(57)【要約】  長期間安定稼動が可能であり、しかもメンテナンス性や量産性にも優れた熱交換器を提供する。  複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層して構成された熱交換器(A)であって、熱交換ユニット(10)が、短筒状のシェル部材(12a)と、シェル部材(12a)の内部にて互いに略平行するように立設された複数の伝熱用のチューブ(14)と、チューブ(14)の上端部を支持し、シェル部材(12a)の上部開口側を塞ぐ上部管板(16)と、チューブ(14)の下端部を支持し、シェル部材(12a)の下部開口側を塞ぐ下部管板(18)と、下部管板(18)の縁部近傍に開口された低温流体流入口(18a)と、上部管板(16)における低温流体流入口(18a)の直上から離間した縁部近傍の位置に開口され、他の熱交換ユニット(10)を積層した際に当該他の熱交換ユニット(10)の低温流体流入口(18a)と継合される低温流体流出口(16a)とを具備すると共に、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際に、上部管板(16)とこれに積層した他の熱交換ユニット(10)の下部管板(18)との間でチューブ(14)の内部空間同士を連通する連通室(20)が形成されることを特徴とする。
2008136217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱交換ユニットを多段に積層して構成された熱交換器であって、
前記熱交換ユニットが、上下両端が開口した短筒状のシェル部材と、前記シェル部材の内部にて互いに略平行するように立設された複数の伝熱用のチューブと、前記チューブの上端部を支持し、前記シェル部材の上部開口側を塞ぐ上部管板と、前記チューブの下端部を支持し、前記シェル部材の下部開口側を塞ぐ下部管板と、前記下部管板の縁部近傍に開口された低温流体流入口と、前記上部管板における前記低温流体流入口の直上から離間した縁部近傍の位置に開口され、他の熱交換ユニットを積層した際に当該他の熱交換ユニットの低温流体流入口と継合される低温流体流出口とを具備すると共に、前記シェル部材の上下端部内の少なくとも一方に、互いに略平行する前記チューブの端部に面する空間が区画されており、
前記複数の熱交換ユニットを多段に積層した際に、前記空間が一の熱交換ユニットの上部管板とこれに積層した他の熱交換ユニットの下部管板との間で密閉されて連通室となり、  当該連通室が互いに略平行する前記チューブを横断して前記チューブの内部空間同士を連通し、且つ各熱交換ユニットのチューブ同士を直列に連通接続することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換ユニットが、前記低温流体流入口と前記低温流体流出口とが最も離間した位置に配置され、且つこれらを含む垂直断面の形状が１８０度回転対称性を有するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記複数の熱交換ユニットを多段に積層した際における前記低温流体流入口と前記低温流体流出口との継合部分のうち、少なくとも前記空間に面する継合部分が、嵌合構造となっていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記複数の熱交換ユニットを多段に積層した際における前記低温流体流入口と前記低温流体流出口との継合部分のうち、少なくとも前記空間に面する継合部分に、耐熱性のパッキンが介装されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の熱交換器。
【請求項５】
上下両端が開口し、その一側面に開口された低温流体流入口と該低温流体流入口から離間した位置に開口された低温流体流出口とが穿設された短筒状のシェル部材と、前記シェル部材の内部にて互いに略平行するように立設された複数の伝熱用のチューブと、前記チューブの上端部を支持し、前記シェル部材の上部開口側を塞ぐ上部管板と、前記チューブの下端部を支持し、前記シェル部材の下部開口側を塞ぐ下部管板とで構成されると共に、
前記シェル部材の上下端部内の少なくとも一方に、互いに略平行する前記チューブの端部に面する空間が区画された複数の熱交換ユニットを備え、
前記複数の熱交換ユニットが積層され、隣接する熱交換ユニットの前記低温流体流入口と前記低温流体流出口とをダクトで接続した熱交換器であって、
前記熱交換ユニット同士の接続部分及び前記熱交換ユニットと前記ダクトとの接続部分を気密的に接続していることを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
前記チューブには、前記チューブ内を通流する高温の流体の流路を横切るように低温の流体が通流する横断管路が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の熱交換器。
【請求項７】
複数の熱交換ユニットを多段に積層して構成された熱交換器であって、
前記熱交換ユニットが、
上下両端が開口した短筒状の外管及び内管からなり、前記内管の内部を高温の流体が通流する二重管構造のシェル部材と、
前記外管と前記内管との間に形成されている空間を低温流体流入室と低温流体流出室とに区画する隔壁と、
前記内管の内部にて互いに略平行するように配置され、前記低温流体流入室と前記低温流体流出室とを連通する複数の伝熱用のチューブと、
前記低温流体流入室の上側開口を塞ぐ上部閉塞板と、
前記低温流体流出室の下側開口を塞ぐ下部閉塞板とで構成されていること特徴とする熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換ユニットが、前記低温流体流入室の下側に開口した低温流体流入口と前記低温流体流出室の上側に開口した低温流体流出口とが最も離間した位置に配置され、且つこれらを含む垂直断面の形状が１８０度回転対称性を有するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記熱交換器の処理対象ガス導入口(22)に、低温の流体中の粉塵を除去するフィルターが設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記シェル部材には、開閉可能な開口部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項の何れかに記載の熱交換器。
【請求項１１】
請求の範囲第１項乃至第１０項の何れかに記載の熱交換器と、前記熱交換器内で熱交換により予熱された処理対象ガスを熱分解する高温反応炉とで構成されていることを特徴とするガス処理装置。
【請求項１２】
前記高温反応炉が、電気ヒーター，燃焼炎および大気圧プラズマの少なくとも何れか１つを熱源としていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のガス処理装置。
【請求項１３】
前記高温反応炉内の温度を測定する温度センサーと、前記温度センサーで測定した温度データに基づいて前記熱源の出力を制御する出力制御手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第１１項又は第１２項に記載のガス処理装置。
【請求項１４】
前記熱交換器に導入する処理対象ガスを水洗する入口スクラバーがさらに設けられていることを特徴とする請求の範囲第１１項乃至第１３項の何れかに記載のガス処理装置。
【請求項１５】
前記熱交換器から排出される処理済排ガスを冷却する冷却器又は前記処理済排ガスを水洗する出口スクラバーの少なくとも一方がさらに設けられていることを特徴とする請求の範囲第１１項乃至第１４項の何れかに記載のガス処理装置。
【請求項１６】
前記熱交換器の出口側に処理済排ガスを吸引する排気ファンを取り付け、前記熱交換器の内部が所定の負圧状態となるように前記排気ファンの回転を制御することを特徴とする請求の範囲第１１項乃至第１５項の何れかに記載のガス処理装置。
【請求項１７】
前記高温反応炉内に、処理対象ガスの分解を促進する触媒が取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１１項乃至第１６項の何れかに記載のガス処理装置。
【請求項１８】
