(57)【要約】【課題】伝熱管の外表面に生じる温度差を低減して伝熱管の損傷を回避する。【解決手段】空気加熱器１は、先端が封止された伝熱外管１２、伝熱外管１２の内部に挿入され先端が封止された第１の伝熱内管１４、第１の伝熱内管の内部に挿入され先端が開口した第２の伝熱内管１６とを有し、第１の伝熱内管１４と第２の伝熱内管１６との間に形成された隙間３８と第２の伝熱内管１６の内部とに被加熱空気を通流させる３重管構造の伝熱管１０を備え、伝熱外管１６と第１の伝熱内管１４との間に形成された隙間３４の伝熱外管１６と第１の伝熱内管１４の基端側の部分を閉止する構成とする。【選択図】    図１
2005016880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が封止された伝熱外管と、該伝熱外管の内部に挿入され先端が封止された第１の伝熱内管と、該第１の伝熱内管の内部に挿入され先端が開口した第２の伝熱内管とを有し、前記第１の伝熱内管と前記第２の伝熱内管との間に形成された隙間と前記第２の伝熱内管の内部とに被加熱空気を通流させる３重管構造の伝熱管を備え、前記伝熱外管と前記第１の伝熱内管との間に形成された隙間の前記伝熱外管と前記第１の伝熱内管の基端側の部分を閉止してなる空気加熱器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気加熱器に関し、例えば、廃棄物を処理した燃焼排ガスにより空気を加熱する空気加熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物処理装置は、廃棄物（例えば、家庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物や、廃プラスチック、カーシュレッダーダスト、廃オフィス機器、電子機器、化粧品などの産業廃棄物）を熱分解した後に燃焼処理したり、廃棄物を直接に燃焼処理したりするものが知られている。そして、燃焼処理で発生する燃焼排ガスの熱エネルギを回収して有効利用を図る１つの方法として、燃焼排ガスが通流する煙道に空気加熱器を設けて高温の空気を得ることが行われている。
【０００３】
この空気加熱器は、燃焼排ガス中に空気を通流させる伝熱管を配置して、空気を加熱するようにしたものが知られている。伝熱管は、先端が封止した伝熱外管と、伝熱外管に挿入され先端が開口した伝熱内管とを備えた２重管構造のものが用いられている。これにより、加熱された空気は、廃棄物の熱分解等の熱源として利用することが行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−２１３４９号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１のように、伝熱管が２重管構造の場合、被加熱空気は、例えば、伝熱外管と伝熱内管との間の隙間に流される過程で、伝熱外管の周囲に流れる高温の燃焼排ガスにより加熱された後、伝熱内管の内部を介して排出されるようになっている。したがって、伝熱外管と伝熱内管の間に供給される比較的低温の被加熱空気は、伝熱管の基端側から先端側に向かうにつれて高温になるので、伝熱外管の軸方向に温度差が生じることになる。また、鉛直方向上向きに流れる燃焼排ガスの雰囲気中に、伝熱管が片持ち式に配設されると、伝熱外管の上面側に燃焼排ガスに含まれる飛灰が堆積し、伝熱外管の上面側の温度が下面側の温度よりも低くなり、伝熱外管の周方向に温度差が生じることになる。
【０００６】
このように伝熱外管に温度差が生じると、その温度差に起因して熱応力、例えば引長応力が加わることから、伝熱外管が損傷を受けるおそれがある。特に、伝熱外管を薄肉化するために、セラミックスを用いると、セラミックスは引長応力に比較的弱いので損傷を受け易い。
【０００７】
本発明の課題は、伝熱管に生じる温度差を低減して伝熱管の損傷を回避することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の空気加熱器は、先端が封止された伝熱外管と、この伝熱外管の内部に挿入され先端が封止された第１の伝熱内管と、この第１の伝熱内管の内部に挿入され先端が開口した第２の伝熱内管とを有し、その第１の伝熱内管と第２の伝熱内管との間に形成された隙間と第２の伝熱内管の内部とに被加熱空気を通流させる３重管構造の伝熱管を備え、その伝熱外管と第１の伝熱内管との間に形成された隙間の伝熱外管と第１の伝熱内管の基端側の部分を閉止してなることを特徴とする。
