JPH0435751Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は溶鉱炉、金属等熔解炉、高温乾燥炉、
熱処理炉、熱風発生炉、焼成炉、焼却炉等の炉な
どの排熱回収に利用される熱交換器に関する。

〔従来技術及び課題〕

熱交換器は、熱交換要素ないしは本体に所定の
金属配管、ハウジング等を組付け、この組付け体
を金属架台を介して、耐火物からなる炉壁等炉構
造体とは別体の構造物として高熱壁に接してまた
はその近傍に取付けて構成するのが通例である。

しかし、金属配管、ハウジング、架台等が存在
するので、これらの各部材から外部への放熱によ
る熱損失が生じ、熱交換効率が低下する。しか
も、処理能力を増大する等のため複数に熱交換器
を取付ける必要がある場合、金属配管、架台等が
複雑となり、組付自体が非常に煩雑となる他、各
部材からの熱損失が大きく、熱交換効率が極めて
低いものとならざるを得ない。

更に、近時各種セラミツクのその熱のサイクル
下での優れた耐久性により、およびそれらセラミ
ツクの比較的複雑な形状の成形加工技術の進歩と
相まつてセラミツクからなる熱交換要素も提案さ
れてきている。しかし、セラミツク熱交換要素を
通常のように金属ハウジング、ダクト、架台等に
組付けた場合、金属とセラミツクとの熱膨張差に
よるリークを配慮する必要があり、そのリーク防
止のため、断熱用の弾性シール手段を介在させる
等特殊な技術を必要とする事態を生じた。

又、金属性熱交換器を側壁、天井、あるいは煙
道などの炉体の各部に組みこませることはその耐
熱性、耐腐蝕性などの点でも技術上困難が大き
い。即ち、金属熱交換器をセラミツクの炉壁等炉
構造体に部分的に組込んだ場合、著しい熱伝導率
の局部的増大に伴ない、炉内の温度分布の甚しい
不均一および温度分布制御の困難性を生ずる。

本考案の目的は、熱交換機能を有する築炉材
料、換言すれば、炉の形状、排気処理量等の諸条
件にあわせて、炉体の構造体の一部としても配設
可能な熱交換用炉体を提供することにある。

更に本考案の目的は、熱損失が少なく熱交換効
率に優れ、炉に簡便に組付けられるコンパクトな
熱交換用炉体を開発することにある。

〔課題の解決手段〕

本考案は上述の課題を下記手段によつて解決す
る。

互いに隔壁をもつて区画された第１の流路群及
び同様な第２の流路群を交互に積層して形成した
セラミツク熱交換単位ブロツクと、 該熱交換単位ブロツクを内部立体空間に収容す
ると共に少くとも一つの流路群の開口端面の周囲
を少くとも囲繞して構成され、炉壁、煙道等の耐
熱壁に埋設ないし直結して配設可能な単位ユニツ
トを形成するセラミツクフレーム構造体とから成
ることを特徴とする熱交換用炉体。

かかる本考案の構成によれば、フレームないし
は熱交換用炉体が単位ユニツトを構成し、その単
位ユニツト自体が炉壁、煙道壁等の耐火物（通
例、耐火レンガ）高熱壁の少なくとも一部を構成
し、又は該耐火物高熱壁に連続して一体形成され
た部分を構成することができる。

〔好適な実施態様〕 熱交換単位ブロツクとしては、それ自体公知の
ものを用いることができ、耐熱性材料（セラミツ
クス）から成り、互いに隔壁をもつて区画された
第１、第２の流路群を積層配設したものである。
その一例は、複数のリブ又はフインを、積層配置
した板状体間に備えて交互に第１、第２流路群を
積層形成したものである。

第１、第２流路群は互いに交叉して形成でき、
好ましくは、直交して形成する。隔壁ないしリ
ブ、フインは、強度保持と共に熱交換壁の機能を
有する。

例えば、特開昭56−121999，56−146997に開示
されたものは、熱交換単位ブロツクとして本考案
に用いることができる。

この様にして形成された２群の流路の１群に冷
却を要する炉からの排気、他の１群に冷却用の流
体（通常は空気）を流すことによつて熱交換が行
なわれ、排熱が回収される。

熱交換単位ブロツクは、形状的限定を受けない
が、通常簡単な立方体又は直方体の形状をとる。
その他円柱状、三角柱状、台形断面の６面体、多
角柱状、その他の形状を必要に応じて選ぶ。また
リブ付板を規則的にずらして積層させることによ
り平行六角面体とすることもできる。或いは、リ
ブ付板の寸法を順次小さくして積層させ作られた
四角錐の頂部をその底面の平行な面で切つた切頭
六角体としてもよい。この形の単位ブロツクは炉
の曲面を構築するのに便利である。

