がちょっとわかりません。

温度と、酸素(通気口)の有無などによってかなり違うのではないでしょうか。

無垢の金属は、それ自体が酸化を起こしはじめると燃えます。

アルミホイル、鉄がそうです。燃え始めるとそれ自体が燃料になるので逆に消えにくいようにおもわれます。

すでに酸化済みであるセラミックスは特殊薬剤がなければそれ自体燃えることはありません。

なかでも、空気(熱伝導率が低い)を介在させるために発泡・多孔質の耐火ボードにしたものが一番軽いですが、そうなると、粒子の一部だけが他の粒子と接着された形がつづくので、もろいためにひびわれ、はがれおちなどは起りやすいと思います。空気を遮断することで燃焼反応を起りにくくする用途には使いにくいでしょう。陶器くらい目が細かければ上薬(釉薬)をかけることはできるかもしれません。

また、金属でも防火塗料として、有機リンなどの燃焼遅延剤を多量に配合した有機高分子塗料を分厚く塗った複合材があれば有効のような気がします。このリンが多量にあると、高分子の炭素が燃え残り、耐火ボードのようになるそうです。ただし、毒性があるとおもいます。

 

さて、考えていらっしゃるのは、坩堝(るつぼ)、火消しツボなどの用途でしょうか。どういった用途でしょうか。耐火金庫などは、なるべく重くすることが肝心なので、おもしろい質問だとおもいます。

id:ScienceZucchini

>おもしろい質問だとおもいます。

ありがとうございます。何か、うれしいです。

>坩堝…火消しツボ…耐火金庫

熱源のありかとしては、耐熱・耐火物質の「中」にあるものを想定しております。また、「中」にあるものをすべて焼き尽くすことを想定いたしておりますので、「るつぼ」が最も近いように思います。

2011/02/26 04:02:14
id:miharaseihyou No.2

miharaseihyou回答回数4544ベストアンサー獲得回数5702011/02/25 23:59:43

ポイント23pt

http://www.kumahira.co.jp/products/prod/prod01_04_03.html

 上記のサイトは彼の有名なクマヒラの耐火金庫ですが、防犯のためにかなり分厚い外板で作られています。

更に全体が重くなるので強度確保のために内板も分厚い。

これからシミュレーションする金庫は大前提として強度、つまり防犯性能は考慮しない事とします。

 

 軽量化の為にはこの内外板を薄い板に変えるのが一番です。

具体的には熱反射性能の高いステンレスの薄板が最適でしょう。

 

 更に扉部分が金庫の弱点なのですが、この部分を出来るだけ小さくします。

円形が最適でしょう。

扉の内径を内部に収納する予定の物の最小直径よりも少しだけ大きくすれば最適化が出来ます。

A4ファイルまでなら直径23cmもあれば充分でしょう。

 

 断熱材はグラスウールで充分だと思う。

理想的にはアスベストです。

後始末を考えないならアスベストで決まりです・・・がかなりの負の遺産を背負うことになる。

コスト計算して合うようなら使ってください。

 

 断熱性能の補助として内部に何層も発泡アルミの薄板などを入れ下部の放熱板に繋ぐなどして断熱材内部からの放熱もできるようにしたい。

http://www.mmc.co.jp/alloy/products/happou/alumi.html

 

 更に、テンパール式の弁を備える緊急時冷却用の水タンクを備えるなどして耐火性を高める工夫をすれば、相当の耐火性のある軽量の金庫が作れると思います。

信頼性は・・・テンパール弁に関しては苦しいかな?

