JPH08109983A - セラミック管の補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】セラミック管１０の胴体部外周に膨張性マット
１２を介して金属環１６で嵌合する構成にして、膨張性
マット１２の膨張力によりセラミック管１０の胴体部外
周に圧縮応力を付与するようにし、これにより、圧縮応
力が、セラミック管１０に対して機械的（例えば圧力
差）或いは熱的原因により発生する引張応力を減少させ
る。 【効果】セラミック管に発生する引張応力を減少して、
セラミック管を補強することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック管の補強構造
に係り、特に、高温含塵ガスからダストを除塵する集塵
器の濾筒として或いは高熱加圧流体が流れる配管等に使
用されるセラミック管の補強構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭のガス化炉や加圧流動床燃焼ボイラ
等では、７００〜１０００°Ｃ程度の含塵ガスが排出さ
れる。このような高温の含塵ガスからダストを除塵する
場合、バグフィルタや電気集塵機等の集塵装置にあって
は耐熱性が乏しいために、含塵ガスを冷却しないと適用
できない。このことから、耐熱性に優れたセラミック管
を濾筒として用いた集塵装置が実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ック管は、金属管に比べて耐熱性、耐腐食性、耐磨耗性
において優れている反面、引張応力或いは機械的及び熱
的衝撃に弱く破損し易い性質がある。特に、多孔質のセ
ラミック管は引張応力に対して弱く、例えばセラミック
管の濾筒内や配管内に大きな内圧がかかり引張応力が発
生した場合、或いは濾筒や配管の内側と外側の内外温度
差による熱応力に起因する引張応力が発生した場合等に
おいて、破損し易いという欠点がある。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、セラミック管に対して機械的或いは熱的等の原
因により発生する引張応力を減少してセラミック管の強
度を補強することのできるセラミック管の補強構造を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する為に、セラミック管の胴体部外周に膨張性マット
を介して金属環を嵌合して成り、前記膨張性マットの膨
張力により前記セラミック管の外周面に圧縮応力を付与
することを特徴とする。ここで、胴体部というのはセラ
ミック管の胴体部全体或いは胴体部で補強を必要とする
部分のいずれでもよく、セラミック管の端部を除く部分
である。

【０００６】

【作用】本発明によれば、セラミック管の胴体部外周に
膨張性マットを介して金属環を嵌合する構成にして、膨
張性マットの膨張力によりセラミック管の胴体部外周に
圧縮応力を付与するようにした。これにより、前記圧縮
応力は、セラミック管に対して機械的（例えば圧力）或
いは熱的等の原因により発生するセラミック管の径方向
の引張応力を著しくる減少させることができる。また、
セラミック管の胴体部外周に圧縮応力を付与することに
より、セラミック管の軸方向の伸びも抑制するので、セ
ラミック管の軸方向に発生する引張応力をも減少させる
ことができる。即ち、セラミックの破壊強度は、表面及
び内部に存在する欠陥（亀裂）の大きさに依存し、引張
応力の条件下では亀裂先端への応力集中度が高く、亀裂
の進展が促進されるのに対し、圧縮応力の条件下では応
力集中が起きないために圧縮強度は大きい。従って、本
発明のセラミック管の補強構造では、セラミック管の胴
体部を圧縮応力の条件下におくことができるので、セラ
ミック管に発生する引張応力を減少させることができ、
これによりセラミック管の強度を補強することができ
る。

【０００７】一般的にセラミックス材料の熱膨張率は金
属材料と比べて小さいが、膨張させた膨張性マットには
充分の弾性があり、加熱された状態でも膨張性マットに
よる圧縮応力が維持される。また、前記セラミック管と
前記膨張性マットとの間に断熱マットを介在させると、
セラミック管の内側と外側の内外に生じる温度差を更に
緩和することができるので、熱応力に起因する引張応力
の発生を減少させることができる。従って、熱応力に起
因する引張応力が発生しないようにしながら、セラミッ
ク管の外周面に圧縮応力を付与することができるので、
セラミック管の強度を更に向上させることができる。

【０００８】また、セラミック管が多孔質フィルタ管で
ある場合に、金属環に多数の通気孔を形成しておき、且
つ、膨張性マット及び断熱マットにも通気性を有するよ
うにしておけば、より、強度を補強した多孔質セラミッ
ク管を除塵装置の濾筒として使用することができる。

【０００９】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るセラミッ
ク管の補強構造の好ましい実施例について詳説する。図
１に示すセラミック管の補強構造は、多孔質のセラミッ
ク管１０の外周に膨張性マット１２を介して多数の通気
孔１４が形成された金属環１６で嵌合して構成される。

