JPS60165497A - 熱交換器 - 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） 本発明は各種工業炉から排出される排ガスがらの熱回収
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は被加熱流体
を流通させる伝熱管として主にステンレス鋼管が使用さ
れているため、１０００℃以上の高温の排ガスとの熱交
換には用いることができぬ欠点があった。そこで、特公
昭５７−５１０３７号公報に示されるように、耐熱性及
び耐腐食性に優れたセラミック管を伝熱管に用いる試み
もなされているが、上記公報に示される熱交換器は複数
のセラミック管の端部をＵ字型流路を備えた耐熱部材に
より支持する構造とされているため、温度分布の不均一
等の原因により各セラミック管に異なる熱膨張が生ずる
とセラミック管や耐熱部材が破損する虞れがあり、また
、セラミック管の熱膨張により枠体の両壁面に作用する
非常に大きい熱応力により枠体が外方へ撓んでガスリー
クを生ずる危険もあるほか、セラミック管内を貫流する
被加熱流体が互いに混合されることがないので各流路毎
に温度差を生じて熱交換効率が低下する等の種々の欠点
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ｔｏｏ。

℃以上の高温度の排ガスにも使用することができること
は勿論、セラミック管等の破損やガスリークの；八れが
な（、熱交換効率が良好な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） 本発明は高温加熱流体が貫流する枠体内に被加熱流体が
貫流する通孔を有するセラミック管が多数架設された直
交流形の熱交換器において、前記セラミック管の両端部
が該通孔と連通する透孔を有する角柱状の壁面構成体を
積重して構成した壁体の各壁面構成体によって支持され
、一方の壁体の各壁面構成体は前記枠体によって支持さ
れるとともに他方の壁体の各壁面構成体は伸縮機構をは
さんで枠体に支持され、該枠体の一方の外側部には壁面
構成体の透孔と連通ずる被加熱流体の流体供給室を設け
るとともに他方の外側部には被加熱流体を捕集する流体
捕集室を設け、この流体供給室と流体捕集室を形成する
前記枠体の国外側部に該枠体の補強を兼ねる整流板を取
付けたことを特徴とするものであり、以下、図示の２パ
ス式熱交換器の実施例により詳細に説明する。

