JP2006162103A - Heat exchanger - Google Patents

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JP2006162103A JP2004350797A JP2004350797A JP2006162103A JP 2006162103 A JP2006162103 A JP 2006162103A JP 2004350797 A JP2004350797 A JP 2004350797A JP 2004350797 A JP2004350797 A JP 2004350797A JP 2006162103 A JP2006162103 A JP 2006162103A
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Masao Nanba
政雄 難波
Junichiro Tokunaga
純一郎 徳永
Hidehiro Kiuchi
英洋 木内
Hidetaka Izawa
英孝 伊澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchanger superior in heat resistance and anti-corrosiveness in a combustion exhaust gas flow passage of waste, having durability, and capable of improving the heat exchange effectiveness. <P>SOLUTION: A ceramic heat transfer tube 2 is constituted by connecting an upper heat transfer tube 2a and a lower heat transfer tube 2b by a coupling 4 of a nonmetallic fire resistant material. A flange f1 of an upper end part is locked on and penetratingly suspended by an upper wall 7a of the combustion exhaust gas flow passage for flowing combustion exhaust gas EG. A metallic inner pipe 5 is arranged with a clearance to an inner wall of the ceramic heat transfer tube 2. Low temperature gas La is supplied from one gas pipe 6a, and reaches up to a tip part of the ceramic heat transfer tube 2 via the clearance between the inner wall of the ceramic heat transfer tube 2 and the metallic inner pipe 5. High temperature gas Ha flowing in the metallic inner pipe 5 in the tip part and heated by heat exchange flows out to a gas pipe 6b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱交換器に関し、さらに詳しくは廃棄物等の燃焼排ガス流路において耐熱性および耐食性に優れて耐久性があり、熱交換率の向上を可能とする熱交換器に関するものである。   The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to a heat exchanger that is excellent in heat resistance and corrosion resistance in a combustion exhaust gas passage such as waste and has durability, and that can improve a heat exchange rate.

今日、一般ごみや産業廃棄物等を焼却する焼却炉やガス化溶融炉においては、焼却によって発生する高温の燃焼排ガスの熱エネルギーを低温の気体と熱交換して回収し、回収したエネルギーを廃棄物の熱分解、発電等に有効利用するシステムが採用されるようになった。   Today, in incinerators and gasification and melting furnaces that incinerate general waste and industrial waste, heat energy of the high-temperature combustion exhaust gas generated by incineration is recovered by heat exchange with low-temperature gas, and the recovered energy is discarded. Systems that are effectively used for thermal decomposition of materials and power generation have come to be adopted.

この熱交換に用いる熱交換器としては、例えば、燃焼排ガス流路に先端を閉じた伝熱管を突出させ、この伝熱管の内部に同軸状に金属内管を設けた二重管構造のバヨネット式熱交換器が用いられている。   The heat exchanger used for this heat exchange is, for example, a bayonet type with a double tube structure in which a heat transfer tube whose tip is closed is projected in the combustion exhaust gas flow path, and a metal inner tube is coaxially provided inside the heat transfer tube A heat exchanger is used.

この熱交換器では、燃焼排ガスによって加熱される伝熱管内部に金属内管によって低温の気体を流入させて熱交換し、加熱された高温の気体を伝熱管の内壁と金属内管とのすき間を通じて回収するようにしている。もしくは、伝熱管の内壁と金属内管とのすき間から低温の気体を流入させて、熱交換した高温の気体を金属内管を通じて回収するようにしている。   In this heat exchanger, heat is exchanged by flowing a low temperature gas into the heat transfer tube heated by the combustion exhaust gas through the metal inner tube, and the heated high temperature gas is passed through the gap between the inner wall of the heat transfer tube and the metal inner tube. It tries to collect. Alternatively, a low-temperature gas is introduced from a gap between the inner wall of the heat transfer tube and the metal inner tube, and the heat-exchanged high-temperature gas is recovered through the metal inner tube.

ところで、燃焼排ガスには、塩素、酸素、水蒸気、硫黄やアルカリ元素などの腐食性の高いガスが含まれており、伝熱管はこれらのガスに晒されるために、優れた耐食性が求められる。そのため、従来の熱交換器においては、伝熱管に耐熱金属の他に、セラミックス等を用いるようにしている(例えば、特許文献1、2参照)。   By the way, the combustion exhaust gas contains highly corrosive gases such as chlorine, oxygen, water vapor, sulfur and alkali elements, and the heat transfer tubes are exposed to these gases, so that excellent corrosion resistance is required. Therefore, in the conventional heat exchanger, ceramics or the like is used for the heat transfer tube in addition to the heat-resistant metal (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

一方で、熱交換率を向上させるには、燃焼排ガス流路への突出長さを大きくして燃焼排ガスとの接触面積を増加させる必要がある。しかしながら、現在の製造技術で一体物のセラミックス製の伝熱管を製造するには長さの制約があり、熱交換率を上げるために必要な長さの伝熱管を製造しようとすると、製造困難性に加えて莫大な設備投資が必要となるという問題があった。   On the other hand, in order to improve the heat exchange rate, it is necessary to increase the projecting length to the flue gas passage to increase the contact area with the flue gas. However, there are restrictions on the length of manufacturing a ceramic heat transfer tube as a single piece with the current manufacturing technology, and it is difficult to manufacture a heat transfer tube with a length required to increase the heat exchange rate. In addition, there is a problem that enormous capital investment is required.

