JP3088150B2 - 回転式スクラバ用繊維強化樹脂製羽根車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体を用いて腐食性ガ
スおよび微粉（ダスト、ヒューム）を含むガスを洗浄集
塵する回転式スクラバの繊維強化樹脂製羽根車に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題が注目されるように
なり、ボイラ−や焼却炉の腐食性ガスおよび微粉（ダス
ト、ヒュ−ム等）を含む工場排ガスを洗浄集塵し、環境
に放出するガスをより一層、清浄化する技術が要求され
ている。耐蝕性のある繊維強化樹脂（以下ＦＲＰという
ことがある）をスクラバ本体、入口ダクト等に使用する
手法は、特公昭５５−２３６５６号公報で知られてい
る。

【０００３】回転式スクラバにおいて高集塵率を得るた
めには、羽根車を高速回転させる必要がある。鋼製の回
転羽根車は重量が大きいため、周速の限度が低く、捕集
効率に限界があった。回転式スクラバの羽根車を、鋼製
からガラス繊維強化樹脂（以下ＧＦＲＰとということが
ある）にすることにより、重量は約１／２程度に軽量化
でき、捕集効率も向上することから、近年開発が行われ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧＦＲ
Ｐ製羽根車の寿命は、鋼製羽根車に比べて排ガス中の微
粒子による摩耗によって短いことが問題であった。ま
た、炭素繊維強化樹脂（以下ＣＦＲＰということがあ
る）製羽根車は、ＧＦＲＰ製羽根車より強度、剛性が大
きいので、限界の周速も大きく、捕集効率が向上するこ
とが期待される。しかし、摩耗に関しては、ＣＦＲＰは
ＧＦＲＰより劣っているので寿命にさらに問題があっ
た。本発明は、高集塵率を維持し、耐摩耗性に優れた繊
維強化樹脂製羽根車を提供することを目的とするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために鋭意検討した結果、表面に特定の弾
性率の無機質繊維からなる繊維強化樹脂層を有する繊維
強化樹脂製羽根車が、耐摩耗性に優れていることを見出
し本発明に到達した。

【０００６】すなわち、本発明は、羽根車本体が繊維強
化樹脂であって、表面に弾性率が１５０００ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上の無機質繊維からなる繊維強化樹脂層を有する
回転式スクラバ用繊維強化樹脂製羽根車に関するもので
ある。さらに本発明は、羽根車本体の繊維強化樹脂に用
いられる繊維の弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、
強度が１５０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である高強度、高弾性
の繊維を、体積比率で繊維強化樹脂全体の１０％以上７
０％以下含有することを特徴とする回転式スクラバ用繊
維強化樹脂製羽根車に関するものである。

【０００７】回転式スクラバ用繊維強化樹脂製羽根車の
形状は、図１〜図６に示すようなものが挙げられる。必
要に応じてこれらの羽根車を数段重ねて使用することが
できる。図１、図３、図５は羽根車の平面図であり（図
では羽根車の半分を示す）、図２、図４、図６はそれぞ
れに対応する断面図である。腐食性ガスまたは微粉を含
むガスはそれぞれの断面図における上部から流入して、
主板、側板、羽根の間を通って側面へ抜け、次の羽根車
へ向かう。

【０００８】羽根車の耐摩耗性を向上して寿命を延ばす
ために、ＦＲＰ製羽根車本体の表面に、弾性率が１５０
００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の無機質繊維からなる繊維強化
樹脂層を設けることが好ましい。該無機質繊維として
は、アルミナ質繊維およびシリコンカ−バイド繊維など
が挙げられる。

【０００９】本発明に用いられるアルミナ質繊維は、一
般的なガラス繊維の２倍以上の弾性率を有し、合成樹脂
との接着性が極めて良好であるため、強度、弾性率、層
間せん断強度にすぐれた複合材料を容易に製造しうるも
のである。該アルミナ質繊維はアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
含有量が６０重量％以上のものが好ましい。さらに好ま
しくはアルミナ含有量７２重量％以上、シリカ（ＳｉＯ
₂ ）含有量２８％以下のものがよく、特に好ましくはア
ルミナ含有量７５〜９８重量％、シリカ含有量２５〜２
重量％のものがよい。アルミナ含有量が６０重量％未満
では繊維弾性率が充分ではなく、またアルミナ含有量が
９８％以上になると弾性率が大きくなりすぎて取扱い
性、成形性が悪くなる。

