JP2002001424A - 超臨界水酸化処理用部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ステンレスとチタンの間が充分に密閉状態を保
持できる複合部品の製造方法を提供する。 【解決手段】管状の反応管を製作するにおいて、チタン
管２の外側に圧延によりステンレス管１を密着させた二
重管を製作した後、その端部をチタンを含み融点６００
℃以上の金属ろう４を用い真空中にて封じる。又はステ
ンレス管の内側にチタン管を隙間を０．４ｍｍ以下にし
て嵌めこみ、端部を前記金属ろうを用い真空中にて封じ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、超臨界水酸化処理
装置において超臨界水と処理対象を反応させる部分であ
る反応管、温度を測定する熱電対、水を加熱するための
電気ヒータ等の部品の製造方法に関わるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来超臨界水酸化処理ではステンレスが
最も良く用いられてきている。一部にはより耐久性の高
いチタンも用いられているが普及していない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超臨界水酸化酸化反応
装置において塩素含有有機物を酸化分解する場合に塩酸
などの酸が発生し、超臨界水の酸化作用を一層強めて反
応管等に用いられているステンレスを腐食する。

【０００４】金属材料の中では白金の耐蝕性が極めて優
れるが材料自身が高価なため実用的ではない。

【０００５】チタンは白金ほどではないが、ステンレス
に比して相当高い耐久性が認められている。

【０００６】しかし、チタンは５００℃程度の高温でク
リープを起こすために、超臨界水に対しては単独で使用
するより、ステンレスと複合させることが好ましい。

【０００７】たとえば、反応管にはチタンで内張したス
テンレス管を用い、熱電対はチタンで外張りしたステン
レス管で被覆し、また超臨界水を加熱するスレンレス被
覆ヒータはチタンで被覆する事が望ましい。

【０００８】ところが、このような複合材料を製作して
もチタンとステンレスの間に水が入り込むとやはり腐食
が生じるためにステンレスとチタンの間は密封される必
要がある。

【０００９】しかしステンレスとチタンは溶接が困難で
あり、溶接による密封方法は使用できない。

【００１０】本発明はステンレスとチタンの間が充分に
密閉状態を保持できる複合部品の製造方法を提供する事
を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するためにチタンとステンレスの接合部を金属ろう
により封じる手段を用いる。

【００１２】特に管状の反応管を製作するにおいて、チ
タン管の外側に圧延によりステンレス管を密着させた二
重管を製作した後、その端部を金属ろうにて封じる。

【００１３】またはステンレス管の内側にチタン管を隙
間を0.４ｍｍ以下にして嵌めこみ、端部を真空中で金属
ろうにて封じる。

【００１４】特に熱電対もしくはヒータを製作するにお
いて、ステンレスで被覆された熱電対もしくはヒータの
外部を片端の封じられたチタン管で被覆し、そのチタン
管の端部と熱電対もしくはヒータの隙間を真空中で金属
ろうにて封じる。

【００１５】または端部の封じられたステンレス管に端
部の封じられたチタン管を被せてチタン管の端部とステ
ンレス管の隙間を真空中で金属ろうにて封じ、熱電対ま
たはヒータを前記ステンレス管に挿入して使用する。

【００１６】上記の製作方法のすべてにおいてチタン管
の端部とステンレス管の隙間を金属ろうにより封じる時
の熱源として電子ビーム加熱法を用いる方法を含む。

【００１７】また特にヒータを製作するにおいてステン
レス被覆ヒータとチタン管の端部の隙間もしくはステン
レス管とチタン管の端部の隙間を封じるための熱源とし
てステンレス被覆ヒータ自身を用いる方法を含む。

【００１８】特に反応管はそれを加熱して用いるに際し
て反応管内の温度分布が均一になるようにするための上
記の二重管の外側に更に銅管を嵌めこみ圧延した3重管
を含む。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を実施例
にもとづき図面を参照して説明する。

