JP2007163115A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換率が良く耐食性に富んだ熱交換器を安価に提供することを目的とする。
【解決手段】 複式伝熱管を具備した多管式熱交換器であって、内管内部及び内管外部と外管内部との間に冷却媒体を循環させ、外管外部に高温ガスを接触させる方式として、該伝熱管外表面の高温ガスに接する部分にフッ素樹脂をコーティングしてなる熱交換器とする。フッ素樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、６フッ化ポリプロピレン（ＦＥＰ）、４フッ化エチレンパーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等を使用することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器の耐食性向上技術に関するものである。

従来から、例えばゴミ焼却設備から排出された排ガスは、集塵装置であるバグフィルターでダストを捕集してから大気中に放出されるが、バグフィルターの耐熱温度が低いため、高温の燃焼排ガスを一定温度以下まで冷却してからバグフィルターに導入する必要がある。高温の燃焼排ガスの冷却装置としては、横置型多管式熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。多管式熱交換器の伝熱管には安価な鋼管が使用されるのが一般的である。
特開２０００−２２７２９９号公報

例えばゴミ焼却設備から排出された排ガスは多量の水分を含んでおり、高温で熱交換機を長期間使用していると、伝熱管が腐食してしまう。ゴミ焼却設備以外にも重油ボイラー、石炭ボイラー等の各種ボイラー、セラミック用キルン等の各種キルン等で使用する熱交換器においても、高温ガス中に水蒸気や亜硫酸ガス、塩化水素等の腐食性ガスが含まれているので、熱交換器の寿命を著しく短くする難点がある。伝熱管の材質を銅やステンレス鋼、さらには特殊合金等の耐食性に富んだ材料とすることも考えられるが、熱交換効率が低下したり大幅なコストアップにつながるので得策ではない。また、伝熱管材料の肉厚を厚くしたり、鋳鉄などの耐食性材料を使用することも考えられるが、重量の大きな装置となって、コストアップする難点があった。
本発明は、小型軽量化が可能で熱交換率が良く、耐食性に富んだ熱交換器を安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の熱交換器は複式伝熱管を具備した多管式熱交換器であって、該伝熱管外管の高温ガスに接する部分にフッ素樹脂をコーティングしてなる熱交換器とした。
本発明においては、前記複式伝熱管の内管内部及び内管外部と外管内部との間に冷却媒体を循環させ、外管外部を高温ガスと接触させて熱交換させる方式とすることができる。
このような構造の熱交換器とすれば、熱交換効率の良い熱交換器を安価に提供することが可能となる。

また、本発明においては、前記フッ素樹脂として４フッ化樹脂を使用することができる。さらに具体的には前記フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、６フッ化ポリプロピレン（ＦＥＰ）、４フッ化エチレンパーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等を使用することが好ましい。

本発明によれば、安価な肉薄の普通鋼鋼管を使用することができ、軽量で小型化できるのに加え、熱伝導性の良いフッ素樹脂でコーテイングしてあるので耐食性に優れ、寿命も長く、しかもダストが付着しにくいのでメンテナンスが容易な熱交換器とすることができる。

ボイラーの排ガスは２００〜２５０℃に達し、ゴミ焼却装置からの排ガスは８００℃以上１０００℃に達するものもあるが、バグフィルターで集塵するには高温ガスの温度を通常２５０℃以下まで下げる必要である。高温ガスの温度を下げるには冷水をスプレーして冷却したり冷空気で希釈したりすればよいが、冷空気で希釈すると処理ガス体積が増加するので、ある程度冷空気で希釈した後熱交換器を使用して冷却するのが効果的である。
本発明はこのような場合に使用する多管式熱交換器の改良に関するものである。
以下に、図面を使用して本発明の熱交換器を説明する。

図１は、本発明の熱交換器の一部破断外観斜視図である。本発明の熱交換器１は、ケーシング２内に多数の伝熱管１０，１１が鉛直に配置されており、高温ガスが紙面下側から上側に向かって流れる過程で伝熱管１０，１１に接触して熱交換される。各伝熱管１０，１１は二重管構造になっており、冷却媒体入口７から入った冷媒はヘッダー５を介して各伝熱管１０に分配され、熱交換後の熱くなった冷媒はヘッダー６に集められた後、冷却媒体出口８から排出される。図中３，４は、各伝熱管１０の内管と外管をケーシング２に固定するための管板であって、ヘッダーを５，６を構成する仕切板を兼ねている。

