JP6475536B2 - Thermally conductive glass lining, thermal conductive glass lining structure and thermal conductive glass lining construction method - Google Patents
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Description
本発明は、化学工業、医薬品工業、食品工業等で使用される耐食性を有するグラスライニングであって、熱伝導性に優れるグラスライニングに関する。また、本発明は、当該熱伝導性グラスライニングから構成される熱伝導性グラスライニング製構造物、及び熱伝導性グラスライニングの施工方法に関する。 The present invention relates to a glass lining having corrosion resistance, which is used in the chemical industry, the pharmaceutical industry, the food industry and the like, and is excellent in thermal conductivity. Moreover, this invention relates to the construction method made from the heat conductive glass lining comprised from the said heat conductive glass lining, and the construction method of heat conductive glass lining.
シリカ質(SiO2)とアルミナ質(Al2O3)からなるガラス層を金属表面に強固に焼成結合したものが琺瑯で、そのうち、特に耐酸性、耐アルカリ性及び耐熱性に優れているものをグラスライニング(GL)と呼ぶ。GL機器等に用いられるGLは、低炭素鋼板又はステンレス鋼板等の金属基材に下引き釉薬を焼き付けた後、高耐食性の上引き釉薬を焼き付けて製造される。 A glass layer composed of siliceous (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ) is strongly fired and bonded to the metal surface. Of these, those with particularly excellent acid resistance, alkali resistance and heat resistance This is called glass lining (GL). GL used for GL devices and the like is manufactured by baking an undercoat glaze on a metal substrate such as a low-carbon steel plate or a stainless steel plate, and then baking an overcoat glaze with high corrosion resistance.
GL製機器は、通常、低炭素鋼板又はステンレス鋼板のような金属基材の表面に、基材表面との密着性を高めるための下引き用GL組成物を焼成して下引きGL層を形成し、その上に、所望の耐食性を有する様々の組成を有する上引きGL組成物を焼成して上引きGL層を形成することによって作製される。一般的には、下引きGL層の厚みは0.2〜0.5mm程度であり、上引きGL層の厚みは1.3〜2.0mm程度である。また、下引きGL層及び上引きGL層を合わせたGL層全体の厚みは1.5〜2.4mm程度とされる。 GL equipment usually forms a subbing GL layer on the surface of a metal substrate such as a low carbon steel plate or a stainless steel plate by firing a subbing GL composition to improve adhesion to the substrate surface. On top of this, the overcoat GL composition having various compositions having desired corrosion resistance is fired to form an overcoat GL layer. Generally, the thickness of the undercoat GL layer is about 0.2 to 0.5 mm, and the thickness of the overcoat GL layer is about 1.3 to 2.0 mm. The total thickness of the GL layer including the undercoat GL layer and the overcoat GL layer is about 1.5 to 2.4 mm.
グラスライニングは耐食性が高いため、その特性を活かすべく様々な改良がなされている。例えば、特許文献1は、薄肉化可能で、良好な熱伝導性を有するGL組成物、特に、上ぐすり用GL組成物及び下ぐすり用GL組成物を開示している。特許文献1の上ぐすり用GL組成物は、珪石、アルミナ及び窒化アルミニウムからなる群から選択される1種又は2種以上の無機質耐火性粉体をフリット100質量%に対して外割で1〜20質量%含有することを特徴としており、下ぐすり用GL組成物は、珪石、アルミナ及び窒化アルミニウムからなる群から選択される1種又は2種以上の無機質耐火性粉体をフリット100質量%に対して外割で20〜120質量%含有することを特徴としている。 Since glass lining has high corrosion resistance, various improvements have been made to take advantage of its properties. For example, Patent Document 1 discloses a GL composition that can be thinned and has good thermal conductivity, in particular, a GL composition for an undercoat and a GL composition for an undercoat. The GL composition for the top powder of Patent Document 1 is composed of one or more inorganic refractory powders selected from the group consisting of silica, alumina, and aluminum nitride, and an extra 1 for 100% by mass of the frit. It is characterized by containing ˜20% by mass, and the GL composition for the undercoat is composed of one or more inorganic refractory powders selected from the group consisting of quartzite, alumina and aluminum nitride, and 100% by mass of frit. It is characterized by containing 20 to 120% by mass in an external ratio with respect to%.
特許文献2は、特許文献1と同様の課題を解決するための下ぐすり用及び上ぐすり用GL組成物を開示している。特許文献2の下ぐすり用及び上ぐすり用GL組成物は、GL組成物を構成するフリットの粒子径が0.1〜250μmの範囲内にあり、粒子径が0.1〜1μmの範囲内にあるフリット微粒子の割合が1〜50質量%の範囲内にあり、且つフリットの粒度正規分布が50%表示で、1.5〜20μmの範囲内にあることを特徴としている。 Patent Document 2 discloses a GL composition for lowering and uppering for solving the same problem as Patent Document 1. The GL composition for the under-grinding and the under-grinding of Patent Document 2 has a frit in which the particle diameter of the frit constituting the GL composition is in the range of 0.1 to 250 μm, and the particle diameter is in the range of 0.1 to 1 μm. It is characterized in that the proportion of fine particles is in the range of 1 to 50% by mass, and the normal particle size distribution of the frit is 50% and in the range of 1.5 to 20 μm.
一方、GLには静電気が帯電しやすいため、静電気放電による絶縁破壊を防止するために、上引きGL層に導電性物質を添加した多層構造のGLも存在する。特許文献3は、(1) 金属基材と、(2) ガラスフリットに導電性物質を添加せずに焼成した下引きGL層及び上引きGL層と、(3) ガラスフリットに導電性物質を添加して焼成した最表層の上引き導電性GL層の少なくとも三層のGL層から構成される導電性GLであって、最表層の導電性GL層が、端部において金属素材にかかるように施工することにより、最表層と金属基材がアースされていることを特徴とする導電性GLを開示している。この導電性GLは、静電気が帯電しにくく、静電気放電による絶縁破壊に強く、かつ、品質管理が容易である。 On the other hand, since GL is easily charged with static electricity, there is a multilayer GL in which a conductive material is added to the overcoat GL layer in order to prevent dielectric breakdown due to electrostatic discharge. Patent Document 3 describes (1) a metal substrate, (2) an undercoating GL layer and an overcoating GL layer that are fired without adding an electroconductive substance to the glass frit, and (3) an electroconductive substance on the glass frit. A conductive GL composed of at least three GL layers of the uppermost conductive GL layer added and baked so that the outermost conductive GL layer covers the metal material at the end. An electrically conductive GL is disclosed in which the outermost layer and the metal base are grounded by construction. This conductive GL is not easily charged with static electricity, is resistant to dielectric breakdown due to electrostatic discharge, and is easy to control quality.
特許文献4は、熱伝導性フィラーを前処理した後、ガラスフリットに混合して焼成した熱伝導性グラスライニングを開示している。 Patent Document 4 discloses a heat conductive glass lining obtained by pre-treating a heat conductive filler and then mixing and baking it in a glass frit.
