JP3987958B2 - 熱交換器における伝熱管の清掃装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシング内に複数の伝熱管を多段多列に配置して設け、該伝熱管の外表面を通過する高温排ガスの熱エネルギーを該伝熱管内を通過する低温流体により回収する熱交換器において、前記複数の伝熱管に付着する粉塵を清掃するために使用される清掃装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ケーシング内に複数の伝熱管を多段多列に配置した熱交換器が、ゴミ焼却炉、廃棄物溶融炉や、その他の加熱炉における廃熱回収のために設けられている。この種の熱交換器としては、ケーシング内に複数の伝熱管を多段多列に配置し、該伝熱管の外表面を通過する高温排ガスの熱エネルギーを該伝熱管内を通過する低温流体により回収するようにしたものが一般的である。
【０００３】
この種の熱交換器を煤塵等の多い排ガスに使用する場合は、伝熱管の外面に粉塵（ダスト）が付着したり堆積したりするが、このような粉塵の付着や堆積が生じると、熱交換特性が著しく低下するので、頻繁に清掃を行っている。この清掃法として最も簡単なものは、スートブロワを設けてエアで粉塵を除去する方法であるが、この方法は、エアにより高温排ガスの温度が低下するのでエネルギー効率が悪くなるという問題点があった。また、伝熱部材に衝撃を与えて粉塵をふるい落とす方法もあるが、この方法は衝撃により伝熱部材などが損傷しやすいので、その寿命が短くなる等の問題点がある。
【０００４】
熱交換器における伝熱部材の清掃装置として種々のものが提案されている。例えば、各伝熱管の軸方向上面にワイヤ等の掃引部材（針金等）を設け、各掃引部材の両端を固定しているフレームを揺動させることにより、伝熱管の上面に堆積したダストを落下させるものがある（例えば特許文献１参照）。また、伝熱管の軸方向に沿って往復移動する清掃板を設け、該清掃板に伝熱管が貫通する穴を形成し、該清掃板を往復移動させることにより、伝熱管の外表面に付着したダストを掻き落とすものもある（例えば特許文献２参照）。さらに、断面がほぼ長方形の伝熱エレメントを多列、複数段に配置し、各伝熱エレメント同士の間隙にチェーンを上下方向に配設し、このチェーンを強制移動させることにより、伝熱エレメントの外側面に付着したダストを掻き落とすものもある（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５９−１２０３２９号公報
【特許文献２】
特開昭５７−７７８９８号公報
【特許文献３】
特開２００１−２４１８８６公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の発明では、同文献の第９図に示されているように、伝熱管１本に対し１本の掃引部材を設けているので、掃引部材の数が多くなる、掃引部材を取り付けるフレームは、伝熱管同士の上下の隙間に設けられているので、必然的に伝熱管の上下間隔が広くなる、掃引部材が切断する恐れがあるが、切断を防止しようとすると太い部材を用いることになるので上下間隔が広くなる等の問題点がある。さらに、各段のフレームは縦部材で連結されているが、フレームの位置決めが悪いと、掃引部材であるワイヤーと伝熱管上面との間隔が大きい場合に清掃不十分となるおそれがある。なお、この特許文献１に記載の発明は、伝熱管の上面を清掃するもので、側面を清掃することはできない。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載の発明では、伝熱管の全周を清掃することができるが、清掃板の貫通穴が大きければ十分な清掃ができず、逆に小さ過ぎればスムーズな往復移動ができなくなり、清掃板が動かなくなって、清掃できなくなるおそれがある。この清掃板は、四隅に接続されたチェーンで移動させているが、四隅のチェーンの移動速度をシビヤにコントロールしなければ、清掃板がこじられて動かなくなる。なお、清掃板でダストを掻き落とすが、該清掃板が反転する場所に掻き寄せられたダストが堆積し、清掃板のスムーズな移動が妨げられる。
【０００８】
さらに上記特許文献３に記載の発明は、もっぱら伝熱管の外側面を清掃するものであるが、掃引部材に捩じれ等が生じ、多列の伝熱管のうち一部の掃引部材の張力が大きくなって、該掃引部材が切断されるおそれがある。
【０００９】