【０００９】
これよれば、伝熱外管と第１の伝熱内管との間に形成された隙間は、密封された空間となり空気層が形成されるから、第１の伝熱内管の内部に流れる比較的低温の被加熱空気は、空気層を介して伝熱外管との間で熱交換されることになる。すなわち、通流する被加熱空気は、伝熱外管に直接に接触せずに、空気層を介して加熱されることになる。したがって、空気層が緩衝層として作用して、伝熱管に生じる軸方向の温度差を緩和することができる。また、空気層が対流することにより、伝熱管の上面側と下面側との間で生じる周方向の温度差も低減することができる。その結果、温度差に起因する熱応力が生じないから、伝熱管が損傷を受けることを回避できる。
【００１０】
特に、引長応力に比較的弱いセラミックスなどから形成された伝熱管を用いた場合でも、伝熱管に生じる温度差が緩和されることから、セラミックス製の伝熱管が損傷を受けることを回避できる。
【００１１】
また、伝熱管の伝熱外管が損傷を受けたとしても、第１の伝熱内管と第２の伝熱内管との間に被加熱空気を通流させるようにしていることから、その被加熱空気が外部に漏洩（リーク）することがないので、空気加熱器の運転に早急に支障を与えることはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を適用してなる空気加熱器の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、空気加熱器に有する伝熱管を３重管構造にすることで伝熱管に生じる温度差を緩和する１つの例を説明するものである。図１は、本発明の一実施形態の空気加熱器の断面図を示している。
【００１３】
図１に示すように、空気加熱器１は、廃棄物を処理した燃焼排ガスが鉛直方向上向きに流れる煙道の側壁１１に貫通され、先端を自由端として片持ち式に取り付けられた伝熱管１０を複数有して形成されている。伝熱管１０は、伝熱外管１２、伝熱外管１２の内部に挿入された第１の伝熱内管１４、第１の伝熱内管１４の内部に挿入された第２の伝熱内管１６とを有した３重管構造に構成されている。
【００１４】
伝熱外管１２は、セラミックスなどから形成され、先端側が半球状に封止され、基端側が開口して形成されている。基端側の開口縁にはフランジ１８が取り付けられている。フランジ１８は、半径方向につば状に出っ張った状態で取り付けられている。そして、伝熱外管１２内に同軸状に第１の伝熱内管１４が挿入され、伝熱外管１２と第１の伝熱内管１４との間に隙間３４が形成される。第１の伝熱内管１４は、先端側の封止された部分が伝熱外管１２の先端部の内面と間隔を有して位置されており、基端側は被加熱空気入口管２６に連結している。また、第１の伝熱内管１４内に第２の伝熱内管１６が同軸状に挿入され、第１の伝熱内管１４と第２の伝熱内管１６との間に隙間３８が形成される。第２の伝熱内管１６は、先端側の開口された部分が伝熱内管１４の先端側の内面と間隔を有して位置されており、基端側は加熱空気出口管２８に連結している。
【００１５】
また、伝熱外管１２は、ステンレス製のスリーブ２０を介して側壁１１に支持されている。スリーブ２０は、側壁１１に形成された貫通穴に装着され、煙道の外に位置する開口端の縁にフランジ２２が取り付けられている。また、スリーブ２０と伝熱管１０との間には、断熱材２４が介装されている。断熱材２４は、セラミックモールド、例えば熱伝導性が比較的低いセラミックスなどから形成されたものである。
【００１６】
被加熱空気入口管２６は、一端が被加熱空気の供給流路に連結され、他端が第１の伝熱内管１４の基端側に連結されている。また、被加熱空気入口管２６の外表面にはフランジ３０が取り付けられている。フランジ３０は、半径方向につば状に出っ張った状態で形成されており、フランジ２２に対峙している。そして、フランジ３０とフランジ２２の間に伝熱外管１２のフランジ１８を挟持させ、フランジ３０とフランジ２２をボルト３２により固定するようになっている。したがって、フランジ３０の炉壁１１側の面により、隙間３４の伝熱外管１２と第１の伝熱内管１４の基端側の部分が閉止される。すなわち、隙間３４は、密封された空間となり空気層３４ａが形成されることになる。なお、フランジ３０とフランジ１８との間、及びフランジ１８とフランジ２２との間にパッキン材であるガスケット３６を挟むようにしている。これにより、炉壁１１と伝熱管１０とのシール性、空気層３４ａの気密性を確保することができる。
