JPS6064187A - 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】 （Ｍ業上の利用分野） 本発明は各種工業炉から排出される排熱の回収をするシ
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） 各種工業炉の排熱を熱交換器により回収して慾焼用空気
を予熱することは最も効果的な省エネルギー対策として
広く行なわれているところであって、従来よりこの種の
用徐にはシェルアンドチューブ型の熱交換器が実用化さ
ｉしている。ところが従来のこの種熱交換器では被加熱
流体を原曲させる伝熱管としてステンレスｍ管が使用さ
れているため、その耐熱許容温度は約８００°Ｃであり
、空気流による内部冷却を考慮しても／　ＯＱ　Ｏ”（
Ｓ以上の高温の排ガスとの熱交換には用いることができ
ず、また、ステンレス鋼管は排ガスによる腐食を受け易
いために排ガス組成によって利用範囲が大幅に限定され
る欠点があった。でこで、耐熱性及び耐腐食性に優れた
セラミックス管を伝熱管に用いる試みもなされてきたが
、セラミックス９ｆ＋よ金属管のように支持壁に溶接す
ることかできないうえしこ金属管に比較して製造上の寸
法誤差が大きいので支持壁に密接保持させ難く、また、
何らかの手段で支持壁１こ強固に取付Ｇｊた場合には金
属管よりも脆いために熱応力により破損し易いＣ？ｉ　
ＪＩｌｌ々の問題点がある。

（発明の目的） 本発明はこのような問題点を解決して１０００°Ｃ以上
の高温度の排ガスにもあるいは腐食性のｔＪｌガスにも
使用することができるうえに支持壁に対し破損の虞れな
く伝熱管を適確容易に取イ１１けることのできる熱交換
器を目的として完成されたものである。

（発明の構成） 本発明は内部を伝熱流体流路に形成した枠体の対向する
壁面間に被加熱流体の供給口と流出口に連通される多数
のセラミックス管を前記供給口から供給される被加熱流
体により冷却される圧縮スプリングをもって該セラミッ
クス管の軸線方向への膨張、収縮が吸収できるように並
行に架設したことを特徴とするものである。

次に、本発明を図示の実施例について詳細に説明する。

第１図、第２図に示す第１の実施例において、（１）は
上下両面に開口部を有し、その内部を高温の排ガス等の
伝熱流体流路に形成した金属製の枠体であって、該枠体
（１）の対向する壁面（２）と壁面（２）の外側には被
加熱流体の供給口（３）を備えた流体流入室（３）と、
流出口（４）を備えた流体流出室（４）が設けられてい
る。（５）は炭化珪素のような耐熱性と耐腐食るための
フィン（６）が形成され、これらのセラミックス管（５
）は６角柱状の壁面構成体（７）、＜ｒｆｎ＋］に挾持
させるとともに該壁面構成体（７）、（７）の外側をｎ
ｉＪ記壁而壁面）、　（２）に多数配設された透孔０１
、θ０に一端が取付けら力で前記供給口（３）と流出口
（４）Ｖ一連通ずる金属製の支持管（８）及び支持管（
９ンに接続させ、このようにして壁面Ｔ２）、（２）間
には多数のセラミックス管（５）が並行して架設される
。また、壁面構成体（７）／ 、（７）はセラミックス管（５）と同様に炭化珪素のよ
うなセラミックス材料からなり、その中央をこはセラミ
ックス管（５）の内径に等しい通孔０υ、０υが軸線方
向に設けられており、各壁面構成体（７）、（７）とセ
ラミックス管（５）との接合面μ４、Ｇａ及び壁面（イ
へ成体（７）、（７ｆと支持管（８）、（９）との接合
面（１，１、θ）はいずれも球面に形成され、また、流
入側の支持’ｔ’ｉ’　０１）の内部には前記供給口（
３）から供給された被加熱流体に曝されて冷却される圧
縮スプリング０４）が設置Ｊられている。この支持管（
８）は第２図に示さｉｌ、る↓つに壁面（２）の透孔θ
Ｑのまわりに溶接された金属製の外管（、ｒａ）と、こ
の外管（Ｊ　ａ）の内周向をこ密接しつつ軸方向ｔこ摺
動可能な内管（Ｊｂ）とからなり、外管（ＪＲ）の内部
には後端を壁面（２）に支承させるとともに前端を内Ｗ
　（Ｊｂ）に当接させて前記圧縮スフ゛リング０荀が設
けられており、内管Ｇ！ｒｂ）ｔよこの圧縮スプリング
０４１により押出されてその凸球面状の先端部を前記１
８　ｒＪｉｉ　ｉｔＭ　ｍ　仕１ワ＋　／７）１１１１
　１番　ｉｉＦ　４４’　６）ｆｉハ　ｉＭｉ　１　１
ｊ；　鋲　（ｊト　−ｒ　ｌｘ　ス、０また、他方の壁
面構成体（７）゛の外方の支持管（９）はその後部に抜
止めフランジ・（９）を有していて壁面構成体（７）を
移動不能に支持しており、セラミックス管（５）はこれ
らの壁面構成体（７）、（７）に両端が挾持された状態
で圧縮スプリング０４１の弾発力により壁面（２）、（
２）間に弾発的に架設されて軸線方向への膨張、Ｉｌ、
Ｖ縮がこの１４う縮スプリングθ勺によって吸収され、
このセラミックス管（５）は前記壁面構成体（７）、（
７）支持管（８）、（９）および壁面（２）、（２）の
透孔０１、Ｑ［Ｊを介して流体流入室（３）及び流体流
出室（４）に連通させることによりセラミックス管（５
）の内部を貫流する被加熱流体の流路を形成している。