以上に述べたとおり、従来提案されている種々の方法や装置はいずれも問題点があり、十分満足できる清掃装置は得られていないのが実情である。そこで本発明は、熱交換器の伝熱管の外側面のダストを確実に除去できるとともに、安定して作動する清掃手段を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に係る熱交換器における伝熱管の清掃装置は、多段多列に配置された複数の伝熱管を備え、該伝熱管の外表面を通過する高温排ガスの熱エネルギーを該伝熱管内を通過する低温流体により回収する熱交換器に付設され、前記複数の伝熱管に付着する粉塵を清掃する清掃装置であって、伝熱管配設部の上側に伝熱管の管軸方向に水平移動する台車を設けて、該台車に軸回りに回動自在な回動フレームを設け、上下方向の複数のフレキシブルな掃引部材の上端部を前記台車に設けた回動フレームにそれぞれ取り付け、該複数の掃引部材の下端部は伝熱管配設部の下側に設けた棒状連結部材にそれぞれ取り付けることによって、前記台車の移動により掃引部材が伝熱管の側面を擦って移動するように構成するとともに、前記回動フレームの外周部に半径方向に突出するアームを設け、熱交換器のケーシングには、台車がその移動範囲の端部に達した時に前記アームに当接して該アームを回動させる係合部材を突設し、該係合部材でアームを介して回動フレームを軸回りに回転させることにより、該回動フレームに取り付けられている掃引部材を上向きに移動させるように構成したことを特徴としている。
【００１１】
上記掃引部材の上下両端部の一方又は両方の端部を、前記フレーム又は棒状部材に軸回りに回転自在に取り付け、作業中に掃引部材に捩れが生じないようにしておくのが好ましい。
【００１３】
なお、上記発明において、熱交換器のケーシング内に加圧空気噴出ノズルを設け、間欠的（連続的でも可）に加圧空気を噴出させることにより、掃引部材でケーシング内壁近傍に掻き寄せられた粉塵を除去するように構成しておくのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。図は本発明の実施形態を例示するもので、１は熱交換器で、ケーシング２の内部に多数の伝熱管３，…が多段、多列に配置されている。この実施形態では、伝熱管３，…が上下２群Ａ，Ｂに分けて設けられているが、必ずしもこのように区分しておく必要はない。
【００１５】
下側の群Ｂでは、伝熱管３の一方の端部が空気入口６に臨んで開口しており、他方の端部は下側の連絡口７に臨んで開口している。下側の連絡口７はダクト８によって上側の連絡口９と連結されている。
【００１６】
上側の群Ａでは、伝熱管３の一方の端部が上記連絡口９に臨んで開口しており、反対側の端部が空気出口１０に臨んで開口している。また、ケーシング２の下端部には高温排ガス入口１１が設けられ、上端部には高温排ガス出口１２が設けられている。上記高温排ガス入口１１からケーシング２内に供給された高温排ガスＧは、複数の伝熱管３，…の間隙を通って上昇し、該伝熱管内を流動する低温流体Ｆとの間で熱交換したのち、高温排ガス出口１２から外部へ排出される。これら高温排ガスや低温流体の流れ方向は図示例のものに限らない。
【００１７】
上側の群Ａの上方には伝熱管３の軸方向に沿って一対のレール２０，２０が設けられ、このレール上には該レール上を転動する車輪２１，２１を備えた台車２５が設けられている。ケーシング２には、台車２５を往復移動させるための往復移動装置として液圧シリンダ２６が設けられ、該液圧シリンダ２６のロッド２６ａが台車２５に連結されている。このため、液圧シリンダ２６を伸縮させると台車２５が前後に移動する。往復移動装置としては、上記液圧シリンダに限らず、電動モータを駆動源とするもの等他の適当な構造のものとすることができる。
【００１８】
台車２５には上下方向の複数のチェーン３０，…の上端部が取り付けられており、該チェーンの下端部は、共通の棒状部材（連結部材）３５に取り付けられている。このチェーン３０は、台車２５の移動とともに伝熱管３の側面を擦りつつ移動し、水平方向に配置されている伝熱管３の側面の清掃を行うフレキシブルな掃引部材である。掃引部材であるチェーン３０は、移動中における捩れを防止するため、上端部か下端部、好ましくは上下両端部を自在継手を介して軸回りに回転自在にフレーム、連結部材等に取り付けておくのが好ましい。
【００１９】
図４、図５は掃引部材３０の取り付け構造を示すもので、台車２５の下部に貫通穴３７ａを有する支持部材３７を垂下させて設け、該支持部材によって長尺の回動フレーム４０を回転自在に支持している。回動フレーム４０の下面側には、図４に示すように、スイベル等の自在継手４１，…を介して複数の掃引部材（チェーン）３０の上端部が取り付けられている。掃引部材３０の下端部は、上記実施形態と同様に連結部材３５に取り付けておくのが好ましい。この下端部も軸回りに回転できるように、スイベルを介して回転自在に取り付けておくのが好ましい。
【００２０】
上記回動フレーム４０の上面側にはアーム４２が上向きに突設されている。一方、台車２５の移動範囲の端部近傍には、図５に示すように、係合部材４３がケーシング２の内壁に突設されている。この係合部材４３は、台車２５が内壁近傍に接近したとき、前記アーム４２に当接して該アームを押圧し、該アームと共に回動フレーム４０をその軸回りに回転させる。すると、自在継手４１を介して取り付けられているチェーン３０が回動フレーム４０の回転により若干持ち上げられるので、これが接している伝熱管３の側面を上下に擦ることになり、ダストが堆積しやすいケーシング内壁付近の伝熱管３に付着したダストを擦り落とすのである。
【００２１】