熱交換単位ブロツクは耐熱性のセラミツクによ
り製造する。セラミツクとしては耐火性、特に熱
衝撃に強いものを用い、例えばコージエライト
（2MgO・2Al₂O₃・5SiO₂）、β−スポジユーメン
（Li₂・Al₂O₃・4SiO₂）炭化ケイ素（SiC）、窒化
ケイ素（Si₃N₄）などがあげられる。

この熱交換単位ブロツクはその構造上、築炉材
料として必要不可欠な耐荷重性を有していない。
本考案ではこれに、荷重支持体としてセラミツク
製フレーム構造体を組み合せ又は一体化して炉材
とする。

このフレーム構造体は、熱交換単位ブロツクの
各流路群の開口面をできるだけ閉塞しないよう、
単位ブロツクの稜端部の外側に配設し、この稜端
部を囲繞するように、即ち、少くとも一つの流路
群の開口端面の周囲を囲繞するように、構成され
る。この構成により、フレーム構造体の内部空間
内に熱交換単位ブロツクを安全に保持できる。

フレーム構造体は、耐火材料特に耐火レンガ材
料により製造するが、内部に熱交換単位ブロツク
を装着するため、好ましくは少くとも２つの部材
から一つの単位ブロツクを囲む一つのフレーム構
造体ユニツトを構成する。このユニツトを各種組
合せて、炉体の一部を構成するよう他の炉材の間
に配設して、炉体ないし炉壁（この場合、炉壁は
側壁、床、アーチ等の天井壁を含めて言う）を構
成する。

このユニツトの組み方（ないし分割の仕方）
は、各種あり、一つの熱交換単位ブロツクが、そ
れに配属されたフレーム構造体部材により囲まれ
るよう、或いは、隣接の単位ブロツクと共有して
配属されたフレーム構造部材により囲まれるよう
構成することができる。分割に際しては荷重の方
向、耐力の大きさ、組立て及び製造の便宜を考慮
する。

フレーム構造体の最も単純なものは耐火レンガ
で作られ、単位ブロツクの面に開口している流路
をできるだけ閉塞しないような形状にフレーム構
造体を構成し、築炉材料として必要最小限の耐荷
重性をもたせる。特に、各稜端部をフレーム構造
体で囲むように構成することにより、熱交換単位
ブロツクを荷重からほぼ完全に解放できると共に
第１流路群及び第２群流路に隔絶するシール部を
形成することができる。

アーチ天井に用いる場合、フレーム構造体は、
アーチ組みの一部を構成するような構造とするこ
とが好ましく、或いは、炉体の曲つた部分に配設
する場合、同様な曲りに対応した構造をとる。そ
の他の場合、通例簡単な六面体（長方形、立方体
等）のフレーム組みをなすをもつて足りる。

このフレーム構造体をもつて外囲を構成した熱
交換用構造体は、一つのユニツト単独で、或いは
好ましくは多数のユニツトを組合せて用い、後者
の場合一つのユニツト或いは連続して並列組立て
たユニツト群をもつて、熱交換の各パスを構成す
る。

各パスの組立て方は、本考案によれば夫々の自
由度が得られ、炉体を構成する構造体部材と同様
に用いることができる。典型的な炉体構造体は耐
火レンガである異形レンガ或いはキヤスタブル耐
火物、その他断熱性材料と組合せて用いることも
可能である。

以下図面を参照して本考案の好ましい実施態様
について説明する。

第１図〜第４図に本考案に係る構造体の構成要
素である熱交換単位ブロツクの構成の数例を示
す。第１図に示す矩形プレート１はプレート１の
一方の面から垂直に突出した複数の平行リブ２を
有して成る。このプレート１はセラミツク材料か
ら構成され、リブ２の延長方向が交互に90°ずつ
異なるように複数積み重ねられ、第４図に示すよ
うな熱交換単位ブロツク１０を形成する。

第２図に示す矩形中空プレート３は内部空間が
平行に配置された多数の仕切壁４によつて仕切ら
れ、一方向に貫通された複数の流路５が形成され
ている。この中空プレート３の上面には外方に尖
つた断面Ｌ字又はＶ字状の細長いリブ６が前記流
路方向に対して交差方向に延長している。この中
空プレート３も積み重ねて第４図と同様な形状の
直方体又は立方体状の熱交換単位ブロツク１０と
することができる。