特許文献1及び特許文献2に開示されている発明では、上引きGL層の施工時に気泡の発生を防止し、GL層を薄く施工することが可能とされているが、下引きGL層からの泡抜けの抑制については考慮されていない。下引きGL層は、ガラスフリットと鋼板の化学反応により密着層を形成させているため、化学反応の進行により上引きGL層よりも、施工時に気泡が発生しやすい。そして、下引きGL層に粗大な気泡が発生すると、上層である上引きGL層中に泡抜けしやすくなり、まれに気泡の上昇に伴って下引きGL層の一部が上引きGL層下端部に混入する場合がある。さらに、金属基材も焼成時の高温によってガスを発生するため、発生したガスが下引きGL層内で気泡となって上昇し、上引きGL層内に泡抜けすることがある。 In the inventions disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is possible to prevent the generation of bubbles during the construction of the overcoat GL layer, and to make the GL layer thin, but from the undercoat GL layer, There is no consideration for the suppression of bubble loss. Since the undercoat GL layer forms an adhesion layer by a chemical reaction between the glass frit and the steel plate, bubbles are more likely to be generated during construction than the overcoat GL layer due to the progress of the chemical reaction. When coarse bubbles are generated in the undercoat GL layer, bubbles easily escape into the overcoat GL layer, which is the upper layer, and in some rare cases, a part of the undercoat GL layer lowers the bottom of the overdraw GL layer as the bubbles rise. May be mixed in the part. Furthermore, since the metal substrate also generates gas due to the high temperature during firing, the generated gas may rise as bubbles in the undercoat GL layer, and bubbles may escape into the overcoat GL layer.
また、上引きGL層焼成時に下引きGL層中の気泡が上引きGL層中へ泡抜けし、このような気泡又は泡抜け箇所が上引きGL層中に存在すると、耐食性が低下する可能性があるために、当該箇所を補修する必要を生じる。このため、補修しながら上引きGL層を何層にも繰り返し施工せざるを得なかった。GL層の厚みが厚くなると、GL層部分の伝熱性能が低下するため、伝熱性能を良好に保つ観点からは、上引きGL層を薄く施工することが好ましい。しかし、薄く施工したくても、上記のような理由によって、技術的に困難であった。 In addition, when the overcoat GL layer is fired, bubbles in the undercoat GL layer are bubbled out into the overcoat GL layer, and if such bubbles or bubbles are present in the overcoat GL layer, corrosion resistance may be lowered. Therefore, it is necessary to repair the relevant part. For this reason, it was inevitable that the upper GL layer was repeatedly applied to the layers while repairing. When the thickness of the GL layer is increased, the heat transfer performance of the GL layer portion is lowered. Therefore, it is preferable to thinly apply the overcoat GL layer from the viewpoint of keeping the heat transfer performance good. However, even if it was desired to construct thinly, it was technically difficult for the reasons described above.
さらに、特許文献3に開示されている発明では、GL表面の電気伝導性を高めることが課題とされているが、泡抜けの抑制又は上引きGL層を繰り返し焼成して施工するという技術上の問題点についても考慮はされていない。 Furthermore, in the invention disclosed in Patent Document 3, it is an object to increase the electrical conductivity of the GL surface, but it is technically necessary to suppress foam removal or repeatedly bak and apply the top GL layer. The problem is not considered.
さらにまた、特許文献4に開示されている発明では、GL層にフィラーを添加して熱伝導性を高めることが開示されているが、熱伝導性を向上させるためにフィラーを多量に添加すると、GL層表面の光沢性が失われ、美観が損なわれる問題が生じると共に、GL層表面の平滑性も失われてしまうという問題がある。また、フィラー添加量を増やすことで、GL層の残留圧縮応力が小さくなるという問題もある。 Furthermore, in the invention disclosed in Patent Document 4, it is disclosed that the filler is added to the GL layer to increase the thermal conductivity, but when a large amount of filler is added to improve the thermal conductivity, There is a problem that the glossiness of the GL layer surface is lost, the aesthetic appearance is impaired, and the smoothness of the GL layer surface is also lost. There is also a problem that the residual compressive stress of the GL layer is reduced by increasing the amount of filler added.
本発明は、上引きGL層施工時の下引きGL層中からの泡抜けを防止し、かつ、熱伝導性を改善したGL及びその製造方法の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a GL that prevents bubbles from being removed from the undercoat GL layer during the construction of the overcoat GL layer, and has improved thermal conductivity, and a method for producing the same.
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した。その結果、下引きGL層と上引きGL層の間に、上引きGL層として施工可能なガラスフリット(上引きGL用ガラスフリット)にフィラー(ただし貴金属を除く)を添加して焼成される中間層を施工することにより、下引きGL層から上引きGL層への泡抜けを防止し得ること、中間層にフィラーを添加することにより熱伝導性を高め得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, between the undercoat GL layer and the overcoat GL layer, an intermediate is fired by adding a filler (excluding noble metals) to a glass frit that can be constructed as an overcoat GL layer (glass frit for the overcoat GL). It is found that by applying a layer, bubbles can be prevented from being removed from the undercoat GL layer to the overcoat GL layer, and by adding a filler to the intermediate layer, the thermal conductivity can be improved, and the present invention is completed. It came to.
具体的に、本発明は、
金属基材と、
下引きGL層、中間GL層及び上引きGL層の三層のGL層と、
からなるGLであって、
前記中間GL層は、
前記上引きGL用ガラスフリットに、フィラー(ただし貴金属を除く)を添加して形成されており、かつ、前記下引きGL層と前記上引きGL層との間に形成されている、熱伝導性GLに関する。
Specifically, the present invention
A metal substrate;
Three GL layers, an undercoat GL layer, an intermediate GL layer, and an overcoat GL layer;
A GL consisting of
The intermediate GL layer is
Thermal conductivity, formed by adding a filler (excluding noble metal) to the glass frit for the overcoat GL, and formed between the undercoat GL layer and the overcoat GL layer Regarding GL.
下引きGL層は、金属基材との密着性を担保するために、金属基材との反応が進行しやすい組成に設計されている。また、焼成時のグラス消失(一般的に、焼け切れと呼ばれる現象)を防止するため、耐火材等を多く含有している。そのため、下引きGL層は、含泡率が20〜30%程度であることが一般的な特徴となっている。 The undercoat GL layer is designed to have a composition in which the reaction with the metal base material is likely to proceed in order to ensure adhesion with the metal base material. Moreover, in order to prevent the loss | disappearance of the glass at the time of baking (generally a phenomenon called burnout), many refractory materials etc. are contained. Therefore, the undercoat GL layer has a general feature that the foam content is about 20 to 30%.
そこで、本発明の熱伝導性GLでは、下引きGL層の上層として、上引きGL用のガラスフリットにフィラー(ただし貴金属を除く)を添加して中間GL層を形成させ、その上層として上引きGL層を形成させた三層GL構造を構成することを技術的特徴としている。下引きGL層の上層として、貴金属を除くフィラーを含有し、上引きGL用ガラスフリットから構成される中間GL層を形成することにより、最表層の上引きGL層を施工する際に、下引きGL層からの気泡の移動を抑制することが可能となる。その結果、下引きGL層から上引きGL層への気泡の泡抜けを抑制し、最表層の上引きGL層の施工性を向上させ得る。また、中間層にフィラーを添加することで、何ら添加しない場合と比較して熱伝導性を向上させ得る。 Therefore, in the heat conductive GL of the present invention, as an upper layer of the undercoat GL layer, an intermediate GL layer is formed by adding a filler (excluding noble metals) to the glass frit for the overcoat GL, and the overcoat is formed as the upper layer. A technical feature is to constitute a three-layer GL structure in which a GL layer is formed. As the upper layer of the subbing GL layer, it contains a filler excluding precious metals and forms an intermediate GL layer composed of a glass frit for the subbing GL. It becomes possible to suppress the movement of bubbles from the GL layer. As a result, it is possible to suppress bubble bubbles from the undercoat GL layer to the overcoat GL layer, and to improve the workability of the uppermost GL layer. Moreover, by adding a filler to the intermediate layer, the thermal conductivity can be improved as compared with the case where no filler is added.
