JP2016519740A - 空所をシールする材料及び方法 - Google Patents

Abstract

異なる温度挙動を有する原料から形成されている構造部材間の空所をシールするための、膨張マットを含有する材料であって、該膨張マットが全面的に、プラスチックフィルム中へパックされており、かつ該プラスチックフィルムが境界をなし、かつ該膨張マットを含有する内部空間が、真空排気されていることを特徴とする材料が提案される。

Description

本発明は、空所をシールする材料並びに方法に関する。

構造部材間の空所を埋めること、該構造部材間の確実な機械的締結(mechanische Halterung)を達成すること並びにこれらを相互にシールすることがしばしば必要である。これは、該構造部材が、互いに異なる性質を有する、特に異なる温度挙動を有する原料から形成されている場合に、特に問題となりうる。例えば、セラミック原料の温度挙動は、金属原料とは極端に異なる。物質の温度挙動、すなわち、温度変化の際のその寸法の変化に関する挙動は通常、その熱による膨張係数又は熱膨張係数により記載される。

金属原料製の構造部材に対するセラミック原料製の構造部材のシールの問題は、例えば高温反応器において生じる。この種の反応器中で、しばしば、触媒床(Katalysatorschuettungen)は、金属かご中に置かれており、該かごは、支えとなる構造部材、特に反応器壁に対してシールされなければならない。高温反応器中で、しばしばセラミック内部品、例えばモノリスも使用される。該反応器断面は、円形又は多角形であってよい。かご中に置かれた該触媒床もしくは該モノリスは、反応器壁に向かってシールされなければならない。

このためには、いわゆる膨張マット、すなわち温度上昇の際に膨張する（膨潤する）平面状挿入物(flaechige Einlagen)が有利であることが判明している。膨張マットは通例、ケイ酸塩、例えばケイ酸アルミニウム、膨張雲母、例えばバーミキュライト及び有機バインダーから構成されている。

膨張マットは、例えば3M社から商標名INTERAM^{(登録商標)}で販売されている。

しかしながら、具体的な適用範囲における温度上昇による公知の膨張マットの体積拡大はしばしば、不十分なシールをもたらすに過ぎない。特に、単独では、それによっては、十分な保持力に必要な固定(Verspannung)を達成することができない。

ゆえに、本発明の課題は、極端に異なる温度挙動を有する原料製でもある、構造部材間の空所を確実にシールし、かつ確実な機械的締結を保証するのに適しており、前記の欠点を有さず、かつ構造部材の単純な組込み又は組立てを、固定せずに確実な締結を伴い可能にする、材料を提供することであった。

前記課題は、膨張マットを含有し、２つの構造部材間の空所をシールする材料により解決され、その際に、該膨張マットが全面的に、プラスチックフィルム中へパックされており(eingeschweisst)、かつ該プラスチックフィルムが境界をなし、かつ該膨張マットを含有する内部空間が、真空排気されている。

特に、２つの該構造部材は、異なる温度挙動を有する原料から形成されているか、又は同じ原料ではあるが、互いに異なる温度を有する原料から形成されている。

該膨張マットを含有する内部空間の真空排気により、同じ膨張マットがその当初の厚さに比べて、通例、５０％超圧縮され、その際に、該膨張マットの当初の長さ及び幅は不変のままである。該真空排気された膨張マットにおいて、指で押した後に、事実上へこみが残らない。

膨張マットは、約３〜２０ｍｍの範囲内、好ましくは約５〜１０ｍｍの範囲内の厚さを有するシート状構造物(flaechenfoermige Gebilde)である。

該膨張マットの幅及び長さは、製造技術的に制約されており、かつそれぞれ、約０．５〜５ｍの範囲内である。膨張マットの典型的な寸法は１．２０ｍ×４ｍである。

膨張マットは通例、ケイ酸塩、好ましくは繊維形態で、例えばケイ酸アルミニウムと、膨張雲母、すなわち、温度上昇の際に膨張する材料、例えば無毒のバーミキュライトと、有機バインダーとから構成されている。膨張マットは、例えば3M社から商標名INTERAM(登録商標)で販売されている。

しかしながら、該有機バインダーは、一連の不利な性質を有し、特にこれらは、揮発分の蒸発による有害臭、並びに触媒の被毒をまねく。ゆえに、ますます、より低い含有率の有機バインダー、該膨張マットの全質量を基準として、昔は約１２〜１４質量％から、今や約２〜５質量％、特に３〜４質量％への、有機バインダーを有する膨張マットが必要とされる。

