JPS62155395A - 管と管板とを接続する構造 - 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、セラミックス製管を用いた熱交換器やフィル
ター装置などに適用される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」 従来、金属管を使用した熱交換器などにおいては、管は
管板に直接溶接されたり、あるいは拡管によって取り付
けられていた。したがって、加熱流体と被加熱流体との
気密性は充分に保持されていた。しかしながら、８００
℃以上の高温流体の熱交換を金属管で行なうのは困難で
ある。このような場合にはセラミックス製管が利用され
るが、この場合、溶接や拡管による接続ができないのは
いうまでもない。また、セラミックス製管の接続に際し
ては、セラミックス製管と金属製の管板あるいは缶体と
の間に生じる熱膨張差や機械的衝撃を吸収する構造とす
ることが必要となる。

上記の要請に基き、本出願人は、既に特願昭６０−９３
７８２号で、セラミックス製管と管板との間に生じる熱
膨張差や機械的衝撃を吸収し、しかも充分なシール性が
確保されたセラミックス製管と管板との接続構造を提案
している。しかしながら、この接続構造では、セラミッ
クス製管の接続部外周に設けた無機質の断熱層と水冷構
造の管板の水冷壁との間に有機ゴム系の緩衝層を流し込
み成形することにより、セラミクス製管を管板の保持孔
で挿通保持するものであるため、セラミックス製管の管
板への脱着の際、有機ゴム系緩衝層を注入したり、ある
いはこれを除去する作業に多大の工数を必要とし、装置
の大型化を妨げていた。

「発明の目的」 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、セラ
ミックス製管と管板との接続をより簡単にし、さらには
充分なシール性が確保された管と管板とを接続する構造
を提供することにある。

「発明の概要」 本発明による管と管板とを接続する構造によれば、セラ
ミックス製管の接続部外周を無機質の断熱層が囲み、こ
の無機質の断熱層の外周をポリマー系の緩衝層が囲み、
さらにこの緩衝層の外周を金属ホルダが囲んで前記セラ
ミックス製管と前記金属ホルダとを一体化し、前記金属
ホルダにより前記セラミックス製管が管板に保持されて
いる。

したがって、金属ホルダの接続部分を管板に載置あるい
は連結するだけで、セラミックス製管を管板に接続でき
るので、セラミック製管の管板に対する脱着が非常に容
易になり、煩雑な現場施工の工数を大幅に削減できると
共に、流体間のシールも充分に行なうことができる。

本発明についてより具体的に説明すると、無機質の断熱
層は、管と同質のセラミックスや、キャスタブル耐火物
、モルタルなどにより、セラミックス製管を囲むように
例えば筒状に形成される。

この場合、断熱層は、セラミックス管と熱膨張差が生じ
ないような材質とすることが好ましい。

また、より好ましい態様においては、断熱層はセラミッ
クス質のファイバー、ペーパー、織布などからなる内層
と、キャスタブル耐火物からなる外層とによって構成さ
れる。断熱層をキャスタブル耐火物などの層だけで構成
すると、始動時などの過渡的な状態において、セラミッ
クス製管の熱膨張に断熱層の熱膨張が追随せず、セラミ
ックス製管に周囲から圧縮応力がかかって割れたり、逆
にセラミックス製管と断熱層との間に隙間が生じ、シー
ル性が劣る可能性がある。しかるに、この断熱層をこの
ような内層と外層との二重構造とすることにより、内層
のクッション性および耐熱性によってかかる懸念を回避
できる。

ポリマー系の緩衝層としては、例えば、シリコーンゴム
系やフッ素ゴム系のものが耐熱性、高弾力性、または、
高温ガス中の腐食性成分に対する耐性などの観点から好
ましく使用される。緩衝層は、好ましくは上記のような
有機ゴム系の物質を、無機質の断熱層と金属ホルダを構
成する金属壁との間に注入したり、あるいは断熱層の外
周や金属ホルダの金属壁内周に予め塗布しておくことに
より、断熱層と金属ホルダとの隙間を埋めてシールする
ように形成される。また、ポリマー系緩衝材としては、
エナメル質からなる無機ポリマーも弾力性を有しており
、耐熱性、耐腐食性の点から、より好ましく使用される
。

