JPS6340461B2

JPS6340461B2 -

Info

Publication number: JPS6340461B2
Application number: JP58058843A
Authority: JP
Inventors: Bii Kureigu Roorensu; Jee Fuarina Arufuretsudo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-05
Filing date: 1983-04-05
Publication date: 1988-08-11
Also published as: JPS59184277A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は放射加熱ユニツトに使用されるタイプ
の熱接触リアクタ（thermocatalytic reactor）
およびその製造方法に関する。本発明のリアクタ
は、非焔式ガス燃焼の放射ヒータへの使用にとく
に適している。このようなヒータ類では、白熱化
と放射エネルギー出力生成を起こさせる熱接触リ
アクタシリンダの外面上またはその近辺で熱接触
反応が維持される。熱接触リアクタを含むこのよ
うな非焔放射ヒータの例は多孔性支持材上へのセ
ラミツクフアイバ類の燃焼要素のモールデイング
法と題してゲルハルトワイスら（Gerhart Weiss
et al，）に1966年９月25日与えられた米国特許第
3275497号に説明されており、その内容は参照と
してここに特に積極的に取り上げる。

このような放射ヒータ類では、熱接触リアクタ
は典型的には一端の閉じた耐火材シリンダを構成
する。複数の個別の、アモルフアス、無機セラミ
ツクフアイバ類が一般的にはリアクタシリンダの
均質な多孔壁構造に配列される。このリアクタシ
リンダの開放端は、一般的には金属反射器を貫通
している空洞フイテツング上に取り付けられる。
燃焼可能な空気―ガス混合物は、このシリンダの
中心を通過させられ、またこのリアクタシリンダ
壁の孔は燃焼時にはシリンダ外面に白熱化を起こ
す。このタイプのリアクタ類は正常ならば比較的
高い操業温度において長時間熱的安定を保つ筈で
ある。

上記の燃焼反応は非焔であり、またリアクタシ
リンダの熱伝導率は比較的低いので、リアクタシ
リンダ内部へのこの反応のフラツシユバツク
（flashback）はない。このリアクタシリンダの熱
出力の比較的高いパーセンテイジは放射エネルギ
ーである。

従来、このタイプの燃焼リアクタシリンダ類
は、反応成分を化学的に結合させるため処理中に
添加されるフイラーまたはバインダ材料の添加を
含む方法によつて製造されていた。たとえば米国
特許第3275496号に述べられているように、アル
ミナおよびコロイド状シリカを含むシリンダの成
分はモールデイングバスの中で混和され、ついで
水に分散されていた。硝酸アルミニウム水溶液を
ついで添加してゲルを形成し、これをさらに水で
稀釈した。アルミナAl₂O₃およびシリカSiO₂の溶
融物から形成された細片状フアイバ類をついで添
加しスラリーを形成した。好ましいフアイバはカ
オリンから誘導された。たとえば、メチルメタク
リレートのようなフイラーまたはバインダをつい
で添加し、アルミナフアイバ類とシリカとを化学
的に結合させた。

このスラリーをついで、リアクタシリンダの内
管となる基体上にとりつけられたスクリーンのま
わりに粘着してリアクタシリンダを形成した。シ
リンダ形成中の内管は典型的にはポンプの吸入ラ
インに接続され、スクリーンに適量のゲルが沈積
してモールドされたリアクタシリンダを、形成す
るのに充分な時間だけゲルモールデイングバス中
に浸漬する。バスから引上げたのち、このシリン
ダを約60℃（140〓）と約66℃（150〓）との間の
温度にて、約10分間と約60分間との間の時間乾燥
した。乾燥後、このリアクタシリンダをメチルメ
タクリレートバインダを昇華させるため、比較的
高温、すなわち593℃（1100〓）より上の温度で、
キルン内で焼成した。この従来プロセスでは、こ
のバインダを昇華させなければならなかつたの
で、キルン加熱操作は必要な加工工程であつた。
このような温度への加熱は、しかしながら、リア
クタシリンダ中にあるアルミナフアイバに悪影響
を及ぼした。約982℃（1800〓）より下の温度で
は、アルミナフアイバは一般的にガンマまたはシ
ータ相または両者の組み合わせのどちらかであつ
た。982℃（1800〓）より上の温度では、しかし
ながら、このアルミナフアイバはさらに相変態を
受けてアルフア相となる。アルミナの変態がガン
マからシータへ、さらにはアルフアへと進むにつ
れて、アルミナフアイバにち密化の傾向が現わ
れ、これは生成されるリアクタシリンダの多孔性
および有効表面積を減少させる。