前記熱交換器及び前記高温反応炉が耐熱性の保温材で被覆されていることを特徴とする請求の範囲第１１項乃至第１８項の何れかに記載のガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体、特に気体の熱交換に好適な多管式の熱交換器と、これを用いて排ガスを処理する処理装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工業プロセスから排出されるガス(以下、「処理対象ガス」という)中に含まれるＶＯＣ(揮発性有機化合物)やＰＦＣｓ(パーフルオロコンパウンド)等の有害成分の削減が急務となってきており、かかる有害成分を削減するために、熱分解式や吸着式など様々な方式を採用したガス処理装置が実用化されている。【０００３】
ここで、熱分解式のガス処理装置では、熱分解後の処理済排ガスの熱エネルギーを再利用すべく、熱分解前の低温の処理対象ガスと熱分解後の高温の処理済排ガスとの間で熱交換させる熱交換器を取り付ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、このような熱交換器として、図１５に示すように、シェル(缶胴)(1)内部に多数の伝熱用のチューブ(3)を配設し、該チューブ(3)の両端部を管板(5)(7)で支持し、熱交換させる流体の一方(具体的には、高温の処理済排ガス)をチューブ(3)内部に、他方(具体的には、低温の処理対象ガス)を管板(5)(7)で仕切られたシェル(1)内のチューブ(3)外部に流通させるようにしたシェル・アンド・チューブ形の多管式熱交換器(9)が知られている（例えば、特許文献２参照。）。【０００４】
このような熱交換器(9)を取り付けた熱分解式のガス処理装置では、そのまま排出すれば廃熱となる熱分解後の処理済排ガスの熱エネルギーを、熱分解前の低温の処理対象ガスに与えることができるので、処理対象ガスの熱分解を効率よく行うことができる。
【特許文献１】特開２００２−３７００１４号公報
【特許文献２】特開２００２−６２０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような熱分解式のガス処理装置では、処理対象ガスの中身によっては、処理対象ガスを熱分解した際に粉塵などが副生する場合がある。このような場合、副生した粉塵が熱交換器(9)のチューブ(3)内に付着・堆積し、最終的にはチューブ(3)に目詰まりが生じるようになる。そうすると、目詰まりが生じたチューブ(3)は、熱交換器(9)内における高温流体の通流方向全体に亘って熱交換に寄与しなくなり、熱交換効率が低下すると言ったトラブルが発生する。また、互いに略平行するチューブ(3)全てについて各チューブ(3)につき１カ所ずつでも目詰まりが生じると高温の流体が通流できなくなり、装置を停止しなければならない。このため、従来の多管式熱交換器(9)及び該熱交換器(9)を用いたガス処理装置では、長期間安定稼働させるのが困難であった。【０００６】
また、上述のようにチューブ(3)内に目詰まりが生じた場合には、ガス処理装置を止めてメンテナンスを行わなければならないが、その際、ガス分解装置の稼働を停止して熱交換器(9)全体を分解掃除するか、或いは熱交換器(9)全体を取り外して新しい物と交換しなければならず、熱交換器(9)のメンテナンスに時間や労力或いはコストがかかると言う問題があった。【０００７】
さらに、従来の多管式の熱交換器(9)では、熱交換する流体の量や温度差等に基づいて、それぞれ個別に設計ならびに製造をしなければならず、量産が容易ではなかった。【０００８】
それゆえに、本発明の主たる課題は、長期間安定稼動が可能であり、しかもメンテナンス性や量産性にも優れた熱交換器と、このような熱交換器を用いた、排ガス中の有害成分を効率よく分解することができるガス処理装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求の範囲第１項に記載した発明（図１〜３参照）は、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層して構成された熱交換器(A)であって、
熱交換ユニット(10)が、
(1A)  上下両端が開口した短筒状のシェル部材(12a)と、
(1B)  シェル部材(12a)の内部にて互いに略平行するように立設された複数の伝熱用のチューブ(14)と、
(1C)  チューブ(14)の上端部を支持し、シェル部材(12a)の上部開口側を塞ぐ上部管板(16)と、
(1D)  チューブ(14)の下端部を支持し、シェル部材(12a)の下部開口側を塞ぐ下部管板(18)と、
(1E)  下部管板(18)の縁部近傍に開口された低温流体流入口(18a)と、
(1F)  上部管板(16)における低温流体流入口(18a)の直上から離間した縁部近傍の位置に開口され、他の熱交換ユニット(10)を積層した際に当該他の熱交換ユニット(10)の低温流体流入口(18a)と継合される低温流体流出口(16a)とを具備すると共に、
(1G)  シェル部材(12a)の上下端部内の少なくとも一方に、互いに略平行するチューブ(14)の端部に面する空間(20a)が区画されており、
(1H)  複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際に、前記空間(20a)が一の熱交換ユニット(10)の上部管板(16)とこれに積層した他の熱交換ユニット(10)の下部管板(18)との間で密閉されて連通室(20)となり、当該連通室(20)が互いに略平行するチューブ(14)を横断してチューブ(14)の内部空間同士を連通し、且つ各熱交換ユニット(10)のチューブ同士を直列に連通接続することを特徴とする。【００１０】
この発明では、複数の熱交換ユニット(10)を積層して熱交換器(A)を構成すると、空間(20a)が一の熱交換ユニット(10)の上部管板(16)とこれに積層した他の熱交換ユニット(10)の下部管板(18)との間で密閉されて連通室(20)となり、当該連通室(20)が互いに略平行するチューブ(14)を横断してチューブ(14)の内部空間同士を連通すると共に、各熱交換ユニット(10)のチューブ同士を直列に連通接続するようになる。このため、チューブ(14)の一部に目詰まりが生じたとしても、該チューブ(14)における目詰まり部分の上流側及び下流側に連なる部分は、連通室(20)を介して他のチューブ(14)に連通しており、高温の流体が通流可能である。つまり、チューブ(14)内のある部分で目詰まりが生じたとしても、同一軸線上に連なるチューブ(14)の全体が閉塞され機能しなくなるのではなく、連通室(20)で挟まれた極く狭い部分のみがチューブ(14)としての機能を果たさなくなるだけである。このように連通室(20)を設けることによって、チューブ(14)の目詰まりが生じた短い部分のみをバイパスし、他の健全な部分をチューブとして機能させ続けることができるので、熱交換器(A)を長期間連続して安定稼働させることができる。【００１１】
また、このような連通室(20)を設けることによって、互いに略平行するチューブ(14)の内部を通流する高温の流体の温度を略均一にすることができる。それゆえ、当該高温の流体によってチューブ(14)の内部が受けるダメージを平準化することができ、熱交換器(A)の安定稼働に資することができる。【００１２】
さらに、本発明では、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)が構成されているので、チューブ(14)に目詰まりが生じた場合、目詰まりが生じた熱交換ユニット(10)のみを取り外して分解掃除するか、或いは当該熱交換ユニット(10)のみを取り外して新しい物と交換すればよく、熱交換器全体を交換する必要がない。つまり、メンテナンスにかかる時間や労力或いはコストを著しく低減することができる。【００１３】
また、熱交換ユニット(10)内に低温の流体を供給排出するための低温流体流入口(18a)及び低温流体流出口(16a)をシェル部材(12a)の内部に設けると共に、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際に、空間(20a)が密閉され、一の熱交換ユニット(10)の上部管板(16)とこれに積層した他の熱交換ユニット(10)の下部管板(18)との間に連通室(20)が形成されるようにしているので、熱交換ユニット(10)を多段に積み上げた後、別途低温流体を流通させる外部ダクトを取り付ける等と言った余計な作業が必要でなく、熱交換ユニット(10)を多段に積み上げるだけで簡単に熱交換器(A)を構成でき、しかも積層する熱交換ユニット(10)の数を調節するだけで目的とする熱交換効率の熱交換器(A)を得ることができる。【００１４】
