JP2003267776A - βスポジュメンハニカム状蓄熱体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低膨脹性のセラミックハニカム体を提供する。 【構成】ペタライト約50乃至90重量％と硅礬比1.4以上
の粘土約10乃至50重量％及び有機性結合材を混練して原
料はい土とし、ハニカム形状に押出成形し、乾燥の後、
最高温度1200乃至1330℃で焼成してハニカム状蓄熱体を
製造する。 【解決手段】ペタライト約50乃至90重量％と硅礬比1.4
以上の粘土約10乃至50とを配合混練し、成形することで
ハニカムの押出し成形でき、しかも低熱膨張のβスポジ
ュメンハニカムになしうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、VOCの除去、脱臭
或いは廃熱回収等の蓄熱熱交換器に使用されるセラミッ
クハニカム体に関するものである。本発明はさらに詳し
くは、リチウムアルミナシリケートの一種であるペタラ
イトを使った低膨張のβスポジュメンハニカム蓄熱体に
関するものである。

【０００2】

【従来の技術】従来から、鉄鋼、アルミ、ガラス等の溶
融及び加熱加工等の一般産業用の燃焼加熱炉において、
或いはVOCや臭気を除く脱臭工程においてエネルギー効
率を改善するために、排ガス中の廃熱を回収し燃焼用空
気を予め加熱する方法が行われている。これに用いる蓄
熱体として、セラミックボール、サドル、ペレット等の
充填物が使用されていたが、排ガスあるいは燃焼用空気
等が蓄熱体を通過する際圧力損失を小さく、また、容積
当たりの熱交換面積を大きくするため、蓄熱体としてセ
ラミックハニカム構造体が使用されている。セラミック
ハニカム蓄熱体としてはコージライトセラミックからな
る構造体が知られ、広く用いられている。

【０００３】また特開平10-330154号では、公報に記載
されているようにβスポジュメン製ハニカム蓄熱体が知
られている。このβスポジュメンハニカム構造体は焼成
した際にβスポジュメン結晶構造となるようなガラス及
びペタライト鉱物と可塑性粘土を調製することにより、
βスポジュメンハニカム構造体を低価格で製造するよう
にしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
許の場合にはいくつかの問題がある。すなはち、上記特
許の場合ペタライト鉱物と可塑性粘土（上記特許ではジ
ョージアカオリンを使用）と、さらにリチウムアルミノ
シリケート系の低温溶融ガラスを調製することにより、
βスポジュメンハニカム構造体を製造するようにしてい
る。これは、原料中の粘土のシリカとアルミナとの割合
（硅礬土比）が低いために、添加する粘土の量に応じア
ルミナ分が多くなり、ハニカム構造体とした場合の熱膨
張係数が大きくなって、蓄熱体としての使用中にクラッ
クが生じるためである。

【０００５】このように上記特許では、焼成体の熱膨張
を小さくするため、ペタライトと粘土鉱物の他にリチュ
ウムガラスを添加して熱膨張を小さくする方法が取られ
ている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記事情に鑑みて、本発
明は、配合する原料の種類をペタライト約50乃至90重量
％と硅礬比1.4以上の粘土約10乃至50重量％及び有機性
結合材と特定することで熱膨張係数の小さい押し出し成
形ハニカム蓄熱体を製造する方法を提供しようとするも
のである。本発明の製造方法により、熱膨張係数が減少
し、したがって、焼成したセラミックハニカム蓄熱体に
おいて使用中のヒートショックなどによるクラックの欠
陥の発生ないβスポジュメンセラミックハニカム体を製
造することができる。

【０００７】また、本発明はβスポジュメン組成物のセ
ラミックハニカム体を良好に成形、製造する方法を提供
する。この方法は、ハニカム体を押出すために配合する
原料として、押出成形に好適な量の粘土鉱物を配合で
き、押出し特性と成形焼成後の熱膨張特性の両方の特性
を著しく改良するのに効果的である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に使用されるペタライト
（Li2O・Al2O3・8SiO2）は、表2に示すブラジル産或い
は南アフリカジンバブエ産がある。その平均粒径は15か
ら20μmである。

【０００９】また、本発明に使用される粘土は表1に示
す蛙目粘土、木節粘土等のアルミノ・シリケート粘土で
あるが、その粘土に含まれるシリカとアルミナの割合、
すなはち硅礬比は少なくも1.4以上なければならない。

【００１０】

【表１】

【００１１】セラミック熱交換器を製造するときのペタ
ライトと粘土との配合割合は、ペタライト約50乃至90重
量％と粘土約10乃至50重量％、好ましくは、ペタライト
を65乃至80重量％、粘土20乃至35重量％とする。

【００１２】βスポジュメンハニカム体の押出し成形の
ためのその他の成分は、水と必要に応じ有機結合剤成分
の組合せからなる。有機結合剤成分は、セラミック粉末
押出しに常用されているような、有機結合剤、可塑剤お
よび／または押出助剤からなる。最も好ましい有機成分
は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセル
ロース等のような少なくとも１種類のセルロース結合
剤；およびステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸アン
モニウム、またはステアリン酸ジグリコールのような少
なくとも１種類の潤滑剤を含む。