米国特許第3275497号では、リアクタシリンダ
中のアルミナフアイバの相は、通常、その操業諸
特性にたいする影響はあるにしてもわずかであつ
たことを認めていた。しかしながら見方をかえ、
とくにフアイバ類の表面上への沈積用に触媒剤が
バスへ添加された場合、その一般的に高い表面対
質量比の理由でアルミナのガンマ相が好ましかつ
た。

前述のように、燃焼源としてもつとも効率的に
用いるためには、このリアクタシリンダはできる
だけ多孔性でかつ大きな表面積を具えていること
が好ましい。したがつて、可能な限り、このリア
クタシリンダ中のアルミナはよりち密なアルフア
相よりも最初はガンマまたはシータ相であること
が好ましい。バインダを最適値よりもち密で多孔
性のより少いリアクタシリンダが生起する593℃
（1100〓）より上の温度で昇華させなければなら
なという事実によつて、上記のことがこれまで不
可能であつた。

本発明の方法はバインダなしに形成されるより
適格なリアクタシリンダの提供を試みるものであ
る。これは最適値よりもち密で多孔性のより少い
リアクタを生成する、バインダ昇華のための593
℃（1100〓）を上廻る温度におけるキルン中での
シリンダの加熱工程を除外させることができる。
これは粉末タルクの添加によつて達成されたので
ある。そのため周囲温度で生成されたこのバイン
ダのないリアクタシリンダはよりち密度の少いガ
ンマ相のアルミナフアイバ類を含有する。したが
つて本発明のリアクタシリンダは従前使用のリア
クタシリンダ類よりも多孔性でより大きな表面対
重量比を有する。

したがつて本発明の主目的は、非焔ガス燃焼式
の放射ヒータを使用するバインダのない熱接触リ
アクタの提供にある。

本発明の他の目的はその成分として粉末タルク
を含有するようなリアクタシリンダの提供にあ
る。

本発明のさらに他の目的は、従前使用のバイン
ダ含有リアクタシリンダよりも多孔性でより大き
な表面積を有するようなリアクタシリンダの提供
にある。

本発明のなおさらに他の目的は、最初にガンマ
相のアルミナフアイバ類を含有するようなリアク
タシリンダの提供にある。

本発明のさらに他の目的は、このようなリアク
タシリンダの製造方法の提供にある。

前記の諸目的および諸利点の達成について、本
発明を要約するとアルミナ分散体、硫酸マグネシ
ウム、コロイド状シリカおよび粉末タルクを含有
する液体ベヒクルの初期製造の諸工程を含む放射
ヒータに使用するリアクタシリンダの製造方法を
含む。このアルミナ分散体は約１重量％と約５重
量％との間の量の分散可能なアルミナ、約0.2重
量％以下の量の酸、および約10重量％と約30重量
％との間の量の水、を含有する。この分散体は次
に約40重量％と約80重量％との間の量の水を添加
して稀釈する。この稀釈アルミナ分散体へ、約４
重量％以下の量の硫酸マグネシウム、約10重量％
以下の量のコロイド状シリカ、および約0.0001重
量％と約0.1重量％との間の量の粉末タルクが添
加され、こうして液体ベヒクルが形成される。ベ
ヒクルの3.79（ガロン）あたりフアイバの約10
ｇの比率で、固体アルミニウムおよびシリカフア
イバ組成物がついでこのベヒクルへ添加される。
この混合物はついできざまれ、ブレンドされ、心
棒の周囲に真空モールドされて、リアクタシリン
ダを形成する。

