JP2014119015A - セラミック管複合体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセラミック管を、接続管を介して安定的に繋いだ長尺セラミック管複合体を提供する。
【解決手段】複数のセラミック管２、及び該複数のセラミック管間に配置され、該複数のセラミック管と接続される接続管３を有し、該セラミック管と接続管との接続部分が樹脂４で被覆されたセラミック管複合体であって、前記接続管は金属からなり、かつ、接続管の両端部において前記セラミック管と積層する積層部５を有する、セラミック管複合体。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミック管複合体に関し、特に複数のセラミック管を、接続管を介して繋いだ長尺セラミック管複合体に関する。

セラミック管は、耐摩耗性、耐腐食性、耐薬品性、耐熱性に優れており、これらの特徴を生かして粉体輸送、スラリー輸送、腐食性流体輸送などに用いる配管用の材料として用いられる。
一方、材料的に脆いという欠点を用い合わせているため、長尺の単一セラミック管を精度よく製造することは困難である。そのため、輸送配管を製造するためには、配管を安定的に繋ぐ必要があった。

例えば特許文献１では、セラミック製の管部材を複数準備し、これらの管部材同士を配列して接合し、さらに接合した部分の外周を繊維強化樹脂にて補強したセラミック管複合体が提案されている。
また、特許文献２では、組み立てが容易であり、組み立て後も形状が安定する複合体として、表面上に平坦部と凹部が列状に存在する複数の管部材と、該管部材を覆う被覆体とを有する管状複合体が提案されている。

特公平４−２０９４号公報 特開２０１１−２１４５９９号公報

本発明は、セラミック管を安定的に繋いたセラミック管複合体を提供することを課題とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、セラミック管とセラミック管の間に接続管を備え、該接続管が金属からなり、かつ、その両端部において前記セラミック管と積層する積層部を有する構造とすることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の概要は、以下のとおりである。
複数のセラミック管、及び該複数のセラミック管間に配置され、該複数のセラミック管と接続される接続管、を有し、該セラミック管と接続管との接続部分が樹脂で被覆されたセラミック管複合体であって、
前記接続管は金属からなり、かつ、接続管の両端部において前記セラミック管と積層する積層部を有する、セラミック管複合体。

前記接続管は、その外周部に前記樹脂と係合する係合部を有することが好ましく、また、積層部の端部にテーパ形状を有することが好ましい。
また、セラミック管の外部に枠体を有し、前記係合部の先端が該枠体と接続されることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、上記セラミック管複合体のセラミック管上に、ゼオライト結晶からなるゼオライト膜を有する、ゼオライト膜−セラミック管複合体である。

本発明により、安定的にセラミック管が繋がれたセラミック管複合体が提供される。また、このように安定的にセラミック管が繋がれたセラミック管複合体上にゼオライト膜を配置することで、長尺分離膜を得ることができる。

本発明の実施態様に係るセラミック管複合体の一態様を示す、管長手方向断面図である。 本発明の実施態様に係るセラミック管複合体の一態様を示す、管長手方向断面図である。 （ａ）本発明の実施態様に係るセラミック管複合体の一態様を示す、管長手方向断面図、及び（ｂ）（ａ）中のＡ−Ａ´管径方向断面図である。 （ａ）本発明の実施態様に係るセラミック管複合体の一態様を示す、管長手方向断面図、及び（ｂ）（ａ）中のＡ−Ａ´管径方向断面図である。

本発明の実施態様に係るセラミック管複合体は、複数のセラミック管と該セラミック管間に配置され、該セラミック管と接続される接続管を有し、セラミック管と接続管の接続部分は、樹脂で被覆されている。

本実施態様に係るセラミック管を形成する材料は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ジルコニア分散アルミナ、ムライトなど、公知のセラミック材料を用いることができる。これらの材料を成形し、焼成することでセラミック管を得ることができる。このうち、特にアルミナであることが好ましい。セラミック管の成形方法、焼成の条件も特段限定されるものではなく、セラミック材料に応じた公知の方法を用いればよい。
またセラミック管は、管状であればその形状、大きさも特段限定されないが、材料が脆いため、長すぎるセラミック管は製造が困難であり、また、製造できたとしても、精度が十分でない場合が多い。そのため、本実施態様で用いるセラミック管は、通常１０ｃｍ以上、好ましくは２０ｃｍ以上、より好ましくは２５ｃｍ以上のものであり、また、通常１００ｃｍ以下、好ましくは８０ｃｍ以下、より好ましくは７５ｃｍ以下である。また、管径についても特段限定されず、通常１ｃｍ以上、好ましくは２ｃｍ以上、また、通常１０ｃｍ以下、好ましくは５ｃｍ以下である。なお、セラミック管は、通常断面形状が円状または略円状であるが、矩形状であってもよく、多角形状であってもよく、矩形状や多角形状である場合には、その管径は最大径を意味するものとする。

