JPH0718666B2 - 管板と管との連結構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高温ガス用の集塵装置や高温ガス用の熱交換
器などに好適に採用できるセラミック管と管板との連結
構造に関する。

［従来の技術］ 熱交換器などにおいて金属製伝熱管と金属製管板とを気
密に連結する手段としては、両者を直接溶接するものや
拡管によるものなどが知られている。しかしこのような
金属製管板と金属製伝熱管とを溶接した連結構造にあっ
ては、金属製伝熱管の耐熱性・耐食性に限度があってよ
り高温のガスには適用できないし、また両者の熱膨張差
などによる応力により溶接部分が損傷を受けるなどの問
題があった。

また金属製管板と金属製伝熱管とを連結するにあたり、
熱膨張差などによる伸縮を吸収しながら気密なシールを
確保する手段として金属製の各種のベローズが従来より
使用されている。すなわちベローズの一端を金属製管板
に、他端を金属製伝熱管にそれぞれ溶接するものであ
る。

しかし、金属製伝熱管に代えてセラミック伝熱管を採用
し、より高温のガスを処理しようとすると、もはやベロ
ーズの耐熱性が不足して使用できないし、ベローズとセ
ラミック伝熱管の溶接も事実上困難である。ましてや、
セラミック伝熱管と金属製管板との直接の溶接もしくは
接着は至難である上に、仮に可能であったとしても両者
間に作用する熱応力などにより、接合部分もしくはセラ
ミック伝熱管が破損してしまう。セラミック伝熱管では
拡管による方法が採用できないことはいうまでもない。

そこで熱膨張を逃がしつつ、セラミック伝熱管と管板と
を連結する構造として、本発明者らはさきに特開昭58−
210489において、セラミッククロスなどの柔軟材とケイ
砂などの微細粒子体を用いる構造を提案した。この構造
はそれなりの機能を示すものであるが、熱膨張・熱収縮
の反復などによる摺動回数が多い場合には微細粒子体が
落下したりして、シール性が必ずしも充分ではなく、あ
るいは伝熱管の方向が上下方向に限定されるものであっ
た。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は、従来技術のこのような問題点を解決した新規
なセラミック管と管板との連結構造を提供するにある。

すなわち本発明によれば、高温のガスを処理することが
でき、かつ、反復しての膨張収縮を耐久性よく吸収しつ
つ、充分な気密シール性を維持確保されたセラミック管
と管板との連結構造が提供される。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は前述のような問題点を解決すべくなされたもの
であり、管板でセラミック管を保持するにあたり、ベロ
ーズを用い、かつ、そのセット方法を工夫するととも
に、管板を冷却媒体で冷却することにより、セラミック
管の内外を流れる流体の有効かつ寿命の長いシール機構
を提供するものである。

本発明は、管板の保持孔にセラミック管を挿通しまたは
臨ませてなる管板と管との連結構造であって、ベローズ
を設け、該ベローズの一端は該管板に対して固定され、
該ベローズの他端は該管に連接されてなり、該管板は冷
却媒体で冷却されており、該ベローズは該保持孔の内周
に面しており、かつ該ベローズの内側には断熱層が形成
されていることを特徴とする管板と管との連結構造であ
る。

本発明によれば、ベローズの一端が管板に固定され、ベ
ローズの他端が管板に連接されている。なお本発明にお
いて「ＡがＢに連接されている」とは「ＡとＢとが同様
に変位するように間接的に接続されている」という概念
を包含する。したがって管と管板との熱膨張差あるいは
その他の要因により、管と管板との相対的位置関係が、
管の軸方向および軸に直角の方向のいずれに移動または
変動しても、あるいはこうした移動・変動が反復して起
きても、管と管板にほとんど負荷・応力を及ぼすことな
く、これらの移動・変動を吸収できるとともに、管と管
板との間の気密なシールが維持確保される。

また金属で構成されることの多い管板は冷却されている
ので、高温のガスの処理にあっても管板は耐えることが
できる。

ベローズは耐久性を高めるためにステンレス鋼などの金
属でできていることが好ましい。400℃以上の高温流体
にさらされる条件下では、ベローズは熱膨張などによる
伸縮の許容回数、すなわち寿命が極端に減少するので、
ベローズが高温下にさらされることのないような手段が
必要となる。

