JPH0625760Y2 - セラミック管の把持構造および接続構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「利用分野」 本考案は、例えば熱交換装置や除塵装置などに好適な、
セラミック管の把持構造および接続構造に関する。

「従来技術」 近年、熱交換装置の伝熱管や除塵装置のフィルタ管とし
て、高温ガスにも適用できるセラミック管の採用が提案
されているが、これらセラミック管の採用には種々の技
術的困難が伴なう。

すなわち、セラミック管は金属管に比べて機械的ならび
に熱的衝撃に弱く、破損しやすいため、長尺のものは採
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は、溶接、ボルト締めなど
の通常の接続手段を採用できない。

これらを解決するため、本出願人は、セラミック管の外
周部を加熱膨張性マットを介して金属環にて把持し、さ
らには、こうした金属環と金属管板とをガスタイトに接
続する構造を提案した（特願昭61-172898）。この構造
は、加熱膨張性マットの膨張力によりセラミック管が金
属環に強く把持されるものであり、しかも構成部材がい
ずれも充分な耐熱性を有するので、例えば500℃以上と
いう高温のガスの処理装置にも適用できる。

「考案が解決しようとする課題」 しかし、上記構造によれば、組込作業時や運転時に何ら
かの原因で発生するセラミック管の振動などが加熱膨張
性マットに直接剪断力として加わり、加熱膨張性マット
の把持力が劣化することがある。さらに、劣化した場合
にはこの加熱膨張性マットは飛散しやすいため、ガスリ
ークにつながるという問題点があった。

本考案の目的は、上記課題を解決し、耐熱性に優れ、管
板の冷却を必須とせず、シール性、耐久性ともに優れた
セラミック管と金属環との接合構造を提供するにある。

「課題を解決するための手段」 本考案は、セラミック管の接続部外周に金属環を装着し
てなるセラミック管の把持構造において、該金属環の内
周部に設けた凹部に、外側から順に加熱膨張性マットと
グランドパッキンを配置してなることを特徴とし、さら
には、セラミック管と管板または別のセラミック管との
接続構造であって、セラミック管が上記把持構造を備え
ることを特徴とする。

本考案において加熱膨張性マットとは、加熱膨張材とセ
ラミックファイバおよび／またはセラミックファイバ成
形体とを有機結合材にて結合させてなるもので、ある程
度加熱されると、厚さ方向に例えば、1.5〜３倍程度に
膨張し、その後昇降温を反復しても実質的に膨張状態を
維持する特性を有するものを意味する。この場合、加熱
膨張材には、例えばバーミキュライト、パーライトなど
の耐熱性無機質膨張材料が用いられ、また、セラミック
ファイバとしては、例えばアルミナおよび／またはシリ
カを主成分とする繊維状の無機質材料が用いられる。セ
ラミックファイバ成形体としては、例えばシリカクロス
などが用いられ、その場合、シリカクロスに加熱膨張材
をはさみこんだ構成としてもよい。かかる加熱膨張性マ
ットの具体例には「インタラム・マット」（商品名、住
友スリーエム株式会社製）などが挙げられる。

本考案は、このような加熱膨張性マットの特性を利用す
るもので、金属環内周の凹部内に、外側から順に未膨張
状態の加熱膨張性マットとグランドパッキンを配置し、
これらをセラミック管の接続部外周に挿入し、その部位
を加熱膨張性マットが膨張する温度、例えば400℃以上
に加熱すると、加熱膨張性マットが膨張してグランドパ
ッキンを強く圧縮して、金属環がセラミック管をしっか
りと把持する。加熱膨張性マットは、ひとたび膨張する
とその後に低温になってもその膨張状態を維持するた
め、接続して充分な把持力が得られ、良好なシール性を
もたらす。

