JP3219617B2

JP3219617B2 - セラミックス管の接続構造

Info

Publication number: JP3219617B2
Application number: JP30874794A
Authority: JP
Inventors: 英雄角田; 久隆浦方; 雄一郎北川; 健治梅川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH08164311A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属管板および他のセラ
ミックス管に対するセラミックス管の接続構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、石炭を燃料とする加圧流動床ボイ
ラの開発が進められ、この燃焼ガスでガスタービンの運
転を行なうシステムの検討が行なわれている。この際、
燃焼ガスの脱塵を行なう目的で、高温で機能するセラミ
ックフィルタが必要になる。このガス温度は、８５０℃
以上であり、従来のバグフィルタ等の装置は使用できな
い。そのために、管状のセラミックフィルタの開発が進
められている。セラミックフィルタで最も問題となるの
は、破損である。セラミックは、従来の金属やバグフィ
ルタ材と異なり、柔軟性がなく伸びないため臨界応力を
越えると即時破断する。特に、セラミックスの場合、最
も問題となるのは熱膨張率の異なる金属との接続部、及
び、複数のセラミックス管の接続部である。セラミック
スフィルタ装置においては、エレメント寸法が長尺で、
接続部あるいは、接続部を金属スリーブや接着剤を用い
て拘束した場合、この部分に、熱膨張差による大きな応
力が発生し破損する可能性が高い。セラミックの損傷の
多くが、この接続部の構造不具合によって発生するとい
っても過言ではない。また、このような破損を防止しう
る接続方法は、従来技術には皆無である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のセラミックスフ
ィルタ装置の場合、水平に配置された上下の大きな金属
管板の間に、多数の長尺の管状エレメントが鉛直に設置
される。金属管板は、製造時にすでに歪みを持ってお
り、仮に製造が完璧で歪みが全くないものが製造できた
としても、ボイラ起動時の管板自身の温度差によって大
きな変形を生じる。また、正常運転中も定期的に表面に
ついたダストを取り払うための逆洗が行われ、剛性を高
くした場合でも数ｍｍの変形が生じる。この金属管板の
変形により、金属管板との接続部や、セラミックス管の
接続部には大きな応力が発生し容易に破損する。一般的
に言えば、予想外の大きな応力が発生した場合に、これ
までのような、セラミックスを拘束した構造ではほとん
どの場合破損していた。

【０００４】本発明は上記従来技術の欠点を解消し、セ
ラミックスエレメントの接続相手部材に大変形が生じた
場合においても、脆く破損しやすいセラミックス管に発
生する応力を最小限に止め、破損を防止することのでき
るセラミックス管の接続構造を提供しようとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
したものであって、上下に対向させてそれぞれ水平に配
置された一対の金属管板（１，２）、一対の金属管板の
対向位置にそれぞれ穿設された孔の間に一本若しくは複
数本からなるセラミックス管（３，４）を鉛直に架設し
てなる装置のセラミックス管と金属管板若しくは他のセ
ラミックス管とを連結するセラミックス管の接続構造に
おいて、次の特徴を有するセラミックス管の接続構造に
関するものである。なお、本手段の記述において部材に
付した付番は、手段を理解し易くするためだけに付した
ものであり、これにより本発明の技術的範囲が制約され
るものではない。

【０００６】（１）下方の金属管板（２）に取り付けた
下方金属製管（１７）の上端に設けた環状凹部にパッキ
ン（１９）を介して最下位のセラミックス管（４）の下
端を載せ、下位のセラミックス管の上端に設けた環状凹
部にパッキン（１５）を介して上位のセラミックス管の
下端を載せ、最上位のセラミックス管（３）の上端にパ
ッキン（１４）を介して下端に設けた環状凹部を載せた
短い金属管（１３）を、上方の金属管板（１）に取り付
けた上方金属製管（８）の内側に繊維シール材（１２）
と金属部材（１０）を介して摺動可能に嵌装した。