【００１０】ここで、セラミック管１０には、アルミ
ナ、ムライト、シャモット、ジルコン、炭化珪素、窒化
珪素、コージライト、β─スポジュメン、カーボン、チ
タン酸アルミニウム等の材質が使用でき、なかでもコー
ジライトのような熱膨張率の小さな材質のものを使用す
ることが好ましい。また、膨張性マット１２としては、
膨張することによりセラミック管１０の外周面に圧縮応
力を付与でき、一度膨張したらその後も膨張状態を維持
できるものであればよい。例えば、膨張性マット１２の
一例として、加熱膨張材とセラミックファイバーとを有
機結合剤で結合し、約４００°Ｃ以上で熱膨張する加熱
膨張性マットを使用することができる。加熱膨張材とし
ては、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、セラミックファイバーとしては、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。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）等があげられる。また、金属環１６はステ
ンレス製とされ、その内径はセラミック管１０の外径よ
りも僅かに大きく形成される。金属環１６としてステン
レス製のパンチングメタルを円筒状に形成したものが好
ましく使用することもできる。そして、本発明のセラミ
ック管の補強構造を組み立てるには、金属環１６とセラ
ミック管１０との間の隙間に膨張前の膨張性マット１２
を均等に介在させた状態で、膨張性マット１２を例えば
４５０°Ｃに加熱して膨張させる。これにより、セラミ
ック管１０と金属環１６との一定幅の隙間で膨張性マッ
ト１２が膨張し、セラミック管の外周面に圧縮応力が付
与される。これにより、前記圧縮応力は、セラミック管
１０に対して機械的（例えば圧力）或いは熱的に発生す
るセラミック管１０の周方向の引張応力を著しくる減少
させることができる。また、セラミック管１０の外周面
に圧縮応力を付与すると、セラミック管１０の軸方向の
伸びも抑制されるので、セラミック管１０の軸方向に発
生する引張応力に対しても減少させることができる。ま
た、セラミック管１０の外周面に付与される圧縮応力の
調整は、前記隙間のスペースに対する膨張性マット１２
の充填密度を変えることにより行う。

【００１１】図２は、本発明のセラミック管の補強構造
の別の態様であり、図１に示した構造において、ラミッ
ク管１０と膨張性マット１２の間に断熱マット１８を介
在させたものである。ここで、断熱マット１８は、例え
ばセラミックスファイバーマット等を使用することがで
きる。そして、断熱マットを介在させることにより、セ
ラミック管１０の内側と外側との内外温度差を更に緩和
することができるので、熱応力に起因する引張応力の発
生を抑制することができる。

【００１２】上記した図１及び図２で示したセラミック
管の補強構造は、例えば、高温の含塵ガスからダストを
除塵する集塵装置の濾筒として最適であり、以下、集塵
装置に適用した例を説明する。図３は、９００°Ｃ程度
の高温の含塵ガスからダストを除塵する集塵装置２０を
示した図である。図３に示すように、集塵装置２０は、
上端部に含塵ガス２１の導入口２２を有すると共に、下
端部にダスト２３の排出口２４を有する略円筒状の缶体
２６内に、本発明のセラミック管の補強構造を有する複
数本の濾筒２８が適宜な間隔を置いて縦方向に配設され
る。また、濾筒２８は缶体２６内の所定高さ位置に缶体
２６に対して水平方向に複数段設けられた管板３０、３
０、３０に支持される。管板３０同志の間には清浄ガス
室３２、３２、３２が形成され、缶体２６の側面には、
各清浄ガス室３２、３２、３２に連通するダクト３４、
３４、３４が接続されると共に、それぞれのダクト３４
はデイフューザ３６の拡径端側に接続される。また、デ
イフューザ３６の縮径端側は逆洗用電磁弁３５を介して
逆洗用空気供給ダクト４０に合流されてから圧縮空気タ
ンク４２に接続される。また、各デイフューザ３６の拡
径端側から分岐した分岐ダクト４４、４４、４４は、清
浄ガス用電磁弁４６を介して清浄ガス排気ダクト４７に
合流されて排出される。

【００１３】図４は図３の濾筒２８を管板３０に支持す
る部分の部分拡大図である。図４に示すように、金属製
の管板３０の内部には水室５０が形成され、水室５０に
は冷却媒体である水が流され、これにより管板３０を冷
却している。また、管板３０には、上下の濾筒２８Ａ、
２８Ｂが支持されると共に管板３０を介して連結され
る。即ち、管板３０には、貫通孔５２が形成されると共
に、貫通孔５２の管板３０上面には、球面嵌込部５４Ａ
を有するリング状の保持部材５４がボルト５６で固定さ
れる。そして、上側の濾筒２８Ａの下端部についても、
膨張性マット１２を介して金属環１６で把持されると共
に、その金属環１６の下端が保持部材５４の球面嵌込部
５４Ａに密封性を有するように嵌め込まれる。また、上
側の濾筒２８Ａの胴体部（セラミック管１０の上下端以
外の部分）は、断熱マット１８、膨張性マット１２を介
して金属環１６に嵌合される。

