JP2018100781A - Manufacturing method of heat reservoir and heat reservoir - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a spherical heat reservoir made of ceramic that is suitable for mass-production and can be easily manufactured regardless of its large diameter.SOLUTION: A plastic, cylindrical forming body 10a is formed from a forming raw material that becomes a porous ceramics sintered body by burning, and outer force is operated from a plurality of variable directions, thus plastically deforming and making spherical individual forming bodies. By sintering a spheroidized forming body 10b to form a heat reservoir substrate, a surface is covered with a filling material containing at least one of a glassy filler that becomes glass by heating and a ceramics filler containing oxide ceramics, and a filling material is allowed to penetrate toward the inside, thus forming a three-layer structured heat reservoir comprising a porous layer at the center, a covering layer in which the surface is covered with the filling material, and an inclined layer in which a ratio of non-filled pores continuously decreases toward the covering layer from a porous layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、セラミックス製の蓄熱体の製造方法、及び、該製造方法により製造される蓄熱体に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic heat storage body, and a heat storage body manufactured by the manufacturing method.

蓄熱式バーナ(リジェネバーナ)を使用した装置など熱交換式の装置において、熱交換部に充填されるセラミックス製の蓄熱体として、従前より球状のアルミナ(アルミナボール)が多用されている(例えば、特許文献1参照)。球状の蓄熱体は、投入することによって、容易に多数を熱交換部に充填することができる。特に、小型の装置の熱交換部は、作業者が入ることができないサイズであることが多く、蓄熱体を出し入れするための開口から熱交換部の奥まで、作業者の手が届きにくいことも多い。そのような場合、蓄熱体を並べたり積み重ねたりする作業を要することなく、投入することによって自ずと転がって熱交換部に充填される球状である利点は大きい。   In a heat exchange type device such as a device using a regenerative burner (regenerative burner), spherical alumina (alumina balls) has been frequently used as a ceramic heat storage body filled in the heat exchange section (for example, Patent Document 1). A large number of spherical heat accumulators can be easily filled in the heat exchange section. In particular, the heat exchanging part of a small device is often a size that an operator cannot enter, and it is difficult for the operator to reach from the opening for putting in and out the heat storage body to the back of the heat exchanging part. Many. In such a case, there is a great advantage that it is a spherical shape that automatically rolls and fills the heat exchanging portion when it is thrown in, without requiring the work of arranging and stacking the heat storage elements.

球状のセラミックス焼結体は、従来、半球状の金型を二つ使用して一軸加圧により予備成形をしてから、等方圧加圧成形をすることによって、球に近い形状の成形体を作製し、焼成した後、研磨によって球形に加工する方法で製造されている。この製造方法では、予備成形の際に二つの型の間に隙間を設ける必要があることから、焼成体の円周方向に帯状の突起が不可避に残存し、これを研磨によって除去しなくてはならない。セラミックスの焼結体は非常に硬度が高いため、この帯状の突起を除く作業が困難である。また、予備成形の後に等方圧加圧成形を行うのは、成形型が球に近い形状の場合は一軸加圧では成形体に作用する圧力が不均一となるためであるが、等方圧加圧成形を行うためには、成形体をゴム等の柔軟な袋に入れて脱気する必要がある等、作業が煩雑で効率が悪い。そのため、この製造方法は大量生産に適していない。   Spherical ceramic sintered bodies have been formed in a shape close to a sphere by using two hemispherical molds and preforming them by uniaxial pressing, followed by isostatic pressing. Is manufactured by firing and then processed into a spherical shape by polishing. In this manufacturing method, since it is necessary to provide a gap between the two molds during the preforming, band-shaped protrusions inevitably remain in the circumferential direction of the fired body, and this must be removed by polishing. Don't be. Since the ceramic sintered body has a very high hardness, it is difficult to remove the band-like protrusions. In addition, the isotropic pressure molding is performed after the pre-molding because the pressure acting on the molded body becomes non-uniform in the case of the uniaxial pressing when the mold has a shape close to a sphere. In order to perform pressure molding, it is necessary to put the molded body in a flexible bag such as rubber and deaerate, and the work is complicated and inefficient. Therefore, this manufacturing method is not suitable for mass production.

また、球状のセラミックス焼結体の製造方法として、転動造粒法で球状に成形した後、焼成するという方法も実施されている。転動造粒法は、回転ドラム型造粒機や回転皿型造粒機を使用し、セラミックス粉末をバインダと共に回転させ、粉末粒子同士を衝突させて凝集させ、雪だるま式に粒子を成長させる方法である。粒子の成長の核となる微粒子を、添加する場合もある。この製造方法では、大径の球とすることが困難であり、直径が10mm以上の球を製造することは実際的ではないと言われている。   In addition, as a method for producing a spherical ceramic sintered body, a method of forming a spherical shape by a rolling granulation method and then firing it is also carried out. The rolling granulation method uses a rotating drum type granulator or a rotating dish type granulator, rotates ceramic powder with a binder, collides the powder particles with each other, aggregates them, and grows the particles in a snowball style It is. In some cases, fine particles that become the core of particle growth are added. According to this manufacturing method, it is difficult to obtain a large-diameter sphere, and it is said that it is not practical to manufacture a sphere having a diameter of 10 mm or more.

特開2003−343829号公報JP 2003-343829 A

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、球状のセラミックス製の蓄熱体の製造方法であって、大量生産に適していると共に、大径であっても容易に製造することができる蓄熱体の製造方法、及び、該製造方法により製造される蓄熱体の提供を、課題とするものである。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention is a method of manufacturing a spherical ceramic heat storage body, which is suitable for mass production and is capable of being easily manufactured even with a large diameter. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a heat storage body manufactured by the manufacturing method.

上記の課題を解決するため、本発明にかかる蓄熱体の製造方法(以下、単に「製造方法」と称することがある)は、
「球状のセラミックス製の蓄熱体の製造方法であって、
焼成により多孔質セラミックス焼結体となる成形原料で、可塑性を有する円柱状の成形体を成形し、
円柱状の該成形体に一定ではない複数の方向から外力を作用させることにより、前記成形体の複数を合体させることなく、個々の前記成形体をそれぞれ塑性変形させて球状化し、
球状化された前記成形体を焼成することにより蓄熱体基体とした後、
加熱によりガラスとなるガラス質充填剤、及び、酸化物セラミックスを含有するセラミックス質充填剤の少なくとも一方を含有する充填材料で、前記蓄熱体基体の表面を被覆し、且つ、前記蓄熱体基体の内部に向かって前記充填材料を浸入させることにより、
前記蓄熱体基体の中心部において気孔が前記充填材料で充填されていない多孔質層、前記蓄熱体基体の表面を前記充填材料が被覆している被覆層、及び、前記多孔質層から前記被覆層に向かって前記充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有する蓄熱体とする」ものである。
In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a heat storage body according to the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “manufacturing method”)
“A method for producing a spherical ceramic heat storage element,
With a forming raw material that becomes a porous ceramic sintered body by firing, a cylindrical formed body having plasticity is formed,
By applying an external force from a plurality of non-constant directions to the cylindrical molded body, the respective molded bodies are plastically deformed and spheroidized without uniting a plurality of the molded bodies,
After making the spheroidized shaped body into a heat storage body base by firing,
The surface of the heat storage substrate is covered with a filler containing at least one of a glassy filler that becomes glass upon heating and a ceramic filler containing oxide ceramics, and the interior of the heat storage substrate By infiltrating the filler material towards
A porous layer in which pores are not filled with the filling material at the center of the heat storage body substrate, a coating layer in which the filling material covers the surface of the heat storage body substrate, and the coating layer from the porous layer to the coating layer The heat accumulator has an inclined layer in which the proportion of pores not filled with the filler material is continuously reduced toward the "."