【００１３】混合は、ミキサー中で従来どおり行なう。
その後、従来からのハニカム押出しの手順にしたがっ
て、得られたはい土を押し出す。

【００１４】ハニカム押出しは従来の手順にしたがっ
て、そのはい土をハニカム押出しダイを通して押し出し
て、未焼成の押出しセラミックハニカム体を製造する。
ここで、原料に過剰の有機性結合剤を加える必要なく押
出しが行なえる。

【００１５】押出しにより製造したセルラハニカム体を
その後乾燥させて、揮発性の有機性結合剤成分を除去す
る。ハニカム体の予備乾燥は、その未焼成押出しハニカ
ム体にひびが入らないように、制御された速度で水分の
大部分の除去する。次に、90℃乃至120 ℃の範囲の温度
で強制乾燥を行う。

【００１６】次いでハニカム体を焼成する。焼成は、乾
燥させたハニカム体を、ペタライトと粘土をともに均一
体となるまで反応すると共に粘土とペタライトとの混合
物を結晶化させるのに少なくとも十分な温度まで加熱す
る。それによって、上記均一体を低膨張性のセラミック
ハニカム製品に転化させることができる。

【００1７】ハニカムの焼成およびそれに続くそのペタ
ライト成分と粘土成分の焼結並びに結晶化は、使用する
ペタライト粉末と粘土との混合物の結晶化を完全に行な
うのに少なくとも十分なピーク温度で行なわれる。得ら
れる相集合体において熱安定性を確実にするためには、
ペタライト成分と粘土との混合物を完全に結晶化するこ
とが必要である。このことを達成するには、一般的に、
ハニカム体の加熱は1000℃から1350℃の温度範囲のピー
ク温度までで十分である。ピーク温度が低温の場合に
は、βスポジュメン（Li2O・Al2O3・4SiO2）の結晶の発
生が不完全となる恐れがあり、高温の場合には、得られ
るセラミック製品のハニカム体が変形するのを助長して
しまう。

【００１８】上述したように製造した焼成押出しセラミ
ックのＸ線分析（図1）により、全ての試料中にスポジ
ュメンが存在することが分かった。

【００１９】本発明により提供される押出しハニカムの
熱膨張係数は、一般的に約15×10-7／℃以下である。こ
の数値は、室温から800 ℃までの温度範囲に亘る熱膨張
係数の平均値として定義される。この結果は、はい土の
粘土およびペタライトの種類と配合量を適切な選択する
ことにより達成される。そのような適切な選択によっ
て、焼成したハニカムセラミック体において、βスポジ
ュメン固溶体の量が最大となる。

【００２０】本発明により提供される押出しセラミック
ハニカム体は、積み重ねて形成されるように設計され
る。そこで、著しく大きな容量のサイズと同一のセラミ
ックハニカム体が実質的に低コストで製造され得る。

【００２１】

【実施例】以下、実施例を参照して本発明をより詳細に
説明する。

【００２２】実施例１平均粒径は約15μｍの粉末状にし
たペタライトをベースとしていくつかの押出しはい土を
調製した。

【００２３】このはい土の各々は、ペタライトと粘土の
無機固体成分の合計重量を基準として計算して10重量％
または50重量％の比率で添加物を含ませた。各々のバッ
チの固体成分の組成は以下のとおりである。

【００２４】

【表2】

【００２５】ペタライトはブラジル産、ジンバブエ産を
利用、粘土は、原蛙目粘土、枝下木節である。使用した
結合剤は、MC粉末である。

【００２６】このようにして得られた各々の押出しはい
土をミキサー中で混ぜ合わせて配合し、次いでダイに通
して押出し、未焼成のハニカム状試料を得た。この未焼
成のハニカム状試料を乾燥させて焼成した。この乾燥
は、100 ℃で48時間に亘り行なった。焼成工程は、約10
時間に亘り所定のピーク結晶化温度に試料を暴露するも
のであった。この焼成工程により、スポージュメン結晶
化を完全なものとした。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上述したようにペタライトと硅
礬比1.4以上の粘土を混練、ハニカム形状に押出成形し
たことにより、ハニカム成形など押出成形に必要な可塑
性粘土成分を多く含むことが可能であり、しかも粘土成
分のアルミナ分を低く抑えることにより成形焼成体の熱
膨張係数を小さくしてハニカム蓄熱体として好適なもの
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は押出しセラミックのＸ線分析チャート図
である

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ペタライト約50乃至90重量％と硅礬比1.4
   以上の粘土約10乃至50重量％及び必要に応じ有機性結合
   材を混練、ハニカム形状に押出成形、最高温度1200 乃
   至1330℃で焼成したことを特徴とするβスポジュメンハ
   ニカム状蓄熱体の製造方法。
2. 【請求項2】ペタライトを65乃至80重量％、硅礬比1.4以
   上の粘土を20乃至35重量％としたことを特徴とする特許
   請求の範囲請求項１記載のβスポジュメンハニカム状蓄
   熱体の製造方法。
3. 【請求項3】ペタライトの粒径が20μm以下を40％以上と
   したことを特徴とする特許請求の範囲請求項１記載のβ
   スポジュメンハニカム状蓄熱体の製造方法。