また、複数の伝熱管を金属部材等を用いて連結すると、金属部材の腐食や連結部分で熱膨張の差異による熱応力でクラックが発生して、連結部分や伝熱管の局部的な破損や脱落が生じる等の問題が起こる。   Also, if multiple heat transfer tubes are connected using metal members, etc., cracks will occur due to the corrosion of the metal members or thermal stress due to the difference in thermal expansion at the connection portions, and local damage or dropping of the connection portions or heat transfer tubes will occur. Problems such as occur.

さらに、燃焼排ガス流路に伝熱管を横方向に突き出していると、伝熱管を長くした際に作用する曲げ応力が大きく、強度的に不利になるとともに、曲げたわみによって伝熱管と燃焼排ガス流路との気密性を保ちにくくなるという問題がある。
特開2000―297613号公報 特開2001―108381号公報
Furthermore, if the heat transfer tube is protruded laterally in the combustion exhaust gas flow path, the bending stress acting when the heat transfer tube is lengthened becomes large, which is disadvantageous in strength, and the heat transfer tube and the combustion exhaust gas flow path are caused by bending deflection. There is a problem that it is difficult to maintain airtightness.
JP 2000-297613 A JP 2001-108381 A

本発明の目的は、廃棄物等の燃焼排ガス流路において耐熱性および耐食性に優れて耐久性があり、熱交換率の向上を可能とする熱交換器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a heat exchanger that is excellent in heat resistance and corrosion resistance in a combustion exhaust gas passage for wastes and the like, is durable, and can improve the heat exchange rate.

上記目的を達成するため本発明の熱交換器は、先端部を閉口したセラミックスで形成された伝熱管と、該伝熱管に挿入され、この伝熱管の内壁とすき間を設けて配置される内管とを備え、前記すき間と前記内管とを連通して熱交換によって加熱される被加熱気体を流通可能として、燃焼炉からの燃焼排ガス流路に設置される熱交換器において、前記伝熱管は複数の接続伝熱管どうしが気密性を保って連結されて構成されているとともに、上端部に半径方向外側に突出する係止部を有し、該係止部が前記燃焼排ガス流路上壁の上面に気密性を保って係止して前記燃焼排ガス流路の上壁を貫通して吊設されていることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a heat exchanger according to the present invention includes a heat transfer tube formed of ceramic with a closed end, and an inner tube that is inserted into the heat transfer tube and provided with a gap between the inner wall of the heat transfer tube. In the heat exchanger installed in the combustion exhaust gas flow path from the combustion furnace, the heated tube is configured to be able to circulate a heated gas that is heated by heat exchange by communicating the gap and the inner tube. A plurality of connecting heat transfer tubes are connected to each other while maintaining airtightness, and have a locking portion protruding radially outward at an upper end portion, and the locking portion is an upper surface of the upper wall of the flue gas passage And is suspended while penetrating the upper wall of the flue gas passage.

ここで燃焼炉とは、一般ごみや産業廃棄物を燃焼する燃焼炉だけでなくガス化溶融炉も含むものである。   Here, the combustion furnace includes not only a combustion furnace for burning general waste and industrial waste but also a gasification melting furnace.

本発明の熱交換器によれば、先端部を閉口したセラミックスで形成された伝熱管と、この伝熱管に挿入され、伝熱管の内壁とすき間を設けて配置される内管とを備え、このすき間と内管とを連通して熱交換によって加熱される被加熱気体を流通可能として、燃焼炉からの燃焼排ガス流路に設置される熱交換器において、伝熱管は複数の接続伝熱管どうしが気密性を保って連結されて構成されているので、耐熱性および耐食性に優れたセラミックスによって、高温で高腐食性ガスに晒される伝熱管の耐久性を高めた熱交換器とすることができるとともに、従来では製造およびコストの観点から一体物で製造可能な長さに制約があったセラミックス製の伝熱管を、複数の接続伝熱管どうしを気密性を保って連結することによって、熱交換率が最適になる長さに設定することが可能となる。   According to the heat exchanger of the present invention, it is provided with a heat transfer tube formed of ceramics whose tip is closed, and an inner tube that is inserted into the heat transfer tube and arranged with a gap between the inner wall of the heat transfer tube, In the heat exchanger installed in the flue gas flow path from the combustion furnace, the heat transfer tube is connected to a plurality of connected heat transfer tubes so that the heated gas heated by heat exchange can be circulated through the gap and the inner tube. Since it is configured to be connected while maintaining airtightness, it can be a heat exchanger with improved durability of heat transfer tubes exposed to high corrosive gas at high temperature by ceramics with excellent heat resistance and corrosion resistance In the past, ceramic heat transfer tubes, which had a limited length that could be manufactured as a single unit from the viewpoint of manufacturing and cost, were connected to each other with a plurality of connected heat transfer tubes kept airtight, so that the heat exchange rate was reduced. Optimal It becomes possible to set the length becomes.

