JP2007292308A - 保護部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管状体への脱着が容易であり、管状体の耐久性向上の効果に優れた保護部材およびその製造方法の提供。
【解決手段】ガス流体が接触する管状体の表面を保護するために当該管状体の外周面に設けられる保護部材１およびその製造方法において、弾性変形能を有する単層または積層シート２が巻かれて当該シート２の対向する端部２ａ、２ｂ同士が重なり合う中空の円筒状物であり、前記端部２ａ、２ｂ同士は、前記円筒状物の円周上で円の中心ｏに対して５〜６０°の角度２αをなして重なり合い、前記端部２ａ、２ｂ同士が重なり合う部分は互いに接着せずに前記円周方向に開口して前記管状体への脱着が可能であることを特徴とする保護部材１およびその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス流体が接触する管状体（たとえば、化学プラントのダクト内部を通るパイプ類等）の表面を保護するための保護部材に関するものであり、特に、腐食性のガス流体が接触する耐酸熱交換器の伝熱管の耐久性を向上させるための保護部材に関するものである。

化学プラントや火力発電プラント等に用いられる管状体は、扱われるガス流体の種類により腐食劣化が起こりやすい。更には、前記管状体がガス流体の流れに対して直角方向に置かれた場合、ガス流体が接触する管状体の表面は、エロージョンにより腐食劣化が促進される。
特に高温のガス流体が接触する管状体の表面は局部的に高温になり、管状体の一部が損傷しただけで、当該管状体を備えた装置全体が機能しなくなる恐れがある。
そのため、通常、管状体の腐食劣化しやすい箇所をライニング材等により保護する下地処理等が施されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平７−１８０７９３号公報

しかし、特許文献１に記載の方法においては、ライニング材等の保護部材自体が経時劣化してくると、管状体の清浄処理や、下地処理等の貼り替え作業を、作業現場において行うことが必要となる。
従来の管状体の清浄処理または下地処理等の貼り替え作業は、手間が掛かるものであり、信頼性の上でも、経済的にも好ましくなかった。

そこで、下地処理等の貼り替え作業ではなく、予め賦型した保護部材を機械的に置き換えることができれば、作業現場での保護部材の貼り替え作業が容易になり、経済的にも有利となると考えられる。すなわち、管状体の局部的に劣化の進みやすい表面のみを部分的に保護するための脱着容易な保護部材が開発できれば、その保護部材を適宜交換することにより、管状体の耐久性を向上することができ、当該管状体を備えた装置を長く使用することが可能であると考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、管状体への脱着が容易であり、管状体の耐久性向上の効果に優れた保護部材およびその製造方法を課題とする。

本発明は、ガス流体が接触する管状体の表面を保護するために当該管状体の外周面に設けられる保護部材において、弾性変形能を有する単層または積層シートが巻かれて当該シートの対向する端部同士が重なり合う中空の円筒状物であり、前記端部同士は、前記円筒状物の円周上で円の中心に対して５〜６０°の角度をなして重なり合い、前記端部同士が重なり合う部分は互いに接着せずに前記円周方向に開口して前記管状体への脱着が可能であることを特徴とする保護部材である。
本発明の保護部材においては、前記単層または積層シートが、炭素繊維と耐食性熱硬化性樹脂とを含む複合材料からなることが好ましい。
また、本発明の保護部材においては、前記管状体が耐酸熱交換器の伝熱管であることが好ましい。

また、本発明は、上記本発明の保護部材の製造方法であって、炭素繊維織布にフェノール樹脂を含浸させてプリプレグシートを作製する工程と、前記プリプレグシートを芯金に巻き付ける工程と、前記芯金に巻き付けた前記プリプレグシートを硬化成形する工程とを含むことを特徴とする保護部材の製造方法である。
本発明の保護部材の製造方法においては、炭素繊維織布の片面にフェノール樹脂を含浸させ、他方の面にフッ素樹脂シートを一体化させてプリプレグシートを作製する工程と、前記プリプレグシートの周縁部を前記フェノール樹脂側に折り曲げ、かつ、前記フッ素樹脂シート側が最外層になるように芯金に巻き付ける工程と、前記芯金に巻き付けた前記プリプレグシートを硬化成形する工程とを含むことが好ましい。

