JP2014163631A - ガスクーラ - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の小型化が可能で、かつ排ガスの外部への漏れ出しを防止しつつ安定してダストの払い落しが可能なガスクーラを提供する。
【解決手段】本発明に係るガスクーラ１は、冷却室３内に配置された複数本の冷却パイプ５と、冷却パイプ５の周面に摺動可能に設けられたダスト払い落し部材７と、ダスト払い落し部材７を冷却パイプ５の軸方向に往復移動させる往復移動機構９を有るものであって、往復移動機構９は、ダスト払い落し部材７を往復移動可能に保持すると共に冷却パイプ５の軸方向と交差方向に延出する保持部材１７と、冷却室３の側壁３ａに設けられて、保持部材１７が冷却室３側から延出して往復移動するのを可能にする開口部１９と、冷却室３内のガスが外部に漏れるのを防止するシール機構２１と、開口部１９から延出した保持部材１７を支持すると共に往復移動可能な移動体２２と、移動体２２を往復移動させる駆動手段２４とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＣＶＤ法（化学気相蒸着法）による浸珪処理により高濃度珪素鋼帯を製造する設備の排ガスを冷却するガスクーラ（排ガス冷却装置）のように、ダストを含む排ガス冷却用のガスクーラに関する。

上記高珪素鋼帯を製造する炉設備の排ガスには、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ₂ 以下、塩化鉄と称す）が含有されており、この物質は沸点1024℃、融点670℃の物性を有している。
この排ガスを炉内温度から融点以下まで急冷すると排ガス中に塩化鉄が微粉として生成する。そのため、排ガスをこの温度からさらにガスクーラで冷却する場合、ガスクーラには伝熱面のダスト除去装置が必要となる。ダスト除去装置が無いと冷却能力が低下するだけでなく、伝熱面に付着した塩化鉄により排ガス流路が閉塞し炉の運転が継続できなくなる。

そこで、このようなガスクーラには伝熱面を構成する冷却パイプ部に付着したダストを簡単に払い落すことができ、冷却パイプ部でのダストによる付着物の成長を防止することができる機構を有することが要望され、例えば特許文献１に開示された冷却パイプ付着ダストの払い落し機構を有するガスクーラが提案されている。

特許文献１に開示されたガスクーラは、「冷却パイプを摺動可能に嵌挿若しくは遊嵌挿し得る複数の挿通孔を有し、前記複数の冷却パイプに対し、その各挿通孔に冷却パイプが嵌挿若しくは遊嵌挿するようにして取り付けられるダスト払い落し板と、該ダスト払い落し板を冷却パイプの管軸方向に対して移動させる移動機構とからなる」（特許文献１の請求項１参照）ことを特徴とするものである。

移動機構として、特許文献１には、上記各ダスト払い落し板に、グランドパッキンおよびガスシール用ブッシュからなるシールを介して機内に挿入されたスライド軸の先端を接続し、このスライド軸をその長手方向でスライド移動させることにより、各ダスト払い落し板を冷却パイプ管軸方向にスライド移動させることが記載されている。より具体的には、移動機構に駆動装置（シリンダ装置）を用い、機外に延出した複数のスライド軸を連結板で連結し、この連結板に駆動装置たるシリンダ装置のロッドを接続することが記載されている。

実開平５−２７０４９号公報

特許文献１に開示されているように、各ダスト払い落し板は全面に多数の挿通孔を有しており、この挿通孔に多数の冷却パイプが遊貫され、これを往復移動させるというものである。
そして、ダスト払い落し板はガスが通過する冷却室に配置され、一方、これを駆動する駆動機構は冷却部屋の外側に配置されている。そのため、ガスが漏れ出さないようにシールをした駆動軸を機外側から冷却室内に挿通し、それを支持と直線運動の案内を行うことにより、冷却パイプの軸方向に沿う方向に往復移動させる必要がある。つまり、このような装置においては、シール性を維持しつつ直線移動をさせる必要がある。