また、組込作業中のハンドリングや運転中のセラミック
管内外の圧力差などに起因して、セラミック管の外周と
金属環の内周との間にしばしば剪断力が発生する。この
際、セラミック管の外周に加熱膨張性マットが直接に接
触していると、この接触面から加熱膨張性マットが徐々
にくずれおちて所要の把持力やシール性が低下しがちで
ある。これに対し、本考案では、加熱膨張性マットが金
属環の凹部とグランドパッキンとで閉じられた空間内に
収まっているため、こうしたトラブルが避けられる。な
お、金属環の一端に内向きフランジを形成し、この内向
きフランジの内底面をセラミック管の端面に当接せしめ
ると、剪断力による把持力やシール性の低下の防止に特
に有効である。

また、通常のグランドパッキンの使用法、すなわちスタ
フィンボックスにグランドパッキンのみを詰め、それを
パッキン押えで圧縮する方法は、金属管を金属環で把持
する場合には採用できるが、セラミック管を金属環で把
持する場合には、グランドパッキンのみでは堅すぎて、
セラミック管と金属環との径方向の熱膨張差を吸収でき
ない。本考案では、グランドパッキンのみならず、加熱
膨張性マットの有する相応の弾性をも利用しているの
で、金属環とセラミック管との間で生じる熱膨張差を吸
収できる。パッキン押えを要しないのでコンパクトに収
まる利点もある。

また、本考案では、金属環を介して管板や別のセラミッ
ク管に接続するので、セラミック管に金属環を取付けた
状態で、予め加熱膨張性マットを膨張させるための加熱
処理ができ、管板や別のセラミック管に接続した後に行
なう必要がない。その際、ベローズを介して金属環を管
板や別のセラミック管に接続することにより、熱膨張差
による伸縮や設置誤差による位置ずれも許容しつつ、良
好なシール性を確保できる。こうした接続に際して、金
属環の外周に外向きフランジを形成しておくのが好便で
ある。

さらに、セラミック管を加熱膨張性マットを介して管板
に直接に接続するのではなく、金属環を介して金属管板
に接続するようにしたので、管板への接続にあたり、ね
じ締結、荷重による押圧固定などを可能とし、セラミッ
ク管の金属管板への取付け、取外しを容易にし、組立て
や修理における作業がしやすくなる。特に、金属環の外
周に球面部を形成し、この球面部を下向きとなるように
して、管板の挿通孔部に載置することにより、狭隘な空
間での溶接やねじ締結を要することなく、かつ、セラミ
ック管の軸が多少所定方向から傾斜していても充分なシ
ール性を確保できる。

本考案の把持構造では、前述のごとく、把持とシールと
が良好になされる。したがって、把持のみを要する場合
には、凹部を金属環の周方向に間欠的に設け、加熱膨張
性マットおよびグランドパッキンは当該凹部のみに配置
してもよい。シール性をも要する場合には、凹部を金属
環の周方向全周にわたって設け、加熱膨張性マットおよ
びグランドパッキンも周方向全周にわたって配置するの
がよい。なお、本考案を熱交換装置に適用する場合に
は、金属環と金属管板とはガスタイトに接続されればよ
く、また、除塵装置に適用する場合には、金属環と金属
管板とはダストタイトに接続されればよい。

本考案では、セラミック管、金属環、加熱膨張性マット
といずれも充分な耐熱性を有するので、耐熱性グランド
パッキンを採用することにより、例えば500℃以上の高
温ガスの処理装置に適用した場合でも、把持部、接続部
を保護するための冷却手段、例えば水冷管板を必須とせ
ず、それゆえ熱損失も低減される。水冷管板を採用する
と、管板部の缶体と非管板部の缶体とでは缶体径方向の
伸縮差を生じて、缶体の周壁が歪むことがあり、その防
止に、缶体内壁に断熱材内張りを要した。しかし本考案
により冷却管板を使用しなければ、上記のような断熱材
の内張りを要しない。

