JPH0349693B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排ガス処理方法及びその実施のため
の装置に使用するのに適している熱交換器を製造
するための方法に関するものであり、一層詳細に
は、種々の工業排ガスから大量の熱の回収に有用
であるだけではなく、同時に、このような排ガス
からの実質的な量の粒状物及び燃焼の腐食生産物
の除去に役立ち、煙突排出物からの空気公害を減
少させるのに有用である改良された排ガス処理方
法及びその実施のための装置（以下、「基本発明」
と呼ぶ）に使用するのに適している熱交換器を製
造するための方法に関するものである。

本発明は、特に、本発明者の発明に係る基本発
明である『典型的に炉内における油又は石炭の燃
焼によつて生成されるようなイオウ含有排ガスの
処理方法及びその実施のための装置』に使用する
のに適している熱交換器の製造方法に向けられる
ものであるが、基本発明が他の広い種類の応用に
対しても有用であることは、明らかなところであ
る。

ここで、まず、基本発明の目的などについて、
説明をする。

基本発明の主な目的は、従来技術の方式におけ
るよりも、排ガスの中に含まれる熱の実質的によ
り大きなパーセンテージを回収するのに有用であ
り、燃料の高価であることのために非常に重要な
経済的意味を有している改良された方法及び装置
を得ることにある。

基本発明の他の重要な目的は、排ガスから実質
的な量の粒状物質及び燃焼の腐食生産物を除去
し、公害を減少するのに有用である方法及び装置
を得ることにある。

天然ガス、No.２燃料油、No.６燃料油及び石炭
は、一般的に、この順序で、二酸化イオウ及び三
酸化イオウ及びすすや、シリカ生産物のような粒
状物質の増加する量を含んでいる煙道ガスを生成
する。

基本発明の一つの目的は、任意のこれらの燃料
によつて生成される煙道ガスに関して有用である
方法及び装置を得ることにある。

多くの応用においては、排熱がボイラ補給水の
ような液体を予熱するため、又は、例えば、工業
処理用水を予熱するために使用されることが望ま
れ、一方、多くの他の応用においては、排熱が空
気のようなガスを予熱し、又は、ある応用におい
ては、液体とガスとの両方を加熱することが推奨
される。

基本発明の他の目的は、液体か、ガスかのいず
れか又は液体とガスとの両方の予熱を可能とする
方法を得ること及び液体が、ガスか又は液体とガ
スとの両方を予熱する装置を得ることにある。

基本発明の一つの非常に重要な目的は、強固で
確実であり、最少の注意及び清掃又は修繕のため
の休止時間に対する最少の要求を有して長期間に
渡つて有用である方法及び装置を得ることにあ
る。

基本発明の目的などは上記のとおりであるが、
本発明の一つの目的は、自己洗浄ガス洗浄器並び
に排ガスからの増加された量の熱量の回収器とし
て作動する熱交換器の製造方法を得ることにあ
る。

原動所又は処理の熱効率が。ボイラの炉又は同
様のものからの排ガスの中に含まれている熱エネ
ルギーのいくらかを回収することによつて増加さ
れることは、長年来知られていることである。煙
道ガスは、普通には、ボイラの節約器を経てボイ
ラ給水を予熱するようにされ、普通には、空気予
熱器を炉熱焼空気を予熱するために向けられる。
油、石炭又は天然ガスの燃焼は、実質的な湿分、
二酸化イオウ、三酸化イオウ、油及び石炭の場合
には粒状物質を生成する。若しも、煙道ガスから
熱を回収することを意図されている熱交換器が、
三酸化イオウの可成りの量を凝縮させるならば、
硫酸が形成され、苛酷な腐食を生じさせる。凝縮
されたイオウ生成物は、普通の節約器及び空気予
熱器及びそれらと協同される排気煙突を直ちに破
損させる。このように、煙道ガスから熱を回収す
ることを意図されている従来技術の方式は、イオ
ウ生成物の凝縮を避けるために、煙道ガス温度を
十分に高く、用心深く維持されて作動されてい
た。

凝縮が何らのイオウ酸化物をも含んでいない煙
道ガスに対して生ずる温度、すなわち、水蒸気だ
けによる露点は、水蒸気の部分圧に応じて46.7℃
（116〓）〜54.4℃（130〓）の範囲内にある。し
かしながら、ほんの少量、例えば、100万部に対
して５〜100部のような三酸化イオウの存在は、
凝縮が生ずる温度を、水蒸気だけに対するそれよ
りも、はるかに高く劇的に増加させる。例えば、
100万部につきSO₃の50〜100部は、露点温度を
121.1℃（250〓）から137.8℃（280〓）にそれぞ
れ上昇させる。このようにして、煙道ガスが
148.9℃（300〓）のオーダの温度以下に冷却され
ないことを絶対的に確かにすることが、凝縮及び
腐食を避けるために、実際に行なわれている。こ
の操作は、必然的に望ましくない程に熱エネルギ
ーの顕熱の少部分が煙道ガスから抽出され、ま
た、煙道ガスの中に含まれている潜熱エネルギー
の絶対的に何らの回収をも生じないようにする。

本発明の他の目的は、煙道ガスのような潜在的
に腐食性の排ガスから、従来技術と全く相違し
て、連続的に、「水凝縮」様式で作動し、実質的
な量の潜熱並びに多量の顕熱が排ガスから回収さ
れることを許す熱交換器の製造方法を得ることに
ある。ここで水凝縮」という用語は、排ガスの大
きなパーセンテージ（理想的には、すべて）の温
度が、硫酸凝縮又は飽和温度以下に降下されるだ
けではなく、応用可能な圧力の下における水の飽
和温度以下、すなわち、水蒸気だけに対する露
点、例えば、48.9℃（120〓）以下にさえも降下
されることを意味するものである。熱交換器内部
の煙道ガスの絶対圧力が、水柱で50.8〜127mm
（２〜５インチ）（ゲージ圧で0.0049Kg／cm²−0.07
ポンド／平方インチ）である基本発明の典型的な
作動においては、煙道ガスの大部分の温度は、少
なくとも48.8℃（120〓）において、例えば、
23.9゜〜37.8℃（75゜〜100〓）に、煙道ガスを熱交
換器−洗浄器ユニツトを通すことによつて、降下
される。このユニツトは、連続的に大量の水を煙
道ガスを凝縮し、リユウ酸を凝縮する。さもなけ
れば腐食凝縮水に露出される熱交換器−洗浄器ユ
ニツトの内部の部分は、腐食を防止するために、
耐食性材料、例えば、テフロン（商品名）を適当
に裏張り又は被覆される。

従来技術の排熱回収方式が、SO₃の凝縮温度に
余りにも近い煙道ガス温度（例えば、121.1℃−
250〓）で作動される時には、事故によつて、又
は、始動の間に、あるいは、方式の熱効率を改善
することを試みてか、時として、SO₃の凝縮が、
非常に強い、又は、凝縮された硫酸を生じさせる
傾向となる。硫酸は、極端に腐食性であり、普通
の熱交換器を急速に破壊する。凝縮することので
きる硫酸の量は小さいが、しかしながら、熱交換
器表面をわずかに湿めらせるのに十分である。し
かしながら、若しも、従来技術の慣行を無視する
だけではなく、それに直接的に正反対に運転する
ならば、また、更に、煙道ガス温度をSO₃凝縮温
度の著しく低いレベルにまで降下し、また、水凝
縮様式内で運転するならば、大量の水の生成が凝
縮された硫酸を実質的に稀釈する傾向となり、全
体の凝縮水をより少なく腐食性とし、部分の腐食
を少なくするように思われる。このようにして、
水凝縮様式における運転は、装置の部分の腐食を
一層少なくさせる重大な傾向を有しており、ま
た、大量の潜熱エネルギーが回収されるようにす
る。硫酸のこのような稀釈は、完全には腐食を無
くさない。しかしながら、これによつて、熱交換
器−洗浄器ユニツトの内部の種々の表面を保護材
料によつて適当に裏張り又は被覆することの必要
であることが、残つたままとされる。

若しも、煙道ガスを、水凝縮様式で作動しつつ
ある熱交換器を通過させるならば、より多量の熱
エネルギーが煙道ガスから抽出されることができ
るだけではなく、また、凝縮水がより腐食性を小
さくされるだけではなく、その上、大量の粒状物
質及びSO₃が同時に煙道ガスから除去され、著し
く空気公害を減少させることのできることも発見
された。若しも、煙道ガスが硫酸凝縮温度のわず
かに下まで低下されるならば、また、若しも、煙
道ガスが実質的な量の粒状物質を含んでいるなら
ば、粒状物質と組合わされた硫酸の水浸しの量
が、しばしば、急速に熱交換器の表面の上に形成
し、また、実際に、この形成が熱交換器を数時間
で詰まらすことが発見された。しかしながら、若
しも、設備が水凝縮様式で作動されるならば、豊
富な量の水の生成が、連続的に硫酸及び粒状物質
を洗い去り、水浸しの物質の形成を阻止する。簡
単にいうと、「水凝縮様式」とは、熱交換器の内
部に「雨」を形成する様式のことである。この
「雨」は、煙道ガスの中の粒子を雨が降下する時
に捕えるだけではなく、雨は濡らされた表面に軽
く附着された粒子を洗い去り、ドレンに洗い落と
す。このようにして、ガス洗浄に似た利点が、大
抵のガス洗浄器によつて必要とされる水の連続的
な供給の必要無しに、また、動く部分の必要無し
に、得られる。