本発明では、このベローズの一端が冷却媒体で冷却され
た管板に対して固定されているので、固定部からの冷熱
伝導と、その周辺部からの冷熱輻射により、ベローズ温
度を低く保つことができ、したがって高温ガスを処理し
てもベローズがその実効耐熱温度を超えることがなくな
り、すなわち高温ガスの処理が可能となる。

本発明において、管板内には冷却媒体が流通すべき冷却
媒体室を設けて、管板、したがって保持孔をも冷却する
ようにするのが好ましい。

本発明において、ベローズは保持孔の内周に面してい
る。これにより、ベローズの全長部分が、冷却された保
持孔内周の広い面積から強力に冷熱輻射を受けることが
できる。

ベローズを保持孔内周に面して設けるにあたり、ベロー
ズと内周との距離は、一般には小さくして輻射冷却の利
きをより有効にするのが好ましいが、一方、管と管板と
の相対的位置変動を許容しうるような間隙も残しておく
のが望ましい。

本発明において、保持孔にセラミック管が挿通されてい
ることは一つの好ましい態様である。この場合には、管
の端面よりもやや隔たった位置の管周部分にベローズの
他端が連接されるようにするのが好ましい。しかし本発
明において保持孔にセラミック管が挿通されていなくて
もよく、この場合には管の端面部分にベローズの他端が
連接されるようにするとよい。

本発明では、ベローズの内側には断熱層が形成されてい
る。本発明の好ましい態様においては管は間隙を有して
ベローズに挿通されており、この間隙には断熱層が形成
されている。これにより、高温の管からの輻射熱などに
より、管に比べて耐熱温度が一般に低いベローズが加熱
されるのを抑制し、もって管板からのベローズの冷却効
果をより有効にする。その上、冷却されたベローズによ
って管が冷却され、したがって管内を流れる流体の温度
が低下することも抑制し、高温流体のもつ熱エネルギー
の活用にも資する。

こうした断熱層は、セラミック層リング、セラミック質
ロープ、サイソウ土などの耐熱性無機質粉末、セラミッ
ク質繊維、アスベスト、金属板のうちの少なくとも一つ
からなるのが好ましい。

本発明の別の好ましい態様においては、管の外周に環が
形成され、この環の外側にはこの環と連動する金属環が
設けられ、この金属環にはベローズの他端が固定され
て、この他端が管に連接されてなる。すなわち、ベロー
ズの他端は金属環に固定されるのでこのベローズと金属
環とは溶接その他により容易に気密に接合できる。また
複雑な形状にも形成しやすく、あるいは高い精度で面仕
上げもしやすい金属環を採用できるので、この金属環と
環とを容易に気密に連接できることとなる。また、管、
したがって環の相対的変位に対して金属環が容易に追従
できる構造とすることもたやすい。また環は前述の断熱
層を保持するのにも役立つ。

本発明では、管板には、この管板に固定され、かつ、保
持孔の内方に延出するフランジが設けられ、ベローズの
一端がこのフランジに固定されているのが好ましい。こ
れにより、截頭円錐面状のベローズを用いる必要がなく
なり、単純な円筒面状のベローズが採用できる。また必
要に応じて後述する付勢手段を設けることも容易であ
る。

こうしたフランジは、あらかじめ、管板の一部として形
成されていてもよいし、あるいは、管板とは独立に製作
したフランジを、組み立て時に管板に固定したものでも
よい。

ベローズの他端を管に連接する構造として、管の端面に
環状体が圧接され、この環状体にベローズの他端が固定
されている構造も好ましく挙げられる。これによれば、
外周に環形成することなく、単純な形状の管が採用でき
る。

管の端面を環状体で直接に圧接するのに代えて、管の端
面には截頭円錐面状などのセラミック短管の一方の端面
が圧接され、この短管の他方の端面には環状体が圧接さ
れていてもよい。これによれば、製造容易な等径直管状
のセラミック管が簡便に採用できる。