ここで、請求の範囲第２項に記載したように、「熱交換ユニット(10)が、低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)とが最も離間した位置に配置され、且つこれらを含む垂直断面の形状が１８０度回転対称性を有するように形成されている」場合（図７参照）、熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)を構成する際に、熱交換ユニット(10)の天地を考慮することなく、ただ単に熱交換ユニット(10)を積み上げるだけで熱交換器(A)を構成することができると共に、低温の流体が熱交換ユニット(10)内を通流する距離を最も長くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。【００１５】
請求の範囲第３項に記載した発明は、請求の範囲第１項又は第２項に記載の熱交換器(A)において、「複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際における低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分のうち、少なくとも空間(20a)に面する部分が、嵌合構造(K)となっている」ことを特徴とする。【００１６】
また、請求の範囲第４項に記載した発明は、請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の熱交換器(A)において、「複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際における低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分のうち、少なくとも空間(20a)に面する部分に、耐熱性のパッキンが介装されている」ことを特徴とする。【００１７】
これらの発明では、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)を構成した際に、低温の流体が低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分を介して高温の流体側へとリークするのを、或いは高温の流体が低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分を介して低温の流体側へとリークするのを効果的に防止することができる。【００１８】
請求の範囲第５項に記載した発明（図９参照）は、
(5A)  上下両端が開口し、その一側面に開口された低温流体流入口(18a)と該低温流体流入口(18a)から離間した位置に開口された低温流体流出口(16a)とが穿設された短筒状のシェル部材(12a)と、
(5B)  シェル部材(12a)の内部にて互いに略平行するように立設された複数の伝熱用のチューブ(14)と、
(5C)  チューブ(14)の上端部を支持し、シェル部材(12a)の上部開口側を塞ぐ上部管板(16)と、
(5D)  チューブ(14)の下端部を支持し、シェル部材(12a)の下部開口側を塞ぐ下部管板(18)とで構成されると共に、
(5E)  シェル部材(12a)の上下端部内の少なくとも一方に、互いに略平行するチューブ(14)の端部に面する空間(20a)が区画された複数の熱交換ユニット(10)を備え、
(5F)  前記複数の熱交換ユニット(10)が積層され、隣接する熱交換ユニット(10)の低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)とをダクト(17)で接続した熱交換器(A2)であって、
(5G)  熱交換ユニット(10)同士の接続部分(J1)及び熱交換ユニット(10)とダクト(17)との接続部分(J2)を気密的に接続していることを特徴とする。【００１９】
この発明では、チューブ(14)の目詰まりが生じた短い部分のみをバイパスし、同一軸線上に連なる他の健全な部分をチューブ(14)として機能させ続けることができるので、熱交換器(A2)を長期間連続して安定稼働させることができるのに加え、積層する熱交換ユニット(10)の数を調整するだけで、目的とする熱交換効率の熱交換器(A2)を構成することができる。【００２０】
また、熱交換ユニット(10)同士の接続部分(J1)及び熱交換ユニット(10)とダクト(17)との接続部分(J2)を気密的に接続しているので、流体のリーク、具体的には、熱交換器(A2)の内部から外部へのリーク及び低温の流体と高温の流体との間でのリークを完全に防止することができる。【００２１】
請求の範囲第６項に記載した発明（図８参照）は、請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の熱交換器(A)(A2)において、「チューブ(14)には、チューブ(14)内を通流する高温の流体の流路を横切るように低温の流体が通流する横断管路(15)が設けられている」ことを特徴とするもので、このような横断管路(15)を設けることにより、チューブ(14)の表面積、すなわちチューブ(14)内を通流する高温の流体とチューブ(14)の外部を通流する低温の流体との間で熱交換が可能な面積を増やすことができ、熱交換の効率をより一層向上させることができる。【００２２】
請求の範囲第７項に記載した発明（図１０〜１２参照）は、複数の熱交換ユニット(11)を多段に積層して構成された熱交換器(A3)であって、
熱交換ユニット(11)が、
(7A)  上下両端が開口した短筒状の外管(31)及び内管(33)からなり、内管(33)の内部を高温の流体が通流する二重管構造のシェル部材(12a)と、
(7B)  外管(31)と内管(33)との間に形成されている空間を低温流体流入室(20x)と低温流体流出室(20y)とに区画する隔壁(25)と、
(7C)  内管(33)の内部にて互いに略平行するように配置され、低温流体流入室(20x)と低温流体流出室(20y)とを連通する複数の伝熱用のチューブ(14)と、
(7D)  低温流体流入室(20x)の上側開口を塞ぐ上部閉塞板(27)と、
(7E)  低温流体流出室(20y)の下側開口を塞ぐ下部閉塞板(29)とで構成されていること特徴とする。【００２３】
請求の範囲第１項乃至第５項に記載の熱交換器(A)(A2)では、伝熱用のチューブ(14)の内部を高温の流体が通流するのに対し、この発明では、該チューブ(14)の内部を低温の流体が通流し、高温の流体は内部容積の大きな内管(33)の内部を通流する。このため、高温の流体中に粉塵が副生した場合であっても、当該粉塵によって高温の流体の流路が閉塞される心配はない。【００２４】
また、互いに略平行するように配置され、低温の流体が通流するチューブ(14)は、その内部空間同士が低温流体流入室(20x)及び低温流体流出室(20y)によって連通されている(つまり、低温流体流入室(20x)及び低温流体流出室(20y)が「連通室」として機能している)ので、低温の流体中に粉塵が混入しており、当該粉塵によってチューブ(14)の一部に目詰まりが生じたとしても、チューブ(14)の目詰まりが生じた短い部分のみをバイパスし、他の健全な部分をチューブ(14)として機能させ続けることができるので、熱交換器(A3)を長期間連続して安定稼働させることができる。【００２５】
さらに、複数の熱交換ユニット(11)を多段に積層して熱交換器(A3)が構成されているので、チューブ(14)に目詰まりが生じた場合、目詰まりが生じた熱交換ユニット(11)のみを取り外して分解掃除するか、或いは当該熱交換ユニット(11)のみを取り外して新しい物と交換すればよく、熱交換器(A3)全体を交換する必要がない。【００２６】
請求の範囲第８項に記載した発明は、請求の範囲第７項に記載の熱交換器(A3)において、「熱交換ユニット(11)が、低温流体流入室(20x)の下側に開口した低温流体流入口(29a)と低温流体流出室(20y)の上側に開口した低温流体流出口(27a)とが最も離間した位置に配置され、且つこれらを含む垂直断面の形状が１８０度回転対称性を有するように形成されている」ことを特徴とするもので、これにより、熱交換ユニット(11)を多段に積層して熱交換器(A3)を構成する際に、熱交換ユニット(11)の天地を考慮することなく、ただ単に熱交換ユニット(11)を積み上げるだけで熱交換器(A2)を構成することができると共に、低温の流体が熱交換ユニット(11)内を通流する距離を最も長くすることができ、熱交換効率を向上させることができる。【００２７】
請求の範囲第９項に記載した発明は、請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載の熱交換器(A)において、「熱交換器(A)(A2)(A3)の処理対象ガス導入口(22)に、低温の流体中の粉塵を除去するフィルター(24)が設けられている」ことを特徴とするもので、これにより、熱交換器(A)(A2)(A3)の内部が、低温の流体によって外部から持ち込まれる粉塵等で汚染されるのを防止することができる。【００２８】