また、セラミックス製の接続伝熱管どうしを連結しているので熱膨張率の違いによる熱応力の発生を抑制することができ、熱応力に起因するクラック等による破損、脱落を防ぐことが可能となる。   Moreover, since the ceramic connection heat transfer tubes are connected to each other, it is possible to suppress the generation of thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient, and it is possible to prevent breakage or dropout due to cracks or the like caused by the thermal stress. .

さらに、伝熱管は上端部に半径方向外側に突出する係止部を有し、この係止部が燃焼排ガス流路上壁の上面に気密性を保って係止して燃焼排ガス流路の上壁を貫通して吊設されているので、伝熱管を長くしても曲げ応力が作用せずに強度不足となることがなく、伝熱管の自重によって燃焼排ガス流路上壁の上面との気密性を保つことも容易となる。     Further, the heat transfer tube has a locking portion projecting radially outward at the upper end portion, and this locking portion is locked to the upper surface of the upper wall of the flue gas passage so as to be airtight, and the upper wall of the flue gas passage. Therefore, even if the heat transfer tube is lengthened, bending stress does not act and the strength does not become insufficient, and the heat transfer tube has its own weight to improve the airtightness with the upper surface of the upper wall of the combustion exhaust gas flow path. It is easy to keep.

以下、本発明の熱交換器を図に示した実施形態に基づいて説明する。図8に本発明の熱交換器1の概要を例示する。この熱交換器1は、焼却炉や溶融炉等からの燃焼排ガスEGが流通する燃焼排ガス流路の上壁7aを貫通し、突出して吊り下げられた状態で設置されている。熱交換器1は、先端部を閉口したセラミック伝熱管2と、セラミック伝熱管2に挿入される金属内管5を備えている。   Hereinafter, the heat exchanger of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 8 illustrates an outline of the heat exchanger 1 of the present invention. The heat exchanger 1 is installed in a state where it passes through the upper wall 7a of the combustion exhaust gas passage through which the combustion exhaust gas EG from an incinerator, a melting furnace or the like circulates and protrudes and is suspended. The heat exchanger 1 includes a ceramic heat transfer tube 2 whose tip is closed and an inner metal tube 5 that is inserted into the ceramic heat transfer tube 2.

セラミック伝熱管2は、接続伝熱管となる上部伝熱管2aと下部伝熱管2bとが、非金属の耐火性材料からなるカップリング4で連結されて構成されている。金属内管5は、セラミック伝熱管2の内壁とすき間を有して配置されており、このすき間と金属内管5の内部は連通している。   The ceramic heat transfer tube 2 is configured by connecting an upper heat transfer tube 2a and a lower heat transfer tube 2b, which are connection heat transfer tubes, with a coupling 4 made of a non-metallic refractory material. The metal inner tube 5 is arranged to have a gap with the inner wall of the ceramic heat transfer tube 2, and the gap and the inside of the metal inner tube 5 communicate with each other.

上部伝熱管2aと金属内管5の上端部はそれぞれ気体配管6a、6bに接続し、一方の気体配管6aからは、低温の気体Laが供給されてセラミック伝熱管2の内壁と金属内管5とのすき間を通じてセラミック伝熱管2の先端部まで達し、先端部で金属内管5に流入して気体配管6bに流出するようになっている。   Upper end portions of the upper heat transfer tube 2a and the metal inner tube 5 are connected to gas pipes 6a and 6b, respectively, and a low-temperature gas La is supplied from one gas pipe 6a so that the inner wall and the metal inner tube 5 of the ceramic heat transfer tube 2 are supplied. It reaches the tip of the ceramic heat transfer tube 2 through the gap, flows into the metal inner tube 5 at the tip, and flows out to the gas pipe 6b.

セラミック伝熱管2は、燃焼排ガス流路7を流通する燃焼排ガスEGによって加熱されており、流入した低温の気体Laは、熱交換によって高温の気体Haとなって気体配管6bに流出する。   The ceramic heat transfer tube 2 is heated by the combustion exhaust gas EG flowing through the combustion exhaust gas channel 7, and the inflowing low temperature gas La becomes a high temperature gas Ha by heat exchange and flows out to the gas pipe 6b.

尚、図8では1本のセラミック伝熱管2のみを示しているが、燃焼排ガス流路7には複数のセラミック伝熱管2が設置され、各セラミック伝熱管2で熱交換された高温の気体Haが気体配管6bに流出する構造となっている。   Although only one ceramic heat transfer tube 2 is shown in FIG. 8, a plurality of ceramic heat transfer tubes 2 are installed in the combustion exhaust gas flow path 7, and a high-temperature gas Ha exchanged in heat with each ceramic heat transfer tube 2. Flows out to the gas pipe 6b.

気体配管6bに流出した高温の気体Haは、廃棄物の熱分解や発電タービンを駆動するための過熱蒸気生成のためのエネルギー等として有効利用される。   The high-temperature gas Ha that has flowed out to the gas pipe 6b is effectively used as energy for the thermal decomposition of waste or the generation of superheated steam for driving the power generation turbine.