 

 断熱材は色々ありすぎて迷うところです。

本来は目標とする耐熱温度や時間設定から詰めていく処です。

 

http://www.yutakasangyo.co.jp/h01.html

 例えば、軽量化と断熱性能だけを追求するなら、このサイトの中では「タイプ6」の「強度は低いが、断熱効果に優れる。」タイプが最適でしょう。

あまり耐熱温度が高くても中に保管する物の保存性を考えるとあまり意味がない。

耐熱性能が高い断熱材は軽い物ならば外壁近くの第一層に薄く使うべきでしょう。

具体的な設計や製造は概念設計に従ってプロに頼むべきと思います。

id:ScienceZucchini

>金庫

実は、火のありかが、逆なのです。「可能なかぎり早く、室内で、可燃物を焼き尽くす」という目的です。

>本来は目標とする耐熱温度や時間設定から詰めていく処です。

幅広い観点からのご議論、ありがとう存じます。それに従いまして、新しい質問を立てたいと思いますので、そちらでも、よろしければ、ご回答をおねがいできればと存じます。

2011/02/26 04:15:56
id:taroe No.3

taroe回答回数1099ベストアンサー獲得回数1322011/02/26 22:37:31

ポイント23pt

内側はキャスタブルで周りは鋼板にしたものが最適だと思います。

この構造は、溶鉱炉でも用いられている構造です。

id:ScienceZucchini

キャスタブル。ありがとう存じます。

2011/02/27 21:05:04
id:miharaseihyou No.4

miharaseihyou回答回数4544ベストアンサー獲得回数5702011/02/28 21:52:18

ポイント15pt

 燃焼炉あるいは燃焼缶では、断熱によって燃焼温度を上げる場合には幾つかの限界があります。

燃焼には多量の空気が必要ですが、吸気と排気と燃焼のバランスをとってやらないと、温度だけ高くしても燃焼が上手くいきません。

そして、吸排気の量が多いと燃焼温度は低くなります。

 

 例えば高断熱材料で覆う場合、一番の典型例が昔の炭焼きでしょう。

地面に穴を掘って木をぎっしりと隙間が最小になるように並べて土で覆い着火します。

上部から火が吹き出てきたら、その度に土をかけて覆います。

吹き出た火をそのままにしていたら、中では燃焼が進んで全て灰になってしまいます。

http://www.forest100.jp/b02.html

こういった炭焼き釜は改良版です。

長時間かけて蒸し焼きにするので温度は高くなりますが、燃焼の規模が最低限で燃焼量は最低です。

 

 最近のダイオキシンの規制で家庭用のゴミ焼き用の炉で使われているのは二段燃焼と排気熱の利用です。

高温で燃焼させないとダイオキシンの発生が基準値を超えてしまいます。

この規制自体、非常に無駄なことですが、対応する焼却炉は高温での燃焼が大前提になります。

http://item.rakuten.co.jp/clp/53618902/

この製品は比較的安価ですが、ステンレス製です。

断熱ではなくて、廃熱の熱利用だけで相当な高温が得られます。

 

 あまり高温にし過ぎると、金属の酸化が激しくなるので炉の内面にセラミックの耐熱タイルを貼るなどの対策が必要になってコストが跳ね上がります。

煉瓦という手もありますが、全体が大きく重くなって、設置面積も広くなる。

火床面積1平方メートル以上の炉の設置には消防署の許可が必要になります。

 

 ある程度以上の高温での燃焼では鉄は酸化が早く耐久性に劣ります。

大きな炉で分厚くして使うのには向いていますが、それでも劣化が早い。

錆だらけになって最終的には上部に穴が開く事が多い。

ステンレスでも薄板では比較的早く穴が開きます。

温度が高いと中長期的には酸化の負担が激しいので、炉内面の一部を特に分厚くするなど何らかの工夫が欲しいところです。

ちなみに上記のサイトの家庭用の焼却炉は、上部の蓋が弱点で、早い場合は数ヶ月で穴が開きます。

なお、膨張係数が違うので、耐熱塗料などは比較的早く剥離します。

セラミックタイルはお値段が凄い。

コンクリート製にして、分厚く重く作るという手もありますが、炉内部の空間が多少狭くなります。

どの程度のコストをかけてやるかで実現可能な燃焼温度が変わってきます。

id:ScienceZucchini

おおおっ、色々ありがとう存じます。大変、参考になります。

2011/03/02 04:33:46
id:karuishi No.5

ニャンざぶろう回答回数765ベストアンサー獲得回数1282011/03/02 00:24:26

ポイント15pt

いろいろな段階があるでしょうね。

 

