JPH0718667B2 - Ceramic heat exchanger - Google Patents

Ceramic heat exchanger

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JPH0718667B2
JPH0718667B2 JP61038892A JP3889286A JPH0718667B2 JP H0718667 B2 JPH0718667 B2 JP H0718667B2 JP 61038892 A JP61038892 A JP 61038892A JP 3889286 A JP3889286 A JP 3889286A JP H0718667 B2 JPH0718667 B2 JP H0718667B2
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ceramic heat
heat transfer
tube
transfer tube
heat exchanger
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紀之 織田
勝美 東
啓次 村松
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Asahi Glass Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、対向配置された一対の管板でセラミック伝熱
管の両端部を支持してなる熱交換器に関し、特にセラミ
ック伝熱管と管板との接続構造の改良に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat exchanger in which both ends of a ceramic heat transfer tube are supported by a pair of tube plates that are arranged to face each other, and particularly, a connection between the ceramic heat transfer tube and the tube plate. Regarding the improvement of the structure.

「従来技術およびその問題点」 現在使用されている多管式熱交換器は、大多数が伝熱管
や管板、その他の構造体を金属で形成しており、管板お
よび伝熱管の接続は溶接、拡管などの方法で行なわれ、
加熱および被加熱流体の間の漏洩もなかった。しかしな
がら、金属製伝熱管では、その耐熱温度に限度があり、
800〜900℃以上の流体の熱交換は不可能であった。
"Prior art and its problems" Most of the multi-tube heat exchangers currently used have heat transfer tubes, tube plates, and other structures made of metal. Welding, pipe expansion, etc.
There was also no leakage between the heated and heated fluids. However, the heat resistance temperature of metal heat transfer tubes is limited,
Heat exchange of fluids above 800-900 ° C was impossible.

そこで、伝熱管としてセラミック製のチューブを用いる
試みがなされている。しかし、セラミックは、金属と異
なり外力を加えるとほとんど変形することなく破断に至
るため、伝熱管と管板との接続部においては、部品の寸
法誤差、使用時の熱膨張差などによる相対的変位を許容
するようにしなければならなかった。
Therefore, attempts have been made to use a ceramic tube as the heat transfer tube. However, unlike metal, ceramic does not deform when applied with an external force and ruptures.Therefore, relative displacement due to component dimensional error and thermal expansion difference during use at the connection between the heat transfer tube and tube sheet. Had to try to tolerate.

従来、セラミック伝熱管と管板との接続構造として、例
えば第10図に示すような構造が採用されている。すなわ
ち、セラミック伝熱管11の端部が金属製の管板12の流体
流通孔に挿通されている。管板12には伝熱管11を囲む円
筒部13が形成されている。そして、伝熱管11外周と円筒
部13内周との間に一対の耐熱性のシールリング14、14が
配置され、シールリング14、14の間にシール砂15が充填
されている。さらに、外側のシールリング14が押え蓋16
により押圧されている。なお、17は断熱材である。した
がって、伝熱管11はシール砂15を介して管板12に対する
相対変位が可能なように支持されている。
Conventionally, as a connection structure between a ceramic heat transfer tube and a tube plate, for example, a structure shown in FIG. 10 has been adopted. That is, the end of the ceramic heat transfer tube 11 is inserted into the fluid passage hole of the metal tube plate 12. The tube sheet 12 has a cylindrical portion 13 surrounding the heat transfer tube 11. A pair of heat-resistant seal rings 14, 14 is arranged between the outer circumference of the heat transfer tube 11 and the inner circumference of the cylindrical portion 13, and seal sand 15 is filled between the seal rings 14, 14. Further, the outer seal ring 14 is attached to the pressing lid 16
Is pressed by. In addition, 17 is a heat insulating material. Therefore, the heat transfer tube 11 is supported via the sealing sand 15 so that it can be displaced relative to the tube sheet 12.

しかしながら、上記の接続構造では、伝熱管11と管板12
との間のシール部において、流体の漏洩を完全に防止す
ることができず、例えば加熱流体と被加熱流体との圧力
差が1気圧以上になると流体の漏洩を無視することがで
きなくなる。このため、流体の漏洩を許容できない熱交
換器または高圧ないし高差圧の熱交換器には使用できな
かった。
However, in the above connection structure, the heat transfer tube 11 and the tube sheet 12
The fluid leakage cannot be completely prevented at the seal portion between and, and for example, if the pressure difference between the heating fluid and the fluid to be heated becomes 1 atm or more, the fluid leakage cannot be ignored. Therefore, it cannot be used for a heat exchanger that cannot tolerate fluid leakage or a high-pressure or high-differential pressure heat exchanger.

「発明の目的」 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、セラ
ミック伝熱管と管板との接続部における相対変位を可能
にし、かつ、接続部における流体の漏洩を防止するよう
にしたセラミック熱交換器を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to enable relative displacement at the connection portion between the ceramic heat transfer tube and the tube sheet, and to prevent fluid leakage at the connection portion. The present invention provides a ceramic heat exchanger.

