JPH06100304B2

JPH06100304B2 - セラミツク管と金属管板との接合構造

Info

Publication number: JPH06100304B2
Application number: JP61172898A
Authority: JP
Inventors: 紀之織田; 晴生渡辺; 徹雄竹原; 正弘佐竹; 太郎内山; 裕史前野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1986-07-24
Filing date: 1986-07-24
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS6330692A

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、例えばセラミック管を用いた集塵器、熱交換
器などに適用されるセラミック管と金属管板との接合構
造に関するものである。

「従来技術およびその問題点」近年、集塵器のフィルター管として、高温ガスにも適用
できるセラミック管が採用されるようになってきた。し
かしながら、これらのセラミック管の採用に際しては種
々の技術的困難が伴なっている。すなわち、セラミック
管は、金属材料と比較したとき、もろく破損しやすい性
質を有しており、機械的強度や熱的衝撃に弱く、長尺な
ものは採用できない。また、セラミック管と金属部材と
を組付けると、熱膨張差による伸縮が生じセラミック管
に過大な応力が発生して破損することが多い。さらにセ
ラミック管と金属部材との接続に際しては、溶接、ボル
ト締めなどの通常の接続手段を採用することはできな
い。

このようなセラミック管と金属管板との接合構造とし
て、例えば特開昭59−225721号には、一枚の水冷管板の
挿通孔に上下２本のセラミック管の端部をそれぞれ挿通
して接続した構造が示されている。この接合構造では下
のセラミック管に上のセラミック管を載せており、か
つ、各セラミック管と挿通孔との間にセラミックファイ
バーロープなどからなる紐状のシールを巻回し充填して
シールしている。

しかしながら、上記の接合構造においては、上のセラミ
ック管を下のセラミック管で支持しているので、多段構
造になると、下のセラミックに過大な荷重がかかり、破
損しやすくなる。また、上下のセラミック管の端面が接
触しているので、この端面部分も破損しやすい。さら
に、多段構造になると、熱膨張差による伸びが蓄積さ
れ、上にいくほど膨張量が多くなり、継ぎ目位置が管板
の厚み内におさまらなくなることがある。また、集塵装
置における逆洗時には、例えば、管板の下側のセラミッ
ク管の外側空間にパルス的に加圧された逆洗気流を流
し、一方、管板の上側のセラミック管の外側空間には通
常圧のままの除塵された気体が流れている。この場合、
逆洗気流は、その全量がセラミック管壁を通って管内に
流れ出るべきであるが、シール性が上記のごときセラミ
ックファイバーロープなどでは十分とならず、シール部
を通過して逆洗気流が上の通常圧の空間に流失してしま
い、逆洗が十分に行なわれない場合が多かった。

この他、セラミック管の接合構造としては、セラミック
管の外周部に粉体層を充填する方法が公知であるが、こ
れは集塵装置に適用した場合、逆洗時に粉体層が吹き飛
ぶこと、組立が容易でないこと、横置きが困難であるこ
と等の欠点が生じていた。

さらに、本出願人らは、第４図に示すような構造を有す
る接合構造を既に提案している（特願昭60−295684
号）。これは、セラミック管31の外周にキャスタブル32
を環状に配置し、このキャスタブル32の外周に有機ゴム
層33を介在させて金属ホルダー34を装着し、この金属ホ
ルダー34を金属管板35に係合させた構造をなしている。

この接合構造によれば、接合部におけるシールの信頼性
は確保されるが、300℃以上といった高温ガスを処理す
る場合、有機ゴム層の耐熱性の問題から、管板部37に水
冷もしくは空冷といった冷却手段を施さねばならないと
いった欠点があった。

以上述べたように、従来のセラミック管と金属管板との
接合構造においては、接合部に破損のおそれがあった
り、シール性が不充分であったり、高温ガスを処理する
場合に冷却部が必須であったり、あるいはまた接合部の
着脱が不便であったりして、いずれも満足のゆく結果は
得られないものであった。

