JPS6064189A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPS6064189A
JPS6064189A JP17196383A JP17196383A JPS6064189A JP S6064189 A JPS6064189 A JP S6064189A JP 17196383 A JP17196383 A JP 17196383A JP 17196383 A JP17196383 A JP 17196383A JP S6064189 A JPS6064189 A JP S6064189A
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JP
Japan
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wall
wall surface
fluid
heat exchanger
ceramic tube
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JP17196383A
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JPH0319476B2 (ja
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Kazuhiko Ito
一彦 伊藤
Jun Yonehara
米原 潤
Minoru Yamaguchi
実 山口
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/04Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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】 (産業上の利用外史) 本発明は各種工業炉から排出される排ガスからの熱回収
などに使用されるシェルアンドチューブ型の熱交換器に
関するものである。
(従来技術) 従来のシェルアンドチューブ型の熱交換器if被加熱流
体を流通させる伝熱管としてステンレス鋼管が使用され
ているため、その耐熱許容温度tよ約g00℃であり、
空気流による内部冷力1を考慮しても1000°C以上
の高温の排ガスとの熱交換には用いることができず、ま
た、ステンレス鋼管は排ガスによる腐食を受け易いため
に排ガス組成によって利用範囲が大幅に限定される欠点
があった。そこで、耐熱性及び耐腐食性に優れたセラミ
ックス管を伝熱管に用いる試みもなされてきたが、セラ
ミックス管は金属管のように支持壁に溶接することがで
きないうえに金属管に比較して製造上の寸法課差が大き
いので支持壁との間から慴ガスあるいは被加熱流体がリ
ークし易く、また、リークを防止する目的で支持壁に強
固に数例けた場合には金属管よりも脆いために熱応力に
より破損し易い等種々の欠点があった。
(発明の目的) 本発明はこのような問題点を解決して1000°C以上
の高温度の排ガスにもあるいは腐食性の↑11:ガスに
も使用することができ、しかも、排カス得のリークや伝
熱管の破損の虞れのない熱交換器を目的として完成され
たものである。
(発明の構成) 本発明は内部を伝熱流体流路に形成した枠体の対向する
壁面に被加熱流体の供給口と流出口に連通される透孔を
多数配設して該枠体内の両側方部tこは各透孔に連通す
る通孔を備えた角柱状の壁面構成体を摺動自在tr−積
み上りた壁体を設けるとともに該壁体の対向する壁面構
成体間にはそれぞれセラミックス管を少なくとも一方の
壁面と各壁面構成体との間に設けられて前記供給口から
供給される被加熱流体により冷却される圧縮スゲリング
をもって該ナラミックス管の軸線方向への膨張、収縮か
吸収できるように並行に架設したことを特徴とするもの
である。
次に、本発明を図示の実施例をこついて詳細に説明すれ
は、図中(1)は上下両面に開口部を有し、その内部を
高温の排ガス等の伝熱流体流路に形成した金属製の枠体
であって、該枠体(1)の対向する壁面(2)と壁面(
2)の外側には被加熱流体の供給口(3)を備えた流体
流入室(3/と、流出口(4)を備えた流体流出、室(
4)が設けられている。(5)は炭化9素のような面積
を増加させるための鍔状または螺旋状のフィン(6)が
形成され、これらのセラミックス?? (6) tri
乙角柱状の壁面構成体(7)、(7)の通孔(1υ、a
υに両端を連通保持させるとともに該壁面構成体(7)
、(7)の外側を前記供給口(3)と流出口(4)に連
通ずるよう壁面(2)、(2)に多数配設された透孔O
0,0(1に一端が挿通支持された金属製の支持W(8
)及び支持管(9)に連通保持させて壁面(2)、(2
/間には多数のセラミックス9!’ (5)が枠体(1
)内に形成される伝熱流体流路に直交させて並行に架設
され、また、OIJ記壁面壁面構成体)、(7)はその
外面を接触させて摺動自在に積み上けられて枠体(1)
内の両側方部に壁体(7n) 、 (7a)が設けられ
る0そして、この壁面構成体(7)、(7)はセラミッ
クス’IF (5)と同様に炭化珪素のようなセラミッ
クス材料からなり、その中央にはセラミックス管(5)
の内径に等しい通孔Oυ、Oηが軸線方向に設けられて
いて各壁面構成体(7)、(7)とセラミックス管(5
)との接合面叫、a埠及び壁面構成体(7)、(7)と
支持管(8)、(9)との接合面(1:l、 (11は
いずれも球面に形成されて枠体(1)やセラミックス管
(5)に熱歪による変形や彎曲か生じても相互間の気密
を保持できるようになっている。さらに、流入側の支持
W(8)の内部には前記供給口(3)から供給された被
加熱流体に嘩されて冷却される圧縮スゲリンクQ4)が
設けられている。この支持管(8)は第5図に示される
よう[こ壁面(2)の透孔00のまわりに溶接された金
属製の外管Q〜七、この外管(Ja)の内周面tこ密接
しつつ軸方向に摺動可能な内wGrb)とからなり、外
管σa)の内部には後端を壁面(2Jに支承させるとと
もに前端を内管(J +1)に当接させて6i+記圧縮
スプリングQ4)が設けられており、内f留b) V!