これらの場合において、フランジと環状体との間には、
管の軸方向に付勢力を与える付勢手段が設けられ、この
付勢力により環状体が直接または間接に管の端面に圧接
されていることが好ましい。これにより、保持孔の周辺
の狭い空間の中に、環状体を端面に圧接する構造が配置
できるとともに、管の強度や、管の内外を流れる流体の
圧力差などに応じて適切な気密シール構造を確保でき
る。こうした構造は管の内外の圧力差が0.5気圧以上あ
る場合に特に有効である。

付勢手段としてはスプリングや流体圧シリンダが挙げら
れるが、これらに限定されない。スプリングはコイルば
ねでも皿ばねでもよい。

本発明の連結構造は、その管板の片側のみに管が位置す
る場合のみならず、その管板の両側に管が位置する場合
にも採用できる。管板の両側に管が位置する場合にあっ
ては、一本の管が管板の両側にそれぞれ突き出ていても
よいし、二本の管のうちの一方が管板の片側に位置し、
他方が管板の他の片側に位置していてもよい。

このように、管板位置において二本の管を連結する場合
において、ベローズの他端が連接されている管とは別異
のセラミック管が、フランジで支持されていることは好
ましい態様である。これにより、フランジにベローズの
固定と別異のセラミック管の堅固な支持の両機能を兼用
させることができる。

なお、本発明は、上記した態様、あるいは以下に図面に
基づいて述べる例に限定されるものではない。

以下、図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。

第１図にはセラミック管の端部における管板と管との連
結構造が示されている。第１図において金属板の管板50
の内部には水室51が形成されており、水室51には冷却媒
体である水が流されていて、基板50が冷却されている。
なお、水に代えて油などの他の液体や空気などの気体を
冷却媒体としてもよい。

管板50には保持孔として挿通孔が形成されており、この
挿通孔にセラミック管10が挿通されている。セラミック
管10の端部は接着層19を介してセラミック製のフェルー
ル18に接続され、フェルール18の他端には、隣りのセラ
ミック管に帰属するフェルール17が位置している。セラ
ミック管10の端部よりもやや下方の外周には接着層13を
介して断面Ｌ字状のセラミック環20が接着されている。

挿通孔の内周52の上端部には金属製のフランジ53が図示
せぬボルト（その位置を一点鎖線で示した。第２〜５図
にても同じ）によって管板50に固設されており、フラン
ジ53はその一部が内周52より内側に突出している。フェ
ルール17,18と管板50との間には適宜な断熱材64が充填
されている。断熱材64はセラミック管10の変位や、それ
に伴なうフェノール17などの変位を許容するものが好ま
しい。

セラミック環20の外向き凸部を抱きこむように、断面コ
字状の金属環30が内周52の下部とセラミック管10との間
に配置される。金属環30とセラミック環20との間隙には
セラミック質ロープ、セラミック質繊維などからなるク
ッション21が設けられて金属環30とセラミック環20との
間の気密性を確保するとともに、両者が接触することに
よりセラミック環20に発生する応力集中を避けることが
できる。クッション21には他の材質からなるクッション
材あるいはパッキン材を用いてもよい。

セラミック管10の外周と挿通孔の内周との間には、円筒
状のベローズ40がセラミック管10とほぼ同軸に配置され
ている。このベローズ40の上端はフランジ53に溶接さ
れ、下端は金属環30に溶接されて、ベローズ40は冷却さ
れている挿通孔の内周52に面している。したがってベロ
ーズ40は所要の温度に冷却されることとなる。

また下端は金属環30に固定された薄手の金属板からなる
金属筒31がベローズ40とセラミック管10との間に設けら
れ、金属筒31とセラミック管10との間にはケイソウ土な
どの耐熱性無機質粉末が充填されて断熱層60を形成す
る。この断熱層60はセラミック管10の冷却を防止し、ベ
ローズ40の加熱を防止する。断熱層60がこうした無機質
粉末からなる場合には、この断熱層60はセラミック環20
と金属環30との間の、したがってセラミック管10と管板
50との間の気密シール性にも役立っている。この場合に
はクッション21はこうした無機質粉末の脱落防止にも役
立っている。また断熱層60の上方には、セラミック質ロ
ープなどからなる飛散防止具61が配置されて、こうして
無機質粉末が飛散するのを防止している。