本発明では、可塑性を有する円柱状の成形体に、一定ではない複数の方向から外力を与えて塑性変形させることによって球状化する。そのため、球状化の工程が簡易であり、大量生産に適している。また、球状の蓄熱体を大径としたい場合は、円柱状の成形体の直径及び高さを大きくすればよいため、大径であっても容易に製造することができると共に、大きさの調整が容易である。   In the present invention, the cylindrical molded body having plasticity is spheroidized by applying an external force from a plurality of non-constant directions to cause plastic deformation. Therefore, the spheronization process is simple and suitable for mass production. In addition, when it is desired to increase the diameter of the spherical heat storage body, it is only necessary to increase the diameter and height of the cylindrical molded body, so that even a large diameter can be easily manufactured and the size can be adjusted. Is easy.

更に、仮に蓄熱体基体が緻密質であると、使用の際の蓄熱及び放熱に伴う熱膨張及び熱収縮によって、亀裂や割れが生じやすい。これに対し本構成では、蓄熱体基体を構成するセラミックス焼結体を多孔質としているため、熱膨張及び熱収縮が気孔で吸収され、蓄熱及び放熱に伴う亀裂や割れの発生を抑制することができる。   Furthermore, if the heat storage substrate is dense, cracks and cracks are likely to occur due to thermal expansion and contraction associated with heat storage and heat dissipation during use. On the other hand, in this configuration, since the ceramic sintered body constituting the heat storage base is made porous, thermal expansion and thermal contraction are absorbed by the pores, and it is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks accompanying heat storage and heat dissipation. it can.

一方、蓄熱体基体が多孔質であるため、緻密質である場合に比べて機械的強度が低下するおそれがある。特に、本発明では、投入によって蓄熱体を配置スペースに充填することを想定しているため、機械的強度が低いことは問題である。加えて、機械的強度が低い場合は、気孔で熱膨張及び熱収縮を吸収したとしても、僅かな熱膨張及び熱収縮でも亀裂や割れを生じることにより、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。そこで、本構成では、蓄熱体基体の中心部では気孔を残し、その外側では気孔を部分的に充填材料で充填し、且つ、蓄熱体基体の表面を充填材料で被覆する。これにより、中心部で残存する気孔に熱膨張及び熱収縮を吸収する作用を発揮させながら、気孔を部分的に充填している充填材料、及び、蓄熱体基体の表面を被覆している充填材料で、蓄熱体の機械的強度が高められる。これにより、設置スペースに投入しても亀裂や割れの生じにくく、耐熱衝撃性に優れる蓄熱体を製造することができる。   On the other hand, since the heat storage substrate is porous, the mechanical strength may be reduced as compared with a dense case. In particular, in the present invention, since it is assumed that the heat storage body is filled in the arrangement space by charging, it is a problem that the mechanical strength is low. In addition, when the mechanical strength is low, even if thermal expansion and thermal contraction are absorbed by the pores, thermal shock resistance may be reduced by causing cracks and cracks even with slight thermal expansion and thermal contraction. Therefore, in this configuration, the pores are left in the central portion of the heat storage body base, the pores are partially filled with the filling material on the outer side, and the surface of the heat storage body base is covered with the filling material. Accordingly, the filling material partially filling the pores and the filling material covering the surface of the heat storage body base while exhibiting the action of absorbing the thermal expansion and contraction in the pores remaining in the central portion Thus, the mechanical strength of the heat storage body is increased. Thereby, even if it puts in an installation space, it is hard to produce a crack and a crack, and the thermal storage body excellent in thermal shock resistance can be manufactured.

加えて、気孔が充填材料で充填されていない多孔質層と、充填材料で被覆されている被覆層との間の層は、多孔質層から被覆層に向かって充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層である。そのため、熱膨張及び熱収縮を気孔で吸収する作用の大きさが、蓄熱体の深さ方向で急激に変化することがなく徐々に変化するため、熱膨張及び熱収縮に起因する亀裂や割れがより効果的に抑制される。   In addition, the layer between the porous layer in which the pores are not filled with the filling material and the coating layer coated with the filling material is a pore that is not filled with the filling material from the porous layer toward the coating layer. It is a graded layer in which the ratio of is decreasing continuously. Therefore, since the magnitude of the action of absorbing thermal expansion and contraction in the pores changes gradually without abruptly changing in the depth direction of the heat storage body, cracks and cracks due to thermal expansion and contraction are not caused. More effectively suppressed.

また、蓄熱体において最外層である被覆層は、加熱によりガラスとなるガラス質充填剤、及び、酸化物セラミックスを含有するセラミックス質充填剤の少なくとも一方を含有する充填材料の層である。そのため、蓄熱体基体を構成するセラミックスを非酸化物セラミックスとしても、高温の酸化性雰囲気下での使用の際に、酸素との接触が被覆層によって遮断され、酸化の進行を抑制することができる。これにより、共有結合性が高く、酸化物セラミックスに比べて硬度が高く熱的特性に優れている非酸化物セラミックスで、蓄熱体基体を構成させることができる。   Moreover, the coating layer which is the outermost layer in the heat storage body is a layer of a filler material containing at least one of a glassy filler that becomes glass by heating and a ceramic filler containing oxide ceramics. Therefore, even when the ceramic constituting the heat storage body is made of non-oxide ceramic, contact with oxygen is blocked by the coating layer during use in a high-temperature oxidizing atmosphere, and the progress of oxidation can be suppressed. . Thereby, a heat storage body base | substrate can be comprised with the non-oxide ceramics which are high in covalent bond, are hard compared with oxide ceramics, and are excellent in thermal characteristics.

なお、充填材料が加熱によりガラスとなるガラス質充填剤を含む場合は、蓄熱体の使用時の加熱によってガラスが軟化する。そのため、使用の際に仮に亀裂が発生しても、軟化したガラスが塑性変形してそれを埋めるため、亀裂が伸展して破壊に至ることが抑制されるという利点を有している。   In addition, when a filling material contains the vitreous filler used as glass by heating, glass softens by the heating at the time of use of a thermal storage body. Therefore, even if a crack occurs during use, the softened glass is plastically deformed to fill it, so that the crack is prevented from extending and breaking.

次に、本発明にかかる蓄熱体は、
「多孔質セラミックス焼結体からなり、少なくとも三つの異なる方向から見たときの二次元形状の円形度がそれぞれ0.86〜0.90である蓄熱体基体と、
ガラス及び酸化物セラミックスの少なくとも一方を含有する充填材料が、前記蓄熱体基体の表面を被覆している被覆層と、を具備しており、
前記蓄熱体基体は、気孔が前記充填材料で充填されていない多孔質層を中心部に有していると共に、前記多孔質層から前記被覆層に向かって前記充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有している」ものである。
Next, the heat storage body according to the present invention is:
"A heat storage body substrate made of a porous ceramic sintered body and having a two-dimensional circularity of 0.86 to 0.90 when viewed from at least three different directions,
A filling material containing at least one of glass and oxide ceramics comprises a coating layer covering the surface of the heat storage substrate; and
The heat storage body substrate has a porous layer whose pores are not filled with the filler material in the center, and pores not filled with the filler material from the porous layer toward the coating layer. It has a graded layer with a continuously decreasing proportion ".

