(57)【要約】【課題】シール面間隔の不均一なばらつきを吸収して、ガスの漏れを低減するガスケットを提供する。【解決手段】弾力性を有するシール部材４１を挟んで気密性を有するシール部材４３をシール面側に配置することにより、シール面間隔の不均一なばらつきを弾力性を有するシール部材４１の変形により吸収する。【選択図】      図１
2004162796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾力性を有するシール部材を挟んで気密性を有するシール部材をシール面側に配置してなるガスケット。
【請求項２】
前記弾力性を有するシール部材の少なくとも高圧側に位置する部位に、気密性を有するシール部材を両側のシール面に接するように配置してなる請求項１に記載のガスケット。
【請求項３】
前記気密性を有するシール部材のシール面側に、シール面となじみ性を有し、かつ気密性を有するシール部材を配置してなる請求項１または２に記載のガスケット。
【請求項４】
前記弾力性を有するシール部材は、セラミック繊維と加熱されて膨張する加熱膨張材との複合材であり、前記気密性を有するシール部材は、セラミック繊維を基材とすることを特徴とする請求項１乃至３に記載のガスケット。
【請求項５】
前記シール面となじみ性を有し、かつ気密性を有するシール部材は、前記気密性を有するシール部材よりも嵩密度が小さいセラミック繊維を基材とすることを特徴とする請求項３に記載のガスケット。
【請求項６】
構造物に吊り下げられた金属管と、該金属管の下端部に支持された支持金具と、前記金属管を包囲して、耐火材製の筒形部材を前記支持金具に支持させて積層してなる伝熱管と、前記筒形部材の積層面に介在されたガスケットとを備えてなり、燃焼排ガス流路内に配置して前記伝熱管内を通流する被加熱流体を加熱する熱交換器において、前記ガスケットは、請求項１乃至５のいずれかに記載のガスケットであることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスケットおよびこれを用いた熱交換器に関し、特に、複数の筒形部材を積層して形成される伝熱管の筒形部材の積層面に挿入して用いるのに好適なガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物の処理法として、廃棄物を熱分解反応器で熱分解し、生成された熱分解ガスと熱分解残渣の一部を燃焼溶融炉に導いて燃焼処理する方法が知られている。そして、燃焼溶融炉から排出される排ガスの熱を回収し、例えば、熱分解の熱源とするために熱媒流体を排ガスの流路内に配置される熱交換器により加熱することが行われている。
【０００３】
このような熱交換器には、例えば、熱媒体としての流体が通流する金属管を構造物に吊り下げて設け、その金属管の下端部に取り付けられた支持金具に支持させて、金属管と同軸状に耐火材製の筒形部材をガスケットを介在させて積層状に設けてなる伝熱管が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２３８９７１号公報
【発明を解決しようとする課題】
しかしながら、例えばレンガなどからなる従来の耐火材製の筒形部材は、製造時の寸法不揃いや、据え付け精度及び支持金具等の傾きなどにより、積み重ねる筒形部材間の間隔が不均一にばらついたり、間隔に傾きを生ずることがある。従来のガスケットでは、その間隔の不均一なばらつきや間隔の傾きを吸収できず、シール面に隙間が生じて漏れが生ずるという問題がある。
【０００５】
本発明は、シール面間隔の不均一なばらつきを吸収して、ガスの漏れを低減できるガスケットを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のガスケットは、弾力性を有するシール部材を挟んで気密性を有するシール部材をシール面側に配置してなることを特徴とする。すなわち、本発明によれば、シール面間隔の不均一なばらつきや傾きに応じて弾力性を有するシール部材が変形して、その不均一なばらつきや傾きを吸収する。これにより、シール面圧が一定以上に維持され、ガスの漏れを低減することができる。