前記三層のGL層の厚みは、0.6mm以上1.8mm以下であり、
前記下引きGL層の厚みは、0.1mm以上0.4mm以下であり、
前記中間GL層の厚みは、0.1mm以上1.0mm以下であるように調整されることが好ましい。
The thickness of the three GL layers is 0.6 mm or more and 1.8 mm or less,
The thickness of the undercoat GL layer is 0.1 mm or more and 0.4 mm or less,
The thickness of the intermediate GL layer is preferably adjusted to be 0.1 mm or greater and 1.0 mm or less.
本発明のGLは、下引きGL層を0.1mm以上0.4mm以下の厚みで施工した後、中間GL層を0.1mm以上1.0mm以下の厚みで施工する。そして、中間GLの上層に、上引きGL層を施工し、上引きGL層と中間層と下引きGL層の三層のGL層の厚みを0.6mm以上1.8mm以下に調整する。中間GL層を設けることにより、下引きGL層からの泡抜けを抑制することが可能になり、GL層の厚みを上記範囲とした場合には、従来の一般的なGLと比較して、GL層全体としての熱伝導性を十分に向上させ得ることも可能となる。 In the GL of the present invention, the undercoat GL layer is applied with a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm, and then the intermediate GL layer is applied with a thickness of 0.1 mm to 1.0 mm. Then, the upper GL layer is applied to the upper layer of the intermediate GL, and the thickness of the three GL layers of the upper GL layer, the intermediate layer, and the lower GL layer is adjusted to 0.6 mm or more and 1.8 mm or less. By providing the intermediate GL layer, it is possible to suppress bubble removal from the undercoat GL layer, and when the thickness of the GL layer is in the above range, the GL is compared with the conventional general GL. It is also possible to sufficiently improve the thermal conductivity of the entire layer.
前記フィラーは、アルミナ、酸化第二スズ、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素又は窒化ホウ素のいずれか1種以上であり、
前記中間GL層における前記フィラーの添加量が、上引きGL用ガラスフリットに対して5容量%以上30容量%であることが好ましい。
The filler is one or more of alumina, stannic oxide, magnesium oxide, silicon nitride, silicon carbide, or boron nitride,
The amount of the filler in the intermediate GL layer is preferably 30 volume% 5 volume% or more to the upper coating GL glass frit.
GL層用のガラスフリットに添加するフィラーとしては、金、銀又は白金のような貴金属も利用されているが、これらの貴金属類は非常に高額である。また、GL用のガラスフリットとは熱膨張係数が大きく異なるため、泡抜け防止効果を高める程度に十分な添加量とすることができない。そのため、フィラー自身の熱伝導率は高いものの、GL層全体の熱伝導性の向上が期待できない。 As the filler added to the glass frit for the GL layer, noble metals such as gold, silver or platinum are also used, but these noble metals are very expensive. Further, since the coefficient of thermal expansion is significantly different from that of the glass frit for GL, it is not possible to make the amount of addition sufficient to enhance the effect of preventing bubble removal. Therefore, although the thermal conductivity of the filler itself is high, improvement in the thermal conductivity of the entire GL layer cannot be expected.
一方、酸化アルミニウム(アルミナ)等の非貴金属熱導電性フィラーは、安価であるにも拘わらず、泡抜け防止効果を発揮し得るため、GLの施工性向上に有効、かつ、実用的といえる。さらに、非貴金属熱伝導性フィラーを利用することで、添加量を多くできるためGLの熱伝導率向上にも有効である。 On the other hand, non-noble metal thermally conductive fillers such as aluminum oxide (alumina) can be effective in improving the workability of GL and practical because they can exhibit the effect of preventing foam loss despite being inexpensive. Furthermore, since the addition amount can be increased by using a non-noble metal thermally conductive filler, it is effective for improving the thermal conductivity of GL.
ただし、アルミナ等の非貴金属熱導電性フィラーは、泡抜け防止効果向上のためにガラスフリットへの添加量を増加させると、GL層の残留圧縮応力が、通常のGL層よりも小さくなる場合があることを、本発明者等は発見した。そこで表面に、フィラーを含有しないグラス層を設けることによって、GL表面への光沢の付与と、残留圧縮応力の強化を図ることが可能となる。 However, non-noble metal thermal conductive fillers such as alumina may have a residual compressive stress of the GL layer that is smaller than that of a normal GL layer when the amount added to the glass frit is increased in order to improve the effect of preventing bubble removal. The inventors have discovered that this is the case. Therefore, by providing a glass layer containing no filler on the surface, it is possible to impart gloss to the GL surface and strengthen residual compressive stress.
本発明はまた、本発明のGLから構成されるGL製構造物に関する。 The present invention also relates to a GL structure composed of the GL of the present invention.
本発明はまた、
フィラーを添加しない下引き用ガラスフリットを焼成して、金属基材上に下引きGL層を施工する工程と、
フィラーを添加した上引き用ガラスフリットを焼成して、前記下引きGL層上に中間GL層を施工する工程と、
フィラーを添加しない上引き用ガラスフリットを焼成して、前記中間GL層上に上引きGL層を施工する工程と、
を有することを特徴とするGLの施工方法に関する。
The present invention also provides
Firing a glass frit for subbing without adding a filler, and applying a subbing GL layer on a metal substrate;
Firing a glass frit for overcoating to which a filler has been added, and applying an intermediate GL layer on the undercoating GL layer;
Firing a glass frit for overcoating without adding a filler, and applying an overcoating GL layer on the intermediate GL layer;
It is related with the construction method of GL characterized by having.
本発明によれば、GL層全体としての熱伝導性が向上し、施工性に優れた熱伝導性GLが得られる。 According to the present invention, the thermal conductivity of the entire GL layer is improved, and a thermal conductive GL excellent in workability is obtained.
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The present invention is not limited to the following description.
図1は、金属基材、下引きGL層及び上引きGL層から構成される一般的なGLの断面図を示す。GLの金属基材としては、低炭素鋼又はステンレス鋼が慣用される。金属基材上には、まず、下引きGL層が形成される。一般的に、下引きGL層の厚みは、0.2〜0.3mm程度である。下引きGL層を焼成した後、上層として上引きGL層を複数層焼成する。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a general GL composed of a metal substrate, an undercoat GL layer, and an overcoat GL layer. As the GL metal substrate, low carbon steel or stainless steel is commonly used. First, an undercoat GL layer is formed on the metal substrate. Generally, the thickness of the undercoat GL layer is about 0.2 to 0.3 mm. After firing the undercoat GL layer, a plurality of overcoat GL layers are fired as an upper layer.
上述したように、下引きGL層は施工時に気泡が発生しやすい。上引きGL層の焼成時に、下引きGL層に粗大な気泡が発生すると、上引きGL層の下部に下引きGL層から気泡が泡抜けし、ピンホール状の欠陥が発生して、完全なライニング面が損なわれてしまうことがある。そこで、泡による欠陥を補修するために上引きGL層を複数回繰り返し施工し、ピンホールのない完全なライニング面を形成させることが一般的である。このため、上引きGL層の厚みは、1.2〜1.8mm程度に施工する必要があり、GL層全体の平均的な施工厚みは1.5〜2.4mmとなることが多い。GL層は、複数回スプレーされることによって焼成されるが、図1においては、上引きGL層は4〜6層となって形成される。 As described above, the subbing GL layer is likely to generate bubbles during construction. When coarse bubbles are generated in the undercoat GL layer during firing of the overcoat GL layer, bubbles are bubbled out from the undercoat GL layer at the bottom of the overcoat GL layer, and pinhole-like defects are generated. The lining surface may be damaged. Therefore, in order to repair defects caused by bubbles, it is common to repeatedly apply the overstretch GL layer a plurality of times to form a complete lining surface without pinholes. For this reason, it is necessary to construct the top GL layer to have a thickness of about 1.2 to 1.8 mm, and the average construction thickness of the entire GL layer is often 1.5 to 2.4 mm. The GL layer is baked by being sprayed a plurality of times. In FIG. 1, the top GL layer is formed as 4 to 6 layers.
