JP2007232317A - セラミックス管と管板とのシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材をセラミックス管の中心方向に押圧することによりシール性を高めるとともに、簡単な構成により経済的に実施することができるセラミックス管と管板とのシール構造を提供すること。
【解決手段】管板２の穴部３に、セラミックス管１が挿通する小径部３１と、小径部３１より筒軸端部側に形成された大径部３２と、大径部３２と小径部３１の間に形成されたテーパ部３３とを設けるとともに、セラミックス管１を内挿しかつ前記管板２の大径部３２及びテーパ部３３に嵌合するゴム状弾性体からなるシール部材４と、シール部材４を穴部３内で筒軸端部側から圧縮する突起５１を備えた管板押さえ部材５とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、多管式熱交換器などにおけるセラミックス管と管板とのシール構造に関し、特に、シール部材をセラミックス管の中心方向に押圧することによりシール性を高めるとともに、簡単な構成により経済的に実施することができるセラミックス管と管板とのシール構造に関するものである。

例えば、ガラス製多孔質膜を用いた窒素系ストリッピング装置において、ステンレス等の金属製の管板とガラス製等のセラミックス管とのシール部は、金属とセラミックスの熱膨張率が大きく異なるため、温度変化を受ける場合には、金属とセラミックスの熱膨張差により、漏れを止めることが困難であり、この熱膨張差を吸収するシール構造が求められる。
また、ガラス製等のセラミックス管は、焼成工程等を経て製造されるために、その外形寸法や真円度に製作誤差が生じるので、セラミックス管と金属製の管板の取り付け部には、製作誤差を許容するシール構造が求められる。

ところで、特許文献１には、セラミックス管と金属製の短管とを組み合わせ、セラミックス管と金属製の短管とは突き合あせ方法にてシールをし、金属製の短管と管板とを摺動可能なシール構造として熱膨張差を吸収する構造が記載されている。
しかし、この構造の場合、構造が複雑であり、多数のセラミックス管を管板に取り付ける場合には経済的ではない。
また、通常薄肉であるセラミックス管の真円度が悪い場合には、金属管との突き合あせ接合部において、食い違いによってシールが不完全となる問題点がある。
特開平１０−２５２９７４号公報

本発明は、上記従来のセラミックス管と管板とのシール構造が有する問題点に鑑み、シール部材をセラミックス管の中心方向に押圧することによりシール性を高めるとともに、簡単な構成により経済的に実施することができるセラミックス管と管板とのシール構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のセラミックス管と管板とのシール構造は、管板と、該管板の穴部に挿入されたセラミックス管とのシール構造において、管板の穴部に、セラミックス管が挿通する小径部と、該小径部より筒軸端部側に形成された大径部と、該大径部と小径部の間に形成されたテーパ部とを設けるとともに、セラミックス管を内挿しかつ前記管板の大径部及びテーパ部に嵌合するゴム状弾性体からなるシール部材と、該シール部材を穴部内で筒軸端部側から圧縮する突起を備えた管板押さえ部材とを設けたことを特徴とする。

この場合において、シール部材のテーパ部の角度を、管板のテーパ部の角度より小さく形成することができる。

また、シール部材のセラミックス管の挿入穴を、挿入側が拡開するテーパ状に形成することができる。

また、管板押さえ部材の突起の高さを、３ｍｍ〜１０ｍｍに形成することができる。

また、シール部材の挿入穴に、圧縮時にセラミックス管の端面に当接するリップを周設し、該リップの内径とセラミックス管の内径とを略同径に形成するとともに、管板押さえ部材にほぼ同じ内径の貫通孔を連続するように形成することができる。

また、シール部材の大径部の外径をセラミックス管の外径の１．５倍〜２．５倍とすることができる。

また、小径部の内径を、セラミックス管の外径より２％〜３０％大きく形成することができる。

本発明のセラミックス管と管板とのシール構造によれば、管板と、該管板の穴部に挿入されたセラミックス管とのシール構造において、管板の穴部に、セラミックス管が挿通する小径部と、該小径部より筒軸端部側に形成された大径部と、該大径部と小径部の間に形成されたテーパ部とを設けるとともに、セラミックス管を内挿しかつ前記管板の大径部及びテーパ部に嵌合するゴム状弾性体からなるシール部材と、該シール部材を穴部内で筒軸端部側から圧縮する突起を備えた管板押さえ部材とを設けることから、管板のテーパ部にシール部材を圧着することにより、セラミックス管の中心方向にシール部材を押し付ける力が生まれ、シール部材とセラミックス管の間をシールするとともに、その反発力によりシール部材が管板に押し付けられることとなり、同様にシール部材と管板の間をシールすることになる。
従来では、ゴム状弾性体のシール部材は、ある方向のみより圧力をかけてその弾性力による反発力を利用してシールをするが、このような方法では、ガラス製等のセラミックス管のように管端部の真円度が不十分なものに対しては十分な押付圧力が得られない場合が多く、漏れにつながっていた。
本発明では、テーパ部により押付力を生み出す形にすることにより、より均一な押付力が生み出され、セラミックス管と管板を漏れなくシールすることができ、さらに、管板、管板押さえ部材及びシール部材による簡単な構成としたので、経済的なシールが可能となった。