本実施態様に係る接続管は、セラミック管の間に配置され、セラミック管同士をつなぐ継手の役割をするものである。
接続管の材料は、金属であれば特段限定されないが、配管として用いられる場合には、輸送する液体やスラリーの性質に応じて、耐摩耗性、耐腐食性、耐薬品性、耐熱性などの特性を有する材料を適宜選択すれば良い。そのうち、強度、耐久性、使用性の観点からは、ステンレス鋼が好ましい。

接続管は、その両端部において、セラミック管と積層する積層部を有する。接続管の積層部は、接続管の外径がその中央部よりも小さくなっており、該部分にセラミック管の端部が積層し、接続管とセラミック管が接続される。
積層部は接続管の端部に存在すれば良く、接続管の両側にセラミック管を接続する場合には、接続管の両側に積層部を設ける。積層部において外径が小さくなった差分とセラミ
ック管の厚みが同様である場合、接続管の外径とセラミック管の外径が同じ大きさとなるため、後述する樹脂による被覆が容易となる。

接続管は、後述する樹脂と係合する係合部を有することが好ましい。係合部は、セラミック管と接続管との接続部分を覆う樹脂と係合することで、樹脂と接続管との間に生じる管長手方向へのズレを抑制することができる。
係合部は、樹脂との間で係合可能なように接続部の外周部に凹凸があればよく、大きさ、形状、数は特段限定されない。例えば半円状の凸部及び凹部、三角形状の凸部及び凹部、矩形状の凸部及び凹部、その他多角形状の凸部及び凹部であってもよい。

また、接合管は、その端部にテーパ形状を有することが好ましい。テーパ形状を有することで、セラミック管と接続管の積層部に生じる段差により管中を通過する流体の流れが止まることが防止され、また、スラリーが段差で止まることで生じ得る管の詰まりを防止することが可能となる。

接続管自体の長さは、本実施態様に係るセラミック管複合体の継手となる部分の長さは特段限定されず、その積層部の長さは通常片側１ｃｍ以上、好ましくは２ｃｍ以上である。一方長すぎると、例えば分離膜の支持体用途で用いる場合には、膜を設置できない又は設置しにくい部分となるため、通常１０ｃｍ以下、好ましくは５ｃｍ以下である。また、接続管における積層部の長さは、本実施態様に係るセラミック管複合体が安定的に接続することができる程度の長さであればよく、通常片側１ｃｍ以上、好ましくは２ｃｍ以上であり、通常１０ｃｍ以下、好ましくは５ｃｍ以下である。また、接続管において、継手となる部分の長さと、積層部の長さ（両端含む）との割合を１：１０〜１０：１とすることで、安定的な接続をし得る。

本実施態様に係るセラミック管複合体は、セラミック管と接続管との接続部分が樹脂に覆われている。本実施態様に用いられる樹脂は、樹脂及び樹脂と繊維の複合体から選択される。樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、又はシリコン樹脂などが挙げられる。また、熱収縮樹脂を用いてもよい。樹脂と繊維の複合体は、これらの樹脂に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維などを含有させる。樹脂と繊維の複合体としては、ＣＦＲＰやＧＦＲＰが好ましい。

樹脂による被覆は、セラミック管と接続管とが接続部分において安定して形状を保持することに寄与する。樹脂による被覆は、セラミック管と接続管との接続部分において少なくとも存在すればよく、接続部分において外周部全てを覆うことが、形状安定のためには好ましい。
また、セラミック管複合体の長手方向における被覆幅は、接続管における積層部全体に到達していることが好ましく、積層部全体を超える幅であることが好ましい。

本実施態様に係るセラミック管複合体は、その外側に枠体を有する態様も好ましい。枠体の存在により、セラミック管複合体を屋外に配置した場合であっても、雨や風に曝されるのを防ぐことができ、セラミック管複合体の寿命を改善することができる。
また、枠体に前記説明した接続管の係合部を接続することが好ましい。このように接続管の係合部を枠体と接続することで、セラミック管複合体がたわむことなく、安定な長尺直管のセラミック管を提供することができる。

