JPS6210597A - セラミツク管と管板との接続構造 - 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】 「技術分野」 本発明は、セラミック管を有する熱交換器や集塵器など
に適用されるセラミック管と管板との接続構造に関する
。

「従来技術およびその問題点」 近年、熱交換器の伝熱管や集塵器のフィルター管として
、高温ガスにも適用できるセラミック管が採用されるよ
うになってきた。しかし、これらのセラミック管の採用
に際しては、種々の技術的困難が伴なっている。すなわ
ち、セラミック管は金属材料と比較したとき、もろく破
損しやすい性質を有しており、機械的衝撃や熱的衝撃に
弱く、長尺なものは採用できない、また、セラミック管
と金属部材とを組付けると、熱膨張差による伸縮が生じ
、セラミック管に過大な応力が発生して破損することが
多い、さらに、セラミック管と金属部材との接続に際し
ては、溶接、ボルト締めなどの通常の接続手段を採用す
ることができない。

特開昭５９−２２５７２１号には、一枚の水冷管板の挿
通孔に上下２木のセラミック管の端部をそれぞれ挿通し
て接続した構造が示されている。この接続構造では、下
のセラミック管に上のセラミック管を載せており、かつ
、各セラミック管と挿通孔との間にファイバーロープな
どからなる紐状のシールを巻回し充填してシールしてい
る。

しかしながら、上記の接続構造においては、上のセラミ
ック管を下のセラミック管で支持しているので、多段構
造になると、下のセラミック管に過大な荷重がかかり、
破損しやすくなる。また、上下のセラミック管の端面が
接触しているので、この端面部分も破損しやすい、さら
に、多段構造になると、熱膨張差による伸びが累積され
、上にいくほど膨張量が多くなり、継ぎ目位置が管板の
厚み内におさまらなくなることがある。また、上記の接
続構造を用いた集塵装置における逆洗時には、例えば管
板の下側かつセラミック管の外側の空間にパルス的に加
圧された逆洗気流を流し、一方、管板の上側かつセラミ
ック管め外側の空間には通常圧のままの除塵された気体
が流れていることがある。このとき、逆洗気流は、その
全量がセラミック管壁を通って管内に流れるべきである
が、シール部のシール性が不足しているので、シール部
を通過して逆洗気流が上の通常圧の空間に流れてしまい
、逆洗が充分に行なわれないことが多い。

「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、上下
に配設されたセラミック管を一枚の管板にてシールしつ
つ支持連結し、セラミック管を複数段積層しても過大な
応力が発生せず、かつ、組立て容易で大型化に適したセ
ラミック管と管板との接続構造を提供することにある。

「発明の構成」 本発明によるセラミック管と管板との接続構造は、上下
に配置されたセラミック管の接続端部をほぼ水平に配設
された管板の挿通孔にそれぞれ挿入し、前記上のセラミ
ック管の下端部を前記挿通孔内に配置された支持体で支
持し、前記下のセラミック管の上端部を前記支持体とは
離隔して配置し、前記挿通孔内周と前記上下のセラミッ
ク管の外周との間にシール手段を設け、かつ、前記下の
セラミック管の上端部を上下変位吸収可能に支持したこ
とを特徴とする。

したがって、上のセラミック管の荷重は、管板の挿通孔
内に配置された支持体で支持するので、下のセラミック
管にはかからず、セラミック管を多段に積み上げても、
下方のセラミック管に過大な荷重がかかることはない。

また、下のセラミック管の上端部と挿通孔内の環体とは
離隔して配置し、下のセラミック管を上下変位吸収可能
に支持したので、セラミックスと金属との熱膨張差など
により、下のセラミック管の上端部の位置が変位しても
支持体に突き当たったりすることはなく、熱膨張差など
を吸収することができる。さらに、この熱膨張差は、各
管板の接続部においてそれぞれ吸収されるので、多段構
造としても熱膨張差による伸びが累積されることはない
。加えて、一枚の管板の挿通孔内で上下のセラミック管
を接続できるので、管板を水冷構造としたときの冷却水
出入口設備などの構造が簡単となり、組立て容易で大型
化に適している。

本発明の好ましい態様によれば、前記支持体は１着脱自
在に取付けられている。これによれば、組立の際、まず
、支持体を挿通孔内から外しておき、下のセラミック管
を上方から挿通孔に挿入して設置し、次に、支持体を挿
通孔内に配置して、上のセラミック管の下端部を挿通孔
に挿入して支持体に支持させることにより、セラミック
管を容易に上下に接続することができる。