「実施例」 第１図は本考案の第１実施例を示す。熱交換装置の伝熱
管として機能する外径163mmのセラミック管１の一端外
周部にグランドパッキン２、加熱膨張性マット３を介し
て、断面コ字状の凹部を内周全周にわたって形成された
金属環４が装着されている。金属環４の上部外周には外
向きフランジ７が形成されており、この外向きフランジ
７が管板５の挿通孔上縁部に係合し、ガスケット６を介
してボルト８により締付け固定される。金属環４の内径
は166mm、凹部の内径は179mm、凹部の軸方向長さは70mm
とした。

グランドパッキン２には５mm角の「チロンパッキン」を
用いた。これはインコネル線入りで600℃以上の耐熱性
を有する。加熱膨張性マット３には「インタラム・マッ
ト」を用いた。これはバーミキュライト、セラミックフ
ァイバおよび有機結合材よりなり、400℃以上の温度に
て大きく膨張する。初期厚さ５mmの「インタラム・マッ
ト」を予め厚さ３mmに圧縮しておき、これを金属環４の
凹部全周にわたって詰め、さらにグランドパッキン２を
全周にわたって詰めた後、セラミック管１に挿入し、こ
の部位を550℃に１時間保持した。こうして得た把持部
は、常温で抜去力300kg以上の充分な把持力を示した。
この性能は500℃程度の温度域でも同等またはそれ以上
のものが期待できる。

セラミック管１の金属環４による把持部位は、この例で
は上端部とされているが、セラミック管１の上部、中央
部または下部のいずれもよく、また、単一部位で把持し
ても複数部位で把持してもよい。また、この例では金属
環４と金属管板５とはガスケット６を介してボルト８に
てねじ締結されているが、人間が接近しにくい環境下、
例えば原子力用などでは重鎮などの手段で荷重をかけて
押しつける構造としてもい。

第２図は本考案の第２実施例を示す。除塵装置のフィル
タ管として機能するセラミック管10、20の上端外周部は
それぞれ金属環30、40にて把持される。金属環30の下端
部にはセラミック管10の外径より大きい内径を有する内
向きフランジ31と外向きフランジ32が形成されている。
金属環30の上端部にはセラミック管10の外径より小さい
内径を有する内向きフランジ33がボルト締結（その位置
を一点鎖線で示した図示を略す、以下同じ）にて着脱可
能に設けてあり、セラミック管10の上端面11が、この内
向きフランジ33の内底面34に当接している。

内向きフランジ31と内向きフランジ33とで挟まれて形成
される凹部に、図示の如く、外側に未膨張状態の加熱膨
張性マット14、その内側にグランドパッキン13を配置
し、前述の如く、この部分を所定の加熱処理することに
より、加熱膨張性マット14が膨張し、グランドパッキン
13とセラミック管10とが圧接して、セラミック管10の上
端外周部は金属環30にて充分に把持される。加熱膨張性
マット14は異方的に膨張するものが多く、その場合には
膨張の主方向が半径方向となるように配置するのがよ
い。セラミック管20の上端外周部も同様にして金属環40
にて把持される。

セラミック管10の下端外周部は金属環35にて把持され
る。金属環35の上端部にはセラミック管10の外径より大
きい内径を有する内向きフランジ36が形成され、金属環
35の外周部には下向きの球面部37が形成されている。金
属環35の下端部にはセラミック管10の外径より小さい内
径を有する内向きフランジ39がボルト締結にて着脱可能
に設けてあり、セラミック管10の下端面12が、この内向
きフランジ39の内底面38に当接している。内向きフラン
ジ36と内向きフランジ39とで挟まれて形成される凹部に
加熱膨張性マット14、グランドパッキン13を配置し、さ
らに加熱処理して、セラミック管10の下端外周部は金属
環35にて把持される。

