(57)【要約】【課題】低コストであり、高温環境下でも優れた密着性および耐候性を有する伝熱管の表面処理方法および伝熱管構造を提供する。【解決手段】熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる伝熱管２の表面処理方法において、伝熱管２よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜４で伝熱管２の表面を被覆する有孔膜被覆工程と、有孔膜被覆工程の後に、有孔膜４よりも小さい線膨張係数を有するとともにＳｉを含む膜材６で有孔膜４を被覆する工程とを備え、膜材６は、有孔膜４の孔部８を充填するようにして有孔膜４を被覆する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる伝熱管の表面処理方法において、
前記伝熱管よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜で前記伝熱管の表面を被覆する有孔膜被覆工程と、
前記有孔膜被覆工程の後に、前記有孔膜よりも小さい線膨張係数を有するとともにＳｉを含む膜材で前記有孔膜を被覆する工程とを備え、
前記膜材は、前記有孔膜の孔部を充填するようにして前記有孔膜を被覆することを特徴とする伝熱管の表面処理方法。
【請求項２】
前記有孔膜は、前記伝熱管と前記膜材との間に少なくとも１層設けられることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の表面処理方法。
【請求項３】
前記有孔膜は、多孔性セラミック層のコーティング材を前記伝熱管に向かって溶射して形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の伝熱管の表面処理方法。
【請求項４】
前記膜材は、液状のポリシラザン系塗布液を含むことを特徴とする請求項１乃至３に記載の伝熱管の表面処理方法。
【請求項５】
熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる伝熱管構造において、
前記伝熱管の基材と、前記基材の表面を被覆し、前記伝熱管の基材よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜と、前記有孔膜の孔部を充填するようにして前記有孔膜を被覆し、前記有孔膜よりも小さい線膨張係数を有するＳｉを含む膜材とを備えることを特徴とする伝熱管構造。
【請求項６】
前記有孔膜は、前記伝熱管と前記膜材との間に少なくとも１層設けられることを特徴とする請求項５に記載の伝熱管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管の表面処理方法および伝熱管構造に係り、特に、熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる伝熱管の表面処理方法および伝熱管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる伝熱管には、排ガスと伝熱管内の水とが熱交換する過程で燃焼灰の付着およびスケールの生成といった現象が起こる。伝熱管に付着した燃焼灰やスケールは、伝熱管の熱交換率を悪化させるだけでなく、伝熱管を腐食させる恐れがある。これを防止するために、従来、伝熱管の表面には、耐食性や耐磨耗性を有する溶射材料が溶射されるようになっている。
【０００３】
産業用ボイラの耐食・耐磨耗溶射材料としては、例えば、Ｎｉ−５０ＣｒのようなＮｉ基材料やＣｒ３Ｃ２／ＮｉＣｒのような金属炭化物を主成分とした材料が用いられ、様々な溶射法によりコーティングされてきた。
【０００４】
しかし、これら耐食・耐磨耗溶射材料は、高い耐食性と耐磨耗性を有するものの、高価なニッケルや金属炭化物を含むため、ボイラの構成部材のような広い面積を対象とする場合、高コストになってしまうという問題がある。
【０００５】
また、上述の耐食・耐磨耗溶射材料で高速フレーム溶射を行った場合、緻密で耐食性の高い被膜が得られるものの、主に酸化クロムからなる酸化物層が被膜の靭性を低下させ、熱衝撃による割れや剥離が生じやすくなってしまう。
このため、耐食性と耐磨耗性だけでなく、安価で高温環境下でも優れた密着性や耐候性を有する表面処理方法が求められている。
【０００６】
伝熱管の表面処理に用いられる被覆用材料ではあるが、特許文献１には、Ｆｅ−Ｓｉ系化合物からなる金属製基板表面の被覆用材料が記載されている。この被覆用材料は、Ｓｉ：１０〜３５％で、残部がＦｅと不可避不純物からなる合金であり、溶射材料として用いられる。
【０００７】
また、特許文献２には、アルカリシリケートを含むコーティングゾルを支持体に塗布し、その後、塗布剤に２段階の熱的圧縮を加えてガラス質層へ変成させるコーティング手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−０６８０６９号公報
【特許文献２】特開２００７−５２１９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載される被覆用材料は、溶射により伝熱管に直接塗布しているので、伝熱管と被覆用材料との線膨張係数（熱膨張率）の差により、被覆用材料による溶射皮膜に割れが生じる可能性がある。
また、溶射により伝熱管を被覆するので、溶射皮膜に気孔が発生して被膜の密着性が低下する恐れがある。
【００１０】