しかも、大量の潜熱エネルギーの回収に加え
て、腐食問題を最少にするために、硫酸を大いに
稀釈し、洗い去り、煙道ガスのような排ガスから
粒状物質の実質的な量を除去することに加えて、
「水凝縮」様式における作動は、また、本発明方
法により製造される熱交換器の熱伝達率を増加も
する。熱交換器ユニツトの頂部の近くにおいて生
ずるようにされた著しい凝縮は、下方に走り、又
は、下方に降り、熱交換器表面を、熱交換器の下
方部分において、たとえ、凝縮が、そうでなく、
それら下方部分の表面の上において生じなくとも
濡れたままとする。同時にすべての熱交換器表面
面積を濡れたままとし、熱伝達係数を、乾燥した
又は非凝縮熱交換器のそれよりも、著しく改善
し、これによつて、合理的にこじんまりとしてお
り、製作が経済的であるユニツトが、排熱の大量
を回収するのに十分な熱伝達を与える。

熱伝達は、いくつかの別個の、しかしながら、
関連される理由によつて改善される。ガスからの
熱伝達は、若しも、表面が滴状の凝縮から湿つて
いるならば、より良好に行なわれる。テフロンの
使用は、滴状の凝縮を捉進させる。更に、熱交換
器内部の連続的な雨は、管表面を清潔に保持し、
熱伝達を減少させる沈澱物の形成を阻止する。

このようにして、本発明のなお他の目的は、改
良された熱伝達を有している改良された熱交換
器、あるいは、熱回収装置の製造方法を得ること
にある。

非常に有効な腐食保護を与え、また、水凝縮熱
交換器を清潔に保つように、水凝縮と協同する著
しい水をはじく特性を持つために種々の形状のテ
フロンが発見されたが、これらの腐食保護材料の
現在利用可能な形状は、排熱が抽出されることが
望まれている煙道ガスのある温度よりも、はるか
に低い変形、溶融又は破壊温度を有している。基
本発明の他の特徴によると、『水凝縮』様式の熱
交換器を、従来形式の他の熱交換器と協同して作
動させることも可能であるが、この従来のもの
は、若しも、凝縮がその中において行なわれるな
らば、苛酷に損傷される。従来の熱交換器は、最
初に、煙道ガスのような排ガスを、『水凝縮』様
式の熱交換器の腐食保護裏張りを損傷させない十
分に低いが、しかも、三酸化イオウが従来の熱交
換器の中においてそれを損傷するように凝縮する
ことができないのに、十分に高い温度に冷却す
る。

このようにして、本発明のある追加された目的
は、広範囲の温度を有している排ガスと共に使用
される改良された熱交換器、あるいは、熱回収装
置の製造方法を得ることにある。

本発明のその他の目的は、広い種類の異つた流
量、温度及び熱伝達要求に適するように必要に応
じて容易に組合わされることのできる上述の水凝
縮様式において使用するのに適している熱交換器
モジユールの製造方法を得ることにある。

本発明方法により製造される熱交換器性質及び
目的の十分な理解のために、まず、基本発明を系
附図面に基づいて詳細に説明する。

基本発明の説明 基本発明のいくつかの主な特長は、最初に、第
１及び２図を参照することによつて、理解され
る。

第１図において、ダクト１０が、ボイラ煙突
（図示されていない）から、送風機Ｂによつて、
底部空間又室１１へ引かれる煙道ガスのような高
温排ガスを導く。煙道ガスは、１個又はそれ以上
の熱交換器ユニツト、例えば、４個のユニツト１
２，１３，１４及び１５を上方に通過し、そこか
ら、上方の空間又は室１６の中を通り、煙突１７
から出る。典型的な運転においては、煙道ガスの
速度は、熱交換器ユニツトの内部において、9.1
〜121.9ｍ／ｓ（30〜400フイート／秒）に設定さ
れ、水柱38.1〜50.8mm（1.5〜２インチ）のオーダ
のガス圧力降下が、熱交換器ユニツトを横切つて
生ずるようにされている。典型的には、水又は空
気である加熱されるべき流体は、最上部の熱交換
器ユニツト２０の中に導入されるように示されて
おり、熱交換器ユニツトのそれぞれを順々に下方
に流れ、21から出ることが理解される。説明を簡
単にするために、最初に、水が加熱され、また、
高温排ガスは、ボイラからの煙道ガスであるもの
と仮定される。

煙道ガスが、ユニツトを通つて上方に動く時
に、ある程度まで冷却されること及び水がユニツ
トを通つて下方に動く時に、ある程度まで加熱さ
れることは、明らかなところである。説明を容易
とするために、意味のあるガスの冷却及び水の加
熱が生ずる温度範囲が、４個の領域Z₁〜Z₄に分割
されて示されている。これらの４個の領域は、説
明を簡単にするために、４個の熱回収ユニツトの
垂直範囲に相当するものとして示されている。

第２図は、本発明を水を加熱するために典型的
に実施した場合において、煙道ガス及び水の温度
の変化を、温度が垂直高さに対してプロツトされ
て示すものである。このようにして、煙道ガスの
温度は、それが熱交換器を通つて上方に動く時
に、熱交換器配置の底部において260℃（500〓）
の仮定された入力温度G₁から降下するが、この
ことは、曲線Ｇによつて示されている。第２図に
おけるガス温度のプロツトは、近似的であり、一
般的に、任意の高さに対して、ガスの実質的な部
分が、その高さにおいて降下されるその最低温度
を描いてあるものと理解すべきである。最下部の
管の列の上方の任意の高さにおいて、無論、温度
こう配があり、また、若しも、ある与えられた高
さにおいて熱交換器の全横断面積の上において平
均されると、平均温度は、曲線Ｇとしてプロツト
された温度以上である。他のように見ると、領域
Z₂とZ₃を境界している高さのようなある与えられ
た高さにおいては、管の近くの部分又は管の上の
部分のような煙道ガスのある部分は、硫酸が形成
しつつある温度G₂を持つこともあり、一方、ガ
スの同じ高さであるが、しかしながら、任意の管
からより大きな距離にある他の部分は、より高温
であり、まだ、凝縮を受けないかも知れない。同
様に、熱交換器の頂部において、7.2℃（55〓）
の入力温度W₁を持つものと仮定されている水は、
それが熱交換器の底部に到着する時に、曲線Ｗに
よつて示されるように、82.2℃（180〓）の出力
温度W₀まで加熱される。第１図における縦軸の
尺度が、４個の領域Z₁〜Z₄に分割されて示されて
いる。121.1℃（250〓）における垂直破線Ｆは、
No.６燃料油を燃焼することから得られる典型的な
煙道ガスの中に硫酸を形成する典型的な温度G₂
を示すものである。従来技術は、煙道ガス温度
は、常に、何らかの硫酸の生成を避けるためにこ
のレベルの十分以上に維持されるべきであると教
示している。

上方への煙道ガスの運動に対する煙道ガス温度
曲線Ｇに引続いて、煙道ガス温度が、G₁におけ
る260℃（500〓）からG₂における121.1℃（250
〓）に、ガスが２個の下方領域Z₁及びZ₂を通過す
る時に、降下することが見られる。その上昇運動
のその部分の間に、非常にわずかな凝縮がガスか
ら生ずるが、しかしながら、煙道ガスからの顕熱
は水を加熱するために伝達されつつある。更に詳
細には、領域Z₁及びZ₂の中のガスの大部分は、ま
だ、硫酸が凝縮するためには十分に高いが、しか
しながら、領域Z₁及びZ₂内のある量のガスは、こ
れらの領域内にある間に凝縮する。なぜならば、
上方からこれらの領域を貫いて落下する凝縮水
が、それらの領域内のガスのある量を、凝縮温度
にまで冷却するからである。ガスからの凝縮がほ
とんど又は完全に、下方の領域Z₁及びZ₂の中にお
いては生じないとしても、熱交換器管のそれらの
下方領域内のガス側の表面は、上部から降下する
豊富な凝縮物のために連続的に塗れたままであ
る。これらの管の濡らされている状態は粒状物質
が容易に且つ一時的に管に粘着する傾向とさせる
が、上方から落下する凝縮物が連続的に管を洗浄
し、硫酸及び粒状物質を熱交換器ユニツトの底部
におけるドレン（第１図のＤ）に洗い流すように
作用をする。