これは、上記の製造方法における全工程の後で熱処理を行い、充填材料がガラス質充填剤を含む場合は加熱によってガラス化させ、充填材料がセラミックス質充填剤を含む場合は加熱によって酸化物セラミックスを焼成または硬化させる工程を経て、製造される蓄熱体の構成である。上記の製造方法における球状化の手段は、可塑性を有する円柱状の成形体を、一定ではない方向の外力によって塑性変形させるというものであるが、検討の結果、このような手段によって、実用的な処理時間で真球に近づけることができる度合いは、「少なくとも三つの異なる方向から見たときの二次元形状の円形度がそれぞれ0.86〜0.90」というものであった。より真球に近づけるために、球状化の処理時間を長くしようとしても、時間の経過に伴い成形体の可塑性が低下する。   This is because heat treatment is performed after all the steps in the above manufacturing method, and when the filling material contains a vitreous filler, it is vitrified by heating, and when the filling material contains a ceramic filler, the oxide ceramics is heated. It is the structure of the heat storage body manufactured through the process of baking or hardening. The spheroidizing means in the above manufacturing method is to plastically deform a cylindrical molded body having plasticity by an external force in a non-constant direction. The degree of being able to approach the true sphere in the processing time was “the circularity of the two-dimensional shape when viewed from at least three different directions is 0.86 to 0.90, respectively”. Even if an attempt is made to lengthen the spheroidizing treatment time in order to make it closer to a true sphere, the plasticity of the molded body decreases with the passage of time.

ここで、円形度は、二次元形状の面積をS(m)、周囲の長さをL(m)としたときに、(4×円周率×S)をLで除算した数値であり、真円の円形度は1.0である。円形度は、大きさの相違(円の直径の相違)の影響を受けない利点を有しているが、二次元での形状の評価であるため、少なくとも三つの異なる方向で円形度を求めることにより、立体形状である球状の度合いを評価している。なお、「少なくとも三つの異なる方向」は、互いに直交する三方向とすることができる。 Here, the circularity is a numerical value obtained by dividing (4 × circumference ratio × S) by L 2 where the area of the two-dimensional shape is S (m 2 ) and the circumference is L (m). Yes, the circularity of a perfect circle is 1.0. The circularity has the advantage that it is not affected by the difference in size (difference in the diameter of the circle), but since it is an evaluation of the shape in two dimensions, the circularity should be calculated in at least three different directions. Thus, the degree of spherical shape which is a three-dimensional shape is evaluated. The “at least three different directions” can be three directions orthogonal to each other.

本発明において蓄熱体を球状としている理由は、投下によって自ずと転がらせて設置スペースに充填するためであり、ベアリングに使用するセラミックス球ほど真球に近づける必要はない。そのため、上記の製造方法によって実現できる上記範囲の円形度は、目的にかなっている。   The reason why the heat storage body is spherical in the present invention is that it is automatically rolled by dropping and filled in the installation space, and it is not necessary to be as close to the true sphere as the ceramic sphere used for the bearing. Therefore, the circularity in the above range that can be realized by the above manufacturing method is suitable for the purpose.

本発明にかかる蓄熱体は、上記構成に加え、
「前記蓄熱体基体は、内部から表面に向かって略放射状に延びている亀裂を有しており、
前記亀裂の開端は、前記被覆層で被覆されていると共に、
前記亀裂の内部は、前記充填材料によって部分的に充填されている」ものとすることができる。
In addition to the above configuration, the heat storage body according to the present invention includes:
“The thermal storage base has cracks extending radially from the inside toward the surface,
The open end of the crack is covered with the covering layer,
The inside of the crack may be partially filled with the filler material.

上記の製造方法では、一定ではない複数の方向から成形体に外力を作用させて球状化するため、高い確率で成形体に亀裂が発生する。その亀裂は、蓄熱体基体において内部から表面に向かって略放射状に延びるように発生する。通常、このような亀裂を有する蓄熱体は、内部欠陥を有する蓄熱体として不良品とされる。これに対し、本発明では亀裂も熱膨張及び熱収縮を吸収する空隙として利用する。上記の製造方法では、蓄熱体基体の内部に向かって充填材料を浸入させているため、亀裂の内部にも充填材料が浸入して部分的に充填されると共に、充填材料で被覆層を形成する際に亀裂の開端(蓄熱体基体の表面における亀裂の開口)も被覆層で被覆される。従って、充填されていない部分の亀裂が熱膨張及び熱収縮を吸収する作用を発揮しながら、亀裂の存在による機械的強度の低下や、亀裂の伸展が、充填材料によって抑制されている。   In the manufacturing method described above, external force is applied to the molded body from a plurality of non-constant directions to form a spherical shape, and thus the molded body is cracked with high probability. The cracks are generated so as to extend radially from the inside toward the surface of the heat storage body substrate. Usually, a heat storage body having such a crack is regarded as a defective product as a heat storage body having internal defects. In contrast, in the present invention, cracks are also used as voids that absorb thermal expansion and contraction. In the above manufacturing method, since the filling material is infiltrated toward the inside of the heat storage body substrate, the filling material also infiltrates and partially fills the inside of the crack, and the covering layer is formed with the filling material. At the same time, the open ends of the cracks (openings of cracks on the surface of the heat storage substrate) are also covered with the coating layer. Therefore, while the crack of the unfilled part exhibits the effect of absorbing thermal expansion and contraction, the mechanical strength is reduced due to the presence of the crack and the crack extension is suppressed by the filling material.

以上のように、本発明の効果として、球状のセラミックス製の蓄熱体の製造方法であって、大量生産に適していると共に、大径であっても容易に製造することができる蓄熱体の製造方法、及び、該製造方法により製造される蓄熱体を、提供することができる。   As described above, the effect of the present invention is a method for producing a spherical ceramic heat storage body, which is suitable for mass production and can be easily manufactured even with a large diameter. A method and a heat storage body manufactured by the manufacturing method can be provided.

(a)〜(c)本発明の一実施形態である製造方法における球状化の工程の説明図である。(A)-(c) It is explanatory drawing of the process of spheroidization in the manufacturing method which is one Embodiment of this invention. (a),(b)本発明の一実施形態である製造方法により製造される蓄熱体の断面図である。(A), (b) It is sectional drawing of the thermal storage body manufactured by the manufacturing method which is one Embodiment of this invention. 試料S5について、深さ方向の気孔率の変化を示すグラフを、切断面の走査型顕微鏡による撮像と並べて示す図である。It is a figure which shows the graph which shows the change of the porosity of a depth direction about sample S5 along with the imaging by the scanning microscope of a cut surface. 試料S6について、深さ方向の気孔率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the porosity of a depth direction about sample S6.

以下、本発明の一実施形態である蓄熱体の製造方法、及び、その製造方法により製造される蓄熱体について、図1乃至図4を用いて説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the thermal storage body which is one Embodiment of this invention, and the thermal storage body manufactured by the manufacturing method are demonstrated using FIG. 1 thru | or FIG.