【００１０】また該アルミナ質繊維のＸ線的構造におい
て、α−アルミナの反射を実質的に示さないものが好ま
しい。一般に無機質繊維は高温において繊維内に繊維を
形成する無機物の結晶粒子が成長し、これら結晶粒子間
の粒界破壊のために繊維強度が著しく低下する。同時
に、結晶粒子の成長に伴って繊維の表面積が減少し、こ
のために樹脂との接着性が低下する。この事情は該アル
ミナ質繊維において、そのＸ線回折像にα−アルミナの
反射が現れることによって特徴づけられることが一般に
知られている。したがって本発明に用いられるアルミナ
質繊維はそのＸ線回折像にα−アルミナの反射が現れな
いように製造されたものが好ましい。

【００１１】アルミナ質繊維として、商品名アルテック
ス（住友化学工業（株）製）、商品名アルセン（電気化
学工業（株）製）、商品名ネクステルＲ（３Ｍ社製）、
商品名アルマックス（三井鉱山（株）製）、商品名ＦＰ
ファイバー（デュポン社製）などを挙げることができ
る。これらの中で好ましい繊維は、アルテックスおよび
アルセンである。

【００１２】本発明に用いられるシリコンカーバイド繊
維は、ポリカルボシラン焼成法により製造される商品名
ニカロン（日本カーボン（株）製）、およびカーボン芯
線上へのＣＶＤ法（化学蒸着法）により製造されるテキ
ストロン スペシャリティマテリアルズ（Ｔｅｘｓｔｒ
ｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）社製
のものなどがあり、一般的なガラス繊維の２倍以上の弾
性率を有するものである。

【００１３】本発明において使用する無機質繊維の形態
は特に限定されるものではなく、長繊維でも短繊維でも
よいが、長繊維で用いるほうが高強度の特徴を生かせる
ので好ましい。長繊維のときにはロ−ビング状、織布
状、プリプレグ状で使用することができる。いずれの形
状で使用する場合においても、ＦＲＰ製羽根車本体上に
ハンドレイアップ法により無機質繊維に樹脂を含浸させ
ながら、無機質繊維強化樹脂層を形成することが好まし
い。

【００１４】該無機質繊維強化樹脂層の厚みは、少なく
とも５０μｍ以上が好ましい。さらに好ましくは１００
〜２０００μｍがよく、特に好ましくは１００〜１００
０μｍがよい。１００μｍ以下では耐摩耗性能の向上効
果が小さく、２０００μｍ以上ではコストおよび重量増
加の点で好ましくない。該無機質繊維強化樹脂層は、羽
根車の表面全体に形成することが好ましいが、使用条件
によっては摩耗の激しい場所に限定して形成してもよ
い。

【００１５】さらに、該樹脂にセラミック粉末を添加す
ること、および前記無機質繊維強化樹脂層の上にさらに
セラミック粉末を含有した粉末分散樹脂をコ−ティング
して使用することは、一層の耐摩耗性が得られるので好
ましい。セラミック粉末には、アルミナ、ジルコニア、
炭化ケイ素、二ほう化チタンなどのモース硬度７以上の
粉末、あるいは、黒鉛、二硫化モリブデンなどの固体潤
滑性粉末を用いることができる。また、これらの粉末は
２種以上混合して用いることができる。セラミック粉末
の配合量は樹脂１００ｇに対して２０から５０ｇが好ま
しい。

【００１６】また、ＦＲＰ製羽根車本体上の無機質繊維
強化樹脂およびさらにその上にコーティングして用いる
セラミック粉末を含有した粉末強化樹脂における、マト
リックス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノ
ール樹脂、アルキッド樹脂、キシレン樹脂、メラミン樹
脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリメ
タクリレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂（ナ
イロン６、６．６、６．１０、６．１１、６．１２な
ど）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルフォ
ン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂等の熱
可塑性樹脂を挙げることができる。これらの中でエポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂
が性能及び取扱い性の面から好ましい。

【００１７】次に、羽根車本体の繊維強化樹脂について
説明する。該繊維強化樹脂のマトリックス樹脂として
は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエ
ステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッ
ド樹脂，キシレン樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、シ
リコン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリメタクリレ
ート樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン
６、６．６、６．１０、６．１１、６．１２など）、ポ
リフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルフォン樹脂、
ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケ
トン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂等の熱可塑性樹
脂を挙げることができる。これらの中でエポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂が性能及
び取扱い性の面から好ましい。

【００１８】羽根車本体の繊維強化樹脂の強化繊維とし
ては、繊維の弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、強
度が１５０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である繊維を、体積比率
で繊維強化樹脂全体の１０％以上７０％以下含有するこ
とが望ましい。さらに好ましくは３０体積％以上、６５
体積％以下がよい。１０体積％より少ない場合は強化効
果が十分ではなく、７０体積％より大きい場合は繊維同
士の接触確率が大きくなって逆に強度が低下するので好
ましくない。