低温の気体Laを気体配管6bから金属内管5を介して供給して、金属内管5とセラミック伝熱管2の内壁とのすき間を通じて、熱交換した高温の気体Haを気体配管6aに流出させるようにしてもよい。   A low-temperature gas La is supplied from the gas pipe 6b through the metal inner pipe 5, and the heat-exchanged high-temperature gas Ha flows out to the gas pipe 6a through a gap between the metal inner pipe 5 and the inner wall of the ceramic heat transfer pipe 2. You may do it.

燃焼排ガスEGは、塩素、酸素、水蒸気、硫黄やアルカリ元素などの非常に強い腐食性物質を含んでいるが、セラミック伝熱管2を焼却灰の成分と反応しにくく耐食性に優れ、耐熱性のある炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム等のセラミックスから形成することによって、高温下でこのような高腐食性のガスおよび付着灰に晒されても、腐食されにくく長期間使用することができる。   Combustion exhaust gas EG contains very strong corrosive substances such as chlorine, oxygen, water vapor, sulfur and alkali elements, but does not easily react with the components of the incinerated ash in the ceramic heat transfer tube 2 and has excellent corrosion resistance and heat resistance. By forming from ceramics such as silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide and the like, even when exposed to such highly corrosive gas and adhering ash at high temperature, it is difficult to corrode and can be used for a long time.

また、これらのセラミックスは、熱伝導性にも優れ、熱交換率を向上させることが可能となる。   Moreover, these ceramics are excellent also in heat conductivity, and it becomes possible to improve a heat exchange rate.

金属内管5は、高腐食性ガスに晒されることはないが、耐食性および耐熱性に優れたSUS310S、Ni基合金等を用いる。   The inner metal pipe 5 is not exposed to highly corrosive gas, but uses SUS310S, Ni-base alloy, etc., which are excellent in corrosion resistance and heat resistance.

さらに、熱交換率を向上させるには、燃焼排ガスEGと接触するセラミック伝熱管2の面積を増加させることが有効である。しかしながら、現在の製造技術、設備では一体物としては長さを3〜4m以上にするには、製造が難しいことに加えて莫大な設備投資が必要となる。   Furthermore, in order to improve the heat exchange rate, it is effective to increase the area of the ceramic heat transfer tube 2 in contact with the combustion exhaust gas EG. However, in order to make the length of 3 to 4 m or more as an integrated object with the current manufacturing technology and equipment, in addition to difficulty in manufacturing, enormous capital investment is required.

そこで、本発明では2本のセラミック伝熱管2a、2bどうしを連結して熱交換率の向上を図っている。この連結には非金属の耐火性材料で一体的に形成されたカップリング4を使用している。材質としては、セラミック伝熱管2と同様に炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム等のセラミックスの耐火性材料を使用して、セラミック伝熱管2を形成するセラミックスと熱膨張率が同じ、または近い材質を使用して熱応力の発生を抑制し、熱応力によって生じるセラミック伝熱管2およびカップリング4のクラックによる破損や脱落を防止している。   Therefore, in the present invention, the two ceramic heat transfer tubes 2a and 2b are connected to improve the heat exchange rate. For this connection, a coupling 4 integrally formed of a non-metallic refractory material is used. As the material, a ceramic refractory material such as silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide or the like is used in the same manner as the ceramic heat transfer tube 2, and a material having the same or similar thermal expansion coefficient as the ceramic forming the ceramic heat transfer tube 2 is used. It is used to suppress the generation of thermal stress and to prevent breakage or dropout caused by cracks in the ceramic heat transfer tube 2 and the coupling 4 caused by the thermal stress.

セラミック伝熱管2のフランジの構造を図1〜3に例示する。図1はカップリング4で連結されて構成されているセラミック伝熱管2の半縦断面図であり、図中の線分CLは中心軸を示している。図2は図1において、中心軸CLまわりに90°回転した半縦断面図である。図3(a)は、図1におけるA−A断面図であり、上部伝熱管2aの上端のフランジf1の平面形状を示してる。図3(b)は、図1におけるB−B断面図であり、上部伝熱管2aの下端のフランジf2の平面形状を、図3(c)は、図1におけるC−C断面図であり、下部伝熱管2bの上端のフランジf3の平面形状を示している。   The structure of the flange of the ceramic heat transfer tube 2 is illustrated in FIGS. FIG. 1 is a half vertical cross-sectional view of a ceramic heat transfer tube 2 connected by a coupling 4, and a line segment CL in the drawing indicates a central axis. FIG. 2 is a half vertical cross-sectional view of FIG. 1 rotated 90 ° around the central axis CL. Fig.3 (a) is AA sectional drawing in FIG. 1, and has shown the planar shape of the flange f1 of the upper end of the upper heat exchanger tube 2a. 3B is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 1, the planar shape of the flange f2 at the lower end of the upper heat transfer tube 2a, FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. The planar shape of the flange f3 of the upper end of the lower heat exchanger tube 2b is shown.

