JP3122272B2 - 回転蓄熱式熱交換器用セラミックス - Google Patents
回転蓄熱式熱交換器用セラミックスInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0006—Honeycomb structures
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
損失の小さい回転蓄熱式熱交換器に使用する耐食性の優
れたセラミックス焼結体に関する。
系の金属材料やその表面をエナメルで覆ったエナメル被
覆鋼が使用されている。しかし、これらの材料は燃料中
の硫黄分が硫酸に変化して発生する低温腐食に対して充
分とは言えず、腐食物の生成で差圧が上昇したり、材料
が消耗し熱交換効率が低下する問題があった。
ポジュメンなどの低熱膨張率系のセラミックス材料が検
討されてきたが、現実にはこれらの材料で硫酸露点腐食
を防止することは困難であり、全く使用されていない。
ックスであるコージェライト(2MgO・2Al2 O3
・5SiO2 )、β−スポジュメン(Li2 O・Al2
O3 ・4SiO2 )は耐熱衝撃性の優れた材料として注
目され、熱交換器への適用が検討されてきたが、実機で
はことごとく失敗し全く使用されていない。これらの材
料は従来の金属系の熱交換体の選定で行なわれている硫
酸液中での浸漬試験では腐食損傷を表わす重量減少が金
属の1/10以下で優れた値を示す。しかしながら、実
機では損傷がひどく金属と比較しても短時間で破損す
る。
ような腐食損耗ではなく、セラミックス内部に侵入した
硫酸により結晶破壊と反応生成物が生じ、これにより体
積膨張して破壊に至ることによるメカニズムの違いによ
るものである。例えば、β−スポジュメン(Li2 O・
Al2 O3 ・4SiO2 )の場合、第一段階としてLi
2 Oが硫酸によって脱落し水とイオン交換したケアタイ
ト(H2 O・Al2 O 3 ・4SiO2 )を生じる。次い
で、第二段階としてAl2 O3 が硫酸と反応して硫酸ア
ルミニウム{Al2 (SO4 )3 }が生成する。この硫
酸アルミニウムは室温で水和物が安定であり{Al
2 (SO4 )3 ・18H2 O}になる。この状態はこの
種の熱交換器でしばしば行なわれる水洗浄によって発生
する。
カリ成分であるLi2 OやMgOが結晶相を構成するこ
とによる欠点であり、本発明はこの欠点を解消し蓄熱式
熱交換器にて使用できるセラミックスを提供することに
ある。
明セラミックス焼結体は化学組成が重量割合で、SiO
2 :70〜85%、Al2 O3 :10〜25%、アルカ
リ分としてK2 O,Na2 Oの合計量が1〜5%で構成
されるハニカム形状セラミックスであり、その結晶相の
主成分が石英もしくはクリストバライトであり、結晶相
にアルカリ成分を含まず、かつ、吸水率が3%未満の材
料である。
性質で決定する。硫酸に対しては、Siの酸化物である
SiO2 が基本的に酸性であるため最も優れ、次いで中
性に属するAl2 O3 が優れており、前述したLi
2 O,MgO,K2 O,Na 2 Oなどのアルカリ性の材
料は容易に腐食される。従って、純粋なSiO2 のみで
構成した材料が最も優れた耐食性を示す。しかし、熱交
換器として使用するためには構造体としての空隙を高く
して差圧を小さくし熱交換する表面積を大きくする必要
がある。そこで、ハニカム形状に成形することが絶対条
件である。その意味ではSiO2 のみの材料は旨く成形
できない。また、例え成形焼結できたとしても、緻密な
焼結体を得ることが困難であり多孔質の材料になる。多
孔質の場合、前述したエレメント自身の腐食膨張による
破損はないが、熱交換器の上流側で生成した硫酸鉄など
の腐食物が侵入し、結果的にエレメント自身の腐食破損
と同様な損傷が生じる。従って、成形性を改善するた
め、より成形性の高い原料の選定が必要である。そこ
で、より高SiO2 含有量である陶石や粘土を使用せざ
るを得ない。また、本発明セラミックス焼結体はセラミ
ックスの評価で一般的に行なわれているアルキメデス法
で計測した吸水率が3%以下程度が望ましい。前述した
とおり、熱交換器の使用条件下ではそれ自身が腐食しな
くても上流から来た腐食反応物が露点域に配置される熱
交換器部で侵入する恐れがある。これを防止するために
は吸水率が小さいほど望ましい。
明セラミックス焼結体は化学組成が重量割合で、SiO
2 :70〜85%、Al2 O3 :10〜25%、アルカ
リ分としてK2 O,Na2 Oの合計量が1〜5%であ
り、その結晶相の主成分が石英もしくはクリストバライ
トで少なくとも結晶相にアルカリ成分を含まず、かつ、
吸水率が3%未満の条件を満たすようにしなくてはなら
ない。
食性を確保できず、85%を越えると緻密な焼結体を得
ることが難しい。Al2 O3 は緻密な成形体を得るため
に必要な原料から混入する耐食性の面からは不純物成分
である。10%未満では、成形時の割れなどを発生し旨
く成形できず、25%を越えると耐食性が低下する。ま
た、本発明では前述したアルカリ分に起因する損傷と相
反して、アルカリ分であるK2 O,Na2 Oを1〜5%
の範囲で使用する。アルカリ分が硫酸と反応しやすいこ
とは明らかであるが、前述した吸水率を小さくするため
には焼成温度を高くするか、硝子成分で表面を緻密にす
る手段しかない。しかし、前者の方法では全体の収縮量
が大きくなるため、変形が大きく安定した寸法の製品が
得られない。また、必要な表面層のみの緻密化ではなく
全体的に緻密化するため剛性の高い材料になり、熱応力
による損傷を起こしやすい。これに対して、後者のアル
カリ分を添加する方法の場合、温度の高い表面層のみが
硝子化による緻密化効果が大きく全体の空隙率を低下さ
せずに吸水率を小さくすることが可能である。そのため
に、最低1%の添加が必要である。但し、添加量が5%