本実施形態の製造方法は、球状のセラミックス製の蓄熱体の製造方法であって、成形工程と、球状化工程と、焼成工程と、被覆・充填工程と、熱処理工程とを具備している。   The manufacturing method of this embodiment is a manufacturing method of a spherical ceramic heat storage body, and includes a forming step, a spheroidizing step, a firing step, a covering / filling step, and a heat treatment step.

具体的に説明すると、成形工程では、焼成により多孔質セラミックス焼結体となる成形原料で、可塑性を有する円柱状の成形体を成形する。   More specifically, in the molding step, a cylindrical molded body having plasticity is molded from a molding raw material that becomes a porous ceramic sintered body by firing.

焼成により得られるセラミックス焼結体を「多孔質」とする方法としては、成形原料におけるセラミックス粒子の粒径分布を制御する方法、焼成により焼失する成分を成形原料に含有させ、その焼失痕を気孔とする方法、セラミックスを反応生成する成形原料とし、成分が消費された痕を気孔とする方法、加熱によりガスを発生させる成分を成形原料に含有させ、ガスの抜けた痕を気孔とする方法、を例示することができる。   As a method of making the ceramic sintered body obtained by firing “porous”, a method of controlling the particle size distribution of ceramic particles in the forming raw material, a component that is burned off by firing is contained in the forming raw material, and the burnt scar is a pore. A method of forming a ceramic raw material with reaction, and a method of making the traces of consumed components into pores, a method of containing a component that generates gas by heating in a molding raw material, and a method of making pores with traces out of gas, Can be illustrated.

セラミックス焼結体の「セラミックス」としては、非酸化物セラミックスが望ましく、非酸化物セラミックスとしては、炭化物セラミックス、窒化物セラミックスを例示することができる。例えば、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化マグネシウムは、熱伝導率が高く熱交換の効率が良いため、蓄熱体として適している。炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素は、熱膨張率が小さく耐熱衝撃性に優れているため、蓄熱と放熱を繰り返す蓄熱体として適している。炭化ケイ素、窒化ケイ素は、高温における機械的強度が高いため、高温下で使用される蓄熱体として適している。炭化ホウ素、窒化ホウ素は硬度が非常に高く、その他の非酸化物セラミックスも酸化物セラミックスに比べると一般的に硬度が高いため、投入によって設置スペースに充填される蓄熱体として適している。   As the “ceramics” of the ceramic sintered body, non-oxide ceramics are desirable, and examples of the non-oxide ceramics include carbide ceramics and nitride ceramics. For example, silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, and magnesium nitride are suitable as heat storage materials because of their high thermal conductivity and good heat exchange efficiency. Silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, and boron nitride are suitable as heat storage elements that repeatedly store and release heat because of their low thermal expansion coefficient and excellent thermal shock resistance. Since silicon carbide and silicon nitride have high mechanical strength at high temperatures, they are suitable as heat storage materials used at high temperatures. Boron carbide and boron nitride have extremely high hardness, and other non-oxide ceramics are generally higher in hardness than oxide ceramics, so that they are suitable as heat storage materials filled in the installation space by being charged.

「可塑性を有する」成形体とするために、成形原料は、セラミックス粒子にバインダ、界面活性剤、水や有機溶媒等の液体成分を添加し、混合した原料とすることができる。   In order to obtain a “plastic” shaped body, the forming material can be a material obtained by adding a liquid component such as a binder, a surfactant, water or an organic solvent to ceramic particles and mixing them.

「円柱状の成形体」とする成形方法としては、押出成形、鋳込み成形、湿式加圧成形を例示することができるが、押出成形とすれば同一形状の成形体を連続的に成形できるため、効率がよく望ましい。なお、図1(a)の左図に示すように、円柱状の成形体10aの高さを円柱の外径Rと同一とすれば、後の工程での球状化がより容易となる。   Examples of the molding method of “columnar molded body” include extrusion molding, cast molding, and wet pressure molding. However, since extrusion molding can continuously mold a molded body having the same shape, Efficiency is desirable. In addition, as shown in the left figure of Fig.1 (a), if the height of the column-shaped molded object 10a is made the same with the outer diameter R of a cylinder, spheroidization in a later process will become easier.

球状化工程では、円柱状の成形体に一定ではない複数の方向から外力を作用させることにより、成形体をそれぞれ塑性変形させて球状化する。一定ではない複数の方向から成形体に外力を作用させる方法としては、図1(a)における中央の上図に模式的に示すように、上下に配置した二枚の平盤91の間に成形体10aを介在させ、少なくとも一方の平盤91を面方向で円または螺旋を描くように運動させつつ、二枚の平盤91の間隔を狭めて行き、成形体10aを運動させつつ押圧することにより、円柱状の成形体10aを球状の成形体10bとする方法、を例示することができる。或いは、図1(a)における中央の中図に模式的に示すように、周囲から壁体93が立ち上がっている平盤92上で成形体10aを振動させ、成形体10aを壁体93や平盤92に衝突させて球状の成形体10bとする方法や、図1(a)における中央の下図に模式的に示すように、壁体で囲まれた容器95内で成形体10aを振動させ、成形体10aを壁体に衝突させて球状の成形体10bとする方法を、例示することができる。   In the spheroidizing step, external forces are applied to the cylindrical molded body from a plurality of directions that are not constant, so that the molded body is plastically deformed to be spheroidized. As a method of applying an external force to the molded body from a plurality of non-constant directions, as schematically shown in the upper diagram of the center in FIG. 1A, molding is performed between two flat plates 91 arranged vertically. The body 10a is interposed, and at least one of the flat plates 91 is moved so as to draw a circle or a spiral in the surface direction, the distance between the two flat plates 91 is reduced, and the molded body 10a is moved and pressed. Thus, a method of changing the cylindrical shaped body 10a into a spherical shaped body 10b can be exemplified. Alternatively, as schematically shown in the middle diagram in the center of FIG. 1A, the molded body 10a is vibrated on a flat plate 92 on which the wall body 93 rises from the periphery, and the molded body 10a is moved to the wall body 93 or As shown schematically in the lower figure of the center in FIG. 1A, the molded body 10a is vibrated in a container 95 surrounded by a wall, The method of making the molded object 10a collide with a wall body and making it the spherical molded object 10b can be illustrated.

転動造粒法とは異なり、球状化工程の途中で、成形体にセラミックス粒子(粉末)を供給することはなく、成形体の複数を合体させることもない。本実施形態の球状化工程は、個々の成形体をそれぞれ塑性変形させて球状化するものであり、円柱状の成形体の一個から、球状化された成形体の一個が形成される。   Unlike the rolling granulation method, ceramic particles (powder) are not supplied to the formed body in the course of the spheroidizing step, and a plurality of formed bodies are not combined. In the spheroidizing step of the present embodiment, each molded body is plastically deformed to be spheroidized, and one spheroidized molded body is formed from one cylindrical molded body.

焼成工程では、球状化された成形体を焼成し、セラミックス粒子を焼結させて多孔質セラミックス焼結体からなる蓄熱体基体とする。非酸化物セラミックスを焼成する場合、焼成雰囲気は非酸化性雰囲気とする。非酸化性雰囲気は、アルゴンやヘリウム等の不活性ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、これらの混合ガス雰囲気、真空雰囲気とすることができる。また、セラミックスが窒化物の場合に、焼成雰囲気中の窒素を、焼結体を構成する窒素の少なくとも一部とすることができる。   In the firing step, the spheroidized compact is fired to sinter the ceramic particles to obtain a heat storage substrate made of a porous ceramic sintered body. When firing non-oxide ceramics, the firing atmosphere is a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere can be an inert gas atmosphere such as argon or helium, a nitrogen gas atmosphere, a mixed gas atmosphere thereof, or a vacuum atmosphere. Further, when the ceramic is a nitride, the nitrogen in the firing atmosphere can be at least part of the nitrogen constituting the sintered body.