緩衝層を形成するさらに別の方法としては、有機ゴム系
の円筒状成形品や、有機ゴム系の板を筒状に巻いたもの
を、断熱層と金属ホルダとの隙間に挿入してもよく、さ
らにまた、その表面の一部または全部を不定形有機ゴム
で接着・シールしたりするなどの方法で固着したものも
有効である。

無機質の断熱層により、緩衝層の有機ゴムがその弾力性
を維持できる温度１例えば２００℃〜２５０℃程度まで
下げられることが望まれるが、より積極的には、緩衝層
は水などの低温流体により間接的に冷却される構造とさ
れることが好ましい。具体的には、管板を冷却構造とし
、金属ホルダが温度の低い管板の冷却壁によって輻射冷
却されるようにする。これにより、冷却された金属ホル
ダがポリマー系の緩衝層を保冷するので、緩衝層は、金
属ホルダと無ａ質の断熱層の双方によって弾性を保持で
きる程度まで温度が下げられ、管と管板あるいは缶体と
の間に生じる熱膨張差や機械的衝撃を吸収する。

本発明の接続構造は、例えば熱交換器におけるセラミッ
クス製伝熱管と管板との接続の他、高温ガスからの除塵
装置におけるセラミックス製フィルター管と管板との接
続などにも適用することができる。

「発明の実施例」 ：ｊｒＪ１図には、本発明による接続構造をセラミック
ス製管１１の下端部に適用した場合の一実施例が示され
ている。この接続構造を熱交換器に適用する場合には、
例えば、セラミックス製管１１の内部空間３Ｂに高温の
加熱ガスが流され、外部空間３７に低温の被加熱ガスが
流される。この逆であってもよい、また、除塵装置に適
用する場合には、フィルター機能を有するセラミックス
製管１１の内部空間３６に高温の含塵ガスが流され、セ
ラミックス製管１１を通過した清浄ガスが外部空間３７
を波れる。

この逆であってもよい。

金属製の管板１２は冷却室１３の形成された冷却構造と
され、セラミックス製管１１の下端接続部は冷却壁１４
によって形成された保持孔１５に挿通保持されるように
なっている。セラミックス製管１１の下端部外周にはセ
ラミックス製織布１８が巻かれており、このセラミック
ス製織布１６の外周にはさらに断熱材としてのキャスタ
ブル耐火物層１７が配置されている。キャスタブル耐火
物層１７の外周には、さらに所定間隙を保って金属ホル
ダ１８が配置されている。

金属ホルダ１８は、上端に外周方向に向けて形成された
外周フランジ１８、下端に内周方向に向けて形成された
内周フランジ２０を有している。内周フランジ２０上面
にはセラミックス製管１１およびキャスタブル耐火物層
１７の下面が当接されており、キャスタブル耐火物層１
７と金属ホルダ１８との間に生じた間隙にはシリコーン
ゴムなどを流し込み成形した緩衝層２１が形成されてい
る。そして、この緩衝層２１およびキャスタブル耐火物
層１７を介してセラミックス製管１１が、金属ホルダ１
Ｂと一体化されている。緩衝層２１は、この実施例にお
いては、０．５〜３ｍｍ程度の厚さとされている。

また、外周フランジ１８の外縁部下面には環状突起２２
が形成され、管板１２上面の保持孔１５付近に設けられ
たパツキン２３と当接される。したがって、セラミック
ス製管１１は、金属ホルダ１Ｂを介してその環状突起２
２が管板１２上面のパツキン２３上に当接載置されるこ
とによって保持されることとなる。

この場合、環状突起２２と管板１２上面との間のシール
はパツキン２３によって行なわれるが、シール面圧を大
きくするため、パツキン２３に対する環状突起２２の当
り幅をナイフェツジ状に加工して小さくしである。なお
、若干の工数は増加するが、ボルト締め付けによってシ
ール面圧を確保してもよいことは勿論である。

上記のようなセラミックス製管１１の下端部を管板１２
の保持孔１５で挿通保持するには、セラミックス製管１
１と一体化されている金属ホルダ１８の環状突起２２の
部分を管板１２上面のパツキン２３上に載置するだけで
よい、これにより、パツキン２３にはセラミックス製管
１１などの自重がかかり、管板１２上面と環状突起２２
間はパツキン２３を介して気密にシールされ、流体漏れ
を防止することができる。