第３図に示す中空プレート３′も第２図の中空
プレート３とほぼ同じであるが、両面に帯状のリ
ブ２が設けられている点が異なる。

第４図に示す熱交換単位ブロツク１０は、第１
図に示すリブ付プレート１を積み重ねたものであ
り、リブ間に形成される流路方向は、Ａ−Ｂ方向
とＣ−Ｄ方向にそれぞれ延長して直交する。第１
流路群と第２流路群を形成する直交流式熱交換器
が得られる。第１図のプレート１と同様に第２
図、第３図の中空プレート３，３′を積み重ねて
も同様な単位ブロツク１０が形成されるがそのと
き１つの流路群は中空プレート３，３′の内部に
仕切壁４を挾んで形成され、他の流路群はこれと
直交してリブ２，６の間に、かつ隣接板ないし中
空プレートとの間に形成される。

この熱交換単位ブロツク１０は、ハウジングと
もなるフレーム構造体と共に熱交換用構造体ユニ
ツト２０を構成し、このユニツトは前後、左右、
上下に適宜積み重ねて使用できる。即ち、この熱
交換用構造体は、使用目的、使用条件（処理排気
量、排気温度など）にあわせて必要数の熱交換単
位ブロツク１０を適宜配置することができる。

熱交換単位ブロツクはフレーム構造体に対し接
着したり融着したり或いは溶接したりして完全に
一体化してもよいが、部分的に固定するか或いは
単に組立てた形で支持することもできる。但し処
理排気ガス／空気流路の隔壁部をなす部分は適宜
シール手段を施す。

第５Ａ図に示す熱交換用構造体ユニツト２０
は、単位ブロツク１０の稜端部を底なしマス形の
フレーム構造体１２で囲み、積み重ねたもので矢
印Ｈ及びＶ方向に流路群が形成される。

第５Ｂ図に第５Ａ図のユニツト２０を組合せた
熱交換用構造体の一例を示し、互いに切れ目をず
らせて分割構成したフレーム構造体１１ａ，１
１′ａを含む。

第６〜８図は、炉体、煙道等の天井部ないしア
ーチに配設するに適した熱交換用構造体３０，５
０，６０を示す。第６図の構造体３０は、単位ブ
ロツク１０が垂直方向に連続するようユニツト２
０を支持するフレーム構造体１５ａを含む。この
フレーム構造体１５ａは図示するように炉壁（ア
ーチ）１５に結合して組立てられ炉壁１５から上
方に延長する垂直壁部分１３（１３ａ，１３ｂ）
より横方向に延長する水平部１４（１４′ａ，１
４″ａ，１４′ｂ，１４″ｂ，１４ｂ，１４′ｃ，
１４″ｃ）を含み、フレーム構造体１１，１２と
ともに単位ブロツク１０及び構造物の荷重を支え
ている。また図の手前側及び後側の炉壁（フレー
ム構造体）１５で流路をシールするとともに単位
ブロツクを支える一部ともなつている。炉からの
排ガスは単位ブロツクの一方の流路群および支持
体水平部１４に形成された孔１６を通つて矢印Ａ
方向に上昇しつつ冷却される。

一方、熱を受ける冷却ガスは、入口１７から矢
印Ｂで示すようにフレーム構造体１５ａで区画さ
れた空間と単位ブロツク１０内の流路群を蛇行し
て上昇し出口２１から加熱されて出る。処理量の
少い場合にはユニツト２０で構成する代りに第５
Ａ図に示すような単位ブロツク１０で構成するこ
とを妨げない。

第７図に示す構造体５０は、基本的には、第６
図のものと同じであるが、炉１５の排ガスＡの方
が蛇行し、冷却ガスＢは直進して互いに２パスを
形成する。

上述の構造体２０Ａ，３０，５０は、熱交換用
構造体ユニツト２０（従つて熱交換単位ブロツク
１０）を垂直および／または水平方向に直線状に
配置するものであるが、第８図に示す構造体６０
は、立方体状の熱交換単位ブロツク１０の間に略
クサビ形のフレーム構造体１８をアーチレンガに
代えて挿入してアーチ状の構造にするものであ
る。この場合隣接するフレーム構造体１８の各側
面の間に単位ブロツク１０の流路群が開口する矩
形孔を形成する切欠き１９を構成してもよく、
Ｘ，Ｙ方向に、図示するようなフレーム構造体１
８を重ね合わせてもよいが、いずれにしても複数
のガスのパスが形成される。図示した構造体は特
に炉天井ないし曲り壁を構成するのに適す。

一般に排気温度が500℃以上では通常の金属を
使用した安価な熱交換器が使用できず、耐熱性の
特別の装置が要求されているが、本考案の熱交換
炉材を使用して築炉すれば、この前段階としての
排熱回収により、排気を500℃以下に落すことが
多くの炉で可能となる。

