多管式熱交換器
【課題】熱膨張によって伸縮する伝熱管の支持構造を改善し、簡単な構成で支持部からのガス漏れ等を効果的に防止する。
【解決手段】第１のガスＧ１が流入及び流出する入口２及び出口３を有する筒状のケーシング４と第２のガスＧ２が流れるとともに前記ケーシング内４をのびる複数本の伝熱管５とケーシング４の一端側に設けられかつ伝熱管の一端側を支持する第１の管板６とケーシング４の他端側に設けられかつ前記伝熱管５の他端側を支持する第２の管板７とを含み第２のガスＧ２が第１のガスＧ１と伝熱管５を介して熱交換される多管式熱交換器１である。第１の管板６と各伝熱管５の一端側とは固着される。各伝熱管５の他端側は第２の管板７にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持される。しかも、第２の管板７には伝熱管５のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管９が設けられる。
【解決手段】第１のガスＧ１が流入及び流出する入口２及び出口３を有する筒状のケーシング４と第２のガスＧ２が流れるとともに前記ケーシング内４をのびる複数本の伝熱管５とケーシング４の一端側に設けられかつ伝熱管の一端側を支持する第１の管板６とケーシング４の他端側に設けられかつ前記伝熱管５の他端側を支持する第２の管板７とを含み第２のガスＧ２が第１のガスＧ１と伝熱管５を介して熱交換される多管式熱交換器１である。第１の管板６と各伝熱管５の一端側とは固着される。各伝熱管５の他端側は第２の管板７にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持される。しかも、第２の管板７には伝熱管５のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管９が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の伝熱管を具えた多管式熱交換器に関し、詳しくは熱膨張によって伸縮する伝熱管の支持構造を改善することにより、簡単な構成で支持部からのガス漏れ等を効果的に防止しうる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１に示されるように、例えば自動車工場の塗装ライン等では、被塗装物Ｗの塗膜を早期に乾燥硬化させるために、熱風を用いた乾燥炉Ｄが用いられる。
【０００３】
前記乾燥炉Ｗは、例えば両端がエアカーテン又は扉でシールされたトンネル状に構成され、そこには、コンベヤ等で被塗装物Ｗが順次供給されかつ取り出される。また、乾燥炉Ｄには、例えば外気を熱交換器ａで約２００℃程度まで昇温させた熱風が供給される。
【０００４】
しかし、乾燥炉Ｄ内では、塗料に含まれる有機溶剤や塗料樹脂等の有害物質が揮発した臭気ガスが発生する。このような臭気ガスが大気中にそのまま放出されると、公害を引き起こす問題がある。そこで、従来では、乾燥炉Ｄから排出される臭気ガス（通常、約１５０℃程度）は、例えば、熱交換器ｂ及び脱臭炉Ｍを含むガス脱臭システムＳで臭気ないし有害物が除去されて外気に放出される。
【０００５】
即ち、臭気ガスは、熱交換器ｂにて予め約３００℃以上に予熱され、しかる後、脱臭炉Ｍへと送給される。脱臭炉Ｍでは、臭気ガスが約８００℃近くまで加熱される。これにより、臭気ガスから有機物が分解ないし無害化され、非臭気ガスとして排出される。
【０００６】
無害化された高温の非臭気ガス（出口温度で約７５０℃程度）は、再び、前記熱交換器ｂへと送られ、そこで、臭気ガスを前記予備加熱するための熱エネルギーが取り出される。また、熱交換器ｂを経由した非臭気ガスは、さらに熱交換器ａを経由し、乾燥炉Ｄへ供給される外気加熱用の熱エネルギーが取り出される。これらの熱交換の後、非臭気ガスは外気へと排出される。
【０００７】
ところで、前記熱交換器ｂには、臭気ガスと非臭気ガスとが混合しないように、多管式熱交換器が多用される。
【０００８】
多管式熱交換器は、例えば図８に示されるように、第１のガスＧ１（この例では臭気ガス）が流入及び流出する入口ｆ及び出口ｇを有する筒状のケーシングｈと、第２のガスＧ２（この例では非臭気ガス）が流れるとともにケーシングｈ内をのびる複数本かつパイプ状の伝熱管ｒ…と、ケーシングｈの一端側に設けられかつ伝熱管ｒの一端側を支持する支持孔を有する前後の管板ｊ、ｋとを含んで構成されている。なお、符号ｅは、第１のガスＧ１を入口ｆから出口ｇ側に案内するとともに伝熱管ｒの中間部を支持する仕切り板である。従って、伝熱管ｒを流れる第２のガスＧ２は、ケーシングｈ、前後の管板ｊ及びｋで囲まれた空間を流れる第１のガスＧ１と伝熱管を介して熱交換される。関連する文献としては、次のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−５３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、多管式熱交換器では、伝熱管ｒとケーシングｈとの熱膨張による伸びに差が生じる。具体的には、伝熱管ｒがケーシングｈに比して軸方向及び径方向に大きく伸びる。従って、従来の多管式熱交換器では、このような伸びの差を吸収して熱交換器を保護するために、様々な改善が試みがなされている。
【００１１】
例えば図９（ａ）に示されるものでは、各伝熱管ｒは、前後の管板ｊ、ｋとそれぞれ溶接固着される一方、ケーシングｈの前後には、伸縮継手ｍが前後に設けられている。この実施形態では、伝熱管ｒとケーシングｈとの伸び差（径方向及び軸方向）を、伸縮継手の変形によって吸収することを期待するものである。
【００１２】
しかしながら、前管板ｊと伝熱管ｒとの溶接部ｎは、第２のガスＧ２（高温側）によって常時高温に加熱されるため、該溶接部ｎが熱疲労によって破損しやすいという問題がある。また、伸縮継手ｍは、ケーシングｈ等の重量物を支持する場合や、耐熱性と気密性とが必要であるため、それなりの剛性、耐熱性及び気密性が必要である。このため、伸縮継手ｍは、十分な柔軟性ないし伸縮性能が発揮できない場合があり、また、この継手部分に伸縮による繰返し応力が集中してクラック等が発生しやすいという欠点があった。
【００１３】
このような問題を解決するために、図９（ｂ）に示されるように、例えば、伝熱管ｒが、前側の管板ｊに溶接固着される一方、後側の管板ｋには溶接することなくスライド可能に支持された構造も提案されている（溶接位置を逆としても良い。）。この実施形態では、ケーシングｈとは関係なく伝熱管ｒが伸びることができるため、上述の伸縮継手ｍを設ける必要が無い。
【００１４】
しかしながら、この実施形態では、後側の管板ｋと伝熱管ｒとの間に隙間が形成されるので、第１のガスＧ１（この例では臭気ガス）が第２のガス（この例では非臭気ガス）と共に大気へ放出され、公害を招くおそれがある。
【００１５】
なお、伝熱管ｒと管板ｋとの前記隙間からのガスの流出を防止するためのパッキン及びパッキン押さえ板等（いずれも図示省略）を設けることも提案されている。しかしながら、このような実施形態においても、パッキンが高温ガスに曝される結果、短期に焼損し易く、十分な効果が発揮されていないのが現状である。
【００１６】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出されたもので、熱膨張によって伸縮する伝熱管の支持構造を改善することにより、簡単な構成でガス漏れ等を効果的に抑制しうる多管式熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のうち請求項１記載の発明は、第１のガスが流入及び流出する入口及び出口を有する筒状のケーシングと、第２のガスが流れるとともに前記ケーシング内をのびる複数本かつパイプ状の伝熱管と、前記ケーシングの一端側に設けられかつ前記伝熱管の一端側を支持する第１の管板と、前記ケーシングの他端側に設けられかつ前記伝熱管の他端側を支持する第２の管板とを含み、前記第２のガスが、前記ケーシング、第１の管板及び第２の管板で囲まれた空間を流れる前記第１のガスと前記伝熱管を介して熱交換される多管式熱交換器であって、前記第１の管板と前記各伝熱管の前記一端側とが固着される一方、前記各伝熱管の他端側は、前記第２の管板にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持され、しかも前記第２の管板に、該第２の管板からはみ出した伝熱管のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管が設けられたことを特徴とする。