本発明の別の実施態様は、上記説明したセラミック管複合体のセラミック管上にゼオライト結晶からなるゼオライト膜を有する、ゼオライト膜−セラミック管複合体である。
ゼオライト膜は分離膜として知られているものであれば限定なく使用することが可能で
ある。例えば、ＷＯ２０１０／０９８４７３号公報や、特開２０１２−６７０９０号公報に記載のゼオライト膜を設けることが好ましい。

以下、図を用いて本発明の具体的な実施態様について説明するが、本発明は以下の具体的な実施態様にのみ、限定されるものではない。
図１〜４は、本発明の実施態様に係るセラミック管複合体の一例を示す概念図である。
図１におけるセラミック管複合体１０は、セラミック管２が接続管３を介して複数接続された構成を有する。セラミック管２は、例えばアルミナ粉末を造粒し、成形し、焼成することで得られる。焼成は、例えば３５０℃以上、好ましくは４００℃以上、より好ましくは４８０℃以上で行い、例えば９００℃以下、好ましくは８５０℃以下、より好ましくは８００℃以下、さらに好ましくは７００℃以下で行うことができる。

セラミック管２の断面は円状であり、直径が１．２ｃｍ、長さが４０ｃｍである。一方接続管３は、鉄にクロム及びニッケルを加えたステンレス管（ＳＵＳ管）である。接続管３は、その両端に積層部５を有し、中央部がセラミック管複合体の継手部分である。
積層部５は、一方の積層部が１ｃｍであり、この部分でセラミック管２と積層する。積層部５の外周部はセラミック管２の管厚と同様の厚みで凹状となっており、接続管３において積層部５の外周部と継手部分とは同じ外径となる。そのため、セラミック管２と接続管３の接続部に対し樹脂被覆を実施し易い。
樹脂被覆部４は、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）であり、セラミック管２と接続管３を固定し、その接続をより強固なものとする。そのため、用いる樹脂の強度は高いことが好ましく、ＣＦＲＰのような繊維により強度を上げた樹脂を用いることが好ましい。また、熱収縮樹脂を用いることで、加熱により樹脂被覆部４がセラミック管２及び接続管３に強固に被覆されるため、好ましい。
また、セラミック管複合体１０は、セラミック管の外側に枠体１を有する。枠体１により、屋外の使用において用いる際の耐候性が向上する。

図２は、本実施態様における接続管３の変形例であり、接続管３はその外周部に樹脂被覆部４と係合する係合部６を有する。このように接続管３に係合部６を設け、樹脂被覆部４と係合することで、セラミック管複合体１０の管長手方向へのズレや、管周方向への回転を防ぐことができる。
係合部６は樹脂被覆部４と係合できれば良く、樹脂被覆部４を貫通しても良い。
例えば図３においては、係合部６は樹脂被覆部４を貫通し、枠体１と結合する。このような態様により、セラミック管複合体１０が長尺となった際であっても撓むことなく、精度の高い長尺セラミック管複合体１０を得ることができる。係合部６と枠体１の結合は、図３（ｂ）に示すように、例えば４箇所とすることができる。

図４も、本実施態様における接続管３の変形例であり、積層部５の端部がテーパ形状を有する。このような態様により、セラミック管複合体１０の管内を流体が通る際に、積層部５により流れを止めることなく、スムーズな流れを実現できる。また、流体の粘度が高い場合や無機物を含んだスラリーの場合に、積層部５により詰まりが生じることを防止することができる。

１０ セラミック管複合体
１ 枠体
２ セラミック管
３ ＳＵＳ接続管
４ 樹脂被覆部
５ 積層部
６ 係合部
７ テーパ形状

Claims (5)

1. 複数のセラミック管、及び該複数のセラミック管間に配置され、該複数のセラミック管と接続される接続管、を有し、該セラミック管と接続管との接続部分が樹脂で被覆されたセラミック管複合体であって、
   前記接続管は金属からなり、かつ、接続管の両端部において前記セラミック管と積層する積層部を有する、セラミック管複合体。
2. 前記接続管は、その外周部に前記樹脂と係合する係合部を有する請求項１に記載のセラミック管複合体。
3. セラミック管の外部に枠体を有し、前記係合部の先端が該枠体と接続される、請求項２に記載のセラミック管複合体。
4. 前記接続管は、積層部の端部にテーパ形状を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のセラミック管複合体。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のセラミック管複合体のセラミック管上に、ゼオライト結晶からなるゼオライト膜を有する、ゼオライト膜−セラミック管複合体。

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