JPS6249192A - 腐食性廃熱ガスの熱交換用伝熱素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は腐食性廃熱ガスの熱交換用伝熱素子に関し、
特に例えば都市居住区から廃棄される廃棄物、いわゆる
都市ごみなとを燃焼させて得た高温廃熱ガスの保有熱量
を回収するための熱交換用伝熱素子に係るものである。

〔従来の技術〕

一般にこの種の都市居住区から廃棄される都市ごみには
、例えばプラスチニック凌形品類による食品、飲料容器
などが多数混在されているのが汀通であって、この都市
ごみを焼却処理した場合、混在されているプラスチック
類の燃焼によって生ずる高温の廃熱ガス中には、ＨＣＩ
などの腐食性ガスが含まれており、従ってこの高温廃熱
ガスに保有されている熱エネルキー回収のために、高圧
茶気など−して有効利用する熱交換器は、極めて過酷な
運転条件下に置かれることになって、殊に高温の腐食性
廃ガスに直接々触する熱交換部につき。

種々の耐腐食性手段を講する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、ごみ焼却処理の際の廃熱エネルギーの回収を
目的とする９例えばノ入気タービン発電システムなどに
あっては、高温廃ガス中に含まれるＨＣＩなどによると
ころの、いわゆる“′高温腐食°゛を回避するための法
気条件が、従来の材料構成からなる熱交換器の場合、一
般に２０ａｔａＸ　２５０　Ｃ程度にしか設定できず、
廃熱カス温度自体が通常。

８０００以上であるのにも拘わらず、この程度の蒸気条
件しか得られないことは、発電システムの効率が低くて
、大きなエネルギーロスとなるものであった。

そしてこのように過酷な運転条件下に置かれる熱交換器
の場合には、同条件に耐え得る耐腐食性材料として、例
えばセラミックスを用いることが考えられるが、このセ
ラミックス材料は、金属材料との接合において、相互の
熱膨張率の差により両者の接合面に隙間を生じ、この隙
間から内部の被加熱高圧流体が漏洩し易く、また応力集
中を同社することが困難であり、従って高温廃ガスと高
圧流体間の熱交換器にあって、高温廃ガスに接する部材
々料を、単にセラミックス材料に変換するだけの構成で
は、到底、使用に耐えられるものではなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は従来のこのような問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的とするところは、高温の
腐食性廃カスを対象として熱エネルギーを回収するため
の、十分使用に耐え得る熱交換用伝熱素子を提供するこ
とである。

前記目的を達成するために、この発明に係る腐食性廃熱
ガスの熱交換用伝熱素子は、被加熱流体を下方からＦ方
へ流通する内管の外周囲に、下端部で接合しかつ北端部
で大気に開放したセラミックス酸の外管を配すると共に
、この外管内に対象廃熱ガス温度に対応して選択された
融点をもつ。

熱交換媒体としての溶融金属を封入したものである。

〔作　　　用〕

すなわち、この発明においては、熱交換用伝熱素子の外
管の上下両端部を除く中間熱交換部が。

対象廃熱ガス流路内に露出されるように配置して使用す
ることにより、対象廃熱ガスの熱エネルギーを、熱交換
媒体としての溶融金属の介在によって、被加熱流体に直
接々触させずに回収できるのである。

〔実　施　例〕

以下　この発明に係る腐食性廃熱ガスの熱交換用伝熱素
子の一実施例につき、添付図面を参照して詳細に説明す
る。

添付図面はこの実施例による伝熱素子を熱交換器に適用
した場合の概要構成を示す部分断面図である。

添付図面において、この実施例構成による伝熱素子１は
、被加熱流体９例えば蒸気を流通する金属製の内管２の
外周囲に、下端部で接合しかつ上端部で大気に開放した
セラミックス酸の外管３を配すると共に、この外管２内
に対象廃熱ガス温度に対応して選択された融点をもつ、
熱交換媒体としての溶融金属４を封入させて構成する。

しかして前記伝熱素子１の内管２には、被加熱流体を下
方からＥ方に流通させるようにし、また外管３の上下両
端部３ａ、３ｂを除く中間熱交換部３Ｃを、例えばキャ
スタブル５からなる対象廃熱ガス流路６内に露出される
ように配置して使用し、殊に内管２の流入側である下端
部３ｂに関しては、相当程度以上の長さしだけ廃熱ガス
流路６外に突出させて、高温廃熱ガスによる加熱を受け
ないようにしである。