本発明のさらに好ましい態様によれば、挿通孔内周と上
下のセラミック管の外周との間に配置される前記シール
手段は、金属ベローズおよび／または耐熱性ゴムを備え
る。これによれば、熱膨張差を吸収しつつ、接続部にお
けるシールを確実にすることができる。なお、金属ベロ
ーズや耐熱性ゴムは、セラミックスに比べると耐熱性が
劣っているが、管板を水冷構造とし、上記シール手段を
水冷壁で囲まれた部分に配置することにより、実用土支
障のない耐熱性を確保することができる。

また、＃熱性ゴムは、セラミック管の外周にキャスタブ
ル断熱層を配置し、このキャスタブル断熱層と挿通孔内
周および／または支持体上面との間をシールするように
配置することがより好ましい。

「発明の実施例」 第２図には１本発明によるセラミック管と管板との接続
構造が適用された熱交換器の一例が示されている。

この熱交換器１０１は、複数のセラミック管１がそれぞ
れの端部を管板２に支持されて上下方向に３段接続され
、全体を缶体１０２に収容されてできている。缶体１０
２の上部には被加熱ガス入口１０３を有する入口ヘッダ
１０４が取付けられ、缶体１０２の下部には被加熱ガス
出口１０５を有する出口ヘッダ１０［１が取付けられて
いる。また、缶体１０２の管板２で区画されたそれぞれ
の部分には、加熱ガス入口１０７および加熱ガス出口１
０Ｂが設けられている。各管板２は水冷構造とされ、冷
却水入口１０８および冷却水出口１１０が設けられてい
る。

したがって、こり熱交換器１０２では、被加熱ガスが被
加熱ガス入口１０３より流入し、入口ヘッダ１０４、セ
ラミック環１、出口ヘッダ１０６を通って被加熱ガス出
口１０５より流出する。一方、加熱ガスが各加熱ガス入
口１０７より流入し、缶体１０２内であってセラミック
管ｌの外側の空間を通り、加熱ガス出口１０８より流出
する。そして、加熱ガスがセラミック管！の壁を介して
被加熱ガスと熱交換し、被加熱ガスを加熱するようにな
っている。

この熱交換器１０１は、複数のセラミック管ｌを上下に
３段接続し、接続部を管板２で支持しているので、セラ
ミック管１に過大な荷重がかかることなく大型の装置を
構成している。

第１図には、本発明によるセラミック管と管板との接続
構造の一実施例が示されている。

この接続構造は、前記熱交換器１０１において。

上下のセラミック管１を管板２の部分で接続する構造に
適用される。上下のセラミック管１ａ、１ｂは管板２の
挿通孔３内で接続支持されている。ここァ、接続とはセ
ラミック管１ａ、　ｌｂを直接接続するのではなく、内
部の流路を接続することを意味している。管板２は水冷
室４を有し、挿通孔３はこの水冷室４の壁で囲まれてい
る。挿通孔３内周の中間部位には環状リブ５が形成され
ている。この場合、この環状リブ５の内径はセラミック
管１ａ、Ｉｂが挿通可能とされており、下のセラミック
管１ｂは上方から挿通孔３内に挿入されて設置される。

環状リブ５の上面には支持体である環体８が設置され、
ボルト？で固定されるようになっている。環体Ｂの内径
は、セラミック管１ａ、１ｂが挿通できない大きさとさ
れ、これにより上のセラミック管１ａを挿通孔３内に挿
入したとき、環体８がセラミック管１ａの下端部を支持
するようになっている。なお、環体８の下面には、全体
として筒状をなす金属ベローズ８が取付けられており、
金属ベローズ８の下端部には断面が逆り状をなす金属環
９が取付けられている。一方、下のセラミック管１ｂの
上部外周には、接着剤層１０を介して断面がＬ字状をな
すセラミック環１１が固着されており、このセラミック
環１１が上記金属環８に係合する。さらに、金属環８の
下面には金属環１２がボルト１３によって取付けられ、
金属環８との間にセラミック環１１のフランジ部を挾持
するようになっている。

なお、セラミック環１１と金属環８との間にはグランド
パツキン１４が、セラミック環１！と金属環１２との間
には複数枚の金属薄板１９がそれぞれ配置されてシール
機能を果たす。あわせて金属薄板１９は接触熱抵抗を与
える機能も果たす、また、下のセラミック管１ｂの上端
部と環体６の下面との間には所定の間隙ａが形成されて
いて、組立時のみならず、高温使用時に下のセラミック
管１ｂが熱膨張しても両者が離隔しているようにされて
いる。

