JPH0729418Y2 - 伝熱管の支持構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案は、廃熱回収等に使用される熱交換器におけ
る、伝熱管の支持構造に関するものである。

〈従来の技術と考案が解決しようとする課題〉 従来、ごみ処理施設等において、廃熱の回収等に使用さ
れる熱交換器としては、複数の伝熱管を有する多管式の
熱交換器が、最も一般的に用いられている。

上記多管式の熱交換器は、通常、第４図に示すように、
缶胴91の内部が、一対の管板92,93によって３つの部屋9
4〜96に仕切られ、上下の部屋94,96間が、複数の伝熱管
97…によって繋がれた構造を有しており、各伝熱管97…
を通って、上下の部屋94,96間を流通する気体と、中央
の部屋95内を流通する気体との間で熱交換を行うように
なっている。

なお、上記のような多管式の熱交換器においては、熱交
換される気体の温度が比較的低温である場合には問題と
ならないが、高温の気体を熱交換する用途に使用される
場合には、各部分、特に伝熱管の膨脹、収縮量が大きく
なるので、主として上記伝熱管の破損を防止するため
に、伝熱管と管板との間の気密を維持しつつ、伝熱管の
伸縮を吸収する種々の手段を設けることが行われてい
る。

例えば、上記第４図の熱交換器においては、上記手段と
して、缶胴91の途中に、環状の伸縮部材91a,91aが設け
られており、この伸縮部材91a,91aが、伝熱管97…の伸
縮に伴って缶胴91を伸縮させて、伝熱管97…の伸縮を吸
収するようになっている。

ところが、上記構造では、通常、缶内の気密を維持する
ために、伸縮部材91a,91aを、全周溶接等によって缶胴9
1に固定しており、交換が事実上、不可能であるため、
長期間の使用によって伸縮が繰り返されるうちに、金属
疲労によって伸縮部材91a,91aが破損してしまうと、缶
胴91の全体を交換しなければならないという問題があ
る。

また、特に装置が大型である場合には、上記伸縮部材91
a,91aを、設計どおりに缶胴91に溶接するために、高度
の工作技術が必要となり、組み立てに手間がかかって、
工期、工費等がかさむという問題もある。

また、上記構造では、管板92,93と各伝熱管97…との間
の気密を維持するため、各伝熱管97…の上下両端部を、
全て、上下の管板92,93に全周溶接等によって固定する
必要があるため、組み立てに手間がかかって、工期、工
費等がかさむだけでなく、装置内部、特に伝熱管97…の
内外の清掃を行うことが困難で、しかも、伝熱管97…に
ひび割れ等の破損が生じた際の交換が極めて困難である
という問題もあった。

第５図に示す構造は、伝熱管97…の一方（図では上方）
の端部97a…を、管板92に対して固定せず、両者の間を
小型のベローズ98…で繋いで、上記両者間の気密を維持
しつつ、膨脹、収縮による伝熱管97…の伸縮を、ベロー
ズ98…によって吸収するようにしたものである。

ところが、上記構造では、耐熱性に優れた高価なベロー
ズが、伝熱管の数だけ必要となり、しかも、上記ベロー
ズの取り付けには、高度の工作技術が必要となるため、
工期、工費等がかさむという問題がある。

また、上記構造では、気密を維持するために、各伝熱管
97…の他方の端部を全て、管板に対して、全周溶接等に
よって固定する必要があり、組み立てに手間がかかっ
て、工期、工費等がかさむだけでなく、装置内部、特に
伝熱管97…の内外の清掃を行うことが困難で、しかも、
伝熱管97…にひび割れ等の破損が生じた際の交換が極め
て困難であるという問題もあった。

比較的小型の熱交換器では、複数の伝熱管の一方の端部
を、１つの大きなベローズを介して一方の管板に固定す
ることで、気密を維持しつつ、膨脹収縮による伝熱管の
伸縮を吸収するようにしたものもある。