金属筒31は無機質粉末などの断熱層60を形成する要素が
脱落するのを防止するだけでなく、断熱層60の要素がベ
ローズ40の谷部に侵入してベローズ40の伸縮を阻害する
ことも防止する。加えて、金属筒31は輻射熱防止板とし
ても機能させることができ、セラミック管10の冷却、ベ
ローズ40の加熱を抑制し、すなわち金属筒31は断熱層60
の一部としても作用する。

断熱層60はケイソウ土などの耐熱性無機質粉末に代え
て、あるいはこれと組合せて、セラミック質リング、セ
ラミック質ロープ、セラミック質繊維、アスベストなど
で形成してもよく、場合によっては飛散防止具61、金属
筒31は省略できる。

フランジ53と管板50をボルトで直接に固定することは熱
伝導によってベローズ40の冷却にも寄与する。一方、シ
ール性を重視する場合には、フランジ53と管板50との間
にはアスベスト系などのパッキンを介して固定される。

金属環30が断面ユ字状であるのは、断面コ字状部分の間
にセラミック環20の外向き凸部を抱きこむためであり、
これにより、セラミック管10の軸方向の移動に対して金
属環30が連動し、したがって断熱層60もセラミック管10
と連動し、すなわち断熱層60とセラミック管10とが摺動
して、無機質粉末がクッション21部分からこぼれたり、
無機質粉末による気密シール性が低下したりすることを
防止している。

同様にしてセラミック管10の軸に直角方向の移動に対し
てもベローズ40の許容する範囲で気密シール性を維持し
つつ追随できる。

また金属環30の外周部下側が突出しているのは、外周部
上側にベローズ40を溶接する部位を確保するためでもあ
り、またセラミック管10の軸と直角方向の移動がある値
以上になったときに、外力に弱いベローズ40が内周52な
どに接触するのを避けるストッパとするためのものであ
る。

さらに第２図以下を説明するにあたり、第１図と同一部
位については同一符号を付して重複しての記述は省略す
る。

第２図には、第１図における要部が拡大して示されてい
る。金属環30は断面逆Ｌ字状の金属環主部35とストッパ
部36とから構成されており、セラミック環20の外向き凸
部と金属環主部35との間隙にクッション21を配置したの
ち、この外向き凸部の下面にもクッション21を配置しつ
つ、ストッパ部36と金属環主部35とをボルトでしめつけ
る。

第３図には、第２図と同様な部位の別の例が示されてい
る。金属環30は金属環主部37と押さえ部38とから構成さ
れている。ベローズ40は金属環主部37の上面に溶接さ
れ、かつ、ベローズ40の全巾は金属環主部37の外周より
内側に位置せしめられている。したがって押さえ部38は
金属環主部37の外周より外側に延出する必要はない。

第３図の例では、金属筒31とセラミック管10との間には
何も充填されていない。すなわち、さほど苛酷でない使
用温度度条件にあっては、金属筒31のみであっても所要
の断熱機能を果すからである。さらに温和な使用温度条
件にあっては、金属筒31も省略できる。

第４図にはセラミック管とセラミック管とセラミック管
との突合せ部分に管板が位置する場合が示されている。
すなわち長尺のセラミック管は一般に製作しにくいし、
また製作可能としても予想される外力に比べて相対的に
強度が低い。したがってある程度の長さのセラミック管
を接続して使用することが多い。かかる場合にはセラミ
ック管の継目に管板を位置させることが好適であるが、
複数の管板にそれぞれ設けた挿通孔の芯ずれや、複数の
セラミック管の製作誤差による芯ずれが避けられないこ
とが多い。したがって複数のセラミック管をその突合せ
面で接着していると、セラミック管同士、管板同士、セ
ラミック管と管板となどの間に発生する不均一な熱膨張
差を吸収できず、セラミック管が破壊することとなる。
しかして、第４図には、セラミック管同士を接着するこ
となくシールする構造が示されている。