上のセラミック管１ａの下端部外層には、あらかじめセ
ラミック織布１５が巻き付けられている。そして、環体
８の上部に位置する挿通孔３の内周および環体６の上面
には、シリコーンゴム等からなる耐熱性ゴム層１６が形
成される。この耐熱性ゴム層１Ｂは、環体６を挿通孔３
内に設置した後、塗布形成すればよい。そして、耐熱性
ゴム層１８およびセラミ、り織布１５で囲まれた環状の
四部（すなわち、挿通孔３内周と、環体６上面と、セラ
ミック管１ａの下端部外周とで囲まれた凹部）には、キ
ャスタブル耐火物を流し込み成形してなるキャスタブル
断熱層１７が形成されている。

上記の構成において、上のセラミック管１ａの外周はセ
ラミック織布１５、キャスタブル断熱層１７、耐熱性ゴ
ム層１６を介して挿通孔３内周に対してシールされ、下
のセラミック管１ｂの外周は、金属ベローズ８、環体６
、耐熱性ゴム層１８を介してキャスタブル断熱層１７に
対してシールされつつ内部流路を接続される。そして、
下のセラミック管１ｂの上端部の位置が熱膨張差によっ
てずれても、金属ベローズ８の伸縮によりその熱膨張差
を吸収することができる。なお、セラミック管１ｂの上
端部と環体６の下面との間に間隙ａを設けて両者を離隔
して配置したことにより、セラミック管１ｂの上端部が
環体８の下面に突き当たることはない。

また、上記熱膨張差は、各管板２の接続部分でそれぞれ
完全に吸収されるので、セラミック管を多数積み上げて
も熱膨張差が累積されることはない。さらに、上のセラ
ミック管１ａは、環体８によってその荷重を支えられる
ので、下のセラミック管１ｂに荷′重はかからず、セラ
ミック管を多数積み上げても過大な荷重がかかることは
ない、なお、上のセラミック管１ａと挿通孔３内周との
間は、＃熱性ゴム層１６によって良好にシールされる。

ところで、金属ベローズ８および耐熱性ゴム層１８は、
水冷室４の壁に囲まれ、それによって冷却されるので、
実用上支障のない耐久性が確保される。

この接続構造を採用した場合の組立て方法を説明すると
、まず、環状リブ５があらかじめ挿通孔３内に形成され
た状態で、環体６、金属ベローズ８、金属環９．１２お
よびセラミック環１１があらかじめ取付けられた下のセ
ラミック管１ｂを上方から挿通孔３内に挿入して設置す
る０次に、環体８を環状リブ５上にボルト７で固定する
０次に、下端部外周にセラミック織布１５を巻き付けら
れた上のセラミック管１ａを挿入孔３内に挿入して下端
部を環体６上に支持させる。そして、挿入孔３内周の環
体６より上部に位置する部分と、環体Ｂの上面とにシリ
コーンゴム等を塗布して断熱性ゴム層１８を形成する。

さらに、断熱性ゴム層１Ｂおよびセラミック織布１５で
囲まれた環状の凹部に、キャスタブル耐火物を流し込み
成形してキャスタブル断熱層１７を形成する。このよう
に、セラミック管１を上方から挿通孔３内に挿入して組
立てることができるので、セラミック管ｌを下方から順
次積み上げていくことにより、大型の熱交換器を容易に
組立てることができる。

なお、上記実施例において、下のセラミック管１ｂの上
端部外周にセラミック繊維ロープ等を巻付けて、セラミ
ック管１ｂの高温の熱が金属ベローズ８に直接輻射され
ないようにしてもよい。

第３図には、本発明によるセラミック管と管板との接続
構造の他の実施例が示されている。

この接続構造では、挿通孔３の下部開口縁に内方に延出
した環状部１８が形成されており、この環状部１８の内
径はセラミック管１ａ、　ｌｂが挿通可能とされている
。下のセラミック管１ｂの上端部外周には、セラミック
織布１５が巻付けられている。そして、挿通孔３の内周
および環状部１８上面に耐熱性ゴム層１６が形成され、
耐熱性ゴム層１６およびセラミック織布１５で囲まれた
環状の凹部（すなわち、挿通孔３内周と、環状部１８上
面と、セラミック管１ｂの上端部外周とで囲まれた凹部
）にキャスタブル耐火物を流し込み成形してなるキャス
タブル断熱層１７が形成されている。なお、他の構成は
第１図の実施例と同様である。

