JP4157534B2 - 高温空気加熱器 - Google Patents

Description

本発明は、高温空気加熱器、より詳しくは、塩素や塩化水素などの腐食性物質を含む高温の燃焼排ガスから熱を回収するために用いられる高温空気加熱器に関するものである。

従来、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物の焼却炉においては、ごみや廃棄物の焼却処理で発生する高温（例えば１０００〜１１００℃）の燃焼排ガスの熱エネルギーを回収して有効利用を図るために高温空気加熱器が設けられている。この高温空気加熱器は、伝熱管内に被加熱流体である低温空気を流通させるとともに、その外側に高温の燃焼排ガスを流して熱交換し、高温空気として熱回収するものである。

ところで、この種の燃焼排ガスは、一般的に塩素や塩化水素などの腐食性物質を含むものであるため、高温空気加熱器を構成する伝熱管を金属材料で形成することが出来ない。かかることから、伝熱管を多重管構造とし、金属性の外管を耐火物質で被覆することや外管自体を耐火物質で形成することなどが行われている。本特許出願人は、その一つを特開２００５―１６８８３号（特許文献１）として先に提案した。

すなわち、図７および図８に示すように高温空気加熱器１は、廃棄物を処理した燃焼ガスＧ１が鉛直方向上向きに流れている煙道２の天井壁３に貫通され吊り下げて設けられた伝熱管４を複数本（例えば１００本〜１４０本）配置して構成されている。

この伝熱管４は、金属製の内管５、この内管５の下端に支持された金属製の支持部材６、この支持部材６に載置され、内管５を包囲して設けられたセラミック製または耐火材製の外管７とを有して２重構造に構成されている。

そして、内管５は、上端が被加熱空気ａ１の入り口管８に連結され、その下端部には連通孔９が設けられるとともに下端には支持部材６が取り付けられて閉鎖されている。

外管７は、複数の単位セラミック管または耐火物管７ａ〜７ｎを積層したもので、最下端の外管７ｎは支持部材６との接触面積を確保するために上方が肉厚に構成されている。そして、この外管７の下端、具体的には、セラミック管または耐火物管７ｎの下端には筒体１０が接続されるとともに、この筒体１０の下端に蓋体１１が取り付けられて筒体１０内に間隙部１２が形成されている。もちろん、この筒体１０および蓋体１１は何れもセラミックスまたは耐火物で形成され金属製の支持部材６と燃焼排ガスＧ１とが接触して酸化されることを防止している。
特開２００５―１６８８３号公報

ところで、前記したような従来の高温空気加熱器においては、被加熱空気の流動抵抗が大きいため送風機の容量が大きくなるばかりでなく筒体１０の肉厚が薄いため耐久性に欠けるものとなっている。より詳しくは、外管７を構成するセラミック管または耐火物管７ｎを厚肉としているため、外管７と内管５とで形成される風路１３は、ここで絞られるこことなり、その結果、被加熱空気ａ２抵抗が大きくなっている。

一方、筒体１０は伝熱管４を組み立てる場合、支持部材６をこの筒体１０内に挿入するため、その肉厚が薄くなってしまう（図８参照）。ところで、この筒体１０は、アルカリの硫酸塩や塩化物、酸素、水蒸気等の腐食性の高い成分を含んだ燃焼排ガスＧ１に高温で曝されるため損耗が生じることとなり、そのため耐久性が欠けることとなっている。

本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、請求項１に記載の発明は、燃焼排ガスの流路内に吊り下げられかつ下端に金属製の支持部材を取り付けるとともに下端部に連通孔を有する金属製の内管と、 下端部に大径部を有しその下端に開口を有する筒体を延設した耐火物製の外管と、前記筒体の開口を閉鎖する閉鎖部材よりなり、
前記筒体をその開口および内径が前記支持部材の径より大であって、その外径が前記外管の外径より大であり、かつその肉厚が少なくとも外管の肉厚より大となるようにし、前記支持部材の径を前記外管の内径より大となすように構成するとともに前記外管内の上下方向にほぼ均一な所定の間隔を有するように内管を配置し、前記支持部材上に前記外管の下部を載置して支持するように構成した高温空気加熱器を提供するものである。

