JPH10252974A - セラミックス管のシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温ガスを扱うセラミックスフィルタ等のセ
ラミックス管において、セラミックス管の破損を防ぎ、
かつ、シール性能を確保する。 【解決手段】 セラミックス管１の上面にほぼ同じ断面
径を有する金属管３をシートパッキン３ｂ−１を介して
載置し、金属管３の外周と上管する１との間にセラミッ
クス繊維５ｂ−１，５ｂ−２と金属環５ｂ−３を配置し
てシールした。また、セラミックス管の下端部を受け部
材上に載置し、セラミックス管の下端部外周に繊維充填
層を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱膨張が小さく壊
れやすいセラミックス管を熱膨張が大きい金属容器に取
り付けた際に発生する熱応力を緩和するのに適したセラ
ミックス管のシール構造に係り、例えば、高温ガス集塵
用の長尺の多孔質セラミックスフィルタのシール構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石炭を燃料とする加圧流動床ボイ
ラの開発が進められ、この燃焼ガスでガスタービンの運
転を行なうシステムの検討が行なわれている。この際、
燃焼ガスの脱塵を行なう目的で、高温で機能するセラミ
ックスフィルタが必要になる。このガス温度は、８５０
℃以上であり、従来のバグフィルタ等の装置を使用する
ことはできない。そのために、セラミックスフィルタの
開発が進められている。

【０００３】セラミックスフィルタで最も問題となるの
は、破損である。セラミックスは、従来の金属やバグフ
ィルタ材とは異なり、柔軟性がなく伸びないため臨界応
力を越えると即時破断する。特に、セラミックスの場
合、最も問題となるのは熱膨張率の異なる金属との接続
部である。このセラミックスフィルタ装置のエレメント
寸法が長尺の場合、このシール部で吸収すべき熱膨張差
による伸び量は、数十mmにも達する。

【０００４】セラミックスフィルタとほぼ同様な構造の
セラミックス熱交換器用のセラミックス伝熱管のシール
方法として、特公平１−４４９５４号では、セラミック
ス管を金属管板に貫通させその周囲に金属環を配し、そ
の間隙をサンドシールする方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の特公平
１−４４９５４号に記載された方法を、石炭を燃料とす
る加圧流動床ボイラのセラミックスフィルタ等の高温を
受ける場合に適用することはできない。その最大の問題
は、セラミックス管がサンドシールを介してとはいえ管
板に直接拘束されているためである。

【０００６】セラミックスフィルタ装置の場合、大きな
金属製管板に、多数の管状の多孔質の長尺のセラミック
スエレメントが設置される。金属製管板は製造時にすで
に歪みを持っており、かりに製造が完璧で歪みが全くな
いものが製造できたとしても、ボイラ起動時の管板自身
の温度差によって大きな変形を生じる。また、正常運転
中も定期的に表面についたダストを取り払うための逆洗
が行われ、剛性を高くした場合でも金属製管板に数mmの
変形が生じる。この管板変形により、金属製管板に挿通
されたセラミックスエレメントには大きな応力が発生し
容易に破損する。これを回避するためには、粉体による
シールを緩やかにし応力負加を低下させることが有効で
あるが、特公平１−４４９５４号で述べられているよう
に、粉体によるシールを緩やかにするとこの粉体が飛散
してシール性が低下する。特にセラミックスフィルタで
は逆洗が行われるため、この粉体が瞬時に飛散してしま
う。

【０００７】これを解決するために、特開平７−８７３
０号では、多孔質のセラミックス管を金属管を介して間
接的にシールする方法が提案されている。この方法は、
金属管の周囲に金属環を置き、この空隙をサンドシール
する方法である。この方法は、セラミックス管を直接拘
束する方法と異なり間接的に拘束するため、セラミック
ス管に応力が加わらず破損することはない。しかし、こ
の方法は、サンドシールを用いることによる問題が生じ
る。先ず、多数のエレメントを均一にシールすることが
困難なことである。粉体を狭い空隙に詰めるため、充填
作業時の漏れや充填の程度でシール性が変化する。次
に、装置の振動の問題である。粉体を止めるものは、上
下に置いた粉体保持リングのみである。運転中の逆洗な
どによる振動で、充填された粉体の保持力が変化し、セ
ラミックス管は壊れないものの金属管を拘束するため、
金属管とセラミックス管とのシール性が低下し機能とし
て最も重大なダストシール性が低下する。

