熱交換器
【課題】伝熱管の温度差による歪みを小さくして、耐火材の割れを防止する。
【解決手段】高温通路形成用筒状壁体11は、耐火材製内壁21および断熱材製外壁22よりなる二重壁構造によって形成されている。内壁21外面および外壁22内面のうち、内壁21外面のみに、内壁21軸方向にのびた切欠51が形成されている。切欠51およびこれと相対する外壁22内面によって区画されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管13が通されている。
【解決手段】高温通路形成用筒状壁体11は、耐火材製内壁21および断熱材製外壁22よりなる二重壁構造によって形成されている。内壁21外面および外壁22内面のうち、内壁21外面のみに、内壁21軸方向にのびた切欠51が形成されている。切欠51およびこれと相対する外壁22内面によって区画されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管13が通されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却処理および焼却炉から排出される灰を溶融処理する過程で発生する高温の燃焼ガス（排ガス）の熱エネルギーを空気と熱交換することにより回収し、熱エネルギーの有効利用を図る熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換装置としては、高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁およびこれの外面を空気層を介して取り囲んでいる断熱材製外壁よりなり、空気層に、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような構造において、熱交換時に発生する耐火材と伝熱管との間の熱膨張差の問題はないが、耐火材と伝熱管との間に空気層があり、熱伝達効率が悪いという問題がある。
【０００４】
また、他の熱交換装置としては、高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁および断熱材製外壁よりなる二重壁構造によって形成されており、内壁外面および外壁内面の双方に、切欠が互いに相対させられるように形成されており、双方の切欠の合体によって形成されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されているものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
このような構造において、内壁および外壁の温度差に基づいて、伝熱管の内面側と外面側で温度差が発生し、そのために伝熱管に歪みが生じる。その結果、この歪みを吸収しきれずに耐火材が割れ、耐火材の割れ目から高温ガス（排ガス）が侵入して伝熱管を腐食させるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４１６８１号公報
【特許文献２】特開平１０−３２５５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止でき熱交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による熱交換装置は、高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁および断熱材製外壁よりなる二重壁構造によって形成されており、内壁外面および外壁内面のうち、内壁外面のみに、内壁軸方向にのびた切欠が形成されており、切欠およびこれと相対する外壁内面によって区画されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されているものである。
【０００９】
この発明による熱交換装置では、伝熱管の内面側だけで無く、その外筒側まで内壁の熱を受け易くなるため、伝熱管の内壁側と伝熱管の外筒側の温度差が小さくなる。したがって、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止できる。
【００１０】
さらに、切欠は、横断面輪郭Ｕ字状をなしておりかつ半円弧状曲面部およびこれの両端から切欠開口に向かって互いに平行にのびた平坦状平面部よりなり、伝熱管は、曲面部の半径以下の半径を有する円筒状をなしており、曲面部および伝熱管が同心状となされていることが好ましい。
【００１１】
また、外壁外面に金属製筒状ケーシングが被覆されており、ケーシング内面にアンカーが固定されており、アンカーは、外壁に貫通させられて内壁内部まで達していると、熱膨張差をスライド構造で吸収することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止でき熱交換装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明による熱交換装置の破砕断面を含む斜視図である。
【図２】同熱交換装置の水平横断面図である。
【図３】図２の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、熱交換装置は、内側に高温ガスHが流される垂直筒状壁体11と、壁体11外面に被覆されている金属製垂直筒状ケーシング12と、壁体11の周方向に等間隔で並ぶように壁体11に貫通させられかつ内部に低温ガスLが流される複数の金属製垂直状伝熱管13とよりなる。
【００１５】
壁体11は、二重壁構造よりなるものであって、伝熱管13を高温ガスHの腐食成分から保護するための耐火材製内壁21と、伝熱管13を保温するための断熱材製外壁22とよりなる。
【００１６】
ケーシング12外面の上端部を円環状排気ヘッダ31が、その下端部を円環状給気ヘッダ32がそれぞれ取り囲んでいる。排気ヘッダ31および給気ヘッダ32には各伝熱管13の上下対応する端部が連通管させられている。
【００１７】
図２および図３に示すように、ケーシング12の内面には複数の金属製アンカー41がケーシング12周方向に伝熱管13の間隔と同間隔で固定されている。アンカー41は、Ｙ字状をなすものであって、ケーシング12内面から半径方向内向きにのびかつ隣り合う２つの伝熱管13の間に通されている直線部41aと、直線部41aの内端にこれと一体的に設けられかつ内壁21内に埋設されている二股状部41bとよりなる。