第４図において、セラミック管10の上端部外周には接着
層13を介してセラミック環20が接着されている。セラミ
ック環20は外向き凸部を有するのみならず、内向き凸部
も有しており、この内向き凸部の下面も接着層13により
セラミック管10の上端面に接着されている。この内向き
凸部の上にはクッション21と同様の材料からなるクッシ
ョン22を介してセラミック管11の下端面が突合わされて
おり、したがってセラミック環20とセラミック管11とは
接着されていない。両者間のシール機能は無機質粉末か
らなる断熱層60が主として受けもっている。

この断熱層60はセラミック管11とセラミック管10とが相
異なる動きをしても、その動きに追従するとともに、シ
ール機能を維持する。なお管板50の上下面にはそれぞれ
適宜な断熱材65,66がセラミック管10,11の変位を許容す
るように外張りされている。

第５図には、セラミック管の内外を流れる流体間の圧力
差がかなりある場合に好適な構造が示されている。すな
わちベローズ40の下端が溶接された金属環30の上面には
厚手の金属板からなる金属筒31が固設されている。金属
環30の上面内側の上にはセラミック管10の外周と金属筒
31の内周とにほぼ接する環状の止め具32が置かれ、その
上方には無機質粉末が充填されて断熱層60を形成する。
無機質粉末の上にもセラミック管10の外周と金属筒31の
内周とにはほぼ接する環状の止め具33が置かれ、さらに
止め具33の上には断面逆Ｌ字状の締付環34が置かれる。

締付環34のフランジ部にはボルト孔がが設けられてお
り、ここにボルトが通され、金属筒31の上面に設けられ
たねじ孔にねじこまれて、締付環34と金属筒31とが締め
こまれる。なお第５図においても、ボルト孔、ねじ孔、
ボルトは図示を省略し、一点鎖線によってその位置が示
されている。なお、フランジ53はパッキン23を介して管
板50にボルト締めされている。

このようにして締付環34が下方に押しさげられているの
で、断熱層60を形成する無機質粉末は止め具32,33の間
で圧縮されることとなり、無機質粉末に作用する摩擦力
によって止め具32,33、セラミック管10、金属筒31で囲
まれる空間の外部には無機質粉末がこぼれ出さないとと
もに、断熱層60の気密性も高くなる。したがって第１
図、第４図の場合のようにセラミック管にセラミック環
を接着する必要がない利点があるのみならず、セラミッ
ク管10の内外を流れる流体間の圧力差がかなりあっても
充分に気密なシールが確保される。

なお、第５図の例では、セラミック管10とフェルール18
とは接着剤による接着に代えて、係合形状の突合せによ
って接続されている。

これまでの説明においてはセラミック管が立設されてい
る場合について述べ、かつ、好ましい態様ではあるが、
本発明はこれに限定されず、たとえばセラミック管が横
架されていてもよい。このように立設セラミック管のみ
ならず、横架セラミック管に対しても適用可能な点は本
発明の利点でもある。

［応用例］ 本発明の連結構造は各種分野に適用可能であり、各種の
高温ガス用ダストフィルタや高温ガス用熱交換器が好ま
しく例示される。

高温ガス用ダストフィルタに用いられる場合には、例え
ばセラミック管は通気性多孔質体とされ、立設されたこ
のセラミック管の内部に400℃以上の高温含塵ガスが上
方から下方に流される。このとき、清浄ガスは通気性多
孔質体からなるセラミック管の壁を通過してセラミック
管外に取りだされる。本発明の連結構造によって、第１
図についていえば、フェルール18の上方からセラミック
管10内に進入する含塵ガスと、管板50の下方かつセラミ
ック管10外の清浄ガスとのシールがなされる。

高温用熱交換器に用いられる場合には、例えばセラミッ
ク管は非通気性体とされ、上述の含塵ガスの流れる部位
には1000℃程度の高温の加熱ガスが流され、上述の清浄
ガスの流れる部位には被加熱ガスが、セラミック管軸と
直交する方向に流される。そして本発明の連結構造によ
って加熱ガスと被加熱ガスとの有効なシールがなされ
る。

