JP2005308385A - Gas heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新規なガス加熱装置に関する。 The present invention relates to a novel gas heating apparatus.
蒸気発生器（スチーマー）をはじめとするガス加熱装置は、その発熱体として抵抗式ヒーターのほか、電磁誘導加熱を利用したヒーター等も提案されている。 Gas heaters including steam generators (steamers) have been proposed as heaters using electromagnetic induction heating in addition to resistance heaters as heating elements.
例えば、低周波から高周波まで切換え通電可能な誘導コイルが巻き回された円筒状絶縁セラミック体と、該円筒状絶縁セラミック体内に積層配置される複数の流路用貫通穴が形成された円盤状誘電発熱体と、該円盤状誘電発熱体間に介装されるリング状絶縁スペーサーとを備えてなり、前記円筒状絶縁セラミック体の底板部に絶縁体内に流体を供給する流体供給口を設けるとともに、前記円筒状絶縁セラミック体の天板部に絶縁体内部で誘導加熱により熱交換されて高温となった蒸気の取出し口を設けてなることを特徴とする高温蒸気発生装置が知られている（特許文献１）。 For example, a cylindrical dielectric ceramic body in which an induction coil capable of switching energization from low frequency to high frequency is wound, and a disk-shaped dielectric having a plurality of flow passage through holes arranged in the cylindrical dielectric ceramic body A heating element and a ring-shaped insulating spacer interposed between the disk-shaped dielectric heating elements, and provided with a fluid supply port for supplying fluid into the insulator in the bottom plate portion of the cylindrical insulating ceramic body; There is known a high-temperature steam generator characterized in that the top plate portion of the cylindrical insulating ceramic body is provided with a steam outlet that is heated to heat by induction heating inside the insulator (patent) Reference 1).
また例えば、鉛直方向に立てられて中空内部の下端側を滞水ゾーンとする、導電性の筒体、または、中空内部のほぼ全長に亘って導電性の資材が配備された非導電性の筒体と、前記滞水ゾーンに水を供給する給水部と、前記滞水ゾーンの水位を調整する水位調整機構と、前記筒体の外周囲に前記滞水ゾーンならびにその上方に残された空間ゾーンに亘って巻かれた誘導コイルとを備えて成る過熱水蒸気発生装置が知られている（特許文献２）。
しかしながら、特許文献１の装置では、各層で発熱体として用いられる円盤が大型円盤１枚である。すなわち。電磁誘導加熱による発熱は円盤の外周部で生じるため、大型円盤を用いればそれだけ発熱効率が低下することになる。 However, in the apparatus of Patent Document 1, a disk used as a heating element in each layer is one large disk. That is. Since heat generation by electromagnetic induction heating occurs at the outer periphery of the disk, the use of a large disk reduces the heat generation efficiency accordingly.
また、特許文献２では、複数本のパイプを用いることにより発熱効率を高めることができるものの、発熱体から蒸気への熱伝達が十分に行われないまま外部に放出されることになる。
Further, in
従って、本発明の主な目的は、ガスを効率的に加熱することができる装置を提供することにある。 Accordingly, a main object of the present invention is to provide an apparatus capable of efficiently heating a gas.
本発明者は、従来技術の問題に鑑みて研究を重ねた結果、特定の構成を採用することによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of repeated studies in view of the problems of the prior art, the present inventor has found that the above object can be achieved by adopting a specific configuration, and has completed the present invention.
すなわち、本発明は、下記に示すガス加熱装置及び水素含有ガスの製造方法に係る。 That is, this invention relates to the manufacturing method of the gas heating apparatus and hydrogen containing gas which are shown below.
１． ガスを発熱体に接触させることによりガスを加熱する装置であって、
（１）ガス流入口及びガス流出口を備えた容器中に複数個の発熱体が収容され、
（２）前記容器の外周に電磁誘導加熱のための誘導コイルが巻かれており、
（３）前記の複数個の発熱体は、ａ）柱状発熱体であって、ｂ）前記容器の長尺方向と前記柱状発熱体の長尺方向とが平行になるように、それぞれの柱状発熱体が配置されている、
ことを特徴とするガス加熱装置。
1. An apparatus for heating a gas by bringing the gas into contact with a heating element,
(1) A plurality of heating elements are accommodated in a container having a gas inlet and a gas outlet,
(2) An induction coil for electromagnetic induction heating is wound around the outer periphery of the container,
(3) The plurality of heating elements are a) a columnar heating element, and b) each columnar heating so that the longitudinal direction of the container and the longitudinal direction of the columnar heating element are parallel to each other. The body is placed,
A gas heating device.
２． 柱状発熱体の一部又は全部が、柱状発熱体における（長尺方向の長さ／底面の長径）の値が１以上である前記項１記載のガス加熱装置。
2.
３． 柱状発熱体の長尺方向の長さがそれぞれ等しく、それぞれの底面が同一平面上にあるように配置される前記項２記載のガス加熱装置。
3.
４． 柱状発熱体の側面どうしが、実質的に均等な間隔を介して配置されている前記項２記載のガス加熱装置。
4).
５． 柱状発熱体が多角形柱状である前記項２記載のガス加熱装置。
5).
６． 柱状発熱体が円柱状である前記項２記載のガス加熱装置。
6).
７． 柱状発熱体が、断熱材料を介して配置されている前記項２記載のガス加熱装置。
7).
８． 柱状発熱体の一部又は全部が、柱状発熱体における（長尺方向の長さ／底面の長径）の値が１未満である前記項１記載のガス加熱装置。
8).
９． 柱状発熱体どうしの隙間にガスが通過できるように、柱状発熱体が積み重ねられている前記項８記載のガス加熱装置。
9.
１０． 柱状発熱体と、その底面どうしで隣接する他の柱状発熱体とがその中心軸を交互にずらした状態で配置される請求項８記載のガス加熱装置。
10. The gas heating device according to
１１． 柱状発熱体が、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種とアルミニウムとの金属間化合物を含む材料であって、かつ、金属間化合物が三次元網目構造骨格を形成し、当該材料の相対密度が８０％程度以下である多孔質材料からなる前記項１〜１０のいずれかに記載のガス加熱装置。 11. The columnar heating element is a material containing an intermetallic compound of at least one of iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum and aluminum, and the intermetallic compound has a three-dimensional network structure. Item 11. The gas heating device according to any one of Items 1 to 10, wherein the gas heating device is formed of a porous material that forms a skeleton and has a relative density of about 80% or less.
