JPS5929993A - 横型多管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は横型多管式熱交換器に係り、更に詳しくは、伝
熱管にセラミックス管を使用した横型多管式のカス・カ
ス熱交換器に関するものである。

横型多管式熱交換器は古くより流体と流体との熱交換に
広く使用されている。然しなから、９００℃程度以上の
高温カスと他のカスで熱交換する場合は、伝熱管として
使用する充分耐熱性のある金属が得難い等の理由によシ
高温カスの温度を７５０〜８５０℃程度まで低下させた
後、金属伝熱管を使用する熱交器で熱交換を行っていた
。高温カスと空気で稀釈する等によシ温度を低下するこ
とは、それだけ熱回収の効率を低下することになる。従
って、９００℃程度以上の高温カスの温度に耐える材料
が要望されている。しかも、これらの高温カスが腐蝕性
を有することが多いので耐蝕性の材料であることが要望
される。

これらの要求に好適な材料としてセラミックスがあげら
れる。しかしながら、セラミックスは強度が小さいので
、セラミックスを伝熱素子として使用する場合は、肉厚
とせざる２得なくなり、装置が嵩ばり、伝熱効率が悪く
々るので、金属では苛酷な均熱炉よシの排カスの熱交換
等に使用される程度であまり使用さ汎ていない。

セラミックスは全般的に耐熱性耐蝕性に優れ、最近は優
れたセラミックス材料も開発さｎ、セラミックスによる
薄肉の細長管の製造技術も確立されてきているので、セ
ラミックス管を熱交換器に使用することが強く要望され
ている。この為には、セラミックス管を熱交換器に使用
した場合に、セラミックス管に過大な熱応力及び機械的
応力が作用しない構造とする必要がある。

本発明の目的は、セラミックス伝熱管に過大々熱応力及
び機械的応力が作用せず、薄肉の細長いセラミックス管
を使用しても破損のおそれがなく、寿命が長く、セラミ
ックスの面ｊ熱、耐蝕性の長所を発揮することができる
横型多管式のカス・カス熱交換器を提供するにある。

本発明による横型多管式熱交換器は、管外に高温カス？
、管内に被加熱カスを通過させて熱交換を行う横型多管
式熱交換器において、伝熱管をセラミックス管として、
被加熱カスの入口側及び出口側ヘッダの両方又は出口側
のみを、熱交換器架構に遊動可能に支持しであること会
特徴とする熱交換器である。

本発明による熱交換器の好寸しい態様においては、複数
の前記の伝熱管が、熱交換器架構に取付けられた連通ダ
クトを介して、Ｕ字状、Ｓ字状又は蛇行状に接続され、
接続された伝熱管の両端がそわぞれ入口側及び出口側ヘ
ッダに連結されている。更に好ましくは、該連通ダクト
が熱交換器架構に遊動可能に支持されている。

本発明による熱交換器の他の好捷しい態様においては、
前記伝熱管端部が前記ヘッダに設けられた孔に遊挿され
、該伝熱管端部及び該孔を無機質微粒体にて囲み、両者
の間を気密とすると共に、該伝熱管の伸縮移動を許容し
である。

以下、本発明による熱交換器を実施例の図面に基づいて
説明するに先立って、先ず、本発明による熱交換器と同
種のセラミックス管分使用する一般の横型多管式熱交換
器の形態を第１図（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。

第１図において、１は熱交換器架構、２はセラミックス
管、６は入口側ヘッダ、４は出口側ヘッダ、５は連通ダ
クトである。被加熱カスは矢印の如く、入口ヘッダ３よ
リセラミックス管２内を通シ加熱された後、出口側へラ
ダ４より排出される。（１））〜（ｄ）図においては、
架構１に取付けられた連通ダクト５により、複数本のセ
ラミックス管２が接続され、Ｕ字状（ｂ図）、Ｓ字状（
０図）、蛇行状（ｄ図）をなしている。

