JP2001041681A

JP2001041681A - 熱交換装置

Info

Publication number: JP2001041681A
Application number: JP11219133A
Authority: JP
Inventors: Fumio Eda; 二三男江田; Masahiko Maruyama; 昌彦丸山
Original assignee: ALUSTHOM EN SYSTEM SHG KK; ALUSTHOM ENERGIE SYSTEM SHG KK
Current assignee: ALUSTHOM EN SYSTEM SHG KK; ALUSTHOM ENERGIE SYSTEM SHG KK
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】高温度の排ガスが熱交換処理でき、しかも耐
久性に富んだ熱交換装置を提供することにある。【解決手段】シェル２０内に伝熱チューブ４０の管本
体外壁の腐蝕を防止する腐蝕防止手段６０を設けたこと
にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体間の熱交換
を行う熱交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体間の熱交換を行う熱交換装置として
は、都市ゴミ、産業廃棄物等の焼却炉や熔融炉などに併
設され、炉中で発生する排ガスを熱交換装置に導き、熱
交換を行うものが知られいる。図６は、この種の熱交換
装置を、熔融炉２に併設した例を示している。

【０００３】図６において、熱交換装置１は、熔融炉２
の近傍に併設され、熔融炉２の排ガス排出口２ｂに、熱
交換装置１で冷却すべき流体（排ガス）の導入口１３が
連結されており、熱交換装置１の内部に排ガスを流通さ
せて、熱交換を行うようになっている。

【０００４】即ち、熔融炉２から排出された高温の排ガ
スＡは、導入口１３１から熱交換装置１に導入される。
一方、加熱される流体である空気は、装置外部から導入
されて複数の伝熱チューブ４０１内を流れる。排ガスＡ
と空気とは熱交換装置１内で熱交換し、排ガスＡは冷却
され、空気は加熱される。熱交換装置１から排出される
「熱交換された空気」は、直接外気に放出されることも
あるし、燃焼用空気として熔融炉２の燃焼室に導入され
ることもある。

【０００５】このような熱交換装置では、伝熱チューブ
４０１は、一般に金属製のものが使用されている。一
方、排ガスＡは、金属を腐蝕させる腐蝕性の高い成分を
多量に含んでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】昨今、塵焼却や産業廃
棄物処理で、焼却された灰に多量に含まれている高濃度
のダイオキシンが、環境問題を起こしている。ダイオキ
ンは、処理物を低い温度で焼却すると発生する。高温度
で焼却するとダイオキシンの発生は防止できるが、高温
の排ガスが発生する。高温の排ガスが熱交換装置に導入
されると、金属製伝熱チューブが腐食減肉を起こして、
短寿命化となる問題大がある。そのため、熔融炉の排ガ
ス中に冷却空気や冷却水を投入する装置を設け、排ガス
の温度を下げる方策を採られているが、多大な付属設備
を設けなければならず、コスト高を招くという問題があ
る。また、高温排ガスの熱エネルギーを冷却で消失させ
ることは、省エネルギーの観点から逆行している。

【０００７】本発明は、高温度の排ガスが熱交換処理で
き、しかも耐久性に富んだ熱交換装置の提供することを
課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の熱交換装置
は、一端に冷却されるべき流体の導入口、他端に排出
口、これら導入口と排出口との間に上記冷却されるべき
流体の流通路が設けられたシェルと、該シェルの外部に
排出口と投入口とが開口し、上記シェルの流通路内に管
本体が配置され、上記流通路内で冷却されるべき流体と
上記管本体内を通る加熱されるべき流体との間で、熱交
換を行う金属製の伝熱チューブと、上記チューブ内で熱
交換された流体を外部に排出する熱風ヘッダと、上記チ
ューブ内に熱交換されるべき流体を外部から投入する冷
風ヘッダとを備えた熱交換装置において、上記シェル内
に上記チューブの管本体外壁の腐蝕を防止する腐蝕防止
手段を設けたことを特徴とする。

【０００９】請求項２の熱交換装置は、請求項１記載の
熱交換装置において、上記腐蝕防止手段を遮蔽壁とした
ことを特徴とする。

【００１０】請求項３の熱交換装置は、請求項２記載の
熱交換装置において、上記シェルの外壁と上記遮蔽壁と
の間の空隙に、外気を導入する外気導入手段を設けたを
特徴とする。

