JPS5936197B2 - 多通路式耐腐食空気加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換器設備及びボイラー構造に関し特に、積
極的な腐食誘発性を備えた熱煙道ガスが低温空気の加熱
に使用されるような蒸気ボイラー、炉等と関連して使用
される管状空気加熱装置に関する。

多通路タイプが空気導入側に設けられたこれら空気加熱
装置に於ては、低温空気を導入する最初の通路が強い腐
食を受ける。

従来、特殊な装置、例えば、ガス以外の蒸気又は水が循
環するラジェータに於いて、空気を予熱することにより
腐食を抑制するような空気加熱装置は周知である。

しかも、煙道ガスの露点が高いので、空気を予熱するこ
のような装置は大型となり、更に、全空気加熱システム
の経済性は低い。

というのは、予熱された空気はガスを十分に冷却するの
に必要なだけガスから熱を吸収することができず、従っ
て多量の残留熱が大気中に放出されるからである。

しかも、ガスの冷却が十分に行われないことを承知した
としても、空気加熱装置は大きな加熱表面を必要とする
ものである為に、多量の金属を必要とし、かつ加熱装置
自体も大型なものとなる。

本発明の目的は、空気流れにカスケードパターン（ｃａ
ｓｃａｄｅ ｐａｔｔｅｒｎ） を使用する空気加
熱装置に於ける個々の通路の連結態様を再配列し且つ変
化させ、その結果、加熱装置を同一の標準的な部品、切
断金属及び作業上の必要条件から製造するのを容易にし
同時に、最小限のコストで空気加熱装置の耐腐食性を確
保することを最終目標として、低温空気の少量ずつの多
段階的導入を実際に行うことによって空気加熱装置の作
動効率を増大させることに伴う技術的問題を解決するこ
とである。

本発明によれば、上記目的は、次のような多通路式耐腐
食空気加熱装置によって達成される。

すなわち、加熱表面を形成するチューブ列が設けられ、
該チューブ列が、空気導入側を形成する連結空気ダクト
によって直列に連結された分離通路に配量され、更に、
低温空気を導入するようになった供給空気ダクトが設け
られ、該供給空気ダクトの１つが第１通路に供給された
低温空気の最初の比較的わずかな量を予熱するための装
置を有し、前記供給空気ダクトの他のものがそれぞれの
連結空気ダクトに連通されている多通路式耐腐食空気加
熱装置に於いて、第１通路が、煙道ガスと平行に連結さ
れた加熱チューブの列を備えたパッケージの形式になっ
ており、このため前記加熱チューブの列が空気の温度と
ガスの温度との間の関係は腐食を誘発するような同一ガ
ス温度の領域に配置され、残りの低温空気を入れる供給
空気ダクトが前記空気加熱装置に設けられた他の通路と
連結する連結空気ダクトに、前記パッケージの最後の通
路の下流側で連結されていることを特徴とする多通路式
耐腐食性空気加熱装置である。

このような技術的な解決により、空気加熱装置の作業効
率を高めるとともに空気加熱装置に耐腐食性を備えさせ
且つその寸法及び重量を最小限にすることができる。

更に、空気予熱装置をこの場合に最小限のコストで作る
ことができる。

本発明の実施例には、通路のパッケージのチューブ列に
於けるすべてのチューブが同一長さであり且つパッケー
ジが同一水平レベルに配置されていることを特徴とする
多通路式耐腐食空気加熱装置が開示される。

この計画によると、空気加熱装置は最小限のコストで標
準部品から製作され且つ通路のパッケージは通常のフレ
ームに取付けられる。

本発明の別の実施例によれば、パッケージの通路の幅が
通路を流れる空気の速度の増速に応じて漸次に増大する
ことを特徴とする多通路式耐腐食空気加熱装置が開示さ
れる。

このような方針に沿う技術問題の解決により、複雑な伸
縮接手を必要とせず且つ許容限界内に空気流れ抵抗を維
持できる要因となる均一温度が得られるとともにパッケ
ージの通路での空気速度を同一にすることが可能となる
。

本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、非腐食特徴を有していない従来の空気加熱装
置の表面に沿う熱伝達によるガス温度１と空気温度２と
の間に存在する数値関係を示しているのに対し、第２図
は、ガス３が前記例よりも高い温度域まで冷却され、そ
の結果空気が２４７℃の代りに１９５°Ｃの低い程度ま
で加熱されるような従来の耐腐食空気加熱装置について
の同様な数値関係を示す。