なお、セラミック管の内外に上記の如く流すのが好まし
いが、これとは逆に管外に含塵ガス、管内に清浄ガスを
流したり、管外に加熱ガス、管内に被加熱ガスを流して
もよい。

いずれの場合にも装置の起動・停止時あるいはガス温度
の変動などの作動条件の変更時に、セラミック管10と管
板50および装置を形成する缶体との間に生ずる熱膨張差
をはじめとする各種の相対的変位をベローズ40が有効に
吸収する。また部材の製作誤差や取付時に発生する位置
ずれをも同様に吸収できる。

［実施例］ 第１図の連結構造においてセラミック管10は内径140mm
のコージライト系の通気性多孔質体とし、断熱層60は粒
径４〜５μのケイソウ土で形成した。ベローズ40と金属
筒31はいずれも0.3mm厚のステンレス鋼製とし、同じく
ステンレス鋼製の金属環30に溶接した。

高温含塵ガスを模擬してベンガラ粉末を混入せしめた約
700℃のガスと、常温に近い空気とが、30分〜１時間毎
に交互にセラミック管10内を下向きに流された。高温含
塵ガスがセラミック管10内を流れていく間に、清浄ガス
がセラミック管10の内側から外側に通過して回収され
た。さらに間欠的に、逆洗のためにセラミック管10の外
側から内側に常温窒素が通過せしめられた。このように
して熱膨張および熱膨張差による伸縮がくり返される状
況が模擬された。

この結果、金属筒31は約300℃、ベローズ40は約200℃の
温度に抑えることができ、このときのベローズ40の伸縮
量は約9mm、ベローズ40の荷重は軸方向で約40kg重であ
った。したがってベローズ40の伸縮回数は約５万回を許
容できることがわかった。

第６図には本発明の連結構造の別の例を採用した熱交換
器のほぼ全体が示されている。この熱交換器における連
結構造は第７図に拡大して示されており、その代替例が
第９図および第10図に示されている。これらはいずれ
も、セラミック管内外の流体の圧力差が0.5気圧以上、
特には１気圧以上ある場合に好適に採用できる。

第６図において、この熱交換器１は複数のセラミック伝
熱管12を有し、伝熱管12はその両端部を一対の管板49,5
0によって支持されている。管板49,50の間は、伝熱管12
を横切る加熱流体Ｈの流路３をなしている。また、管板
49,50の外側はそれぞれヘッダ６、ヘッダ５で囲まれて
おり、一方のヘッダ６から伝熱管12内を通り他方のヘッ
ダ５に流出する被加熱流体Ｃの流路４が形成されてい
る。管板49,50には水室51がそれぞれ形成されている。

伝熱管12の両端部は共に拡径されており、端面は平滑処
理されている。伝熱管12の一方の端面は、管板50の保持
孔内に配置された金属製の環状体29の受け面に圧接さ
れ、伝熱管12の他方の端面は管板49に設けられた受け面
48に圧接されている。この場合環状体29の受け面および
管板49の受け面48も平滑処理されており、伝熱管12の端
面と密着するようになっている。なお、管板49,50の内
外面はそれぞれ断熱材64,66で覆われている。

第７図および第８図からわかる如く、環状体29の上面に
はガイド棒28が立設されている。ガイド棒28は、環状体
29の周縁部に沿って複数本（この例では８本）、間欠的
に設けられている。管板50にはフランジ53が固定されて
いる。フランジ53の下面には、ガイド棒28の立設位置に
対応して、ガイド棒の数と同数の筒54が突設されてお
り、ガイド棒28の先端はこの筒54内に挿入されている。
したがって、環状体29はガイド棒28を介し、伝熱管12の
軸方向に沿って移動可能に支持されている。

ガイド棒28の外周において、環状体29と筒54先端との間
にはスプリング55が配置され、スプリング55は環状体29
を伝熱管12の一方の端面に圧接している。このスプリン
グ55はコイルばねでも皿ばねでもよい。スプリング55の
付勢力により、伝熱管12の他方の端面は他方の管板49の
受け面48に圧接されている。なお、第７図、第８図およ
び第10図においてスプリング55は一点鎖線をもって略示
してある。

