JPS643996Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は管とヘツダーの接続構造に関し、詳し
くは、主として高温下で使用するセラミツクスな
どの伝熱管と、管の開口部を受容するヘツダーと
の接続構造に関する。

高温の燃焼ガスなどの加熱ガスが流れる煙道内
に、被加熱ガスの流れる伝熱管を複数本横架して
なる熱交換器を例にとつて説明すると、かかる熱
交換器においては、伝熱管が煙道壁を貫通して煙
道壁外に突出して開口し、この突出部および開口
端を包みこむようにヘツダーを煙道壁に固定して
設けてなるような管とヘツダーの接続構造は従来
より提案されている。ここでかかる熱交換器は組
み立てた後に熱上げして高温下で使用されるの
で、組み立て時と使用時とではかなりの温度差が
ある。また使用時であつても被加熱ガスの流れる
伝熱管と加熱ガスの流れる煙道壁とでは、空間的
に温度差、温度分布が生じうる。さらに被加熱ガ
ス、加熱ガスとも時間的に温度変動がある。こう
した温度差、温度分布、温度変動により伝熱管と
煙道壁との熱膨張量の差が生じ、熱的応力が作用
する。また、こうした熱交換器はしばしば大型の
重い構築物となり、自重や、製作誤差に起因する
負荷や、その他の外力により機械的応力も作用す
る。

これらの熱的応力や機械的応力による熱交換器
部材の変形や破損を防止するために、煙道壁に設
けた伝熱管の貫通孔は伝熱管外径より大きくし、
伝熱管と煙道壁との相対変位が可能な構造とする
ことが望まれる。しかしこの場合には貫通孔と伝
熱管との間のクリアランスからガスが洩れ、加熱
ガスと被加熱ガスが混じりあつて好ましくない。

同様にして、伝熱管の開口端を包みこむように
ヘツダーを設け、かつこのヘツダーを煙道壁に固
定する代りに伝熱管の突出部に固定しようとして
も、ヘツダーが別途固定されていれば上述のごと
き問題点が生じ、ヘツダーを伝熱管の突出部にの
み固定すると、この突出部によつて重量のあるヘ
ツダーを支持することとなり、突出部に過重な負
荷がかかり、伝熱管の変形、折損などの恐れが生
じて好ましくない。

本考案はこうした矛盾を解決し、管およびヘツ
ダー内を流れるガスが煙道内を流れるガスや大気
との間に洩出・混合を防止するとともに、煙道ま
たはヘツダーと管との相対変位を許容してこれら
部材に過大な熱的応力、機械的応力が作用しない
管とヘツダーの接続構造を提供するものであり、
さらにはコンパクトな熱交換器ユニツトに採用で
きる管とヘツダーの接続構造を提供するものであ
る。

すなわち本考案は管を保持する架構にヘツダー
が固定して支持されている管とヘツダーとの接続
構造において、該ヘツダーは、気室と、シールサ
ンドを充填したサンド室と、該気室と該サンド室
とを区画する区画板とを有し、かつ、該管は該ヘ
ツダーの外部から該サンド室を貫通して該気室内
に開口し、該サンド室の内部上方には堰体を備え
てなることを特徴とする管とヘツダーとの接続構
造を提供するものである。

以下に図面に基づいて本考案を説明する。第１
図の高温用熱交換器は熱交換器ユニツト２４をフ
ランジ２５で相互に連接して構成されており、隣
りあう熱交換器ユニツト間には、耐熱性無機繊維
ロープなどからなるフランジシール材２６が適
宜、介装されている。熱交換器ユニツト２４にお
いて、鉄皮１で外張りされ、キヤスタブル耐火物
などの耐火物で構築された架構２で囲まれた角形
または他形状の断面の煙道３には、高温たとえば
900℃以上の燃焼排ガスが加熱ガスとして上下方
向に流される。煙道３内には被加熱ガスを流すた
めの、たとえばセラミツクス製の薄肉の管４が複
数本、平行して横架されている。管４は架構２お
よび鉄皮１に設けた貫通孔５を貫通して、管４の
開口端６は鉄皮１の外方に位置する。架構２の内
面側に位置する管４の部分には、好ましくは管４
と同材質からなる外管７が管４に固定されてお
り、貫通孔５の内径は外管７の外径より大きく、
その間にクリアランスが確保されている。架構２
の外面側に位置する管４の部分の外周には、耐熱
性無機繊維ロープなどに例示されるクツシヨン８
が巻かれて管４と貫通孔５との間隙を埋めてい
る。

