JPH1054530A

JPH1054530A - 熱交換器の通路壁構造及び通路壁の製造方法

Info

Publication number: JPH1054530A
Application number: JP8227601A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Harada; 裕昭原田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1996-08-10
Filing date: 1996-08-10
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な間隙部を金属壁と耐火壁との間に形成
できるとともに、質量の大きい耐火壁を金属壁に対して
しっかりと支持することができ、且つ、金属壁や保持部
材等の腐食を確実に防止して金属壁等の寿命を大幅に延
ばすことができる熱交換器の通路壁構造が求められてい
た。【解決手段】空気通路７と排ガス通路５とを分離する
仕切壁２０の構造であって、該仕切壁２０は外周面２１
が空気通路７に接する金属板２３と表面３２が排ガス通
路５に接するセラミック層２６とよりなり、且つ金属板
２３の内周面２４側とセラミック層２６の裏面３３側と
の間に第１の間隙部２５を形成するとともに、この第１
の間隙部２５に金属板２３の貫通孔２２を連通させて、
排ガス通路５に腐食性成分及びダストを含む燃焼排ガス
２を流す通路壁構造において、金属板２３の内周面２４
に、セラミック層２６を保持する複数のアンカー３４を
固定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼装置に設置さ
れて高温の燃焼排ガスにより空気を加熱する熱交換器に
係り、特に、都市ごみを焼却する焼却装置に設置される
熱交換器の通路壁構造及び通路壁の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ，各種産業廃棄物及び汚泥など
廃棄物の排出量は年々増加傾向にあり、その処理に関し
ては近年大きな社会問題になっている。可燃性物質を含
む前記廃棄物の大半は、焼却装置により焼却処理が行わ
れている。これは、他の処理方法に比べて、焼却処理が
最も衛生的であり、また廃棄物の体積を著しく減少させ
るので最終処分が容易になるからである。

【０００３】この焼却装置においては、高温の燃焼排ガ
スのエネルギーを有効利用するために、燃焼炉の出口に
熱交換器を設置して、燃焼排ガスにより空気を加熱する
とともに燃焼排ガスを冷却している。前記空気は燃焼や
廃棄物の加熱等に用いられるものであり、この空気が、
熱交換器の燃焼排ガスの流路に多数配設された金属管等
の内部を流れて熱交換されるようになっている。

【０００４】ところで、前記都市ごみなど廃棄物には、
塩化ビニルなどプラスチック類，紙類，厨芥類，ゴム皮
革類，及び金属類など種々のものが混在している。この
ため、前記廃棄物の焼却により発生する燃焼排ガスの中
には、高濃度の煤塵，塩素ガス（Ｃｌ₂），塩化水素
（ＨＣｌ）等の腐食性成分，更に、濃度的にはそれほど
高くないが、硫黄酸化物（ＳＯｘ）や有機酸等の腐食性
成分も含まれている。この高温の燃焼排ガスが前記金属
管等に直接接触すると、燃焼排ガス中の腐食性成分が鋼
と反応して金属管を激しく腐食させ、また、高温で溶融
しているダストが金属管に付着して前記腐食をさらに促
進させることになる。

【０００５】そこで、金属管が燃焼排ガスに直接接触す
ることを避けて腐食の急激な進行を抑えるために、従来
は、金属管の燃焼排ガス側の表面に熱伝導性の良いセラ
ミック製の耐火壁を所定厚さ塗布して、金属管の代わり
にこの耐火壁を燃焼排ガスに直接接触させる場合があっ
た。ところが、前記耐火壁は多孔質であるので、燃焼排
ガスが耐火壁の表面から徐々に内部に浸入してやがて金
属管に接することになる。即ち、塩化水素など腐食性成
分を含む燃焼排ガスが、耐火壁の内部を通って金属管表
面に接する。そのため、この耐火壁では、金属管と燃焼
排ガスとの接触を完全に遮断することは困難であった。

【０００６】また、この時の金属管表面の温度が約３０
０℃以上乃至約３５０℃以上の場合には、いわゆる高温
ガス腐食が発生して金属管の腐食が急激に進行すること
が知られている。そのため、熱交換器で空気を加熱する
時に、金属管を高温ガス腐食から保護するには、約２５
０乃至約３００℃が出口空気温度の上限であり、これ以
上の高温度の加熱空気を得ることは不可能であった。