【００１８】
また請求項２記載の発明は、前記誘導管は、前記第２の管板の他端側の面に突き合わされかつ第２の管板と溶接固着される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００１９】
また請求項３記載の発明は、前記誘導管は、前記ケーシングに固定された支持金具によって前記第２の管板の他端側の面に突き合わされて保持される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２０】
また請求項４記載の発明は、前記第２のガスは、前記第１のガスが前記伝熱管と前記誘導管との隙間から漏れ出るのを防ぐ流速で前記第２の管板側から第１の管板側に送給される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２１】
また請求項５記載の発明は、請求項４に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、前記第１のガスが臭気ガスであり、前記第２のガスは、前記第１のガスを前記脱臭路を経由させた第１のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システムである。
【００２２】
また請求項６記載の発明は、前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記一端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２３】
また請求項７記載の発明は、前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記他端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２４】
また請求項８記載の発明は、前記第２のガスは、該第２のガスが、前記伝熱管と前記誘導管との隙間から、第１の管板と第２の管板との間に漏れ出るのを防ぐ流速で前記第１の管板側から第２の管板側に送給される請求項６又は７に記載の多管式熱交換器である。
【００２５】
また請求項９記載の発明は、請求項８に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、前記第２のガスが臭気ガスであり、前記第１のガスは、前記第２のガスを前記脱臭路を経由させた第２のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システムである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の多管式熱交換器によれば、第１の管板と前記各伝熱管の一端側とが固着される一方、各伝熱管の他端側は、第２の管板にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持さる。しかも、第２の管板に、該第２の管板からはみ出した伝熱管のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管が設けられる。
【００２７】
このような支持構造は、ケーシングとは無関係に伝熱管の伸びを許容させることができる。従って、熱交換時の伝熱管の伸び等により、熱交換器にに大きな内部応力が作用することがない。また、伝熱管の他端側は、管板のみならず誘導管によっても支持されるため、軸方向に長い距離で支持されることになる。これは、ガスが漏れ出す際の経路を長くして流動抵抗を増加させ、ガス漏れを抑制するのに役立つ。また、伝熱管の熱膨張により、誘導管と伝熱管との間の隙間が小さくなり、かつ、接触長さが長くなり、ガスの漏れ出しを更に抑制しうる。
【００２８】
また、請求項２記載の発明のように、誘導管が、第２の管板の他端側の面に突き合わされかつ該第２の管板と溶接固着された場合には、この突き合わせ部からのガス漏れを抑制するのに役立つ。
【００２９】
また、請求項３記載の発明のように、誘導管は、前記ケーシングに固定された支持金具によって前記第２の管板の他端側の面に突き合わされて保持させても良い。この実施態様では、伝熱管と管板との溶接を不要とし、生産性が向上する。
【００３０】
また、請求項４記載の発明のように、前記第２のガスは、前記第１のガスが前記伝熱管と前記誘導管との隙間から漏れ出すのを防ぐ流速で前記第２の管板側から第１の管板側に送給させることができる。つまり、第２のガスの流速を高めることによって、伝熱管と前記誘導管との隙間から第１のガスが漏れ出すのを防止させ得る。
【００３１】
また、請求項５記載の発明のように、請求項４に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、第１のガスが臭気ガスであり、かつ、第２のガスが、前記第１のガスを前記脱臭路を経由させることにより第１のガスよりも高温の非臭気ガスであるときには、臭気ガスが誘導管側へ漏れ出すのを効果的に抑制しうるシステムを提供できる。
【００３２】
さらに、請求項６記載の発明のように、前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記一端側の面で溶接されても良いし、請求項７記載の発明のように、第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記他端側の面で溶接されても良い。これにより、誘導管と第２の管板とをより確実に固着することができる。
【００３３】
また、請求項８記載の発明のように、請求項６又は７の構造において、伝熱管を通る第２のガスは、該第２のガスが、伝熱管と誘導管との隙間から、第１の管板と第２の管板との間に漏れ出るのを防ぐ流速で前記第１の管板側から第２の管板側に送給させることが望ましい。
【００３４】
さらに、請求項９記載の発明のように、請求項８に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、前記第２のガスが臭気ガスであり、前記第１のガスは、前記第２のガスを前記脱臭路を経由させた第２のガスよりも高温の非臭気ガスとしたときには、臭気ガスがケーシング側に漏れ出すことを効果的に抑制しうる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態の多管式熱交換器を用いたガス脱臭システムのレイアウト図である。
【図２】本実施形態の多管式熱交換器の断面図である。
【図３】その平面図である。
【図４】本実施形態の多管式熱交換器の斜視図である。
【図５】本実施形態の伝熱管と管板との支持構造を説明する拡大図である。
【図６】他の実施形態の伝熱管と管板との支持構造を説明する拡大図である。
【図７】他の実施形態の伝熱管と管板との支持構造を説明する拡大図である。
【図８】従来の多管式熱交換器の断面である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の一形態が、図１に示したガス脱臭システムの熱交換器ｂとして好適に用いられる態様を例に挙げて図面に基づき説明される。
【００３７】
図２〜４に示されるように、本実施形態の多管式熱交換器１は、第１のガスＧ１が流入及び流出する入口２及び出口３を有する筒状のケーシング４と、第２のガスＧ２が流れるとともに前記ケーシング４内をのびる複数本の伝熱管５と、前記ケーシング４の一端４ａ側（図２において左側）に設けられかつ伝熱管５の一端５ａ側を支持する第１の管板６と、ケーシング４の他端４ｂ側（図２において右側）に設けられかつ伝熱管５の他端５ｂ側を支持する第２の管板７とを含んで構成される。
【００３８】
