JP2505261B2 - セラミック熱交換体およびその製造法 - Google Patents
セラミック熱交換体およびその製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱交換効率に優れ、圧力損失の小さい耐熱衝
撃性にも優れたセラミック熱交換体およびその製造法に
関するものである。
撃性にも優れたセラミック熱交換体およびその製造法に
関するものである。
（従来の技術） 従来、耐熱衝撃性の良好な回転蓄熱式セラミック熱交
換体として、本願人は特公昭61-51240号公報において、
マトリックスセグメントと実質的に組成が同じでかつ熱
膨脹率の差が800℃において0.1％以下となるセラミック
接合材により各セグメント間を接合して熱交換体を得る
製造法を開示している。
換体として、本願人は特公昭61-51240号公報において、
マトリックスセグメントと実質的に組成が同じでかつ熱
膨脹率の差が800℃において0.1％以下となるセラミック
接合材により各セグメント間を接合して熱交換体を得る
製造法を開示している。
また、セラミック接合材の一例として、特公昭47-148
38号公報において、主としてLi2O,Al2O3,SiO2,TiO2から
なる発泡性セメントが開示されている。
38号公報において、主としてLi2O,Al2O3,SiO2,TiO2から
なる発泡性セメントが開示されている。
さらに、米国特許第4,335,783号公報において、接合
部を不連続とする熱交換体の製造法が開示されている。
部を不連続とする熱交換体の製造法が開示されている。
（発明が解決しようとする課題） 上述した本願人の特公昭61-51240号公報に示した熱交
換体においては、かなり良好な耐熱衝撃性を得ることが
できるが、回転蓄熱式熱交換体は高い耐熱衝撃性を必要
とするため、マトリックスセグメント自体は低熱膨脹で
なければならず、接合材も熱膨脹の低いものを使用する
必要があった。ところが、低熱膨脹の接合材は焼成によ
る収縮が大きく、接合強度がばらつき、接合部の信頼性
が劣る欠点があった。
換体においては、かなり良好な耐熱衝撃性を得ることが
できるが、回転蓄熱式熱交換体は高い耐熱衝撃性を必要
とするため、マトリックスセグメント自体は低熱膨脹で
なければならず、接合材も熱膨脹の低いものを使用する
必要があった。ところが、低熱膨脹の接合材は焼成によ
る収縮が大きく、接合強度がばらつき、接合部の信頼性
が劣る欠点があった。
また、特公昭47-14838号公報に示す発泡性セメントに
おいては、低熱膨脹で収縮の少ない接合材が得られる
が、この発泡性セメントを使用してコージェライトマト
リックスを接合すると、接合のための焼成過程で発泡性
セメントの結晶化が不充分で、コージェライトと反応し
てしまい、接合部の熱膨脹率が上昇し、さらに高温での
等温度エージングによる寸法変化、熱膨脹変化も大き
く、実使用時に接合部より破壊してしまう欠点があっ
た。
おいては、低熱膨脹で収縮の少ない接合材が得られる
が、この発泡性セメントを使用してコージェライトマト
リックスを接合すると、接合のための焼成過程で発泡性
セメントの結晶化が不充分で、コージェライトと反応し
てしまい、接合部の熱膨脹率が上昇し、さらに高温での
等温度エージングによる寸法変化、熱膨脹変化も大き
く、実使用時に接合部より破壊してしまう欠点があっ
た。
さらに、米国特許第4,335,783号公報に示す部分接合
法においては、接合材とセグメントの温度差を小さく
し、全体を柔構造とし、クラックの伝播を防止すること
で、耐熱衝撃性向上を目的としているが、大型接合体の
場合、接合部の強度が全体接合品に比べ劣る欠点があっ
た。
法においては、接合材とセグメントの温度差を小さく
し、全体を柔構造とし、クラックの伝播を防止すること
で、耐熱衝撃性向上を目的としているが、大型接合体の
場合、接合部の強度が全体接合品に比べ劣る欠点があっ
た。
本発明は上述した課題を解消して、熱交換効率に優
れ、圧力損失が小さいとともに、耐熱衝撃性等の諸特性
の良好なセラミック熱交換体およびその製造法を提供し
ようとするものである。
れ、圧力損失が小さいとともに、耐熱衝撃性等の諸特性
の良好なセラミック熱交換体およびその製造法を提供し
ようとするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明のセラミック熱交換体は、セラミック伝熱式・
蓄熱式熱交換体において、マトリックスセグメントと接
合材の熱膨脹率差が800℃で0.02％以下であり、接合材
のヤング率がマトリックスのヤング率の0.4倍以上1.8倍
以下であることを特徴とするものである。
蓄熱式熱交換体において、マトリックスセグメントと接
合材の熱膨脹率差が800℃で0.02％以下であり、接合材
のヤング率がマトリックスのヤング率の0.4倍以上1.8倍
以下であることを特徴とするものである。
また、本発明のセラミック熱交換体の製造法は、焼成
後の結晶相の主成分がコージェライトで、流路方向の80
0℃までの熱膨脹率が0.06％以下となる原料バッチから
ハニカム構造のマトリックスセグメントを押し出し成形