１２． 当該材料表面の一部又は全部に酸化物層が形成されている前記項１１記載のガス加熱装置。 12 Item 12. The gas heating device according to Item 11, wherein an oxide layer is formed on part or all of the surface of the material.
１３． 酸化物層が、当該金属間化合物を構成する元素を含む前記項１２記載のガス加熱装置。
13.
１４． 当該材料の相対密度が３０〜７０％である前記項１１〜１３のいずれかに記載のガス加熱装置。 14 Item 14. The gas heating device according to any one of Items 11 to 13, wherein the relative density of the material is 30 to 70%.
１５． 金属間化合物が８０重量％以上含まれる前記項１１〜１４のいずれかに記載のガス加熱装置。 15. Item 15. The gas heating device according to any one of Items 11 to 14, wherein the intermetallic compound is contained by 80% by weight or more.
１６． ガスが水蒸気であって、発熱体と接触させることによって６００℃以上の高温過熱水蒸気を発生させるために用いる前記項１〜１５のいずれかに記載のガス加熱装置。 16. Item 16. The gas heating device according to any one of Items 1 to 15, wherein the gas is water vapor and is used to generate high-temperature superheated water vapor at 600 ° C or higher by contacting with a heating element.
１７． ガスが水蒸気であって、発熱体と接触させることによって水素含有ガスを発生させる前記項１〜１５のいずれかに記載のガス加熱装置。 17. Item 16. The gas heating device according to any one of Items 1 to 15, wherein the gas is water vapor and generates a hydrogen-containing gas by contacting with a heating element.
１８． 前記項１〜１７のいずれかに記載のガス加熱装置のガス流入口に水蒸気を入れ、発熱した発熱体に水蒸気を接触させることにより、水素含有ガスを製造する方法。 18. 18. A method for producing a hydrogen-containing gas by introducing water vapor into a gas inlet of the gas heating device according to any one of items 1 to 17 and bringing the water vapor into contact with a heat generating element that has generated heat.
１９． 多孔質材料が、２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより得られる前記項１１記載のガス加熱装置。 19. Item 12. The gas heating device according to Item 11, wherein the porous material is obtained by molding a mixed powder composed of two or more kinds of inorganic powders, and subjecting the obtained molded body to a combustion synthesis reaction.
２０． 混合粉末が、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種の無機粉末とアルミニウム粉末とを含む前記項１９記載のガス加熱装置。
20.
２１． 混合粉末が、金属、金属間化合物、セラミックスの少なくとも１種の粉末（ただし、前記無機粉末及びアルミニウム粉末を除く。）をさらに含む前記項２０記載のガス加熱装置。
21. Item 21. The gas heating device according to
２２． 燃焼合成反応に先立って、予め成形体表面に金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種を付与する前記項１９記載のガス加熱装置。
22.
本発明のガス加熱装置は、複数の発熱体を特定の配列方法によって配置されているので、優れた加熱効率を達成することができる。特に、断熱材料を介して発熱体を配置する場合には、加熱効率をより一層高めることができる。 In the gas heating device of the present invention, since a plurality of heating elements are arranged by a specific arrangement method, excellent heating efficiency can be achieved. In particular, when the heating element is disposed via a heat insulating material, the heating efficiency can be further enhanced.
また、本発明装置において、発熱体として特定の金属間化合物の多孔質材料を用いる場合には、その優れた耐腐食性、耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性等によって、優れた耐久性を発揮でき、経済性にも優れている。 In addition, when a porous material of a specific intermetallic compound is used as a heating element in the device of the present invention, it has excellent durability due to its excellent corrosion resistance, chemical resistance, heat resistance, wear resistance, etc. It can be demonstrated and is economical.
本発明のガス加熱装置は、ガスを発熱体に接触させることによりガスを加熱する装置であって、
（１）ガス流入口及びガス流出口を備えた容器中に複数個の発熱体が収容され、
（２）前記容器の外周に電磁誘導加熱のための誘導コイルが巻かれており、
（３）前記の複数個の発熱体は、ａ）柱状発熱体であって、ｂ）前記容器の長尺方向と前記柱状発熱体の長尺方向とが平行になるように、それぞれの柱状発熱体が配置されている、
ことを特徴とする。
The gas heating device of the present invention is a device for heating a gas by bringing the gas into contact with a heating element,
(1) A plurality of heating elements are accommodated in a container having a gas inlet and a gas outlet,
(2) An induction coil for electromagnetic induction heating is wound around the outer periphery of the container,
(3) The plurality of heating elements are a) a columnar heating element, and b) each columnar heating so that the longitudinal direction of the container and the longitudinal direction of the columnar heating element are parallel to each other. The body is placed,
It is characterized by that.
容器は、ガス流出口及びガス流入口を備えている。これらは、それぞれ１つずつであっても良いし、あるいはそれぞれ複数個設けても良い。容器の大きさは、発熱体が収容できるものであれば特に限定されない。容器の材質は、それ自体が電磁誘導加熱されない材料であれば良く、適用するガスの種類等に応じて公知の材料の中から適宜選択することができる。例えば、ガスとして水蒸気を用いる場合には、石英ガラス、アルミナ、ムライト、マグネシア、窒化珪素等の耐熱材料を使用すればよい。 The container includes a gas outlet and a gas inlet. One of each of these may be provided, or a plurality of these may be provided. The size of the container is not particularly limited as long as the heating element can be accommodated. The material of the container may be any material that is not itself heated by electromagnetic induction, and can be appropriately selected from known materials according to the type of gas to be applied. For example, when water vapor is used as the gas, a heat-resistant material such as quartz glass, alumina, mullite, magnesia, or silicon nitride may be used.
容器の外周には、電磁誘導加熱のための誘導コイルが巻かれている。誘導コイルの設置は、公知の電磁誘導加熱装置と同様にすればよい。例えば、容器のガス流出口からガス流入口にわたり導電線を螺旋状に巻き付ければよい。 An induction coil for electromagnetic induction heating is wound around the outer periphery of the container. The induction coil may be installed in the same manner as a known electromagnetic induction heating device. For example, the conductive wire may be spirally wound from the gas outlet of the container to the gas inlet.
本発明の加熱装置の発熱体は、柱状の形態のものを使用する。これらの発熱体は、前記容器の長尺方向と前記柱状発熱体の長尺方向とが概ね平行になるように、それぞれの柱状発熱体が配置される。すなわち、各発熱体の中心軸が容器の長尺方向と平行になるようにすればよい。 The heating element of the heating device of the present invention uses a columnar form. Each of these heating elements is arranged such that the longitudinal direction of the container and the longitudinal direction of the columnar heating element are substantially parallel to each other. That is, the central axis of each heating element may be parallel to the longitudinal direction of the container.