上部伝熱管2aの上端のフランジf1は、半径方向に突出した均等幅の周縁が設けられた一般的なフランジであり、下端のフランジf2は、対向する2ヶ所の周縁の一部を切落とす直線部Lが設けられている。下部伝熱管2bの上端のフランジf3は、上記したフランジf2と同様の形状をしている。   The flange f1 at the upper end of the upper heat transfer tube 2a is a general flange provided with a peripheral edge of uniform width protruding in the radial direction, and the flange f2 at the lower end is a straight line that cuts off part of the two peripheral edges. Part L is provided. The flange f3 at the upper end of the lower heat transfer tube 2b has the same shape as the above-described flange f2.

カップリング4は、図1〜2、図4に示すような形状をしており、図4(a)は図1のB−B断面における形状で、上部伝熱管2aの下端のフランジf2との連結部の平面形状を示している。図4(b)は図1のD−D断面における形状で下部伝熱管2bの上端のフランジf3との連結部の平面形状を示している。これら両連結部は、周縁幅を拡大するように内周側に突出した直線部からなる係合部4a、4aaを有し、それぞれの伝熱管2a、2bのフランジf2、f3と略相似形をして、フランジf2、f3が挿通可能となっている。   The coupling 4 has a shape as shown in FIGS. 1 and 2 and FIG. 4A is a shape in the BB cross section of FIG. 1 and is connected to the flange f2 at the lower end of the upper heat transfer tube 2a. The planar shape of a connection part is shown. FIG. 4B shows the planar shape of the connecting portion with the flange f3 at the upper end of the lower heat transfer tube 2b in the shape of the DD section of FIG. Both of these connecting portions have engaging portions 4a and 4aa made of straight portions protruding toward the inner peripheral side so as to enlarge the peripheral width, and are substantially similar to the flanges f2 and f3 of the respective heat transfer tubes 2a and 2b. Thus, the flanges f2 and f3 can be inserted.

カップリング4の高さ方向中途には、内周側に突出する環状の端部当接部4bが設けられ、上部伝熱管2aの下端のフランジf2、下部伝熱管2bの上端のフランジf3のそれぞれが端部当接部4bにシール材Sを介して当接する。   In the middle of the coupling 4 in the height direction, an annular end contact portion 4b that protrudes to the inner peripheral side is provided, and a flange f2 at the lower end of the upper heat transfer tube 2a and a flange f3 at the upper end of the lower heat transfer tube 2b, respectively. Comes into contact with the end contact portion 4b through the sealing material S.

このカップリング4を用いて各伝熱管2a、2bを連結するには、各伝熱管2a、2bのフランジf2、f3の直線部Lを、カップリング4のそれぞれの係合部4a、4aaと形状位置を一致させてから挿入し、挿入後に回転させて伝熱管2a、2bのフランジf2、f3とカップリング4のそれぞれの係合部4a、4aaとを係合させる。   In order to connect the heat transfer tubes 2a, 2b using the coupling 4, the straight portions L of the flanges f2, f3 of the heat transfer tubes 2a, 2b are shaped with the respective engaging portions 4a, 4aa of the coupling 4. It inserts after making a position match, It rotates after insertion, and the flanges f2 and f3 of the heat exchanger tubes 2a and 2b and each engaging part 4a and 4aa of the coupling 4 are engaged.

カップリング4とそれぞれの伝熱管2a、2bとの当接する部分にはシール材SまたはガスケットGが介在して気密性が保たれて連結される。上部伝熱管2aの下端のフランジf2の上面とカップリング4の当接する部分、下部伝熱管2bの上端のフランジf3の下面とカップリング4の当接する部分は、セラミック伝熱管2の吊り下げ構造によって、圧縮応力が生じるので耐圧性のあるガスケットGを用いている。   Sealing materials S or gaskets G are interposed between the contact portions of the coupling 4 and the heat transfer tubes 2a and 2b so that the airtightness is maintained. The portion where the upper surface of the flange f2 at the lower end of the upper heat transfer tube 2a contacts the coupling 4 and the portion of the lower surface of the flange f3 at the upper end of the lower heat transfer tube 2b and the portion where the coupling 4 abuts depend on the suspension structure of the ceramic heat transfer tube 2 Since the compressive stress is generated, the gasket G having a pressure resistance is used.

シール材SおよびガスケットGを形成する材質としては、アルミナ、ムライト、アルミナ−シリカ等を例示できる。   Examples of the material for forming the sealing material S and the gasket G include alumina, mullite, alumina-silica, and the like.

下部伝熱管2bの外周には、半径方向外側に突出する周突起3が設けられており、シール材Sが下方に移動して落下することを防止している。   A peripheral projection 3 protruding radially outward is provided on the outer periphery of the lower heat transfer tube 2b to prevent the sealing material S from moving downward and dropping.

図5に例示するように図4(a)、(b)で示した係合部4a、4aaにくぼみFを設けるとともに、連結する各伝熱管2a、2bのフランジf2、f3に凸部を設けて、このくぼみFに嵌まり込む構造としてもよい。   As illustrated in FIG. 5, the recesses F are provided in the engaging portions 4a and 4aa shown in FIGS. 4A and 4B, and the convex portions are provided in the flanges f2 and f3 of the heat transfer tubes 2a and 2b to be connected. Thus, a structure that fits into the recess F may be adopted.