し、乾燥・焼成した後、その外周部を加工し、その外周
部に、マトリックスセグメントと、焼成後の接合材の熱
膨脹差が800℃で0.02％以下となる接合材のヤング率が
マトリックスのヤング率の0.4倍以上1.8倍以下となる接
合材を塗布して接合した後、乾燥して焼成することを特
徴とするものである。
後の結晶相の主成分がコージェライトで、流路方向の80
0℃までの熱膨脹率が0.06％以下となる原料バッチから
ハニカム構造のマトリックスセグメントを押し出し成形
し、乾燥・焼成した後、その外周部を加工し、その外周
部に、マトリックスセグメントと、焼成後の接合材の熱
膨脹差が800℃で0.02％以下となる接合材のヤング率が
マトリックスのヤング率の0.4倍以上1.8倍以下となる接
合材を塗布して接合した後、乾燥して焼成することを特
徴とするものである。
（作用） 上述した構成において、マトリックスセグメントの80
0℃での熱膨脹率が0.06％以下で、所定のマトリックス
セグメントとの熱膨脹差を有するとともに所定のヤング
率を有する接合材を使用し、接合部での応力集中を回避
することで耐熱衝撃性に優れたセラミック熱交換体を得
ることができることを新規に見出したことによる。
0℃での熱膨脹率が0.06％以下で、所定のマトリックス
セグメントとの熱膨脹差を有するとともに所定のヤング
率を有する接合材を使用し、接合部での応力集中を回避
することで耐熱衝撃性に優れたセラミック熱交換体を得
ることができることを新規に見出したことによる。
ここで、マトリックスと接合材の熱膨脹率差が800℃
で0.02％以下と限定すのは、0.02％を越えると接合部に
おける耐熱衝撃性が本発明で目的とする範囲を満たさな
いからである。また、接合部のヤング率をマトリックス
のヤング率の0.4倍以上1.8倍以下と限定するのは、0.4
倍未満であると接合体自体の強度がマトリックスに比べ
弱くなりすぎるとともに、1.8倍を越えると接合部にお
ける耐熱衝撃性が本発明で目的とする範囲を満たさない
からである。
で0.02％以下と限定すのは、0.02％を越えると接合部に
おける耐熱衝撃性が本発明で目的とする範囲を満たさな
いからである。また、接合部のヤング率をマトリックス
のヤング率の0.4倍以上1.8倍以下と限定するのは、0.4
倍未満であると接合体自体の強度がマトリックスに比べ
弱くなりすぎるとともに、1.8倍を越えると接合部にお
ける耐熱衝撃性が本発明で目的とする範囲を満たさない
からである。
接合材の所定の熱膨脹率は、LASガラスでその組成をS
iO2 55.0〜78.0重量％、Al2O3 12.0〜25.0重量％、Na2O
およびK2Oをそれぞれ0.2重量％以下、CaO 1.0〜3.0重量
％、Li2O 3.0〜6.0重量％の範囲で適宜調整することに
より得ることができる。また、接合材の所定のヤング率
は、接合材にグラファイト、カーボン粉末、樹脂ビーズ
等の焼成後気孔となる造孔材を所定量添加することによ
り調整することができる。なお、上述したいずれの方法
も、接合材の所定の熱膨脹率およびヤング率を得るため
に好適な一方法であって、本発明では他の方法でも接合
材が所定の熱膨脹率とヤング率を有していれば、いかな
るものでも使用できることはいうまでもない。
iO2 55.0〜78.0重量％、Al2O3 12.0〜25.0重量％、Na2O
およびK2Oをそれぞれ0.2重量％以下、CaO 1.0〜3.0重量
％、Li2O 3.0〜6.0重量％の範囲で適宜調整することに
より得ることができる。また、接合材の所定のヤング率
は、接合材にグラファイト、カーボン粉末、樹脂ビーズ
等の焼成後気孔となる造孔材を所定量添加することによ
り調整することができる。なお、上述したいずれの方法
も、接合材の所定の熱膨脹率およびヤング率を得るため
に好適な一方法であって、本発明では他の方法でも接合
材が所定の熱膨脹率とヤング率を有していれば、いかな
るものでも使用できることはいうまでもない。
（実施例） 本発明の製造法により回転蓄熱式セラミック熱交換体
を得るには、まず800℃までの熱膨脹率が0.06％以下と
なるコージェライト材料を押し出し成形法により三角
形、四角形、六角形等のセル形状をしたハニカム構造マ
トリックスセグメントに形成し、焼成する。その後、第
１〜３図にその一例を示すように、複数個のセグメント
１を用いて一体の回転蓄熱式セラミック熱交換体２とな
るように、セグメント１を加工し、化学組成の主成分が
Li2O,Al2O3,SiO2からなるLAS系非晶質ガラス粉末である
セラミック接合材を焼成後の厚さが0.1〜6mmとなるよう
に塗布接合し、充分に乾燥した後、1100〜1200℃、１〜
４時間の条件で焼成することにより回転蓄熱式セラミッ
ク熱交換体を得ることができる。
を得るには、まず800℃までの熱膨脹率が0.06％以下と
なるコージェライト材料を押し出し成形法により三角
形、四角形、六角形等のセル形状をしたハニカム構造マ
トリックスセグメントに形成し、焼成する。その後、第
１〜３図にその一例を示すように、複数個のセグメント
１を用いて一体の回転蓄熱式セラミック熱交換体２とな