本発明の保護部材によれば、管状体に嵌合させることができ、管状体への脱着を容易に行うことができる。これにより、作業現場での保護部材の貼り替え作業が容易になる。また、管状体の耐久性が向上し、管状体をガス流体の流れに抗して長期間安定に保護することが可能となる。
また、本発明の保護部材の製造方法によれば、管状体への脱着が容易であり、管状体の耐久性向上の効果に優れた保護部材を製造することができる。

本発明の保護部材は、ガス流体が接触する管状体の表面を保護するために当該管状体の外周面に設けられるものである。
図１（ａ）は、本発明の保護部材の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面を示す概略図である。
図１（ｂ）中、αは、端部２ａ、２ｂ同士が、円の中心ｏに対してなす角度の半分の角度（°）を示す。
保護部材１は、弾性変形能を有する単層または積層シート２が巻かれて当該シート２の対向する端部２ａ、２ｂ同士が重なり合う中空の円筒状物である。
保護部材１に外力が加わらない状態において、端部２ａ、２ｂ同士は、前記円筒状物の円周上で円の中心ｏに対して５〜６０°（αが２．５〜３０）の角度をなして重なり合っている。また、端部２ａ、２ｂ同士は、重なり合う部分が互いに接着せずに、前記円周方向（図１（ｂ）に示す矢印Ｅ）に開口することができる。図１（ｃ）に、保護部材の端部２ａ、２ｂが開口した状態の一例を示す。

本発明の保護部材の製造方法としては、特に限定されるものではなく、一例として、炭素繊維織布に耐食性熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグシートを作製する工程（Ｉ）と、前記プリプレグシートを芯金に巻き付ける工程（ＩＩ）と、前記芯金に巻き付けた前記プリプレグシートを硬化成形する工程（ＩＩＩ）とを含む製造方法が好適に挙げられる。

以下、保護部材の製造手順とともに、本発明の保護部材について説明する。

＜工程（Ｉ）＞
本発明の保護部材は、弾性変形能を有する単層または積層シートが成形されたものである。
当該シートは、弾性変形能を有するものであればよく、なかでも弾性変形能および伝熱性に極めて優れることから、炭素繊維を含む複合材料からなるシートが好ましい。
また、当該シートは、耐食性の向上の観点から、炭素繊維と耐食性熱硬化性樹脂とを含む複合材料からなるものがより好ましい。具体的には、炭素繊維織布に耐食性熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグシートが好ましい。
また、当該シートは、高温のガス流体との接触による物理的劣化が抑制されることから、炭素繊維織布の片面にフェノール樹脂を含浸させ、他方の面にフッ素樹脂シートを一体化させたプリプレグシートがさらに好ましい。
なお、本発明において、「プリプレグシート」とは、炭素繊維織布に耐食性熱硬化性樹脂を含浸させたもの；炭素繊維織布の片面に耐食性熱硬化性樹脂を含浸させ、他方の面にフッ素樹脂シートを一体化させたものを包含する。

かかるプリプレグシートは、工程（Ｉ）において、炭素繊維織布に耐食性熱硬化性樹脂を含浸させることにより作製することができる。好ましくは、炭素繊維織布の片面にフェノール樹脂を含浸させ、他方の面にフッ素樹脂シートを一体化させることにより作製することができる。
作製されたプリプレグシートは、所定の寸法に裁断して用いることができる。
また、当該プリプレグシートは、１枚の単層シートとして用いてもよく、複数枚を重ねた積層シートとして用いてもよく、その厚みを調整することができる。

（炭素繊維織布）
炭素繊維織布としては、炭素繊維の種類や織布形態は限定されるものではなく、保護部材の形状に応じて成形しやすい仕様のものであればよい。
該炭素繊維織布としては、目付けが２００〜１０００ｇ/ｍ^２の平織りまたは綾織りが好ましい。前記範囲の目付けを有する炭素繊維織布を用いたプリプレグシートを硬化させると、通常、０．２〜１ｍｍ／枚の仕上がり厚みとなる。

