JPS5946494A - 炭化珪素質熱交換器 - Google Patents
炭化珪素質熱交換器Info
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- JPS5946494A JPS5946494A JP15776582A JP15776582A JPS5946494A JP S5946494 A JPS5946494 A JP S5946494A JP 15776582 A JP15776582 A JP 15776582A JP 15776582 A JP15776582 A JP 15776582A JP S5946494 A JPS5946494 A JP S5946494A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は熱交換器の改良にかかるものである。
一般に熱交換器は高熱伝導性を有するものとして銅、銅
合金等が低温（２〜８００ｔｒ）用と１〜て、又、高温
用（１０００ｔ？以下）用としてインコネル、ハステロ
イ等の金属材料が使用きれている。又、特に１０００ｔ
Ｚ’以上の高温用としては金属の耐熱限界を超えること
から、コージライト、炭化珪素等のセラミックス材料が
知られている。このセラミックス材料は、一般には耐熱
、耐蝕性にはすぐノ７，ているが、加工性に維点があり
複雑な形状には適さない。又、熱交換器は高度の信頼性
が要求され、（〜かも長寿命のものであることが必要で
あり、これらの点で従来のセラミック材料では満足すべ
きものは得られていなかった。例えば、コージライト質
のものは低膨張性であるため耐スポール性には満足でき
るにしても、均質性に乏しく実用に耐えるものは得られ
ていない。
合金等が低温（２〜８００ｔｒ）用と１〜て、又、高温
用（１０００ｔ？以下）用としてインコネル、ハステロ
イ等の金属材料が使用きれている。又、特に１０００ｔ
Ｚ’以上の高温用としては金属の耐熱限界を超えること
から、コージライト、炭化珪素等のセラミックス材料が
知られている。このセラミックス材料は、一般には耐熱
、耐蝕性にはすぐノ７，ているが、加工性に維点があり
複雑な形状には適さない。又、熱交換器は高度の信頼性
が要求され、（〜かも長寿命のものであることが必要で
あり、これらの点で従来のセラミック材料では満足すべ
きものは得られていなかった。例えば、コージライト質
のものは低膨張性であるため耐スポール性には満足でき
るにしても、均質性に乏しく実用に耐えるものは得られ
ていない。
又、炭化珪素質のものは熱伝導性には良好であるが、粘
土等で・ｊ尭結したものは熱間荷重に弱く、又通気性も
解決されていない。特に高温においては酸化されて粒子
表面にＳ ｉ０２の被膜が形成され、これが順次内部の
炭化珪素粒の表面も酸化されるようになり、この成形体
表面と内部との応力の差が次第に拡大し、ついには破壊
に至る等持てる特性を充分に発揮し得ない状態であった
。
土等で・ｊ尭結したものは熱間荷重に弱く、又通気性も
解決されていない。特に高温においては酸化されて粒子
表面にＳ ｉ０２の被膜が形成され、これが順次内部の
炭化珪素粒の表面も酸化されるようになり、この成形体
表面と内部との応力の差が次第に拡大し、ついには破壊
に至る等持てる特性を充分に発揮し得ない状態であった
。
本発明は耐熱性材料基材の特性を充分に生かすべく、こ
れを改善することによって従来に見られない熱交換器全
開発したもので、耐熱性材料基材の表面にＣＶＤ法によ
って純ｆｆ１９９．９５％以上でＦｅ含有量５０ ＰＰ
Ｍ以下の炭化珪素被覆を形成させたものである。即ち、
通常セラミック質耐熱性材料は気孔の存在を無視１〜得
す、従って特に炭化珪素、炭素、窒化珪素等の非酸化物
系材料の場合には高温において酸化を受は易い。
れを改善することによって従来に見られない熱交換器全
開発したもので、耐熱性材料基材の表面にＣＶＤ法によ
って純ｆｆ１９９．９５％以上でＦｅ含有量５０ ＰＰ
Ｍ以下の炭化珪素被覆を形成させたものである。即ち、
通常セラミック質耐熱性材料は気孔の存在を無視１〜得
す、従って特に炭化珪素、炭素、窒化珪素等の非酸化物
系材料の場合には高温において酸化を受は易い。
従って、本発明においては耐熱性材料の表面に高純度、