「発明の構成」 すなわち、本発明の1つは、対向配置された一対の金属
製の管板にセラミック伝熱管の両端部が支持されてなる
セラミック熱交換器において、一方の上記管板の流体流
通孔に対応して保持リングが配置され、この保持リング
と上記管板との間に設けられた加圧手段により上記保持
リングが上記セラミック伝熱管の一方の端面に圧接され
ており、その付勢力により上記セラミック伝熱管の他方
の端面が他方の上記管板の受け面に圧接されて支持され
ており、上記セラミック伝熱管の両端面と、上記保持リ
ングおよび上記受け面との接触面が、表面あらさ6.3S以
下となように平滑処理されていることを特徴とする。
"Structure of the Invention" That is, one of the present invention is a ceramic heat exchanger in which both ends of a ceramic heat transfer tube are supported by a pair of metal tube plates that are arranged to face each other, and the fluid of one of the tube plates is A holding ring is arranged corresponding to the flow hole, and the holding ring is pressed against one end face of the ceramic heat transfer tube by a pressurizing means provided between the holding ring and the tube sheet. The other end surface of the ceramic heat transfer tube is pressed against and supported by the receiving surface of the other tube sheet by a force, and both end surfaces of the ceramic heat transfer tube, and the contact surfaces of the holding ring and the receiving surface, It is characterized by being smoothed so that the surface roughness is 6.3 S or less.

また、本発明のもう1つは、対向配置された一対の金属
製の管板にセラミック伝熱管の両端部が支持されてなる
セラミック熱交換器において、一方の上記管板の流体流
通孔に対応して保持リングが配置され、この保持リング
と上記管板との間に設けられた加圧手段により上記保持
リングが上記セラミック伝熱管の一方の端面に接続リン
グを介して圧接されており、その付勢力により上記セラ
ミック伝熱管の他方の端面が他方の上記管板の受け面に
同じく接続リングを介して圧接されて支持されており、
上記セラミック伝熱管、上記接続リング、上記保持リン
グおよび上記受け面のそれぞれの接触面が、表面あらさ
6.3S以下となるように平滑処理されていることを特徴と
する。
Another aspect of the present invention is a ceramic heat exchanger in which both ends of a ceramic heat transfer tube are supported by a pair of metal tube plates that are arranged to face each other, and the ceramic heat exchanger corresponds to the fluid passage hole of one of the tube plates. And a holding ring is arranged, and the holding ring is pressed against one end face of the ceramic heat transfer tube through a connecting ring by a pressurizing means provided between the holding ring and the tube sheet. The other end surface of the ceramic heat transfer tube is urged by the urging force to the receiving surface of the other tube plate, and is pressed against and supported via the connection ring,
The respective contact surfaces of the ceramic heat transfer tube, the connection ring, the holding ring and the receiving surface have surface roughness.
It is characterized in that it is smoothed so that it is 6.3 S or less.

したがって、寸法誤差や熱膨張率の差に伴なう伝熱管の
軸方向の相対変位を保持リングの移動によって吸収する
ことができる。また、伝熱管の半径方向の相対変位は、
保持リングおよび他方の管板の受け面における接触面の
摺動によって吸収することもできる。さらに、伝熱管の
両端面が対応する接触面に加圧手段によって圧着されて
いるので、流体の漏洩も防止される。
Therefore, the relative displacement in the axial direction of the heat transfer tube due to the dimensional error and the difference in the coefficient of thermal expansion can be absorbed by the movement of the holding ring. Also, the relative displacement of the heat transfer tube in the radial direction is
It can also be absorbed by sliding the contact surface on the receiving surface of the retaining ring and the other tube sheet. Furthermore, since both end surfaces of the heat transfer tube are pressed against the corresponding contact surfaces by the pressurizing means, fluid leakage is also prevented.

本発明の1つによれば、前記セラミック伝熱管の両端面
は、前記保持リングおよび前記受け面に直接圧接されて
おり、それらの接触面が平滑処理されている。このよう
に、接触面を平滑処理することにより、接触面が摺動し
やすくなるので、伝熱管の半径方向の相対変位を吸収し
やすくすることができ、また、密着性が向上するので流
体の漏洩もより確実に防止される。なお、ここで平滑処
理とは、各接触面の表面あらさが6.3S以下、好ましくは
0.8S以下に仕上げられており、しかも端面全周にわたっ
て密着するような形状とされることを意味する。
According to one aspect of the present invention, both end surfaces of the ceramic heat transfer tube are directly pressed against the holding ring and the receiving surface, and the contact surfaces thereof are smoothed. In this way, by smoothing the contact surface, the contact surface can be slid easily, so that it is possible to easily absorb the relative displacement of the heat transfer tube in the radial direction, and the adhesion is improved so that the fluid Leakage is also more reliably prevented. The smoothing treatment here means that the surface roughness of each contact surface is 6.3 S or less, preferably
It means that it is finished to 0.8S or less and that it is shaped so as to be in close contact with the entire circumference of the end face.

