(57)【要約】      （修正有）【課題】  伝熱チューブの座屈を有効に防止できる新規な熱交換装置およびこれを用いたカーボンブラック生産システムを実現する。【解決手段】  外筒と、この外筒の内部に、長手方向を外筒の筒軸方向にして配置される多数本の伝熱チューブと、外筒の上部に設けられ、多数本の伝熱チューブの上端側を保持するとともに上記外筒上部を塞ぐ上部管板と、外筒の下部に設けられ、多数本の伝熱チューブの下端側を保持するとともに外筒下部を塞ぐ下部管板と、上部管板と下部管板との間に配設される複数のバッフルプレートＢＦにより構成され、個々のバッフルプレートが複数本の伝熱チューブにより貫通されて伝熱チューブ間を規制し、外筒内部に流通される気体を蛇行させるバッフルプレート群と、このバッフルプレート群の個々のバッフルプレートを上記外筒内に、外筒の筒軸方向に所定の位置関係に保持する保持手段とを有する。【選択図】  図１
2006090641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒の内部に多数本の伝熱チューブを配置し、上記伝熱チューブに高温ガスを流通させ、上記外筒内部に気体を流通させて上記高温ガスとの熱交換により上記気体を加熱昇温させる熱交換装置において、
外筒と、
この外筒の内部に、長手方向を外筒の筒軸方向にして配置される多数本の伝熱チューブと、
上記外筒の上部に設けられ、上記多数本の伝熱チューブの上端側を保持するとともに、上記外筒上部を塞ぐ上部管板と、
上記外筒の下部に設けられ、上記多数本の伝熱チューブの下端側を保持するとともに、上記外筒下部を塞ぐ下部管板と、
上記上部管板と下部管板との間に配設される複数のバッフルプレートにより構成され、個々のバッフルプレートが複数本の伝熱チューブにより貫通されて伝熱チューブ間を規制し、外筒内部に流通される気体を蛇行させるバッフルプレート群と、
このバッフルプレート群の個々のバッフルプレートを上記外筒内に、外筒の筒軸方向に所定の位置関係に保持する保持手段とを有し、
少なくとも、上記伝熱チューブに座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレートが、上記外筒の筒軸の周りに回転するのを防止するように、上記外筒と上記バッフルプレートとを１以上の係合部で、バッフルプレートごとに係合させたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
反応炉入り口に燃料と空気を供給して高温の燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガス中に原料油を噴霧してカーボンブラックを生成し、反応を停止させた後の高温の排ガスを、熱交換装置の伝熱チューブ内を通過させて捕集部へ導いて上記カーボンブラックを捕集するカーボンブラック生産システムにおいて、
熱交換装置として請求項１記載のものを用いたことを特徴とするカーボンブラック生産システム。
【請求項３】
請求項２記載のカーボンブラック生産システムにおいて、
請求項１記載の熱交換装置により空気を加熱して昇温させ、昇温させた空気を反応炉へ導入することを特徴とするカーボンブラック生産システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は熱交換装置およびカーボンブラック生産システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外筒の内部に多数本の伝熱チューブを配置し、伝熱チューブに高温ガスを流通させ、外筒内部に気体を流通させて高温ガスとの熱交換により気体を加熱昇温させる熱交換装置は産業の各分野において広く実施されている。このような熱交換装置を用いるカーボンブラック生産システムも知られている（特許情報１）。
【０００３】