このくぼみFによって、各伝熱管2a、2b、カップリング4が、微振動等によって長手方向を回転軸方向として回転しようとしても回転が規制され、カップリング4からの連結外れを防ぐことが可能となる。   With this dent F, the heat transfer tubes 2a, 2b, and the coupling 4 are restricted from rotating even if the longitudinal direction is set as the rotation axis direction by slight vibrations, and it is possible to prevent disconnection from the coupling 4. Become.

このような回転を規制する係合構造は、図示した例に限定されず、カップリング4と、連結される伝熱管2a、2bとの少なくとも一方に相互の回転を規制する係合部を設ければよい。   Such an engagement structure for restricting rotation is not limited to the illustrated example, and at least one of the coupling 4 and the heat transfer tubes 2a and 2b to be coupled may be provided with an engagement portion for restricting mutual rotation. That's fine.

図4(a)に示す、カップリング4の上部伝熱管2aとの連結部と、図4(b)に示す、カップリング4の下部伝熱管2bとの連結部の形状は中心軸CLまわりに90°回転してずらされた配置となっているが、これに限定されず任意の回転ずれ角度でよく、回転ずれ角度がなくてもよい。   The shape of the connecting portion between the coupling 4 and the upper heat transfer tube 2a of the coupling 4 shown in FIG. 4A and the connecting portion with the lower heat transfer tube 2b of the coupling 4 shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and any rotation deviation angle may be used, and there may be no rotation deviation angle.

図9に、上部および下部伝熱管2a、2bどうしを連結する他の構造を例示する。上部伝熱管2aの下端部は、縮径するテーパ部Taを有し、下部伝熱管2bの上端部は、拡径するテーパ部Tbを有しており、互いのテーパ角度は、ほぼ同一となっている。   FIG. 9 illustrates another structure for connecting the upper and lower heat transfer tubes 2a and 2b. The lower end portion of the upper heat transfer tube 2a has a tapered portion Ta that is reduced in diameter, and the upper end portion of the lower heat transfer tube 2b has a tapered portion Tb that is increased in diameter, and the taper angles thereof are substantially the same. ing.

テーパ部Taを除く上部伝熱管2aの内径は、下部伝熱管2bのテーパ部Tbの外径よりも大きく、下部伝熱管2bを上部伝熱管2aの上端部から挿入して互いのテーパ部Ta、Tbを係止させている。両テーパ部Ta、Tbの間にはシール材Sが介在し、下部伝熱管2bの自重によって気密性を保って両伝熱管2a、2bが連結される。   The inner diameter of the upper heat transfer tube 2a excluding the taper portion Ta is larger than the outer diameter of the taper portion Tb of the lower heat transfer tube 2b. The lower heat transfer tube 2b is inserted from the upper end portion of the upper heat transfer tube 2a, and the taper portions Ta, Tb is locked. A sealing material S is interposed between the taper portions Ta and Tb, and the heat transfer tubes 2a and 2b are connected to each other while maintaining airtightness by the weight of the lower heat transfer tube 2b.

この構造であると、同材質による連結となるので、熱応力の発生を抑制することができる。また、伝熱管2a、2bの外周において、より上方の外周に対して半径方向外側に突出する部分がないので、焼却灰の堆積を防止することができ、カップリング4が不要となり構造の簡素化を図ることが可能となる。   With this structure, since the connection is made of the same material, generation of thermal stress can be suppressed. Further, since there is no portion projecting radially outward with respect to the upper outer periphery on the outer periphery of the heat transfer tubes 2a and 2b, it is possible to prevent the incineration ash from accumulating, and the coupling 4 is not required and the structure is simplified. Can be achieved.

上部および下部伝熱管2a、2bどうしを連結するさらに別の構造を、図10に示す。上部伝熱管2aの下端部は、内側に突出したフランジ部f2を有し、下部伝熱管2bの上端部は、外側に突出したフランジ部f3を有しており、互いの突出角度は直角である。両フランジ部f2、f3の間にはシール材Sが介在し、下部伝熱管2bの自重によって気密性を保って両伝熱管2a、2bが連結される。   FIG. 10 shows still another structure for connecting the upper and lower heat transfer tubes 2a and 2b. The lower end portion of the upper heat transfer tube 2a has a flange portion f2 that protrudes inward, and the upper end portion of the lower heat transfer tube 2b has a flange portion f3 that protrudes outward. . A sealing material S is interposed between the flange portions f2 and f3, and the heat transfer tubes 2a and 2b are connected while maintaining airtightness due to the weight of the lower heat transfer tube 2b.

この構造においても、同材質による連結になるので、熱応力の発生を抑制することができる。また、カップリング4が不要となり、構造の簡素化を図ることができる。   Even in this structure, since the connection is made of the same material, generation of thermal stress can be suppressed. Further, the coupling 4 is not necessary, and the structure can be simplified.

