(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともクロムを含む金属部材と、
前記金属部材上に形成され、金属からなるシートと、
前記シート上に形成され、酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物を主成分とする保温材と、
を具備する熱機器構造体。
【請求項２】
少なくともクロムを含む金属部材と、
前記金属部材上に形成され、鉄またはニッケルを主成分とする金属からなるシートと、
前記シート上に形成され、カルシウム，カリウム，マグネシウム，ナトリウムの中から選ばれる少なくとも１種を含む保温材と、
を具備する熱機器構造体。
【請求項３】
前記保温材の気孔率が、８０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱機器構造体。
【請求項４】
前記金属部材が、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱機器構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス燃焼炉，廃棄物焼却炉，火力発電機器，化学プラント等の熱機器を構成する熱機器構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の熱を利用した熱機器（例えば，バイオマス燃焼炉，廃棄物焼却炉，火力発電機器，化学プラント）が用いられている。例えばバイオマス燃焼炉では、家畜排泄物や生ゴミ，木くずなどの動植物から生まれた再生可能な有機性資源（バイオマス）を利用して発電等を行う試みがなされている。
【０００３】
一般的に、これらの熱機器の燃焼室を構成する構造材料として、耐熱性，耐酸化性，耐食性，高温強度，コスト等の観点からステンレス鋼等のクロムを含有する金属が多く用いられる。また、燃焼室で発生した熱を外へ逃がさないためにステンレス鋼の外側に保温材が配置され、発生した熱の有効利用が図られる。
【０００４】
従来、燃焼室の保温材としては、アスベストが使用されてきた。アスベストは断熱性（保温特性），耐熱性，耐食性，電気絶縁性などに優れ、かつ安価であるため広く使用されてきた。しかし、現在では健康被害を引き起こす確率が高いとされ使われなくなっている。
【０００５】
現在では、燃焼室等の保温材として、主としてカルシウムシリケート（酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物）を主成分とする保温材が用いられる。カルシウムシリケートは安全であるとともに断熱性（保温特性），耐熱性，耐食性に優れ、またコストにおいても安価であることによる。
【０００６】
しかしながら燃焼室等において、ステンレス鋼等のクロムを含有する金属と保温材を接触させて長期間使用した場合、六価クロムが形成される可能性があると指摘されている（例えば，非特許文献１参照）。即ち、ステンレス鋼等の表面Ｃｒ２Ｏ３皮膜と保温材のカルシウム成分が次のように反応し、六価クロムが形成される。
２Ｃｒ２Ｏ３＋４ＣａＯ＋３Ｏ２  →  ４ＣａＣｒＯ４
【０００７】
この六価クロムの形成はバイオマス燃焼炉に限らず、廃棄物焼却炉，火力発電機器や配管装置の高温部、化学プラント等多くの高温機器において発生する。即ち、クロムを含有する構造部材とそれに接触し、カルシウムを含む保温材とが存在すれば六価クロムが形成される可能性がある。この現象（六価クロムの形成）は、クロム含有量の多い金属部材においてより顕著となる。
なお、この現象はカルシウムを含む保温材に限定されず、カリウム，マグネシウム，ナトリウムを含む保温材についても認められる。
【０００８】
これに対し例えば、次のような対策が検討されている。（１）使用する材料を変更する。例えば、クロムに替え、モリブデンやシリコン等を添加して耐食性を向上させる（実質的にクロムを含まない金属を使用する）。あるいは、カルシウム等を含む保温材に替えて耐熱性の高いセラミックスを使用する。（２）冷却システムを設け、金属部材と保温材の界面が高温にならないようにする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「腐食センターニュース」，No.034，2005年６月1日，腐食防食協会発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の対策はいずれも十分とは言えず、いずれも実用化に至っていないのが現状である。即ち、（１）モリブデンやシリコン等の添加，セラミックスの使用は、コストを上げることになる。（２）冷却システムを設ける場合、コストを上げると同時に機器システムの効率も下がる。
【００１１】
本発明は、クロムとカルシウム等の化学反応が抑制され、かつコストに優れる熱機器構造体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】
本発明の一態様に係る熱機器構造体は、少なくともクロムを含む金属部材と、前記金属部材上に形成され、金属からなるシートと、前記金属からなるシート上に形成され、カルシウム，カリウム，マグネシウム，ナトリウムの中から選ばれる少なくとも１種を含む本材と、を具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、クロムとカルシウム等の化学反応が抑制され、かつコストに優れる熱機器構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る構造体１０を模式的に表す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、熱機器における金属部材と保温材との反応により生じる六価クロムの発生を抑えるための方法について鋭意研究を重ねた。その結果、金属部材の表面に金属からなるシートを形成することにより、金属部材表面に存在するクロム成分と保温材中のカルシウム成分とを隔離し、六価クロムの発生を抑制できることを見出した。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る構造体１０を模式的に表す横断面図である。構造体１０は、バイオマス燃焼炉，廃棄物焼却炉，火力発電機器や配管装置の高温部、化学プラント等の熱機器（特に，その燃焼室）を構成し、金属部材１１，金属シート１２，保温材１３を有する。