るように、セグメント１を加工し、化学組成の主成分が
Li2O,Al2O3,SiO2からなるLAS系非晶質ガラス粉末である
セラミック接合材を焼成後の厚さが0.1〜6mmとなるよう
に塗布接合し、充分に乾燥した後、1100〜1200℃、１〜
４時間の条件で焼成することにより回転蓄熱式セラミッ
ク熱交換体を得ることができる。
ここで、接合体としては、Li2O,Al2O3,SiO2等の組成
を調整するとともに造孔材を添加して、マトリックスセ
グメントと接合材の熱膨脹率差が800℃で0.02％以下で
あり接合材のヤング率がマトリックスのヤング率の0.4
倍以上1.8倍以下となるように調整することが可能であ
る。
を調整するとともに造孔材を添加して、マトリックスセ
グメントと接合材の熱膨脹率差が800℃で0.02％以下で
あり接合材のヤング率がマトリックスのヤング率の0.4
倍以上1.8倍以下となるように調整することが可能であ
る。
以下実際の例について説明する。
実施例 コージェライト素地を押し出し成形法により長辺1.2m
m、短辺0.8mm及び長辺1.0mm、短辺0.5mmの長方形で
壁厚0.1mmのセル形状をしたセグメントを成形した後、1
400℃で６時間焼成することにより、130×180×170mmの
マトリックスセグメント２種を各々35個×６作成した。
これら２種のセグメントを接合後、一体構造の回転蓄熱
式熱交換体となるように外周部を加工した。次に接合部
に化学組成がSiO270.0wt％，Al2O3 24.0wt％，Li2O 4.3
wt％,CaO 1.5wt％であるLAS系非晶質ガラス粉末に対
し、造孔剤であるグラファイトを2.0,5.0,10.0,20.0,3
0.0wt％添加し、更に有機バインダー、水を添加してペ
ースト状とした接合材を、それぞれ焼成後の厚さが1.5m
mとなるように塗布して接合した後、充分乾燥し、1150
℃で２時間焼成することにより、直径700mm、厚さ70mm
の一体構造の回転蓄熱式熱交換体を得た。さらに、比較
のために造孔材無添加の接合材を使用し、上述した方法
と同じ方法で従来例の回転蓄熱式熱交換体を作成した。
m、短辺0.8mm及び長辺1.0mm、短辺0.5mmの長方形で
壁厚0.1mmのセル形状をしたセグメントを成形した後、1
400℃で６時間焼成することにより、130×180×170mmの
マトリックスセグメント２種を各々35個×６作成した。
これら２種のセグメントを接合後、一体構造の回転蓄熱
式熱交換体となるように外周部を加工した。次に接合部
に化学組成がSiO270.0wt％，Al2O3 24.0wt％，Li2O 4.3
wt％,CaO 1.5wt％であるLAS系非晶質ガラス粉末に対
し、造孔剤であるグラファイトを2.0,5.0,10.0,20.0,3
0.0wt％添加し、更に有機バインダー、水を添加してペ
ースト状とした接合材を、それぞれ焼成後の厚さが1.5m
mとなるように塗布して接合した後、充分乾燥し、1150
℃で２時間焼成することにより、直径700mm、厚さ70mm
の一体構造の回転蓄熱式熱交換体を得た。さらに、比較
のために造孔材無添加の接合材を使用し、上述した方法
と同じ方法で従来例の回転蓄熱式熱交換体を作成した。
上述した接合材を乾燥して同条件で焼成することによ
り、接合材の焼成サンプルを得、ヤング率測定用とし
た。また、一体構造品で耐熱衝撃性評価試験、接合部で
の強度評価試験を行った。その結果を第１表に示す。こ
こで、耐熱衝撃性の評価は、所定位置の電気炉に保持し
て取り出した後クラックが発生しない電気炉取り出し最
高温度で評価した。また、破壊部位は接合部を中心とし
て４×３×40mmのサンプルを作成し、このサンプルによ
り４点曲げ試験を実施して求めた。さらに、マトリック
スのヤング率測定の方向は、試料の長手方向にセルの長
辺を平行に並ばせて、荷重方向はセル孔に対して平行と
した。
り、接合材の焼成サンプルを得、ヤング率測定用とし
た。また、一体構造品で耐熱衝撃性評価試験、接合部で
の強度評価試験を行った。その結果を第１表に示す。こ
こで、耐熱衝撃性の評価は、所定位置の電気炉に保持し
て取り出した後クラックが発生しない電気炉取り出し最
高温度で評価した。また、破壊部位は接合部を中心とし
て４×３×40mmのサンプルを作成し、このサンプルによ
り４点曲げ試験を実施して求めた。さらに、マトリック
スのヤング率測定の方向は、試料の長手方向にセルの長
辺を平行に並ばせて、荷重方向はセル孔に対して平行と
した。
以上の結果から、所定の熱膨脹率およびヤング率の比
を有する接合材を使用した本発明の試料No.4,6〜11は、
参考例の試料No.1〜３および5,12と比較して、高い耐熱
衝撃温度を有するとともに接合部からの破壊も生じない
ことがわかった。
を有する接合材を使用した本発明の試料No.4,6〜11は、
参考例の試料No.1〜３および5,12と比較して、高い耐熱
衝撃温度を有するとともに接合部からの破壊も生じない
ことがわかった。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明のセラミック