複数の発熱体は、形状、大きさ等が同じであっても良いし、互いに異なるものであっても良い。特に、後記の実施の形態１の場合は、少なくとも形状及び大きさが同じものを用いることが好ましい。 The plurality of heating elements may have the same shape, size, etc., or may be different from each other. In particular, in Embodiment 1 described later, it is preferable to use at least the same shape and size.
本発明の発熱体における（長尺方向の長さ／底面の長径）の値は特に制限されない。本発明では、特に、複数の発熱体の一部又は全部において、上記値が１以上の場合（実施の形態１）、上記値が１未満の場合（実施の形態２）にわけることができる。なお、上記長径は、底面の径が最も長くなるような径をいう。 The value of (length in the long direction / long diameter of the bottom surface) in the heating element of the present invention is not particularly limited. In the present invention, in particular, in some or all of the plurality of heating elements, the above value can be divided into one or more (Embodiment 1) and the above value is less than 1 (Embodiment 2). In addition, the said major axis means the diameter that the diameter of a bottom face becomes the longest.
（実施の形態１）
上記値が１以上の場合（特に発熱体のすべての上記値が１以上の場合）、柱状発熱体の長尺方向の長さがそれぞれ等しく、それぞれの底面が同一平面上にあるように配置されることが望ましい。この場合、柱状発熱体の側面どうしが、実質的に均等な間隔を介して配置されていることが望ましい。均等な間隔は空間で占められ、その空間をガスが通過する。すなわち、そのような隙間をガスが通過する際に加熱される。上記間隔は適宜調整できるが、一般的には０．１〜５ｍｍ程度とすればよい。
(Embodiment 1)
When the above values are 1 or more (especially when all the above values of the heating elements are 1 or more), the columnar heating elements are arranged so that their lengths in the longitudinal direction are equal and their bottom surfaces are on the same plane. It is desirable. In this case, it is desirable that the side surfaces of the columnar heating elements are arranged with substantially uniform intervals. The even spacing is occupied by a space through which gas passes. That is, it is heated when the gas passes through such a gap. Although the said space | interval can be adjusted suitably, generally it should just be about 0.1-5 mm.
柱状発熱体は、その断面が多角形であることが好ましい。すなわち、本発明で用いる発熱体は多角形柱状であることが好ましい。多角形としては、三角形、四角形、五角形、六角形等のいずれであってもよい。このような多角形状とすることにより、効率的に上記空間を形成することができる。特に、同じ形状及び大きさの柱状発熱体を使用することによって、実施例１のように、効率的に隙間を形成することができる。 The columnar heating element preferably has a polygonal cross section. That is, the heating element used in the present invention is preferably a polygonal column. The polygon may be any of a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, and the like. By setting it as such a polygonal shape, the said space can be formed efficiently. In particular, by using columnar heating elements having the same shape and size, a gap can be efficiently formed as in the first embodiment.
本発明では、複数の柱状発熱体が互いに空間を介して配置されても良いが、断熱材料を介して配置されていても良い。断熱材料を介在させることによって、発熱体で発生した熱の外部への放出（放散）を効果的に防止ないしは抑制することができる。断熱材料は、例えば柱状発熱体を挿入できる空間部を複数有する断熱成形体を用いることもできる。このような断熱成形体を容器に入れ、その空間部に発熱体を挿入することによって、各発熱体が断熱材料を介して配置された構成をとることができる。この場合、断熱材料と発熱体との隙間をガスが通過する際にガスが加熱される。 In the present invention, the plurality of columnar heating elements may be disposed with a space therebetween, but may be disposed with a heat insulating material. By interposing the heat insulating material, it is possible to effectively prevent or suppress the release (dissipation) of the heat generated in the heating element to the outside. As the heat insulating material, for example, a heat insulating molded body having a plurality of space portions into which columnar heating elements can be inserted can be used. By putting such a heat insulating molded body in a container and inserting a heat generating element into the space, it is possible to adopt a configuration in which each heat generating element is disposed via a heat insulating material. In this case, the gas is heated when the gas passes through the gap between the heat insulating material and the heating element.
（実施の形態２）
上記値が１未満の場合は、柱状発熱体は円盤形状となる。このような形態を有するときは、柱状発熱体どうしの隙間にガスが通過できるように柱状発熱体が積み重ねられていることが好ましい。この場合の配置は、ガスが発熱体と接触しながら通過できるように設定されている限り特に限定されない。例えば、柱状発熱体と、その底面どうしで隣接する他の柱状発熱体とがその中心軸を交互にずらした状態で配置することができる。この場合には、発熱体は、いずれも同じ形状及び大きさを有していることが望ましい。
(Embodiment 2)
When the value is less than 1, the columnar heating element has a disk shape. When it has such a form, it is preferable that the columnar heating elements are stacked so that gas can pass through the gaps between the columnar heating elements. The arrangement in this case is not particularly limited as long as it is set so that the gas can pass while contacting the heating element. For example, the columnar heating elements and the other columnar heating elements adjacent to each other at the bottoms thereof can be arranged with their center axes alternately shifted. In this case, it is desirable that all the heating elements have the same shape and size.
（ガス加熱）
本発明装置によりガスを加熱する場合には、公知の電磁誘導加熱（高周波誘導加熱）を利用してガスを発熱体に接触させることにより加熱すればよい。例えば、発熱体の外周に螺旋状導電線を配置し、１〜１００ｋＷの電力で１０〜５００ｋＨｚの条件にて通電することによって、発熱体を効果的に発熱させる。このとき、加熱対象ガスをガス流入口から導入し、発熱体と接触させることによって加熱し、加熱されたガスはガス流出口から排出される。
(Gas heating)
When the gas is heated by the apparatus of the present invention, the gas may be heated by bringing the gas into contact with the heating element using known electromagnetic induction heating (high frequency induction heating). For example, a helical conductive wire is arranged on the outer periphery of the heating element, and the heating element is effectively heated by energizing under a condition of 10 to 500 kHz with a power of 1 to 100 kW. At this time, the gas to be heated is introduced from the gas inlet and heated by being brought into contact with the heating element, and the heated gas is discharged from the gas outlet.
