JPH03247995A - 熱交換器用部材およびその製造方法 - Google Patents
熱交換器用部材およびその製造方法Info
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- JPH03247995A JPH03247995A JP2044516A JP4451690A JPH03247995A JP H03247995 A JPH03247995 A JP H03247995A JP 2044516 A JP2044516 A JP 2044516A JP 4451690 A JP4451690 A JP 4451690A JP H03247995 A JPH03247995 A JP H03247995A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、熱交換器用部材およびその製造方法に関す
るものである。
るものである。
従来の技術
様々な構造の熱交換器が広く用いられている。熱交換器
は機能によって加熱器、冷却器、蒸発器（濃縮器）、凝
集器などと呼ばれ、これらの熱交換器に用いられる部材
には耐食性と伝熱性が要求される。
は機能によって加熱器、冷却器、蒸発器（濃縮器）、凝
集器などと呼ばれ、これらの熱交換器に用いられる部材
には耐食性と伝熱性が要求される。
従来、熱交換器用部材としては不浸透黒鉛が用いられる
ことが多かった。不浸透黒鉛を用いる代表的なものとし
ては套管式、ブロック式およびカスケード式の３種があ
る。
ことが多かった。不浸透黒鉛を用いる代表的なものとし
ては套管式、ブロック式およびカスケード式の３種があ
る。
発明が解決しようとする問題点
不浸透黒鉛は、焼成過程におけるバインダーの炭化焼成
によって生じた多数の微細気孔を、熱硬化性樹脂を含浸
することによって充填したものである。この際、流体に
対して実用的に不浸透になるまで、少なくとも２回以上
含浸工程を繰り返す必要がある。
によって生じた多数の微細気孔を、熱硬化性樹脂を含浸
することによって充填したものである。この際、流体に
対して実用的に不浸透になるまで、少なくとも２回以上
含浸工程を繰り返す必要がある。
しかし、含浸処理によって前述の気孔が完全に充填され
ず、気孔内表面が薄い膜で覆われた程度である場合には
漏れの問題が生じる。
ず、気孔内表面が薄い膜で覆われた程度である場合には
漏れの問題が生じる。
通常、熱交換器管内の圧力は数ｋｇ ／ ａｎ ”に達
するため長時間の使用に際しては漏れが問題となるので
ある。含浸工程を多数回繰り返すことによって漏れの問
題はある程度解決できるが、コスト高になってしまう。
するため長時間の使用に際しては漏れが問題となるので
ある。含浸工程を多数回繰り返すことによって漏れの問
題はある程度解決できるが、コスト高になってしまう。
他方、大型の熱交換器の需要が高まっているが、不浸透
黒鉛は比較的比重が高く（例えば１．８）大型にすると
大重量になってしまう。このため、不浸透黒鉛は大型の
熱交換器には不向きであった。
黒鉛は比較的比重が高く（例えば１．８）大型にすると
大重量になってしまう。このため、不浸透黒鉛は大型の
熱交換器には不向きであった。
発明の目的
このような従来技術の欠点に鑑み、本発明は大型の熱交
換器にも適用できるように軽量で、しかも耐食性があり
、不透過性にも優れた熱交換器用部材およびその製造方
法を提供することを目的とする。
換器にも適用できるように軽量で、しかも耐食性があり
、不透過性にも優れた熱交換器用部材およびその製造方
法を提供することを目的とする。
発明の要旨
前述の目的を達成するために、本発明は請求項１．２に
記載の熱交換器用部材およびその製造方法を要旨として
いる。
記載の熱交換器用部材およびその製造方法を要旨として
いる。
問題点を解決するための手段
本発明による熱交換器用部材は、ガラス状カーボンを主
成分とすることを特徴とする。
成分とすることを特徴とする。
ガラス状カーボン（ガラス状炭素）は、熱硬化性樹脂等
の固相炭素化によって生成する硬質炭素である。
の固相炭素化によって生成する硬質炭素である。
本発明によるガラス状カーホン質の熱交換器用部材は、
出発原料として流動性を持たせるよう重合させた熱硬化
性樹脂を準備し、所定形状に成形し、不活性雰囲気中に
おいて、比較的ゆっくりとした昇温スピード（例えば１
℃／時間）で炭化焼成することによって得られる。昇温
スピードは１０℃／時間以下であることが望ましい。ま
た不活性雰囲気とは、酸素を含まず、通常ヘリウム、ア