本発明の熱接触リアクタは、たとえば米国特許
第3275497号に述べられているタイプの非焔放射
ヒータにおける燃焼源としての使用を意図される
ので、このようなヒータとの一体化のため、燃焼
またはリアクタシリンダ内に形成される。

主題のリアクタシリンダは、アルミナ分散体、
硫酸マグネシウム、コロイド状シリカ、水、粉末
タルクおよび好ましくは消泡剤としてのトリブチ
ル硫酸塩を含有する液体ベヒクルの製造によつて
生成される。このベヒクルは次にアルミナおよび
シリカフアイバ類の組成物と混合されてスラリー
とし、これをスクリーン心棒の周囲へ真空モール
ドされてリアクタシリンダを形成する。

このアルミナ分散体は、分散可能なアルミナと
水および酸との混合によつて最初製造される。好
ましい分散可能なアルミナはニユーヨーク州、チ
ヤドウイツクスのレメ社（Remet Corporation
of Chadwicks，NewYork）により“デイスパ
ル（Dispal）”の商品名で市販されている。好ま
しい酸は塩酸であり、もつとも好ましくは37％濃
度のものである。

アルミナ分散体の生成において、全液体ベヒク
ルの重量と基準にして約10重量％と約30重量％と
の間の量の水は、生成する液体ベヒクル中で望み
のPHを与えるのに充分な量の酸と混合される。ベ
ヒクルのPHは約４と約６との間、好ましくは約５
とするのが好ましい。たとえば、この範囲内のPH
をもつベヒクルを製造するには、全ベヒクルの重
量を基準に約0.1重量％と約0.2重量％との間の量
における37％濃度の塩酸を水に添加すればよいこ
とがこれまでに判明している。37％濃度の塩酸の
とくに好ましい量は約0.15重量％と0.2重量％と
の間である。

この水と酸との混合物へ、次に全ベヒクルの重
量を基準にして約５重量％以下の量、および好ま
しくは約１重量％と約５重量％との間の量の分散
アルミナを添加する。分散可能なアルミナのとく
に好ましい量は約２％であり、これは10％のアル
ミナ分散体を作るのに充分な量である。

このアルミナ分散体は次に、全ベヒクルの重量
を基準にして約40％と約80％との間の量の水を添
加して実質的に稀釈される。好ましくは、このア
ルミナ分散体は、60重量％と70重量％との間の
量、もつとも好ましくは約65重量％と約70重量％
との間の量の水に稀釈される。

このアルミナ分散体の稀釈後、全ベヒクルの重
量を基準にして約４重量％以下の量の硫酸マグネ
シウムを添加する。硫酸マグネシウムの好ましい
量は約１重量％と約２重量％との間であり、また
もつとも好ましい量は約１重量％と約1.5重量％
との間である。

この混合物は次に長時間、好ましくは一夜安定
化され、この間にそれはチクソトロピツクとな
る。

安定化ののち、全ベヒクルの重量を基準にして
約10重量％以下の量のコロイド状シリカをこの混
合物に添加し、づづいて強力な撹拌が行われる。
好ましいコロイド状シリカはデラウエア州ウイル
ミングトンのイー．アイ．デユポン社により“ル
ドツクスAG.（Ludox AG）”の商品名で市販され
ている。好ましくは、このコロイド状シリカは約
５重量％と約８重量％との間の量、もつとも好ま
しくは約６重量％と約７重量％との間の量添加さ
れる。

固体フアイバ部分がたがいに粘着を起すのに充
分な量の粉末タルクを次にこの混合物に添加す
る。好ましくは全ベヒクルの重量を基準に計算し
て約0.0001重量％と約0.1重量％との間の量の粉
末タルクを添加する。とくに好ましい粉末タルク
量は約0.0001％と約0.0002％との間である。上記
量の粉末タルクの添加が、従前必要としたメチル
メタクリレートフイラーまたはバインダの添加な
しにこのリアクタシリンダを形成可能なことが見
出されたのである。さらにまたフイラーまたはバ
インダの除外によつて、アルミナの相変態を引き
起こす高温度におけるフイラーまたはバインダの
昇華または分解は必要がなくなる。