煙道ガスが211.1℃（250〓）、すなわち、三酸
化イオウに対する典型的な露点以下に冷却される
時に、硫酸が領域Z₃内において形成する。若し
も、領域Z₃が装置の中の最上方の領域であつたな
らば、凝縮された硫酸は、領域Z₃内の熱交換器表
面をわずかに湿らせ、粒状物質は、それらのわず
かに湿らされた表面の上に形成したであろう。三
酸化イオウは、凝縮し、仮定された例において
は、ガスの領域Z₃を経る運動がガスを酸の露点以
下に実質的に冷却する時に、硫酸を形成する。領
域Z₃の内部のあるレベルにおいて、凝縮される硫
酸の大部分又はすべてが、凝縮したであろう。そ
のレベルの直上においては、第２図にカツコＲに
よつて一般的に示されるように、ほとんど又は全
然凝縮が生じないものとみなされる温度範囲があ
るものと信じられ、ガス温度は、硫酸の凝縮が大
部分完了されるのには十分に低いが、しかしなが
ら、水蒸気には、実質的な量を凝縮するには余り
にも高い。しかしながら、ガスが、領域Z₁を通つ
て更に上方に運動する間に一層冷却される時は、
水蒸気の凝縮が、増加として豊富となるように生
ずる。このようにして、熱交換器ユニツトの中の
管のすべては、連続的に湿り、これは熱伝達を増
加させるだけではなく、上述のガス流量において
は、粒状物質が管に一時的に且つ軽く粘着する傾
向とさせ、ガスから大量の粒状物質を除去する。
連続的な凝縮によつて生じさせられる水は、連続
的に熱交換器管の表面を洗浄し、粒状物質を洗
い、凝縮された硫酸を装置の底部におけるドレン
Ｄに流す。熱交換器ユニツト内部の管は、連続的
な列に配置され、これらの列は、相互に水平方向
に食い違いとされ、これによつて、一つの管から
降下する凝縮物の滴が、下方の管の上においては
ねる傾向とするようにする。煙道ガスの清掃の二
つの形式が、ガスが凝結物の降下する雨を通過す
る時に、ガスの洗い落としと、粒状物質の湿らさ
れた管への、凝縮物が洗い去るまでの一時的な軽
い粘着の傾向との組合わせから生ずる。

熱交換器管の上へのテフロンの薄い被覆は、良
好な熱伝達を許しながらこれらの管の腐食を防止
するだけではなく、これらの被覆は、水をはじく
性質であるために、落下する凝結水が管から粒状
物質を容易に洗い去ることができるようにもす
る。Brookhaven National Laboratoryによつ
て最近に行なわれた試験は、No.６燃料油からの煙
道ガスの中の粒状物質の約50％及びSO₃の20〜25
％が除去されることを示している。基本発明の典
型的な応用において、若しも、例えば、No.６燃料
油からの煙道ガスの１時間当たり4381.8Kg（9660
ポンド）が、水凝縮熱交換器を通過されるなら
ば、硫酸及び粒状物質と混合された水の１時間当
たり約113.4Kg（250ポンド）がユニツトの底部か
ら排出される。混合物の中の粒状物質は、今日ま
でになされた試験において、約30重量％であつ
た。

典型的な煙道ガスの中の三酸化イオウの量は、
三酸化イオウの完全な凝縮でさえも生成すること
ができる硫酸の量が、若しも、煙道ガスが十分に
冷却されるならば、容易に凝縮されることができ
る水の量よりも、はるかにより少ないような100
万部当たりの量で測定される煙道ガスの中の水蒸
気が凝縮する正確な温度は、異なつた煙道ガスの
混合物においてある程度まで変動するが、しかし
ながら、それは約49℃（120〓）である。このよ
うにして、基本発明によると、その温度又はそれ
以下の水（又は空気）、好適には、その温度より
も十分に以下の水（又は空気）が、熱交換器ユニ
ツトの頂部近くの管の郡の中に維持され、大量の
水蒸気が凝縮することを確実にする。第２図にお
いては、水温度は、13℃（55〓）から約24℃（75
〓）まで、水が領域Z₄を通つて下方に通過する時
に、上昇することが仮定されている。このよう
に、第１及び２図における熱交換設備の上方部分
において本質的な管の内部は49℃（120〓）以下
の水を含んでいる。

第２図の例においては、水温度が、煙道ガス温
度が、硫酸の露点121.1℃（250〓）に到達する実
質的に同一の高いレベルにある水蒸気露点49℃
（120〓）に到達し、更に、このレベルが熱交換器
の実質的に垂直の中央レベルにおいて生ずること
に注意すべきである。それらの正確な関係は、何
ら必要ではない。

第２図において、曲線Ｄは、煙道ガス温度と、
水温度との間の差と、熱交換器ユニツトの中にお
ける高さレベルとのプロツトである。あるレベル
における温度差は、無論、そのレベルにおいて生
ずる熱伝達量に重大な挙動を有している。熱交換
器ユニツトの底部部分の近く領域Z₁及びZ₂におい
て、ガス温度と水温度との間における最大差、従
つて、有効な熱伝達に対して最大の一エネルギー
があるが、実際に生ずる熱伝達量が、それらの領
域内における熱交換器の管表面が落下する凝縮物
によつて湿つたままとされるので、一層増加され
ることに、注意することが重要である。

基本発明によつて構成された大概の設備におい
ては、例えば、第１図における室１６又は煙突１
７の中において測定された煙道ガス出口温度は、
例えば、48.9℃（120〓）の煙道ガス中の水蒸気
の露点温度よりもより小さいが、しかしながら、
ある設備においては、このような箇所における出
口温度が、基本発明から離れること無しに、ある
程度までその露点を越えることに、気が付くかも
しれない。若しも、熱交換器管及びハウジング
が、幾何学的にある量の煙道ガスが、ほんの中程
度の冷却を受けてユニツトを通過することを許す
ならば、その量は、大量の水を凝縮させるのに十
分に冷却された煙道ガスと室１６の中において混
合し、そして、室１６内における平均温度又は混
合温度を上昇させる傾向と、ある煙道ガスを熱交
換器の回りにバイパスさせ、それを室１６へ導入
させることによつて、その室１６の中の平均温度
を上昇させるのと同じ方法で、上昇させる傾向と
させる。

上述のことから、基本発明方法は、水蒸気、凝
縮可能な腐食成分（三酸化イオウ）及び粒状物質
を含んでいる高温排ガスから顕熱及び潜熱の両方
を回収するため及びガスから粒状物質及び凝縮さ
れた腐食成分の実質的な量を、除去するために、
ガスを熱交換器のガス通路を通過させること、同
時に、排ガスよりもより低温の流体を熱交換器の
第二通路を通して、ガス及び流体の流速を熱交換
器の熱伝達特性に、水蒸気及び腐食成分の連続的
な凝縮が生ずるように配置されてガス通路と熱交
換関係に通過させること、粒状物質及び凝縮され
た腐食成分の部分を捕捉し、洗い去る落下する滴
を与えることとから成立つていることが分かる。

従来技術の節約器及び空気予熱器は、高温の入
力水又は空気を必要とするが、基本発明は、冷水
又は空気を利用することができ、また、実際に、
効率が入力流体が低温であればある程増加し、よ
り多量の凝縮物が生じ、より多量の潜熱が排ガス
から引出されるので有利である。入口２０におけ
る水が低温であればある程、排ガスの出口温度が
益々低くなり、より多量の潜熱が回収され、一層
多量の水蒸気が排ガスかから凝縮され、より有効
な粒子及びSO₃の除去が、ある与えられた流量に
対して生ずる。今日までの試験から、9.1〜12.2
ｍ／ｓ（30〜40フイート／秒）のガス速度によつ
て、十分な熱交換表面面積が、水であれ、空気で
あれ、加熱されつつある流体の温度を低くさせる
ことのできることが分かつた。例えば、12.8℃
（55〓）の熱交換器に供給されつつある水によつ
て、17.2℃（63〓）の煙道ガス出口温度を得るこ
とができた。

基本発明の大抵の応用においては、煙道ガス温
度を、その程度まで下降させることが必要である
と認められず、また、熱交換器表面の量は、希望
される流量及び流体温度によつて、煙道ガス温度
が26.7〜37.8℃（80゜〜100〓）の範囲内に低下さ
れるように選択される。典型的な煙道ガスは、燃
料の形式に応じて５％〜12％の水蒸気を含んでお
り、従つて、若しも、453.6Kg（1000ポンド）の
煙道ガスが１時間に熱交換器へ通されるならば、
この煙道ガスは、１時間に181.4〜544.3Kg（400
〜1200ポンド）の水を提供する。

非常に実質的な水の凝縮が、熱伝達の上に有し
ている有利な効果が、基本発明の一つの形式を、
２組の運転条件の下において運転することによつ
て示された。ユニツトは、始めに、No.２燃料油を
燃焼することによつて生成された煙道ガスによつ
て作動され、煙道ガス及び水の特別な入口温度及
び出口温度並びに流量で作動された。回収された
熱が、１時間当たり約252000kcal（1000000BTU）
であり、ユニツトから復水が１分当たり約1.9
（1/2ガロン）流れた。それから後に、天然ガスを
燃焼させることによつて生成された煙道ガスが、
使用された。天然ガスは、より少ない過剰空気で
燃焼させることができ、また、燃焼された。更
に、天然ガスのより多量の炭化水素の含有のため
に、煙道ガスはより大量の湿分を含んでいた。油
燃焼において使用されたのと同じガス流量及び水
流量において、ユニツトから流れた復水量は、実
質的に２倍であり、１分当たり約3.8（１ガロ
ン）であつた。しかしながら、水出口温度は増加
し、ガス出口温度は低下し、また、回収された熱
は、約20％増加し、１時間当たり302400Kcakl
（1200000BTU）に増加した。