【００１８】
内壁21外面の伝熱管13貫通カ所には、内壁21軸方向にのびた切欠51が外向きに形成されている。切欠51は、横断面輪郭Ｕ字状をなし、内壁21半径方向外向きの半円弧状曲面部51aと、これの両端から内壁21半径方向外向き方向に互いに平行にのびた平坦状平面部51bとよりなる。
【００１９】
伝熱管13は、切欠51の曲面部51aの半径以下の半径を有しかつ曲面部51aと同心状に配置されている。切欠51周面および伝熱管13外面間には若干の間隙eが形成されている。間隙eの大きさは、例えば、５mmであり、製造誤差、熱変形を吸収しうる程度のものである。間隙eを含めた伝熱管13の径は、切欠51の半径方向深さに等しい。
【００２０】
切欠51の開口を除いて、伝熱管13は、内壁21によって被覆されかつその開口は外壁22によって閉鎖されている。そのため、伝熱管13外面の内側および外側の間では温度差が生じ難くなっている。よって、伝熱管13の温度差による歪みを小さくすることができる。
【００２１】
高温ガスHを排気ガス、低温ガスLを空気とした場合について、各部の温度測定を行った。
【００２２】
・排ガス温度：８５０℃
・空気温度：給気ヘッダの温度 ４００℃、排気ヘッダの温度 ５００℃
・伝熱管温度：内壁側５８０℃、外筒側５５０℃（温度差３０℃）
・内壁内面温度：６６０℃
・内壁外面温度（伝熱管の外周側）：６２０℃
・外壁内面温度（内壁および外壁の境界面）：５４０℃
・外壁外面温度（ケーシング内面）：７０℃
従来技術の項で説明した熱交換装置について、上記と同一条件で測定すると、伝熱管温度：内面側５８０℃、外面側５４０℃であり、温度差が４０℃であった。この温度差４０℃は、この発明による上記の温度差３０℃よりも大である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明による熱交換装置は、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止できを提供することを達成するのに適している。
【符号の説明】
【００２４】
11 壁体
21 内壁
22 外壁
51 切欠
【技術分野】
【０００１】
この発明は、都市ごみ焼却炉や産業廃棄物焼却炉における廃棄物の焼却処理および焼却炉から排出される灰を溶融処理する過程で発生する高温の燃焼ガス（排ガス）の熱エネルギーを空気と熱交換することにより回収し、熱エネルギーの有効利用を図る熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換装置としては、高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁およびこれの外面を空気層を介して取り囲んでいる断熱材製外壁よりなり、空気層に、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような構造において、熱交換時に発生する耐火材と伝熱管との間の熱膨張差の問題はないが、耐火材と伝熱管との間に空気層があり、熱伝達効率が悪いという問題がある。
【０００４】
また、他の熱交換装置としては、高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁および断熱材製外壁よりなる二重壁構造によって形成されており、内壁外面および外壁内面の双方に、切欠が互いに相対させられるように形成されており、双方の切欠の合体によって形成されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されているものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
このような構造において、内壁および外壁の温度差に基づいて、伝熱管の内面側と外面側で温度差が発生し、そのために伝熱管に歪みが生じる。その結果、この歪みを吸収しきれずに耐火材が割れ、耐火材の割れ目から高温ガス（排ガス）が侵入して伝熱管を腐食させるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４１６８１号公報
【特許文献２】特開平１０−３２５５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止でき熱交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による熱交換装置は、高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁および断熱材製外壁よりなる二重壁構造によって形成されており、内壁外面および外壁内面のうち、内壁外面のみに、内壁軸方向にのびた切欠が形成されており、切欠およびこれと相対する外壁内面によって区画されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されているものである。
【０００９】
この発明による熱交換装置では、伝熱管の内面側だけで無く、その外筒側まで内壁の熱を受け易くなるため、伝熱管の内壁側と伝熱管の外筒側の温度差が小さくなる。したがって、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止できる。
【００１０】
さらに、切欠は、横断面輪郭Ｕ字状をなしておりかつ半円弧状曲面部およびこれの両端から切欠開口に向かって互いに平行にのびた平坦状平面部よりなり、伝熱管は、曲面部の半径以下の半径を有する円筒状をなしており、曲面部および伝熱管が同心状となされていることが好ましい。
【００１１】
また、外壁外面に金属製筒状ケーシングが被覆されており、ケーシング内面にアンカーが固定されており、アンカーは、外壁に貫通させられて内壁内部まで達していると、熱膨張差をスライド構造で吸収することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止でき熱交換装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明による熱交換装置の破砕断面を含む斜視図である。