請求の範囲第１０項に記載した発明は、請求の範囲第１項乃至第９項の何れかに記載の熱交換器(A)(A2)(A3)において、「シェル部材(12a)には、開閉可能な開口部(21)が設けられている」ことを特徴とするもので、これにより、熱交換器(A)内部の監視やメンテナンスが容易となる。【００２９】
請求の範囲第１１項に記載した発明は、「請求の範囲第１項乃至第１０項の何れかに記載の熱交換器(A)(A2)(A3)と、熱交換器(A)(A2)(A3)内で熱交換により予熱された処理対象ガス(E)を熱分解する高温反応炉(B)とで構成されている」ことを特徴とするガス処理装置(X)である。【００３０】
この発明のガス処理装置(X)では、上述のように熱交換効率が高く長期間連続して安定稼働できる熱交換器(A)(A2)(A3)を装備しているので、処理対象ガス(E)を効率よく熱分解することができると共に、当該熱分解を長期間連続して安定的に行うことができる。【００３１】
請求の範囲第１２項に記載した発明は、請求の範囲第１１項に記載のガス処理装置(X)において、「高温反応炉(B)が、電熱ヒーター(28)，燃焼炎および大気圧プラズマの少なくとも何れか１つを熱源としている」ことを特徴とするもので、これにより、難分解性の化合物ガス（例えば、ＳＦ4やＣＦ4と言ったＰＦＣｓなど）の熱分解も可能となる。【００３２】
請求の範囲第１３項に記載した発明は、請求の範囲第１１項又は第１２項に記載のガス処理装置(X)において、「高温反応炉(B)内の温度を測定する温度センサー(32)と、温度センサー(32)で測定した温度データに基づいて熱源の出力を制御する出力制御手段(34)とを備える」ことを特徴とするもので、これにより、例えば、温度センサー(32)で測定した温度データが或る一定の範囲となるように熱源の出力を制御するよう出力制御手段(34)を設定しておけば、無駄なエネルギーを消費することなく確実に処理対象ガス(E)の熱分解を行うことができる。【００３３】
請求の範囲第１４項に記載した発明は、請求の範囲第１１項乃至第１３項の何れかに記載のガス処理装置(X)において、「熱交換器(A)(A2)(A3)に導入する処理対象ガス(E)を水洗する入口スクラバーがさらに設けられている」ことを特徴とするもので、これにより、ガス処理装置(X)に導入する処理対象ガス(E)を予め洗浄して粉塵や水溶性成分を除去することができ、処理対象ガス通流路の目詰まりや腐蝕等を防止し、より安定してガス処理装置(X)を連続運転できる。【００３４】
請求の範囲第１５項に記載した発明は、請求の範囲第１１項乃至第１４項の何れかに記載のガス処理装置(X)において、「熱交換器(A)(A2)(A3)から排出される処理済排ガス(G)を冷却する冷却器(38)又は処理済排ガス(G)を水洗する出口スクラバーの少なくとも一方がさらに設けられている」ことを特徴とするもので、これらの機器の何れかを装備することによって大気中へと排出する処理済排ガス(G)の温度をより安全なレベルにまで引き下げることができる。なお、出口スクラバーを加えた場合には、熱分解後の処理済排ガス(G)の清浄度をより一層向上させることができる。【００３５】
請求の範囲第１６項に記載した発明は、請求の範囲第１１項乃至第１５項の何れかに記載のガス処理装置(X)において、「熱交換器(A)(A2)(A3)の出口側に処理済排ガス(G)を吸引する排気ファン(40)を取り付け、熱交換器(10)の内部が所定の負圧状態となるように排気ファン(40)の回転を制御する」ことを特徴とするもので、これにより、熱交換ユニット(10)同士を接続する部分が溶接されていない場合であっても、熱交換器(10)の内部を通流する低温で且つ未処理の処理対象ガス(E)が熱交換器(A)(A2)(A3)の外部へとリークするのを効果的に防止することができる。【００３６】
請求の範囲第１７項に記載した発明は、請求の範囲第１１項乃至第１６項の何れかに記載のガス処理装置(X)において、「高温反応炉(B)内に、処理対象ガス(E)の分解を促進する触媒(48)が取り付けられている」ことを特徴とするもので、これにより、高温反応炉(B)内の温度を下げることができ、当該高温反応炉(B)にかかる負荷を低減してガス処理装置(X)の長期間連続運転に資することができる。【００３７】
請求の範囲第１８項に記載した発明は、請求の範囲第１１項乃至第１７項の何れかに記載のガス処理装置(X)において、「熱交換器(A)(A2)(A3)及び高温反応炉(B)が耐熱性の保温材(50)で被覆されている」ことを特徴とするもので、これにより、高温反応炉(B)の熱源が発する熱や処理対象ガス(E)の分解(燃焼)によって生じる熱をより一層有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、シェルの内部に、互いに略平行する複数のチューブを横断してチューブの内部空間を連通する連通室が設けられているので、チューブの一部に目詰まりが生じたとしても該チューブにおける目詰まり部分の上流側及び下流側に連なる部分は、連通室を介して他のチューブに連通しており、高温或いは低温の流体が通流可能である。しかも、このような連通室を設けることによって、互いに略平行するチューブの内部を通流する高温或いは低温の流体の温度を略均一にすることができる。【００３９】
また、複数の熱交換ユニットを多段に積層して熱交換器を構成するようにしているので、上述のようにチューブに目詰まりが生じた場合、目詰まりが生じた熱交換ユニットのみを交換すればよく、熱交換器全体を交換する必要がないのに加え、熱交換ユニットを多段に積み上げるだけで簡単に熱交換器を構成でき、積層する熱交換ユニットの数を調節するだけで目的とする熱交換効率の熱交換器を得ることができる。【００４０】
また、このような熱交換器と高温反応炉とで構成されたガス処理装置では、処理対象ガスを効率よく熱分解することができると共に、熱分解を長期間連続して安定的に行うことができる。【００４１】
したがって、長期間安定稼動が可能であり、しかもメンテナンス性や量産性に優れた熱交換器と、排ガス中の有害成分を効率よく分解することができるガス処理装置とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の熱交換器における熱交換ユニットの一例を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】本発明の一実施例(第１実施例)の熱交換器の要部を示す断面図である。
【図４】本発明の熱交換器における熱交換ユニットの他の例(１８０°回転対称型)を示す断面図である。
【図５】本発明の熱交換器における熱交換ユニットの他の例(開閉口設置)を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施例の熱交換器に嵌合構造を設けたものを示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施例の熱交換器に嵌合構造とパッキンとを設けたものを示す分解断面図である。
【図８】本発明の第１実施例の熱交換器に横断管路を設けたものを示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施例(第２実施例)の熱交換器を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例(第３実施例)の熱交換器における熱交換ユニットを示す断面図である。
【図１１】図１０におけるII−II線断面図である。
【図１２】本発明の第３実施例の熱交換器に嵌合構造とパッキンとを設けたものを示す分解断面図である。
【図１３】本発明における一実施例のガス処理装置を示す概略図である。
【図１４】本発明における他の実施例のガス処理装置を示す概略図である。
【図１５】従来の多管式の熱交換器を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
(A),(A2),(A3)…熱交換器
(B)…高温反応炉
(E)…処理対象ガス
(G)…処理済排ガス
(J1),(J2)…接続部分
(K)…嵌合構造
(P)…(耐熱性の)パッキン
(S)…ガス処理空間
(X)…ガス処理装置
(10),(11)…熱交換ユニット
(12)…シェル
(12a)…シェル部材
(14)…チューブ
(15)…横断管路
(16)…(上部)管板
(16a)…低温流体流出口
(17)…ダクト
(18)…(下部)管板
(18a)…低温流体流入口
(19a)…凸条
(19b)…凹条
(20)…連通室
(20a)…空間
(21)…開口部
(22)…処理対象ガス導入口
(23a)…ボルト
(23b)…ナット
(24)…フィルター
(26)…反応器