【０００７】（２）前記（１）項に記載のセラミックス
管の接続構造において、前記パッキン（１５，１９）と
して、スリーブ編み（筒状）としたセラミックス繊維を
押しつぶし、その長手方向の両端をつないでリング状に
縫製し、その外周部に固定紐（１６，２０）を取り付け
たものを使用するようにした。

【０００８】

【作用】本発明の接続構造においては、最上部の繊維シ
ール材と金属部材を介して上方金属製管の内側に摺動可
能に嵌装されている部分より下の部分においては、上位
に配置されているものは下位に配置されているものの上
にパッキンを介して自重のみによって載っている。した
がって相互に拘束状態になっていない。熱膨張によって
上下の金属管板の間隔が開いた場合においても、上記摺
動部が滑るだけで、接続状態は変らない。したがってセ
ラミックス管に過大な応力が生じることがないので、破
損を防ぐことができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る高温フィルタ
装置の部分縦断面図である。図において、１は上方の金
属管板としての上管板、２は下方の金属管板としての下
管板、３は鉛直に配置されている最上位のセラミックス
管としての多孔質の上セラミックス管、４は同じく鉛直
に配置されている最下位のセラミックス管としての多孔
質の下セラミックス管である。これらのセラミックス管
はフィルタエレメントとして作用するものである。５は
上接続部であり、上管板１と上セラミックス管３とを接
続している部分である。６は中間接続部であり、上セラ
ミックス管３と下セラミックス管４とを接続している部
分である。７は下接続部であり、下管板２と下セラミッ
クス管４とを接続している部分である。

【００１０】この装置は、多孔質の上，下セラミックス
管３，４の中にダストを含んだ排ガスを流し、同セラミ
ックス管の外方へ向けて濾過されたガスを通過させて流
すものである。上記各接続部は、上，下セラミックス
３，４に生じる応力を最小限にし、破損を防止するよう
配慮されたものである。

【００１１】図２は図１のＡ部拡大図であり、上接続部
５の一部を示している。図において、１は金属製の上管
板、３は多孔質の上セラミックス管、８はフランジ部と
管状部とからなる上方金属製管としての金属部材、９は
平板状の金属部材、１０は管状の金属部材、１１は金属
部材８，９を上管板１に締結するボルト、１２は金属部
材８の内側に装着されている繊維シール材１２、１３は
同繊維シール材１２の内側に管軸方向に摺動可能に嵌装
されている短い金属管、１４は同短い金属管１３の下端
の環状凹部と上セラミックス管３の上端面との間に介装
されているパッキン材である。このパッキン材は、比較
的直径の小さいセラミックス繊維からなるロープパッキ
ンが用いられている。

【００１２】図３は図１のＢ部の拡大図であり、中間接
続部の一部を示している。図において、３は上セラミッ
クス管、４は下セラミックス管、１５はシートパッキ
ン、１６は固定紐である。この接続構造は、下セラミッ
クス管４の上面を環状凹部すなわち受け皿状に加工し、
この面にシートパッキン１５を置いたものである。この
シートパッキン１５は内径５０ｍｍのスリーブ編み（筒
状）としたセラミックス繊維を偏平に押しつぶし、それ
をその長手方向の両端をつないでリング状に縫製したも
ので、セラミックス管の内径１４０ｍｍ、外径１７０ｍ
ｍに対して、リング状に成形した後のシートパッキン１
５は内径１４０ｍｍ、外径２３０ｍｍとし、これを下セ
ラミックス管４の環状凹部の上に置き、さらに下セラミ
ックス管４を取り巻くような格好でセットした後、パッ
キン外周面に予め縫いつけておいた固定紐１６で下セラ
ミックス管４に縛って固定してある。上セラミックス管
３は、このようにセットしたシートパッキン１５の上に
載せてあるだけである。