また、シール部材のテーパ部の角度を、管板のテーパ部の角度より小さく形成することにより、押し付けた場合にシール部材の径の小さい先端側よりまず管板のテーパ部に接し中心方向の力を確実に生み出す構造とし、最終的な位置に於いて管板のテーパ部に沿った形で、セラミックス管に対しても管板に対しても十分な押付圧力が生まれ、漏れなくシールできるようになる。

また、シール部材のセラミックス管の挿入穴を、挿入側が拡開するテーパ状に形成することにより、セラミックス管の製作公差を吸収するとともに、セラミックス管をシール部材に正規の位置まで差し込むことが容易となり、シール部材とセラミックス管とのシールが確実に行えるようになる。

また、管板押さえ部材の突起の高さを、３ｍｍ〜１０ｍｍに形成することにより、管板の穴部へのシール部材の装着を容易にするとともに、シール部材をこの穴部と管板押さえ部材の突起とにより構成される空間に密閉することにより、より的確にシール部材に対して圧着力をかけてシールを確実にすることができる。
もし、突起がない平板状の管板押さえ部材でシール部材を押さえようとする場合は、圧着力を生み出すために、シール部材を管板より突出させた形で保持した上で平板の管板押さえ部材を設置する形となる。この場合は、シール部材を押さえつける圧力は、管板と管
板押さえ部材の間の水平方向にもシール部材をはみ出させる力として働き、シール部材の圧力がそちらに逃げてしまい確実なシールとならない。

また、シール部材の挿入穴に、圧縮時にセラミックス管の端面に当接するリップを周設し、該リップの内径とセラミックス管の内径とを略同径に形成するとともに、管板押さえ部材にほぼ同じ内径の貫通孔を連続するように形成することにより、セラミックス管が途切れる部分をこのリップで埋め、セラミックス管から管板押さえ部材までを均一な内径とし、水平設置の場合の微少な液だまりをなくすことができる。

また、シール部材の大径部の外径をセラミックス管の外径の１．５倍〜２．５倍とすることにより、金属とセラミックスの熱膨張差やセラミックス管の製作公差を吸収するとともに、ゴムの弾力性を生かして良好なシールが可能となる。

また、小径部の内径を、セラミックス管の外径より２％〜３０％大きく形成することにより、熱膨張差や温度による膨張などでシール部材に働く余分な圧力を逃がすことができ、過大な圧力によるセラミックス管の破損を防ぐことができる。

以下、本発明のセラミックス管と管板とのシール構造の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明のセラミックス管と管板とのシール構造の一実施例を示す。
このセラミックス管と管板とのシール構造は、例えば、ガラス製等の複数のセラミックス管１と、各セラミックス管１の端部を止める管板２と、セラミックス管１の外周を区画するシェル（図示省略）とで構成される多管式熱交換器等において、前記管板２と、該管板２の穴部３に挿入されたセラミックス管１とをシールするものである。
そして、このセラミックス管と管板とのシール構造は、管板２の穴部３に、セラミックス管１が挿通する小径部３１と、該小径部３１より筒軸端部側に形成された大径部３２と、該大径部３２と小径部３１の間に形成されたテーパ部３３とを設けるとともに、セラミックス管１を内挿しかつ前記管板２の大径部３２及びテーパ部３３に嵌合するゴム状弾性体からなるシール部材４と、該シール部材４を穴部３内で筒軸端部側から圧縮する突起５１を備えた管板押さえ部材５とを設けるようにしている。

管板２は、複数の円形の穴部３を有し、各穴部３は、セラミックス管１が挿通する小径部３１と、該小径部３１より筒軸端部側に形成された大径部３２と、該大径部３２と小径部３１の間に形成されたテーパ部３３とを備えている。
小径部３１の内径Ｄ１は、セラミックス管１の外径Ｄ２より２％〜３０％大きく形成することができ、これにより、温度による膨張などでシール部材４に働く余分な圧力を逃がすことができる。