本発明のもう1つによれば、前記セラミック伝熱管の両
端面は、それぞれ接続リングを介して前記保持リングお
よび前記受け面に圧接されている。このように、接続リ
ングを介在させることにより、セラミック伝熱管を成形
が容易な円筒状に形成したとき、その端部を接続リング
によって所望の形状に変化させることができる。なお、
保持リングは通常金属製が望ましいが、接続リングはセ
ラミック製であることが必要である。すなわち、接続リ
ングは高温となる伝熱管と接触してそれ自身が高温とな
るので、耐熱性が高く、しかも伝熱管の熱を保持リング
に伝えないように熱伝導率が低いという条件を満たすも
のでなければならないからである。
According to another aspect of the present invention, both end surfaces of the ceramic heat transfer tube are pressed against the holding ring and the receiving surface via connection rings, respectively. Thus, by interposing the connecting ring, when the ceramic heat transfer tube is formed into a cylindrical shape that can be easily molded, the end portion can be changed into a desired shape by the connecting ring. In addition,
The retaining ring is usually made of metal, but the connecting ring must be made of ceramic. In other words, the connection ring meets the conditions that it has high heat resistance because it comes into contact with the heat transfer tube that becomes hot and becomes hot, and that it has low thermal conductivity so as not to transfer the heat of the heat transfer tube to the retaining ring. Because it must be.

接続リングは保持リングのような円盤状であってもよい
が、本発明のさらに好ましい態様によれば、上記接続リ
ングは、断面テーパ状内径を有するものとされる。この
ように、接続リングを断面テーパ状内径とすることによ
り、流路断面積を縮小させることなく、接続リング内周
に筒状の断熱材等を配置することができ、それによって
外周に位置する保持リング等の金属部品を、伝熱管内部
を流通する高温流体から保護することができる。
The connecting ring may be disc-shaped like the retaining ring, but according to a further preferred embodiment of the invention the connecting ring has a tapered inner diameter in cross section. By thus forming the connecting ring with a tapered inner diameter, it is possible to dispose a cylindrical heat insulating material or the like on the inner circumference of the connecting ring without reducing the flow passage cross-sectional area, and thereby the outer ring is positioned on the outer circumference. Metal parts such as the retaining ring can be protected from the high temperature fluid flowing inside the heat transfer tube.

なお、接続リングを用いた場合においても、前記と同様
な理由から、セラミック伝熱管、接続リング、保持リン
グおよび受け面のそれぞれの接触面は、平滑処理されて
いることが必要である。
Even when the connection ring is used, it is necessary that the contact surfaces of the ceramic heat transfer tube, the connection ring, the holding ring and the receiving surface are smoothed for the same reason as above.

本発明のさらに好ましい態様によれば、前記保持リング
に前記セラミック伝熱管の軸方向に延びる筒体が形成さ
れ、この筒体が一方の前記管板の貫通孔内周に摺接して
いる。これによれば、保持リングを管板に対して軸方向
変位可能に支持すると共に、筒体によって保持リングと
管板との間の気密性を保持することができる。
According to a further preferred aspect of the present invention, a tubular body extending in the axial direction of the ceramic heat transfer tube is formed in the holding ring, and the tubular body is in sliding contact with the inner circumference of the through hole of one of the tube sheets. According to this, the holding ring can be supported so as to be axially displaceable with respect to the tube sheet, and the airtightness between the holding ring and the tube sheet can be held by the tubular body.

本発明のさらに好ましい態様によれば、前記加圧手段は
スプリングまたは流体圧シリンダーで構成される。この
場合、スプリングとしては、コイルばね、皿ばね等種々
のものが使用できる。
According to a further preferred aspect of the present invention, the pressing means comprises a spring or a hydraulic cylinder. In this case, various springs such as coil springs and disc springs can be used.

本発明のさらにまた好ましい態様によれば、前記管板は
水冷構造とされ、前記保持リングおよび前記加圧手段は
上記水冷構造で囲まれた部分に配置されている。これに
よれば、保持リングおよび加圧手段が水冷構造により輻
射冷却されるので、充分な耐熱性を付与することができ
る。
According to a still further preferred aspect of the present invention, the tube sheet has a water cooling structure, and the retaining ring and the pressurizing means are arranged in a portion surrounded by the water cooling structure. According to this, since the holding ring and the pressurizing means are radiatively cooled by the water cooling structure, sufficient heat resistance can be imparted.

このような本発明に使用されるセラミック伝熱管として
は、肉厚が小さくても強度が充分でかつ熱伝導率がよい
ものが望ましい。具体的には、肉厚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、20kc
al/m/h/K以上の熱伝導率をもつものが望ましく、これら
を満足しやすい材質としては、炭化珪素が最も好まし
い。一方、接続リング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などからなるものが適当で
ある。
As such a ceramic heat transfer tube used in the present invention, it is desirable that the ceramic heat transfer tube have sufficient strength and good thermal conductivity even if the wall thickness is small. Specifically, even if the wall thickness is about 5 to 10 mm, it has a bending strength of, for example, 20 kg / mm 2 or more, and a 20 kc
A material having a thermal conductivity of al / m / h / K or more is desirable, and silicon carbide is most preferable as a material that easily satisfies these. On the other hand, it is suitable that the connecting ring is made of silicon nitride or the like having the same strength as above but relatively low thermal conductivity.

