JPH102695A - 高圧セラミック熱交換器 - Google Patents
高圧セラミック熱交換器Info
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- JPH102695A JPH102695A JP9051364A JP5136497A JPH102695A JP H102695 A JPH102695 A JP H102695A JP 9051364 A JP9051364 A JP 9051364A JP 5136497 A JP5136497 A JP 5136497A JP H102695 A JPH102695 A JP H102695A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
-
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- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
-
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
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- Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レキュペレータに使用されるときの本発明の
ヘッダ組立体は、セラミック部品の一部の脆性影響を減
少させる。 【解決手段】 レキュペレータに用いられる本発明のヘ
ッダ組立体は、整備とメンテナンスを少なくし、さらに
レキュペレータを製造するのに用いられる部品の腐食作
用に対応する費用を減少させる。本発明のヘッダ組立体
は、第１のセラミック部材、第２のセラミック部材、前
記第１および第２セラミック部材に対して間隔のあいた
強化補強部材とを備える。ヘッダ組立体は、さらに第１
および第２セラミック部材及び強化補強部材と接触した
関係で配置された耐熱材料を備える。本発明のヘッダ組
立体は、優れた熱サイクル特性、浸食環境に対する優れ
た耐性、および高温時における優れた安定状態強度とを
有する高強度の負荷ヘッダ組立体を形成する。
ヘッダ組立体は、セラミック部品の一部の脆性影響を減
少させる。 【解決手段】 レキュペレータに用いられる本発明のヘ
ッダ組立体は、整備とメンテナンスを少なくし、さらに
レキュペレータを製造するのに用いられる部品の腐食作
用に対応する費用を減少させる。本発明のヘッダ組立体
は、第１のセラミック部材、第２のセラミック部材、前
記第１および第２セラミック部材に対して間隔のあいた
強化補強部材とを備える。ヘッダ組立体は、さらに第１
および第２セラミック部材及び強化補強部材と接触した
関係で配置された耐熱材料を備える。本発明のヘッダ組
立体は、優れた熱サイクル特性、浸食環境に対する優れ
た耐性、および高温時における優れた安定状態強度とを
有する高強度の負荷ヘッダ組立体を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にレキュペレー
タまたは熱交換チューブ組立体に用いられるセラミック
ジョイント構造に関する。より詳細には、本発明は、ジ
ョイントに用いられる耐熱性物質を強化することに関す
る。
タまたは熱交換チューブ組立体に用いられるセラミック
ジョイント構造に関する。より詳細には、本発明は、ジ
ョイントに用いられる耐熱性物質を強化することに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】“政府は、米国エネルギー省によって定
められた契約法第ＤＥ−ＦＣ０２−８８ＩＤ１２７９９
に従って本発明における権利を有する。”今日、レキュ
ペレータおよび熱交換器は、一般的に共に結合されなけ
ればならない金属部品とセラミック部品との組合せを使
用してきた。異なる材料を用いると、これらの間でジョ
イントを形成するのが困難であり、金属部品を使用する
ことはいくつかの重要な欠点を有する。例えば、レキュ
ペレータまたは熱交換器に用いられる金属部品は高温お
よび高腐食性ガスに作用を受けやすい。従って、高温お
よび腐食性の高い状態に耐えられるように、レキュペレ
ータおよび熱交換器の用途にセラミック材料を使用する
ことが、将来の利用に備え寿命、耐久性および品質を与
えるのに必要とされるようになった。
められた契約法第ＤＥ−ＦＣ０２−８８ＩＤ１２７９９
に従って本発明における権利を有する。”今日、レキュ
ペレータおよび熱交換器は、一般的に共に結合されなけ
ればならない金属部品とセラミック部品との組合せを使
用してきた。異なる材料を用いると、これらの間でジョ
イントを形成するのが困難であり、金属部品を使用する
ことはいくつかの重要な欠点を有する。例えば、レキュ
ペレータまたは熱交換器に用いられる金属部品は高温お
よび高腐食性ガスに作用を受けやすい。従って、高温お
よび腐食性の高い状態に耐えられるように、レキュペレ
ータおよび熱交換器の用途にセラミック材料を使用する
ことが、将来の利用に備え寿命、耐久性および品質を与
えるのに必要とされるようになった。
【０００３】セラミック材料を高温熱交換器に取り付け
る際に別の問題に直面する。既存のチューブ式セラミッ
クレキュペレータに関する最大の問題の１つは、ヘッダ
ジョイントに用いられる耐熱性物質の強度に集中する。
耐熱性材料は一般的に脆い。特に、複合セラミック−金
属の熱交換器は、異なる材料の異なる熱膨張特性のため
に発生する応力に起因する問題を有する。応力のため
に、構造的な損傷が発生し、熱交換器の高圧側と低圧側
との間に流体の漏れが発生する。さらに、現在のセラミ
