JP7183035B2

JP7183035B2 - 空気加熱器

Info

Publication number: JP7183035B2
Application number: JP2018245143A
Authority: JP
Inventors: 哲也近藤
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: JP2020106202A

Description

本発明は、腐食性ガスによって空気を加熱する空気加熱器に関する。

従来から、ごみ焼却炉やボイラなどの設備から排出される比較的に高温の排ガスを利用して空気を加熱する空気加熱器が知られている。例えば、特許文献１には、排ガスが流れる流路を挟んで対向する上流管板および下流管板と、それらの上流管板と下流管板とに跨って延びる複数の伝熱管を含む空気加熱器（特許文献１では空気予熱器と称呼）が開示されている。

特許文献１に開示された空気加熱器では、上流管板に面する空間が入口ダクトで覆われ、下流管板に面する空間が出口ダクトで覆われている。入口ダクト内には空気が導入され、その空気は上述した伝熱管内を通って出口ダクトまで流れる。

特開２００７－２８５６０６号公報

しかしながら、上述したような構造の空気加熱器では、入口ダクト内に導入される空気が比較的に低温であるため、上流管板と下流管板との間の流路を流れる排ガスが腐食性ガスである場合には、上流管板および伝熱管の上流管板側の端部が低温腐食を起こす。

そこで、本発明は、上流管板および伝熱管の上流管板側の端部が低温腐食を起こすことを抑制することができる空気加熱器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の空気加熱器は、腐食性ガスによって空気を加熱する空気加熱器であって、腐食性ガスが流れる流路を挟んで互いに対向する上流管板および下流管板と、前記上流管板と前記下流管板とに跨って延びる複数の伝熱管と、前記上流管板に面する空間を覆う入口ダクトと、前記複数の伝熱管の間で前記上流管板に取り付けられた吸熱板と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、伝熱管の間で上流管板に吸熱板が取り付けられているので、腐食性ガスの熱を吸熱板を介して上流管板に伝達することができる。これにより、入口ダクト内に導入された空気を積極的に加熱することができる。従って、上流管板および伝熱管の上流管板側の端部が低温腐食を起こすことを抑制することができる。

前記入口ダクト内には、当該入口ダクト内に導入された空気を、前記上流管板における前記吸熱板が取り付けられた部分へ吹き付けるノズルを形成するノズル構造体が設けられていてもよい。この構成によれば、入口ダクト内に導入された空気をより効果的に加熱することができる。

前記吸熱板は、前記上流管板に着脱可能に取り付けられていてもよい。この構成によれば、吸熱板が低温腐食を起こしたときには、吸熱板を交換することができる。特に、入口ダクト内に上記のノズル構造体が設けられている場合には、吸熱板の温度が低くなって吸熱板に低温腐食が起きやすい。従って、吸熱板が上流管板に対して着脱可能であることは、入口ダクト内に上記のノズル構造体が設けられている場合に特に有効である。

前記吸熱板の前記上流管板側の端部には、当該吸熱板の厚さ方向の両側に突出する一対の突起が設けられており、前記上流管板には、当該上流管板との間に前記一対の突起が挿入される溝を形成する一対の押え部材が設けられていてもよい。この構成によれば、吸熱板の上流管板への取り付けおよび上流管板からの取り外しを容易に行うことができる。

本発明によれば、上流管板および伝熱管の上流管板側の端部が低温腐食を起こすことを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る空気加熱器の横断面図である。図１のII－II線に沿った縦断面図である。上流管板に対する吸熱板の取り付け部分の拡大図である。

図１および図２に、本発明の一実施形態に係る空気加熱器１を示す。この空気加熱器１は、腐食性ガスと空気との間で熱交換を行い、腐食性ガスによって空気を加熱するものである。

具体的に、空気加熱器１は、腐食性ガスが流れる流路１０を形成する筒状の本体２と、本体２に接続された空気用の入口ダクト４および出口ダクト６を含む。

本体２は、流路１０を挟んで互いに対向する上流管板２１および下流管板２２と、上流管板２１と下流管板２２の端部同士を連結する一対の側板２３を含む。本実施形態では、腐食性ガスの流れ方向（すなわち筒状の本体２の軸方向）が鉛直方向である。ただし、腐食性ガスの流れ方向は水平方向や斜め方向であってもよい。

以下では、説明の便宜上、上流管板２１と下流管板２２とが対向する方向を前後方向、側板２３同士が対向する方向を左右方向という。

本体２は、前後方向に延びる複数の伝熱管３によって貫通されている。つまり、伝熱管３は、上流管板２１と下流管板２２とに跨って延びていてそれらに溶接されている。伝熱管３の熱伸びに対応するために、各側板２３の両端部には段差部が形成されている。

本実施形態では、伝熱管３が前後方向から見てマトリクス状に配置されている。図例では、伝熱管３が左右方向に８列、上下方向に８列で配置されているが、伝熱管３の左右方向および上下方向の列数は適宜変更可能である。ただし、伝熱管３は千鳥状に配置されてもよい。

上述した入口ダクト４は、上流管板２１に面する空間を覆っており、出口ダクト６は、下流管板２２に面する空間を覆っている。入口ダクト４内には空気が導入され、その空気は伝熱管３内を通って出口ダクト６まで流れる。

本実施形態では、入口ダクト４の流入口および出口ダクト６の流出口が左右方向に沿って開口している。ただし、入口ダクト４の流入口および出口ダクト６の流出口は、前後方向に沿って開口してもよい。

本体２内には、複数の吸熱板７が設けられている。本実施形態では、吸熱板７が腐食性ガスの流れ方向（本実施形態では鉛直方向）と平行となるように配置されている。ただし、吸熱板７は、腐食性ガスの流れ方向と直交するように配置されてもよい。そして、吸熱板７は、伝熱管３の間で上流管板２１に取り付けられている。

