JPS6360318B2 - - Google Patents

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から
の熱回収などに使用されるシエルアンドチユーブ
型の熱交換器に関するものである。

（従来技術） 従来のシエルアンドチユ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
があつた。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
ミツ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
ツク管の端部を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ツク管に異なる熱膨
張が生ずるとセラミツク管や耐熱部材が破損する
虞れがあり、また、セラミツ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、セラミツ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
点があつた。

（発明の目的） 本発明はこのような問題点を解決して1000℃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、セラミツク管等の破損やガスリークの
虞れがなく、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ツク管が多
数架設された直交流形の熱交換器において、前記
セラミツ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つて支持され、一方の壁体
の各壁面構成体は前記枠体によつて支持されると
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す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両外側部に
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１
内に高温加熱流体の貫流方向と直角方向に多数架
設されたセラミツク管である。セラミツク管２は
炭化珪素のような耐熱性と耐腐食性に優れたセラ
ミツ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イン４が形成されて伝
熱面積を拡大している。これらのセラミツク管２
の両端部は、その通孔３と連通する透孔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によつてそれぞれ支持
されている。壁面構成体６もセラミツク管２と同
様に炭化珪素のようなセラミツク材料から成り、
その外形状は例えば六角柱状をなし、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
ツク管２に熱歪によるわん曲が生じてもセラミツ
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１
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１０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、以上の構造によつて各セラミツク管２は
個別に枠体１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ツク管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９，１２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と連通する枠体１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１２を介して他方の壁面構成体６
と連通する枠体１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、全セラミツク管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パスを形成しており、被加熱流体は
これらのセラミツク管２の内部を通過する間に枠
体１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１５へ流入し、更に第２
パスを出力する残りのセラミツク管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付きの金
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１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ツク
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１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２３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つて、補集
された被加熱流体を均一に混合撹拌したうえで第
２パスのセラミツク管２へ導く役割をも有するも
のである。なお、２４は被加熱流体を流体供給室
１６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
ツク管２及び壁面構成体６の内部に挿入されるセ
ラミツク製の分流体であつて中心孔２７と放射状
の隔壁２８とを備え、セラミツク管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１の内部に
各種の工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１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
外側部に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に連通する所定のセラミツ
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１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、各セラミツク管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て温
度差をなくされたうえ、第２パスを形成するセラ
ミツク管２中へ導入され、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ツク管２を使
用しているために1000℃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、1000℃以
下の排ガスにしか用いることのできなかつた従来
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
た熱交換器によつては行なうことができなかつた
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ツク管２は不均一に著しく
熱膨張することとなるが、セラミツク管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によつて支持されると
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１に支持されているので、各セラミツ
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ツク管２等を破損する虞れ
がない。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
ては流体供給室１６および流体捕集室１５を形成
する枠体１の両外側部に枠体１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によつて均一に整流され
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、セラミツク
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エルアンドチユ
ーブ型の熱交換器によつては熱回収を行なうこと
ができなかつた1000℃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、各セラミツク管に生ずる不均一な熱
膨張や収縮をセラミツ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撹拌されて温度の
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図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は同
じくＢ−Ｂ断面図、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：セラミツク管、３：通孔、４：
フイン、５：透孔、６：壁面構成体、１５：流体
捕集室、１６：流体供給室、２１：貫通孔、２
２：整流板、２３：整流板、２６：分流体、２
７：中心孔、２８：隔壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温加熱流体が貫流する枠体１内に被加熱流
   体が貫流する通孔３を有するセラミツク管２が多
   数架設された直交流形の熱交換器において、前記
   セラミツク管２の両端部が該通孔３と連通する透
   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によつて支持され、
   一方の壁体の各壁面構成体６は前記枠体１によつ
   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１の一方の外側部には壁面構成体６の透孔
   ５と連通す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１の両外側部
   に該枠体１の補強を兼ねる整流板２２，２３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１の外側部に
   取付けられる整流板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とセラミツク管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 セラミツク管２を表面にフイン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。