図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2010年5月20日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題・解決手段

本発明が、直接法における使用用の熱交換要素に関する。本熱交換要素が、この表面の少なくともある1部分の表面上で、摩耗耐性コーティングを有する熱交換要素を含む。本摩耗耐性コーティングが、本熱交換要素に対する強い複数の結合を形成し、50ロックウェルCよりも大きいある硬さをもつ。このようなコーティングが、直接法において存在する物理化学的環境を生き延び得る。

概要

背景

複数のハロシランの生成が、反応剤ガス、典型的に塩化メチル塩化水素のどちらかと、硅素シリコン粉末の反応に典型的に関与する(しばしば<<直接法、direct process>>と呼ばれた)。この反応が、発熱反応であり、普通、発生されている熱の除去を必要とする。該熱が、高い温度での該硅素(シリコン)粉末および複数の反応ガスとの直接接触にある複数の熱移行管(チューブ)を通って流れている熱移行流動体を使用しながら、典型的に除かれている。これらの熱移行要素が、高い温度、温度の周期サイクル)化、敵意ある化学的環境、および、硅素(シリコン)粉末のこの硬さによる浸食的な性質包含している幾つかの要因による有意な摩耗に付されている。

直接法において使用された熱移行要素が、炭素鋼から典型的に調製されている。上で引用された複数の環境要因のせいで、これらの炭素鋼熱移行要素が、限られた寿命を持つ。このように、直接法の反応が、これら熱移行要素の置き換えのために停止されているのを必要とし、これゆえ、有意な停止時間および費用が、ある。

試みが、適する材料のある1マトリックス内で分散された炭化タングステンタングステンカーバイド)のような硬い材料に典型的に関与しているコーティングを使用しながら、これらの熱移行要素の摩耗耐性を増加させるようになされてきている。これらのコーティングが、熱噴霧のような手法を使用しながら、典型的に適用されており、限られた成功と共に使用されてきている。しかしながら、これらのコーティングが、破砕および脱積層化に対してしばしば平伏している。輪をかけて、噴霧手法が、これらのような熱移行要素と時々関与されている内表面および複雑な形の上で、適用するのにしばしば難しい。

試みが、複数の溶接上掛け手法を使用しながら、熱移行要素を保護するようにもなされてきている。先行技術の溶接上掛けコーティングもしばしば、限られた成功だけを与えてきたのは、使用された材料が、該熱移行要素の有用である寿命における実質的な増加を結果与えるに必要とされた摩耗耐性度を与えないからである。

概要

本発明が、直接法における使用用の熱交換要素に関する。本熱交換要素が、この表面の少なくともある1部分の表面上で、摩耗耐性コーティングを有する熱交換要素を含む。本摩耗耐性コーティングが、本熱交換要素に対する強い複数の結合を形成し、50ロックウェルCよりも大きいある硬さをもつ。このようなコーティングが、直接法において存在する物理的化学的環境を生き延び得る。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

熱交換要素;および該熱交換要素の少なくとも1部分の表面上での、摩耗耐性コーティングを含む、直接法における使用用の熱交換要素であって、ここで、該摩耗耐性コーティングが、該熱交換要素に冶金的に結合し、50ロックウェルCよりも大きい硬さを持ち、マトリックスを貫徹して分布される硬い粒子を含む、熱交換要素。

請求項2

前記摩耗耐性コーティングが、200MPaよりも大きい結合強度を持つ、請求項1の熱交換要素。

請求項3

前記摩耗耐性コーティングが、確認可能な劣化なく、300℃を超える温度での、HCl、クロロシラン硅素シリコン粉末、およびH2の環境に耐え得る、請求項1の熱交換要素。

請求項4

ハロゲン化水素ハロゲン化有機物のどちらかとの粉末化硅素(シリコン)の反応によるハロシラン調製用反応チャンバーと、熱移行媒体運ぶための少なくとも1熱交換要素とを含む直接法反応器であって、該熱交換要素が、該直接法反応器の該反応チャンバー中、位置され、該熱交換要素が、その表面の少なくとも1部分上で、摩耗耐性コーティングを持ち、ここで、該摩耗耐性コーティングが、該熱交換要素に冶金的に結合し、50ロックウェルCよりも大きい硬さを持ち、マトリックスを貫徹して分布される硬い粒子を含むことを特徴とする、直接法反応器。

技術分野

0001

関連出願に対する相互参照
なし。

0002

本発明が、直接法における使用用の熱交換要素に関する。本熱交換要素が、この表面の少なくともある1部分の表面上で、摩耗耐性コーティングを有する熱交換要素を含む。本摩耗耐性コーティングが、本熱交換要素に対する強い複数の結合を形成し、50ロックウェルCよりも大きいある硬さを持つ。このようなコーティングが、直接法において存在する物理化学的環境を生き延び得る。