ック−金属との間の熱交換器は、整備して修理するのが
困難である。セラミック材料の使用が増大するにつれ、
セラミック材料を別のセラミック材料に接合する必要性
がさらに高まってきた。米国特許第４、７８４、３１３
号では、炭化シリコン成形部品をともに、あるいはこれ
らの部品をセラミックまたは金属部品と結合する方法を
記載する。上述の特許は、清潔で研磨された表面の間に
合金層が挟まれて形成されると、拡散溶接の状態を形成
することによって、炭化シリコンが、それ自体に、また
は別のセラミック材料からなる成形体に、あるいは金属
加工品に固定して結合されることを開示する。
る際に別の問題に直面する。既存のチューブ式セラミッ
クレキュペレータに関する最大の問題の１つは、ヘッダ
ジョイントに用いられる耐熱性物質の強度に集中する。
耐熱性材料は一般的に脆い。特に、複合セラミック−金
属の熱交換器は、異なる材料の異なる熱膨張特性のため
に発生する応力に起因する問題を有する。応力のため
に、構造的な損傷が発生し、熱交換器の高圧側と低圧側
との間に流体の漏れが発生する。さらに、現在のセラミ
ック−金属との間の熱交換器は、整備して修理するのが
困難である。セラミック材料の使用が増大するにつれ、
セラミック材料を別のセラミック材料に接合する必要性
がさらに高まってきた。米国特許第４、７８４、３１３
号では、炭化シリコン成形部品をともに、あるいはこれ
らの部品をセラミックまたは金属部品と結合する方法を
記載する。上述の特許は、清潔で研磨された表面の間に
合金層が挟まれて形成されると、拡散溶接の状態を形成
することによって、炭化シリコンが、それ自体に、また
は別のセラミック材料からなる成形体に、あるいは金属
加工品に固定して結合されることを開示する。
【０００４】米国特許第４、６４２、８６４号におい
て、レキュペレータまたは熱交換チューブ組立体に使用
するためにセラミックと金属部品を結合するジョイント
構造を開示する。このジョイントは、セラミックチュー
ブと金属部材との間の結合材料鋳造を含む。さらに、ジ
ョイントは、所定の熱作動範囲内で十分な延性を有し、
可塑的に変形してセラミックおよび金属部材との間に有
効な流体シールを維持するシール部材を有する。
て、レキュペレータまたは熱交換チューブ組立体に使用
するためにセラミックと金属部品を結合するジョイント
構造を開示する。このジョイントは、セラミックチュー
ブと金属部材との間の結合材料鋳造を含む。さらに、ジ
ョイントは、所定の熱作動範囲内で十分な延性を有し、
可塑的に変形してセラミックおよび金属部材との間に有
効な流体シールを維持するシール部材を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】米国特許第５、２６
５、９１８号において、レキュペレータすなわち熱交換
チューブ組立体に使用するために、セラミックをセラミ
ック部品に接合するジョイント構造を開示する。ジョイ
ントは、溝内に配置された耐熱性材料を含み機械的なロ
ック装置を形成する。ジョイントは、優れた熱サイクル
特性と、腐食環境に対する優れた耐性および高温時にお
ける優れた安定状態強度を有する高強度の負荷支持ジョ
イントを形成する。本発明は、上述の問題の１つか、２
つ以上を解決する。
５、９１８号において、レキュペレータすなわち熱交換
チューブ組立体に使用するために、セラミックをセラミ
ック部品に接合するジョイント構造を開示する。ジョイ
ントは、溝内に配置された耐熱性材料を含み機械的なロ
ック装置を形成する。ジョイントは、優れた熱サイクル
特性と、腐食環境に対する優れた耐性および高温時にお
ける優れた安定状態強度を有する高強度の負荷支持ジョ
イントを形成する。本発明は、上述の問題の１つか、２
つ以上を解決する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、ヘッダ組立体が、第１のセラミック部材、該第１の
セラミックと間隔のあいた第２のセラミック部材、第１
のセラミック部材と第２のセラミック部材に対して間隔
があけられて配置された強化補強部材、および前記間隔
を維持しながら、第１セラミック部材、第２セラミック
部材および強化補強部材と接触する耐熱性材料とを備え
る。本発明の別の態様において、ヘッダ組立体を有する
レキュペレータは、孔が内部に形成されている第１のセ
ラミック部材、管状構造を有し、前記孔内に配置されこ
の孔と間隔のあいた関係になっている第２のセラミック
部材、第１セラミック部材と第２セラミック部材に対し
て間隔の離れた位置にある強化補強部材、および第１の
セラミック部材、第２のセラミック部材および強化補強
部材と接触するように配置された耐熱性材料と、を備え
る。
て、ヘッダ組立体が、第１のセラミック部材、該第１の
セラミックと間隔のあいた第２のセラミック部材、第１
のセラミック部材と第２のセラミック部材に対して間隔
があけられて配置された強化補強部材、および前記間隔
を維持しながら、第１セラミック部材、第２セラミック
部材および強化補強部材と接触する耐熱性材料とを備え
る。本発明の別の態様において、ヘッダ組立体を有する
レキュペレータは、孔が内部に形成されている第１のセ
ラミック部材、管状構造を有し、前記孔内に配置されこ
の孔と間隔のあいた関係になっている第２のセラミック
部材、第１セラミック部材と第２セラミック部材に対し
て間隔の離れた位置にある強化補強部材、および第１の
セラミック部材、第２のセラミック部材および強化補強
部材と接触するように配置された耐熱性材料と、を備え
る。
【０００７】
【実施例】図１、図２を参照すると、最もよくわかるよ
うにレキュペレータすなわち熱交換器１０が少なくとも
部分的にダクト１１内に配置された状態で示されてい
