JPS60162103A - 改良されたフエル−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炉筒煙管ボイラの煙管などの伝熱管の加熱ガ
ス流入端に挿入されるフェルールに関する。

例えば炉筒煙管ボイラでは、＃１１１！ｆｆに示すよう
に、炉筒ｌで燃焼した高温の燃焼ガスは、その流れを矢
印で示すごとく、煙室２を通り、方向を変えて煙管３に
入る。煙管３は缶水４に浸されてお」口燃焼ガスから缶
水４〜の熱伝達は主に煙管３を通じて行なわれる。

ところで、煙管３の燃焼ガス流入端５は、製作上の都合
により、管板６から煙室２側に数ｍｍ突出している。煙
管３における燃焼ガスの流速は３０〜ｆｌｏｗ／ａ程度
であり、したがってレイノルズ数は約　１．５万〜３万
となり、ガス流は乱流となっている。このような状態で
の燃焼ガスから煙管３への熱伝達係数は、煙管３の流入
端５においては充分下流の煙管部に比べて２〜２．５倍
にも増大している。またこの流入端５は煙室２の壁面７
からの輻射熱を受ける。さらに流入端５は突出している
ので冷却源である缶水４による冷却効果も少ない、これ
らの理由により流入端５は過熱されることとなる。

実測によれば缶水４の飽和温度が１７０−　１８０℃の
場合、一般に煙管３の温度は飽和温度より５〜１０℃高
い程度であるのに対し、流入端５の温度は３００℃にも
達していることが確認されている。

一方、こうした−ｉボイラは毎日、あるいは蒸気需要の
変動に応じて随時、燃焼と消火がくりかえされる。その
都度、局部的に過熱・冷却される流入端は熱的な膨張中
収縮が反復され。

熱応力が生じ、長期使用中には煙管３と管板６との接合
部にゆるみや亀裂が発生し、加圧されている缶水４が漏
れ出すこととなる。

こうした問題点は炉筒煙管ボイラにおいて顕著であるが
、一般に高温の加熱ガスが流入する熱交換器の伝熱管に
ついてもいえることであり、また突出部がない場合にお
いても程度の差こそあれ、同様である。

さらに、このような伝熱管の加熱ガス流入端は管板６か
ら突出しており、あるいは突出していない場合でも管板
６に対し入口かどを構成し、流れが伝熱管内で一度収縮
したのち再び管内に拡がることなどにより圧力損失をひ
きおこし、流路抵抗となって望ましくない。

一方、燃焼ガスは炉筒１及び煙管３の内表面に接触する
が、缶水４の飽和温度が１７０〜１８０°０の場合、前
述のように、ご点表面の大部分の温度は飽和温度より　
５〜ＩＯ℃高い程度であるため、不完全燃焼に由来する
燃焼ガス中のカーボン分などが、媒塵として系外に排出
され、大気汚染の原因となって望ましくない。

本発明は、従来技術のこのような難点を解決するために
なされたもので、その目的は伝熱管の加熱ガス流入端の
過熱を防止番抑制するとともに、燃焼ガス中のカーボン
分などの未燃物を燃焼せしめ、もって系外に排出される
煤塵を減少せしめる技術を提供するにある。

すなわち本発明は、高温の加熱ガスが伝熱管内を流れる
該伝熱管の該加熱ガス流入端に挿入されるセラミックス
製のフェルールヤあって。

該流入端の内径より大きくない外径を有する管状部と、
該流入端の外径より大きい外形を有するフランジ部とを
備え、該管状部および／または該フランジ部の中空部に
は通気性固体を設けてなることを特徴とするフェルール
である。

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第２図および第３図に示すように、都−明の実施例のフ
ェルール１０は、管状部１１と、フランジ部！３と、通
気性固体であるハニカム体１Ｂから構成されており、管
状部１１とフランジ部１３とは低熱膨張率のコージェラ
イト質などのセラミックスにより一体に形成されており
、ハニカム体１θは、より低熱膨張率のチタン酸アルミ
ニウム質などのセラミックスからなっている。

管状部１１は第４図からもわかるように、伝熱管である
煙管３に挿入される部分である。従って管状部１１の外
径は煙管３の内径と等しいか、または煙管３の内径より
小さくされる。管状部１１の肉厚は製造技術上・強度上
の制約を受けない範囲で適宜薄くして、加熱ガスの流路
断面積を充分大きく確保する。また管状部１１の長さは
一般に管状部１１の外径の１．５〜３倍とされる。

更にこの管状部１１の内周面１７にはフランジ部１３側
の端部から他端部に向けて拡径するゆるやかなテーパが
付されており、流路抵抗を軽減している。また、このよ
うにテーパを付しであるこ木　４ ｄフェルール魁輩産する際に特に有利とな１υる。すな
わち、このフェルールの管状部１１とフランジ部１３と
を外枠と中子からなる型を用いて一体に製造するにあた
り、成形後に中子型を容易に抜きとれる利点を有するか
らである。