（発熱体）
本発明の発熱体は、電磁誘導加熱に使用されるものであれば、公知の材料を使用することもできる。特に、本発明では、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種とアルミニウムとの金属間化合物を含む材料であって、かつ、金属間化合物が三次元網目構造骨格を形成し、当該材料の相対密度が８０％程度以下である多孔質材料を用いることが望ましい。
(Heating element)
As the heating element of the present invention, a known material can be used as long as it is used for electromagnetic induction heating. In particular, in the present invention, a material containing an intermetallic compound of at least one of iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum and aluminum, and the intermetallic compound is a three-dimensional network. It is desirable to use a porous material that forms a structural skeleton and has a relative density of about 80% or less.
上記金属間化合物は、これらの成分を含む組み合わせであれば限定されず、公知の金属間化合物の組成も包含する。例えば、Ｎｉ−Ａｌ、Ｉｒ−Ａｌ、Ｃｏ−Ａｌ、その他Ｐｔ−Ａｌ等が挙げられる。これらの中でも、Ｎｉ−Ａｌ、Ｉｒ−Ａｌ等が特に好ましい。 The said intermetallic compound will not be limited if it is a combination containing these components, The composition of a well-known intermetallic compound is also included. For example, Ni-Al, Ir-Al, Co-Al, other Pt-Al, etc. are mentioned. Among these, Ni—Al, Ir—Al, and the like are particularly preferable.
多孔質材料の相対密度は通常８０％以下の範囲内で用途、使用目的等に応じて適宜設定する殊ができる。この相対密度は、好ましくは３０〜７０％、より好ましくは３０〜６０％、最も好ましくは３０〜５５％とする。 The relative density of the porous material can be set as appropriate according to the intended use, purpose of use and the like, usually within a range of 80% or less. This relative density is preferably 30 to 70%, more preferably 30 to 60%, and most preferably 30 to 55%.
多孔質材料は、好ましくは当該骨格表面の一部又は全部に酸化物層が形成されている。特に、後記の製造方法により作製した場合には、このような特異な構造をもつ多孔質材料をより確実に得ることができる。このような特異な構造を有する場合には、優れた耐熱性、耐薬品性等を発揮できる。 In the porous material, an oxide layer is preferably formed on part or all of the surface of the skeleton. In particular, when produced by the production method described later, a porous material having such a unique structure can be obtained more reliably. In the case of such a unique structure, excellent heat resistance, chemical resistance and the like can be exhibited.
上記酸化物層は、当該金属間化合物を構成する元素を含む。例えば、上記骨格を構成する金属間化合物がＮｉ−Ａｌである場合には、一般的に酸化アルミニウムからなる酸化物層が形成される。酸化物の厚みは限定的でなく、一般的には１〜１００μｍ程度である。 The oxide layer contains an element constituting the intermetallic compound. For example, when the intermetallic compound constituting the skeleton is Ni-Al, an oxide layer generally made of aluminum oxide is formed. The thickness of the oxide is not limited and is generally about 1 to 100 μm.
多孔質材料中における金属間化合物の含有量は、用途、金属間化合物の種類等よって異なるが、一般的には８０重量％以上、好ましくは９０〜１００重量％とすればよい。 The content of the intermetallic compound in the porous material varies depending on the use, the type of intermetallic compound, and the like, but is generally 80% by weight or more, preferably 90 to 100% by weight.
（発熱体の製造方法）
発熱体は、例えば２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより製造することができる。
(Method for manufacturing heating element)
A heat generating body can be manufactured by shape | molding the mixed powder which consists of 2 or more types of inorganic powder, for example, and carrying out a combustion synthesis reaction of the obtained molded object.
上記混合粉末は、２種以上の無機粉末から構成されるが、これらの組み合わせは燃焼合成反応が進行する組み合わせであれば特に限定されない。無機粉末の種類は限定的でなく、用途、所望の特性等に応じて適宜選択すれば良い。例えば、金属単体の粉末のほか、酸化物、炭化物、窒化物、塩類（硝酸塩、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩等）、水酸化物等が挙げられる。 Although the said mixed powder is comprised from 2 or more types of inorganic powder, these combination will not be specifically limited if combustion synthesis reaction advances. The kind of the inorganic powder is not limited and may be appropriately selected according to the use, desired characteristics, and the like. Examples thereof include oxides, carbides, nitrides, salts (nitrates, chlorides, sulfates, carbonates, acetates, oxalates, etc.), hydroxides, etc., in addition to powders of simple metals.
無機粉末及び混合粉末の平均粒径は、成形可能であれば特に限定されないが、通常は０．１〜２００μｍ程度の範囲内で使用すれば良い。 The average particle size of the inorganic powder and the mixed powder is not particularly limited as long as it can be molded, but it is usually sufficient to use within the range of about 0.1 to 200 μm.
本発明では、特に、混合粉末が、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、ルテニウムＲｕ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ、オスミウムＯｓ、イリジウムＩｒ及び白金Ｐｔの少なくとも１種の無機粉末（無機粉末Ａ）と、アルミニウムＡｌの無機粉末（無機粉末Ｂ）とを含むことが好ましい。 In the present invention, in particular, the mixed powder includes at least one inorganic powder (inorganic powder A) of iron Fe, cobalt Co, nickel Ni, ruthenium Ru, rhodium Rh, palladium Pd, osmium Os, iridium Ir, and platinum Pt, It is preferable to contain an aluminum Al inorganic powder (inorganic powder B).
無機粉末Ａと無機粉末Ｂとの混合割合は、用いる粉末の種類、最終製品の用途等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は無機粉末Ａ：無機粉末Ｂ（モル比）＝１：０．２〜５程度、好ましくは１：０．３〜３とすれば良い。 The mixing ratio of the inorganic powder A and the inorganic powder B may be appropriately set according to the type of powder used, the use of the final product, etc., but usually the inorganic powder A: inorganic powder B (molar ratio) = 1: 0. .About 2-5, preferably 1: 0.3-3.
また、本発明では、必要に応じて、無機粉末Ａ及びＢ以外の無機粉末（無機粉末Ｃ）をさらに配合することもできる。例えば、金属（Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等の単体金属）、金属間化合物、酸化物セラミックス、ホウ化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス及びケイ化物セラミックスの少なくとも１種の無機粉末を含むことが望ましい。例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ハフニウム等も配合することができる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。 Moreover, in this invention, inorganic powder (inorganic powder C) other than inorganic powder A and B can also be further mix | blended as needed. For example, it is desirable to include at least one inorganic powder of metal (single metal such as Ag, Cu, Sn), intermetallic compound, oxide ceramics, boride ceramics, nitride ceramics, carbide ceramics, and silicide ceramics. For example, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, boron oxide, silicon oxide, aluminum oxide, calcium oxide, magnesium oxide, titanium boride, zirconium boride, hafnium boride, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, titanium silicide Zirconium silicide, hafnium silicide, and the like can also be blended. These can use 1 type (s) or 2 or more types.