る。熱交換器１０は、吸気マニホルド１２と排気マニホ
ルド１４とを含む。吸気マニホルド１２は、全体的に円
筒形状であり、閉じた端部１８と開いた端部２０とを有
する円筒壁１６によってほぼ形成されている。吸気マニ
ホルド１２は、金属パイプから形成されており、閉じた
端部１８は、これの上に形成されている。複数の開口２
２が壁２０内に形成されており、相互に所定の間隔をあ
けて軸線方向に形成されている。金属チューブ２４が、
複数の開口２２の各々内に配置されており、従来の手段
でこれに固定されて取り付けられている。図２に示すよ
うに、金属チューブ２４の各々は、外径と内径とにより
形成されている壁２６から構成される延長部を有する。
壁２６はさらに内側円筒形面３０と外側円筒形面３２と
を形成する。チューブ２４の各々は、開いている両端部
を有する。
うにレキュペレータすなわち熱交換器１０が少なくとも
部分的にダクト１１内に配置された状態で示されてい
る。熱交換器１０は、吸気マニホルド１２と排気マニホ
ルド１４とを含む。吸気マニホルド１２は、全体的に円
筒形状であり、閉じた端部１８と開いた端部２０とを有
する円筒壁１６によってほぼ形成されている。吸気マニ
ホルド１２は、金属パイプから形成されており、閉じた
端部１８は、これの上に形成されている。複数の開口２
２が壁２０内に形成されており、相互に所定の間隔をあ
けて軸線方向に形成されている。金属チューブ２４が、
複数の開口２２の各々内に配置されており、従来の手段
でこれに固定されて取り付けられている。図２に示すよ
うに、金属チューブ２４の各々は、外径と内径とにより
形成されている壁２６から構成される延長部を有する。
壁２６はさらに内側円筒形面３０と外側円筒形面３２と
を形成する。チューブ２４の各々は、開いている両端部
を有する。
【０００８】排気マニホルド１４は、軸４２を形成する
ほぼ円筒形のセラミック複合部材、すなわち第１のセラ
ミック部材４０を含む。第１のセラミック部材４０は、
閉じた端部４６と開いた端部４８を有する円筒形壁部材
４４を含む。第１のセラミック部材４０は、炭化シリコ
ン／炭化シリコン複合物からなる連続した繊維補強セラ
ミック複合材料から形成できる。ニカロン繊維すなわち
炭化シリコンが、複合材料を形成するように予備成形お
よびマトリックス堆積工程の加工のための繊維として用
いられる。複数の孔５０が円筒形壁４４内に形成されて
おり、軸方向に間隔があけられており、吸気マニホルド
１２内の複数の開口２２の所定の間隔と一致するように
なっている。複数の開口５２が複数の孔５０に対向して
円筒形壁４４内に形成されている。第１セラミック部材
４０の開いた端部４８が、アタッチメントフランジ５６
を有する金属リング５４によって取り囲まれている。金
属リング５４が、シールされた状態で第１セラミック部
材４０に取り付けられている。このアタッチメントフラ
ンジ５６にはダクト５８が取り付けられており、加熱ガ
ス流体を熱交換器１０から出すように流体的に連通する
ようになっている。複数のチューブ６０が、孔５０内に
シールされた状態で配置されており、壁部材４４を越え
て延びるねじ付き端部６２を有する。各チューブ６０に
は、図示していないが、シールを有するねじ付きナット
６４が取り付けられている。
ほぼ円筒形のセラミック複合部材、すなわち第１のセラ
ミック部材４０を含む。第１のセラミック部材４０は、
閉じた端部４６と開いた端部４８を有する円筒形壁部材
４４を含む。第１のセラミック部材４０は、炭化シリコ
ン／炭化シリコン複合物からなる連続した繊維補強セラ
ミック複合材料から形成できる。ニカロン繊維すなわち
炭化シリコンが、複合材料を形成するように予備成形お
よびマトリックス堆積工程の加工のための繊維として用
いられる。複数の孔５０が円筒形壁４４内に形成されて
おり、軸方向に間隔があけられており、吸気マニホルド
１２内の複数の開口２２の所定の間隔と一致するように
なっている。複数の開口５２が複数の孔５０に対向して
円筒形壁４４内に形成されている。第１セラミック部材
４０の開いた端部４８が、アタッチメントフランジ５６
を有する金属リング５４によって取り囲まれている。金
属リング５４が、シールされた状態で第１セラミック部
材４０に取り付けられている。このアタッチメントフラ
ンジ５６にはダクト５８が取り付けられており、加熱ガ
ス流体を熱交換器１０から出すように流体的に連通する
ようになっている。複数のチューブ６０が、孔５０内に
シールされた状態で配置されており、壁部材４４を越え
て延びるねじ付き端部６２を有する。各チューブ６０に
は、図示していないが、シールを有するねじ付きナット
６４が取り付けられている。
【０００９】複数のセラミックチューブすなわち第２の
セラミック部材７０が、第１のセラミック部材４０内に
形成された開口５２内に配置されている。各チューブ７
０は間隔があけられた各開口５２の中に配置されてい
る。シールされたジョイント７４がセラミックヘッダ４
０と各セラミックチューブ７０との間に形成される。セ
ラミックチューブ７０のそれぞれは、中空の細長いセラ
ミックチューブ形状である。各チューブ７０は、セラミ
ック材料から形成される。第１セラミック部材４０と同
様、各チューブ７０は一体的な炭化シリコン構造であ
る。あるいはチューブ７０は、特定の強化された酸化ア
ルミニウムから形成できる。図１と図２にさらに示され
ているように、各金属チューブ２４の外径は、各セラミ
ックチューブ７０の内径よりも小さい。金属チューブ２
４の各々は、セラミックチューブ７０の１つの内側に同
軸に延びており、金属チューブ２４の遠い方の端部がセ
ラミックチューブ７０の閉じた端部７６に近い。複数の
金属チューブ２４の各々を複数のセラミックチューブ７
０内に配置することは、チューブの中のチューブの関係