炭素繊維としては、その原料素材に拘わらず、引張弾性率が２００〜４００ＧＰａであるものが好ましく、２２０〜２５０ＧＰａであるものがより好ましい。引張弾性率が２００ＧＰａより低いと伝熱性が不足し、引張弾性率が４００ＧＰａより高いと複合材料として賦型することが難しくなる。
かかる炭素繊維を用いた成形品（炭素繊維織布）の室温での熱伝導率は０．６Ｗ／ｍＫ付近の値を示す。
上記熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定される値を示す。

（耐食性熱硬化性樹脂）
本発明の保護部材においては、前記単層または積層シートが、特に高耐熱高耐食性が要求される管状体を保護するのに有用なことから、炭素繊維と耐食性熱硬化性樹脂とを含む複合材料からなることが好ましい。
耐食性熱硬化性樹脂としては、耐食ビニルエステル系樹脂が好ましく、耐熱性にも優れることから、フェノール樹脂が特に好ましい。

上記の炭素繊維を含む複合材料における引張弾性率および引張破断時の伸度は、下記の範囲であることが最も好ましい。
すなわち、該引張弾性率は３０〜１２０ＧＰａである。引張弾性率が３０ＧＰａより低いと保護部材が開口後に元の形状に戻らなくなり、引張弾性率が１２０ＧＰａより高いと保護部材の開口時に大きな外力を要して開き難くなる。当該範囲にある引張弾性率を有する複合材料を得るためには、上記炭素繊維の好適な引張弾性率を有するものを用いればよい。
該引張破断時の伸度は０.５〜１.８％である。伸度が０.５％より低いと保護部材が開口時に破損しやすくなり、伸度が１.８％より高いと保護部材の材料コストが高くなり過ぎて経済性が合わない。
上記引張破断時の伸度は、ＡＳＴＭ Ｄ ３０３９により測定される値を示す。

（フッ素樹脂シート）
フッ素樹脂シートとしては、耐食性に優れたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂を用いたシートが好ましい。
フッ素樹脂シートは、前記ＰＴＦＥ樹脂を用いたシートを、他の低融点をもつフッ素系樹脂を介して炭素繊維織布と一体化させてもよい。

フッ素樹脂シートの厚みとしては、０．０５〜１.０ｍｍであることが好ましい。厚みが０．０５ｍｍより薄いと保護部材が脱着作業（貼り替え作業）中に破損しやすくなり、厚みが１.０ｍｍより厚くなると保護部材の成形後に変形したり、保護部材の弾性変形能が劣ったりすることになり、保護部材と管状体との密着固定に支障を来たすことになる。

フッ素樹脂シートを用いる場合、フッ素樹脂シートは、プリプレグシートの最外層に配置される。
通常、炭素繊維織布の耐食性熱硬化性樹脂が含浸された側に、複数枚の炭素繊維織布（たとえば、フェノール樹脂が含浸された炭素繊維織布である炭素繊維織布フェノールプリプレグシート等）を重ねて増厚させた積層シートを作製し、当該積層シートに、フッ素樹脂シートが最外層に位置するように一体化させて所望とするプリプレグシートを作製する。

＜工程（ＩＩ）＞
工程（ＩＩ）においては、前記プリプレグシートを芯金に巻き付けて、当該シートの対向する端部同士が重なり合う中空の円筒状物を成形する。
フッ素樹脂シートが一体化されたプリプレグシートにおいては、当該プリプレグシートの周縁部を耐食性熱硬化性樹脂側に折り曲げ、かつ、前記フッ素樹脂シート側が最外層になるように芯金に巻き付けて成形することが好ましい。
被保護物である管状体を芯金として用いると、保護部材の形状決めがより容易となる。

本発明においては、プリプレグシートの重なり合う端部同士が、当該円筒状物の円周上で円の中心に対して５〜６０°、好ましくは５〜３０°の角度をなして重なり合う。角度が５°未満では、管状体に被せた場合に両端部が円周方向に開口しやすくなり、被せた後に保護すべき管状体表面が露出してしまう不具合が生じる。角度が６０°より大きいと、管状体に被せる際に広げなければならない幅が広くなり保護部材が破損しやすくなる。
なお、保護部材の口径（円の半径）は、被保護物である管状体の外径（直径）により決まることになる。
本発明において、管状体の外径は通常２０〜６０ｍｍであり、従って、保護部材の半径は通常１０〜３０ｍｍとなる。