【０００７】そこで、本出願人は、本発明の関連技術と
して実開平６−４０６６８号公報に示される熱交換器を
既に提案している。この熱交換器では、高温低圧の燃焼
排ガスが流れる排ガス通路と、低温高圧の空気が流れる
空気通路とを仕切壁により仕切り、仕切壁を、所定位置
に配列された複数の貫通孔を有し且つ外周面が空気に接
触する伝熱材と、この伝熱材の内周面に取付けられ燃焼
排ガスに接触する多孔質材とにより構成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この熱
交換器においては、多孔質材が伝熱材に直接密着してお
り、また、多孔質材の密度は全体が均一とは限らず、そ
の内部の空洞の存在の割合即ち空洞率にばらつきがある
のは避けられない。したがって、この熱交換器では、空
気を多孔質材の内部全体にわたって排ガス通路方向に向
けて均一に流すことはかなり難しい。特に、低空洞率の
部分では空気が流れにくいので、腐食性成分を含む燃焼
排ガスが伝熱材の方向に逆流して伝熱材を腐食させる恐
れがある。

【０００９】さらに、本出願人は、本発明の関連技術と
して特開平８−９４０５１号公報に示される空気加熱器
を提案している。この空気加熱器では、伝熱外管の外側
を耐火材製保護管で覆い、伝熱外管と保護管との間に間
隙を設けている。そして、保護管の下端に配設されたあ
り穴と伝熱外管の下端の突起の係合により、保護管を伝
熱外管に支持している。

【００１０】ところが、この場合には、保護管の下端の
みが伝熱外管に対して支持されているので、保護管を伝
熱外管に対して正確に位置決めすることが困難であり、
その結果、間隙の寸法が不均一になって、場所によって
は伝熱外管と保護管とが接触して間隙が確保できないと
いう可能性があった。また、耐火材製の保護管は質量が
大きいので、伝熱外管の外方に間隙を介して配設された
保護管の支持力が不足して保護管が不安定になる恐れが
あった。さらに、保護管の下端のみを支持しているの
で、この空気加熱器は軸方向が鉛直になるように配設し
なければならず、水平方向や斜め方向への取付けができ
ず取付け方向に制約があった。

【００１１】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、均一な間隙部を金属壁と耐火壁との間に
形成でき、また、質量の大きい耐火壁を金属壁に対して
しっかりと支持できる熱交換器の通路壁構造及びその製
造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他
の目的は、金属壁や保持部材等の腐食を確実に防止して
金属壁等の寿命を大幅に延ばし、且つ、熱交換器の構造
を簡単にして容易に製造できるようにすることである。
さらに、本発明の他の目的は、金属壁を高温にしても腐
食せず、従来よりも大量の熱量を熱交換して空気を高温
に加熱して装置全体のエネルギー効率を向上させること
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱交換器の
通路壁構造は、空気通路と排ガス通路とを分離する仕切
壁の構造であって、該仕切壁は一方の面が前記空気通路
に接する金属壁と一方の面が前記排ガス通路に接する耐
火壁とよりなり、且つ前記金属壁の他方の面側と前記耐
火壁の他方の面側との間に第１の間隙部を形成するとと
もに、この第１の間隙部に前記金属壁の貫通孔を連通さ
せて、前記排ガス通路に腐食性成分及びダストを含む燃
焼排ガスを流す通路壁構造において、前記金属壁の前記
他方の面に、前記耐火壁を保持する複数の保持部材を固
定した。なお、前記保持部材と前記耐火壁との間に、前
記第１の間隙部に連通する第２の間隙部を形成するのが
好ましい。

【００１３】本発明に係る熱交換器の通路壁の製造方法
は、一方の面が前記空気通路に接する金属壁と一方の面
が前記排ガス通路に接する耐火壁とを有する仕切壁によ
り、空気通路と排ガス通路とを分離し、且つ前記金属壁
の他方の面側と前記耐火壁の他方の面側との間に第１の
間隙部を形成するとともに、前記第１の間隙部に前記金
属壁の貫通孔を連通させて、前記排ガス通路に腐食性成
分及びダストを含む燃焼排ガスを流し、前記金属壁の前
記他方の面に、前記耐火壁を保持する複数の保持部材を
固定する熱交換器の通路壁を製造する方法であって、前
記金属壁の前記他方の面全体に、ビニルシート若しくは
紙テープをかぶせるか又はタール若しくは塗料を塗布す
ることにより介装部材を配した後、前記金属壁上の前記
介装部材上の全面に、水を加えたキャスタブル材を所定
の厚みに塗布又は吹き付け施工し、その後加熱して、前
記キャスタブル材を乾燥するとともに焼成して前記耐火
壁を形成することにより前記介装部材を除去して、この
介装部材の除去部分に前記第１の間隙部を形成する。

