JP4715717B2 - 多孔質体製造装置及び多孔質体の製造方法 - Google Patents
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Description
発泡性スラリーシートの発泡は、炉内に設けられた成形体加熱ヒーターにより発泡性スラリーシートを加熱して行われるが、加熱によって発泡性スラリーシートが乾燥されると発泡が不十分となる。従来では、この発泡性スラリーシートの乾燥を防ぐために、炉内に水を貯留して水温調節ヒーターを有する水槽を設け、水槽から発生する蒸気によって炉内を加湿している。
このように気孔率が面方向に沿って変化する多孔質体は、例えば、シートの面方向に沿って流体を通過させることにより流体中に含まれる異物を効率よく補足するフィルタや、シートの面方向に沿って毛管作用により水を吸引してガス中に気化させる媒体及び燃料電池のガス拡散層等に使用することができる。
また、この多孔質体を構成する三次元網目状の骨格は連続的に繋がっている。そのため、従来のように単に孔径が相互に異なる複数の多孔質体を貼り合わせたものと比較して、強度の向上を図ることができる、また、フィルターの濾過等において不連続面(貼り合わせ面)に濾過物が集中的に溜まることを防止できる、という効果も奏する。
この場合には、幅方向にわたって気泡の孔径が漸次変化するシート状の多孔質体を容易に製造することができる。
この場合には、容易に発泡性スラリーシートの上面や下面をむらなく加熱することができる。このため、例えば、発泡性スラリーシートの上面全体や下面全体にわたって一様な温度に加熱することができ、シート状の多孔質体において面方向に分布する多数の気泡の孔径の大きさを容易に均一に揃えることが可能となる。
さらに、発泡性スラリーシートの上面には、加熱された気体が直接吹きつけられるため、特に効率よく乾燥することができる。
そして、このように発泡手段において形成される気泡の大きさを均一にしておくことで、乾燥手段において気泡の大きさを高い精度で設定することが可能となる。したがって、大きさが厚さ方向や幅方向にわたって漸次変化する気泡の分布を高精度に設定したシート状の多孔質体を提供することが可能となる。
この実施形態に係る多孔質体製造装置1は、図1に示すように、金属粉末(無機粉末)、発泡剤、有機バインダ(結合剤)、液状溶媒(結合剤)等を含有した発泡性スラリーS1をシート状に成形し、シート状の発泡性スラリー(以下、発泡性スラリーシートS2と呼ぶ。)を発泡、乾燥させて、三次元網目構造を有する多孔質グリーンシート(多孔質体)Gを製造するものである。
成形装置5は、発泡性スラリーS1を貯留してキャリアシート3上に供給するホッパー11と、A方向に移動するキャリアシート3上に供給された発泡性スラリーS1をキャリアシート3との間で延ばして発泡性スラリーシートS2に成形するドクターブレード13とを備えている。
貯留タンク17の内部には、水Wの温度を調整する水温調整ヒーター21が設けられており、これによって加熱された水Wを循環機構19で加湿加熱容器15内に供給することで、加湿加熱容器15内の雰囲気を所定の湿度に保てるようにしている。また、貯留タンク17には、これに水Wを補給するための給水口22が設けられており、貯留タンク17内の水Wが減少した際に自動的に水Wを補給するようになっている。
なお、加湿加熱容器15に開口する排出管31の開口端31aは、加湿加熱容器15内の底面15cから突出しており、これによって加湿加熱容器15内に所定量の水Wが貯留されるようになっている。
複数の送風ユニット39,41は、発泡性スラリーシートS2の上面S2a及び下面S2bを個別に加熱するように分割して配置されており、各送風ユニット39,41は、発泡性スラリーシートS2の上面S2aや下面S2b側に向けて加熱された気体を吹きつけるように構成されている。
また、この構成においては、個々の加熱ヒーター51,53の動作が独立して制御可能となっており、これにより、発泡性スラリーシートS2の上面S2a及び下面S2b側に向けて吹きつける気体の温度を相互に異ならせることができるようになっている。すなわち、複数の送風ユニット39,41による発泡性スラリーシートS2の上面S2a及び下面S2bの加熱温度を相互に異ならせることができる。
この製造方法においては、はじめに、ホッパー11からキャリアシート3上に供給された発泡性スラリーS1を、移動するキャリアシート3とドクターブレード13との間で延ばしてシート状の発泡性スラリーシートS2に成形する(成形工程)。
この発泡工程においては、シート加熱ヒーター33等の加熱により発泡性スラリーシートS2に含まれる発泡剤を発泡させることで、発泡性スラリーシートS2の内部や表面に多数の気泡が形成される。この際、形成される気泡の孔径の大きさは加湿加熱容器15内の温度によって変化するが、貯留タンク17及び循環機構19を設けることで加湿加熱容器15内の温度分布が一様に保持されるため、気泡の大きさを発泡性スラリーシートS2の全体にわたって均一とすることができる。
この乾燥工程において、発泡性スラリーシートS2を乾燥が乾燥されると、発泡性スラリーシートS2中に含まれる液状溶媒(水)が揮散して粘性が上昇し、これによって気泡の成長が停止する。すなわち、加熱炉37内において発泡性スラリーシートS2を加熱する温度が高くなる程、発泡性スラリーシートS2の乾燥が早まり、孔径の小さな気泡が形成されることになる。