この実施形態の多管式熱交換器１は、第１のガスＧ１が有機物等を含んだ臭気ガス（約１５０℃）であり、第２のガスＧ２が、図１の脱臭路Ｌを経由させることにより、第１のガスＧ１よりも高温（約７５０℃）かつ無害化された非臭気ガスの場合を示す。
【００３９】
前記ケーシング４は、本実施形態では水平方向に長い例えば略直方体状で構成され、ベース材１１を介して床面に設置される。また、ケーシング４の外側面は、適宜ロックウール等の断熱材１０によって外部保温が図られている。但し、ケーシング４は、円筒状にも形成できる。
【００４０】
また、本実施形態のケーシング４には、その上面に、ほぼ矩形状の開口部を有して上向きにのびる入口２及び出口３が左右に並設されている。これらの入口２及び出口３には、第１のガスＧ１を案内するダクトがパッキン等を介してそれぞれ接続される（いずれも図示省略）。
【００４１】
さらに、ケーシング４の水平方向の一端４ａ側及び他端４ｂ側の開口には、第１の管板６及び第２の管板７により閉塞されている。また、ケーシング４の内部には、仕切板８が設けられる。該仕切板８は、前記入口２と出口３との間でケーシング４の内部を２つの空間に分断するように上下にのびており、かつ、ケーシング４の底面Ｂに達することなくその手前で終端している。これにより、入口２から送給された第１のガスＧ１は、ケーシング４内を、仕切板８の下端と底面Ｂとの間を通って向き変えし前記出口３へと向かう側面視略Ｕ字状に流れる。
【００４２】
なお、ケーシング４には、例えば開閉可能な蓋体で覆われた点検口３０が底部側に設けられる。また、ケーシング４の一端４ａ側には、下流側の熱交換器ａ（図１に示す）に接続するための接続部Ｊが設けられている。
【００４３】
前記伝熱管５は、図４に良く表されているように、断面円形のパイプからなり、互いに離間させつつ比較的密なピッチで多段多列に配置されている。これにより、伝熱管５、５間に、第１のガスＧ１が通る空隙が形成される。
【００４４】
図５には、前記第１の管板６及び第２の管板７の要部拡大図が示される。各管板６及び７は、いずれもケーシング４の一端４ａ側及び他端４ｂ側の開口を閉じる板状をなすとともに、各伝熱管５の端部が挿入される円形の支持孔１２、１３が多数形成されている。
【００４５】
このような多管式熱交換器１は、伝熱管５を流れる高温の第２のガスＧ２が、ケーシング４、第１の管板６及び第２の管板７で囲まれた空間ｉを流れる相対的に低温の第１のガスＧ１と伝熱管５を介して熱交換し第１のガスＧ１を昇温させる。
【００４６】
第１の管板６の支持孔１２は、伝熱管５の外径と実質的に同一かこれよりも僅かに大きい径を有している。そして、本実施形態では、第１の管板６の支持孔１２に伝熱管５の一端５ａが内側から差し込まれるとともに、外側にはみ出す伝熱管５の一端５ａが、第１の管板６の前記一端側の面である外側面６ｏに溶接にて固着されている。これにより、第１の管板６と、伝熱管５とはほぼ気密に固着される。
【００４７】
また、第２の管板７にも、第１の管板６の支持孔１２と向き合う位置に、伝熱管５の外径と実質的に同一かこれよりも僅かに大きい径を有する支持孔１３が形成されている。そして、伝熱管５の他端５ｂは、この支持孔１３にスライド可能に挿入されて支持されている。つまり、伝熱管５の他端側５ｂは、第２の管板７と溶接固着されていない。
【００４８】
このような支持構造においては、伝熱管５が、第２の管板７にてルーズに支持されているため、伝熱管５の熱膨張による伸びが拘束されることがない。従って、管板６、７間ないしケーシング４に対して過度の応力を生じさせることがないので、ケーシング４に伸縮継手を設ける必要が無く、装置を低コストで製造できる。また、伸縮継手を有しないため、該伸縮継手で生じがちであったクラック等の発生を防ぎ、耐久性を向上することもできる。また、伝熱管５は、第２の管板７から抜き取ることができるので、伝熱管５の全部ないし一部を交換や、高温側に曝される第２の管板７の保守等、解体等を容易に行うことができる点でも好ましい。
【００４９】
また、第２の管板７には、誘導管９が設けられている。該誘導管９は、第２の管板７からはみ出す伝熱管５のはみ出し部５Ｈよりも大きい長さＬ２を有し、かつ、該はみ出し部５Ｈの外径ｄ１に近似した内径ｄ２（ｄ２≧ｄ１）を有して該はみ出し部５Ｈをスライド可能に内挿している。また、本実施形態の誘導管９は、第２の管板７の前記他端側の面である外側面７ｏに溶接にて固着されている。また、伝熱管５の他端５ｂと誘導管９との重なり長さは符号Ｌ１で表されている。
【００５０】
このような誘導管９は、伝熱管５と密に装着されるとともに、十分に大きい重なり長さＬ１を有するため、両者の隙間から第１のガスＧ１が漏れ出すときの流動抵抗を大きくし、ひいては漏れ量を皆無ないし微量に抑制することができる。特に、伝熱管５が温度上昇により伸びた場合、誘導管９と伝熱管５との接合面積はさらに大きくなる。これは、第１のガスＧ１が、前記隙間から漏れ出す際の流動抵抗をより大きくし、漏れ量をさらに制限するのに役立つ。
【００５１】
前記重なり長さ（この実施形態では、はみ出し部５Ｈの長さに等しい。）Ｌ１や、誘導管９の長さＬ２（いずれも常温時の長さとする）は、特に限定されるものではないが、小さすぎると、両管の接合面積が低減し、これらの間から第１のガスＧ１が漏れやすくなる。このような観点より、前記重なり長さＬ１は、好ましくは２０mm以上、より好ましくは３０mm以上が望ましい。また、誘導管９の長さＬ２は、好ましくは、前記重なり長さＬ１の２倍以上が望ましい。
【００５２】
なお、前記重なり長さＬ１や、誘導管９の長さＬ２が大きすぎると、装置が著しく大型化したり、生産性が悪化するおそれがある。このような観点より、前記重なり長さＬ１は、好ましくは５０mm以下、より好ましくは４０mm以下が望ましい。同様に、誘導管９の長さＬ２は、好ましくは、はみ出し部５Ｈの長さＬ１の５倍以下が望ましい。
【００５３】
また、誘導管９の内径ｄ２は、はみ出し部５Ｈの外径ｄ１（即ち、伝熱管５の外径）の例えば１０５〜１１０％、より好ましくは１０６〜１０９％であるのが望ましい。前記誘導管９の内径ｄ２が、はみ出し部５Ｈの外径ｄ１の１０５％未満であると、伝熱管５の熱膨張時に伸びを拘束するおそれがあり、逆に１１０％を超えると、両者の間の隙間が大きくなって、そこから第１のガスＧ１が漏れ出るおそれがある。
【００５４】
また、本実施形態の多管式熱交換器１では、高温の第２のガスＧ２により、伝熱管５のはみ出し部５Ｈは、その回りを囲む誘導管９よりも高温に加熱される。その理由は、高温の第２のガスＧ２が誘導管９側から送給されるので、伝熱管５のはみ出し部５Ｈは、他端５ｂ側の端面５ｂ１及び内周面５ｂ２が第２のガスＧ２で直接加熱されるのに対し、はみ出し部５Ｈの外側の誘導管９は、該はみ出し部５Ｈを介して加熱されるためである。この結果、はみ出し部５Ｈの径方向の伸びが、誘導管９の径方向の伸びよりも大きくなり易く、ひいては両者の間の隙間をさらに減じることができる。従って、本実施形態の多管式熱交換器１では、使用につれて、第１のガスＧ１が前記隙間から漏れ出す際の流動抵抗をより大きくしてガスの漏れを確実に抑制できる。
【００５５】
なお、伝熱管５及び誘導管９は、例えば同一の金属材料で構成することができ、例えば耐熱性を高めたＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼が好適に用いられる。但し、誘導管９には、伝熱管５よりも熱膨張率の小さい金属材料が採用されても良い。
【００５６】
また、本実施形態では、第２のガスＧ２の流速が相対的に高く設定される。これは、伝熱管５のはみ出し部５Ｈに摩擦熱を生じさせ、該はみ出し部５Ｈをさらに加熱して誘導管９との接合隙間をさらに小さくするのに役立つ。また、第２のガスＧ２の高い流速によって、伝熱管５と誘導管９との隙間から第１のガスＧ１が漏れ出るのを押さえ込むことができる。一例として、本実施形態では、第２のガスＧ２の流速が約３０ｍ／ｓ程度に調節される一方、第１のガスＧ１の流速は、その半分ないしそれ以下に設定されている。このような流速バランスは、第１のガスＧ１が伝熱管５と誘導管９との間の接合隙間から誘導管９側に漏れ出すのを効果的に防止しうる。
【００５７】