第３ａ図に描かれた応用においては、煙道ガス
がボイラ３１の従来の煙突３０から、１個または
それ以上のダンパ弁を過ぎて、送風機モータBM
によつて駆動される送風機Ｂによつて、煙道ガス
を熱交換器HXの底部へ供給するために吸引さ
れ、冷却された煙道ガスは、フアイバガラスのフ
ード１６及びフアイバガラスの煙突１７を経て大
気に出る。腐食に耐えるためにフアイバガラスの
煙突１７の使用は、それ自体新規ではない。熱水
貯蔵タンクSTの底部、低温水供給管SLからの及
び（又は）水主管WMからの低温水は、熱交換器
ユニツトHXを経て循環ポンプCPによつて汲み
出され、熱交換器HXからの高温水は、貯蔵タン
クSTの中にその頂部近くにおいて繰出される。
高温度の水は、貯蔵タンクSTの頂部から、管
HWを経て種々の用途に引出される。ボイラ３１
に対応する補充水は、無論、タンクSTからか、
又は、ユニツトHXからか直接的に供給されるこ
とができる。

若しも、不十分な高温度の水が管HWを経て引
き出されるならば、貯蔵タンクSTの内容物は、
不十分な煙道ガスの冷却が、熱交換器ユニツトの
中において生じ始め、そのユニツトの中のテフロ
ン腐食保護被覆及びライナを危険とする傾向とす
るのに十分な温度に上昇することがあり得る。従
来の温度センサTSが出て行く煙道ガス温度を検
出し、従来のポジシヨナーPV₁を作動させ、これ
がダンパ弁DV₁を、高温煙道ガスの熱交換器への
通行を減少させ、又は、しや断する。第３ａ図に
は、温度センサTSに応答する第二のポジシヨナ
ーPV₂もダンパ弁DV₂を作動させるように接続さ
れて示されているが、この弁は、煙突１７の温度
が、余りにも高く上昇した時に開放し、煙道ガス
に低温の周囲空気を混合し、熱交換器HX内部の
温度が、腐食保護被覆に対して危険とみなされる
値約260℃（500〓）を超えることを阻止する。多
くの応用において、単に１個又はそれ以上の上述
の２個の温度制御保護手段が十分であるものと認
められる。以下に一層明瞭となるように、腐食保
護被覆を損傷させる温度上昇を阻止することは、
その代わりに、排ガスを、それが水凝縮熱交換器
を通過される前に、安全運転温度に冷却するため
に、従来の非凝縮熱交換器を使用することによつ
て、なされることもできる。

第３ａ図においては、多数のノズルを有してい
る噴霧マニホルドSPが水を下方に熱交換器HXを
通して、弁Ｖが開放された時に噴霧するように作
動し、熱交換器の上に形成する何らかの沈澱物を
洗い去るようにする。水凝縮様式における作動
は、普通には、管を清潔に保つように働くので、
このような噴霧の作動は、全く稀であり、基本発
明のある応用においては、このような噴霧手応の
準備は、全く不必要と見なされることもできる。
粒子の除去が特別に重要であると見なされるある
応用においては、弁Ｖは、水蒸気凝縮によつて生
成された「雨」を多くするために、連続的な噴霧
を許すように開放されることができる。

基本発明の実施は、水を加熱するための上述の
熱交換器に比べて極端に簡単な熱交換器を利用し
て、水よりは空気を加熱するために、実施される
こともできる。銅管の使用が、水の加熱のために
推奨されるが、アルミニウム管が空気加熱に対し
て推奨される。いずれの場合にも、テフロンのよ
うな腐食保護被覆が使用される。

基本発明の実施は、ボイラ又は炉の煙道ガスの
処理に限定されることなく、他の多くの種類の高
温排ガスに対して直ちに応用可能である。製紙工
業においては、多量の周囲空気が、普通には、No.
２燃料油を燃焼することによつて加熱される直接
加熱式の乾燥器を備え、大きな送風機によつて紙
のウエブを乾燥するために適用されることが普通
である。紙のウエブを通過した加熱排気空気は、
実質的な量の紙粒子並びに通常構成の煙道ガス並
びに通常の湿分量の数倍の湿分を含んでいる。ほ
んの限定された量の加熱空気の量だけが再循環さ
れる。なぜならば、その湿度は、乾燥を行なわす
ために十分に低く保持しなければならず、従つ
て、実質的な量の補充空気が必要とされるからで
ある。外部空気又は周囲空気を、紙の乾燥に対し
て必要とされる温度に加熱することは、大量の燃
料を必要とする。従来の空気熱の回収技術は、こ
のような応用に対しては、明らかに不適当であつ
た。周囲空気は、常に、十分に低温であり、この
空気を通常の空気予熱器を通過させることは、排
ガスから硫酸の凝縮を生じさせ、腐食を生じさ
せ、また、凝縮物が存在すると、紙粒子が熱交換
器内部の湿つた空気の表面の上に速やかに粘着
し、堆積し、熱交換器を詰める。乾燥器からの熱
回収のためのどのような技術も、成功しているも
のと信ずることはできない。基本発明によると、
第３ｂ図に示されるように、高温の、例えば、
282.2℃（540〓）の紙を含んでいる従来の紙乾燥
器PDからの排出空気が、水凝縮熱交換器AHの
ガス通路を通過され、包囲空気入口導管IDから
熱交換器の管の中に入り、それを通過する包囲空
気を加熱し、包囲空気が、最初の、例えば、−1.1
℃（37〓）〜37.8℃（100〓）から、例えば、
193.3℃（380〓）の温度まで加熱される。熱交換
器を去る空気は、導管を通つて送風機Ｂによつて
動かされ、乾燥装置の中における補充空気として
使用されるようにし、熱交換機ユニツトAHの中
において著しく予熱され、実質的により少量の燃
料が乾燥過程を実施するために必要とされるよう
にする。前に説明された水加熱系統の場合には、
硫酸が熱交換器の内部の一つのレベルにおいて凝
縮する。凝縮物が、紙粒子並びに他の粒状物質を
捕捉し、苛酷な腐食及び詰まりを生じさせる初期
の傾向となるが、しかしながら、基本発明によつ
て、大量の水蒸気が熱交換器の内部の高いレベル
において凝縮されるように、温度に関して流量を
制御することは、雨が、硫酸及び粒状物質成分を
洗い去るようにさせる。また、水加熱の応用の場
合におけるように、水凝縮様式の使用は、回収さ
れる顕熱の量を増加させ、大量の潜熱の回収を生
じさせ、熱交換器表面を湿らせ、清潔のままと
し、熱伝達を改善する。