なお、下引きGL層からの泡抜けを防止し、施工性を高めることができれば、上引きGL層の厚みを薄くすることも可能となる。一般的なGL機器のGL層の熱伝導率は、1.0W/m・K程度であり、金属基材の熱伝導率と比較して非常に低い(鉄の熱伝導率は45W/m・K)。GL機器は、その外側に設置されたジャケット内を流れる熱媒体により、機器の金属基材を加熱又は冷却することで、機器内部の温度調節が行われる。ところが、GL層の熱伝導率が低いために、一般的にGL機器は金属製容器に比べて加熱又は冷却に時間がかかり、温度制御時の応答性が悪く、温度コントロールが難しい。 If the bubble removal from the undercoat GL layer can be prevented and the workability can be improved, the thickness of the overcoat GL layer can be reduced. The thermal conductivity of the GL layer of a general GL device is about 1.0 W / m · K, which is very low compared to the thermal conductivity of a metal substrate (the thermal conductivity of iron is 45 W / m · K). ). The GL device adjusts the temperature inside the device by heating or cooling the metal base material of the device with a heat medium flowing in a jacket installed outside the GL device. However, since the thermal conductivity of the GL layer is low, the GL device generally takes more time for heating or cooling than a metal container, has poor responsiveness during temperature control, and is difficult to control.
そこで、GL層の熱伝導率を高めることによってGL機器の熱応答性を高めることを目的として、上引きGL層に熱伝導性を高めるフィラーを添加することも考えられる。しかし、上引きGL層の熱伝導性を高める程度までに、上引きGL層のガラスフリットに熱導電性フィラーを添加すれば、GL層表面の光沢が失われ美観が損なわれるだけでなく、焼結時にGL本来の平滑性が得られない。また、GL層表面に凹凸が発生し、被処理物が付着しやすくなるという問題が発生してしまう。さらに、GL層の残留圧縮応力が小さくなるという問題も発生してしまう。 Therefore, it is also conceivable to add a filler for increasing the thermal conductivity to the overcoat GL layer in order to increase the thermal responsiveness of the GL device by increasing the thermal conductivity of the GL layer. However, if a thermally conductive filler is added to the glass frit of the overcoat GL layer to the extent that the thermal conductivity of the overcoat GL layer is increased, not only the gloss of the surface of the GL layer is lost and the aesthetic appearance is impaired, GL original smoothness cannot be obtained at the time of conclusion. Moreover, the unevenness | corrugation generate | occur | produces in the GL layer surface, and the problem that a to-be-processed object will adhere easily will generate | occur | produce. Furthermore, the problem that the residual compressive stress of the GL layer becomes small also occurs.
また、熱伝導フィラーを上引きGL層の熱伝導性を高める程度まで添加する場合、使用環境における適用性を再度確認する必要があり、従来用途でGLを使用できるかの判断に時間がかかることになる。これに対して本発明では、表層に従来のGLを使用できるので、これまでの機器と同様の用途に適用可能である。 In addition, when adding a thermal conductive filler to an extent that increases the thermal conductivity of the overcoat GL layer, it is necessary to reconfirm the applicability in the usage environment, and it takes time to determine whether GL can be used in conventional applications. become. On the other hand, in the present invention, since the conventional GL can be used for the surface layer, the present invention can be applied to the same applications as those of conventional devices.
一方、下引きGL層中には、焼成時に鋼板から放出される水素のようなガスを捕集するために、意図的に泡を導入している。これに加え、焼成時にグラスと鋼板が反応することによっても泡が形成されるため、上引きGL層を焼成する際に、これらの泡が粗大化し、泡抜けして欠陥となることを防止できない。 On the other hand, in the undercoat GL layer, bubbles are intentionally introduced in order to collect a gas such as hydrogen released from the steel plate during firing. In addition to this, bubbles are also formed by the reaction between the glass and the steel plate at the time of firing. Therefore, when firing the overcoat GL layer, these bubbles cannot be prevented from becoming coarse and missing from bubbles. .
<第1実施形態>
図2は、本発明の熱伝導性GLの一例の断面図を示す。金属基材及び下引きGL層については、図1に示される一般的なGLと同じであるが、図2に示されるGLは、下引きGL層の上層として、中間GL層を焼成していることを特徴としている。中間GL層は、上引きGL層と同じガラスフリットにフィラーを添加して焼成されたGL層である。
<First Embodiment>
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an example of the heat conductive GL of the present invention. The metal substrate and the undercoat GL layer are the same as the general GL shown in FIG. 1, but the GL shown in FIG. 2 fires the intermediate GL layer as an upper layer of the undercoat GL layer. It is characterized by that. The intermediate GL layer is a GL layer fired by adding a filler to the same glass frit as that of the overcoat GL layer.
中間GL層は、フィラーが添加されていることで下引きGL層内部又は金属基材から発生したガスによる気泡が中間層内を移動することと、フィラー層中(中間層中)で泡が結合することを阻害するため、上引きGL層への泡抜けが発生しにくいと考えられる。その結果、本発明では、従来のGLよりも下引きGL層からの泡抜けがなくなり、焼成後の補修回数が減少し、上引きGL層を薄く施工することが可能である(図2においては、上引きGL層は二層目まで焼成されている)。GL層全体としての厚み薄く施工できるために、GL層全体としての熱伝導率を高くすることも可能である。 In the intermediate GL layer, bubbles are bonded in the filler layer (in the intermediate layer) when bubbles are generated in the undercoat GL layer or in the gas generated from the metal substrate due to the addition of filler. In order to inhibit this, it is considered that bubbles do not easily escape to the overcoat GL layer. As a result, in the present invention, bubbles are not removed from the undercoat GL layer compared to the conventional GL, the number of repairs after firing is reduced, and the overcoat GL layer can be applied thinly (in FIG. 2). The overcoat GL layer is fired up to the second layer). Since the thickness of the entire GL layer can be reduced, the thermal conductivity of the entire GL layer can be increased.
中間GL層のガラスフリット(上引きGL用ガラスフリット)に添加するフィラーは、アルミナ、酸化第二スズ、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素又は窒化ホウ素のいずれか1種以上であり、ガラスフリットに対する添加量を5容量%以上30容量%とすることが好ましく、酸化アルミニウムを利用する場合は10容量%以上20容量%以下、酸化スズを利用する場合は5容量%超20容量%以下、酸化マグネシウムを利用する場合は10容量%以上20容量%以下とすることがより好ましい。フィラーは、中間GL層において、下引きGL層から移動してくる気泡を止める効果が高く、かつ、中間GL層の熱伝導性を向上させる効果が高い観点から、アルミナ又は酸化マグネシウムであることがより好ましい。 The filler added to the glass frit of the intermediate GL layer (the glass frit for the overcoat GL) is one or more of alumina, stannic oxide, magnesium oxide, silicon nitride, silicon carbide, and boron nitride. The amount added is preferably 5% by volume to 30% by volume. When aluminum oxide is used, it is 10% by volume to 20% by volume. When tin oxide is used, more than 5% by volume and 20% by volume or less. Magnesium oxide More preferably, the volume is 10% by volume or more and 20% by volume or less. In the intermediate GL layer, the filler may be alumina or magnesium oxide from the viewpoint of a high effect of stopping bubbles moving from the undercoat GL layer and a high effect of improving the thermal conductivity of the intermediate GL layer. More preferred.