図中（１）は上下両面に開口部を有し、その内部を排ガ
ス等の高温加熱流体が矢印方向に貫流する流路に形成し
た金属製の枠体であり、（２）は該枠体（１１内に高温
加熱流体の貫流方向と直角方向に多数架設されたセラミ
ック管である。セラミック管（２）は炭化珪素のような
耐熱性と耐腐食性に優れたセラミック材料から成るもの
で、その内部には空気等の被加熱流体が貫流する通孔（
３）が形成され、また、その表面には多数のフィン（４
）が形成されて伝熱面積を拡大し°ζいる。これらのセ
ラミック管（２）の両端部は、その通孔（３）と連通ず
る透孔（５）を中央に有し積重されることにより連続し
た壁体を構成する角柱状の壁面構成体（６）によってそ
れぞれ支持されている。壁面構成体（６）もセラミック
管（２）と同様に炭化珪素のようなセラミック材料から
成り、その外形状は例えば大角柱状をなし、セラミ・ツ
ク管（２）との接合部（７）は球面状に凹ませて仮にセ
ラミック管（２）に熱歪によるわん曲が生じ”ζもセラ
ミック管（２）の半球状の両端部との間に気密性が保持
されるようにしている。第１図及び第４図に示されるよ
うに、これらの壁面構成体（６）の一方は枠体（１１の
左側の壁面（８）にアダプター（９）を介して支持され
、壁面構成体（６）の他方は第１図及び第５図に示され
るように枠体（１）の右側の壁面（１０１に伸縮機構（
１１）をはさんで滑動自在に支持されている。伸縮機構
（１１）は長尺のアダプター（１２）とその外周に設け
られたコイルスプリング（１３）とから構成されるもの
で、以上の構造によって各セラミック管（２）は個別に
枠体（１１の内部に伸縮自在に支持され、熱膨張差が生
じても積重された壁面構成体（６）相互間がスライドす
るのみでセラミック管（２）等に過大な応力がかかるこ
とが防止されている。なお、各アダプター（９）、（１
２）と壁面構成体（６）との接合面も球面状に形成した
うえ、シール材（１４）を塗布して気密性を維持させガ
スリークを防止することが好ましい。第１図に示される
ようにアダプター（９）を介して壁面構成体（６）の透
孔（５）と連通ずる枠体（１１の一方の外側部には被加
熱流体の流体供給室（１６）が、また、アダプター（１
２）を介して他方の壁面構成体（６）と連通する枠体（
１１の他方の外側部には加熱された被加熱流体を捕集す
る流体捕集室（１５）が設けられている。本実施例にお
いては、全セラミック管（２）の３０〜５０％に相当す
る１２本が流体供給室（１６）に連通されて第１バスを
形成しており、被加熱流体はこれらのセラミック管（２
）の内部を通過する間に枠体ｉｌｌ内を流れる高温加熱
流体により熱交換されて加熱されたうえ流体捕集室（１
５）へ流入し、更に第２パスを形成する残りのセラミッ
ク管（２）の内部を通過する間に更に高温に加熱されて
導通管（１８）を介して流体排出室（１７）へ導かれる
ものであるが、第２パスは省略することもできる。第２
図及び第４図に示すように、流体供給室（１６）の壁面
を形成する枠体（１）の外側部には多数の貫通孔（２１
）（＝Ｊきの金属製の整流板（２２）が枠体（１）と垂
直に溶接されている。これらの整流板（２２）は枠体（
１１を補強するリブとしての役割と被加熱流体を均一に
各セラミック管（２）に導入する整流板としての役割を
兼ねるものである。同様に、流体捕集室（１５）の壁面
を形成する枠体（１１の他方の外側部にも第３図及び第
５図に示すように枠体（１）の補強を兼ねる整流板（２
３）が設けられている。整流板（２３）は流体捕集室（
１５）の中程まで垂直に延びる無孔の金属板であって、
捕集された被加熱流体を均一に混合攪拌したうえで第２
パスのセラミック管（２）へ導く役割をも有する噺 ものである。なお、（２４）は被加熱流体を流体供給室
（ＩＧ）へ導く導入口、（２５）は加熱された被加熱流
体の取出口、また、第６図に示される（２６）はセラミ
ック管（２）及び壁面構成体（６）の内部に挿入される
セラミック製の分流体であって中心孔（２７）と放射状
の隔壁（２８）とを備え、セラミック管（２）等の内部
を流れる被加熱流体を細かく分流させて内部の境膜伝熱
係数を増大させ、熱交換効率を更に増大させるためのも
のである。

このように構成されたものは、枠体ｆｉｌの内部に各種
の」二業炉から排出された排ガス等の高温加熱流体を供
給するとともに枠体（１１の外側部に設けられた流体供
給室（１６）へ被加熱流体を供給すれば、被加熱流体は
流体供給室（１６）を形成する枠体（１＞の外側部番ご
取付けられた整流板（２２）により整流されたうえ流体
供給室（１６）に連通ずる所定のセラミック管（２）に
流入しその壁面を介して高温の加熱流体から熱を受けて
加熱された後に枠体（１１の他方の外側部に設けられた
流体捕集室（１５）へ流入する。流体捕集室（１５）に
は整流板（２３）が取付けられているので、各セラミッ
ク管（２）を通過してきた被加熱流体は整流板（２３）
により互いに均一に混合され“ζ温度差をなくされたう
え、第２パスを形成づ−るセラミック管（２）中へ導入
され１．更に高温に加熱された後に導通管（１８）を介
して流体排出室（１７）へ導かれる。このように本発明
の熱交換器は伝熱管として耐熱性及び耐腐食性に優れた
セラミック管（２）を使用しているために１０００℃を
越える高温の１ノ１ガスとの間で熱交換を行なわせるこ
とができ、１０００℃以下の排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
温度効率を得ることができるうえに金属製の伝熱管を使
用した熱交換器によっては行なうことができなかった腐
食性のガスからの熱回収をも行なうことができる。また
、このような高温の排ガスが枠体（１１内に４人される
と各セラミック管（２）は不均一に著しく熱膨張するこ
ととなるが、セラミック管（２）の両端部は積重される
ことにより連続した壁体を構成する摺動自在な壁面構成
体（６）によって支持されるとともに、壁面構成体（６
）の一方は伸縮機構（１１）をはさんで枠体（１１に支
持されているので、各セラミック管（２）の熱膨張は壁
面構成体（６）の相互間の移動により吸収されてセラミ
ック管（２）等を破損するｊ八れかない。しかも、壁面
構成体（６）は依然として気密な壁面を構成しているの
で枠体（１）内の高温加熱流体が外部へリークすること
は完全に防止されるとともに伸縮機構（１１）が熱劣化
をうけることも防止されている。更にまた、本発明の熱
交換器におい°ζは流体供給室（１６）および流体捕集
室（１５）を形成する枠体（１１の国外側部に枠体Ｉｌ
ｌの補強を兼ねる整流板（２２）、（２３）を取付けた
ので、被加熱流体はこれらの整流板（２２）、（２３）
によって均一に整流されてその温度の不均一を防止され
、より優れた熱交換効率を得ることができると同時に、
セラミック管（２）の熱膨張により枠体（１）が外方へ
撓むことが防止され、ガスリークの虞れをなくすること
ができるものである。