種々の応用において、炉又は他の装置によつて
供給される高温排ガスは、テフロン保護被覆が安
全に露出されることのできる温度287.8℃（例え
ば、550〓）を実質的に超過するが、しかしなが
ら、基本発明の使用をこのような応用において決
して除外するものでない最初の温度を有してい
る。第３ｃ図においては、工業炉IFから流出し、
510℃（950〓）の温度を有するものと仮定されて
いる排ガスは、腐食保護被覆を持つ必要のない従
来技術の空気予熱器APへ通される。空気予熱器
APは、また、基本発明によつて水凝縮様式で作
動される熱交換器HXAからの空気をも受取る。
熱交換器HXAは、包囲空気を、硫酸が凝縮する
温度よりも実質的に高い、それ故、従来技術の予
熱器APが、腐食又は詰まりを受けない温度（例
えば182.2℃〜360〓）に加熱する。空気予熱器
APは、更に、182.2℃（360〓）の温度をより高
い温度、例えば、287.8℃（550〓）まで上昇する
が、この空気は、炉IFのバーナに供給されるも
のと示されている。182.2℃（360〓）から287.8
℃（550〓）への燃焼空気の加熱において、ユニ
ツトAPを通過する煙道ガスは、510℃（950〓）
の温度から218.3℃（425〓）に冷却するが、この
後者の温度は、熱交換器HXAの中の腐食保護被
覆が容易に耐えることができる温度である。15.6
℃（60〓）でユニツトHXAの中に包囲空気が入
ると、煙道ガスからの水蒸気の非常に本質的な凝
縮が、ユニツトHXAの中において生じ、また、
前述のその水蒸気凝縮様式の同じ利点が得られ
る。第３ｃ図においては、加熱空気（287.8℃−
550〓で示されている）は、最初の高温度の排ガ
ス（510℃−950〓で示されている）を生成する同
じ装置（炉IFとして示されている）に供給され
る必要はなく、すなわち、加熱空気は、全く異な
つた工業過程のために使用されることもできる
が、しかしながら、図示された配置は、基本発明
の有利な、自然の使用であるものと信じられる。
第３ｃ図の説明は、排ガスの中におけるある特別
な凝縮可能な腐食成分として三酸化イオウに関し
ているが、第３ｃ図の原理は、腐食保護被覆の材
料制限運転温度と、水蒸気凝縮温度との間の温度
において凝縮する他の潜在的な腐食成分を含んで
いる排ガスと一諸に応用することもできること
は、明らかなところである。従来の非凝縮熱交換
器が、排ガス温度を、第３ｃ図と相違して、凝縮
熱交換器によつて加熱される流体が、従来の熱交
換器を通過することなく、凝縮熱交換器によつて
加熱されたその流体が、無論、空気ではなく、水
であつても良い多くの応用において、凝縮熱交換
器の材料制限温度以下に低下するために使用する
こともできる。第３ｄ図においては、炉F₂の煙
突からの排ガスが、従来の空気予熱器AHを通過
し、それから、基本発明によつて作動される水凝
縮熱交換器HXBを通り、ユニツトHXBを管２
０，２１を介して循環される水を加熱する。温度
センサTS₂が、ユニツトHXBに入るガス温度を
検出し、若しも、ユニツトHXBの中に入るガス
温度がある希望された値以上に上昇し始めるなら
ば、並通の熱交換器によつて加熱されつつある流
体の流れを制御し、ユニツトHXBに入るガスの
温度を減少するように増加させる。温度センサ
TS₂は、送風機のモータBMの速度を、モータ制
御器MCを介して制御するものと描いてあるが、
しかしながら、ユニツトAHの上に加えられる熱
負荷は、種々の応用においては、他の方法で、例
えば、ユニツトAHを通るより低温の流体の流れ
を制御するダンパ弁の位置決めによつて、変えら
れることは明らかなところである。第３ｃ図及び
第３ｄ図は、従来の、又は、従来技術の非凝縮熱
交換器と一諸に基本発明による水凝縮熱交換器の
使用を示すものであるが、水凝縮熱交換器及び非
凝縮熱交換器は、相互に隣接して取付けられ、又
は、２個の熱交換器の間における配管を短縮又は
省略するように、共通支持体の上に取付けられる
という意味において、組合わされることのできる
ことを理解すべきである。（多くの従来の節約器
及び空気予熱器からの煙道ガス出口温度は、SO₃
の凝縮を避けるために、約176.7℃（350〓）に維
持される）。多くの蒸気原動所においては、ボイ
ラ炉ガスを順次、節約器、空気予熱器及びバツグ
ハウスを経て煙突に導くことが普通である。空気
予熱器の中における重大な腐食を防止するため
に、包囲空気を、それが従来の空気予熱器に入る
前に、予熱することが必要であつた。この予熱
は、普通には、入口ダクトの中の蒸気コイルによ
つてなされている。基本発明によると、このよう
な蒸気コイルは省略されることができる。従来の
空気予熱器を通過した煙道ガスを受取るように据
え付けられている水凝縮熱交換器が、包囲空気を
加熱し、これを従来の空気予熱器へ、何らの凝縮
又は腐食も従来の空気予熱器の中において生じな
い十分に高い温度で供給するために、使用するこ
とができる。多くの工業ボイラは、節約器をボイ
ラ供給水を加熱するために使用しており、また、
多くの場合に、このボイラは、50〜70％の補給水
を必要とする。基本発明の水凝縮熱交換器は、通
常、煙突を介して駆逐されていた。例えば、
176.7℃（350〓）で節約器を流出する煙道ガスを
受取るように据え付けられ、ボイラ補充水を、水
がボイラと協同される脱気器に行く前に加熱する
ようにすることもできる。

260〜287.8℃（500〜550〓）のオーダの温度
が、現在利用可能なテフロン材料における適当な
上限として上に述べられたが、この上限は、テフ
ロンの材料の特性が将来改善され、又は、より高
い材料制限運転温度を有している他の材料が利用
可能であるので、上昇するかも知れないことを理
解すべきである。

本発明方法の説明 必要とされる熱伝達表面面積は異なつた応用の
間においては、広く変動するので、水凝縮熱交換
器がモジユール型式で作られることが、非常に望
ましい。第４ａ及び４ｂ図は、本発明方法により
製造された一つの例示的なモジユールを示すもの
である。薄鋼板から形成された外方に向いている
みぞ型状部材４０，４１が、強固な側部部材を形
成しており、みぞ型状部材の上方及び下方のフラ
ンジの中にボルト穴４２，４２を有しており、必
要とされる熱伝達面積を与えるために、必要とさ
れる個数のモジユールが、相互に垂直に重ねら
れ、一諸にボルト止めされることを許すようにし
ている。ユニツトは、２個の管板又は端板４３，
４４を有しており、これらは、ボルト４５，４５
等によつて側部部材４０，４１にボルト止めされ
ている。各管板４３，４４は、その４個の各縁に
沿つて外方に延びている。第４ａ図に管板４３に
対して示されているフランジ４３ａのように、４
個のフランジ４ａ〜４ｄを設けられている。図示
されているモジユールにおいては、各管板４３，
４３は、８列の穴を有しており、各列には、18個
の穴があり、また、穴は、交互の列が図示される
ように食い違いとされ、全部で144本の管４８，
４８が、２個の管板４３，４４の間に延びてお
り、各管板の外側に約71.4mm（2.81インチ）延び
ている。一つの成功した実施例においては、各管
の外径は、その腐食保護被覆と一諸に31mm（1.22
インチ）であり、各列における管は44.4mm（1.75
インチ）の中心間隔に置かれ、連続する列におけ
る管は、水平に22.1mm（0.875インチ）食い違い
とされ、管中心の間の垂直間隔は、第４ｃ図に示
されるように、38.3mm（1.516インチ）であり、
一つの列の中における管の間の中心距離及び隣接
する列の中の管の間の中心距離を、また、44.4mm
（1.75インチ）としている。第４ｃ図において、
図示された３本の管の中心は、それらの内の２個
が一つの列の中にあり、また、それらの内の１本
が隣接する下方の列の中にあるが、等辺三角形の
頂点にある。管寸法及び水平間隔をこのようにし
て、モジユールを通して垂直に見ると、みぞ型部
材の側部部材４０，４１に隣接するせまい約11.1
mm（7/16インチ）のストリツプ空間を除いて、管
によつて完全にふさがれていることが分かる。そ
れらのせまいストリツプ空間を除いて、ガスの上
方の通過は、必然的にガスが水平にそらされるこ
とを必要とし、乱流を促進させ、任意の上方の列
における管から滴下する凝縮物が、２列下方であ
る管の中心の上に滴下する傾向となる。モジユー
ルの内側の各管の長さを1.372mm（54インチ）に
等しくさせて、また、各管の外径を28.6mm
（1.125インチ）に等しくさせて、各管は、モジユ
ールの内側の0.124m²（1.33平方フイート）の表
面面積を有し、すべての144本の管に対して17.73
m²（190.8平方フイート）の熱伝達表面を、約221
cm³（13.5平方インチ）の容積の中に有している。
各管は、型式Ｌ（壁厚1.25mm−0.050インチ）の銅
水管から成立ち、呼称内径25.4mm（１インチ）、
実際内径26.0mm（1.025インチ）及び28.6mm
（1.125インチ）の外径（被覆されていない）を有
していた。各管は、フルオロエチレンプロピレン
（FEF）テフロンの0.51mm（0.020インチ）（20ミ
ル）の厚さの層を被覆された。各みぞ型部材の内
側及び２個の管板の内側は、1.52mm（0.060イン
チ）（60ミル）の厚さのテトラフルオロエチレン
（TFE）テフロンを裏張りされ、従つて、モジユ
ールの内部のすべての表面面積は、薄いテフロン
被覆によつて保護された。管板４３は、TFEテ
フロンの60ミルの層を、第４ｂ図に見えるその内
側表面の上だけではなく、その上方フランジ４２
ａの上面、その下方フランジ４２ｄの下面及びフ
ランジ４２ｂ並びに４２ｃの左側及び右側（第４
ｂ図において）の表面の上にも有しており、ま
た、管板４４は、同じように、テフロンによつて
被覆された。みぞ型状部材の側部部材４０，４１
は、TFEの60ミルの層を、それらの垂直な（第
４ｂ図における）内側表面４０ａ，４１ａの上だ
けではなく、それらの上方フランジの頂面４０
ｂ，４１ｂ及びそれらの下方フランジの下面４０
ｃ，４１ｃの上にも有している。このようにし
て、テフロン対テフロンの継手が、みぞ型状部材
の側部部材４０，４１と、管板の側部フランジと
の間において、それらが一諸にボルト止めされる
箇所に存在する。管板及び側部部材に対するテフ
ロン被覆は、テフロン薄板材料を寸法に切断し、
それから、それをフランジを被覆するのに必要な
90°の折曲げを作るのに十分に加熱する。上述の
型式の３個のモジユールが垂直に重ねられ、１時
間当たり4381.2Kg（9660ポンド）の煙道ガス流
を、開放ガス通路面積の0.092m²（１平方フイー
ト）当たり、１秒間に0.346Kg（0.762ポンド）の
ガス流量を有して処理することを意図された系統
において、53.1m²（572平方フイート）の熱伝達
表面面積を与えられるようにした。熱交換器内部
の煙道ガスの速度は、良好な熱伝達を確保するた
めに乱流を与えるのに十分に高くあるべきである
が、しかしながら、テフロン被覆を摩滅させ、又
は、大量の凝縮物を煙突にまで吹出させる程に高
くあつてはならない。１秒間に9.1〜12.2ｍ（30
〜40フイート）の範囲内の速度が、上述のユニツ
トにおいて適当であることが分かつた。より小さ
な又はより大きな速度が基本発明の多くの応用に
対して全く適当であることに注目すべきである。