こうした利点は内周面Ｉ７にテーパを付しである場合に
顕著だが、管状部１１の外周面にテーパを付しである場
合にも同様の利点を有する。

フランジ部１３の外形は上下左右に対称な六角柱状をし
ており、かつ、管状部Ｉ■の外径より大きくされている
。フランジ部１３の内形は、燃焼ガス入口側においては
管状部Ｉ！の内径より大きい内径の円筒状中空部を形成
し３ついでテーパ部分により縮径されたのち、アール部
分！５を経て管状部１１の内周面に滑らかに！続されて
いる。同様にしてフランジ部１３と管状部門とは、その
外形においてもアール部分＋４を経て滑らかに接続され
ている。

本発明のフェルールにおいて管状部１１とフランジ部１
３とは内形、外形ともにアール部分をもたずに接井尊譜
ていてもよいが、第２図に示すようにアール部分を有し
て接続されていることが望ましい、これにより、アール
部分を有しない場合に比べて、この部分への加熱冷却に
よる応力の集中度合が少なくなってフェルールの破損が
起きに〈〈なり、ざらに流路抵抗も軽減される。

種々の検副結果によればアール部分１５の曲率半径は管
状部１１の内径の０．２〜０．６倍、アール部分１４の
曲率半径はアール部分１５の曲率半径の０．４〜１．２
倍とする場合に、前述したようなフェルールの局部過熱
適冷による応力集中防止および流路抵抗に基づく圧力損
失防止の効果が優れることが判明した。

フランジ部１３の燃焼ガス入口側の円筒状中空部にはハ
エカム体１Ｂが、その外周とフランジ部１３の内周との
間に無機系耐熱性接着剤などを介在せしめることにより
接着されて設けられている。ここでハニカム体１θとは
たとえば四角形、六角形、三角形１円形などの多数の小
さな格子状通路を有するようＦ１嘔に薄い隔壁を形成さ
れた無機質成形体であって、その通路はフェルール１０
の軸と平行になるように配設される。なお第２図乃至第
６図、第９図、および第１２図においてハニカム体１８
についてはその隔壁の厚さを無視して図示しである。

本発明のフェルール１０は、第４図に示すように、伝熱
管である煙管３の加熱ガス流入端に装着される。すなわ
ち管状部１１が煙管３に挿入され、フランジ部１３は管
板６の何方に位置せしめられる。煙管３と管状部１１と
の間、管板６とフランジ部１３との間、および隣接する
フランジ部１３相互間にクリアランスがある場合には必
要に応じて耐火モルタルなどの耐熱接着剤９が充填され
る。この場合に、管状部１１の外周面および／またはフ
ランジ部１３の管板６側の面に適宜な四条、西条、凹孔
、凸起などを設けて、装着時の接着性向上、ずれ防止を
図ってもよい、なお、かかる耐熱接着剤９の使用は必須
のものではない。

一般に煙管群は千鳥状に配置〜れているので、Ｉ＄３図
のフェルールを各煙管の流入端に装蒼すると、第５図の
ように蜂の巣状に配置されて、管板６の煙管側の全表面
が断熱性にすぐれるセラミックス製のフランジ部１３で
覆われることとなる。このようにすることにより、煙管
の流入端が燃焼ガス流からの対流伝熱や煙室の壁面７か
らの輻射伝熱による過熱が防止されると共に、流入端に
おける圧力損失も軽減されることとなる。なお第５図に
おいて、フランジ部相互間のクリアランスの図示は省略
しである。

しかして、プランジ部の六角形の外形は煙管群の千鳥配
列の寸法に基づいて、正六角形、あるいはこれを上下方
向に若干引延ばした六角形など適宜選択される。また煙
管群が基盤目状などの直交配列である場合にはフランジ
部の外形は四角形とするのが好ましい、しかしてフラン
ジ部１３の外形は円状などであってもさしつかえないが
、このようにフランジ部を多角形状、特には六角形また
は四角形状とすることにより、実質的に管板６の煙室側
の全表面をアラ５部のみで埋め尽くすことができ、かつ
、相互に移動・回転を拘束しあって、剥落、脱落が防止
され、また実質的に一種の同形のフェルールを準備すれ
ばよいので量産にも適することとなる。

さらに、こうしたフェルールを採用することにより、仮
に一部に破損などが生じても、フェルール群すべてを交
換する必要がなく、当該フェルールのみを交換すればよ
いこととなる。

第６図に示す本発明の他の実施例であるフェルール１０
は、内周面にテーパを付してない管状部１１と、平板状
のフランジ部１３とを備え、さらに管状部１１の中空部
にハエカム体１Ｂが接着されて設けられている。