なお、本発明において、保持リングや接続リングは複数
のセラミック伝熱管に共通して設けられていてもよい
が、セラミック伝熱管はその材質の特性から個々の部品
毎に寸法精度や熱膨張率にバラツキが生じやすいので、
保持リングが接続リングは各セラミック伝熱管毎にそれ
ぞれ設けることが好ましい。
In the present invention, the holding ring and the connecting ring may be provided in common to a plurality of ceramic heat transfer tubes, but the ceramic heat transfer tubes have different dimensional accuracy and thermal expansion coefficient for each component due to their material characteristics. Since variations easily occur,
The holding ring and the connection ring are preferably provided for each ceramic heat transfer tube.

「発明の実施例」 第1図には本発明を実施した熱交換器のほぼ全体が示さ
れている。この熱交換器21は、複数のセラミック伝熱管
22を有し、伝熱管22はその両端部を一対の管板23、24に
よって支持されている。管板23、24の間は、伝熱管22を
横切る加熱流体Hの流路20をなしている。また、管板2
3、24の外側はヘッダー25、26でそれぞれ囲まれてお
り、一方のヘッダー26から伝熱管22内を通り他方のヘッ
ダー25に流出する被加熱流体Cの流路27が形成されてい
る。管板23、24には水冷ジャケット28がそれぞれ形成さ
れており、伝熱管22の両端部はこの水冷ジャケット28で
囲まれた部分に支持されている。伝熱管22の両端部は共
に拡管され、端面は平滑処理されている。伝熱管22の一
方の端面は円盤状の保持リング29下面の受け面に圧接さ
れ、伝熱管22の他方の端面は管板24に固定して設けられ
た受け面30に圧接されている。この場合、保持リング29
の受け面および管板24の受け面30も平滑処理されてお
り、伝熱管22の端面と密着するようになっている。な
お、管板23、24の内外面はそれぞれ断熱材31で覆われて
いる。
"Embodiment of the Invention" FIG. 1 shows almost the entire heat exchanger embodying the present invention. This heat exchanger 21 includes a plurality of ceramic heat transfer tubes.
The heat transfer tube 22 has its both ends supported by a pair of tube plates 23, 24. A flow path 20 of the heating fluid H that crosses the heat transfer tube 22 is formed between the tube plates 23 and 24. Also, the tube sheet 2
The outer sides of 3 and 24 are surrounded by headers 25 and 26, respectively, and a flow path 27 for the fluid to be heated C that flows from one header 26 into the heat transfer tube 22 and flows out to the other header 25 is formed. A water cooling jacket 28 is formed on each of the tube plates 23 and 24, and both ends of the heat transfer tube 22 are supported by a portion surrounded by the water cooling jacket 28. Both ends of the heat transfer tube 22 are expanded, and the end surfaces are smoothed. One end surface of the heat transfer tube 22 is pressed against a receiving surface of the lower surface of the disc-shaped holding ring 29, and the other end surface of the heat transfer tube 22 is pressed against a receiving surface 30 fixedly provided on the tube sheet 24. In this case, retaining ring 29
The receiving surface and the receiving surface 30 of the tube sheet 24 are also smoothed so as to be in close contact with the end surface of the heat transfer tube 22. The inner and outer surfaces of the tube sheets 23 and 24 are covered with a heat insulating material 31, respectively.

第2図および第3図には上記熱交換器21における保持リ
ング29部分の接続構造が示されている。保持リング29に
はガイド棒32が立設されている。ガイド棒32は保持リン
グ29の周縁部に沿って複数本(この実施例では8本)設
けられている。管板23の上面に固定された環状のサポー
ト33の内側下面には、ガイド棒32の位置に対応して筒34
が設けられている。ガイド棒32の先端は筒34内に挿入さ
れている。したがって、保持リング29はガイド棒32を介
し、伝熱管22の軸方向に沿って移動可能に支持されてい
る。ガイド棒32の外周において、保持リング29と筒34先
端との間にはスプリング36が配置され、スプリング36は
保持リング29を伝熱管22の一方の端面に圧接している。
なお、この付勢力により、前述したように伝熱管22の他
方の端面は他方の管板24の受け面30に圧接されている。
保持リング29とサポート33との間には被加熱流体Cの流
通孔37を囲むように伸縮継手38が装着されている。ま
た、流通孔37の周壁を形成する筒状の断熱材39が保持リ
ング29およびサポート33の内側に配置され、その先端は
テーパ状をなして伝熱管22の拡径部に入り込んでいる。
なお、第1図、第2図、第3図および後述する第4図、
第6図、第7図、第8図において、スプリング36は一点
鎖線をもって略示してある。
2 and 3 show the connecting structure of the retaining ring 29 portion of the heat exchanger 21. A guide rod 32 is erected on the retaining ring 29. A plurality of guide rods 32 (eight in this embodiment) are provided along the peripheral edge of the retaining ring 29. At the inner lower surface of the annular support 33 fixed to the upper surface of the tube plate 23, a tube 34 is provided corresponding to the position of the guide rod 32.
Is provided. The tip of the guide rod 32 is inserted into the cylinder 34. Therefore, the holding ring 29 is movably supported along the axial direction of the heat transfer tube 22 via the guide rod 32. On the outer circumference of the guide rod 32, a spring 36 is arranged between the holding ring 29 and the tip of the cylinder 34, and the spring 36 presses the holding ring 29 against one end surface of the heat transfer tube 22.
By this biasing force, as described above, the other end surface of the heat transfer tube 22 is pressed against the receiving surface 30 of the other tube sheet 24.
An expansion joint 38 is mounted between the holding ring 29 and the support 33 so as to surround the flow hole 37 for the heated fluid C. In addition, a cylindrical heat insulating material 39 forming the peripheral wall of the flow hole 37 is arranged inside the holding ring 29 and the support 33, and the tip of the heat insulating material 39 is tapered and enters the enlarged diameter portion of the heat transfer tube 22.
Incidentally, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG.
In FIGS. 6, 7, and 8, the spring 36 is schematically shown by a chain line.