を形成することになる。金属チューブ２４の各々の外面
３２が、図示してないが、適当なスペーサによってセラ
ミックチューブ７０と同心の関係に維持される。
セラミック部材７０が、第１のセラミック部材４０内に
形成された開口５２内に配置されている。各チューブ７
０は間隔があけられた各開口５２の中に配置されてい
る。シールされたジョイント７４がセラミックヘッダ４
０と各セラミックチューブ７０との間に形成される。セ
ラミックチューブ７０のそれぞれは、中空の細長いセラ
ミックチューブ形状である。各チューブ７０は、セラミ
ック材料から形成される。第１セラミック部材４０と同
様、各チューブ７０は一体的な炭化シリコン構造であ
る。あるいはチューブ７０は、特定の強化された酸化ア
ルミニウムから形成できる。図１と図２にさらに示され
ているように、各金属チューブ２４の外径は、各セラミ
ックチューブ７０の内径よりも小さい。金属チューブ２
４の各々は、セラミックチューブ７０の１つの内側に同
軸に延びており、金属チューブ２４の遠い方の端部がセ
ラミックチューブ７０の閉じた端部７６に近い。複数の
金属チューブ２４の各々を複数のセラミックチューブ７
０内に配置することは、チューブの中のチューブの関係
を形成することになる。金属チューブ２４の各々の外面
３２が、図示してないが、適当なスペーサによってセラ
ミックチューブ７０と同心の関係に維持される。
【００１０】図示していないが、モールド、すなわちケ
ーシングがヘッダ組立体８０を形成するのに用いられ
る。本明細書において、モールドは、ほぼ長方形状を有
し、複数のチューブ６０とセラミックチューブ７０に対
応して所定の場所に形成された複数の開口を有し、間隔
をあけて第１のセラミック部材４０のまわりに配置さ
れ、これらのまわりに空隙、すなわちチャンバすなわち
キャビティを形成する。本出願において、モールドから
第１セラミック部材４０のまわりの空間は、ほぼ均一、
すなわち等しい。あるいは、モールドは、ほぼ正方形、
または円筒形状でもよい。さらに図１、図２に示したよ
うに、モールド内に配置され、モールドと第１セラミッ
ク部材４０から離れているのは、強化補強部材９０であ
る。図３と図４に最もよく示されているように、強化補
強部材９０は、第１セラミック部材の軸４２にほぼ対応
する軸９２に沿って延びており、ほぼ長方形であり、所
定の距離だけ第１のセラミック部材４０から離れてお
り、所定の距離だけモールドから離れている。本出願に
おいて、第１セラミック部材４０とモールドの所定の距
離は等しい。しかしながら、あるいは、第１セラミック
部材４０とモールドからの距離は本発明の本質を変える
ことなく変更できる。強化補強部材９０が第１のセラミ
ック部材４０を囲み、複数のチューブ６０とセラミック
チューブ７０の場所に対応する関係で配置された複数の
開口９４を含む。複数の開口９４は、強化補強部材９
０、複数のチューブ６０およびセラミックチューブ７０
との間に間隙を形成するような大きさである。第１のセ
ラミック部材４０を囲むために、強化補強部材９０はシ
ートから形成され、曲げられて長方形となり、側部のほ
ぼ中央において互いに重なりあうシートの端部を有す
る。強化補強部材９０の重なり部分は固く結合される。
強化補強部材９０は、さらにこれに取りつけられた複数
のファスナー９６を有する。複数のファスナー９６は、
軸線９２に沿って間隔があけられており、図３と図４に
見られるように相互にオフセットしている。本出願にお
いて強化補強部材９０は、５０ｍｍ×５０ｍｍのメッシ
ュを有する、直径３ｍｍのステンレス鋼ワイヤから構成
されている。あるいは、強化補強部材９０の構造は、ス
テンレス綱エキスパンド平坦メッシュの構造とできる。
メッシュは、本出願においてスンレス綱から形成されて
いるが、プラスチックのような別の材料も使用できる。
強化補強部材９０の主な特徴は、部材９０の一部がヘッ
ダ組立体の全軸長さにほぼ延びて、セラミック部材４０
を取り囲み、メッシュ内で形成されるような延長部の間
に開口、すなわち空間を形成しなければならないことで
ある。しかしながら、あるいは、強化補強部材９０は、
約１２ｍｍぐらいに、ヘッダ組立体８０の軸長さよりも
わずかに短くすることができ、完全な、すなわち閉じた
ループの空隙であるような“Ｕ”形状のように、セラミ
ック部材４０の全体を囲まなくてもよい。
ーシングがヘッダ組立体８０を形成するのに用いられ
る。本明細書において、モールドは、ほぼ長方形状を有
し、複数のチューブ６０とセラミックチューブ７０に対
応して所定の場所に形成された複数の開口を有し、間隔
をあけて第１のセラミック部材４０のまわりに配置さ
れ、これらのまわりに空隙、すなわちチャンバすなわち
キャビティを形成する。本出願において、モールドから
第１セラミック部材４０のまわりの空間は、ほぼ均一、
すなわち等しい。あるいは、モールドは、ほぼ正方形、
または円筒形状でもよい。さらに図１、図２に示したよ
うに、モールド内に配置され、モールドと第１セラミッ
ク部材４０から離れているのは、強化補強部材９０であ
る。図３と図４に最もよく示されているように、強化補
強部材９０は、第１セラミック部材の軸４２にほぼ対応
する軸９２に沿って延びており、ほぼ長方形であり、所
定の距離だけ第１のセラミック部材４０から離れてお
り、所定の距離だけモールドから離れている。本出願に
おいて、第１セラミック部材４０とモールドの所定の距
離は等しい。しかしながら、あるいは、第１セラミック
部材４０とモールドからの距離は本発明の本質を変える
ことなく変更できる。強化補強部材９０が第１のセラミ
ック部材４０を囲み、複数のチューブ６０とセラミック
チューブ７０の場所に対応する関係で配置された複数の
開口９４を含む。複数の開口９４は、強化補強部材９
