JPS6155040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は加熱炉等に設けられる空気を予熱す
るための二重管式熱交換器に関する。

加熱炉等の排ガスの熱回収を行なうために従来
より熱交換器（所謂レキユペレータ）が広く使用
されている。ところで加熱炉のうち無酸化炉等に
おいてはその排ガス中にCOが多いため、O₂を吹
込んで排ガスを完全燃焼させてから排出すること
等が行われている。そのため排ガスは1250℃程度
の高温となるが、このような高温域では金属性の
伝熱管は使用できない。そのため従来高温のガス
を排出する炉では煙道の上流側にエアグリツド等
の冷却格子を設けて空気を吹込んで排ガスを薄め
排ガスの温度を一度下げた上で熱交換器による熱
回収を図る方法をとつているが、この場合その冷
却分だけ排熱を無駄に放出することになり、省エ
ネルギ上好ましくない。また金属性伝熱管では酸
化腐食が激しく漏れ（リーク）を発生する危険が
ある。

以上のような観点から近年、耐熱性、耐食性の
高いセラミツクス製のチユーブを伝熱管として用
いる試みが種々なされている。しかしセラミツク
スを用いた場合、セラミツクスの脆性やヘツダと
の接続構造等に金属管にはない技術的な困難があ
る。またセラミツクスを用いた場合、金属に比較
して容積が大きくなる等の問題もある。

本発明は伝熱管をセラミツクス製管と鋼管との
二重管とすると共にヘツダ、セラミツクス製管、
鋼管の間の接続構造に工夫を加えることにより、
これらの問題に一つの解答を提出しようとするも
のである。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る二重管式熱交
換器を示すものである。本発明は加熱炉等の排ガ
スダクト１上の高温ガスヘツダ２と、その上に設
けられた気体供給ヘツダ３と、該高温ガスヘツダ
２に開口しここから排ガスダクト１内に垂下する
外管６と、前記高温ガスヘツダ２上部からその中
を貫通して外管６内に懸垂し、気体供給ヘツダ３
に開口し下端で外管６と連通する内管４と、該内
管４下端に取付けられ且つ外管６を載置し押し上
げる支持装置８とからなる。

高温ガスヘツダ２は上部ダクト壁１１上に設け
られ、耐火煉瓦の煉瓦積構造となつている。又、
その直上に気体供給ヘツダ３が設けられている。
該気体供給ヘツダ３は内管４に連通しており、該
内管４に空気を流入せしめている。又、高温ガス
ヘツダ２は内管４と外管６との間の空隙７に連通
しており、該空隙７を上昇してくる予熱空気をそ
の中に流入せしめ、該空気を利用する所定の設備
へ送り出している。

前記内管４はスチールバルブが用いられ、外管
６はセラミツクスチユーブよりなり、又この内管
４を外管６内に設けて二重管式の伝熱管を構成
し、内管４下部に流出口５を設けて管４，６を連
通している。

又、管４，６は高温ガスヘツダ２を上部梁構造
として吊り下げられている。即ち、内管４の上部
に拡径部１３を設けて高温ガスヘツダ２上部にこ
れを固定し、該内管４は高温ガスヘツダ２上部か
らその中を貫通し前記外管６内へ懸垂している。
この内管４は後述のように外管６を載置し下方よ
りこれを支持する支持装置８に結合している。従
つて管４，６は高温ガスヘツダ２により排ガスダ
クト１内に懸垂される。さらに本実施例では、下
部ダクト壁１２に孔１７を穿設し、この孔１７よ
り支持装置８を突出させ管４，６の下部を固定し
ない完全懸垂構造としている。

外管６下端部には円環状セラミツクスブロツク
１０が設けられており、これにより空気の流出に
対する耐圧を高めている。内管４はこのセラミツ
クスブロツク１０を貫通し、その下端を支持装置
８に連結しており、該内管４とセラミツクスブロ
ツク１０の間に円環状シール４１を設けてその間
をシールし、外管６下端を閉塞している。又、孔
１４，１７と外管６との夫々の間にはセラミツク
スフアイバ４２を設けてシールしており、地震等
の振動の緩衝を行つている。

支持装置８は、内管４底面下に結合した支持板
１５と、この支持板１５周縁上に載置され前記セ
ラミツクスブロツク１０を介して外管６を押し上
げるスプリング１６とからなり、外管６を載置
し、その自重を下方から支える働きをしている。
従つて前記内管４底面下に支持板１５を結合する
ことで、前述のように高温ガスヘツダ２から吊り
下げられた内管４により外管６を下方から支え、
管４，６は排ガスダクト１内に懸垂されることと
なる。しかも外管６を下方から支えることで、引
張り応力に弱いセラミツクスチユーブの損傷を防
いでいる。また支持装置８は、スプリング１６に
よつて外管６を押し上げており、常に圧縮方向に
力が作用してセラミツクスチユーブの損傷を防ぐ
と共にセラミツクスチユーブの熱膨張を受けてい
る。そのため熱膨張率にとらわれることなくセラ
ミツクスチユーブを選択することが出来る。また
セラミツクスチユーブを断面Ｈ型ソケツト４０等
で継ぎ足すことができる。尚、前記支持板１５は
内管４底面に固着したガイド棒１８に遊嵌され支
持板１５下のナツト１９により装着されており、
またスプリング１６の圧力はナツト１９を調整す
ることでコントロールすることができる。