＜工程（ＩＩＩ）＞
工程（ＩＩＩ）において、前記芯金に巻き付けたプリプレグシートを、バギング等によって硬化成形して本発明の保護部材を得る。
硬化成形の温度条件は、使用環境条件で決まり、１００℃以上が好ましい。ただし、用いる芯金の耐熱温度を超えるものではない。
また、硬化成形の処理を考えると、プリプレグ状態にある材料が使い易い。
硬化成形後、得られる保護部材は、前記端部同士が重なり合う部分は互いに接着せずに上記円筒状物の円周方向に開口することができ、管状体への脱着が可能である。

本発明の保護部材においては、管状体の外径を２ｒ、保護部材の半径をｒ、保護部材の厚みをｔとした場合、保護部材の重なり合う端部同士を円周方向に開口して管状体への脱着を可能とするためには、近似的に下記数式（１）が成立するように厚みｔを決めることになる。

数式（１）：
１００×（０．２６３〜０．３３９）ｔ／ｒ＝０．２〜１．３、好ましくは１．０

数式（１）の右辺が０．２以下では、保護部材の剛性が不足して元の円筒形状に戻らなくなり、右辺が１．３以上になると、保護部材の重なり合う端部同士を円周方向に押し広げた場合に保護部材が破損しやすくなる。

ここで、保護部材を必要最大に開口した時に発生する歪み「ε」は、下記数式
ε＝ｔ／ｒ（１−ｓｉｎθ）
により表すことができる。
ｓｉｎθ＝（１８０°−θ）／（１８０°＋α）
であることより、
ε＜１．３
になる ｔ／ｒ を求める。

ただし、ｔ＝０．２〜１．０ｍｍ、ｒ＝１０〜３０ｍｍ、α＝０〜３０°である。
αは、前記端部同士が保護部材（円筒状物）の円周上で円の中心に対してなす角度の半分の角度である。
θは、保護部材が円周方向に最大に開口した場合、保護部材が円筒形であると近似した時の開口角度の半分の角度である。

以上説明した本発明の保護部材は、ドレープ性により管状体に密着固定したものではなく、弾性変形能を利用して管状体に被せることが可能であるため、管状体への脱着を容易に行うことができる。これにより、作業現場での保護部材の貼り替え作業が容易になる。
かかる保護部材は、重なり合う端部同士を、被保護物である管状体の外径以上に開口し、押し広げても壊れることなく、また、外力を除くと元の円筒形状に戻るという、可逆的な円周方向での弾性変形能を示す。これは、当該保護部材が剛性の高いクリープ特性に優れた炭素繊維を含む複合材料を用いているためである。

また、本発明においては、保護部材の形状を、図１に示すような円筒形状とすることによって、経済的に有利で耐久性の高い保護部材が得られる。
ここで、弾性変形により管状体への脱着が可能で、管状体の外周面を密着被覆することができる形状として図２〜４に示すものも挙げられるが、いずれも本発明の目的を達成するものではない。

切り込み型（図２）：
図２に示すように、円筒形における円周上に、中心軸と平行に１本の切込み３を有する切り込み型の形状は、単純形状であり、切込み３の両側の端部同士を円周方向（矢印方向）に開口して管状体に被せることは可能である。しかしながら、当該端部が永久変形したり拡幅したりすることが避けられず、また、１本の切込み３を有するため、管状体に被せた後、管状体の一部が露出してしまうため、好ましくない。

二重管型（図３）：
図３に示すように、円筒形における円周上に、中心軸と平行に１本の切込み５を有する内筒４と、当該内筒４と同様に切込み７を有する外筒６とから構成された同軸の二重管型の形状は、製作にコストが掛かり、しかも管状体への脱着が複雑になり、現場作業に支障を来たす欠点を有している。

スパイラル型（図４）：
図４に示すように、円筒形の外周面に帯状の保護部材が螺旋状に巻かれたスパイラル型の形状は、成形が複雑になり、管状体の表面に凹凸（帯の短手方向の端部８）が発生すると共に、ガス流体と接触する無駄な端部８が多くなり、耐久性に問題が出てくる。

