JPH037892A

JPH037892A - 熱交換器用伝熱管の製造方法

Info

Publication number: JPH037892A
Application number: JP14053389A
Authority: JP
Inventors: Akimoto Numata; 哲始沼田; Masato Iiyama; 飯山　眞人
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1991-01-16
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07104117B2

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］本発明は、多管式熱交換器の伝熱管に用いられる熱交換
器用伝熱管に関する。

［従来の技術］近年、廃ガスの熱エネルギを有効利用するために、セラ
ミックチューブを有する多管式熱交換器が実用化されて
いる。セラミックチューブは金属管よりも耐食性に優れ
、従来では不可能とされていた高温の腐食性ガスからの
顕熱回収を可能とし、また、エアダイリューションなし
に高温ガスからの熱回収も可能となる。このようなセラ
ミックチューブは、伝熱管としての各種性能、すなわち
、耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性、気密性等を満たすもの
として注目されている。セラミックチューブを熱交換器
の伝熱管に用いることにより、熱回収可能な対象の範囲
が更に広がり、強腐食性の固相ダストを含む廃ガスや１
５００℃の高温廃ガスからも熱回収することが可能とな
る。

従来の伝熱管としてのセラミックチューブは、窒化ケイ
素、炭化ケイ素、またはコージェライトでつくられてい
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来のセラミック製伝熱管は、金属製伝
熱管に比較して、熱伝導率が低く、低熱効率である。ま
た、他の金属部材と接合する場合に特殊接合技術が必要
である。更に、窒化ケイ素および炭化ケイ素の伝熱管は
、塩素ガス、亜硫酸ガス、−酸化炭素ガス等の酸化性ガ
スによって変質しやすく、特に酸化性雰囲気では短寿命
である。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、
耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性、気密性を保持しつつ、熱
伝導率が高く、他の金属部材との接合性が良好で、かつ
酸化性ガスによって侵され難く、長寿命の熱交換器用伝
熱管を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る熱交換器用伝熱管は、管状の耐火物多孔
体又はセラミックス多孔体に対して金属が１乃至９０重
量％の割合で含浸されていることを特徴とする。

この場合に、管の両端部が、他の部分より金属含浸量が
大きいことが好ましい。更に、管の外側が管の内側より
金属含浸量が大きいことが好ましいＯ金属を含浸させる耐火物多孔体には、窒化ケイ素質、炭
化ケイ素質、サイアロン質、ジルコン質並びにアルミナ
質のいずれのセラミックをも用いることができる。

含浸させる金属は、どのような金属でもよく、例えば鉄
、ステンレス、鉛、スズ、アルミニウム、銅、クロム、
ニッケルなどが挙げられる。また、これらの金属の混合
物であってもよい。

金属含浸量は、その耐火物の重量に対して１乃至９０重
量％の範囲内で、所望の効果が得られるよう選択する。

このような範囲に限定した理由は、一般に耐火物は３容
積％以上の気孔を有しており、その気孔を充填するのに
必要な含浸量が１重量％以上であり、また耐火物の成形
強度を維持しつつ含浸し得る金属の最大量が９０重量％
だからである。

耐火物多孔体に金属を含浸させる方法は特に限定されな
いが、例えば以下の方法を用いることができる。

まず、耐火物を約１０００〜１３００℃に予熱して脱気
する。その後、溶融金属を含んだホットメタルバス中に
浸漬し加圧する。この方法により、耐火物多孔体に金属
を含浸させることができる。

例えば、気孔率５乃至９０％の耐火物の気孔率を、上述
の方法により、約２％以下に低減することができる。

［作用］この発明に係る熱交換器用伝熱管においては、耐火物多
孔体に１〜９０重量％の割合で金属を含浸させている。

このような−金属含浸耐人物は、耐火物多孔体の気孔が
金属により充填されているため、腐食性ガスが耐火物の
気孔中に侵入し難く、ガスによる耐火物の酸化が阻止さ
れる。