ルゴン、窒素、水素、ハロゲン等からなる群より選ばれ
た少なくとも１種の気体よりなる雰囲気あるいは減圧ま
たは真空下、または大気を遮断した状態の雰囲気をいう
。
出発原料として流動性を持たせるよう重合させた熱硬化
性樹脂を準備し、所定形状に成形し、不活性雰囲気中に
おいて、比較的ゆっくりとした昇温スピード（例えば１
℃／時間）で炭化焼成することによって得られる。昇温
スピードは１０℃／時間以下であることが望ましい。ま
た不活性雰囲気とは、酸素を含まず、通常ヘリウム、ア
ルゴン、窒素、水素、ハロゲン等からなる群より選ばれ
た少なくとも１種の気体よりなる雰囲気あるいは減圧ま
たは真空下、または大気を遮断した状態の雰囲気をいう
。
本発明のガラス状カーボン質熱交換器用部材の製造方法
によれば、少なくとも１種の熱硬化性樹脂５０ｖｔ％以
上と、少なくとも１種の熱硬化性樹脂を炭化焼成した粉
末５０Ｗ１％未満とを出発原料としてもよい。そして、
それらの混合物を好ましくは１００ ｔｏｒｒ以下に減
圧後ミキサー等で十分混合し、所定形状に成形し、その
後望ましくは前述Ｌ７た条件で炭化焼成することによっ
て製造してもよい。熱硬化性樹脂を炭化焼成させた粉末
の割合を５０ｖｔ％未満としたのは、５０ｖｔ％以上で
はガラス状カーボン質焼成体粉末の結合が低下し、機械
的強度が劣るためである。
によれば、少なくとも１種の熱硬化性樹脂５０ｖｔ％以
上と、少なくとも１種の熱硬化性樹脂を炭化焼成した粉
末５０Ｗ１％未満とを出発原料としてもよい。そして、
それらの混合物を好ましくは１００ ｔｏｒｒ以下に減
圧後ミキサー等で十分混合し、所定形状に成形し、その
後望ましくは前述Ｌ７た条件で炭化焼成することによっ
て製造してもよい。熱硬化性樹脂を炭化焼成させた粉末
の割合を５０ｖｔ％未満としたのは、５０ｖｔ％以上で
はガラス状カーボン質焼成体粉末の結合が低下し、機械
的強度が劣るためである。
ガラス状カーボンを主成分とする本発明の熱交換器用部
材は、気孔率を０．０２〜０゜２０％に調整するのが望
ましい。気孔率か０゜２０％をこえると開気孔（Ｏｐｅ
ｎ Ｐ ｏｒｅ）、閉気孔（Ｃ１ｏｓｅ Ｐ ｏｚ）
が存在することになる。
材は、気孔率を０．０２〜０゜２０％に調整するのが望
ましい。気孔率か０゜２０％をこえると開気孔（Ｏｐｅ
ｎ Ｐ ｏｒｅ）、閉気孔（Ｃ１ｏｓｅ Ｐ ｏｚ）
が存在することになる。
独立開気孔が存在すると、加工等を施す場合研磨によっ
て閉気孔が開気孔となり、更に強度が低下してしまう。
て閉気孔が開気孔となり、更に強度が低下してしまう。
また、気孔率が０．０２％未満の場合には、高温使用時
の熱応力のため、ガラス状カーボン材料（非常にち密質
である）に割れが生じる危険がある。ただし、ここで気
孔率とは水銀圧入式によって求めた１００ｋｇ／ｃｒｌ
加圧時のトータル気孔量に比重を掛け、１００を掛けた
値である。
の熱応力のため、ガラス状カーボン材料（非常にち密質
である）に割れが生じる危険がある。ただし、ここで気
孔率とは水銀圧入式によって求めた１００ｋｇ／ｃｒｌ
加圧時のトータル気孔量に比重を掛け、１００を掛けた
値である。
また、本発明による熱交換器用部材は比重が１．５５以
下であることが望ましい。比重が１．５５をこえると大
型の熱交換器用部材には不向きとなる。
下であることが望ましい。比重が１．５５をこえると大
型の熱交換器用部材には不向きとなる。
本発明に用いられる熱硬化性樹脂としては、フラン樹脂
、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキシド樹脂、キ
シレン樹脂等を挙げることができ、本発明の条件に合致
する樹脂をそのままあるいはブレンドしてまたは変性す
ることにより用いることができる。
、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキシド樹脂、キ
シレン樹脂等を挙げることができ、本発明の条件に合致
する樹脂をそのままあるいはブレンドしてまたは変性す
ることにより用いることができる。
好ましくは、変性フラン樹脂が用いられる。
また、本発明で使用する熱硬化性樹脂焼成体は、上記熱
硬化性樹脂を４５０℃以上の温度で炭化焼成して得られ
る。炭化焼成温度は好ましくは８００℃以上、より好ま
しくは１０００℃以上とする。また、炭化焼成時間は焼
成する温度により適宜選択すればよい。焼成温度が４５
０℃より低ければ十分炭化せず、気孔率が高くなり、本
発明が目的とするガラス状カーボン材料としての性質を
賦与することが困難となる。