したがって、この接続構造によれば、セラミックス製管
１１の管板１２に対する脱着が非常に容易となり１組立
、開放点検に要する時間が大幅に短縮される。

この接続構造において、セラミックス製管１１内を通過
するガスの温度が７００℃であるとすると、キャスタブ
ル耐火物層１７が断熱層として作用し、かつ、金属ホル
ダ１Ｂが冷却壁１４によって輻射冷却されるため、緩衝
層２１は約１８０℃程度に保冷されて緩衝力が保持され
、熱膨張差や機械的衝撃に伴なうセラミックス製管１１
と管板１２間の相対変位を吸収する。また、始動時など
の過渡的な状態において、セラミックス製管１１の熱膨
張にキャスタブル耐火物層１７の熱膨張が追随せず、セ
ラミックス製管１１とキャスタブル耐火物層１７との間
に応力が生ずることがあるが、この応力はセラミックス
製織布１６によって吸収されることとなる。

第２図には、本発明による接続構造をセラミックス製管
１１上端部に適用した他の実施例が示されている。なお
、第１図におけると同極の部位については、同一符号を
付して説明を省略する。セラミックス製管１１の上端部
外周にはセラミックス製織布１６が巻かれており、この
セラミックス製織布１６の外側には金属ホルダ１８によ
って保持されたキャスタブル耐火物層１７が配置されて
いる。このキャスタブル耐火物層１７の外周と金属ホル
ダ１８の内周との間隙には、シリコーンゴムなどからな
る約０．５〜３■の厚さの筒状の緩衝層２１が配置され
ている。そして、この緩衝層２１およびキャスタブル耐
火物層１７を介して、セラミックス製管１１が金属ホル
ダ１８と一体化されている。

セラミックス製管１１と金属ホルダ１８との一体化は、
例えば次のようにしてなされる。あらかじめセラミック
ス製織布１６を巻回されたセラミックス製管１１の外側
に図示せぬ板状仮枠を配置し、あらかじめシリコーンゴ
ムなどのペーストを内側に厚塗りされた金属ホルダ１８
を板状仮枠の上に載置する。金属ホルダ１８とセラミッ
クス製管１１との間隙の仮枠の上にキャスタブル耐火物
のスラリーを流し込み、次いでこのスラリーを自硬させ
た後、仮枠を取り外す、この際、キャスタブル耐火物層
の要部は予成形品を用い、セラミックス製織布１６に接
する部分のみ、あるいはさらに緩衝層２１に接する部分
にキャスタブル耐火物スラリーを流し込み、あるいは圧
入してもよい、また、セラミックス製織布ｌＢの内部に
こうしたスラリーが余りに浸透し過るような場合には、
セラミックス製織布１６の外周に樹脂フィルムを介在さ
せておくとよい。

（第１図のように、内周フランジ２０を備えている場合
には、上記した仮枠は不要である。）金属ホルダ１８は
、その上端に外方に向けて取付用フランジ２４を有して
おり、取付用フランジ２４上には、パツキン２５を介し
てベローズリング２Ｂがポルト２７により締め付は固定
されるようになっている。ベローズリング２６の外端に
は、ベローズ２日の一端が取り付けられている。また、
管板１２上面の保持孔１５付近には、パツキン２９を介
してベローズリング３０がポル）３１により締め付は固
定されるようになっており、ベローズリング３０内端に
はベローズ２８の他端が取り付けられている。この実施
例では、このベローズ２８により、管板１２とセラミッ
クス製管１１との相対的な変位を許容しつつ流体間のシ
ールを確実に行なうようにしている６なお、管板１２の
下面位置、金属ホルダ１８とキャスタブル耐火物層１７
の下面位置には断熱材３２．３３が貼着もしくは吊下げ
により配置されている。また、３４はフェルール状の形
状をした断熱材であり、セラミックス製管１１を管板１
２に対して接続した後に配置される。