【００１７】
このように構成される空気加熱器１において被加熱空気が加熱される動作について説明する。まず、被加熱空気は、被加熱空気入口管２６から隙間３８に流される。流された被加熱空気は、基端側から先端側に向かって通流する過程で、空気層３４ａを介して伝熱外管１２との間で熱交換され加熱される。加熱された空気は、第１の伝熱内管１４の先端側で折り返して第２の伝熱内管１６の内部に流れ込む。そして、流れ込んだ加熱空気は、第２の伝熱内管１６の内部を通流して、例えば、廃棄物を熱分解する設備等に取り込まれる。
【００１８】
ところで、図２（ａ）に示すように、従来の２重管構造の伝熱管５０では、被加熱空気は、まず伝熱外管５１と伝熱内管５２との間の隙間５３に流されるようになっているから、隙間５３を流れる被加熱空気は、燃焼排ガスの熱により基端側から先端側に向かうにつれて高温にされる。したがって、伝熱外管５１の軸方向に温度差が生じて伝熱管５０が損傷を受けるおそれがある。
【００１９】
この点、本実施形態によれば、伝熱外管１２と第１の伝熱内管１４との間に形成された隙間３４は、密封された空間となり空気層３４ａが形成されるから、第１の伝熱内管１４内に流れる比較的低温の被加熱空気は、空気層３４ａを介して伝熱外管１２との間で熱交換されることになる。すなわち、通流する被加熱空気は、伝熱外管１２に直接に接触せずに、空気層３４ａを介して加熱されることになる。その結果、空気層３４ａが緩衝層として作用して、伝熱管１０に生じる軸方向の温度差を緩和することができる。
【００２０】
また、図２（ｂ）に示すように、鉛直方向上向きに流れる燃焼排ガスの雰囲気中に、伝熱管５０が片持ち式に配設される場合、伝熱管５０の上面側に燃焼排ガスに含まれる飛灰が堆積し、伝熱管５０の周方向に温度差が生じることがある。この点、本実施形態によれば、空気層３４ａが対流することから、伝熱管１０の上面側と下面側との間で生じる周方向の温度差を低減することができる。したがって、温度差に起因する熱応力が生じないので、伝熱管１０が損傷を受けることを回避できる。これにより、伝熱管１０を薄肉化できると共に、プラント全体の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、伝熱管１０の伝熱外管１２が損傷を受けたとしても、第１の伝熱内管１４と第２の伝熱内管１６との間の隙間３８に被加熱空気を通流させるようにしていることから、その被加熱空気が外部に漏洩（リーク）することがないので、空気加熱器１の運転に早急に支障を与えることはない。
【００２２】
以上、本実施形態に基づいて本発明の空気加熱器１を説明したが、本発明の空気加熱器１は、廃棄物処理装置などのプラントに適用することができる。例えば、廃棄物処理装置は、廃棄物を熱分解して熱分解ガスおよび熱分解残留物を生成する熱分解反応器、熱分解残留物を燃焼溶融して溶融スラグおよび燃焼排ガスを発生する燃焼溶融炉、燃焼排ガスが通流する煙道などを備えて構成され、本発明による空気加熱器１により燃焼溶融炉から排出される燃焼排ガスで空気を加熱し、その加熱された空気を熱分解反応器の熱源として供給するようにすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、伝熱管に生じる温度差を低減して伝熱管の損傷を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の空気加熱器の断面図である。
【図２】本発明の効果を説明するための従来の２重管構造の空気加熱器の軸方向又は周方向に温度差が生じることを説明する図である。
【符号の説明】
１  空気加熱器
１０  伝熱管
１１  側壁
１２  伝熱外管
１４  第１の伝熱内管
１６  第２の伝熱内管
２６  被加熱空気入口管
２８  加熱空気出口管
３４  隙間
３４ａ  空気層
【図１】
2005016880.tif 000003
【図２】
2005016880.tif 000004