(28)…電熱ヒーター
(30)…処理対象ガス導入路
(32)…温度センサー
(34)…出力制御手段
(36)…排ガス送給配管
(38)…冷却器
(40)…排気ファン
(48)…触媒
(50)…保温材
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の熱交換器及びこれを用いたガス処理装置の実施例、すなわち複数の熱交換ユニットを積層して構成した熱交換器とこれを用いたガス処理装置の具体的態様について、図面を参照しつつ説明する。【００４５】
＜熱交換器＞
図１は、本発明における一実施例(第１実施例)の熱交換器(A)［図３参照］を構成する熱交換ユニット(10)の一例を示す斜視図であり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ線断面図である。これらの図が示すように、本実施例の熱交換ユニット(10)は、大略、シェル部材(12a)，チューブ(14)，上部管板(16)及び下部管板(18)で構成されている。【００４６】
シェル部材(12a)は、上下両端が開口した短筒状の部材である。このシェル部材(12a)は、熱交換ユニット(10)の外縁を構成するものであり、例えばステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などの金属、或いはセラミックと言った耐熱性を有する材料で構成されている。【００４７】
また、このシェル部材(12a)は、後述するように熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)を形成する際に、高さ方向にて連接するシェル部材(12a)同士が気密的に連結一体化して熱交換器(A)のシェル(12)となるように構成されている。【００４８】
なお、図３及び４に示す実施例では、シェル部材(12a)を四角形状のいわゆる角筒状に形成する場合を示しているが、このシェル部材(12a)は、上下両端が開口した短筒状に形成されたものであれば如何なる形状であってもよく、例えば短円筒状に形成するようにしてもよい。【００４９】
チューブ(14)は、その内部を通流する高温の流体の熱を、その外部を通流する低温の流体に伝える管状の部材である。このチューブ(14)は、ステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などと言った金属、或いはセラミックと言った熱伝導性及び耐熱性に優れた材料で構成されており、本実施例では、シェル部材(12a)の高さよりも短い長さで構成されている。【００５０】
また、このチューブ(14)は、シェル部材(12a)の内部にて互いに略平行するように複数本設けられている。【００５１】
上部管板(16)は、チューブ(14)の上端部を支持すると共に、シェル部材(12a)の上部開口側を塞ぐ平板状の部材である。この上部管板(16)は、シェル部材(12a)と同様に、例えばステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などの金属、或いはセラミックと言った耐熱性を有する材料で構成されている。【００５２】
この上部管板(16)の縁部には、後述する低温流体流入口(18a)から熱交換ユニット(10)の内部に導入した低温の流体を排出するための低温流体流出口(16a)が開口されている。なお、図１及び２に示す実施例では、矩形に形成された上部管板(16)の一辺端部がシェル部材(12a)の壁面から離間するよう切欠かれることによって、この低温流体流出口(16a)が形成されている。【００５３】
下部管板(18)は、チューブ(14)の下端部を支持すると共に、シェル部材(12a)の下部開口側を塞ぐ平板状の部材である。この下部管板(18)は、シェル部材(12a)及び上部管板(16)と同様に、例えばステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などの金属、或いはセラミックと言った耐熱性を有する材料で構成されている。【００５４】
この下部管板(16)の縁部には、熱交換ユニット(10)の内部に低温の流体を導入するための低温流体流入口(18a)が開口されている。なお、図１及び２に示す実施例では、矩形に形成された下部管板(18)の一辺端部がシェル部材(12a)の壁面から離間することによって、この低温流体流入口(18a)が形成されている。また、この低温流体流入口(18a)と上述の低温流体流出口(16a)とは同じ大きさ及び形状にて形成されている。【００５５】
ここで、低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との位置関係について説明すると、低温流体流出口(16a)は、上部管板(16)における低温流体流入口(18a)の直上から離間した縁部近傍の位置に開口される。こうすることにより、低温流体流入口(18a)から熱交換ユニット(10)内に導入された低温の流体がチューブ(14)の外部と接触することなく低温流体流出口(16a)から流出するのを防止することができる。本実施例の熱交換ユニット(10)では、低温流体流出口(16a)が上部管板(16)の縁部における低温流体流入口(18a)の直上位置から最も離間した位置に設けられ、熱交換ユニット(10)内を通流する低温の流体の通流距離が極大化されているので、チューブ(14)の内部を通流する高温の流体とチューブ(14)の外部を通流する低温の流体との間で十分且つ確実に熱交換が行なわれる。【００５６】
そして、以上のような各部材で構成された熱交換ユニット(10)には、シェル部材(12a)の上下端部内の少なくとも一方に、互いに略平行する複数のチューブ(14)の端部に面する空間(20a)が区画されている。図１及び２に示す熱交換ユニット(10)の場合、シェル部材(12a)と下部管板(18)と一対の隔壁(20b)(20c)とで区画され、互いに略平行する複数のチューブ(14)の端部に面する下部開放空間がこの空間(20a)に該当する。【００５７】
空間(20a)は、後述するように熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)を構成した際に密閉され、互いに略平行するチューブ(14)を横断してチューブ(14)の内部空間を連通し、且つ各熱交換ユニット(10)のチューブ(14)同士を直列に連通接続する連通室(20)となる。【００５８】
図３は、上述の熱交換ユニット(10)を用いて構成された一実施例(第１実施例)の熱交換器(A)の概略を示す断面図である。この図が示すように、同形同大の上記熱交換ユニット(10)を複数準備し、これらを一の熱交換ユニット(10)の低温流体流入口(18a)と他の熱交換ユニット(10)の低温流体流出口(16a)とが継合するように多段に積層することによって本実施例の熱交換器(A)が完成する。【００５９】
ここで、図３に示す熱交換器(A)を構成する熱交換ユニット(10)では、図１及び２に示すように、低温流体流入口(18a)がシェル部材(12a)の内壁と隔壁(20b)とで囲われ、該低温流体流入口(18a)とシェル部材(12a)の下端とを結ぶ流路が形成されている。このため、一の熱交換ユニット(10)の低温流体流入口(18a)と隣接する熱交換ユニット(10)の低温流体流出口(16a)とが対面・連通するようにして積層するだけで、該流路を介して低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)とが継合されるようになっている。【００６０】
また、詳しくは後述するが、熱交換器(A)を内部が負圧となるような条件で使用する場合、例えば、流体を排気ファンなどで吸引して使用する場合には、上述のように熱交換ユニット(10)を単に積層するだけで熱交換器(A)を完成させることができる。【００６１】
本実施例の熱交換器(A)によれば、隣接する熱交換ユニット(10)のチューブ(14)同士が、連通室(20)を介して直列に連通している、換言すれば、シェル(12)の内部に、互いに略平行する複数のチューブ(14)を横断してチューブ(14)の内部空間を連通する連通室(20)が設けられているので、チューブ(14)の一部に目詰まりが生じたとしても、該チューブ(14)における目詰まり部分の上流側及び下流側に連なる部分は、連通室(20)を介して他のチューブ(14)に連通しており、高温の流体が通流可能である。つまり、チューブ(14)内のある部分で目詰まりが生じたとしても、同一軸線上に連なるチューブ(14)の全体が閉塞され機能しなくなるのではなく、連通室(20)で挟まれた極く狭い部分のみがチューブ(14)としての機能を果たさなくなるだけである。このように連通室(20)を設けることによって、チューブ(14)の目詰まりが生じた短い部分のみをバイパスし、他の健全な部分をチューブとして機能させ続けることができるので、熱交換器(A)を長期間連続して安定稼働させることができる。【００６２】