しかし、上記構造では、気密を維持するために、各伝熱
管の一方の端部を、上記ベローズに対して、また、他方
の端部を、他方の管板に対して、それぞれ、全周溶接等
によって固定しなければならないので、やはり、先の２
つの例と同様に、組み立てに手間がかかって、工期、工
費等がかさむだけでなく、装置内部、特に伝熱管の内外
の清掃を行うことが困難で、しかも、伝熱管にひび割れ
等の破損が生じた際の交換が極めて困難であるという問
題があった。

また、上記構造では、上記のように、ベローズに、複数
の伝熱管の端部が溶接されていると共に、このベローズ
が一方の管板に溶接されているため、金属疲労等によっ
て破損した際の交換が事実上、不可能であるという問題
もあった。

この考案は、以上の事情に鑑みてなされたものであっ
て、管板と伝熱管との間の気密を維持しつつ、伝熱管の
伸縮を確実に吸収することができると共に、構造が簡単
で、容易、且つ安価に製造することができ、しかも伝熱
管の交換や清掃が容易な伝熱管の支持構造を提供するこ
とを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための、この考案の伝熱管の支持構
造は、熱交換器の缶胴内に、管板を介して複数の伝熱管
を支持した伝熱管の支持構造において、上記管板に形成
された、伝熱管の外径よりも僅かに内径の大きい複数の
貫通孔に、それぞれ伝熱管を挿入していると共に、上記
管板の、伝熱管が突出した側の面に、キャスタブル耐火
物、プラスチック耐火物、またはガンミックスを層状に
成形し、乾燥、固化させて形成された、伝熱管の軸方向
への移動および伸縮を許容しつつ、管板と伝熱管との間
の気密を維持する耐火性の密封層を形成してあることを
特徴としている。

〈作用〉 上記構成からなる、この考案の伝熱管の支持構造におい
ては、管板の、伝熱管が突出した側の面に、キャスタブ
ル耐火物、プラスチック耐火物、またはガンミックスを
層状に成形し、乾燥、固化させることで、上記伝熱管の
外周面に密着するように形成された耐火性の密封層が、
熱交換器の使用を開始すると、伝熱管の伸縮によって当
該伝熱管の外周面から剥離して、伝熱管の軸方向への移
動および伸縮を許容しつつ、実用上差し支えのない程度
に気密を維持する。

〈実施例〉 以下に、この考案の伝熱管の支持構造を、ごみ処理施設
の廃熱回収用の熱交換器に適用した例を示す図面を参照
しつつ説明する。

第１図に示すように、上記熱交換器は、円筒状の缶胴１
の内部が、上下一対の管板2,3によって、上から順に、
焼却炉からの排ガスが供給される排ガス入口チャンバー
11、熱交換室12、および排ガス出口チャンバー13に仕切
られていると共に、上下のチャンバー11,13が、上記管
板2,3によって支持された複数の伝熱管４…を介して繋
がれた構造を有している。なお、図において、符号12a
は、排ガス冷却のための冷空気を供給する冷空気入口、
12bは、熱交換後の加熱空気を排出する加熱空気出口、1
2c…は、空気を熱交換室12内で蛇行させて伝熱管４…と
の接触機会を増加させ、熱交換の効率を高めるためのじ
ゃま板（バッフルプレート）を示している。

そして、上記各部からなる熱交換器においては、排ガス
入口チャンバー11から排ガス出口チャンバー13へ向け
て、各伝熱管４…内を下方へ移動し、排ガス出口13aか
ら排出される排ガスと、冷空気入口12aから供給され
て、熱交換室12内を上方へ移動し、加熱空気出口12bか
ら排出される空気との間で熱交換が行われるようになっ
ている。なお、熱交換により加熱された加熱空気は、焼
却炉バーナーの焼却用予熱空気等に使用される。