例えば、カーボンブラック生産システムに用いられる熱交換装置では、伝熱チューブに流通される高温ガスは「反応炉から出て捕集部へ向かう分解生成ガス」で、反応炉内で生成された多量のカーボンブラック微粒子を含んだ状態であり、その温度は一般に１０００℃程度あり、熱交換により加熱される空気は８００℃程度に昇温される。このため、伝熱チューブの温度は９００℃前後となる。
【０００４】
このような高温ガスに対して熱交換を行う熱交換装置の場合、高温ガスと熱交換する気体の「伝熱チューブ外壁への接触面積」を増大させて熱交換効率を高めるため、内径：２０〜２００ｍｍ程度の細い伝熱チューブを多数本用い、高温ガスをこれら多数の伝熱チューブに分流して流通させる。伝熱チューブの長さも７ｍ〜１５ｍ程度に設定される。
【０００５】
このように、伝熱チューブは細くて長く、両端は機械的に固定されている。このような状態にある伝熱チューブの温度が９００℃程度の高温になると、伝熱チューブの機械強度が低下して「座屈」が発生しやすくなる。
【０００６】
例えば、伝熱チューブの上流側（通常は下端部側）はカラーを介して下部管板に溶接固定され、下流側（通常は上端部側）は「伸縮管(ベローズ)」を介して上部管板に溶接固定されている。なお、伝熱チューブは上端側が上流側、下端側が下流側となる場合もあり、その場合には、上端側がカラーを介して上部管板に溶接固定され、下端側は伸縮管(ベローズ)を介して下部管板に溶接固定される。  
伝熱チューブが座屈すると、座屈による曲がりのため、伝熱チューブの上端が下方に変位する。伝熱チューブの座屈量は「熱交換器の使用時間とともに経時的に増大」し、伝熱チューブの座屈量が経時的に増大して「ある限度」を超えると、上記伸縮管が破損したり伸縮機能が損なわれたりし、さらには、伝熱チューブの破損、上部管板との溶接固定部の破断も生じうる。このような状態は「高温ガスと空気が混合して２次燃焼による火災を引き起こしかねない危険な状態」であり、熱交換装置としての寿命と判断される。
【０００７】
例えば、カーボンブラック生産システムに用いられる熱交換装置の場合、熱交換装置の寿命はシステムの稼動状態にもよるが４〜１０年の範囲で、平均すると６〜７年であるとされ、寿命を決定する主因は「伝熱チューブの座屈に起因する、伝熱チューブの変形・破損と伸縮管の破損によるもの」であることが知られている。従って、伝熱チューブの座屈を防止できれば、熱交換器の寿命を有効に長寿命化できるものと考えられる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１３８３６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、伝熱チューブの座屈を有効に防止できる新規な熱交換装置およびこれを用いたカーボンブラック生産システムの実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の熱交換装置（請求項１）は「外筒の内部に多数本の伝熱チューブを配置し、伝熱チューブに高温ガスを流通させ、外筒内部に気体を流通させて高温ガスとの熱交換により上記気体を加熱昇温させる熱交換装置」であって、外筒と、上部管板と、下部管板と、バッフルプレート群と、保持手段とを有する。
【００１１】
「外筒」は、加熱昇温させるべき気体を内部に流通される。  
「伝熱チューブ」は、外筒の内部に、長手方向を外筒の筒軸方向にして多数本が配置される。「多数本」は１０本程度〜数１００本程度の本数である。伝熱チューブの径は、例えば、内径：２０ｍｍ〜２００ｍｍ、外径：２５ｍｍ〜２１０ｍｍ程度のものが好適で、材質としては耐熱性に優れ機械的強度に優れたステンレススチール等が好適である。即ち、多数本の伝熱チューブとしては従来から知られたものを適宜用いることができる。
【００１２】