第２図は本発明の他の実施例を示している。該
実施例では流出口５付近の内管４中空部に内管４
軸方向に先端を向けた山形円錐状のガス流ガイド
部材２０を嵌合しており、また外管６中空部の下
方拡径のテーパ状に形成して流出口５付近に気体
反転空所２１を設けている。本実施例では外管６
に連通する肉厚円環状のセラミツクスブロツク４
３に該気体反転空所２１を形成している。このよ
うな構造によれば流出口５より流出する空気の圧
損を防ぎ、流速を低下せずに反転上昇せしめるこ
とが出来、しかも流速低下で外管６内周面に滞留
する空気の境界膜を生ずることがなく、そのため
伝熱効率の低下も防ぐことが出来る。

さらに第２図に示す実施例ではセラミツクスブ
ロツク４３の下端に、中央に内管４を貫装する円
形フランジ板２２が設けられ、フランジ板２２と
孔１７周縁部との間にベローズ等の柔軟性のある
環状シール材２３が介装されており、その間をシ
ールしている。そのため第１図の実施例のように
孔１７と外管６との間にセラミツクスフアイバ４
２を充填する場合より管４，６が自由になり、前
記実施例に比べ、内管４とヘツダ２の接合部及び
外管６とヘツダ２の連結部にかかるせん断力を一
段と小さくすることが出来る。尚、セラミツクス
ブロツク１０底面とフランジ板２２との間には円
環状シール材２４が介装され、また内管４底面に
固定された押さえ板２５と該フランジ板２２との
間にベローズ等の伸縮自在の管状シール材２６が
装着されており、それぞれ空気の流出を防ぐため
その間をシールしている。

以上の熱交換器では気体供給ヘツダ３から内管
４に空気が供給され内管４内に下降させたのち、
前記流出口５から空隙７へ流出せしめる。その後
その空気をセラミツクスブロツク１０付近で反転
上昇せしめ、その途中、外管６のセラミツクス外
表面に接する排ガスの熱により予熱し高温ガスヘ
ツダ２内へと上昇させる。このように外管６にセ
ラミツクスチユーブを用いることにより酸化腐食
によるリーク発生を防止し、且つ高温域の排熱を
回収している。また以上のような二重管構造によ
りセラミツクスチユーブの伝熱面積を広くとり、
且つ配管構造をコンパクトにしている。そのため
ユニツトとして排ガスダクト１内に組み込むこと
が出来る。しかも換熱の際、外管６のセラミツク
スが膨張すると、該外管６は下部ダクト壁１２の
孔１７側へ延び、又その延びは支持装置８のスプ
リングに吸収される。そのためセラミツクスチユ
ーブの破損やリークの発生を防止することができ
る。さらに排ガスダクト１の熱変形等によりダク
ト壁１１，１２の間に動きのずれを生じた場合に
も管４，６は高温ガスヘツダ２から吊り下げられ
下部を固定しない完全懸垂構造であるため、管
４，６と該ヘツダ２との間にせん断力が作用せ
ず、これらを破損することがない。しかも管４，
６の自重と支持装置８のスプリング１６の圧力に
より高温ガスヘツダ２の煉瓦壁に下方への圧力が
かかり、煉瓦の目地切れが抑えられ、又セラミツ
クスチユーブを何本でも継ぎ足すことが可能であ
る。

以上のような熱交換器によれば、セラミツクス
チユーブを外管として用いているため酸化腐食に
よるリーク発生の危険がなく、しかも高温域の排
熱を極めて効率的に回収することができるという
優れた効果を有している。又セラミツクスチユー
ブを下方から支持し押し上げると共に伝熱管全体
を懸垂構造としているためセラミツクスチユーブ
に引張り応力が作用せず、しかも伝熱管とヘツダ
との接続部にせん断力が過度に働くことがなく破
損しにくい。更に二重管式構造の採用により、セ
ラミツクスチユーブの伝熱面積を拡大し、しかも
排ガスダクト内にコンパクトに設けることが出来
る等の効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 図中、１は排ガスダクト、２は高温ガスヘツ
ダ、３は気体供給ヘツダ、４は内管、６は外管、
８は支持装置、１１は上部ダクト壁、１２は下部
ダクト壁を各示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱炉等の排ガスダクトのダクト壁上に設け
   られた高温ガスヘツダと、該高温ガスヘツダ上に
   設けられた気体供給ヘツダと、該高温ガスヘツダ
   に開口しここから排ガスダクト内に垂下する下端
   が閉塞されたセラミツクス製外管と、前記高温ガ
   スヘツダ上部から該高温ガスヘツダ内を貫通して
   外管内に懸垂し前記気体供給ヘツダに開口すると
   共にその下端部において外管と連通する鋼製内管
   と、該内管下端に装着され外管を載置しこれを押
   し上げる支持装置とを有することを特徴とする二
   重管式熱交換器。