【００１１】請求項４の熱交換装置は、請求項１、２又
は３換装置において、上記腐蝕防止手段を不定形耐火
物、定型耐火物又はセラミックで形成したことを特徴と
する。

【００１２】請求項５の熱交換装置は、請求項１、２、
３又は４記載の熱交換装置において、上記腐蝕防止手段
を熱伝導性の高い部材で形成したことを特徴とする。

【００１３】請求項６の熱交換装置は、請求項１、２、
３、４又は５記載の熱交換装置において、上記シェルに
外部から内部の様子を点検できる点検ホールを設けたこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項７の熱交換装置は、請求項１、２、
３、４、５又は６記載の熱交換装置において、上記熱風
ヘッダが分解組立自在に設けられていることを特徴とす
る。

【００１５】請求項８の熱交換装置は、請求項１、２、
３、４、５、６又は７記載の熱交換装置において、上記
冷風ヘッダが分解組立自在に設けられていることを特徴
とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１、２に
基づいて説明する。

【００１７】熱交換装置１０は、図１及び図２に示すよ
うに、シェル２０と冷風ヘッダ３０と熱風ヘッダ５０と
伝熱チューブ４０と遮蔽壁６０を有している。シェル２
０の一端部には、冷却すべき流体（排ガス）Ａを導入す
る導入口１３が、他端部には、排出口１４がそれぞれ形
成されており、導入口１３と排出口１４との間が、排ガ
スＡの流通路１５となっている。シェル２０の外壁は、
主に断熱材による被覆材２３で覆われている。シェル２
０の外部に排出口４１と投入口４４とがそれぞれ開口
し、シェル２０内に管本体４５が配置されている伝熱チ
ューブ４０は、シェル２０の流通路１５の内壁に近傍
に、複数本が配置されている。シェル２０の下部には、
冷風ヘッダ３０が設けられており、冷風ヘッダ３０は、
内部に伝熱チューブ投入口４４が開口し、一部に加熱
（予熱）されるべき流体であるＢを、外部から導入する
導入口３３が存する。シェル２０の上部には、熱風ヘッ
ダ５０が設けられており。熱風ヘッダ５０の内部には、
伝熱チューブ排出口４１が開口し、熱交換により加熱さ
れた流体である空気Ｂを排出する排出口５３が存する。
この熱交換装置１０において、熔融炉２（図６を参照）
から排出された排ガスＡは、導入口１３からシェル２０
の内部に投入され、流通路１５を通り、排出口１４から
排出される。

【００１８】予熱されるべき空気Ｂは、冷風ヘッダ３０
の導入口３３から導入され、伝熱チューブ投入口４４か
ら、管本体４５の内部を通り、熱風ヘッダ５０内に開口
した排出口５３から排出される。熱交換装置の内部にお
いて、排ガスＡが流通路１５を通る間に、各伝熱チュー
ブの管本体４５内の予熱されるべき空気Ｂとの間で熱交
換が行なわれる。

【００１９】シェル２０内の流通路１５と伝熱チューブ
の管本体４５との間に、設けられた遮蔽壁６０は、多数
のブロック部材６１をシェル２０の上壁２１と下壁２２
との間において、伝熱チューブ４０の内側に円筒状の空
間を形成するように積み重ねて形成され、各ブロック部
材６１の連結部分（目地部分）は、適宜の目地材により
連結される。目地材としては、耐熱性及び高強度の高い
材料、例えば耐火モルタルが使用される。

【００２０】ブロック部材６１としては、不定形耐火
物、定型耐火物、耐火煉瓦、焼成セラミックを適宜に採
用できる。その主成分としては、シリコン質、シリコン
・アルミナ質、シャモット質、コランダム質、ジルコニ
アクロム質、コランダム・クロム質、マグネシア・アル
ミナ質、粘土質のものが適宜に使用されて良い。

【００２１】ブロック部材６１としては、次にあげられ
る不定形耐火物を原料として、その不定形耐火物に適量
の清水を加え、良く混ぜ合わせ、型枠に流し込み加熱乾
燥させたものを使用する。

【００２２】不定形耐火物としては、耐熱性及び熱伝導
性の高い部材が選ばれる。耐熱性及び熱伝導性の高い部
材としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とする不定
形耐火部材が良い。

【００２３】不定形耐火物としては、例えば旭硝子株式
会社のＤＲＹＳＩＣ８５（商品名）、旭硝子株式会社の
ＤＲＹＳＩＣ８０（商品名）、旭硝子株式会社のＤＲＹ
ＳＩＣ６０（商品名）、日米炉材製造株式会社のラミン
グ・ミックスＲ−１８５（商品名）が使用される。