腐食保護被覆が熱交換器管に熱収縮によつて、
施されたが、これは公知の技術である。銅（又は
アルミニウム）管の直線部分をそれを清潔にする
ため及び何らかのまくれを除去するためにみがい
た後、金属の長さに近似するテフロンTEPの管
が、金属管の上に滑らされた。次いで金属管の百
数十mm（数インチ）の短い端部長さの部分が、金
属管の端部をわずかに越えて延びているテフロン
管によつて被覆され、165.6℃（330〓）に加熱さ
れたプロピレン・グリコルのタンクの中に浸漬さ
れる。ほんの短い長さだけが浸漬され、数秒間加
熱され、テフロン・チユーブが浸漬された金属管
の短い長さの回りに緊密に収縮されるようにす
る。いつたんチユーブの短い端部が収縮すると、
金属管とテフロン・チユーブとの組立体は、プロ
ピレン・グリコル浴の中に更にその全長まで、降
下されるが、典型的には、１秒間に約0.305ｍ
（１フイート）の速度で降下される。加熱された
プロピレン・グリコルが、金属管の内部並びに包
囲しているテフロン・チユーブの外側の回りに流
れるので、一様な加熱及び収縮が生ずる。全長が
２〜４秒間浸漬された後、組立体はタンクから取
り去られる。テフロン・チユーブは、直径を収縮
する時に長さを増加し、従つて、熱収縮の後、チ
ユーブは、金属管の端部を越えて延長し、これは
切断されても良い。

テフロンの薄板が、管板のフランジの回りに曲
げられた後、穴がテフロン薄板を貫いて管板の中
の穴と同心にあけられるが、より小さな直径とす
る。各管板の中の穴は、それぞれ、被覆された管
の外径を、管のテフロン被覆の厚さである1.52mm
（0.06インチ）（60ミル）だけ超過する直径（例え
ば、32.5mm1.28インチ）を有しているが、テフロ
ン・チユーブ薄板の中にあけられた穴は、それぞ
れ、第７ａ図に示されるように、実質的により小
さく、例えば、直径15.9mm（0.625インチ）であ
り、そこで、TFEテフロンの薄板１０１は、管
板４３の中の穴の部分を最初に被覆する。管板４
３の中の穴の縁は、好適には、管板４３の内側の
上を、第７ｂ図に１０２によつて示されるよう
に、わずかに斜めに切られることが望ましいが、
しかしながら、１０３によつて示されるように、
管板４３の外側の上は、平ら又は垂直であること
が望ましい。次ぎに、テーパされた電気加熱され
る工具１０４が、テフロン薄板の部分を管板４３
の中の穴を貫いて押出すために、使用される。金
属工具１０４は、テフロン薄板１０１の中の15.8
mm（0.624インチ）の穴に入るのに十分に小さな
（例えば、9.5mm−0.375インチ）の丸められた鼻
を有しており、また、この鼻から後方に、工具
は、順次上方にテーパし、使用されるテフロンの
被覆チユーブの外径に等しい一定の直径ｄにテー
パしている。金属工具１０４は、415.6℃（780
〓）に加熱される。工具１０４の鼻をテフロン薄
板の中の穴の中に差し込まれて、第７ａ図に示さ
れるように、工具１０４はテフロン薄板に向かつ
て、空気シリンダ（図示されていない）によつて
わずかに押し進められる。工具１０４がテフロン
の中の穴の縁を加熱する時に、工具１０４は、空
気シリンダから一定の力によつて順々に進められ
る。工具１０４の一定直径ｄの部分がテフロン薄
板に近附く時に、工具の前進は、テフロンが更に
加熱されるまで遅くし又は止める傾向とし、それ
から、工具１０４は、突然に突き抜け、その後、
工具１０４は、更に進むことを、止め（図示され
ていない）によつて阻止される。その後、テフロ
ンは、管板４３の中の穴を、30ミルの厚さの裏張
りで裏打ちし、いくらかのテフロンを管板４３の
外側の上に延ばす。工具１０４は、管板４３を貫
いて約15秒間延びたまま保持され、一方、管板４
３の外側の上のテフロンは、更に加熱され、それ
から、工具１０４は、迅速に管板４３から引込め
られる。この引込めは、管板４３の中の穴の直径
を超過する直径を有しているカラー又はビード
が、第７ｂ図に１０５で示されるように、管板４
３の外側の上に穴の回りに形成されるようにす
る。管板４３のその内側縁の上の穴の丸め又は斜
めの切断は、テフロン薄板１０１が、工具１０４
が穴の中に押し進められる時に、割れの生ずるこ
とを防止することを助ける。管板４３の外側の上
の穴の垂直な縁は、工具１０４が引込められる時
に、軟いテフロンの内方への流れを阻止する傾向
とし、従つて、カラー又はビード１０５を形成す
る。

加熱された工具１０４が引込められた直後に
（例えば、６秒以内に）、使用されるべきテフロン
被覆をされた管と同じ外径を有しているプラグ
が、管薄板の穴の中に差し込まれるが、この穴を
通つてテフロンが押出されており、直径のどのよ
うな減少をも阻止する。多くの異なつた材料から
形成された円筒形のプラグが使用されることがで
きるが、管から切断されたテフロン被覆された銅
又はアルミニウムの短い長さのものが、前に述べ
られたように、望ましい。このようにして、第７
ｂ図は、若しも、数字４８がテフロン被覆された
管の短い長さであると見なされるならば、このよ
うなプラグを有している管板の穴を示すものと見
なされる。

２個の管板４３，４４の中のすべての穴がこの
ように処理された時に、１対の側部部材４０，４
１及び１対の管板４３，４４が、それらの最終輪
郭に一諸にボルト止めされる。プラグが管板４３
の中の穴から取除かれ、管４８の一端部が、管４
３の外側から穴の中に速やかに差し込まれ、管は
直ちに内方に、その入口端部が、モジユールの他
端部の管板４４に近附くまで、内方に押し進めら
れる。管は、若しも、プラグが取去られた後に２
〜３秒以内になされるならば、手によつて管薄板
４３の中の穴を貫いて押し進められることができ
る。管の入口端部が管板４４に近附く時に、管板
４４の中の適当な穴の中のプラグは、他の人間に
よつてモジユールの管板４４の端部において取り
除かれ、また、管の入口端部は、モジユールの反
対端部における２人の人間が、管を押圧し、引張
ることによつて、管板４４の中の穴を貫いてその
最終的位置に押圧されることができる。管が両方
の管板の中に差し込まれる時に、一般に２人の強
力な人間が管を滑べらせるために必要とすること
は、はめ合いが生じた時に、はめ合いの緊密性を
示すものである。水圧ラム又は同様のものが、無
論、管の差し込みを容易とさせるために、使用さ
れることもできる。管の差し込みが、数分、例え
ば、３分の時間に渡つて行なわれるが、よりわず
かな時間の使用は、有利とするようにさせる。し
かしながら、どのような場合にも、プラグのテフ
ロンを裏張りされた管板の中の穴の中への差し込
みは、直径の減少を阻止するために、管が据え付
けられる前に、数分よりもより多くない時間まで
になされることが、非常に重要なことであるもの
と、見なされる。プラグをテフロンを裏張りされ
た管板の各穴の中に、テフロンが穴を貫いて押し
出される時から、管が穴の中に差し込まれる直前
まで維持させることによつて、テフロンを裏張り
された穴の直径の減少は、プラグが取去られるま
で、始まらない。直径の減少は、プラグが取去ら
れた後に十分に遅く生ずるので、管を所定位置に
押し進めるための時間が、若しも、押し進めが十
分に迅速になされるならば、あり、また、その時
に重要であることは、管が所定位置に置かれた後
に、更に直径の減少が生じ、これによつて、ある
与えられた管板の穴の中のTFEカラー及び裏張
りが、管の上にFEP層に強固に捕捉し、管を所
定位置に非常に緊密にクランプするようにし、こ
れによつて、それが極端な力以外には、除去され
ることができないようにすることである。他の機
構又はクランプ装置が、管を所定位置に保持する
ために使用することが無く、これによつて、管が
管板に相対的に機械的に浮き、テフロン・カラー
によつてクランプされるだけであるものと見なさ
れることができるようにする。このような配置
は、加熱及び冷却が生じさせる膨張及び収縮に、
テフロン対テフロンの漏れ止めの一体性に何らの
損失をも伴うこと無しに、適応させることを証明
した。