【００１９】さらに好ましくは、繊維の弾性率が１５０
００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ²
以上である繊維を、体積比率で繊維強化樹脂全体の３０
％以上６５％以下含有するものがよい。弾性率が６００
０ｋｇｆ／ｍｍ² 未満かつ強度が１５０ｋｇｆ／ｍｍ²
未満では、羽根車全体の剛性が低下するため高速回転が
望めなく、また大きな慣性力下では、無機質繊維層と本
体との間に割れが生じるので好ましくない。

【００２０】強化繊維の具体例としては、炭素繊維、ガ
ラス繊維、アラミド繊維、アルミナ質繊維、およびシリ
コンカ−バイド繊維からなる群から選ばれた少なくとも
１種の繊維が挙げられる。アルミナ質繊維およびシリコ
ンカーバイド繊維としては、前記のものが例示される。
これらの中で、ガラス繊維はコストが低い点で好まし
い。また、比強度、比剛性が大きい方が軽量化／高速回
転化の効果が顕著であり、高集塵率が得られるので、炭
素繊維が好ましい。また、これらの繊維を目的に応じて
２種以上組み合わせて使用することも好ましい。たとえ
ば、炭素繊維とガラス繊維のハイブリッド使用は性能と
コストのバランスの面から好ましい。

【００２１】本発明における繊維強化樹脂製スクラバの
羽根車本体の製造方法は、ハンドレイアップ法、プレス
成形法、オートクレーブ成形法などによって製造でき
る。一般に羽根車は複雑な形状が多いので、ハンドレイ
アップ法が好ましい。

【００２２】また、成形欠陥を少なくするため、強化繊
維のＦＲＰ中における体積含有率を３０％以上にし、ハ
ンドレイアップ成形した後、真空バックに入れてボイド
を無くし繊維含有率を上げる方法も好ましい。また、成
形欠陥を少なくするため、プレス成形、オートクレーブ
成形などであらかじめ羽根車を製作しておき、これを芯
型にして、ハンドレイアップ法で表層に耐摩耗性の繊維
強化樹脂層を形成しながら、所定の３次元形状に組み立
てる方法も好ましい。

【００２３】

【実施例】以下に実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 ＦＲＰの摩耗試験方法 ＪＩＳ Ｋ７２０４に準じて、下記の条件で摩耗試験を
行った。 試験機：テーバー摩耗試験機（安田精機製作所製、ＴＡ
ＢＥＲ ＡＢＲＡＳＥＲ） 摩耗リング：ＣＳ−１７ 荷重：１０００ｇ 回転数：１０００回転

【００２４】実施例１ テストピースの積層構成はアルミナ繊維織布（Ａｌ）＋
サーフェイスマット（Ｓ）＋チョップドストランドマッ
ト（Ｃ）５層＋サーフェイスマット（Ｓ）＋アルミナ繊
維織布（Ａｌ）（以下（Ａｌ＋Ｓ＋５Ｃ＋Ｓ＋Ａｌ）と
略す。）であり、いずれの層においてもマトリックス樹
脂にビスフェノール系ビニルエステル（昭和高分子
（株）製）を用いた。ハンドレイアップ法により、繊維
体積含有率（Ｖｆ）が３０％となるようにテストピース
を作成し、摩耗試験を行った。その結果を表１に示す。

【００２５】使用した材料の詳細を以下に記す。 サーフェイスマット：日本板硝子（株）製マイクログラ
スサーフェイスマット（製品記号 ＣＦＧ２４）、繊維
目付 ３０ｇ／ｍ² 、成形後繊維含有率 １０体積％、
厚み １２０μｍ、密度 １．３４ チョップドストランドマット：日本板硝子（株）製チョ
ップドストランドマット（製品記号 ＲＥＭ３８０−Ｇ
５（ポリエステルバインダー））、繊維長 約５０ｍ
ｍ、繊維目付 ３８０ｇ／ｍ² 、成形後繊維含有率３０
体積％、厚み４９０μｍ、密度 １．６１ アルミナ繊維織布：住友化学工業（株）製アルミナ繊維
アルテックス、平織、１０００フィラメント／ヤーン、
繊維の弾性率２１０００ｋｇｆ／ｍｍ² 、繊維径１５μ
ｍ、繊維目付 ５１０ｇ／ｍ² 、成形後繊維含有率 ４
０体積％、厚み３７５μｍ、密度 ２．４１ その結果を表１に示す。

【００２６】実施例２ マトリックス樹脂に粒径約１０μｍのＳｉＣ粉末を充填
して用い、ＳｉＣ粉末の充填量はマトリックス樹脂１０
０ｇに対し、３０ｇの割合としたこと以外は、実施例１
に準じてテストピースを作成して、摩耗試験を行った。

【００２７】比較例１ テストピースの積層構成を、サーフェイスマット（Ｓ）
＋チョップドストランドマット（Ｃ）５層＋サーフェイ
スマット（Ｓ）、（以下（Ｓ＋５Ｃ＋Ｓ）と略す。）と
したこと以外は、実施例１に準じてテストピースを作成
して、摩耗試験を行った。その結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】 表中の摩耗比率は比較例１を１００として表した。