各伝熱管４…の上端部41…を支持する上側の管板２は、
第２図（ａ）に示すように、伝熱管４…の外径よりも僅
かに大きい内径を有する複数の貫通孔21…を備えてお
り、伝熱管４…は、上記各貫通孔21…に、上端部41…を
挿通させた状態で、軸方向に摺動自在に保持されてい
る。また、上記管板２の上面には、上方へ突出された前
記上端部41…と管板２との間を密封するための密封層５
が形成されている。なお、上記密封層５は、第１図に示
すように、排ガス入口チャンバー11の側壁面にも延長さ
れており、この排ガス入口チャンバー11内、および管板
２を、高熱の排ガスから保護する耐熱層としても用いら
れている。

一方、各伝熱管４…の下端部42…を支持する下側の管板
３には、第２図（ｂ）に示すように、上記下端部42…
を、上方から、軸方向に摺動自在な状態で受け入れる大
径部31aと、この大径部31aに挿入された伝熱管４…の下
端面42aに当接して伝熱管４を下方から支持すること
で、伝熱管４の下方への抜け落ちを防止するための環状
の段部31bとを有する、複数の貫通孔31…が形成されて
いる。そして、上記管板３の上面には、上記大径部31a
…に挿入された各伝熱管４…の下端部42…と管板３との
間を密封するための密封層６が形成されている。

上記密封層5,6は、キャスタブル耐火物、プラスチック
耐火物、ガンミックス等の不定形の耐火物を、各貫通孔
21…,31…に伝熱管４…が挿入された状態の管板2,3の上
面に、それぞれの材料に適した成形方法で層状に成形
し、乾燥、固化させることで形成されている。

なお、上記密封層5,6を構成する不定形の耐火物のう
ち、キャスタブル耐火物としては、粘土質、高アルミナ
質、アルミナ質、クロム質、クロマグ質（クロム鉄鉱マ
グネシアクリンカー）、耐火断熱質、低温断熱質等の、
従来公知の種々のキャスタブル耐火物を使用することが
できる。

上記キャスタブル耐火物は、通常、粉末状態で供給され
るので、水等を加えて流動状態にし、管板2,3の上面に
流し込んで層状に成形した後、乾燥、固化させれば、上
記密封層5,6を形成することができる。

また、不定形耐火物のうち、プラスチック耐火物は、シ
ャモット、高アルミナ質シャモット、クロム鉱質等の骨
材を主成分とする坏土（粘土）状態で供給される。

上記プラスチック耐火物の場合には、管板2,3の上面に
打ち込んで層状に成形した後、乾燥、固化させれば、上
記密封層5,6を形成することができる。

ガンミックスは、前記キャスタブル耐火物と同様の耐火
物の粉体を、吹き付けガンを用いて吹き付けるもので、
混水状態で吹き付ける場合と、粉体を吹き出して、途中
で混水させる場合とがある。なお、上記ガンミックス
は、高温状態でも吹き付けが可能であるので、後述する
ように、密封層5,6が欠損した場合の補修にも好適に使
用することができる。

上記各部からなる熱交換器においては、不定形耐火物の
乾燥、固化当初の段階では、両密封層5,6は、各伝熱管
４…の外周面に密着している。

そして、熱交換器の使用を開始すると、伝熱管４…が加
熱、冷却を受けて伸縮し、密封層5,6が伝熱管４…の外
周面から剥離して、管板2,3と各伝熱管４…との間の気
密を、実用上差し支えない範囲で維持しつつ、しかも、
各伝熱管４…の軸方向への移動および伸縮を許容し得る
状態となる。

したがって、上記支持構造によれば、ベローズや溶接等
を必要としない簡単な構造で、しかも、単に管板2,3の
貫通孔21…,31…に端部が挿入あれただけの各伝熱管４
…と、上記管板2,3との間に十分な気密を維持しつつ、
加熱、冷却を受けた際に、上記各伝熱管４…を自由に伸
縮させることが可能となる。

また、伝熱管４が破損した場合には、破損した伝熱管４
を管板２の上方へ引き抜いて、新たな伝熱管４を、管板
2,3の貫通孔21,31に挿入するだけで良く、伝熱管の交換
が容易になる。