【０００８】これを防止するためには、シール方法の抜
本的な見直しを行う必要があった。また、セラミックス
フィルタは、セラミックス管のエレメントを拘束せず下
部管板に載せただけの構造である。従って、下部には伸
び差は発生しないため、従来のセラミックスフィルタで
は、金属管板の嵌め合い部にセラミックス繊維を置きセ
ラミックス管を載せただけの構造が採用されていた。し
かし、下部には、長時間の運転中に発生した容器に使用
している耐火材や断熱材のゴミが集まりやすく、これら
が嵌め合い部に侵入してセラミックス管を拘束する傾向
が見られた。最悪の事態としてはセラミックス管の拘束
割れの可能性があり見直す必要があった。

【０００９】本発明は以上の問題点を解決することがで
きるセラミックス管のシール構造を提供しようとするも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１） 本発明のセラミックス管のシール構造は、セラ
ミックス管の上面に同セラミックス管とほぼ同じ断面径
を有する金属管をシール部材を介して載置し、この金属
管外周と上部仕切管板との間にセラミックス繊維と金属
環よりなる充填層を配置してシールしたことを特徴とす
る。

【００１１】（２） また、本発明のセラミックス管の
シール構造は、セラミックス管の下端部を受け部材上に
載置し、同セラミックス管の下端部外周に繊維充填層を
設けたことを特徴とする。

【００１２】前記の本発明（１）では、セラミックス管
は、その上部に置かれた金属管の荷重を圧縮方向に受け
るだけでこの金属管とは接合されておらず、上部仕切管
板とは完全に分離されて非接続となっている。従って、
地震等の万一予期し得ない高い応力が上部仕切管板に発
生した場合でも、非接続の金属管とセラミックス管との
間のシール性が低下しこの部分が安全弁的な作用でダス
トリークを起こすだけであり、応力がセラミックス管に
直接加わることがない。また、前記金属管外周と前記上
部仕切管板との間には、金属環とセラミックス繊維より
なる充填層が配置されている。この充填層を形成するセ
ラミックス繊維は、柔軟であって円周方向で均一なシー
ル性を保つことができる。しかし、逆洗などの動圧によ
って変形しやすい欠点があるが、充填層を形成する金属
環は、セラミックス繊維と違って強いため、シール性を
確保することができる。

【００１３】なお、前記金属環は、厚すぎると上部仕切
管板の傾き等の軸のぶれが発生した場合に、金属環はセ
ラミックス管の上面に載置された金属管に咬み込みシー
ル性が保たれないばかりでなくセラミックス管が倒れる
危険性がある。従って、前記金属環の厚みは、前記セラ
ミックス繊維の変形を抑えるための最小限の厚さに止め
ることが望ましい。

【００１４】前記の本発明（２）では、セラミックス管
の下端部は受け部材上に載置されており、同セラミック
ス管の下端部は拘束を受けることはない。従って、セラ
ミックス管と受け部材の伸び差による位置の移動（スラ
イド）の問題はない。また、セラミックス管と受け部材
の伸び差による位置の移動がないので、セラミックス管
の下端部外周に設けられた繊維充填層によってシール性
を確保することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を、図１な
いし図４によって説明する。多孔質のセラミックス管１
の下端部は、受け部材である下部管板２の立上った嵌め
合い部の受けリング２ａ上に置かれたセラミックス繊維
を編んだシートパッキン３ｂ−２の上に置かれている。

【００１６】セラミックス管１上面には、セラミックス
管１とほゞ同じ断面径を有し厚さがセラミックス管１よ
り大きい金属管３がシール部材としてのシートパッキン
３ｂ−１を介して載置され、この金属管３が上部仕切管
板としての上管板４に設けられたシール部５に接続され
ている。

【００１７】図２は、このシール部５の部分を詳細に示
したものである。金属管３は、セラミックス繊維を編ん
でリング状に縫製したシートパッキン３ｂ−１を介して
セラミックス管１の上面に載置されただけである。この
金属管３の外周のまわりには、上部管板４に水平のフラ
ンジ部５ａ′が固定された金属環５ａが配置されてい
る。この金属環５ａと金属管３との間の間隙には、図３
に示すように、セラミックス繊維質の充填材５ｂ−１，
５ｂ−２と金属薄板製の金属環５ｂ−３を組み合わせて
充填している。

【００１８】本実施の形態では、このセラミックス繊維
質の充填材５ｂ−１，５ｂ−２と金属薄板製の金属環
（リング）５ｂ−３の組合せとしては、図３（ａ）及び
図３（ｂ）に示されるものが用いられる。

【００１９】図３（ａ）に示されるものでは、セラミッ
クス繊維質の充填材としてのセラミックス繊維をリング
状に圧縮成形した継ぎ目のないフェルト５ｂ−１を上下
方向の中央に置き、その上下に金属薄板製の金属環５ｂ
−３を配置てしている。更に、この上下に、それぞれセ
ラミックス繊維を編んだものを縫製してリング状にした
セラミックス繊維質の充填材としてのロープ５ｂ−２を
複数本配置した。これらのシール部５を圧縮して弾力性
を持たせるために、その上面に金属管５ｃを非拘束の状
態で置き、上管板４のフランジ部に、金属管５ｃを金属
環５ａのフランジ部５ａ′上に載置された金属板５ｄを
介してボルトによって固定した。この状態にすること
で、シール部５では、常に高いシール性が得られる。