しかしながら、より低い含有率の有機バインダーにより、該膨張マットは、ぼろぼろに砕けやすくなり、あまり良好に塑性変形しなくなり、かつより取り扱いにくくなる。

該有機バインダーは、該膨張マットの全質量を基準として２〜１５質量％の割合で、しかしながら、該膨張マットの全質量を基準としてそれぞれ、好ましくは２〜８質量％、特に好ましくは３〜４質量％の割合で、含まれていてよい。

好ましい実施態様において、該有機バインダーは、有機ポリマー繊維の形態で、特に２つ以上の溶融範囲を有する有機ポリマー繊維の形態で存在する。

ケイ酸塩繊維と、膨張雲母と、有機ポリマー繊維とを含有する膨張マットが特に有利である、それというのも、該マットは、弾力のある性質を有し、ひいては空所が埋められるべきである構造部材間の固定による傑出したシールを保証するからである：
温度上昇の際に、その第一又は唯一の溶融範囲に達すると直ちに、該有機ポリマー繊維が溶融し始め、かつ繊維形態で存在しているケイ酸塩を架橋させる（接着させる）。該ケイ酸塩繊維は、それにより、空所を有する繊維骨格を形成し、該空所に該膨張雲母が挿入されている。高められた温度で、該膨張雲母は、該繊維骨格に応力を与え、かつこの繊維骨格を膨張させる。その温度が再び下がる場合に、該膨張雲母はその体積を低下させるが、しかしながら該繊維骨格は、その応力を大体においてなお維持する。

特に有利であるのは、２つ以上の溶融範囲を有する有機ポリマー繊維である：より低い溶融範囲、例えば：概ね５００℃を有する有機ポリマー繊維の第一部分が、まず最初に、一部の該ケイ酸塩繊維が架橋することにより粗大構造を形成し；例えば約７００〜８００℃への、更なる温度上昇の際に、有機ポリマー繊維の更なる部分が溶融し、かつ更なるケイ酸塩繊維を架橋させるので、更に応力が加わる。それにより、結合すべき構造部材間のそれぞれ必要な固定を保証することができる。

好ましくは、該膨張マット中の該有機ポリマー繊維の割合は、該膨張マットの全質量を基準としてそれぞれ、２〜８質量％、特に好ましくは３〜４質量％である。

けれども、該膨張マットが本発明によれば全面的にプラスチックフィルムで包まれることによって、これらの欠点は取り除かれ、かつ必要とされるより低いバインダー含有率を有するマットも、単純な方法で取り扱うことができ、かつ該空所へ、それらを埋めながら導入することができる。

本発明によれば、該膨張マットは全面的に、プラスチック製のフィルムの中へ包み込まれ、該プラスチックは、特に１種以上のポリアミドから、好ましくはポリアミドとポリエチレン及び／又はポリプロピレンとの混合物から、形成されている。

該マットを包むために、好ましくは、一方の面が構造化され、完全に滑らかではない表面を有するプラスチックフィルムが使用され；該マットは、該プラスチックフィルムで、その構造化された面がマットの方へ向いているように包まれる。それにより、その真空引きが容易になる、それというのも、該プラスチックフィルムの互いに向かい合っている構造化された内面の間に、相互に支える微細な表面構造により、空気を吸い込むことができる空所が形成されるからである。それに反して、完全に平らな面は、互いに付着し、かつ該内部空間の真空排気を困難にするであろう。

該膨張マットが、該プラスチックフィルムの中へ包み込まれた後に、該プラスチックフィルムにより包囲され、かつ該膨張マットを含有する内部空間が真空排気される。

特に、該膨張マットを含有し、かつ該プラスチックフィルムにより包囲された内部空間は、６０ｍｂａｒ以下の真空が適用される。

その真空解除(Entvakuumieren)により、該膨張マットは、真空排気された状態のその厚さの二倍まで伸びる。それにより、該組立てに提供される構造部材を、ゆるく、遊びを有して、力を加えずに、組み立てることが可能であり、その際にそれにもかかわらず、真空解除の際に伸びる膨張マットが、該構造部材を確実に固定することが保証されている。

該膨張マットを含有する内部空間は、単純な方法で、該プラスチックフィルムに穴を開けるか又は切れ目を入れることによって、真空解除することができる。

付加的又は選択的に、該プラスチックフィルムにより包囲され、かつ該膨張マットを含有する内部空間は、該プラスチックフィルムが燃焼する高められた温度に該膨張マットが晒されることによって、真空解除することができる。

好ましくは、長方形の相欠きはぎ(Stufenfalz)を有するかもしくは長方形のさねはぎシステム(Nut-Feder-System)における真空排気された個々の膨張マットが一列に並んでいるので、該結合の密封性が保証されている。

