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JP5906863B2 - Glass tube and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、ガラス管およびその製造方法に係り、特に燃料改質等により生成した水素を含む混合ガスから水素を高純度に分離するための水素分離材料の支持体として好適なガラス管とその製造方法に関する。   The present invention relates to a glass tube and a manufacturing method thereof, and more particularly to a glass tube suitable as a support for a hydrogen separation material for separating hydrogen with high purity from a mixed gas containing hydrogen generated by fuel reforming and the like, and its manufacturing Regarding the method.

水素エネルギー社会実現のために、水素製造技術や水素利用インフラ整備についての研究開発が進められるなか、自動車用燃料電池、家庭用定置型燃料電池、水素ステーション、そして将来的には大型の化学プラントなどで使用される高純度水素は、今後大きな需要が見込まれ、その製造には更なる高効率化が求められている。   In order to realize a hydrogen energy society, research and development on hydrogen production technology and hydrogen utilization infrastructure are underway. Fuel cells for automobiles, stationary fuel cells for home use, hydrogen stations, and large chemical plants in the future High-purity hydrogen used in Japan is expected to be in great demand in the future, and its production is required to have higher efficiency.

現在、水素の製造は、炭化水素燃料を700℃程度の温度で水蒸気改質(CH+HO→CO+3H)した後、さらに数百度程度でCO変成(CO+HO→CO+H)する方法が価格競争力の点から広く利用されている。これらの反応を経て得られたガスの成分には、水素の他に二酸化炭素や一酸化炭素、さらには未反応の炭化水素や水が含まれる。近年、家庭への普及が始まった固体高分子型燃料電池システムでは、低コスト化を実現するために水素の高純度化は行わず、水素濃度60%程度の混合ガスをそのまま燃料電池の燃料極に供給しているが、燃料極の触媒を被毒する一酸化炭素については、供給前に二酸化炭素に酸化し(CO+1/2O→CO)、その濃度を10ppm未満まで除去している。しかしながら、混合ガスを用いる燃料電池は、純水素燃料電池と比較して発電効率が低いため、さらに純度の高い水素を省スペースで安価に製造する技術が求められている。また、自動車用燃料電池には、上記CO濃度の制限に加えて、99.99%以上の水素を供給する必要があり、安価な高純度水素を大量に製造する技術が求められている。 Currently, hydrogen is produced by steam reforming a hydrocarbon fuel at a temperature of about 700 ° C. (CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ), and then CO conversion at a few hundred degrees (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ). This method is widely used in terms of price competitiveness. Gas components obtained through these reactions include carbon dioxide, carbon monoxide, unreacted hydrocarbons and water in addition to hydrogen. In recent years, in polymer electrolyte fuel cell systems that have become popular in the home, the purity of hydrogen is not increased in order to reduce costs, and a mixed gas with a hydrogen concentration of about 60% is directly used as the fuel electrode of the fuel cell. However, the carbon monoxide poisoning the fuel electrode catalyst is oxidized to carbon dioxide (CO + 1 / 2O 2 → CO 2 ) before supply, and the concentration thereof is removed to less than 10 ppm. However, since a fuel cell using a mixed gas has lower power generation efficiency than a pure hydrogen fuel cell, there is a need for a technique for producing hydrogen with higher purity at a low cost in a space-saving manner. Further, in addition to the limitation of the CO concentration, it is necessary to supply 99.99% or more of hydrogen to the automobile fuel cell, and a technique for producing a large amount of inexpensive high-purity hydrogen is required.