鉄皮１の外側には、一本または近接する適宜の
複数本の管４の突出部を囲むようにヘツダー９が
鉄皮１に固定して取付けられている。ヘツダー９
の内部は、ヘツダー内壁に固定され、かつ管の外
周にも接する区画板１０により区画されており、
区画板１０の内方は微粒砂その他の気密シール可
能なシールサンド２２が充填されてサンド室１１
を構成し、区画板１０の外方は開口端６が位置せ
しめられて気室１２を構成する。また、サンド室
１１の内部上方には、堰板１３がサンド室の両側
面に気密に固定して取付けられている。

区画板１０が管４またはヘツダー内壁に接する
部分には、必要に応じて適宜シール材１６が設け
られてシールサンド２２が気室１２にこぼれ出す
のを防止している。また、このシール材１６は第
１図においては区画板１０にサンド室１１側から
接しており、熱膨張差などによる区画板と管との
相対変位が小さい場合、あるいはシールサンド２
２によりシール材１６が区画板１０に充分に押圧
されている場合には有効である。また熱膨張差な
どによる区画板と管との相対変位が大きい場合な
どには第２図に示すごとく、区画板１０の周縁部
に凹溝２３を設け、この凹溝２３にシール材１６
をはめこんでおくなどが好ましい。

サンド室１１の上部にはシールサンドの投入、
点検などを可能とする上蓋１８がサンド室上面を
気密に閉じうるように設けられており、上蓋１８
の下面中央部は天狗の下駄状に下方に突出部１９
を形成しており、この突出部１９はシールリボン
２０を介して堰板１３の上縁およびサンド室の両
側面に気密に接している。かくして上蓋１８、突
出部１９、シールリボン２０および堰板１３と
で、サンド室上面からその適宜下方までのサンド
室上部を気密に区画する堰体を構成している。な
お気室１２には、連接管２１が開口して隣接する
ヘツダー気室と連通している。

かかる管とヘツダーの接続構造は以下のような
効果を奏する。まずヘツダーは架構に固定して支
持されているので、ヘツダーの荷重は架構で受け
とめることができる。したがつてヘツダーの荷重
を管で支持する必要がないので、この理由によつ
て管が変形、折損する恐れがなく、管の材質の選
択巾が広くなり、特にセラミツクス製の管などが
採用できる利点を有する。また管４と架構２との
間には熱膨張係数の差、部品製作時と設置時との
取付け誤差、重量物であるが故の長期使用時の位
置ずれなどの要因により、管と架構との間を密
着・固定して接続してあると熱的応力や機械的応
力が発生し、接続部分などを破損する恐れがあ
る。特に高温ガスの熱エネルギーを回収するに
は、管が鋼などの金属材料では温度的に耐えられ
ず、セラミツクス製の管の採用が望まれていた
が、セラミツクスはかかる応力に対しては脆弱で
採用できない。しかるに第１図の熱交換器では貫
通孔５を管４および外管７より大きくしてあり、
柔軟性のあるクツシヨン８を介して管を架構で保
持しているので、管軸に垂直な方向の相対変位
も、管軸に平行な方向の相対変位も許容して過大
な応力の発生を防止し、以つて変形、破損を防止
している。また架構２と気室１２との間にサンド
室１１が設けられ、サンド室にはシールサンド２
２が充填されているので煙道を流れる加熱ガスが
気室に流れ込んだり、管内および気室を流れる被
加熱ガスがヘツダーの外に流れ出すのを防止して
いる。シールサンドがサンド室での管の相対変位
を許容するのはいうまでもない。

さらに組立て時または使用開始時にはシールサ
ンド室内のほぼ最上端まで充填するものである
が、堰体を欠く熱交換器を長期に使用している
と、クツシヨン８などからシールサンドの洩出が
少ないとはいえ、若干は洩れ、または使用中にシ
ールサンドが摩耗・劣化などにより粉化・飛散し
て、サンド室内のシールサンド量が減少し、シー
ルサンドの上縁面が低下して気密性が充分でなく
なる恐れがある。