粉末タルクの導入後および強力な撹拌後、この
液体ベヒクルは非所望量の捕捉空気を含有するこ
とがある。このため、この捕捉空気を除去するの
に充分な量、一般的には液体ベヒクル3.79（ガ
ロン）あたり約１c.c.以下の量の、たとえば、燐酸
トリブチルのような消泡剤の添加により、このベ
ヒクルを脱気するのが望ましい。この消泡剤の好
ましい量は3.79（ガロン）あたり約２c.c.であ
る。消泡剤の添加後、このベヒクルは残存気泡が
除去されるまで、さらに混合される。こうして固
体アルミナおよびシリカフアイバ類を受け入れる
準備のできたこのベヒクルは約４と約６との間、
好ましくは約５のPHおよび約1.00を超える比重を
もたなければならない。

固体フアイバ部分は約２％のアルミニウムを含
有するアルミナおよびシリカフアイバ類の混合物
からなる。このアルミナおよびシリカフアイバ類
の好ましい原料は、ジヨンズマンビル社（Johns
Manville Corporation）によつて“セラクロー
ム（Cerachrome）”の商品名で市販されている
商業製品である。

この固体フアイバ部分を液体ベヒクルに添加
し、ブレンドする。この液体ベヒクルのおよそ
2.52（2/3ガロン）をおよそ10ｇのアルミナお
よびシリカ固体フアイバ部分へ添加する。この混
合物を次にしばらくブレンドし、きざみ、つづい
て液体ベヒクルを追加添加して生成スラリーの総
量を約3.79（１ガロン）とする。グラムあたり
の固体フアイバの１ガロンの液体ベヒクルに対す
る好ましい比率は約８：１と約12：１との間およ
び好ましくは約10：１である。

リアクタシリンダは米国特許第3275497号に述
べられている真空モールデイングプロセスに類似
の方法により、上記のように製造されたスラリー
で形成される。真空タンクと真空ポンプとが必要
である。好ましい真空ポンプはガースト、モデル
1022―103―G272X（Gast，Model 1022―103―
G272X）または同等品であり、好ましい真空タ
ンクは、水銀柱０―76.2cm（０―30インチ）を指
示する真空計、液体のレベルを示す可視チユー
ブ、真空しや断バルブ、および排出バルブを具え
た37.9（10ガロン）のステンレススチールモデ
ルである。好ましくは、少くとも約26.5（７ガ
ロン）の容量、２本の長さの真空ホース、および
その周囲にリアクタシリンダがモールドされるス
クリーン仮わく（screen armature）を有するス
ラリーモールデイングタンクもまた必要である。
このスクリーン仮わくは一端が閉じられ、他端に
はガス／空気フイードチユーブが取り付けられ
る。このスクリーンは好ましくは、直径約1.59cm
（0.625″）の心棒の周囲に形成され、また好まし
くはステンレススチールワイヤメツシユ0.41cm
（0.16″）、20×20である。このガス／空気フイー
ドチユーブは好ましくは外径が1.59cm（0.625″）
のステンレススチールである。

プロセス効率化のため、一方のホースは真空タ
ンクの出口を真空ポンプの入口へ連結するために
使用し、また他方のホースは真空タンクの入口を
スクリーン仮わくにおいてガス／空気フイードチ
ユーブへ連結するために使用する。およそ18.9
（５ガロン）のスラリーがスラリーモールデイン
グタンク中へ注入される。真空ポンプの始動後、
スクリーン仮わくを、ほぼ垂直の位置でタンク内
へ導入し、タンクの底から約５cm（２インチ）以
内に置かれる。このスクリーン仮わくは真空計が
水銀柱で約61cm（24インチ）に達するまでタンク
中の位置に維持され、そこへ達した時点で真空が
維持されたまま引き出される。この方法によつ
て、スラリーはスクリーン仮わくの周囲に形成さ
れ、こうしてモールドされたリアクタシリンダが
作り出される。