水素を含む混合ガスから高純度水素を取り出す方法としては、吸収法、深冷分離法、吸着法、膜分離法などが挙げられるが、膜分離法は高効率で小型化が容易であるという特徴を有している。また、水蒸気改質を行う反応容器内に水素分離膜を挿入したメンブレンリアクターを構成することにより、改質反応によって生成した水素を連続的に反応雰囲気から引き抜き、500℃程度の温度でも改質反応とCO変成反応を同時に促進させ、効率良く高純度水素を製造することが可能となる。さらに、メンブレンリアクターではCO変成に使用される白金等の高価な貴金属触媒も不要となり、コストの低減や設備の小型化が可能となる。なお、水素分離膜を通過した水素ガスの純度は水素分離膜の性能に依存するが、用途に応じてさらにCO除去や高純度化が必要な場合でも、これらの工程にかかる負荷を軽減することが可能となる。   Examples of methods for extracting high-purity hydrogen from a mixed gas containing hydrogen include an absorption method, a cryogenic separation method, an adsorption method, and a membrane separation method. The feature of the membrane separation method is high efficiency and easy miniaturization. have. In addition, by configuring a membrane reactor in which a hydrogen separation membrane is inserted into a reaction vessel that performs steam reforming, hydrogen generated by the reforming reaction is continuously extracted from the reaction atmosphere, and the reforming reaction is performed even at a temperature of about 500 ° C. And CO shift reaction can be promoted at the same time, and high-purity hydrogen can be produced efficiently. Furthermore, an expensive noble metal catalyst such as platinum used for CO conversion is not required in the membrane reactor, and the cost can be reduced and the equipment can be downsized. The purity of the hydrogen gas that has passed through the hydrogen separation membrane depends on the performance of the hydrogen separation membrane, but even if CO removal or high purity is required depending on the application, the load on these steps should be reduced. Is possible.

以上説明したように、水素分離膜を用いた水素製造の有利さを背景に、いくつかの水素分離膜が提案されている。例えば、非特許文献1にはパラジウム合金膜をジルコニア多孔質基材で支持した水素分離膜が記載されている。この水素分離膜においては、水素はパラジウム合金に原子として溶解し、その濃度勾配で拡散して純水素のみを透過させる方法によって水素を分離するため、原理的に高純度の水素を得ることができる。非特許文献2にはシリカガラス膜をアルミナ系多孔質基材で支持した水素分離膜が記載されている。この水素分離膜は、シリカガラス膜が水素分子のみを通す大きさ(0.3nm)の孔を有していることを利用し、水素分子を選択的に透過させる分子ふるい機能により水素を分離するものである。   As described above, several hydrogen separation membranes have been proposed against the background of the advantages of hydrogen production using hydrogen separation membranes. For example, Non-Patent Document 1 describes a hydrogen separation membrane in which a palladium alloy membrane is supported by a zirconia porous substrate. In this hydrogen separation membrane, hydrogen is dissolved as atoms in the palladium alloy, and is separated by a method of diffusing with the concentration gradient and allowing only pure hydrogen to permeate, so that high purity hydrogen can be obtained in principle. . Non-Patent Document 2 describes a hydrogen separation membrane in which a silica glass membrane is supported by an alumina porous substrate. This hydrogen separation membrane utilizes the fact that the silica glass membrane has pores with a size (0.3 nm) that allows only hydrogen molecules to pass through, and separates hydrogen by a molecular sieving function that selectively permeates hydrogen molecules. Is.

独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 燃料電池・水素技術開発シンポジウム平成20年度要旨集「高耐久性メンブレン型LPガス改質装置の開発」Summary of FY2008 Fuel Cell and Hydrogen Technology Development Symposium “Development of Highly Durable Membrane LP Gas Reformer” 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「高効率高温水素分離膜の開発」(事後評価)分科会議事録(平成19年7月30日)New Energy and Industrial Technology Development Organization “Development of High-Efficiency High-Temperature Hydrogen Separation Membrane” (Ex-post Evaluation) Minutes of Subcommittee Meeting (July 30, 2007)