ベローズ15の下端フランジ16が外向きフランジ32上にボ
ルト締結され、ベローズ15の上端フランジ17が管板51上
にボルト締結されている。また、ベローズ25の下端フラ
ンジ26が金属環40の外向きフランジ42上にボルト締結さ
れ、ベローズ25の上端フランジ27が外向きフランジ39に
ボルト締結されている。テーパ面55を有する管板リング
54が管板52上に固設され、球面部37がテーパ面55に係合
してシール性を確保しつつ金属環35が支持されている。
金属管板51、52はそれぞれ内部に冷却水が流れる水室53
を備え、金属管板51、52のみならず、ベローズ15、25の
過熱も防止している。

この例では、第１実施例と同様に、セラミック管と金属
環との半径方向の熱膨張差をグランドパッキンおよび加
熱膨張性マットになって吸収できるだけでなく、熱膨張
差に基づくセラミック管の軸方向の変位もベローズによ
って吸収でき、接合部の信頼性を著しく向上できる。

「考案の効果」 以上説明したように、本考案では、セラミック管外周部
をグランドパッキン、加熱膨張性マットを介して金属環
に把持するようにしたので、金属環にてセラミック管を
しっかり把持し、良好なシール性が得られる。また、こ
れら介在物は容易に耐熱性とできるので、冷却構造を必
須とせず、構造を簡略化できる。さらに、セラミック管
を直接管板に固定することなく、金属環を介して管板に
固定できるので、組立て、修理の際の着脱操作が容易に
なるなど、上述したとおり、種々の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例を示す縦断面図、第２図は
本考案の第２実施例を示す縦断面図である。 １：セラミック管、２：グランドパッキン ３：加熱膨張性マット、４：金属環。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−123295（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−166427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−123871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−13683（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック管の接続部外周に金属環を装着
   してなるセラミック管の把持構造において、該金属環の
   内周部に設けた凹部に、外側から順に加熱膨張性マット
   とグランドパッキンを配置してなることを特徴とするセ
   ラミック管の把持構造。
2. 【請求項２】実用新案登録請求の範囲第１項において、
   該金属環の外周には外向きフランジが形成されてなる把
   持構造。
3. 【請求項３】実用新案登録請求の範囲第１項において、
   該金属環の外周には球面部が形成されてなる把持構造。
4. 【請求項４】実用新案登録請求の範囲第１〜３項のいず
   れか一において、該金属環の一端には内向きフランジが
   形成され、該内向きフランジの内底面が該セラミック管
   の端面に当接してなる把持構造。
5. 【請求項５】実用新案登録請求の範囲第１〜４項のいず
   れか一において、該凹部を該金属環の周方向全周にわた
   って設け、該加熱膨張性マットおよび該グランドパッキ
   ンをそれぞれ周方向全周にわたって配置してなる把持構
   造。
6. 【請求項６】セラミック管の接続部外周に、外向きフラ
   ンジを有する金属環を装着し、該外向きフランジを管板
   に固定してなるセラミック管の接続構造であって、該金
   属環の内周部に設けた凹部に、外側から順に加熱膨張性
   マットとグランドパッキンを配置してなることを特徴と
   するセラミック管の接続構造。
7. 【請求項７】セラミック管の接続部外周に金属環を装着
   し、ベローズを介して該金属環を管板または別のセラミ
   ック管に接続してなるセラミック管の接続構造であっ
   て、該金属環の内周部に設けた凹部に、外側から順に加
   熱膨張性マットとグランドパッキンを配置してなること
   を特徴とするセラミック管の接続構造。
8. 【請求項８】セラミック管の接続部外周に、外周に下向
   き球面部を有する金属環を装着し、該金属環を管板に載
   置してなるセラミック管の接続構造であって、該金属環
   の内周部に設けた凹部に、外側から順に加熱膨張性マッ
   トとグランドパッキンを配置してなることを特徴とする
   セラミック管の接続構造。
9. 【請求項９】実用新案登録請求の範囲第１〜８項のいず
   れか一において、該セラミック管が熱交換用伝熱管であ
   る把持構造または接続構造。
10. 【請求項１０】実用新案登録請求の範囲第１〜８項のい
    ずれか一において、該セラミック管がフィルタ管である
    把持構造または接続構造。