（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
器によっては熱回収を行なうことができなかったｉ　ｏ
ｏｏ℃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、各セラミック管
に生ずる不均一な熱膨張や収縮をセラミック管の両端部
を支持させた壁面構成体により個別に吸収できるので、
その破損を防止することができるとともにガスリークを
も防止することができるものである。また、被加熱流体
は整流板により整流及び攪拌されて温度の均一化が図ら
れるので熱交換効率が向上するうえ整流板の補強効果に
より枠体の熱による変形も有効的に防止されることとな
るから、本発明は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°ζ大
なものである。

【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、第２図
は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は同じ＜Ｂ−Ｂ断面劇
、第４図は流体供給室部分の拡大断面図、第５図は伸縮
機構部分の拡大断面図、第６図は分流体の斜視図である
。 （１）：枠体、（２）：セラミック管、（３）：通孔、
（４）二フィン、＋５）　：　’５孔、（６）：壁面構
成体、（１５）　？流体捕集室、（１６）　：流体供給
室、（２１）　：貫通孔、（２２）　：整流板、（２３
）　：整流板、（２６）　：分流体、（２７）　：中心
孔、（２Ｂ）　：隔壁。 第１図 山 第３図 筑４図 ｆｌ　、？２ ｍｓ　図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ、高温加熱流体が貫流する枠体（１１内に被加熱流体
   が貫流する通孔（３）を有するセラミック管（２）が多
   数架設された直交流形の熱交換器におい−Ｃ１前記セラ
   ミック管（２）の両端部が該通孔（３）と連通ずる透孔
   （５）を有する角柱状の壁面構成体（６）を積重して構
   成した壁体の各壁面構成体（６）によって支持され、一
   方の壁体の各壁面構成体（６）は前記枠体（１１によっ
   て支持されるとともに他方の壁体の各壁面構成体（６）
   は伸縮機構（１１）をはさんで枠体（１）に支持され、
   該枠体（１１の一方の外側部には壁面構成体（６）の透
   孔（５）と連通ずる被加熱流体の流体供給室（１６）を
   設けるとともに他方の外側部には被加熱流体を捕集する
   流体捕集室（１５）を設け、この流体供給室（１６）と
   流体捕集室（１５）を形成する前記枠体（１１の国外側
   部に該枠体（１）の補強を兼ねる整流板（２２）、（２
   ３）を取付けたことを特徴とする熱交換器。 ２、流体供給室（１６）を形成する枠体（１１の外側部
   に取（ＪＵられる整流板（２２）を多数の貫通孔（２１
   ）付きのもの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（６）とセラミック管（２）とを炭化珪
   素質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。 ４、セラミック管（２）を表面にフィン（４］が形成さ
   れ、内部に分流体（２６）が挿入されたものとした特許
   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。 ５、分流体（２６）を中心孔（２７）と放射状の隔壁（
   ２８）とを備えたものとした特許請求の範囲第４項記載
   の熱交換器。