【００２０】図３（ｂ）に示されるものでは、セラミッ
クス繊維をリング状に圧縮成形した継ぎ目のないフェル
ト５ｂ−１の上下だけでなく、上下のセラミックス繊維
を編んだものを縫製してリング状にしたロープ５ｂ−２
間にも金属薄板製の金属環５ｂ−３を挟んだ構造を採用
している。これにより、より高圧で逆洗が行われる環境
でも耐えることができるシール構造が得られる。

【００２１】前記のセラミックス管１の上方のシール構
造を採用するに当たって試験を行ったシール試験結果に
ついて、以下に説明する。図５は、その試験装置を示す
縦断側面図である。試験体１１を電気炉１２内に置き、
温度８５０℃に加熱した。試験部は、密閉されており、
空気供給管１３を通して空気が供給され、また、背面側
からは、逆洗管１４で逆圧４５００mmＡｑを立てる構造
とした。また、シール性に最も影響を与えるのは横方向
の動きによる圧密によって生ずる吹き抜けである。この
動きを再現するため加振機と偏芯カムで横方向２mmの動
きの横押し棒１５が試験体下部の軸に取り付けられてい
る。この状態で、逆洗及び横動きを与えながら差圧計１
６で内圧を計測しシール性を評価した。

【００２２】シール部構成とその試験結果を図６に示
す。Ｎｏ．２は、金属薄板製金属環を含まない従来法、
Ｎｏ．４は、１０ｔの厚みの金属製厚板金属環を装着し
た比較法である。Ｎｏ．５は、前記本発明の実施の一形
態の金属薄板製の金属環（厚み２ｔ）を含んだものであ
る。試験結果を、差圧計での圧損が立たなくなるまでの
横動き回数で整理した。図６に示す結果から明らかなよ
うに、従来法は、数万回でフェルトが飛散し圧損が低下
した。また、比較法は、１回目は優れた結果が得られた
が、２回目の試験で咬み込みが発生し信頼性に問題が残
った。これらに対して、本発明の実施の形態では、再現
性のある安定した結果が得られた。

【００２３】次いで、本実施の形態におけるセラミック
ス管１の下端部のシール構造について説明する。図４に
示すように、下部管板２の上方に、更に斜め上方に突出
した受けリング２ａの周りに二分割のボルト締め式の金
属リング６を配置し、両者間の隙間の上下にセラミック
ス繊維７ａ，７ｂを詰め込んで充填層とし、これを金属
リング６をボルトで締め込み圧縮してセラミックス繊維
７ａ，７ｂを詰め込んでいる。その結果、この部分への
ゴミの侵入を確実に防止することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のシール構造は、高温脱塵ガスフィルタ等の大型で長尺
化が必要な部材において、相対的に金属と比較して低強
度のセラミックス管を拘束することなくシール性を確保
することができるため、セラミックス管で最も問題とな
る破損の危険性を減少させる多大の効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の縦断側面図である。

【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。

【図３】図３（ａ），（ｂ）は、前記本発明の実施の一
形態のセラミックス管の上部のシール部におけるセラミ
ックス質の充填材と金属薄板製の金属環の組合せの例を
それぞれ示す縦断面図である。

【図４】図１のＢ部の拡大断面図である。

【図５】本発明の実施の一形態のシール試験に用いられ
た試験装置の縦断側面図である。

【図６】図５に示す試験装置を用いた試験結果を示す図
である。

【符号の説明】

１ セラミックス管 ２ 下部管板 ２ａ 受けリング ３ 金属管 ３ｂ−１ シートパッキン ３ｂ−２ シートパッキン ４ 上部管板 ５ シール部 ５ａ 金属環 ５ｃ 金属管 ５ｄ 金属板 ５ｂ−１，５ｂ−２ セラミックス繊維質の充填材 ５ｂ−３ 金属薄板製の金属環 ６ 金属リング ７ａ，７ｂ セラミックス繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 彰 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 (72)発明者 小柳 俊雄 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス管の上面に同セラミックス
   管とほぼ同じ断面径を有する金属管をシール部材を介し
   て載置し、この金属管外周と上部仕切管板との間にセラ
   ミックス繊維と金属環よりなる充填層を配置してシール
   したことを特徴とするセラミックス管のシール構造。
2. 【請求項２】 セラミックス管の下端部を受け部材上に
   載置し、同セラミックス管の下端部外周に繊維充填層を
   設けたことを特徴とするセラミックス管のシール構造。