硬化性樹脂を４５０℃以上の温度で炭化焼成して得られ
る。炭化焼成温度は好ましくは８００℃以上、より好ま
しくは１０００℃以上とする。また、炭化焼成時間は焼
成する温度により適宜選択すればよい。焼成温度が４５
０℃より低ければ十分炭化せず、気孔率が高くなり、本
発明が目的とするガラス状カーボン材料としての性質を
賦与することが困難となる。
作 用
本発明によれば、ガラス状カーボンを主成分とする、低
気孔率で軽量の熱交換器用部材が得られ、熱交換器を大
型化することが可能となり、漏れの問題も解消できる。
気孔率で軽量の熱交換器用部材が得られ、熱交換器を大
型化することが可能となり、漏れの問題も解消できる。
実施例（１）〜（４）
フルフリルアルコールモノマーに対し、ｐ−トルエンス
ルホン酸を適宜かく拌混合し重合させた。なお重合中に
生じる水分は適宜除いた。
ルホン酸を適宜かく拌混合し重合させた。なお重合中に
生じる水分は適宜除いた。
このフルフリルアルコール重合液を脱泡処理し、所定の
型に成形し、ゆっくりした昇温スピード（１℃／時間）
で乾燥器中において硬化させた。
型に成形し、ゆっくりした昇温スピード（１℃／時間）
で乾燥器中において硬化させた。
こうして得られた硬化体を不活性雰囲気中において２℃
／時間の昇温スピードで焼成し、気孔率が０．０２〜０
．２０％であるガラス状カーボン材料を得、熱交換器用
部材となるよう加工研磨を施した。
／時間の昇温スピードで焼成し、気孔率が０．０２〜０
．２０％であるガラス状カーボン材料を得、熱交換器用
部材となるよう加工研磨を施した。
熱交換器用部材の１例を第１図に示した。
熱交換器用の管群１０は多数の伝熱管１１をバンド１２
で束ねた構成になっている。伝熱管１１はガラス状カー
ボンを主成分としており、前述の手順で製造されている
。バンド１２はカーボン製である。伝熱管１１の貫通穴
１１ａの内側と管の外側に別々の媒体を流して熱交換を
行う。
で束ねた構成になっている。伝熱管１１はガラス状カー
ボンを主成分としており、前述の手順で製造されている
。バンド１２はカーボン製である。伝熱管１１の貫通穴
１１ａの内側と管の外側に別々の媒体を流して熱交換を
行う。
実施例（５）〜（８）
フェノール樹脂に対し濃塩酸をトータル量０．０９ｖｔ
％かく拌混合して重合させたフェノール重合液６０〜８
０ｗｊ％と、熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）を炭化焼
成させた粉末４０〜２０ｖｊ％を減圧（１００ｔｏｔｒ
以下）下においてトータル１００ｖｔ％になるようミキ
サーで混合し、脱泡した後、所定の鋳込み型に成形した
。その後、常温硬化させ、乾燥器中で再度硬化させた。
％かく拌混合して重合させたフェノール重合液６０〜８
０ｗｊ％と、熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）を炭化焼
成させた粉末４０〜２０ｖｊ％を減圧（１００ｔｏｔｒ
以下）下においてトータル１００ｖｔ％になるようミキ
サーで混合し、脱泡した後、所定の鋳込み型に成形した
。その後、常温硬化させ、乾燥器中で再度硬化させた。
ただし、硬化の温度は昇温スピード１０℃／時間とし、
常温から２００℃まで行なった。
常温から２００℃まで行なった。
こうして得られた硬化体を不活性雰囲気中で２℃／時間
の昇温スピードで焼成し、気孔率が０．０２〜０．２０
％であるガラス状カーボン材料を得、熱交換器用部材と
なるよう加工研磨を施した。
の昇温スピードで焼成し、気孔率が０．０２〜０．２０
％であるガラス状カーボン材料を得、熱交換器用部材と
なるよう加工研磨を施した。
比較例（１）〜（４）
比較例として次のような工程で熱交換器用部材を得た。
一般のピッチ、コークス粉等を原料として混練し、その
後任意の粒度に粉砕し焼結性をもった粉体を成形し、熱
処理した。
後任意の粒度に粉砕し焼結性をもった粉体を成形し、熱
処理した。
次に、減圧、加圧工程等を繰り返しながらここで得られ
た材料にフラン樹脂を含浸した。
た材料にフラン樹脂を含浸した。
その後焼成を行い、加工研磨を施して熱交換器用部材を
製造した。
製造した。
実施例（１）〜（８）及び比較例（９）〜（１２）で得
た材料を用いて空気透過率及び耐食性のテストを行った
。
た材料を用いて空気透過率及び耐食性のテストを行った
。
耐食性テストは、条件ａでは濃ＨＦを用いて８０℃で１
５０時間、条件すではＨＮＯ３＋ＨＦ （１： １）を
用いて８０℃で３００時間行った。