【００２０】

【実施例】図１は、請求項１に関わる超臨界酸化処理用
反応管の構造を示す。

【００２１】図１は外側（１）がステンレス管、内側
（２）がチタン管であり、ステンレス管とチタン管の端
部の隙間（４）を金属ろうで封じた二重管構造としてい
る。

【００２２】このような構造の反応管は次の工程により
製作する。

【００２３】（１）ステンレス管及びそのステンレス管
の内径より０．０５〜６ｍｍ小さな外径を有するチタン
管を調達し、もしくは製作する。

【００２４】（２）ステンレス管内にチタン管を挿入す
る。

【００２５】（３）圧延によりステンレス管の内径を縮
めて、チタン管と密着させる。

【００２６】（４）ステンレス管とチタン管の隙間の両
端部を融点６００℃以上でチタンを含む金属ろうに真空
中もしくは不活性ガス雰囲気で封じる。

【００２７】尚、融点６００℃以上でチタンを含む金属
ろうとしてはチタン・銅・ジルコニウム混合ろう等が有
効である。

【００２８】真空中の金属ろう加熱方法としては電子ビ
ーム溶接及び真空炉内での電気加熱溶接がある。

【００２９】不活性ガス雰囲気中の溶接方法としてはア
ルゴン予プラズマ加熱、レーザー加熱などがある。

【００３０】図２は、請求項２に関わる超臨界酸化処理
用反応管の構造を示す。

【００３１】図２は外側（１）がステンレス管、内側
（２）が両端部を拡張したチタン管であり、ステンレス
管とチタン管の端部の隙間（４）を金属ろうで封じた二
重管構造としている。

【００３２】このような構造の反応管は次の工程により
製作する。

【００３３】（１）ステンレス管及びそのステンレス管
の内径より０．０５〜０．８ｍｍ小さな両端部の外径を
有するチタン管を調達し、もしくは製作する。

【００３４】（２）ステンレス管内にチタン管を挿入す
る。

【００３５】（３）ステンレス管とチタン管の隙間の両
端部を真空中で融点６００℃以上でチタンを含む金属ろ
うにより封じる。

【００３６】図３は本発明の請求項３に関る実施例を示
す。

【００３７】図３で熱電対もしくはヒータ（５）の外側
にチタン管（７）が被覆され、その隙間（１０）がチタ
ン管の端部において金属ろう（６）で封じられている。

【００３８】このような構造の熱電対もしくはヒータは
次の工程にて製作する。

【００３９】（１）ステンレス管で被覆した熱電対もし
くはヒータ及びそのステンレス管の外径より０．０５〜
０．８ｍｍ大きな内径を有するチタン管を調達しもしく
は製作する。

【００４０】（２）チタン管内に熱電対もしくはヒータ
を挿入する。

【００４１】（３）チタン管と熱電対もしくはヒータの
隙間の端部を真空中で融点６００℃以上のチタンを含む
金属ろうにより封じる。

【００４２】図４は本発明の請求項４に関る実施例を示
す。

【００４３】図４でステンレス管（８）の外側にチタン
管（７）が被覆され、その隙間（１１）がチタン管の端
部において金属ろう（６）で封じられている。

【００４４】そして熱電対もしくはヒータはステンレス
管内に挿入さてれいる。

【００４５】このような構造の熱電対もしくはヒータは
次の工程にて製作する。

【００４６】（１）熱電対もしくはヒータの外径より
０．０５〜５ｍｍ大きな内径を持ち一端の封じられたス
テンレス管及びそのステンレス管の外径より０．０５〜
０．８ｍｍ大きな内径を有し一端の封じられたチタン管
を調達しもしくは製作する。

【００４７】（２）チタン管内にステンレス管を挿入す
る。

【００４８】（３）チタン管とステンレス管の隙間の端
部を真空中で融点６００℃以上のチタンを含む金属ろう
により封じる。

【００４９】（４）熱電対もしくはヒータをステンレス
管内に挿入する。

【００５０】図５は、請求項５に関わる超臨界酸化処理
用反応管の構造を示す。

【００５１】図５は外側（１）がステンレス管、内側
（２）がチタン管であり、ステンレス管とチタン管の端
部の隙間（４）を金属ろうで封じ、且つステンレス管の
外側を銅管で被覆した三重管構造としている。