また、第１図の例に於いて、予熱することなく機能して
いる腐食空気加熱装置の温度勾配が△ｔ＝９９℃である
のに対し、第２図の耐腐食空気加熱装置の温度勾配が△
ｔ＝３２．５°Ｃであることが理解される。

その結果、後者の空気加熱装置に於ける加熱表面は、前
者空気加熱装置に於ける加熱表面よりも大巾に大きい。

これは、腐食空気加熱装置及び耐腐食空気加熱装置をそ
れぞれ示す第３図及び第４図を比較することによって明
確に例示される。

第３図に示された腐食空気加熱装置の加熱表面５は、腐
食空気加熱装置からのガスが第４図の耐腐食空気加熱装
置から流出するガスよりも低い温度であるにもかかわら
ず（それぞれの温度は１６０℃及び２００℃である）、
ラジェータ７を備えた耐腐食空気加熱装置の加熱表面６
より約６０％だけ小さい。

従って、耐腐食性については、従来の空気加熱装置にお
いて高いコストで達成できる。

絶対的耐腐食性については実際上達成することができな
いから、空気加熱器の低温端部を定期的に取換えるとと
もに空気を比較的わずかに予熱しなければならないこと
となる。

これは、一般に、イオウ含有燃料を燃焼させなければな
らない場合には、管状空気加熱装置の使用をすべて不可
能にする。

ここで開示される本発明は、空気加熱のカスケード法（
ｃａｓｃａｄｅ ｍｅｔｈｏｄ）として参照される多
少特殊な方法でもって加熱装置を通る空気流れを導くこ
とに基づいている。

その基本的原理を次に述べる。

即ち、本発明によれば、空気加熱装置に導かれた少量の
空気（所望な量）が、その入口に於いて、空気加熱装置
の腐食防止には避けることのできない高温の予熱を受け
るようにし、更に、低温空気の残りが、空気流力劾秦装
置に沿って進行するに従って、部分的に又は連続的に最
初の少量の空気に漸次に加えられる。

この空気の付加的な流入は、空気が高温ガスの領域に進
む時に空気温度の上昇が実際上観察されないように、又
は空気温度がある程度まで降下するように導入される。

空気の付加的な流入法ガスの温度と空気の温度との間の
関係が腐食誘発温度としての危険性がなくなる地点まで
、即ち金属の温度のみが露点より高い地点まで引続き行
なわれる。

極端な場合には、明らかに空気を予熱するのに熱を実際
に必要としなく、予熱装置はそれだけ小さく構成できる
。

。空気加熱のカスケード法によって生じる上述の空気
流れのパターンを第５図に示す。

ガスの流れを番号８で示し、空気の流れを番号９で示す
。

低温空気の流入を番号１０で示し、またラジェータを番
号１１で示す。

更に、第６図は、理想的なカスケード式空気加熱装置の
表面に沿う熱伝達によるガスの温度１２と空気の温度１
３との間の関係を示し、考察される温度が明確な理解の
ために示される。

空気温度１４が低温空気の流入領域で影響され、空気が
ガスから熱を吸収するという事実にもかかわらずに一定
であるという点に特別な注意が拡われている。

所望の少量の空気は、空気加熱装置の入口で番号１５で
示される線に沿って温度１４まで予熱される。

第６図と第１図とを比較すると、カスケード式空気加熱
装置による特徴を備えた温度勾配△ｔは、同一の経済的
条件の下で（即ち、１６０℃の同一の現存ガス温度で）
従来の腐食空気加熱装置によって得られる温度勾配とは
ほんのわずかしか違わないという結論に達する。

なお、低温端部においてはより低い。

このことは、空気流れにカスケードパターンを使用する
空気加熱装置の表面が従来の腐食空気加熱装置の表面よ
りわずかに大きくなっていることを意味する。

しかしながら、重要なことは、カスケード式空気加熱装
置の全表面が腐食を誘発するような温度領域から除去さ
れているということである。

ここに開示された多通路式耐腐食空気加熱装置は、低温
空気の段階的流入でもって空気加熱のカスケードパター
ンを使用する。

この空気加熱装置は、その立面図である第７図に図式的
に例示され、また第８及び第９図にはその平面図が示さ
れ、そこには低温端部及び高温端部が図示されている。

空気加熱装置の外観は全く普通のものである。

この空気加熱器は、チューブプレートに取付けられた同
一のチューブの列から成り、熱ガスはチューブ内を通り
、低温空気はチューブの外側を流れる。

この実施例においては、加熱表面を形成するチューブ列
は一方が他方の上方に３列に取付けられており、これら
のチューブ列は連結空気ダクト１７によって直列に連結
された分離通路１６（全部で８つの通路）に配置される
。