ところで、本発明者等は、シリカ系多孔質体を支持体とする水素分離材料をPCT/JP2010/072201(平成22年12月10日出願)にて提案している。かかる水素分離材料はシリカガラス膜を水素分離膜として機能させ、当該シリカガラス膜と熱膨張率が近いシリカ系多孔質体をその支持体としており、これにより、熱衝撃に強く、水素分離特性に優れた水素分離膜を実現している。また、当該先願では、シリカ系多孔質支持体の製法の一例としてCVD法による製造例を記載している。かかる製法は、CVD法によりロッドの周囲にガラス微粒子を堆積し、これをガス透過性能に優れる程度に(即ち高い気孔率を有するように)焼結させ、その後ロッドを引抜くことによってシリカ系多孔質支持体を円筒状のガラス管として構成したものである。   By the way, the present inventors have proposed a hydrogen separation material using a silica-based porous material as a support in PCT / JP2010 / 072201 (filed on Dec. 10, 2010). Such a hydrogen separation material has a silica glass membrane functioning as a hydrogen separation membrane, and a silica-based porous body having a thermal expansion coefficient close to that of the silica glass membrane is used as a support, thereby being resistant to thermal shock and providing hydrogen separation characteristics. An excellent hydrogen separation membrane has been realized. Moreover, in the said prior application, the manufacture example by CVD method is described as an example of the manufacturing method of a silica type porous support body. In such a production method, glass fine particles are deposited around the rod by the CVD method, sintered to such an extent that the gas permeation performance is excellent (that is, to have a high porosity), and then the rod is pulled out to obtain a silica-based porous material. The quality support is configured as a cylindrical glass tube.

しかしながら、本発明者等は上記水素分離材料を更に改良すべく、特にシリカ系多孔質から構成されるガラス管について鋭意検討を行っていた所、その製造過程で使用されるロッドが少数回繰り返して使用しただけで破損してしまうことを知見するに至った。この原因は、光ファイバ用途などのガラス管の製造過程と異なり、水素分離材料用途のガラス管の製造過程ではガス透過性を制御すべく気孔率を堆積工程時から低めに調整する必要があり、これによりガラス微粒子の堆積温度が他の用途のガラス管製造での堆積温度と比較して高温となることに起因する。更に種々の検討を行なうことで、低気孔率とするために堆積温度を高めた場合、ロッドの素材によっては堆積時に破損してしまうことを知見するに至った。   However, the present inventors have been intensively studying a glass tube composed of a silica-based porous material in order to further improve the hydrogen separation material, and the rod used in the production process has been repeated a few times. It came to know that it was damaged only by using. This is because, unlike the glass tube manufacturing process for optical fiber applications, it is necessary to adjust the porosity to be lower than that during the deposition process in order to control gas permeability in the glass tube manufacturing process for hydrogen separation materials. This is due to the fact that the deposition temperature of the glass particles becomes higher than the deposition temperature in the production of glass tubes for other applications. Furthermore, through various studies, it has been found that when the deposition temperature is increased in order to achieve a low porosity, some rod materials are damaged during deposition.

そこで本発明は、水素分離材料の支持体として好適に使用可能なガラス管を安定して生産できる製造方法を提供することをその目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a production method capable of stably producing a glass tube that can be suitably used as a support for a hydrogen separation material.

上記課題を鑑みて成された本発明は下記の通りである。
即ち、本発明のガラス管の製造方法は、ロッドの周囲にCVD法によりガラス微粒子を堆積させ、ガラス微粒子堆積後にロッドを引き抜くことにより気孔率20%以上70%以下の多孔質ガラスからなる肉厚0.2mm以上5mm以下のガラス管を製造する方法であって、前記ロッドの熱膨張係数が4×10−7/K以上5×10−6/K以下であり、前記ロッドの先端部にも前記ガラス微粒子を堆積させることで、先端が閉じた前記ガラス管を製造することを特徴とする。
The present invention made in view of the above problems is as follows.
That is, in the method for producing a glass tube of the present invention, a glass particle is deposited around a rod by a CVD method, and after the glass particle is deposited, the rod is pulled out to form a wall thickness of a porous glass having a porosity of 20% to 70%. a method of manufacturing a following glass tube 5mm above 0.2 mm, the thermal expansion coefficient of the rod Ri der 4 × 10 -7 / K or 5 × 10 -6 / K or less, the distal end of the rod also said to deposit a glass fine particles, it characterized that you produce the glass tube tip is closed.

また、本発明のガラス管の製造方法の別の好適形態は、前記ロッドが非酸化物であることを特徴とする。   Another preferred embodiment of the method for producing a glass tube of the present invention is characterized in that the rod is non-oxide.

また、本発明のガラス管の製造方法の別の好適形態は、前記ロッドが窒化珪素であることを特徴とする。   Another preferred embodiment of the method for producing a glass tube of the present invention is characterized in that the rod is silicon nitride.