無機粉末Ｃの配合割合は、無機粉末Ｃの種類、他の無機粉末等に応じて適宜決定できるが、通常は混合粉末中１〜５０重量％程度、好ましくは１０〜２０重量％とする。 The blending ratio of the inorganic powder C can be appropriately determined according to the type of the inorganic powder C, other inorganic powders, etc., but is usually about 1 to 50% by weight, preferably 10 to 20% by weight in the mixed powder.
本発明では、これら無機粉末を含む混合粉末を成形して成形体を作製する。成形方法は、公知のセラミックスの成形法に従って実施すれば良い。例えば、プレス成形、鋳込み成形、射出成形、静水圧成形等が挙げられる。成形圧等の成形条件は、用いる無機粉末の種類、最終製品の用途等に応じて適宜決定すれば良い。また、成形体の形状も限定的でなく、柱状体、筒状体（パイプ状）、球状体、直方体、板状体等のいずれであっても良い。 In the present invention, a mixed powder containing these inorganic powders is molded to produce a molded body. The forming method may be performed according to a known ceramic forming method. For example, press molding, casting molding, injection molding, isostatic pressing and the like can be mentioned. The molding conditions such as molding pressure may be appropriately determined according to the type of inorganic powder used, the use of the final product, and the like. Further, the shape of the molded body is not limited, and may be any of a columnar body, a cylindrical body (pipe shape), a spherical body, a rectangular parallelepiped, a plate-like body, and the like.
本発明では、燃焼合成反応に先立って、予め成形体表面に金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種を付与することができる。これにより、燃焼合成時に金属及び／又は金属間化合物及び／又はセラミックスが成形体表面に溶融付着し、表面改質を行うことができる。これらの具体例としては、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、クロム、バナジウム、銅、銀、金、白金、鉄、ニッケル、コバルト、ニッケルチタン、チタンアルミ、ニッケルアルミ、チタニア、シリカ、カルシア、マグネシア、アルミナ、クロミア、ヘマタイト、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ハフニウム等を挙げることができる。また、これらを付与する方法としては、例えば金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種の粉末を適当な溶媒に分散させた分散液又はペーストを塗付する方法のほか、ディッピング法、スプレー法、スピンコート法等の方法が挙げられる。 In the present invention, prior to the combustion synthesis reaction, at least one of a metal, an intermetallic compound, and ceramics can be imparted to the surface of the molded body in advance. Thereby, at the time of combustion synthesis, the metal and / or intermetallic compound and / or ceramic can be melted and adhered to the surface of the formed body, and surface modification can be performed. Specific examples of these include, for example, titanium, zirconium, hafnium, calcium, magnesium, aluminum, chromium, vanadium, copper, silver, gold, platinum, iron, nickel, cobalt, nickel titanium, titanium aluminum, nickel aluminum, titania, and silica. , Calcia, magnesia, alumina, chromia, hematite, titanium boride, zirconium boride, hafnium boride, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, titanium silicide, zirconium silicide, hafnium silicide, and the like. Moreover, as a method for imparting these, in addition to a method of applying a dispersion or paste in which at least one powder of metal, an intermetallic compound and ceramics is dispersed in an appropriate solvent, a dipping method, a spray method, Examples thereof include a spin coating method.
次いで、上記成形体を燃焼合成反応に供する。燃焼合成反応自体の方法、操作条件等は、従来の燃焼合成法と同様にすれば良い。例えば、放電、レーザ照射、カーボンヒーター等による着火等により成形体を局部的に加熱することによって反応を開始させることができる。いったん反応が開始すれば、自発的な発熱により反応が進行し、最終的に目的とする多孔質材料を得ることができる。反応時間は、成形体の大きさ等にもよるが、通常は数秒〜数分程度である。 Next, the molded body is subjected to a combustion synthesis reaction. The method of the combustion synthesis reaction itself, the operating conditions, etc. may be the same as in the conventional combustion synthesis method. For example, the reaction can be initiated by locally heating the molded body by discharge, laser irradiation, ignition by a carbon heater, or the like. Once the reaction starts, the reaction proceeds by spontaneous exotherm, and finally the desired porous material can be obtained. The reaction time is usually about several seconds to several minutes, although it depends on the size of the molded body.
反応雰囲気は、１）大気中（空気中）又は酸化性雰囲気中（第一方法）、２）真空中又は不活性ガス雰囲気中（第二方法）に大別される。 The reaction atmosphere is broadly classified into 1) air (in air) or oxidizing atmosphere (first method), and 2) vacuum or inert gas atmosphere (second method).
第一方法では、通常は大気中（空気中）又は酸化性雰囲気中とすれば良い。例えば、０．１気圧以上（好ましくは１気圧以上）の空気中で燃焼合成反応を好適に行うことができる。 In the first method, it is usually in the atmosphere (in the air) or in an oxidizing atmosphere. For example, the combustion synthesis reaction can be suitably performed in air at 0.1 atm or higher (preferably 1 atm or higher).
また、第二方法では、真空中又は不活性ガス雰囲気中とすれば良い。例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性ガスを用いた不活性ガス雰囲気で燃焼合成反応を実施することができる。 In the second method, it may be in a vacuum or in an inert gas atmosphere. For example, the combustion synthesis reaction can be performed in an inert gas atmosphere using an inert gas such as argon, nitrogen, or helium.
本発明により得られる金属間化合物系多孔質材料は、第一方法及び第二方法の場合ともに三次元網目構造を有する。特に、上記多孔質材料中の気孔（連通孔）が貫通孔であることが好ましい。上記多孔質材料の相対密度は限定的でないが、通常３０〜７０％程度とすることが望ましい。相対密度又は気孔率は、成形体の密度、燃焼合成の反応温度、雰囲気圧力等によって制御することができる。また、上記気孔の気孔径は限定的ではないが、一般的には数十ミクロンである。特に気孔径が比較的均一であることが好ましい。 The intermetallic compound-based porous material obtained by the present invention has a three-dimensional network structure in both the first method and the second method. In particular, the pores (communication holes) in the porous material are preferably through holes. Although the relative density of the porous material is not limited, it is usually preferably about 30 to 70%. The relative density or porosity can be controlled by the density of the compact, the reaction temperature of combustion synthesis, the atmospheric pressure, and the like. The pore diameter of the pore is not limited, but is generally several tens of microns. In particular, the pore diameter is preferably relatively uniform.