【００１４】なお前記製造方法に加えて、好ましい方法
としては、前記保持部材と前記耐火壁との間に、前記第
１の間隙部に連通する第２の間隙部を形成した通路壁の
製造方法であって、前記保持部材を前記金属壁に溶接固
定する前又は後に、前記保持部材に塩化ビニル製の絶縁
テープを巻き付けるか、ビニルホースを短く切ってかぶ
せるか、又は水性塗料を塗布するか若しくは前記保持部
材を水性塗料の原液中に漬けることにより介装部材を配
した後、前記キャスタブル材の前記施工を行い、その後
加熱して、前記キャスタブル材を乾燥するとともに焼成
して前記耐火壁を形成することにより前記介装部材を除
去して、この介装部材の除去部分に前記第２の間隙部を
形成する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明における実施の形態
の一例を、図１乃至図１０を参照して説明する。まず初
めに、都市ごみ，各種産業廃棄物，シュレッダーダスト
及び汚泥など廃棄物を焼却処理するための焼却装置のプ
ロセスを説明する。図４はこのプロセスを示すブロック
図であり、このプロセスには本発明に係る熱交換器が設
置され、燃焼溶融炉を用いて廃棄物を焼却処理してい
る。

【００１６】図４に示すように、都市ごみなど廃棄物Ｂ
は、受入前処理設備（図示せず）により、受入れ，破
砕，貯蔵，混合等の各処理がなされたのち投入ホッパに
供給され、この投入ホッパから供給装置により燃焼溶融
工程の燃焼溶融炉１に送られ、高温の炉内で燃焼され
る。燃焼溶融炉１からは燃焼排ガス２が排出され、一
方、高温の溶融炉１内で溶融された溶融灰３は、炉底か
らこのプロセスの系外に排出されて再利用可能な溶融ス
ラグとして回収される。

【００１７】燃焼溶融炉１の排ガス出口には、本発明に
係る熱交換器４が取付けられている。熱交換器４は、塩
化水素など腐食性成分及びダストを含む高温低圧（例え
ば、ガス入口温度Ｔ₁ ＝約８００乃至約１５００℃，ガ
ス入口圧力Ｐ₁ ＝約−１００乃至約−４９００Ｐａ）の
燃焼排ガス２が流れる排ガス通路５と、燃焼排ガス２よ
り相対的に低温高圧（例えば、空気入口温度Ｔ₃ ＝約０
乃至約３００℃，空気入口圧力Ｐ₃ ＝約＋１０００乃至
約＋１００００Ｐａ）の空気６が流れる空気通路７とを
仕切壁により仕切って分離し、燃焼排ガス２から空気６
に熱を伝えるようにしている。

【００１８】熱交換器４により温度Ｔ₂ （例えば、約５
００乃至約１３００℃）まで冷却された圧力Ｐ₂の燃焼
排ガス８は、廃熱ボイラ９によりさらに熱回収された
後、吸引ブロワを備える排ガス処理工程１０に送られ
る。そして、燃焼排ガス８は、排ガス処理工程１０によ
り、ダストの捕集，有害物質の除去及び白煙防止等の各
種処理がなされた後、煙突１１から大気中に排出され
る。空気６は、燃焼空気ブロワ１２から吐出されて熱交
換器４に供給される。燃焼空気ブロワ１２から吐出され
る温度Ｔ₃ ，圧力Ｐ₃ の空気６は、熱交換器４により加
熱されて、空気出口温度Ｔ₄ が約３００乃至約６００
℃，空気出口圧力Ｐ₄が約＋５００乃至約＋９５００Ｐ
ａの高温空気１３となって燃焼溶融炉１の内部に流れ込
んで燃焼用空気として利用される。

【００１９】（第１の実施形態）次に、第１の実施形態
に係る熱交換器４について、さらに詳細に説明する。図
５は本発明に係る熱交換器４の縦断面図、図６は図５の
ＶＩ−ＶＩ線による横断面図である。図５及び図６に示
すように、全体が断面矩形状をなす熱交換器４の中央部
には断面矩形の排ガス通路５が大きく形成され、排ガス
通路５の周囲には仕切壁２０で仕切られた空気通路７
が、断面矩形環状に配設されている。

【００２０】仕切壁２０は、所定位置に配列された複数
の貫通孔２２（後述する図１乃至図３参照）を有すると
ともに一方の面（即ち、外周面２１）が空気６に接触す
る熱伝導率の良い金属壁としての金属板２３と、金属板
２３の他方の面（即ち、内周面２４）側の全体に第１の
間隙部２５（図１）を介して配設され、表面が燃焼排ガ
ス２に接触する耐火壁である多孔性のセラミック層２６
とを備えている。

【００２１】セラミック層２６としては、熱伝導性がよ
く耐熱性のあるたとえば炭化硅素（ＳｉＣ）のキャスタ
ブル耐火物を、金属板２３の内周面２４側の全面に、約
１０乃至約５０mmの厚みで塗布又は吹き付け施工により
取付けるのが好ましい。なお、セラミック層２６とし
て、高アルミナ質耐火物やクロミア質耐火物を用いても
よい。セラミック層２６の内部には無数の空隙（即ち、
空洞）が存在しており、この空洞を介してセラミック層
２６の内部を気体が通過できるような構造になってい
る。セラミック層２６を金属板２３の内周面２４側に配
設することにより、腐食性成分を有する高温の燃焼排ガ
ス２が金属板２３に直接触れないようにして、腐食の急
激な進行を防止している。