を越える場合、正長石(K2 O・Al2 O3 ・4SiO
2 )やソーダ長石(Na2 O・Al2 O3 ・4Si
O2 )などの結晶を構成しやすく、この場合は従来のセ
ラミックスと同様に腐食を生じる。すなわち、本発明で
のアルカリ成分の役割はガラス相の形勢による表面緻密
化に関する効果である。従って、添加したK2 OやNa
2 OがX線回折法で測定される結晶構造物の中に認めら
れてはならない。
には、SiO2 系の結晶の他にAl 2 O3 を含むことか
らムライト(3Al2 O3 ・2SiO2 )が検出される
が、この結晶相はSiO2 系に次いで安定であり問題な
い。
る。 (焼結体の製作)熱交換器用セラミックス材料の製作は
石英、アルミナ、ムライト、長石、陶石、粘土などを所
定の割合に配合したセラミックス原料に水を加えてハニ
カム形状に押出成形した後、乾燥工程を経て1250℃
以上の温度で焼成する方法で行なった。表1は焼成後の
化学成分及び次項で示す評価結果と合わせてまとめたも
のである。この表1には本発明セラミックス焼結体範囲
の他に比較例として従来セラミックス材料及び範囲外の
成分についても併せて示した。
デス法で計測した吸水率、60%硫酸水での96時間の
煮沸浸漬試験後水洗して反応生成物を除去して重量減少
を求めた腐食量、所定温度に加熱後圧縮空気を吹き付け
割れや亀裂の発生する温度差を示す熱衝撃性、X線回折
で焼成体の結晶相を判定した結晶構成で行なった。
吸水率が増加し腐食量が若干増加する傾向が見られる。
しかし、SiO2 量が最も多いNo.3でも比較材であ
る結晶相にアルカリ系のβ−スポジュメンを含むNo.
6と比較すると僅かであり実用上は問題ない範囲であ
る。但し、これ以上増加すると焼結性が悪くなり、N
o.5の比較材から明らかなように吸水率が増加し、本
試験での腐食量は小さいが、実機での使用では上流側の
腐食生成物の侵入による破壊を起こす恐れがあり使用で
きない。また、逆にSiO2 量を低くして、Al2 O3
量を多くすると、Al2 O3 自身がSiO2 と比較する
と耐食性が劣るため腐食量が増加する。また、結晶構成
からアルカリ系結晶生成による腐食への影響が最も大き
いが、本発明範囲内ではこの結晶の生成は認められず耐
食性が高い。
性が比較材と比較して劣る。耐熱衝撃性は熱交換体とし
て重要な性質でありこれを追及することでコージェライ
トやβ−スポジュメン系のアルカリ結晶を含む低熱膨張
率材料が開発されてきた経緯がある。特に、直交型のク
ロスフローハニカムでは熱流と冷流がハニカム内で交差
するため発生熱応力が大きく、本発明材の適用は困難で
ある。しかし、回転蓄熱式熱交換器の場合、装置が回転
するためハニカムとしての熱応力は小さく本発明品が充
分に適用できる。また、腐食が問題となるのは低温部で
あり、発生熱応力は高温と比較して更に小さく本製品の
適用にあたっての問題は全くない。
の回転蓄熱式熱交換器用のセラミックスは、特に、硫酸
による低温部露点腐食の解決に有効で、メンテナンスフ
リーの熱交換器の実現が可能となる。
Claims (1)
- 【請求項1】 化学組成が重量割合で、SiO2 :70
〜85%、Al2 O3 :10〜25%、アルカリ分とし
てK2 O,Na2 Oの合計量が1〜5%で構成されるハ
ニカム形状セラミックス焼結材料において、その結晶相
の主成分が石英もしくはクリストバライトであり、結晶
相の構成にアルカリ成分を含まず、かつ、吸水率が3%
未満であることを特徴とする回転蓄熱式熱交換器用セラ
ミックス焼結体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05012653A JP3122272B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 回転蓄熱式熱交換器用セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05012653A JP3122272B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 回転蓄熱式熱交換器用セラミックス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06219826A JPH06219826A (ja) | 1994-08-09 |
JP3122272B2 true JP3122272B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=11811329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05012653A Expired - Lifetime JP3122272B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 回転蓄熱式熱交換器用セラミックス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3122272B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114835399A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-08-02 | 江西博鑫环保科技股份有限公司 | 一种高耐酸致密性高硅蓄热蜂窝陶瓷填料 |
-
1993
- 1993-01-28 JP JP05012653A patent/JP3122272B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06219826A (ja) | 1994-08-09 |
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