JPH061155B2 - 直交流型熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばボイラー等の燃焼室に供給する燃焼用
空気を高温の排気ガスで予熱するための空気予熱器とし
て活用されるガス−ガス用の直交流型熱交換器に関する
ものである。

（従来の技術及びその問題点） この種のガス−ガス用直交流型熱交換器は、高温排気ガ
スの流路と燃焼用空気の流路とを、適当間隔置きに並設
された仕切り板を介して互いに隣接させ且つ流路方向が
互いに直交するように形成したものであるが、同様の空
気予熱器として使用されているチューブ型熱交換器と同
じように、高温排気ガス流路の内側面に排気ガス中に含
まれる塵埃が付着する。この付着塵埃は定期的に除去し
なければ熱交換効率が著しく低下するが、従来はこの付
着塵埃の除去作業のためにボイラーの運転を定期的に一
時停止し、熱交換器を分解しなければならなかった。こ
のためボイラーの稼動効率が低下するばかりでなく、相
当の人件費も要する問題点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、例えばボイラー等の燃焼室に供給する燃焼用
空気を当該燃焼室から排出される高温の排気ガスで予熱
する、燃焼用空気予熱のための直交流型熱交換器に関す
るものである。

（従来の技術及びその問題点） この種の直交流型熱交換器は、高温排気ガスの流路と燃
焼用空気の流路とを、適当間隔置きに並設された仕切り
板を介して互いに隣接させ且つ流路方向が互いに直交す
るように形成したものであるが、同様の空気予熱器とし
て使用されているチューブ型熱交換器と同じように、高
温排気ガス流路の内側面、即ち前記仕切り板の高温排気
ガス流路に面する表面、に排気ガス中に含まれる塵埃が
付着する。この付着塵埃は定期的に除去しなければ熱交
換効率が著しく低下するが、従来のこの付着塵埃の除去
作業のためにボイラーの運転を定期的に一時停止し、熱
交換器を分解しなければならなかった。このためボイラ
ーの稼動効率が低下するばかりでなく、相当の人件費も
要する問題点があった。

高温流体流路と低温流体流路とを伝熱プレート（仕切り
板）で仕切った熱交換器に於いて、その熱交換効率を高
めるために、一方の流体流路に導入された流体をそのま
ま伝熱プレート表面に接触させないで、当該流体流路を
区画する噴射プレートの小穴から前記伝熱プレートに噴
射して、当該伝熱プレート表面上で流体を噴流させる考
えが、特公昭５６−４１９１７号公報によって開示され
ている。

このような熱交換器を、前記噴射プレートを内蔵する流
体流路に高温排気ガスを導入する状態で使用することに
より、高温排気ガス流路に面する伝熱プレート（仕切り
板）の表面に当該高温排気ガスが含有する塵埃が付着す
るのを防止する効果は予想される。しかしながら、塵埃
を含有する高温排気ガスそのものを小穴から噴射させる
のであるから、実際には当該小穴がすぐに目詰まりして
実用に耐えないことは明らかである。

しかも、ボイラーから排出される高温排気ガスは高圧で
はないのが普通であるから、この高温排気ガスの伝熱プ
レート表面への噴射により熱交換効率を高めることは出
来ても、当該伝熱プレート表面に対する必要十分な自動
清掃作用は期待することが出来ない。

そればかりか、高温排気ガス流路を噴射プレートで区画
するのであるから、その噴射プレートの流体導入側の区
画空間が塵埃分離チャンバーのようになって内部に塵埃
が堆積することは十分に考えられ、これを清掃するため
には、やはりボイラーの運転を止めて熱交換器を分解掃
除する必要があり、所期の目的を達成することは到底出
来ない。勿論、高温排気ガスそのものを利用して伝熱プ
レート表面の清掃を行おうとするのであるから、ボイラ
ーを運転していない操業休止時間を活用して、当該清掃
作業を実施することも出来ない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記のような従来の問題点を解決し得る直交流
型熱交換器を提案するものであって、その特徴は、高温
排気ガスの流路を形成する一対の仕切り板の少なくとも
一方に、他方の仕切り板の高温排気ガス流路に面する表
面に向かって圧力空気を吐出するノズルを適当な配置で
装着し、当該ノズルを取り付けた仕切り板に隣接する燃
焼用空気の流路内に、前記各ノズルと接続する圧力空気
供給管を配設し、この圧力空気供給管に燃焼用空気の流
路外から圧力空気を導入し得るように構成した点にあ
る。