また、このような連通室(20)を設けることによって、互いに略平行するチューブ(14)の内部を通流する高温の流体の温度を略均一にすることができる。それゆえ、当該高温の流体によってチューブ(14)の内部が受けるダメージを平準化することができ、熱交換器(A)の安定稼働に資することができる。【００６３】
また、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)が構成されているので、上述のようにチューブ(14)に目詰まりが生じた場合、目詰まりが生じた熱交換ユニット(10)のみを取り外して分解掃除するか、或いは当該熱交換ユニット(10)のみを取り外して新しい物と交換すればよく、熱交換器全体を交換する必要がない。つまり、メンテナンスにかかる時間や労力或いはコストを著しく低減することができる。【００６４】
さらに、熱交換ユニット(10)内に低温の流体を供給排出するための低温流体流入口(18a)及び低温流体流出口(16a)をシェル部材(12a)の内部に設けると共に、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際に、空間(20a)が密閉され、一の熱交換ユニット(10)の上部管板(16)とこれに積層した他の熱交換ユニット(10)の下部管板(18)との間に連通室(20)が形成されるようにしているので、熱交換ユニット(10)を多段に積み上げた後、別途低温流体を流通させる外部ダクトを取り付ける等と言った余計な作業が必要でなく、熱交換ユニット(10)を多段に積み上げるだけで簡単に熱交換器(A)を構成でき、しかも積層する熱交換ユニット(10)の数を調節するだけで目的とする熱交換効率の熱交換器(A)を得ることができる。【００６５】
また、図４に示すように、熱交換ユニット(10)を、低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)とが最も離間した位置に配置され、且つこれらを含む垂直断面の形状が１８０度回転対称性を有するように形成すれば、熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)を構成する際に、熱交換ユニット(10)の天地を考慮することなく、ただ単に熱交換ユニット(10)を積み上げるだけで熱交換器(A)を構成することができる。【００６６】
したがって、以上のような熱交換ユニット(10)を標準化することによって、需要者のニーズに合った所定の熱交換効率の熱交換器(A)を簡単に提供できるのみならず、熱交換器(A)の量産が可能となり、製造コストを抑えることもできる。【００６７】
なお、上述の実施例では、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)を完成させているが、多段に積層した熱交換ユニット(10)すなわち熱交換器(A)をケーシングに収納するようにしてもよい。【００６８】
また、後述するように、熱交換器(A)の低温流体導入口に、低温の流体中の粉塵を除去するフィルター(24)を設けるようにしてもよい。このようなフィルター(24)を設けることによって、熱交換器(A)の内部が、低温の流体によって外部から持ち込まれる粉塵等で汚染されるのを防止することができる。【００６９】
また、図５に示すように、シェル部材(12a)に、開閉可能な１又は複数(図５に示す例の場合２つ)の開口部(21)を設けるようにしてもよい。このような開口部(21)を設けることによって、低温の流体が通流する熱交換器(A)の内部を目視してその状態を確認できると共に、該開口部(21)から熱交換器(A)の内部に向けて高圧水などを噴射して洗浄することができる。つまり、熱交換器(A)内部のメンテナンスを容易にすることができる。【００７０】
また、図６に示すように、熱交換ユニット(10)の低温流体流入口(18a)と空間(20a)とを区画する隔壁(20b)の先端に凸条(19a)[又は凹条]を設けると共に、上部管板(16)における低温流体流出口(16a)近傍の縁部に前記凸条(19a)[又は凹条]と嵌合する凹条(19b)[又は凸条]を設け、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際における低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分のうち、少なくとも空間(20a)に面する継合部分(T)が嵌合構造(K)となるようにするのが好ましい。こうすることにより、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層して熱交換器(A)を構成した際に、低温の流体が低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分を介して高温の流体側へとリークするのを、或いは高温の流体が低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分を介して低温の流体側へとリークするのを効果的に防止することができるからである。【００７１】
また、このような嵌合構造(K)に代えて、或いは図７に示すように、このような嵌合構造(K)と共に、複数の熱交換ユニット(10)を多段に積層した際における低温流体流入口(18a)と低温流体流出口(16a)との継合部分のうち、少なくとも空間(20a)に面する継合部分(T)に、石綿やロックウールやガラスウールなどからなる耐熱性のパッキン(P)を介装することによっても同様の効果を奏することができる。【００７２】
ここで、図７に示す熱交換器(A)では、シェル部材(12a)の上下両端部にフランジ部(12b)が設けられている。そして、熱交換ユニット(10)を積層して熱交換器(A)を構成する際には、熱交換ユニット(10)同士が当接する部分(すなわち継合部分)全てに耐熱性のパッキン(P)を取り付け、フランジ部(12b)に設けられたボルト挿通孔(12c)にボルト(23a)を挿通すると共に当該ボルト(23a)にナット(23b)を螺着して熱交換ユニット(10)同士をボルト止めする。このように熱交換ユニット(10)同士をボルト止めすることにより、パッキン(P)に十分な押圧力が加わりガスのリークをより効果的に防止することができると共に、熱交換器(A)の組立や熱交換ユニット(10)の交換等を簡単に行なうことができるようになる。【００７３】
さらに、上述の実施例では、矩形に形成された低温流体流出口(16a)と低温流体流入口(18a)とを、シェル部材(12a)の内壁と隔壁(20b)とで形成された流路を介して継合しているが、熱交換ユニット(10)を多段に積層した際に、低温流体流出口(16a)と低温流体流入口(18a)とが継合される態様であれば、如何なるものであってもよい。したがって、図示しないが、低温流体流出口(16a)と低温流体流入口(18a)とを円形状に形成すると共に、これらの一方に予め配管の一端を取り付け、熱交換ユニット(10)を積層した際に低温流体流出口(16a)と低温流体流入口(18a)とが当該配管を介して継合される態様などであってもよい。【００７４】
そして、図８に示すように、熱交換ユニット(10)用のチューブ(14)として当該チューブ(14)内を通流する高温の流体の流路を横切るように低温の流体が通流する横断管路(15)が設けられたものを用いるようにしてもよい。ここで、この横断管路(15)は、ステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などと言った金属、或いはセラミックと言った熱伝導性及び耐熱性に優れた材料からなる管状の部材で、チューブ(14)と一体的に形成してもよいし、別体で形成すると共に、チューブ(14)と横断管路(15)との接続部分を溶接や耐熱性の無機接着剤による接着などの接合手段で気密的に接合するようにしてもよい。【００７５】
次に、図９に示す第２実施例の熱交換器(A2)について説明する。上述した第１実施例と異なる部分は、低温流体流入口(18a)及び低温流体流出口(16a)がシェル部材(12a)に設けられている点、低温流体流入口(18a)及び低温流体流出口(16a)を連結するダクト(17)が取り付けられている点、及び熱交換ユニット(10)同士の接続部分(J1)及び熱交換ユニット(10)とダクト(17)との接続部分(J2)を全て溶接し、気密的に接続している点である。なお、これら以外の部分は前記第１実施例と同じであるので、前記第１実施例の説明を援用して本実施例の説明に代える。【００７６】