「上部管板」は、外筒の上部に設けられ、多数本の伝熱チューブの上端側を保持するとともに、外筒上部を塞ぐ。  
「下部管板」は、外筒の下部に設けられ、多数本の伝熱チューブの下端側を保持するとともに、外筒下部を塞ぐ。
【００１３】
「バッフルプレート群」は、上部管板と下部管板との間に配設される複数のバッフルプレートにより構成され、個々のバッフルプレートが複数本の伝熱チューブにより貫通されて伝熱チューブ間を規制し、外筒内部に流通される気体を蛇行させる。
【００１４】
バッフルプレート群を構成するバッフルプレートの枚数は設計条件により決定されるが、従来から知られた熱交換装置において用いられている枚数と同様でよい。例えば、熱交換装置が「カーボンブラック生産システム」に用いられる「外筒の長さが１４．５ｍのもの」であれば、外筒の筒軸方向に「４０ｃｍ〜１５０ｃｍに１枚程度の割合」で設けるのが目安となる。バッフルプレートの材質も、ステンレススチール等、従来から用いられている適宜のものを用いることができる。勿論、伝熱チューブの座屈による変形力に拮抗できる強度を有することが必要である。
【００１５】
「保持手段」は、バッフルプレート群の個々のバッフルプレートを外筒内に、外筒の筒軸方向に所定の位置関係に保持する手段である。  
そして「少なくとも、伝熱チューブに座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレート」が、「外筒の筒軸の周りに回転する（伝熱チューブの座屈は、外筒の半径方向へは外筒により規制されるため、外筒の内周面に沿って回転するように発生する）のを防止する」ように、外筒と「少なくとも上記座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレートの個々」とが１以上の係合部で、バッフルプレートごとに係合される。
【００１６】
即ち、外筒内に配置される全てのバッフルプレートを個別的に「外筒と係合部で係合」させても良いが、このように全てのバッフルプレートを外筒と係合させる必要は必ずしも無く「伝熱チューブに座屈が発生しやすい領域の配置される必要最小限の枚数のバッフルプレートのみ」を外筒と係合させても良い。
【００１７】
１例を挙げれば、外筒の長さが１４．５ｍ程度で、伝熱チューブの外径が９０ｍｍ程度のものである場合、座屈が生じやすいのは「チューブ長手方向の中央部より下側における３〜５ｍの範囲」であることが経験上知られている。このような場合、バッフルプレートを外筒の軸心方向へ「略７０ｃｍ間隔」で設ける場合であれば、外筒内に配置される全バッフルプレートの枚数は２０枚程度であるが、座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレートは４〜７枚程度となるから、このような場合、これら４〜７枚のバッフルプレートのみを外筒と個別的に係合させて「外筒の筒軸周りの回転」を阻止するようにしても良いのである。
【００１８】
この発明のカーボンブラック生産システムは「反応炉入り口に燃料と空気を供給して高温の燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガス中に原料油を噴霧してカーボンブラックを生成し、反応を停止させた後の高温の排ガスを、熱交換装置内を通過させて捕集部へ導いてカーボンブラックを捕集するカーボンブラック生産システム」であって、熱交換装置として上記請求項１記載のものを用いたことを特徴とする（請求項２）。
【００１９】
