JPS6064188A - 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） 本発明は各種工挙炉から排出貞れる排カスからの熱回収
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ｔ、１被加熱
流体を流通させる伝熱管としてステンレス鋼管が使用さ
れているため、その耐熱許容温度ｔＪ、約８００°Ｃで
あり、空気流による内部冷却を考慮しても１ｏｏｏ℃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、
ｔた、ステンレス鋼管ハ排カ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。そこで、耐熱性及び耐腐食性に優れたヒラ
ミックス管を伝熱管に用いる試みもなされてきｌｃが、
セラミックス管は金ＦＡ管のように支持壁に溶接するこ
とができないうえに金＃Ｉ管に比較して製Ｉｔ　ｋの寸
法談差が大きいので支持壁との間から排ガスあるいは被
加熱流体がリークし易く、また、リークを防止する目的
で支持壁に強固に取イ（戸）だ場合には金属管よりも脆
いために熱応力Ｆこより破損し易い等種々の欠点があっ
奇− （発明の目的） 本発明はこのような問題点を解決してｔｏｏ。

°Ｃ以上の高温度の排ガスにもあるいは腐食性の排ガス
にも使用することができ、しかも、排ガス等のリークや
伝熱管の破損の虞れのない熱交換器を目的として完成さ
れたものである〇 （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
壁面に被加熱流体の供給口と流出口に連通される透孔を
多数配設して該枠体内の両側方部には各透孔に連通する
通孔を備えた角柱状の壁面構成体を摺動自任に積み上け
た壁体を設けるとともに該壁体の対向する壁面構成体間
にはそれぞれセラミックス管を前記通孔に両端を連通保
持させて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れは
、図中（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
ｆの外（１１に−は被加熱流体の供給口（３）を面積を
増加させるためのフィン（６）が形成され、これらのセ
ラミックス管（５）はご角柱状の壁面構成体（７）、（
７）の通孔ａＵ、ａυに両端を連通保持させるとともに
該壁面構成体（７）、（７）の外側を前記供給口（３）
と流出口（４）に連通ずるよう壁面（２１、（２）に多
数配設された透孔ａ０、θＱに一端が挿涌支持された金
Ｍ製の支持管（８）及び支持！　（９）に連通保持させ
て壁面ｆ２Ｊ、（２）間には多数のセラミックス管（５
）が並行して架設され、また、前記壁面構成体（７）、
（７）はその外面を接触させて摺動自在に積み上けられ
て枠体（１１内の両側方部に壁体（７８）　、（７〜が
設けられる。吃して、この壁面構成体（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、その中央にはセラミックス管（５
）の内径に等しい通孔ＯＤ、ａυが軸線方向に般けらｔ
ｌていて各壁面構成体（７）、（７）とセラミックス管
（５）との接合面ｏｚ、θ４及び壁面構成体（７）、（
７）と支持管（８）、（９）との接合面（１３，０：ｊ
はいずれも球面に形成され、また、流入側の支持管（８
）の内部には０１１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Ｑ４１が設
けられている。この支持管（８）は第１図に示されるよ
うに壁面（２）の透孔（１０のまわりに溶接された金踊
製の外管σａ）と、この外管（Ｊａ）の内周面に密接し
つつ軸方向に摺動可能な内管（川とからなり、外管φａ
）の内部には後端を壁面（２）に支承させるとともに前
端を内管σｂ）　＃ｒ−当接させて前記圧縮スプリング
Ｑ４Ｊが設けられており、内管σｂ）はこの圧縮スプリ
ングＱ４により押出されてその凸球面状の先端部を壁面
構成体（７）の凸球面状の端面シこ圧接させている。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
（フイを移動不能１こ支持しており、セラミックス管（
５）はこれらの摺動自在な壁面構成体（７）、（７ｆに
両端が挾持された状態で圧縮スプリングＱ４＋の弾発力
により壁面（２Ｌ　（２）間において弾発的１−如ヲレ
、７↓１イ頗・伯→ビ疏１八〃）膨脂　ｌＶ綜めｉとの
Ｗ縮スブりング（１４１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）　（７
）　支持ｖｌ（８）、（９）オよび壁面＋２）、（２）
の透孔０（Ｓ、叫を介して流体流入室（３）及び流体流
出室（４）に連通さぜることをこよりセラミックス管（
５）の内部を貫流する被加熱流１体の流路を形成してい
る。なお、前記したように壁面構成体（７）、（７ｆは
全部のセラミックス！　（５）か壁面（２）、　（２）
間に取付けられたときにその外面が互いに密接して枠体
（１）内の両側方部に気密な壁体（７Ｂ）　、（７Ｂ）
を構成するものであり、これによって枠体（１）の内部
を流れる高温の排ガス等の伝熱流体が外部へり−りする
ことを防止するとともに支持！　（８）、（９１のため
の断熱壁として作用するものとし、枠体（１ンの上下左
右の各内側面には壁面構成体（７）、（７）の外形状ｔ
こ対応する固定壁（１１９，０７１が形成されている。