この圧縮スズリング(1勿トこより押出されてその凸球
面状の先端部を壁面構成体(7)の凹球面状の端面に圧
接させている。また、他方の壁面41ft成体(7/の
外方の支持管(9)+ユその後部に抜止めフランジ(9
)を有していて壁面構成体(7)を移動不能に支持して
おり、セラミックス管(5)はこれらの活動自在な壁面
構成体(7)、(7)に両端が挾持された状態で圧縮ス
プリング0少の弾発力により壁面(2)、(2)間にお
いて弾発的に架設されて軸線方向への膨張、収縮がこの
圧縮スプリングg、+) tこよって吸収され、このセ
ラミックス管(5)は1ull記壁面構成体(7)、(
7)の支持管(8)、(9)および壁面(2)、(21
の透孔(11,01を介して流体流入室(3)及び流体
流出室(4)に連通させることによりセラミックス管(
5)の内部を貫流する被加熱流体の流路を形成している
なお、前記したように壁面構成体(7)、(7)は全部
のセラミックス管(5)が壁面(2)、(23間に取イ
」けられたときにその外面が互いに密接して枠体(1)
内の両側方部に気密な壁体(7荀、(7a)を構成する
ものであり、これによって枠体(1)の内部を流れる高
温の排ガス等の伝熱流体が外部へリークすることを防止
面構成体(7)、(7)の外形状に対応する固定壁tl
f9、Q71が形成されている。壁面構成体(7)の外
形は相互間の密着性を良好なものとするとともに各−レ
ラミツ。
クス管(5)か稠密な三角錯列配列を取るよう6角柱状
とすることが好ましいがこれに限定されるものではなく
、また、壁面構成体(7)、(7)の外周面には必要に
応じセラミックス粉体かもなるシール材を設けて壁面構
成体(7)、(7)および(7)、(7)相互間の気密
を高めており、さらにまた、セラミックス管(5)及び
壁面構成体(7)、(7)の内部1こは中心孔θ9を備
えた細管部(4)の外面に適数個の」Ivを放射状に張
設したセラミックス製の細長の分流体(181が挿入さ
れていてセラミックス管(5)の内部を流れる空気流を
細かく分流させてセラミックス管内の境膜伝熱係数を増
大させるとともに分流体OF5、肋間で流体か混合され
るようにすること1こより熱交換効率をさらに同上させ
ている。なお、前記実施例ではき1ワ入側の支持管(8
)と壁面(22との間(このみ圧縮スプリング01〕を
配設したが、第g図に示す他の蛍施例のように排出側の
支持9″t(9)と壁面(2)との間ECも圧縮各種の
工業炉から排IJ3された高温の排ガス番流すとともに
対向する壁m (2)、(2)の透孔θ()、四に連通
される支持管(8)、(9)を両端に備えた多数のセラ
ミックス管(5)に供給口(3)から支持管(8)を介
して′):を温なわれることは従来のこのIIl熱交換
器と同様であるが、本発明では伝熱管として耐熱性及び
耐17i5 、(’<。
性に優れたセラミックス管(5)を使用している/こめ
に1000°Cを越える高温の排ガスとの間で熱交換を
行なわせることができ、1000℃以−1・のJll+
ガスにしか用いることのできなかった従来の熱交換器に
比較してはるかに優れた温度効率をイifることができ
るうえに金属製の伝熱管を使用り、 L ?4S交換器
によっては行なうことかできなかった腐食性のガスから
の熱回収をも行なうことができる0まだ、このような高
温の排ガスが枠体(1)内に導入されると各セラミック
ス管イ5)は不均−tこ著しく熱膨張することとなるが
、本発明においては各セラミックス管(5)は両端を壁
体(7a)、(7n)を構成する摺も各壁面構成体(7
)と一方の壁面(2)間に設けた圧縮スゲリンクQ41
の弾発下に挾持されているので、各セラミックス管(5
)の熱膨張および収縮は壁面構成体(7)、(7)の相
互間の移動により吸収されてセラミックス管(5)を破
損させることがなく、しかも、各壁面構成体(7)、(
7)はその外面を互いに密接させて枠体(1)内の両側
方部に稍み上けられて上記のような熱膨張による相対的
な移動が生じても依然として壁体(7a) 、 (7a
)は気密な壁面を構成しているので、枠体(すの内部を
流れる高温の排ガスのような伝熱流体が外部へリークす
ることは完全に防止され、熱損失を防止することができ
て壁体(7a)、(7a)の外4JJJ+ t′C−S
る圧縮スフブリンク04)などへの熱影響は緩和される
。しかも、圧縮スワブりンク0・t)は供給口(3)か
ら供給される被加熱流体の流れに曝されて常時冷却され
ているため、特別な冷却機摺を(−J股することなく長
