(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と伝熱外管１２の内部に装着され先端が開口された伝熱内管１４とを有し、伝熱外管１２の内表面と伝熱内管１４の外表面との間に形成された隙間に被加熱空気が通流する２重管構造の伝熱管１０を備え、伝熱管１０は、鉛直方向上向きに通流する燃焼排ガスの雰囲気中に先端を自由端として片持ち式に配設されるものとし、伝熱管１０の外表面の燃焼排ガスの上流側に断熱性を有するコーティング材２２が塗布されてなる構成とすることにより、伝熱管１０の外表面に生じる温度差を低減する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が封止された伝熱外管と該伝熱外管の内部に装着され先端が開口された伝熱内管とを有し、前記伝熱外管の内表面と前記伝熱内管の外表面との間に形成された隙間に被加熱空気が通流する２重管構造の伝熱管を備え、前記伝熱管は、鉛直方向上向きに通流する燃焼排ガスの雰囲気中に前記先端を自由端として片持ち式に配設されるものとし、前記伝熱管の外表面の前記燃焼排ガスの上流側に断熱性を有するコーティング材が塗布されてなる空気加熱器。
【請求項２】
前記コーティング材は、アルミナ、ジルコニア、ムライトのいずれか１つを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の空気加熱器。
【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。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される。
【０００４】
このような空気加熱器において、鉛直方向上向きに通流する燃焼排ガスの雰囲気中に、先端を自由端として片持ち式に伝熱管を配設するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−２１３４９号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のように、伝熱管が片持ち式に配設される場合、鉛直方向上向きの燃焼排ガスに対し伝熱管は水平方向に延在されるから、燃焼排ガス中に含まれる飛灰等が、伝熱管の外表面の燃焼排ガスの下流側、すなわち伝熱管の上面側に堆積しやすい。伝熱管の上面側に飛灰等が堆積すると、その部分における伝熱性が阻害される。したがって、伝熱管の上面側と下面側との間といった周方向において温度差が生じ、その温度差に起因して伝熱管の上面側に熱応力、例えば引張応力が加わることから、伝熱管が損傷を受けるおそれがある。特に、伝熱管を薄肉化するために、セラミックスを用いて伝熱管を形成した場合には、セラミックスは引張応力に比較的弱いことから、伝熱管は損傷を受け易くなる。
【０００７】
本発明の課題は、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伝熱外管の内部に装着され先端が開口された伝熱内管とを有し、その伝熱外管の内表面と伝熱内管の外表面との間に形成された隙間に被加熱空気が通流する２重管構造の伝熱管を備え、その伝熱管は、鉛直方向上向きに通流する燃焼排ガスの雰囲気中に先端を自由端として片持ち式に配設されるものとし、伝熱管の外表面の燃焼排ガスの上流側に断熱性を有するコーティング材が塗布されてなることを特徴とする。
【０００９】
このようにすれば、伝熱管の外表面の燃焼排ガスの上流側（伝熱管の下面側）への熱伝導量が抑制されることから、伝熱管の外表面の燃焼排ガスの下流側（伝熱管の上面側）に飛灰が堆積して伝熱性が阻害されても、伝熱管の上面側と下面側との間といった周方向に生じる温度差を低減することができる。したがって、伝熱管の損傷を回避することができる。
【００１０】
また、伝熱管を薄肉化するために、セラミックスを用いて伝熱管を形成した場合でも、伝熱管の外表面に生じる温度差が低減されることになるから、伝熱管の上面側に加わる引張応力を抑制することができ、伝熱管の損傷を回避することができる。
【００１１】
また、伝熱管の材質として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いることにより熱伝導性や耐食性を向上させているが、伝熱管の腐食をより一層防止するために、アルミナ、ジルコニア、ムライトのいずれか１つを含んでなるコーティング材を用いてもよい。すなわち、アルミナ、ジルコニア、ムライトなどの酸化物は、塩素等の腐食性物質を含む燃焼排ガスに対し耐食性を有することから、伝熱管の腐食を防止することができる。
【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、片持ち式に配設された伝熱管を有する空気加熱器の外表面にコーティング材を塗布して伝熱管の損傷を回避する例を説明するものである。図１は、本実施形態における空気加熱器の断面図である。図２は、空気加熱器の伝熱管の上面側に飛灰が堆積した様子を示す外観図であり、図２ａは飛灰が堆積した伝熱管を側面から見た外観図を示すとともに、図２ｂは伝熱管を図２ａの矢印３の方から見た外観図を示している。
【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通流する煙道の側壁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と、伝熱外管１２の内部に挿入された伝熱内管１４を有した２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ており、先端が半球状に封止され、後端が開口して形成されている。後端の開口縁にはフランジ１６が取り付けられている。フランジ１６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。また、伝熱外管１２の後端は、被加熱空気が流入する被加熱空気入口管２４に連結されている。