被覆・充填工程では、充填材料で蓄熱体基体の表面を被覆し、且つ、蓄熱体基体の内部に向かって充填材料を浸入させる。この工程は、充填材料を蓄熱体基体に塗布する工程、或いは、スプレーする工程とすることができる。この場合、充填材料の粘性や濡れ性を調整することにより、蓄熱体基体の表面を充填材料で被覆するだけではなく、蓄熱体基体の内部まで充填材料を浸入させることができ、その浸入深さを調整することができる。また、被覆・充填工程は、蓄熱体基体の開気孔を脱気し、充填材料を含浸させる工程とすることができる。これにより、蓄熱体基体の内部に充填材料をよりスムーズに浸入させることができ、脱気の程度、含浸液の粘性、含浸液の加圧等によって、含浸させる深さを調整することができる。   In the coating / filling step, the surface of the heat storage body substrate is covered with the filling material, and the filling material is infiltrated toward the inside of the heat storage body substrate. This step can be a step of applying the filling material to the heat storage substrate or a step of spraying. In this case, by adjusting the viscosity and wettability of the filling material, not only can the surface of the heat storage body substrate be coated with the filling material, but also the filling material can be infiltrated into the inside of the heat storage body substrate, and the penetration depth thereof. Can be adjusted. Further, the covering / filling step can be a step of degassing the open pores of the heat storage body base and impregnating the filling material. Accordingly, the filling material can be more smoothly infiltrated into the heat storage body base, and the impregnation depth can be adjusted by the degree of deaeration, the viscosity of the impregnation liquid, the pressurization of the impregnation liquid, and the like.

充填材料としては、加熱によりガラスとなるガラス質充填剤を含有する充填材料、酸化物セラミックスを含有するセラミックス質充填剤を含有する充填材料、ガラス質充填剤及びセラミックス質充填剤の双方を含有する充填材料を、使用することができる。   As a filler, it contains both a filler containing a glassy filler that becomes glass upon heating, a filler containing a ceramic filler containing an oxide ceramic, both a glassy filler and a ceramic filler. Filling materials can be used.

ガラス質充填剤を加熱することにより生成する「ガラス」は、ケイ酸系ガラス、ホウケイ酸系ガラス、ホウ酸系ガラス、リン酸系ガラスとすることができる。ガラス質充填剤には、ナトリウム、カリウム、カルシウム等のアルカリ金属成分・アルカリ土類金属成分を含有させることにより、熱処理工程で加熱した際のガラスの粘性を調整し、蓄熱体基体に対する接着性や気孔への浸入し易さを調整することができる。ガラス質充填剤には、酸化アルミニウムや水酸化アルミニウムを含有させることにより、形成されるガラスの強度を調整することができる。更に、ガラス質充填剤には、炭化ケイ素の粉末を含有させることができる。充填材料に含まれる炭化ケイ素は、加熱の際に酸化して二酸化ケイ素になり易く、生成したばかりの二酸化ケイ素は反応性が高くガラス化し易い。   “Glass” produced by heating the vitreous filler can be silicate glass, borosilicate glass, borate glass, or phosphate glass. The glassy filler contains an alkali metal component / alkaline earth metal component such as sodium, potassium, calcium, etc., thereby adjusting the viscosity of the glass when heated in the heat treatment step, The ease of entering the pores can be adjusted. By containing aluminum oxide or aluminum hydroxide in the glassy filler, the strength of the formed glass can be adjusted. Furthermore, the vitreous filler may contain silicon carbide powder. Silicon carbide contained in the filling material is easily oxidized to silicon dioxide upon heating, and silicon dioxide just formed is highly reactive and easily vitrified.

セラミックス質充填剤に含有させる酸化物セラミックスとしては、ムライト、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシアを例示することができる。酸化物セラミックスは、粉末状、ゾル状、ゲル状とすることができ、これにバインダ等の添加剤、水や有機溶媒等の液体を添加してセラミックス質充填剤とすることができる。   Examples of oxide ceramics contained in the ceramic filler include mullite, alumina, silica, zirconia, and magnesia. Oxide ceramics can be in the form of powder, sol, or gel, and an additive such as a binder or a liquid such as water or an organic solvent can be added to the oxide ceramic to form a ceramic filler.

被覆・充填工程を経ることにより、蓄熱体基体の中心部に気孔が充填されていない多孔質層があり、蓄熱体基体の表面に充填材料(熱処理前)の被覆層があり、多孔質層から被覆層に向かって充填材料(熱処理前)で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有する状態となる。   By passing through the coating / filling process, there is a porous layer that is not filled with pores in the center of the heat storage body substrate, and there is a coating layer of a filling material (before heat treatment) on the surface of the heat storage body substrate. It will be in the state which has the inclination layer in which the ratio of the pore which is not filled with the filling material (before heat processing) toward the coating layer is reducing continuously.

熱処理工程では、充填材料がガラス質充填剤を含有する場合は、加熱によりガラス成分を溶融させた後冷却してガラス化させ、蓄熱体基体に固着させる。また、加熱により溶融したガラス成分が、更に蓄熱体基体の内部の気孔に浸入する。充填材料がセラミックス質充填剤のみを含有する場合、熱処理の温度は、酸化物セラミックスを焼結させる温度としても、酸化物セラミックスは焼結させないが充填材料を硬化させる温度としても良い。   In the heat treatment step, when the filling material contains a vitreous filler, the glass component is melted by heating and then cooled to be vitrified and fixed to the heat storage substrate. Further, the glass component melted by heating further enters the pores inside the heat storage substrate. When the filler material contains only the ceramic filler, the heat treatment temperature may be a temperature at which the oxide ceramic is sintered, or a temperature at which the oxide ceramic is not sintered but the filler material is cured.

以上の工程により、図2(a)に模式的に示すように、多孔質セラミックス焼結体からなる球状の蓄熱体基体20と、ガラス及び酸化物セラミックスの少なくとも一方を含有する充填材料(熱処理後)が、蓄熱体基体20の表面を被覆している被覆層30とを具備しており、蓄熱体基体20が、気孔が充填材料で充填されていない多孔質層21を中心部に有していると共に、多孔質層21から被覆層30に向かって充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層22を有している構成の蓄熱体1が製造される。この蓄熱体1における蓄熱体基体20の球状の程度は、後述するように、少なくとも三つの異なる方向から見たときの二次元形状の円形度がそれぞれ0.86〜0.90であるというものである。   Through the above steps, as schematically shown in FIG. 2 (a), a spherical heat storage body substrate 20 made of a porous ceramic sintered body and a filling material containing at least one of glass and oxide ceramics (after heat treatment) ) Includes a coating layer 30 covering the surface of the heat storage body base 20, and the heat storage body base 20 has a porous layer 21 whose pores are not filled with a filling material in the center. In addition, the heat storage body 1 having the inclined layer 22 in which the proportion of pores not filled with the filling material from the porous layer 21 toward the coating layer 30 continuously decreases is manufactured. The degree of the spherical shape of the heat storage body base 20 in the heat storage body 1 is that the circularity of the two-dimensional shape when viewed from at least three different directions is 0.86 to 0.90, respectively, as will be described later. is there.