（実施例） 先ず、本発明に使用される直交流型熱交換器の内部構造
の一例を第１図〜第７図基づいて説明する。

第１図及び第２図に於いて、１は４つのコーナー部２を
各々円弧形に切り欠いた矩形板であり、その平行な一組
の２側辺３ａ，３ｂは一側方に斜めに折曲すると共に板
面と平行に延出する側縁部４ａ，４ｂを有し、残る一組
の平行な２側辺５ａ，５ｂは他側方に斜めに折曲すると
共に板面と平行に延出する側縁部６ａ，６ｂを有する。
又、前記円弧形各コーナー部２の側縁には一側方へ折曲
する折曲板部７が形成されている。更に各コーナー部２
で囲まれた正方形の扁平板部には、前記各側辺３ａ，３
ｂ，５ａ，５ｂの折曲高さと等しい高さの一側方に突出
する突曲部８と他側方に突出する突曲部９とが夫々上下
左右対称位置に形成されている。

上記のような矩形板１をプレス加工により複数枚成形し
たならば、これら矩形板１から、第３図に示すように前
記側縁部４ａ，４ｂを一側方へ断面Ｕ字形に折り返して
係合側縁部１０とする共に、前記側縁部６ａ，６ｂは前
記係合側縁部１０に嵌合し得る巾に切断して被係合側縁
部１１とした正方形の仕切り板１２と、第４図に示すよ
うに前記側縁部６ａ，６ｂを他側方へ断面Ｕ字形に折り
返して係合側縁部１３とすると共に、前記側縁部４ａ，
４ｂは前記係合側縁部１３に嵌合し得る巾に切断して被
係合側縁部１４とした正方形の仕切り板１５と、夫々複
数枚製造する。

次に第５図に示すように、前記仕切り板１２の両係合側
縁部１０に裏返した前記仕切り板１５の両被係合側縁部
１４を当該側縁長さ方向に摺動嵌合させ、その仕切り板
１５の両係合側縁部１３に次の仕切り板１２の両被係合
側縁部１１を当該側縁長さ方向に、即ち先の仕切り板１
２，１５の摺動嵌合方向とは直交する方向に摺動嵌合さ
せ、更にその仕切り板１２に裏返した仕切り板１５を前
記のように摺動嵌合させるように、複数枚の仕切り板１
２，１５を交互に積層する。この結果、第６図及び第７
図に示すように、係合側縁部１０と被係合側縁部１４と
の嵌合により連結された隣接仕切り板１２，１５間で
は、各コーナー部２に於いて両仕切り板１２，１５の折
曲板部７が互いに対向隣接すると共に突曲部８どうしが
互いに対接し、係合側縁部１３と被係合側縁部１１との
嵌合により連結された隣接仕切り板１５，１２間では、
各コーナー部２は開放されると共に突曲部９どうしが互
いに対接する。

上記のように複数枚の仕切り板１２，１５を積層一体化
して仕切り板積層ユニット１６を構成するが、第７図に
示すように両端には、コーナー部２の折曲板部７が内向
きとなるように、従って突曲部９が外向きとなるように
仕切り板１２，１５を配置している。更に一端に位置す
る仕切り板１５には、外向きに突出する断面Ｕ字形の係
合側縁部１３に代えて被係合側縁部１４と同一のフラッ
トな側縁部１７を形成した変形仕切り板を使用してい
る。このように構成された仕切り板積層ユニット１６に
於いては、突曲部９が互いに対接する隣接仕切り板１
２，１５間と、突曲部８が互いに対接する隣接仕切り板
１２，１５間とに、互いに直交する方向に貫通する流路
１８，１９が形成されている。