【図２】同熱交換装置の水平横断面図である。
【図３】図２の一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、熱交換装置は、内側に高温ガスHが流される垂直筒状壁体11と、壁体11外面に被覆されている金属製垂直筒状ケーシング12と、壁体11の周方向に等間隔で並ぶように壁体11に貫通させられかつ内部に低温ガスLが流される複数の金属製垂直状伝熱管13とよりなる。
【００１５】
壁体11は、二重壁構造よりなるものであって、伝熱管13を高温ガスHの腐食成分から保護するための耐火材製内壁21と、伝熱管13を保温するための断熱材製外壁22とよりなる。
【００１６】
ケーシング12外面の上端部を円環状排気ヘッダ31が、その下端部を円環状給気ヘッダ32がそれぞれ取り囲んでいる。排気ヘッダ31および給気ヘッダ32には各伝熱管13の上下対応する端部が連通管させられている。
【００１７】
図２および図３に示すように、ケーシング12の内面には複数の金属製アンカー41がケーシング12周方向に伝熱管13の間隔と同間隔で固定されている。アンカー41は、Ｙ字状をなすものであって、ケーシング12内面から半径方向内向きにのびかつ隣り合う２つの伝熱管13の間に通されている直線部41aと、直線部41aの内端にこれと一体的に設けられかつ内壁21内に埋設されている二股状部41bとよりなる。
【００１８】
内壁21外面の伝熱管13貫通カ所には、内壁21軸方向にのびた切欠51が外向きに形成されている。切欠51は、横断面輪郭Ｕ字状をなし、内壁21半径方向外向きの半円弧状曲面部51aと、これの両端から内壁21半径方向外向き方向に互いに平行にのびた平坦状平面部51bとよりなる。
【００１９】
伝熱管13は、切欠51の曲面部51aの半径以下の半径を有しかつ曲面部51aと同心状に配置されている。切欠51周面および伝熱管13外面間には若干の間隙eが形成されている。間隙eの大きさは、例えば、５mmであり、製造誤差、熱変形を吸収しうる程度のものである。間隙eを含めた伝熱管13の径は、切欠51の半径方向深さに等しい。
【００２０】
切欠51の開口を除いて、伝熱管13は、内壁21によって被覆されかつその開口は外壁22によって閉鎖されている。そのため、伝熱管13外面の内側および外側の間では温度差が生じ難くなっている。よって、伝熱管13の温度差による歪みを小さくすることができる。
【００２１】
高温ガスHを排気ガス、低温ガスLを空気とした場合について、各部の温度測定を行った。
【００２２】
・排ガス温度：８５０℃
・空気温度：給気ヘッダの温度 ４００℃、排気ヘッダの温度 ５００℃
・伝熱管温度：内壁側５８０℃、外筒側５５０℃（温度差３０℃）
・内壁内面温度：６６０℃
・内壁外面温度（伝熱管の外周側）：６２０℃
・外壁内面温度（内壁および外壁の境界面）：５４０℃
・外壁外面温度（ケーシング内面）：７０℃
従来技術の項で説明した熱交換装置について、上記と同一条件で測定すると、伝熱管温度：内面側５８０℃、外面側５４０℃であり、温度差が４０℃であった。この温度差４０℃は、この発明による上記の温度差３０℃よりも大である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明による熱交換装置は、伝熱管の温度差による歪みを小さくすることができ、耐火材の割れを防止できを提供することを達成するのに適している。
【符号の説明】
【００２４】
11 壁体
21 内壁
22 外壁
51 切欠
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁および断熱材製外壁よりなる二重壁構造によって形成されており、内壁外面および外壁内面のうち、内壁外面のみに、内壁軸方向にのびた切欠が形成されており、切欠およびこれと相対する外壁内面によって区画されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されている熱交換装置。
【請求項２】
切欠は、横断面輪郭Ｕ字状をなしておりかつ半円弧状曲面部およびこれの両端から切欠開口に向かって互いに平行にのびた平坦状平面部よりなり、伝熱管は、曲面部の半径以下の半径を有する円筒状をなしており、曲面部および伝熱管が同心状となされている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
外壁外面に金属製筒状ケーシングが被覆されており、ケーシング内面にアンカーが固定されており、アンカーは、外壁に貫通させられて内壁内部まで達している請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項１】
高温通路形成用筒状壁体が、耐火材製内壁および断熱材製外壁よりなる二重壁構造によって形成されており、内壁外面および外壁内面のうち、内壁外面のみに、内壁軸方向にのびた切欠が形成されており、切欠およびこれと相対する外壁内面によって区画されたスペースに、内壁軸方向にのびた低温通路形成用金属製伝熱管が通されている熱交換装置。
【請求項２】
切欠は、横断面輪郭Ｕ字状をなしておりかつ半円弧状曲面部およびこれの両端から切欠開口に向かって互いに平行にのびた平坦状平面部よりなり、伝熱管は、曲面部の半径以下の半径を有する円筒状をなしており、曲面部および伝熱管が同心状となされている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
外壁外面に金属製筒状ケーシングが被覆されており、ケーシング内面にアンカーが固定されており、アンカーは、外壁に貫通させられて内壁内部まで達している請求項１または２に記載の熱交換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１１７６７９（Ｐ２０１２−１１７６７９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４７８４（Ｐ２０１０−２６４７８４）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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