請求項２記載のカーボンブラック生産システムは「熱交換装置により空気を加熱して昇温させ、昇温させた空気を反応炉へ導入する」構成とすることができる（請求項３）。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、この発明の熱交換装置では、少なくとも「伝熱チューブに座屈が発生しやすい領域に配置されるバッフルプレート」が外筒と個別的に係合され、外筒の筒軸周りの回転を阻止されるので、伝熱チューブの変形が有効に防止され「従来の熱交換装置の寿命を決定付けていた伝熱チューブの座屈」が生じ難くなるので、熱交換装置の寿命を有効に延ばすことができる。例えば、カーボンブラック生産システムに使用する熱交換装置の場合、従来、４〜１０年、平均で６〜７年であった寿命が、この発明の熱交換装置の場合、８〜２０年、平均で１０〜１５年の寿命を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、発明の実施の形態を説明する。  
図３は、この発明を適用可能な熱交換装置の１例である「カーボンブラック生産システム用の熱交換装置」の概略を説明するための図である。  
図３（ａ）は、熱交換装置の構造を略示している。符号１０は「外筒」を示す。外筒１０は使用状態では上下方向を鉛直方向として設定される。外筒１０は円筒形状であって、高さ（長さ）は例えば１４．５ｍで、上端部と下端部は筒径が若干太くなっている。
【００２２】
内径は上下端部で例えば２０５０ｍｍ、中央部において例えば１７２０ｍｍである。上端部の「筒径が若干太くなった部分」の周壁部分に空気流入口１０Ａが形成され、下端部の「筒径が若干太くなった部分」の周壁部分に空気流出口１０Ｂが形成されている。
【００２３】
外筒１０の上端の開口は上部管板１２により閉ざされ、下端の開口は下部管板１４により閉ざされている。下部管板１４は上板１４Ａと下板１４Ｂとを適宜の間隔を介して一体化した構造となっている。
【００２４】
下部管板１４の上板１４Ａの中央部から、冷却風管１５が外筒１０の軸心に沿って設けられている。冷却風管１５の上端部は外筒１０の下端部から４ｍ〜１３．５ｍ程度に設定される。
【００２５】
冷却風ＣＡ１は、下部管板１４の上・下板１４Ａ、１４Ｂの間隙に吹き込まれ、下部管板１４を冷却し、冷却風管１５内を上方へ流れ、排出風ＣＡ２となって外筒１０内に排出されて「熱交換される空気」に混入される。冷却風管１５は必要に応じて設けられるものであり、省略することも可能である。
【００２６】
外筒１０の内部には「多数の伝熱チューブ」が外筒１０の筒軸方向（鉛直方向）に平行に設けられ、その上下端はそれぞれ、上部管板１２、下部管板１４を貫通している。  
図３（ａ）における符号１６は「多数の伝熱チューブを構成する伝熱チューブ」のうちの１本を代表して示している。
【００２７】
外筒１０の内部にはまた、バッフルプレート群を構成する複数のバッフルプレートＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４、・・が設けられている。以下において、バッフルプレート群を構成するバッフルプレートを上側から数えたとき「奇数番目のバッフルプレート」を符号ＢＦｏ（ｏ＝１、３、５、・・）で表し、「偶数番目のバッフルプレート」を符号ＢＦｅ（e＝２、４、６、・・）で表すことにする。
【００２８】
図３（ｂ）は、図３（a）における上部管板１２を上方から見た状態を示している。上部管板１２には、図示の如く多数の円孔が穿設され、これら円孔は伝熱チューブ１６−１、１６−２、・・１６−ｉ、・・により貫通されている。
【００２９】
図３（ｃ）は、上部管板１２による任意の伝熱チューブ１６−ｉの「上端部の保持」を説明するための図である。上部管板１２において、任意の伝熱チューブ１６−ｉの上端部を保持する部分は、管板の厚み方向へ若干突出するチューブ状の係合孔１２−ｉとして形成され、伝熱チューブ１６−ｉは、その上側の端部が係合孔１２−ｉを貫通する。
【００３０】
係合孔１２−ｉに嵌合した伝熱チューブ１６−ｉ（の上端部）は、公知の伸縮管（ベローズ）等を用いた係止手段ＦＸにより上部管板１２に固定的に係止される。このようにして、伝熱チューブ１６−ｉの上側端部が上部管板１２に固定的に保持される。他の伝熱チューブも同様にして上部管板１２に固定的に保持される。