ここで、円柱状の成形体を押出成形で成形する場合、図1(b)に示すように、成形体10aの略中心を通り押出方向に延びる亀裂15が形成されることがある。これは、押出成形では、成形原料の混錬物が押し出される口金が先細りとなるテーパ部を有しているため、押し出される成形体において口金に近い外周縁部では圧縮力が作用して高圧となるのに対し、中心部は低圧となって圧密が不十分となり易いためである。通常、このような亀裂15は内部欠陥として望ましくないものとされ、亀裂15が発生しない条件を探索して成形する、或いは、亀裂15が発生した成形体を不良品として排除するが、本実施形態ではこのような亀裂15も、蓄熱体の熱膨張及び熱収縮を吸収させる空隙とする。   Here, when a cylindrical molded body is molded by extrusion molding, as shown in FIG. 1 (b), a crack 15 extending in the extrusion direction through the approximate center of the molded body 10a may be formed. This is because in extrusion molding, the die from which the kneaded product of the molding raw material is extruded has a tapered portion, so that a compression force acts on the outer peripheral edge near the die in the extruded molded body, and the pressure is high. On the other hand, the central portion is at a low pressure and the consolidation is likely to be insufficient. Normally, such a crack 15 is undesirable as an internal defect, and molding is performed by searching for a condition in which the crack 15 does not occur, or a molded body in which the crack 15 is generated is excluded as a defective product. Then, such a crack 15 is also a void that absorbs thermal expansion and contraction of the heat storage body.

また、円柱状の成形体に一定ではない複数の方向から外力を作用させることにより、塑性変形させて球状の成形体とする際、図1(c)に示すように、内部から表面に向かって放射状に延びる亀裂16が高い確率で発生する。このような亀裂16も、通常は内部欠陥として望ましくないものとされるが、本実施形態ではこのような亀裂16も、蓄熱体の熱膨張及び熱収縮を吸収させる空隙とする。なお、図1(c)では、押出成形時に発生した単一の方向に延びる亀裂15と、球状化工程で発生した略放射状の亀裂16の双方を、球状の成形体10bが有している場合を図示している。   Further, when a cylindrical shaped body is plastically deformed by applying external forces from a plurality of directions that are not constant, as shown in FIG. 1 (c), from the inside toward the surface. The radially extending cracks 16 occur with a high probability. Such a crack 16 is also usually undesirable as an internal defect, but in the present embodiment, such a crack 16 is also a void that absorbs thermal expansion and contraction of the heat storage body. In addition, in FIG.1 (c), when the spherical molded object 10b has both the crack 15 extended in the single direction which generate | occur | produced at the time of extrusion molding, and the substantially radial crack 16 which generate | occur | produced at the spheronization process. Is illustrated.

このような亀裂15,16には、被覆・充填工程において充填材料が浸入するため、亀裂15,16の内部が、充填材料によって部分的に充填されると共に、亀裂15,16の開端が被覆層で被覆される。従って、熱処理工程を経て、図2(b)に模式的に示すように、蓄熱体基体20が球状でありながら単一の方向のみに延びて貫通している亀裂15(押出成形時に発生した亀裂)を有していると共に、内部から表面に向かって略放射状に延びている亀裂16(球状化工程で発生した亀裂)を有しており、亀裂15,16の開端が被覆層30で被覆されていると共に、亀裂15,16の内部が充填材料によって部分的に充填されている構成、の蓄熱体1が製造される。このような構成であることにより、充填されない部分の亀裂15,16に熱膨張及び熱収縮を吸収する作用を発揮させながら、亀裂15,16の存在による機械的強度の低下や亀裂の伸展を、充填材料によって抑制することができる。   Since the filling material enters the cracks 15 and 16 in the covering and filling process, the inside of the cracks 15 and 16 is partially filled with the filling material, and the open ends of the cracks 15 and 16 are covered with the covering layer. Covered with. Accordingly, through the heat treatment step, as schematically shown in FIG. 2B, the heat storage body base 20 has a spherical shape and has a crack 15 (a crack generated at the time of extrusion molding) extending only in a single direction. ) And cracks 16 (cracks generated in the spheroidization process) extending radially from the inside toward the surface, and the open ends of the cracks 15 and 16 are covered with the coating layer 30. In addition, the heat storage body 1 having a configuration in which the insides of the cracks 15 and 16 are partially filled with the filling material is manufactured. By having such a configuration, while exhibiting the action of absorbing thermal expansion and contraction in the cracks 15 and 16 of the unfilled portions, the mechanical strength is reduced and the cracks are extended due to the presence of the cracks 15 and 16. It can be suppressed by the filling material.

上記の製造方法により、蓄熱体基体を構成するセラミックスを炭化ケイ素、窒化ケイ素、または窒化アルミニウムとし、焼成工程後の蓄熱体基体の直径が約20mmで、焼成工程後で被覆・充填工程前の見掛け気孔率が異なる試料S1〜S9を作製した。試料S1,S2は、被覆・充填工程を行わなかった。試料S3〜S8には、加熱によりケイ酸系ガラスとなるガラス質充填剤を含有する充填材料を使用し、試料S9にはムライトであるセラミックス質充填剤を含有する充填材料を使用して、被覆・充填工程を行った。充填材料へ添加する添加物の種類、粘度、処理時間の長さ等を調整し、蓄熱体基体の内部への充填材料の浸入深さを調整した。   According to the above manufacturing method, the ceramic constituting the heat storage body base is silicon carbide, silicon nitride, or aluminum nitride, the diameter of the heat storage body base after the firing process is about 20 mm, and the appearance before the coating / filling process after the firing process Samples S1 to S9 having different porosities were produced. Samples S1 and S2 were not subjected to the coating / filling step. Samples S3 to S8 are coated with a filler containing a vitreous filler that becomes silicate glass upon heating, and sample S9 is coated with a filler containing a ceramic filler that is mullite. -The filling process was performed. The type of additive added to the filling material, the viscosity, the length of processing time, and the like were adjusted, and the penetration depth of the filling material into the heat storage substrate was adjusted.

各試料について、次の方法で、見掛け気孔率、円形度、被覆層の厚さ、及び傾斜層の厚さを測定すると共に、耐酸化性の評価試験、耐熱衝撃性の評価試験を行った。何れの測定及び評価試験も、一つの試料について複数の試験片を使用して行った。   For each sample, the apparent porosity, the circularity, the thickness of the coating layer, and the thickness of the inclined layer were measured by the following methods, and an oxidation resistance evaluation test and a thermal shock resistance evaluation test were performed. Each measurement and evaluation test was performed using a plurality of test pieces for one sample.

<見掛け気孔率>
焼成工程後で被覆・充填工程前の蓄熱体基体を所定のサイズに切り出し、アルキメデス法により測定した。
<Apparent porosity>
The heat storage body substrate after the firing step and before the coating / filling step was cut into a predetermined size and measured by the Archimedes method.