期間にわたり使用しても高温の排ガスによる弾性劣化は
なく、壁面(2)、(2)間にセラミックス管(5)が
適確に密接保持されて効率的な熱交(発明の効果) 本発明は以上の説明からも明らかなように、金属製の伝
熱管を使用した従来のシェルアンドチューブ型の熱交換
器によってt;1熱回収を行なうことができなかった1
ooo℃以上の高温の排ガスや腐食性のガスからも効率
良く熱回収を行なうことができ、しかも、各セラミック
ス管に生ずる不均一な熱膨張や収縮を摺動自在に積み上
けられて枠体の両側方部に壁体を形成して圧縮スプリン
グにより該セラミックス管を画−側より弾発している1
1.<−面構成体の摺動により個別に吸11にできるの
で、その破損を防止することができるものである。さら
に、この壁面構成体により枠体内の両側方tubにわ”
へ成される壁体が伝熱流体のリークを防止するとともに
該壁体を構成する各壁面構成体と壁面との間に設けられ
た圧縮スプリングが供給口から供給される被加熱流体に
より熱交換が行われる間g続して冷却されることとなる
ので、圧縮スプリングを長期歯1にわたり使用できるう
えに特別な冷却機構を付設する必要がなくてコストが安
くなる等4i11々の利点があり、在来のこの種熱交換
器の問題点を解消したものとして業界の発展に寄与する
ところ極めて大なものであるO
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す一部切欠正面図、@2図
は同じく縦断側面図、第3図、第ψ図はセラミックス管
の実施例を示す一部切欠正面図、第5図は要部の一部切
欠正面図、第6図は壁面構成体の一部切欠斜視図、第7
図は分流体の斜視図、第5図は本発明の池の実施例を示
す一部切欠正面図である。 (1)二枠体、(2)、(2)I壁面、(3):供給口
、(4):流出口、(5):セラミックス管、(6):
フイン、(7)、(7):壁u’j’i構成体、(7a
)、(7a) :壁体、01、gt) +透孔、0υ、
Oυ:通孔、Q41 :圧縮スズリンク、θ□□□:分
流体、0侍:中心孔、Qυ:隔壁。 第3図 り 第4図 、亡 第5図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 /、内部を伝熱流体流路に形成した枠体(1)の対向す
    る壁面(2)、(2)に被加熱流体の供給口(3)と流
    出口(4)に連通される透孔OQ、01を多数配設して
    該枠体(1)内の両側方部には各透孔θ1.0[/に連
    通する通孔01)、0υを備えた角柱状の壁面構成体(
    7)、(7)を摺動自在に積み上げた壁体(7R) 、
    (7a)を股iJるとともに該壁体(7a) 、(7a
    )の対向する喚面構成体(7)、(7)開にはそれぞれ
    セラミックス管(5)を少なくとも一方の壁面(2)と
    各壁面構成体(7)との間に設Gfられて前記供給口(
    3)から供給される被加熱流体により冷却される圧縮ス
    プリング(+4)をもって該セラミックス管(5)の軸
    線方向へのWI張、収縮が吸収できるように並行に架設
    したことを特徴とする熱交換器2、壁面構成体(7)、
    (7(をt角柱状とした特許請求の範囲第1項記載の熱
    交換器。 3、壁面構成体(1)、(7)とセラミックス?’F 
    (Fi)をいずれも炭化珪素質のものとした特許請求の
    範囲第1項または第2項記載の熱交換器。 弘、セラミックス管(5)を枠体(1)の内部tこ形成
    される伝熱流体流路に直交させている特許請求の範囲第
    1項または第2項または第3項記載の熱交換器。 j1セラミックス管(5)を表面にフィン(6)が形成
    され、内部に分流体0樽が挿入されたものとした特許請
    求の範囲第1頂または第2項または第3項または第を項
    記載の熱交換器。 乙、分流体08を中心孔θ呻と放射状の」Iυとを備え
    たセラミックス製のものとした特許請求の範囲第5項記
    載の熱交換器。
JP17196383A 1983-09-16 1983-09-16 熱交換器 Granted JPS6064189A (ja)

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JPH0319476B2 JPH0319476B2 (ja) 1991-03-15

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