セラミック伝熱管2の上壁7aに対する支持構造を図6〜7に例示する。図6では、図3(a)に示したようなセラミック伝熱管2の上端に設けられた半径方向外側に突出する均等幅の周縁からなる一般的なフランジf1の下面と、燃焼排ガス流路上壁7aの上面に設けられた相似形のフランジf4とが、シール材Sを介して対向する。セラミック伝熱管2の上端のフランジf1の上面と、気体配管6のフランジf5とが、シール材Sを介して対向し、例えば、気体配管6のフランジf5と上壁7aのフランジf4が図示しない締結ボルトとナットで締結されて、気体配管6とセラミック伝熱管2、セラミック伝熱管2と上壁7aが気密性を保って接続される。セラミック伝熱管2の上端のフランジf1が係止部となって、燃焼排ガス流路上壁7aの上面に係止して、セラミック伝熱管2が吊り下げられることになる。   The support structure for the upper wall 7a of the ceramic heat transfer tube 2 is illustrated in FIGS. In FIG. 6, the lower surface of the general flange f1 which consists of the periphery of the uniform width which protrudes to the radial direction outer side provided in the upper end of the ceramic heat exchanger tube 2 as shown to Fig.3 (a), and a combustion exhaust gas flow path upper wall A similar flange f4 provided on the upper surface of 7a faces through the sealing material S. The upper surface of the flange f1 at the upper end of the ceramic heat transfer tube 2 and the flange f5 of the gas pipe 6 are opposed to each other through the seal material S. For example, the flange f5 of the gas pipe 6 and the flange f4 of the upper wall 7a are not shown. Fastened with bolts and nuts, the gas pipe 6 and the ceramic heat transfer tube 2, and the ceramic heat transfer tube 2 and the upper wall 7a are connected in an airtight manner. The flange f1 at the upper end of the ceramic heat transfer tube 2 serves as a locking portion and is locked to the upper surface of the combustion exhaust gas flow channel upper wall 7a, so that the ceramic heat transfer tube 2 is suspended.

図7では、セラミック伝熱管2の上端のフランジf1の下面が外周側に広がるテーパ部を有し、燃焼排ガス流路上壁7aのフランジf4にも、このテーパ部を受けるほぼ同角度のテーパ部が設けられて、シール材Sを介して対向する。この状態で、図6と同様に気体配管6のフランジf5と上壁7aのフランジf4とが図示しない締結ボルトとナットで締結されて気密性を保って接続される。   In FIG. 7, the lower surface of the flange f1 at the upper end of the ceramic heat transfer tube 2 has a tapered portion that spreads to the outer peripheral side, and the flange f4 of the combustion exhaust gas flow channel upper wall 7a also has a tapered portion of substantially the same angle that receives this tapered portion. It is provided and faces through the sealing material S. In this state, the flange f5 of the gas pipe 6 and the flange f4 of the upper wall 7a are fastened by fastening bolts and nuts (not shown) and are connected in an airtight manner as in FIG.

図6、図7に示すような支持構造では、セラミック伝熱管2を自重によって安定的に燃焼排ガス流路上壁7aから吊設することができる。また、締結部材を高温下で腐食性の強いガスに晒される場所に位置させずに締結することができるので、一般的な金属製の締結部材を用いることができる。   6 and 7, the ceramic heat transfer tube 2 can be stably suspended from the combustion exhaust gas flow channel upper wall 7a by its own weight. Further, since the fastening member can be fastened without being located at a place exposed to a corrosive gas at a high temperature, a general metal fastening member can be used.

また、セラミック伝熱管2を燃焼排ガス流路の上壁7aからほぼ垂直に吊り下げ設置することで、上記した上壁7aに対する支持構造が可能となるとともに、セラミック伝熱管2が長くなっても曲げ応力が作用せずに強度的に有利になる。また、セラミック伝熱管2に堆積する燃焼排ガスEGに含有されている燃焼灰の量を最小限にすることができ、熱伝達係数の低下、不均一を防止して、さらなる熱交換率の向上が可能となり、メンテナンス性も改善される。   Further, by suspending the ceramic heat transfer tube 2 substantially vertically from the upper wall 7a of the flue gas flow path, a support structure for the above-described upper wall 7a becomes possible, and even if the ceramic heat transfer tube 2 becomes longer, it can be bent. It is advantageous in terms of strength without stress. In addition, the amount of combustion ash contained in the combustion exhaust gas EG deposited on the ceramic heat transfer tube 2 can be minimized, and the heat transfer coefficient can be prevented from being lowered and uneven, thereby further improving the heat exchange rate. It becomes possible and the maintainability is also improved.

セラミック伝熱管2の先端部を燃焼排ガス流路7の下壁と当接させずに吊り下げていることで、セラミック伝熱管2の長手方向の熱応力の発生を防ぐことができ、構造の簡素化が可能となっている。   By suspending the tip of the ceramic heat transfer tube 2 without contacting the lower wall of the combustion exhaust gas flow path 7, the occurrence of thermal stress in the longitudinal direction of the ceramic heat transfer tube 2 can be prevented, and the structure is simple. Is possible.