中間GL層に添加するフィラーを酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化第二スズ、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素又は窒化ホウ素のいずれか1種以上とすることによって、下引きGL層から上引きGL層への泡抜けを防止し得るだけでなく、従来のGLと比較して、GL層全体としての熱伝導性が高い熱伝導性GLとすることが可能である。 The filler added to the intermediate GL layer is at least one of aluminum oxide (alumina), stannic oxide, magnesium oxide, silicon nitride, silicon carbide, and boron nitride, so that the undercoat GL layer is overcoated with the overcoat GL layer. It is possible not only to prevent bubbles from leaking out, but also to provide a heat conductive GL having a high heat conductivity as the entire GL layer as compared with the conventional GL.
本発明のGLは、中間層にフィラーを添加することで従来のGLに比較して熱伝導性が高くなっているが、さらに熱伝導性を向上させる観点から、下引きGL層を0.1mm以上0.4mm以下の厚みで施工した後、中間GL層を0.1mm以上1.0mm以下の厚みで施工することが好ましい。そして、中間GLの上層に、上引きGL層を施工し、上引きGL層と中間層と下引きGL層の三層のGL層の厚みを0.6mm以上1.8mm以下に調整することが好ましい。 The GL of the present invention has a higher thermal conductivity than the conventional GL by adding a filler to the intermediate layer. From the viewpoint of further improving the thermal conductivity, the undercoat GL layer is 0.1 mm or more. After the construction with a thickness of 0.4 mm or less, the intermediate GL layer is preferably constructed with a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less. And it is preferable to construct an upper GL layer on the upper layer of the intermediate GL and adjust the thickness of the three GL layers of the upper GL layer, the intermediate layer, and the lower GL layer to 0.6 mm or more and 1.8 mm or less.
中間GL層は、下引きGL層から上引きGL層への泡抜けを防止するために、0.1mm以上1.0mm以下の厚みで施工されることが好ましく、0.2mm以上0.6mm以下の厚みで施工されることがより好ましい。中間GL層の厚みが0.1mm未満では、層が薄すぎるため、十分な泡抜け防止効果が得られないことがある。0.2mm以上の厚みとすることで、より確実に泡抜け防止効果が得られる。 The intermediate GL layer is preferably constructed with a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less, and with a thickness of 0.2 mm or more and 0.6 mm or less, in order to prevent bubbles from being removed from the undercoat GL layer to the overcoat GL layer. More preferably. If the thickness of the intermediate GL layer is less than 0.1 mm, the layer is too thin, and a sufficient bubble removal preventing effect may not be obtained. By setting the thickness to 0.2 mm or more, it is possible to more reliably prevent the bubbles from coming out.
1.0mmを超えて施工すると、GL層全体の厚み(下引きGL層+中間GL層+上引きGL層の厚み)が従来よりも厚くなるため、熱伝導性の観点からは好ましくない。また、中間層を厚くするために繰り返し焼成すると、熱応力の影響を繰り返し受けるため、缶体歪みが大きくなるというリスクが高まることがある。 If the thickness exceeds 1.0 mm, the thickness of the entire GL layer (undercoat GL layer + intermediate GL layer + overcoat GL layer) becomes thicker than before, which is not preferable from the viewpoint of thermal conductivity. Further, if the intermediate layer is repeatedly baked to make it thick, the influence of thermal stress is repeatedly received, so that the risk of increased can body distortion may increase.
下引きGL層は、密着性を担保するため0.1mm以上の厚みで施工する必要があるが、0.5mmを超えて施工すると、GL層中に存在する気泡量が増加し泡抜けのリスクが高くなり好ましくない。 The subbing GL layer must be constructed with a thickness of 0.1 mm or more to ensure adhesion, but if it exceeds 0.5 mm, the amount of bubbles present in the GL layer increases and the risk of bubble loss increases. It is not preferable.
なお、本発明においては、中間GL層によって泡抜けを抑制することで、泡抜けが原因である欠陥を抑制できるため、上引きGL層の厚みのコントロールが容易であり、上引きGL層の厚みを薄くすることが可能である。GL層全体の厚みを薄くすることで、さらにGL層全体としての熱伝導性を高めたい場合には、下引きGL層を0.1mm以上0.3mm以下、中間GL層を0.1mm以上0.6mm以下、上引きGL層と中間層と下引きGL層の三層のGL層の厚みを0.6mm以上1.2mm以下で施工することが好ましい。 In the present invention, since the defect caused by the bubble loss can be suppressed by suppressing the bubble removal by the intermediate GL layer, it is easy to control the thickness of the overcoat GL layer, and the thickness of the overcoat GL layer. Can be made thinner. To further increase the thermal conductivity of the entire GL layer by reducing the thickness of the entire GL layer, the undercoat GL layer is 0.1 mm to 0.3 mm, the intermediate GL layer is 0.1 mm to 0.6 mm, It is preferable that the thickness of the three GL layers of the upper GL layer, the intermediate layer, and the lower GL layer be 0.6 to 1.2 mm.
[GLサンプルの作製例]
以下、中間GL層にフィラーを添加することで泡抜けを防止し、これによって最表層のGL層を薄く施工すると共に、GL層全体としての厚みも薄くし、熱伝導性を高めた熱伝導性GLの作製例について説明する。
[Production example of GL sample]
In the following, the addition of filler to the intermediate GL layer prevents bubbles from being removed, thereby thinning the outermost GL layer and reducing the overall thickness of the GL layer, thereby increasing the thermal conductivity. An example of manufacturing GL will be described.
(スリップ作製)
実施例の熱導電性GLの作製に使用されたガラスフリットの組成を表1に示す。本発明の熱伝導性GLの各GL層の製造に使用できるガラスフリットは、表1に限定されるものではなく、慣用的に使用されている任意のガラスフリットを使用可能である。
(Slip production)
Table 1 shows the composition of the glass frit used for producing the thermal conductive GL of the example. The glass frit which can be used for manufacture of each GL layer of the heat conductive GL of this invention is not limited to Table 1, The arbitrary glass frit conventionally used can be used.
上記ガラスフリットをポットミルに投入した後、さらに水を投入し、施釉ができる状態になるまでフリットを粉砕した。粉砕終了後、ガラス粒子の粒度分布を、日機装製マイクロトラック粒度系Micro Track Series 9200 FRAを用いて測定し、ガラス粒子の平均粒子径(重量累積粒度分布の50%径)が35〜55μmであることを確認した。粒度分布が上記範囲内であればスリップ完成とした。スリップ中のガラス粒子の平均粒子径は、1〜100μmであることが、スリップ吹き付け作業及び焼成後のGLの品質の観点からは好ましい。 After the glass frit was put into a pot mill, water was further added and the frit was pulverized until it could be glazed. After pulverization, the particle size distribution of the glass particles is measured using Nikkiso Microtrack Series 9200 FRA, and the average particle size of the glass particles (50% of the weight cumulative particle size distribution) is 35 to 55 μm. It was confirmed. If the particle size distribution is within the above range, the slip was completed. The average particle diameter of the glass particles in the slip is preferably 1 to 100 μm from the viewpoint of slip spraying work and GL quality after firing.
中間GL層は、上引きGL層のガラスフリット、種々のフィラーを添加した後、さらに水を投入し、ポットミルで粉砕した。フィラーを添加する場合も、前述のスリップ基準の範囲でスリップを製作した。 For the intermediate GL layer, the glass frit of the overcoat GL layer and various fillers were added, and then water was added and pulverized with a pot mill. In the case of adding a filler, a slip was produced within the above-mentioned range of the slip standard.
(金属基材への施釉と焼成)
図2に示す三層のGL層を有するGLを作製した。金属基材としては、GL用鋼板(100mm×100mm、厚み5mm)を使用した。下引きGL層、中間GL層及び上引きGL層は、スプレーを用いる周知の方法で各層のスリップをGL用鋼板上に所定の順番で施釉し、焼成させた。
(Glazing and firing on metal substrates)
A GL having the three GL layers shown in FIG. 2 was produced. As the metal substrate, a steel sheet for GL (100 mm × 100 mm, thickness 5 mm) was used. The undercoat GL layer, the intermediate GL layer, and the overcoat GL layer were fired by applying a slip of each layer on the GL steel plate in a predetermined order by a known method using a spray.