「発明の目的」本発明の目的は、上記の問題点を解消し、耐熱性に優
れ、必ずしも管板の冷却を必要とせず、着脱が容易で、
シール性、耐久性ともに優れたセラミック管と金属管板
との接合構造を提供することにある。

「発明の概要」本発明によるセラミック管と金属管板との接合構造は、
セラミック管外周部を加熱膨張性マットを介して金属環
にて把持し、該金属環と金属管板とをダストタイトまた
はガスタイトに接続したことを特徴とする。

本発明において、「加熱膨張性マット」とは、加熱膨張
材とセラミックファイバーとを有機結合剤にて結合させ
てなるもので、ある程度加熱されると厚さ方向に例えば
1.5〜３倍程度に膨張し、その後昇降温を繰返しても膨
張状態を維持する特性を有するものを意味する。この場
合、加熱膨張材としては、例えばバーミキュライト、パ
ーライト等の耐熱性無機質材料が用いられ、また、セラ
ミックファイバーとしては、例えばアルミナ、シリカを
主成分とする繊維状の無機質材料が用いられる。なお、
このセラミックファイバーとして、シリカクロスなどを
用いることもでき、その場合、シリカクロスに加熱膨張
材を挟み込んだ構成としてもよい。かかる加熱膨張性マ
ットの具体例としては、例えば「インタラム・マット」
（商品名、住友スリーエム株式会社製）などが挙げられ
る。

本発明は、このような加熱膨張性マットの特性を利用す
るものである。すなわち、セラミック管の外周に上記加
熱膨張性マットを介在させて金属環を装着し、その部位
を加熱膨張性マットが膨張する温度、例えば400℃以上
とすることにより、加熱膨張性マットが膨張してセラミ
ック管をしっかりと把持させることができる。加熱膨張
性マットは、上述したように、ある温度以上で膨張する
と低温になってもその膨張状態を維持するため、充分な
把持力が得られ、良好なシール性をもたらす。また、加
熱膨張性マットは、ある程度の弾性も有しているため、
金属環とセラミック管との間で生じる熱膨張差を吸収す
ることもできる。

また、本発明では、セラミック管を加熱膨張性マットを
介して直接金属管板に接続するのではなく、金属環を介
して金属管板にダストタイトまたはガスタイトに接続す
るようにしたので、金属管板への最終的接合手段とし
て、ねじ締結、荷重による押圧固定などの利用を可能と
し、セラミック管の金属管板への取付け、取外しを容易
とし、組立てや修理における作業がしやすくなる。ま
た、加熱膨張性マットを膨張させるための加熱処理を、
セラミック管に金属環を取付けた状態で装置本体に組込
む前に予め行なうことができ、装置本体にセラミックス
管を組込んだ状態で行なう必要がない。なお、本発明の
接合構造を集塵器に適用する場合には金属環と金属管板
とはダストタイトに接続されればよく、また熱交換器に
適用する場合には、金属環と金属管板とはガスタイトに
接続されればよい。

さらに、本発明の接合構造においては、接合部を構成す
る部材がいずれも充分な耐熱性、耐久性を有する材質で
あるため、例えば500℃以上の高温ガスを処理する装置
に適用した場合でも、接合部を保護するための冷却手
段、例えば水冷管板等を必ずしも必要としない。

このことにより、さらに次のような利点も得られる。す
なわち、従来の接合構造において有機ゴムなどを使用し
た場合には、接合部を保護するために水冷管板の採用が
必要となっていたが、水冷管板を採用した場合、管板部
の缶体は径方向にあまり延びないが、非管板部の缶体は
高温ガスのために径方向にかなり延びる。その結果、缶
体の周壁がゆがんでしまうことがあり、これを防止する
ため、缶体の内壁に断熱材を内張りすることが必要とな
っていた。しかし、水冷管板を使用しなければ、上記の
ような断熱材による内張りは必要なくなることになる。

「発明の実施例」第１図には、本発明の接合構造の一実施例が示されてい
る。

すなわち、セラミック管１の一端外周部に、加熱膨張性
マット２を介して、金属環３が装着されている。そし
て、上記の部分を例えば400℃以上に加熱処理すること
により、加熱膨張性マット２を膨張させてセラミック管
１を把持させている。