【００３１】
下部管板１４による複数の伝熱チューブ１６−ｉおよび冷却風管１５の保持は、これらを下部管板に溶接固着することにより行われる。図３（ａ）に示すように、下部管板１４においては、伝熱チューブ１６の下方端部は上板１４Ａ、下板１４Ｂを貫通して下板１４Ｂに係止され、冷却風管１５は上板１４Ａのみを貫通して上板１４Ａに係止される。
【００３２】
図３（ｄ）は、外筒１０の上側から数えて偶数番目のバッフルプレートＢＦｅを示している。バッフルプレートＢＦｅは、図示の如く、「多数本の伝熱チューブ」のうちの一部および「必要に応じて冷却風管」を貫通される貫通孔を穿設され、「左側部分を切除された円形形状（この円形形状の直径は例えば１７１０ｍｍである。）」を有する。
【００３３】
図３（ｅ）は、外筒１０の上側から数えて奇数番目のバッフルプレートＢＦｏを示している。バッフルプレートＢＦｏは、図示の如く、「多数本の伝熱チューブ」のうちの一部および「必要に応じて冷却風管」を貫通される貫通孔を穿設され、「右側部分を切除された円形形状」を有する。
【００３４】
これらバッフルプレートＢＦｏ、ＢＦｅは、図３（ａ）に示すように外筒１０の上側から交互に設けられる。このとき、バッフルプレートの「円形状を切除された部分」と外筒１０の内周壁との間（熱交換される空気は主としてこの部分を流れる。）が、図３（ａ）に示すように、交互に左右に振り分けられるようにされる。
【００３５】
付言すると、図３（ｄ）、（ｅ）にバッフルプレートＢＦｅ、ＢＦｏに分けて説明したのは説明の都合上であり、実際にはバッフルプレートＢＦｏとＢＦｅは同一のものであり、これらが交互に１８０度回転された状態で使用されるのである。また、冷却風管１５や伝熱チューブ１６−ｉは、バッフルプレートの貫通孔に「若干の遊び」を以って「遊嵌」される。説明中の例ではバッフルプレートＢＦｅ、ＢＦｏの厚さは１０ｍｍである。
【００３６】
図３（ａ）を参照すると、熱交換装置の稼動時には、高温の排ガスＧ２が多数の伝熱チューブ１６内を上方へ向かって流れ、熱交換すべき空気Ａ１は外筒１０上部の空気流入口１０Ａから送り込まれ、バッフルプレート群を構成するバッフルプレートＢＦｅ、ＢＦｏの間を蛇行しつつ流れ、多数の伝熱チューブ１６を介して排ガスＧ２と熱交換し、加熱昇温された高温の空気Ａ２となって空気流出口１０Ｂから取出される。
【００３７】
バッフルプレート群は、上記の如く空気の流れを蛇行させることにより外筒内における空気の流路長を長くし、空気と伝熱チューブとの接触時間・接触面積を大きくして熱交換の効率を高める機能を有している。
【００３８】
次に、バッフルプレート群の個々のバッフルプレートを外筒内に「外筒の筒軸方向に所定の位置関係に保持」する保持手段につき、図４を参照して簡単に説明する。  
図３には示されていないが、上部管板の「伝熱チューブにより貫通される貫通孔が形成された領域」の外側の領域部分に、複数のタイロッドの上端部が固定され、これらタイロッドは外筒の内周面に沿って垂下している。タイロッドは断面が「直径：１０数ｍｍの円形状」のステンレス棒材である。
【００３９】
図４において符号４１−１、４１−２、４１−ｉはタイロッドを示している。タイロッドの総数は通常１０〜２０本である。バッフルプレートＢＦｅ、ＢＦｏの方には、これらタイロッドを貫通させる貫通穴が穿設されているが、これらの貫通孔は、図３等において記載を省略されている。
【００４０】
タイロッドをバッフルプレートに貫通させるとき、バッフルプレート間隔に応じて長さを設定されたスペーサパイプＳＰ１、ＳＰ２が各タイロッドに嵌合される。スペーサパイプＳＰ１、ＳＰ２は例えばステンレス製で、バッフルプレートに穿設された「タイロッドを貫通させる貫通穴」よりも径が大きく、例えば２０ｍｍ程度の外径を有している。
【００４１】
