JPH062822A

JPH062822A - 消炎素子

Info

Publication number: JPH062822A
Application number: JP19003392A
Authority: JP
Inventors: Hirotake Marume; 博健丸目; Yoshio Shimada; 嘉雄島田; Masayuki Sado; 優之佐渡; Toshimasa Mano; 稔正真野; Masanobu Masuya; 眞暢桝屋
Original assignee: KOUAN SOGO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Koatsu Gas Kogyo Co Ltd; Kanebo Ltd
Current assignee: KOUAN SOGO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Koatsu Gas Kogyo Co Ltd; Kanebo Ltd
Priority date: 1992-06-23
Filing date: 1992-06-23
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】可燃性ガスと支燃性ガスを予め混合して高温
火炎を発生させる燃焼器の可燃性ガス配管には途中に乾
式安全器が接続されている。安全器内には消炎素子が設
けられ、これは、可燃性ガスを通過するが、逆火を阻止
するような連続気孔を有する金属性多孔体が使用されて
いた。気孔径の分布範囲が広く、かつ、プレス端面に対
して中央部の気孔径が大きくなるので、大流量用消炎素
子を単一体で形成するのは圧損が大きくなる従来の消炎
素子を改良する。【構成】連続気孔を有するセラミック多孔体より消炎
素子を形成し、当該多孔体を、セラミック原料粉として
のチタン酸アルミニウムと植物性有機物粒子材料とを混
合した押出成型体の円筒状焼結品となす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可燃性ガスと支燃性ガ
スとを予め混合して燃焼させる火炎発生装置等に使用さ
れる乾式安全器の消炎素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】乾式安全器は、可燃性ガスと支燃性ガス
との混合ガスを燃焼させて高温火炎を得る燃焼装置・機
器の可燃性ガス管の配管経路中に接続されて、燃焼中に
燃焼装置の逆火により、可熱性ガス管内を火炎が逆流す
るのを遮断防止するためのものである。

【０００３】乾式安全器内には、例えば、図１に示すよ
うに、当該安全器１の入口側部材１０の開口部と出口側
部材１１の開口部との螺合により形成された中空部２内
に、多孔性円筒状の消炎素子４が、その一端の端面を入
口側部材１０開口内側の内端面に当接し、当該消炎素子
４の他端面を出口側部材１１の開口内側に固定された障
壁板６の板面に当接するように、固定係止されている。
そして、入口２から入った可燃性ガスは、当該消炎素子
の中空部から筒壁の連続気孔を透過して円筒外周に出
て、当該障壁板６の外周端と出口側部材１１の内壁との
間隙通過して、出口７に出るようにされている。入口２
は、ガス供給源に配管され、出口７は燃焼装置に配管接
続されており、使用に際して、燃焼装置からの逆火によ
る燃焼火炎面が当該消炎素子４の円筒体外周に達して
も、火炎は筒壁の細孔を透過し得ずに消炎されるので、
可燃性ガス源、例えばガスボンベなど容器の爆発等重大
な災害を未然に防止することができるのである。

【０００４】従来の消炎素子は、ステンレス鋼の粉末か
ら円筒状の多孔体に圧縮成形して、焼成により焼結体と
したものであった。セラミック多孔体の製造方法に関し
ては、本出願人は、既に、セラミック微粉末と植物性有
機物粉とを混練して押し出し成型した後予備焼成により
当該有機物を焼却除去し、次いで、高温焼成することに
より、連続気孔を有するセラミック多孔体を製造する方
法を提案している（特開平１−１６０８８０号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】消炎素子として要求さ
れる特性は、逆火による燃焼又は爆轟を確実に阻止する
ことができ、かつ、可燃性ガス通過の圧損が少ないこと
である。

【０００６】逆火の種類には、燃焼反応の燃焼火炎面が
配管中を遡上するものと、超音速で爆轟波面が伝播する
ものとに大別されるが、可燃性ガスと支燃性ガスとの種
類の組合わせにより、またその逆火の種類により、消炎
素子で逆火を阻止し得る最大の多孔体の気孔径が概ね定
まる。