したがって、この接続構造では、上下のセラミック管１
ａ、ｌｂ外周が、セラミック織布１５、キャスタブル断
熱層１７、耐熱性ゴム層１８を介して、挿通孔３内周に
対して共にシールされている。また、下のセラミック管
１ｂの熱膨張差による上下方向のずれは、耐熱性ゴム層
１Ｂによって吸収される。因に、セラミック管１ｂの長
さを２１１とすると、温度差８００°Ｃで約±２＋ａｍ
伸縮するが、これは耐熱性ゴム層１６を５〜１０ｆｆＩ
１１の厚さとすることにより、吸収可能である。

この接続構造を採用した場合の組立て方法について説明
すると、まず、環状リブ５があらかじめ挿通孔３内に形
成された状態で、下のセラミック管１ｂを上方から挿通
孔３内に挿入して設置する。

なお、下のセラミック管１ｂの下端部外周には、あらか
じめセラミック織布１５を巻き付けておく。そして、挿
入孔３内周と、環状部１８の上面とにシリコーンゴム等
を塗布して耐熱性ゴム層１Ｂを形成する。さらに、耐熱
性ゴム層１８およびセラミック織布１５で囲まれた環状
の凹部に、キャスタブル耐火物を流し込み成形してキャ
スタブル断熱層１７を形成する０次に、挿通孔３内に環
体８を挿入して環状リブ５上に設置し、さらに上のセラ
ミック管１ａを挿入して下端部を環体６上に支持する。

その後は、前述した実施例と同様にして組立てることが
できる。

本発明におては、環状リブ５に代えて、挿通孔３内周に
沿って周方向に間欠的に突設された複数個の分割リブな
どを採用してもよい、また第１図における環体６のベロ
ーズ８が接続される部位は周方向に連続していることを
要するが、環体６の外周部位、内周部位は必ずしも周方
向に連続していることを要せず１間欠的に突部が形成さ
れていてもよい、゛また第３図における環体６の外周部
位、内周部位も必ずしも周方向に連続していることを要
せず、間欠的に突部が形成されていてもよい。さらに第
３図における環体８に代えて、周方向に間欠的に配置さ
れた複数個の支持板を支持体として採用してもよい、こ
の場合、この支持板は環状リブ５もしくは分割リブにボ
ルト締めなどにより固定されることが好ましい。

また本発明において下のセラミック管１ｂの上端部と支
持体とは離隔して配置されていればよく、例えば下のセ
ラミック管ｔｂの上端部外径を環体６の内径より小さく
したり、下のセラミック管１ｂの上端部を周方向間欠切
欠構造とするとともに支持体内周部位をこれに対応する
切欠構造とするなどしてもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、上のセラミック
管の荷重を挿通孔内に配置された支持体で支持するので
、セラミック管を多段に積み上げても、下方のセラミッ
ク管に過大な荷重がかかることはない。また、下のセラ
ミック管の上端部と挿通孔内の支持体とは離隔して配置
し、下のセラミック管を上下変位吸収可能に支持したの
で、熱膨張差あるいは設置誤差、部材製作誤差などによ
る下のセラミック管の上端部の位置ずれを吸収すること
ができる。さらに、この熱膨張差などは、各管板の接続
部においてそれぞれ吸収されるので、多段構造としても
熱膨張差などによる伸びが累積されることはない、加え
て、一枚の管板の挿、通孔内で上下のセラミック管を接
続できるので、管板を水冷構造としたときの冷却水出入
口設備などの構造が簡単となり、組立て容易で大型化に
適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるセラミック管と管板と
の接続構造を示す要部断面図、第２図は同接続構造が適
用された熱交換器の一例を示す一部切欠縦断面図、第３
図は本発明の他の実施例によるセラミック管と管板との
接続構造を示す要部断面図である。 図中、１はセラミック管、１ａは上のセラミック管、ｌ
ｂは下のセラミック管、２は管板、３は挿通孔、４は水
冷室、５は環状リブ、６は環体、８は金属ベローズ、１
５はセラミック織布、１Ｂは耐熱性ゴム層、１７はキャ
スタブル断熱層、ａは間隙である。 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下に配置されたセラミック管の接続端部をほぼ
   水平に配設された管板の挿通孔にそれぞれ挿入し、前記
   上のセラミック管の下端部を前記挿通孔内に配置された
   支持体で支持し、前記下のセラミック管の上端部を前記
   支持体とは離隔して配置し、前記挿通孔内周と前記上下
   のセラミック管の外周との間にシール手段を設け、かつ
   、前記下のセラミック管の上端部を上下変位吸収可能に
   支持したことを特徴とするセラミック管と管板との接続
   構造。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記支持体は、
   着脱自在に取付けられているセラミック管と管板との接
   続構造。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項において、前
   記シール手段は、金属ベローズおよび／または耐熱性ゴ
   ムを備えるセラミック管と管板との接続構造。