JPH0424320Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えば輻射管加熱炉における放熱チ
ユーブとして用いられる熱交換チユーブに関す
る。

〔従来の技術〕

従来におけるこの種の熱交換チユーブは、熱伝
導率の高いクロム・ニツケル合金耐熱鋼（HK，
HH等）により形成されているのが一般的であ
る。また、還元性雰囲気における高温での強度を
確保しえるものとして緻密質な炭化ケイ素系の材
質を用いることも考えられている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記クロム・ニツケル合金耐熱
鋼によりなる熱交換チユーブは、900℃以上の温
度において、強度の低下による変形やたわみの発
生が見られるようになり、こうした現象は1000℃
以上の温度において急速に進行するという問題が
あつた。また、上記耐熱鋼を用いたものでは、炭
素または一酸化炭素等を含むような還元性雰囲気
において浸炭現象が起こるという問題があり、且
つ弱酸化性雰囲気においてはよりその使用は困難
であつた。また、強度、耐酸化性等の問題上、熱
交換チユーブ自体の厚みを肉厚とせざるをえない
という問題もあつた。さらに、上記耐熱鋼はフイ
ン等を設けて表面積を大きくしないと十分な伝熱
面積を確保できず、大型化が避けられなかつた。

一方、炭化ケイ素系の材質によりなる熱交換チ
ユーブは、耐熱性に優れる高温領域においても高
い強度を維持するものである。しかしながら、緻
密質の炭化ケイ素系材質のものは、前記耐熱鋼同
様伝熱面積が小さいうえ、一旦焼結されたものは
切削加工することがきわめて困難で、所望の形状
を得ることができにくいという問題もあつた。

本考案は上記のような事情に鑑みなされたもの
であつて、還元性雰囲気において約800〜1500℃
といつた高温領域で長時間の使用が可能であると
ともに弱酸性雰囲気でも使用可能であり、機械的
強度が高い性質を利用して薄肉軽量化を図つた熱
交換チユーブを提供することを目的としている。

また、本考案の他の目的は、特にフイン等を設
けることなく大きな伝熱面積を確保することがで
き、且つ切削加工も可能な熱交換チユーブを提供
することにある。

また、本考案のさらに他の目的は、燃焼触媒を
備え燃焼反応を効率よく行えるようにした熱交換
チユーブを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案による熱交換チユーブは上記目的を達成
するために、炭化ケイ素または炭化ケイ素相当の
熱伝導率を有する筒状緻密質セラミツクス層とこ
の緻密質セラミツクスと同材質の筒状多孔質セラ
ミツクス層とを嵌合させて多層構造とされている
ことを特徴としている。

また、こうした熱交換チユーブでは、外周面お
よび内周面の少なくともいずれか一方を多孔質セ
ラミツクス層により形成することがより望まし
い。

また、外周面または内周面を形成する多孔質セ
ラミツクス層の表面には燃焼触媒を担持させるこ
とができる。

〔作 用〕

上記のように同材質であるが性質の異なる構成
材で構成した熱交換チユーブは、炭化ケイ素また
は炭化ケイ素相当の高い熱伝導率を有する材質で
形成されているので、還元雰囲気中で約800〜
1500℃の高温となつても強度の低下はほとんどな
く、変形やたわみを生じることがない。また、酸
化雰囲気中においても耐熱鋼に優る耐酸化性を示
す。さらに、緻密質セラミツクスと多孔質セラミ
ツクスは同材質であるため、熱膨脹差により互い
が剥離したり逆に互いを破壊せしめるようなこと
がない。

また、外周面または内周面の少なくともいずれ
か一方を多孔質セラミツクス層により形成すれ
ば、多孔質セラミツクスが大きな表面積（伝熱面
積）を持つことにより伝熱効率が向上し、且つ多
孔質セラミツクス層に切削加工が行えることによ
りジヨイント部等の機械的加工が容易になる。

さらに、外周面または内周面を形成する多孔質
セラミツクス層に燃焼触媒を担持させれば、燃焼
管式熱交換チユーブとしても使用できる。

〔実施例〕

以下、本考案を図示した実施例に基づいて説明
する。

第１図は本考案による熱交換チユーブの縦断面
図であつて、この熱交換チユーブは、緻密質炭化
ケイ素焼結体でなる円筒状の外周層１と、多孔質
炭化ケイ素焼結体でなる同じく円筒状の内周層２
を嵌合させてなる二層構造に構成されている。

ここで、外周層１を形成する緻密質炭化ケイ素
焼結体は、3.05ｇ／cm³以上の緻密密度を備えてお
り、通気性は全くない。一方、内周層２を形成す
る多孔質炭化ケイ素焼結体は、孔径が0.01〜
500μmの範囲で任意にコントロールされた細径孔
を備えており、これによつて１〜２ｇ／cm³の比較
的小さな密度と、0.1〜10m²／ｇの大きな比表面
積を有しており、且つ通気性がある。そして、こ
れら外周層１と内周層２の二層構造である熱交換
チユーブは、例えば全長120mm、内径18mm、外径
24mm、片肉厚さ３mmに形成される。この場合、一
層当たりの片肉厚さは１〜1.5mmである。

上記のように構成される熱交換チユーブは、外
周層１と内周層２が同材質でなるため、熱膨脹差
により各層間に隙間が生じて元来持つている高い
熱伝導率を低下させてしまうことがなく、逆に一
方の層が他方の層を圧迫して破壊してしまうこと
もない。