【００１３】図４は図１のＣ部の拡大図であり、下接続
部７の一部を示している。図において、２は下方の金属
管板としての下管板、４は前述した下セラミックス管、
１７はフランジ部と短い円筒部とからなる下方金属製管
としての金属部材、１８は同金属部材１７のフランジ部
を下管板２に結合するボルト、１９はシートパッキン、
２０は固定紐である。金属部材１７の上部は図３に示す
下セラミックス管４の上部と同様に環状凹部すなわち受
皿状に加工してあり、そこに装着されているシートパッ
キン１９は図３に示すシートパッキン１５と同じ材質形
状のものであり、同じようにセットされている。下セラ
ミックス管４はシートパッキン１９の上に載せてあるだ
けである。

【００１４】本フィルタ装置が稼働すると高温となり、
セラミックスに比して金属は熱膨張係数が大であること
によってセラミックス管に対して金属部分が伸び、上下
管板１，２はその間隔が離れる。セラミックス管３，４
の合計全長が例えば６．４ｍである場合は、金属容器に
取付けられた上下管板の距離とセラミックス管との伸び
差は数１０ｍｍに達する。図１において、下管板２が固
定され、上管板１が変位するものとして考えると、図２
において、上管板１、金属部材８，９，１０および繊維
シール材１２は上昇し、金属管１３はパッキン材１４を
介して上セラミックス管３上に取り残され、上セラミッ
クス管３はシートパッキン１５を介して下セラミックス
管４上に取り残され、下セラミックス管４はシートパッ
キン１９を介して下管板２に固定している金属部材１７
上に取り残された格好になる。即ち、熱伸び差が生じて
も、繊維シール材１２と金属管１３の間でシール性が保
たれたままで摺動が生じ、金属管１３と上セラミックス
管３、上セラミックス管３と下セラミックス管４、下セ
ラミックス管４と下管板２に固定されている金属部材１
７のそれぞれの間は、上部のものの自重だけでシール性
を保ち、相互位置を保った状態となる。各セラミックス
管３，４を拘束するものは無いので、各セラミックス管
３，４は破損をまぬがれることができる。

【００１５】本実施例のセラミックス管３，４は、相手
部材に対してその上部あるいは下部に置かれたパッキン
１４，１５，１９を介して接続されている。これらのパ
ッキン１４，１５，１９の何れも接続部において、少な
くとも接続部材の一方に対しては接着されておらず、上
方に配置されている部材の自重荷重を圧縮方向に受ける
だけで、拘束荷重は発生しない。もし、地震等の万一予
期し得ない高い応力が金属管板１，２等に発生した場合
にも、接続部の両部材間が開きシール性が低下し、この
部分が安全装置として作用し、ダストリークを起すだけ
であり、応力がセラミックス管３，４に直接加わること
がない。

【００１６】シートパッキン１５，１９の役割は、脆い
セラミックス管３，４を直接硬いものに当てないことに
よる欠け防止、定常運転時の微小な傾きに対応し隙間か
らのダストやガスの漏れを最小限に止めるためのシール
性である。また、パッキン１４，１５，１９の材質は、
セラミックスより柔らかく、使用温度に応じた耐熱性を
有するものであれば良く、例えば、金属パッキン、無機
物を固めたセラミックスパッキン、グラスウールやセラ
ミックス繊維を織って布状にしたシートパッキン、それ
らを編んだロープパッキン、温度が低ければバイトン等
の有機系パッキンでもかまわない。

【００１７】但し、本発明の主たる適用対象である高温
セラミックスフィルタでは、手段の項の（２）に示した
スリーブ状に編んだセラミック繊維を円管状に縫製し、
その外周に固定紐を取り付けたシートパッキンにするこ
とが望ましい。先ず、スリーブ状にすることで内部が中
空なため、中実のロープと比較して、シール高さが一定
の場合、比較的大きな径のものを使用することでシール
面積を大きく取ることが出来る。また、編むことで、織
ったものと比較して、方向性が無くシール性能を一定に
保ちやすく、柔軟性が優れているため低い面圧でも変形
能が大きい特徴がある。尚、シールの対象が、ガスでは
なく、ダストであり、パッキン材は、固定せずフリーで
あるため、逆洗などでの飛散を防止するためには、ガス
フリーでダストシール性が良いものが最適であり、この
観点からも、密度の低いスリーブ編みの方が望ましい。
次に、スリーブ状に編んだセラミック繊維をリング状に
縫製するのは、継ぎ目からのリークを防止するためであ
る。縫製しないと、製品への装着時に一定寸法になりに
くく、シール性が不安定になる。そして、その外周に取
り付ける固定紐は、編みであるため寸法が不安定なシー
トパッキンの径を固定することと、外径側にはみ出させ
たシートパッキンを、対象物に被せ、紐で固定すること
で、装着時の外れを防止する効果がある。

