(57)【要約】【課題】  伝熱管の表面におけるダストの堆積を防止し、伝熱効率の低下を抑制すること。【解決手段】  先端が封止されたセラミックス製の伝熱外管７と、この伝熱外管７の内部に挿入され、先端が開放された内管９とからなる二重管構造の伝熱管１を、燃焼排ガス流路３の耐火壁５に挿通させて燃焼排ガス流路３中に延在させ、伝熱外管７と内管９との隙間および内管９の内部を被加熱流体の流路とする空気加熱器であって、伝熱外管９の基端部に設けられたフランジ１３を両側から摺動部材２１、２２で挟んで支持部材２７、２９で挟持し、伝熱外管９を軸中心の回転自在に支持するようにする。これによれば、伝熱外管７は、軸中心に回転するから、表面に付着したダストを払い落とすことができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が封止されたセラミックス製の伝熱外管と、この伝熱外管の内部に挿入され、先端が開放された内管とからなる二重管構造の伝熱管を、燃焼排ガス流路の壁面に挿通させて前記燃焼排ガス流路中に延在させ、前記伝熱外管と前記内管との隙間および前記内管の内部を被加熱流体の流路とする空気加熱器であって、前記伝熱外管の基端部に設けられたフランジを両側から摺動部材で挟んで支持部材で挟持し、前記伝熱外管を軸中心の回転自在に支持してなる空気加熱器。
【請求項２】
前記摺動部材は、スラスト軸受であることを特徴とする請求項１に記載の空気加熱器。
【請求項３】
前記フランジまたは該フランジと当接する前記スラスト軸受の受板の少なくとも一方を、無端帯部材を介して回転駆動軸と連結してなる請求項２に記載の空気加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気加熱器に係り、特に、都市ごみや産業廃棄物などを焼却する焼却炉から発生する燃焼排ガスの熱により空気を高温に加熱する空気加熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみや産業廃棄物を処理する方法として、これらの廃棄物を熱分解反応器に導いて熱分解し、この熱分解により生成された熱分解ガスと熱分解残渣とを燃焼溶融炉に導入して燃焼処理するとともに、この燃焼熱により熱分解ガスや熱分解残渣中に含まれる不燃物の粉粒体を溶融させて溶融スラグを回収し、建材や舗装材の骨材などに利用することが行われている。
【０００３】
一方、燃焼溶融炉の後流側の煙道には、例えば、燃焼排ガスの流れ方向に直交させて、複数の伝熱管からなる空気加熱器が設けられ、燃焼排ガスと伝熱管内を流れる空気とを熱交換して燃焼排ガスの熱を回収し、これにより加熱された空気を熱分解反応器などに導いて、熱源として利用することが行われている。
【０００４】
ところで、燃焼溶融炉から排出される燃焼排ガスは、高温（例えば、１０００℃）で、かつ強い腐蝕性ガスを有するため、このような燃焼排ガスに曝される伝熱管の構成材料は、伝熱性に加えて、耐熱性および耐高温腐食性が要求される。そのため、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とするセラミックスを伝熱管などに適用することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０８３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、廃棄物を焼却して発生する燃焼排ガス中には、一般に飛灰等のダストが含まれるため、煙道に配置される伝熱管の表面には、例えば、燃焼排ガスの流れ方向に沿ってダストが付着し、堆積するおそれがある。このように、伝熱管の表面にダストが堆積すると、伝熱管の熱交換能力を低下させるおそれがある。
【０００７】
本発明は、伝熱管の表面におけるダストの堆積を防止し、伝熱効率の低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を達成するため、先端が封止されたセラミックス製の伝熱外管と、この伝熱外管の内部に挿入され、先端が開放された内管とからなる二重管構造の伝熱管を、燃焼排ガス流路の壁面に挿通させて燃焼排ガス流路中に延在させ、伝熱外管と内管との隙間および内管の内部を被加熱流体の流路とする空気加熱器であって、伝熱外管の基端部に設けられたフランジを両側から摺動部材で挟んで支持部材で挟持し、伝熱外管を軸中心の回転自在に支持してなることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、伝熱外管が静止した状態においては、燃焼排ガスの流れ方向に対し前面および後面にダストの堆積が形成されるが、本発明によれば、伝熱外管を軸中心に、例えば９０度回転させることにより、燃焼排ガスの流れ方向に対しダストの堆積位置が直交するため、堆積したダストを自然落下させ、伝熱効率の低下を抑制することができる。このように、伝熱外管の回転を繰り返すことにより、ダストの付着量を最小限に留め、伝熱性能を維持することができる。
