JP5113829B2 - 当板を有する液冷式火格子／火床 - Google Patents

Description

たとえば欧州特許第０ ６２１ ４４９号に示されているように、家庭廃棄物燃焼／焼却用の液冷式火格子／火床の構造は今日まで、オーバラップした段状の構成（arrangement）にある火格子に組み立てられる水冷式火格子板を備えてきた。各火格子板レベル（level：段）は、火格子に載置されている燃焼材料の攪拌（stir-up）及び輸送移動を生じさせるために、火格子全体の運転方向に前後に移動させることができる。

上記液冷式火格子板（platesare）は、約１０ｍｍ〜約１２ｍｍの厚みの鋼から成り、面取りされ（chamfered：丸められ）、次いで２つの半殻体（semimonocoque）／殻体（shell）によって共に溶接され、冷却水、適切なオイル又は、特定の成分が添加されている冷却液を含む冷却液が貫流することができる中空空間を形成する。表面はＨａｒｄｏｘから製造されてもよいが、これは、Ｈａｒｄｏｘが通常の鋼よりはるかに硬く、したがって、耐摩耗性がより高いためである。しかしながら、Ｈａｒｄｏｘは、温度変化により敏感であり、約２８０°の温度で柔らかくなる。鋼製の上記火格子板は、製造費用が比較的高く、２つの殻体の溶接はリスクを伴う。Ｈａｒｄｏｘの温度は約２８０°に達してはならず、Ｈａｒｄｏｘは当該温度までしか硬度を維持できないため、Ｈａｒｄｏｘ材料の硬度低下を回避すると共に連続的に熱を溶接点から放散するように、溶接は湯煎で行われる。溶接後、火格子板はドレッシング（dressing）作業を必要とするが、これは、溶接によって限定的な局所領域に高温がもたらされ、且つ火格子板の内部が大きな温度勾配を受けることから、火格子板が歪みを受けることを回避できないためである。

ドイツ特許第１９６ １３ ５０７ Ｃ１号に示されているように、カスケード状にオーバラップした火格子板が接触していると共にこれらの前進運動によって摩耗が生じる、火格子板の上側にある地点に、別個の当板が設けられる。別個の当板を、必要な場合に交換することができ、それによって、火格子板の底部構造体をさらに使用することができる。ドイツ特許第１９６ １３ ５０７ Ｃ１号では、当板を底部構造体に溶接することによってその上に直接配置することができる。

米国特許第６，２６６，８８３号はまた、火格子板が、当板として機能する比較的薄い支持板を含み、当該支持板を選好によって火格子板の縁に沿って溶接することによって火格子板に固定し、それによって、耐摩耗性の高い表面を形成するという解決策を示している。上記当板に宛がわれる材料は、特に耐摩耗性のある合金から成る圧延鋼であり、これは次いで、焼き戻しによって硬化されるか又は特に硬い表層でコーティングされる。上記鋼は、市販されているらしいが、特定の機械構造のためにしか利用できず、火格子板の状況では利用できないと言われている。

上記解決策は当板を冷却式火格子板に直接位置付けることによって、これらを利用してきた。これらの当板は、肉眼で見ると冷却式火格子板と完全な接触（full contact）を行っているが、当板から冷却式火格子板への伝熱は厳しく制限されていることは明らかである。この結果、下にある冷却式火格子板に影響を及ぼす液冷の効率が低下する。顕微鏡で見ると、一方で、当板の下側及び冷却式火格子板の上側が平らでなく、他方で、多くの小さな空隙があり、これらの火格子板は実際には、顕微鏡によって検査するといくつかの地点で、すなわち少数の隆起部分で互いに接触しているにすぎない。これらは、上記地点でしか完全な接触を有しておらず、効率的な伝熱は当該地点でしか可能でないと共に、他のすべての場所では空隙は断熱効果を有している。