ｄ図では４本のセラミックス管２が接続されているが５
本以上とすることもできる。高温カスは、（ａ）図にお
いては紙面に直角方向より、（ｂ）〜（ｄ）図において
は矢印方向より導入され、反対側より排出される。（ａ
）〜（ｄ）図はいずｎも縦断面図であっても横断面図で
あってもよい。連結ダクト５を使用しない（ａ）図の例
では伝熱管２は一般に高温カスの流れ方向及びこれに直
角方向に複数段設けられる。（１））〜（ｄ）図の例に
おいては、一般に高温カスの流れ方向には一段、これに
直角方向に複数段設けられる。

架構１は、材料を結合して作った熱交換器構造物本体で
あり、独立した熱交換器においては、所謂ケーシング、
枠体等と呼称さｎるものである。また、高温カス発生設
備に付随して熱交換を行う場合は、熱交換を行う煙道等
の構造物自身となる。

これらの熱交換器においては、セラミックス管２及び連
結ダクト５は架構１に固定され、セラミックス管２と架
構１は密着し気密封止さｔている。

本発明の熱交換器においては、被加熱カスの入口側及び
出口側へ、ラダの両方又は出口側のみを熱交換器架構に
遊動可能に支持しである。実施例と第２図に示す。即ち
出口側ヘッダ４又は出口側ヘッダ４及び入ロ側ヘッダ乙
の部分は、架構１と切断され、ヘッダ３．４はワイヤ６
により＃ｌ下げられ、ワイヤ６は架構１に設けたアーム
１５に取例けたプーリ７に張架されて、ワイヤ６０反対
側の端部に、ヘッダ６．４の重量に見合うカウンターウ
ェイト８が取付けである。

架構１とヘッダ６．４の間はへラダ３．４の摺動を許容
しつつ密着せしめ、両者の間で気密保持されるようにし
である。ヘッダ３．４と被加熱カス導管（図示なし。）
との間は、ヘッダ６．４の遊動を許容する為に、可撓管
２２Ａ、２２Ｂで接続しである。

ヘッダ３．４はカウンターウェイト８と釣合が取られて
吊下げられているので、架構１の変形などが起きても、
ヘッダ３．４はセラミックス管２に無理のかからない位
置に移動する。ヘッダ３．４は、上下方向に充分広範囲
に遊動可能で、横方向にも、上下方向に較べれば僅かで
あるが遊動可能である。

第２図の実施例においては、ヘッダろ、４がセラミック
ス管２を貫通している架構１の部分を含んで構成さ扛て
いるので、ヘッダ３．４の重量が大とな９、ヘッダ３．
４の懸垂設備が大規模となると共に、ヘッダ６．４の遊
動が円滑を欠くおそれがある。このような場合は、第６
図に示すように、セラミックス管２を貫通している架構
１の部分を、他の架構部分より切離すことなく、ヘッダ
５．４を架構１とは別に、架構の外側に設け、架構１か
ら外側に進出しているセラミック管２の端部をこのヘッ
ダ３．４内まで進入させておく。この場合は、ヘッダ３
．４と架構１との間は気密を保持する必要はないが、ヘ
ッダ３．４の遊動が許容され、ヘッダ６．４が架構１に
対して動くので、これに応じてセラミックス管２が無理
なく架構１に対し動くことができるようにしておく必要
がある。

第２図及び第６図の実施例においては、ヘッダ３．４を
架構１に対して遊動可能とした例を示しであるが、本発
明の熱交換器の好ましい態様においては、第１図に示す
連通ダクト５を架構１に対して遊動可能とする。連通ダ
クト５を遊動可能とする手段には、第２図及び第６図に
おけるヘッダ６．４に用いたと全く同一の手段を用いる
ことができるので、重ねて図示説明することを省略する
。

更に、本発明の好ましい実施例においては、セラミック
ス管２の伸縮及びヘッダ６．４に対する移動？許容しで
ある（勿論、架構１に対する移動分許容しである。）。

第６図にこの態様の概略を図示しであるが、第４図及び
第５図においてこの態様を説明する。

第４図は本発明の熱交換器の他の実施例の縦断面図、第
５図はその側面図を示すものである。

この実施例においては、高温カスを上から下に向けて通
しているが、勿論高温ガスを水平方向に通す装置とする
こともできる。この場合は、第５図は横断面図となり、
ヘッダは紙面に垂直な方向に吊上げられる（第５図よシ
はヘッダの吊上手段は除かれる。）。