スペーサパイプＳＰ１の長さは「隣接するバッフルプレートＢＦｏ間の間隔（＝隣接するバッフルプレートＢＦｅ間の間隔（例えば１４００ｍｍ程度））」に等しく、スペーサパイプＳＰ２の長さは「隣接するバッフルプレートＢＦｏとＢＦｅとの間隔（７００ｍｍ程度）」に等しく設定されている。このようにして、タイロッドは外筒内部を垂下し、その下端部は「最下部にあるバッフルプレートの下面側」でボルト締めされる。  
このようにして「バッフルプレート群の個々のバッフルプレートが、外筒内に、外筒の筒軸方向に所定の位置関係に保持」される。上述の複数のタイロッドやスペーサパイプは「保持手段」を構成する。  
上に説明したところは「カーボンブラック生産システムに用いられる熱交換装置の構成として一般的なもの」である。
【００４２】
ここで、説明中の例に即して、先に述べた「伝熱チューブの座屈」につき説明する。  
上述の如く、伝熱チューブは複数のバッフルプレートを貫通しているが、バッフルプレート外周（例えば直径：１７１０ｍｍ）と外筒（内径：１７２０ｍｍ）の内周との間隔は外筒の筒径方向には「高々数ｍｍ程度」しかなく、バッフルプレートの外筒内での変位の自由度は筒径方向には数ｍｍ程度しかない。
【００４３】
図５を参照すると、伝熱チューブに座屈が生じる場合、伝熱チューブが「外筒１０の筒径方向」に座屈しようとして、バッフルプレートＢＦを上記筒径方向へ変位させても、外筒１０内におけるバッフルプレートＢＦの、上記筒径方向への変位の自由度は高々数ｍｍであるから、バッフルプレートＢＦの筒径方向への変位は外筒１０の内壁で阻害される。このため伝熱チューブは「外筒１０の筒径方向」には座屈できない。
【００４４】
しかしながら、バッフルプレートＢＦは「外筒１０の軸周りの回転」は自由であるから、例えば、伝熱チューブ１６２が矢印の向きに座屈しようとするときは、バッフルプレートＢＦを回転させつつ座屈することが可能である。外筒１０内にある多数の伝熱チューブの、座屈の向きはランダムであるが、各伝熱チューブが座屈しようとする際にバッフルプレートＢＦに作用する力の合力により定まる向きにバッフルプレートＢＦが回転すると、各伝熱チューブは座屈し、伝熱チューブの束が全体として捩れるように座屈する。
【００４５】
このとき、座屈による伝熱チューブごとの変形量は必ずしも同一ではない。  
例えば、伝熱チューブ１６２は外筒の筒軸から８０ｃｍの位置にあるものとし、バッフルプレートＢＦが６度回転したとすると、座屈による変形量は半径：８０ｃｍの円周：５０２．４ｃｍ（＝２×８０×３．１４）の１／６０であるから８．４ｃｍ程度になるが、バッフルプレートＢＦの中央部に近い貫通穴を貫通する伝熱チューブ１６１は、外筒の軸心から２０ｃｍの位置にあると考えると、バッフルプレートＢＦの上記回転角：６度に対しては上記伝熱チューブ１６２の変形量の１／４の２．１ｃｍ程度にすぎない。
【００４６】
伝熱チューブの両端は上・下部管板１２、１４に機械的に固定され、固定位置は外筒の軸心に直交する面内では変位しない。このため座屈した伝熱チューブの状態は図５（ｂ）に示すように「上下を固定された伝熱チューブ」が、その中央部より下側の３〜５ｍｍの「座屈し易い領域」で「外筒内壁の周方向（図面の面内方向）に沿って揃って湾曲する」ように変形した状態となる。図中の符号ＢＦは「伝熱チューブが座屈しやすい領域に配置された複数のバッフルプレート」を示している。
【００４７】
伝熱チューブの座屈量は、上記の如く、外筒の内周面に近いものほど座屈量が大きく、軸心に近い伝熱チューブでは座屈量は小さい。
【００４８】
このような座屈を防止するべく、この発明においては「少なくとも、伝熱チューブに座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレートＢＦが、外筒の筒軸の周りに回転するのを防止するように、外筒とバッフルプレートとを、１以上の係合部でバッフルプレートごとに係合させる」構成とする。