【０００７】
この場合において、弾力性を有するシール部材は、シール面の全幅に介在させてもよいが、少なくともシール面の中央部または低圧側に設ける必要がある。後者の場合は、高圧側に位置する部位に気密性を有するシール部材をシール面に接するように配置することが好ましい。
【０００８】
さらに、気密性を有するシール部材のシール面側に、シール面となじみ性を有し、かつ気密性を有するシール部材を配置することが好ましい。これによれば、シール面とシール部材の密着性が向上し、シール界面からのガスの漏れを低減できる。
【０００９】
特に、本発明のガスケットは、構造物に吊り下げられた金属管と、この金属管の下端部に支持された支持金具と、耐火材製の筒形部材を支持金具に支持させて積層してなる伝熱管と、筒形部材の積層面に介在されたガスケットとを備え、燃焼排ガス流路内に配置して伝熱管内を通流する被加熱流体を加熱する熱交換器のガスケットに用いるのが好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に本発明のガスケットの一実施形態を示し、図２に本発明のガスケットを適用してなる熱交換器の一実施形態の断面図を示す。
【００１１】
図１（Ａ）は、ガスケットの斜視図を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の線ＩＢ―ＩＢにおける断面図を示す。図１（Ａ）に示すように、本実施形態のガスケット３５は、矩形リング状（例えば、外形２００ｍｍ角、内のり１４０ｍｍ角、厚み３〜５ｍｍ）に形成されている。図１（Ｂ）に示すように、本実施形態のガスケット３５は、弾力性を有するシート状のシール部材（以下、弾力シートという）４１を、気密性を有するシート状のシール部材（以下、気密シートという）４３、４４により囲んで形成されている。気密シート４３、４４は、セラミック繊維を基材としたシール部材（例えば、日本ピラー工業製、Ｐ＃９９００−ＨＴ）を使用した。すなわち、セラミック短繊維に有機バインダと無機充填材を配合して抄造成板したものであり、耐熱性、気密性に優れている。また、弾力シート４１は、アルミナ・シリカ繊維に加熱すると膨張するバーミキュライト等の加熱膨張材を配合した複合材（例えば、ニチアス（株）製、バーモフレックス）を使用した。
【００１２】
ここで、本実施形態におけるガスケット３５の製法を説明する。まず、矩形リング状の弾力シート４１の両面に矩形リング状の気密シート４４を積層に接着する。次に、弾力シート４１の両側の側面に、矩形リング状の気密シート４３を接着して矩形リング状のシート材（例えば、外形２００ｍｍ角、内のり１４０ｍｍ角、厚み３〜５ｍｍ）を形成する。あるいは、弾力シート４１の両面に気密シート４４を接着して積層した矩形リング状のガスケットと、両側面の矩形リング状の気密シート４３のガスケットを別々に製作して、シール面に設置する際に組み合わせてもよい。
【００１３】
次に、図１のガスケット３５を適用した熱交換器を図２に基づいて説明する。本実施形態の熱交換器は、炉壁１に貫通して固定された短尺のシールパイプ３と、シールパイプ３の外周面にシール部材５を介して軸方向摺動自由に被冠された金属製の筒形部材７と、筒形部材７に接合された上端を有し、かつ閉塞された下端を有する耐火材製の伝熱管９と、シールパイプ３と伝熱管９の中に挿通して設けられ、下端部の管壁に開口１１を有し、かつ支持金具１３が固定された下端を有する金属管１５とを備えて構成される。
【００１４】