特許文献２は、塗布剤に２段階の熱的圧縮を加えてガラス質層へ変成させるので、作業が困難で変成の際に手間が生じ、コストがかかる。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、低コストであり、高温環境下でも優れた密着性および耐候性を有する伝熱管の表面処理方法および伝熱管構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る伝熱管の表面処理方法は、熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる伝熱管の表面処理方法において、前記伝熱管よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜で前記伝熱管の表面を被覆する有孔膜被覆工程と、前記有孔膜被覆工程の後に、前記有孔膜よりも小さい線膨張係数を有するとともにＳｉを含む膜材で前記有孔膜を被覆する工程とを備え、前記膜材は、前記有孔膜の孔部を充填するようにして前記有孔膜を被覆することを特徴とする。
【００１３】
この伝熱管の表面処理方法では、伝熱管よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜の上に、有孔膜よりも小さい線膨張係数を有しＳｉを含む膜材を重ねて塗布するので、伝熱管の外層にいくにつれて線膨張係数を段階的に低くできる。このため、外層に位置するＳｉを含む膜材が伝熱管の熱による変形に受ける影響を軽減することが可能になり、耐候性が向上する。また、被膜が割れた場合でも、被膜を補修するとともに耐候性も向上できる。
また、膜材は、有孔膜の孔部を充填するようにして有孔膜を被覆するので、有孔膜と膜材との密着性が向上する。
また、従来のＮｉ基材料や金属炭化物を主成分とした材料を用いることなく、表面処理できるのでコストを低減することが可能となる。
【００１４】
上記伝熱管の表面処理方法において、前記有孔膜は、前記伝熱管と前記膜材との間に少なくとも１層設けられてもよい。
これにより、伝熱管から外層に位置するＳｉを含む膜材までの線膨張係数を更に段階的に低くすることができるので、伝熱管の熱による変形に受ける影響をより一層軽減することが可能になり、耐候性が向上する。
【００１５】
上記伝熱管の表面処理方法において、前記有孔膜は、多孔性セラミック層のコーティング材を前記伝熱管に向かって溶射して形成されてもよい。
これにより、膜材が充填される有孔膜の孔部を効率よく形成することが可能となる。
【００１６】
上記伝熱管の表面処理方法において、前記膜材は、ポリシラザン系塗布液を含んでもよい。
これにより、膜材に液状のポリシラザン系塗布液を用いることで、バインダー（固着材）を用いることなく、常温で膜材を硬化させることができる。
【００１７】
本発明に係る伝熱管構造は、熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる伝熱管構造において、前記伝熱管の基材と、前記基材の表面を被覆し、前記伝熱管の基材よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜と、前記有孔膜の孔部を充填するようにして前記有孔膜を被覆し、前記有孔膜よりも小さい線膨張係数を有するＳｉを含む膜材とを備えることを特徴とする。
この伝熱管構造では、伝熱管の基材よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜の上に、有孔膜よりも小さい線膨張係数を有するＳｉを含む膜材を重ねて塗布するので、伝熱管の外層にいくにつれて線膨張係数を段階的に低くできる。このため、外層に位置するＳｉを含む膜材が伝熱管の熱による変形を受ける影響を軽減することが可能になり、耐候性が向上する。
また、膜材は、有孔膜の孔部を充填するようにして有孔膜を被覆するので、有孔膜との密着性が向上する。
また、従来のＮｉ基材量や金属炭化物を主成分とした材料を用いることなく伝熱管を構成することができるので、コストを低減することが可能となる。
【００１８】
上記伝熱管構造において、前記有孔膜は、前記伝熱管と前記膜材との間に少なくとも１層設けられてもよい。
これにより、伝熱管から外層に位置するＳｉを含む膜材までの線膨張係数を更に段階的に低くすることができるので、伝熱管の熱による変形に受ける影響をより一層軽減することが可能になり、耐候性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、伝熱管よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜の上に、有孔膜よりも小さい線膨張係数を有しＳｉを含む膜材を重ねて塗布するので、伝熱管の外層にいくにつれて線膨張係数を段階的に低くできる。このため、外層に位置するＳｉを含む膜材が伝熱管の熱による変形に受ける影響を軽減することが可能になり、耐候性が向上する。また、被膜が割れた場合でも、被膜を補修するとともに耐候性も向上できる。
また、膜材は、有孔膜の孔部を充填するようにして有孔膜を被覆するので、有孔膜と膜材との密着性が向上する。
また、従来のＮｉ基材料や金属炭化物を主成分とした材料を用いることなく、表面処理できるのでコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の伝熱管の表面処理の一例を示す概略図である。
【図２】図１の伝熱管の最外層部を示す一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
図１は、本発明の伝熱管の表面処理の一例を示す概略図である。図２は、図１の伝熱管の最外層部を示す一部拡大図である。
【００２３】