【００１７】
金属部材１１は、少なくともクロムを含有する。金属部材１１はステンレス鋼が望ましい。これは、ステンレス鋼は耐熱性，耐食性，高温強度が優れると同時にコストについても比較的安価であるためである。ここで、ステンレス鋼とはクロムを１１％以上含む鋼と定義され、マルテンサイト系ステンレス鋼，フェライト系ステンレス鋼，オーステナイト系ステンレス鋼，オーステナイト・フェライト二相ステンレス鋼，析出硬化ステンレス鋼に分類される。
【００１８】
金属シート１２は、鉄またはニッケル等の金属からなるシートであり、金属部材１１の表面に配置される。金属シート１２は緻密質でも良いが、多孔質（気孔を有する）でも良い。金属シート１２を多孔質とすることで金属部材１１から保温材１３に至る（金属シート１２内の）クロムの拡散の経路長が長くなり、緻密質とする場合よりも金属シート１２の厚さを低減可能となる。
【００１９】
ここで、金属シート１２の厚さは１μｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。金属シート１２の厚さが１μｍより小さいと次のような問題が発生する可能性がある。即ち、金属シート１２の強度が弱く、金属シート１２を金属部材上に配置する際に破れ等が発生する可能性がある。また、クロムの拡散距離（金属シート１２の厚み）が短く十分な反応抑制効果が得られ難くなる。一方、金属シート１２の厚さが１ｍｍより厚いと曲面等の複雑形状に適用できず、実質的に反応抑制機能を果たし難くなる。
【００２０】
保温材１３は、熱機器内で発生する熱の外部への移動を制限するための部材（断熱部材）である。このため保温材１３は、その内部に多数の空孔を有する。保温材１３の空孔率（保温材１３の体積中に空孔が示す割合，気孔率とも言う）は、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である。
【００２１】
保温材１３は、カルシウム，カリウム，マグネシウム，ナトリウムから選ばれる少なくとも１種を含み、金属シート１２と接触して配置される。ここで保温材１３は、酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物を主成分とするものが望ましい。これは、酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物を主成分する保温材は、保温効果に優れると同時に耐熱性，耐酸化性，高温強度等が優れており、さらにコストにおいても比較的安価であるためである。
【００２２】
次に構造体１０の形成方法について説明する。
構造体１０は、金属部材１１上への金属シート１２の配置、金属シート１２上への保温材１３の配置によって形成される。
【００２３】
金属シート１２（金属部材１１）に、保温材１３が固定される。即ち、金属シート１２の表裏それぞれに金属部材１１および保温材１３が配置され、金属シート１２によって金属部材１１と保温材１３の接触が防止される。この固定には機械的な手法を採用できる。金属部材１１上に金属シート１２を配置し、さらに金属シート１２上に保温材１３を配置し、例えばニッケル等の耐熱性の金属からなる針金等を巻きつけることで金属部材１１に保温材１３が固定される。
【実施例】
【００２４】
以下，本発明の実施例を説明する。
【００２５】
（実施例１）
寸法５０×５０×１０ｍｍのＳＵＳ３０４角板試験体の表面全体に厚さ２００μｍの純ニッケルシートを配置した。さらに酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物を主成分とする保温材（商品名：ロックウール）を準備し、これを５０×５０×１０ｍｍの寸法に加工した後ニッケルシート上に配置した。これを大気中にて熱処理した。熱処理条件は、６００℃，５００時間とした。
【００２６】
熱処理を行った後、ステンレスＳＵＳ３０４鋼角板試験体及び酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物を主成分する保温材の両者の接触表面を目視により観察した。その結果、反応生成物等による色の変化は認められなかった。
【００２７】
（実施例２）
保温材の材質を商品名撥水性パーライト（ＳｉＯ２を主成分とし，Ｎａ２Ｏを約７％含む）とした他は実施例１同様の方法で評価した。この結果、反応生成物等による色の変化は認められなかった。
【００２８】
（実施例３）
保温材の材質を商品名ケイカルエース・スーパーシリカ（ケイ酸カルシウムを主成分とし、少量のカリウムを含む）とした他は実施例１と同様の方法で反応を評価した。この結果、反応生成物等による色の変化は認められなかった。
【００２９】
（比較例１）
実施例１において、ニッケルシートを介せず直接ＳＵＳ３０４角板試験体と酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物を主成分とする保温材（商品名：ロックウール）を接触させた以外はまったく同じ条件にて熱処理を行った。
【００３０】
熱処理を行った後、ステンレスＳＵＳ３０４鋼角板試験体及び酸化カルシウムと酸化シリコンの複合酸化物を主成分する保温材の両者の接触表面を目視により観察した。その結果、保温材側に黄色の物質が確認された。この黄色の物質を採取しＸ線回折により分析したところ、六価クロムであることが確認された。
【００３１】
（比較例２）
保温材の材質を商品名撥水性パーライト（ＳｉＯ２を主成分とし、Ｎａ２Ｏを約７％含む）とした他は比較例１同様の方法で評価した。この結果、Ｘ線回折によりクロムとナトリウムの複合酸化物が認められた。
【００３２】
（比較例３）
保温材の材質を商品名ケイカルエース・スーパーシリカ（ケイ酸カルシウムを主成分とし、少量のカリウムを含む）とした他は比較例１同様の方法で評価した。この結果、Ｘ線回折によりクロムとカルシウムの複合酸化物が認められた。また、クロムとカリウムの複合酸化物も微量検出された。
【００３３】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず、拡張，変更可能であり、拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１０    構造体
１１    金属部材
１２    金属シート
１３    保温材
【図１】
0005774355.tif 000002