(57)【要約】【課題】  昇温・昇降を繰り返しても破損することは無い燃料供給管とこれを連結して得られる燃料吹き込み供給ノズルを容易に作製する技術を提供する。【解決手段】  鋼管の内周にセラミックス管を複合した燃料吹き込みノズルに連結する燃料供給管をセラミックス製内管と、Ａｌ合金マトリックス中にＳｉＣ強化材を複合した金属−セラミックス複合材料製外管と、からなる複合管により構成する。この際に、該複合材料中のＳｉＣ強化材の含有率が３０〜８０体積％であることが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料吹き込みノズルに連結する燃料供給管であって、該燃料供給管がセラミックス製内管と金属−セラミックス複合材料製外管とからなる複合管であることを特徴とする燃料供給管。
【請求項２】
前記金属−セラミックス複合材料がＡｌ合金マトリックス中にＳｉＣ強化材が複合された材料であり、かつ、該複合材料中のＳｉＣ強化材の含有率が３０〜８０体積％であることを特徴とする請求項１記載の燃料供給管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料吹き込み供給ノズルに係り、特に、燃料吹き込みノズルに連結するセラミックス製内管と金属−セラミックス複合材料製外管からなる燃料供給管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、流動床燃焼方式による燃焼炉は、産業用燃焼炉を始め、熱回収炉や発電用など、固体燃料の多様性に対応できる燃焼炉として利用拡大が図られている。
この際、炉内への燃料供給方法としては、流動床の上部から投入する方式と、炉内流動層の内部へ下方から供給する方式とに分けられている。最近では、大型化して床面積が大きくなるにつれて、燃料分散の均一化の点から、多数の燃料吹き込みノズルにより下方から燃料を供給する方式が主流となってきている。
【０００３】
この際、粉コークス等の粉粒体燃料が使用されるため、耐摩耗性付与の面から、鋼管の内周にセラミックス管を複合した燃料吹き込みノズルが使用されているが、内蔵するセラミックス管が熱衝撃等で破損するという問題点があった。
【０００４】
こうした破損を防止するため、セラミックス製内管を分割セグメント化した燃料吹き込み供給ノズルや、水平な燃料吹き込みノズルとそれに連結する燃料供給管からなる燃料吹き込み供給ノズルが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の燃料吹き込み供給ノズルにおいては、温度上昇、降温が繰り返されるような使用条件においては、金属製外管とセラミックス製内管の熱膨張の差によりセラミックス製内管に亀裂が生じ、時には燃料供給管自体が破損するという課題があった。さらには、製造に手間がかかるという問題点もあった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、昇温・昇降を繰り返しても破損することは無い燃料供給管とこれを連結して得られる燃料吹き込み供給ノズルを容易に作製する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した本発明の目的は、燃料吹き込みノズルに連結する燃料供給管であって、該燃料供給管がセラミックス製内管と金属−セラミックス複合材料製外管とからなる複合管であることを特徴とする燃料供給管によって達成できる。
また、上記した本発明の目的は、前記金属−セラミックス複合材料がＡｌ合金マトリックス中にＳｉＣ強化材が複合された材料であり、かつ、該複合材料中のＳｉＣ強化材の含有率が３０〜８０体積％であることを特徴とする前記載の燃料供給管によって達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、セラミックス製内管を有する複合管（燃料供給管）が容易に作製できる。また、燃料供給管が互いに熱膨張係数の値が近いセラミックス製内管と金属−セラミックス複合材料製外管とからなる複合管であるため昇温・昇降を繰り返しても破損することは無い。したがって、これを燃料供給管として用いた燃料吹き込み供給ノズルを容易に作製することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る燃料吹き込み供給ノズルの構成を図１を用いて説明する。図１の（ａ）は、燃料吹き込み供給ノズルの縦断面図であり、（ｂ）は、本発明の燃料供給管の横断面図である。なお、両図とも模式的な概略図である。
１は、鋼管２の内周にセラミックス管３を複合した燃料吹き込みノズルであり、４は、燃料吹き込みノズル１に連結する燃料供給管である。本発明は、燃料供給管４がセラミックス製内管５と金属−セラミックス複合材料製外管６とからなる複合管であることを特徴ととしている。
ここで、図中の太い矢印は、粉流体燃料と空気の出入りの方向を示している。    
【００１０】