【０００７】ガス通過の圧損を小さくしようとすれば、
気孔径を大きくするのが好都合であるが、上記のように
気孔径に限度があるとすれば、円筒体の消炎素子では、
気孔率を大きくするか、又はその長さ形状を大きくして
ガスの通過面積を大きくする他はない。

【０００８】従来のステンレス鋼粉のプレス成型体を焼
結した消炎素子では、プレスにより打圧（押圧）する円
筒体両端部のみが緻密に固結するが中央部では押圧力が
低下して疎になり、焼結した多孔体の中央部の気孔径
は、端部の気孔径に比して大きくなる。一般に金属性焼
結体は気孔径の分布が広いので、消炎のために要求され
る最大気孔径を規制すると、平均気孔径は相対的に小さ
くなり、さらに得られる最大気孔率が４０％程度であ
り、従って、可燃性ガス通気抵抗が大きくなると言う問
題があった。そこで多量のガスを使用する安全器では、
円筒状の単位消炎素子を複数個端面どうし直列に接続し
てあるいは並列して使用する必要があり、安全器の大型
化、重量化が避けられず、又複数の消炎素子の端面接合
を確実に行う必要があった。

【０００９】本発明は、セラミック系多孔体を利用し
て、耐熱性が良好で消炎性能が高くて安全で、かつ、単
一の消炎素子で大流量の可燃性ガスの流通を可能にする
消炎素子を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の消炎素子は、連
続気孔を有する耐熱性セラミック系多孔体から成ること
を特徴とするものである。

【００１１】本発明の消炎素子に使用される耐熱性のセ
ラミック材料には、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｎＯ₂、Ｚｎ
Ｏ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂又は、ＴｉＯ₂が
単独に、これらを主要成分として含む化合物、又はこれ
らを主要成分として配合された酸化物が、利用される。
また、Ｐ₂Ｏ₅が混合されてもよい。耐熱性と耐熱衝撃
性に優れていることから、アルミナ単独、ジルコニア単
独（部分安定化又は安定化ジルコニア）、アルミナとジ
ルコニアとの混合物、リン酸ジルコニウム、チタン酸ア
ルミニウムが良い。特にチタン酸アルミニウム（Ａｌ₂
Ｏ₃・ＴｉＯ₂）は、高温強度が大きく、最高使用温度
が１６００℃以上と高く、且つ熱膨張係数が１×１０^-6
／℃以下と小さく耐熱衝撃性に優れ、また安価であるの
で、消炎素子に適している。又、アルミナとチタン酸ア
ルミニウムとの混合物が、好ましく利用される。

【００１２】また、他のセラミック材料として、アルカ
リ成分としてＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯのいずれか一種または二種以上を含み、酸性成分と
してＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃又はＰ₂Ｏ₅を一
種もしくは二種以上含む酸化物系ガラス又は結晶化ガラ
スも利用される。石英ガラスも、耐熱衝撃性に優れてい
ることから好ましく使用される。

【００１３】さらに、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ、Ｂ
Ｎ、Ｂ₄Ｃ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ₂、その他サイア
ロン（ＳＩＡＬＯＮ）などの非酸化物系セラミック材料
も好ましく適用される。

【００１４】上記セラミック材料に金属又は合金を混合
して成るセラミック系材料も適宜使用される。一例を挙
げれば、ジルコニアとステンレス鋼との混合粉の焼結体
である。

【００１５】本発明のセラミック消炎素子の製造は、次
のようにしてなされる。所定粒度に調製した上記セラミ
ック原料粉を半乾式プレス法、静水圧プレス法、鋳込成
型法、押出し成型法あるいは射出成型法により、円筒状
などの所定形状に賦型し、ガス炉、電気炉又は誘導加熱
炉を用いて高温焼成して、消炎素子とする。