【００１８】以上の様な構造のフィルタ装置にガス温度
８５０℃、ダスト濃度５ｇ／Ｎｍ³の条件で通ガスを行
い５００時間の試験を行なった。その結果、フィルタ出
口のダスト濃度を１０ｍｇ／Ｎｍ³以下の基準に抑える
ことが出来、充分なダストシール性を有することを確認
した。

【００１９】本実施例のシール構造は、高温脱塵ガスフ
ィルタ等、大型で長尺化が必要な部材において、相対的
に金属と比較して低強度のセラミックスを拘束せずシー
ル性を確保できるため、セラミックスで最も問題となる
破損の危険性を減少させることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明のセラミックス管の接続構造にお
いては、下方の金属管板に取り付けた下方金属製管の上
端に設けた環状凹部にパッキンを介して最下位のセラミ
ックス管の下端を載せ、下位のセラミックス管の上端に
設けた環状凹部にパッキンを介して上位のセラミックス
管の下端を載せ、最上位のセラミックス管の上端にパッ
キンを介して下端に設けた環状凹部を載せた短い金属管
を、上方の金属管板に取り付けた上方金属製管の内側に
繊維シール材と金属部材を介して摺動可能に嵌装してあ
るので、セラミックス管に発生する応力を最小限にとど
め、破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る高温フィルタ装置の部
分縦断面図。

【図２】図１のＡ部拡大図。

【図３】図１のＢ部拡大図

【図４】図１のＣ部拡大図。

【符号の説明】

１上管板（上方の金属管板）２下管板（下方の金属管板）３上セラミックス管（多孔質）４下セラミックス管（多孔質）５上接続部６中間接続部７下接続部８金属部材（上方金属製管）９金属部材１０金属部材１１ボルト１２繊維シール材１３金属管１４シートパッキン材１５シートパッキン材１６固定紐１７金属部材（下方金属製管）１８ボルト１９シートパッキン２０固定紐

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅川健治長崎市深堀町５丁目717番地１長菱エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開平６−285320（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 46/24 B01D 39/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上下に対向させてそれぞれ水平に配置さ
れた一対の金属管板、前記一対の金属管板の対向位置に
それぞれ穿設された孔の間に一本若しくは複数本からな
るセラミックス管を鉛直に架設してなる装置のセラミッ
クス管と金属管板若しくは他のセラミックス管とを連結
するセラミックス管の接続構造において、下方の金属管
板に取り付けた下方金属製管の上端に設けた環状凹部に
パッキンを介して最下位のセラミックス管の下端を載
せ、下位のセラミックス管の上端に設けた環状凹部にパ
ッキンを介して上位のセラミックス管の下端を載せ、最
上位のセラミックス管の上端にパッキンを介して下端に
設けた環状凹部を載せた短い金属管を、上方の金属管板
に取り付けた上方金属製管の内側に繊維シール材と金属
部材を介して摺動可能に嵌装したことを特徴とするセラ
ミックス管の接続構造。
【請求項２】前記パッキンとして、スリーブ編み（筒
状）としたセラミックス繊維を押しつぶし、その長手方
向の両端をつないでリング状に縫製し、その外周部に固
定紐を取り付けたものを使用していることを特徴とする
請求項１に記載のセラミックス管の接続構造。