<円形度>
焼成工程後で被覆・充填工程前の蓄熱体基体を、互いに直交する三方向からそれぞれ撮影した。撮像において試料と背景とを二値化により識別し、試料の二次元形状について面積Sと周囲の長さLを画像処理によって求め、円形度を算出した。
<Circularity>
The heat storage body substrate after the firing process and before the coating / filling process was photographed from three directions orthogonal to each other. In imaging, the sample and the background were identified by binarization, the area S and the peripheral length L of the two-dimensional shape of the sample were obtained by image processing, and the circularity was calculated.

<被覆層の厚さ、傾斜層の厚さ>
熱処理工程後の試料を、中心を通る面で切断し、樹脂に埋設して切断面を研磨した。研磨後の切断面を走査型電子顕微鏡で撮影した。撮像を画像処理し、充填されていない気孔と、充填材料で充填された気孔及びマトリックス部分とを、二値化により識別した。撮像において被覆層から多孔質層までを含む長方形の領域を、一対の辺の方向が試料の深さ方向と一致するように設定し、その領域を深さ方向に所定長さ(100μm)で区分し、区分された各領域について、その面積における気孔(充填されていない気孔)の面積の占める割合を算出して気孔率(%)とした。試料の表面からの深さに対して、気孔率をプロットしたグラフを作成した。例として、試料S5のグラフを走査型電子顕微鏡の撮像と共に図3に示し、試料S6のグラフを図4に示す。なお、被覆層の厚さ及び傾斜層の厚さの測定には、撮像において亀裂のない領域を用いた。
<Thickness of coating layer, thickness of inclined layer>
The sample after the heat treatment step was cut at a surface passing through the center, embedded in resin, and the cut surface was polished. The cut surface after polishing was photographed with a scanning electron microscope. The imaging was image processed, and unfilled pores and pores and matrix portions filled with filler material were identified by binarization. In imaging, a rectangular region including the covering layer to the porous layer is set so that the direction of the pair of sides coincides with the depth direction of the sample, and the region is divided by a predetermined length (100 μm) in the depth direction. The ratio of the area of pores (unfilled pores) in each area was calculated as the porosity (%). A graph plotting the porosity with respect to the depth from the surface of the sample was prepared. As an example, the graph of the sample S5 is shown in FIG. 3 together with the image of the scanning electron microscope, and the graph of the sample S6 is shown in FIG. In the measurement of the thickness of the coating layer and the thickness of the inclined layer, a region free of cracks was used in imaging.

何れの試料でも、表面の近傍でゼロに近い気孔率が不連続に増加しており、不連続に変化している深さを被覆層と傾斜層との境界とした。その境界より深さが増すにつれて、気孔率は連続的に増加した後でほぼ一定となったため、気孔率が一定である範囲の最外の深さを傾斜層と多孔質層との境界とした。   In any sample, the porosity close to zero increased discontinuously in the vicinity of the surface, and the discontinuously changing depth was defined as the boundary between the coating layer and the gradient layer. As the depth increased from the boundary, the porosity became almost constant after continuously increasing. Therefore, the outermost depth in the range where the porosity was constant was defined as the boundary between the inclined layer and the porous layer. .

<耐酸化性>
試料を1300℃の温度で36時間、空気雰囲気下で加熱し、その前後の質量を測定した。炭化物も窒化物も酸化によって質量が増加するため、単位時間当たりの質量増加率を算出し、1時間当たりの質量増加率が0.01%以下である場合を耐酸化性に優れると評価して「〇」で表し、0.01%を超える場合は耐酸化性を有しないと評価して「×」で表した。なお、質量増加率は、以下のように算出される。
質量増加率(%)=(加熱後の質量−加熱前の質量)×100/加熱前の質量
<Oxidation resistance>
The sample was heated in an air atmosphere at a temperature of 1300 ° C. for 36 hours, and the mass before and after that was measured. Since both carbides and nitrides increase in mass due to oxidation, the mass increase rate per unit time is calculated, and the case where the mass increase rate per hour is 0.01% or less is evaluated as being excellent in oxidation resistance. Expressed as “◯”, and when exceeding 0.01%, it was evaluated as having no oxidation resistance and expressed as “x”. The mass increase rate is calculated as follows.
Mass increase rate (%) = (mass after heating−mass before heating) × 100 / mass before heating

<耐熱衝撃性>
試料を1000℃の温度で30分間加熱し、水中に入れて急冷し5分間保持した後、常温の空気中で15分間保持する操作を1サイクルとし、このサイクルを繰り返した。5サイクル繰り返しても破壊に至らない場合を、耐熱衝撃性に優れると評価して「〇」で表し、5サイクルに至る前に破壊した場合は、耐熱衝撃性を有しないと評価して「×」で表した。5サイクル繰り返しても破壊しないものの、被覆層の剥離が生じた場合を「△」で表した。
<Heat shock resistance>
The sample was heated at a temperature of 1000 ° C. for 30 minutes, placed in water, rapidly cooled and held for 5 minutes, and then held in air at room temperature for 15 minutes, and this cycle was repeated. The case where the failure does not occur even after repeating 5 cycles is evaluated as “◯”, indicating that it is excellent in thermal shock resistance, and if it is destroyed before reaching 5 cycles, it is evaluated as “having no thermal shock resistance”. " Although it did not break even after repeating 5 cycles, the case where peeling of the coating layer occurred was represented by “Δ”.

上記の測定の結果、何れの試料も、異なる三方向における円形度は0.86〜0.90の範囲であった。また、何れの試料も、被覆層の厚さは約200μmであった。その他の測定結果である見掛け気孔率及び傾斜層の厚さと、耐酸化性の評価及び耐熱衝撃性の評価を、各試料について、セラミックスの種類及び充填材料の種類とあわせて表1に示す。   As a result of the above measurement, the circularity in three different directions was in the range of 0.86 to 0.90 for any sample. In all samples, the thickness of the coating layer was about 200 μm. Table 1 shows the apparent porosity, the thickness of the inclined layer, the evaluation of oxidation resistance, and the evaluation of thermal shock resistance, which are other measurement results, together with the types of ceramics and fillers for each sample.

以上の結果から、次のことを読み取ることができる。
・蓄熱体基体の見掛け気孔率が3%程度の緻密質である場合は、耐熱衝撃性を有しない。熱膨張及び熱収縮を吸収する気孔がほとんどないためと考えられる。
・蓄熱体基体を構成するセラミックスが非酸化物である場合、見掛け気孔率が3%程度までの緻密質であれば、高温の酸化性雰囲気下で蓄熱体を使用しても酸化はさほど進行しないが、見掛け気孔率が6%に至ると耐酸化性が低下する。気孔を介して酸素との接触面積が増加するためと考えられる。
・見掛け気孔率が6%以上の蓄熱体基体であっても、表面に少なくとも200μm厚さの被覆層があれば、耐酸化性を有する。これは、傾斜層の厚さが2μmと、傾斜層がほとんどない試料S3でも同様であった。
From the above results, the following can be read.
-If the apparent porosity of the heat storage substrate is about 3%, it does not have thermal shock resistance. This is probably because there are few pores that absorb thermal expansion and contraction.
-If the ceramics that make up the heat storage substrate are non-oxides, the oxidation does not progress much even if the heat storage material is used in a high-temperature oxidizing atmosphere if the apparent porosity is about 3%. However, when the apparent porosity reaches 6%, the oxidation resistance decreases. This is probably because the contact area with oxygen increases through the pores.
-Even if it is a heat storage body base | substrate with an apparent porosity of 6% or more, if it has a coating layer with a thickness of at least 200 micrometers on the surface, it has oxidation resistance. This was the same for the sample S3 having a gradient layer thickness of 2 μm and almost no gradient layer.