第４ａ〜４ｃ図に示された性質のモジユールが
構成された熱交換器に対する水入口及び水出口を
設けるために、無論、管板から延びている管端部
のあるものの端部の上に、もどりベンドを設ける
ことが必要である。従来のＵ形の銅もどりベンド
が、このような連結を作るために管の端部の上に
溶着される。管の等辺三角形の間隔は、同じ列の
中の管を連結するため又は隣接する列の中の管を
連結するためのいずれににも、只一つの形式のも
どりベンド継手が使用されることを許すという利
点を与える。ある応用においては、水流を直列に
すべて水管を経る一つの経路の中に設けることが
可能であるが、大抵の応用は、より良好で一層一
様な熱伝達を与えるため及び高い流速から管の腐
食を阻止するために、多数の水経路に分岐するこ
とを利用する。例えば、第４ａ〜第４ｃ図に示さ
れる18×８本の管のマトリツクスの３個のモジユ
ールを使用する系統においては、水が最上の列の
中の18本の管の内の９本の中に導入され、その列
の中の残つている９本の管を経て１組のもどりベ
ンドを介して向けられ、第４ｄ図に略図で示され
たような流れ経路を与えるが、この図において、
矢印は簡単なマニホルドMA（例えば、３インチ
管）からの入口流れを示し、また、円は、隣接す
る下方の列の管への接続を示している。熱交換器
を通る９個の別個の流れ経路が、腐食を阻止する
ために１秒当たり1.22ｍ（４フイート）の下に保
持された水速において１分当たり3.79（１ガロ
ン）の水流に用立てるために、このように設けら
れた。望まれる全体の流速は、異なつた応用にお
いて非常に広く変わつても良い。管は、モジユー
ルの内側においては、すべてのもどりベンドを管
板の外側で連結されて、直線であるので、最終的
に同一であるように作られたモジユールが、大き
な範囲内にある流量に適応するように、使用され
ることができ、これは、製作及び貯蔵に経済的と
することができ、有利である。

大抵の熱交換器は、熱交換器室又はハウジング
の内側にもどりベンドを利用しているが、第４ａ
〜４ｃ図のモジユールの内側に、管の単に直線円
筒状部分だけの使用は、他の重要な利点を有して
いる。落下する凝縮物による管の清掃は、一層完
全で、一様である。なぜならば、何らのもどりベ
ンドも、延長面も使用されていないからである。
もつぱら直線部分の使用は、管の上におけるテフ
ロンの熱収縮を実施可能とさせる。

第５ａ及び５ｂ図においては、排ガスは、入口
ダクト５０を経て水凝縮熱交換器の下方の空間５
１の中へ入り、テフロン被覆されたアルミニウム
管の群の間をフアイバガラスの上方の空間５６の
中へ流れ、そこから、フアイバガラスの煙突５７
から方への通る各管は、その端部を支持している
２個の管板を貫いて延びている。入口空気ダクト
５２が最上方の管６２の群を被覆している。管の
群６２の他端部及び次ぎの下方の管の群６３の端
部は、フード又はカバー６３によつて被覆されて
示されており、これによつて、管群６２から第５
ａ図において右方に出る空気が、管群６４を経て
第５ａ図において左方にもどされるようにする。
同様のフード手段６５〜６９が、同様に、空気流
の方向を組立体の反対側において逆転させる。最
下方の管の群７０からの空気は、出口ダクト７１
の中に通る。第５ａ及び５ｂ図は、空気が熱交換
器を、図示のために、７回通過する系統を示すも
のである。実際には、１〜５回の通過が、普通に
は適当であると見なされている。管板、側部部材
及びカバーの内側並びに空間５１の内側は、水加
熱交換器の場合におけるように、腐食保護ライニ
ングを裏張りされる。第５ａ及び５ｂ図には示さ
れていないが、この点において、若しも希望され
るならば、噴霧ノズルが、第５ａ及び５ｂ図の空
間加熱交換器の内側に、第３ａ図の水加熱器熱交
換器に関して説明されたのと同じ目的のために、
設けられても良いことは、明らかなそころであ
る。

第６図に示される系統においては、燃焼空気及
びボイラ補充水の両方を加熱するために配置され
ている水凝縮熱交換器BHXが、６個の垂直に重
ねられたモジユール６１〜６６から成立つてい
る。包囲空気又は室内の空気が、モジユール６３
及びモジユール６２の上半分の中に入口ダクト６
７を経て入り、熱交換器を横切つて１パルスを作
り、もどり空間又はフード６８によつて、モジユ
ール６１及びモジユール６２の下半分の中の管を
通つて、押込み通風送風機FDFの入口に連結し
ているダクト７０の中にもどるように導く。

熱交換器BHXの上方の３個のモジユール６４
〜６６は、ボイラ補充水を予熱する。水は、低温
水主要源７１から入口マニホルドIMに流れるが、
マニホルドIMは、水を横方向にモジユール６６
の中の頂部の列を横切つて７個の水流経路に分布
し、これらの経路は、モジユール６４〜６６を水
平に及び垂直に出口マニホルドOMに進める。煙
道ガスは、熱交換器BHXの下方の空間７２にダ
クト７３を経て入り、モジユール６１〜６６を
順々に上方に、フアイバガラスの上方の空間７４
を通り、そこから、フアイバガラス煙突７５へ通
る。第６図の熱回収系統は、２個のボイラB₁，
B₂を有しているボイラ系統の中において有力で
ある煙道ガス、燃焼空気及び補充水の流速に用立
てるように意図されているが、この系統は、No.６
燃焼油を15％の過剰空気で燃焼し、67％の補充水
で１時間当たり最大22680Kg（50000ポンド）の蒸
気を生成し、１時間当たり平均13608Kg（30000ポ
ンド）の煙道ガスが２個のボイラの煙突から只１
個の吸出し送風機IDFによつて引かれ、また、煙
道ガスの量は、各ボイラから各ダンパ７６又は７
７によつて制御されて引かれ、ダンパは、それぞ
れのモジユレーテイング・ポジシヨナーMP₁又
はMP₂によつて制御され、ポジシヨナーMP₁，
MP₂は、それぞれ、各ボイラの上の負荷によつ
て、従来のボイラ制御系統から、従来の空圧制御
信号を使用して制御される。

ポジシヨナーMP₁，MP₂は、全負荷条件の下
において、ダンパ７６及び７７が完全に開かれ、
各ボイラによつて生成されるすべての煙道ガスが
熱交換器BHXに向けられるようにセツトされて
いる。若しも、送風機IDFが、両方のボイラが生
成しつつあるよりも、より多量の煙道ガスを引く
べきであるならば、ボイラの過剰空気が増加する
か、又は、外部空気がボイラ煙突を引き降ろされ
るかし、いずれの場合にも、効率を減少させる。
これらの問題を避けるために、ダンパ７６及び７
７は、その負荷が減少される時に、各ボイラから
引かれる煙道ガスの量を減少する。ポジシヨナー
MP₁及びMP₂は、各ダンパの協同されるボイラ
がしや断される時には、各ダンパを閉塞し、ま
た、ポジシヨナーは、吸出し送風機IDFに連結さ
れ、若しも、送風機IDFが運動していないなら
ば、ポジシヨナーのダンパを閉塞し、その時に
は、すべての煙道ガスは、ボイラ煙突を経て去
る。

ダンパ７６，７７を含んでいるダクト７８，８
０は、共通ダクト８１に併合される。ダクト８１
の中のダンパ８２が、熱交換器BHXへ行く煙道
ガスの量を、燃焼空気及び補充水要求割合に依存
して制御する。ダンパ８２は、予熱された熱交換
器BHXから出る水の温度を、ユニツトBHXから
のその出口における水温を検出することによつ
て、ある希望された設定点82.2℃（180〓）に制
御し、比例サーボ・モータSM₁を作動させるよう
に調節される。ダンパ８２は、通常は、全開し、
ボイラによつて生成されつつあるすべての煙道ガ
スが、熱交換器BHXを通過することを許すが、
しかしながら、急速な転移状態の間、又は、減少
された補充水要求の間には、煙道ガスから燃焼空
気及び補充水を予熱するために利用されることが
できるよりも、より多量の熱が煙道ガスから利用
可能であり、この場合には、熱交換器BHXから
出る水の温度が上昇し始めるが、しかしながら、
その時には、サーボ・モータSM₁は、ダンパ８２
を閉塞し、熱交換器BHXからの水の出口温度を
希望された点に維持し始める。煙道ガスは、最初
に、より低い空気が熱部分を通り、それから、水
加熱部分を通つたので、そこでは、入力水温度
7.8℃（例えば、46〓）が、入力空気温度29.4℃
（例えば、85〓）よりもより低く、最大の熱回収
が得られる。吸出し送風機IDFの前部の他の調節
ダンパ８３が、十分な室内空気を導入し、煙道ガ
スと混合することによつて、熱交換器BHXへの
煙道ガスの入口温度が、熱交換器BHXを裏張り
しているテフロンの腐食防止材料に対する安全運
転温度（例えば、260℃500〓）を超過しないよう
に、排ガスの温度を制限するように作動する。温
度センサTS₃が、煙道ガス温度を送風機IDFの出
口において検出し、ダンパ８３の位置をサーボ・
モータSM₂を介して制御する。若しも、煙道ガス
の温度が260℃（500〓）又はそれ以下であるなら
ば、ダンパ８３は完全に閉塞される。