【００４９】
図１、図２に「外筒とバッフルプレートとの係合」の２例を示す。  
図１（ａ）に示す例では、バッフルプレートＢＦの外周部の３箇所に矩形形状の切り欠きＫ１、Ｋ２、Ｋ３が「プレート側係合部」として形成され、これらが外筒１０の内周面に筒軸方向に形成された外筒側係合部Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６とそれぞれ係合することにより、バッフルプレートＢＦの回転を阻止するようになっている。
【００５０】
係合部の「筒軸方向の状態」を図１（ｂ）に「係合部Ｋ１とＫ４との係合」を例として示す。外筒側係合部Ｋ４は外筒の筒軸方向（図の上下方向）に、係合に必要な長さ分（例えば１５０ｍｍ程度）だけ突設されている。  
係合の深さ（外筒の軸径方向の係合幅）は５０ｍｍ程度でよく、係合部Ｋ１、Ｋ４の幅も５０ｍｍ程度の大きさで適宜に決めればよい。
【００５１】
図２（ａ）に示す係合例では、外筒１０の内周面においてバッフルプレートＢＦの「直線状の縁部」に近接した位置に「係合部」としてストッパＳＴ１、ＳＴ２を突設する。図２（ｂ）にストッパＳＴ１を例示するように、ストッパは外筒１０の筒軸方向（図の上下方向）に、係合に必要な長さ（例えば１５０ｍｍ程度）だけ突設される。係合の幅（バッフルプレートＢＦとストッパＳＴ１の図２（ａ）の面内における当接幅）は１００ｍｍ程度でよい。ストッパＳＴ２についても同様である。  
バッフルプレートＢＦが回転しようとすると、バッフルプレートＢＦの「直線状の縁部の端部」がストッパＳＴ１あるいはＳＴ２に当接して回転が阻止される。
【００５２】
前述した「外筒の長さ：１４．５ｍ程度、伝熱チューブの外径：９０ｍｍ程度」のものの場合、座屈が生じ易いのはチューブ長手方向中央部より下側における３〜５ｍの範囲であり、上に説明した「バッフルプレートを外筒の軸心方向へ７０ｃｍ間隔で設ける場合」であれば、座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレートの枚数は４〜７枚程度となるから、このような場合「図１、図２の例の如くに外筒と係合させるバッフルプレートＢＦ」の枚数は４〜７枚程度で足りる。  
バッフルプレートと外筒の係合は、図１、図２に示すものに限らず、種々の係合形態が可能であり、バッフルプレートの回転を阻止できるものであれば適宜である。
【００５３】
図６は、カーボンブラック生産システムの実施の１形態を概念化して示している。  
周知の如く「カーボンブラック」は基本的には「炭化水素の熱分解」により得られる。
【００５４】
図６に符号１で示す「反応炉」の燃料燃焼部１Ａにおいて、燃料Ｆが「ブロワ９により送り込まれて熱交換部５での熱交換により高温化された燃焼用空気Ａ」とともに燃焼されて高温の燃焼ガスＧ１となる。反応部１Ｂにおいて「供給される原料油Ｏ」が燃焼ガスＧ１により熱分解され、カーボンブラックを生成する。このとき、反応部内の温度は１２００〜１８００℃の高温になる。
【００５５】
反応部１Ｂの下流側に設けられた急冷部１Ｃで急冷された、カーボンブラックを含む高温の排ガスＧ２は、反応炉１Ｃ内から取出されるが、急冷後も１０００℃程度の高温を保っている。反応炉１Ｃから取出された高温の排ガスＧ２は、熱交換部５の排ガス入り口側に設けられた整流室３を介して熱交換部５を通過し、捕集部７で生成物であるカーボンブラックを捕集される。熱交換部５では、ブロワ９により常温状態で送り込まれた空気と「高温の排ガス」とが熱交換する。  
熱交換部５としては、例えば、図１、図２に即して上に説明した「少なくとも、伝熱チューブに座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレートが、外筒の筒軸の周りに回転するのを防止するように、外筒とバッフルプレートとを１以上の係合部で、バッフルプレートごとに係合させた熱交換装置」が用いられる。