しかしながら、払い落し板の荷重とダストの抵抗を受けながら往復移動をさせることから、スライド軸および駆動軸の撓みを防止するためこれらの軸やその支持部の剛性を高くする必要がある。また、シール効果を高めるために摺動部の密閉性を上げると、その分摺動抵抗が高くなるので、駆動力をより大きくする必要がある。
このため、従来のダスト払い落し板を駆動する駆動機構においては、安定した駆動を実現させるため装置全体が大型化していたという問題があった。
そこで、小型化が可能で、シール性と安定した駆動を両立させたガスクーラの開発が望まれていた。

なお、上記のような課題は、高珪素鋼板製造用ＣＶＤ処理設備の排ガス処理ラインに設けられるガスクーラに限られるものではなく、冷却室内に並列した複数の直管式の冷却パイプで構成される管群を有し、これらの管群に付着したダストを払い落す機能を有するガスクーラに共通する課題である。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、ダスト払い落し装置の小型化、軽量化が可能で、かつ排ガスの外部への漏れ出しを防止しつつ冷却パイプに付着したダストの安定的な払い落しが可能なガスクーラを提供することを目的としている。

（１）本発明に係るガスクーラは、ガスが流通する冷却室内に配置された水冷管群と、水冷管群の各冷却パイプの周面に往復移動可能に設けられたダスト払い落し部材と、該ダスト払い落し部材を前記冷却パイプの軸方向に往復移動させる往復移動機構を有するガスクーラであって、
前記往復移動機構は、
前記ダスト払い落し部材を前記冷却パイプの軸方向に往復移動可能に保持すると共に前記冷却パイプの軸方向と交差方向に延出する保持部材と、
前記冷却室の側壁に設けられて、前記保持部材が前記冷却室側から延出して前記冷却パイプの軸方向に往復移動するのを可能にする開口部と、
該開口部に設けられて、前記冷却室内のガスが外部に漏れるのを防止するシール機構と、
前記冷却室の外部に設けられて前記開口部から延出した前記保持部材を支持すると共に前記冷却パイプの軸方向と平行な方向に往復移動可能な移動体と、
該移動体を前記冷却パイプの軸方向と平行な方向に往復移動させる駆動手段とを備えてなることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記開口部を囲んで閉鎖空間を形成する周壁を有する小部屋を前記冷却室の外側部に有し、該小部屋には内部を冷却室内圧以上に保持するための不活性ガスが充填されており、
前記小部屋内に前記移動体が設けられていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記シール機構は、前記保持部材に設けられて、前記冷却室の内側から前記開口部を覆うシール板と、該シール板を開口部側に常時押圧する付勢手段とを備えてなることを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）乃至３のいずれかに記載のものにおいて、前記移動体は車輪を有する走行車であることを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記駆動手段は、ボールねじと該ボールねじを回転駆動するモータを備えてなり、前記ボールねじを回転させることで前記移動体を往復移動させるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明においては、ダスト払い落し部材を前記冷却パイプの軸方向に往復移動させる往復移動機構を、前記ダスト払い落し部材を前記冷却パイプの軸方向に往復移動可能に保持すると共に前記冷却パイプの軸方向と交差方向に延出する保持部材と、前記冷却室の側壁に設けられて、前記保持部材が前記冷却室側から延出して前記冷却パイプの軸方向に往復移動するのを可能にする開口部と、該開口部に設けられて、前記冷却室内のガスが外部に漏れるのを防止するシール機構と、前記冷却室の外部に設けられて前記開口部から延出した前記保持部材を支持すると共に前記冷却パイプの軸方向と平行な方向に往復移動可能な移動体と、該移動体を前記冷却パイプの軸方向と平行な方向に往復移動させる駆動手段とを備えてなる構成としたので、装置全体の小型化が可能で、かつ排ガスの外部への漏れ出しを防止しつつ安定してダストの払い落しが実現できる。
安定したダストの除去が可能になると、伝熱面の汚れによる効率低下を見込んだ伝熱面積に対する余裕率を低くとることができ、冷却装置全体を小型にすることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るガスクーラの要部を説明する説明図である。