背景技術

0003

複数のハロシランの生成が、反応剤ガス、典型的に塩化メチル塩化水素のどちらかと、硅素シリコン粉末の反応に典型的に関与する(しばしば<<直接法、direct process>>と呼ばれた)。この反応が、発熱反応であり、普通、発生されている熱の除去を必要とする。該熱が、高い温度での該硅素(シリコン)粉末および複数の反応ガスとの直接接触にある複数の熱移行管(チューブ)を通って流れている熱移行流動体を使用しながら、典型的に除かれている。これらの熱移行要素が、高い温度、温度の周期サイクル)化、敵意ある化学的環境、および、硅素(シリコン)粉末のこの硬さによる浸食的な性質包含している幾つかの要因による有意な摩耗に付されている。

0004

直接法において使用された熱移行要素が、炭素鋼から典型的に調製されている。上で引用された複数の環境要因のせいで、これらの炭素鋼熱移行要素が、限られた寿命を持つ。このように、直接法の反応が、これら熱移行要素の置き換えのために停止されているのを必要とし、これゆえ、有意な停止時間および費用が、ある。

0005

試みが、適する材料のある1マトリックス内で分散された炭化タングステンタングステンカーバイド)のような硬い材料に典型的に関与しているコーティングを使用しながら、これらの熱移行要素の摩耗耐性を増加させるようになされてきている。これらのコーティングが、熱噴霧のような手法を使用しながら、典型的に適用されており、限られた成功と共に使用されてきている。しかしながら、これらのコーティングが、破砕および脱積層化に対してしばしば平伏している。輪をかけて、噴霧手法が、これらのような熱移行要素と時々関与されている内表面および複雑な形の上で、適用するのにしばしば難しい。

0006

試みが、複数の溶接上掛け手法を使用しながら、熱移行要素を保護するようにもなされてきている。先行技術の溶接上掛けコーティングもしばしば、限られた成功だけを与えてきたのは、使用された材料が、該熱移行要素の有用である寿命における実質的な増加を結果与えるに必要とされた摩耗耐性度を与えないからである。

発明が解決しようとする課題

0007

これら熱移行要素が、直接法において遭遇する環境のせいで、どの複数のコーティングが、有効であることとなるのか、予言するに難しい。特に、硅素(シリコン)粉末の硬さが、厳密に測定するに難しいので、保護に必要なコーティングの硬さを予言するに難しい。同様に、該環境が、これらのような化学的攻撃的な材料を含有するので、どの複数の材料が、生き延びることとなるのか、予言するに難しい。加え、該熱移行要素および該コーティングの異なる熱膨張係数により起こされた頻繁な熱周期(サイクル)化および複数のストレスのせいで、充分に接着することとなるものを予言するのに難しい。仕上げに、この出願に必要と判ったこれら要件が、全体として(トータルに)予期されなかったのは、熱噴霧された炭化タングステン(タングステンカーバイド)のような、他の浸食的な複数の環境を生き延びた複数のコーティングが、この環境において有効でなかったからである。

課題を解決するための手段

0008

本発明者らが、今、複数の冶金的結合により達成された、高度な硬さ、充分な化学的耐性、および高度な結合強度を有する複数のコーティングが、複数のハロシランを生成させているある1反応器中において使用されたこれら熱交換要素を保護し得ることを発見してきている。

0009

本発明が、直接法における使用用の熱交換要素に関する。本熱交換要素が、この表面の少なくともある1部分の表面上で、摩耗耐性コーティングを有する熱交換要素を含む。本摩耗耐性コーティングが、本熱交換要素に対する強い複数の冶金的結合を形成させ、50ロックウェルCよりも大きいある硬さを持つ。このようなコーティングが、直接法において存在する物理的化学的環境を生き延び得る。

図面の簡単な説明

0010

図1が、本発明のこれら熱交換要素を取り込んでいる流動化床反応器のスキーム表示である。

実施例

0011

本発明が、複数のハロシランを生成させるようにハロゲン化有機物もしくはハロゲン化水素と金属硅素(シリコン)粉末を反応させていくための流動化床反応器に対するある1種の改良である。この反応器が、反応チャンバーと、該反応チャンバー内で、熱移行媒体を運んでいくための少なくとも1熱交換要素とを典型的に含む。本発明が、高度な硬さおよび高度な結合強度を持っているある1コーティングが、直接法の物理的化学的環境を生き延びるように該熱交換要素の少なくともある1部分上で形成されていることにおいて特徴とされている。