また、第一方法では、次の１）及び２）の特徴も兼ね備えた多孔質材料を得ることができる。すなわち、表面部は酸化物、内部は金属間化合物で構成される多層金属間化合物多孔質材料を得ることができる。 In the first method, a porous material having the following features 1) and 2) can be obtained. That is, it is possible to obtain a multilayer intermetallic compound porous material having a surface portion made of an oxide and an inside made of an intermetallic compound.
１）金属間化合物系多孔質材料の表面の一部又は全部に酸化物層が形成されている。酸化物層の厚さ（深さ）は、限定的でなく、上記多孔質材料の用途、使用目的、大きさ等に応じて適宜決定すれば良い。上記厚さの調整は、前記雰囲気の気圧調整等によって制御することができる。 1) An oxide layer is formed on part or all of the surface of the intermetallic compound porous material. The thickness (depth) of the oxide layer is not limited, and may be appropriately determined according to the use, purpose of use, size, and the like of the porous material. The adjustment of the thickness can be controlled by adjusting the atmospheric pressure of the atmosphere.
２）上記の酸化物層以外の部分に金属間化合物が含まれる。特に、本発明多孔質材料の内部は主として金属間化合物から構成されることが好ましい。 2) Intermetallic compounds are contained in portions other than the oxide layer. In particular, the inside of the porous material of the present invention is preferably composed mainly of an intermetallic compound.
これに対し、第二方法による金属間化合物系多孔質材料は、表面部に酸化物を有しない金属間化合物から構成される。すなわち、第一方法による多孔質材料が酸化物と金属間化合物の多層から構成されるのに対し、第二方法による多孔質材料は実質的に金属間化合物の単層である。ただし、第二方法による多孔質材料は、本発明の効果を損なわない範囲内で他の成分が含まれていても良い。 On the other hand, the intermetallic compound porous material according to the second method is composed of an intermetallic compound having no oxide on the surface portion. That is, the porous material according to the first method is composed of a multilayer of an oxide and an intermetallic compound, whereas the porous material according to the second method is substantially a single layer of an intermetallic compound. However, the porous material according to the second method may contain other components within a range not impairing the effects of the present invention.
本発明では、第一方法及び第二方法で得られる金属間化合物系多孔質材料自体の発明も包含する。上記のように、本発明多孔質材料の構成・構造は、用いる無機粉末の種類等によって適宜調節することが可能である。例えば、無機粉末としてニッケル粉末とアルミニウム粉末とを含む混合粉末を成形し、その成形体を空気中又は酸化性雰囲気中で燃焼合成反応させた場合には、表面に酸化アルミニウム（アルミナ）層が形成され、内部がニッケルアルミから構成される金属間化合物系多孔質材料を得ることができる。 In this invention, invention of the intermetallic compound type porous material itself obtained by the 1st method and the 2nd method is also included. As described above, the configuration and structure of the porous material of the present invention can be appropriately adjusted depending on the type of inorganic powder used. For example, when a mixed powder containing nickel powder and aluminum powder is molded as an inorganic powder and the molded body is subjected to a combustion synthesis reaction in air or in an oxidizing atmosphere, an aluminum oxide (alumina) layer is formed on the surface. Thus, an intermetallic compound-based porous material whose inside is composed of nickel aluminum can be obtained.
また、本発明では、例えば多孔質材料の表面が酸化物層によって構成され、内部に進むに従って金属間化合物の割合が増加するという傾斜構造を有する金属間化合物系多孔質材料も包含される。 The present invention also includes an intermetallic compound-based porous material having an inclined structure in which, for example, the surface of the porous material is constituted by an oxide layer, and the proportion of the intermetallic compound increases as it goes inside.
本発明の多孔質材料は、従来の多孔質材料が使用される各種用途に幅広く使用することができる。例えば、発熱体（ダイオキシン類を含む有害ガス分解用発熱体、過熱水蒸気発生用発熱体等）、フィルター（ディーゼルパティキュレートフィルター等）、触媒又は触媒担体、センサー、生体材料（人工骨、人工歯根、人工関節等）、抗菌・防汚材料、気化器、放熱板又は熱交換器、電極材料、半導体ウェハー吸着板、吸着材、ガス放出用ベントホール、防振・防音材料、脱酸剤等に好適に用いることができる。 The porous material of the present invention can be widely used in various applications in which conventional porous materials are used. For example, heating elements (heating elements for decomposing harmful gases including dioxins, heating elements for generating superheated steam, etc.), filters (diesel particulate filters, etc.), catalysts or catalyst carriers, sensors, biomaterials (artificial bones, artificial tooth roots, Suitable for artificial joints, antibacterial / antifouling materials, vaporizers, heat sinks or heat exchangers, electrode materials, semiconductor wafer adsorption plates, adsorbents, gas vent holes, vibration and sound insulation materials, deoxidizers, etc. Can be used.
なお、上記多孔質材料は加工性が良好であり、上記のような各種の用途に応じて加工し、所望の形状とすることができる。加工方法は、例えば切削等の公知の加工方法（装置）によって実施することができる。 In addition, the said porous material has favorable workability, can be processed according to the above various uses, and can be made into a desired shape. The processing method can be carried out by a known processing method (apparatus) such as cutting.
特に、この多孔質材料は耐熱・耐食性に優れるため、高温過熱水蒸気中でも劣化が少ない。そのため、水蒸気加熱用ヒーターとして使用することができる。本発明材料を水蒸気加熱用ヒーターとして使用する場合には、水素含有ガスを効率的に製造することも可能である。すなわち、水素含有ガス製造用ヒーターとしても好適に用いることができる。通常用いられる金属ヒーターやカーボンヒーターを過熱水蒸気中で使用した場合、６００℃以上で劣化し、電気抵抗が変化してヒーターとしての安定性が損なわれるだけでなく、加熱できなくなる場合もある。本発明ヒーターは、８００℃以上の過熱水蒸気中でも劣化がほとんどなく長時間、安定して使用することができるなど優位性がある。 In particular, since this porous material is excellent in heat resistance and corrosion resistance, there is little deterioration even in high-temperature superheated steam. Therefore, it can be used as a heater for steam heating. When the material of the present invention is used as a heater for steam heating, a hydrogen-containing gas can be efficiently produced. That is, it can also be suitably used as a heater for producing a hydrogen-containing gas. When a commonly used metal heater or carbon heater is used in superheated steam, it deteriorates at 600 ° C. or higher, and the electrical resistance changes to impair the stability as a heater, and it may be impossible to heat. The heater of the present invention has an advantage that it can be used stably for a long time with little deterioration even in superheated steam at 800 ° C. or higher.