【００１０】
この場合において、摺動部材は、スラスト軸受であることが好ましい。これによれば、伝熱外管の回転負荷を小さくできる。
【００１１】
また、フランジまたはフランジと当接するスラスト軸受の受板の少なくとも一方を、無端帯部材を介して回転駆動軸と連結させるようにしてもよい。これによれば、例えば、フランジの外周面にギアを固定し、チェーンを介してモータ又は手動回転機構の回転軸と連結させることにより、複数の伝熱外管を同時に回転させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、伝熱管の表面におけるダストの堆積を防止し、伝熱効率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用してなる空気加熱器の実施の形態について説明する。まず、本実施形態の空気加熱器が燃焼排ガスの流路内に配置される様子を図２に示す。図２（ａ）は、空気加熱器の側面図、（ｂ）は、正面図を示す。図２に示すように、空気加熱器の伝熱管１は、燃焼排ガス流路３内に等間隔で複数設けられ、いずれも耐火壁５を介して略水平方向に挿入し、燃焼排ガスの流れ方向（矢印）に直交して配置されている。
【００１４】
次に、本実施形態の空気加熱器の構成について説明する。図１は、本実施形態にかかる空気加熱器の伝熱管１およびその周辺構成を示す断面図である。図に示すように、伝熱管１は、セラミックス製の伝熱外管７と、伝熱外管７の内部に挿入された金属製の内管９とを有している。伝熱外管７は、例えば、炭化珪素系セラミックスにより形成され、燃焼排ガス流路３側の先端部は、平板状の端面１１によって封止されている。一方、内管９は、伝熱外管７内に略同軸に挿入され、先端の開口端は、端面１１と間隔をおいて対向配置され、ここにおいて内管９は、伝熱外管７と連通している。また、伝熱外管７と内管９の外周面との間には、所定の間隔が設けられている。なお、伝熱外管７の端面１１は、平板状に限定されるものではなく、例えば、半球状に形成されていてもよい。
【００１５】
伝熱外管７の基端は、鍔状に形成されるフランジ部１３を有し、このフランジ部１３の開口に、ボックス状の空気室１５が連結されている。つまり、空気室１５に形成される円筒部１４の先端部がフランジ部１３の開口に気密に装着されている。ここで、内管９は、空気室１５の端面１６を挿通して延在し、フランジ部１３の開口を介して伝熱外管７内に挿入されている。そして、空気室１５の側面には、被加熱空気を導入する空気入口１７が設けられている。
【００１６】
一方、伝熱外管７のフランジ部１３は、両側を円環状の耐熱用ガスケット１９で挟んでから、周方向に回転可能なスラスト軸受２１、２２で挟持し、さらに先端側において、内側から順に、自動調心型軸受２３、耐熱用ガスケット２８を介した後、先端側を支持部材２７、基端側を支持部材２９として、締付け具３０により締付固定するようになっている。なお、本実施形態においては、金属部品同士の当接面、つまり、スラスト軸受２１と自動調心型軸受２３、スラスト軸受２２と支持部材２９との間は、溶接またはボルト締めにより別途固定されている。
【００１７】
ここで、耐熱用ガスケット１９、２８としては、例えば、耐熱温度が４００℃以上のマンホールガスケット（例えば、ニチアス株式会社製、スーパーマンホールガスケット−Ｓ）が用いられ、柔軟なセラミック繊維を用いたシート材（材質：ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３）と併用して使用するようにしてもよい。スラスト軸受２１、２２は、潤滑剤として、例えば、高温用のセラミック潤滑剤（ＢＮ、ＭｏＳ２）を用いることにより、滑らかな回転動作を維持することができる。自動調心型軸受２３は、自動調心機能を備え、後述するようにフランジ部１３が回転する際に、ぶれや振動を吸収するものである。支持部材２７は、筒体の基端部にフランジ部を有して成り、筒部が耐火壁５の開口２６に内接して固定される一方、フランジ部の端面には耐熱用ガスケット２８が当接している。
【００１８】
耐火壁５の開口２６において、支持部材２７の内周面と伝熱外管７の外周面との隙間には、セラミック繊維を筒状に金型成型してなるセラミック繊維モールド２５が挟持され、開口２６の隙間が気密にシールされている。これにより、伝熱外管７は、耐火壁５によって回動自在に軸支されるようになっている。なお、セラミック繊維モールド２５は、燃焼排ガス流路３内に脱落しないように、図示しない脱落防止用部材（例えば、リング状またはピン状）により保持されている。
