JPH0144954B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管式熱交換器などにおける管と管板と
のシール構造に関する。

高温の燃焼ガスなどの加熱ガスが流れる缶体内
に、被加熱ガスの流れるセラミツクス製の伝熱管
を複数本横架してなる熱交換器を例にとつて説明
すると、かかる熱交換器においては、缶体の管板
に挿通孔を設け、伝熱管がこの挿通孔に挿通され
て缶体外に突出して開口し、この突出部および開
口端を包みこむようにヘツダーを缶体に設けてな
る構造は従来より知られている。

ここでかかる熱交換器は組み立てた後に熱上げ
して高温下で使用されるので、組み立て時と使用
時とではかなりの温度差がある。また使用時であ
つても被加熱ガスの流れる伝熱管と加熱ガスの温
度の影響を大きく受ける管板とでは空間的に温度
差、温度分布が生じうる。さらに被加熱ガス、加
熱ガスとも時間的に温度変動がある。こうした温
度差、温度分布、温度変動により伝熱管と管板と
では熱膨張量の差が生じ、熱的応力が作用する。
また、こうした熱交換器はしばしば大型の重い構
築物となり、自重や、製作誤差に起因する負荷
や、その他の外力により機械的応力も作用する。

これらの熱的応力や機械的応力による熱交換器
部材の変形や破損を防止するために、管板に設け
た挿通孔は伝熱管の外形より大きくし、伝熱管と
管板との相対変位が可能な構造とすることが望ま
れる。しかしこの場合には挿通孔と伝熱管との間
のクリアランスからガスが漏れ、加熱ガスと被加
熱ガスが混じりあつて好ましくない。

そこで本出願人は、管板に平行な区画板を伝熱
管の開口端と管板との間に設けてヘツダーを区画
し、管板、区画板およびヘツダー側周で囲まれる
室にサンドを充填してなる構造を例えば実願昭58
−36309としてさきに提案した。しかしかかる構
造はそれなりに有用であるが、さらに改良すべき
点を有するものであつた。すなわち加熱ガスの温
度が高い場合には、管板が高温の加熱ガスと断熱
性をも有するサンド層との間に挟まれているため
に、管板の温度が相対的に高温になることとな
り、金属製管板では機械的強度や耐食性の低下を
まねき、高価な特殊の金属製もしくは気密性や靭
性で劣る耐火物製の管板を採用せねばならないな
どの難点があつた。

本発明はこうした矛盾を解決して、缶体内を流
れるガスと管内を流れるガスとを気密にシールす
るとともに、管板と管との相対変位を許容してこ
れら部材に過大な熱的応力、機械的応力が作用せ
ず、管板の温度を相対的に低くする管と管板との
シール構造を提供するものであり、さらにはサン
ドの所要量を低減し、容易にサンドを充填できる
管と管板とのシール構造を提供するものである。

すなわち本発明は、管板と該管板の挿通孔に挿
通された管とのシール構造において、間隙を有し
て該管を囲む環を該管毎に該管板に固設し、該間
隙にはサンドを充填するとともに、該サンド層の
管軸方向両端にはサンド漏出防止手段を設けてな
ることを特徴とする管と管板とのシール構造であ
る。

本発明によれば管と管板とは相互に直接に固定
されておらず、変形性と気密性とを有するサンド
層を介して支持されているので、缶体内を流れる
ガスと管内を流れるガスとはサンド層によつてに
気密シールされることとなり、かつ、管と管板と
の相対変位があつても、これはサンド層の変形性
によつて吸収され、これら部材に過大な応力が作
用しない。また管板と管内を流れる低温のガスと
はサンド層を介することなく、直接に接すること
となり、したがつて管板の温度も相対的に低く保
たれる。