なお、壁面構成体（７）、（７）は全部のセラミックス
管（５）が壁面（２）、（２）間に取付けらＩしたとき
にその外面が互いに覆着して枠体（１）の内部の両側に
気密な壁体を構成するものであり、これらの壁体に囲ま
れた内側を高温の排ガス等が流れる伝熱流体流路とする
ことにより排ガスのリークを防止するとともに圧縮スゲ
リンクＱ４１の断熱壁として作用して圧縮１１９２７０
勺の弾性低下を防止している。さらにまた、図示のよう
にセラミックス管（５）及びｍ面構成体（７）、（７ｊ
の内部には放射状の隔壁を備えた七うミックス製の分流
体０１１９が嵌入されていてセラミックス管（５）の内
部を流れる空気流を細かく分流させることによりセラミ
ックス管内の境膜伝熱係数を増大させている。なお、前
記実施例では流入側の支持？？　（８）と壁ｒｈｊ（２
）との間にのみ圧縮スゲリングｏ４を配設したが、排出
側の支持管（９）と壁面（２）との間にも１４：、縮ス
プリングを配設してもよく、また、回申ｔｍは外？！′
。ａ）と内管σｂ）との接合面に設けられたグランドパ
ツキンである。さらに、本実施例の壁面構成体（７）、
（７）は全てのセラミックス管（５）を枠体（１）の対
向する壁面（２）、（２）間に並設したとき、壁面構成
体（７）、（７）の外表面か互いに密着して枠体く１〕
の内部１に気密な壁面を構成することにより枠体（１）
の内部を流れる排ガスのリークを防止するようにしたも
のであるが、これを省略してセラミックス管（５）の両
端を直接に支持Ｗ（８）、（９）で支承させることも可
能であり、また、支持管（８）及び圧縮スプリングθψ
の形態についても種々の液形が可能であって、例えば＠
３図に示されるように内管（Ｊｃ）を壁面（２）に溶接
し、外管σのにより壁面構成体（７）を押圧させたり、
第１Ａ７に示されるように、支持管（８）ヲ単−管とな
しその後端を壁面（２）の透孔四に貫通させたうえその
外部に圧縮スプリングＱ４１を取付けてもよい。この場
合、圧縮ヌグリングａ膏は支持管（８ンのｎ１１部に突
設されたフランジ（８）と壁面（２）の透孔の周囲に溶
接された受台Ｑ樟との間に設けられ、支持管（８）を介
して壁面構成体（７）をセラミックス管（５）に向って
押圧する。−七して、透孔（ＩＩの内径を支持’ｉｉ！
−（８）の外径よりも大としてその１ｔ（１に０２〜／
問程度の幅の細隙ａυを形成し、この細１ＩＩｏＴ）を
介して供給口（３）がら分流される被加熱流体により圧
縮スプリングＱ４１を冷却各種の工業炉からｒＪｔ出さ
れた高温の排ガスを流すとともに対向する壁面（２）、
（２ｆの透孔□０％ａＬ／に連通される支持管（３）、
（９）を両端に備えた多数のセラミックス管（５）に供
給１月３）から支持管（８）を介して常温の被加熱流体
を送り込めば、これらのセラミックス管（５）の管壁を
介ｄ〒ｖ屹゛スｌ加熱流体との間に熱交換が行なわれる
ことは従来のこの種熱交換器と同様であるが、本発明で
は伝熱管として耐熱性及び耐腐食性ｔこ優れたセラミッ
クス管（５）を使用しているために１ｏｏｏ°Ｃを越え
る高温の排ガスとの間で熱交換を行なわせることができ
、１ＯＯＯ″Ｃ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も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（１）内に導入されると各セ
ラミックス管（５）は著しく熱膨張し、しかも、その膨
張景ｉｉ被加熱流体の流入側において大きく、流出側に
おいて小さい不均一なものとなるが、本発明において各
セラミックス管（５）が少なくとも片側の支持管（８）
と壁面（２）との間に設けた圧縮スプリング０勺により
軸線方向へ伜かに摺動できるので、各セラミックス！　
（５）の不均一な熱膨張は各圧縮スラブりングＵ〜によ
り個別に吸収されて熱応力によるセラミックス管（６）
の破損を防止でき、しかも、これらの圧縮スプリング０
勺による押圧力がセラミックス管（５）と壁面構成体（
７）、ノ （７）との間あるいは壁面構成体（７）、（７）と支持
管（８）、（９）との間に作用してこれらを互いに密着
させて加熱された流体が外部へリークすることを防止で
きる。しかも、圧縮スプリング０勺は供給口（３）から
供給される被加熱流体の流れに曝されて常時冷却されて
いるため、長期間にわたり使用しても高温の排ガスｔこ
よる弾性劣化がなく壁面（２）、（２）間ｔこセラミッ
クス管（５）が適確に密接保持されることとなり、効率
的な熱交換を続ｌＪることかできる。