また、本発明のガラス管の製造方法の別の好適形態は、前記ロッドをテーパ形状とすることを特徴とする。   Another preferred embodiment of the method for producing a glass tube of the present invention is characterized in that the rod has a tapered shape.

本発明のガラス管の製造方法によれば、ガラス微粒子を堆積させる堆積時におけるロッドの破損が抑制されるとともに、当該ロッドを優れた耐用回数で繰返して使用することが可能となる。   According to the method for manufacturing a glass tube of the present invention, it is possible to suppress the breakage of the rod during the deposition for depositing the glass fine particles and to repeatedly use the rod with an excellent service life.

本発明のガラス管の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the glass tube of this invention. 本発明のガラス管の製造方法の一実施形態である堆積工程(a)および(b)、引抜き工程(c)を説明する図である。It is a figure explaining the deposition process (a) and (b) which are one Embodiment of the manufacturing method of the glass tube of this invention, and a drawing process (c). 実施例1〜2の各々の堆積工程時の際の、堆積層の厚さに対する堆積温度を示した温度プロファイルである。It is a temperature profile which showed the deposition temperature with respect to the thickness of a deposition layer in the case of each deposition process of Examples 1-2.

以下、本発明のガラス管の製造方法の実施形態の一例について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of a glass tube manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明のガラス管の製法により作成されるガラス管10の一例を示す模式図であり、水素分離材料の多孔質シリカ支持体として好適に使用される形態を有する。
ガラス管10は略円柱形状であり、その中心には長手方向に延びる略円形断面の中心孔11を有する。
ガラス管10の外径Tは2mm〜50mm、内径(中心孔11の径)Pは1.6mm〜48mm、長さLは200mm〜400mm程度である。中心孔11の一方の端部11aは塞がれていることが望ましい。また、管の表面積を大きくするため、外径Tおよび内径Pを長手方向に周期的に変化させても良く、機械的強度を補強するため厚さを部分的に変化させることもできる。ガラス管10の肉厚は例えば0.2〜5mmであり、0.5〜3mmであることがより好ましい。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a glass tube 10 produced by the method for producing a glass tube of the present invention, and has a form suitably used as a porous silica support for a hydrogen separation material.
The glass tube 10 has a substantially cylindrical shape, and has a central hole 11 having a substantially circular cross section extending in the longitudinal direction at the center thereof.
The outer diameter T of the glass tube 10 is 2 mm to 50 mm, the inner diameter (diameter of the center hole 11) P is 1.6 mm to 48 mm, and the length L is about 200 mm to 400 mm. It is desirable that one end 11a of the center hole 11 is closed. Further, in order to increase the surface area of the tube, the outer diameter T and the inner diameter P may be periodically changed in the longitudinal direction, and the thickness can be partially changed to reinforce the mechanical strength. The thickness of the glass tube 10 is, for example, 0.2 to 5 mm, and more preferably 0.5 to 3 mm.

ガラス管10の気孔率は、特に限定されるものではないが、機械的強度とガス透過性のバランスから20%以上70%以下であることが好ましい。なお、「気孔率」は、単位体積当たりの空気容積が占める割合として算出できる。   The porosity of the glass tube 10 is not particularly limited, but is preferably 20% or more and 70% or less from the balance of mechanical strength and gas permeability. The “porosity” can be calculated as the ratio of the air volume per unit volume.

図2はガラス管10の製造方法の実施形態の一例を示す模式図であり、(a)および(b)は、ガラス管10の製造方法に係る堆積工程を説明する図であり、(c)は、ロッドの引抜き工程を説明する図である。尚、図2(a)と(b)はいずれも堆積工程を示したもので堆積経過((a)→(b))を説明する模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an embodiment of a method for manufacturing the glass tube 10, (a) and (b) are diagrams for explaining a deposition process according to the method for manufacturing the glass tube 10, and (c). These are figures explaining the drawing process of a rod. FIGS. 2 (a) and 2 (b) show the deposition process and are schematic diagrams for explaining the deposition process ((a) → (b)).