【００２２】空気通路７は、金属板２３と、金属板２３
に対して所定の間隔を有して外方に配設された外壁板２
７との間に形成されている。空気通路７の下端部２８
は、供給された空気６の圧力を均一にして空気通路７の
全体にわたって空気を均一に流すための下部空気室２９
に連通している。空気通路７の上端部３０は、熱交換さ
れて得られた高温空気１３の圧力を均一にして空気通路
７の全体から空気を均一に排出させるための上部空気室
３１に連通している。

【００２３】次に、図１乃至図３に示すような熱交換器
４の通路壁構造について説明する。図１は本発明に係る
熱交換器４の部分拡大断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ
線による横断面図、図３は図１の金属板の表面の一部分
を示す正面図である。図１乃至図３に示すように、熱交
換器４においては、空気６の通路７に接する金属板２３
に複数の貫通孔２２を所定位置に配列して穿設し、一方
の面（表面３２）が燃焼排ガス２の通路５に接するセラ
ミック層２６を、金属板２３の内周面２４側に配設して
いる。そして、熱交換器４の使用状態で、金属板２３の
内周面２４全体とセラミック層２６の他方の面（裏面３
３）全体との間に所定寸法（好ましくは、１乃至３mm）
の第１の間隙部２５を形成してこの間隙部２５を貫通孔
２２に連通させている。なお、貫通孔２２を有する金属
板２３は、上述のような板材でもよいが、貫通孔２２と
同等の開口を有するものであれば網目状の板材等であっ
てもよい。

【００２４】金属板２３の内周面２４には、所定位置に
配列されて第１の間隙部２５を形成するようにセラミッ
ク層２６を保持する複数の保持部材としてのアンカー３
４が固定されている。仕切壁２０を構成するアンカー３
４は鉄製でＶ形棒状をなしており、その根元部が金属板
２３に溶接により固定され、本体部がセラミック層２６
内に埋設されてセラミック層２６をしっかりと保持して
位置決めしている。熱交換器４の使用状態で、アンカー
３４の表面全体とセラミック層２６との間に、第１の間
隙部２５に連通する所定寸法（好ましくは、１乃至３m
m）の第２の間隙部３５が形成されている。なお、この
第２の間隙部３５を形成しない場合であってもよい。

【００２５】第１，第２の間隙部２５，３５を形成する
方法としては、まず初めに、ビニルシートやビニルテー
プやビニルホースなどビニル樹脂，紙テープ，タール，
又は塗料等を予め巻き付けるか又は塗布することにより
介装部材を配する。具体的には、セラミック層２６を形
成する前に予め金属板２３の内周面２４全体に塩化ビニ
ル製のビニルシートをかぶせるか又は内周面２４全体に
水性塗料を塗布する。一方、アンカー３４には、金属板
２３への溶接固定の前又は後に、塩化ビニル製の絶縁テ
ープを巻き付けるか、市販品の水道用ビニルホースなど
ビニルホースを短く切ってかぶせるか、又は水性塗料を
塗布するか若しくはアンカー３４を水性塗料の原液中に
漬ける。

【００２６】次いで、金属板２３上の前記ビニルシート
等（即ち、介装部材）の上の全面に、水を加えた炭化珪
素のキャスタブル材（又は、高アルミナ質，若しくはク
ロミア質のキャスタブル）を所定の厚みに塗布又は吹き
付け施工した後、例えば、約５００乃至約６００℃まで
加熱して、キャスタブル材を乾燥するとともに焼成する
ことにより、セラミック層２６を形成する。すると、前
記ビニルシート等は約１５０℃以上乃至約２００℃以上
で溶けて気化することにより除去され、このビニルシー
ト等の除去部分に第１，第２の間隙部２５，３５が形成
される。

【００２７】ところで、アンカー３４の方がセラミック
層２６より熱膨張率が大きいが、常温（例えば、２０
℃）の状態で、アンカー３４とセラミック層２６との間
に予め隙間を設けておけば、熱交換器使用時に熱交換器
４が高温になって、アンカー３４の方がセラミック層２
６より大きく膨張しても、熱膨張率の差を前記隙間で吸
収することができる。したがって、加熱冷却時に熱膨張
率の差により構造体に応力が発生することがなくなり、
セラミック層２６に亀裂や破損が発生することを防止で
きる。

【００２８】また、前記熱膨張率の差に対する配慮に加
えて、熱交換器使用時に第２の間隙部３５が所定寸法に
なるように、前記常温の状態での前記隙間を予め大きく
とっておくのが好ましい。このようにすれば、熱交換器
使用時に熱交換器４が加熱されて高温になっても、前記
熱膨張率の差の吸収ができることに加えて、アンカー３
４の表面全体とセラミック層２６との間に常に第２の間
隙部３５が形成される。その結果、第２の間隙部３５と
第１の間隙部２５とは連通状態を維持することになる。