【００１５】
伝熱外管１２内に伝熱内管１４が同軸状に挿入されている。伝熱内管１４は、開口された先端が、伝熱外管１２の半球状内面と間隔を有して位置されている。また、伝熱内管１４の後端は、加熱空気が通流する加熱空気出口管３４に連結されている。
【００１６】
このような２重管構造の伝熱管１０は、ステンレス製のスリーブ１８を介して側壁１１に支持されている。スリーブ１８は、側壁１１に形成された貫通穴に設けられたものであり、煙道の外に位置する開口端の縁にフランジ１９が取り付けられている。また、スリーブ１８と伝熱管１０との間には、断熱材２０が介装されている。断熱材２０は、セラミックスモールド、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したものである。なお、伝熱管１０の材質として、熱伝導性及び耐食性に優れる炭化ケイ素（ＳｉＣ）を使用することが好ましい。
【００１７】
そして、伝熱管１０の外表面の燃焼排ガスの上流側、すなわち伝熱管１０の下面側にコーティング材２２が塗布され、塗布されたコーティング材２２は乾燥した後に焼成されている。コーティング材２２は、熱伝導性が相対的に低いセラミックス粉末であるアルミナ、ジルコニア、ムライトなどのほか、焼成によりガラス化された無機バインダー、溶媒である水などから形成されたものである。
【００１８】
なお、被加熱空気入口管２４は、一端が被加熱空気の流路に連結されるとともに、他端が伝熱外管１２の開口に対応して連結されている。連結する開口端の縁には、フランジ２６が取り付けられている。フランジ２６は、半径方向につば状に出っ張った状態で取り付けられ、フランジ１９に対峙している。そして、フランジ２６とフランジ１９との間に伝熱外管１２のフランジ１６を挟持させ、フランジ２６とフランジ１９をボルト２８により固定することで、被加熱空気入口管２４が伝熱外管１２に連結されるようになっている。なお、フランジ２６とフランジ１６との間、及びフランジ１６とフランジ１９との間にパッキン材であるガスケット３０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、及び伝熱管１０と被加熱空気入口管２４のシール性を確保できる。
【００１９】
また、加熱空気出口管３４は、被加熱空気入口管２４に設けられた貫通穴３２に挿入して支持されており、一端が伝熱内管１４の後端の開口に対応して連結されるとともに、他端が加熱空気の流路に連結されている。
【００２０】
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。被加熱空気は、被加熱空気入口管２４から伝熱外管１２の内表面と伝熱内管１４の外表面との間に形成された隙間に流入され、流入した被加熱空気は半球状の先端に向かって通流する。通流する被加熱空気は、伝熱外管１２周囲の燃焼排ガスの熱により加熱され、加熱された空気は、伝熱外管１２の半球状の先端近傍で折り返して伝熱内管１４内に流入し、流入した加熱空気は伝熱内管１４内を後端に向かって通流する。そして、伝熱内管１４内の加熱空気は、加熱空気出口管３４を通って、例えば廃棄物を熱分解する設備等に取り込まれる。
【００２１】
ところで、図２に示すように、伝熱管１０が片持ち式に側壁１１に配設される場合、伝熱管１０の外表面の燃焼排ガスの下流側、すなわち伝熱管１０の上面側には燃焼排ガスに含まれる飛灰が堆積するのに対し、下面側には飛灰が多少付着する程度である。したがって、伝熱管１０の上面側と下面側との間といった周方向で温度差が生じ、その温度差に起因して熱応力が発生するため伝熱管１０が損傷を受けるおそれがある。
【００２２】
この点、本実施形態によれば、伝熱管１０の下面側は、コーティング材２２により覆われているから、伝熱管１０の下面側への熱伝導量が抑制されるため、伝熱管１０の上面側と下面側との間といった周方向に生じる温度差を低減することができる。したがって、伝熱管１０の損傷を回避することができ、廃棄物処理装置などのプラント全体の信頼性を向上することができる。
【００２３】
また、アルミナ、ジルコニア、ムライトなどの酸化物は、塩素などの腐食性物質を含む燃焼排ガスに対して耐食性も有していることから、その酸化物をコーティング材２２に含めるようにすれば、温度差に起因する伝熱管１０の損傷を回避するばかりでなく、伝熱管１０の腐食を防止することができる。
【００２４】
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生成する燃焼溶融炉、生成された燃焼排ガスが通流する煙道などを備えて構成することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における空気加熱器の断面図を示している。
【図２】空気加熱器の伝熱管の上面側に飛灰が堆積した様子を示す外観図である。
【符号の説明】
１  空気加熱器
１０  伝熱管
１１  側壁
１２  伝熱外管
１４  伝熱内管
２２  コーティング材
２４  被加熱空気入口管
２６  加熱空気出口管
【図１】
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【図２】
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