前記構成を採用した高温空気加熱器によれば、外管の下端部を大径としているため肉厚が大となり、外管の下端が支持部材に接触する面積を十分に確保したとしても内管と外管との間隙、すなわち風路を上下方向に均一に構成することができる。

その結果、被加熱空気の抵抗を減少させることができる。加えて、この外管の下端に延設される筒体の肉厚を少なくとも外管の上部の肉厚より大なるように構成しているため、この筒体の耐久性が向上し、外管に先行して損耗する恐れがなくなる。

さらに筒体の内径と開口の径を支持部材の径より大となるよう構成しているため、伝熱管の組み立てが容易なものとなる。

また、請求項２に記載の発明は、支持部材と閉鎖部材との間に間隙部を設け、この間隙部が内管または外管内の何れか一方と連通する如く構成されてなる高温空気加熱器である。

このように構成された高温空気加熱器によれば、支持部材と閉鎖部材と筒体とで形成される間隙部内に被加熱空気の一部を供給することとなるため、この間隙部内を昇圧することができる。その結果、この間隙部内へ燃焼排ガスの侵入を防止することができるので、金属製材料で形成された支持部材の腐食を防止することができる。

さらに、請求項３に記載の発明は、支持部材と閉鎖部材との間に「間隙部」を設け、該間隙部に被加熱空気を流通させるように構成した高温空気加熱器である。

このように構成された高温空気加熱器によれば、支持部材と閉鎖部材と筒体とで形成される間隙部内に被加熱空気の一部を流通させることとなるため、、この間隙部内へ燃焼排ガスの侵入を防止することができる。従って、金属製材料からなる支持部材の酸化腐食を防止することができて高温加熱器の寿命を延長できる。また、被加熱空気が比較的低温（例えば６００℃程度）で流動するため、筒体と閉鎖部材との過度な昇温を抑制することができ、この筒体や閉鎖部材の損耗を防止できるため耐久性をより向上させることができる。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、閉鎖部材が蓋体で構成され、この蓋体は筒体の下端に着脱可能な如く取り付けられてなる高温空気加熱器である。

このように構成された高温空気加熱器によれば、筒体の下端の開口から支持部材を挿入することができるため、伝熱管の組み立てが容易であるばかりでなく、必要によりこの蓋体を取り外すことができるため保守点検作業が容易になる。

請求項５に記載の発明は、蓋体と筒体の下端との間に耐熱シール材を配置してなる高温空気加熱器である。

このように構成された高温空気加熱器によれば、筒体と蓋体と支持部材とで形成される間隙部のシール性を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、径の異なる複数の耐熱シール材を配置してなる高温空気加熱器である。

このように構成された高温空気加熱器によれば、筒体と蓋体と支持部材とで形成される間隙部のシール性をより一層向上させることができ、そのため支持部材の腐食防止効果を向上させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明による高温空気加熱器によれば、内管と外管との間の間隙、すなわち風路を上下方向にほぼ均一に構成することができるため、被加熱空気の抵抗を減少させることができる。

また、外管の下端に延設される筒体の肉厚を大なるように構成したので、その耐久性を向上させることができるのである。

以下、図１乃至図５を参照して本発明のよる高温空気加熱器の実施例を説明する。

図１は、高温空気加熱器を構成する伝熱管２１の要部の側断面図であって、この伝熱管２１は、金属製の内管２２と支持部材２３、セラミックス製または耐火材料製の外管２４と筒体２５と蓋体２６とによって構成されている。

詳述すれば、金属製の内管２２の上部は図示しない被加熱空気の入り口管に連結されるとともに、その下端部には連通孔２７が設けられ、この連通孔２７により内管２２内の風路２８と内管２２と外管２４との間に形成される風路２９とが連通するようになっている。