上記の構成において、流路20には加熱流体Hが流れ、伝
熱管22に接触して伝熱管22を加熱する。ヘッダー26から
伝熱管22内を通りヘッダー25に至る流路27には被加熱流
体Cが流れ、被加熱流体Cは伝熱管22内を通るときに熱
交換されて加熱される。なお、流路20に被加熱流体Cを
流し、流路27に加熱流体Hを流すこともできる。ところ
で、熱交換器21の本体や管板23、24は金属でできている
ので、セラミック伝熱管22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22の軸方向の相
対変位は、スプリング36が伸縮して保持リング29が軸方
向に移動することおよびそれに伴って伸縮継手38が伸縮
することによって吸収される。また、伝熱管22の半径方
向の変位は、伸縮継手38がある程度の半径方向の変位を
許容することや伝熱管22の両端面における接触面間で摺
動することによって吸収される。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22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。さらに、この実施例では、伸縮
継手38を設けているので、保持リング29とサポート33と
の間の気密性も保持される。また、スプリング36や伸縮
継手38は金属からなり、高温に弱いことが予想される
が、それらの外周を水冷ジャケット28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。
In the above structure, the heating fluid H flows through the flow path 20 and contacts the heat transfer tube 22 to heat the heat transfer tube 22. The fluid to be heated C flows in the flow path 27 from the header 26 to the header 25 through the heat transfer tube 22, and the fluid C to be heated is heat-exchanged and heated when passing through the heat transfer tube 22. It should be noted that the fluid to be heated C can be passed through the flow path 20 and the heating fluid H can be passed through the flow path 27. By the way, since the main body of the heat exchanger 21 and the tube plates 23 and 24 are made of metal, the coefficient of thermal expansion is different from that of the ceramic heat transfer tube 22, and relative displacement occurs due to the difference in coefficient of thermal expansion. The relative displacement of the heat transfer tube 22 in the axial direction is absorbed by the spring 36 expanding and contracting, the holding ring 29 moving in the axial direction, and the expansion joint 38 expanding and contracting accordingly. Further, the radial displacement of the heat transfer tube 22 is absorbed by allowing the expansion joint 38 to have some radial displacement and sliding between the contact surfaces at both end surfaces of the heat transfer tube 22. In this case, since the contact surfaces are all smoothed, sliding is facilitated. Further, since the contact surfaces at both end surfaces of the heat transfer tube 22 are brought into close contact with each other by the smoothing treatment, the fluid leakage at this portion is sufficiently prevented. Further, in this embodiment, since the expansion joint 38 is provided, the airtightness between the retaining ring 29 and the support 33 is also retained. Further, the spring 36 and the expansion joint 38 are made of metal and are expected to be weak against high temperatures, but the water cooling jacket 28 surrounds the outer circumference of the spring 36 and radiation cooling, and the spring 36 and the expansion joint 38 are arranged outside the heat insulating material 39. Therefore, heat damage is prevented.