図２〜４に示すものに対し、図１に示す円筒形状である本発明の保護部材は、製作が簡便で経済的であり、作業現場での脱着作業が容易である。また、管状体の耐久性が向上し、管状体をガス流体の流れに抗して長期間安定に保護することが可能となる。
また、以上説明した保護部材の製造方法によれば、管状体への脱着が容易であり、管状体の耐久性向上の効果に優れた保護部材を製造することができる。

（管状体）
本発明の保護部材は、管状体として熱交換器の伝熱管に好適に用いられ、耐酸熱交換器の伝熱管に特に好適に用いられる。
熱交換器の伝熱管として用いられる管状体の多くは、特殊金属製である。
当該伝熱管の外径（直径）は、通常、２０〜６０ｍｍである。外径が２０ｍｍより短いと、伝熱面積を稼ぐためには本数を多く設置する必要があり、経済的に不利である。外径が６０ｍｍより長くなると、流す冷却水量に対する伝熱効率が下がってしまい不利となる。

熱交換器の伝熱管に用いる保護部材には、最重要性能として伝熱性に優れていることが求められ、同時に、保護部材と伝熱管との間に空気層が生じて伝熱性が低下しないように、伝熱管の表面にぴったり密着して被覆できることが必要となる。
また、耐酸熱交換器の伝熱管に用いる保護部材には、高耐熱高耐食性も要求される。
また、極めて高濃度の酸性雰囲気となる耐酸熱交換器の伝熱管に用いる保護部材には、保護部材自体も高耐酸性であることが求められる。
さらに、熱交換器の伝熱管においては、冷却水を通すため、使用中は通常、伝熱管の表面温度は１００℃以下であるが、当該伝熱管に設けられる保護部材には１５０℃以上のガス流体が直撃して物理的な表面劣化が促進するため、高耐食性が必要となる。
これに対し、本発明の保護部材は、伝熱性および弾性変形能に極めて優れ、並びに充分な耐酸性を有する炭素繊維を用いることにより、かかる伝熱管に好適に利用できる。
また、本発明の保護部材は、炭素繊維と共に、耐食性熱硬化性樹脂（好ましくは、耐熱性にも優れたフェノール樹脂）を用いることにより、かかる伝熱管に好適に利用できる。
また、本発明の保護部材は、炭素繊維および耐食性熱硬化性樹脂と共に、耐食性に優れたフッ素樹脂シートを用いることにより、かかる伝熱管に好適に利用できる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（プリプレグシートＡ）
炭素繊維織布として、三菱レイヨン株式会社製のパイロフィルクロスＴＲ３１１０（商品名）を用意した。この炭素繊維織布は、引張弾性率２３５ＧＰａ、引張強度４４１０ＭＰａ、フィラメント数３０００本の炭素繊維を、たて糸、よこ糸ともに１インチあたり１２．５本の打ち込み本数で平織り製織したものである。
炭素繊維織布に含浸する樹脂組成物として、レゾールタイプのフェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、商品名：レヂトップＰＬ−４２４６）のメタノール溶液を用意し、炭素繊維織布へ塗布した後、乾燥し、溶剤を完全除去して、フェノール樹脂含量４２質量％のプリプレグシートＡを得た。

（プリプレグシートＢ）
炭素繊維織布として、三菱レイヨン株式会社製のパイロフィルクロスＴＲ６１１０（商品名）を用意した。この炭素繊維織布は、引張弾性率２３５ＧＰａ、引張強度４４１０ＭＰａ、フィラメント数６０００本の炭素繊維を、たて糸、よこ糸ともに１インチあたり９本の打ち込み本数で平織り製織したものである。
この炭素繊維織布の片面に、厚み０．１ｍｍのＰＴＦＥ樹脂シートを載せ、プレス成形機にて３３５℃×１０分の条件で溶融・圧着した。
更に、ＰＴＦＥ樹脂シートが圧着していない炭素繊維織布の面に、プリプレグシートＡと同じ方法で、同じフェノール樹脂を塗布・含浸して乾燥させることにより、フェノール樹脂含量３５質量％のプリプレグシートＢを得た。

