JPS61173926A - 多孔セラミツク構造物 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 良１」−１五」」目り 本発明は、耐熱応力性に優れ、大きな熱応力が発生する
用途、特に加熱炉の熱効率向上のために用いる通気性断
熱材などとして好適に使用される多孔セラミック構造物
に関する。

従来の技術及びその 三次元網状の格子構造を有し、内部を流体が通過する際
に流体が格子に衝突を繰り返しながら流動するようにな
したセラミック多孔体、例えば内部連通空間を有する三
次元網状骨格構造をなしたセラミックフオーム、或いは
ヌードル状のセラミツクを多孔性に形成したセラミック
ヌードル等は、通気性断熱材、その他高温の流体がその
内部連通空間を通過する用途に好適に用いられる（特開
昭５７−２０９８９２号等）。

しかし、セラミック多孔体をこの種の用途に使用する場
合、セラミック多孔体内の流体の通過する上流側と下流
側との間に数百℃の温度差が生じることがあり、その大
きい熱応力のためにセラミック多孔体が破損するという
問題があった。

するための手段及びその作用 本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、三次元網状
の格子構造を有し、内部を流体が通過する際に流体が格
子に衝突を繰り返しながら流動するようになしたセラミ
ック多孔体が、その上流側と下流側との間の温度差によ
って発生する熱応力により破損するのを防止するため、
この種のセラミック多孔体を２個使用し、これらをそれ
ぞれ流体流動の上流側及び下流側に配置すると共に、こ
れらセラミック多孔体の間に流体の流動方向に平行な壁
のみから構成された耐熱性の壁構造物を介装したもので
ある。

即ち、本発明の多孔セラミック構造物は、上述した三層
構造とすることにより、各層にそれぞれ異なった熱的働
きをさせ、これによって熱応力を緩和し、耐熱応力性を
向上させたものであり、上流側の第一層のセラミック多
孔体内に発生した熱応力を第二層（中間層）として介装
した通気抵抗が低くかつ耐熱クリープ性の高い上記壁構
造物で緩和し、第一層のセラミック多孔体内に生じた熱
応力が下流側の第三層のセラミック多孔体に直接伝達す
るのを防止することにより、上記目的を達成したもので
ある。

以下、本発明につき図面を参照して更に詳しく説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係る多孔セラミック構造物
を示すもので、図中１及び２はそれぞれ三次元網状の格
子構造をなし、内部を流体が通過する際に流体が格子３
に衝突を繰り返しながら流動するようにしなしたセラミ
ック多孔体層であり、これらセラミック多孔体１１１．
２はそれぞれ全体として四角板状に形成されている。４
は流体の流動方向と平行な１５のみから構成された耐熱
性の壁構造物で、全体として四角板状に形成され、前記
セラミック多孔体１１１．２間に介装されている。

なお、この多孔セラミック構造物において、流体は第−
暦の上ａｍセラミック多孔体１１の露出面６から流入し
、この上流側セラミック多孔体７１１゜中ｍ第二層の壁
構造物４．下流側セラミック多孔体Ｈ２の内部を順次通
過した後、第三層の下流側セラミック多孔体１！２の露
出面７から流出するもので、図中矢印方向に流通するも
のである。

ここで、第一層及び第三層を構成するセラミック多孔体
としては、内部連通空間を有する三次元網状骨格構造を
なしたセラミックフオームを好適に使用できる。この場
合、上記セラミックフオームとしては、その嵩比重が０
．２５〜０．７であり、内部連通空間の平均直径が０．
２〜１０ｗｙａであり、空隙率が７５〜９５％であり、
かつ空気の圧力損失が毎秒風速１−で１ｃｍの厚みを通
過するのに水柱０．１〜４０ｎであるものが好適である
が、セラミックフオームとしては圧力損失の低減を目的
として内部連通空間の平均直径が１〜１０＋ｎｏのもの
を用いることが特に好ましい。

なお、このようなセラミックフオームとしては、セル膜
のない軟質ポリウレタンフォームにセラミック泥漿を付
着させ、これを焼結することにより前記軟質ポリウレタ
ンフォームを炭化除去して製造したものを用いることが
好ましい。このようにセル膜のない軟質ポリウレタンフ
ォームからセラミックフオームを形成することにより、
正十二面体の稜の部分のみからなる筒形のセラミックフ
オームが得られ、これは空隙率が大きいので圧力損失が
少ない状態で流体が通過すると共に、内部連通空間が入
り組んでいるので、被処理流体がこの内部連通空間を通
過する際格子と確実に接触し、その効果を有効に発揮す
る。