【００５２】このような構造の反応反応管は次の工程に
より製作する。

【００５３】（１）ステンレス管、そのステンレス管の
内径より０．０５〜６ｍｍ小さな外径を有するチタン管
及びステンレス管の外形より０．０５〜６ｍｍ大きな外
径を持つ銅管を調達し、もしくは製作する。

【００５４】（２）ステンレス管内にチタン管を挿入す
る。

【００５５】（３）圧延によりステンレス管の内径を縮
めて、チタン管と密着させる。

【００５６】（４）上記（３）で得られた管を銅管内に
挿入する。

【００５７】（５）圧延により銅管の内径を縮めてステ
ンレス管に密着させる。

【００５８】（６）ステンレス管とチタン管の隙間の両
端部を融点６００℃以上でチタンを含む金属ろうに真空
中もしくは不活性ガス雰囲気で封じる。

【００５９】

【発明の効果】本発明の効果を説明する。

【００６０】請求項１〜８による反応管、熱電対もしく
はヒータの製造方法を用いた場合、チタン管とステンレ
ス管の間は金属ろうで封じられているために超臨界酸化
処理時にチタン管とステンレス管の間に水が入りこま
ず、ステンレスが腐食することはないために長期間に亘
り耐圧性が保持できる。

【００６１】特に融点６００℃以上のチタンを含む金属
ろうを用いている事から金属ろうの耐熱性が確保され、
チタンと金属ろうの密を強めている。

【００６２】以上は本発明の各請求項に共通してた効果
である。

【００６３】次に各請求項における効果を述べる。

【００６４】請求項１及び請求項５による反応管の製造
方法を用いた場合、圧延工程により材料間の密着性が強
められているために外部からの伝熱効率が高く、外部加
熱に適した反応管が製作される。

【００６５】また真空もしくは不活性ガス雰囲気でろう
付けすることによりチタンを含む金属ろうの酸化が防止
され、良好なろう付けが確保される。

【００６６】請求項２による反応管の製造方法を用いた
場合、製作時において精度良くチタン管の外径とステン
レス管の内径を合わせなくても、チタン管の端部を拡大
する事によりステンレス管とチタン管の隙間をろう付け
に可能な幅にまで縮めて接合する事が可能となる。

【００６７】また請求項１による場合はチタン管の厚み
は１ｍｍ以上である事が望ましいが、請求項２によれば
薄いチタン管での使用可能であり製作コストの面で有利
である。

【００６８】特に請求項２において薄いチタン管を使用
した場合は超臨界酸化反応使用時にはチタン管がステン
レスの内壁の位置まで拡大する。

【００６９】その際チタン管とステンレス管の隙間に蓄
積された気体が圧縮されて残存した隙間の一部に高圧に
なる部分が生じる恐れがあるが、請求項２によれば真空
中でろう付けしているためにチタン管とステンレス管の
間の気体は微小であり、そのような現象が回避できる。

【００７０】特に請求項２において厚いチタン管を用い
た場合には、チタン管とステンレス管の間は真空状態が
保持され、真空断熱効果が生まれる。

【００７１】このような真空断熱構造の二重管の部分は
外部加熱をするには適当でないが、内部過熱に記し適し
また、一度臨海状態に到達した水を臨界状態を保持させ
つつ、流すのに有用である。

【００７２】請求項３による熱電対及びヒータの製造方
法を用いた場合、熱電対及びヒータがチタンで被覆され
る事によりその腐食を回避できる一方熱電対及びヒータ
の根元の部分はステンレスを露出させておきその部分で
超臨界反応装置の高圧部と溶接もしくは高圧用ジョイン
トにより結合出来る。

【００７３】尚、その結合部は超臨界にならないような
位置にすることは必要であるがそのような配置を取る事
は可能である。

【００７４】例えば反応管内に熱電対もしくはヒータが
挿入された場合、前記結合部は反応管内の水の流れの上
流側に位置させることにより、結合部を比較的低い温度
状態に保持する事が可能である。

