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Description
本発明の第一の局面によれば、この目的は、第一収縮リングによって収縮フィットされた(shrink fitted)第一部分を含むデバイスによって達成される。上記第一収縮リングは、それ自体が、少なくとも20℃〜1000℃の間において上記第一収縮リングの熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を示す第二収縮リングによって収縮フィットされている。ここで、収縮リングは、内側部品に収縮フィットされた外側部品である。
第一部分が、20〜1000℃の間で、10・10−6K−1未満の、8・10−6K−1未満の、6・10−6K−1未満の、またはさらには5・10−6K−1未満すらの熱膨張係数を示す材料から作られる。
1) 第一収縮リングを第一部分に収縮フィットさせること、
2) 第二収縮リングを第一収縮リングに収縮フィットさせること、ここで上記第二収縮リングは、第一収縮リングの熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を示す材料で作られている、
3) 段階1)または2)とは独立して、好ましくは段階2)の後に、第二部分を第一収縮リングに取り付けること
を含む。
第一収縮リングの第一部分へのフィッティングは、慣用的には、高い温度に加熱された第一収縮リングと第一部分の対応する円筒状部分を軸方向に配列し、次いで、第一収縮リングを第一部分に収縮フィットさせるために第一収縮リングを第一部分に関して軸方向に動かすことから成る。
本発明者らは、第一収縮リングが第一部分にフィットされるとき、第一収縮リングから第一部分の方へ物質が移動し得ることを見出した。特に、第一収縮リングからのニッケルが、第一部分の炭化ケイ素の方へ移動し得、その結果、第一部分に応力の部分を生じ、それが、温度変化中に破損を生じ得ることを見出した。
a1)上記基体に、好ましくは環境温度で、上記少なくとも1のセラミック酸化物を含む、好ましくは上記少なくとも1のセラミック酸化物で構成された粒子を施与すること、
b1)上記少なくとも1のセラミック酸化物から成るコーティングおよび上記基体と上記コーティングとの間の遷移部でのシリカを含む遷移層を形成するように、上記少なくとも1のセラミック酸化物を上記基体のケイ素と反応させるために適切な条件下で上記基体を熱処理すること、
c1)任意的に、上記コーティングの外表面で、コンプライアント(compliant)物質の層を施与すること、上記コンプライアント物質は、下記に述べる本発明の第11局面に従う、
d1)任意的に、第一収縮リングが、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、上記コーティングを覆うように上記収縮リングをフィットさせること
を含む。
a2)上記基体の少なくとも表面で、上記表面上にシリカを形成するように、例えば酸化雰囲気下での熱処理によって、上記ケイ素化合物を酸化すること、
b2)上記基体に、好ましくは環境温度で、上記少なくとも1のセラミック酸化物を含む、好ましくは上記少なくとも1のセラミック酸化物で構成された粒子を施与すること、
c2)上記基体を、上記少なくとも1のセラミック酸化物から成るコーティングおよび上記基体と上記コーティングとの間の遷移部でのシリカを含む遷移層を形成するように、上記少なくとも1のセラミック酸化物を上記シリカと反応させるために適切な条件下で上記基体を熱処理すること、
d2)任意的に、上記コーティングの外表面で、コンプライアント物質の層を施与すること、上記コンプライアント物質は、下記に述べる本発明の第11局面に従う、
e2)任意的に、第一収縮リングが、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、上記コーティングを覆うように上記収縮リングをフィットさせること
を含む。
a3)上記基体の表面でケイ素の層を、好ましくはプラズマ噴霧によって、沈着させること、
b3)上記ケイ素の層に、好ましくは環境温度で、上記少なくとも1のセラミック酸化物を含む、好ましくは上記少なくとも1のセラミック酸化物で構成された粒子を施与すること、
c3)任意的に、上記少なくとも1のセラミック酸化物から成るコーティングおよび上記基体と上記コーティングとの間の遷移部でのシリカを含む遷移層を形成するように、上記少なくとも1のセラミック酸化物を上記基体のケイ素と反応させるために上記基体を熱処理すること、
d3)任意的に、上記コーティングの外表面で、コンプライアント物質の層を施与すること、上記コンプライアント物質は、下記に述べる本発明の第11局面に従う、