（実施例１〜４、比較例１〜３）
被保護物である管状体として、外径が３２ｍｍで、有効長が１ｍである炭素繊維強化フェノール樹脂複合材料製の管状体を準備し、その表面に離型処理を施し、芯金として用いた。
プリプレグシートＡを、表１に示した層数を各々積層した上で、表１に記載の所定のプリプレグ寸法に裁断し、厚みと寸法の異なる単層または積層シートを準備して芯金に巻き付けた。その際、各プリプレグシートＡの重なり合う部分が互いに接着しないように、両面離型フィルムを挟み込んで芯金に巻き付け、最後に、ポリプロピレン収縮テープ（信越フィルム（株）製、商品名：ＰＴ−３０Ｈ、幅１５ｍｍ）を、芯金に巻かれた単層または積層シート全体に巻き付けて固定した。
これをオーブンに移し、９０℃×５時間、１００℃×４時間、１３０℃×２時間の温度条件で加熱することにより硬化成形して円筒形状の保護部材を得た。

前記重なり合う部分の大きさ（端部同士が円周上で円の中心に対してなす角度）は、表１中に、重ね角度２αとして示した。αは当該なす角度の半分の角度である。
また、得られた保護部材の端部同士を円周方向に開口し、弦長が３２ｍｍ以上になるように拡幅した際の状態を、拡幅時の弦長と状況として表１に示した。かかる拡幅の評価は、後述の［評価２］における装置および測定方法と同様にして実施した。
歪み（ε）計算値は、上記の数式：ε＝ｔ／ｒ（１−ｓｉｎθ）より算出した。
なお、実施例４の保護部材を、以下、保護部材ａとした。

実施例１〜４の保護部材において、重なり合う部分の端部同士は、いずれも拡幅することなく、自由に動き得るものだった。
また、実施例１〜４の保護部材は、いずれも内半径が１６ｍｍであった。
表１に示したように、実施例１〜４の保護部材は、厚みが０．２〜０．６ｍｍ、αが５〜３０°の範囲となった。

比較例１〜３の保護部材は、弦長３２ｍｍ以下の拡幅で、いずれも層間剥離を起こした。

（実施例５）
実施例１と同様の外径３２ｍｍの管状体を芯金として準備した。
プリプレグシートＢを１１００ｍｍ×２１２ｍｍに裁断し、当該プリプレグシートＢの周縁部５０ｍｍ分をフェノール樹脂側に均等に折り曲げて、１０００ｍｍ×１１２ｍｍの短冊状にした。
次いで、準備した芯金に、この短冊状のプリプレグシートＢを、ＰＴＦＥ樹脂シート側が最外層になるように配置して巻き付け、実施例１と同様に加熱することにより硬化成形して円筒形状の保護部材を得た。

得られた実施例５の保護部材においては、重なり合う部分の円周方向の端部同士はいずれも拡幅することなく、ＰＴＦＥ樹脂シート面で重なり合った、厚みが０．４ｍｍ、重ね角度２αは４０°（αは２０°）であった。
また、端部同士を円周方向に開口し、外径が３２ｍｍの管状体に被せることは容易であった。
なお、実施例５の保護部材を、以下、保護部材ｂとした。

（実施例６）
外径６０ｍｍで、有効長が１ｍである炭素繊維強化フェノール樹脂複合材料製の管状体を芯金として準備した。
１０００ｍｍ×２１２ｍｍに裁断したプリプレグシートＡを２枚重ね、１１００ｍｍ×３１２ｍｍに裁断したプリプレグシートＢのフェノール樹脂側の面の中央に位置するように合わせて積層し、ローラー掛けを行って仮固定を施した。
次いで、プリプレグシートＢの周縁部をフェノール樹脂側に均等に折り曲げて、積層シート全体が１０００ｍｍ×２１２ｍｍの短冊状になるようにした。
この積層シートを、前記芯金に巻き付けて、実施例５と同様に加熱することにより硬化成形して、周囲（側面）にＰＴＦＥ樹脂シートが配置した保護部材を得た。

得られた実施例６の保護部材は、厚みが０．８ｍｍ、重ね角度２αは４５°（αは２２．５°）であった。
保護部材の両端部を把持して、弦長が６０ｍｍ以上になるように、端部同士を円周方向に開口して管状体に被せたところ、密着性よく被せることができた。