したがって、本発明の目的は、温度に影響されにくい（temperature-insensitive：温度不感型の）安価な鉄又は鋼から製造されることができるが、交換可能な当板を設けられることによって所望の耐摩耗性を有すると同時に、当板から液冷式火格子板又は厚板（plank）への実質的に改善した伝熱を可能にし、そのため、当板が位置付けられるにもかかわらず冷却効果がほとんど制限されない、火格子板及び厚板から成る液冷式火格子を提供することである。

上記目的は、液冷式火格子であって、液体が貫流しているいくつかの火格子板と、側方厚板（lateral plank）とから成り、当該側方厚板の表面にはそれぞれ、液冷式火格子板及び／又は当該側方厚板に伝熱様式で接続される１つ又は複数の当板が設けられ、当該火格子には熱伝導率の高いフィルムが設けられ、当該フィルムは当板と液冷式火格子板及び側方厚板との間にクランプされ、当板から液冷式火格子板及び側方厚板への伝熱を可能にし、且つ当板は液冷式火格子板及び側方厚板に取り外し可能に接続される、液冷式火格子によって果たされる。

本発明の詳細が図面にさらに記載されており、その機能を説明している。

上記液冷式火格子の設計のために使用される別個の当板を有する上記液冷式火格子板は、概ね従来のものと同一であるが、但し、構造材料は、必ずしも焼入れされてから引きだされた鋼である必要はなく、たとえば鉄、構造鋼、鋳鉄又はこれらの任意の組合せである。したがって、図１に示される上記液冷式火格子板は、たとえば中空体として設計されることによって、冷却液用の供給及び排出管を有する、媒体が貫流することができる本体２を形成する。上記冷却液は主に水であるが、オイル、又は特定の添加剤を含むオイル若しくは水であってもよい。上記火格子板は、たとえば中空空間を包囲する２つの殻体を互いに溶接することによって製造される。使用される鋼が問題なくより高い温度に耐性を有するため、このような溶接は湯煎で行われる必要がない。材料として使用される鋼の特性のおかげで歪みのおそれも大幅に減少する。媒体が貫流することができる本体２は、適切な穴が開けられているか又は内部に中空空間が設けられている固体板からなっていてもよい。

所望の耐摩耗性を有する上記板を提供するために、その表面は、あらゆる通常の構造鋼よりもはるかに硬い必要がある。提案される解決策は、火格子板の上面に、燃焼材料と接触を行う少なくとも１つの別個の当板１を設けることである。上記当板１のために使用される材料は、十分に硬く、いくらかの機械強度を有し、且つ下にある板を通じて冷却されることによってその硬度が低下しない温度で維持されることができる任意の材料とすることができる。たとえば、ハードックス（Ｈａｒｄｏｘ）鋼が、当板の構造に特に適している。最も重要なことは、上記当板１が、最適な伝熱を可能にするように、液体が貫流することができる本体２と接触することである。たとえば、５ｍｍ〜１０ｍｍの厚みの当板１は、液体が貫流することができる本体２上に配置され、確実又は不確実な形態で（in a positive of non-positive form）当該本体２にボルト締め、リベット締め、クランプ、又は糊付けされる。この目的のために、当板には、ボルトの頭部が当板の表面と同じ高さになるように穴４が開いている。当板１から液冷式鋼構造体２への良好な伝熱を保証するために、適切な伝熱材料３が、当板１と液冷式本体２との間のクランプ位置に挿入及び保持される。この材料３の目的は、あり得る非平坦性、完全な接触、密接な機械的な接続、並びに当板１及び火格子板２間の伝熱の補正である。優良な伝熱材料は、たとえば、いわゆる熱伝導率の高いソフトシリコーン箔である。これらのソフトシリコーン箔は、伝熱セラミック材料が充填されていることに起因して非常に高い柔軟性を有する。これらは、異なる公差及び平らでない領域に起因して、２つの継手部品からケーシング又は冷却本体まで、より長い距離にわたって熱を放散させるのに特に適している。高温耐性、化学的強度及び高誘電強度を含む、基本材料としてのシリコーンのすべての利点を本発明において活用することができるが、高誘電強度は、本願において特に必要とされる特性ではない。

