JPH09196260A - セラミックフランジと金属製フランジの締結構造 - Google Patents

セラミックフランジと金属製フランジの締結構造

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JPH09196260A
JPH09196260A JP8003315A JP331596A JPH09196260A JP H09196260 A JPH09196260 A JP H09196260A JP 8003315 A JP8003315 A JP 8003315A JP 331596 A JP331596 A JP 331596A JP H09196260 A JPH09196260 A JP H09196260A
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邦夫 大堀
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幸宏 芳村
Katsunori Ito
勝規 伊藤
Masayoshi Hori
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックフランジと金属製フランジとを高
温使用時においてシール性を確保するように締結する。 【解決手段】 セラミックフランジと金属製フランジと
を金属製弾性シールを挟んで対峙して配置し、該両フラ
ンジを挟むように断面コ字状の金属製の締付枠を被せ、
締付枠に螺合した締結ボルトにより金属製フランジをセ
ラミックフランジに押付けるようにしたセラミックフラ
ンジと金属製フランジの締結構造であって、常温から使
用温度までの温度上昇によるセラミックフランジの厚
さ、金属製フランジの厚さおよび締結ボルトの締付枠内
面からの突出部分の長さの各熱膨張量の和を、締付枠内
法の熱膨張量から引いた差が、金属製弾性シールの高温
使用温度における復元可能な弾性変形量以内とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高温ガスタービンの
空気予熱用のセラミックス熱交換器等に使用されるセラ
ミックフランジと金属製フランジの締結構造に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンおよびガスタービンを用い
た複合サイクルの熱効率はタービン入口温度を高めるこ
とにより著しく向上させることができるため、耐熱材料
の開発によりタービンの入口温度の高温化が計られてき
た。近年タービン翼にセラミックスを用いたセラミック
ガスタービンの研究が活発に行われており、セラミック
ガスタービンでは1400〜1500℃の入口温度が計
画されている。このようなセラミックガスタービンを用
いた300kW級コージェネレーション装置では、コン
プレッサを出て燃焼器に入る空気をガスタービンの排気
と熱交換して予熱するためセラミック熱交換器が計画さ
れている。すなわち、このような高温ガスタービンでは
タービン排気の温度は700〜850℃にも及び、金属
製の熱交換器ではもたないので窒化けい素などのセラミ
ック伝熱管を用いたセラミック熱交換器を使用しなけれ
ばならない。
【0003】かかるセラミック熱交換器では伝熱管にセ
ラミックスを使用するので管板となるフランジもセラミ
ックスとなる。一方空気ヘッダは金属製なのでそのフラ
ンジも金属製であり、セラミックフランジと金属製フラ
ンジを締結する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようにセラミック
フランジと金属製フランジとを、通常のフランジ結合の
ように、温度変化による熱膨張量の検討なしに2つのフ
ランジ間にシール材を挟みフランジ外周近くにあけたボ
ルト穴にボルトを挿入してナットで締め付けるやり方で
締結すると、常温ではシールできても、700℃程度の
高温になると、セラミックフランジの厚さ方向の熱膨張
量が小さいので、2つのフランジの厚さ方向の熱膨張量
の和が、ボルトの熱膨張量よりも小さくなり、シール面
圧が低下してリークが発生する。リークを防ぐため常温
での締付量を増やしてシール面圧を高めても、シールの
弾性限界を越えてしまうので、高温時に復元せず、やは
りリークが発生する。また、セラミックフランジに穴明
けやネジ加工等を施すと、破壊起点となり構造強度上信
頼性が低下する。
【0005】本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案
出されたもので、強度上安全性が高いと考えられる構造
で、かつ高温時におけるシール面圧を確保してリークの
発生を防止するセラミックフランジと金属製フランジの