また、伝熱管５と誘導管９と接合隙間から第１のガスＧ１が誘導管９側に仮に漏れ出た場合でも、その量は甚だ微量であり、かつ、漏れ出た第１のガスＧ１は、高温加熱された第２のガスＧ２とともに誘導管９及び伝熱管５のはみ出し部５Ｈを流動し、その途中で脱臭されて伝熱管５の中を通り他の脱臭ガスと共に大気へ放出され得る。
【００５８】
なお、前記伝熱管５は、上述の通り、比較的密なピッチで配列されている。このため、誘導管９と第２の管板７との溶接は、非常に狭いスペースで行わねばならず、生産性においてやや難がある。従って、例えば図６に示されるように、誘導管９の第２の管板７側の端面９ａは、該第２の管板７と溶接することなく、第２の管板７とほぼ平行にのびる支持板１５で保持させることもできる。
【００５９】
前記支持板１５には、誘導管９を密に挿入しかつ固着しうる支持孔１６が形成される。そして、支持板１５の周囲は、ケーシング７の内面に固着される（図示省略）。これにより、誘導管９の端面９ａを、第２の管板７の外側の面７ｏに当接させることができる。なお、誘導管９の支持板１５から外側にはみ出す長さを小としたときには、支持板１５と誘導管９とをその外側で溶接することもできる。
【００６０】
以上のような多管式熱交換器１は、上述のガス脱臭システムＳにおいて、好適に利用することができる。
【００６１】
本実施形態の多管式熱交換器１では、さらに種々の変更が可能である。
例えば、図２及び図４に示されるように、第２の管板７に近接して補助管板２０を設けることができる。これにより、ケーシング４内に、第１のガスＧ１が、仕切り板８と補助管板２０との間から出口３に向かう主流路Ａ１と、補助管板２０と第２の管板７との小隙間から出口３に向かう補助流路Ａ１とが区分される。また、ケーシング４には、伝熱管５が設けられた熱交換部よりも底部側、かつ、本実施形態では図２における背面側に、第１のガスＧ１が流入するバイパス口２２が設けられる。さらに、ケーシング４の内部には、このバイパス口２２から流入する第１のガスＧ１を前記補助流路Ａ２に導くダクト部２３が設けられている。また、補助管板２０は、伝熱管５を補助的に支持して、伝熱管の変形を抑える。これにより、伝熱管５は、誘導管９内をより一層円滑にスライドすることができる。さらに、管板７の放射熱を全面に投影、反射して管板７の温度を低減する役目を果たす。
【００６２】
伝熱管５の第２の管板７側には、約７５０℃と非常に高温の第２のガスＧ２が供給される。従って、第２の管板７やその近傍の伝熱管５は、比較的早期に熱疲労が進行しやすい。そこで、例えば、伝熱管５と実質的に熱交換がなされていない相対的に低温の第１のガスＧ１を、前バイパス口２２から取り込みかつこれを補助流路Ａ２に直接導くことにより、第２の管板７及びその近傍の伝熱管５を効果的に冷却することができる。これにより、熱交換器の耐久性を向上させることができる。
【００６３】
上記実施形態では、第１のガスＧ１が臭気ガス、第２のガスが脱臭炉Ｍを経由させた高温の非臭気ガスである態様を示したが、このような態様に限定されるものではなく、ガスを相互に異ならせることができる。即ち、第２のガスＧ２が臭気ガス、ケーシング４内を通る第１のガスＧ１が、前記第２のガスＧ２を脱臭路Ｍを経由させることにより第２のガスよりも高温とした非臭気ガスとしても良い。図７には、このような態様の好適な実施形態が示される。
【００６４】
図７の実施形態では、誘導管９は、第２の管板７に設けられた支持孔１３に挿入されかつ該第２の管板と溶接固着されている。具体的に述べると、誘導管９は、支持孔１３から小長さで第１の管板６側にはみ出させ、かつ、この部分が第２の管板７の内側面７ｉと溶接されている。つまり、第２の管板７の支持孔１３は、第１の管板６の支持孔１３よりも大きく形成されている。このような溶接構造は、第２の管板７と誘導管９との隙間から第１のガスが漏れ出すのを防ぐのに役立つ。ただし、誘導管９と第２の管板７とは、該第２の管板７の外側面７ｏ（他端側の面）で溶接されても良いのは言うまでもない。
【００６５】
この実施形態においても、伝熱管５と誘導管９との重なり部の長さＬ１、誘導管９の長さＬ２（いずれも常温時の長さとする）、誘導管９の内径ｄ２及びはみ出し部５Ｈの外径ｄ１（即ち、伝熱管５の外径）については、上述の好ましい範囲として記載された値がそのまま適用できる。
【００６６】
また、この実施形態では、第２のガスＧ２が、第１の管板６側から第２の管板７側へと送給される。第２のガスＧ２の流速は、少なくとも第１のガスＧ１の流速よりも大きく設定される。これにより、臭気を含む第２のガスＧ２が、伝熱管５と誘導管９との間の接合隙間から逆流してケーシング４内に漏れ出す事態を防止できる。好適な実施形態では、第２のガスＧ２は、第１のガスＧ１の流速の１．５倍以上、より好ましくは２倍以上に調節されるのが望ましい。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の態様に応用して実施することができる。例えば、本発明は、一般の空気予熱器や排ガス冷却器等に応用しうるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 多管式熱交換器
２ 入口
３ 出口
４ ケーシング内
４ａ ケーシングの一端
４ｂ ケーシングの他端
５ 伝熱管
５ａ 伝熱管の一端
５ｂ 伝熱管の他端
５Ｈ はみ出し部
６ 第１の管板
７ 第２の管板
７ｉ 内側面
７ｏ 外側面
８ 仕切板
１２ 支持孔
１３ 支持孔
２０ 補助管板
Ｇ１ 第１のガス
Ｇ２ 第２のガス
Ｍ 脱臭炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の伝熱管を具えた多管式熱交換器に関し、詳しくは熱膨張によって伸縮する伝熱管の支持構造を改善することにより、簡単な構成で支持部からのガス漏れ等を効果的に防止しうる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１に示されるように、例えば自動車工場の塗装ライン等では、被塗装物Ｗの塗膜を早期に乾燥硬化させるために、熱風を用いた乾燥炉Ｄが用いられる。
【０００３】
前記乾燥炉Ｗは、例えば両端がエアカーテン又は扉でシールされたトンネル状に構成され、そこには、コンベヤ等で被塗装物Ｗが順次供給されかつ取り出される。また、乾燥炉Ｄには、例えば外気を熱交換器ａで約２００℃程度まで昇温させた熱風が供給される。
【０００４】
しかし、乾燥炉Ｄ内では、塗料に含まれる有機溶剤や塗料樹脂等の有害物質が揮発した臭気ガスが発生する。このような臭気ガスが大気中にそのまま放出されると、公害を引き起こす問題がある。そこで、従来では、乾燥炉Ｄから排出される臭気ガス（通常、約１５０℃程度）は、例えば、熱交換器ｂ及び脱臭炉Ｍを含むガス脱臭システムＳで臭気ないし有害物が除去されて外気に放出される。
【０００５】
即ち、臭気ガスは、熱交換器ｂにて予め約３００℃以上に予熱され、しかる後、脱臭炉Ｍへと送給される。脱臭炉Ｍでは、臭気ガスが約８００℃近くまで加熱される。これにより、臭気ガスから有機物が分解ないし無害化され、非臭気ガスとして排出される。
【０００６】
無害化された高温の非臭気ガス（出口温度で約７５０℃程度）は、再び、前記熱交換器ｂへと送られ、そこで、臭気ガスを前記予備加熱するための熱エネルギーが取り出される。また、熱交換器ｂを経由した非臭気ガスは、さらに熱交換器ａを経由し、乾燥炉Ｄへ供給される外気加熱用の熱エネルギーが取り出される。これらの熱交換の後、非臭気ガスは外気へと排出される。
【０００７】
ところで、前記熱交換器ｂには、臭気ガスと非臭気ガスとが混合しないように、多管式熱交換器が多用される。
【０００８】