第4図には、保持リング29部分の接続構造を変えた他の
実施例が示されている。この実施例では、保持リング29
の内側上面から上方に筒体40が立設され、筒体40は管板
23から延設されて貫通孔を形成する環状のサポート41の
内周に摺接している。筒体40とサポート41との間にはシ
リコーンゴム等の耐熱性ゴムからなるシールリング42が
介在されている。また、サポート41の下面には軸方向に
複数のガイド棒43が立設され、ガイド棒43の下端は保持
リング29の周縁部に設けられた孔部に挿通されている。
そして、ガイド棒43の外周において、保持リング29とサ
ポート41との間にはスプリング36が装着されている。し
たがって、保持リング29は、筒体40およびガイド棒43に
ガイドされながら軸方向に移動可能とされ、スプリング
36によって伝熱管22の端面に圧接されている。また、保
持リング29とサポート41との間において、断熱材39の外
周を筒体40が囲むので、その部分における気密性が保持
されている。
FIG. 4 shows another embodiment in which the connecting structure of the retaining ring 29 is changed. In this embodiment, the retaining ring 29
The tubular body 40 is erected upward from the inner upper surface of the
It is in sliding contact with the inner circumference of an annular support 41 extending from 23 and forming a through hole. A seal ring 42 made of heat resistant rubber such as silicone rubber is interposed between the tubular body 40 and the support 41. Further, a plurality of guide rods 43 are provided upright on the lower surface of the support 41 in the axial direction, and the lower end of the guide rod 43 is inserted into a hole provided in the peripheral edge of the holding ring 29.
A spring 36 is attached between the holding ring 29 and the support 41 on the outer circumference of the guide rod 43. Therefore, the retaining ring 29 is movable in the axial direction while being guided by the tubular body 40 and the guide rod 43, and the spring
It is pressed against the end surface of the heat transfer tube 22 by 36. Further, between the holding ring 29 and the support 41, since the outer circumference of the heat insulating material 39 is surrounded by the tubular body 40, the airtightness in that portion is maintained.

第5図には、保持リング29部分の接続構造を変えたさら
に他の実施例が示されている。この実施例では、保持リ
ング29に立設されたガイド棒32の先端にピストン44が装
着され、ピストン44は管板23のサポート41に形成された
シリンダ45内に挿入されている。そして、ピストン44の
上側のシリンダ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。なお、保持リング29
とシリンダ45との間に伸縮継手38が設けられていること
は第2図と同様である。この実施例では、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32を介して保持リング29を伝熱管22の端面に押圧す
るようになっている。
FIG. 5 shows still another embodiment in which the connecting structure of the retaining ring 29 is changed. In this embodiment, a piston 44 is attached to the tip of a guide rod 32 erected on the retaining ring 29, and the piston 44 is inserted into a cylinder 45 formed in a support 41 of the tube sheet 23. Then, the pressurized fluid is introduced into the cylinder 45 above the piston 44 through the pressurized fluid introduction passage 46. The retaining ring 29
As in FIG. 2, the expansion joint 38 is provided between the cylinder 45 and the cylinder 45. In this embodiment, the piston 44 is pushed by the pressurized fluid introduced into the cylinder 45, and the holding ring 29 is pushed against the end surface of the heat transfer tube 22 via the guide rod 32.

第6図および第7図には、保持リング29部分の接続構造
を変えたさらに他の実施例が示されている。この実施例
では、伝熱管22の両端面がそれぞれ接続リング47を介し
て保持リング29および受け面30に圧接されている。接続
リング47は、断面テーパ状内径を有する形状とされ、接
続リング47の小さい径の方の端面にセラミック伝熱管22
の一方の端面が接触し、接続リング47の大きい径の方の
端面に保持リング29または受け面30が接触している。ま
た、流通孔37の周壁を形成する筒状の断熱材39の先端は
テーパ状をなして接続リング47の拡径部に入り込んでい
る。その他の構成は、第1図、第2図および第3図に示
した実施例と同様である。この実施例では、接続リング
47によって拡径させたので、セラミック伝熱管22をほぼ
長さ方向にわたって等径の円筒状に形成でき、セラミッ
ク伝熱管22の製造が容易となる利点がある。
6 and 7 show another embodiment in which the connecting structure of the retaining ring 29 is changed. In this embodiment, both end surfaces of the heat transfer tube 22 are pressed against the holding ring 29 and the receiving surface 30 via the connecting rings 47, respectively. The connecting ring 47 has a tapered inner diameter in cross section, and the ceramic heat transfer tube 22 is provided on the end surface of the connecting ring 47 having the smaller diameter.
One of the end faces is in contact, and the holding ring 29 or the receiving face 30 is in contact with the end face of the connection ring 47 having the larger diameter. Further, the tip of the cylindrical heat insulating material 39 forming the peripheral wall of the flow hole 37 is tapered and enters the enlarged diameter portion of the connection ring 47. Other configurations are similar to those of the embodiment shown in FIGS. 1, 2 and 3. In this example, the connection ring
Since the diameter is expanded by 47, the ceramic heat transfer tube 22 can be formed into a cylindrical shape having an equal diameter over substantially the length direction, and there is an advantage that the ceramic heat transfer tube 22 can be easily manufactured.

第8図には、伝熱管の接続構造を変えたさらに他の実施
例が示されている。この実施例においてもセラミック伝
熱管22の端部が接続リング47を介して保持リング29に圧
接されている。その他の構成は第4図に示す実施例と同
様である。
FIG. 8 shows still another embodiment in which the connection structure of the heat transfer tubes is changed. Also in this embodiment, the end of the ceramic heat transfer tube 22 is pressed against the holding ring 29 via the connecting ring 47. The other structure is the same as that of the embodiment shown in FIG.