高密度の炭化珪素被膜全形成させることによって酸素の
内部への浸透を抑制しようとするものである。
高密度の炭化珪素被膜全形成させることによって酸素の
内部への浸透を抑制しようとするものである。
この揚台、被膜が容易に酸化さＩｔて剥離するようなも
のでは効果が団待できないから、こオｔを満足させるた
めにけＣＶＤ （化学蒸着）法によって純度ｆｆ ９９
．９５％以上の緻密なものとし、しかも、これが表面か
ら酸化を受けた場合形成婆れる５ｉｎ２ が不純物の存
在によって容易に変質し応力のバランスを崩してクラッ
ク発生の原因となるため、特に変質を受は易いＦｅの含
有率ｉ ５’ ＯＰＰＭ以下と限定したものである。
のでは効果が団待できないから、こオｔを満足させるた
めにけＣＶＤ （化学蒸着）法によって純度ｆｆ ９９
．９５％以上の緻密なものとし、しかも、これが表面か
ら酸化を受けた場合形成婆れる５ｉｎ２ が不純物の存
在によって容易に変質し応力のバランスを崩してクラッ
ク発生の原因となるため、特に変質を受は易いＦｅの含
有率ｉ ５’ ＯＰＰＭ以下と限定したものである。
本発明においては基材全被膜との熱膨張差、安定性等を
勘案すると共に被膜の純度と酸化スピードとの間に密接
な関係があることを見出した結果なさ、ｌ″したもので
、その結果、従来のセラミック材料には見られない長寿
命の熱交換器を得たものである。
勘案すると共に被膜の純度と酸化スピードとの間に密接
な関係があることを見出した結果なさ、ｌ″したもので
、その結果、従来のセラミック材料には見られない長寿
命の熱交換器を得たものである。
基材となるべき耐熱性材料は被膜の緻密質炭化珪素との
結合方が強固なもの程好ましいから、炭化珪素がｆＦｔ
適で、その中でも特に炭化珪素の気孔中に６．５〜３５
重！１１％の金属シリコンを含浸せしめたもの、炭化珪
素が自焼結法によって嵩密度８．０５ ｇ−／（：Ｃ以
上としたもの、或いは炭化珪素に窒化珪素全配合又は結
合材として含１せたもの等が良い２１ 又、被覆される炭化珪素被膜自身に気孔が多数存在する
ものは酸化抵抗方が１９Ｊ待てきないから、その気孔率
ハエ。５％以下となるようｒｃ ｃ ｖ Ｄ工程におい
て留意することが必要である。
結合方が強固なもの程好ましいから、炭化珪素がｆＦｔ
適で、その中でも特に炭化珪素の気孔中に６．５〜３５
重！１１％の金属シリコンを含浸せしめたもの、炭化珪
素が自焼結法によって嵩密度８．０５ ｇ−／（：Ｃ以
上としたもの、或いは炭化珪素に窒化珪素全配合又は結
合材として含１せたもの等が良い２１ 又、被覆される炭化珪素被膜自身に気孔が多数存在する
ものは酸化抵抗方が１９Ｊ待てきないから、その気孔率
ハエ。５％以下となるようｒｃ ｃ ｖ Ｄ工程におい
て留意することが必要である。
以下に本発明の実施例につき説明する。
熱交換器用の構成パーツとして金属シリコンの含有割合
１０戸【関係の再結晶炭化珪素体全用厄した。これｆ
ＣＨ３５ｉＣ］３ ｇａ８１０ ｃｃ／１１ｊＡ ｆ
ｆＴ２ｇａｓ衾キャリヤーｇａｓとして１３００２１；
、、２０Ｔｏｒｒの減圧下で炭化珪素被１．（′１１（
−形成させた。
１０戸【関係の再結晶炭化珪素体全用厄した。これｆ
ＣＨ３５ｉＣ］３ ｇａ８１０ ｃｃ／１１ｊＡ ｆ
ｆＴ２ｇａｓ衾キャリヤーｇａｓとして１３００２１；
、、２０Ｔｏｒｒの減圧下で炭化珪素被１．（′１１（
−形成させた。
表に示すように被膜中のＦｅ分及び気孔率全それぞれ変
化させた。これを接り千等の加工を行って二重’ｉ’ｆ
式絋交換鉱を組立てそのｄ゛ｆ価金行った。その結果を
一長に示す。評価ｔよ入口温度１２００ｒの乾燥空気に
よって室温の空気を加熱ｉ−だ」８合における被膜のク
ランク発生迄の１１数とした。
化させた。これを接り千等の加工を行って二重’ｉ’ｆ
式絋交換鉱を組立てそのｄ゛ｆ価金行った。その結果を
一長に示す。評価ｔよ入口温度１２００ｒの乾燥空気に
よって室温の空気を加熱ｉ−だ」８合における被膜のク
ランク発生迄の１１数とした。
同時に基材として自焼結炭化珪素（嵩密度３、 ］、
０７／ｃｃ） 、再結晶炭化珪Ｔ、、（気孔率２０ｏ；
／Ｑ）、窒化珪素結合炭化珪素（窒化珪素８０％）を使
用し、同様にＣＶＤ処理（〜でＦｅ分３０ＰＰＭ含有の
炭化珪素被膜（気孔率ｌ、以−ド）全形成させて寿命全
測定した。その結果を表に並べて示す。