シールパイプ３は、上端部が構造物１７に支持部材１９を介して支持されるとともに、被加熱空気の入側流路２１に連結されている。金属管１５は、上端部が被加熱空気の出側流路２２に連結されている。伝熱管９は、内面に形成された凹み部２３を金属管１５の下端に固定された支持金具１３に係合させて金属管１５に支持されている。支持金具１３の下部には、雄ネジ２７が形成され、耐火材２５の雌ネジと連結されている。伝熱管９は、支持金具１３の上に、シール部材２４を介して複数の矩形の筒形部材３３（例えば、外形２００ｍｍ角×内のり１４０ｍｍ角）が積層に積み上げられている。各筒形部材３３は、ガスケット３５（厚み３〜５ｍｍ）を介して積層されている。なお、筒形部材３３は、角筒形に限らず、例えば円筒形であってもよい。
【００１５】
次に、本実施形態の動作を説明する。伝熱管９の周囲は、例えば、燃焼溶融炉から排出される高温の燃焼排ガスＧ１が通流する一方、伝熱管９内部には、シールパイプ３から被加熱空気Ｇ２が供給されている。これにより、伝熱管内部は伝熱管外部よりも圧力が高くなっている。被加熱空気Ｇ２は、筒形部材３３の内面と金属管１５に囲まれて形成される空間を流路１６とし、下方に通流しながら燃焼排ガスの熱により加熱される。加熱された空気は、金属管１５の下端に形成される開口１１を介して金属管内部に導入される。そして、上方へ通流した後、出側流路に導かれ、図示しない熱分解反応器に供給される。なお、被加熱空気Ｇ２の流れ方向は逆方向であってもよい。
【００１６】
次に、本実施形態の効果について、図３に基づいて説明する。図３は、図２のＢ部の拡大図である。図示のように、複数の筒形部材３３は、ガスケット３５を挟んで積層されている。例えば、上の筒形部材３３Ａが傾いて、外周側、つまり低圧側が矢印４９の方向に持ち上がると、下の筒形部材３３Ｂとのシール面の外周側の間隔が広がる。この場合、弾力シート４１が膨張して気密シート４４を筒形部材３３Ａに押し付ける。これにより、シール面圧は一定以上に維持されるから、ガスケット３５と筒形部材３３Ａのシール面からの空気漏れを防ぐことができる。このように、弾力シート４１をガスケット３５の中層部に配置すれば、筒形部材の隙間のばらつきを吸収できる。
【００１７】
また、本実施形態の気密シート４３、４４は、漏洩量を６．０×１０−３〜１．５×１０−１｛（ｃｍ３／Ｓ）／ｃｍ｝／ｃｍＨ２Ｏの範囲にすることが好ましい。また、弾力シート４１は、膨張量を０．３ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００１８】
なお、本実施形態では、弾力シート４１を中層部に位置させて気密シート４３、４４で囲んで形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、弾力シート４１をシール面の全幅に渡り形成してもよい。
【００１９】
ここで、気密シートの気密性の測定法について説明する。試験に用いた気密シートは、外形５５ｍｍ角×内のり３５ｍｍ角×厚み３ｍｍの矩形リング状のシートに加工した。また、熱交換器の使用条件を考慮して、前処理として、気密シートに重りとしてのアルミナ板を載せ、面圧０．１６ｋｇｆ／ｃｍ２を付加した状態で電気炉にて大気雰囲気で１０００℃、５時間加熱した。
【００２０】
このように前処理した気密シート６７を、図６に示す通気率測定装置を用いて、空気の漏れ量を計測した。通気率測定装置は、図示のように、加圧用治具８０に液膜流量計７３、マノメータ７５、空気流量調整弁７７、圧縮機７９が直列に接続して形成されている。
【００２１】
測定にあたり、まず、空気挿入用治具６９の上にアルミナ板６５を載せ、その上に前処理済みのシール部材６７を載せ、さらにアルミナ板６３とおもり６１を順に載せて試験面圧を設計面圧（例えば、２．０ｋｇｆ／ｃｍ２）に調整する。そして、マノメータ７３で差圧を一定にしながら、下部の空気挿入用治具６９から空気を流し、このときの空気流量を測定して漏れ量とする。なお、測定は、温度２５℃、相対湿度５０％の条件下で行った。なお、試験面圧を筒形部材３３の５段相当の重量である０．８４４ｋｇｆ／ｃｍ２、９段相当の重量である１．６４０ｋｇｆ／ｃｍ２、殆ど荷重のかからない状態を模擬して０．０５ｋｇｆ／ｃｍ２で行なうことにより、筒形部材３３の段数と気密性の相関関係を求めて設計に用いることができる。
【００２２】
