JPH08624Y2 - セラミック熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、排気ガス等の熱交換流体と伝熱管を通過
する被熱交換流体とを熱交換させる熱交換器に係り、特
に伝熱管をセラミックスで構成したセラミック交換器に
関する。

［従来の技術］ 工業炉等の高温排気ガスの排気熱をバーナへの燃焼用
空気の加熱用として利用し、廃熱の有効利用を図るセラ
ミックス熱交換器として、管板に対してシール性を保っ
て伝熱管を熱膨張自在に取り付けた本出願人提案の「セ
ラミックス熱交換器」（実願昭62-88826号）がある。

この考案は第５図に示すように、排気ガス等の熱交換
流体を通過させる流路１の対向する管板2,3に、上記流
路１を横断するセラミックス製の伝熱管４を摺動自在に
嵌合すると共に、これら管板2,3のそれぞれに伝熱管４
の両端開口と連通させて鏡板５および鏡板６を取付け、
鏡板５内へ供給された被加熱流体を、伝熱管４を経由さ
せて加熱して鏡板６内へ送り、鏡板６内から、バーナ等
の消費装置（図示せず）に供給するようにしている。そ
して、上記鏡板５内に上記伝熱管４の熱膨張方向に移動
自在に上記管板２を収容している。また、管板2,3に
は、伝熱管４の両端をそれぞれ熱膨張自在に収容する筒
状の押え金具7,8を一体的に設け、上記鏡板５内に、鏡
板５と管板２との間で両者に弾発力を付勢する圧縮コイ
ルばね９を掛け渡して伝熱管４の熱膨張を許容しつつ、
その圧縮コイルばね９の反力によって一定のシール性を
得るようにしている。なお、伝熱管４の一端と押え金具
７との間にはパッキン10が介設されている。

他の従来技術としては、第６図に示すように、対向す
る断熱壁12に、上下および幅方向に適宜間隔の伝熱管支
持部13を形成すると共に、それぞれセラミックスから形
成された伝熱管４の両端と断面六角形の端部接続部材14
を一体的に接合し、その端部接続部材14を上記伝熱管支
持部13にハニカム状に積層させた提案がある。そして、
この提案にあっては各端部接続部材14間にシール材を充
填してシール性を保ち、上記端部接続部材14の一方を上
記管板２に接触させ、端部接続部材14の他方に伝熱管４
を管板３に密着させるばね15を設けてシール性と熱膨張
の吸収を図っていた。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、前者のように移動自在な管板に押え金具を取
付てシール性と確保しようとしても各伝熱管における熱
膨張の相違や振動等の外的要因から、一部の伝熱管のシ
ール性が損われてしまう虞があり、後者はセラミック同
士の接続強度の信頼性が低いこと、シール性を向上する
ため及び接合するために、六角形断面の精度を上げ端面
の精度を上げようとしても機械加工に多くの時間を必要
としコストがアップすること、１本ごとの伝熱管のメン
テナンスが困難であること等、の課題がある。

［課題を解決するための手段］ この考案は上記課題を解決することを目的とし、対向
する管板の一方にセラミックス製の伝熱管の一端をイン
ロー嵌合し、管板の他方に伝熱管の他端側を摺動自在に
支持したセラミック熱交換器において、上記伝熱管の一
端と管板のインロー嵌合部との間にガスケットを設ける
と共に上記管板の他方に上記伝熱管の他端側を包囲して
伝熱管の他端側外周面に嵌合したパッキンを気密に着座
させるためのシート部を有した筒状の固定金具を一体的
に設け、この固定金具の内面に上記シート部にパッキン
を密着させる管状のパッキン押え金具を螺合し、このパ
ッキン押え金具に上記伝熱管を上記ガスケットの密着方
向に付勢する弾性部材を収容すると共にパッキン押え金
具の外周面に上記弾性部材の弾発力を調整する筒状の押
え金具を螺合したものである。

［作用］ シート部の密着方向にパッキン押え金具をねじこむ
と、パッキンは弾性変形して固定金具のシート部に密着
し、固定金具と管板との間を気密にシールする。一方、
弾性部材の付勢力を押さえ金具で調整すると、インロー
嵌合部と伝熱管との間のガスケットが押圧され、伝熱管
の一端とインロー嵌合部が気密にシールされる。熱交換
流体が排気ガス等の高温流体である場合、伝熱管は，弾
性部材の付勢力に抗して熱膨張するが、この伝熱管の他
端が弾性部材を収縮方向に付勢するために、上記ガスケ
ットの面圧が増加し、シール性が増加する。このように
セラミックス製の伝熱管に何等加工を施すことなく、管
板に対して一定のシール性を維持しつつ熱膨張を許容し
できるから大巾なコストダウンが可能になり、また、組
立て性の向上およびメンテナンス性が大巾に向上する。

［実施例］ 以下にこの考案の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図および第３図に示す16は、対向するスチール製
の管板2,3及びケーシング17によって排気ガス等の熱交
換流体の導入口18と排出口19とを有して熱交換流体の流
路20を区画形成した熱交換器本体である。実施例にあっ
て流路20は、熱交換流体の流れに対する直交断面が矩形
として形成される。熱交換器本体16内は、対向する管板
2,3およびケーシング17の内面を断熱材21で被覆し、内
部に実質的な流路20を区画形成する。そして両管板2,3
には、第３図に示すように熱交換流体の流れ方向および
その流れの断面方向に適宜間隔をおいて千鳥状に伝熱管
４が配設される。実施例にあって伝熱管４を例えばSiC
等のセラミックスで形成する。伝熱管４は、その開放さ
れた一端が上記管板３にインロー嵌合され、他端が上記
断熱材21および上記管板２を貫通させて外方へ延出され
る。そして第１図に示すように、管板２には鏡板５を取
付けて空気等の被熱交換流体を導入する導入室22を区画
形成し、上記各伝熱管４の導入側の開口の全てをその導
入室22と連通させる。鏡板５には供給管5aが接続され
る。一方、管板３には鏡板６が取付けられて伝熱管４を
通過した被熱交換流体を集合させる排出室23が区画形成
される。この鏡板６には伝熱管４の排出側の開口の全て
を連通させる排出管24が取付けられると共に、その鏡板
６の内面は断熱材25で被覆され温度低下を防止するよう
になっている。