本実施形態では、隣り合う伝熱管３の間に１つおきに吸熱板７が存在するように、合計４つの吸熱板７が設けられている。ただし、吸熱板７の数は適宜変更可能である。例えば、左右方向における伝熱管３のピッチの３倍のピッチで吸熱板７が設けられてもよい。あるいは、吸熱板７の数は１つであってもよい。

前後方向における吸熱板７の長さは適宜決定可能であるが、例えば、上流管板２１と下流管板２２との間の距離の半分程度であってもよい。また、上下方向における吸熱板７の長さも適宜決定可能であるが、例えば、全ての伝熱管３の配置範囲よりも長く設定されてもよい。

本実施形態では、各吸熱板７が、上流管板２１に着脱可能に取り付けられる。ただし、各吸熱板７は、必ずしも上流管板２１に対して着脱可能である必要はなく、上流管板２１に溶接で固定されてもよい。

具体的には、図３に示すように、各吸熱板７の上流管板２１側の端部には、当該吸熱板７の厚さ方向の両側に突出する一対の突起７１が設けられている。一方、上流管板２１には、各吸熱板７に対して、当該上流管板２１との間に突起７１が挿入される溝を形成する一対の押え部材８が設けられている。

このような構成であれば、各吸熱板７を上流管板２１へ取り付ける際および上流管板２１から取り外す際には、吸熱板７を上方向または下方向へスライドさせるだけでよい。従って、各吸熱板７の上流管板２１への取り付けおよび上流管板２１からの取り外しを容易に行うことができる。

なお、各吸熱板７から上流管板２１へ熱を良好に伝達するという観点からは、突起７１は上流管板２１に押し付けられることが望ましい。例えば、押え部材８の先端と上流管板２１との間の距離を突起７１の厚さよりも少しだけ小さく設定し、押え部材８の弾性変形によって突起７１を上流管板２１に押し付けてもよい。あるいは、押え部材８に、突起７１を押圧する切り起こし片を形成してもよい。

図１および図２に戻って、入口ダクト４内にはノズル構造体５が設けられている。ノズル構造体５は、入口ダクト４内に導入された空気を、上流管板２１における吸熱板７が取り付けられた部分へ吹き付ける複数のノズル５０を形成する。換言すれば、各ノズル５０の中心線の延長線上に吸熱板７が存在する。

本実施形態では、ノズル５０の数が吸熱板７の数と同数であり、左右方向に並んでいる。各ノズル５０は、前後方向から見たときに上下方向に長い長方形状の開口である。ただし、ノズル５０は、吸熱板７と同一のピッチで左右方向に並ぶ複数の線上に配置された複数の穴であってもよい。

より詳しくは、ノズル構造体５は、各ノズル５０を挟んで離間する第１ガイド５１および第２ガイド５２を含む。本実施形態では、上述したように入口ダクト４の流入口が左右方向に沿って開口しているために、第１ガイド５１と第２ガイド５２のうちの流入口と反対側に位置する第２ガイド５２は、対応するノズル５０に空気を誘い込む役割を果たす。

以上説明したように、本実施形態の空気加熱器１では、伝熱管３の間で上流管板２１に吸熱板７が取り付けられているので、腐食性ガスの熱を吸熱板７を介して上流管板２１に伝達することができる。これにより、入口ダクト４内に導入された空気を積極的に加熱することができる。従って、上流管板２１および伝熱管３の上流管板２１側の端部が低温腐食を起こすことを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、各吸熱板７が上流管板２１に対して着脱可能であるので、
吸熱板７が低温腐食を起こしたときには、吸熱板７を交換することができる。特に、本実施形態のように入口ダクト４内にノズル構造体５が設けられている場合には、各ノズル５０から上流管板２１へ吹き付けられる空気によって対応する吸熱板７が上流管板２１を介して冷却されるため、各吸熱板７の温度が低くなって吸熱板７に低温腐食が起きやすい。従って、各吸熱板７が上流管板２１に対して着脱可能であることは、入口ダクト４内にノズル構造体５が設けられている場合に特に有効である。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、入口ダクト４内にはノズル構造体５が設けられなくてもよい。ただし、前記実施形態のようにノズル構造体５が設けられていれば、入口ダクト４内に導入された空気が上流管板２１における吸熱板７が取り付けられた部分に衝突した後に伝熱管３内に流入する。従って、ノズル構造体５が設けられない場合に比べて、入口ダクト４内に導入された空気をより効果的に加熱することができる。

１空気加熱器
１０流路
２１上流管板
２２下流管板
３伝熱管
４入口ダクト
５ノズル構造体
７吸熱板
７１突起
８押え部材

Claims

腐食性ガスによって空気を加熱する空気加熱器であって、
腐食性ガスが流れる流路を挟んで互いに対向する上流管板および下流管板と、
前記上流管板と前記下流管板とに跨って延びる複数の伝熱管と、
前記上流管板に面する空間を覆う入口ダクトと、
前記複数の伝熱管の間で前記上流管板に取り付けられた吸熱板と、
を備える、空気加熱器。
前記入口ダクト内には、当該入口ダクト内に導入された空気を、前記上流管板における前記吸熱板が取り付けられた部分へ吹き付けるノズルを形成するノズル構造体が設けられている、請求項１に記載の空気加熱器。
前記吸熱板は、前記上流管板に着脱可能に取り付けられている、請求項１または２に記載の空気加熱器。
前記吸熱板の前記上流管板側の端部には、当該吸熱板の厚さ方向の両側に突出する一対の突起が設けられており、
前記上流管板には、当該上流管板との間に前記一対の突起が挿入される溝を形成する一対の押え部材が設けられている、請求項３に記載の空気加熱器。