また、金属を含浸させることにより耐火物の熱伝導性が
向上し、熱の分散性が改善され、伝熱管の内外に温度差
が生じ難く、熱回収率が向上する。

また、更に、伝熱管の両端部または外側の部分の金属含
浸量を、他の部分より高めることにより、他の金属部材
との接合性が改善され、気密な接合が容易となる。

［実施例］以下、添附の図面を参照しながら本発明の実施例につい
て具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例に係る熱交換器用伝熱管が用い
られた廃ガス処理装置の熱回収部分を模式的に示す縦断
面図、第２図は伝熱管の横断面図である。

焼却炉の煙道にダストキャツチャ−が設けられ、ダスト
キャツチャ−の更に下流側の煙道に熱交換器が設けられ
、廃ガスの顕熱が回収されるようになっている。熱交換
器は、複数ユニットで構成されたチャンネルタイプの多
管式熱交換器であり、煙道を取り囲むように設けられて
いる。すなわち、熱交換器のユニット１１〜１８がこの
順に煙道１０の上流側から下流側に向けて互い違いに千
鳥配列され、各ユニットの伝熱管２０が煙道１０を横切
るように所定ピッチに設けられている。下流側のユニッ
ト１８には熱媒入口１９が設けられ、一方、上流側のユ
ニット１１には熱媒出口１２が設けられている。入口１
９および出口１２は、それぞれ熱媒供給源（図示せず）
に連通され、熱媒が熱媒供給源と熱交換器との間を循環
するようになっている。この場合に熱媒として、例えば
、エアを用いる。各ユニットの伝熱管２０は、入口１９
および出口１２の間にて相互に上下に連通している。

第２図に示すように、伝熱管２０は通路２１を有し、通
路２１内を熱媒が通流し、伝熱管２０の外側を廃ガスが
管軸に直交するように流れる。この伝熱管２０は、セラ
ミックチニーブの多孔体に所定量のステンレス鋼を含浸
させたものである。

なお、伝熱管２０の両端部は、他の部分より更に金属含
浸量を高めている。管端部は、ユニット本体内にて固定
され、漏れ止めのためにシール溶接されている。

次に、上記伝熱管の製造方法について説明する。

伝熱管の製造方法耐火物原料としてＡ！１２０ｉ９８重量％のアルミナ粉
末を用いた。粉末の平均粒径は０１．３ミクロンに調整
しである。焼成体の気孔率を制御するために、約４ミク
ロンの有機繊維を原料粉末に配合した。両者を混合し、
繊維が原料粉末中に十分に分散したところで、これにバ
インダー剤を添加し、更に攪拌混合する。この混合物を
筒状の溝に流し込み、加圧成形する。成形体を所定温度
で焼成し、管状の窒化ケイ素質多孔体を得る。得られた
ポーラス管は、平均気孔径が４ミクロン、気孔率が４５
％である。

上記ポーラス管に、金属ニッケルを含浸させる。

なお、この金属含浸工程を二段階に分け、第１工程では
ポーラス管の全体に低圧力下で金属を含浸させ、第２工
程ではポーラス管の両端部のみに高圧下で金属を含浸さ
せる。これにより、管端部の金属含浸量が約２７重量％
、管端部以外の部分の金属含浸量が約３１重量％となる
。

なお、伝熱管の金属含浸量を内側より外側のほうで高く
するには、伝熱管のガス通路２１に相当する部分に詰め
物をしておき、管の外側からのみ金属を耐火物中に侵入
させる。また、別法として金属含浸時に管の内外圧力に
差を設ける。

以下、上記伝熱管として用いることができる金属含浸セ
ラミックチューブを、実際に製造して試験した結果につ
いて詳細に説明する。

耐熱衝撃性上記サンプルを０乃至１６００℃まで加熱し、その後水
冷した。この急熱急冷による温度差（すなわち、熱衝撃
）によって、サンプルの強度がどのような影響を受ける
かを調べた。