前記多孔質材料を水素含有ガス製造用ヒーターとして使用する場合には、例えば本発明ヒーターを望ましくは６００℃以上に加熱し、水蒸気と接触させることにより、水蒸気の分解により生成した水素を含むガスを発生させることができる。詳細な原理は不明であるが、多孔質材料が発熱体として作用するだけでなく、水蒸気が接触することで水素と酸素の分解を促進する作用を有すると考えられる。なお、発生する酸素は金属間化合物と反応吸収すると考えられ、得られるガスは水素を主成分としている。 When the porous material is used as a heater for producing a hydrogen-containing gas, for example, the heater of the present invention is desirably heated to 600 ° C. or higher and brought into contact with water vapor, thereby containing a gas containing hydrogen generated by decomposition of water vapor. Can be generated. Although the detailed principle is unknown, it is considered that the porous material not only functions as a heating element but also has an effect of promoting decomposition of hydrogen and oxygen by contact with water vapor. The generated oxygen is considered to react and absorb with the intermetallic compound, and the resulting gas is mainly composed of hydrogen.
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例の範囲に限定されるものではない。 Examples will be described below, and the features of the present invention will be described more specifically. However, the scope of the present invention is not limited to the scope of the examples.
製造例１
発熱体として、金属間化合物からなる多孔質材料を製造した。イリジウム粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合し、長さ１００ｍｍで六角状底面の内接円直径が２０ｍｍである六角形柱状成形体をプレス成形により製造した。次いで、空気中、黒鉛板上に置いた上記成形体の一端を放電により着火したところ、約２１００℃の高温燃焼波が伝播して燃焼合成反応が約１０秒で完了した。これにより、成形体とほぼ同形状を有する相対密度５０％の多孔質体が得られた。この多孔質体は、電子顕微鏡による観察から図１のような三次元網目構造を有していることが確認された。また、粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はイリジウムアルミニウム金属間化合物を含む酸化アルミニウムからなり、内部は主としてイリジウムアルミニウム金属間化合物からなることが判明した。なお、黒鉛板上に接した底面層は空気が遮断されたため、内部と同様のイリジウム−アルミニウム金属間化合物から構成されていることも確認できた。これを下記の実施例１で発熱体として用いた。
Production Example 1
A porous material made of an intermetallic compound was produced as a heating element. Iridium powder and aluminum powder were mixed at a molar ratio of 1: 1, and a hexagonal columnar molded body having a length of 100 mm and a hexagonal bottom surface with an inscribed circle diameter of 20 mm was produced by press molding. Next, when one end of the molded body placed on the graphite plate in the air was ignited by discharge, a high-temperature combustion wave of about 2100 ° C. propagated and the combustion synthesis reaction was completed in about 10 seconds. As a result, a porous body having a relative density of 50% having substantially the same shape as the molded body was obtained. This porous body was confirmed to have a three-dimensional network structure as shown in FIG. 1 by observation with an electron microscope. As a result of analysis by powder X-ray diffraction, it was found that the surface layer was made of aluminum oxide containing an iridium aluminum intermetallic compound, and the inside was mainly made of iridium aluminum intermetallic compound. It was also confirmed that the bottom layer in contact with the graphite plate was composed of the same iridium-aluminum intermetallic compound as the inside because the air was blocked. This was used as a heating element in Example 1 below.
製造例２
発熱体として、金属間化合物からなる多孔質材料を製造した。ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合し、直径２０ｍｍで厚さ５ｍｍ〜２０ｍｍの円盤状ペレットをプレス成形により製造した。アルゴン中で、そのペレットの一端をＹＡＧレーザで着火したところ、約１６００℃の高温燃焼波が伝播して燃焼合成反応が約３秒で完了した。これにより、成形体とほぼ同形状を有する相対密度４５％の多孔質体が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、主としてＮｉＡｌと表せるニッケルアルミニウム金属間化合物から構成されていることがわかった。これを下記の実施例２で発熱体として用いた。
Production Example 2
A porous material made of an intermetallic compound was produced as a heating element. Nickel powder and aluminum powder were mixed at a molar ratio of 1: 1, and disk-shaped pellets having a diameter of 20 mm and a thickness of 5 mm to 20 mm were produced by press molding. When one end of the pellet was ignited with a YAG laser in argon, a high-temperature combustion wave of about 1600 ° C. propagated and the combustion synthesis reaction was completed in about 3 seconds. As a result, a porous body having a relative density of 45% having substantially the same shape as the molded body was obtained. As a result of analysis by powder X-ray diffraction, it was found that it was mainly composed of a nickel aluminum intermetallic compound expressed as NiAl. This was used as a heating element in Example 2 below.
製造例３
発熱体として、金属間化合物からなる多孔質材料を製造した。コバルト粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：０．９に混合し、長さ１００ｍｍで直径２０ｍｍの円柱状成形体をプレス成形により製造した。アルゴン中で、そのプレス成形体の一端をＹＡＧレーザで着火したところ、約１６００℃の高温燃焼波が伝播して燃焼合成反応が約５秒で完了した。これにより、成形体とほぼ同形状を有する相対密度４５％の多孔質体が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、主としてＣｏＡｌと表せるコバルトアルミニウム金属間化合物から構成されていることがわかった。これを下記の実施例３で発熱体として用いた。
Production Example 3
A porous material made of an intermetallic compound was produced as a heating element. Cobalt powder and aluminum powder were mixed at a molar ratio of 1: 0.9, and a cylindrical molded body having a length of 100 mm and a diameter of 20 mm was produced by press molding. When one end of the press-molded body was ignited with a YAG laser in argon, a high-temperature combustion wave of about 1600 ° C. propagated and the combustion synthesis reaction was completed in about 5 seconds. As a result, a porous body having a relative density of 45% having substantially the same shape as the molded body was obtained. As a result of analysis by powder X-ray diffraction, it was found that it was mainly composed of a cobalt aluminum intermetallic compound that can be expressed as CoAl. This was used as a heating element in Example 3 below.