環状体29とフランジ53との間には、被加熱流体Ｃの流通
孔７を囲むようにベローズ40が装着されている。ベロー
ズ40の両端はそれぞれフランジ53および環状体29に溶接
されている。また流通孔７の周壁を形成する筒状の断熱
材39の先端はテーパ状をなして伝熱管12の拡径部に入り
込んでいる。

上記の構成において、流路３には加熱流体Ｈが流れ、伝
熱管12を加熱する。ヘッダ６から伝熱管12内を通りヘッ
ダ５に至る流路４には被加熱流体Ｃが流れ、被加熱流体
Ｃは伝熱管12を通るときに熱交換されて加熱される。な
お、流路３に被加熱流体Ｃを流し、流路４に加熱流体Ｈ
を流すこともできる。ところで、熱交換器１の本体や管
板49,50は金属でできているので、セラミック伝熱管12
と熱膨張率が異なり、熱膨張率の差による相対変位が生
じる。伝熱管12の軸方向の相対変位は、スプリング55が
伸縮して環状体29が軸方向に移動することによって吸収
される。また、伝熱管12の半径方向の変位は、伝熱管12
の両端面における接触面上を摺動することによって吸収
されるようにしてもよい。この場合、接触面はいずれも
平滑処理されているので、摺動は容易になされる。そし
て、伝熱管12の両端面における接触面が平滑処理により
密着しているので、この部分における流体の漏洩が充分
に防止される。

なお、本発明において平滑処理とは、次のような表面状
態をもつものを意味する。すなわち、表面粗度が6.3S以
下、特には0.8S以下の滑らかな表面に仕上げるととも
に、やはり同等の表面粗度に仕上げられた相対する接触
面と端面全周にわたって密着するような形状を付与する
ことをいう。

さらに、ベローズ40を設けているので、環状体29とフラ
ンジ53との間の気密性も保持される。またスプリング5
5、ベローズ40や環状体29は金属からなり、高温に弱い
ことが予想されるが、それらの外周を水室51が囲んでい
ることにより輻射冷却がなされ、かつ、断熱材39の外側
に配置されているので、熱損傷が防止される。

第９図の実施例では、環状体29に第７図および第８図の
例とほぼ同様に立設されたガイド棒28の先端にピストン
44が装着され、ピストン44は管板50のフランジ53に形成
されたシリンダ45内に挿入されている。そして、シリン
ダ45内に加圧流体導入路46を通して加圧流体が導入され
るようになっている。この実施例では、ピストン44の上
部のシリンダ45内に導入された加圧流体によりピストン
44が押され、ガイド棒28を介して環状体29を伝熱管12の
端面に押圧するようになっている。

第10図には第７図の部位に採用できる別の代替例が示さ
れている。この例にあっては、伝熱管12はその端部まで
等径の直管状とされ、伝熱管12の端面には、大略、截頭
円錐面状のセラミック短管14の小径側の端面が当接して
いる。またセラミック短管14の大径側の端面には金属製
の環状体29が当接している。セラミック短管14の小径側
の端面の周囲には、伝熱管12と嵌合して位置ずれ、脱落
を防止するように、下向き凸部が形成されている。伝熱
管12の端面、セラミック短管14のの二つの端面、および
環状体29の当接される面はそれぞれ平滑処理されてあ
り、当接によって気密性が確保され、また、必要に応じ
て面内での摺動が可能とされている。

このようなセラミック短管14の採用は次のような利点を
もたらす。まず、伝熱管12の端部を拡径管とすることを
回避できる。ついで、伝熱管12から環状体29への伝熱が
抑制される。これは第７図の例のように、伝熱管12と環
状体29が直接に接触している場合に比べて、両者間にセ
ラミック短管14を介在させることにより、接触による伝
熱抵抗が増大するからである。

セラミック短管14は環状体29のような中空円盤状であっ
てもよいが、望ましくは截頭円錐面状とされる。これに
より、断熱材39をセラミック短管14のテーパ付き内面上
に載置でき、伝熱管12の内部を流通する高温流体の熱か
ら、ベローズ40、環状体29、スプリング55などが過熱さ
れるのを防止できる。