５０時間、条件すではＨＮＯ３＋ＨＦ （１： １）を
用いて８０℃で３００時間行った。
この結果を第１．２表に示した。
さらに、若干の酸化性雰囲気中での使用あるいは２次的
に発生する酸化雰囲気中での使用を考慮して、酸化消耗
特性についてもテストを行った。その結果を第２図に示
した。
に発生する酸化雰囲気中での使用を考慮して、酸化消耗
特性についてもテストを行った。その結果を第２図に示
した。
以上のテスト結果から、ガラス状カーボン材質で構成し
た本発明の熱交換器用部材は従来品（比較例）とくらべ
て、空気透過率が小さく、耐食性にすぐれ、また酸化消
耗特性も良好であることが明らかになった。
た本発明の熱交換器用部材は従来品（比較例）とくらべ
て、空気透過率が小さく、耐食性にすぐれ、また酸化消
耗特性も良好であることが明らかになった。
なお本発明は前述の実施例に限定されない。
例えば実施例以外の他の熱硬化性樹脂を出発原料として
もよい。また、本発明は加熱器、冷却器、蒸発器、凝集
器などの全ての熱交換器用の部材として適用できるもの
である。
もよい。また、本発明は加熱器、冷却器、蒸発器、凝集
器などの全ての熱交換器用の部材として適用できるもの
である。
発明の効果
以上述べたように、本発明によれば、従来の熱交換器部
材にくらべて耐食性、不浸透性がすぐれており、大型品
に適したより軽量の熱交換器用部材が提供でき、産業上
極めて有益である。
材にくらべて耐食性、不浸透性がすぐれており、大型品
に適したより軽量の熱交換器用部材が提供でき、産業上
極めて有益である。
第１図は本発明による部材を用いた熱交換器用管群を示
す斜視図、第２図は酸化消耗特性テストの結果を示すグ
ラフである。 代 理 人 弁理士 １） 辺 徹Ｆ
ｉｇ、 ２ （：：：畿：；＝： （： Ｈ：：、５（７００Ｈ，：）
す斜視図、第２図は酸化消耗特性テストの結果を示すグ
ラフである。 代 理 人 弁理士 １） 辺 徹Ｆ
ｉｇ、 ２ （：：：畿：；＝： （： Ｈ：：、５（７００Ｈ，：）
Claims (2)
- １．ガラス状カーボンを主成分とすることを特徴とする
熱交換器用部材。 - ２．少なくとも１種の熱硬化性樹脂５０ｗｔ％以上と、
少なくとも１種の熱硬化性樹脂を炭化焼成した粉末５０
ｗｔ％未満と、を含有する混合組成物を成形し、不活性
雰囲気中において炭化焼成したことを特徴とする熱交換
器用ガラス状カーボン部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2044516A JPH03247995A (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 熱交換器用部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2044516A JPH03247995A (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 熱交換器用部材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03247995A true JPH03247995A (ja) | 1991-11-06 |
Family
ID=12693713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2044516A Pending JPH03247995A (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 熱交換器用部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03247995A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH027494B2 (ja) * | 1983-02-16 | 1990-02-19 | Mitsubishi Electric Corp |
-
1990
- 1990-02-27 JP JP2044516A patent/JPH03247995A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH027494B2 (ja) * | 1983-02-16 | 1990-02-19 | Mitsubishi Electric Corp |
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