しかるに堰体の採用により、気密性保持に寄与
するシールサンド層厚を大きく取つたと同様の効
用を示す。なお堰体は前述したような構成には限
定されない。堰体はサンド室上面からその適宜下
方までのサンド室上部を気密に区画するものであ
ればよく、前述した突出部１９を有する上蓋１８
のみであつてもよく、また、別途、サンド室上面
に固定して設けられた堰体であつてもよい。また
複数個の堰体を有していてもさしつかえない。

本考案によれば連接管２１を除いて熱交換器ユ
ニツトをフランジ２５、フランジ２５′の両平面
内に構成でき、かつ両平面間を狭少に設計するこ
ともできて、コンパクトな熱交換器ユニツトが得
られる利点も有する。

本考案においては、第１図に示す如く、架構２
は管４を保持するとともに煙道を形成する煙道壁
の機能を兼ねていることが好ましいが、管を保持
する架構と、煙道壁とを別途に構築してあつても
よい。また、ヘツダーは架構より外方に突出して
いてもよいし、たとえば架構が厚いときなどにあ
つては、ヘツダーの一部または全部が架構内に埋
め込むなどしてあつてもよい。また管の走行方向
は第１図のような横向きに限定されず、上下方向
その他適宜の方向が採用できる。しかして、ヘツ
ダーは第１図のように架構の横方にあつてもよ
く、架構の上方または下方にあつてもよい。また
加熱ガスの流れる方向も第１図のような上下方向
に限定されず適宜方向が採用できるが、なかでも
管の走行方向と直交していることが好ましい。ま
た外管７は必須のものではなく、クツシヨン８が
移動しないように貫通孔５の内面に凸部を設けて
もよい。

さらに第１図においては煙道に加熱ガス、管内
に被加熱ガスが流されていて好ましいが、逆に煙
道に被加熱ガス、管内に加熱ガスが流されてもよ
い。なお、管内ガス圧と煙道ガス圧または大気圧
とは同じであつても異なつていても、シールサン
ド層による気密性が保持される範囲で適宜選択で
きる。

また本考案において、気室の壁面は架構とは独
立に構成してもよいし、第１図の如く、気室壁面
の一部を架構または鉄皮で兼用してもよい。シー
ルサンドは本考案の接続構造が使用される温度条
件、耐食性条件などにより、適宜の材質、粒度の
微粒体が採用できるが、一般に粒度0.3mm以下、
特には0.05mm以下の無機質微粒体が気密性確保の
点で好ましく、例として珪藻土、珪砂、シリカ
粉、コージライト粉、グラフアイト粉、窒化ホウ
素粉などが挙げられる。

かくして、本考案の接続構造は熱交換器、とり
わけ高温用の熱交換器にきわめて有効であるのみ
ならず、流体の混合装置、均温化装置、流れ方向
変換装置などにも有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の熱交換器の要部断面
図である。第２図は第１図Ａ部の異なる実施例の
要部断面図である。 １：鉄皮、２：架構、４：管、９：ヘツダー、
１０：区画板、１１：サンド室、１２：気室、１
３：堰板、２２：シールサンド。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 管を保持する架構にヘツダーが固定して支持
   されている管とヘツダーとの接続構造におい
   て、該ヘツダーは、気室と、シールサンドを充
   填したサンド室と、該気室と該サンド室とを区
   画する区画板とを有し、かつ該管は該ヘツダー
   の外部から該サンド室を貫通して該気室内に開
   口し、該サンド室の内部上方には堰体を備えて
   なることを特徴とする管とヘツダーとの接続構
   造。 ２ 前記管は水平方向に走行している実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の管とヘツダーとの接
   続構造。 ３ 複数の前記管は単一の前記ヘツダーの外部か
   ら単一の前記サンド室を貫通して単一の前記気
   室内に開口する実用新案登録請求の範囲第１項
   または第２項記載の管とヘツダーとの接続構
   造。 ４ 前記管はセラミツクス管である実用新案登録
   請求の範囲第１〜３項のいずれか一に記載の管
   とヘツダーとの接続構造。 ５ 前記管の内部には加熱ガスおよび被加熱ガス
   から選ばれるいずれか一方が流され、前記管の
   外部には加熱ガスおよび被加熱ガスから選ばれ
   るいずれか他方が流される実用新案登録請求の
   範囲第１〜４項のいずれか一に記載の管とヘツ
   ダーとの接続構造。