【００１６】セラミック粉体は、焼成時の焼結を容易に
するため粒径２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下と
し、水とともに有機質の気孔形成材が配合混練されて可
塑性軟質の坏土とする。この気孔形成材は後の焼成過程
で焼却除去されて、その焼け孔が連続した気孔となり、
気孔率を高めるのである。気孔形成材には、合成樹脂の
微粉や天然の植物系有機物の微粉が使用される。この坏
土を半乾式プレス法あるいは押出し成型法等により、ま
たスラリー状として鋳込法により賦型し、水分が残存す
る場合には後に乾燥して、グリーン体とする。

【００１７】このグリーン体を、まず、予備加熱して、
配合した植物系有機物などの気孔形成材を燃焼酸化させ
て後、焼結可能温度で焼成して、多孔性焼結体を得る。
この焼結体を消炎素子とするのである。

【００１８】

【作用】本発明の多孔性セラミックから成る消炎素子
は、連続気孔を有しているから、可燃性ガスを透過する
ことができ、その気孔径が中央細孔径で１〜１００μ
ｍ、好ましくは３〜５０μｍであって、逆火の際には、
逆火炎がその細孔を通過する過程で冷却されて、火炎ラ
ジカルが活性を失って、火炎が消失する。

【００１９】気孔径が小さいと有効に消炎するが、圧力
損失が高くなり、可燃性ガスの供給流量に制限が生じ
る。他方、気孔径が大きいと、可燃性ガスの圧力損失は
小さくて好都合であるが、逆火炎が気孔を通過して、さ
らに遡上する危険性がある。一般に混合ガスが爆轟性で
あるとき、例えば、アセチレン−酸素ガスなどでは、中
央細孔径で１〜１０μｍを適当とし、燃焼速度の遅い混
合ガスであるとき、例えばメタン−酸素ガスなどでは、
１０〜５０μｍでよい。

【００２０】セラミック系消炎素子の気孔率は、３０〜
９０％の範囲とするが、特に４０〜８０％の範囲が好ん
で選ばれる。気孔率３０％未満では、通過可燃性ガスの
圧損が大きくなる問題があり、他方９０％を越えると、
消炎素子の強度が低下し、逆火時の衝撃により、素子が
破損する危険性がある。

【００２１】消炎素子は、連続気孔の気孔径分布が可能
の限り狭いことが重要であり、消炎能力は最大気孔径で
概ね定まり、他方、通気抵抗は平均気孔径で定まるから
である。気孔径分布の狭いセラミック筒体とすることに
より、流量の大きい可燃性ガス用消炎素子の成形が容易
となる。

【００２２】上述の成型法は、いずれも多少の水をもっ
てセラミック材料を混練した可塑性の坏土や多量の水中
に分散させたスラリー、又は熱可塑性合成樹脂粉とセラ
ミック粉との混練下混合物を、比較的低圧で成型するも
のであるから、成型時のセラミック粒子の充填が均一で
あり、その成型体の焼成品も、気孔径分布の狭い連通孔
を有する多孔体となっている。そこで、焼成品は、消炎
能力を定める最大気孔径に近い気孔径の多数の連続孔を
有しており、且つ気孔径の分布も狭いから、圧損も小さ
くなる。このような成型法によるセラミック消炎素子
は、大型化する場合も、同様に気孔径分布を狭くするこ
とが容易である。

【００２３】特に、消炎素子が植物系有機微粒子などの
気孔形成材を配合した坏土からの押出成型品又は鋳込み
成型品であるときには、成型時に水及び有機物粒子が塑
性を与えて、成型性がよく、高密度となり、焼成時に
は、当該有機物粒子の焼け跡が気孔となり、焼結過程で
気孔及びセラミック粒子群の焼結反応による再配列を起
こして、気孔径分布の狭い安定した連通気孔が得られ、
さらに有機物粒子材料の配合割合を調製することによ
り、焼結体の気孔率を広い範囲に調製することができる
のである。

【００２４】

【実施例】セラミックとして、チタン酸アルミニウム
（実施例１）、アルミナ（実施例２）及びジルコニア−
ステンレス鋼混合物（実施例３）の三種を選んで、消炎
素子を作り、逆火試験と強度及び圧力損失の試験を実施
した。