【００１４】一方、下側の濾筒２８Ｂの上端部は、膨張
性マット１２を介して金属環１６で把持されると共に、
その金属環１６が貫通孔５２の内周面に沿って設けられ
たベローズ５８を介して保持部材５４の下面に接続され
る。また、下側の濾筒２８Ｂの胴体部は、上側の濾筒２
８Ａと同様に断熱マット１８と膨張性マット１２を介し
て金属環１６に嵌合される。また、ベローズ５８の内側
には、断熱材６０が設けられ、ベローズ５８の高温ガス
による過熱を防止する。また、管板３０の貫通孔５２内
周面の略下半分には、断熱材６２が設けられ、管板３０
の貫通孔５２からの冷却熱輻射により下側の濾筒２８Ｂ
の外表面が強く冷却されて大きな熱応力が発生するのを
防止する。

【００１５】次に、上記の如く構成された集塵装置にお
ける本発明のセラミック管の補強構造の作用を説明す
る。先ず、除塵操作時について説明すると、導入口２２
から、温度が約９００°Ｃ、圧力が約１０Ｋｇ／ｃｍ²
の含塵ガス２１が導入され、多数の濾筒２８の内側を流
下する。含塵ガス２１は流下する途中で濾筒２８により
濾過され、濾過された清浄ガス２７は濾筒２８の側面か
ら清浄ガス室３２に流入する。一方、濾過されたダスト
２３は濾筒２８の内面に堆積し、逆洗操作によってダス
ト２３は缶体２６下方のホッパに落下して溜まり、適宜
排出される。清浄ガス室３２内の清浄ガス２７は、ダク
ト３４、分岐ダクト４４及び清浄ガス排気ダクト４７を
通って除塵装置２０外に排出される。

【００１６】この高圧、高温の含塵ガスを除塵する除塵
操作において、セラミック管１０の内側と外側に内外圧
力差（例えば、３０００ｍｍＡｑ）が生じる。この結
果、セラミック管１０にはセラミック管１０の周方向に
引張応力が発生する。そこで、本発明のセラミック管の
補強構造では、上記構成の如く、セラミック管１０と金
属環１６との一定幅の隙間で膨張性マット１２を膨張せ
しめておくことにより、セラミック管１０の胴体部外周
に圧縮応力が付与されているので、内外圧力差により生
じる引張応力を減少させることができる。これにより、
セラミックスの引張応力に対する強度が弱いという欠点
を補うことができるので、濾筒２８の破損を未然に防止
することができる。また、この高圧、高温の含塵ガス２
１を除塵する除塵操作において、セラミック管１０の内
側と外側に内外温度差（例えば約１００°Ｃ）が生じ
る。この結果、何らの対策もない場合には、セラミック
管１０の外周には熱応力による引張応力が発生する。そ
こで、本発明のセラミック管の補強構造では、セラミッ
ク管１０と膨張性マット１２の間に断熱マット１８を介
在させて、セラミック管１０の内側と外側の温度差を小
さくして熱応力による引張応力を減少させると共に、発
生した引張応力をセラミック管１０の外周面に付与した
る前記圧縮応力により減少させることができる。これに
より、濾筒２８の破損を未然に防止することができる。

【００１７】このような圧力差と温度差は特に逆洗操作
の際に顕著である。逆洗操作時について説明すると、逆
洗用電磁弁３５を開いて短時間圧縮空気を注入する。こ
れにより、高圧の逆洗ガスが清浄ガス室３２内に供給さ
れて清浄ガス室３２の圧力を高めるので、濾筒２８の内
側の圧力よりも外側の圧力が高圧となり、逆洗エアが清
浄ガス室３２から濾筒２８内に流れ、濾筒２８内面に付
着したダスト２３を剥離する。そして、逆洗操作は除塵
装置１０全体の除塵操作を中断することなく、３つの清
浄ガス室３２について順番に行われ、逆洗が行われてい
ない清浄ガス室３２は除塵操作が行われている。この逆
洗操作において、逆洗操作が行われていない清浄ガス室
３２の濾筒２８の内側と外側の内外圧力差は、３つの清
浄ガス室３２全てが除塵操作を行っている場合に比べて
大きな内外圧力差になる。これは、逆洗操作が行われる
と、逆洗ガスが濾筒２８内に送り込まれる含塵ガス側の
圧力が上昇し、その分、除塵操作を行っていない清浄ガ
ス室３２が減圧になり内外圧力差が大きくなる為であ
る。この結果、セラミック管１０にはセラミック管１０
の周方向に大きな引張応力が発生する。また、逆洗操作
時におけるセラミック管１０の内側と外側の温度差を見
た場合、逆洗直前まで高温の含塵ガス２１の除塵操作が
行われていたセラミック管１０は、含塵ガス２１と同程
度の高温になっている。この結果、セラミック管１０の
温度より低い逆洗ガスでセラミック管１０の外周が冷却
されることにより熱応力による周方向の引張応力が発生
する。このような逆洗操作によってセラミック管１０に
発生する引張応力に対しても、本発明のセラミック管の
補強構造によれば、引張応力を減少させることができる
ので、濾筒２８の破損を未然に防止することができる。