0012

図1中、本流動化床反応器が、殻1を含み、ハロゲン化有機物もしくはハロゲン化ハロゲンの入口2、粒子状硅素(シリコン)の入口3、窒素ガスの入口4、および費やされた床の出口5を持っている。入口2〜4および出口5が、分布器板6により、本反応器の反応チャンバーから分けられている。複数の生成物、複数の副生成物、および反応されなかった複数のガスが、生成物の出口7を通り、この反応器から除かれている。殻1内で位置されたのが、熱交換要素8である。熱交換要素8に接続されたのが、熱交換流動体の入口9および熱交換流動体の出口10である。熱交換要素8の低い方の区画が、これに本発明に従っているある1コーティング11を適用してきている。

0013

本流動化床反応器自体が、ハロゲン化ハロゲンと粒子状硅素(シリコン)を接触させていくのに適する複数の反応器を生産していくための標準的な複数の材料から調製され得る。本反応器が、例えば、炭素鋼もしくはステンレス鋼から生産され得る。

0014

複数のハロシランが、反応剤ガス、典型的にハロゲン化有機物かハロゲン化水素のどちらかと、硅素(シリコン)粉末を反応させていくことにより、本反応器中、典型的に生成されている。粒子状の該硅素(シリコン)が、冶金等級グレード)の硅素(シリコン)のような本質的に純粋な硅素(シリコン)たり得、あるいは、銅、燐、鉄、および同様のもののような別のある1金属と合金とされた硅素(シリコン)たり得る。該ハロゲン化有機物が、ハロゲン原子を用いて置換された本質的に如何なる有機基でもあり得る。該有機基が、1〜20炭素原子を典型的に含有し、例えば、アルキル基アリール基アルケニル基、および同様のものたり得、或いは1〜6炭素原子、或いは1もしくは2炭素原子である。このハロゲン化物置換基が、臭化物塩化物弗化物、もしくは沃化物たり得る。該ハロゲン化水素が、臭化水素、塩化水素、弗化水素、もしくは沃化水素たり得る。好まれたのが、本流動化床反応器が、塩化メチルもしくは塩化水素と冶金等級(グレード)硅素(シリコン)を反応させるように使用されている場合である。“冶金等級(グレード)”硅素(シリコン)により、少なくとも95重量%硅素(シリコン)を含んでいるある1組成物が、意味されている。このような組成物の複数が、当業者によく知られている。

0015

本流動化床反応器内で位置されたのが、本粒子状硅素(シリコン)とハロゲン化有機物もしくはハロゲン化水素とを接触させる本熱交換要素の外表面の少なくともある1部分上での本発明のある1コーティング11を持っている1以上の熱交換要素8である。これら熱交換要素の、設計(デザイン)、数、および位置が、本発明の機能化に重大でない。このような、設計(デザイン)、数、および位置が、本流動化床反応器の直径、および、この内容物に必要とされた冷却表面に依ることとなる。

0016

複数の熱交換要素8のための有用だが、必須でない設計(デザイン)のある1例が、<<U>>字管(チューブ)である。本反応器が、複数の熱交換要素としてこれらのような1本以上の<<U>>字管(チューブ)を含有し得る。これらが、例えば、欧州特許(EP)第684 070号および欧州特許(EP)第776 692号において示されている。本熱交換要素のための有用な設計(デザイン)の別のある1例が、本反応媒体中もしくは本反応媒体近く位置されている1巻き以上の熱移行コイルを含む。本熱交換要素のためのまだ別のある1デザインが、米国特許第4,176,710号において記述されたものであり、本明細書において援用されている。このデザイン中、熱移行管(パイプ)が、本流動化床に浸されており、ここで、本ガス流の1次方向と反対して面している末端が、円錐状の制限を持つ。

0017

これらの熱交換要素が、ハロゲン化有機物もしくはハロゲン化ハロゲンと粒子状硅素(シリコン)を接触させていくための複数の流動化床反応器中での使用に適する複数の標準材料から形成され得る。例えば、炭素鋼もしくはステンレス鋼が、利用され得る。