本発明でセラミック製の伝熱管12としては、肉厚が薄く
ても充分な強度を備え、かつ熱伝導率の大きいものが望
ましい。具体的には肉厚が５〜10mm程度であっても、例
えば20kg/mm²以上の抗折強度をもち、かつ20kal/m/h/K
以上の熱伝導率をもつものが望ましく、これらを満足す
る材質としては例えば炭化珪素質セラミックスが挙げら
れる。一方、セラミック短管14は同上の強度を有しなが
らも熱伝導率の相対的に低い窒化珪素質セラミックス製
が適当である。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、主にベローズによ
ってセラミック管のシールがなされる。また、このベロ
ーズの一端が管板に固定され、他端がセラミック管に連
接されているのでセラミック管と管板との相対的変位を
支障なく吸収できる。またベローズは冷却された管板に
対して固定されているのでベローズの温度を低く抑えら
れ、その寿命を長くすることができる。さらに本文中に
詳述した如く多くのすぐれた効果を奏するものであっ
て、本発明は産業上、きわめて有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第５図は本発明のそれぞれ異なる実施
例の断面図。第２図は第１図の要部の拡大断面図。第３
図は本発明の別の実施例の要部の断面図。第６図は本発
明の別の実施例を用いた熱交換器の断面図。第７図は第
６図の熱交換器の要部拡大断面図。第８図は第７図にお
けるＡ−Ａ線矢視図。第９図、第10図は第７図と代替す
るそれぞれ別の実施例の断面図。 10,11:セラミック管 40:ベローズ 49,50:管板 51:水室

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管板の保持孔にセラミック管を挿通しまた
   は臨ませてなる管板と管との連結構造であって、ベロー
   ズを設け、該ベローズの一端は該管板に対して固定さ
   れ、該ベローズの他端は該管に連接されてなり、該管板
   は冷却媒体で冷却されており、該ベローズは該保持孔の
   内周に面しており、かつ該ベローズの内側には断熱層が
   形成されていることを特徴とする管板と管との連結構
   造。
2. 【請求項２】記管板内には前記冷却媒体が流通すべき冷
   却媒体室が設けられてなる特許請求の範囲第１項記載の
   連結構造。
3. 【請求項３】前記管は前記保持孔に挿通されている特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の連結構造。
4. 【請求項４】前記管板には、該管板に固定され、かつ、
   前記保持孔の内方に延出するフランジが設けられ、前記
   ベローズの前記一端は該フランジに固定されている特許
   請求の範囲第１〜３項のいずれか記載の連結構造。
5. 【請求項５】前記管の外周には環が形成され、該環の外
   側には該環と連動する金属環が設けられ、該金属環には
   前記ベローズの前記他端が固定されて、前記ベローズの
   前記他端が前記管に連結されてなる特許請求の範囲第１
   〜４項のいずれか記載の連結構造。
6. 【請求項６】前記管は間隙を有して前記ベローズに挿通
   されており、該間隙には断熱層が形成されている特許請
   求の範囲第１〜５項のいずれか記載の連結構造。
7. 【請求項７】前記管の端面には環状体が圧接され、該環
   状体には前記ベローズの前記他端が固定されて、前記ベ
   ローズの前記他端が前記管に連接されてなる特許請求の
   範囲第４項記載の連結構造。
8. 【請求項８】前記管の端面にはセラミック短管の一方の
   端面が圧接され、該短管の他方の端面には環状体が圧接
   され、該環状体には前記ベローズの前記他端が固定され
   て、前記ベローズの前記他端が前記管に連接されてなる
   特許請求の範囲第４項記載の連結構造。
9. 【請求項９】前記フランジと前記環状体との間には、前
   記管の軸方向に付勢力を与える付勢手段が設けられてな
   る特許請求の範囲第７項または第８項記載の連結構造。
10. 【請求項１０】前記付勢手段はスプリングまたは流体圧
    シリンダである特許請求の範囲第９項記載の連結構造。
11. 【請求項１１】前記管とは別異のセラミック管が前記フ
    ランジによって支持されている特許請求の範囲第４項記
    載の連結構造。