第７図に示す本発明のさらに他の実施例であるフェルー
ルの管状部１１には、複数枚の板状のフィン２０が軸に
平行に、かつ、８１０図に示すように管状部１１の内周
から心状に配設されており、こうした複数枚の板状のフ
ィン２０が通気性固体を形成している。

１図に示す本発明あ別の実施例であるフェルールの管状
部１１には、多数の棒状のビン２１が第■図に示すよう
に管状部１１の内周から心状に配設されており、こうし
た多数の棒状のビン２１が通気性固体を形成している。

第９図に示す本発明のさらに別の実施例であるフェルー
ルの管状部１１には、ハニカム体１８が管状部１１の内
周に設けた環状溝にはまりあうように配設されている。

このような配設方法はたとえば軸に平行に二分割された
管状部＋１に／＼ニカム体１θをはめこんだのち１分割
面を接合することなどにより達成でき、ハエカム体１Ｂ
が使用中にずれることが少ない。

しかして本発明のフェルールは管状部および／またはフ
ランジ部の中空部に／＼ニカム体１８、もしくは複数の
フィン２０、ビン２１などで構成される通気性固体が設
けられている。高温の燃焼ガスがフェルールを通過する
と、燃焼ガスから通気性固体への熱伝達率は数十〜数百
ｋｃａｌ／ｒｎ”／ｂｒ／’Ｏに達し、通気性固体の表
面温度はほぼ燃焼ガス流に４１．くなる、炉筒煙管ボイ
ラの場合、燃焼ガス流入端５に流入する燃焼ガスの温度
は８００〜１２００℃であるので、高温になった通気性
固体の表面で燃焼ガスに含まれるカーボン分は接触作用
をうけて再燃焼し、系外に排出される煤塵量は大きく減
少される。こうした効果はカーボン分を多含する重質油
燃焼ガスに対して顕著である。

通気性固体をフランジ部１３の中空部に設けた場合には
燃焼ガスの通路断面積を大きくとれるので圧力損失を少
なくする点では有利である。

流路抵抗が比較的問題にならない場合には管状部１１の
中空部に通気性固体を設けてもよい０通気性固体の形状
としてはハニカム体１８が接触表面積を大きくとれるの
で好ましいが、上述のフィン２０やビン２１から構成さ
れるものでもよく、他の適宜の形状のものも採用可能で
ある。

本発明のフェルールはセラミックス製とされる。管状部
１１とフランジ部１３は同材質で一体に形成するのが好
ましく、具体的な材質としては１ ゜−ジ、ウィト質、ジ）い１３−ア質、チヶア酸アルミ
ニウム質、ムライト質、窒化珪素質、炭化珪素質、アル
ミナ質などが例示でき、なかでもコージェライト質、ム
ライト質などにあっては高耐熱衝撃性と高断熱性を有し
ていて望ましい、一方、ハニカム体１８などの通気性固
体は管状部１１などと同材質であってもよいが、より高
耐熱衝撃性のセラミックス製であることが望ましい場合
も多く、上に例示した材質が採用できるなかでもチタン
酸アルミニウム質、コージェライト質は特に望ましい。

本発明のフェルールは上述の如く構成され。

かつ、機能するので、伝熱管の加熱ガス流入端の過熱防
止と大気汚染防止にきわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は炉筒煙管ボイラの要部断面図、第２図は本発明
の一実施例のフェルールの断面図。 第３図はｔｓ２図におけるＡ−Ａ線矢視図、第４図はｔ
ｓ２図のフェルールを装着した炉筒煙管ボ　２ イラの要部拡大断面図、第５図は１図におけるＢ−Ｂ線
矢視図、第６図は本発明の他の実施例のフェルールの断
面図である。ｔＪｓ７図、第８図、第９図はそれぞれ本
発明の別の実施例の第６図Ｃ部に対応する部分の断面図
であり、第１０図、第１１図、第１２図はそれぞれ第７
図、第８図、第９図におけるＤ−Ｄ線矢視図である。 ｌＯ：フェルール　１１：管状部 １３：フランジ部　１６：ハニカム体 ２０：フィン　２１：ビン 手糸先−？′Ｉｎ正書（方式） 昭和５９年５月ノア日 特許庁長官若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願ｌｌＧ１４３６８％ ２、発明の名称 改良されたフェルール ３、補正をする名 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の自重丁目１番２号名称　（
００４）旭硝子株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和５９年４月２４日（発送日） ６、補正により増加する発明の数　なし７、補正の対象
　図　面 ８、補正の内容　図面の浄書（内容に変更なし）以上 −１６＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温の加熱ガスが伝熱管内を流れる該伝熱管の該加
   熱ガス流入端に挿入されるセラミックス製のフェルール
   であって、該流入端の内径より大きくない外径を有する
   管状部と、該流入端の外径より大きい外形を有するフラ
   ンジ部とを備え、該管状部および／または該フランジ部
   の。 中空部には通気性固体を設けてなることを特徴とするフ
   ェルール。