図2(a)および(b)において、ロッド20は、先端部が下になるようにして鉛直に配置される。また、軸方向を水平に配置する形としても良い。
ロッド20は熱膨張率が4×10−7/K以上5×10−6/K以下のものを使用する。ロッド20の熱膨張率がこの範囲外では堆積工程中においてバーナー21が接近する度にロッド20とガラス管10の間に熱歪が生じ、ガラス管10が損傷する虞がある。また、熱膨張率を上記範囲とすることで熱衝撃によるロッド20の損傷を防止でき、また、ロッド20を優れた耐用回数で繰返し使用することが可能となる。このような熱膨張率の素材としては、例えば、ガラス、耐火性セラミクス、カーボンなどを用いることができるが、ガラスとの親和性が低い窒化珪素等の非酸化物で形成されていることが好ましい。
2 (a) and 2 (b), the rod 20 is arranged vertically with the tip portion facing down. Moreover, it is good also as a form which arranges an axial direction horizontally.
The rod 20 has a thermal expansion coefficient of 4 × 10 −7 / K or more and 5 × 10 −6 / K or less. When the coefficient of thermal expansion of the rod 20 is outside this range, thermal strain occurs between the rod 20 and the glass tube 10 every time the burner 21 approaches during the deposition process, and the glass tube 10 may be damaged. Further, by making the coefficient of thermal expansion within the above range, damage to the rod 20 due to thermal shock can be prevented, and the rod 20 can be used repeatedly with an excellent number of service life. As a material having such a coefficient of thermal expansion, for example, glass, refractory ceramics, carbon, and the like can be used, but it is preferable that the material is formed of a non-oxide such as silicon nitride having low affinity with glass. .

ロッド20は固定された後、中心軸を中心として回転される。そして、外付けCVD法(OVD法)により、ロッド20の側方に配置されたバーナー21により、ロッド20の外周にガラス微粒子が堆積される。ガラス微粒子には、所望する機械特性や耐水蒸気性に応じて、希土類元素、4B族元素、Al、Ga、又はこれらの2種以上の元素を組合せて添加することができる。例えばガラス管10を水素分離材料の支持体として炭化水素燃料の水蒸気改質に用いる場合、500℃以上の水蒸気に必然的に接触するため、上記のような他成分を導入することにより耐水蒸気性能を向上させることができる。   The rod 20 is fixed and then rotated about the central axis. Then, glass particles are deposited on the outer periphery of the rod 20 by the burner 21 disposed on the side of the rod 20 by an external CVD method (OVD method). Depending on the desired mechanical properties and water vapor resistance, rare earth elements, group 4B elements, Al, Ga, or a combination of two or more of these elements can be added to the glass fine particles. For example, when the glass tube 10 is used for steam reforming of a hydrocarbon fuel as a support for a hydrogen separation material, it necessarily comes into contact with steam at 500 ° C. or higher. Can be improved.

このガラス微粒子堆積に際して、バーナー21をロッド20の軸方向にトラバースする。尚、図2ではバーナー21をロッド20の軸方向にトラバースした形態を示しているが、バーナー21を固定してロッド20を軸方向にトラバースする方法であってもよい。そのトラバースの回数毎に供給原料の種類やガスの供給量を異ならせることもできる。これにより、ロッド20の外周に堆積されるガラス微粒子は、径方向に所定の気孔率と組成の分布を有することになる。また、ロッド20の先端部にもガラス微粒子を堆積させることで、先端が閉じたガラス管10が作製される。   During the deposition of the glass fine particles, the burner 21 is traversed in the axial direction of the rod 20. In addition, although the form which traversed the burner 21 to the axial direction of the rod 20 is shown in FIG. 2, the method of traversing the rod 20 to the axial direction by fixing the burner 21 may be used. The type of feedstock and the amount of gas supply can be varied for each number of traverses. Thereby, the glass particulates deposited on the outer periphery of the rod 20 have a predetermined porosity and composition distribution in the radial direction. Moreover, the glass tube 10 with the closed tip is produced by depositing glass particles on the tip of the rod 20.