図２は、本発明の熱交換器の断面を示す図である。図２に示すように本発明の熱交換器１は、ケーシング２内に多数の伝熱管１０，１１が鉛直に配置されており、冷媒入口７からヘッダー５に入った冷媒が伝熱管１０内を循環してヘッダー６に集まり、隣接する伝熱管１１内を循環してヘッダー５’に集まり、温冷媒となって冷媒出口８から排出される。このように伝熱管１０，１１は２〜４本毎にブロックをなしており、共通するヘッダー５，５’や６等にまとめて接続されている。伝熱管１０，１１は二重管構造をなしており、冷媒の流れる向きが隣接するブロック毎に逆向きになるように配置されている。
高温ガスが図中矢印で示す伝熱管１０，１１の横方向から流れてきて伝熱管１０，１１に接触し、伝熱管１０，１１の外管の表面を介して熱交換される。

図３に、本発明の熱交換器の伝熱管の一例の断面構造を拡大して示す。図３に示す例では、内管１２と外管１３が同心状に組み合わせてあり、多数の伝熱管を等間隔で管板３，４に吊り下げて固定した後、図示省略のケーシングに固定してある。内管１２と外管１３は、スリーブ１６，１７を介して管板３，４に溶接固定してある。管板３，４は、ケーシングと共にヘッダー６を構成しており、ヘッダー６は内管１２の外側と外管１３の内側の間隙７に通じている。この例では冷媒は二重になった内管１２の内側を下降した後、内管１２の外側と外管１３の内側の間隙７を上昇していく。隣接するブロックの伝熱管では、冷媒の流れる方向は逆向きになっている。二重管構造とすることによりガスの入り口と出口を装置の一方（図では上方）に集約できるので、装置全体を小型化することができる。
冷媒としては、冷空気や冷水を使用するのが経済的である。
外管１３の外側には高温ガスが流れており、外管１３の表面を介して高温ガスと冷媒との熱交換が行われる。

内管１２と外管１３には、肉薄の炭素鋼鋼管を使用するのが適する。それぞれの管径や長さは、処理すべきガスの量や温度条件に従って適宜設計して決めることができる。
外管１３の表面は高温ガスと接触するので、耐食性を具備していなければならない。炭素鋼鋼管の表面に耐食性を付与するには、図３に示すように外管１３の外側表面１３ａにフッ素樹脂１４をコーティングするのが効果的である。高温ガスと接触する管板１４の表面にもフッ素樹脂１５をコーテイングするのが好ましい。
フッ素樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、分子式；［−（ＣＦ_２ＣＦ_２）−］ｎ）、６フッ化ポリプロピレン（ＦＥＰ、分子式；［−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＣＦ_３ＣＦ_２）−］ｎ）、４フッ化エチレンパーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ、分子式；［−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＣＦＲｆＣＦ_２）−］ｎ ）等が利用できる。
これらのフッ素樹脂を厚さ０．５〜１ｍｍ程度にコーティングする。

このようにしてフッ素樹脂コーティングすることにより、湿分（Ｈ_２Ｏ）、塩酸（ＨＣｌ）、亜硫酸ガス（ＳＯ_２）、無水硫酸（ＳＯ_３）等に対して完全な耐食性が得られると共にダストの付着もなく、高い熱伝導性を有するので熱交換率が良く、しかもコンパクトで軽量な熱交換器にすることができる。

本発明の熱交換器の一部破断外観斜視図である。 本発明の熱交換器の断面を示す図である。 本発明の熱交換器の伝熱管の断面を示す図である。

符号の説明

１・・・・・熱交換器、２・・・・・ケーシング，３，４・・・・・管板、５，５’，６，・・・・・ヘッダー、・・・・・１０，１１・・・・・伝熱管、１２・・・・・内管、１３・・・・・外管、１４，１５・・・・・フッ素樹脂、１６，１７・・・・・スリーブ

Claims (4)

1. 複式伝熱管を具備した多管式熱交換器であって、該伝熱管外管の高温ガスに接する部分にフッ素樹脂をコーティングしてなることを特徴とする熱交換器。
2. 前記複式伝熱管の内管内部及び内管外部と外管内部との間に冷却媒体を循環させ、外管外部を高温ガスに接触させて熱交換させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記フッ素樹脂が４フッ化樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、６フッ化ポリプロピレン（ＦＥＰ）、４フッ化エチレンパーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。

Images