0018

本発明者らが、有効であるに当たり、熱交換要素の少なくともある1部分が、本発明のある1コーティングを用いてコーティングされていなければならないことを発見してきている。本明細書において使用されたコーティング組成物が、幾つかの基準(クライテリア)に見合わなければならない。第1に、本コーティングが、本熱交換要素が、本反応器中において遭遇することとなる複数の硅素(シリコン)粒子の継続的な衝突に耐えるに充分硬くなければならない。この衝突が、有効であるために直接法に関して必要な極端乱流により起こされている。典型的に、この流れが、これら成分を煽動させるのに使用された種々の手段により起こされている。典型的に、本コーティングが、この環境において生き延びるに当たり、50ロックウェルCよりも大きいある1つの硬さを持たなければならない。或いは、本コーティングが、55ロックウェルCよりも大きいある1つの硬さを持ち得、或いは、本コーティングが、60ロックウェルCよりも大きいある1つの硬さを持ち得る。

0019

第2に、本コーティングが、本熱交換要素に接着されたまま残るに充分な結合強度を持たなければならない。これが、特に難しいのが、本熱交換要素および本コーティングの異なる熱膨張係数による複数のストレスを起こさせる頻繁な熱周期(サイクル)化のせいである。不充分な接着のある場合、本コーティングが、脱積層化し得、結果、本熱交換要素自体が、劣悪な環境に曝されている。或いは、本コーティングが、ひび割れ得るか、または、劣悪な該環境に本熱交換要素を劣化させるようにさせる複数の空隙を創り得る。これを防ぐに当たり、本発明者らが、本コーティングが、本熱交換要素に冶金的に結合されているか、等価な結合強度を達成させるようなある1様式において結合されているべきであることを発見してきている。典型的に、これが、結果、200MPaよりも大きい、或いは300MPaよりも大きい、或いは400MPaよりも大きい、結合強度を有するある1コーティングを与える。

0020

仕上げに、このタイプのコーティングが、直接法の化学的環境における確認可能な劣化を避けるに充分な化学的耐性を持つ。“確認可能な劣化”により、300℃を超える温度での、HCl、複数のクロロシラン、硅素(シリコン)粉末、およびH2を含んでいる直接法の環境中、本熱交換要素に対する実質的な摩耗を起こさせないことが、意味されている。

0021

この発明において包含されたコーティングの1タイプが、熱移行表面に冶金的に結合されているある1マトリックスを貫徹して分布された炭化タングステン(タングステンカーバイド)のような硬い複数の粒子からなる。これが、とても強い結合を与え、脱積層化を防ぐ。これが、典型的に、少なくとも、2工程(ステップ)の過程(プロセス)であり、ここで、当初のコーティングの適用が、幾つかの方法のうちの1方法により適用されていてよい。これらの方法が、多様たり得、熱噴霧(スプレー)、特別にあつらえられた布の適用、もしくは特別にあつらえられた懸濁の適用を包含し得る。これらのケース中、第2工程(ステップ)が、必要とされているのが、その冶金的結合が、ある1つの炉中での加熱、真空炉中での加熱、誘導を使用している加熱、高密度赤外熱を使用している加熱、もしくは直炎を使用している加熱のようなある1方法により、本基材に本コーティングを融合させていくことにより、形成されている場合である。このようなコーティングが、レーザー被覆とよく言われたある1方法を使用しながら、単一工程(ステップ)においても適用され得る。

0022

この方法(プロセス)の1例が、本明細書中、援用されている米国特許第3,743,556号中、記述されている。この方法(プロセス)中、有機結合剤バインダー)、および、溶融状態における金属マトリックスにより湿らされているある1充填剤フィラー)の、ある1混合物の、ある1枚のフィルムもしくはシートが、ある1基材のこのある1表面もしくはある1部分に載せられている。該基材および該充填剤よりも低い固相線温度を持っているマトリックス金属のある1層が、ある1組立品製品とするように該充填剤の該フィルムもしくは該シートに接して置かれている。該組立品が、少なくとも該マトリックス金属の固相線にまで、該基材の固相線温度および該充填剤の固相線温度を下回り、該結合剤の分解を上回り、熱せられている。熱していく時、溶融金属が、充填剤層中に浸潤するかもしくは浸入する。冷やしていく時、該充填剤を用いて充填された該金属マトリックスの薄いコーティングが、形成されている。

0023

上記されたとおり炭化タングステン(タングステンカーバイド)を含有している複数の摩耗耐性コーティングが、幾つかの供給元により与えられている。これらが、Kennametal(商品名が、Conforma Cladである)、Innobraze GmbH(商品名BrazeCoat)、およびGremada Industries(商品名LaserCarb)を包含する。