（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＃４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
換器によつ−Ｃは熱回収を行なうことができなかった１
ｏｏｏ″Ｃ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
クス管に生ずる不均一な熱膨張や収縮を圧縮スプリング
により個別に吸収させることによりセラミックス管の熱
応力による破損を防止することができるうえに圧縮スフ
。

リングｔこよる押圧力を利用してセラミックス管の両端
部を壁面間に密接保持させたもので、この圧縮スプリン
グが供給口から供給される被加熱流体により熱交換が行
われる間継続して冷却さｉしることとなるので圧縮スプ
リングを長期間にわたり使用できるうえに特別な冷却機
構を何設する必要がないのでコストが安くなる等種々の
利点があり、在来のこの稲熱交換器の間融点を解消した
ものとして業界の発展に寄与するところ極めて大なもの
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
は要部の一部切欠正面図、第３図、第７図は本発明の他
の実施例を示す要部の一部切欠１１：面図である。 （０２枠体、（２）、（２）：壁面、（３）：供給口、
（４）：流出口、（５）：セラミックス管、（８）：支
持管、０勾：圧縮スプリング、α７）：細隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、内部を伝熱流体流路に形成しプこ枠体（１）の対向
   する壁面（２）、（２）間に被加熱流体の供給［１（３
   ）と流出口（４）に連通される多数のセラミックス管（
   ５）を前記供給口（３）から供給される被加熱流体によ
   り冷却される圧縮スプリングａ４１をもって該セラミッ
   クス管（５）の軸線方向への膨張、収縮が吸１１にでき
   るように並行に架設置７たことを特徴とする熱交換器。 ２、圧縮スプリングＱ４）を被加熱流体の供紹Ｌｉｔ　
   （３）と連通するように壁面（２）ｔこ取付りられた支
   持’ｉ’ｉ’　（８）の内部に設けて該供給口（３）か
   ら支持管（８）を通じてセラミックス管（５）に流れる
   被加熱流体により冷却されるものとした特許請求の範囲
   第７項記載の熱交換器。 ３、圧縮スラブりングＱ４を被加熱流体の供給口（３）
   と連通ずるように壁面（２）に取イ（１けられた支持管
   （８）に間装して該供給口（３）から細Ｒｔ、　０７）
   を通じて分流さ１−り＆−１．Ｊ＋言−シ赫さＩｅＬ４
   −＋フート湯１１＾、１ｌｌａＪｌブーｌ〆７）１−■
   、−シ、＋ｂ＋＝−シ１請求の範囲＠１項記載の熱交換
   器。