まず、GL用鋼板に下引きGL層を0.2〜0.3mmの厚みでスプレーを用いて施釉し、920℃で焼成した。 First, an undercoat GL layer was applied to a steel sheet for GL with a spray having a thickness of 0.2 to 0.3 mm, and fired at 920 ° C.
次に、下引きGL層の上に、上引きGL用ガラスフリットに対してフィラーを5〜30質量%添加して調製されたスリップをスプレーによって施釉し、800〜850℃で焼成することにより、中間GL層を0.4〜0.5mmの厚みで形成させた。 Next, on the undercoat GL layer, a slip prepared by adding 5 to 30% by mass of filler to the glass frit for overcoat GL is applied by spraying, and is baked at 800 to 850 ° C. The intermediate GL layer was formed with a thickness of 0.4 to 0.5 mm.
さらに、その後、上引きGL層を0.3mmの厚みでスプレーを用いて施釉し、800〜850℃で焼成した。最終的に作製されたGLをGL試験片とした。比較容易のため、いずれのGL試験片についても、三層の厚み合計を1.0mmに調整した。 Further, after that, the overcoat GL layer was glazed with a spray with a thickness of 0.3 mm and baked at 800 to 850 ° C. The finally produced GL was used as a GL test piece. For easy comparison, the total thickness of the three layers was adjusted to 1.0 mm for any GL test piece.
作製されたGL試験片について、中間GL層の含泡状態、GL施工性及び熱伝導性を評価した。含泡状態は、中間GL層焼成後のGL試験片の断面を実体顕微鏡下で観察し、通常の上引きGL層施工時と比較して、気泡の発生が同程度であれば「○」、やや多ければ「△」、通常の上引きGL層では観られない程度で層全面に気泡が発生した場合は「×」と判定した。GL施工性は、板厚差及びR部を有するGL用鋼板を用いてGL試験片を作製し、ヘアライン欠陥の発生がなければ「○」、軽微なヘアラインの発生が観られた場合は「△」と判定した。 About the produced GL test piece, the foam containing state, GL workability, and thermal conductivity of the intermediate GL layer were evaluated. The bubble-containing state is obtained by observing a cross-section of the GL test piece after firing the intermediate GL layer under a stereomicroscope, and “O” if the generation of bubbles is similar to that at the time of normal overcoat GL layer construction. If it was slightly larger, it was judged as “Δ”, and when bubbles were generated on the entire surface to the extent that it was not seen in the normal overcoat GL layer, it was judged as “x”. For GL workability, a GL test piece is prepared using a steel sheet for GL having a plate thickness difference and an R portion. If there is no occurrence of a hairline defect, “◯”, and if a slight hairline is observed, “△” Was determined.
熱伝導性は、GL試験片を図3に示される試験器具に取り付けた。所定量の水をGL試験片上部に仕込み、下部からスチーム蒸気でGL試験片を加熱し、水の昇温速度からGL試験片の熱伝導率W/(m2・K)を熱量計算により推定することによって評価した。GL層試験片は、GL用鋼板がスチーム側、GL層が水側となるように器具に固定されており、実際の反応機での使用状態が模擬されている。スチーム側の境膜係数は5000〜10000W/(m2・K)とし、水側の境膜係数は撹拌翼形状から3000W/(m2・K)とした。これらの境膜係数は、フィラー添加した中間GL層を持たない通常のGLの熱伝導率(0.8〜1.0W/m2K)を事前に評価することで、妥当な値であることが確認された。 For thermal conductivity, the GL test piece was attached to the test instrument shown in FIG. Charge a predetermined amount of water to the upper part of the GL test piece, heat the GL test piece with steam from the lower part, and estimate the thermal conductivity W / (m 2 · K) of the GL test piece from the rate of temperature rise of the water by calorific value calculation. Was evaluated by The GL layer test piece is fixed to the instrument so that the steel sheet for GL is on the steam side and the GL layer is on the water side, and the use state in an actual reactor is simulated. Laminar film coefficient steam side and 5000~10000W / (m 2 · K) , laminar film coefficient of water side was from stirring blade shape 3000W / and (m 2 · K). These film coefficients were confirmed to be reasonable values by preliminarily evaluating the thermal conductivity (0.8 to 1.0 W / m 2 K) of normal GL having no intermediate GL layer added with filler.
通常のGL試験片と比較して、中間GL層の熱伝導率が50%以上向上した場合に「○」、10%以上〜50%未満で向上した場合に「△」、10%未満であった場合には「×」と評価した。 Compared with the normal GL test piece, it is “◯” when the thermal conductivity of the intermediate GL layer is improved by 50% or more, and “△” when it is improved by 10% to less than 50%, and is less than 10%. When it was, it was evaluated as “×”.
表2は、中間GL層が5種類のフィラーを含有している各GL試験片の含泡状態、GL施工性及び熱伝導性の評価結果を示す。 Table 2 shows the evaluation results of the bubble-containing state, GL workability and thermal conductivity of each GL test piece in which the intermediate GL layer contains five types of fillers.
5種類すべてのフィラーについて、中間GL層表面の含泡状態は、通常の上引きGL層と比較して同程度かやや気泡量が増加したが、その後上引きGL層を焼成しても、上引き層への泡抜けは問題とならなかった。また、5種類すべてのフィラーについて、施工性に相違が認められたがGL試験片の製作は可能であり、施工性は大きく低下せず、施工困難と判定されるようなGL試験片はなかった。 For all five types of fillers, the foaming state on the surface of the intermediate GL layer was slightly the same as that of the normal overcoat GL layer, but the amount of bubbles increased slightly. Bubble removal to the pulling layer was not a problem. In addition, for all five types of fillers, differences were found in workability, but GL test pieces could be manufactured, workability was not greatly reduced, and there were no GL test pieces that were judged difficult to work. .
熱伝導性に関しては、フィラーとしてアルミナ(Al2O3)又は酸化マグネシウム(MgO)を使用した場合に、熱伝導率が通常GL層の約2倍以上に向上し、GL層の薄層化と相まって、GL全体として熱伝導を向上させ得ることが確認された。特に、酸化マグネシウムをガラスフリットに対して30容量%添加した場合には、ガラスフリットにフィラーを添加しないで作製されたGL層と比較して、熱伝導率が約1.9倍向上することが確認された。 Regarding thermal conductivity, when alumina (Al 2 O 3 ) or magnesium oxide (MgO) is used as a filler, the thermal conductivity is usually improved to about twice or more that of the GL layer. In combination, it was confirmed that the heat transfer can be improved as a whole GL. In particular, when 30% by volume of magnesium oxide is added to the glass frit, it is confirmed that the thermal conductivity is improved by about 1.9 times compared to the GL layer prepared without adding filler to the glass frit. It was.
<残留圧縮応力の増大>
SS400鋼板(150mm×150mm、厚み24mm)に上記と同様にして下引きGL層を施工し。その後、酸化マグネシウムを上引きGL用ガラスフリットに20容量%添加して、中間GL層を1.2mmの厚みで施工し、試験片Aを作製した。一方、試験片Aと同様にして中間GL層を0.8mmの厚みで施工した後、酸化マグネシウムを添加しない上引きGL用ガラスフリットを用い、上引きGL用ガラスフリット層を0.4mmの厚みで施工し、試験片Bを作製した。
<Increase in residual compressive stress>
Undercoat GL layer on SS400 steel plate (150mm × 150mm, thickness 24mm) as above. Thereafter, magnesium oxide was overcoated and 20% by volume was added to the glass frit for GL, and the intermediate GL layer was applied to a thickness of 1.2 mm to prepare a test piece A. On the other hand, after constructing the intermediate GL layer with a thickness of 0.8 mm in the same manner as the test piece A, using the glass frit for the overcoat GL without adding magnesium oxide, construct the glass frit layer for the overcoat GL with a thickness of 0.4 mm. Then, a test piece B was produced.