尚、燃焼灰の堆積量を抑制するには、カップリング4のセラミック伝熱管2からの半径方向の突出量を最小限とすることが好ましく、カップリング4の上端部を面取りしてテーパ状にすることによって燃焼灰の堆積量を抑制してもよい。   In order to suppress the accumulation amount of combustion ash, it is preferable to minimize the amount of protrusion of the coupling 4 in the radial direction from the ceramic heat transfer tube 2, and the upper end portion of the coupling 4 is chamfered to be tapered. By doing so, the amount of combustion ash deposited may be suppressed.

本発明に係るセラミック伝熱管を例示する半縦断面図である。It is a semi-longitudinal sectional view which illustrates the ceramic heat exchanger tube concerning the present invention. 図1において中心軸CLまわりに90°回転した半縦断面図である。FIG. 2 is a half longitudinal sectional view rotated by 90 ° around a central axis CL in FIG. 1. 本発明に係るセラミック伝熱管のフランジ全体を例示する説明図である。(a)は図1におけるA−A断面図、(b)は図1におけるB−B断面図、(c)は図1におけるC−C断面図である。It is explanatory drawing which illustrates the whole flange of the ceramic heat exchanger tube which concerns on this invention. (A) is AA sectional drawing in FIG. 1, (b) is BB sectional drawing in FIG. 1, (c) is CC sectional drawing in FIG. 本発明に係るカップリングの連結部全体を例示する説明図である。(a)は図1におけるB−B断面図、(b)は図1におけるD−D断面図である。It is explanatory drawing which illustrates the whole connection part of the coupling which concerns on this invention. (A) is BB sectional drawing in FIG. 1, (b) is DD sectional drawing in FIG. 図4(a)、(b)で示したカップリングの連結部の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the connection part of the coupling shown to Fig.4 (a), (b). 本発明の熱交換器の吊り下げ構造の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the suspension structure of the heat exchanger of this invention. 本発明の熱交換器の吊り下げ構造の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the hanging structure of the heat exchanger of this invention. 本発明の熱交換器の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the heat exchanger of this invention. 本発明に係るセラミック伝熱管の他の例を示す半縦断面図である。It is a half longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the ceramic heat exchanger tube which concerns on this invention. 本発明に係るセラミック伝熱管のさらに他の例を示す半縦断面図である。It is a semi-longitudinal sectional view showing still another example of the ceramic heat transfer tube according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 熱交換器
2 セラミック伝熱管
2a (セラミック)上部伝熱管
2b (セラミック)下部伝熱管
3 周突起
4 カップリング 4a、4aa 係合部 4b 端部当接部
5 金属内管
6、6a、6b 気体配管
7 燃焼排ガス流路 7a 上壁
F カップリングのくぼみ
G ガスケット
S シール材
1 Heat exchanger 2 Ceramic heat transfer tube
2a (Ceramic) Upper heat transfer tube
2b (Ceramic) Lower heat transfer tube
3 Circumferential protrusion 4 Coupling 4a, 4aa Engagement part 4b End contact part 5 Metal inner pipe 6, 6a, 6b Gas pipe
7 Combustion exhaust gas flow path 7a Upper wall
F Indentation of coupling
G Gasket S Seal material

Claims (3)

先端部を閉口したセラミックスで形成された伝熱管と、該伝熱管に挿入され、この伝熱管の内壁とすき間を設けて配置される内管とを備え、前記すき間と前記内管とを連通して熱交換によって加熱される被加熱気体を流通可能として、燃焼炉からの燃焼排ガス流路に設置される熱交換器において、前記伝熱管は複数の接続伝熱管どうしが気密性を保って連結されて構成されているとともに、上端部に半径方向外側に突出する係止部を有し、該係止部が前記燃焼排ガス流路上壁の上面に気密性を保って係止して前記燃焼排ガス流路の上壁を貫通して吊設されていることを特徴とする熱交換器。   A heat transfer tube formed of ceramics with a closed end, and an inner tube that is inserted into the heat transfer tube and arranged with a gap between the inner wall of the heat transfer tube and communicates the gap with the inner tube. In the heat exchanger installed in the combustion exhaust gas flow path from the combustion furnace, the heat transfer tube is connected with a plurality of connected heat transfer tubes being kept airtight. And has a locking portion protruding outward in the radial direction at the upper end portion, and the locking portion is locked to the upper surface of the upper wall of the flue gas flow path while maintaining airtightness, and the flue gas flow A heat exchanger characterized by being suspended through an upper wall of a road. 前記複数の接続伝熱管どうしの連結が、非金属製の耐火性材料で形成されたカップリングを介するものである請求項1に記載の熱交換器。   The heat exchanger according to claim 1, wherein the connection between the plurality of connection heat transfer tubes is through a coupling formed of a non-metallic refractory material. 前記カップリングと前記カップリングで連結される接続伝熱管の少なくとも一方に前記伝熱管の長手方向を回転軸方向とする相互間の回転を規制する回転規制係合部を設けた請求項2に記載の熱交換器。   The rotation regulation engagement part which regulates the mutual rotation which makes the longitudinal direction of the said heat exchanger tube the rotating shaft direction was provided in at least one of the coupling and the connection heat exchanger tube connected with the said coupling. Heat exchanger.
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