【００７５】請求項４は請求項３と同様の効果を齎す。

【００７６】更に請求項４によればステンレス管の内部
を熱電対が移動出来るために熱電対を用いての超臨界装
置内の温度分布の計測が可能になる。

【００７７】また熱電対やヒータの交換が容易に行える
という利点がある。

【００７８】請求項５は特に反応管を外部加熱する場合
に、外部ヒータによる加熱密度が一様でなくても銅管部
での熱伝導を通じてほぼ一様の加熱密度となるという効
果が生じる。

【００７９】請求項６は特に本発明の発明者によりチタ
ンとステンレスの接合に特に効果が高いと認められた金
属ろうに関する請求項である。

【００８０】このような金属ろうによるステンレスとチ
タンの結合は強固であり、また通常の銀ろうに比して２
から３倍の引っ張り強度な認められているために耐圧性
も高い。

【００８１】請求項７の製造方法によれば、電子ビーム
による加熱は短時間で達成されるために、チタンの再結
晶化などを招く事がなく、ろう付けによりチタンの強度
が低下することがない。

【００８２】尚発明者等実験によれば真空炉内で８３０
℃で加熱してろう付けした場合にはチタンの結晶化が見
られた。

【００８３】請求項８の製造方法は請求項３の特別な場
合である。

【００８４】この製造方法によればヒータそのものの加
熱能力を利用するために製作が容易になる。

【００８５】尚、超臨界使用時にはその接合部分は超臨
界状態にない水中に入れるために金属ろうの溶融の恐れ
はない。

【００８６】請求項９は請求項２に熱間静水圧でのチタ
ン管の拡大によりステンレスとの密着性を高めたもので
ある。特に反応管を外部加熱する場合において熱伝導率
を高めるために有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の製造方法による超臨界酸化処理用反
応管の構造を示す。

【図２】請請求項２の製造方法による超臨界酸化処理用
反応管の構造を示す。

【図３】請求項３の製造方法による超臨界酸化処理用熱
電対もしくはヒータのの構造を示す。

【図４】請求項４の製造方法による超臨界酸化処理用熱
電対もしくはヒータのの構造を示す。

【図５】請求項５の製造方法による超臨界酸化処理用反
応管の構造を示す。

【符号の説明】

１ ステンレス管 ２ チタン管 ３ 金属ろう封止部 ４ ステンレス管とチタン管の隙間 ５ 熱電対もしくはヒータ ６ 金属ろう封止部 ７ チタン管 ８ ステンレス管 ９ 銅管 10 熱電対もしくはヒータとチタン管の隙間 11 ステンレス管とチタン管の隙間