ガラス管10は、シリカガラス微粒子を堆積させた後にその気孔率が20〜70%の範囲になるようにシリカガラス微粒子を加熱焼結し緻密化させてもよいが、シリカガラス微粒子を堆積させる温度を調整し、その気孔率を制御しても良い。堆積後に加熱焼結させる場合の温度は特に限定されないが、1000℃〜1400℃とすることが好ましい。1000℃未満では焼結が十分に進行しない場合があり、1400℃を超えると気孔率が小さくなりすぎる場合がある。
また、堆積温度によって気孔率を調整する場合も特に温度の限定はないが、例えば1000℃程度〜1700℃とすることが好ましい。堆積温度が低すぎるとシリカガラス微粒子の焼結が十分に進行しない場合があり、堆積温度が1700℃を超えると気孔率が小さくなりすぎて、水素分離材料として適用できる程度のガス透過性が得られない場合がある。また、最外層におけるシリカガラス微粒子の堆積温度は高くしておくことが好ましい。最外層における堆積温度が1300℃未満では、シリカガラス微粒子の焼結が十分に進行せず、最外層において所望の耐衝撃性が得られない場合がある。
The glass tube 10 may be sintered and densified by heat-sintering the silica glass fine particles so that the porosity thereof is in the range of 20 to 70% after the silica glass fine particles are deposited. May be adjusted to control the porosity. The temperature for heating and sintering after deposition is not particularly limited, but is preferably 1000 ° C to 1400 ° C. If it is less than 1000 ° C., sintering may not proceed sufficiently, and if it exceeds 1400 ° C., the porosity may be too small.
Also, when the porosity is adjusted by the deposition temperature, the temperature is not particularly limited, but is preferably about 1000 ° C. to 1700 ° C., for example. If the deposition temperature is too low, the sintering of the silica glass fine particles may not proceed sufficiently. If the deposition temperature exceeds 1700 ° C., the porosity will be too small, and gas permeability sufficient to be applied as a hydrogen separation material will be obtained. It may not be possible. Moreover, it is preferable that the deposition temperature of the silica glass fine particles in the outermost layer is kept high. If the deposition temperature in the outermost layer is less than 1300 ° C., the sintering of the silica glass particles does not proceed sufficiently, and the desired impact resistance may not be obtained in the outermost layer.

一方で、ロッド20の近傍に堆積される初期のシリカガラス微粒子の堆積温度は、1200℃以下の比較的低い温度とすることが好ましい。初期の堆積温度を低くすることで、ロッド自体が割れるのを防ぐことができ、また、ロッド20とガラス管10との融着を生じにくくすることもでき、堆積工程後のロッド20の引抜きに支障がでないようにすることができる。さらに、予めロッド20の表面にカーボンや窒化物等を塗布しておくことにより、引抜きは容易となる。   On the other hand, the deposition temperature of the initial silica glass fine particles deposited in the vicinity of the rod 20 is preferably a relatively low temperature of 1200 ° C. or less. By lowering the initial deposition temperature, the rod itself can be prevented from cracking, and the rod 20 and the glass tube 10 can be made less likely to be fused, so that the rod 20 can be pulled out after the deposition process. You can make sure that there are no obstacles. Further, by drawing carbon, nitride or the like on the surface of the rod 20 in advance, drawing becomes easy.

堆積工程の後、図3(c)に示すように、堆積・焼結されたガラス管10からロッド20が引き抜かれる。引抜きにより形成される中心孔11は、貫通しておらず、下端側(先端側)11aが塞がれていて、上端側のみが開口している(図1参照)。   After the deposition step, the rod 20 is pulled out from the deposited and sintered glass tube 10 as shown in FIG. The central hole 11 formed by drawing does not penetrate, the lower end side (tip end side) 11a is closed, and only the upper end side is open (see FIG. 1).

また、上記した熱膨張係数を満たすロッドを用いれば必ずしも必要ではないが、より引抜き工程を容易にするという観点から考えると、ロッド20はテーパ状であればさらに好ましい。例えば、その外径傾斜率を0.2〜2.0mm/1000mmとすることが好ましく、0.5〜1.5mm/1000mmとすることがより好ましい。   Further, although it is not always necessary if a rod satisfying the above-described thermal expansion coefficient is used, it is more preferable if the rod 20 is tapered from the viewpoint of facilitating the drawing process. For example, the outer diameter gradient is preferably 0.2 to 2.0 mm / 1000 mm, and more preferably 0.5 to 1.5 mm / 1000 mm.