【００１８】このように、本発明のセラミック管の補強
構造によれば、セラミック管１０の胴体部外周に膨張性
マット１２を介して金属環１６で嵌合する構造にして、
膨張性マット１２の膨張力によりセラミック管の外周面
に圧縮応力を付与するようにした。これにより、セラミ
ック管１０に対して機械的或いは熱的原因によって発生
する引張応力を減少してセラミック管の強度を補強する
ことができる。

【００１９】また、セラミック管１０と膨張性マット１
２との間に断熱マット１８を介在させるようにすると、
熱応力が発生しにくくなり、熱応力による引張応力を抑
制することができるので、セラミック管１０の破損を更
に確実に防止することができる。図５、図６は、本発明
のセラミック管の補強構造の別の態様を説明する断面図
である。尚、図１、図２で説明したと同じ部材には同符
号を付して説明する。

【００２０】図５に示すセラミック管の補強構造は、緻
密質のセラミック管６４の胴体部外周に膨張性マット１
２を介して金属環１６で嵌合して構成される。また、図
６に示すセラミック管の補強構造は、図５に示したセラ
ミック管６４と膨張性マット１２の間に断熱マット１８
を介在させたものである。そして、これらの補強された
セラミック管は、金属管では耐熱性の点で使用できない
ような高温加圧流体（ガス及び液体）の配管として最適
である。上記構成の配管では、配管の内外圧力差及び内
外温度差による引張応力を減少させることができる。従
って、配管の強度を向上させ、熱応力を抑制することが
できるので、配管の破損を未然に防止できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るセラ
ミック管の補強構造によれば、セラミック管の胴体部外
周に膨張性マットを介して金属環で嵌合する構成にし
て、膨張性マットの膨張力によりセラミック管の胴体部
外周に圧縮応力を付与するようにした。これにより、セ
ラミック管に対して機械的或いは熱的原因で発生する引
張応力を減少してセラミック管の強度を補強することが
できる。

【００２２】また、セラミック管と膨張性マットとの間
に断熱マットを介在させるようにしたので、セラミック
管に圧縮応力を付与しながら、熱応力による引張応力を
抑制することができるので、セラミック管の信頼性を更
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミック管の補強構造を示す部
分断面図

【図２】本発明に係るセラミック管の補強構造の別の態
様を示す部分断面図

【図３】本発明によるセラミック管を濾筒として使用す
る集塵装置の概略図

【図４】本発明のセラミック管の補強構造を集塵装置の
濾筒に適用した場合の部分断面図

【図５】本発明のセラミック管の補強構造の別の態様を
示す部分断面図

【図６】本発明のセラミック管の補強構造の別の態様を
示す部分断面図

【符号の説明】

１０…セラミック管（多孔質） １２…膨張性マット １４…通気孔 １６…金属環 １８…断熱マット ２０…集塵装置 ２１…含塵ガス ２６…缶体 ２８…濾筒 ３０…管板 ３２…清浄ガス室 ４０…逆洗がす供給ダクト ４７…清浄ガス排気ダクト ５０…水室 ５４…保持部材 ５８…ベローズ ６４…セラミック管（緻密質）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック管の胴体部外周に膨張性マット
   を介して金属環を嵌合して成り、前記膨張性マットの膨
   張力により前記セラミック管の外周面に圧縮応力を付与
   することを特徴とするセラミック管の補強構造。
2. 【請求項２】前記セラミック管と前記膨張性マットとの
   間に断熱マットを介在させる請求項１のセラミック管の
   補強構造。
3. 【請求項３】前記セラミック管が多孔質フィルタ管であ
   ると共に、前記金属環には多数の通気孔が形成され、且
   つ、前記膨張性マット及び断熱マットが通気性を有する
   ものである請求項１又は２のセラミック管の補強構造。