次に、弾力シートの弾力性の測定法について説明する。設計厚み（例えば、３ｍｍ）の弾力シートを用意し、その弾力シートの上にＳＵＳの薄板を載せ、さらに２枚のＳＵＳ板で挟み重りを載せる。重りは、弾力シートに設計面圧（例えば、２．０ｋｇｆ／ｃｍ２）を負荷するように調整する。この状態で、電気炉内で２０℃／ｈｒの温度上昇速度で設計使用温度（例えば、８００℃）まで加熱し、１時間保持する。次に、炉内で冷却後、重りを載せたまま炉外に取出して面圧除去前後の厚みの変化量である膨張量をレーザ変位計で測定する。例えば、面圧除去後の厚みが３．６ｍｍであった場合、膨張量は０．６ｍｍとなる。
【００２３】
また、本実施形態の気密シートは、繊維の表面に、例えば、気相化学蒸着法などで、炭化珪素やアルミナを被覆してもよい。これによれば、シール部材表面のシール性を向上させることに加え、耐酸化性、耐食性等を付与することができる。
【００２４】
（実施形態２）
次に、図４を参照して、本発明のガスケットの別の実施形態を説明する。図４は本実施形態によるガスケットの別の実施形態の断面図であり、図１（Ｂ）に対応する。図示のように、本実施形態のガスケットは、図１（Ｂ）のガスケットの気密シート４３、４４のシール面側に、シール面となじみ性を有し、かつ気密性を有するシート（以下、なじみシートという）５１を接着して形成したものである。全体の厚みは、例えば、厚み３〜５ｍｍとしている。また、なじみシート５１は、セラミック繊維を基材としたシール部材（例えば、日本ピラー工業製、Ｐ＃９９００−Ｔ）を使用した。なお、なじみシート５１は、気密シート４３、４４よりも嵩密度を小さくして、気密シートよりもなじみ性を向上させている（例えば、嵩密度は、気密シート：１．７ｇ／ｃｍ３、なじみシート：１．０ｇ／ｃｍ３）。
【００２５】
また、なじみシート５１の気密性は、漏洩量を５．２×１０−３〜１．３×１０−１｛（ｃｍ３／Ｓ）／ｃｍ｝／ｃｍＨ２Ｏの範囲にすることが好ましい。なじみシートの気密性の試験方法は、図６で説明した気密シートの測定法と同様である。なお、測定用シール部材の寸法は、外形５５ｍｍ角×内のり３５ｍｍ角×厚み１ｍｍとした。
【００２６】
一方、なじみ性の指標としては、一定の負荷を加えたときのシート厚みの減少量が、設計平坦度、設計平均表面粗さ、ガスケットに接する２面の設計平行度のうちの最大値よりも大きいのが好ましい。例えば、なじみシートの厚みが１ｍｍ、設計平坦度が０．１ｍｍ、設計平均表面粗さが０．１ｍｍ、ガスケットに接するシール面の設計平行度が０．１ｍｍとすると、シート厚みの減少量は０．２ｍｍ以上とする。
【００２７】
ここで、なじみ性の測定方法は、前処理として、支持材の上に厚さ１ｍｍに加工されたシール部材を載せ、電気炉で１０℃／ｍｉｎの温度上昇速度で設計使用最高温度（例えば、８００℃）まで加熱して１時間保持した後、炉内で冷却する。炉から取り出してＳＵＳ板（平坦度０．０５ｍｍ、平均表面粗さ０．０５ｍｍ）の上に載せ、シール部材の上面にシール部材と同じ大きさの薄い金属板（平坦度０．０２ｍｍ、平均表面粗さ０．０２ｍｍ）を載せた後、設計面圧（例えば、２．０ｋｇｆ／ｃｍ２の面圧）を負荷する。面圧負荷前後の厚みの減少量をレーザ変位計で計測する。
【００２８】
本実施形態によれば、シール面の間隔の不均一なばらつきによるガス漏れを低減できることに加え、ガスケットのシール面とシール部材の密着性が向上するために、シール面からのガス漏れを一層低減できる効果がある。
（実施形態３）
次に、図５を参照して、本実施形態のガスケットの別の実施形態を説明する。図５は本実施形態のガスケットの別の実施形態の断面図であり、図１（Ｂ）に対応する。図示のように、本実施形態のガスケット３５は、弾力シート４１の両面に気密シート４４を接着し、この弾力シート４１と気密シート４４の接合体の高圧側の側面に気密シート４３を接着して形成されている。全体の厚みは、他の実施形態と同様に、例えば、厚み３〜５ｍｍとする。
【００２９】