【００１９】
次に、このように構成される空気加熱器の動作について説明する。廃棄物処理装置を運転すると、燃焼排ガス流路３内には、例えば１０００℃程度の高温の燃焼排ガスＧが流れる。そして、図示しない被加熱空気供給装置から供給された空気が空気入口１７を介して、空気室１５から伝熱外管７内に流入する。この空気は、伝熱外管７と内管９との間の空間を矢印の方向に流れ、ここにおいて燃焼排ガスＧによって高温に加熱される。そして、この加熱された高温空気は、伝熱外管７の先端部において折り返し、内管９内を流れて基端部から排出される。この排出された高温空気の熱エネルギは有効に利用される。
【００２０】
ところで、廃棄物を焼却して発生する燃焼排ガス中には、一般に飛灰等のダストが含まれており、燃焼排ガス流路３内に固定された伝熱管１の表面には、図３（ａ）に示すように、燃焼排ガスＧの流れ方向に沿って、前面および後面にダスト４１の堆積が形成される場合がある。このように、伝熱管１の表面にダスト４１が堆積すると、伝熱面積が実質的に減少し、伝熱管１の熱交換能力が低下することが懸念される。
【００２１】
そこで、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、伝熱外管７を軸中心に、例えば９０度回転させるようにする。これによれば、ダスト４１の位置が燃焼排ガスＧの流れ方向に対し直交するため、燃焼排ガスＧの流れの影響などを受けてダスト４１が自然落下（矢印）し、伝熱管１の熱交換能力の低下を回復することができる。このため、伝熱外管７は、例えば周期的に回転操作を繰り返すことにより、ダスト４１の付着量を最小限に留めるとともに、伝熱性能の低下を抑制することができる。
【００２２】
ここで、伝熱外管７の回転操作について詳細に説明する。図１に示すように、伝熱外管７は、フランジ部１３がスラスト軸受２１、２２に挟持され、支持部材２７、２９を介して耐火壁５に軸支されているから、例えば、スラスト軸受２１または２２の回転側の受板に、図示しない回転用ハンドルを設置し、これを回転させることにより、伝熱外管７を軸中心に回転させることができる。ここで、伝熱外管７は、セラミック繊維モールド２５の内周面と当接しながら回転するが、この摩擦力は小さいため、回転負荷に与える影響は小さい。また、伝熱外管７は、フランジ部１３の開口内に空気室１５の円筒部１４が装着されているが、被加熱用空気が漏れない程度に摩擦の小さいシール剤などで隙間がシールされている。
【００２３】
また、伝熱外管７を駆動装置により自動的に回転させるようにしてもよい。図４は、複数の伝熱管を駆動装置と連結させた様子を示す図である。例えば、図１のスラスト軸受２２の回転側の受板の外周面に突起状のギア４３を等間隔で複数形成し、チェーン４５などを介して、図示しないモータの回転駆動軸４７と連結させ、複数の伝熱外管７を同時に回転駆動させるようにしてもよい。本実施形態では、スラスト軸受２２の受板を介して伝熱外管７を回転させているが、フランジ部１３の外周面にギアを形成し、同様にして回転させるようにしてもよい。また、モータに代えて、チェーンを介して手動回転機構の回転軸と連結させるようにしてもよい。
【００２４】
なお、本実施形態では、フランジ部１３をスラスト軸受２２、２３で挟持するようにしているが、摩擦の小さい摺動部材であれば、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる空気加熱器の伝熱管およびその周辺構成の断面図を示す。
【図２】本発明にかかる空気加熱器が燃焼排ガスの流路内に配置される様子を示す図であり、（ａ）は、空気加熱器の側面図、（ｂ）は、正面図を示す。
【図３】燃焼排ガス流路内に配置された伝熱管にダストが堆積する様子を示す模式図であり、（ａ）は、伝熱管を静止させた状態のダスト堆積状態を示し、（ｂ）は、伝熱管を軸中心に９０度回転させた状態を示す。
【図４】本発明にかかる複数の伝熱管を駆動装置と連結させた様子を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  伝熱管
３  燃焼排ガス流路
５  耐火壁
７  伝熱外管
９  内管
１３  フランジ部
１５  空気室
１９、２８  耐熱用ガスケット
２１、２２  スラスト軸受
２３  自動調心型軸受
２５  セラミック繊維モールド
２７、２９  支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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