０、複数のチューブ６０およびセラミックチューブ７０
との間に間隙を形成するような大きさである。第１のセ
ラミック部材４０を囲むために、強化補強部材９０はシ
ートから形成され、曲げられて長方形となり、側部のほ
ぼ中央において互いに重なりあうシートの端部を有す
る。強化補強部材９０の重なり部分は固く結合される。
強化補強部材９０は、さらにこれに取りつけられた複数
のファスナー９６を有する。複数のファスナー９６は、
軸線９２に沿って間隔があけられており、図３と図４に
見られるように相互にオフセットしている。本出願にお
いて強化補強部材９０は、５０ｍｍ×５０ｍｍのメッシ
ュを有する、直径３ｍｍのステンレス鋼ワイヤから構成
されている。あるいは、強化補強部材９０の構造は、ス
テンレス綱エキスパンド平坦メッシュの構造とできる。
メッシュは、本出願においてスンレス綱から形成されて
いるが、プラスチックのような別の材料も使用できる。
強化補強部材９０の主な特徴は、部材９０の一部がヘッ
ダ組立体の全軸長さにほぼ延びて、セラミック部材４０
を取り囲み、メッシュ内で形成されるような延長部の間
に開口、すなわち空間を形成しなければならないことで
ある。しかしながら、あるいは、強化補強部材９０は、
約１２ｍｍぐらいに、ヘッダ組立体８０の軸長さよりも
わずかに短くすることができ、完全な、すなわち閉じた
ループの空隙であるような“Ｕ”形状のように、セラミ
ック部材４０の全体を囲まなくてもよい。
【００１１】図示していないがエポキシのようなグル
ー、すなわち充填材を用いて、耐熱性材料１００をチャ
ンバ内に注入する前に、第１セラミック部材４０と離れ
た関係で、セラミックチューブ７０、複数のチューブ６
０および強化補強部材９０を位置決めすることができ
る。耐熱性材料１００はスラリー状であり、チャンバに
注入されると、第１セラミック部材４０、複数のチュー
ブ６０、セラミックチューブ７０のまわりにぴったりと
組み合わさり、強化補強部材９０のメッシュ内に組み合
わさって空隙を形成することなくチャンバを充填する。
本出願において、耐熱性材料は強化された繊維であり、
第１セラミック部材４０、複数のチューブ６０、セラミ
ックチューブ７０、強化補強部材９０に取り付けられ
る。本出願において、耐熱性材料１００は、約７０パー
セントの酸化アルミニウム、２５パーセントの酸化シリ
コンおよび５パーセントの微量元素とからなる化合物を
有する鋳造可能な濃密な材料である。商業的に入手可能
な材料が、ニューヨーク州ニューヨーク在住のバブコッ
クおよびウィルコックス社により販売されている登録商
標名Ｋａｏｃｒｅｔｅ ３２−ｃである。購入できるこ
の材料は、骨材と微粒子との混合物であり、微粒子は全
混合物の約６０パーセントであり、約１．０ｍｍの通常
の開口を有する第１８のふるいにかけられる混合物の一
部形成される。本出願において、繊維強化の使用は、各
４５．４ｋｇｓの耐熱性物質に対して約１．４ｋｇｓの
繊維の割合で混合される綱繊維すなわちウイスカであ
る。しかしながら、浸食が発生し、強度の低下が重要な
問題であると判定される場合には、浸食を減少させるた
めに高強度の合金繊維の使用に取り変えることができ
る。
ー、すなわち充填材を用いて、耐熱性材料１００をチャ
ンバ内に注入する前に、第１セラミック部材４０と離れ
た関係で、セラミックチューブ７０、複数のチューブ６
０および強化補強部材９０を位置決めすることができ
る。耐熱性材料１００はスラリー状であり、チャンバに
注入されると、第１セラミック部材４０、複数のチュー
ブ６０、セラミックチューブ７０のまわりにぴったりと
組み合わさり、強化補強部材９０のメッシュ内に組み合
わさって空隙を形成することなくチャンバを充填する。
本出願において、耐熱性材料は強化された繊維であり、
第１セラミック部材４０、複数のチューブ６０、セラミ
ックチューブ７０、強化補強部材９０に取り付けられ
る。本出願において、耐熱性材料１００は、約７０パー
セントの酸化アルミニウム、２５パーセントの酸化シリ
コンおよび５パーセントの微量元素とからなる化合物を
有する鋳造可能な濃密な材料である。商業的に入手可能
な材料が、ニューヨーク州ニューヨーク在住のバブコッ
クおよびウィルコックス社により販売されている登録商
標名Ｋａｏｃｒｅｔｅ ３２−ｃである。購入できるこ
の材料は、骨材と微粒子との混合物であり、微粒子は全
混合物の約６０パーセントであり、約１．０ｍｍの通常
の開口を有する第１８のふるいにかけられる混合物の一
部形成される。本出願において、繊維強化の使用は、各
４５．４ｋｇｓの耐熱性物質に対して約１．４ｋｇｓの
繊維の割合で混合される綱繊維すなわちウイスカであ
る。しかしながら、浸食が発生し、強度の低下が重要な
問題であると判定される場合には、浸食を減少させるた
めに高強度の合金繊維の使用に取り変えることができ
る。
【００１２】耐熱性材料１００が硬化された後、モール
ドが取り除かれて、熱交換器１０が組み立てられ、従来
の炉、すなわち燃料ガスダクト１１内に配置される。適
用において、レキュペレータ１０は、以下の方法におい
て組み立てられたヘッダ組立体８０を含む。金属チュー
ブ２４が吸気マニホルド１２の円筒形壁１６内の複数の
開口２２のそれぞれに配置されており、壁１６に固定さ
れて取り付けられている。組み立て後、吸気マニホルド
１２の内面が従来の手段で耐熱性材料でコーティングさ
れる。次に、強化補強部材９０が第１のセミック部材４
０のまわりに配置され、各チューブ６０が強化補強部材
９０内の複数の開口９４の対応する一つを通って、第１
セラミック部材４０内の複数の孔５０の対応する一つに
挿入される。さらに、各セラミックチューブ７０が、強
化補強部材９０内の複数の開口９４の対応する１つを通
って、第１セラミック部材４０内の複数の開口５２の対
