JPH0319475B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は各種工業炉から排出される排ガスから
の熱回収などに使用されるシエルアンドチユーブ
型の熱交換器に関するものである。

（従来技術） 従来のシエルアンドチユーブ型の熱交換器は被
加熱流体を流通させる伝熱管としてステンレス鋼
管が使用されているため、その耐熱許容温度は約
800℃であり、空気流による内部冷却を考慮して
も1000℃以上の高温の排ガスとの熱交換には用い
ることができず、また、ステンレス鋼管は排ガス
による腐食を受け易いために排ガス組成によつて
利用範囲が大幅に限定される欠点があつた。そこ
で、耐熱性及び耐腐食性に優れたセラミツクス管
を伝熱管に用いる試みもなされてきたが、セラミ
ツクス管は金属管のように支持壁に溶接すること
ができないうえに金属管に比較して製造上の寸法
誤差が大きいので支持壁との間から排ガスあるい
は被加熱流体がリークし易く、また、リークを防
止する目的で支持壁に強固に取付けた場合には金
属管よりも脆いために熱応力により破損し易い等
種々の欠点があつた。

（発明の目的） 本発明はこのような問題点を解決して1000℃以
上の高温度の排ガスにもあるいは腐食性の排ガス
にも使用することができ、しかも、排ガス等のリ
ークや伝熱管の破損の虞れのない熱交換器を目的
として完成されたものである。

（発明の構成） 本発明は、被加熱流体の供給口と流出口とを設
けた対向する枠体の内部を伝熱流体流路に形成
し、その内部に多数のセラミツクス管を設けた熱
交換器において、枠体の両内側には前記供給口と
流出口とに連通する透孔が形成されている壁面
と、さらにその内側の壁体とが設けられており、
この壁体は前記透孔に連通する通孔を有する角柱
状の壁面構成体が互いに密接して摺動自在に積み
上げられてなり、壁体の対向する壁面構成体間に
セラミツクス管が前記通孔に両端を密に連通保持
させて架設されていることを特徴とするものであ
る。

次に、本発明を図示の実施例について詳細に説
明すれば、図中１は上下両面に開口部を有し、そ
の内部を高温の排ガス等の伝熱流体流路に形成し
た金属製の枠体であつて、該枠体１の対向する壁
面２と壁面２′の外側には被加熱流体の供給口３
を備えた流体流入室３′と、流出口４を備えた流
体流出室４′が設けられている。５は炭化珪素の
ような耐熱性と耐腐食性に優れたセラミツクス材
料からなるセラミツクス管であつて、その表面に
は好ましくは伝熱面積を増加させるためのフイン
６が形成され、これらのセラミツクス管５は枠体
１の内側に設けられた６角柱状の壁面構成体７，
７′の通孔１１，１１′に両端を連通保持させると
ともに該壁面構成体７，７′の外側を前記供給口
３と流出口４に連通するよう壁面２，２′に多数
配設された透孔１０，１０′に一端が挿通支持さ
れた金属製の支持管８及び支持管９に連通保持さ
せて壁面２，２′間には多数のセラミツクス管５
が並行して架設され、また、前記壁面構成体７，
７′はその外面を互いに密接させて接触させて摺
動自在に積み上げられて枠体１内の両側方部に壁
体７ａ，７a′が設けられる。そして、この壁面構
成体７，７′はセラミツクス管５と同様に炭化珪
素のようなセラミツクス材料からなり、その中央
にはセラミツクス管５の内径に等しい通孔１１，
１１′が軸線方向に設けられていて各壁面構成体
７，７′とセラミツクス管５との接合面１２，１
２′及び壁面構成体７，７′と支持管８，９との接
合面１３，１３′はいずれも球面に形成され、ま
た、流入側の支持管８の内部には前記供給口３か
ら供給された被加熱流体に曝されて冷却される圧
縮スプリング１４が設けられている。この支持管
８は第１図に示されるように壁面２の透孔１０の
まわりに溶接された金属製の外管８ａと、この外
管８ａの内周面に密接しつつ軸方向に摺動可能な
内管８ｂとからなり、外管８ａの内部には後端を
壁面２に支承させるとともに前端を内管８ｂに当
接させて前記圧縮スプリング１４が設けられてお
り、内管８ｂはこの圧縮スプリング１４により押
出されてその凸球面状の先端部を壁面構成体７の
凹球面状の端面に圧接させている。また、他方の
壁面構成体７′の外方の支持管９はその後部に抜
止めフランジ９′を有していて壁面構成体７′を移
動不能に支持しており、セラミツクス管５はこれ
らの摺動自在な壁面構成体７，７′に両端が挾持
された状態で圧縮スプリング１４の弾発力により
壁面２，２′間において弾発的に架設されて軸線
方向への膨張、収縮がこの圧縮スプリング１４に
よつて吸収され、このセラミツクス管５は前記壁
面構成体７，７′支持管８，９および壁面２，
２′の透孔１０，１０′を介して流体流入室３′及
び流体流出室４′に連通させることによりセラミ
ツクス管５の内部を貫流する被加熱流体の流路を
形成している。なお、前記したように壁面構成体
７，７′は全部のセラミツクス管５が壁面２，
２′間に取付けられたときにその外面が互いに密
接して枠体１の内の両側方部に気密な壁体７ａ，
７a′を構成するものであり、これによつて枠体１
の内部を流れる高温の排ガス等の伝熱流体が外部
へリークすることを防止するとともに支持管８，
９のための断熱壁として作用するものとし、枠体
１の上下左右の各内側面には壁面構成体７，７′
の外形状に対応する固定壁１６，１７が形成され
ている。壁面構成体７の外形状は相互間の密着性
を良好なものとするとともに各セラミツクス管５
に稠密な三角錯列配列を取らせるために６角柱状
とすることが最も好ましいが必ずしもこれに限定
されるものではなく、例えば壁面構成体７，７′
を４角柱とした場合にはセラミツクス管５に第４
図〜第６図に示される種々の配列を取らせること
ができる。また、壁面構成体７，７′の外周面に
は必要に応じセラミツクス粉体からなるシール材
を設けて壁面構成体７，７および７′，７′相互間
の気密を高めており、さらにまた、セラミツクス
管５及び壁面構成体７，７′の内部には放射状の
隔壁を備えたセラミツクス製の分流体１８が嵌入
されていてセラミツクス管５の内部を流れる空気
流を細かく分流させることによりセラミツクス管
内の境膜伝熱係数を増大させている。なお、以上
に説明した実施例では流入側の支持管８と壁面２
との間にのみ圧縮スプリング１４を配設したが、
排出側の支持管９と壁面２′との間にも圧縮スプ
リング１４を配設してもよい。