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に超臨界状態の水を保持もしくは流通
   させる管の製造方法であって、その製造工程に次の
   （１）、（２）、（３）、（４）を含む方法。 （１）ステンレス管及び前記ステンレス管の内径より
   ０．０５〜６ｍｍ小さな外径を有するチタン管を調達
   し、もしくは製作する。 （２）前記ステンレス管内に前記チタン管を挿入する。 （３）圧延により前記ステンレス管の内径を縮めて、前
   記チタン管と密着させる。 （４）前記ステンレス管と前記チタン管の隙間の両端部
   をチタンを含有し、融点６００℃以上の金属ろうを用い
   て真空中もしくは不活性ガス雰囲気で封じる。
2. 【請求項２】内部に超臨界状態の水を保持もしくは流通
   させる管の製造方法であって、その製造工程に次の
   （１）、（２）、（３）を含む方法。 （１）ステンレス管及び前記ステンレス管の内径より
   ０．０５〜０．８ｍｍ小さな外径をその両端部において
   有するチタン管を調達し、もしくは製作する。 （２）前記ステンレス管内に前記チタン管を挿入する。 （３）前記ステンレス管と前記チタン管の隙間の両端部
   をチタンを含有し、融点６００℃以上の金属ろうを用い
   て真空中で封じる。
3. 【請求項３】ステンレス管で被覆され、超臨界状態の水
   の温度測定に用いられる熱電対もしくはステンレス管で
   被覆され超臨界状態の水を加熱するのに用いられるヒー
   タであって、その製造工程に次の（１）、（２）、
   （３）を含む方法。 （１）前記熱電対もしくは前記ヒータの外径より０．０
   ５〜０．８ｍｍ大きな内径を有するチタン管を調達し、
   もしくは製作する。 （２）前記チタン管内に前記熱電対もしくは前記ヒータ
   を挿入する。 （３）前記チタン管と前記熱電対もしくは前記ヒータの
   隙間の端部をチタンを含有し、融点６００℃以上の金属
   ろうを用いて真空中で封じる。
4. 【請求項４】超臨界状態の水の温度測定に用いられる熱
   電対もしくは超臨界状態の水を加熱するのに用いられる
   ヒータであって、その製造工程に次の（１）、（２）、
   （３）を含む方法。 （１）前記熱電対もしくは前記ヒータの外径より０．０
   ５〜５ｍｍ大きな内径を持ち一端の封じられたステンレ
   ス管及び前記ステンレス管の外径より０．０５〜０．８
   ｍｍ大きな内径を有し一端の封じられたチタン管を調達
   しもしくは製作する。 （２）前記チタン管内に前記ステンレス管を挿入する。 （３）前記チタン管と前記ステンレス管の隙間の端部を
   チタンを含有し、融点６００℃以上の金属ろうを用いて
   真空中で封じる。 （４）前記熱電対もしくは前記ヒータを（３）の工程で
   得られたチタン被覆ステンレス管内に挿入する。
5. 【請求項５】内部に超臨界状態の水を保持もしくは流通
   させる管の製造方法であって、その製造工程に次の
   （１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を含
   む方法。 （１）ステンレス管、そのステンレス管の内径より０．
   ０５〜６ｍｍ小さな外径を有するチタン管び前記ステン
   レス管が下記（３）の工程を経た後の外径より０．０５
   〜６ｍｍ大きな内径を有する銅管を調達し、もしくは製
   作する。 （２）前記ステンレス管内に前記チタン管を挿入する。 （３）圧延により前記ステンレス管の内径を縮めて、前
   記チタン管と密着させる。 （４）上記（３）で得られた管を前記銅管内に挿入す
   る。 （５）圧延により前記銅管の内径を縮めてステンレス管
   に密着させる。 （６）前記ステンレス管と前記チタン管の隙間の両端部
   をチタンを含有し、融点６００℃以上の金属ろうを用い
   て真空中もしくは不活性ガス雰囲気で封じる。
6. 【請求項６】請求項１、２、３、４、５に該当する製造
   方法であって、特に金属ろうとしてチタン、銅、ジルコ
   ニウムを含むものを用いた製造方法。
7. 【請求項７】請求項１、２、３、４、５に該当する製造
   方法であって、各請求項に記載されるステンレスとチタ
   ンの隙間を金属ろうで封じるに際して電子ビームにより
   加熱する方法を用いる製造方法。
8. 【請求項８】ステンレス管で被覆され、ステンレス管で
   被覆され超臨界状態の水を加熱するのに用いられるヒー
   タであって、その製造工程に次の（１）、（２）、
   （３）を含む方法。 （１）前記ヒータの外径より０．０５〜０．８ｍｍ大き
   な内径を有するチタン管を調達し、もしくは製作する。 （２）前記チタン管内に前記ヒータを挿入する。 （３）前記チタン管と前記熱電対もしくは前記ヒータの
   隙間の端部にチタンを含有し、融点６００℃以上の金属
   ろうを塗布し、真空中においてヒータに通電して前記金
   属ろうを加熱し、前記ヒータの隙間の端部を封じる。
9. 【請求項９】内部に超臨界状態の水を保持もしくは流通
   させる管の製造方法であって、その製造工程に次の
   （１）、（２）、（３）、（４）を含む方法。 （１）ステンレス管及び前記ステンレス管の内径より
   ０．０５〜０．８ｍｍ小さな外径をその両端部において
   有するチタン管を調達し、もしくは製作する。 （２）前記ステンレス管内に前記チタン管を挿入する。 （３）前記ステンレス管と前記チタン管の隙間の両端部
   をチタンを含有し、融点６００℃以上の金属ろうを用い
   て真空中で封じる。 （４）前記（３）で製作された管の内部を温度４００℃
   以上、圧力３００気圧以上の条件下に保持してチタン管
   の内径を拡大し、ステンレス管に密着させる。