締結構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のセラミックフランジと金属製フランジの締結構
造はセラミックフランジと金属製フランジを金属製弾性
シールを挟んで対峙して配置し、該両フランジを挟むよ
うに断面コ字状の金属製の締付枠を被せ、締付枠に螺合
した締結ボルトにより金属製フランジをセラミックフラ
ンジに押付けるようにしたセラミックフランジと金属製
フランジの締結構造であって、常温から使用温度までの
温度上昇によるセラミックフランジの厚さ、金属製フラ
ンジの厚さおよび締結ボルトの締付枠内面からの突出部
分の長さの各熱膨張量の和を、締付枠内法の熱膨張量か
ら引いた差が、金属製弾性シールの高温使用温度におけ
る復元可能な弾性変形量以内となっている。
【0007】また締付枠内面とセラミックフランジとの
間に緩衝材を挟むのが好ましい。
【0008】次に本発明の作用を説明する。セラミック
フランジと金属製フランジとを金属製弾性を挟んで配置
し、それに締付枠を被せて、締結ボルトで締付ける。そ
の締付量は金属製弾性シールの復元可能な弾性変形量以
内とする。この状態で使用温度まで昇温すると、セラミ
ックフランジの厚さ、金属製フランジの厚さおよび締結
ボルトの締付枠内面からの突出部分の長さはそれぞれ熱
膨張する。そして締付枠の金属の熱膨張係数が金属製フ
ランジおよび締結ボルトの金属の熱膨張係数より十分小
さくなるようにそれぞれの材質を選定してあるので、セ
ラミックフランジの厚さ、金属製フランジの厚さおよび
締結ボルトの締付枠内面からの突出部分の長さの各熱膨
張量の和を、締付枠内法の熱膨張量から引いた差が、金
属製弾性シールの高温使用温度における弾性変形量以内
とすることができる。従って高温状態でも金属製弾性シ
ールのシール面圧が十分保たれリークが発生することは
ない。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明の1実施形態について
図面を参照しつつ説明する。図1は本発明のセラミック
フランジと金属製フランジの締結構造の側断面図であ
る。図2は締付枠の正面図である。図3は金属製弾性シ
ールの正面図である。図4は図3のA−A矢視断面図で
ある。
【0010】図1はセラミック熱交換器の一部分であっ
て、窒化けい素などセラミック板(フランジ)とそれに
固着されたセラミック伝熱管とにより構成されたセラミ
ックブロックと金属製フランジを有する空気ヘッダとの
締結構造を示している。なお、このセラミック熱交換器
では伝熱管内を空気が、伝熱管外を排気ガスが流れるよ
うになっている。
【0011】図において1はセラミックフランジであ
り、セラミック伝熱管7が固着されて管板を形成してい
る。2は金属製フランジであり、金属製の空気ヘッダの
一部をなしている。3は金属製弾性シールであり、後に
詳細に説明する。4は金属製の締付枠であり、図のよう
に断面はコ字状である。締付枠4は、図2に示すように
四角の環状の枠体を4b,4cの2つ割にしたもので、
一方の側面にタップ穴4aが複数個あけられている。5
は締結ボルトであってタップ穴4aと螺合している。6
は緩衝材であり、シリカ、アルミナが主成分のセラミッ
クファイバに無機充填材を加えて、有機バインダで固め
たものである。
【0012】金属製弾性シール3は図3および図4に示
すようにインコネル等の耐熱合金製で4角の環状に形成
したコイルスプリング3aに、断面がC字状で4角の環
状に形成したステンレス製の内被3bを被せ、その外側
に断面がC字状で4角の環状に形成したインコネル等の
外被3cを被せたものであり、C字の開口部が外側を向
いていて、C字を上下に押しつぶすようにして使用す
る。
【0013】セラミックフランジ1と金属製フランジ2
とは金属製弾性シール3を挟んで対峙して配置されてい
る。両フランジ1,2を挟むように断面コ字状の金属製
の締付枠4が被せてあり、締付枠4に螺合した複数の締
結ボルト5により、金属製フランジ2を弾性シール3を
挟んでセラミックフランジに押付けるようになってい
る。常温から使用温度である700〜850℃まで昇温
すると、セラミックフランジ1の長さLc 、金属製フラ
ンジ2の厚さLh および締結ボルト5の締付枠内面4d
からの突出部分の長さLb はそれぞれ熱膨張するが、そ
れらの熱膨張量の和を、締付枠4の内法Lf の熱膨張量
から引いた差が金属製弾性シールの復元可能な弾性変形
量以内になるように金属製フランジ2、締付ボルト5お
よび締付枠4の材質および寸法を選定してあり、シール
面圧は所望の値に保たれ、リークのおそれがない。な
お、緩衝材6および金属製弾性シール3の熱膨張量は小
さいので無視してもよい。また金属製弾性シールの復元