つぎに、図６は上記掃引部材３０を水平に張架するとともに、垂直方法にも垂下してパイプの側面と上面を清掃できるようにした例を表す。この例では、台車２５の前後両側にそれぞれ上記と同様な回動フレーム４０が設けられるとともに、台車２５の左右方向にそれぞれ軸４９で下向きコ字形のフレーム５０が回動自在に取り付けられている。上記回動フレーム４０，４０には、前記と同様なアーム４２が取り付けられるとともに、掃引部材３０，…の上端部が軸回りの回転を許容するように取り付けられている。また、下向きコ字形のフレーム５０，５０にはそれぞれ縦フレーム５２，５２が取り付けられ、これら縦フレームにそれぞれ水平方向の掃引部材３０，…が取り付けられている。
【００２２】
上記垂直方向の掃引部材３０は伝熱管３の側面に接し、水平方向の掃引部材３０は伝熱管３の上面に接して移動するようになっている。なお、掃引部材３０をスイベル等で軸回りに回転自在に取り付けるのが好ましい点、及び前記回動フレーム４０がアーム４２によって回動して、台車の移動範囲の端部すなわちケーシングの内壁付近で上下（垂直）方向の掃引部材３０を上向きに移動させ、伝熱管３の側面を擦ることによりダストを掻き落とす点はすでに述べた通りである。この実施形態によると、伝熱管３の上面と側面をともに清掃することができるので、きわめて効果的である。
【００２３】
図７〜図１０は、ケーシング２の内壁付近に高圧空気を噴出するノズルを備えた空気管６０，６０を設けた例を表す。この空気管６０の中間部には、複数のノズル６１，…が設けられ、これらノズルから高圧の空気を噴出させることにより、ケーシング内壁付近の伝熱管３上と伝熱管どうしの間に堆積したダストＤを吹き飛ばすようになっている。ケーシング内壁付近には、掃引部材によって掻き集められたダストが堆積する傾向があるので、このように高圧空気でこれを除去するようにしておくのが好ましい。この空気管６０は、上記各実施形態の装置に設けておくのが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の熱交換器における伝熱管の清掃装置は、台車に取り付けて該台車とともに移動させるチェーン等の掃引部材で伝熱管の外側面に付着するダストを擦り取るものであり、該掃引部材の上端部は台車に設けたフレームに、また下端部は棒状の連結部材にそれぞれ取り付けているので、簡単な構造ながら伝熱管の側面を確実かつ効果的に清掃することが可能となった。特に伝熱管を設けたケーシング内壁付近では、回動フレームが自動的に回転し、掃引部材を上方に持ち上げて、伝熱管の側面を上下に擦ることができるので、ダストが堆積しやすいケーシング内壁部分の伝熱管に付着したダストを擦り落とすことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換器の正面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】要部の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図４】回動フレームの取付け部の側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図５】その動作を表す側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図６】掃引部材を水平方向及び垂直方向に設ける例を表す要部の説明図である。
【図７】高圧空気管を設けた熱交換器の正面図である。
【図８】その高圧空気管の説明図である。
【図９】その機能の説明図である。
【図１０】その機能の説明図である。
【符号の説明】
１ 熱交換器
２ ケーシング
３ 伝熱管
６ 低温流体入口
１０ 低温流体出口
１１ 高温排ガス入口
１２ 高温排ガス出口
２０ レール
２１ 車輪
２５ 台車
３０ 掃引部材（チェーン）
４０ 回動フレーム
４２ アーム
６０ 高圧空気管

Claims (1)

1. 多段多列に配置された複数の伝熱管を備え、該伝熱管の外表面を通過する高温排ガスの熱エネルギーを該伝熱管内を通過する低温流体により回収する熱交換器に付設され、前記複数の伝熱管に付着する粉塵を清掃する清掃装置であって、伝熱管配設部の上側に伝熱管の管軸方向に水平移動する台車を設けて、該台車に軸回りに回動自在な回動フレームを設け、上下方向の複数のフレキシブルな掃引部材の上端部を前記台車に設けた回動フレームにそれぞれ取り付け、該複数の掃引部材の下端部は伝熱管配設部の下側に設けた棒状連結部材にそれぞれ取り付けることによって、前記台車の移動により掃引部材が伝熱管の側面を擦って移動するように構成するとともに、前記回動フレームの外周部に半径方向に突出するアームを設け、熱交換器のケーシングには、台車がその移動範囲の端部に達した時に前記アームに当接して該アームを回動させる係合部材を突設し、該係合部材でアームを介して回動フレームを軸回りに回転させることにより、該回動フレームに取り付けられている掃引部材を上向きに移動させるように構成したことを特徴とする熱交換器における伝熱管の清掃装置。

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