２枚以上の膨張マットを相互に重ね合わせ、かつこのパッケージを引き続き１枚のプラスチックフィルムに包み、かつ真空排気することも可能である。それにより、より大きな空所を埋めるためのより単純な組込みを達成することができる。

該膨張マットは、その表側で補強されていてよいので、その摩耗は低下されるか又は防止される。

好ましい実施態様において、２枚以上の膨張マットを含み、機械的安定化のためのそれぞれ２枚の直接連続した膨張マット間に中間層を有する、多層複合材料が提供される。中間層として、特に多孔板又はシーブが使用される。

該中間層は、特に０．３〜１ｍｍの厚さを有する。

該中間層は、特に約２５〜５０％の開口率を有する。

該中間層用の原料として、好ましくは合金鋼又はアルミニウムが使用される。

該中間層は、好ましくは変形可能な材料から、特に金属から形成されているので、その変形により多様な所望の形態が安定に生成されうる。

それぞれ２枚の連続した膨張マット間に中間層を有する２枚以上の膨張マットを含む該多層複合材料は、個々の該膨張マットと同様にして１枚のプラスチックフィルムで全面的に包まれ、かつ真空排気される。

該多層複合材料は、特に該材料の機械的安定性がより大きな役割を果たす使用目的に、例えば円筒形反応器中の平行六面体の構造部材をシールするのに、適している。

特に有利であるのは、防火が重要な役割を果たす分野において、例えば煙突シールのため又は燃焼室用の流入路及び流出路の、特に大きな内燃機関の又は排ガス浄化用装置における、シールのための使用でもある。

本発明によるシール材料の使用により、管と、他の構造部材、例えば建築物における壁又は天井との単純な結合、又は燃焼室、特に内燃機関の構造部材の単純な結合も可能である：結合されうる構造部材は単に、一緒に押しばめ(zusammengesteckt)され、かつその間の空所が本発明によるシール材料で埋められる。温度上昇の際に、例えば火災のために、該プラスチックフィルムが溶融し、その中に閉じ込められた材料が伸び、その際に、確実なシールを保証する。それにより、能動的な防火が保証される。該構造部材の溶接は不必要である。

本発明の対象は、白金網上でのアンモニアの触媒燃焼による硝酸を製造するための円筒形反応器中での前記の材料の使用でもあり、該網は、該反応ガス混合物中の亜酸化窒素を減損するための触媒床上に載っており、その際に、該触媒床は、環状間隙を保ちながら反応器内部空間中に同心に配置されている触媒かご中に導入されており、かつ該環状間隙をシールする材料は、該触媒かごと、該環状間隙の外側境界との間に配置されている。

該環状間隙の外側境界は、金属エプロンであってよい。

別の実施態様において、該環状間隙の外側境界は、該反応器内壁である。

特に該金属エプロン又は該反応器内壁中での、該触媒かごと、該外側境界との間の環状間隙はしばしば幅が異なり、通例、１５〜５０ｍｍであるので、それを埋めるために、好ましくは複数の膨張マットを、ずらして又はずらさずに、相互に重ね合わせる。

更に好ましくは、異なる厚さを有する膨張マットを使用することができ、特に、まず最初に真空排気されておらず、その後に真空排気される膨張マットを、該環状間隙中へ挿入することができる。

膨張マットの組込みにより、１０００００トン／年の生産能力を有する硝酸の大工業的製造用反応器について、気候にダメージを与える亜酸化窒素の放出を、３０％低下することができた。

本発明の対象は、中にバーナーが配置されている管の外壁を断熱するための前記の材料の使用でもあり、その際に、該材料が好ましくは、断熱されうる管よりも小さい直径を有する補助管の外壁上へ適用され、該管は、断熱されうる管中へ挿入される。

本発明の対象は、五酸化バナジウムを含有する触媒上での二酸化硫黄から三酸化硫黄へ酸化するための棚段接触炉(Hordenkontaktofen)中での前記の材料の使用でもあり、該触媒は、それぞれ２つの連続した棚段間の中間冷却を伴う、２、３、４又はそれ以上の相互に重なり合って配置される棚段中へ導入されており、その際に、該材料は、該棚段の外側境界と、該棚段接触炉の内壁との隙間をシールするために使用される。

二酸化硫黄から三酸化硫黄への酸化は、硫酸の製造における本質的な中間工程であり；このためには、今日では、専ら接触法が使用され、その際に、五酸化バナジウムが、酸素を移動させる触媒として使用される。触媒を含んでいる該棚段を該反応器内壁に対して本発明によりシールすることにより、該二酸化硫黄のバイパスが防止されるので、高められた収率が保証される。