真空ポンプは真空計が水銀柱で約10cm（４イン
チ）に落ちるまで操作を続行され、落ちた時点で
停止され、リアクタシリンダは真空ホースから取
り脱される。このリアクタシリンダは貯蔵され、
また真空しや断バルブを開き、残存スラリーが排
出される。リアクタシリンダのつぎの形成のため
新たな仮わくスクリーンが利用される。

その表面の薄片化をもたらす燃焼中の熱ひずみ
線（thermal strain lines）を妨害する目的のた
めに、このリアクタシリンダがまだ湿潤で比較的
柔かい間に、その表面を小領域に分割する。これ
は、たとえば、リアクタシリンダ表面への定形の
押し付けによつて達成されうる。それはまたリア
クタシリンダのガス／空気フイードチユーブを旋
盤のチヤツクに設置し、それに普通の縫い糸を約
3.18cm（0.125インチ）のピツチを有する連続ス
パイラル状に巻き付け、引張つて約0.076cm
（0.030インチ）の刻み目をつけることによつても
達成される。糸の自由端は慣用法、すなわち、結
ぶかまたはテープどめによつて固締することがで
きる。リアクタシリンダはついで旋盤から脱され
る。この糸は、リアクタシリンダ表面に永久刻印
されているそのパターンを残存させたまま最初の
強熱によつて焼き払われる。

このリアクタシリンダをついで支持台の上に置
き、乾燥するが、この時点で使用可能である。従
来必要とされてきたキルン加熱操作は必要ではな
い。

下記の諸実施例は本発明の方法をさらに説明す
るためのものであつて、本発明の範囲を制限する
と解釈されるべきではない。

実施例１ 3500ｇの水と30ｇの37％塩酸との混合につづく
392ｇのデイスパル分散アルミナの添加による10
％アルミナ分散体を先づ作り本発明のリアクタシ
リンダを形成した。生成した10％アルミナ分散体
の4000ｇをついで12000ｇの水で稀釈し、200ｇの
硫酸マグネシウムを添加した。一夜安定化のの
ち、チクソトロピツクなゲルを生じた。1200ｇの
ルドツクスAGコロイド状シリカをこのゲルへ添
加し、徹底的に混合し、つづいて迅速な撹拌下、
ゲル3.79（１ガロン）あたり0.3ｇの粉末タル
クを添加した。消泡剤として２c.c.の燐酸トリブチ
ルを添加し、こうして液体ベヒクルを生成した。

この液体ベヒクルの約2.52（2/3）ガロン）
をワーリングブレンダへ入れ、つづいて10ｇのセ
ラクロームアルミナおよびシリカフアイバを添加
した。この混合物を低速度で15秒間および高速度
で90秒間きざんだ。追加液体ベヒクルを添加して
総量を約3.79（１ガロン）とし、つづいて強力
な撹拌によつてスラリーにした。

このスラリー約18.9（５ガロン）を約26.5
（７ガロン）のスラリーモールデイングタンクへ
入れた。リアクタシリンダを、一端を閉じ、外径
が約1.59cm（0.625″）のガス／空気フイードチユ
ーブを具えたステンレススチールワイヤスクリー
ン仮わく0.041cm（0.016″）、20×20メツシユの周
囲に生成させた。スラリー中に挿入してあるガ
ス／空気フイードチユーブの中を真空に引き、圧
力が約6.35cm（25インチ）に達するまで維持し
た。このチユーブを引き抜いた時点で真空を切り
放し、リアクタシリンダを真空ポンプから取り脱
した。でき上つたリアクタシリンダをついで乾燥
し、使用可能状態とした。これはリアクタシリン
ダとして商業上受け入れることのできるすべての
諸物性を具えていた。

実施例２この液体ベヒクルに粉末タルクを添加しないこ
とを除いて実施例１の方法を踏襲した。でき上つ
たリアクタシリンダは商業上受け入れられないも
の、つまり、空気／ガス心棒の周囲にモールドで
きないものであつた。

上記の実施例は、本発明の新規な生成物および
方法の明確な諸特長を説明したものであるが、こ
の出願の諸教示はこの実施例に述べられたものよ
りも広くまた異る諸組み合わせをも包含すると評
価されるのは当然である。