管板押さえ部材５は、管板２に重合することにより、シール部材４を介してセラミックス管１を固定する板状のものからなり、管板２の穴部３に挿入してシール部材４を押圧する突起５１を複数備えている。
突起５１の先端には、小径の凸部５２が形成されており、シール部材４の上面の凹部４１に位置決め嵌合する。
管板押さえ部材５は、突起５１の高さＬ１を３ｍｍ〜１０ｍｍに形成することにより、突起５１が穴部３内でシール部材４に当接してから最終位置に行くまでに、数ｍｍ程度の圧縮代Ｌ２を設けている。
なお、管板押さえ部材５は、特に限定させるものではないが、図３に示すように、その
外周部をクランプ部材６により固定することにより、管板２に対して押圧されるようにする。

シール部材４は、有機ゴム系の穴あき円錐状のものからなり、管板２の大径部３２に嵌合する大径部４２と、管板２のテーパ部３３に嵌合するテーパ部４３とを備えており、シール部材４の大径部４２の外径Ｄ３は、セラミックス管１の外径Ｄ２の１．５倍〜２．５倍とされている。
また、シール部材４のテーパ部４３の角度θ１は、管板２のテーパ部３３の角度θ２より小さく形成されている。より具体的には、本実施例では、シール部材４のテーパ部４３の角度を３３°、管板２のテーパ部３３の角度を４２°とし、両者に９°の差を設けるようにしているが、これらの角度は上記の値に限定されず、±５°程度の範囲、すなわち、シール部材４のテーパ部４３の角度を３０〜４０°程度、管板２のテーパ部３３の角度を４０〜５０°程度とし、両者に５〜１５°の差を設けるように設定することができる。
また、シール部材４のセラミックス管１の挿入穴４４は、平行筒状か、挿入側が拡開するテーパ状に形成することができる。テーパ状に形成する場合は、１５°以下のテーパ角θ３を付けることができる。より具体的には、本実施例では、テーパ角θ３を７°に設定するようにしている。
また、挿入穴４４には、圧縮時にセラミックス管１の端面に当接するリップ４５が周設されており、該リップ４５の内径とセラミックス管１の内径とが略同径に形成されるとともに、管板押さえ部材５にも、ほぼ同じ内径の貫通孔５３が連続するように形成されている。
なお、リップ４５は、その軸方向の厚みＬ３が１ｍｍ〜３ｍｍの範囲で均一に形成されている。

かくして、本実施例のセラミックス管と管板とのシール構造によれば、管板２と、該管板２の穴部３に挿入されたセラミックス管とのシール構造において、管板２の穴部３に、セラミックス管１が挿通する小径部３１と、該小径部３１より筒軸端部側に形成された大径部３２と、該大径部３２と小径部３１の間に形成されたテーパ部３３とを設けるとともに、セラミックス管１を内挿しかつ前記管板２の大径部３２及びテーパ部３３に嵌合するゴム状弾性体からなるシール部材４と、該シール部材４を穴部３内で筒軸端部側から圧縮する突起５１を備えた管板押さえ部材５とを設けることから、管板２のテーパ部３３にシール部材４を圧着することにより、セラミックス管１の中心方向にシール部材４を押し付ける力が生まれ、シール部材４とセラミックス管１の間をシールするとともに、その反発力によりシール部材４が管板２に押し付けられることとなり、同様にシール部材４と管板２の間をシールすることになる。
従来では、ゴム状弾性体のシール部材は、ある方向のみより圧力をかけてその弾性力による反発力を利用してシールをするが、このような方法では、ガラス製等のセラミックス管のように管端部の真円度が不十分なものに対しては十分な押付圧力が得られない場合が多く、漏れにつながっていた。
本実施例では、テーパ部３３、４３により押付力を生み出す形にすることにより、より均一な押付力が生み出され、セラミックス管１と管板２を漏れなくシールすることができ、さらに、管板２、管板押さえ部材５及びシール部材４による簡単な構成としたので、経済的なシールが可能となった。

この場合、シール部材４のテーパ部４３の角度を、管板２のテーパ部３３の角度より小さく形成することにより、押し付けた場合にシール部材４の径の小さい先端側よりまず管板２のテーパ部３３に接し中心方向の力を確実に生み出す構造とし、最終的な位置に於いて管板２のテーパ部３３に沿った形で、セラミックス管１に対しても管板２に対しても十分な押付圧力が生まれ、漏れなくシールできるようになる。

また、シール部材４のセラミックス管１の挿入穴４４を、挿入側が拡開するテーパ状に形成することにより、セラミックス管１の製作公差を吸収するとともに、セラミックス管１をシール部材４に正規の位置まで差し込むことが容易となり、シール部材４とセラミックス管１とのシールが確実に行えるようになる。