以下図面に基づき本発明を詳しく説明する。

第１図に示す熱交換器１は耐火物などで構築さ
れた煙道２を横切つて配設されている。この熱交
換器１は複数本のセラミツクス製の伝熱管３、こ
れらを支持する管板４，５、被加熱ガスの入口側
ヘツダー６、出口側ヘツダー７を主たる要素とし
て構成されている。煙道２を流れる、例えば1000
℃の燃焼排ガスが加熱ガスとして管板４，５の間
を上下方向に流され、入口側ヘツダー６から流入
する、例えば室温の被加熱ガスは伝熱管３を流れ
る間に加熱されて、例えば600℃となつて出口側
ヘツダー７から流出する。煙道２と熱交換器１と
の間には熱交換器１に固設された係止具８、耐熱
性シール材９、押圧具１０が図示のように配設さ
れ、押圧具１０で耐熱性シール材９を係止具８の
方向に押圧して、加熱ガスのリークが防止されて
いる。

金属製の管板４，５の加熱ガス側にはそれぞれ
耐火材１１が内張りされており、さらに被加熱ガ
ス入口側の管板５の被加熱ガス側には断熱板１２
が内張りされている。一方、被加熱ガス出口側の
管板４の被加熱ガス側は直接、被加熱ガスにさら
されている。また出口側ヘツダー７にも断熱材１
３が内張りされている。なお第１図において管板
４，５と伝熱管３との接続部の構造はいずれも同
様なので一部のみを断面図で示し、他は外形図で
示してある。

第２図に本発明の実施例として示すように、管
板４には伝熱管３の外形よりやや大きい挿通孔１
３が設けられており、耐火材１１にも同様に貫通
孔１４が設けられていて、挿通孔１３、貫通孔１
４には伝熱管３が挿通されている。管板４の被加
熱ガス側には、内周にめねじを有する環１５が固
設されており、この環１５は伝熱管３の外側を間
隙を有して囲んでいる。この間隙には耐熱性の無
機質のサンド１６が充填されて気密性を有するサ
ンド層を形成している。サンド１６には、本発明
のシール構造が使用される温度条件、耐食性条件
などにより、適宜の材質、粒度の微粒体が採用で
きるが、一般に粒度0.3mm以下、特には0.05mm以
下の無機質微粒体が気密性確保の点で好ましく、
例として珪藻土、珪砂、シリカ粉、コージライト
粉、グラフアイト粉、窒化ホウ素粉などが挙げら
れる。サンド層の伝熱管軸方向の両端にはアスベ
ストロープ、合成無機繊維ロープなどの可撓性を
有する紐状体１７，１８が介在せしめられて、サ
ンド１６がサンド層から漏出するのを防止してい
る。さらに環のめねじに対応するおねじを有する
押圧環１９により紐状体１８を紐状体１７の向き
に押圧している。

したがつてサンド１６は伝熱管３と環１５との
間隙にぴつたりと充填されることとなり、この部
位において加熱ガスと被加熱ガスとは気密にシー
ルされる。また伝熱管３はサンド層によつて保持
されているので、半径方向の多少の相対変位をサ
ンド層の変形性により吸収できるのみならず、軸
方向にかなりの相対変位を起こさしめる応力が作
用しても、サンド層と接する部分で摺動してこれ
を逃がすことができる。また管板４の一面はたと
えば600℃の被加熱ガスに直接さらされているの
で、この管板４の温度もほぼ600℃近くにしか上
がらず、充分に耐用可能となる。ちなみに管板４
の被加熱ガス側のほぼ全面にサンド層が形成され
ていると、この管板４の温度はたとえば800℃前
後にまで上がり、耐用不可能となつたり、材質選
択に困難をきたすこととなる。