またこ−で流路６内を流れる廃熱ガスが、セラミツ・ク
ス製外管３とキャスタブル５との僅少な間隙から外部に
漏出することが考えられるが、これを回避する必要があ
れば、キャスタブル５の外周面を覆う鋼板製被覆板７に
対し、さらに僅少な空間９を介して同様な鋼板製外被板
８で覆い、かつ同空間９内に一層高圧に加圧された空気
または窒素ガスなどを封入すれば良い。

従って前記構成による伝熱素子ｌにあっては。

内管２の下端流入側から、加熱以前の初期温度による被
加熱流体、この場合は蒸気が流入されるために、この流
入部分での外管３．つまり下端部３ｂでは、内部に封入
されている溶融金属４が同部分では融点に達せず、図中
鎖線で示す通りに、常時。

固体相４ａのま−に維持されて、相互に熱膨張率の異な
る金属製内ｖ２とセラミックス製外管３との接合部での
シール作用が確実に果されるものであり、すなわち、こ
−では溶融金属が次に述べる熱交換媒体としての役割の
ほかに、セラミックスと金属相互間のシール材としての
役割をも果すことになる。

そして前記内管２の中間熱交換部２ａを流れる液加８流
体は、同内管２の周囲を囲続する外管３の中間熱交換部
３ｃへの高温廃熱ガスの接触により、加熱溶融されて液
体相となった熱交換媒体としての溶融金属４との間に熱
交換がなされて、高温高圧法気となり、内管２の上部か
ら例えば図示省略された蒸気タービンなどに供給されて
発電機を駆動させ、かつこの駆動によって初期温度に戻
された被加熱流体が、再度、内管２の下部に循環供給さ
れ、以上の作用が繰換えされて高温廃熱ガスの保有熱エ
ネルギーを、損失なしに最大効率で電力として回収でき
るのである。

またこのとき、前記外管３の上端部３ａでは、これが大
気に開放されており、熱膨張に伴なう応力集中を管自体
に与える惧れかない。そしてまた前記熱交換媒体として
の溶融金属４は、対象廃熱ガス温度レベルに対応する融
点をもつものとしており、この溶融金属４（これが合金
であればそれぞれの組成変更をも含む）を適正に選択す
ることによって、廃ガス熱エネルギーの回収効率を向−
１−シ得るのである。

さらに必要に応じては、前記伝熱素子１による熱交換器
を初段側に配置させて当初の熱交換をなし、対象廃熱ガ
スを一旦、降温させて、前記したいわゆる。高温、貧食
を生起しない温度条件にさせた後、従来の伝熱手段によ
る熱交換器での熱交換をなすようにする。つまりハイブ
リー、ド方式を採用することも有利である。

〔発明の効果〕

以り詳述したようにこの発明によれば、被加熱流体を下
方から上方へ流通する内管の外周囲に、下端部で接合し
上端部で大気に開放したセラミックス製の外管を配し、
かつ外管内に対象廃熱ガス温度に対応して選択された融
点をもつ、熱交換媒体としての溶融金属を封入して、腐
食性廃熱ガスのための熱交換用伝熱素子を構成させ、こ
れを外管の上下両端部を除く中間熱交換部が、対象廃熱
ガス流路内に露出されるように配置して使用するように
したから、腐食性ガスを含む高温廃ガスの熱エネルギー
を、熱交換媒体としての溶融金属の介在により、被加熱
流体に直接々触させずに効率良く回収でき、また内、外
両管相互の熱膨張率の差に基ずく接合面のシール作用を
確実に保持できて隙間を生ずる慣れがなく、また応力集
中をも回避し得るなどの特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面はこの発明に係る化８素子の一実施例を熱交換
器に適用した場合の概要構成を示す部分断面図である。 ｌ・・・・伝熱素子、２・・・・内管、２ａ・・・・同
内管の中間熱交換部、３・・・・外管、３ａ・・・・同
外管の上端部、３ｂ・・・・同外管の下端部、３ｃ・・
・・同外管の中間熱交換部、４・・・・溶融金属、４ａ
・・・・溶融金属の固体相、５・・・・キャスタブル、
６・・・・対象廃熱ガス流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被加熱流体を下方から上方へ流通させる内管の外周囲に
   、下端部で接合し上端部で大気に開放したセラミックス
   製の外管を配すると共に、外管内には、対象廃熱ガス温
   度に対応して選択された融点をもつ、熱交換媒体として
   の溶融金属を封入させて構成し、前記外管の上下両端部
   を除く中間熱交換部を、対象廃熱ガス流路内に露出させ
   て使用し得るようにしたことを特徴とする腐食性廃熱ガ
   スの熱交換用伝熱素子。