以下、本発明に係る実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples according to the present invention. The present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
外付けCVD法により、最大外径17mm(外径傾斜率1.0mm/1000mm)の線熱膨張係数2.6×10−6/℃の窒化珪素ロッドの表面に、堆積温度を図3のように変化させながらシリカガラス多孔質体を堆積させた後、前記ロッドを引抜くことにより外径19.5〜19.8mm、肉厚1.5mm、長さ250mm、平均気孔率46%の一端封じ多孔質シリカガラス管を作製した。
また、上記の工程を繰返して、同一の窒化珪素ロッドから多孔質シリカガラス管を繰返し作製したが、窒化珪素ロッドは破断することなく、長期に渡って耐用回数が限定されずに使用することが可能であった。
(Example 1)
The deposition temperature on the surface of a silicon nitride rod having a maximum outer diameter of 17 mm (outer diameter gradient: 1.0 mm / 1000 mm) and a linear thermal expansion coefficient of 2.6 × 10 −6 / ° C. by the external CVD method is as shown in FIG. After the silica glass porous body was deposited while being changed, the rod was pulled out to seal one end with an outer diameter of 19.5 to 19.8 mm, a wall thickness of 1.5 mm, a length of 250 mm, and an average porosity of 46%. A porous silica glass tube was prepared.
In addition, the porous silica glass tube was repeatedly produced from the same silicon nitride rod by repeating the above process. It was possible.

(実施例2)
外付けCVD法により、最大外径16mm(外径傾斜率1.5mm/1000mm)、線熱膨張係数5.7×10−7/℃のシリカガラスロッドの表面に、堆積温度を図3のように変化させながらシリカガラス多孔質体を堆積させた後、前記ロッドを引抜くことにより外径18.0〜18.4mm、肉厚1.5mm、長さ250mm、平均気孔率63%の一端封じ多孔質シリカガラス管を作製した。上記の工程を繰返し、同一のシリカガラスロッドから30本の多孔質シリカガラス管を作製した。
(Example 2)
By the external CVD method, the deposition temperature is as shown in FIG. 3 on the surface of a silica glass rod having a maximum outer diameter of 16 mm (outer diameter gradient of 1.5 mm / 1000 mm) and a linear thermal expansion coefficient of 5.7 × 10 −7 / ° C. After the silica glass porous body was deposited while changing the diameter, the rod was pulled out to seal one end with an outer diameter of 18.0 to 18.4 mm, a wall thickness of 1.5 mm, a length of 250 mm, and an average porosity of 63%. A porous silica glass tube was prepared. The above process was repeated to produce 30 porous silica glass tubes from the same silica glass rod.

(比較例1)
外付けCVD法により、最大外径16mm(外径傾斜率1.5mm/1000mm)、線熱膨張係数7.2×10−6/℃のアルミナロッドの表面に、実施例1と同じ条件(堆積温度)でシリカガラス多孔質体を堆積させようとしたが、アルミナロッドは酸水素火炎で加熱した直後に破断した。
(Comparative Example 1)
The same conditions (deposition) as in Example 1 were applied to the surface of an alumina rod having a maximum outer diameter of 16 mm (outer diameter gradient: 1.5 mm / 1000 mm) and a linear thermal expansion coefficient of 7.2 × 10 −6 / ° C. by the external CVD method. At that temperature, an attempt was made to deposit a porous silica glass, but the alumina rod broke immediately after heating with an oxyhydrogen flame.

(比較例2)
外付けCVD法により、最大外径16mm(外径傾斜率1.5mm/1000mm)、線熱膨張係数7.2×10−6/℃のアルミナロッドの表面に、実施例2と同じ条件(堆積温度)でシリカガラス多孔質体を堆積させた後、前記ロッドを引抜くことにより外径18.0〜18.4mm、肉厚1.5mm、長さ250mm、平均気孔率63%の一端封じ多孔質シリカガラス管を作製した。上記の工程を繰返し、同一のアルミナロッドから4本の多孔質シリカガラス管を作製したが、5本目を作製中にアルミナロッドは破断した。
(Comparative Example 2)
The same conditions (deposition) as in Example 2 were applied to the surface of an alumina rod having a maximum outer diameter of 16 mm (outer diameter gradient: 1.5 mm / 1000 mm) and a linear thermal expansion coefficient of 7.2 × 10 −6 / ° C. by an external CVD method. After the silica glass porous body is deposited at the temperature), the rod is pulled out to end-close sealed pores having an outer diameter of 18.0 to 18.4 mm, a wall thickness of 1.5 mm, a length of 250 mm, and an average porosity of 63%. A silica glass tube was produced. The above steps were repeated to produce four porous silica glass tubes from the same alumina rod, but the alumina rod broke during the fifth production.

上記実施例1、2で得られた多孔質シリカガラス管は、ガス透過性能に優れる良好な平均気孔率を保持していることから、水素分離材料に適用することが可能である。
また、実施例1および2の製造方法によれば、ロッドは熱衝撃によって破損することはなかった。また、その耐用回数も優れており、実施例2ではシリカガラス管30本分の作製を行なっても破損することはなく、実施例1に至っては無制限であることが分かった。
一方、比較例1の製造方法では、熱膨張係数が高いアルミナロッドを使用したため、シリカガラス微粒子の堆積工程中に熱衝撃により破損するに至った。また、比較例2の製造方法では、ロッド近傍に堆積されるシリカガラス微粒子の堆積温度を低くしたため1回目の堆積時に熱衝撃によってロッドが破損することはなかったものの、その耐用回数が少ない結果となった。
Since the porous silica glass tube obtained in Examples 1 and 2 has a good average porosity excellent in gas permeation performance, it can be applied to a hydrogen separation material.
Moreover, according to the manufacturing method of Example 1 and 2, the rod was not damaged by the thermal shock. Moreover, the service life was also excellent, and in Example 2, even if it produced 30 silica glass tubes, it was not damaged, and it was found that Example 1 was unlimited.
On the other hand, in the manufacturing method of Comparative Example 1, since an alumina rod having a high thermal expansion coefficient was used, the silica glass fine particles were damaged by thermal shock during the deposition process. Further, in the manufacturing method of Comparative Example 2, although the deposition temperature of the silica glass fine particles deposited in the vicinity of the rod was lowered, the rod was not damaged by the thermal shock during the first deposition, but the service life was small. became.

10:ガラス管、20:ロッド、21:バーナー、11:中心孔、11a:中心孔11の下端側(先端側)、P:内径、T:外径 10: Glass tube, 20: Rod, 21: Burner, 11: Center hole, 11a: Lower end side (tip side) of center hole 11, P: Inner diameter, T: Outer diameter

Claims (4)

ロッドの周囲にCVD法によりガラス微粒子を堆積させ、ガラス微粒子堆積後にロッドを引き抜くことにより気孔率20%以上70%以下の多孔質ガラスからなる肉厚0.2mm以上5mm以下のガラス管を製造する方法であって、
前記ロッドの熱膨張係数が4×10−7/K以上5×10−6/K以下であり、前記ロッドの先端部にも前記ガラス微粒子を堆積させることで、先端が閉じた前記ガラス管を製造することを特徴とするガラス管の製造方法。
A glass tube having a wall thickness of 0.2 mm or more and 5 mm or less made of porous glass having a porosity of 20% or more and 70% or less is manufactured by depositing glass particles around the rod by a CVD method and pulling the rod after the glass particles are deposited. A method,
The thermal expansion coefficient of the rod is 4 × 10 −7 / K or more and 5 × 10 −6 / K or less, and the glass microparticles are deposited also on the tip of the rod, whereby the glass tube with the closed tip is closed. A method for producing a glass tube, comprising producing the glass tube.
前記ロッドが非酸化物であることを特徴とする請求項1に記載のガラス管の製造方法。   The method of manufacturing a glass tube according to claim 1, wherein the rod is a non-oxide. 前記ロッドが窒化珪素であることを特徴とする請求項2に記載のガラス管の製造方法。   The method of manufacturing a glass tube according to claim 2, wherein the rod is silicon nitride. 前記ロッドをテーパ形状とすることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のガラス管の製造方法。   The method of manufacturing a glass tube according to claim 1, wherein the rod is tapered.
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