【００２９】実施例３ 図１および図２にアンモニア廃ガス処理用スクラバ羽根
車を示す。羽根車の直径は８５０ｍｍ、羽根、主板、側
板の厚みは１０ｍｍであり、羽根は円周に２４枚取り付
けた。使用時の回転数はインバーターで可変であり、１
２０〜１２００ｒｐｍであった。羽根車の主板、側板、
羽根を、ガラス繊維ロービングクロス（日本板硝子
（株）製、マイクログラスロービングクロス、製品記号
ＲＥＷ８１０−Ｍ、平織、繊維目付８１０ｇ／ｍ² 、
成形後繊維含有率４５体積％、厚み７００μｍ、密度
１．８２）とチョップドストランドを交互に７層ずつ積
層し、その外側をサーフェイスマット１層、さらにその
表層にアルミナ繊維織布２層を積層し、マトリックスに
ビニルエステル樹脂を用いてハンドレイアップ法により
作成した。材料はガラス繊維ロービングクロス以外は実
施例１と同じものを用いた。 本羽根車をアンモニア排
ガス処理試験プラントの回転式スクラバに取付けて使用
したところ、１年経過しても表層樹脂の１０数μｍが摩
耗したのみで使用上支障がない程度であった。

【００３０】試験プラントの運転条件は下記の通りであ
った。 入口アンモニアガス濃度 １２０００ｐｐｍ 温度 １５０℃ 風量 １０Ｍ³ ／分 粉塵捕集効率 ９９％以上 出口アンモニアガス濃度 １ｐｐｍ以下 処理液 希硫酸

【００３１】比較例２ 表層のアルミナ繊維織布を用いないほかは、実施例３に
準じて、回転式スクラバ用羽根車を作成し、実施例３と
同様の運転を行ったところ、３カ月後に、摩耗により羽
根の肉厚がほとんどの部分で半分以下となり、使用不可
となった。

【００３２】実施例４ 図１および図２にボイラー廃ガス処理用スクラバ羽根車
を示す。主板、側板、羽根を住化ハーキュレス製ＣＦＲ
Ｐプリプレグ［炭素繊維マグマナイト（商品名）ＡＳ４
（弾性率２４０００ｋｇｆ／ｍｍ² ）／エポキシ樹脂１
９０８〕を用いて、擬等方性［０°／±４５°／９０
°］に積層し１２０℃硬化でプレス成形した後、表面に
住友化学工業（株）製アルミナ繊維アルテックス（弾性
率２１０００ｋｇｆ／ｍｍ² ）の平織にビニルエステル
樹脂（ダウケミカル（株）製商品名デラケーン）をマト
リックスとしてハンドレイアップ法により成形する。Ｃ
ＦＲＰ部分のＶｆは６０％、ＡＬＦＲＰ部分のＶｆは４
０％にできる。

【００３３】本羽根車をボイラー廃ガス処理プラントの
回転式スクラバに取付け、塩化水素、塩素ガス処理およ
びダストの集塵のため、高速回転（たとえば最大３６９
０ｒｐｍ、周速７１．５ｍ／ｓ）での長期運転が可能で
ある。

【００３４】

【発明の効果】本発明の羽根車は、耐摩耗性および剛性
に優れることから、高速回転（たとえば、周速約４０ｍ
／ｓ以上、最大約７０ｍ／ｓ）での長期運転が可能であ
り、高集塵率が得られる。また、１機に取り付ける羽根
車の数を減らすことができるので、スクラバの製作費を
削減することができ、運転に際しては省エネルギー効果
がある。さらに、本発明の羽根車の構造は、ガスブロア
ーやファンなどにも広く応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクラバー羽根車の平面図を示す。

【図２】スクラバー羽根車の断面図を示す。

【図３】スクラバー羽根車の平面図を示す。

【図４】スクラバー羽根車の断面図を示す。

【図５】スクラバー羽根車の平面図を示す。

【図６】スクラバー羽根車の断面図を示す。

【符号の説明】

１ 主板 ２ 側板 ３ 羽根

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】羽根車本体が繊維強化樹脂であって、表面
   に弾性率が１５０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の無機質繊維
   からなる繊維強化樹脂層を有する回転式スクラバ用繊維
   強化樹脂製羽根車。
2. 【請求項２】羽根車本体の繊維強化樹脂に用いられる繊
   維の弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、強度が１５
   ０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である高強度、高弾性の繊維を、
   体積比率で繊維強化樹脂全体の１０％以上７０％以下含
   有することを特徴とする請求項１記載の回転式スクラバ
   用繊維強化樹脂製羽根車。