【００２９】仕切壁２０により仕切られた空気通路７を
流れる空気６と、排ガス通路５を流れる燃焼排ガス２と
を比較すると、空気６の方が燃焼排ガス２より相対的に
圧力が高い。したがって、空気通路７内の高圧の空気６
は、圧力差を推進力として貫通孔２２と第１の間隙部２
５を通ってセラミック層２６内に浸入する。また、第２
の間隙部３５が形成されている場合には、空気６の一部
は、第１の間隙部２５からアンカー３４まわりの第２の
間隙部３５に流れて、そこからセラミック層２６内に侵
入する。次いで、空気６は、セラミック層２６内の空洞
を矢印Ｄに示すように排ガス通路５の方向に流れて、最
終的にはセラミック層２６の表面３２に到達した後、排
ガス通路５内に流出して燃焼排ガス２と混合される。

【００３０】このように、本実施形態によれば、金属板
２３に対して第１の間隙部２５を介して配設された質量
の大きいセラミック層２６を、複数のアンカー３４によ
り所定位置にしっかりと支持しているので、セラミック
層２６を支持する力が大きくなり安定化するとともに、
微小な間隙部（例えば、１乃至３mmの間隙部）２５を常
に均一に確保することができる。

【００３１】また、セラミック層２６内にはその全体に
わたって排ガス通路５方向への空気の流れがあるので、
燃焼排ガス２がセラミック層２６内に浸入して金属板２
３やアンカー３４の方向に流れようとしても、燃焼排ガ
ス２は矢印Ｄ方向の空気の流れにより押し戻されてしま
う。したがって、燃焼排ガス２はセラミック層２６内に
侵入することは殆どなく、金属板２３やアンカー３４に
は接触しない。その結果、金属板２３やアンカー３４
が、燃焼排ガス２に含まれている腐食性成分により腐食
することはなくなり、これら部材２３，３４の寿命を大
幅に延ばすことができる。

【００３２】本実施形態においては、燃焼排ガス２がセ
ラミック層２６内に侵入しないので、燃焼排ガスに含ま
れているダストがセラミック層２６の表面３２に付着す
ることがなく、常にこの表面３２がクリーンな状態に保
たれる。したがって、金属板２３に析出腐食が起こるこ
とはなく、伝熱効率が低下する恐れもない。具体的に
は、本実施形態によれば金属板２３やアンカー３４の寿
命が延びるので、１０年以上の使用に十分に耐えること
ができ、熱交換器４の寿命を大幅に向上させることがで
きる。

【００３３】また、第１の間隙部２５が形成されている
ので、となりあう貫通孔２２と貫通孔２２との間に、セ
ラミック層２６内を空気が流れない部分が生じることが
なく、しかもセラミック層２６の空洞率が不均一であっ
ても燃焼排ガス２が逆流して金属板２３に接触すること
はない。したがって、直径（孔径）ｄの各貫通孔２２の
間のピッチｅ，ｆを前記関連技術（実開平６−４０６６
８号公報）の熱交換器の場合より大きくして、貫通孔２
２の数を減らすことができる。これにより、貫通孔２２
の穿設作業が簡略化されるので、熱交換器４の製造が容
易になる。

【００３４】図７は本発明に係る熱交換器に関する実験
を示している。図示するように、金属板５０に複数の貫
通孔５１を穿設し、耐火壁（例えば、炭化珪素のキャス
タブル耐火物）５２と金属板５０との間に所定寸法（例
えば、寸法ｈ＝２乃至３mm）の間隙部５３を形成して、
間隙部５３を貫通孔５１に連通させている。したがっ
て、金属板５０の裏面５０ａ側の空気室５４に空気５５
を供給した場合に、貫通孔５１を通った空気５５は、間
隙部５３が圧力室の機能を発揮することにより間隙部５
３でほぼ均一の圧力になった後、耐火壁５２の内部を上
方に均一に流れる。これは、耐火壁５２の表面５２ａに
塗布した石鹸水の泡５６が、表面５２ａ全体で均一に発
生することからも確認された。

【００３５】（第２の実施形態）図８及び図９は、本発
明の第２の実施形態に係る熱交換器６０を示す図であ
る。図８は図６相当の横断面図、図９は図８の部分拡大
断面図であり、熱交換器６０の縦断面構造は図５に示す
構造とほぼ同様である。なお、第１の実施形態の構成部
材と同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を
省略する。