このように構成されたものは、枠体１の内部の
伝熱流体流路に各種の工業炉等から排出された高
温の排ガスを流すとともに対向する壁面２，２′
の透孔１０，１０′に連通される支持管８，９を
両端に備えた多数のセラミツクス管５に供給口３
から常温の空気を送り込めば、これらのセラミツ
クス管５の管壁を介して高温の排ガスと空気との
間に熱交換が行なわれることは従来のこの種熱交
換器と同様であるが、本発明では伝熱管として耐
熱性及び耐腐食性に優れたセラミツクス管５を使
用しているために1000℃を越える高温の排ガスと
の間で熱交換を行なわせることができ、1000℃以
下の排ガスにしか用いることのできなかつた従来
の熱交換器に比較してはるかに優れた温度効率を
得ることができるうえに金属製の伝熱管を使用し
た熱交換器によつては行なうことができなかつた
腐食性のガスからの熱回収をも行なうことができ
る。また、このような高温の排ガスが枠体１内に
導入されると各セラミツクス管５は不均一に著し
く熱膨張することとなるが、本発明においては各
セラミツクス管５は両端を壁体７ａ，７a′を構成
する摺動自在な壁面構成体７，７′により個別に
圧縮スプリング１４の弾発下に挾持されているの
で、これらの熱膨張は壁面構成体７，７′の相互
間の移動により吸収されてセラミツクス管５を破
損させることがない。しかも、各壁面構成体７，
７′はその外面を互いに密着させて枠体１内の両
側方部に積み上げられて上記のような熱膨張によ
る相対的な移動が生じても依然として壁体７ａ，
７a′は気密な壁面を構成しているので、枠体１の
内部を流れる高温の排ガスのような伝熱流体が外
部へリークすることは完全に防止されて熱損失を
防止することができるうえ、支持管８，９などの
熱による損傷をも防止することができる。

（発明の効果） 本発明は以上の説明からも明らかなように、金
属製の伝熱管を使用した従来のシエルアンドチユ
ーブ型の熱交換器によつては熱回収を行なうこと
ができなかつた1000℃以上の高温の排ガスや腐食
性のガスからも効率良く熱回収を行なうことがで
き、しかも、各セラミツクス管に生ずる不均一な
熱膨張や収縮を摺動自在に積み上げられて枠体の
両側方部に壁体を形成して該セラミツクス管の両
端を保持している壁面構成体の摺動により個別に
吸収してその破損を防止することができるもの
で、しかも、この壁面構成体により枠体内の両側
方部に構成される壁体が伝熱流体のリークを防止
するようにしたもので、在来のこの種熱交換器の
問題点を解消したものとして業界の発展に寄与す
るところ極めて大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す一部切欠正面
図、第２図は同じく縦断側面図、第３図は壁面構
成体の一部切欠斜視図、第４図、第５図、第６図
は本発明の他の実施例を示す縦断側面図である。 １：枠体、２，２′：壁面、３：供給口、４：
流出口、５：セラミツクス管、７，７′：壁面構
成体、７ａ，７a′：壁体、１０，１０′：透孔、
１１，１１′：通孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被加熱流体の供給口３と流出口４とを設けた
   対向する枠体１の内部を伝熱流体流路に形成し、
   その内部に多数のセラミツクス管５を設けた熱交
   換器において、枠体１の両内側には前記供給口３
   と流出口４とに連通する透孔１０，１０′が形成
   されている壁面２，２′と、さらにその内側の壁
   体７ａ，７a′とが設けられており、この壁体７
   ａ，７a′は前記透孔１０，１０′に連通する通孔
   １１，１１′を有する角柱状の壁面構成体７，
   ７′が互いに密接して摺動自在に積み上げられて
   なり、壁体７ａ，７a′の対向する壁面構成体７，
   ７′間にセラミツクス管５が前記通孔１１，１
   １′に両端を密に連通保持させて架設されている
   ことを特徴とする熱交換器。 ２ 壁面構成体７，７′をセラミツクス質のもの
   とした特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。 ３ 壁面構成体７，７′を６角柱状とした特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の熱交換器。