JPH053917Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案はセラミツクス製の伝熱管を使用して
高温流体との熱交換を行なうセラミツクス熱交換
器の改良に関し、管板を金属製としてシール性の
向上とセラミツクス部品の減少をはかるようにし
たものである。

〔従来の技術〕

近年、耐高温材料であるセラミツクスの研究開
発にともない従来直接熱交換することが難しかつ
た1300℃程度の高温ガスと熱交換できるセラミツ
クス熱交換器が開発されつつある。

このような高温ガスと熱交換を行なうセラミツ
クス熱交換器では、高温ガスと直接接触すること
になる伝熱管のみならず、伝熱管が支持される管
板をも耐高温材料で製作する必要があり、伝熱管
および管板をセラミツクスで製作している。

ところが、多数の伝熱管を支持させることがで
きる大きなセラミツクス製管板を製作することが
できず、例えば第４図に示すように、セラミツク
ス製の伝熱管１の端部に多角柱状（図示例では、
六角柱状としてある。）の管板部２を伝熱管１を
支持できる程度の大きさにして取付け、この管板
部２の側面同志を接触されて積み重ねるように
し、伝熱管１を一定のピツチで配列し、これら管
板部２の外側に伝熱管１の内径に相当する穴があ
けられた伝熱管押え３を当て管軸方向への移動を
押えて伝熱部４が構成され、例えば管外流体流路
に高温排ガスを流し、管内流体流路に空気等の低
温ガスを流して熱交換するようにしている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このようなセラミツクス熱交換器では、伝熱管
１が支持される管板が六角柱状の管板部２を積み
重ねて構成されるため管板部２の側面同志が密着
状態になつていないと、高温排ガスが低温ガス側
にリークしたり、低温ガスが高温排ガス側にリー
クし、熱交換効率が低下してしまうという問題が
ある。

また、管板部２をセラミツクスで製作するよう
にしているため、セラミツクス部品の数が非常に
多く、コスト上昇の原因となるとともに、加工性
も悪く、シール性の良い管板部２を製作すること
が難しいという問題もある。

この考案はかかる従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、管板を金属製とすることを可能と
することで、シール性の向上とセラミツクス部品
の削減による低コスト化をはかることができるセ
ラミツクス熱交換器を提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するためこの考案は、セラミ
ツクス製の伝熱管を管板に取付け、管内外の２流
体間で熱交換するセラミツクス熱交換器におい
て、伝熱管が支持され管内外の流体流路を仕切る
管板を金属板で形成して管外流体側表面に断熱材
を取付け、この金属製管板に遊嵌した伝熱管の端
部を管板にねじ止めされる押え金具で支持すると
ともに、これら伝熱管と押え金具との間にシール
材を介装する一方、これら伝熱管の熱膨張を吸収
し得る熱膨張吸収構造を備えたことを特徴とする
ものである。

〔作用〕

セラミツクス製の伝熱管が支持される管板を耐
熱材料であるステンレス鋼等の金属材料で形成す
るとともに、高温排ガス等と接する側の表面に断
熱キヤスタブル等の断熱材を取付けて金属材料の
使用限界以内の温度となるようにし、この管板に
遊嵌された伝熱管の端部を押え金具とシール材と
で規制し、伝熱管の熱膨張を管板をフローテイン
グ構造としたり、伝熱管を押え金具内で移動でき
るようにして吸収するようにしており、管板を金
属製としても問題のない構造のセラミツクス熱交
換器としている。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。

第１図はこの考案のセラミツクス熱交換器の一
実施例の概略断面図である。

このセラミツクス熱交換器１０は、セラミツク
ス製の伝熱管１１を用いたシエルアンドチユーブ
形の熱交換器であり、伝熱管１１がステンレス鋼
等の金属で作られた管板１２に支持されるように
なつている。この伝熱管１１が支持される管板１
２には、伝熱管１１の配列に対応する位置に伝熱
管１１の外径よりわずかに大きい穴が形成される
とともに、これらの穴の内周にめねじが形成して
ある。

このような管板１２は、ケーシング１３内に対
向して配置されており、これら管板１２間に伝熱
管１１が配置されて穴に挿通されるようになつて
いる。

この管板１２に遊嵌された伝熱管１１の両端部
はそれぞれ押え金具１４で軸方向への移動を規制
するようグラフアイトやアルミナシリカ系等のシ
ール材１５を端面に当てて押えるようになつてお
り、押え金具１４には、その先端部に管板１２の
めねじにねじ込まれるおねじ１４ａが形成される
とともに、外端部に伝熱管１１の内径に相当する
穴が形成され、伝熱管１１内を流れる管内流体の
流れに支障がないようにしてある。

そして、金属製の管板１２の管外流体側の表面
にそれぞれ断熱キヤスタブルやアルミナシリカ系
の断熱材１６が取付けられ、管外の高温排ガスに
より金属製の管板１２の使用限界温度を越えない
よう断熱材１６の厚さ等が設計されている。