第9図には、伝熱管の接続構造を変えたさらに他の実施
例が示されている。この実施例においてもセラミック伝
熱管22の端部が接続リング47を介して保持リング29に圧
接されている。その他の構成は第5図に示す実施例と同
様である。
FIG. 9 shows still another embodiment in which the connection structure of the heat transfer tubes is changed. Also in this embodiment, the end of the ceramic heat transfer tube 22 is pressed against the holding ring 29 via the connecting ring 47. Other configurations are similar to those of the embodiment shown in FIG.

さらに第4図および第8図に示した接続構造を有する場
合にあって、それぞれスプリング36に代えて、第5図の
例の如く、流体圧シリンダーを加圧手段として採用して
もよい。
Further, in the case of having the connection structure shown in FIGS. 4 and 8, instead of the spring 36, a fluid pressure cylinder may be adopted as the pressurizing means as in the example of FIG.

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、一方の管板に設
けられた保持リングを加圧手段によりセラミック伝熱管
の一方の端面に直接もしくは間接的に圧接させ、その付
勢力でセラミック伝熱管の他方の端面を他方の管板に直
接もしくは間接的に圧接させるようにしたので、熱膨張
率の差や寸法誤差による軸方向変位を保持リングの軸方
向変位によって吸収することができる。また、セラミッ
ク伝熱管、保持リング、受け面、あるいはさらに接続リ
ングのそれぞれの接触面を、表面あらさ6.3S以下となる
ように平滑処理したことにより、セラミック伝熱管の両
端部における各接触面のずれにより、伝熱管の半径方向
の変位も吸収しやすくなり、さらに、セラミック伝熱管
の両端面における接触面が良好に密着するので、流体の
漏洩を確実に防止することができる。したがって、1000
℃を超える高温であって、かつ、漏洩の許容されない分
野での熱交換にも適用することができる。
[Advantages of the Invention] As described above, according to the present invention, the holding ring provided on one of the tube plates is directly or indirectly brought into pressure contact with one end surface of the ceramic heat transfer tube by the pressurizing means, and the attachment ring is attached. Since the other end surface of the ceramic heat transfer tube is brought into pressure contact with the other tube sheet directly or indirectly by force, the axial displacement of the retaining ring should absorb the axial displacement due to the difference in coefficient of thermal expansion and dimensional error. You can In addition, the contact surfaces of the ceramic heat transfer tube, the retaining ring, the receiving surface, and further the connection ring were smoothed so that the surface roughness was 6.3 S or less, so that the contact surfaces at both ends of the ceramic heat transfer tube were misaligned. As a result, the radial displacement of the heat transfer tube is easily absorbed, and the contact surfaces at both end surfaces of the ceramic heat transfer tube are in close contact with each other, so that fluid leakage can be reliably prevented. Therefore, 1000
It can be applied to heat exchange in a field where the temperature is higher than 0 ° C and leakage is not allowed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明によるセラミック熱交換器の一実施例を
示す断面図、第2図は同熱交換器の保持リング部分の接
続構造を示す部分断面図、第3図は第2図におけるA-A
線に沿った断面図、第4図、第5図は同熱交換器の保持
リング部分の接続構造を変えたそれぞれ他の実施例を示
す部分断面図、第6図は本発明によるセラミック熱交換
器の他の実施例を示す断面図、第7図は同熱交換器の保
持リング部分の接続構造を示す部分断面図、第8図、第
9図は同熱交換器の保持リング部分の接続構造を変えた
それぞれ他の実施例を示す部分断面図、第10図はセラミ
ック伝熱管の端部の接続構造の従来例を示す部分断面図
である。 図中、21は熱交換器、22は伝熱管、23、24は管板、25、
26はヘッダー、27は流路、28は水冷ジャケット、29は保
持リング、30は受け面、36はスプリング、37は流通孔、
38は伸縮継手、40は筒体、44はピストン、45はシリンダ
である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a ceramic heat exchanger according to the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view showing a connecting structure of a retaining ring portion of the heat exchanger, and FIG. 3 is AA in FIG.
4 and 5 are partial sectional views showing other embodiments in which the connection structure of the retaining ring portion of the heat exchanger is changed, and FIG. 6 is a ceramic heat exchange according to the present invention. Fig. 7 is a sectional view showing another embodiment of the heat exchanger, Fig. 7 is a partial sectional view showing the connecting structure of the retaining ring portion of the heat exchanger, and Figs. 8 and 9 are connecting of the retaining ring portion of the heat exchanger. FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing another embodiment in which the structure is changed, and FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a conventional example of the connecting structure of the end portion of the ceramic heat transfer tube. In the figure, 21 is a heat exchanger, 22 is a heat transfer tube, 23 and 24 are tube plates, 25,
26 is a header, 27 is a flow path, 28 is a water cooling jacket, 29 is a retaining ring, 30 is a receiving surface, 36 is a spring, 37 is a flow hole,
38 is an expansion joint, 40 is a cylinder, 44 is a piston, and 45 is a cylinder.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】対向配置された一対の金属製の管板にセラ
ミック伝熱管の両端部が支持されてなるセラミック熱交
換器において、一方の上記管板の流体流通孔に対応して
保持リングが配置され、この保持リングと上記管板との
間に設けられた加圧手段により上記保持リングが上記セ