【００５６】
従って、図６においてブロワ９により熱交換部５に送り込まれる空気は図３（ａ）に符号Ａ１で示す「熱交換すべき空気」であり、熱交換部５から反応炉１Ａに送り込まれる燃焼用空気Ａは図３（ａ）に符号Ａ２で示す「加熱昇温された高温の空気」である。
【００５７】
上に実施の形態を説明した「熱交換装置」は、外筒１０の内部に多数本の伝熱チューブ１６を配置し、伝熱チューブに高温ガスＧ２を流通させ、外筒内部に気体を流通させて高温ガスとの熱交換により気体を加熱昇温させる熱交換装置において、外筒１０と、この外筒の内部に、長手方向を外筒の筒軸方向にして配置される多数本の伝熱チューブ１６と、外筒１０の上部に設けられ、多数本の伝熱チューブ１６の上端側を保持するとともに、外筒上部を塞ぐ上部管板１２と、外筒１０の下部に設けられ、多数本の伝熱チューブ１６の下端側を保持するとともに、外筒下部を塞ぐ下部管板１４と、上部管板１２と下部管板１４との間に配設される複数のバッフルプレートＢＦｏ、ＢＦｅにより構成され、個々のバッフルプレートが複数本の伝熱チューブにより貫通されて伝熱チューブ間を規制し、外筒内部に流通される気体を蛇行させるバッフルプレート群と、このバッフルプレート群の個々のバッフルプレートを外筒内に、外筒の筒軸方向に所定の位置関係に保持する保持手段４１−ｉ、ＳＰ１、ＳＰ２とを有し、少なくとも、伝熱チューブに座屈の生じやすい領域に配置されるバッフルプレートＢＦが外筒１０の筒軸の周りに回転するのを防止するように、外筒１０とバッフルプレートＢＦとを１以上の係合部Ｋ１、Ｋ４、・・ＳＴ１、ＳＴ２でバッフルプレートごとに係合させた熱交換装置（請求項１）である。
【００５８】
また、図６に実施の形態を示した「カーボンブラック生産システム」は、反応炉入り口１Ａに燃料Ｆと空気Ａを供給して高温の燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガスＧ１中に原料油Ｏを噴霧してカーボンブラックを生成し、反応を停止させた後の高温の排ガスＧ２を、熱交換装置５内を通過させて捕集部７へ導いてカーボンブラックを捕集するカーボンブラック生産システムにおいて、熱交換装置５として請求項１記載のものを用いたものであり（請求項２）、熱交換装置により空気を加熱して昇温させ、昇温させた空気Ａを反応炉へ導入するもの（請求項３）である。
【００５９】
なお、上には熱交換装置の実施の形態としてカーボンブラック生産システムに用いるものを説明したが、この発明の熱交換装置はこれに限定されること無く、種々のシステムに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】バッフルプレートと外筒との係合の１例を説明するための図である。
【図２】バッフルプレートと外筒との係合の別例を説明するための図である。
【図３】熱交換装置の１例を説明するための図である。
【図４】バッフルプレートを保持する保持手段を説明するための図である。
【図５】伝熱チューブの座屈によるバッフルプレートの回転を説明するための図である。
【図６】この発明のカーボンブラック生産システムの実施の１形態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０      外筒  
ＢＦ      バッフルプレート
Ｋ１      切欠き（プレート側係合部）
Ｋ４      外筒側係合部
【図１】
2006090641.tif 000003
【図２】
2006090641.tif 000004
【図３】
2006090641.tif 000005
【図４】
2006090641.tif 000006
【図５】
2006090641.tif 000007
【図６】
2006090641.tif 000008