・蓄熱体基体の見掛け気孔率が6%〜45%で充填材料がガラスの場合、少なくとも50μm厚さの傾斜層を有していれば、耐熱衝撃性に優れている。これは、充填材料で充填されることなく残存している気孔によって熱膨張及び熱収縮が吸収されると共に、気孔が部分的に充填材料で充填されており、その割合が急激に変化することなく連続的に変化している傾斜層を有することによって、気孔の存在に起因する機械的強度の低下が抑制されているためと考えられる。なお、充填材料がムライトの場合、傾斜層の厚さが40μmの試料S9は耐熱衝撃性に優れていた。
・耐熱衝撃性に優れる試料S4〜S9では、傾斜層の厚さは40μm〜5800μmでああった。これを、試料(直径約20mm)の半径に対する割合に換算すると、0.4%〜58%である。
When the apparent porosity of the heat storage substrate is 6% to 45% and the filling material is glass, the thermal shock resistance is excellent if it has an inclined layer having a thickness of at least 50 μm. This is because the thermal expansion and contraction are absorbed by the pores remaining without being filled with the filling material, and the pores are partially filled with the filling material, and the ratio does not change rapidly. It is considered that the decrease in mechanical strength due to the presence of pores is suppressed by having the inclined layer that continuously changes. When the filling material was mullite, the sample S9 having the inclined layer thickness of 40 μm was excellent in thermal shock resistance.
In Samples S4 to S9 having excellent thermal shock resistance, the thickness of the inclined layer was 40 μm to 5800 μm. When this is converted into a ratio to the radius of the sample (diameter of about 20 mm), it is 0.4% to 58%.

・充填材料(熱処理後)がガラスであっても酸化物セラミックスであっても、被覆層及び傾斜層の存在によって耐酸化性及び耐熱衝撃性を有する蓄熱体となる作用は、同様であった。 -Regardless of whether the filling material (after heat treatment) is glass or oxide ceramics, the action of becoming a heat storage body having oxidation resistance and thermal shock resistance due to the presence of the coating layer and the gradient layer was the same.

上記の製造方法により、直径5mm〜80mmの球状の蓄熱体を問題なく製造できることを確認しているが、直径10mm以上の範囲は、従来の転動造粒法では製造が困難であった範囲であり、意義が高い。   Although it has been confirmed that a spherical heat storage body having a diameter of 5 mm to 80 mm can be produced without any problems by the above production method, the range of 10 mm or more in diameter is a range in which production is difficult by the conventional rolling granulation method. There is high significance.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。   The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements can be made without departing from the scope of the present invention as described below. And design changes are possible.

例えば、上記の実施例では、ガラス質充填剤及びセラミックス質充填剤のうち一方を含有する充填材料を使用した場合を例示したが、ガラス質充填剤及びセラミックス質充填剤の双方を含有する充填材料を使用することができる。ガラス質充填剤との混合により、セラミックス質充填剤に含まれる酸化物セラミックスの蓄熱体基体への接着性が増加する。   For example, in the above embodiment, the case where a filler material containing one of a glassy filler and a ceramic filler is used is exemplified, but a filler material containing both a glassy filler and a ceramic filler is used. Can be used. Mixing with the glassy filler increases the adhesion of the oxide ceramics contained in the ceramic filler to the heat storage substrate.

1 蓄熱体
10a 成形体(円柱状の成形体)
10b 成形体(球状化された蓄熱体)
20 蓄熱体基体
21 多孔質層
22 傾斜層
30 被覆層
1 heat storage body 10a molded body (cylindrical molded body)
10b Molded body (spheroidized heat storage body)
20 Thermal Storage Base 21 Porous Layer 22 Gradient Layer 30 Covering Layer

Claims (3)

球状のセラミックス製の蓄熱体の製造方法であって、
焼成により多孔質セラミックス焼結体となる成形原料で、可塑性を有する円柱状の成形体を成形し、
円柱状の該成形体に一定ではない複数の方向から外力を作用させることにより、前記成形体の複数を合体させることなく、個々の前記成形体をそれぞれ塑性変形させて球状化し、
球状化された前記成形体を焼成することにより蓄熱体基体とした後、
加熱によりガラスとなるガラス質充填剤、及び、酸化物セラミックスを含有するセラミックス質充填剤の少なくとも一方を含有する充填材料で、前記蓄熱体基体の表面を被覆し、且つ、前記蓄熱体基体の内部に向かって前記充填材料を浸入させることにより、
前記蓄熱体基体の中心部において気孔が前記充填材料で充填されていない多孔質層、前記蓄熱体基体の表面を前記充填材料が被覆している被覆層、及び、前記多孔質層から前記被覆層に向かって前記充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有する蓄熱体とする
ことを特徴とする蓄熱体の製造方法。
A method of manufacturing a spherical ceramic heat storage body,
With a forming raw material that becomes a porous ceramic sintered body by firing, a cylindrical formed body having plasticity is formed,
By applying an external force from a plurality of non-constant directions to the cylindrical molded body, the respective molded bodies are plastically deformed and spheroidized without uniting a plurality of the molded bodies,
After making the spheroidized shaped body into a heat storage body base by firing,
The surface of the heat storage substrate is covered with a filler containing at least one of a glassy filler that becomes glass upon heating and a ceramic filler containing oxide ceramics, and the interior of the heat storage substrate By infiltrating the filler material towards
A porous layer in which pores are not filled with the filling material at the center of the heat storage body substrate, a coating layer in which the filling material covers the surface of the heat storage body substrate, and the coating layer from the porous layer to the coating layer A method for producing a heat storage body, characterized in that the heat storage body has an inclined layer in which the proportion of pores not filled with the filling material continuously decreases.
多孔質セラミックス焼結体からなり、少なくとも三つの異なる方向から見たときの二次元形状の円形度がそれぞれ0.86〜0.90である蓄熱体基体と、
ガラス及び酸化物セラミックスの少なくとも一方を含有する充填材料が、前記蓄熱体基体の表面を被覆している被覆層と、を具備しており、
前記蓄熱体基体は、気孔が前記充填材料で充填されていない多孔質層を中心部に有していると共に、前記多孔質層から前記被覆層に向かって前記充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有している
ことを特徴とする蓄熱体。
A heat storage body substrate made of a porous ceramic sintered body and having a two-dimensional circularity of 0.86 to 0.90 when viewed from at least three different directions;
A filling material containing at least one of glass and oxide ceramics comprises a coating layer covering the surface of the heat storage substrate; and
The heat storage body substrate has a porous layer whose pores are not filled with the filler material in the center, and pores not filled with the filler material from the porous layer toward the coating layer. A heat storage body comprising an inclined layer having a continuously decreasing rate.
前記蓄熱体基体は、内部から表面に向かって略放射状に延びている亀裂を有しており、
前記亀裂の開端は、前記被覆層で被覆されていると共に、
前記亀裂の内部は、前記充填材料によって部分的に充填されている
ことを特徴とする請求項2に記載の蓄熱体。
The heat storage body substrate has cracks extending substantially radially from the inside toward the surface,
The open end of the crack is covered with the covering layer,
The inside of the said crack is partially filled with the said filling material, The thermal storage body of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
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