応する１つに挿入される。さらに、シール６６が中に配
置された状態でねじ付きナット６４がチューブ６０の各
々のねじ付き端部６２上にねじで係合される。組み立て
られたナット６４、シール６６、およびチューブ６０が
各チューブ２４の外面３２のまわりに配置されて、ナッ
ト６４がねじ付き端部６２上で締められ、シール６６が
吸気マニホルド１６に対するチューブ６０の位置と、セ
ラミックチューブ７０に対するチューブ２４の位置を決
める。また、金属リング５４が第１セラミック部材４０
にシールされた状態で取り付けられる。グルーがチュー
ブ２４と吸気マニホルド１６の境界、チューブ６０と第
１セラミック部材４０との境界およびセラミックチュー
ブ７０と第１セラミック部材４０との境界に付与され、
これらの間の相対的な位置を維持するようになってい
る。
ドが取り除かれて、熱交換器１０が組み立てられ、従来
の炉、すなわち燃料ガスダクト１１内に配置される。適
用において、レキュペレータ１０は、以下の方法におい
て組み立てられたヘッダ組立体８０を含む。金属チュー
ブ２４が吸気マニホルド１２の円筒形壁１６内の複数の
開口２２のそれぞれに配置されており、壁１６に固定さ
れて取り付けられている。組み立て後、吸気マニホルド
１２の内面が従来の手段で耐熱性材料でコーティングさ
れる。次に、強化補強部材９０が第１のセミック部材４
０のまわりに配置され、各チューブ６０が強化補強部材
９０内の複数の開口９４の対応する一つを通って、第１
セラミック部材４０内の複数の孔５０の対応する一つに
挿入される。さらに、各セラミックチューブ７０が、強
化補強部材９０内の複数の開口９４の対応する１つを通
って、第１セラミック部材４０内の複数の開口５２の対
応する１つに挿入される。さらに、シール６６が中に配
置された状態でねじ付きナット６４がチューブ６０の各
々のねじ付き端部６２上にねじで係合される。組み立て
られたナット６４、シール６６、およびチューブ６０が
各チューブ２４の外面３２のまわりに配置されて、ナッ
ト６４がねじ付き端部６２上で締められ、シール６６が
吸気マニホルド１６に対するチューブ６０の位置と、セ
ラミックチューブ７０に対するチューブ２４の位置を決
める。また、金属リング５４が第１セラミック部材４０
にシールされた状態で取り付けられる。グルーがチュー
ブ２４と吸気マニホルド１６の境界、チューブ６０と第
１セラミック部材４０との境界およびセラミックチュー
ブ７０と第１セラミック部材４０との境界に付与され、
これらの間の相対的な位置を維持するようになってい
る。
【００１３】従って、ヘッダ組立体８０が形成されるこ
とになる。耐熱性材料１００が排気マニホルド１４に付
与されることになり、部品を相互に固定して取り付ける
ことができる。モールドすなわちチューブ２４とセラミ
ックチューブ７０が延びる開口を有するケーシングが強
化補強部材９０のまわりと、間隔をあけて第１セラミッ
ク部材４０のまわりに配置される。耐熱性材料１００
が、部品とモールドが離れているために形成されたキャ
ビティ内に注入、すなわち鋳造される。従って、乾燥後
に繊維強化耐熱性材料１００が部品を固定して取り付け
る。例えば、鋳造可能な耐熱性材料１００が、部品とモ
ールドの間隔によって形成されたキャビティに流れ、強
化補強部材９０のメッシュ内の空間を充填しこれと接触
し、円筒形壁部材４４と接触し、チューブ６０と接触し
てセラミックチューブ７０と接触する。従って、機械的
なジョイントが形成され、優れた熱サイクル特性、優れ
た浸食環境に対する耐性および高温における優れた安定
状態の強度を有する強度の強い負荷ヘッダ組立体を形成
する。
とになる。耐熱性材料１００が排気マニホルド１４に付
与されることになり、部品を相互に固定して取り付ける
ことができる。モールドすなわちチューブ２４とセラミ
ックチューブ７０が延びる開口を有するケーシングが強
化補強部材９０のまわりと、間隔をあけて第１セラミッ
ク部材４０のまわりに配置される。耐熱性材料１００
が、部品とモールドが離れているために形成されたキャ
ビティ内に注入、すなわち鋳造される。従って、乾燥後
に繊維強化耐熱性材料１００が部品を固定して取り付け
る。例えば、鋳造可能な耐熱性材料１００が、部品とモ
ールドの間隔によって形成されたキャビティに流れ、強
化補強部材９０のメッシュ内の空間を充填しこれと接触
し、円筒形壁部材４４と接触し、チューブ６０と接触し
てセラミックチューブ７０と接触する。従って、機械的
なジョイントが形成され、優れた熱サイクル特性、優れ
た浸食環境に対する耐性および高温における優れた安定
状態の強度を有する強度の強い負荷ヘッダ組立体を形成
する。
【００１４】本明細書の強度補強部材９０は、従来の炉
の従来の手段において燃料ガスダクト１１内に部分的に
配置されているレキュペレータすなわち熱交換器に用い
られる。燃料ガスダクト１１内のレキュペレータ１０の
作動中に、強化補強部材９０は、脆性、すなわち耐熱材
料１００の影響を減少させることによってヘッダ組立体
８０の強度を高めることを促進する。作動において、加
熱されるべき高圧ガス流体、本発明においては空気であ
る高圧ガス流体、すなわち受け入れられる流体が、吸気
マニホルド１２の開口端部２０に入る。吸気マニホルド
１２から、空気がチューブ２４を通り、各チューブ２４
の開いた端部から出る。空気がセラミックチューブ７０
に沿って通り、ダクト１１を通る高温低圧ガス、すなわ
ち燃焼のドナー流体を吸収する。加熱空気がチューブ２
４の外面３２とセラミックチューブ７０との間を上昇し
て出て、排気マニホルド１４に入る。加熱空気が金属リ
ング５４を通って出て、従来の手段で用いられる。
の従来の手段において燃料ガスダクト１１内に部分的に