本実施例の熱交換器(A2)を構成する熱交換ユニット(10)では、シェル部材(12a)の上部開口側及び下部開口側のそれぞれが上部管板(16)及び下部管板(18)で完全に塞がれ、シェル部材(12a)の上下両側に空間(20a)が設けられると共に、シェル部材(12a)の側面に低温流体流入口(18a)が開口され、又、シェル部材(12a)側面の前記低温流体流入口(18a)に対向する位置に低温流体流出口(16a)が開口されている。【００７７】
この熱交換ユニット(10)を用いて本実施例の熱交換器(A2)を組み立てる際には、まず始めに、熱交換ユニット(10)を多段に積層し、一の熱交換ユニット(10)の低温流体流出口(16a)と上方に積層した他の熱交換ユニット(10)の低温流体流入口(18a)とをダクト(17)で接続する。【００７８】
そして、熱交換ユニット(10)同士の接続部分(J1)及び熱交換ユニット(10)[より具体的にはシェル部材(12a)]とダクト(17)との接続部分(J2)を全て溶接することによって、本実施例の熱交換器(A2)が完成する（図９参照）。【００７９】
本実施例の熱交換器(A2)によれば、熱交換ユニット(10)同士の接続部分(J1)及び熱交換ユニット(10)とダクト(17)との接続部分(J2)を全て溶接しているので、流体のリーク、具体的には、熱交換器(A)の内部から外部へのリーク及び低温の流体と高温の流体との間でのリークを完全に防止することができる。【００８０】
なお、この実施例では、熱交換ユニット(10)同士の接続部分(J1)及び熱交換ユニット(10)とダクト(17)との接続部分(J2)を全て溶接する場合を示したが、当該部分(J1)及び(J2)を気密的に接続できるものであれば、その接続方法は如何なる方法であってもよく、例えば、図７に示す場合と同様に、当該部分(J1)及び(J2)にパッキンを介装してボルト止めする方法を用いることもできる。なお、このように当該部分(J1)及び(J2)にパッキンを介装してボルト止めした場合、当該部分(J1)及び(J2)を溶接する場合に比べて、熱交換器(A)の組立や熱交換ユニット(10)の交換等を簡単に行うことができるようになる。【００８１】
次に、図１０乃至１２に示す他の実施例(第３実施例)の熱交換器(A3)について説明する。上述の各実施例の熱交換器(A)(A2)では、伝熱用のチューブ(14)の内部を高温の流体が通流するのに対し、この実施例の熱交換器(A3)では、該チューブ(14)の内部を低温の流体が通流する点で相違する。なお、上述の各実施例の熱交換器(A)(A2)では、低温の流体がチューブ(14)の内部を通流するようにすると、低温流体の周囲を高温の流体が囲繞する状態となり、高温の流体の熱が周辺へと放出される結果、熱交換器として極めて効率が悪くなるため技術的に得策ではない。【００８２】
図１０及び図１１は、本実施例(第３実施例)の熱交換器(A3)を構成する熱交換ユニット(11)を示す図である。これらの図が示すように、本実施例の熱交換ユニット(11)は、大略、シェル部材(12a)，隔壁(25)，チューブ(14)，上部閉塞板(27)及び下部閉塞板(29)などで構成されている。【００８３】
シェル部材(12a)は、例えばステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などの金属、或いはセラミックと言った耐熱性を有する材料で構成され、上下両端が開口した短筒状の外管(31)及び内管(33)からなる二重管構造の部材である。また、このシェル部材(12a)は、後述するように熱交換ユニット(11)を多段に積層して熱交換器(A3)を形成する際に、高さ方向にて連接するシェル部材(12a)同士が気密的に連結一体化して熱交換器(A3)のシェル(12)となるように構成されている。【００８４】
なお、図１０及び１１に示す実施例では、シェル部材(12a)を短円筒状に形成する場合を示しているが、このシェル部材(12a)は、上下両端が開口した短筒状に形成されたものであれば如何なる形状であってもよく、例えば第１実施例と同様に角筒状に形成するようにしてもよい。【００８５】
隔壁(25)は、例えばステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などの金属、或いはセラミックと言った耐熱性を有する材料で構成され、外管(31)と内管(33)との間に形成されている空間を低温流体流入室(20x)と低温流体流出室(20y)とに区画する部材である。【００８６】
チューブ(14)は、上述の各実施例と同様に、ステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などと言った金属、或いはセラミックと言った熱伝導性及び耐熱性に優れた材料で構成された管状の部材で、内管(33)の内部にて互いに略平行するように配置され、その内部空間を介して低温流体流入室(20x)と低温流体流出室(20y)とを連通する。このため、当該チューブ(14)の内部を通流する低温の流体に、内管(33)の内部を通流する高温の流体の熱が伝わるようになっている。【００８７】
上部閉塞板(27)は、低温流体流入室(20x)の上側開口を塞ぐ平板状の部材で、シェル部材(12a)と同様に、例えばステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などの金属、或いはセラミックと言った耐熱性を有する材料で構成されている。このような上部閉塞板(27)で低温流体流入室(20x)の上側開口を塞ぐことにより、低温流体流入室(20x)の下側開口が低温流体流入口(29a)となる。【００８８】
下部閉塞板(29)は、低温流体流出室(20y)の下側開口を塞ぐ平板状の部材で、シェル部材(12a)と同様に、例えばステンレスやハステロイ(ヘインズ社登録商標)などの金属、或いはセラミックと言った耐熱性を有する材料で構成されている。このような下部閉塞板(29)で低温流体流出室(20y)の下側開口を塞ぐことにより、低温流体流出室(20y)の上側開口が低温流体流出口(27a)となる。【００８９】
ここで、図１１に示すように、熱交換ユニット(11)を、低温流体流入口(29a)と低温流体流出口(27a)とが最も離間した位置に配置され、且つこれらを含む垂直断面の形状が１８０度回転対称性を有するように形成すれば、熱交換ユニット(11)を多段に積層して熱交換器(A3)を構成する際に、熱交換ユニット(11)の天地を考慮することなく、ただ単に熱交換ユニット(11)を積み上げるだけで熱交換器(A3)を構成することができる。【００９０】
図１２は、上述の熱交換ユニット(11)を用いて構成された第３実施例の熱交換器(A3)の概略を示す断面図である。この図が示すように、同形同大の上記熱交換ユニット(11)を複数準備し、これらを一の熱交換ユニット(11)の低温流体流入口(29a)と他の熱交換ユニット(11)の低温流体流出口(27a)とが継合するように多段に積層することによって本実施例の熱交換器(A3)が完成する。【００９１】
なお、図１２に示す熱交換器(A3)を構成する熱交換ユニット(11)では、シェル部材(12a)の上下両端部にフランジ部(12b)が設けられると共に、内管(33)の上端面には凸条(19a)が、又、内管(33)の下端面には前記凸条(19a)と嵌合する凹条(19b)が設けられている。【００９２】
このため、図１２に示す熱交換器(A3)を組み立てる際には、隣接する熱交換ユニット(11)のフランジ部(12b)の間に、石綿やロックウールやガラスウールなどからなる耐熱性のパッキン(P)を介装すると共に、隣接する熱交換ユニット(11)の凸条(19a)と凹条(19b)とを嵌合させる。そして、フランジ部(12b)に設けられたボルト挿通孔(12c)にボルト(23a)を挿通すると共に当該ボルト(23a)にナット(23b)を螺着して熱交換ユニット(11)同士をボルト止めする。このように、熱交換ユニット(11)同士をボルト止めすることにより、パッキン(P)に十分な押圧力が加わり、熱交換器(A3)内部を通流するガスのリークをより効果的に防止することができると共に、熱交換器(A3)の組立や熱交換ユニット(11)の交換等を簡単に行なうことができる。【００９３】
＜ガス処理装置＞
図１３は、本発明の熱交換器を装備したガス処理装置(X)の一例を示す概略図である。この図が示すように、本実施例のガス処理装置(X)は、大略、熱交換器(A)と高温反応炉(B)とで構成されている。【００９４】