多管式熱交換器は、例えば図８に示されるように、第１のガスＧ１（この例では臭気ガス）が流入及び流出する入口ｆ及び出口ｇを有する筒状のケーシングｈと、第２のガスＧ２（この例では非臭気ガス）が流れるとともにケーシングｈ内をのびる複数本かつパイプ状の伝熱管ｒ…と、ケーシングｈの一端側に設けられかつ伝熱管ｒの一端側を支持する支持孔を有する前後の管板ｊ、ｋとを含んで構成されている。なお、符号ｅは、第１のガスＧ１を入口ｆから出口ｇ側に案内するとともに伝熱管ｒの中間部を支持する仕切り板である。従って、伝熱管ｒを流れる第２のガスＧ２は、ケーシングｈ、前後の管板ｊ及びｋで囲まれた空間を流れる第１のガスＧ１と伝熱管を介して熱交換される。関連する文献としては、次のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−５３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、多管式熱交換器では、伝熱管ｒとケーシングｈとの熱膨張による伸びに差が生じる。具体的には、伝熱管ｒがケーシングｈに比して軸方向及び径方向に大きく伸びる。従って、従来の多管式熱交換器では、このような伸びの差を吸収して熱交換器を保護するために、様々な改善が試みがなされている。
【００１１】
例えば図９（ａ）に示されるものでは、各伝熱管ｒは、前後の管板ｊ、ｋとそれぞれ溶接固着される一方、ケーシングｈの前後には、伸縮継手ｍが前後に設けられている。この実施形態では、伝熱管ｒとケーシングｈとの伸び差（径方向及び軸方向）を、伸縮継手の変形によって吸収することを期待するものである。
【００１２】
しかしながら、前管板ｊと伝熱管ｒとの溶接部ｎは、第２のガスＧ２（高温側）によって常時高温に加熱されるため、該溶接部ｎが熱疲労によって破損しやすいという問題がある。また、伸縮継手ｍは、ケーシングｈ等の重量物を支持する場合や、耐熱性と気密性とが必要であるため、それなりの剛性、耐熱性及び気密性が必要である。このため、伸縮継手ｍは、十分な柔軟性ないし伸縮性能が発揮できない場合があり、また、この継手部分に伸縮による繰返し応力が集中してクラック等が発生しやすいという欠点があった。
【００１３】
このような問題を解決するために、図９（ｂ）に示されるように、例えば、伝熱管ｒが、前側の管板ｊに溶接固着される一方、後側の管板ｋには溶接することなくスライド可能に支持された構造も提案されている（溶接位置を逆としても良い。）。この実施形態では、ケーシングｈとは関係なく伝熱管ｒが伸びることができるため、上述の伸縮継手ｍを設ける必要が無い。
【００１４】
しかしながら、この実施形態では、後側の管板ｋと伝熱管ｒとの間に隙間が形成されるので、第１のガスＧ１（この例では臭気ガス）が第２のガス（この例では非臭気ガス）と共に大気へ放出され、公害を招くおそれがある。
【００１５】
なお、伝熱管ｒと管板ｋとの前記隙間からのガスの流出を防止するためのパッキン及びパッキン押さえ板等（いずれも図示省略）を設けることも提案されている。しかしながら、このような実施形態においても、パッキンが高温ガスに曝される結果、短期に焼損し易く、十分な効果が発揮されていないのが現状である。
【００１６】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出されたもので、熱膨張によって伸縮する伝熱管の支持構造を改善することにより、簡単な構成でガス漏れ等を効果的に抑制しうる多管式熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のうち請求項１記載の発明は、第１のガスが流入及び流出する入口及び出口を有する筒状のケーシングと、第２のガスが流れるとともに前記ケーシング内をのびる複数本かつパイプ状の伝熱管と、前記ケーシングの一端側に設けられかつ前記伝熱管の一端側を支持する第１の管板と、前記ケーシングの他端側に設けられかつ前記伝熱管の他端側を支持する第２の管板とを含み、前記第２のガスが、前記ケーシング、第１の管板及び第２の管板で囲まれた空間を流れる前記第１のガスと前記伝熱管を介して熱交換される多管式熱交換器であって、前記第１の管板と前記各伝熱管の前記一端側とが固着される一方、前記各伝熱管の他端側は、前記第２の管板にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持され、しかも前記第２の管板に、該第２の管板からはみ出した伝熱管のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管が設けられたことを特徴とする。
【００１８】
また請求項２記載の発明は、前記誘導管は、前記第２の管板の他端側の面に突き合わされかつ第２の管板と溶接固着される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００１９】
また請求項３記載の発明は、前記誘導管は、前記ケーシングに固定された支持金具によって前記第２の管板の他端側の面に突き合わされて保持される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２０】
また請求項４記載の発明は、前記第２のガスは、前記第１のガスが前記伝熱管と前記誘導管との隙間から漏れ出るのを防ぐ流速で前記第２の管板側から第１の管板側に送給される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２１】
また請求項５記載の発明は、請求項４に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、前記第１のガスが臭気ガスであり、前記第２のガスは、前記第１のガスを前記脱臭路を経由させた第１のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システムである。
【００２２】
また請求項６記載の発明は、前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記一端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２３】
また請求項７記載の発明は、前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記他端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器である。
【００２４】
また請求項８記載の発明は、前記第２のガスは、該第２のガスが、前記伝熱管と前記誘導管との隙間から、第１の管板と第２の管板との間に漏れ出るのを防ぐ流速で前記第１の管板側から第２の管板側に送給される請求項６又は７に記載の多管式熱交換器である。
【００２５】
また請求項９記載の発明は、請求項８に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、前記第２のガスが臭気ガスであり、前記第１のガスは、前記第２のガスを前記脱臭路を経由させた第２のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システムである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の多管式熱交換器によれば、第１の管板と前記各伝熱管の一端側とが固着される一方、各伝熱管の他端側は、第２の管板にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持さる。しかも、第２の管板に、該第２の管板からはみ出した伝熱管のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管が設けられる。
【００２７】
このような支持構造は、ケーシングとは無関係に伝熱管の伸びを許容させることができる。従って、熱交換時の伝熱管の伸び等により、熱交換器にに大きな内部応力が作用することがない。また、伝熱管の他端側は、管板のみならず誘導管によっても支持されるため、軸方向に長い距離で支持されることになる。これは、ガスが漏れ出す際の経路を長くして流動抵抗を増加させ、ガス漏れを抑制するのに役立つ。また、伝熱管の熱膨張により、誘導管と伝熱管との間の隙間が小さくなり、かつ、接触長さが長くなり、ガスの漏れ出しを更に抑制しうる。
【００２８】
また、請求項２記載の発明のように、誘導管が、第２の管板の他端側の面に突き合わされかつ該第２の管板と溶接固着された場合には、この突き合わせ部からのガス漏れを抑制するのに役立つ。
【００２９】
また、請求項３記載の発明のように、誘導管は、前記ケーシングに固定された支持金具によって前記第２の管板の他端側の面に突き合わされて保持させても良い。この実施態様では、伝熱管と管板との溶接を不要とし、生産性が向上する。