煙道ガスは、送風機IDFからダクト７３の短い
部分を通過して底部空間７２に入り、そこから上
方に熱交換器BHXを経て、最初に燃焼空気を加
熱し、次いで、ボイラ補充水を加熱し、豊富な凝
縮が生じ、前述の多数の利点を与える。ユニツト
BHXの底部のドレン管Ｄが、配管８５の透明部
分を含んでおり、それを介して、凝縮物の色が観
察されることができる。No.６油が、ボイラ燃料と
して使用される時には、凝縮物は、煙道ガスから
の大量の粒状物質及びSO₃の除去によつて黒色で
あり、一方、ボイラ燃料としての天然ガスの使用
は、煙道ガス内の粒状物質の非常に少量のため
に、本当に透明である。

煙突７５の中に置かれたダイアル温度計DT１
が、煙道ガス出口温度を指示するが、これは、典
型的には、ボイラ負荷に応じて32.2℃（90〓）と
93.3℃（200〓）との間を変動する。煙突７５に
置かれた温度センサTS₄も、熱回収系統を、若し
も、煙道ガス出口温度が93.3℃（200）〓を超過
するならば、ダンパ８２を閉じることによつてし
や断するのに役立つている。

簡単な熱量計算器が、水及び空気の温度並びに
流速信号を受取り、回収された熱量を計算する。
１時間当たり平均蒸気負荷13608Kg（30000ポン
ド）において、回収された熱の組合わせ量は、１
時間当たり873900Kcal（3468000Btu）である。凝
縮熱交換器の使用前には、１時間当たり13608Kg
（30000ポンド）の平均蒸気負荷は、ボイラ効率80
％において、No.６燃料3.8当たり373Kcal（１ガ
ロン当たり148000Btu）の１時間当たり562
（148.4ガロン）の平均燃料消費を必要としてい
た。水凝縮熱交換器を利用して、１時間当たり
111（29.3ガロン）の燃料が節約され、20％の
節約となつた。

下方のハウジング（例えば、第１図における１
１）は、60ミルのTFEテフロンを完全に裏張り
された簡単な薄鋼板から成立つており、そのフラ
ンジも、テフロンによつて管モジユールと一般的
に同様に被覆されている。下方のハウジングは、
種々の応用において多くの異なつた形状を取るこ
とができる。下方のハウジングの底部に連結する
ドレンＤの上方部分、例えば、0.305ｍ（１フイ
ート）の長さの部分も、好適には、TFEテフロ
ン管から形成されることが望ましい。

１秒当たり18.3ｍ（60フイート）までの煙道ガ
ス流速は、全く作動可能であること、水柱76.2mm
（３インチ）の水凝縮熱交換器を横切る煙道ガス
の圧力降下が、作動可能であるものと信じられ
る。

このようにして、上述の本発明の目的が、有効
に達成されることのできることが分かる。上述の
方法を実施する場合及び上述の構造に、ある変更
が、本発明の要旨から離れることなしに、なされ
ることができるので、上述の説明の中に含まれ且
つ添附図面の中に示されたすべての事項は、単
に、例示の目的のためだけのものであり、制限さ
れることを意味しないものであることを、意図さ
れているものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、基本発明の根本原理のいくつかを理
解するのに有用である熱交換器系統の略図、第２
図は、基本発明方法の原理を理解するのに有用で
ある線図、第３ａ図は、基本発明による水加熱系
統の一つの形式の略図、第３ｂ図は、直接燃焼式
紙乾燥器の熱エネルギーを節約し、紙乾燥器から
の排ガスから粒状物質を除去するための紙乾燥器
に関する基本発明の使用を示す略図、第３ｃ及び
３ｄ図は、それぞれ、基本発明の水凝縮熱交換器
を、従来技術の空気予熱器と一諸に使用する例を
示す略図、第４ａ図は、本発明方法により製造さ
れる一つの例示的な熱交換器モジユールの平面
図、第４ｂ図は、第４ａ図の線４ｂ−４ｂによる
部分横断面図、第４ｃ図は、本発明方法により製
造される熱交換器の管間隔を理解するのに有用な
線図、第４ｄ図は、本発明方法により製造される
熱交換器に使用されることができる水マニホルド
の一つの形式を示す略図、第５ａ及び５ｂ図は、
本発明方法により製造される水蒸気凝縮熱交換器
としての熱交換器の例示的な空気加熱様式を示す
正面図及び側面図、第６図は、ボイラ煙道ガスか
ら空気と水との両方を加熱する熱交換器を利用す
る一つの例示的な熱回収系統を示す略図、第７ａ
図及び７ｂは、本発明方法及びこの方法の使用に
よつて与えられる管対管板の漏れ止めの性質の理
解に対して有用てある部分横断面図である。 １２，１３，１４，１５……熱交換器ユニツ
ト、３１……ボイラ、４０，４１……みぞ型状部
材、４３，４４……管板、６１，６２……モジユ
ール、１０１……テフロン薄板、AH，HX，
HXA，HXB，BHX……水凝縮熱交換器、AP…
…空気予熱器、F₂……炉、IF……工業炉、PD…
…紙乾燥器、SP……噴霧マニホルド、ST……熱
水貯蔵タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換器の製造方法において、多数の穴を有
   するプラスチツクの薄板の中の穴の縁部分を、前
   記プラスチツクの薄板の中の各穴と一致する穴を
   有する隣接する金属板の中の穴を貫き、裏張りす
   るために熱成形することと、穴のプラスチツクに
   よる裏張りが冷却する前に、プラスチツクを裏張
   りされた穴の直径の減少を制限するために、各プ
   ラスチツクを裏張りされた穴のそれぞれの中に、
   それぞれプラグ手段を差し込むことと、前記プラ
   グ手段を前記穴から取り除くことと、前記プラグ
   手段の前記穴からの取り除きの後に、各プラスチ
   ツクを裏張りされた前記穴を貫いて各管の端部
   を、次ぎのように十分に速やかに入れること、す
   なわち、プラスチツクを裏張りされた穴の漸進的
   な直径の減少が、前記管の端部が、前記プラスチ
   ツクを裏張りされた穴を通して入られることは許
   すが、しかしながら、その後には、プラスチツク
   を裏張りされた穴が、前記管を前記金属板に関し
   てつかみ、固定的に位置決めさせるように、十分
   に速やかに各プラスチツクを裏張りされた穴を貫
   いて入れることとから成り立つていることを特徴
   とする製造方法。 ２ 前記プラスチツクの薄板が、テトラフルオロ
   エチレンから成り立つている特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。 ３ 前記金属板の中の穴が、円形である特許請求
   の範囲第１項記載の製造方法。 ４ 前記プラスチツクの薄板の中の前記穴が、そ
   れぞれ、前記金属板の中の合致する各穴よりも、
   より小さな最初の直径を有しており、また、熱成
   形する段階が、加熱されたダイを、前記プラスチ
   ツクの薄板の中の前記穴のそれぞれの前記縁部分
   に向かつて押し進め、前記プラスチツクの薄板の
   中の前記穴のそれぞれと合致する前記金属板の中
   の前記穴を貫いてプラスチツクを押し出すことか
   ら成り立つている特許請求の範囲第１項記載の製
   造方法。 ５ 前記プラスチツクを裏張りされた穴が冷却さ
   れる前に、前記ダイをプラスチツクを裏張りされ
   た穴から引き込める段階を含んでいる特許請求の
   範囲第４項記載の製造方法。 ６ 熱交換器の製造方法において、多数の穴を有
   するプラスチツクの薄板の中の穴の縁部分を、前
   記プラスチツクの薄板の中の各穴と同心に合致す
   る穴を有する隣接する金属板の中の穴を貫き、裏
   張りし、これにより、プラスチツクを裏張りされ
   た金属板組立体を形成するように熱成形すること
   と、穴のプラスチツクの裏張りが冷却される前
   に、プラスチツクを裏張りされた穴の直径の減少
   を制限するために、前記各穴の中に各プラグ手段
   を差し込むことと、１対の前記プラスチツクを裏
   張りされた金属板組立体を固定的に離すと共に相
   互に平行となるように間隔を置くことと、前記プ
   ラグ手段を前記穴から引き抜くことと、前記プラ
   グ手段の前記穴からの引き抜きの後に、前記プラ
   スチツクを裏張りされた金属板組立体のそれぞれ
   の中のプラスチツクを裏張りされた穴を貫いて、
   プラスチツクを裏張りされた管の端部を順々に次
   ぎのように十分に速やかに入れること、すなわ
   ち、前記プラスチツクを裏張りされた穴の漸進的
   な直径の減少が、前記プラスチツクを裏張りされ
   た管の端部が、前記プラスチツクを裏張りされた
   穴を通して入れられることは許すが、しかしなが
   ら、その後には、前記プラスチツクを裏張りされ
   た穴が、前記プラスチツクを裏張りされた管をつ
   かみ、これを固定的に位置決めさせるように、十
   分に速やかに入れることとから成り立つているこ
   とを特徴とする製造方法。