０７／ｃｃ） 、再結晶炭化珪Ｔ、、（気孔率２０ｏ；
／Ｑ）、窒化珪素結合炭化珪素（窒化珪素８０％）を使
用し、同様にＣＶＤ処理（〜でＦｅ分３０ＰＰＭ含有の
炭化珪素被膜（気孔率ｌ、以−ド）全形成させて寿命全
測定した。その結果を表に並べて示す。
表から明らかなようにＣＶＤ膜全形成しなかったものが
最も寿命が短（、Ｆｅ ８０ ＰＰＭのもの、或いは
膜の気孔率１．６％のものも他の条件のものに比較して
相対的に短い寿命であった。
最も寿命が短（、Ｆｅ ８０ ＰＰＭのもの、或いは
膜の気孔率１．６％のものも他の条件のものに比較して
相対的に短い寿命であった。
多孔質再結晶炭化珪素体に３１ を６．５〜３５重量係
含浸させることはガス不透過性にするために必要なこと
であり、この範囲を逸脱するとガスリークが生ずるばか
りでなく強度が低下し好甘しくない。又、自焼結炭化珪
素体に１３等の焼結助剤全徐微量添加（〜で炭化珪素の
み全階］結するものであり、嵩比重３．０５７− ／
ｃｃ以下のものでは強度が低下１．／ 、更に特性（（
バラツキが生ずるようになる。炭化珪素は結合剤とｊ〜
て金属シリコント使用してこれ全部＃にガス雰囲気中で
焼成することによって窒化珪素に転化式せ、この生成窒
化珪素によって結合強度を発現させる材料も本発明に適
用することが可能である。しかしながらその範囲は窒化
珪素が６５咀卸％迄で、これ以上でに熱膨張が小さくな
り炭化珪素被膜のそれとズレが生ずるようになり、クラ
ックが発生しやすくなる。
含浸させることはガス不透過性にするために必要なこと
であり、この範囲を逸脱するとガスリークが生ずるばか
りでなく強度が低下し好甘しくない。又、自焼結炭化珪
素体に１３等の焼結助剤全徐微量添加（〜で炭化珪素の
み全階］結するものであり、嵩比重３．０５７− ／
ｃｃ以下のものでは強度が低下１．／ 、更に特性（（
バラツキが生ずるようになる。炭化珪素は結合剤とｊ〜
て金属シリコント使用してこれ全部＃にガス雰囲気中で
焼成することによって窒化珪素に転化式せ、この生成窒
化珪素によって結合強度を発現させる材料も本発明に適
用することが可能である。しかしながらその範囲は窒化
珪素が６５咀卸％迄で、これ以上でに熱膨張が小さくな
り炭化珪素被膜のそれとズレが生ずるようになり、クラ
ックが発生しやすくなる。
本発明によって期待できる効果（，１単純な形状である
二重管式のみならず、一般に知も力ている多管式のもの
でもよく、又、自動車のカスタービンエンジンの蓄熱式
、伝熱式の形式にとわれることなく応用が可能であり、
更に熱交換器全部に適用する場合だけでなく、必ｇ′Ｉ
最少限の部分のみに適用することも可能である。
二重管式のみならず、一般に知も力ている多管式のもの
でもよく、又、自動車のカスタービンエンジンの蓄熱式
、伝熱式の形式にとわれることなく応用が可能であり、
更に熱交換器全部に適用する場合だけでなく、必ｇ′Ｉ
最少限の部分のみに適用することも可能である。
発明者 長 島 秀 夫
発明者 松 尾 秀 逸
発明者 保 科 健
出願人 東芝セラミックス株式会社ど□
代王ψ人 弁理士 高 雄次部 □゛。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 高温流体によって隔壁を介して低温流体を加
熱する方式の熱交換器において、該隔壁の少なくとも一
部が純度９９．９５ ％以上でがっＦｅ 含有量５０
ＰＰＭ以下のＣＶＤ法により形成させた炭化珪素によ
って被覆された耐熱性材料から成っていることを特徴と
する炭化珪素質熱交換器。 （２）被層された炭化珪素の気孔率が１５％以下である
こと全特徴とする特許請求の範囲＠１項記載の熱交換器
、 （８）耐熱性材料が炭化珪素質であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項及び第２項記載の熱交換器。 （４）金属シリコンを６５〜８５重喰％含むこと全特徴
とする特許請求の範囲第８項記載の熱交換器。 （５）耐熱性材料が嵩密度８．０５７− ／ ｃｃ Ｊ
２Ｊ、上の炭化珪素焼結体からなること全特徴とする１
１〒許請求の範囲第３項記載の熱スζ換器。 （０） 耐熱性材料が気孔率９〜８５％の炭化珪素成
形体からなることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載の熱交換器。 （７） ｎｔｉｌ熱性材料が６５取晴係壕での窒化珪