【００３０】
また、請求項４記載の発明のように、前記第２のガスは、前記第１のガスが前記伝熱管と前記誘導管との隙間から漏れ出すのを防ぐ流速で前記第２の管板側から第１の管板側に送給させることができる。つまり、第２のガスの流速を高めることによって、伝熱管と前記誘導管との隙間から第１のガスが漏れ出すのを防止させ得る。
【００３１】
また、請求項５記載の発明のように、請求項４に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、第１のガスが臭気ガスであり、かつ、第２のガスが、前記第１のガスを前記脱臭路を経由させることにより第１のガスよりも高温の非臭気ガスであるときには、臭気ガスが誘導管側へ漏れ出すのを効果的に抑制しうるシステムを提供できる。
【００３２】
さらに、請求項６記載の発明のように、前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記一端側の面で溶接されても良いし、請求項７記載の発明のように、第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記他端側の面で溶接されても良い。これにより、誘導管と第２の管板とをより確実に固着することができる。
【００３３】
また、請求項８記載の発明のように、請求項６又は７の構造において、伝熱管を通る第２のガスは、該第２のガスが、伝熱管と誘導管との隙間から、第１の管板と第２の管板との間に漏れ出るのを防ぐ流速で前記第１の管板側から第２の管板側に送給させることが望ましい。
【００３４】
さらに、請求項９記載の発明のように、請求項８に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、前記第２のガスが臭気ガスであり、前記第１のガスは、前記第２のガスを前記脱臭路を経由させた第２のガスよりも高温の非臭気ガスとしたときには、臭気ガスがケーシング側に漏れ出すことを効果的に抑制しうる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態の多管式熱交換器を用いたガス脱臭システムのレイアウト図である。
【図２】本実施形態の多管式熱交換器の断面図である。
【図３】その平面図である。
【図４】本実施形態の多管式熱交換器の斜視図である。
【図５】本実施形態の伝熱管と管板との支持構造を説明する拡大図である。
【図６】他の実施形態の伝熱管と管板との支持構造を説明する拡大図である。
【図７】他の実施形態の伝熱管と管板との支持構造を説明する拡大図である。
【図８】従来の多管式熱交換器の断面である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の一形態が、図１に示したガス脱臭システムの熱交換器ｂとして好適に用いられる態様を例に挙げて図面に基づき説明される。
【００３７】
図２〜４に示されるように、本実施形態の多管式熱交換器１は、第１のガスＧ１が流入及び流出する入口２及び出口３を有する筒状のケーシング４と、第２のガスＧ２が流れるとともに前記ケーシング４内をのびる複数本の伝熱管５と、前記ケーシング４の一端４ａ側（図２において左側）に設けられかつ伝熱管５の一端５ａ側を支持する第１の管板６と、ケーシング４の他端４ｂ側（図２において右側）に設けられかつ伝熱管５の他端５ｂ側を支持する第２の管板７とを含んで構成される。
【００３８】
この実施形態の多管式熱交換器１は、第１のガスＧ１が有機物等を含んだ臭気ガス（約１５０℃）であり、第２のガスＧ２が、図１の脱臭路Ｌを経由させることにより、第１のガスＧ１よりも高温（約７５０℃）かつ無害化された非臭気ガスの場合を示す。
【００３９】
前記ケーシング４は、本実施形態では水平方向に長い例えば略直方体状で構成され、ベース材１１を介して床面に設置される。また、ケーシング４の外側面は、適宜ロックウール等の断熱材１０によって外部保温が図られている。但し、ケーシング４は、円筒状にも形成できる。
【００４０】
また、本実施形態のケーシング４には、その上面に、ほぼ矩形状の開口部を有して上向きにのびる入口２及び出口３が左右に並設されている。これらの入口２及び出口３には、第１のガスＧ１を案内するダクトがパッキン等を介してそれぞれ接続される（いずれも図示省略）。
【００４１】
さらに、ケーシング４の水平方向の一端４ａ側及び他端４ｂ側の開口には、第１の管板６及び第２の管板７により閉塞されている。また、ケーシング４の内部には、仕切板８が設けられる。該仕切板８は、前記入口２と出口３との間でケーシング４の内部を２つの空間に分断するように上下にのびており、かつ、ケーシング４の底面Ｂに達することなくその手前で終端している。これにより、入口２から送給された第１のガスＧ１は、ケーシング４内を、仕切板８の下端と底面Ｂとの間を通って向き変えし前記出口３へと向かう側面視略Ｕ字状に流れる。
【００４２】
なお、ケーシング４には、例えば開閉可能な蓋体で覆われた点検口３０が底部側に設けられる。また、ケーシング４の一端４ａ側には、下流側の熱交換器ａ（図１に示す）に接続するための接続部Ｊが設けられている。
【００４３】
前記伝熱管５は、図４に良く表されているように、断面円形のパイプからなり、互いに離間させつつ比較的密なピッチで多段多列に配置されている。これにより、伝熱管５、５間に、第１のガスＧ１が通る空隙が形成される。
【００４４】
図５には、前記第１の管板６及び第２の管板７の要部拡大図が示される。各管板６及び７は、いずれもケーシング４の一端４ａ側及び他端４ｂ側の開口を閉じる板状をなすとともに、各伝熱管５の端部が挿入される円形の支持孔１２、１３が多数形成されている。
【００４５】
このような多管式熱交換器１は、伝熱管５を流れる高温の第２のガスＧ２が、ケーシング４、第１の管板６及び第２の管板７で囲まれた空間ｉを流れる相対的に低温の第１のガスＧ１と伝熱管５を介して熱交換し第１のガスＧ１を昇温させる。
【００４６】
第１の管板６の支持孔１２は、伝熱管５の外径と実質的に同一かこれよりも僅かに大きい径を有している。そして、本実施形態では、第１の管板６の支持孔１２に伝熱管５の一端５ａが内側から差し込まれるとともに、外側にはみ出す伝熱管５の一端５ａが、第１の管板６の前記一端側の面である外側面６ｏに溶接にて固着されている。これにより、第１の管板６と、伝熱管５とはほぼ気密に固着される。
【００４７】
また、第２の管板７にも、第１の管板６の支持孔１２と向き合う位置に、伝熱管５の外径と実質的に同一かこれよりも僅かに大きい径を有する支持孔１３が形成されている。そして、伝熱管５の他端５ｂは、この支持孔１３にスライド可能に挿入されて支持されている。つまり、伝熱管５の他端側５ｂは、第２の管板７と溶接固着されていない。
【００４８】
このような支持構造においては、伝熱管５が、第２の管板７にてルーズに支持されているため、伝熱管５の熱膨張による伸びが拘束されることがない。従って、管板６、７間ないしケーシング４に対して過度の応力を生じさせることがないので、ケーシング４に伸縮継手を設ける必要が無く、装置を低コストで製造できる。また、伸縮継手を有しないため、該伸縮継手で生じがちであったクラック等の発生を防ぎ、耐久性を向上することもできる。また、伝熱管５は、第２の管板７から抜き取ることができるので、伝熱管５の全部ないし一部を交換や、高温側に曝される第２の管板７の保守等、解体等を容易に行うことができる点でも好ましい。
【００４９】
また、第２の管板７には、誘導管９が設けられている。該誘導管９は、第２の管板７からはみ出す伝熱管５のはみ出し部５Ｈよりも大きい長さＬ２を有し、かつ、該はみ出し部５Ｈの外径ｄ１に近似した内径ｄ２（ｄ２≧ｄ１）を有して該はみ出し部５Ｈをスライド可能に内挿している。また、本実施形態の誘導管９は、第２の管板７の前記他端側の面である外側面７ｏに溶接にて固着されている。また、伝熱管５の他端５ｂと誘導管９との重なり長さは符号Ｌ１で表されている。
【００５０】