第４図において、架構１は煙道耐火物である。

架構１壁を貫通して複数のセラミックス管２が煙道内に
挿入され、２本のセラミックス管２が架構１を反対側の
壁に取付けられた連通ダクト５によ逆接続されＵ字形を
なしている。

架構１のセラミックス管２の挿入孔はセラミックス管２
の遊動を許容する充分大きな孔とされている。この孔の
架構１の外側は、更に大径の切込部１０とされ、切込部
１０内に、セラミック管２に密着し架構１の切込部１０
内壁と間隙ｔｔｑすシールボード１１と、架構１の切込
部１０内壁に密着しセラミックス管２と間隙を有すシー
ルボード１２とが複数枚交互に挿入され、更に切込部１
０内を塞ぐセラミックスファイバーブラケット１３が挿
入されている。架構１の所要部分は鉄皮９で被われ、切
込部１ｏの部分は勿論穿孔さ扛ている。シールボード１
１．１２及びセラミックスファイバーブラケット１３を
挿入した切込部１０の入口は押え板１４で押え、押え板
１４は鉄皮９にボルト締めされている。これによシ、セ
ラミックス管２と架構１の間は気密が保たれ、且つセラ
ミックス管２の架構１に対する遊動が許容さｎる。

セラミックス管２の端末は架構１の壁より突出し、入口
側及び出口側ヘッダ３及び４内に進入し、ヘッダ６．４
はそれぞれ別個に架構１に吊下げられている。即ち、鉄
皮９にアーム１５が取付けられ、アーム１５にプーリ７
が回転自在に取付けである。一方、ヘッダ３．４の側部
には乍環１６が設けられ、ｔｆｒ歩１６にワイヤ６が結
付けられ、ワイヤ６がプーリ７に張架され、他端にカウ
ンターウェイト８が取付けられて、ヘッダ３．４がカウ
ンターウェイト８で釣合を保たれながらワイヤ６で吊下
げられている。また、ヘッダ６．４の両側には吊環１６
を介してダンパー１７が取つけてあシ、ヘッダ３．４の
左右のゆれを吸収するようにしである。

ヘッダ６．４のケーシングにはセラミックス管２を遊挿
可能な孔が穿設さ牡、該孔よシセラミックス管２がヘッ
ダ５．４内に進入している。

セラミックス管２を囲み、中間に無機質微粉体１８を挟
んだ２個の固形マット１９が前記孔側に向けて押付けら
れてバる。固形マット１９は可変形マット２０を介して
押金２１で押付けられ、押金２１は、ヘッダ３．４に接
続されるダク）２２Ａ、２２Ｂの７ランジで押えられて
いる。無機質微粉体１８としては、０．１　ｍｍ以下の
粒度のものが望ましく、例として、けいそう土、けい砂
、シリカ粉、コルシライト粉、グラファイト粉、窒化は
う素粉などがあげら几る。ダク）２２Ａ、２２Ｂはそれ
ぞれ被加熱カス導管（図示なし。〕に接続さｎるが、ヘ
ッダ３．４を固定せず、図示の如く吊下げ等によシ遊動
を許容しであるときは、可撓管としたシ、フランジ部等
にて摺動可能接続としておく。出口側ヘッダ４は面１火
材２３で内張シしである。以上によシ、セラミックス管
２が加熱等による伸縮移動が許容され、セラミックス管
２の破損が１９ノ止され、且つセラミックス管２とヘッ
ダ５．４との間の気密が保たれると共に、ヘッダ６．４
の遊動を円滑ならしめている。