本実施の形態に係るガスクーラ１を図１に基づいて説明する。
本実施の形態のガスクーラ１は、図１に示すように、ガスが流通する冷却室３内に並列して配置された多数本の冷却パイプ５と、冷却パイプ５の周面に摺動可能に設けられたダスト払い落し部材７と、ダスト払い落し部材７を冷却パイプ５の軸方向に往復移動させる往復移動機構９を有している。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜冷却室＞
冷却室３は、排ガスが流通する室であり、排ガスは、図１の矢印で示すように、冷却パイプ５に直交する下から上方向、または上から下方向へと流れる。
冷却室３の側壁３ａは、扉構造となっており、図の矢印で示すように開閉可能になっている。側壁３ａを開閉可能にすることで、ダスト払い落し部材７の交換等のメンテナンスや内部点検が容易になっている。

＜冷却パイプ＞
冷却パイプ５は冷却室３内に並列して多数本が配置された冷却水パイプ群を形成し、この冷却水パイプ群が複数段になるように設置されている。冷却パイプ５の内部には冷却水が通流しており、冷却パイプ５の周面に排ガスが接触することで排ガスが冷却される。

＜ダスト払い落し部材＞
ダスト払い落し部材７は、冷却パイプ５の周面に摺動可能に設けられている。
ダスト払い落し部材７は、図１に示すように、断面がＬ字のアングル材からなり、アングル材の片側の面にＵ字状の多数の切欠き部７ａが設けられている。そして、切欠き部７ａが設けられた面が縦方向になり、他の面が上側で横方向になるように配置された上側横面７ｂとなるように配置されている。切欠き部７ａには、冷却パイプ５が当接又は近接するように挿入されている。
ダスト払い落し部材７は、上段から下段の冷却パイプ５の全てに対応して設けられ、かつ冷却パイプ５の軸方向に所定間隔を離して複数設けられている。ダスト払い落し部材７が往復移動範囲を冷却パイプ５の全長にわたるようにすることで、冷却パイプ５におけるダストが付着している部位を摺動できるようになっている。

ダスト払い落し部材７の形状は特に限定されるものではなく、半円状の切欠きを有し、冷却パイプ５を上下から挟むようなものや、単なる棒状のようなものであってもよい。
なお、ダスト払い落し部材７を、図１に示すようなＬ字のアングル材で形成した場合には、下の段に配置されるアングル材の上側横面７ｂが上の段の冷却パイプ５の下面に当接又は近接するように配置することで、冷却パイプの下面側のダスト払い落しを行うことができるので好ましい。

＜往復移動機構＞
往復移動機構９は、ダスト払い落し部材７を冷却パイプ５の軸方向に往復移動させるものであり、ダスト払い落し部材７を保持する保持部材１７と、冷却室３の側壁に設けられ保持部材１７が挿通される開口部１９と、開口部１９をシールするシール機構２１と、保持部材１７を支持して冷却パイプ５の軸方向と平行な方向に往復移動可能な移動体２２と、移動体２２を駆動する駆動手段２４とを備えている。

なお、本実施の形態では、冷却室３の外側部に開口部１９を囲んで閉鎖空間を形成する周壁２３ａを有する小部屋２３が設けられており、この小部屋２３に往復移動機構９の主な構成要素が収容されている。図１では、小部屋２３は冷却室３の片側のみのものが図示されているが、小部屋２３は冷却室３の反対側にも設けられており、反対側の小部屋にも同様の往復移動機構９の主な構成が収容されている。
小部屋２３には、例えば窒素ガス等がパージされ、冷却室３の内圧よりも小部屋２３の内圧が高くなるように窒素ガス等を充填して、シール機構２１から排ガスが小部屋２３に漏れ出すのをより確実に防止している。
以下、往復移動機構９の各構成を詳細に説明する。

《保持部材》
保持部材１７は、ダスト払い落し部材７を冷却パイプ５の軸方向に往復移動可能に保持すると共に冷却パイプ５の軸方向と直交方向に延出して、その端部が冷却室３の側壁３ａから外側に突き出ている。
なお、本実施の形態の保持部材１７は、冷却パイプ５の軸方向に直交方向に延出しているが、必ずしも直交する必要はなく、冷却パイプ５の軸方向に交差する方向に延出して、端部が冷却室３の側壁３ａから突出していればよい。