そして、この内管２２の下端に固定されている支持部材２３に貫通孔３０を開口し、かつ後述する外管２４の内径ｄ１より大なる径ｄ２を持って形成された金属製の支持部材２３が取り付けられている。

外管２４は、複数のセラミック管または耐火物管２４ａ〜２４ｎを同軸上に積層し，公知の耐熱性接着剤で接着され、その上部は、図示しない被加熱空気排出管に連結されている。この外管２４の内径ｄ１は、上部から下部までをほぼ均一となるように構成されるとともに、この外管２４を構成しているセラミック管または耐火物管２４ａ〜２４ｎの内、特に最下部のセラミック管または耐火物管２４ｎの下端部には大径部Ｃが形成されている。

そしてこのセラミック管または耐火物管２４ｎの下端部における肉厚ｔ１が外管２４の肉厚ｔ２として、支持部材２３を介して外管２４を確実に支持するのに十分な支持を構成するような肉厚ｔ３となるよう設定される。

そして、この外管２４を構成するセラミック管または耐火物管２４ｎの下端には、他のセラミック管または耐火物管２４ａ〜２４ｃと同様に，セラミックスまたは耐火物で形成された筒体２５がセラミック管または耐火物管２４ｎと一体的に設けられている。この筒体２５の肉厚ｔ１は、少なくとも外管２４の肉厚ｔ２とほぼ等しく、好ましくはｔ２より僅かに大きくなるように構成され、その下端には支持部材２３の径ｄ２より大きな径ｄ３を有する開口３１が形成され、かつ図２にも示されるように、周方向に複数の切欠部３２を有する係合部Ｋが形成されている。

前記筒体２５の下端の開口部３１を閉鎖する閉鎖部材としての蓋体２６は，外管２４および筒体２５と同じくセラミックスまたは耐火物で構成され突起部３３を有する係合部が設けられ、このこの突起部３３が切欠部３２に嵌合した後、所定の回転させることにより取り付けることができるようになっている。

そして、この蓋体２６を取付ると、筒体２５の下部の内部に間隙部３４を形成し、この間隙部３４を閉鎖している。３５は、筒体２５と蓋体２６との間に配置された耐熱シール材で、この耐熱シール材３５は、例えばセラミック製シート材が用いられる。

前記構成において、内管２２内の風路２８に供給された被加熱空気ａ１は、下部の連通孔２７から風路２９に流出し、外管２４から供給される熱で加熱された被加熱空気ａ２となり、風路２９内を上昇して図示しない排出管から所定の熱分解炉等へ送られる。

一方、被加熱空気ａ１の一部は金属製の円板状の支持部材２３に開口された貫通孔３０より間隙部３４内に供給され、この間隙部３４内を昇圧させる。したがって、この間隙部３４内に侵入しようとする燃焼排ガスＧ１の侵入は排除されるので、金属製の支持部材２３の酸化腐食を防止することができる。

そして、外管２４を構成するセラミック管または耐火物管２４ａ〜２４ｎの内、特に最下部のセラミック管または耐火物管２４ｎの下端部には大径部「Ｃ」が形成され、この下端部での外管２４の肉厚を他のセラミック管または耐火物管２４ａ・・と同様に保持しながら、その内部に支持部材２３の接触面積を確保するような支持面「Ｄ」が形成されるため、外管２４の支持を確実にするとともに、風路２９を形成する外管２４の内径ｄ１が、上下方向にほぼ均一にすることができるので、被加熱空気ａ２の抵抗を減少させることができる。

さらにまた、筒体２５の肉厚ｔ１を、少なくとも外管２４の肉厚ｔ２とほぼ等しいかまたはそれ以上としているため、この筒体２５の耐久性を向上させることができる。

この実施例において重要な点は、外管２４を構成するセラミック管または耐火物管１４ｎの下端部に拡大部「Ｃ」を設けるとともに、筒体２５の肉厚「ｔ１」を、少なくとも外管２４の肉厚「ｔ２」とほぼ等しいか、またはそれ以上とし、かつ前記筒体２５の下部の開口３１およびその内径部分を支持させる支持部材２３の径より大としたことにある。