本実施形態のガスケット３５を図２の熱交換器に適用すれば、上下の筒形部材３３に傾きの差が生じ、低圧側のシール面の間隔が高圧側よりも広くなっても、弾力シート４１の低圧側側面が気密シートにより拘束されていないので、自由に膨張してシール面圧を確保することができる。また、図７に本実施形態のガスケットのさらに別の実施形態の断面図を示す。図示するように、本実施形態のガスケット３５の気密シート４３、４４のシール面に、図４と同様のなじみシート５１を積層してもよい。
【００３０】
ここで、図５と図７に示すガスケットの気密性の試験を行なった結果を表１に示す。表１において、Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、それぞれ図５、図７に示すように、ガスケット全体の厚み、弾力シート４１の厚み、気密シート４４の厚み、およびなじみシート５１の厚み寸法である。また、Ｗ、Ｗ１、Ｗ２は、それぞれ図５、図７に示すように、ガスケットのシール面方向の全幅、弾力シート４１の幅、気密シート４３の幅寸法である。
【００３１】
表１の気密性試験は、図６の通気率測定装置と同様の装置を用いて行なった。試料のガスケットに接する図６のアルミナ板６３に代えて、平板のＳＵＳ３０４（表面粗度：Ｒｍ＝０．１）を用いた。面圧は、殆ど荷重のかからない状態が最悪状態であることから、これを模擬して０．０５ｋｇｆ／ｃｍ２を負荷した。作用空気圧は６００ｍｍＨ２Ｏ／ｃｍ２とし、空気漏洩量を測定した。なお、測定温度２５℃、相対湿度５０％であった。
【００３２】
また、表１において、状態Ａとは、試料ガスケットを挟む上下のＳＵＳ３０４が平行な場合をいい、状態Ｂとは、試料ガスケットを挟む上下のＳＵＳ３０４板の片側（例えば、図において左側端部）のみを上下方向に変位（上下にそれぞれ０．２ｍｍ）させて、間隔に広狭を生じさせて測定した場合である。つまり、図３において、上下の筒形部材３３が互いに傾いて、シール面の間隔が広狭を生じた場合を模擬するものである。
【００３３】
また、比較例１、２は、図５と図７の弾力シートを気密シート４４に変えたものである。
【００３４】
【表１】
2004162796.tif 000003
表１から明らかなように、弾力シートがＳＵＳ板の変位に応じて膨張変形し、空気漏洩量を低減できることが分かる。また、なじみシートを使用することで、シール面との密着性が向上し、シール面からのガスの漏洩を一層低減できることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のガスケットによれば、シール面間隔の不均一なばらつきを吸収して、ガスの漏れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスケットの一実施形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の線ＩＢ−ＩＢにおける断面図である。
【図２】本発明に係る熱交換器の一実施形態の断面図である。
【図３】図２のＢ部詳細図である。
【図４】本発明のガスケットの他の一実施形態の断面図である。
【図５】本発明のガスケットのさらに他の一実施形態の断面図である。
【図６】ガスケットの気密性を試験するための通気率測定装置の全体図である。
【図７】本発明のガスケットのさらに他の一実施形態の断面図である。
【符号の説明】
９  伝熱管
１５  金属管
３３  筒形部材
３５  ガスケット
４１  弾力性を有するシール部材
４３  気密性を有するシール部材
５１  シール面となじみ性を有し、かつ気密性を有するシール部材
【図１】
2004162796.tif 000004
【図２】
2004162796.tif 000005
【図３】
2004162796.tif 000006
【図４】
2004162796.tif 000007
【図５】
2004162796.tif 000008
【図６】
2004162796.tif 000009
【図７】
2004162796.tif 000010