さてこの考案の目的とするところは上記伝熱管４の熱
膨張を許容しつつそのシール性を確保し、かつ、伝熱管
４の組立性等を向上することにある。

そこでこの実施例にあっては、第１図および第２図に
示すように、上記管板３のインロー嵌合部26に各伝熱管
４の先端開口縁を密着させるリング状のガスケット27を
介設する。そして、そのインロー嵌合部26に嵌合された
伝熱管４の外周面の嵌合穴間には、例えばセラミック繊
維等の耐熱、耐蝕性に優れ、かつ、伝熱管４の半径方向
の熱膨張や振動等を吸収する緩衝材28が介設される。一
方、管板２には、上記各伝熱管４の延出部分を貫通させ
る断熱材21の嵌合穴29より拡径された雌ねじ穴30を形成
し、その雌ねじ穴30に筒状の固定金具31を螺合して管板
２に一体化する。なお、固定金具31は管板２に対して溶
接で固定しても構わない。実施例にあって固定金具31
は、上記管板２の外面に接する側につば部32を一体的に
有し、そのつば部32の反対面が錘体状のシート部33とな
っている。そして上記伝熱管４の他端側外周面には、上
記固定金具31内に収容され、かつ、上記シート部33に気
密に着座するパッキン34を嵌合する。また、固定金具31
には、その内周面にパッキン34を押圧する管状のパッキ
ン押え金具35を螺合して、そのパッキン押え金具35の螺
合度を調節することによってパッキン34の面圧を調節し
管板２と固定金具31との間のシール性を確保するように
なっている。実施例にあってパッキン34の軸方向と直交
する断面はほぼ山形として、面圧を上げ気密性を向上さ
せるようにしている。さらに、パッキン押え金具35の外
周面にはキャップ状のばね押え金具36が調整自在に螺合
され、そのばね押え金具36および上記パッキン押え金具
35内に収容した圧縮コイルばね等の弾性部材37の弾性力
を上記ばね押え金具36で調節し、伝熱管４を上記ガスケ
ット27の密着方向に付勢するようにしている。38はワッ
シャである。なお、上記ばね押え金具36には、導入室22
と連通される穴39を開口する。

以上のように構成すると、セラミックス製の伝熱管４
に高精度の加工を施すことなく、伝熱管４を熱膨張自在
に管板2,3に掛渡すことが可能になり、大巾なコストダ
ウンが可能になる。そして、ばね押え金具36を取外すの
みで簡単に伝熱管４を取外すことができメンテナンス性
を大巾に向上できる。尚、第４図に示すように上記管板
３に受板40を溶接等で一体的に設け、この受板40で上記
インロー嵌合部26を形成しても良い。

次に作用を説明する。

熱交換流体の加熱によって各伝熱管４が加熱される
と、各伝熱管４はそれぞれ単独に熱膨張するが、この時
に各キャップ内の弾性部材37が各伝熱管４の熱膨張に応
じて収縮してその熱膨張を許容する。同時に熱膨張に伴
って増加する弾性部材37の弾発力をガスケット27に作用
させシール力を増加させる。

［考案の効果］ 以上説明したことから明らかなようにこの考案によれ
ば次の如き優れた効果を発揮する。

（１）高いシール性を維持しつつセラミック製の伝熱管
の熱膨張を許容できるからその伝熱管の損傷を防止でき
る。

（２）構造が簡単で製作性に優れ、組立性を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の好適一実施例を示す断面図、第２図
は第１図の要部詳細図、第３図は第１図のIII-III線断
面図、第４図はインロー嵌合部の他の例を示す要部詳細
図、第５図は従来例を示す断面図、第６図は他の従来例
を示す概略図である。 図中、2,3は管板、４は伝熱管、26はインロー嵌合部、2
7はガスケット、31は筒状の固定金具、33はシート部、3
4はパッキン、35はパッキン押え金具、36はばね押え金
具、37は弾性部材である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する管板の一方にセラミックス製の伝
   熱管の一端をインロー嵌合し、管板の他方に伝熱管の他
   端側を摺動自在に支持したセラミック熱交換器におい
   て、上記伝熱管の一端と管板のインロー嵌合部との間に
   ガスケットを設けると共に上記管板の他方に上記伝熱管
   の他端側を包囲して伝熱管の他端側外周面に嵌合したパ
   ッキンを気密に着座させるためのシート部を有した筒状
   の固定金具を一体的に設け、該固定金具の内面に上記シ
   ート部にパッキンを密着させる管状のパッキン押え金具
   を螺合し、該パッキン押え金具に上記伝熱管を上記ガス
   ケットの密着方向に付勢する弾性部材を収容すると共に
   パッキン押え金具の外周面に上記弾性部材の弾発力を調
   整する筒状の押え金具を螺合したことを特徴とするセラ
   ミック熱交換器。