e3)任意的に、第一収縮リングが、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、上記コーティングを覆うように上記収縮リングをフィットさせること
を含む。
第6局面によれば、本発明はまた、ケイ素化合物に基づく物質で作られた基体および少なくとも1のセラミック酸化物を含むコーティング材料からなるコーティング、上記基体とコーティングとの間に延在する、シリカを含む遷移層を含む「コーティングされた部分」に関する。
遷移層が、0.1μmより大きくおよび/または20μm未満である厚さを示す。
第一収縮リングがそれ自体、第二収縮リングによって収縮フィットされる。
したがって、第7局面によれば、本発明はまた、第一部分、特にセラミック物質で作られたもの、が第一収縮リングによって収縮フィットされる方法に関し、上記方法では、第一収縮リングを第一部分にフィットさせる前に、第一部分よりも小さい熱伝導度および/または大きい熱拡散率を示す材料で作られたコーティングが、第一部分および/または第一収縮リングに施与される。
また、本発明者らは試験中に、セラミックチューブを金属チューブに、本発明の第一局面にしたがって記載したように、1以上の収縮リングによって連結することがセラミックチューブに破損を招き得ることを見出した。
本発明の第一局面に従うデバイスの1実施態様では、第二部分が、溶接またはろう付けによって第一収縮リングに取り付けられる。これは、この種の連結が有利に機械的に耐性で耐久性があるからである。しかし、本発明者らは、第一部分がセラミック物質で作られているとき、第二部分の取り付け中に破損するかもしれないことを見出した。
本発明者らはまた、本発明の第1局面に従うデバイスの寿命を長くすることを追求した。
洗浄操作中、エチレン製造装置のチューブ内の圧力は、かなり増加され得、典型的には数バールに達し得る。熱サイクル中、収縮リングによる連結の漏れ止め性はまた、900℃より高い、さらには1000℃より高くすらある温度で、反応性混合物の圧力、典型的には2.5バールより大きい圧力の挑戦を受け得る。
a)第一表面および第二表面の少なくとも一方が、上述したコンプライアント物質の前駆体によって被覆される、
b)第一表面が、5MPaより大きい圧力で第二表面に対して押圧される、および
c)好ましくは段階b)と同時に、接触した上記第一および第二表面が150℃より高い温度に加熱される。
ケイ素化合物に基づく物質から成るチューブが本発明の第6局面に従うコーティングされた部分を構成するおよび/または
ケイ素化合物に基づく物質から成るチューブまたはケイ素化合物に基づく物質から成るチューブにフィットされた第一収縮リングが、本発明の第11局面に従うデバイスの第一部材を構成するおよび/または
ケイ素化合物に基づく物質から成るチューブ、ケイ素化合物に基づく物質から成るチューブにフィットされた第一収縮リング、第一収縮リングにフィットされた第二収縮リングおよび金属チューブがそれぞれ、本発明の第11局面に従うデバイスの第一部材、第二部材、第三部材および第四部材を構成する。
本発明者らはまた、特にエチレン製造炉のような環境において、本発明に従う連結デバイスのセラミックチューブと金属チューブとの連結の質を改善することを追求した。すなわち、本発明者らは、特に有利な調整を見出した。
ED42が第一収縮リングの外径を示し、
ID42が第一収縮リングの内径を示し、
ID42が第二収縮リングの内径を示し、
Δ1が100*(ED−ID42)/ED比を示し、
Δ2が100*(ED42−ID44)/ED42比を示し、
測定の全てが20℃で行われるとき、
Δ1および/またはΔ2、好ましくはΔ1およびΔ2は、0.00以上および/または0.25未満であり、さらには0.20以下ですらある。
好ましくは、Δ1が0.05以上である。
図1は、エチレン製造装置を模式的に示す。
図2は、連結の前後における収縮リングと収縮フィットされた部分の横断面図を示す。
図3は、本発明の好ましい実施態様に従うデバイスを、縦に2等分する平面で切断した透視図を示す。
図4〜6は、図3において示されたデバイスの互いの接合のために使用されるプロセスの種々の段階を示す。
図7は、本発明に従うデバイスの別の形態を示す。
種々の図において、同一の参照記号は、同一または類似の部材を示すために使用される。
第一収縮リング42は、円形断面および約50mmの長さL46の円筒状スリーブ46の形状を示し、それはフランジ48によって上方に延在している。
a1)上記少なくとも1のセラミック酸化物を含む、好ましくは上記酸化物から成る粒子を上記基体に、好ましくは環境温度で、施与すること、
b1)上記少なくとも1のセラミック酸化物をシリカを形成するように基体のケイ素と反応させるために適切な条件下で上記基体を熱処理すること、
を含む。
a2)少なくとも上記基体の表面でケイ素化合物を、例えば酸化雰囲気下での熱処理によって、シリカを形成するように酸化すること、