（比較例４）
実施例１と同様の外径３２ｍｍの管状体を芯金として準備した。
プリプレグシートＢに用いた炭素繊維織布を１０００ｍｍ×１１３ｍｍに裁断した後に、ビニルエステル樹脂（昭和高分子株式会社製、商品名：リポキシＨ６００８）を塗布し、ベトツキのある、ビニルエステル樹脂含量５０質量％の所定寸法のプリプレグシートＣを得た。
その後、時間を空けずにプリプレグシートＣを前記芯金に巻き付けた。その際、実施例１と同様に、プリプレグシートＣの重なり合う部分が互いに接着しないように、両面離型フィルムを挟み込んで芯金に巻き付けた後、ブリーダクロスを、芯金に巻かれたプリプレグシートＣに巻き付けて固定した。
その後、室温放置で１昼夜かけて常温下で硬化成形した後、１３０℃×２時間で後硬化成形して円筒形状の保護部材を得た。

得られた比較例４の保護部材の重ね角度２αは４５°（αは２２．５°）であった。
なお、比較例４の保護部材を、以下、保護部材ｃとした。

［評価１］
外径が３２ｍｍで、有効長が２ｍである炭素繊維強化フェノール樹脂複合材料製の伝熱管４２本を縦に繋いだ冷却管を５列横に並べ、ボイラーからの排ガスを伝熱管群に対して直角方向に流す設計の耐酸熱交換器を製作した。

実施例４の保護部材ａ、実施例５の保護部材ｂ、比較例４の保護部材ｃを各々２本ずつ用意し、上記の耐酸熱交換器の最上段と次段に位置する伝熱管の表面に各々被せた。
保護部材ａ〜ｃの効果を比較するために、最上段と次段に位置する伝熱管の内、最上段の伝熱管３本を保護部材ａ〜ｃによりそれぞれ保護状態にし、次段の伝熱管３本を保護部材ａ〜ｃによりそれぞれ保護状態にし、最上段の伝熱管２本と次段の伝熱管２本をいずれも非保護状態にしておいた。

保護部材ａ〜ｃを各伝熱管に被せる際、いずれの保護部材も容易に開口し、伝熱管の端から少しづつ被せていくことが可能であった。
次段に位置する伝熱管に保護部材ａ〜ｃを被せるには、作業スペースが殆どないため、やや時間を要したものの、一人で容易に作業が終了した。
装着した保護部材を取り外すことは、更に容易であった。

最上段の伝熱管に保護部材ａ〜ｃを被せた状態で、表２に示した運転条件で３ヶ月間、耐酸熱交換器を運転した。
３ヶ月間の運転後、上部接続のダクトを外し、耐酸熱交換器内部における最上段の伝熱管および保護部材ａ〜ｃの状態を確認した。その結果を表３に示す。
なお、最上段の伝熱管の表面温度は最高で１１０℃であり、硫酸濃度は７５％と実測された。

表３に示したように、３ヶ月間の運転では、保護部材ａ〜ｃを被覆した各伝熱管の状態に差は見られなかったものの、保護部材ａ〜ｃにおいては、それらの状態がいずれも異なり、保護部材ｂが最も良好な耐久性を示し、次いで保護部材ａが良好な耐久性を示し、保護部材ｃは著しく劣化していた。
以上の結果から、保護部材ａおよび保護部材ｂは、保護部材ｃに比べて、伝熱管の耐久性向上の効果に優れることが確認された。