試験片A及び試験片Bについて、残留圧縮応力を比較評価した。GL試験片の残留圧縮応力(kg/mm2)は定量的に評価することが難しいため、歪みゲージを利用した評価方法を採用した。その結果、試験片Aは、フィラーを添加していない場合と比較して、残留圧縮応力が小さくなる傾向が認められたが、試験片B(上引きGL層+中間GL層)の構造とした場合には、試験片Aより20%以上残留圧縮応力が増大し、GL層全体の強度向上が図れることが分かった。 About the test piece A and the test piece B, the residual compressive stress was compared and evaluated. Since it was difficult to quantitatively evaluate the residual compressive stress (kg / mm 2 ) of the GL test piece, an evaluation method using a strain gauge was adopted. As a result, the test piece A had a tendency to reduce the residual compressive stress as compared with the case where no filler was added, but the test piece B had a structure of the test piece B (upward GL layer + intermediate GL layer). In this case, it was found that the residual compressive stress increased by 20% or more from the test piece A, and the strength of the entire GL layer could be improved.
上記GL試験片の一部について算出された熱伝導率を用いて、数式1に示される化学工学的なアプローチにより、伝熱性能の指標となる総括伝熱係数K(kcal/m2hK)を計算した。 Using the thermal conductivity calculated for a part of the GL test piece, the overall heat transfer coefficient K (kcal / m 2 hK), which is an index of heat transfer performance, is calculated by the chemical engineering approach shown in Equation 1. Calculated.
ここで、houtは缶外面境膜係数、hinは缶内面境膜係数、hwallはグラス層を含む缶壁部境膜係数を意味する。 Here, h out means a can outer film coefficient, h in means a can inner film coefficient, and h wall means a can wall part film coefficient including a glass layer.
缶外面境膜係数は5000kcal/m2hK、缶内面境膜係数は3000kcal/m2hKとした。壁部境膜係数はΣ(Li/ki)で求められる。Liは試験片(母材+GL層)の厚みであり、kiは試験片の熱伝導率であり、これらは実験により求められた。 The outer canal film coefficient was 5000 kcal / m 2 hK, and the inner can film coefficient was 3000 kcal / m 2 hK. The wall film coefficient is obtained by Σ (L i / k i ). L i is the thickness of the test piece (base material + GL layer), k i is the thermal conductivity of the test piece, and these were determined by experiment.
図1に示される構造のGL試験片(比較試験片)も作製し、その熱伝導率も算出した。そして、比較試験片の熱伝導率に対する中間GL層を有するGL試験片の熱伝導率の向上比を算出した。 A GL test piece (comparative test piece) having the structure shown in FIG. 1 was also prepared, and its thermal conductivity was also calculated. And the improvement ratio of the heat conductivity of the GL test piece which has an intermediate | middle GL layer with respect to the heat conductivity of a comparative test piece was computed.
表3は、試験片のGL層の厚み、フィラーの種類及び添加量、中間GL層の熱伝導率向上比、缶壁部境膜係数向上比及び総括伝熱係数向上比を示す。中間GL層の熱伝導率向上比は、比較試験片の熱伝導率に対するGL試験片の熱伝導率の比率を意味する。缶壁部境膜係数向上比は、比較試験片の缶壁部境膜係数に対するGL試験片の缶壁部境膜係数の比率を意味する。総括伝熱係数向上比は、比較試験片の総括伝熱係数Kに対するGL試験片の総括伝熱係数Kの比率を意味する。 Table 3 shows the thickness of the GL layer of the test piece, the type and amount of filler added, the thermal conductivity improvement ratio of the intermediate GL layer, the can wall boundary film coefficient improvement ratio, and the overall heat transfer coefficient improvement ratio. The thermal conductivity improvement ratio of the intermediate GL layer means the ratio of the thermal conductivity of the GL test piece to the thermal conductivity of the comparative test piece. The can wall part film coefficient improvement ratio means the ratio of the can wall part film coefficient of the GL test piece to the can wall part film coefficient of the comparative test piece. The overall heat transfer coefficient improvement ratio means the ratio of the overall heat transfer coefficient K of the GL test piece to the overall heat transfer coefficient K of the comparative test piece.
表3より、いずれのフィラーを添加した場合も、有意に中間GL層の熱伝導率が向上し、総括伝熱係数を向上させ得ることが確認された。 From Table 3, it was confirmed that when any filler was added, the thermal conductivity of the intermediate GL layer was significantly improved and the overall heat transfer coefficient could be improved.
<第2実施形態>
第1実施形態においては、中間GL層を施工して上引きGL層を薄く施工し、GL層全体(下引きGL層+中間層+上引きGL層)の厚みを薄くすることで熱伝導性を高めたグラスライニングについて説明したが、本実施形態では中間層を第1実施形態と比較して厚く施工し、GL層全体の厚みを従来のGLと同様の厚みとした熱伝導性GLについて説明する。第2実施形態は、中間GL層の厚みを厚くした以外は、第1実施形態と同じである。
Second Embodiment
In the first embodiment, the intermediate GL layer is applied, the overcoat GL layer is thinly formed, and the entire GL layer (undercoat GL layer + intermediate layer + overcoat GL layer) is thinned to reduce the thermal conductivity. In this embodiment, the heat conductive GL is described in which the intermediate layer is thicker than the first embodiment and the thickness of the entire GL layer is the same as that of the conventional GL. To do. The second embodiment is the same as the first embodiment except that the thickness of the intermediate GL layer is increased.
下引きGL層を0.2mmの厚みで施工し、中間GL層として酸化マグネシウムを30容量%添加した上引き用ガラスフリットを1.0mmの厚みで施工し、上引きGL層を0.6mm施工した(GL試験片5、GL層全体の厚み1.8mm)。GL試験片5の総括伝熱係数は、比較試験片の1.5倍に向上した。同様に、中間GL層の厚み0.6mmとし、上引きGL層を1.0mmの厚みで施工し、それ以外はGL試験片5と同じ条件としたGL試験片6の総括伝熱係数は、比較試験片の1.3倍に向上した。また、中間GL層として酸化スズを10容量%添加した上引き用ガラスフリットを1.0mmの厚みで施工し、上引きGL層を0.6mmの厚みで施工したGL試験片6の総括伝熱係数は、比較試験片の1.3倍に向上した。 A subbing GL layer was applied with a thickness of 0.2 mm, a glass frit for overcoating to which 30% by volume of magnesium oxide was added as an intermediate GL layer was applied with a thickness of 1.0 mm, and a subbing GL layer was applied with a thickness of 0.6 mm (GL Test piece 5, GL layer thickness 1.8 mm). The overall heat transfer coefficient of the GL test piece 5 was improved to 1.5 times that of the comparative test piece. Similarly, the overall heat transfer coefficient of the GL test piece 6 with the intermediate GL layer thickness of 0.6 mm, the overcoat GL layer with the thickness of 1.0 mm, and the other conditions same as the GL test piece 5 is the comparative test. Improved to 1.3 times that of one piece. In addition, the overall heat transfer coefficient of the GL test piece 6 in which an overcoating glass frit to which 10% by volume of tin oxide is added as an intermediate GL layer was constructed with a thickness of 1.0 mm and an overcoating GL layer was constructed with a thickness of 0.6 mm is It improved 1.3 times compared with the comparative specimen.