低温空気は、多数の供給空気ダクトを通して空気加熱装
置に供給される。

それら空気ダクトの１つは番号１８で示され、それは少
量の空気を予熱する装置１９を有し、且つ空気加熱装置
の第１通路１６′ と連通ずる。

供給空気ダクト２０の残りはそれぞれの連結空気ダクト
１７に連結される。

６個の最初の通路１６はパッケージ内に配置され、且つ
空気加熱装置の同一（即ち第１）チューブ列に配置され
る。

換言すれば、これら通路は同一ガス温度領域に配置され
、且つガスの同−流れに対し露出される。

前記領域は、ガスの温度と空気の温度との間の関係が腐
食を誘発するような領域である。

第２列及び第３列の通路１６は、前記領域の上方に配置
されるので、腐食に対しては安全である。

これら通路を通って流れる空気は、すでに十分に高温に
なっており、従ってチューブを通って循環するガスも高
温であるから、金属の温度は露点より高温となる。

連結空気ダクト２１は、パッケージの最後（即ち第６）
の通路を、空気加熱装置の第７通路を構成するチューブ
列の第２列に連結する。

低温空気の最後の流入を導く供給空気ダクト２２は、連
結空気ダクト２１に連結され、しかも空気の全量が空気
加熱装置の第２列と第３列（即ち第７通路と第８通路）
を通って更に下流に流れる。

６個の最初の通路は、空気加熱装置の同一列に配置され
たパッケージに配置されるということは、空気加熱装置
の一般的形状を膨径することなく、コンパクトな配列に
よって必要な数の流入状態で低温空気を導き得ることを
示す。

パッケージ状の通路を同一長さのチューブによって形成
しであるから、空気加熱装置の構造は非常に簡単であり
、全加熱装置は同一部品で作ることができる。

その結果、空気加熱装置の製造に当っては何等問題はな
く、また空気加熱装置をフレームに取付けることが簡単
であり、パッケージは同一水平レベルに配置される。

ここに開示された空気加熱装置の顕著な特徴は、パッケ
ージ状の通路の幅にある。

その幅は、各々の通路を通る空気流量と一致するように
選定され、且つ第８図から分るように通路から通路へと
増大している。

その結果として、同一長さのチューブを有する通路を通
る空気の流速は同一であるから、それは空気温度が上昇
する速度となる。

このためパッケージの通路は、温度差による相対的移動
を受けない。

これら通路は、単一通路のように作用する６本の通路か
ら成るパッケージのために同一量だけ正確に膨張するこ
とになり、その構造を簡単にできる。

空気速度がすべて同一である条件ノ下では、空気流れに
対する通路の抵抗は最小限になる。

ここに開示された空気加熱装置は次の要領で作動する。

低温空気は数個の供給空気ダクトで空気加熱装置に入る
。

他の空気ダクトより小さい空気ダクト１８は、空気予熱
装置１９を有し、少量の空気が予熱装置１９に入れられ
、且つ第１通路の腐食を防止するのに十分高い温度にま
で加熱された前記ダクトを通って第１通路１６′ に供
給される。

第１通路１６で加熱された空気は、連結空気ダクト１７
で第２通路１６に導かれ、別の供給空気ダクト２０は一
部の低温空気をその連結空気ダクト１７に入れる。

高温空気を混合すると、低温空気は高温空気の温度を下
げ、その結果予熱装置からの出口に於いて同一温度とな
る。

この増量空気は、比較的高い空気流量に適合できるよう
に第１通路の幅に比較して第２通路の幅を増大させであ
ることにより、第１通路と同じ温度まで第２通路１６内
で加熱される。

第３通路１６に通じる連結空気ダクト１７は、サイズの
大きい次の供給空気ダクト２０を通じて低温空気の別の
流入を受け、この混合空気は第１通路と第２通路内の同
一温度まで第３通路内で加熱される。

このパターンは最初の通路から成るパッケージの第６通
路に至るまで続く。

低温空気の残りは、最も幅の広い通路である第６通路の
下流で、加熱装置の加熱端部の所でパッケージを次の通
路１６に連結する連結空気ダクト２１に供給空気ダクト
２２によって導入される。

その後に、十分に加熱された全空気は、第７通路と第８
通路である空気加熱装置の２本の最後の通路を通過する
。

同一高温の空気は、ガスと平行に連結され且つ同一のガ
ス温度領域に配置された６本の最初の通路から成るパッ
ケージの任意の所に入れられ、しかもこの空気は同一の
温度までパッケージの内側で加熱されることは明らかで
ある。