第８図〜第１１図に示す直交流型熱交換器２０は、上記
のように組み立てられる仕切り板積層ユニット１６を矩
形のケーシング２１内に収納したものであり、一方の流
路１８は、前記ケーシング２１の一方の平行両側辺に形
成された排気ガス流入口２２と排気ガス流出口２３とを
接続する高温排気ガス流路となり、他方の流路１９は、
前記ケーシング２１の他方の平行両側辺に形成された燃
焼用空気流入口２４と燃焼用空気流出口２５とを接続す
る燃焼用空気流路となっている。２６は各仕切り板１
２，１５の積層方向に連続したシール材であって、前記
仕切り板積層ユニット１６の４つのコーナー部に対向す
るようにケーシング２１の四隅に形成されたシール材保
持空間２７に内装され、各仕切り板１２，１５に於ける
前記円弧形各コーナー部２の折曲板部７に圧接するよう
にシール材押さえ２８により押圧されている。

上記のような直交流型熱交換器２０に於いて、前記各仕
切り板１２，１５に、夫々の突曲部８，９を避ける位置
で高温排気ガス流路１８側に先端吐出口が開口するよう
に複数個の圧力空気吐出ノズル２９を取り付け、そして
一つの仕切り板１２，１５に取り付けられている複数個
のノズル２９を、高温排気ガス流路１８の流路方向に複
数群に区分けし、同一区割内に属する複数のノズル２９
を、各仕切り板１２，１５の燃焼用空気流路１９側に隣
接して配置した圧力空気供給管３０に接続している。各
圧力空気供給管３０は、高温排気ガス流路１８の流路方
向に複数群に区分けし、同一区割内に属し且つ仕切り板
１２，１５の積層方向に並列する複数の圧力空気供給管
３０は、共通の分岐管３１ａ〜３１ｅに接続し、各分岐
管３１ａ〜３１ｅは夫々開閉電磁弁３２ａ〜３２ｅを介
して主管３２に接続している。

上記のように構成された直交流型熱交換器２０は、第１
１図に示すように前記高温排気ガス流路１８内を炉３４
からの高温排気ガスが流通するように、当該炉３４から
電機集塵器３５への排気ガス用ダクト３６の途中に介装
され、燃焼用空気流出口２５と前記炉３４の燃焼用空気
取り入れ口とがダクト３７により接続される。そして空
気圧縮器３８と前記主管３３とを接続して、圧力空気を
各ノズル２９に供給し得るように構成される。

炉３４からダクト３６を通じて排出される高温排気ガス
は、前記熱交換器２０内の高温排気ガス流路１８を流通
する間に、当該流路１８に隣接する燃焼用空気流路１９
内を流通する常温の燃焼用空気と仕切り板１２，１５を
介して熱交換を行う。この結果、予熱された燃焼用空気
が炉３４に導入され、一方の排気ガスは冷却される。冷
却された排気ガスは電機集塵器３５に於いて含有する塵
埃が除去された後、煙道３９から大気中に放出される。

一方、空気圧縮器３８から供給される圧力空気は、各開
閉電磁弁３２ａ〜３２ｅの開路により主管３３から分岐
管３１ａ〜３１ｅに導入され、この分岐管３１ａ〜３１
ｅより燃焼用空気流路１９内に配設されている圧力空気
供給管３０を経由して各ノズル２９より高温排気ガス流
路１８内に吐出される。即ち各ノズル２９は、各高温排
気ガス流路１８の一方の内側面から他方の内側面に向か
って圧力空気を吐出することになるが、各ノズル２９か
ら吐出された圧力空気が、吐出方向側の仕切り板１２，
１５に形成され且つ高温排気ガス流路１８側から見て凹
入する全ての突曲部８の内側に噴射し得るように、拡散
噴射角度が広いノズル２９を使用すると共に各ノズル２
９の配置を考慮するのが好ましい。

然して、各ノズル２９からの圧力空気の吐出により、高
温排気ガス流路１８の内側面、即ち仕切り板１２，１５
の高温排気ガス流路１８側の表面に付着した塵埃又は付
着しようとする塵埃は当該圧力空気によって吹き飛ばさ
れる。吹き飛ばされた塵埃は、元々高温排気ガスに含ま
れている他の塵埃と共に熱交換器２０からダクト３６を
通じて電気集塵器３５に導入され、ここで排気ガスから
分離除去される。