本発明は、以下に、図面に基づきより詳細に説明される。詳細には以下に示される通りである：

真空排気前の膨張マット（図１Ａ）及び真空排気後の同じ膨張マット（図１Ｂ）の好ましい実施態様を示す概略図。 相欠きはぎを有する膨張マットの好ましい接合を示す概略図。 図３Ａにおける横断面図を伴う、膨張マットから形成される本発明による材料を示す概略図。 図４Ａにおける横断面図を伴う、膨張マットと、酸化物繊維製の繊維マットとを含む本発明による材料の好ましい実施態様を示す図。 図５Ａにおける横断面図を伴う、表側に補強材料を有する膨張マットを含む本発明による材料の更に好ましい実施態様を示す図。 機械的安定化のための中間層を有する本発明による膨張マットの更に好ましい実施態様を示す図。 機械的安定化のための中間層を有する本発明による膨張マットの更に好ましい実施態様を示す図。 好ましくは３枚の相互に重なり合って配置された膨張マットを有する、真空排気前並びに図８Ａにおける真空排気後の、本発明による材料の更に好ましい実施態様を示す図。 該反応器の横断面図及び図９Ａにおける縦断面図における、該触媒床を該反応器内壁に対してシールするための本発明による材料の好ましい使用を示す概略図。 該反応器の横断面図及び図１０Ａにおける縦断面図における、モノリスを該反応器内壁に対してシールするための本発明による材料の更に好ましい使用を示す概略図。 天井開口部用又は煙突シール用の本発明による材料の好ましい使用を示す概略図。 管結合をシールするため、例えば燃焼室における接続部のための、本発明による材料の更に好ましい使用を示す概略図。

図１Ａは、プラスチックフィルムで包む前の、厚さａを有し、直角Ｚ形ステップの形態の膨張マット１の好ましい実施態様を略示的に示す。

図１Ｂには、同じ膨張マット１が示されているが、しかしながら、示されていないプラスチックフィルムで包み、かつ該内部空間を真空排気した後のものであり、それにより、該膨張マットの厚さは、ａ／２の値に低下される。

図２は、直角ステップ状になっている２枚の膨張マット１を、直角の相欠きはぎを用いて組み立てるための好ましい実施態様を示し、該相欠きはぎは、該組立ての密封性を保証する。

図３における概略図は例示的に、図１Ａにおける平面Ａ−Ａにおける横断面図を伴う、平面状挿入物の形態の膨張マット１からなる本発明による材料を示す。

図４は、図２Ａにおける平面Ｂ−Ｂにおける横断面図を伴い、膨張マット１と、酸化物繊維製の繊維マット２とから形成され、それらの主表面で互いに結合されている、本発明による材料の更に好ましい実施態様を示す。

図５は、図５Ａにおける横断面図を伴う、膨張マット１から形成され、その表側に補強材料４を有する本発明による材料の好ましい実施態様を略示的に示す。

図６及び７は、複合材料として、該多層複合材料の機械的安定化のために、２枚の連続した膨張マット１間の中間層３を含む本発明による材料の更に好ましい実施態様を示す。

図８は、プラスチックフィルムで包む前かつ該内部空間の真空排気前もしくは図８Ａにおいて、示されていないプラスチックフィルムで包んだ後かつ該内部空間の真空排気後の、例示的に３枚の膨張マット１が相互に重なり合って配置されている好ましい実施態様を示す。

図９は、該反応器の横断面図における、図９Ａにおける縦断面図を伴う、反応器の内壁５に対して、触媒床８をシールするための本発明による材料１の好ましい使用の概略図を示し、その際に、図９Ａにおいて付加的に、該触媒床を含んでいる触媒かご６並びにそのためのサポートグリッド７が識別できる。

図１０は、該反応器の横断面図における、図１０Ａにおける縦断面図を伴う、反応器の内壁５に対して、モノリス９をシールするための本発明による材料１の更に好ましい使用の概略図を示し、その際に、図１０Ａにおいて付加的に、サポートグリッド７、上敷シーブ(Auflagesieb)１０並びに中間層１１が識別でき、その際に、中間層１１は、開口部を有する材料から形成されており、該開口部は、図１０Ａにおいて矢印により表示されており、該反応器を上から下へ向けられて通るガス流が、該モノリスのチャネルにより生じることができ、かつこれらが、上敷シーブ１０により閉じ込められないように寸法決めされている。