【００２４】例えば、旭硝子株式会社のＤＲＹＳＩＣ８
５、旭硝子株式会社のＤＲＹＳＩＣ８０、旭硝子株式会
社のＤＲＹＳＩＣ６０、日米炉材製造株式会社のラミン
グ・ミックスＲ−１８５の特性は図３に示すようになっ
ている。通常使用される不定形耐火物の圧縮強さは、２
８０ｋｇ/cm²であり、熱伝導率は、０．８ｋｃａｌ／
ｍ．ｈｒ．℃である。これに対して、ＤＲＹＳＩＣ８５
の圧縮強さは、１１５０ｋｇ/ cm²であり、熱伝導率
は、１１．５ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃であり、ＤＲＹＳ
ＩＣ８０の圧縮強さは、１４００ｋｇ/ cm²であり、熱
伝導率は、１１．０ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃であり、Ｄ
ＲＹＳＩＣ６０の圧縮強さは１３００ｋｇ/cm²、熱伝導
率は８．０ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃、日米炉材材製造株
式会社のラミング・ミックスＲ−１８５の圧縮強さは１
２００ｋｇ/cm²、熱伝導率は１２．２ｋｃａｌ／ｍ．ｈ
ｒ．℃であり、高い耐熱性及び高い熱伝導性を有するの
で熱交換装置内に設けられる遮蔽壁の材料として好適と
言える。

【００２５】また、遮蔽壁６０は耐火性及び熱伝導性の
高い耐熱煉瓦を複数箇、複数段に積み重ねて設けても良
い。圧縮強さ及び熱伝導性の高い部材としては、炭素ケ
イ素（ＳｉＣ）を主成分とする煉瓦が良い。

【００２６】耐熱煉瓦としては、例えば、美濃窯業株式
会社のＣＡＲＢＯＲＵＸＳ（商品名）、美濃窯業株式
会社のＣＡＲＢＯＲＵＸＨ（商品名）、美濃窯業株式
会社のＣＡＲＢＯＲＵＸＮ（商品名）を好適に用いる
ことができる。美濃窯業株式会社のＣＡＲＢＯＲＵＸ
Ｓ、美濃窯業株式会社のＣＡＲＢＯＲＵＸＨ、美濃窯
業株式会社のＣＡＲＢＯＲＵＸＮの特性は、図４に示
ようになっており、美濃窯業株式会社のＣＡＲＢＯＲＵ
ＸＳの圧縮強さは１４００ｋｇ/ cm²、熱伝導率は１
３ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃、美濃窯業株式会社のＣＡＲ
ＢＯＲＵＸＨの圧縮強さは１３００ｋｇ/ cm²、熱伝
導率は１１ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃、美濃窯業株式会社
のＣＡＲＢＯＲＵＸＮの圧縮強さは１４００ｋｇ/ cm
²、熱伝導率は１２．ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃であり、
高い耐熱性及び高い熱伝導性を有するので熱交換装置内
に設けられる遮蔽壁のブロック部材として好適と言え
る。

【００２７】ブロック部材６１としては、焼成セラミッ
クを適宜採用し、その主成分としては、炭化ケイ素質の
ものが最も良い。

【００２８】シェルの流通路１５と管本体４５周辺部と
の間に、遮蔽壁６０を設けたので、伝熱チューブ４０
に、排ガスＡが直接接触されないことから、伝熱チュー
ブ４０の腐食が防止される。

【００２９】従来の熱交換装置の次の2例の耐久度は、ケース１（従来例）排ガス入口温度；９００℃，予熱温度；３５０℃ 寿命；１０ヶ月原因（腐食による伝熱チューブの伝
熱面減肉）ケース２（従来例）排ガス入口温度；８００℃，予熱温度；３５０℃ 寿命；1年原因（腐食による伝熱チューブの伝熱面
減肉）である。これに対してケース３（本発明の実施形態で説明したようなもの）で
は、排ガス入り口温度１２００℃以上可能予熱温度５
００℃以上可能寿命は、４年以上は期待できる。

【００３０】シェル２０の耐熱外壁２５には、シェル２
０の内部を監視する点検用ホール７０が複数箇所、設け
られている。点検用ホール７０は、外側から開閉自在の
蓋部材７１で閉ざされている。点検ホールを閉ざす蓋部
材７１を開くことにより、シェル２０の内部の状況を外
部から見ることができ、伝熱チューブ４０の腐食具合を
観察することができる。