このような誘導管９は、伝熱管５と密に装着されるとともに、十分に大きい重なり長さＬ１を有するため、両者の隙間から第１のガスＧ１が漏れ出すときの流動抵抗を大きくし、ひいては漏れ量を皆無ないし微量に抑制することができる。特に、伝熱管５が温度上昇により伸びた場合、誘導管９と伝熱管５との接合面積はさらに大きくなる。これは、第１のガスＧ１が、前記隙間から漏れ出す際の流動抵抗をより大きくし、漏れ量をさらに制限するのに役立つ。
【００５１】
前記重なり長さ（この実施形態では、はみ出し部５Ｈの長さに等しい。）Ｌ１や、誘導管９の長さＬ２（いずれも常温時の長さとする）は、特に限定されるものではないが、小さすぎると、両管の接合面積が低減し、これらの間から第１のガスＧ１が漏れやすくなる。このような観点より、前記重なり長さＬ１は、好ましくは２０mm以上、より好ましくは３０mm以上が望ましい。また、誘導管９の長さＬ２は、好ましくは、前記重なり長さＬ１の２倍以上が望ましい。
【００５２】
なお、前記重なり長さＬ１や、誘導管９の長さＬ２が大きすぎると、装置が著しく大型化したり、生産性が悪化するおそれがある。このような観点より、前記重なり長さＬ１は、好ましくは５０mm以下、より好ましくは４０mm以下が望ましい。同様に、誘導管９の長さＬ２は、好ましくは、はみ出し部５Ｈの長さＬ１の５倍以下が望ましい。
【００５３】
また、誘導管９の内径ｄ２は、はみ出し部５Ｈの外径ｄ１（即ち、伝熱管５の外径）の例えば１０５〜１１０％、より好ましくは１０６〜１０９％であるのが望ましい。前記誘導管９の内径ｄ２が、はみ出し部５Ｈの外径ｄ１の１０５％未満であると、伝熱管５の熱膨張時に伸びを拘束するおそれがあり、逆に１１０％を超えると、両者の間の隙間が大きくなって、そこから第１のガスＧ１が漏れ出るおそれがある。
【００５４】
また、本実施形態の多管式熱交換器１では、高温の第２のガスＧ２により、伝熱管５のはみ出し部５Ｈは、その回りを囲む誘導管９よりも高温に加熱される。その理由は、高温の第２のガスＧ２が誘導管９側から送給されるので、伝熱管５のはみ出し部５Ｈは、他端５ｂ側の端面５ｂ１及び内周面５ｂ２が第２のガスＧ２で直接加熱されるのに対し、はみ出し部５Ｈの外側の誘導管９は、該はみ出し部５Ｈを介して加熱されるためである。この結果、はみ出し部５Ｈの径方向の伸びが、誘導管９の径方向の伸びよりも大きくなり易く、ひいては両者の間の隙間をさらに減じることができる。従って、本実施形態の多管式熱交換器１では、使用につれて、第１のガスＧ１が前記隙間から漏れ出す際の流動抵抗をより大きくしてガスの漏れを確実に抑制できる。
【００５５】
なお、伝熱管５及び誘導管９は、例えば同一の金属材料で構成することができ、例えば耐熱性を高めたＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼が好適に用いられる。但し、誘導管９には、伝熱管５よりも熱膨張率の小さい金属材料が採用されても良い。
【００５６】
また、本実施形態では、第２のガスＧ２の流速が相対的に高く設定される。これは、伝熱管５のはみ出し部５Ｈに摩擦熱を生じさせ、該はみ出し部５Ｈをさらに加熱して誘導管９との接合隙間をさらに小さくするのに役立つ。また、第２のガスＧ２の高い流速によって、伝熱管５と誘導管９との隙間から第１のガスＧ１が漏れ出るのを押さえ込むことができる。一例として、本実施形態では、第２のガスＧ２の流速が約３０ｍ／ｓ程度に調節される一方、第１のガスＧ１の流速は、その半分ないしそれ以下に設定されている。このような流速バランスは、第１のガスＧ１が伝熱管５と誘導管９との間の接合隙間から誘導管９側に漏れ出すのを効果的に防止しうる。
【００５７】
また、伝熱管５と誘導管９と接合隙間から第１のガスＧ１が誘導管９側に仮に漏れ出た場合でも、その量は甚だ微量であり、かつ、漏れ出た第１のガスＧ１は、高温加熱された第２のガスＧ２とともに誘導管９及び伝熱管５のはみ出し部５Ｈを流動し、その途中で脱臭されて伝熱管５の中を通り他の脱臭ガスと共に大気へ放出され得る。
【００５８】
なお、前記伝熱管５は、上述の通り、比較的密なピッチで配列されている。このため、誘導管９と第２の管板７との溶接は、非常に狭いスペースで行わねばならず、生産性においてやや難がある。従って、例えば図６に示されるように、誘導管９の第２の管板７側の端面９ａは、該第２の管板７と溶接することなく、第２の管板７とほぼ平行にのびる支持板１５で保持させることもできる。
【００５９】
前記支持板１５には、誘導管９を密に挿入しかつ固着しうる支持孔１６が形成される。そして、支持板１５の周囲は、ケーシング７の内面に固着される（図示省略）。これにより、誘導管９の端面９ａを、第２の管板７の外側の面７ｏに当接させることができる。なお、誘導管９の支持板１５から外側にはみ出す長さを小としたときには、支持板１５と誘導管９とをその外側で溶接することもできる。
【００６０】
以上のような多管式熱交換器１は、上述のガス脱臭システムＳにおいて、好適に利用することができる。
【００６１】
本実施形態の多管式熱交換器１では、さらに種々の変更が可能である。
例えば、図２及び図４に示されるように、第２の管板７に近接して補助管板２０を設けることができる。これにより、ケーシング４内に、第１のガスＧ１が、仕切り板８と補助管板２０との間から出口３に向かう主流路Ａ１と、補助管板２０と第２の管板７との小隙間から出口３に向かう補助流路Ａ１とが区分される。また、ケーシング４には、伝熱管５が設けられた熱交換部よりも底部側、かつ、本実施形態では図２における背面側に、第１のガスＧ１が流入するバイパス口２２が設けられる。さらに、ケーシング４の内部には、このバイパス口２２から流入する第１のガスＧ１を前記補助流路Ａ２に導くダクト部２３が設けられている。また、補助管板２０は、伝熱管５を補助的に支持して、伝熱管の変形を抑える。これにより、伝熱管５は、誘導管９内をより一層円滑にスライドすることができる。さらに、管板７の放射熱を全面に投影、反射して管板７の温度を低減する役目を果たす。
【００６２】
伝熱管５の第２の管板７側には、約７５０℃と非常に高温の第２のガスＧ２が供給される。従って、第２の管板７やその近傍の伝熱管５は、比較的早期に熱疲労が進行しやすい。そこで、例えば、伝熱管５と実質的に熱交換がなされていない相対的に低温の第１のガスＧ１を、前バイパス口２２から取り込みかつこれを補助流路Ａ２に直接導くことにより、第２の管板７及びその近傍の伝熱管５を効果的に冷却することができる。これにより、熱交換器の耐久性を向上させることができる。
【００６３】
上記実施形態では、第１のガスＧ１が臭気ガス、第２のガスが脱臭炉Ｍを経由させた高温の非臭気ガスである態様を示したが、このような態様に限定されるものではなく、ガスを相互に異ならせることができる。即ち、第２のガスＧ２が臭気ガス、ケーシング４内を通る第１のガスＧ１が、前記第２のガスＧ２を脱臭路Ｍを経由させることにより第２のガスよりも高温とした非臭気ガスとしても良い。図７には、このような態様の好適な実施形態が示される。
【００６４】
図７の実施形態では、誘導管９は、第２の管板７に設けられた支持孔１３に挿入されかつ該第２の管板と溶接固着されている。具体的に述べると、誘導管９は、支持孔１３から小長さで第１の管板６側にはみ出させ、かつ、この部分が第２の管板７の内側面７ｉと溶接されている。つまり、第２の管板７の支持孔１３は、第１の管板６の支持孔１３よりも大きく形成されている。このような溶接構造は、第２の管板７と誘導管９との隙間から第１のガスが漏れ出すのを防ぐのに役立つ。ただし、誘導管９と第２の管板７とは、該第２の管板７の外側面７ｏ（他端側の面）で溶接されても良いのは言うまでもない。
【００６５】
この実施形態においても、伝熱管５と誘導管９との重なり部の長さＬ１、誘導管９の長さＬ２（いずれも常温時の長さとする）、誘導管９の内径ｄ２及びはみ出し部５Ｈの外径ｄ１（即ち、伝熱管５の外径）については、上述の好ましい範囲として記載された値がそのまま適用できる。
【００６６】