配置されているレキュペレータすなわち熱交換器に用い
られる。燃料ガスダクト１１内のレキュペレータ１０の
作動中に、強化補強部材９０は、脆性、すなわち耐熱材
料１００の影響を減少させることによってヘッダ組立体
８０の強度を高めることを促進する。作動において、加
熱されるべき高圧ガス流体、本発明においては空気であ
る高圧ガス流体、すなわち受け入れられる流体が、吸気
マニホルド１２の開口端部２０に入る。吸気マニホルド
１２から、空気がチューブ２４を通り、各チューブ２４
の開いた端部から出る。空気がセラミックチューブ７０
に沿って通り、ダクト１１を通る高温低圧ガス、すなわ
ち燃焼のドナー流体を吸収する。加熱空気がチューブ２
４の外面３２とセラミックチューブ７０との間を上昇し
て出て、排気マニホルド１４に入る。加熱空気が金属リ
ング５４を通って出て、従来の手段で用いられる。
【００１５】強化補強部材９０は、より多くの脆性耐熱
材料１００が、繰り返されて生じる熱応力負荷のもとで
亀裂してしまうようなときでも、有効に強化、すなわち
結合を行う。メッシュタイプの強化補強部材９０の交錯
特徴は、耐熱性材料１００の脆性特性を補い、ヘッダ組
立体８０の有効寿命を長くする。例えば、耐熱材料が亀
裂してしまう場合、強化補強部材９０は亀裂部分をとも
に結束して、ヘッダ組立体８０の分離を防ぐ。別の態
様、目的および利点は明細書、図面および請求の範囲を
研究することによって明らかになる。
材料１００が、繰り返されて生じる熱応力負荷のもとで
亀裂してしまうようなときでも、有効に強化、すなわち
結合を行う。メッシュタイプの強化補強部材９０の交錯
特徴は、耐熱性材料１００の脆性特性を補い、ヘッダ組
立体８０の有効寿命を長くする。例えば、耐熱材料が亀
裂してしまう場合、強化補強部材９０は亀裂部分をとも
に結束して、ヘッダ組立体８０の分離を防ぐ。別の態
様、目的および利点は明細書、図面および請求の範囲を
研究することによって明らかになる。
【図１】本発明を実施するダクトとレキュペレータの断
面図である。
面図である。
【図２】図１の線２−２に沿った強化補強部材を有する
繊維補強耐熱性材料の一部の拡大断面図である。
繊維補強耐熱性材料の一部の拡大断面図である。
【図３】強化補強部材の拡大側面図である。
【図４】強化補強部材の端面図である。
１０ 熱交換器 １１ ダクト １２ 吸気マニホルド １４ 出口マニホルド １６ 円筒形壁 １８、２０ 端部 ２２ 開口 ２４ 金属チューブ ４０ 第１セラミック部材 ４２ 軸線 ５０ 孔 ５４ 金属リング ６０ チューブ ７０ 第２セラミック部材 ７４ ジョイント ９０ 強化補強部材 １００ 耐熱材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２８Ｆ 9/26 Ｆ２８Ｆ 9/26 (72)発明者 ブルース ディー ハーキンス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92107 サンディエゴ カタリーナ ブー ルヴァード 1684 (72)発明者 マイケル イー ウォード アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92064 ポーウェイ ティエーラ ボニー タ ロード 14210
Claims (10)
- 【請求項１】 第１のセラミック部材と、 該第１のセラミック部材と離れた関係にある第２のセラ
ミック部材と、 前記第１のセラミック部材と前記第２のセラミック部材
に対し離れた位置にある強化補強部材と、 前記第１のセラミック部材と、前記第２のセラミック部
材および前記強度補強部材と接触し、前記離れた関係を
維持する耐熱性材料と、 を備えるヘッダ組立体。 - 【請求項２】 前記強度補強部材は、メッシュタイプの
形状を含むことを特徴とするヘッダ組立体。 - 【請求項３】 前記強度補強部材が前記第１セラミック
部材を囲むことを特徴とする請求項２に記載のヘッダ組
立体。 - 【請求項４】 前記強度補強部材は、ほぼ長方形である
ことを特徴とする請求項３に記載のヘッダ組立体。 - 【請求項５】 前記強度補強部材の長方形状が、重なり
合う端部を有するシートから形成されることを特徴とす
る請求項４に記載のヘッダ組立体。 - 【請求項６】 前記強度補強部材の前記端部が前記長方
形形状の側部のほぼ中間点において重なることを特徴と
する請求項５に記載のヘッダ組立体。 - 【請求項７】 前記強度補強部材の重なり合う端部が固
定されて接続されることを特徴とする請求項５に記載の
ヘッダ組立体。 - 【請求項８】 前記強度補強部材は、これに取り付けら
れる複数のファスナーを含むことを特徴とする請求項１
に記載のヘッダ組立体。 - 【請求項９】 前記複数のファスナーが、前記強度補強
部材に沿って軸線方向に間隔があけられており、隣接す
るそれぞれとオフセットしていることを特徴とする請求
項８に記載のヘッダ組立体。 - 【請求項１０】前記耐熱性材料は繊維補強を含むことを
特徴とする請求項１に記載のヘッダ組立体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/611868 | 1996-03-06 | ||
| US08/611,868 US5810076A (en) | 1996-03-06 | 1996-03-06 | High pressure ceramic heat exchanger |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH102695A true JPH102695A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=24450710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9051364A Pending JPH102695A (ja) | 1996-03-06 | 1997-03-06 | 高圧セラミック熱交換器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5810076A (ja) |