また、第一層及び第三層を構成するセラミック多孔体と
しては、セラミック泥漿をヌードル状に押し出したもの
を多孔性をもたせて光が直進しないように重ね合せ、こ
れを焼成することにより得られるセラミックヌードルを
も好適に使用でき、本発明においては第一層及び第三層
に上記セラミックフオームやセラミックヌードルの如く
内部を光が直進しないセラミック多孔体を用いることに
より、良好な放射冷却の遮断作用を有する多孔セラミッ
ク構造物を得ることができる。なお、セラミックヌード
ルとしてはその嵩比重、内部連通空間の平均直径、空隙
率、空気の圧力損失が上述したセラミックフオームと同
様のものを用いることが好ましい。

更に、本発明においては第一層、第三層をそれぞれセラ
ミックフオーム又はセラミックヌードルとする以外に、
第一層をセラミックフオーム、第三層をセラミックヌー
ドルとしたり、或いはその逆にしても差支えない。

なお、本発明において、上流側に存する第一層のセラミ
ック多孔体の厚さは３０ｍ以下、特に１０ｍ以下とする
ことが好ましく、厚すぎると熱応力によって破損し易く
なる。なお、第一層の上流側セラミック多孔体層或いは
この多孔体ｌ１１と中間第二層の壁構造物との間に大き
な温度差が生じ、熱応力が発生するおそれがある場合は
、この熱応力を緩和するために例えば第２図に示す如く
第一層のセラミック多孔体にスリット８を形成すること
ができる。

また、下流側に存する第三層のセラミック多孔体は、第
一層の上流側セラミック多孔体層での輻射熱遮断や流体
の熱交換によって第一層に比較して著しく温度が低く、
かつ表面と裏面との間の温度差が小さいため熱応力によ
る破損には結び付き難いので、その厚さは１０ｍｍ以上
とすることが好ましく、これにより第三層の耐熱クリー
プ性を高めることができる。

また、第二Ｉｆ（中間層）を構成する耐熱性の壁〜構造
物としては、第３図に示す如き流体の流動方向（図中矢
印で示す）に平行な１９のみから構成された筒状セル１
０を有するセラミック体を好適に使用し得、この場合壁
の形状が第３図に示すような断面が六角形のハニカム状
のもの或いは第４図に示すような断面がほぼ円形のロー
ルコア状のものなどが好ましく用いられる。なお、筒状
セルを有するセラミック体としては壁の厚さが５ｆｉ以
下、特に３ｍｍ以下のものを用いることが好ましく、ま
たセルの平均径が５Ｍ以上のものが好ましい。

これにより、上下流側セラミック多孔体１１．２の温度
差によって生じる熱膨張による動きの差が剛直に結び付
くことが防止され、これら両ｌ！１゜２間の温度差によ
って生じる熱応力を小さくすることができると共に、上
流側セラミック多孔体層１から下流側セラミック多孔体
ＷＲ２への熱の伝達量を少なくすることができる。

なお、本発明の多孔セラミック構造物は、上記第一１１
．第二Ｗ！Ｊ４．第三層２第三層化されていることが好
ましい。

発明の詳細 な説明したように、本発明の多孔セラミック構造物は、
三次元網状の格子構造を有し、内部を流体が通過する際
に流体が格子に衝突を繰り返しながら流動するようにな
した２１１Ｑのセラミック多孔体の間に流体の流動方向
と平行な壁のみから構成された耐熱性の壁構造物を介装
したことにより、耐熱応力性に優れ、例えば通気性断熱
材等の大きな熱応力が発生する用途に用いた場合でも破
損し難いものである。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明の効果を具体的
に説明する。なお、実施例及び比較例のセラミックＵ＊
は全て１目−で、主成分は電融ムライトである。

［実施例］ 全体として四角板状に形成した内部連通空間を有する三
次元網状骨格構造をなしたセラミックフオームからなる
第−ｗ４１及び第三層２の間に全体とて四角板状に形成
した第４図に示すようなロールコア状のセラミック体か
らなる第二層４を介装して一体成形し、第３図に示１よ
うな多孔セラミック構造物を製造した。なお、各層１．
２．４はそれぞれ１０ｍの厚さとし、全体の大きざは２
１０Ｘ３８０Ｘ３０＋ｎとした。マタ、各１１！１１゜
２．４の性状は下記の通りである。

即ち、第一層１及び第三Ｆｌ！！２のセラミック多孔体
は、嵩比重が０．４２であり、内部連通空間の平均直径
が５＋ｅｗであり、空隙率が８５％であり、かつ空気の
圧力損失が毎秒風速１　ｌｌで１ｃ１１１の厚みを通過
するのに水柱０．５ｍのセラミックフオームである。ま
た、第二層のロールコア状のセラミック体は、筒状セル
の平均直径が１４＋ｎのものである。

［比較例１〜５］ 第１表に示す比重のセラミックフオームを第１表に示す
大きさに載断し、四角板状に形成したもの。その他の物
性は実施例と同じである。

［比較例６１ 第１表に示す比重のセラミックフオームを第１表に示す
大きさに載断して四角板状に形成し、更に第２図に示し
たように厚さ方向はぼ中央部に存して長さ方向両側面か
ら１４０Ｉ１ｗの幅のスリット８をそれぞれ・形成した
もの。