保持部材１７は、図１に示すように、冷却パイプ５の軸方向に所定の幅を有する板状体からなり、冷却パイプ５の軸方向の剛性が高くなっている。そのため、ダスト払い落し部材７が冷却パイプ５の周面を摺動する際の摺動抵抗による応力を受けた場合にも撓みにくくなっている。

《開口部》
開口部１９は、冷却室３の側壁３ａに設けられ、冷却パイプ５の軸方向に延びる長孔状に形成されている。開口部１９の幅は、保持部材１７が挿入可能な幅に設定され、開口部１９の長さは保持部材１７の往復移動範囲と同等程度に設定されている。

《シール機構》
シール機構２１は、保持部材１７に取り付けられて、冷却室３の内側から開口部１９を覆うシール板２５と、シール板２５を開口部側に常時押圧する付勢手段とを備えてなる。
シール板２５における冷却室３の開口部１９側のシール面２５ａは、テフロン（登録商標）加工がされており、耐食性を有すると同時に冷却室３との摩擦力を低減して円滑な動きが可能になっている。
保持部材１７におけるシール板２５の冷却室３側には、シール板２５と所定の隙間を介して反力板２６が取り付けられており、反力板２６にはシール板２５を開口部１９側に常時押圧する付勢手段としてのバネ装置２８が設置されている。

シール板２５によって開口部１９が冷却室３側から覆われ、かつシール板２５が開口部１９側に押圧された状態で保持部材１７と共に移動するので、開口部１９は常時シールされ、排ガスが冷却室３から漏れるのが防止されている。
なお、後述するように、保持部材１７は移動体２２によって支持されているので、シール機構２１にダスト払い落し部材７の荷重が作用することはない。

《移動体》
移動体２２は、冷却室３の外部の小部屋２３内に設けられて開口部１９から延出した保持部材１７の端部を支持すると共に冷却パイプ５の軸方向と平行な方向に往復移動可能になっている。
移動体２２は、保持部材１７が載置されることで、保持部材１７を保持しており、その荷重は、移動体２２の下部に設けられた車輪２９によって支持されている。
このように、保持部材１７を移動体２２によって支持し、移動体を往復動させるようにしたので、保持部材１７の往復動に要する駆動をボールねじ３３の回転とスクリュスリーブ４０で行うため駆動トルクが小さくてよく、駆動装置全体を小型化できる。
特に、本実施の形態の移動体２２は、小部屋２３内に冷却パイプ５の軸方向と平行な方向に延びるように設けられたレール２７上を走行する車輪２９を有する走行車によって構成したので、移動体２２の走行を円滑にでき、ダスト払い落し部材７の往復移動を極めて小さな駆動力で実現できる。
なお、本発明の移動体２２は、車輪を有するものに限られず、冷却パイプの軸方向と平行な方向に円滑に移動可能なものであれば、他の態様でもよく、例えばレール状をスライドするようなものであってもよい。

《駆動手段》
駆動手段２４は、移動体２２を冷却パイプ５の軸方向と平行な方向に往復移動させるものであり、モータ３５と、モータ３５の回転軸３７にカップリング３９を介して接続されたボールねじ３３と、移動体２２に設けられてボールねじ３３が螺合するスクリュスリーブ４０を備えており、モータ３５によってボールねじ３３を回転させることで移動体２２がボールねじ３３の軸線に沿って往復移動するようになっている。

なお、図１に示すように、モータ３５は小部屋２３の外側に設置され、ボールねじ３３における軸部が小部屋２３の外側から内側に貫通している。なお、モータはサーボモータを採用することにより移動の精度確保とプログラム作動が可能になる。
上述したように、小部屋２３には窒素ガス等がパージされているため、ボールねじ３３の軸部が貫通する部位から窒素ガス等が漏れないようにシールする必要があるが、ボールねじ３３の軸部は回転軸であり、往復直動する軸部のシールに比べて容易かつ確実にシールができる。