【００３１】熱風ヘッダ５０は、伝熱チューブ４０の排
出口４１が連結されている部分５０ａに対して、排出口
５３の設けられいる部分５０ｂが分離可能である。上記
部分５０ａの開口部には、フランジ５１が、上記部分５
０ｂの開口部には、フランジ５２がそれぞれ設けられ、
フランジ５１とフランジ５２は、適宜係止具により結合
されている。熱風ヘッダ５０は、稼働時には、フランジ
５１とフランジ５２とが、係止具により結合される。非
稼働時に、フランジ５１とフランジ５２の係合を解除す
ることにより、上記部分５０ａと、部分５０ｂとを分離
し、熱風ヘッダ５０の内部を見ることができる。従っ
て、伝熱チューブ４０と熱風ヘッダ５０との結合部分の
状況の検査及び伝熱チューブ４０の部分的交換が可能で
ある。

【００３２】冷風ヘッダ３０は、伝熱チューブ４０の投
入口４４が連結されている部分３０ａに対して、導入口
３３の設けられている部分３０ｂが分離可能である。上
記部分３０ａの開口部には、フランジ３１が、上記部分
３０ｂの開口部には、フランジ３２がそれぞれ設けら
れ、フランジ３１とフランジ３２とは、適宜係止具によ
り結合されている。冷風ヘッダ３０は、稼働時には、フ
ランジ３１とフランジ３２が、係止具により結合され
る。非稼働時に、フランジ３１とフランジ３２の係合を
解除することにより、上記部分３０ａと、部分３０ｂと
を分離でき、冷風ヘッダ３０の内部を見ることができ
る。従って伝熱チューブ４０と冷風ヘッダ３０との結合
部分の状況の検査及び伝熱チューブ４０の部分的交換が
可能になる。

【００３３】本発明の他の実施の形態を図５に基づいて
説明する。図５において、前記熱交換装置と同じ部分に
ついては、同一符号を付してその説明を省略する。

【００３４】この熱交換装置において、点検ホール７０
により、シェル２０内部を点検し、遮蔽壁６０の亀裂か
ら排ガスＡが伝熱チューブ４０の周囲に漏れていること
が発見された場合は、何らかの方法によりシェル２０の
外部から外気をシェル２０内に送風し、伝熱チューブ４
０の周囲に漏れている排ガスＡを伝熱チューブ４０の周
囲から排出させて伝熱チューブ４０の周囲を清浄にする
換気が必要になる。

【００３５】この実施の形態では、以下の如くに換気の
行う。図５において、外壁２５には、連結管９０が設け
られている。連結管９０の一部には、バルブ９２が設け
られ、バルブ９２により、冷風ヘッダ３０からシェル２
０に流される清浄空気の通風と停止を切換えるようにな
っている。連結管９０により、冷風ヘッダ３０に流入さ
れた外気は、予熱されるべき空気Ｂの他に、連結管９０
内を通りシェル２０に供給される。シェル２０の外壁２
５の上壁２１に近い部分と排出口５３との間に、連結管
９５が設けられており、その一部にバルブ９６が設けら
れている。連結管９５により、外壁２５と遮蔽壁６０と
の間の空隙２８内の流体は、連結管９５内を通り、排出
口５３内に排出される。バルブ９６はバルブ９２と連動
し、清浄空気の通風と停止の切換えを可能としている。
冷風ヘッダ３０からシェル２０内に供給された外気は、
空隙２８に漏出した排ガスＡとともに、空隙２８内から
連結管９５によりシェル２０の排出口１４に排出され
る。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明の熱交換装置は、シェル
内に伝熱チューブの管本体外壁の腐蝕を防止する腐蝕防
止手段を設けたので、高温の排ガスの熱交換を行って
も、伝熱チューブの排ガスによる腐蝕を防ぐことがで
き、耐久性にすぐれている。

【００３７】請求項２の発明の熱交換装置は、腐蝕防止
手段を遮蔽壁としたので、シェルの流通路内に高温の排
ガスを流すことができ、耐久性にすぐれている。

【００３８】請求項３の発明の熱交換装置は、シェルの
外壁と遮蔽壁との間の空隙に、外気を導入する外気導入
手段を設けたので、シェルの外壁と遮蔽壁との間の空隙
に何らかの原因で排ガスが流入したときに、その排ガス
を外気により換気させ、排ガスが伝熱チューブへの接触
を軽減でき、伝熱チューブの排ガスによる腐食を有効に
軽減でき、耐久性にすぐれている。

【００３９】請求項４の発明の熱交換装置は、腐蝕防止
手段を不定形耐火物、定型耐火物又はセラミックで形成
したので、シェルの流通路内に高温の排ガスを流すこと
ができ、耐久性にすぐれている。

【００４０】請求項５の発明の熱交換装置は、腐蝕防止
手段を熱伝導性の高い部材で形成したので、高温の排ガ
スの熱交換を行っても、シェルの流通路内に高温の排ガ
スを流し、高濃度の熱交換を行うことができる。

【００４１】請求項６の発明の熱交換装置は、シェルの
流通路の排ガスが伝熱チューブの近傍に流れることが防
止され、シェル内の伝熱チューブの状況を外部から観察
することができ、メンテナンスがやり易くなる。

【００４２】請求項７の発明の熱交換装置は、熱風ヘッ
ダが分解組立自在に設けられているので、熱風ヘッダを
分解することができ、熱風ヘッダの内部を点検すること
ができ、伝熱チューブと熱風ヘッダとの結合部分の状況
の検査及び伝熱チューブの部分的交換が可能になる。

【００４３】請求項８の発明の熱交換装置は、冷風ヘッ
ダが分解組立自在に設けられているので、冷風ヘッダが
分解することができ、冷風ヘッダの内部を点検すること
ができ、伝熱チューブと冷風ヘッダとの結合部分の状況
の検査及び伝熱チューブの部分的交換が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換装置の第１実施形態を示す部分
断面斜視図である。

【図２】図1のＤ−Ｄ線断面図である。

【図３】本発明の熱交換装置の遮蔽壁の不定形耐火物と
して使用される不定形耐火物の特性を示す図である。

【図４】本発明の熱交換装置の遮蔽壁として使用される
耐火煉瓦の特性を示す図である。

【図５】本発明の熱交換装置の他の実施形態を示す断面
正面図である。

【図６】熔融炉と併設させて設けた従来の熱交換装置の
概略部分斜視図である。

【符号の説明】

１３導入口１４排出口１５流通路１３２０シェル２８空隙３０冷風ヘッダ３３冷風ヘッダの導入口４０伝熱チューブ４１伝熱チューブ排出口４４伝熱チューブ投入口４５伝熱チューブ管本体５０熱風ヘッダ５３熱風ヘッダの排出口６０遮蔽壁６１ブロック部材７０点検用ホール９０連結管９５連結管Ａ冷却すべき流体（排ガス）Ｂ予熱されるべき空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸山昌彦東京都渋谷区桜丘町31番16号・アルストムエネルギーシステムエス・ハー・ゲー株式会社内Ｆターム(参考） 3L103 AA12 AA27 BB06 CC24 CC27 DD08 DD42 DD62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に冷却されるべき流体の導入口、他端
に排出口、これら導入口と排出口との間に上記冷却され
るべき流体の流通路が設けられたシェルと、該シェルの外部に排出口と投入口とが開口し、上記シェ
ルの流通路内に管本体が配置され、上記流通路内で冷却
されるべき流体と上記管本体内を通る加熱されるべき流
体との間で、熱交換を行う金属製の伝熱チューブと、上記チューブ内で熱交換された流体を外部に排出する熱
風ヘッダと、上記チューブ内に熱交換されるべき流体を外部から投入
する冷風ヘッダとを備えた熱交換装置において、上記シェル内に上記チューブの管本体外壁の腐蝕を防止
する腐蝕防止手段を設けたことを特徴とする熱交換装
置。
【請求項２】請求項１記載の熱交換装置において、上記
腐蝕防止手段を遮蔽壁としたことを特徴とする熱交換装
置。
【請求項３】請求項２記載の熱交換装置において、上記
シェルの外壁と上記遮蔽壁との間の空隙に、外気を導入
する外気導入手段を設けたを特徴とする熱交換装置。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の熱交換装置にお
いて、上記腐蝕防止手段を不定形耐火物、定型耐火物又
はセラミックで形成したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項５】請求項１、２、３又は４記載の熱交換装置
において、上記腐蝕防止手段を熱伝導性の高い部材で形
成したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項６】請求項１、２、３、４又は５記載の熱交換
装置において、上記シェルに外部から内部の様子を点検
できる点検ホールを設けたことを特徴とする熱交換装
置。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５又は６記載の熱
交換装置において、上記熱風ヘッダが分解組立自在に設
けられていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６又は７記載
の熱交換装置において、上記冷風ヘッダが分解組立自在
に設けられていることを特徴とする熱交換装置。