このように金属製の管板１２にセラミツクス製
の伝熱管１１を遊嵌した伝熱部１７では、管内外
に流体を流すと、伝熱管１１に熱膨張が生ずるこ
とから、これを吸収するための熱膨張吸収構造１
８として、一方の管板１２がステンレス鋼製のベ
ローズ１９を介してケーシング１３に取付けられ
るとともに、圧縮コイルばね２０により付勢され
た状態となつており、管板１２がケーシング１３
に対し移動できるフローテイング構造としてあ
る。

かように構成したセラミツクス熱交換器１０で
は、管外に1300℃程度の高温排ガスが流され、伝
熱管１１内に低温の燃焼用空気が流されて空気予
熱器等として使用されると、管外の高温排ガスに
より伝熱管１１のみならず管板１２の表面を覆う
断熱材１６も高温となるが、管板１２自体は断熱
材１６で保護されているため使用限界温度以下と
なつており、金属製の管板１２を使用することに
問題がない。

そして、伝熱管１１と管板１２とのシールは、
押え金具１４内に装着したシール材１５によつて
行なわれ、セラミツクス製の六角柱状の管板部
（第４図参照）を積み重ねる場合に比べ、格段に
シール性が向上する。

また、管板１２の製作・加工の際にも、セラミ
ツクス製とする場合に比べて加工性が良く、ねじ
加工等も簡単にできる。

さらに、万一、伝熱管１１が損傷して交換しな
ければならない場合には、押え金具１４をはずし
たのち、伝熱管１１を引き抜くことで簡単に交換
できるとともに、伝熱管１１の長さに多少の長短
があつても押え金具１４の管板１２へのねじ込み
量を変えることで対応でき、組立が容易である。

次に、この考案の他の一実施例について、第２
図に基づき詳細に説明する。

この実施例のセラミツクス熱交換器では、伝熱
管１１等の熱膨張を吸収するための熱膨張吸収構
造１８を伝熱管１１と押え金具１４との間に設
け、管板１２をケーシング１３に固定するように
しており、他の構成は上記実施例と同一である。

伝熱管１１が遊嵌された管板１２にねじ込まれ
る押え金具１４の内周と伝熱管１１の外周との間
にシール材１５を介装してシールし、伝熱管１１
の端面と押え金具１４との間に隙間を形成するこ
とで、伝熱管１１が押え金具１４内を移動できる
ようにして熱膨張を吸収する。

このような熱膨張吸収構造１８を備えたセラミ
ツクス熱交換器では、管板１２の支持構造が簡単
となり、一層安価となる。

また、熱膨張吸収構造１８を第３図に示すよう
に、管板１２に突出部１２ａを形成して内周をテ
ーパ状とするとともに、外周におねじを形成して
おき、このおねじに押え金具１４をねじ込むよう
にし、押え金具１４内の突出部１２ａのテーパ部
分にシール材１５を配置するようにして押え金具
１４で押えることで、シールと伝熱管１１の移動
を可能とすることもでき、この場合にも管板１２
を固定構造にできる。

〔考案の効果〕

以上、実施例とともに具体的に説明したように
この考案のセラミツクス熱交換器によれば、セラ
ミツクス製の伝熱管が支持される管板を金属材料
で形成し、高温流体側の表面に断熱材を取付ける
ようにしたので、金属製の管板を使用限界温度以
下にすることができ、従来のようにセラミツクス
製の分割構造の管板部を使用する場合に比べ、シ
ール性が向上するとともにセラミツクス部品を大
幅に削減できる。

また、管板をセラミツクスにかえて金属製とす
ることで、加工性が良く、精度の良い加工ができ
るとともに安価となる。

さらに、伝熱管の管板への支持を押え金具をね
じ込んで行なうようにしたので、伝熱管の長さに
多少の誤差があつても容易に組立てることができ
るとともに、押え金具を外すだけで簡単に伝熱管
の交換ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のセラミツクス熱交換器の一
実施例にかかる概略断面図、第２図および第３図
はそれぞれこの考案の他の一実施例にかかる熱膨
張吸収構造の断面図、第４図は従来例の説明図で
ある。 １０……セラミツクス熱交換器、１１……伝熱
管、１２……管板、１３……ケーシング、１４…
…押え金具、１５……シール材、１６……断熱
材、１７……伝熱部、１８……熱膨張吸収構造、
１９……ベローズ、２０……圧縮コイルばね。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. セラミツクス製の伝熱管を管板に取付け、管内
   外の２流体間で熱交換するセラミツクス熱交換器
   において、伝熱管が支持され管内外の流体流路を
   仕切る管板を金属板で形成して管外流体側表面に
   断熱材を取付け、この金属製管板に遊嵌した伝熱
   管の端部を管板にねじ止めされる押え金具で支持
   するとともに、これら伝熱管と押え金具との間に
   シール材を介装する一方、これら伝熱管の熱膨張
   を吸収し得る熱膨張吸収構造を備えたことを特徴
   とするセラミツクス熱交換器。