b2)上記基体に、好ましくは環境温度で、上記少なくとも1のセラミック酸化物を含む、好ましくは上記酸化物から成る、粒子を施与すること、
c2)上記基体を、少なくとも1のセラミック酸化物を上記シリカと反応させるのに適する条件下で熱処理すること
を含む。
a3)基体の表面で、好ましくはプラズマ噴霧によって、ケイ素層を沈着させること、
b3)上記ケイ素層に、好ましくは環境温度で、少なくとも1のセラミック酸化物を含む、好ましくは上記酸化物から成る粒子を施与すること、
c3)任意的に、上記少なくとも1のセラミック酸化物を、シリカを形成するように基体のケイ素と反応させるために上記基体を熱処理すること、
を含む。
EDが、セラミックチューブ22、コーティング32およびコンプライアント物質の層50によって形成されたアッセンブリの外径を示し、
ED42が第一収縮リング42の外径を示し、
ID42が第一収縮リング42の内径を示し、
ID42が第二収縮リング44の内径を示し、
Δ1が100*(ED−ID42)/ED比を示し、
Δ2が100*(ED42−ID44)/ED42比を示し、
測定の全てが20℃で行われるとき、
Δ1およびΔ2の下記値の組み合わせは、特に信頼性のあるフィッティングをもたらした。
10 炉
12 チューブ
13 バーナー
14 供給手段
22 セラミックチューブ
26 金属チューブ
32 コーティング
36 金属チューブの環状表面
38 セラミックチューブの下方端
40 スカート
42 第一収縮リング
44 第二収縮リング
46 スリーブ
48 フランジ
50 コンプライアント物質の層
52 第一収縮リングの下方端
60 溶接ビード
64 第二収縮リングの下方端
Claims (36)
- 第一収縮リング(42)によって収縮フィットされた第一部分(22)を含むデバイスであって、該第一収縮リングは、それ自体が、該第一収縮リングの熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を示す第二収縮リング(44)によって収縮フィットされている、ここで収縮リングは、内側部品に収縮フィットされる外側部品である、ところのデバイス。
- 第一部分が、20〜1000℃において10・10−6K−1未満の熱膨張係数を示す材料で作られている、請求項1記載のデバイス。
- 第一部分が、150GPaより大きい弾性率を示す材料で作られている、請求項1または2記載のデバイス。
- 第一部分がセラミック物質またはビトロセラミック物質を含む、請求項1〜3のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一部分の材料中の炭化ケイ素の量が80重量%より多い、請求項1〜4のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一部分の材料が、5%未満の総多孔度を示す、請求項1〜5のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一収縮リングが、20〜1000℃において25・10−6K−1未満かつ10・10−6K−1超の熱膨張係数を示す材料で作られている、請求項1〜6のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一部分の材料の熱膨張係数に対する第一収縮リングの材料の熱膨張係数の比が、20〜1000℃の温度で、2.5より大きい、請求項1〜7のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二収縮リングが、20〜1000℃において4・10−6K−1より大きい熱膨張係数を示す材料で作られている、請求項1〜8のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二収縮リングの材料の熱膨張係数に対する第一収縮リングの材料の熱膨張係数の比が、20〜1000℃において、1.2より大きい、請求項1〜9のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二収縮リングの材料が、80重量%より多いニオブ含量を示す、請求項1〜10のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二収縮リングの材料が、5重量%より多いハフニウム含量を示す、請求項1〜11のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二収縮リングの材料が、0.5重量%より多いチタン含量を示す、請求項1〜12のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一収縮リングが、1mm超かつ5mm未満の厚さを示し、および/または第二収縮リングが5mm超かつ13mm未満の厚さを示す、請求項1〜13のいずれか1項記載のデバイス。