表面処理の対象となる伝熱管２は、熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる鋼管である。伝熱管２の材料は、特に限定されないが、例えば、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼であってもよい。
なお、本実施形態の伝熱管２では、厚さを１．２〜１２．５ｍｍとし、線膨張係数（熱膨張率）を１０×１０−６［Ｋ］とする。
【００２４】
伝熱管２に塗布する前に、まず、伝熱管２の表面を清浄な状態にする。この場合、表面処理を施す施工個所によっては余剰成分を払拭してもよい。
【００２５】
伝熱管２の表面を清浄な状態にした後に、図１に示すように、伝熱管２よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜４で伝熱管２の表面を被覆する。
有孔膜４の線膨張係数は、伝熱管２の線膨張係数よりも小さければよく、ここでは、３×１０−６〜５×１０−６［Ｋ］であってもよい。また、有孔膜４の膜厚さは、１００〜３００μｍであってもよい。
【００２６】
有孔膜４は、例えば、多孔性セラミック層のコーティング材を伝熱管２に向かって溶射して形成されてもよい。これにより、後述する膜材６が充填される有孔膜４の孔部８を効率よく形成することが可能となる。
なお、多孔性セラミック層のコーティング材としては、例えば、セラミックス粉（炭化ケイ素や窒化ケイ素など）とバインダーとの混合物であってもよい。また、溶射法は、特に限定されないが、例えば、プラズマ溶射であってもよい。
【００２７】
また、有孔膜４は、伝熱管２と後述する膜材６との間に少なくとも１層設けられてもよい。図１では、有孔膜４が１層設けられている例を図示しているが、複数層設けてよいのはいうまでもない。なお、有孔膜４を複数層設ける場合、有孔膜４の材料を異ならせてもよいし、含有物の混合比率を異ならせた同材量であってもよい。
これにより、伝熱管２から外層に位置するＳｉを含む膜材６までの線膨張係数を更に段階的に低くすることができるので、伝熱管の熱による変形に受ける影響をより一層軽減することが可能になり、耐候性が向上する。
【００２８】
有孔膜４で伝熱管２の表面を被覆した後に、図１に示すように、有孔膜４よりも小さい線膨張係数を有するとともにＳｉを含む膜材６で有孔膜４を被覆する。この場合、膜材６は、有孔膜４の孔部８を充填するようにして有孔膜４を被覆する。
【００２９】
膜材６のＳｉ分としては、例えば、常温で硬化可能なガラス繊維であってもよい。この場合、ガラス繊維はスプレーを用いて被覆することができる。
膜材６の線膨張係数は、有孔膜４の線膨張係数よりも小さければよく、ここでは、０．５×１０−６［Ｋ］であってもよい。また、膜材６の膜厚さは、有孔膜４の孔部８を充填する程度あればよく、例えば、１０〜１００μｍであってもよい。これにより、線膨張係数が小さい膜材６の割れを抑制することができる。
【００３０】
また、膜材６は、ポリシラザン系塗布液を含んでもよい。これにより、膜材６に液状のポリシラザン系塗布液を用いることで、バインダーを用いることなく、常温で膜材６を硬化させることができる。
【００３１】
ポリシラザン系塗布液としては、例えば、パーヒドロポリシラザン（アクアミカ）を用いてもよい。パーヒドロポリシラザンは、−（ＳｉＨ２ＮＨ）−を基本ユニットとして有しており、常温で緻密なシリカ（ＳｉＯ２）に転化する。
例えば、図２に示すように、パーヒドロポリシラザンは、ＯＨ基を有する物質と反応して加水分解され、常温でシリカに転化し、有孔膜４を被覆する。
−（ＳｉＨ２ＮＨ）−  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ＳｉＯ２  ＋  ２Ｈ２
よって、膜材６は、ボイラ内であっても高硬度、高耐熱性を保つことが可能となる。
【００３２】
また、帯電防止剤を加えることで、燃焼灰の付着を防ぐことができる。
帯電防止剤は、対象物が静電気によって帯電するのを防ぐ目的で用いられる化合物であり、浮遊する燃焼灰や埃が対象物に付着しないようにする。
帯電防止剤は特に限定されないが、例えば、ＰｔＳＵＡ（プラチナ防汚コート）、ＴＢ−ＡＵＡ（グラスガードＡＵＡ）、ＳＣＶ−ＳＡｇ（グラスバリアＳＡｇ）、ＳＣＶ−ＶＴ（リフレッシュガラスコートＶＴ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、アンチモン含有酸化スズ（ＡＴＯ）等を用いてもよい。特に、ＰｔＳＵＡは、帯電防止性能に優れているため、燃焼灰の付着をより一層防止することができる。
【００３３】
このように、本実施形態の伝熱管の表面処理方法では、伝熱管よりも小さい線膨張係数を有する有孔膜の上に、有孔膜よりも小さい線膨張係数を有しＳｉを含む膜材を重ねて塗布するので、伝熱管の外層にいくにつれて線膨張係数を段階的に低くできる。このため、外層に位置するＳｉを含む膜材が伝熱管の熱による変形に受ける影響を軽減することが可能になり、耐候性が向上する。また、被膜が割れた場合でも、被膜を補修するとともに耐候性も向上できる。
また、膜材は、有孔膜の孔部を充填するようにして有孔膜を被覆するので、有孔膜と膜材との密着性が向上する。
また、従来のＮｉ基材料や金属炭化物を主成分とした材料を用いることなく、表面処理できるのでコストを低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
２    伝熱管
４    有孔膜
６    膜材
８    孔部
【図１】
2011174634.tif 000003
【図２】
2011174634.tif 000004