熱交換体およびその製造法によれば、接合材としてマト
リックスセグメント特性に適合した所定特性のものを使
用することにより、耐熱衝撃性に優れたセラミック熱交
換体を得ることができる。
熱交換体およびその製造法によれば、接合材としてマト
リックスセグメント特性に適合した所定特性のものを使
用することにより、耐熱衝撃性に優れたセラミック熱交
換体を得ることができる。
第１図〜第３図はそれぞれ本発明のセラミック熱交換体
の一例を示す図である。 １……マトリックスセグメント ２……回転蓄熱式セラミック熱交換体
の一例を示す図である。 １……マトリックスセグメント ２……回転蓄熱式セラミック熱交換体
Claims (2)
- 【請求項１】セラミック伝熱式・蓄熱式熱交換体におい
て、マトリックスセグメントと接合材の熱膨脹率差が80
0℃で0.02％以下であり、接合材のヤング率がマトリッ
クスのヤング率の0.4倍以上1.8倍以下であることを特徴
とするセラミック熱交換体。 - 【請求項２】焼成後の結晶相の主成分がコージェライト
で、流路方向の800℃までの熱膨脹率が0.06％以下とな
る原料バッチからハニカム構造のマトリックスセグメン
トを押し出し成形し、乾燥・焼成した後、その外周部を
加工し、その外周部に、マトリックスセグメントと、焼
成後の接合材の熱膨脹差が800℃で0.02％以下となる接
合材のヤング率がマトリックスのヤング率の0.4倍以上
1.8倍以下となる接合材を塗布して接合した後、乾燥し
て焼成することを特徴とするセラミック熱交換体の製造
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63242543A JP2505261B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | セラミック熱交換体およびその製造法 |
| US07/409,947 US4953627A (en) | 1988-09-29 | 1989-09-20 | Ceramic heat exchangers and production thereof |
| EP89309815A EP0361883B1 (en) | 1988-09-29 | 1989-09-26 | Ceramic heat exchangers and production thereof |
| DE8989309815T DE68904720T2 (de) | 1988-09-29 | 1989-09-26 | Keramische waermeaustauscher und deren herstellung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63242543A JP2505261B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | セラミック熱交換体およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0293297A JPH0293297A (ja) | 1990-04-04 |
| JP2505261B2 true JP2505261B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17090674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63242543A Expired - Lifetime JP2505261B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | セラミック熱交換体およびその製造法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4953627A (ja) |
| EP (1) | EP0361883B1 (ja) |
| JP (1) | JP2505261B2 (ja) |
| DE (1) | DE68904720T2 (ja) |
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- 1989-09-26 EP EP89309815A patent/EP0361883B1/en not_active Expired - Lifetime
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| DE68904720D1 (de) | 1993-03-18 |
| EP0361883B1 (en) | 1993-02-03 |
| US4953627A (en) | 1990-09-04 |
| DE68904720T2 (de) | 1993-07-08 |
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| EP0361883A1 (en) | 1990-04-04 |
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