金属環３の上部外周にはフランジ3aが形成されており、
このフランジ3aが管板４の挿通孔上縁部に係合し、ガス
ケット５を介してボルト６により締付け固定されてい
る。

なお、セラミック管１の金属環３による把持部位は、上
記実施例においては上端部とされているが、セラミック
管１の上部、中央部あるいは下部のいずれでもよく、ま
た、単一部位で把持しても複数部位で把持してもよい。

また、セラミック管１の外周部および／または金属環３
の内周部に凹凸を複数箇所設け、これによりセラミック
管１の把持力を向上させることもできる。

さらに、上記実施例においては、金属環３と金属管板４
とはガスケット５を介してボルト６にてねじ締結されて
いるが、人間が接近しにくい環境下、例えば原子力用な
どにおいては、重鎮などの手段で荷重をかけることによ
り押えつける構造とすることも可能である。

次に、上記実施例において、実際に接合強度を測定した
結果を述べる。加熱膨張性マット２としては、「インタ
ラム・マット」（商品名、住友スリーエム株式会社製）
を用いた。この加熱膨張性マットは、バーミキューライ
ト、セラミックファイバーおよび有機結合剤よりなり、
400℃以上の温度に保持されると膨張するものである。
また、セラミック管の把持は、初期厚4.9mmの加熱膨張
性マット２を予め3.5mmの厚さまで圧縮しておき、これ
をセラミック管１と金属環３との隙間（3.5mm）につ
め、この部位を550℃にて１時間保持することにより行
なった。なお、セラミック管１の外径は165mm、金属環
３の内径は172mm、接合部長さは30mmである。こうして
得た接合部は、常温で抜去力100Kg以上の充分な把持力
を示し、また、粉塵漏洩率も粒径0.3μｍ以上の粒子で
0.02％以下と良好で充分なシール性を示した。さらに、
これらの性能は、500℃程度の温度域においても同等あ
るいはそれ以上のものが期待できる。

第２図には、セラミック管11の外面側に含塵ガスを導入
しセラミック管11の壁面により濾過を行なってセラミッ
ク管11内部より清浄空気を取出す外面濾過型の集塵装置
に適用された本発明の別の実施例が示されている。

この実施例において、濾筒となるセラミック管11は、一
端が閉塞された円筒状多孔質体からなっている。このセ
ラミック管11は、開口した上端部において、第１図に示
す実施例のものと同様の加熱膨張性マット12を介して金
属環13に把持されている。この金属環13は、その外周部
下端に向かって縮径される円錐部17を有しており、一方
金属管板14は、この円錐部17に適合するように上端に向
って拡径された孔部18を有している。このため、金属環
13と金属管板14とはテーパー嵌合により接合される。

この実施例においては、金属管板14と金属環13との接合
をテーパー嵌合により行なうため、例えば金属環13ある
いは金属管板14に製造誤差が生じたとしても、また、金
属環13と金属管板との間に熱膨張差が生じたとしても、
これらの差異を容易に吸収し、接合部における保持性お
よびシール性は、より確実なものとされている。なお、
金属環13と金属管板14との嵌合をさらに補強したい場合
には、金属環13の上に重鎮を載せてもよく、また金属環
13の上端外周にフランジ（図示せず）を設けてこのフラ
ンジと金属管板14とをボルト締結してもよい。

本発明においては、加熱膨張性マットの耐熱温度が通例
は950℃程度であるため、導入される含塵ガスの温度が
これ以下であれば、金属管板14における冷却構造は不用
となり、構造が単純となるばかりでなく、安全対策上も
冷却停止時を考慮する必要がなくなるものである。さら
に、缶体15は、水冷管板を用いる場合と異なり外部保温
だけで済むため、重量の軽減化が図られる。

第３図には、セラミック管21の内部に含塵ガスを導入し
セラミック管21の壁面により濾過を行なってセラミック
管21外部へと清浄空気を取出す内面濾過型の集塵装置に
適用した本発明のさらに別の実施例が示されている。