【００３６】本実施形態の熱交換器６０も、第１実施形
態と同様に、腐食性成分及びダストを含む高温低圧の燃
焼排ガス２（図４）が流れる排ガス通路５と、燃焼排ガ
ス５より相対的に低温高圧の空気６（図４）が流れる空
気通路６６とを仕切壁６１により仕切って分離し、燃焼
排ガス２から空気６に熱を伝える熱交換器である。仕切
壁６１は、所定位置に配列された複数の貫通孔６８を有
するとともに一方の面（内面６２）が空気６に接触する
金属壁である金属管６３と、金属管６３の他方の面（外
面６４）側に配設されて一方の面（表面３２）が燃焼排
ガス２に接触する耐火壁である多孔性のセラミック層６
５と、セラミック層６５を保持する複数の保持部材とし
てのアンカー７０とを備えている。そして、熱交換器４
の使用状態で、金属管６３の外面６４全体とセラミック
層６５の他方の面（裏面６５ａ）全体との間に第１の間
隙部６９を形成してこの間隙部６９を貫通孔６８に連通
させている。

【００３７】図示するように、前記熱交換器４と同様
に、この熱交換器６０も全体断面がほぼ矩形状をなして
おり、排ガス通路５は熱交換器６０の中央部に大きく形
成されている。金属壁として使用されている複数の金属
管６３は、内部が空気通路６６になり、熱交換器６０の
排ガス通路５の周囲に縦方向に向けて多数並設され、各
金属管６３は接続板６７により相互に接続固定されてい
る。金属管６３には、必要な複数の貫通孔６８が所定位
置に穿設されている。例えば、全ての金属管６３に複数
の貫通孔６８をそれぞれ穿設してもよいが、図９に示す
ように、貫通孔６８が形成された金属管６３と、貫通孔
６８が形成されていない金属管６３とを交互に並設すれ
ば、貫通孔６８を形成すべき金属管６３の本数が少なく
なるので、貫通孔６８の穿設作業が簡略化される。セラ
ミック層６５と金属管６３との間，及びセラミック層６
５と接続板６７との間には、貫通孔６８に連通する第１
の間隙部６９が形成されている。

【００３８】セラミック層６５は第１実施形態のセラミ
ック層２６と同様な材質である。セラミック層６５は、
金属管６３と接続板６７の両方又はいずれか一方の所定
位置に配設されて固定された複数の保持部材としてのア
ンカー７０により、排ガス通路５側に保持されている。
アンカー７０は鉄製の板状片であるが、Ｖ形の棒状体で
あってもよい。本実施形態では、アンカー７０の根元部
が金属管６３の外面６４に溶接固定され、アンカー７０
の本体部がセラミック層６５内に埋設されている。これ
により、セラミック層６５が金属管６３に強固に保持さ
れるとともに、第１の間隙部６９が常に所定寸法（例え
ば、１乃至３mm）に確保される。また、熱交換器６０の
使用状態で、アンカー７０の表面全体とセラミック層６
５との間に、第１の間隙部６９に連通する所定寸法（例
えば、１乃至３mm）の第２の間隙部７１が形成されてい
る。第１，第２の間隙部６９，７１を形成する方法は、
第１実施形態での第１，第２の間隙部２５，３５を形成
する方法と同じである。

【００３９】熱交換器が加熱された状態で第２の間隙部
７１が形成されているので、使用時に熱交換器６０が高
温になっても、アンカー７０とセラミック層６５との前
記熱膨張率の差の吸収ができることに加えて、アンカー
７０の表面全体とセラミック層６５との間に常に隙間が
形成される。その結果、第２の間隙部７１と第１の間隙
部６９とは連通状態を維持することになる。

【００４０】空気通路６６内の空気６は、圧力差を推進
力として貫通孔６８と第１の間隙部６９を通ってセラミ
ック層６５内に浸入する。また、空気６の一部は、第１
の間隙部６９からアンカー７０まわりの第２の間隙部７
１に流れて、そこからセラミック層６５内に侵入する。
次いで、空気６は、セラミック層６５内の空洞を矢印Ｅ
に示すように排ガス通路５の方向に流れ、やがて、排ガ
ス通路５内に流出する。

【００４１】このように、セラミック層６５内には排ガ
ス通路５方向への空気の流れがあるので、燃焼排ガス２
がセラミック層６５内に浸入して金属管６３と接続板６
７の方向に流れようとしても、燃焼排ガス２は矢印Ｅ方
向の空気の流れにより押し戻されてしまう。したがっ
て、燃焼排ガス２がセラミック層６５内に侵入すること
は殆どなく、金属管６３，接続板６７及びアンカー７０
には接触しない。その結果、金属管６３，接続板６７及
びアンカー７０が、燃焼排ガス２に含まれている腐食性
成分により腐食することはなくなり、これらの部材６
３，６７，７０の寿命を大幅に延ばすことができる。

【００４２】第１，第２の間隙部６９，７１を形成し、
アンカー７０でセラミック層６５をしっかりと支持して
いるので、第１の実施形態と同様な作用効果を奏する。
なお、従来は燃焼排ガス２のセラミック層６５内への侵
入によるアンカー７０の腐食が激しかったことから、ア
ンカー７０の腐食防止のためにアンカー７０をキャスタ
ブルにより覆っていた。これに対して、第２実施形態で
は、上述のように常に空気の一部が第２の間隙部７１か
らセラミック層６５内を排ガス通路５の方向に流れるの
で、燃焼排ガス２のセラミック層６５内への侵入とアン
カー７０への接触を防止できる。その結果、腐食防止用
の前記キャスタブルは不要になるので、熱交換器の構造
が簡単になり、製造が容易になる。