したがって、前記構成を逸脱しない範囲で、種々な構成要素を変更することができる。

例えば、外管２４を図３に示すように、セラミック管または耐火物管２４ａから２４ｄに向かって外径ｄ４が順次大径となるように構成してもよい。この場合は、燃焼排ガスＧ１の流れに悪影響を与えないため好ましい。

図４は、他の実施例を示すものであって、風路２９から被加熱空気ａ１を供給し、連通孔２９から内管の内部２８に流入させ、内管２２の内部を上昇するように流す構造である。この場合、支持部材２３に間隙３４と風路２９とを通過させる貫通孔３６ａ、３６ｂを設けたものである。

図５は、さらに他の実施例を示すものであって、支持部材２３に間隙部３４と、風路２８および風路２９とをそれぞれ連通させる貫通孔３７ａ、３７ｂを設けたものである。この場合は、比較的低温の被加熱空気ａ１の一部を間隙３４内に流入させ、その後、風路２９に流入させることによって筒体２５等を減温させることができる。

図６は、さらに他の実施例を示すものであって、筒体２５と蓋体２６との接触面には、例えば、セラミック系粒子からなる大径の耐熱シール材３８と、例えばセラミックファイバー製シート状で小径の耐熱シール材３９とが二重に配置されている。したがって、間隙３４のシール性を向上させることができる。

本発明による高温空気加熱器の要部の側断面図である。 図１のＡ―Ａ矢視図である。 本発明による高温空気加熱器の他の実施例における要部の側断面図である。 本発明による高温空気加熱器のさらに他の実施例における要部拡大側面図である。 本発明による高温空気加熱器の、更ににまた他の実施例における要部拡大側面図である。 本発明による高温空気加熱器の更に他の実施例における断面図である。 煙道に設けた高温空気加熱器の説明図である。 従来の高温空気加熱器の断面図である。

符号の説明

１・・・・・高温空気加熱器 ２・・・・・煙道
３・・・・・天井壁 ２１・・伝熱管
５、２２・・内管 ６、２３・・支持部材
７、２４・・外管 ８・・・・・入り口管 ９、２７・・連通孔 １０、２５・・筒体
１１、２６・・蓋体 １２、３４・・間隙部
１３、２８、２９・・風路
３０、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ・・貫通孔
３１・・・・開口 ３２・・・・切欠部
３３・・・・突起部
３５、３８、３９・・耐熱シール材

Claims (6)

1. 燃焼排ガスの流路内に吊り下げられかつ下端に金属製の支持部材を取り付けるとともに下端部に連通孔を有する金属製の内管と、
   下端部に大径部を有しその下端に開口を有する筒体を延設したセラミック製または耐火材製の外管と、
   前記筒体の開口を閉鎖する閉鎖部材よりなり、
   前記筒体をその開口および内径が前記支持部材の径より大であって、その外径が前記外管の外径より大であり、かつその肉厚が少なくとも外管の肉厚より大となるようにし、
   前記支持部材の径を前記外管の内径より大径に構成するとともに
   前記外管内の上下方向にほぼ均一な所定の間隔を有するように内管を配置し、前記支持部材上に前記外管の下部を載置して支持するように構成したことを特徴とする高温空気加熱器。
2. 支持部材と閉鎖部材との間に間隙部を設け、該間隙部が内管または外管内の何れか一方と連通する如く構成されてなる請求項１記載の高温空気加熱器。
3. 支持部材と閉鎖部材との間に間隙部を設け、該間隙部に被加熱空気を流通させるように構成してなる請求項２記載の高温空気加熱器。
4. 閉鎖部材が蓋体で構成され、該蓋体は筒体の下端に着脱可能な如く取り付けられてなる請求項１乃至３に記載の高温空気加熱器。
5. 蓋体と筒体下端との間に耐熱シール材を配置してなる請求項１乃至４に記載の高温空気加熱器。
6. 径の異なる複数の耐熱シール材を配置してなる請求項５記載の高温空気加熱器。

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