第1実施形態のGL試験片4の総括伝熱系係数は、比較試験片の1.8倍に向上した。これらの結果より、中間GL層にフィラーを添加することによっても、十分に熱伝導性を高め得ることが確認された。中間GL層があることで下引きGL層からの泡抜けを抑制しているため、上引きGL層の厚みをコントロールして薄く施工することもできる。 The overall heat transfer system coefficient of the GL test piece 4 of the first embodiment was improved to 1.8 times that of the comparative test piece. From these results, it was confirmed that the thermal conductivity could be sufficiently improved by adding a filler to the intermediate GL layer. Since the presence of the intermediate GL layer suppresses bubble removal from the undercoat GL layer, the thickness of the overcoat GL layer can be controlled to reduce the thickness.
なお、中間GL層に熱導電性フィラーとして金、銀又は白金のような貴金属粉末を添加することも考えられるが、貴金属とGLでは熱膨張係数の差が大きく、両者の親和性も低い。このため、GLのガラスフリット中に5容量%以上30容量%以下という量で添加することは不可能である。さらに、貴金属粉末を添加する場合には、添加量を少量にせざるを得ないため、中間GL層による気泡抑制効果についてもほとんど期待できないと考えられる。その結果、GL層全体として見た場合には、熱伝導率の向上効果がわずかとなってしまう。 Although it may be possible to add a noble metal powder such as gold, silver or platinum as a thermal conductive filler to the intermediate GL layer, there is a large difference in thermal expansion coefficient between the noble metal and GL, and the affinity between the two is low. For this reason, it is impossible to add GL glass frit in an amount of 5% by volume to 30% by volume. Furthermore, when noble metal powder is added, the amount added must be made small, so it is considered that the effect of suppressing bubbles by the intermediate GL layer can hardly be expected. As a result, when viewed as the entire GL layer, the effect of improving the thermal conductivity is negligible.
本発明においては、フィラーを添加した中間GL層を設けることによって、下引GL層から上引きGL層への泡抜けを抑制できる。その結果、通常使用される様々なタイプの上引GL層を施工可能であり、種々のグラスを利用しても熱伝導性を向上させることができる。さらに、泡抜けを抑制することによって上引きGL層の厚みをコントロールして、薄く施工することも可能となる。 In the present invention, by providing an intermediate GL layer to which a filler has been added, it is possible to suppress bubble removal from the undercoat GL layer to the overcoat GL layer. As a result, various types of overcoat GL layers that are normally used can be constructed, and thermal conductivity can be improved even if various glasses are used. Furthermore, it is possible to control the thickness of the overcoat GL layer by suppressing bubble removal and to perform thinning.
なお、上記GL試験片の作製例では、フィラーを中間GL層のみに添加したが、さらに熱伝導性を高めるために、下引きGL層のフリットにフィラーを添加してもよい。 In the above example of producing the GL test piece, the filler is added only to the intermediate GL layer. However, in order to further increase the thermal conductivity, the filler may be added to the frit of the undercoat GL layer.
本発明の熱伝導性GL、熱伝導性GL製構造物及び熱伝導性GLの施工方法は、表層の施工性が良好で、かつ、熱伝導性に優れたGL製品に関する技術として、化学工業等の技術分野において有用である。 The construction method of the heat conductive GL, the structure made of heat conductive GL, and the heat conductive GL of the present invention is a chemical industry, etc., as a technology related to a GL product having good surface layer workability and excellent heat conductivity. It is useful in the technical field.
Claims (5)
下引きグラスライニング層、中間グラスライニング層及び上引きグラスライニング層の三層のグラスライニング層と、
からなるグラスライニングであって、
前記中間グラスライニング層は、
上引きグラスライニング用ガラスフリット及びフィラーを含有しており、かつ、前記下引きグラスライニング層と前記上引きグラスライニング層との間に形成されており、
前記フィラーは、酸化アルミニウム、酸化第二スズ、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素又は窒化ホウ素のいずれか1種以上であり、
前記中間グラスライニング層における前記フィラーの添加量は、上引きグラスライニング用ガラスフリットに対して5容量%以上30容量%以下であり、
前記下引きグラスライニング層及び前記上引きグラスライニング層は、前記フィラーを含有しない、
熱伝導性グラスライニング。 A metal substrate;
Three glass lining layers, an undercoating glass lining layer, an intermediate glass lining layer, and an overcoating glass lining layer;
A glass lining consisting of
The intermediate glass lining layer is
It contains a glass frit for an overcoating glass lining and a filler, and is formed between the undercoating glass lining layer and the overcoating glass lining layer ,
The filler is at least one of aluminum oxide, stannic oxide, magnesium oxide, silicon nitride, silicon carbide, or boron nitride,
The addition amount of the filler in the intermediate glass lining layer is 5% by volume or more and 30% by volume or less with respect to the glass frit for overcoating glass lining,
The undercoating glass lining layer and the overcoating glass lining layer do not contain the filler,
Thermally conductive glass lining.
前記下引きグラスライニング層の厚みが0.1mm以上0.4mm以下であり、
前記中間グラスライニングの厚みが0.1mm以上1.0mm以下である、
請求項1に記載の熱伝導性グラスライニング。 The thickness of the three glass lining layers is 0.6 mm or more and 1.8 mm or less,
The thickness of the undercoat glass lining layer is 0.1 mm or more and 0.4 mm or less,
The thickness of the intermediate glass lining is 0.1 mm or more and 1.0 mm or less,
The thermally conductive glass lining according to claim 1.
フィラーを添加した上引きグラスライニング用ガラスフリットを焼成して、前記下引きグラスライニング層上に中間グラスライニング層を施工する工程と、
フィラーを添加しない上引きグラスライニング用ガラスフリットを焼成して、前記中間グラスライニング層上に上引きグラスライニング層を施工する工程と、
を有し、
前記フィラーは、酸化アルミニウム、酸化第二スズ、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素又は窒化ホウ素のいずれか1種以上であり、
前記中間グラスライニング層における前記フィラーの添加量は、上引きグラスライニング用ガラスフリットに対して5容量%以上30容量%以下である、
ことを特徴とする熱伝導性グラスライニングの施工方法。 Firing a glass frit for undercoating glass lining without adding a filler, and applying an undercoating glass lining layer on a metal substrate;
Firing the glass frit for the overlying glass lining to which the filler has been added, and applying an intermediate glass lining layer on the undercoating glass lining layer;
Firing the glass frit for overcoating glass lining without adding a filler, and applying the overcoating glass lining layer on the intermediate glass lining layer;
I have a,
The filler is at least one of aluminum oxide, stannic oxide, magnesium oxide, silicon nitride, silicon carbide, or boron nitride,
The addition amount of the filler in the intermediate glass lining layer is 5% by volume or more and 30% by volume or less with respect to the glass frit for the overlying glass lining,
The construction method of the heat conductive glass lining characterized by this.
前記中間グラスライニング層を0.1mm以上1.0mm以下の厚みで施工し、
前記下引きグラスライニング層、前記中間グラスライニング層及び前記前記上引きグラスライニング層の厚みの合計を0.6mm以上1.8mm以下とする、請求項4に記載の熱伝導性グラスライニングの施工方法。 Apply the undercoat glass lining layer with a thickness of 0.1 mm or more and 0.4 mm or less,
The intermediate glass lining layer is applied with a thickness of 0.1 mm to 1.0 mm,
The thermal conductive glass lining construction method according to claim 4 , wherein a total thickness of the undercoating glass lining layer, the intermediate glass lining layer, and the overcoating glass lining layer is 0.6 mm or more and 1.8 mm or less.
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