また、この実施形態では、第２のガスＧ２が、第１の管板６側から第２の管板７側へと送給される。第２のガスＧ２の流速は、少なくとも第１のガスＧ１の流速よりも大きく設定される。これにより、臭気を含む第２のガスＧ２が、伝熱管５と誘導管９との間の接合隙間から逆流してケーシング４内に漏れ出す事態を防止できる。好適な実施形態では、第２のガスＧ２は、第１のガスＧ１の流速の１．５倍以上、より好ましくは２倍以上に調節されるのが望ましい。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の態様に応用して実施することができる。例えば、本発明は、一般の空気予熱器や排ガス冷却器等に応用しうるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 多管式熱交換器
２ 入口
３ 出口
４ ケーシング内
４ａ ケーシングの一端
４ｂ ケーシングの他端
５ 伝熱管
５ａ 伝熱管の一端
５ｂ 伝熱管の他端
５Ｈ はみ出し部
６ 第１の管板
７ 第２の管板
７ｉ 内側面
７ｏ 外側面
８ 仕切板
１２ 支持孔
１３ 支持孔
２０ 補助管板
Ｇ１ 第１のガス
Ｇ２ 第２のガス
Ｍ 脱臭炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガスが流入及び流出する入口及び出口を有する筒状のケーシングと、
第２のガスが流れるとともに前記ケーシング内をのびる複数本かつパイプ状の伝熱管と、
前記ケーシングの一端側に設けられかつ前記伝熱管の一端側を支持する第１の管板と、
前記ケーシングの他端側に設けられかつ前記伝熱管の他端側を支持する第２の管板とを含み、
前記第２のガスが、前記ケーシング、第１の管板及び第２の管板で囲まれた空間を流れる前記第１のガスと前記伝熱管を介して熱交換される多管式熱交換器であって、
前記第１の管板と前記各伝熱管の前記一端側とが固着される一方、
前記各伝熱管の他端側は、前記第２の管板にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持され、しかも
前記第２の管板に、該第２の管板からはみ出した伝熱管のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管が設けられたことを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項２】
前記誘導管は、前記第２の管板の他端側の面に突き合わされかつ第２の管板と溶接固着される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項３】
前記誘導管は、前記ケーシングに固定された支持金具によって前記第２の管板の他端側の面に突き合わされて保持される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
前記第２のガスは、前記第１のガスが前記伝熱管と前記誘導管との隙間から漏れ出るのを防ぐ流速で前記第２の管板側から第１の管板側に送給される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、
前記第１のガスが臭気ガスであり、前記第２のガスは、前記第１のガスを前記脱臭路を経由させた第１のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システム。
【請求項６】
前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記一端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項７】
前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記他端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項８】
前記第２のガスは、該第２のガスが、前記伝熱管と前記誘導管との隙間から、第１の管板と第２の管板との間に漏れ出るのを防ぐ流速で前記第１の管板側から第２の管板側に送給される請求項６又は７に記載の多管式熱交換器。
【請求項９】
請求項８に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、
前記第２のガスが臭気ガスであり、前記第１のガスは、前記第２のガスを前記脱臭路を経由させた第２のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システム。
【請求項１】
第１のガスが流入及び流出する入口及び出口を有する筒状のケーシングと、
第２のガスが流れるとともに前記ケーシング内をのびる複数本かつパイプ状の伝熱管と、
前記ケーシングの一端側に設けられかつ前記伝熱管の一端側を支持する第１の管板と、
前記ケーシングの他端側に設けられかつ前記伝熱管の他端側を支持する第２の管板とを含み、
前記第２のガスが、前記ケーシング、第１の管板及び第２の管板で囲まれた空間を流れる前記第１のガスと前記伝熱管を介して熱交換される多管式熱交換器であって、
前記第１の管板と前記各伝熱管の前記一端側とが固着される一方、
前記各伝熱管の他端側は、前記第２の管板にスライド可能かつ他端側にはみ出して支持され、しかも
前記第２の管板に、該第２の管板からはみ出した伝熱管のはみ出し部よりも長さが大かつ該はみ出し部の外径に近似した内径を有して該はみ出し部をスライド可能に内挿する誘導管が設けられたことを特徴とする多管式熱交換器。
【請求項２】
前記誘導管は、前記第２の管板の他端側の面に突き合わされかつ第２の管板と溶接固着される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項３】
前記誘導管は、前記ケーシングに固定された支持金具によって前記第２の管板の他端側の面に突き合わされて保持される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項４】
前記第２のガスは、前記第１のガスが前記伝熱管と前記誘導管との隙間から漏れ出るのを防ぐ流速で前記第２の管板側から第１の管板側に送給される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、
前記第１のガスが臭気ガスであり、前記第２のガスは、前記第１のガスを前記脱臭路を経由させた第１のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システム。
【請求項６】
前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記一端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項７】
前記誘導管は、前記第２の管板に設けられた支持孔に挿入されかつ該第２の管板の前記他端側の面に溶接される請求項１記載の多管式熱交換器。
【請求項８】
前記第２のガスは、該第２のガスが、前記伝熱管と前記誘導管との隙間から、第１の管板と第２の管板との間に漏れ出るのを防ぐ流速で前記第１の管板側から第２の管板側に送給される請求項６又は７に記載の多管式熱交換器。
【請求項９】
請求項８に記載された多管式熱交換器と、臭気ガスを加熱することにより脱臭する脱臭炉とを含むガス脱臭システムであって、
前記第２のガスが臭気ガスであり、前記第１のガスは、前記第２のガスを前記脱臭路を経由させた第２のガスよりも高温の非臭気ガスであることを特徴とするガス脱臭システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２７０９３１（Ｐ２０１０−２７０９３１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１２２５（Ｐ２００９−１２１２２５）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（５００００５７１２）熱研産業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（５００００５７１２）熱研産業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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