ソフトシリコーン箔は、かなりの度合いまで圧縮されることができ、したがって、温度に関して言えば（from thermal view）、多数の平らでない領域及び公差が示される熱源及びヒートシンクを最適に接続する。シリコーンの優良な形状適合特性によって、接触領域が拡大され、熱接続（connection：接触）を実質的に改善するであろう。かけられる圧縮は比較的低く、箔の非常に高い弾力性によって、機械的な吸収特性がいくらか追加される。上記ソフトシリコーン箔は、これらの熱特性により、電子部品をＳＭＤプリント回路基板上に集積するための、熱に関する理想的な解決策として使用されてきた。上記ソフトシリコーン箔は、２つの材料間の全体的な熱接触抵抗を大幅に低減するための手段である。そのようなソフトシリコーン箔は、たとえば、Kunze Folien GmbH Raiffeisenallee 12a, D-82041 Oberhaching(www.heatmanagement.com)により提供されており、ここでは、ＫＵ−ＴＤＦＤの熱伝導率の高いソフトシリコーン箔として入手可能である。これらは、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ及び３ｍｍといったいくつかの厚みで入手可能である。これらの箔材料の熱伝導率は、２．５Ｗ／ｍＫであり、当該箔は、−６０℃〜＋１８０℃の温度範囲で使用可能である。したがって、冷却式火格子板が常に５０℃未満の温度に維持されるため、廃棄物燃焼用火格子の当板とその冷却式火格子板本体との間に当該箔を使用することが可能である。

硬い当板１の使用に関する最も重要な成果のうちの１つは、これらの耐熱応力性を超えず、且つ約５０℃の動作温度を有する中空の鉄板２の内部に液体を流すことによってこれらを冷却することでこれを達成することができることである。したがって、Ｈａｒｄｏｘ当板１から鉄板２への十分な放熱を保証する必要がある。これは、上記のように、当板と冷却式火床（grate）との間にソフトシリコーン箔を挿入することによって可能になるであろう（図１に示す）。ソフトシリコーン箔３は火床２上に配置され、当板１は最上に配置される。当板１は、その前側を面取りされ、焼却される材料に面する火床２の上側及び前側の全体を覆う。

図２は、３つの別個の当板を有する火床を示しており、この３つの別個の当板は、互いに完全な接触を行うように互いに隣り合って配置されているため、これらの間にある残りの継手を除けば、１つの単一な連続した火格子表面を形成している。より大きな火格子表面の場合には、いくつかの部分（items）に当板を細分することが得策であり、これによって、これらを火格子に組み立てること、及びこれらを火格子から取り外すことも容易になり、当板の個々の部品が軽量になる。

図３で分かるように、当板は火格子板２によって支持される。当該支持のためにねじ込み式接続を用いることができる。この図では、当板内に皿頭（countersunk head）開口を有するいくつかの穴４を見ることができる。冷却式火格子板は、同一にアライメントされた穴を有する。これらは、封止するように殻体内に錫５を溶接することによって形成される（manufacture）ことができ、これは半殻体（half-shell）表面を包囲することになる。錫５を溶接した後、次いで、殻体内の穴４にこれらの端を係合しながら殻体表面を封止するように殻体を共に溶接する。ここで、適当な穴を有するソフトシリコーン箔をこれらの間に挿入して、当板及び冷却式火格子板２を互いにねじ締めする。図の右側に示されるように、角さら／皿ねじ６を上方から当板１にねじ込み、ソフトシリコーン箔２及び火格子板２の錫５を通ってこれらを貫通し、次いで、これらを火格子板２の下からカウンタナット７によって締結する。これによって、火格子板２の方向においていくつかの地点で、当板１が下からしっかりと支持され、また、完全な接触及び確実な嵌め合いによってソフトシリコーン箔がクランプされ、したがって、最適な伝熱が保証されるであろう。伝熱がこのようなソフトシリコーン箔の挿入がない場合に比べて最大５倍増加したことが試験によって証明されている。ねじ込み式接続に対する代替的な手段として、当板をリベット留めしてもよく、又はこの図の左側のように、ねじの代わりに皿頭のボルト８を使用してもよく、これらのボルト８は、これらの端部に交差スリット９を有しており、そのため、楔１０を一方の側からこのスリット９内に叩き入れるのにハンマーがあればよい。楔１０の反対側にハンマーを叩きつけるだけで接続を解除することができ、これは、大きなカウンタナットをねじ戻すよりもはるかに容易且つ迅速であろう。