- 10・10−6K−1より大きい熱膨張係数を示す第二部分(26)が第一収縮リングに取り付けられている、請求項1〜14のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二部分が、第一収縮リングと実質的に同一である熱膨張係数および/または化学組成を示す材料で作られている、請求項1〜15のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一部分および/または第二部分が、チューブおよび中実の棒から選択される、請求項1〜16のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一部分がセラミックチューブである、請求項1〜17のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一部分がセラミックチューブであり、第二部分が金属チューブである、請求項18記載のデバイス。
- 少なくとも1のセラミック酸化物を含むコーティング材料で作られたコーティング(32)が、第一収縮リングと第一部分との間の接触領域の少なくとも一部を規定する、請求項1〜19のいずれか1項記載のデバイス。
- コーティング材料の熱伝導度に対する第一部分(22)の材料の熱伝導度の比が10より大きい、請求項1〜20のいずれか1項記載のデバイス。
- コーティング材料が、任意的にドープされたジルコニア、菫青石、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウムおよびこれらの物質の混合物によって形成される群から選択される少なくとも1のセラミック酸化物を50%より多く含む、請求項20または21記載のデバイス。
- 第一部分とコーティングとの間に、シリカを含む遷移層が延在している、請求項20〜22のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一収縮リングがそれに対してフィットされているところの第一部分の円筒状部分の軸方向端の端(38)、第一収縮リングの軸方向端の端(52)および第二収縮リングの軸方向端の端(64)が、1つの同じ横断面(P1)に属している、請求項1〜23のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二部分(26)が第一収縮リングに取り付けられており、第一収縮リングと第二部分との間の接合領域が、第一部分から少なくとも1mm離れている任意の点にある、請求項1〜24のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二部分が第一収縮リングのフランジ(48)に溶接されかつ、第一収縮リングと相互作用して、第二収縮リングがその中に収容されるところのチャンバー(62)を規定するように形作られている、請求項1〜25のいずれか1項記載のデバイス。
- 該チャンバーが気密である、請求項26記載のデバイス。
- 銀および/または金ならびに少なくとも0.5%のパラジウムを含む合金で構成されたコンプライアント物質の層(50)が、第一収縮リングと第二収縮リングとの間および/または第一部分と第一収縮リングとの間に延在している、請求項1〜27のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一収縮リングが、1mm超かつ5mm未満の厚さを示し、第二収縮リングが3mm超かつ15mm未満の厚さを示す、請求項1〜28のいずれか1項記載のデバイス。
- 第二収縮リングが5mm超かつ13mm未満の厚さを示す、請求項1〜29のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一収縮リングおよび/または第二収縮リングが40mm超かつ150mm未満の長さにわたって延在している、請求項1〜30のいずれか1項記載のデバイス。
- 第一収縮リングおよび第二収縮リングが環状形状を示す、請求項1〜31のいずれか1項記載のデバイス。
- その両端の少なくとも一方によって金属チューブに取り付けられた、炭化ケイ素で作られた少なくとも1のチューブを含み、炭化ケイ素で作られた該チューブおよび金属チューブがそれぞれ、請求項1〜32のいずれか1項記載のデバイスの第一部分および第二部分を構成する、炉、ボイラー、過熱器、蒸気発生器、化学反応器および熱交換器から選択される設備。
- 請求項33記載の設備を蒸気クラッキング装置において使用する方法。
- 請求項33記載の設備を、廃棄物を回収するための装置において使用する方法。
- 廃棄物を回収するための装置が家庭ごみ焼却炉である、請求項35に記載の方法。
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