言い換えると、全パッケージは単一通路の空気加熱装置
として作用する。

前記条件は、空気加熱装置の低温端部に於ける金属製チ
ューブの温度を加熱装置の耐腐食性作動を確保できる点
に維持する。

加熱装置が有する残りの通路は、空気とガスの高温にさ
らされているが腐食領域の外側に配置される。

第９図から明らかなように、この高温端部のレイアウト
は、空気加熱装置の低温端部で利用できる多数の仕切板
以外は、第８図に示された低温端部のレイアルドで同じ
である。

空気加熱装置からの高温空気は、ボイラー、溶鉱炉、キ
ルン又はその他の装置に供給される。

ここに開示された空気加熱装置の内側のガス温度２３と
空気温度との間の関係は、第１０図に簡単に示される。

少量の空気のみが予熱を受ける（ライン２４）結果、空
気の温度（４０°Ｃ）は低温空気の温度とは実質的に異
なり、この加熱装置を通じて供給される空気が煙道ガス
から多量の熱を吸収し且つ煙道ガスを冷却することを意
味する（明らかに予熱空気の温度はど低くはない）。

低温端部の通路を流れる時に、空気は、単一通路として
のライン２５に沿って加熱され、それから高温端部に通
じる連結空気ダクト２１（第７図と第８図）に於いて最
後の流入低温空気と混合されることによってライン２６
に沿って冷却される。

高温端部にはいる時に、更に全空気はライン２７に沿っ
て加熱される。

空気加熱装置で作動する温度勾配は、従来の耐腐食性空
気加熱装置に於けるよりはるかに小さい適度な範囲の加
熱表面のために十分高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスと空気の温度が非腐食特徴を備えていな
い従来の空気加熱装置の表面に沿う熱伝達に従って変化
する状態を示すグラフ。 第２図は、ガスと空気の温度が従来の耐腐食空気加熱装
置の表面に沿う熱伝達に従って変化する状態を示すグラ
フ。 第３図は、非腐食特徴を備えていない従来の３通路式空
気加熱器の概略図。 第４図は、従来の３通路式の耐腐食空気加熱器の概略図
。 第５図は、カスケード法による空気加熱を使用したガス
と空気の流れパターンを示す概略図、第６図は、ガスと
空気の温度が理想的なカスケード式空気加熱装置の表面
に沿う熱伝達に従って変化する状態を示すグラフ、第７
図は、本発明による多通路式の耐腐食空気加熱装置の概
略正面図、第８図は、空気加熱装置の低温端部に最初の
通路を備えたパッケージを示す第７図の線■−■に於け
る断面図、第９図は、空気加熱装置の高温端部を示す第
７図の線ＩＸ−ＩＸに於ける断面図、第１０図は、ガス
及び空気の温度が本発明による多通路式の耐腐食空気加
熱装置の表面に沿う熱伝達に従って変化する状態を示す
グラフ。 １６・・・・・・パッケージから成る通路、１６′−・
・・・・第１通路、２１・・・・・・連結空気ダクト、
２２・・・・・・供給空気ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱表面を形成するチューブ列が設けられ、該チュ
   ーブ列が、空気導入側を形成する連結空気ダクトによっ
   て直列に連結された分離通路に配置され、更に、低温空
   気を導入するようになった供給空気ダクトが設けられ、
   該供給空気ダクトの１つが第１通路に供給された低温空
   気の最初の比較的わずかな量を予熱するための装置を有
   し、前記供給空気ダクトの他のものがそれぞれの連結空
   気ダクトに連結きれている多通路式耐腐食空気加熱装置
   に於いて、第１通路１６′を包含する最初のグループの
   通路１６が、煙道ガスと平行に連結された加熱チューブ
   の列を備えたパッケージの形式になっており、このため
   前記加熱チューブの列が、空気の温度とガスの温度との
   間の関係が腐食を誘発するような同一ガス温度の領域に
   配置され、残りの低温空気を入れる供給空気ダクト２２
   が、前記空気加熱装置に設けられた他の通路と連通ずる
   連結空気ダクト２１に、前記パッケージの最後の通路の
   下流側で連結されていることを特徴とする多通路式耐腐
   食空気加熱装置。 ２ 通路１６のパッケージのチューブ列に於けるすべて
   のチューブは同一長さであり、しかも通路ノハッケージ
   は同一水平レベルに配置されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の多通路式耐腐食空気加熱装
   置。 ３ パッケージの通路１６０幅は通路を通る空気流速の
   増大に応じて漸次に増大することる特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の多通路式耐腐食空気加
   熱装置。