壁面構成体（７）の外形状は相互間の密着性を良好なも
のとするとともに各セラミックス特（５）に稠密な三角
錯列配列を取らせるために６角柱状とすることか最も好
ましいが必ずしもこれに限定されるものではなく、例え
ば壁面構成体（７）、（７）をｌ角柱とじた場合にはセ
ラミックス管（６）に第を図〜第を図ｔこ示される種々
の配列を取らせることができる。また、壁面構成体（７
）、（７）の外周面には必要に応じセラミックス粉体か
らなるシール材を靜けて壁面構成体（７）、（７）およ
び（７）、（７）相互間の気密を高めており、さらｔこ
また、セラミックス管（５）及び壁面構成体（７）、（
７）の内部には放射状の隔壁を備えたセラミックス製の
分流体Ｏａ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、
以上に一説明した実施例では流入側の支持管（８）と壁
面（２）との間ｔこのみ圧縮スゲリングＱ４１を配設し
たが、排出倶１の支持管（９）と壁面（２）との間にも
圧縮スプリング０４１を配設してもよい。

このように構成され・たものは、枠体（１）の内部の伝
熱流体流路に各種の工業炉等から排出された高温の排ガ
スを流すとともに対向する壁面（２）、（２）の透孔０
１．０１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ンに供給口（３ンから常
温の空気を送り込めば、これらのセラミックス管（５）
高温の の管壁を介し”ｊ”ｊ＃’ｌｆ　７．と空気との間に熱
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−〔耐熱性及び耐腐食性
に優れたセラミックス！（５）を使用しているために１
０００°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、／　０００　℃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ｔこ比較して
ｔまるかに優れた温度効率をイｉＩることかできるうえ
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
（１）内ｔこ導入されると各セラミックス管（５）は不
均一に著しく熱膨張することとなるが、本発明において
は各−ヒラミックス管（５）は両端を壁体（７０）　、
（７ａ）を構成する摺動自在な壁面構成体（７）、（７
）により個別に圧縮スゲリングａ＜の弾発下に挾持もれ
ているので、これらの熱膨張は壁面構成体（７）、（７
）の相互間の移動により吸収されてセラミックス管（５
）を破損させることがない。しかも、各壁面構成体（７
〕、（７）はその外面を互いに密着させて枠体（１）内
の両側方部に積み上けられて上記のような熱膨張による
相対的な移動が生じても依然として壁体（７ω、（７Ｂ
）は気密な壁面を構成しているので、枠体（１）の内部
を流れる高温の排ガスのような伝熱流体か外部へリーク
することは完全に防止されて熱損失を防止することがで
きるうえ、支持管（８）、（９）などの熱による損傷を
も防止することができる。

（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１００
０°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摺動自在に積み上け
られて枠体の両側方部に壁体を形成して該セラミックス
管の両端を保持している壁面構成体の摺動により個別に
吸収してその破損を防止することができるもので、しか
も、この壁面構成体により枠体内の両側方部に構成され
る壁体が伝熱流体のリークを防止するようにしたもので
、在来のこの押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９ノ欠ｉＥ面図、第
２図は同じく縦断側面図、第３図は壁面構成体の一部切
欠斜視図、第を図、第５図、第６図は本発明の他の実施
例を示す縦断側面図である。 （１）：枠体、（２）、（２）；壁面、（３）：供給口
、（４）−流出口、（５）：セラミックス管、（７）、
（７）：壁面構成体、（７ａ）、（７ａ／　：　僧体、
ＯＱ、ａに：ｍ孔、ａｕ、ｏ／：通孔。 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ、内部を伝熱流体流路に形成した枠体（１）の対向す
   る壁面（２）、（２）に被加熱流体の供給口（３）と流
   出口（４）に連通される透孔Ｃ＋＊、Ｃ＋（を多数配設
   して該枠体（１）内の両側方部には各透孔０（身、゛Ｑ
   ｂ連通する通孔ａυ、Ｏυを備えた角柱状の壁面構成体
   （７）、（７）を摺！ 動自在ｔこ積み上けた壁体（７→、（７のを股りると七
   もに該壁体（７１１１）　、（７Ｂ）の対向する壁面構
   成体（７）、（７／間にはそれぞれセラミックス９Ｆ（
   ５）を前記通孔０υ、（ＥＣ両端を連通保持させて並行
   ＃ｒ−架設したことを特徴とする熱交換器。 ２、壁面構成体（７）、（７）をセラミックス質のもの
   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（７八（７）を６角柱状とした特許請求
   の範囲第１項または第一項記載の熱交換器。