しかも、伝熱管４の清掃時には、上記と同様に、汚れた
伝熱管４を管板２の上方へ引き抜いて、装置外部で清掃
することができるので、簡単な内部構造と相俟って、特
に伝熱管の内外の清掃を、極めて容易に行えるものとな
る。

なお、上記伝熱管４の交換時や清掃時には、伝熱管４の
端部が当たる等して、密封層5,6の一部が欠損する場合
があるが、その場合には、交換あるいは清掃が完了し
て、管板2,3の貫通孔21,31に伝熱管４を挿入した後、欠
損部分を、ガンミックス等の不定形耐火物によって補修
してやれば良い。

なお、この考案の伝熱管の支持構造は、上記図の例には
限定されない。

例えば、図の支持構造では、各伝熱管４…が縦向に配列
されるため、下方の管板３の貫通孔31…内に、上記各伝
熱管４…の下方への抜け落ちを防止するための環状の段
部31b…が設けられていたが、伝熱管を横向に配置する
タイプの熱交換器に、この考案の支持構造を適用する場
合には上記段部を省略することができる。

また、図の支持構造では、密封層5,6が、共に、管板2,3
の上面に形成されていたが、比較的小型で、上下を逆に
することが容易な熱交換器等に、この考案の支持構造を
適用する場合には、例えば、作業の効率化等の目的で、
両方の密封層を、共に、装置の外側の面に形成すること
もできる。

また、上記密封層は、それぞれの管板の両面に形成して
も良い。

また、上記実施例では、上下の管板2,3の両方に、この
考案の伝熱管の支持構造が適用されていたが、例えば、
第３図（ａ）（ｂ）に示すように、下方の管板３の段部
31bと、伝熱管４の下端面42aとの当接によって、両者の
間の気密を維持させる等して、密封層を省略できる場合
には、他方の管板のみにこの考案の伝熱管の支持構造を
適用すれば良い。

その他、この考案の要旨を変更しない範囲で種々の設計
変更を施すことができる。

〈考案の効果〉 この考案の伝熱管の支持構造は、以上のように構成され
ており、伝熱管が加熱、冷却を受けて伸縮すると、この
伝熱管と、不定形耐火物を固化させて形成された密封層
とが剥離して、実用上差し支えのない程度に気密を維持
しつつ、伝熱管の軸方向への移動および伸縮を許容し得
る状態となるので、ベローズや溶接等を必要としない簡
単な構造で、しかも、各伝熱管と管板との間に十分な気
密を維持しつつ、加熱、冷却を受けた際に、上記各伝熱
管を自由に伸縮させることが可能となる。また、上記支
持構造では、各伝熱管を自由に引き抜き、挿入すること
ができるので、伝熱管が破損した場合の交換や、伝熱管
の清掃を極めて容易に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の伝熱管の支持構造の一実施例が適用
された熱交換器の一例を示す断面図、第２図（ａ）
（ｂ）は、それぞれ、上記熱交換器における要部として
の伝熱管の支持構造を示す拡大断面図、第３図（ａ）
（ｂ）は、それぞれ、熱交換器における伝熱間の支持構
造の変形例を示す拡大断面図、第４図は従来の熱交換器
の一例を示す断面図、第５図はベローズを用いた従来の
伝熱管の支持構造を示す断面図である。 １…缶胴、2,3…管板、４…伝熱管、5,6…密封層、21,3
1…貫通孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器の缶胴内に、管板を介して複数の
   伝熱管を支持した伝熱管の支持構造において、上記管板
   に形成された、伝熱管の外径よりも僅かに内径の大きい
   複数の貫通孔に、それぞれ伝熱管を挿入していると共
   に、上記管板の、伝熱管が突出した側の面に、キャスタ
   ブル耐火物、プラスチック耐火物、またはガンミックス
   を層状に成形し、乾燥、固化させて形成された、伝熱管
   の軸方向への移動および伸縮を許容しつつ、管板と伝熱
   管との間の気密を維持する耐火性の密封層を形成してあ
   ることを特徴とする伝熱管の支持構造。