| JP (1) | JPH102695A (ja) |
| CA (1) | CA2195814A1 (ja) |
| GB (1) | GB2310922A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4659916A (en) * | 1984-02-24 | 1987-04-21 | Carl-Zeiss-Stiftung | Arrangement for correcting the position of a laser beam guided by means of an articulated optical system |
| GB2633862A (en) * | 2023-05-02 | 2025-03-26 | Sekisui House Kk | Exterior wall structure and building provided with exterior wall structure |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030102111A1 (en) * | 2001-12-03 | 2003-06-05 | Brinck Joseph A. | Heat exchanger |
| WO2016017697A1 (ja) * | 2014-07-29 | 2016-02-04 | 京セラ株式会社 | 熱交換器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4148356A (en) * | 1975-10-03 | 1979-04-10 | Clean Energy Corporation | Steam generation with coal |
| US4269266A (en) * | 1979-08-23 | 1981-05-26 | United States Steel Corporation | Recuperator tube construction |
| DE3170290D1 (en) * | 1981-09-08 | 1985-06-05 | Dow Chemical Nederland | Heat exchanger and use thereof |
| DE3429522C1 (de) * | 1984-08-10 | 1985-11-14 | Uhde Gmbh, 4600 Dortmund | Reaktionsrohrsystem eines Roehrenspaltofens |
| US4740357A (en) * | 1986-06-27 | 1988-04-26 | International Fuel Cells | Radiation shield for reformer apparatus |
| SE457006B (sv) * | 1987-03-30 | 1988-11-21 | Anders Westerberg | Roeranlaeggning, daer roerbrott foerhindras vid frysning, med isolerad foerbindelse med tryckupptagande organ |
-
1996
- 1996-03-06 US US08/611,868 patent/US5810076A/en not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-01-16 GB GB9700808A patent/GB2310922A/en not_active Withdrawn
- 1997-01-23 CA CA002195814A patent/CA2195814A1/en not_active Abandoned
- 1997-03-06 JP JP9051364A patent/JPH102695A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4659916A (en) * | 1984-02-24 | 1987-04-21 | Carl-Zeiss-Stiftung | Arrangement for correcting the position of a laser beam guided by means of an articulated optical system |
| GB2633862A (en) * | 2023-05-02 | 2025-03-26 | Sekisui House Kk | Exterior wall structure and building provided with exterior wall structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2195814A1 (en) | 1997-09-06 |
| GB9700808D0 (en) | 1997-03-05 |
| US5810076A (en) | 1998-09-22 |
| GB2310922A (en) | 1997-09-10 |
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