全てのノズル２９から連続的に圧力空気を吐出させるこ
とも出来るが、上記のように開閉電磁弁３２ａ〜３２ｅ
を設けておくときは、各開閉電磁弁３２ａ〜３２ｅを順
番に一定時間づつ開路状態に切り換えることにより、共
通の分岐管３１ａ〜３１ｅに連通する数のノズル２９を
１グループとして、各グループ毎にノズル２９から一定
時間圧力空気を吐出させ、必要な圧力空気の単位時間当
たりの流量を少なくすることが出来る。勿論、ノズル２
９のグループ分けの方法は上記実施例に限定されない。
例えば、共通の仕切り板１２，１５に取り付けられてい
るノズル２９を１グループとして、グループ毎に開閉電
磁弁を介してノズル２９に圧力空気を供給するように構
成することも出来るし、高温排気ガス流路１８の流路方
向とは直交する方向（燃焼用空気流路１９の流路方向）
にノズル２９を複数グループに分割し、各グループ毎に
開閉電磁弁を介してノズル２９に圧力空気を供給するよ
うに構成することも可能である。更に、一定時間は全て
のノズル２９から圧力空気が吐出されていないように制
御することも出来る。

尚、空気圧縮器３８は大気の常温空気を圧縮して主管３
３に送り込むようにしても良いが、高温排気ガスと各ノ
ズル２９から吐出される圧力空気とが混合される結果、
高温排気ガスの冷却効果が高められる。換言すれば燃焼
用空気に対する予熱効果が低下するが、これを避けるた
めには、第１１図に仮想線で示すようにダクト３７から
予熱された燃焼用空気を取り出し、これを空気圧縮器３
８で加圧してノズル２９に供給することも可能である。

又、実施例のように各圧力空気供給管３０は、同一の仕
切り板１２，１５に取り付けられている複数のノズル２
９を接続するように構成することにより、ノズル２９及
び圧力空気供給管３０を仕切り板１２，１５に取り付け
た状態で、第５図に示すように各仕切り板１２，１５を
積層することが出来るが、場合によっては第９図仮想線
で示すように、燃焼用空気流路１９の両側に位置する仕
切り板１２，１５に取り付けられている複数のノズル２
９を、両仕切り板１２，１５を斜めに横断する圧力空気
供給管３０′で接続することも出来る。何れにしても複
数のノズル２９を接続する圧力空気供給管３０は、直線
状に配設しないで図示のようにジグザグ状に配設するこ
とにより、仕切り板１２，１５の熱膨張収納に伴う各ノ
ズル２９間の距離の変化を支障なく吸収し得る。勿論、
この圧力空気供給管３０も仕切り板１２，１５と同一の
材料で構成するのが望ましい。

尚、第１０図に示すように仕切り板１２，１５のノズル
取り付け位置に、高温排気ガス流路１８側から見て凹入
する凹部４０を形成し、この凹部４０内にノズル２９が
収まるように各ノズル２９を仕切り板１２，１５に取り
付けることが出来る。

（発明の作用及び効果） 上記実施例に示したように、本発明の直交流型熱交換器
は、仕切り板で区切られた一方の流路内を流れる高温排
気ガスと他方の流路内を流れる燃焼用空気との間で熱交
換を行わせ、高温排気ガスの冷却と燃焼用空気の予熱を
行うものであるが、この熱交換作用を行わせている状態
に於いて、圧力空気供給管に流路外から圧力空気を供給
することにより、各ノズルから高温排気ガス流路の内側
面、即ち当該ノズルに対向する仕切り板の高温排気ガス
流路に面する表面に向かって圧力空気が吐出され、当該
高温排気ガス流路の内側面に付着しているか又は付着し
ようとする塵埃を吹き飛ばすことが出来る。

従って、前記圧力空気供給管への圧力空気の供給を連続
的または適当時間間隔おきに行うことにより、高温排気
ガス流路の内側面に塵埃が付着して熱交換効率が低下す
るのを防止することが出来、しかも圧力空気の吐出によ
り除去された塵埃は排気ガスと共に器外に排出されるの
で、次段の電気集塵器等、適当な集塵手段により分離除
去することが出来るのであるが、特に本発明の構成によ
れば、次のような作用効果が得られる。