ここで、図１３に示す熱交換器(A)は、熱交換ユニット(10)の上下両端部に連通室(20)を形成する空間(20a)が設けられている点、最下段の熱交換ユニット(10)のシェル部材(12a)に処理対象ガス導入口(22)が開口されている点及び該処理対象ガス導入口(22)の近傍に処理対象ガス(E)中の粉塵を除去するフィルター(24)が取り付けられている点で上述した第１実施例の熱交換器(A)とは異なるが、その作用・効果は上述の物と同様であるため、上記説明を援用して本実施例の熱交換器(A)の説明に代える。なお、この熱交換器(A)として上記第２実施例の熱交換器(A2)や第３実施例の熱交換器(A3)を用いてもよいことは云うまでもない。【００９５】
高温反応炉(B)は、工業プロセスから排出されたＶＯＣやＰＦＣｓなどを含む処理対象ガス(E)を熱分解する装置であり、大略、反応器(26)と、該反応器(26)の天井面から垂設された１又は複数の電熱ヒーター(28)とで構成されている。【００９６】
反応器(26)は、少なくともその内面がキャスタブルなどの耐火性材料で構成され、内部にガス処理空間(S)が形成された筒状の下面開口部材である。この反応器(26)は、水平断面の外形形状が熱交換器(A)のものと等しくなるように形成されている。したがって、熱交換ユニット(10)の上部にこの反応器(26)を載置するか、或いは反応器(26)の下端開口部に熱交換器(A)を取り付けるだけで、ガス処理装置(X)の外形が完成するようになっている。【００９７】
この反応器(26)の内部には、熱交換器(A)における最上段の熱交換ユニット(10)の低温流体流出口(16a)に連通し、当該低温流体流出口(16a)から流出してきた処理対象ガス(E)を反応器(26)の内壁面に沿って遡上させガス処理空間(S)の上部に供給する処理対象ガス導入路(30)が設けられている。そして、この処理対象ガス導入路(30)を除く反応器(26)内部のガス処理空間(S)が、熱交換器(A)のチューブ(14)内部と連通するようになっている。つまり、ガス処理空間(S)内で処理対象ガス(E)を熱分解した際に生じる高温の処理済排ガス(G)が、熱交換器(A)のチューブ(14)内部に与えられるようになっている。【００９８】
電熱ヒーター(28)は、ガス処理空間(S)内を７００℃〜１３００℃程度の所定の温度に加熱して処理対象ガス(E)を加熱分解させるための熱源であり、具体的には、炭化珪素などからなる中実あるいは中空の棒状の発熱体で形成されている。【００９９】
ここで、本実施例のガス処理装置(X)では、高温反応炉(B)の内部（具体的にはガス処理空間(S)）の温度を測定するため、熱電対などで構成された温度センサー(32)が取り付けられており、この温度センサー(32)で測定した温度データが、シーケンサーなどで構成され、電熱ヒーター(28)の電源装置(図示せず)の出力を制御する出力制御手段(34)に与えられるようになっている。このため、温度センサー(32)で測定した温度データに基づいて電熱ヒーター(28)に供給する電力の量が制御されるようになっている。【０１００】
そして、以上のように構成されたガス処理装置(X)の下部には、熱交換器(A)のチューブ(14)内部を流下してきた処理済排ガス(G)を集合させて大気中へと排出する排ガス送給配管(36)が取り付けられており、この排ガス送給配管(36)の途中には、大気中へと排出する処理済排ガス(G)の温度をより安全なレベルにまで引き下げるための冷却器(38)が取り付けられている。また、この排ガス送給配管(36)には、処理済排ガス(G)を吸引して大気中へ放出する排気ファン(40)が接続されている。【０１０１】
ここで、この排気ファン(40)は、熱交換器(10)の内部が所定の負圧状態となるように回転が制御されている。具体的には、処理対象ガス導入口(22)に接続された処理対象ガス導入配管(42)に、当該配管(42)内の圧力を計測する圧力計(44)が取り付けられており、この圧力計(44)の示す圧力値が所定の負圧となるよう圧力制御装置(46)にて排気ファン(40)の回転数が制御されている。【０１０２】
このように熱交換器(10)の内部が所定の負圧状態となるように排気ファン(40)の回転数を制御することによって、熱交換ユニット(10)同士を接続する部分が溶接されていない場合であっても、熱交換器(10)の内部を通流する低温で且つ未処理の処理対象ガス(E)が熱交換器(A)の外部へとリークするのを効果的に防止することができる。【０１０３】
次に、本実施例のガス処理装置(X)の作用について説明する。まず始めにガス処理装置(X)の運転スイッチ(図示せず)をオンにして電熱ヒーター(28)を作動させ、反応器(26)内の加熱を開始する。【０１０４】
続いて、ガス処理空間(S)の内部温度が処理対象ガス(E)の熱分解が可能な所定の温度に達すると、排気ファンを作動させてガス処理装置(X)内に処理対象ガス(E)を供給する。すると、処理対象ガス導入口(22)から熱交換器(A)内に導入された処理対象ガス(E)は、チューブ(14)内部を通流する高温のガスとの間で熱交換を繰り返しながら熱交換ユニット(10)内のチューブ(14)外部を通流し、下段の熱交換ユニット(10)から上段の熱交換ユニット(10)に向けて移動する。【０１０５】
続いて、熱交換器(A)内のチューブ(14)外部を通流して十分に予熱された処理対象ガス(E)は、処理対象ガス導入路(30)を経由してガス処理空間(S)の上部に与えられ、当該空間(S)内で熱分解されて高温の処理済排ガス(G)となる。【０１０６】
そして、熱分解後の高温の処理済排ガス(G)は、熱交換器(A)のチューブ(14)内部に与えられ、上述したように処理対象ガス(E)との間で熱交換を繰り返しながら、排ガス送給配管(36)に向けてチューブ(14)内を通流する。排ガス送給配管(36)に達した処理済排ガス(G)は、さらに冷却器(38)で冷却された後、大気中へと放出される。【０１０７】
本実施例のガス処理装置(X)によれば、上述のように熱交換効率が高く長期間連続して安定稼働できる熱交換器(A)を装備しているので、処理対象ガス(E)を効率よく熱分解することができると共に、当該熱分解を長期間連続して安定的に行うことができる。【０１０８】
また、高温反応炉(B)内の温度を測定する温度センサー(32)と、温度センサー(32)で測定した温度データに基づいて電熱ヒーター(28)の出力を制御する出力制御手段(34)とを備えているので、例えば、温度センサー(32)で測定した温度データが或る一定の範囲となるように電熱ヒーター(28)の出力を制御するよう出力制御手段(34)を設定しておけば、無駄なエネルギーを消費することなく確実に処理対象ガス(E)の熱分解を行うことができる。【０１０９】
なお、上述の実施例では、熱源として電熱ヒーター(28)を用いる場合を示したが、この電熱ヒーター(28)に替えて、或いはこれと共に燃焼炎や大気圧プラズマを用いるようにしてもよい。熱源としてこれらのものを利用することによって、難分解性の化合物ガス（例えば、ＳＦ4やＣＦ4と言ったＰＦＣｓなど）の熱分解も可能となるからである。【０１１０】
また、図示しないが、ガス処理装置(X)に、熱交換器(A)に導入する処理対象ガス(E)を水洗する入口スクラバーを設置するようにしてもよい。このようなスクラバーを設置することによって、ガス処理装置(X)に導入する処理対象ガス(E)から粉塵や水溶性成分を除去することができ、その結果、処理対象ガス通流路の目詰まりや腐蝕等をより一層効果的に防止できると共に、ガス処理装置(X)をより安定的に長期間連続運転することができるようになる。【０１１１】
また、上述した冷却器(38)に替えて、或いはこの冷却器(38)と共に処理済排ガス(G)を水洗する出口スクラバー(図示せず)を設けるようにしてもよい。このような出口スクラバーを設けることによって、大気中へと排出する処理済排ガス(G)の温度をより安全なレベルにまで引き下げることができるのみならず、熱分解後の処理済排ガス(G)の清浄度をより一層向上させることができる。【０１１２】
さらに、図１４に示すように、ガス処理空間(S)内に、処理対象ガス(E)の分解を促進すべく、白金系やセラミック系の触媒(48)を設けるようにしてもよい。このような触媒(48)を設けることによって、高温反応炉(B)内の温度を下げることができ、当該高温反応炉(B)にかかる負荷を低減してガス処理装置(X)の長期間連続運転に資することができる。【０１１３】
そして、同じく図１４に示すように、必要に応じて、熱交換器(A)及び高温反応炉(B)の外周をロックウールなどで構成された耐熱性の保温材(50)で被覆するようにしてもよい。このような保温材(50)を取り付けることによって、高温反応炉(B)の熱源の発する熱や処理対象ガス(E)の分解(燃焼)によって生じる熱をより一層有効に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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