あまり強度が要らなければ、セラミック繊維で作ったタイル

有名どころでは、スペースシャトルの耐熱タイル

http://wsh.med.uoeh-u.ac.jp/asbestos/book/kankyousokutei/2/2-3-4...

http://www.kowaweb.com/ja/product/index.html

 

通常用途なら、アルミ合金やチタン・チタンアルミ合金

耐熱温度が低めだけど強度/重量比で大きく有利

表面にセラミックコーティングなどで凌ぐ場合も。

 

強度が要るなら、インコネルを代表とするNi合金

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%B3%E3%83%8...

http://www.dsml.co.jp/pages/products_heat.htm

有名どころでは、日本のH2ロケットのメインエンジン

http://minkara.carview.co.jp/userid/703543/blog/18138795/

id:ScienceZucchini

ふむふむ。ご回答ありがとうございます。

2011/03/02 04:34:19
  • id:miharaseihyou
    炉についての一般論で、一応の常識的なことを書きました。
    なお、現在の最強の熱の封じ込めは磁場によるもので、核融合技術の不完全な実験で使用されています。
    現時点では熱核プラズマを磁場で限定的な時間だけ封じ込めて、内部の変化を観測しているようです。
    充分な、桁外れの電力と、極小空間に磁場を集中させる技術が無いので、充分なだけの桁外れに強い磁場の発生が難しいので、実験段階のようです。
    ・・と言っても、融合反応に必要な温度とは一桁くらい違ってたんだが・・・。
    未来の光は薄い。
  • id:ScienceZucchini
    面白いです。磁場とは。
    核融合はずっと先ですか…なんか、ちょっと絶望ですね。
  • id:miharaseihyou
     炉の内部の温度を上げてやる一番手っ取り早い方法は酸素の供給を増やすことです。
    具体的には空気の変わりに酸素を供給してやればいい。
    ただ、これやると内壁の金属が抉れるように急激に劣化してしまう。
    燃えてしまうんですね。
    そこでセラミックの登場となるのですが、半永久的とまでの強度は無理です。
    発電所の内壁など、定期的にメンテナンスしています。
    主にスラッジの除去をやってるようですが、耐熱材の交換もあるようです。
     
     廃熱の利用は炉を多層構造にして、排気を内壁の外側の層に通してやるのが簡単です。
    排気温度が高い場合はそれなりの熱対策が必要になって予算が増えます。
    或いは燃焼温度によっては何度かの燃焼で使い捨てを想定した炉を構築する方が反ってリーズナブルかもしれません。
  • id:ScienceZucchini
    ありがとうございます。使い捨てですか。それもよいかもしれません。
  • id:miharaseihyou
     使い捨てにするならコンクリート製が有利です。
    ダイオキシン規制を受けて発売された家庭用のゴミ焼却炉にはコンクリート製の物もありました。
    お値段が10万円超えてたので、いつの間にか見なくなりましたが、強度はステンレス薄板製のご紹介した炉よりもあったはずです。
    私はオーバークオリティーで次が売れなくて製造中止になった公算が強いと踏んでいます。
    コンクリートの弱点は物理的に硬いために割れやすい事ですが、鉄筋の補強材を十二分に入れてやるとか、上部の熱が集中する部分にはセラミックタイルを埋め込んでやるなどすれば格段に強度が上がると思います。
    最初はコンクリートだけで雛形を作って試験稼働してみれば、どこが弱いか実地でシミュレーションできます。
    どの程度の燃焼温度や燃焼量を想定されているのか分かりませんが、例えばアスベストの溶融など、数千度になります。
    内壁をセラミックで覆った炉にガスと酸素の混合気を着火させた状態で吹き込んでやって溶かしているようです。
    廃熱の利用もやっているようですが、具体的なノウハウは分かりません。
    たぶん炉の下から排気を使って保温していると思う。
    廃熱を利用して炉の温度を上げる構造にした場合、炉が暖まるまでは、かなりの時間がかかると思います。
    燃焼量と燃焼時間のバランスが難しいと感じました。

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