第３図は、横軸に急冷温度差をとり、縦軸に耐火物の強
度指数をとって、金属含浸耐大物の耐熱衝撃性について
調査したグラフ図である。この場合に、耐火物の強度指
数とは、急冷処理しない場合の耐火物の強度を１００と
した場合に対する被検体の急冷後の強度をそれぞれ指数
で表わしたものである。図中にて、白丸、白四角、黒画
角は窒化ケイ素質チューブにそれぞれ１０重量％、２０
重量％、４０重量％のニッケルを含浸させた結果を示す
ものである。なお、黒丸は、比較例として金属が含浸さ
れない状態の窒化ケイ素質チューブの結果を示すもので
ある。図から明らかなように、耐火物に金属を含浸させ
ることにより、金属を含浸させない場合に比較して、か
なりの熱衝撃に耐えられることがわかった。また、金属
の含浸量が多いほど、強度指数の低下が少なく、耐熱的
スポーリングが向上することが確認された。

耐酸化性第４図は、横軸に金属含浸量をとり、縦軸にＣＯ２ガス
による金属含浸耐大物の侵食指数をとって、金属を含浸
させた窒化ケイ素質チューブの耐酸化性について調査し
たグラフ図である。この場合に、侵食指数とは、金属を
含浸させない状態の窒化ケイ素質チューブのＣＯ２ガス
による酸化侵食量を１００とした場合に対する被検体の
酸化侵食量を指数で表わしたものである。図から明らか
なように、金属含浸量は少なすぎても多すぎても所望の
効果を得ることができず、金属含浸量が２０〜７０重量
％の範囲にあるときに侵食指数が３０以下に低減するこ
とがわかった。

熱伝導性耐火物および含浸金属の組み合わせを種々変更し、それ
ぞれ組成の異なる３種類の伝熱管試料を作成し、それぞ
れの熱伝導率を測定した。第１の試料としてＡＩ　２０
　ｓ　８０　′ｇｌ量％に対して鉄を２０重量％の割合
で含浸させたもの、第２の試料としてＡ、Ｑ２０ｉ６０
重量％に対してニッケルを４０重量％の割合で含浸させ
たもの、第３の試料としてＡｇ２Ｏ，５０重量％に対し
て鉄３０重量％およびニッケル２０重Ｒ％の割合で含浸
させたものをそれぞれ用いた。なお、ＡｆＩ２０，９９
重量９６の伝熱管（比較例１）、１２０３８０重量％−
５ｉＯｚ２０重量％の伝熱管（比較例２）をそれぞれ比
較例として用いた。

熱伝導率の測定結果は、第１の試料が１２ＫｃａｌノＩ
Ｉ−ｈｒ・℃、第２の試料が４０　Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ
・’Ｃ。

第３の試料が３３．Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ・℃であった。

これらの結果は、比較例１の４　Ｋｃａｌ／ｇ−ｈｒ　
・”Ｃおよび比較例２の５　Ｋｃａｌ／ａ＋−ｈｒ・℃
と比べて大幅に向上しており、金属含浸チューブが高い
熱伝導性を有することが判明した。

以上、本発明の熱交換器用伝熱管は、従来のセラミック
チューブに比較して、耐熱性および耐酸化性が優れてい
ることが確認された。

なお、上記実施例では、複数のユニットで構成されたチ
ャンネルタイプの熱交換器に伝熱管を使用した場合につ
いて説明したが、この発明はこれに限られることなく、
タワータイプの熱交換器用伝熱管にも適用することがで
きる。

また、上記実施例では、焼却炉に用いられる熱交換器の
場合について説明したが、これに限られることなく、均
熱炉、鍛造炉、熱処理炉、溶解炉、並びに鉄鋼用連続加
熱炉等の各種炉の熱回収に用いられる熱交換器にも適用
することができる。

［発明の効果］本発明によれば、耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性、並びに
気密性に優れ、長寿命の熱交換器用伝熱管を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る熱交換器用伝熱管が用い
られた廃ガス処理装置の熱回収部分を模式的に示す縦断
面図、第２図は伝熱管の横断面図、第３図および第４図
はそれぞれ実施例の効果を説明するためのグラフ図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）管状の耐火物多孔体又はセラミックス多孔体に対
して金属が１乃至９０重量％の割合で含浸されているこ
とを特徴とする熱交換器用伝熱管。
（２）管の両端部が、他の部分より金属含浸量が大きい
ことを特徴とする熱交換器用伝熱管。
（３）管の外側が管の内側より金属含浸量が大きいこと
を特徴とする熱交換器用伝熱管。