［評価２］
３枚のプリプレグシートＡを用いて３層の積層シートを準備し、実施例１と同様にして、内半径が１６ｍｍ、厚みが０．６ｍｍ、αが０°の円筒形状の保護部材ｄを得た。
図５（ａ）に保護部材ｄの開口試験に用いる装置の側面、図５（ｂ）に当該装置の正面をそれぞれ示す略図を示す。
図５に示す、引張治具本体（上）２０および引張治具本体（下）２３を備えた引張試験機（商品名：２.５ｔテンシロンＵＴＭ２.５型）を用いて、保護部材ｄの開口試験を実施した。かかる開口試験は、以下のようにして行った。
保護部材ｄの幅（長手方向）２５ｍｍ分を切り出した試験片１０を用い、当該試験片１０の両面中央の位置に歪みゲージ１１（共和電業（株）製、商品名：ＫＦＧ−５−１２０）を貼り付け、引張治具本体（上）２０の長手方向の端部に位置する試験片支持ピン部（上）２１と、引張治具本体（下）２３の長手方向の端部に位置する試験片支持ピン部（下）２２とに固定した。
そして、引張治具本体（上）２０と引張治具本体（下）２３とを反対方向（矢印３１）にそれぞれ引っ張り、保護部材ｄが円周方向に最大に開口した際の弦長３０、および保護部材ｄが円筒形であると近似した時の開口角度の半分の角度θを測定し、上記の数式：ε＝ｔ／ｒ（１−ｓｉｎθ）より、保護部材ｄが破壊する時の歪み（ε）を算出した。
なお、測定は、クロスヘッド速度１〜２ｍｍ／分の条件で行った。

前記測定を３回繰り返して行った平均では、保護部材ｄが３４ｍｍ開口時に破壊し、歪み（ε）の平均値は、０.８４％であった。
実際、開口試験に用いた保護部材ｄは、外径３２ｍｍの管状体に被せることは可能であったが、管状体に装着後、隙間が空き、管状体の表面の一部が僅かながら露出した。
計算上では、保護部材ｄが３２ｍｍ開口時の歪み（ε）は０.９９％と算出され、前記測定結果とは若干の差異で比較的良い一致をみた。

本発明の保護部材は、ダクト内において、パイプあるいは移送管等の管状体の腐食性ガスが激しくぶつかる外周面、たとえばガス流体の流れに対して直角方向に設置された管状体の外周面、を保護することを目的としたものであり、特に熱交換器の伝熱管の保護を対象としたものである。
本発明の保護部材は、高耐熱高耐食性が要求される耐酸熱交換器の伝熱管を被覆するのに有用である。

図１（ａ）は、本発明の保護部材の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面を示す概略図であり、図１（ｃ）は、保護部材の端部が開口した状態の一例を示す概略図である。 切り込み型の形状を示す図である。 二重管型の形状を示す図である。 スパイラル型の形状を示す図である。 図５（ａ）は保護部材の開口試験の装置の側面を示す略図であり、図５（ｂ）は当該装置の正面を示す略図である。

符号の説明

１ 保護部材
２ シート
２ａ 端部
２ｂ 端部
１０ 試験片
１１ 歪みゲージ
２０ 引張治具本体（上）
２１ 試験片支持ピン部（上）
２２ 試験片支持ピン部（下）
２３ 引張治具本体（下）

Claims (5)

1. ガス流体が接触する管状体の表面を保護するために当該管状体の外周面に設けられる保護部材において、
   弾性変形能を有する単層または積層シートが巻かれて当該シートの対向する端部同士が重なり合う中空の円筒状物であり、
   前記端部同士は、前記円筒状物の円周上で円の中心に対して５〜６０°の角度をなして重なり合い、前記端部同士が重なり合う部分は互いに接着せずに前記円周方向に開口して前記管状体への脱着が可能であることを特徴とする保護部材。
2. 前記単層または積層シートが、炭素繊維と耐食性熱硬化性樹脂とを含む複合材料からなる請求項１に記載の保護部材。
3. 前記管状体が耐酸熱交換器の伝熱管である請求項１または２に記載の保護部材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の保護部材の製造方法であって、
   炭素繊維織布にフェノール樹脂を含浸させてプリプレグシートを作製する工程と、
   前記プリプレグシートを芯金に巻き付ける工程と、
   前記芯金に巻き付けた前記プリプレグシートを硬化成形する工程とを含むことを特徴とする保護部材の製造方法。
5. 炭素繊維織布の片面にフェノール樹脂を含浸させ、他方の面にフッ素樹脂シートを一体化させてプリプレグシートを作製する工程と、
   前記プリプレグシートの周縁部を前記フェノール樹脂側に折り曲げ、かつ、前記フッ素樹脂シート側が最外層になるように芯金に巻き付ける工程と、
   前記芯金に巻き付けた前記プリプレグシートを硬化成形する工程とを含む請求項４に記載の保護部材の製造方法。

Images