また第２図においてセラミツクス製の伝熱管３
の内部には表面を酸化処理された中実のステンレ
ス鋼製丸棒２０が伝熱管３とは離隔して同軸に配
置されている。この丸棒２０は、丸棒２０と押圧
環１９との間に介在せしめられた弾性体２１によ
り所定位置に軸方向、半径方向の相対変位を許容
されつつ保持されている。なお、弾性体２１は丸
棒２０の周方向に間欠的に介在せしめられている
ので、被加熱ガスの流通をさまたげない。伝熱管
３の内部をこのような二重構造とすることによ
り、被加熱ガスは丸棒２０の外周と伝熱管３の内
周との間の環状空間を流れ、被加熱ガスの加熱に
関する対流熱伝達係数は大きく上昇し、さらに加
えて伝熱管３からの輻射により加熱された丸棒２
０からの被加熱ガスへの加熱も大きく寄与するこ
ととなり、もつて被加熱ガスの加熱を大いに促進
する。

本発明の他の実施例を示す第３図では、第２図
におけるねじ締めに代えてフランジ締めが採用さ
れている。第２図と同一部位については同一番号
を付して説明を省略する。セラミツクス製の伝熱
管３の外周には短尺のセラミツクス製の環状のス
トツパ２２が無機質耐熱性の接着層２３によつて
接合されている。挿通孔１３に内接するように環
１５が管板４に固設され、環１５の他端にはフラ
ンジ２４が固設されている。押圧環１９の一端に
もフランジ２５が固設され、両フランジ２４，２
５をボルト締めすることにより紐状体１８を紐状
体１７の向きに押圧している。また伝熱管３の内
部には第２図における丸棒２０に代えて表面を黒
化されたステンレス製の中空管２６が位置せしめ
られ、中空管２６は押圧環１９に固定された載置
台２７の上に載置され、かつ、押圧環１９に固定
されたガイド２８により、許容範囲を越える中空
管２６の移動が抑止されている。中空管２６の端
面は連通孔２９を除いてふさがれているので、中
空管２６の内部には被加熱ガスが実質的に流れ
ず、かつ温度差などによつても中空管２６の内部
が加圧や減圧の状態となることもない。載置台２
７、ガイド２８が中空管２６の周方向に間欠的に
介在せしめられている点は第２図における弾性体
２１の場合と同様である。また管板４の加熱ガス
側には可撓性を有する耐熱性無機繊維製のブラン
ケツト３０が内張りされており、同様のブランケ
ツト３１がストツパ２２の周辺にも施されてい
る。

第２図のようにねじ締め構造とすることによ
り、本発明のシール構造の管軸に直交する断面積
を小さくすることができ、とりわけコンパクトな
シール構造とすることができる。また第３図のよ
うにフランジ締め構造とすることにより、ねじ部
の焼付きやねじ部へのサンドのかみ込みなどを防
止でき、ボルトのねじ部が焼付いたとしてもボル
トの切断により、容易に補修できる。

第２図、第３図からもわかるように、本発明に
よれば伝熱管の周辺の近傍のみを用いて小型にし
て簡便なシール構造が提供され、さらにサンド所
要量も少量で済む。またこのような少量のサンド
で済むので、サンドを所定の環状に予成形してお
き、この予成形体を環１５と伝熱管３との間隙に
容易に挿入でき、もつて簡便にサンドを充填する
ことも可能である。

なお、上記の説明においては本発明を熱交換器
に適用する場合について述べたが、これに限定さ
れるものではなく、例えば管状多孔体を用いた除
塵装置などにも適用できる。また伝熱管３の材質
はセラミツクスであることが好ましいが、これに
限定されず、金属などであつてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した熱交換器の断面図で
ある。第２図は本発明の実施例を示す第１図Ａ部
の拡大断面図である。第３図は本発明の他の実施
例を示す第１図Ａ部に対応する部位の拡大断面図
である。 ３：伝熱管、４：管板、１５：環、１６：サン
ド、１７，１８：紐状体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 管板と、該管板の挿通孔に挿通された管との
   シール構造において、間隙を有して該管を囲む環
   を該管毎に該管板に固設し、該間隙にはサンドを
   充填するとともに、該サンド層の管軸方向両端に
   はサンド漏出防止手段を設けてなることを特徴と
   する管と管板とのシール構造。