可能な弾性変形量は略4%程度と考えられる。
【0014】以下上記事項を数式を用いて説明する。セ
ラミックフランジと金属製フランジの締結構造の初期温
度をT0 とし各部材の剛性は十分に高いと仮定する。ま
た各部材の有効寸法をL、温度をT、線膨張係数をα、
熱膨張量をδとし、それぞれに添字を付して各部材を表
している。すなわち添字fは締付枠4の内法、添字bは
締結ボルト5の締付枠内面からの突部部分の長さ、添字
hは金属製フランジ2の厚さ、添字sは金属製弾性シー
ル3の使用状態における厚さ、添字cはセラミックフラ
ンジ1の厚さ、添字kは緩衝材6の厚さをそれぞれ表し
ている。
【0015】各部材の熱膨張量δは、次式で示される。 δf =(Tf −T0 )αf f ,δb =(Tb −T0 )αb b δh =(Th −T0 )αh h ,δs =(Ts −T0 )αs s δc =(Tc −T0 )αc c ,δk =(Tk −T0 )αk k
【0016】またセラミック熱交換器の実験機、高温シ
ール要素試験の知見から、締結部分は十分保温されてい
て、各部分の温度はほぼ同じであることがいえる。すな
わち、共通の使用温度をTa とすると Tf ≒Tb ≒Th ≒Ts ≒Tc ≒Tk =(Ta ) である。
【0017】また緩衝材6および金属製弾性シール3の
熱膨張量は十分小さいと考えられる。すなわち δs ≒δk ≒0 である。従って使用温度Ta における相対伸縮量をβと
すると、 β=δf −(δb +δh +δc )=(Ta −T0 ) {αf f −(αb b +αh h +αc c )} である。また金属製弾性シール3の使用温度における復
元可能弾性変形量は常温使用状態における厚さLs の約
4%と考えられているので、 β≦0.04Ls になるようにαf f ,αb b ,αh h を選定すれ
ばよいことになる。
【0018】
【実施例1】温度700℃で使用されるセラミックフラ
ンジと金属製フランジの締結構造のテストを行った。締
付枠の材質は9Cr−1Mo鋼、緩衝材はHSシート
(日本ピラー工業(株)の商品名)、セラミックフラン
ジの材質は窒化けい素、金属製弾性シールの外被の材質
はインコネル600、金属製フランジの材質はSUS3
16、ボルトの材質はSUS316であった。
【0019】計算結果を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】相対伸縮量βは β=0.3825−(0.0337+0.1846+0.1342) =0.03 従ってβ<0.04×2.6=0.104であり高温時
においても十分シール性を保っている。
【0022】なお、金属製弾性シールの原寸法は直径
3.3mmであった。
【0023】
【実施例2】温度825℃で使用されるセラミックフラ
ンジと金属製フランジの締結構造のテストを行った。締
付枠の材質はHA242(Haynes Alloy
242,Cr8%,Mo25%,Fe2%,残Ni)、
緩衝材はHTシート(日本ピラー工業(株)の商品
名)、セラミックフランジの材質は窒化けい素、金属製
弾性シールの外被の材質はインコネル600、金属製フ
ランジおよびボルトの材質はインコロイ800Hであっ
た。
【0024】計算結果を表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】相対伸縮量βは β=0.8513−(0.0507+0.2608+0.5057) =0.0341 従ってβ<0.04×2.6=0.104であり高温時
においても十分シール性を保っている。
【0027】なお、金属製弾性シールの原寸法は直径
3.3mmであった。
【0028】本発明は以上述べた実施形態や実施例に限
定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変更が可能である。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように本発明のセラミックフ
ランジと金属製フランジの締結構造は常温から使用温度
までの温度上昇によるセラミックフランジの厚さ、金属
製フランジの厚さおよび締結ボルトの締付枠内面からの
突出部分の長さの各熱膨張量の和を、締付枠内法の熱膨
張量から引いた差が、金属製弾性シールの高温使用温度
における復元可能な弾性変形量以内であるので、高温使
用時においてもシール面圧が十分確保され、シール性が
損われることがないなど優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックフランジと金属製フランジ
の締結構造の側断面図である。
【図2】締付枠の正面図である。
【図3】金属製弾性シールの平面図である。
【図4】図3のA−A矢視断面図である。