また、材質的には炭化ケイ素のみで構成されて
いることにより、還元雰囲気内において約800〜
1500℃の高温度で長時間使用した場合にも変形や
たわみが生じることがなく、且つ酸化雰囲気にお
いても耐熱鋼に比べ高い耐酸化性を示す。

また、内周層２を多孔質炭化ケイ素焼結体で形
成していることにより、大きな表面積を利してこ
の熱交換チユーブ内を通過する流体に対して或い
は流体から、極めて効率良く伝熱することができ
る。さらにまた、多孔質炭化ケイ素焼結体はマシ
ナブルなものであるので、内周層２に対する雌ね
じ等のジヨイント部の形設や内径寸法合わせ等の
加工を、切削加工により比較的容易に行うことが
できる。

第３図は多孔質炭化ケイ素焼結体でなる円筒状
の外周層１１と内周層１３の間に、緻密質炭化ケ
イ素焼結体でなる円筒状の中間層１２を嵌合させ
て三層構造とした熱交換チユーブを示している。
このように三層構造としても、熱膨脹の差により
各層間に隙間が生じたり、各層が破壊されてしま
つたりするようなことはない。また、このように
内周側および外周側とも多孔質炭化ケイ素焼結体
により形成するようにすれば、伝熱効率はより向
上し、且つ内周面のみならず外周面にも切削加工
を施すことができる。

本考案による熱交換チユーブは、第４図に示す
ように、緻密質炭化ケイ素焼結体でなる外周層２
１と内周層２３の間に多孔質炭化ケイ素焼結体で
なる中間層２２を重合嵌着させるようにしてなる
三層構造としてもよい。

第５図の熱交換チユーブは、第１図および第２
図に示した熱交換チユーブと同様、緻密質炭化ケ
イ素焼結体でなる外周層１と多孔質炭化ケイ素焼
結体でなる内周層２を嵌合し、且つ多孔質炭化ケ
イ素焼結体の有する大きな表面積を利用して、内
周層２の表面に、白金、パラジウム、ニツケル等
の燃焼触媒４を担持させてなる。このように、内
周層２を多孔質炭化ケイ素焼結体で形成すること
により、その内周面に燃焼触媒４を担持させるこ
とができ、しかも前述したように外周層１と内周
層２でなるチユーブ本体がきわめて高い温度領域
まで変形やたわみを生じることがないから、それ
によつて各種燃焼生成物を得る燃焼管式熱交換チ
ユーブとすることができる。

尚、上記実施例では、緻密質セラミツクス層お
よび多孔質セラミツクス層を形成するものとして
炭化ケイ素焼結体を用いているが、この炭化ケイ
素相当の熱伝導率を有する窒化ケイ素、アルミ
ナ、窒化アルミニウム、サイアロン等のセラミツ
クス、あるいは炭化ケイ素を含めたこれらの複合
体により、前記緻密質セラミツクス層および多孔
質セラミツクス層を形成するようにしてもよい。

また、緻密質セラミツクス層と多孔質セラミツ
クス層による多層構造を必要に応じて四層以上と
してもよく、内周面および外周面を緻密質、多孔
質のいずれのセラミツクス層で形成するかも任意
に選択できる。

〔考案の効果〕

請求項１によれば、約800〜1500℃といつた高
温領域においても高い熱伝導率を確保して長時間
の使用ができるから、使用用途を広範にできる効
果を奏する。また、多孔質セラミツクス層を切削
加工することにより精密な寸法調整が可能である
から、各層間に隙間のない多層構造を得ることが
できる。しかも、一層当たりの肉厚が薄肉に構成
されているため、軽量化された熱交換チユーブと
なる。

請求項２によれば、多孔質セラミツクス層が表
面に露出しているから、ジヨイント部等を切削加
工により容易に形成することができるという効果
を奏する。

請求項３によれば、燃焼反応を効率よく行う燃
焼式熱交換チユーブが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱交換チユーブの縦断面図、第２図は
第１図の−断面図、第３図は他の熱交換チユ
ーブの断面図、第４図はさらに他の熱交換チユー
ブの断面図、第５図はさらに他の熱交換チユーブ
の断面図である。 １……外周層（緻密質セラミツクス層）、２…
…内周層（多孔質セラミツクス層）、１１……外
周層（多孔質セラミツクス層）、１２……中間層
（緻密質セラミツクス層）、１３……内周層（多孔
質セラミツクス層）、２１……外周層（緻密質セ
ラミツクス層）、２２……中間層（多孔質セラミ
ツクス層）、２３……内周層（緻密質セラミツク
ス層）、４……燃焼触媒。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) チユーブ内外で熱移動をさせる熱交換チユー
   ブにおいて、炭化ケイ素または炭化ケイ素相当
   の熱伝導率を有する筒状緻密質セラミツクス層
   とこの緻密質セラミツクスと同材質の筒状多孔
   質セラミツクス層とを嵌合させて多層構造とさ
   れていることを特徴とする熱交換チユーブ。 (2) 外周面および内周面の少なくともいずれか一
   方が多孔質セラミツクス層により形成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の熱交換チ
   ユーブ。 (3) 外周面または内周面を形成する多孔質セラミ
   ツクス層が燃焼触媒を担持していることを特徴
   とする請求項２に記載の熱交換チユーブ。