Claims

【特許請求の範囲】１放射ヒーターに使用するリアクタシリンダの
製造方法において、該プロセスが下記のステツ
プ： (イ) 全ベヒクルの約１重量％と約５重量％の間の
量の分散可能なアルミナ；全ベヒクルの約0.2
重量％までの量の酸；および全ベヒクルの約10
重量％と約30重量％の間の量の水を含むアルミ
ナ分散体を含有する液体ベヒクルの製造； (ロ) 該ベヒクルを作るため、全ベヒクルの約40重
量％と約80重量％との間の量の水の添加による
該分散体の稀釈； (ハ) 全ベヒクルの重量を基準として、約４重量％
以下の硫酸マグネシウム；約10重量％までの量
のコロイド状シリカ；および約0.0001重量％と
約0.1重量％との間の量の粉末タルクの添加； (ニ) 固体アルミナおよびシリカフアイバの組合せ
たものと、該液体ベヒクルを、フアイバのグラ
ムを液体ベヒクルのガロン数の割合が約８：１
と約12：１の間の割合で混合； (ホ) スラリーを形成するための該固体フアイバと
液体ベヒクルのブレンド；そして (ヘ) 該リアクタシリンダを形成するための、心棒
の周囲に該スラリーの真空モールデイングからなることを特徴とする方法。２該アルミナ分散体が約10％アルミナ分散体で
ある特許請求の範囲第１項の方法。３分散アルミナを約１重量％と約３重量％との
間の量で添加する特許請求の範囲第２項の方法。４該酸を液体ベヒクルのPHを約４と約６との間
に低下させるのに充分な量添加する塩酸である特
許請求の範囲第１項の方法。５硫酸マグネシウムを約１重量％と約1.5重量
％との間の量添加する特許請求の範囲第１項の方
法。６粉体タルクを約0.0001重量％との約0.0002重
量％との間の量添加する特許請求の範囲第１項の
方法。７消泡剤を捕捉された空気をすべて除去するの
に充分な量液体ベヒクルに添加する特許請求の範
囲第１項の方法。８放射ヒータを使用するリアクタシリンダにお
いて、該シリンダが下記の方法： (イ) (i) 全ベヒクルの約１重量％と約５重量％の
間の量の分散可能なアルミナ；約0.2重量％
までの量の酸；および約10重量％と約30重量
％の間の量の水を含むアルミナ分散体； (ii) 約40重量％と約80重量％の間の量の水； (iii) 約10重量％までの量のコロイド状シリカ；
および (iv) 約0.0001重量％と約0.1重量％の間の量の
粉末タルク；を含む液体ベヒクルの製造； (ロ) 固体アルミナおよびシリカフアイバの組合せ
たものと、該液体ベヒクルを、フアイバのグラ
ム数と液体ベヒクルのガロン数の割合が約８：
１と約12：１の間の割合で混合； (ハ) スラリーを形成するための該固体フアイバと
液体ベヒクルのブレンド；そして (ニ) 該リアクタシリンダを形成するための、心棒
の周囲に該スラリーの真空モールデイング；で形成されることを特徴とするシリンダー。９アルミナ分散体が約10％のアルミナ分散体で
ある特許請求の範囲第８項のリアクタシリンダ。１０分散アルミナを約１重量％と約３重量％と
の間の量添加する特許請求の範囲第９項のリアク
タシリンダ。１１該酸が液体ベヒクルのPHを約４と約６との
間に低下させるのに充分な量添加する塩酸である
特許請求の範囲第８項のリアクタシリンダ。１２硫酸マグネシウムを約１重量％と約1.5重
量％との間の量添加する特許請求の範囲第８項の
リアクタシリンダ。１３粉末タルクを約0.0001重量％と約0.0002重
量％との間の量添加する特許請求の範囲第８項の
リアクタシリンダ。１４消泡剤が捕捉された空気をすべて除去する
のに充分な量液体ベヒクルに添加する特許請求の
範囲第８項のリアクタシリンダ。