［比較例７］ 第１表に示す比重のセラミックフオームを第１表に示す
大きさの四角板状に形成し、更に第５図に示したように
厚さ方向はぼ中央部に存して幅方向両側面から７０ｔｎ
＋の幅のスリット８をそれぞれ形成したもの。

［比較例８］ ２枚の２１０Ｘ４２８Ｘ１５ｍの四角板状セラミックフ
オームを第６図に示す如く点接１１１ｂて一体化したも
の。

〔比較例９］ ２枚の２１０ｘ４２８ｘ１５關の四角板状セラミックフ
オームの間に第７図に示す如くセラミックひも１２を介
装して一体化したもの。

次に上記実施例及び比較例の通気性断熱材を用い、下記
の熱ＩＩ試験を行った。

創［１Ｌ１ 第８図に示す加熱炉を用いて行った。なお、第８図にお
いて１３は浸管用バーナー、１４は加熱炉、１５は排気
口、１６は排気口１５に載置された通気性断熱材である
。

この場合、燃料はＬＰＧを用い、インプット熱量１９万
にｃａｌ　／ｈｒ、空気過剰率１．３．炎長１４００ｇ
とし、第９図に示す加熱条件で加熱を行い、その際のサ
ンプルの耐久回数及び破損状況を調べた。結果を第２表
に示す。

第２表の結果より、本発明の多孔セラミック構造物は、
耐熱性に優れ、大きな熱応力が生じる用途に使用しても
耐久性に優れていることが認められた。

次に、実験例を示す。

［実験例］ 本発明の多孔セラミック構造物は、機械的強度を高める
ために多層構造としたのではなく、耐熱応力性を高める
ための多層構造としてものであるが、この点につき下記
の実験を行った。

下記第３表に示すＮ００１〜８の四角板状のサンプルを
種々の嵩比重で作成し、これらの弾性率及び曲げ強度を
第１０図に示す装置を用いて調べた。結果を第１１図及
び第１２図に示す。

なお、サンプルＮｏ、１はセラミックフオームのみから
なるもので比較例１〜５と同様のものであり、Ｎｏ、２
〜８はセラミックフオームの間にセラミックハニカムを
介装した第３図に示したと同様のものである。

第１１．１２図の結果より、本発明構造物においては多
層構造とすることによって機械的強度は向上しないが耐
熱応力性は向上することが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る多孔セラミック構造物
を示す断面図、第２図はセラミック多孔体にスリットを
形成した状態の一例を示す斜視図、第３図は本発明の一
実施例に係る多孔セラミック構造物を示す斜視図、第４
図はロールコア状セラミック体を示す斜視図、第５図は
セラミック多孔体にスリットを形成した状態の他の例を
示す斜視図、第６図及び第７図はそれぞれ比較例の多孔
セラミック構造物を示す斜視図、第８図は熱衝撃試験に
用いた加熱炉を示し、Ａは平面図、Ｂは側面断面図、第
９図は熱衝撃試験における加熱条件を示すグラフ、第１
０図は実験例においてサンプルの弾性率及び曲げ強度を
調べるのに用いた装置を示す側面図、第１１図は実験例
のサンプルの弾性率を示すグラフ、第１２図は実験例の
サンプルの曲げ強度を示すグラフである。 １．２・・・セラミック多孔体層。 ４・・・耐熱性壁構造物。 出願人　　株式会社　ブリデストン 代理人　　弁理士　小　島　隆　司 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三次元網状の格子構造を有し、内部を流体が通過す
   る際に流体が格子に衝突を繰り返しながら流動するよう
   になした２個のセラミック多孔体の間に、流体の流動方
   向と平行な壁のみから構成された耐熱性の壁構造物を介
   装してなることを特徴とする多孔セラミック構造物。 ２、セラミック多孔体が、内部連通空間を有する三次元
   網状構造をなしたセラミックフォームである特許請求の
   範囲第１項記載の構造物。 ３、セラミックフォームとして、嵩比重が ０．２５〜０．７であり、内部連通空間の平均直径が０
   ．２〜１０ｍｍであり、空隙率が７５〜９５％であり、
   かつ空気の圧力損失が毎秒風速１ｍで１ｃｍの厚みを通
   過するのに水柱０．１〜４０ｍｍのものを用いた特許請
   求の範囲第２項記載の構造物。 ４、セラミック多孔体が、ヌードル状のセラミックを重
   ね合せて形成したセラミックヌードルである特許請求の
   範囲第１項記載の構造物。 ５、耐熱性を有する壁構造物が、流体の流動方向と平行
   な壁のみからなる筒状セルを有するセラミック体である
   特許請求の範囲第１項乃至第４項いずれか記載の構造物
   。