【００４３】（第３の実施形態）図１０は、本発明の第
３の実施形態に係る熱交換器８０を示す部分断面図であ
る。なお、第１の実施形態の構成部材と同一又は相当部
分には同一符号を付してその説明を省略する。この熱交
換器８０では、第１の実施形態で示した熱交換器４の排
ガス通路５の内部に、熱交換器４と同軸的に空気加熱器
８１を配設している。なお、熱交換器４の代わりに第２
の実施形態の熱交換器６０を用いてもよい。

【００４４】空気加熱器８１は、先端が開放された金属
製伝熱内管８２と、伝熱内管８２を覆うように、伝熱内
管８２と同軸的に、且つ伝熱内管８２との間に空気通路
８３を設けて配置されるとともに先端が封止された金属
壁である金属製伝熱外管８４と、伝熱外管８４を覆うよ
うに、伝熱外管８４と同軸的に、且つ先端が封止された
耐火壁８５とを有している。内面が空気通路８３に接す
る伝熱外管８４と、外面が排ガス通路５に接する耐火壁
８５とにより、空気通路８３と排ガス通路５とを分離す
る仕切壁８６を構成している。

【００４５】伝熱外管８４の外面と耐火壁８５の内面と
の間に第１の間隙部８７を形成するとともに、伝熱外管
８４には、第１の間隙部８７に連通する複数の貫通孔８
８を穿設している。耐火壁８５の先端の封止端部８９の
内面にはあり穴９０ａ，９０ｂが形成され、一方、伝熱
外管８４の先端の封止端部９１の外面には、あり穴９０
ａ，９０ｂにそれぞれ係合可能な突起部９２ａ，９２ｂ
が設けられている。耐火壁８５の先端部は、あり穴９０
ａ，９０ｂと突起部９２ａ，９２ｂとの係合により、伝
熱外管８４に対して位置決めされている。

【００４６】伝熱外管８４の外面には、耐火壁８５を保
持するための複数の保持部材であるアンカー９３が溶接
固定されているので、伝熱外管８４と耐火壁８５との間
には微小な第１の間隙部８７が均一に形成される。ま
た、この第１の間隙部８７を形成しても、質量の大きい
耐火壁８５は伝熱外管８４にしっかりと保持される。ア
ンカー９３と耐火壁８５との間には、第１の間隙部８７
に連通する第２の間隙部９４が形成されている。なお、
第１，第２の間隙部８７，９４を形成する方法は、第１
の実施形態で説明した方法と同じである。第３の実施形
態によれば、空気加熱器８１の熱交換で空気を加熱して
いるので、排ガスの有する熱エネルギーを更に有効に回
収して、装置全体のエネルギー効率を向上させることが
できる。また、第１，第２の実施形態と同様の作用効果
をも奏する。

【００４７】上述のように、本発明の通路壁構造によれ
ば、金属壁に複数の保持部材を固定し、この保持部材に
より耐火壁を金属壁に対して保持するようにしたので、
金属壁と耐火壁との間に微小な間隙部を常に均一に確保
することができる。また、金属壁と耐火壁との間に間隙
部を設けても、質量の大きい耐火壁を金属壁に対してし
っかりと支持できるので、熱交換器を鉛直方向のほか水
平方向や斜め方向に設置することが可能になり、熱交換
器の取付け方向の制約がなくなる。さらに、熱伝導率の
よい鉄製の多数のアンカー（保持部材）を金属板等に固
定したので、アンカーが燃焼排ガスにより加熱されてそ
の熱が金属板等に伝わることになり、熱交換器の伝熱効
率が向上する。

【００４８】なお、前記各実施形態では、熱交換器によ
り燃焼溶融炉１の燃焼用空気６を加熱する場合を示した
が、熱交換器により加熱される空気はこれに限られず、
例えば、熱分解ドラム（図示せず）の加熱用空気やその
他の空気であってもよい。各実施形態では、第１，第２
の間隙部を形成する場合を示したが、第１の間隙部のみ
を形成して、第２の間隙部を形成しない場合であっても
よい。また、本発明の熱交換器は、前記各実施形態のよ
うに全体が断面矩形状のほか、断面が円形状，多角形
状，楕円形状等であってもよい、なお、各図中同一符号
は同一又は相当部分を示す。