【符号の説明】
1 セラミックフランジ 2 金属製フランジ 3 金属製弾性シール 4 締付枠 5 締結ボルト 6 緩衝材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 政義 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックフランジと金属製フランジと
    を金属製弾性シールを挟んで対峙して配置し、該両フラ
    ンジを挟むように断面コ字状の金属製の締付枠を被せ、
    締付枠に螺合した締結ボルトにより金属製フランジをセ
    ラミックフランジに押付けるようにしたセラミックフラ
    ンジと金属製フランジの締結構造であって、常温から使
    用温度までの温度上昇によるセラミックフランジの厚
    さ、金属製フランジの厚さおよび締結ボルトの締付枠内
    面からの突出部分の長さの各熱膨張量の和を、締付枠内
    法の熱膨張量から引いた差が、金属製弾性シールの高温
    使用温度における復元可能な弾性変形量以内であること
    を特徴とするセラミックフランジと金属製フランジの締
    結構造。
  2. 【請求項2】 締付枠内面とセラミックフランジとの間
    に緩衝材を挟んだ請求項1記載のセラミックフランジと
    金属製フランジの締結構造。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001214819A (ja) * 2000-01-31 2001-08-10 Sanyo Electric Co Ltd エアークリーナ・カバー締結構造および空気調和装置
JP2007139192A (ja) * 2005-11-17 2007-06-07 Air Products & Chemicals Inc シールアセンブリ及びシールアセンブリ製造操作方法
JP2008223873A (ja) * 2007-03-12 2008-09-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 締結構造
JP2016003700A (ja) * 2014-06-16 2016-01-12 信越化学工業株式会社 フランジ固定構造

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63103086U (ja) * 1986-12-24 1988-07-04
JPS63167190A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 株式会社日立製作所 絶縁継手
JPH03292489A (ja) * 1990-04-05 1991-12-24 Nissan Motor Co Ltd Vバンドシール構造
JPH068886U (ja) * 1992-07-11 1994-02-04 助川電気工業株式会社 セラミックス配管の継手構造

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63103086U (ja) * 1986-12-24 1988-07-04
JPS63167190A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 株式会社日立製作所 絶縁継手
JPH03292489A (ja) * 1990-04-05 1991-12-24 Nissan Motor Co Ltd Vバンドシール構造
JPH068886U (ja) * 1992-07-11 1994-02-04 助川電気工業株式会社 セラミックス配管の継手構造

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001214819A (ja) * 2000-01-31 2001-08-10 Sanyo Electric Co Ltd エアークリーナ・カバー締結構造および空気調和装置
JP2007139192A (ja) * 2005-11-17 2007-06-07 Air Products & Chemicals Inc シールアセンブリ及びシールアセンブリ製造操作方法
JP2008223873A (ja) * 2007-03-12 2008-09-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 締結構造
JP2016003700A (ja) * 2014-06-16 2016-01-12 信越化学工業株式会社 フランジ固定構造

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