【００２５】焼成した消炎素子について、気孔径、気孔
率、強度、圧力損失を試験し、逆火試験を行った。

【００２６】気孔径は、円筒状の焼結体の一部を破砕し
て粒状物とし、水銀圧入法を用いて（使用測定器；マイ
クロメリティックス社製ポアサイザ９１３０型）、体積
換算の中央細孔径を算出し、これを気孔径とした。即
ち、次式に示した気孔径Ｄと細孔容積との各測定値から
得られる積算細孔径分布において、細孔容積が中央値
（５０％）に相当する気孔径を求めた。Ｄ＝−４σ・ｃｏｓθ／Ｐここで、Ｄは気孔径、σは水銀表面張力（４７３ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ）、θは水銀の試料に対する接触角（１３０
°）、Ｐは水銀の印加圧力を、それぞれ示す。

【００２７】気孔率は、消炎素子の焼結体の乾燥重量Ｗ
₁（ｇ）と、水中重量Ｗ₂（ｇ）と、含水重量Ｗ
₃（ｇ）とを測定して、下記の式より算出した。気孔率＝（（Ｗ₃−Ｗ₁）／（Ｗ₃−Ｗ₂））×１００
（％）

【００２８】強度は、５０ｍｍ長さの円筒状焼結体を試
料として圧環強度試験を行い（ヘッド速度０．５ｍｍ／
ｍｉｎ）、１０個の測定値の平均値を使用した。

【００２９】圧力損失は、円筒状焼結体を用いて、産業
安全研究所技術指針「ガス溶接切断作業用乾式安全器指
針」（平成２年３月２０日発行）に準拠して測定した。

【００３０】逆火試験は、上記同様の産業安全研究所技
術指針に従って、実施した。混合ガスとして、後述の実
施例１と同２とはアセチレンと酸素との、また、実施例
３は水素と酸素との完全燃焼の化学量論比にそれぞれ混
合した圧力２ｋｇ／ｃｍ²の混合ガスを使用した。

【００３１】（実施例１）セラミック原料粉として、粒
径３μｍのチタン酸アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃ ・ＴｉＯ
₂）を使用し、このセラミック原料１００重量部にバイ
ンダーとしてメチルセルロースを５重量部と、気孔形成
材としてジャガイモ澱粉（粒子系１０μｍ）と籾殻（５
０μｍ）とを表１の通り配合して所定の水とを混練して
坏土を得た。この坏土を２軸スクリュー押出成形機によ
り円筒状成形体を作り加熱乾燥し、この乾燥体をガス炉
中で４５０℃４時間の予備加熱をして、乾燥体中有機物
を焼失し、次いで１４５０℃で表１に示した焼成時間で
焼成を行い、円筒状の焼結体を得た。焼結体を外径６０
ｍｍ、内径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍに加工した。

【００３２】以上の焼結体を用いて試験を行い、表１に
結果をまとめた。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１において、気孔形成材の配合を一定に
して、焼成時間を調整することにより、気孔径（１〜４
μｍ）と気孔率（３０〜５０％）を調整することができ
た（試験番号１〜４）。焼成時間の長い試料番号４の消
炎素子は逆火試験が不合格となったが、焼成時間を短か
くして、気孔率を大きくすれば、圧力損失が低下し、ま
た強度が低下するが、逆火試験は合格であった。

【００３５】（実施例２）セラミック材料粉としては、
粒径０．４μｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）単独を１００
重量部に対して、バインダーとしてジャガイモ澱粉（粒
子径１０μｍ、糊化温度７０．５℃）と籾殻（粒子径５
０μｍ）とを、表２の通り配合し、所定量の水を添加し
てスラリーとした。このスラリーを中子を有する円筒型
の間隙に流し込み、７５℃で１０ｈの湿熱処理を行った
後、更に７５℃で１０ｈの乾燥処理を行って、乾燥体を
得た。