本発明の熱交換器においては、ヘッダ及び連結ダクトの
全部又は一部を遊動可能としである。

全部とするか一部とするかは、設備の規模、構造、高温
カスの温度等によって選択される。遊動可能とする手段
は実施例の如く、カウンターウェイトを付してワイヤで
最下げる方法のほか、ばねを使用する等適宜な方法を選
択する。まだ。

ヘッダ又は°連結タリトを架構と別個に設け、セラミッ
クス管を架構を貫通させてヘッダ又は連結ダクトへ進入
させ、該ヘッダ又は連結ダクトを遊動可能とする場合は
、セラミック管を架構に遊動可能として、気笛を保つよ
うにしておく必要がある。

ヘッダ又は連結ダク）１架構に対して固定する場合にお
いても、架構との間に適当な緩衝層を介して固定するこ
とが望ましい。

また、本発明の熱交換器の好ましい態様においては、セ
ラミックス管はヘッダ内に伸縮移動が許容されていると
共に、ヘッダとの間の気密が保たれる。セラミックス管
の伸縮移動許容の手段として、実施例で示したサンドシ
ールによる方法以’ＩＬＫ、伸縮継手、ベローズ等をあ
げることができる。セラミックス管の伸縮移動許容手段
の設置は、前記のヘッダ及び連結ダクトの遊動許容手段
の設置と同様に、設備の規模、構造、高温カスの温度等
により、その設置個所が選択される。また、セラミック
の管とヘッダ間だけでなく、連結ダクトの間においても
、必要に応じてセラミックス管の伸縮移動を許容する手
段を講じる。　　　−−−−ｍ一 本発明の横型多管式熱交換器は以上の如く構成されてい
るので、セラミックス伝熱管に過大な熱応力及び機械的
応力が作用せず、薄肉の細長のセラミックス管を使用し
ても破損のおそれがなく寿命が長い。従ってセラミック
ス管を使用しセラミックスの耐熱制蝕性の長所を発揮す
ることができると共に、装置をコンパクトにすることか
でき高い効率でカス・カス間の熱交換２行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の熱交換器と同種の一般
の熱交換器の形態を示す縦断面図又は横断面図、第２図
及び第３図は本発明の熱交換器のそれぞれ異なる実施例
の部分縦断面図、第４図及び第５図は本発明の熱交換器
の他の実施例の縦断面図及び側面図である。 １・・・架構、２・・・セラミックス伝熱管、３・・・
入口側ヘッダ、４・・・出口側ヘッダ、５・・・・・連
結ダクト、６・・・ワイヤ、７・・・プーリ、８・・・
カウンターウェイト、９・・・鉄皮、１１゜１２・・・
ンールボード、１３・・・セラミックスファイバーブラ
ケット、１７・・・ダンパー、１８・・・無機質微粉体
、１９・・・固形マット、２０・・・可変形マット、２
１・・・押金、２２Ａ。 ２２Ｂ・・・ダクト（可撓管）、２３・・・耐火材。 （久ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）　　管外に高温カスを、管内に被加熱カスを通過
   させて熱交換を行う横型多管式熱交換器において、伝熱
   管をセラミックス管とし、被加　５゛熱ガスの入口側及
   び出口側ヘッダの両方又は出口側のみを、熱交換器架構
   に遊動可能に支持しであることを特徴とする横型多管式
   熱交換器。 （２）　　複数の前記の伝熱管が、熱交換器架構に取付
   けられた連通ダクトを介して、Ｕ字状、Ｓ字状又は蛇行
   状に接続され、接続された伝熱管の両端がそれぞれ入口
   側及び出口側ヘッダに連結されている特許請求の範囲第
   １項の横型多管式熱交換器。 （３）　　前記連通ダクトを熱交換器架構に遊動可能に
   支持しである特許請求の範囲第２項の横型多管式熱交換
   器。 （４）　　前記伝熱管端部が前記ヘッダに設けた孔に遊
   挿され、該伝熱管端部及び該孔を無機質微粒体にて囲み
   、両者の間を気密とすると共に、該伝熱管の伸縮移動を
   許容しである特許請求の範囲第１項又は第２項の横型多
   管式熱交換器。