したがって、乾燥された多孔質グリーンシートGには、その上面から下面に向けて気泡の大きさが漸次大きくなる若しくは小さくなるように多数の気泡を分布させることができる。すなわち、厚さ方向にわたって気泡の孔径(気孔率)が漸次変化する多孔質グリーンシートGが製造されることになる。
また、乾燥装置9においては、加熱された気体を吹きつけることで発泡性スラリーシートS2の上面S2a及び下面S2bを加熱するため、容易に発泡性スラリーシートS2の上面S2a全体及び下面S2b全体をむら無く加熱することができる。このため、発泡性スラリーシートS2の上面S2a全体や下面S2b全体にわたって一様な温度に加熱することができ、これにより、多孔質グリーンシートGにおいて面方向に分布する多数の気泡の大きさを容易に均一に揃えることが可能となる。
また、発泡装置7においては、発泡性スラリーシートS2の全体にわたって均一な大きさの気泡を形成することができるため、乾燥装置9において、気泡の大きさを高い精度で設定することが可能となる。したがって、大きさが厚さ方向にわたって漸次変化する気泡の分布を高精度に設定した多孔質グリーンシートGを提供することが可能となる。
さらに、この多孔質体グリーンシートGを構成する三次元網目状の骨格は連続的に繋がっている。そのため、この多孔質体グリーンシートGを脱脂・焼成した多孔質焼成体では、従来のように単に孔径が相互に異なる複数の多孔質体を貼り合わせたものと比較して、強度の向上を図ることができる、また、フィルターの濾過等において不連続面(貼り合わせ面)に濾過物が集中的に溜まることを防止できる、という効果も奏する。
すなわち、複数の送風ユニット39,41は、例えば、同一のブロワー及び加熱ヒーターで構成し、加熱ヒーターの下流側に位置する送風管47,49のみを発泡性スラリーシートS2の上方側及び下方側にそれぞれ配して構成されるとしてもよい。
この構成の場合には、加熱ヒーターの下流側で分岐された各送風管47,49の途中に、吹出口47a,49aに向かう気体の送風を切り換える切換スイッチをそれぞれ設けておき、この切換スイッチの動作を個別に制御することで、発泡性スラリーシートS2の上面S2a及び下面S2bの加熱温度を相互に異ならせることができる。
3 キャリアシート
7 発泡装置(発泡手段)
9 乾燥装置(乾燥手段)
15 加湿加熱容器
15a 搬送入口
15b 搬送出口
17 貯留タンク
19 循環機構
21 水温調整ヒーター
33 シート加熱ヒーター
39,41 送風ユニット(加熱ユニット)
G 多孔質グリーンシート(多孔質体)
S2 発泡性スラリーシート
S2a 上面
S2b 下面
W 水
Claims (5)
- 少なくとも無機粉末、発泡剤及び結合剤を含有した発泡性スラリーシートをキャリアシートによって搬送しながら発泡、乾燥させることで三次元網目構造を有する多孔質体を製造する多孔質体製造装置であって、
前記キャリアシートによって搬送される前記発泡性スラリーシートを高湿条件にて乾燥させないように発泡させる発泡手段と、該発泡手段において発泡された前記発泡性スラリーシートを加熱して乾燥する乾燥手段とを備え、
該乾燥手段が、前記キャリアシート上に配された前記発泡性スラリーシートを加熱する加熱ユニットを複数備え、
複数の前記加熱ユニットが、少なくとも前記キャリアシート上に配された前記発泡性スラリーシートの上面及び下面を個別に加熱するように分割して配置され、
前記加熱ユニットによる前記発泡性スラリーシートの上面及び下面の加熱温度が相互に異なるように、個々の前記加熱ユニットの動作が独立して制御可能であることを特徴とする多孔質体製造装置。 - 前記発泡性スラリーシートの上面側及び下面側の少なくともいずれか一方に配された前記加熱ユニットが、前記発泡性スラリーシートの幅方向にわたって複数配列され、
複数の前記加熱ユニットによって加熱された前記上面若しくは前記下面の加熱温度分布が前記幅方向にわたって漸次変化するように、個々の前記加熱ユニットの動作が独立して制御可能であることを特徴とする請求項1に記載の多孔質体製造装置。 - 前記加熱ユニットが、前記発泡性スラリーシートの上面や下面側に向けて加熱された気体を吹きつける送風ユニットからなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の多孔質体製造装置。
- 前記発泡手段が、前記キャリアシート及び前記発泡性スラリーシートが通過可能な搬送入口及び搬送出口を有する共にこれら搬送入口及び搬送出口の下方に所定量の水を貯水可能な加湿加熱容器と、該加湿加熱容器内に設けられて前記発泡性スラリーシートを加熱するシート加熱ヒーターと、該加湿加熱容器よりも多量の前記水を貯留し、該水の温度を調整する水温調整ヒーターを有する貯留タンクと、前記加湿加熱容器と前記貯留タンクとの間で前記水を循環させる循環機構とを備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の多孔質体製造装置。
- 少なくとも無機粉末、発泡剤及び結合剤を含有した発泡性スラリーシートをキャリアシートによって搬送しながら発泡、乾燥させることで三次元網目構造を有する多孔質体を製造する多孔質体の製造方法であって、
前記発泡性スラリーシートを高湿条件にて乾燥させないように発泡させる発泡工程と、発泡された前記発泡性スラリーシートを乾燥する乾燥工程とを備え、
該乾燥工程において、前記キャリアシート上に配される前記発泡性スラリーシートの上面及び下面とで加熱する温度を異ならせることを特徴とする多孔質体の製造方法。
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