【００３６】この乾燥体をガス炉に挿入して４００℃３
ｈの予備加熱を行って有機成分を焼失したのち、表２の
所定温度で３ｈの焼成を行った。焼成体を外径３０ｍ
ｍ、内径２０ｍｍ、長さ５０ｍｍに加工して、試験をお
こなった。その結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２につき、アルミナ消炎素子の焼成温度
１４５０〜１５５０℃の範囲では、気孔径約２μｍでほ
ぼ一定であるが、低温焼成品（試験番号６，９）では、
気孔率が大きく、圧環強度が小さくなり、逆火試験は、
亀裂の発生により、不合格となった。アルミナ消炎素子
は高温焼成することにより、圧環強度を確保して、消炎
素子として、充分に使用することができた。

【００３９】（実施例３）次に、セラミックと金属との
混合物の焼結体を調査した。セラミック材料粉として、
粒径０．３μｍの部分安定化ジルコニア（Ｙ₂Ｏ₃３モ
ル％配合）と、金属粉として粒径４μｍのステンレス鋼
粉とを配合し、この混合物１００重量部に対して、ジャ
ガイモ澱粉１０重量部、ヒドロキシメチルセルローズ５
重量部、気孔形成材として籾殻の添加量を焼成後の気孔
率５５％となるように選定し、水とともに混練して坏土
を得た。

【００４０】この坏土を２軸スクリュー押出し機により
円筒体に押出成型したのち、自然乾燥及び加温乾燥して
乾燥体を得た。乾燥体を５００℃５時間の予備焼成と引
続き水素還元雰囲気中で１３５０℃６時間の焼成をし
て、外径７０ｍｍ、内径約３０ｍｍ、長さ約１２０ｍｍ
の焼結体とした。

【００４１】逆火試験においては、水素と酸素との化学
量論比の混合ガスに用いて行った。試験結果を表３にま
とめた。

【００４２】

【表３】

【００４３】表３により、ジルコニアとステンレス鋼と
の混合比を変えても、酸水素炎用の消炎素子として利用
できることが判る。

【００４４】

【発明の効果】本発明の連続気孔を有する耐熱性セラミ
ック多孔体から成る消炎素子を実施すれば、次のような
効果を奏することができる。

【００４５】セラミック消炎素子は、気孔径の分布をそ
の消炎素子の全体に亘り狭い範囲に規制することが容易
であるから、焼結金属製の同一形状の消炎素子と比較す
ると、混合ガスで定まる最大気孔径以下の気孔径に制御
し得て、圧力損失を少なくすることができる。また消炎
素子の気孔径とは別個独立に寸法形状と気孔率を広範囲
に制御し得るから、圧力損失の小さい大流量用大型の焼
結体の消炎素子を容易に、かつ、安価に提供することが
できる。

【００４６】セラミック焼結体は、焼結金属に比して比
重が小さいので、軽量になり、携帯用の小型の乾式安全
器を軽量にすることができ、また材料を選定すれば、セ
ラミック焼結体は耐食性にすぐれているので、長期寿命
に優れる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】乾式安全器の断面図。

【符号の説明】

１安全器本体２ガス入口４消炎素子５障壁板７ガス出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島田嘉雄大阪市北区堂山町１番５号高圧ガス工業株式会社内 (72)発明者佐渡優之大阪市都島区友渕町２丁目12番21−303号 (72)発明者真野稔正山口県防府市鐘紡町６番８−304号 (72)発明者桝屋眞暢東大阪市新喜多99−１有限会社孝安総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続気孔を有する耐熱性セラミック系多
孔体から成る逆火防止用消炎素子。
【請求項２】当該セラミック系多孔体は、気孔径が１
〜１００μｍで、且つ気孔率が４０〜８０％である請求
項１記載の消炎素子。
【請求項３】当該セラミック系多孔体が、押出し成型
又は鋳込み成型による焼成円筒体である請求項２記載の
消炎素子。
【請求項４】当該セラミック系多孔体が、アルミナ単
独、アルミナとジルコニアとの混合物、チタン酸アルミ
ニウム単独若しくはアルミナとチタン酸アルミニウムと
の混合物の焼結体である請求項２又は３記載の消炎素
子。
【請求項５】当該セラミック系多孔体が、セラミック
微粉とステンレス鋼微粉との混合物の焼成体である請求
項１乃至３いずれか記載の消炎素子。