素を含むことを特徴とする特許 記載の熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15776582A JPS5946494A (ja) | 1982-09-10 | 1982-09-10 | 炭化珪素質熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15776582A JPS5946494A (ja) | 1982-09-10 | 1982-09-10 | 炭化珪素質熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5946494A true JPS5946494A (ja) | 1984-03-15 |
| JPH027000B2 JPH027000B2 (ja) | 1990-02-14 |
Family
ID=15656819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15776582A Granted JPS5946494A (ja) | 1982-09-10 | 1982-09-10 | 炭化珪素質熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5946494A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009019786A (ja) * | 2007-07-10 | 2009-01-29 | Kobe Steel Ltd | 回転炉床式還元炉の排ガス処理装置および方法 |
| US20100051246A1 (en) * | 2006-12-08 | 2010-03-04 | Korea Atomic Energy Research Institute | High temperature and high pressure corrosion resistant process heat exchanger for a nuclear hydrogen production system |
| JPWO2012043758A1 (ja) * | 2010-09-29 | 2014-02-24 | 日本碍子株式会社 | 熱交換部材 |
-
1982
- 1982-09-10 JP JP15776582A patent/JPS5946494A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100051246A1 (en) * | 2006-12-08 | 2010-03-04 | Korea Atomic Energy Research Institute | High temperature and high pressure corrosion resistant process heat exchanger for a nuclear hydrogen production system |
| US8381803B2 (en) * | 2006-12-08 | 2013-02-26 | Korea Atomic Energy Research Institute | High temperature and high pressure corrosion resistant process heat exchanger for a nuclear hydrogen production system |
| JP2009019786A (ja) * | 2007-07-10 | 2009-01-29 | Kobe Steel Ltd | 回転炉床式還元炉の排ガス処理装置および方法 |
| JPWO2012043758A1 (ja) * | 2010-09-29 | 2014-02-24 | 日本碍子株式会社 | 熱交換部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH027000B2 (ja) | 1990-02-14 |
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