ラミック伝熱管の一方の端面に圧接されており、その付
勢力により上記セラミック伝熱管の他方の端面が他方の
上記管板の受け面に圧接されて支持されており、上記セ
ラミック伝熱管の両端面と、上記保持リングおよび上記
受け面との接触面が、表面あらさ6.3S以下となように平
滑処理されていることを特徴とするセラミック熱交換
器。
1. A ceramic heat exchanger in which both ends of a ceramic heat transfer tube are supported by a pair of metal tube plates that are arranged to face each other, and a holding ring is provided corresponding to a fluid passage hole of one of the tube plates. The holding ring is arranged in pressure contact with one end surface of the ceramic heat transfer tube by a pressurizing means provided between the holding ring and the tube sheet, and the other end of the ceramic heat transfer tube is biased by the urging force. The end surface is pressed against and supported by the receiving surface of the other tube sheet, and the contact surfaces between the both end surfaces of the ceramic heat transfer tube and the holding ring and the receiving surface have a surface roughness of 6.3 S or less. Ceramic heat exchanger characterized by being smoothed.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記保持
リングに前記セラミック伝熱管の軸方向に延びる筒体が
形成され、この筒体が一方の前記管板の貫通孔内周に摺
接しているセラミック熱交換器。
2. The holding ring according to claim 1, wherein a tubular body extending in the axial direction of the ceramic heat transfer tube is formed, and the tubular body is in sliding contact with the inner circumference of the through hole of one of the tube sheets. Ceramic heat exchanger.
【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記加圧手段はスプリングまたは流体圧シリンダー
であるセラミック熱交換器。
3. The ceramic heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the pressurizing means is a spring or a fluid pressure cylinder.
【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、前記管板は水冷構造とされ、前記保持
リングおよび前記加圧手段は上記水冷構造で囲まれた部
分に配置されているセラミック熱交換器。
4. The tube sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the tube plate has a water cooling structure, and the retaining ring and the pressurizing means are arranged in a portion surrounded by the water cooling structure. Is a ceramic heat exchanger.
【請求項5】対向配置された一対の金属製の管板にセラ
ミック伝熱管の両端部が支持されてなるセラミック熱交
換器において、一方の上記管板の流体流通孔に対応して
保持リングが配置され、この保持リングと上記管板との
間に設けられた加圧手段により上記保持リングが上記セ
ラミック伝熱管の一方の端面に接続リングを介して圧接
されており、その付勢力により上記セラミック伝熱管の
他方の端面が他方の上記管板の受け面に同じく接続リン
グを介して圧接されて支持されており、上記セラミック
伝熱管、上記接続リング、上記保持リングおよび上記受
け面のそれぞれの接触面が、表面あらさ6.3S以下となる
ように平滑処理されていることを特徴とするセラミック
熱交換器。
5. A ceramic heat exchanger in which both ends of a ceramic heat transfer tube are supported by a pair of metal tube plates that are arranged opposite to each other, and a holding ring is provided corresponding to a fluid passage hole of one of the tube plates. The holding ring is arranged in pressure contact with one end surface of the ceramic heat transfer tube by a pressurizing means provided between the holding ring and the tube plate via a connecting ring, and the ceramic is applied by its urging force. The other end surface of the heat transfer tube is also pressed against and supported by the receiving surface of the other tube sheet via the connecting ring, and the ceramic heat transfer tube, the connecting ring, the holding ring and the receiving surface are brought into contact with each other. A ceramic heat exchanger characterized in that its surface is smoothed to a surface roughness of 6.3 S or less.
【請求項6】特許請求の範囲第5項において、前記接続
リングは、断面テーパ状内径を有するものであるセラミ
ック熱交換器。
6. The ceramic heat exchanger according to claim 5, wherein the connection ring has a tapered inner diameter.
【請求項7】特許請求の範囲第5項または第6項におい
て、前記保持リングに前記セラミック伝熱管の軸方向に
延びる筒体が形成され、この筒体が一方の前記管板の貫
通孔内周に摺接しているセラミック熱交換器。
7. The holding ring according to claim 5 or 6, wherein a tubular body extending in the axial direction of the ceramic heat transfer tube is formed, and the tubular body is provided in a through hole of one of the tube sheets. Ceramic heat exchanger that is in sliding contact with the circumference.
【請求項8】特許請求の範囲第5項ないし第7項のいず
れか一において、前記加圧手段はスプリングまたは流体
圧シリンダーであるセラミック熱交換器。
8. A ceramic heat exchanger according to any one of claims 5 to 7, wherein said pressurizing means is a spring or a fluid pressure cylinder.
【請求項9】特許請求の範囲第5項ないし第8項のいず
れか一において、前記管板は水冷構造とされ、前記保持
リングおよび前記加圧手段は上記水冷構造で囲まれた部
分に配置されているセラミック熱交換器。
9. The tube sheet according to any one of claims 5 to 8, wherein the tube sheet has a water cooling structure, and the holding ring and the pressurizing means are arranged in a portion surrounded by the water cooling structure. Is a ceramic heat exchanger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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