また、管板押さえ部材５の突起５１の高さＬ１を、３ｍｍ〜１０ｍｍに形成することにより、管板２の穴部３へのシール部材４の装着を容易にするとともに、シール部材４をこの穴部３と管板押さえ部材５の突起５１とにより構成される空間に密閉することにより、より的確にシール部材４に対して圧着力をかけてシールを確実にすることができる。
もし、突起がない平板状の管板押さえ部材でシール部材を押さえようとする場合は、圧着力を生み出すために、シール部材を管板より突出させた形で保持した上で平板の管板押さえ部材を設置する形となる。この場合は、シール部材を押さえつける圧力は、管板と管板押さえ部材の間の水平方向にもシール部材をはみ出させる力として働き、シール部材の圧力がそちらに逃げてしまい確実なシールとならない。

また、シール部材４の挿入穴４４に、圧縮時にセラミックス管１の端面に当接するリップ４５を周設し、該リップ４５の内径とセラミックス管１の内径とを略同径に形成するとともに、管板押さえ部材５にほぼ同じ内径の貫通孔５３を連続するように形成することにより、セラミックス管１が途切れる部分をこのリップ４５で埋め、セラミックス管１から管板押さえ部材５までを均一な内径とし、水平設置の場合の微少な液だまりをなくすことができる。

また、シール部材４の大径部４２の外径Ｄ３をセラミックス管１の外径Ｄ２の１．５倍〜２．５倍とすることにより、金属とセラミックスの熱膨張差やセラミックス管１の製作公差を吸収するとともに、ゴムの弾力性を生かして良好なシールが可能となる。

また、小径部３１の内径Ｄ１を、セラミックス管１の外径Ｄ２より２％〜３０％大きく形成することにより、熱膨張差や温度による膨張などでシール部材４に働く余分な圧力を逃がすことができ、過大な圧力によるセラミックス管１の破損を防ぐことができる。

以上、本発明のセラミックス管と管板とのシール構造について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

以上、本発明のセラミックス管と管板とのシール構造は、シール部材をセラミックス管の中心方向に押圧することによりシール性を高めるとともに、簡単な構成により経済的に実施することができるという特性を有していることから、例えば、医薬品工業、食品工業、化学工業等において用いられるストリッピング装置、熱交換器 フィルタ等の用途に好適に用いることができる。

本発明のセラミックス管と管板とのシール構造の一実施例を示し、（ａ）は圧縮前の断面図、（ｂ）は圧縮後の断面図である。 同セラミックス管と管板とのシール構造を示す分解図である。 本発明のセラミックス管と管板とのシール構造を適用した窒素系ストリッピング装置の一例を示し、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ セラミックス管
２ 管板
３ 穴部
３１ 小径部
３２ 大径部
３３ テーパ部
４ シール部材
４１ 凹部
４２ 大径部
４３ テーパ部
４４ 挿入穴
４５ リップ
５ 管板押さえ部材
５１ 突起
５２ 凸部
５３ 貫通孔
６ クランプ部材

Claims (7)

1. 管板と、該管板の穴部に挿入されたセラミックス管とのシール構造において、管板の穴部に、セラミックス管が挿通する小径部と、該小径部より筒軸端部側に形成された大径部と、該大径部と小径部の間に形成されたテーパ部とを設けるとともに、セラミックス管を内挿しかつ前記管板の大径部及びテーパ部に嵌合するゴム状弾性体からなるシール部材と、該シール部材を穴部内で筒軸端部側から圧縮する突起を備えた管板押さえ部材とを設けたことを特徴とするセラミックス管と管板とのシール構造。
2. シール部材のテーパ部の角度を、管板のテーパ部の角度より小さく形成したことを特徴とする請求項１記載のセラミックス管と管板とのシール構造。
3. シール部材のセラミックス管の挿入穴を、挿入側が拡開するテーパ状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックス管と管板とのシール構造。
4. 管板押さえ部材の突起の高さを、３ｍｍ〜１０ｍｍに形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載のセラミックス管と管板とのシール構造。
5. シール部材の挿入穴に、圧縮時にセラミックス管の端面に当接するリップを周設し、該リップの内径とセラミックス管の内径とを略同径に形成するとともに、管板押さえ部材にほぼ同じ内径の貫通孔を連続するように形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のセラミックス管と管板とのシール構造。
6. シール部材の大径部の外径をセラミックス管の外径の１．５倍〜２．５倍としたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のセラミックス管と管板とのシール構造。
7. 小径部の内径を、セラミックス管の外径より２％〜３０％大きく形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のセラミックス管と管板とのシール構造。

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