0024

本発明に従っているコーティングの別のある1タイプが、塗料系ペイントステム)により適用されている。この方法(プロセス)が、例えば、援用されている米国特許第6,649,682号中、記述されている。この方法(プロセス)中、硬い面をしている複数の粒子および硬い蝋付け合金の複数の粒子が、別々の複数の塗料へと調製されている。硬い面をしている粒子の層が、まず、金属を必要としている保護領域エリア)を覆い、<<ペイント>>されている。これを覆い、硬い蝋付けのある1層が、<<ペイント>>されている。こうしてコーティングされた表面が、該蝋付け合金の融解液相線)温度を上回っているある1温度にまで、不活性雰囲気中、ある1つの炉中、熱せられている。該蝋付け合金が、次いで、硬い面をしている複数の粒子の層中に降りてきて浸潤し、基材の金属上への蝋付け合金のある1マトリックス中の硬い複数の粒子のある1複合材料中にそれらを蝋付けする(冶金的に結合させる)。該特許において記述された別のある1方法中、接着剤のある1層が、金属基材に適用されており、硬い面をしている複数の粒子が、こんな接着剤層に適用されている。乾燥後、接着剤の別のある1層が、これら接着された硬い粒子を覆って適用されている。蝋付け粉末が、次いで、硬い複数の粒子の層に対して近位における複数の蝋付け粒子のある1層をこうして形成している湿った接着剤の層に適用されている。不活性雰囲気中、熱していくと、次いで、冶金的融合を起こさせ、該基材金属に冶金的に結合された蝋付けのある1マトリックス中の硬い複数の粒子のある1複合材料を生成させる。該特許において記述されたまだ別のある1方法中、沈澱された硬い複数の金属間化合物を含有している硬い面をしている合金粉末が、ある1塗料(ペイント)へと調製されており、保護されている表面に適用された。乾燥後、次いで、該基材に冶金的に結合された硬い面をしている合金の充分な密度のコーティングを形成させるように硬い面をしている該合金の固相線を上回るある1温度にまで、不活性雰囲気中、熱せられている。該特許において記述された別のある1方法中、硬い面をしている複数の粒子および硬い面をしている蝋付け合金粉末が、ある1塗料(ペイント)へと調製されており、保護されている表面に適用された。次いで、乾燥されており、硬い面をしている該合金による、該基材に対する、硬い面をしている複数の粒子の冶金的結合を有効とさせるように硬い面をしている該合金の固相線を上回るある1温度にまで、不活性雰囲気中、熱せられた。

0025

本発明に従っているコーティングの別のある1タイプが、特定の炭化タングステン(タングステンカーバイド)合金材料の硬い複数の粒子、ならびに、Niベースの、Feベースの、およびCoベースの、自己束化(self−fluxing)合金からなっている群から選択されたマトリックス形成自己束化(self−fluxing)合金の複数の粒子の機械的混合物を含んでいる炎噴霧粉末組成物の、化学的、電気化学的、CVD、PVD、もしくは凝集方法(プロセス)により適用されたものである。この方法(プロセス)が、例えば、援用されている米国特許第4,507,151号中、記述されている。

0026

本発明に従っているコーティングの別のある1タイプが、硬い成分および耐火合金を含んでいるある1混合物の炎噴霧および融合により適用されたものである。この方法(プロセス)が、例えば、援用されている米国特許第4,075,376号中、記述されている。

0027

本発明に従っているコーティングの仕上げのタイプが、硬い複数の材料を使用している溶接上掛けである。この手法中、上の複数の硬さ要件に見合うある1材料のある1層が、本質的に、本熱交換要素の表面上に溶接されている。これが、結果、層とされている金属と、本熱交換要素を形成している材料との間で形成されている冶金的結合を与える。典型的に、この材料が、例えば、炭化タングステン(タングステンカーバイド)、もしくは、溶接上掛けされている材料を貫徹して分布されている似た硬い材料たり得る。この方法(プロセス)が、当業界においてよく知られている。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 三菱電機株式会社の「 熱交換器」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】部位によってフィンピッチが異なる熱交換器であって、安価に製造できる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器1は、伝熱管4と、伝熱管4と交叉する伝熱フィン列7であって、複数枚の伝熱フィン6a,6... 詳細

  • 東芝ライフスタイル株式会社の「 冷蔵庫」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】 冷却器に霜が付着することを抑制する技術を提供することである。【解決手段】 冷蔵庫は、冷蔵庫の貯蔵室に送られる空気を冷却する冷却器を備えていてもよい。冷却器は、冷却器は、冷却器本体と、冷却... 詳細

  • 株式会社ノーリツの「 熱交換器およびこれを備えた温水装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】排気抵抗を小さくしつつ、ドレン水が排気口から外部に排出されることを適切に防止することが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器HEは、伝熱管3の複数の管体部30に取付けられたドレン水飛散... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