実施例１
実施の形態１として、図２（ａ）に示す装置を作製した。発熱体を収容する容器１は、石英ガラス製である。この容器は、円筒部２、底蓋部３、底蓋部に設けられたガス流入口３ａ、上蓋部４、上蓋部に設けられたガス流出口４ａ、円筒部の外周に設けられた断熱材５から構成される。容器（断熱材５）の外周には誘導コイル６が巻かれており、通電できるように配線されている。容器中には、六角形柱状発熱体７が１９個配置されている。これら発熱体は、その各底面が同一平面上に揃うように配列される。これらの揃った面には多孔質板９が当接されている。この場合、図２（ｂ）のように、発熱体どうしが実質的に均等な間隔（約０．５〜１ｍｍ）の隙間８をもつように配置されている。誘導コイルに通電することにより、電磁誘導加熱によって発熱体が発熱する。その後、ガス流入口３ａから水蒸気を導入する。導入された水蒸気は、上記隙間を通るが、そのときに水蒸気が発熱体と接触し、加熱される。加熱された水蒸気は、一部が水素ガス等に変わり、水素含有ガスとしてガス流出口４ａから放出されることとなる。５ｋＷの電力で４００ｋＨｚ程度の高周波誘導加熱を行ったところ、水素を１０ｖｏｌ％以上含む１０００℃の過熱水蒸気ガスが発生して、ガス流出口４ａから放出された。
Example 1
As Embodiment 1, an apparatus shown in FIG. The container 1 that houses the heating element is made of quartz glass. This container includes a
実施例２
実施の形態２として、図３（ａ）に示す装置を作製した。発熱体を収容する容器１は、アルミナ製である。この容器は、円筒部２、底蓋部３、底蓋部に設けられたガス流入口３ａ、上蓋部４、上蓋部に設けられたガス流出口４ａ、円筒部の外周に設けられた断熱材５から構成される。容器（断熱材５）の外周には誘導コイル６が巻かれており、通電できるように配線されている。容器中には、円柱状発熱体８（円盤）の複数個９が１０段に積み重ねられている。
Example 2
As
図３（ｂ）には、図３（ａ）のＡ断面の透視図を示す。図３（ｂ）のように、各段は、隣接する段において各発熱体の中心軸が互いにずれるように配置され、これによりガスの通路が確保される。また、図３（ｃ）及び（ｄ）には、それぞれ図３（ａ）のＡ断面及びＢ断面を示す。図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、各段は１４本の発熱体を収容しており、隣接する段において各発熱体の中心軸が互いにずれるように配列されている。誘導コイルに通電することにより、電磁誘導加熱によって発熱体が発熱する。その後、ガス流入口３ａから水蒸気を導入する。導入された水蒸気は、上記隙間を通ることとなるが、そのときに水蒸気が発熱体と接触し、加熱される。加熱された水蒸気は、一部が水素ガス等に変わり、水素含有ガスとしてガス流出口４ａから放出されることとなる。 FIG. 3B shows a perspective view of the A cross section of FIG. As shown in FIG. 3B, the stages are arranged such that the central axes of the heating elements are shifted from each other in adjacent stages, thereby securing a gas passage. FIGS. 3C and 3D show the A cross section and B cross section of FIG. 3A, respectively. As shown in FIGS. 3C and 3D, each stage accommodates 14 heating elements, and is arranged so that the central axes of the heating elements are shifted from each other in adjacent stages. When the induction coil is energized, the heating element generates heat by electromagnetic induction heating. Thereafter, water vapor is introduced from the gas inlet 3a. The introduced water vapor passes through the gap, but at that time, the water vapor contacts the heating element and is heated. Part of the heated water vapor is changed to hydrogen gas or the like, and is discharged from the gas outlet 4a as a hydrogen-containing gas.
実施例３
実施の形態１として、図４に示す装置を作製した。発熱体を収容する容器１は、窒化珪素製である。この容器は、円筒部２、底蓋部３、底蓋部に設けられたガス流入口３ａ、上蓋部４、上蓋部に設けられたガス流出口４ａから構成される。上蓋部の構成を図５に示す。円筒部の構成を図６に示す。下蓋部の構成を図７に示す。
Example 3
As Embodiment 1, the apparatus shown in FIG. The container 1 that houses the heating element is made of silicon nitride. The container includes a
円筒部２は、電磁誘導加熱されない耐火材料（断熱成形体：耐火レンガ）からなり、図６にも示すように柱状発熱体を装填できる管状空間が７つ設けられている。この空間に概ね合致する形状の円柱状発熱体８が７本装填される。各発熱体は、円筒部との間に約１〜２ｍｍの隙間が形成され、その隙間にガスが流通するように設計されている。
The
容器の外周には誘導コイル（図示せず）が巻かれており、通電できるように配線されている。誘導コイルに通電することにより、電磁誘導加熱によって発熱体が発熱する。その後、電磁誘導加熱されない耐火材料（断熱成形体）の底蓋部に設けられたガス流入口３ａから水蒸気を導入する。導入された水蒸気は、上記隙間を通るが、そのときに水蒸気が発熱体と接触し、加熱される。加熱された水蒸気は、一部が水素ガス等に変わり、水素含有ガスとして電磁誘導加熱されない耐火材料（断熱成形体）の上蓋部に設けられたガス流出口４ａから放出されることとなる。 An induction coil (not shown) is wound around the outer periphery of the container, and is wired so that it can be energized. When the induction coil is energized, the heating element generates heat by electromagnetic induction heating. Thereafter, water vapor is introduced from the gas inlet 3a provided in the bottom lid portion of the refractory material (heat insulating molded body) that is not heated by electromagnetic induction. The introduced water vapor passes through the gap, but at that time, the water vapor contacts the heating element and is heated. Part of the heated water vapor is changed to hydrogen gas or the like, and is discharged from the gas outlet 4a provided in the upper lid portion of the refractory material (heat insulating molded body) that is not electromagnetically heated as a hydrogen-containing gas.
Claims (18)
（１）ガス流入口及びガス流出口を備えた容器中に複数個の発熱体が収容され、
（２）前記容器の外周に電磁誘導加熱のための誘導コイルが巻かれており、
（３）前記の複数個の発熱体は、ａ）柱状発熱体であって、ｂ）前記容器の長尺方向と前記柱状発熱体の長尺方向とが平行になるように、それぞれの柱状発熱体が配置されている、
ことを特徴とするガス加熱装置。 An apparatus for heating a gas by bringing the gas into contact with a heating element,
(1) A plurality of heating elements are accommodated in a container having a gas inlet and a gas outlet,
(2) An induction coil for electromagnetic induction heating is wound around the outer periphery of the container,
(3) The plurality of heating elements are a) a columnar heating element, and b) each columnar heating so that the longitudinal direction of the container and the longitudinal direction of the columnar heating element are parallel to each other. The body is placed,
A gas heating device.
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