高温排気ガスそのものを燃焼用空気との熱交換用仕切
り板の表面に噴出させて、当該排気ガスの含有する塵埃
が前記熱交換用仕切り板の表面に付着するのを防止する
場合と比較して、付着塵埃の除去及び塵埃付着の防止に
効果的な、高温排気ガス圧よりも十分高圧の圧力空気を
使用して塵埃を吹き飛ばすことが出来るので、付着塵埃
の除去及び塵埃付着の防止効果は非常に大きい。

圧力空気供給管より各ノズルに圧力空気を供給するの
であるから、実施例に於いて説明したように、当該圧力
空気供給管に電磁弁を介装してこれを制御することによ
り、熱交換器内の全てのノズルから同時に圧力空気を供
給しないで、ノズルをグループ分けして各グループ毎に
順番に圧力空気を供給するようなことも可能となり、こ
のようにして単位時間当たりの圧力空気使用量を少なく
し、延いては、併用しなければならない空気圧縮機の小
型化、ランニングコストの低減を図ることが出来る。

高温排気ガスではなく、流路外から供給される圧力空
気をノズルから吐出させるのであるから、当該ノズルが
高温排気ガスの含有塵埃で目詰まりを起こす恐れは皆無
であり、しかも圧力空気供給管は、高温排気ガス流路内
ではなく常温の燃焼用空気の流路内に配設するのである
から、圧力空気供給管と仕切り板との間の隙間などから
塵埃が堆積しだすというような恐れも皆無である。従っ
て、熱交換器内の分解掃除の必要は殆ど無い。

ボイラーの運転中は勿論のこと、ボイラーを休止させ
ているときでも、圧力空気を圧力空気供給管に供給しさ
えすれば、高温排気ガス流路の内側面の清掃作業が行え
る。

高温排気ガス流路や燃焼用空気流路内を区画したりす
る必要はなく、従来の仕切り板に単にノズルと圧力空気
供給管とを取付けるだけで良いので、構造が簡単で安価
に実施することが出来るだけでなく、熱交換器全体が大
型になったり、特に高温排気ガス流路内に塵埃が堆積し
易くなる空間が形成されるなどの不都合も全くない。

【図面の簡単な説明】

第１図は仕切り板を構成するための矩形板を示す斜視
図、第２図はその縦断側面図、第３図及び第４図は成形
された仕切り板の正面図、第５図は仕切り板の結合方法
を説明する正面図、第６図は組み立てられた仕切り板積
層ユニットのコーナー部を示す斜視図、第７図は同ユニ
ットの一部切り欠き側面図、第８図は前記ユニットを使
用して組み立てられた熱交換器の縦断正面図、第９図は
同熱交換器の縦断側面図、第10図はノズル取り付け部の
詳細を示す断面図、第11図は熱交換器の使用状態を説明
するブロック線図である。 １…矩形板、２…円弧形切り欠きコーナー部、３ａ，３
ｂ，５ａ，５ｂ…斜めの折曲された側辺、７…折曲板
部、８，９…突曲部、１０，１３…断面Ｕ字形の係合側
縁部、１１，１４…被係合側縁部、１２，１５…仕切り
板、１６…仕切り板積層ユニット、１８…高温排気ガス
流路、１９…燃焼用空気流路、２０…直交流型熱交換
器、２１…ケーシング、２６…シール材、２９…圧力空
気吐出ノズル、３０，３０′…圧力空気供給管、３１ａ
〜３１ｅ…分岐管、３２ａ〜３２ｅ…開閉電磁弁、３３
…主管、３４…炉、３５…電気集塵器、３６…排気ガス
ダクト、３７…予熱燃焼用空気ダクト、３８…空気圧縮
器、４０…凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温排気ガスの流路と燃焼用空気の流路と
   を、適当間隔置きに並設された仕切り板を介して互いに
   隣接させ且つ流路方向が互いに直交するように形成し
   た、燃焼用空気予熱のための直交流型熱交換器に於い
   て、前記高温排気ガスの流路を形成する一対の仕切り板
   の少なくとも一方に、他方の仕切り板の高温排気ガス流
   路に面する表面に向かって圧力空気を吐出するノズルを
   適当な配置で装着し、当該ノズルを取り付けた仕切り板
   に隣接する燃焼用空気の流路内に、前記各ノズルと接続
   する圧力空気供給管を配設し、この圧力空気供給管に燃
   焼用空気の流路外から圧力空気を導入し得るように構成
   した直交流型熱交換器。