〔考案の効果〕

以上の如く本考案によれば次のような種々の効
果を奏する。

(1) 熱交換用炉体は、それ自体が単位ユニツトと
して炉等の高熱壁の少なくとも一部を構成しな
いしは炉壁材料である耐火物（レンガ）と置換
でき、又は高熱壁に連続して一体形成された部
分を構成し得る。その場合、セラミツク構造体
は一般に耐熱性に優れているので、1000℃以上
の高温雰囲気であつても熱交換単位ブロツクを
確実に保持し得、その熱交換機能を長時間安定
に発揮できる。又金属配管、架台等を大巾に省
略して、これら各部材から外部への放熱による
熱損失を著しく低減できる。従つて、炉等の排
熱の効率的な回収が可能となり、熱交換効率が
極めて優れる。

更に金属配管、架台等を削減できることは炉
全体としてのコンパクト化にも寄与できる。

(2) 熱交換用構造体の構成要素としての熱交換単
位ブロツク及びフレーム構造体がいずれもセラ
ミツクからなり、しかも通常の高熱壁材料であ
る耐火物レンガと同一ないしは近似した熱特性
特に熱膨張特性を有するので、炉壁からの熱損
失も少く、また炉内の温度分布制御も容易であ
る。またその結合部における熱膨張差により発
生する空隙からリークを軽減でき熱損失を一層
低くできる。そのため、従来のようにリーク防
止のための別途特別な工夫を必要としない。
又、セラミツクフレーム構造体自体が高熱壁を
構成するか又は高熱壁に連続して一体形成され
た部分を構成する場合には、両者の結合部その
ものが存在せず、より一層熱損失を抑える見地
で好ましい。

(3) 熱交換用炉体は高熱壁自体として、又は高熱
壁に連続させて備えられるので、高熱壁自体の
過熱防止にもなり、高熱壁の寿命を伸ばすこと
にもつながる。

(4) 熱交換用炉体は炉の形状や使用条件（排熱の
温度、処理量など）にあわせて必要数を上下、
左右、前後に接続することができる。特に大容
量の排ガス処理には有利である。ブロツクはユ
ニツトとして規格化されコスト的にも有利に生
産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、リブ付プレートを示す斜視
図、第４図はリブ付プレートを積層させた熱交換
単位ブロツクを示す斜視図、第５Ａ図は本考案の
熱交換用炉体ユニツトの一実施例を示す斜視図、
第５Ｂ図は第５Ａ図の構造体ユニツトを組立てた
熱交換用炉体の一実施例の斜視図、第６図、第７
図は、煙道に適した本考案の炉体の実施例を示す
断面図、第８図は、炉天井ないし曲り壁を構成す
るのに適したアーチ状炉体を示す斜視図、を夫々
示す。 １０……熱交換単位ブロツク、２０……熱交換
用炉体ユニツト、２０Ａ，３０，５０，６０……
熱交換用炉体、１１，１２，１５ａ，１８……セ
ラミツクフレーム構造体。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 互いに隔壁をもつて区画された第１の流路群
   及び同様な第２の流路群を交互に積層して形成
   したセラミツク熱交換単位ブロツクと、 該熱交換単位ブロツクを内部立体空間に収容
   すると共に少くとも一つの流路群の開口端面の
   周囲を少くとも囲繞して構成され、炉壁、煙道
   等の耐熱壁に埋設ないし直結して配設可能な単
   位ユニツトを形成するセラミツクフレーム構造
   体とから成ることを特徴とする熱交換用炉体。 (2) 該フレーム構造体は、前記熱交換単位ブロツ
   クの稜端部を囲繞するよう構成される請求の範
   囲第１項記載の炉体。 (3) 該フレーム構造体は、隣接の一対の熱交換単
   位ブロツクの流路群開口両端面の周囲に亘りそ
   れらを囲繞する請求の範囲第１〜２項の一に記
   載の炉体。 (4) 該フレーム構造体は、一つの流路群開口端面
   の周囲において分割された分割部分の組立体か
   ら成る請求の範囲第１〜３項の一に記載の炉
   体。 (5) 該炉体は、炉壁、煙道等の耐火物高熱壁によ
   り区画された高熱ガス流路内に配設される請求
   の範囲第１〜４項の一に記載の炉体。 (6) 該フレーム構造体は、それ自体が耐火物高熱
   壁のアーチ構造体の少くとも一部を構成する請
   求の範囲第１〜第４項の一に記載の炉体。 (7) 該熱交換単位ブロツクの第１、第２流路は互
   いに交叉して配設される請求の範囲第１〜第６
   項の一に記載の炉体。