すなわち、本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、燃料供給管の外管として金属−セラミックス複合材料を使用することにより、セラミックス製内管の破損を防止できることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１１】
ここで、本発明において燃料供給管の外管として金属−セラミックス複合材料を提案した理由は、該複合材料はその金属とセラミックスの種類と、含有率を変えることで熱膨張係数を制御できるからである。（ここで、金属としてはアルミニウム合金やＳｉ合金等、セラミックスとしては、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＣ等が用いられる。）
例えば、金属としてアルミニウム合金を、セラミックス強化材としてＳｉＣを用いた場合、ＳｉＣの含有率を６０〜７０体積％とすることで、複合材料の熱膨張係数をアルミナセラミックスと略同一とすることができる作用がある。
すなわち、本発明のセラミックス製内管と金属−セラミックス複合材料製外管とからなる複合管により燃料供給管を構成することで昇温・昇降を繰り返しても熱膨張の差に起因した破損を防ぐ効果がある。
【００１２】
本発明において金属−セラミックス複合材料製の外管を作製する方法は慣用の方法を用いることができ、セラミックス強化材粉末と金属粉末を混合、焼結する粉末冶金法、セラミックス粉末で作製したプリフォームに溶融した金属を加圧浸透させ複合化する高圧鋳造法、及びセラミックス粉末で作製したプリフォームに溶融した金属を非加圧で浸透させ複合化する非加圧浸透法などが挙げられる。
【００１３】
また、セラミックス粉末でプリフォームを作製する場合、その作製方法は慣用の方法が用いられる。すなわち、有機、無機バインダーとセラミックス粉末を混合、プレスする方法、セラミックス粉末に溶媒、バインダーを添加しフィルタープレスで成形する方法が挙げられる。
【００１４】
本発明において、複合材料中のセラミック強化材は安価で軽量なＳｉＣが好ましく、その含有率は３０〜８０体積％が好ましい。その理由は、複合材料中のセラミック強化材（ＳｉＣ）の含有率が３０体積％より少ないと部材の剛性が低下しセラミックス内管を支持する上で好ましくないからであり、また含有率８０体積％より多いと複合材料の作製が困難となるからである。
【００１５】
本発明によれば、複合材料製外管がセラミックス製内管と熱膨張係数が近いので、外管に内管を取り付けることは容易となる。例えば有機系、無機系の接着剤を用いて容易に取り付けることができる。こうして作製した燃料供給管と燃料吹き込みノズルとを必要に応じて機械加工して、互いを公知の方法で連結すれば粉粒体燃料を吹き込むのに最適な燃料吹き込み供給ノズルを得ることができる。
【００１６】
次に、本発明を試験例により詳細に説明する。
(試験例１)
ＳｉＣ粉末(粒径40μm)100重量部にシリカ系無機バインダーを20重量部を添加し、フィルタープレスして成形した後、1000℃で焼成してＳｉＣ成形体を得た。この成形体のＳｉＣ含有率は60体積%であった（複合材料中のＳｉＣ含有率もほぼ同様となる。）。これを機械加工により外径20mm、内径16mm、長さ50mmの管形状プリフォームを得た。
これとアルミニウム合金（Al−5%Mg合金）を炉に入れN2中で加熱して、Al合金を溶融させ、プリフォーム中に浸透させ、複合材料製外管を得た。これに外径15mm、内径11mm、長さ50mmのＡｌ2Ｏ3セラミックス製内管をアルミナ系接着剤で接着して、本発明の燃料供給管を得た。ここで、同様にして作成した複合材料より3×4×40mmの試験片を切り出し、共振法にてヤング率を測定したところ230Gpaと剛性が大きかった。また、複合材料の熱膨張係数は、8.5×10-6/℃とＡｌ2Ｏ3セラミックス管（熱膨張係数：7.8×10-6/℃）と略同程度であった。
次に、得られた燃料供給管を室温から200℃まで10minで昇温し、降温するテストを10回繰り返したが、破損はなかった。
【００１７】
(試験例2)
原料としてＳｉＣ粉末100重量部に対してＳｉＣウィスカを10重量部添加した以外は試験例1と同様な方法及び手段で燃料供給管を作製した。評価したところ複合材料中のＳｉＣ含有率は25体積%となり、試験例１よりヤング率は低下し120Gpaとなった。しかし、昇温・降温テストの結果、破損は認められなかった。
【００１８】
（比較例）
複合材料製外管の代わりにアルミニウム製外管（熱膨張係数：23×10-6/℃）を使用した以外は試験例1と同様な方法、及び手段で燃料供給管を作製し、昇温・降温テストを行ったの結果、Ａｌ2Ｏ3セラミックス製内管が剥離し、一部破断していた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る燃料吹き込み供給ノズルの縦断面図と燃料供給管の横断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１；燃料吹き込みノズル
２；鋼管
３；セラミックス管
４；燃料供給管
５；セラミックス製内管
６：複合材料製外管
【図１】
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