シリコーン箔又はソフトシリコーン箔の代わりにシート銅を使用することも可能である。銅は柔らかい材料であると共に伝熱特性に優れている。銅は、水冷式火格子板と、これらによって支持される当板との間にクランプされるのに同様に適しており、その柔らかさに起因して、当板及び火格子板の外郭に沿ってよく密着する。上記はすべて、同様に水冷式火床の側方厚板の構造（equipment：設備）に適用される。上記側方厚板は今日まで、水冷式中空体から製造されてきた。

図４は、２つの火格子区画（section）Ｒ（＝右側）及びＬ（＝左側）を有する液冷式火格子の断面を示す。２つの火格子区画Ｒ及びＬは、Ｒ区画及びＬ区画の両方のために攪拌用厚板として使用される中央厚板（central plank）１１から分離している。火格子の最縁には横厚板（side plank）１２、１３がある。火格子板２は、少なくとも２つずつ（at least every second one）、移動可能な様式で製造され、図面シートの平面に対して垂直な方向に、中央厚板１１及び横厚板１２、１３に沿って前後に摺動する。この結果、上記横厚板１２、１３及び中央厚板１１に摩耗が生じる。この問題に対する明快な解決策は、望ましい放熱効果を過度に低下させることなく、その表面上に当板を使用することであり、これらの当板は同時にこれらの間に柔らかい伝熱箔をクランプすることによって厚板１１、１２、１３を支持する。当板が設けられたこのような火床を修復する（revise）ためには、当板を交換しさえすればよく、これは迅速に行われ、すべての火格子板２及び厚板１１、１２、１３を交換することに比べて費用がかからない。液冷式火格子には、焼却材料と接触を行うことになる全領域に、且つ滑り摩擦による摩耗を被るあらゆる場所に、交換可能な当板が設けられる。同時に、冷却効果が液冷のおかげでほとんど低下せず、それによって、すべての利点がすべての場合において保たれるであろう。

図５は、図４からの中央厚板１１を拡大図で示す。当板１は、ここでは２つの区画から成り、当該２つの区画は、地点１４の真中において接合している。これらは、皿ねじ６によって両側から中央厚板１１に固定されており、これらの下に挿入された伝熱箔３がクランプされている。下部には冷却式火格子板２が含まれており、当該冷却式火格子板２はまた、上側の当板を支えると共に、中央厚板１１と完全接触を行っている。

図６は、図４からの１つの側方厚板１３を拡大図で示す。当板１は、１つの単一部品の厚板１３の周りに巻かれている。当該当板１は、その下に伝熱箔３をクランプすると共に、２つの皿ねじ６によって厚板１３をボルト締めしている。当板１の下方領域には、冷却式火格子板２があり、当該冷却式火格子板２はまた、上側の当板を支えると共に、当板１と完全接触を行っている。