【００４９】

【発明の効果】本発明に係る熱交換器の通路壁構造は上
述のように構成したので、均一な間隙部を金属壁と耐火
壁との間に形成できるとともに、質量の大きい耐火壁を
金属壁に対してしっかりと支持することができる。ま
た、金属壁や保持部材等の腐食を確実に防止して金属壁
等の寿命を大幅に延ばすことができ、且つ、熱交換器の
構造を簡単にして容易に製造することができる。さら
に、金属壁を高温にしても腐食しないので、従来よりも
大量の熱量を熱交換して空気を高温に加熱することがで
きることになり、装置全体のエネルギー効率を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図７は本発明の第１の実施形態を説明
するための図である。図１は本発明に係る熱交換器の部
分拡大断面図であり、金属板に貫通孔を穿設した場合を
示している。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による横断面図である。

【図３】図１の金属板の表面の一部分を示す正面図であ
る。

【図４】本発明に係る熱交換器が設置された焼却装置の
プロセスを示すブロック図である。

【図５】本発明に係る熱交換器の縦断面図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線による横断面図である。

【図７】本発明者が行った熱交換器に関する実験を説明
するための断面図である。

【図８】図８及び図９は本発明の第２の実施形態に係る
熱交換器を示す図で、図８は図６相当の横断面図であ
る。

【図９】図８の部分拡大断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態に係る熱交換器の部
分拡大断面図である。

【符号の説明】

２燃焼排ガス４，６０，８０熱交換器５排ガス通路６空気７，６６，８３空気通路２０，６１，８６仕切壁２１外周面（金属壁の一方の面）２２，６８，８８貫通孔２３金属板（金属壁）２４内周面（金属壁の他方の面）２５，６９，８７第１の間隙部２６，６５セラミック層（耐火壁）３２セラミック層の表面（耐火壁の一方
の面）３３セラミック層の裏面（耐火壁の他方
の面）３４，７０，９３アンカー（保持部材）３５，７１，９４第２の間隙部６２内面（金属壁の一方の面）６３金属管（金属壁）６４外面（金属壁の他方の面）６５ａセラミック層の裏面（耐火壁の他方
の面）８４金属製伝熱外管（金属壁）８５耐火壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気通路と排ガス通路とを分離する仕切
壁の構造であって、該仕切壁は一方の面が前記空気通路
に接する金属壁と一方の面が前記排ガス通路に接する耐
火壁とよりなり、且つ前記金属壁の他方の面側と前記耐
火壁の他方の面側との間に第１の間隙部を形成するとと
もに、この第１の間隙部に前記金属壁の貫通孔を連通さ
せて、前記排ガス通路に腐食性成分及びダストを含む燃
焼排ガスを流す通路壁構造において、前記金属壁の前記他方の面に、前記耐火壁を保持する複
数の保持部材を固定したことを特徴とする熱交換器の通
路壁構造。
【請求項２】前記保持部材と前記耐火壁との間に、前
記第１の間隙部に連通する第２の間隙部を形成したこと
を特徴とする請求項１に記載の熱交換器の通路壁構造。
【請求項３】一方の面が前記空気通路に接する金属壁
と一方の面が前記排ガス通路に接する耐火壁とを有する
仕切壁により、空気通路と排ガス通路とを分離し、且つ
前記金属壁の他方の面側と前記耐火壁の他方の面側との
間に第１の間隙部を形成するとともに、この第１の間隙
部に前記金属壁の貫通孔を連通させて、前記排ガス通路
に腐食性成分及びダストを含む燃焼排ガスを流し、前記
金属壁の前記他方の面に、前記耐火壁を保持する複数の
保持部材を固定する熱交換器の通路壁の製造方法であっ
て、前記金属壁の前記他方の面全体に、ビニルシート若しく
は紙テープをかぶせるか又はタール若しくは塗料を塗布
することにより介装部材を配した後、前記金属壁上の前記介装部材上の全面に、水を加えたキ
ャスタブル材を所定の厚みに塗布又は吹き付け施工し、その後加熱して、前記キャスタブル材を乾燥するととも
に焼成して前記耐火壁を形成することにより前記介装部
材を除去して、この介装部材の除去部分に前記第１の間
隙部を形成することを特徴とする熱交換器の通路壁の製
造方法。
【請求項４】前記保持部材と前記耐火壁との間に、前
記第１の間隙部に連通する第２の間隙部を形成した通路
壁の製造方法であって、前記保持部材を前記金属壁に溶接固定する前又は後に、
前記保持部材に塩化ビニル製の絶縁テープを巻き付ける
か、ビニルホースを短く切ってかぶせるか、又は水性塗
料を塗布するか若しくは前記保持部材を前記水性塗料の
原液中に漬けることにより介装部材を配した後、前記キャスタブル材の前記施工を行い、その後加熱して、前記キャスタブル材を乾燥するととも
に焼成して前記耐火壁を形成することにより前記介装部
材を除去して、この介装部材の除去部分に前記第２の間
隙部を形成することを特徴とする請求項３に記載の熱交
換器の通路壁の製造方法。