セラミックス製管１１の管板１２に対する接続は、セラ
ミックス製管１１を保持孔１５に挿通し、第２図には図
示を省略したセラミックス製管１１の下方部分に設けた
載置構造を同じく図示を省略した管板なとの載置台上に
載置する０次いで、取付用フランジ２４上にパツキン２
５を介してベローズリング２６をポルト２７により締め
付は固定するとともに、管板１２上にはパツキン２９を
介してベローズリング３゜をポル）３１により同じく締
め付は固定する。これによりセラミックス製管１１は管
板１２の保持孔１５で接続され、ベローズ２８が流体間
を確実にシールする。この場合、ベローズリング２６ま
たはベローズリング３０のいずれか一方を予め固定して
おけば、接続作業はさらに容易となる。

この接続構造において、セラミックス製管１１の長さを
２１１とし、セラミックス製管１１上部より７００℃の
高温ガスを流入させるとする。その場合、流入開始時に
セラミックス製管１１だけが高温になり、セラミックス
製管１１が上方向に約１．５ｍｍ伸び、流入後１時間程
で缶体鉄皮が約７０”Ｃに昇温し、膨張してセラミック
ス製管１１の伸びに追いついてくることになるが、この
間の軸方向および半径方向の熱膨張差をセラミックス製
織布１６およびａ＋層２１が吸収し、セラミックス製管
１１の破損が防止される。

なお、緩衝層２１は、例えばその下部外周が金属ホルダ
１８内周部に接着され、その上部内周をキャスタブル耐
火物層１７外周部に接着保持ないしはゴム弾性を利用し
た圧着保持をされるようにし、緩衝層２１の上下方向中
央部をキャスタブル耐火物層１７にも金属ホルダ１８に
も接着しないようにすれば、金属ホルダ１８に対し、セ
ラミックス製管１１がその軸方向により大きな相対変位
を起こしても、これを吸収することが可能となる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、無機質の断熱層
および輻射冷却された金属ホルダにより、緩衝層がその
弾力性を保持できる程度に保冷される。また、緩衝層に
より熱膨張差や機械的衝撃が吸収される。また、金属ホ
ルダを介した管と管板との接続にあたり、その接続部に
パツキンとシール面圧の大な外周フランジとの組み合わ
せ、あるいはベローズのような適切なシール手段を講じ
であるので、気体間のシールを確実に行なうことができ
る。さらに加えて、管板に対する管の脱着が極めて容易
となり、組立、開放点検に要する時間が大幅に短縮され
る。そして、セラミックス製管の採用により、例えば、
１０００℃を越すような高温のガスも処理することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による接続構造を管の下端部に適用した
場合の一実施例を示す要部断面図、第２図は本発明によ
る接続構造を管の上端部に適用した場合の要部断面図で
ある。 １１・・・セラミックス製管、１２・・・管板、１４・
・・冷却壁、１５・・・保持孔、１６・・・セラミック
ス製織布、Ｉ７・・・キャスタブル耐火物層、１８・・
・金属ホルダ、１８・・・外周フランジ、２０・・・内
周フランジ、２１・・・緩衝層、２２・・・環状突起、
２３．２５．２９・・・パツキン、２４・・・取付用フ
ランジ、　２６．３０・・・ベローズリング、２日・・
・ベローズ。 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス製管の接続部外周を無機質の断熱層
   が囲み、この無機質の断熱層の外周をポリマー系の緩衝
   層が囲み、さらにこの緩衝層の外周を金属ホルダが囲ん
   で前記セラミックス製管と前記金属ホルダとを一体化し
   、前記金属ホルダにより前記セラミックス製管が管板に
   保持されていることを特徴とする管と管板とを接続する
   構造。
2. （２）前記無機質の断熱層は、セラミックス質のファイ
   バー、ペーパーまたは織布からなる内層と、キャスタブ
   ル耐火物からなる外層とによって構成されている特許請
   求の範囲第１項に記載の管と管板とを接続する構造。
3. （３）前記ポリマー系の緩衝層は、シリコーンゴム系ま
   たはフッ素ゴム系あるいは無機質ポリマー系の少なくと
   も一つからなる特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載の管と管板との接続する構造。
4. （４）前記金属ホルダは水などの低温流体により間接的
   に輻射冷却され、前記緩衝層が前記金属ホルダにより保
   冷されている特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れか一に記載の管と管板とを接続する構造。