伝熱のために、当板１及び柔らかい伝熱箔（たとえばソフトシリコーン箔又はシート銅）が別個に位置付けられている上記火格子構造の利点は以下である：保守目的のために、個々の火格子板又は火格子段を取り外して交換する必要はもはやなく、クランプを行っている火格子板上及びこれらの側方境界にある厚板１１、１２、１３上の当板１を交換しさえすればよく、したがって、常に設置されたままになる。鉄から成る火格子板２及び厚板１１、１２、１３は、５０℃のこれらの動作温度及び機械的な摩耗がないことに関して言えば、何年も、さらには何十年にもわたるライフサイクルを有することができる。火格子板の１つの当板１を交換しさえすればよい場合、これには、従来の中空火格子板全体の費用のうちのほんのわずかな費用しかかからない。単一の当板１はまた、火格子板全体よりもはるかに迅速に交換することができる。火格子板全体を交換する必要がある場合、冷却回路を遮断して、火格子板内の冷却流体を排出する必要がある。次いで、昇降装置（lifting gear）を使用して火床から個々の火格子板を持ち上げることしかできず、これはむしろ高費用な作業である。比較的高費用な生産プロセスを通していくつかの交換用板を製造する必要があるであろう。当板１だけを交換すればよいことによって、たとえば、液冷式火格子の廃棄が回避される。火格子板の基板内のナットをねじ戻して、火格子から当板を持ち上げて取り外し、これらを交換しさえすればよい。新しい皿ねじを挿入し、火格子板が再度新しい当板を支持するようにする。火床の液冷式側方厚板の場合も同様に行う。したがって、当板１の交換は、火格子段全体を交換するよりも何倍も迅速に行われ、且つ今日まで実際に含まれる必要があった新しい液冷式火格子板の製造が完全に省かれることができる。伝熱箔を挿入する場合に、はるかに十分な放熱から利益も享受する。熱は火格子表面から、すなわち当板から均一にあらゆる地点で放散されることが可能であり、上記当板はこれらの表面全体にわたって広く均一に高温であり続けるであろう。したがって、本発明において提案されるような構造設計の利点は十分明白である。

当板及び伝熱中間層を含む火格子の単一火格子板の分解図であり、３つの構成要素が互いに分離して示されている。 互いに隣り合って配置される２つの当板及び伝熱中間層を含む火格子の単一火格子板の分解図である。 当板を含む火格子の単一火格子板の概略断面図である。 ２つの火格子区画を含む液冷式火格子の概略断面図である。 ２つの火格子区画の間の中央厚板の拡大断面図である。 １つの火格子区画の側方厚板のうちの１つの拡大断面図である。

Claims (8)

1. 液冷式火格子／火床であって、
   液体が貫流することができるいくつかの液冷式火格子板（２）と、側方厚板（１１、１２、１３）とから成り、該側方厚板の表面には、該液冷式火格子板（２）及び／又は該側方厚板（１１、１２、１３）に伝熱様式で接続される１つ又は複数の当板（１）が設けられ、
   前記当板（１）から前記液冷式火格子板（２）及び前記側方厚板（１１、１２、１３）の両方への伝熱は、該当板（１）と該液冷式火格子板（２）及び該側方厚板（１１、１２、１３）との間に熱伝導率の高い箔（３）をクランプすることによって達成され、前記当板（１）は、前記液冷式火格子板（２）及び前記側方厚板（１１、１２、１３）に取り外し可能に接続されることを特徴とする、液冷式火格子／火床。
2. 前記熱伝導率の高い箔（３）は主にシリコーンから成る、請求項１に記載の液冷式火格子／火床。
3. 前記熱伝導率の高い箔（３）はソフトシリコーン箔（３）である、請求項１に記載の液冷式火格子／火床。
4. 前記熱伝導率の高い箔（３）はシート銅である、請求項１に記載の液冷式火格子／火床。
5. 前記当板（１）はハードックスから成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液冷式火格子／火床。
6. その表面、すなわち前記液冷式火格子板（２）及び前記側方厚板（１１、１２、１３）の表面には前記当板（１）が設けられ、該当板（１）は、ねじ込み式接続（６、７）を用いて前記液冷式火格子板（２）及び／又は前記側方厚板（１１、１２、１３）にボルト締めされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液冷式火格子／火床。
7. その表面、すなわち前記液冷式火格子板（２）及び前記側方厚板（１１、１２、１３）の表面には前記当板（１）が設けられ、該当板（１）は、リベットを使用して前記液冷式火格子板（２）及び／又は前記側方厚板（１１、１２、１３）にボルト締めされる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液冷式火格子／火床。
8. その表面、すなわち前記液冷式火格子板（２）及び前記側方厚板（１１、１２、１３）の表面には前記当板（１）が設けられ、該当板（１）は、クランプ継手（８〜１０）を使用して前記液冷式火格子板（２）及び／又は前記側方厚板（１１、１２、１３）に接続される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液冷式火格子／火床。

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