図１１は、金属管１３による略示的に表示された天井１２を通る開口部をシールするための、膨張マット１を含有する本発明による材料の好ましい使用の概略図を示す。

図１２は、高められた温度に晒される管１３間の管結合の更に好ましい使用を略示的に示す。

１ 膨張マット、 ２ 繊維マット、 ３ 中間層、 ４ 表側の補強材料、 ５ 反応器内壁、 ６ 触媒かご、 ７ サポートグリッド、 ８ 触媒床、 ９ モノリス、 １０ 上敷シーブ、 １１ 中間層、 １２ 天井、 １３ 管

Claims (20)

1. 膨張マット（１）を含有し、２つの構造部材間の空所をシールする材料であって、該膨張マットが全面的に、プラスチックフィルム中へパックされており、かつ該プラスチックフィルムが境界をなし、かつ該膨張マットを含有する内部空間が、真空排気されていることを特徴とする、材料。
2. ２つの該構造部材が、異なる温度挙動を有する原料から形成されているか、又は同じ原料ではあるが、互いに異なる温度を有する原料から形成されている、請求項１記載の材料。
3. 該膨張マット（１）が、膨張雲母と、ケイ酸塩と、有機バインダーとを含有する、請求項１又は２記載の材料。
4. 該膨張マットが、該有機バインダーを、該膨張マット（１）の全質量を基準としてそれぞれ、２〜１５質量％、好ましくは２〜８質量％、更に好ましくは３〜４質量％の割合で含有する、請求項３記載の材料。
5. 該ケイ酸塩がケイ酸アルミニウムである、請求項３又は４記載の材料。
6. 該膨張雲母がバーミキュライトである、請求項３から５までのいずれか１項記載の材料。
7. 該材料が膨張マット（１）からなる、請求項１から６までのいずれか１項記載の材料。
8. 該材料が、膨張マット（１）に加え、酸化物繊維製の繊維マット（２）を含む複合マットであり、その際に、該膨張マット（１）及び酸化物繊維製の該繊維マット（２）は、それぞれシート状構造物であり、それらの主表面で互いに結合されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の材料。
9. 該複合マットが、それぞれ１枚の膨張マット（１）と、それぞれ１枚の酸化物繊維製の繊維マット（２）との複数の連続した層を含む、請求項８記載の材料。
10. 該材料が、２枚以上の膨張マット（１）を含み、それぞれ２枚の直接連続した膨張マット（１）の間に、多層複合材料の機械的安定化を生じさせる中間層（３）を有する、多層複合材料として形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の材料。
11. 中間層（３）が、多孔板又はシーブから形成されている、請求項１０記載の材料。
12. 該プラスチックフィルム用のプラスチックとして、１種以上のポリアミド又は１種以上のポリアミドと、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンとの混合物が使用される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の材料。
13. 該プラスチックフィルムが、その一方の面で構造化されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の材料。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の材料を使用して、２つの構造部材間の空所をシールする方法であって、該材料が、該構造部材間の空所中への組込み後に、真空解除されることを特徴とする、空所をシールする方法。
15. 該材料が、該プラスチックフィルムに穴を開けるか又は切れ目を入れることによって、又は温度を該プラスチックフィルムが燃焼する値に高めることによって、真空解除される、請求項１４記載の方法。
16. 反応ガス混合物中の亜酸化窒素の減損のための触媒床上に載っている白金網上でのアンモニアの触媒燃焼により硝酸を製造するための円筒形反応器中での請求項１から１３までのいずれか１項記載の材料の使用であって、該触媒床が、環状間隙を保ちながら、反応器内部空間中に同心に配置されている触媒かご中に導入されており、かつ該環状間隙をシールするための材料が、該触媒かごと、該環状間隙の外側境界との間に配置されている、前記材料の使用。
17. 該環状間隙の外側境界が、金属エプロンである、請求項１６記載の使用。
18. 該環状間隙の外側境界が、該反応器内壁である、請求項１６記載の使用。
19. 中にバーナーが配置されている管の外壁を断熱するための請求項１から１３までのいずれか１項記載の材料の使用であって、該材料が好ましくは、断熱されうる管よりも小さい直径を有する補助管の外壁上に適用され、該管が断熱されうる管中へ挿入される、前記材料の使用。
20. ２、３、４又はそれ以上の相互に重なり合って配置された棚段中へ導入されている、五酸化バナジウムを含有する触媒上での二酸化硫黄から三酸化硫黄への酸化のための、それぞれ２つの連続した棚段間の中間冷却を伴う棚段接触炉における請求項１から１３までのいずれか１項記載の材料の使用であって、該材料を、該棚段の外側境界と、該棚段接触炉の内壁との間の隙間をシールするのに使用する、前記材料の使用。

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