この実施例においては、セラミック管21の上端外周部
に、加熱膨張性マット22aを介してフランジ28を備えた
金属環23aが接合されている。この金属環23aには、ベロ
ーズ25の下端フランジ26が取付けられており、さらにこ
のベローズの上端フランジ27は金属管板24aに取付けら
れている。ベローズの上端フランジ27の金属管板24aへ
の取付け方法は、ねじ締結あるいは重鎮による押圧固定
が採用される。

また、セラミック管21の下端部には、加熱膨張性マット
22bを介してエッジ29を備えた金属環23bが接合されてお
り、金属環23bの外周のエッジ部29が金属管板24bに接触
してシールされる。この実施例においては、金属環23b
のエッジ部29と金属管板24bの上表面部とを精密表面加
工することによって良好なシール性を達成することがで
きる。なお、金属管板24bの上部に銅パッキンなどの金
属パッキンを載置してシールすることも可能であり、ま
た、導入されるガス温度の許容範囲であれば無機あるい
は有機系のシール剤を用いて金属管板24bと金属環23bと
を接合してもよいし、さらには管板24bを冷却すればゴ
ムパッキンを介して金属管体24bと金属環23bとを接合す
ることも可能である。

この実施例によれば、前述の実施例と同様に冷却構造を
不用とできるばかりでなく、セラミック管21の半径方向
における熱膨張差を加熱膨張性マット22によって吸収で
き、かつ、軸方向における熱膨張差をベローズ25によっ
て吸収できるため、接合部の信頼性を著しく向上させる
ことができる。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、セラミック管外
周部を加熱膨張性マットを介して金属環にて把持し、こ
の金属環と金属管板とを固定するようにしたので、加熱
膨張性マットの膨張性を利用して金属環によりセラミッ
ク管をしっかりと把持し、良好なシール性を得ることが
できる。また、加熱膨張性マットが耐熱性を有するた
め、冷却構造を必ずしも必要とせず、構造を簡略化する
ことができる。さらに、セラミック管を直接管板に固定
することなく、金属環を介して管板に固定するようにし
たので、組立て、修理の際の着脱操作が容易となる。し
たがって、本発明の接合構造は、例えば高温ガス用のセ
ラミック集塵装置に適用することにより、無冷却で構造
が簡易となり、かつ、接合部の信頼性を格段に向上させ
ることができるとともに、高温ガス用のセラミック熱交
換器などにも同様に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および３図は本発明の接合構造のそれぞ
れ異なる実施例を示す断面図、第４図は本発明に先立っ
て提案された接合構造の一例を示す断面図である。図中、１、11、21はセラミック管、２、12、22a、22bは
加熱膨張性マット、３、13、23a、23bは金属環、４、1
4、24a、24bは金属管板である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐竹正弘東京都千代田区丸の内２丁目１番２号旭硝子株式会社内 (72)発明者内山太郎東京都千代田区丸の内２丁目１番２号旭硝子株式会社内 (72)発明者前野裕史兵庫県高砂市伊保町梅井801番地の６旭硝子株式会社高砂工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック管外周部を加熱膨張性マットを
介して金属環にて把持し、該金属環と金属管板とをダス
トタイトまたはガスタイトに接続したことを特徴とする
セラミック管と金属管板との接合構造。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、金属環と
金属管板とをねじ締結により固定して接続したセラミッ
ク管と金属管板との接合構造。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、金属環と
金属管板とを荷重によって押圧固定して接続したセラミ
ック管と金属管板との接合構造。
【請求項４】特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
れか一において、金属環と金属管板とをテーパー嵌合し
て接続したセラミック管と金属管板との接合構造。
【請求項５】特許請求の範囲第１項において、金属環と
金属管板とをベローズ部を介して接続したセラミック管
と金属管板との接合構造。
【請求項６】特許請求の範囲第１項ないし第５項のいず
れか一において、セラミック管が多孔質フィルターチュ
ーブであるセラミック管と金属管板との接合構造。