以上のように構成された本実施の形態のガスクーラ１の動作を説明する。
ダストを含んだ排ガスが冷却室３内を冷却パイプ５の軸線方向に交差するように流通し、排ガスは冷却パイプ５の表面に触れることで冷却される。
ガスクーラ１を稼働していると冷却パイプ５の表面にダストが付着するので、駆動手段２４を駆動して、往復移動機構９によってダスト払い落し部材７を冷却パイプ５管軸方向（水平方向）に往復移動させる。
各冷却パイプ５はダスト払い落し部材７に接触又は近接しているので、ダスト払い落し部材７の往復移動により冷却パイプ５の表面に付着しているダストが払い落される。払い落されたダストはクーラの下方のダスト受け（図示なし）に落下し、適当な量のダストが溜まったときに外部に排出される。

以上のように、本実施の形態によれば、ダスト払い落し部材７は、保持部材１７によって保持され、保持部材１７は移動体２２によって支持されてボールねじ３３とスクリュスリーブ４０で構成される移動ユニットにより、ボールねじ３３の回転が冷却パイプ５の軸方向の往復動に変換されるので、小さな駆動トルクで円滑に行うことができ、駆動装置の小型化が可能な構造になっている。
また、冷却室３の側壁３ａに設けられた開口部１９はシール機構２１によってシールされ、かつ開口部１９は小部屋２３に囲まれて、該小部屋２３内には窒素ガス等のパージガスが充填されているので、排ガスが外部に漏れることもない。
このように、本実施の形態のガスクーラは、ダスト払い落し部材７の円滑な駆動と、排ガスのシールを両立させている。

１ ガスクーラ
３ 冷却室
３ａ 側壁
５ 冷却パイプ
７ ダスト払い落し部材
７ａ 切欠き部
７ｂ 上側横面
９ 往復移動機構
１７ 保持部材
１９ 開口部
２１ シール機構
２２ 移動体
２３ 小部屋
２３ａ 周壁
２４ 駆動手段
２５ シール板
２６ 反力板
２５ａ シール面
２７ レール
２８ バネ装置
２９ 車輪
３３ ボールねじ
３５ モータ
３７ 回転軸
３９ カップリング
４０ スクリュスリーブ

Claims (5)

1. ガスが流通する冷却室内に配置された水冷管群と、水冷管群の各冷却パイプの周面に往復移動可能に設けられたダスト払い落し部材と、該ダスト払い落し部材を前記冷却パイプの軸方向に往復移動させる往復移動機構を有するガスクーラであって、
   前記往復移動機構は、
   前記ダスト払い落し部材を前記冷却パイプの軸方向に往復移動可能に保持すると共に前記冷却パイプの軸方向と交差方向に延出する保持部材と、
   前記冷却室の側壁に設けられて、前記保持部材が前記冷却室側から延出して前記冷却パイプの軸方向に往復移動するのを可能にする開口部と、
   該開口部に設けられて、前記冷却室内のガスが外部に漏れるのを防止するシール機構と、
   前記冷却室の外部に設けられて前記開口部から延出した前記保持部材を支持すると共に前記冷却パイプの軸方向と平行な方向に往復移動可能な移動体と、
   該移動体を前記冷却パイプの軸方向と平行な方向に往復移動させる駆動手段とを備えてなることを特徴とするガスクーラ。
2. 前記開口部を囲んで閉鎖空間を形成する周壁を有する小部屋を前記冷却室の外側部に有し、該小部屋には内部を冷却室内圧以上に保持するための不活性ガスが充填されており、
   前記小部屋内に前記移動体が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガスクーラ。
3. 前記シール機構は、前記保持部材に設けられて、前記冷却室の内側から前記開口部を覆うシール板と、該シール板を開口部側に常時押圧する付勢手段とを備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスクーラ。
4. 前記移動体は車輪を有する走行車であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスクーラ。
5. 前記駆動手段は、ボールねじと該ボールねじを回転駆動するモータを備えてなり、前記ボールねじを回転させることで前記移動体を往復移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガスクーラ。