(57)【要約】【課題】熱応力の発生を防止して、長時間使用しても破損がなく長寿命で安価なセラミックス製熱交換用チューブを提供する。【解決手段】本セラミックス製熱交換用チューブは、使用過程において外表面に付着物が最も厚く付着する部分に対向する内表面部分又は、この内表面部分及びこの内表面部分と軸対称の内表面部分に、低熱伝導率耐熱部材が設けられる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用過程において外表面に付着物が最も厚く付着する部分に対向する内表面部分又は、この内表面部分及びこの内表面部分と軸対称の内表面部分に、低熱伝導率耐熱部材が設けられたことを特徴とするセラミックス製熱交換用チューブ。
【請求項２】
上記低熱伝導率耐熱部材は、梯子状又は千鳥足状に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス製熱交換用チューブ。
【請求項３】
上記低熱伝導率耐熱部材は、セラミックスファイバ又はセラミックスファイバ成形体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス製熱交換用チューブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックス製熱交換用チューブに係わり、特に焼却炉等の熱交換用として使用されるセラミックス製熱交換用チューブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に焼却炉には炉内で発生する熱を回収するために熱回収用の熱交換器が設置されている。炭化珪素のようなセラミックスは耐熱性、耐酸化性に富み高温強度に優れているため、比較的安価であるため、熱交換器を構成する熱交換チューブに多く用いられており、熱交換チューブの内側に低温の空気等の流体を流すことで、熱交換チューブを介して熱交換チューブ外周面の高温の燃焼気体から熱を回収している。通常熱交換チューブは炉内に水平又は垂直方向に設置され、チューブ外周面及びチューブ内周面は平滑である。このような熱交換器を長時間使用すると、チューブ外周面の上面部等特定の部分に灰燼等が徐々に堆積する。このような状態でさらに長時間使用すると、特定部分に堆積した灰燼の断熱作用により、この特定部分が他部分に比べて低温になり、チューブに熱応力が生じ、脆弱性材料であるセラミックス製のチューブは破損するおそれがある。
【０００３】
なお、チューブ外周面の上面部に灰燼が堆積するのを防止するために、上面部が上方に向けて突出状に形成された熱交換チューブが提案されているが、この熱交換チューブは焼却物の種類によって異なる性質を有する種々の灰燼が堆積するのを全て防止するのは、困難であり灰燼は堆積する（特許文献１）。
【０００４】
また、脆弱性材料であるセラミックス製熱交換チューブの熱応力による破損問題を解決するために、耐熱金属の基材にセラミックス被膜を形成する熱交換チューブが提案されている。しかし、この熱交換チューブは金属基材にＣＶＤ等によりセラミックスを被覆しているので製造コストがかさみ高価になる（特許文献２）。
【０００５】
さらに、組成を特定して気孔率を制御し熱衝撃性の向上を図ったセラミックス製熱交換チューブが提案されている。しかし、このチューブは組成を特定して気孔率を制御するので、製造コストがアップする（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−２１８７９３号公報（第４頁右欄上段第７〜１１行、図３）
【０００７】
【特許文献２】
特開平１０−２７４４０１号公報（段落［０００５］）
【０００８】
【特許文献３】
特開２０００−１９３３８４号公報（段落［００１０］〜［００１２］、図１（ａ）、（ｂ））
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、熱応力の発生を防止して、長時間使用しても破損がなく長寿命で安価なセラミックス製熱交換用チューブを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、使用過程において外表面に付着物が最も厚く付着する部分に対向する内表面部分又は、この内表面部分及びこの内表面部分と軸対称の内表面部分に、低熱伝導率耐熱部材が設けられたことを特徴とするセラミックス製熱交換用チューブが提供される。これにより、熱応力の発生を防止して、長時間使用しても破損がなく長寿命で安価なセラミックス製熱交換用チューブが実現される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの一実施形態の横断面図、図２はその縦断面図、図３はその平面図である。
【００１３】
図１乃至図３に示すように、本実施形態のセラミックス製熱交換用チューブ１は、炭化珪素等のセラミックス製で中空円筒形状のチューブ本体２と、チューブ本体２の使用過程において外表面に付着物が最も厚く付着する部分に対向する内表面２ａの一部分には、低熱伝導率耐火部材例えばセラミックスファイバ成形体３が設けられている。このセラミックスファイバ成形体３は、所定の幅及び厚さを有し、断面が円弧状の平板状をなし、内表面２ａの一部分に沿って延設されている。セラミックスファイバ成形体３のチューブ本体２への取付けは、耐熱性接着材を用いて接着するが、剥れを考慮して固定用治具を利用して設けてもよい。なお、低熱伝導率耐火部材は、セラミックスファイバ成形体に限らず、セラミックスファイバであってもよい。また、２重管構造の熱交換器の場合は、内管に低熱伝導率材質を貼付けてもよい。
【００１４】
上記実施形態のチューブ１は、比較的安価な炭化珪素等のセラミックスが用いられ、これに別個に製造されたセラミックスファイバ成形体等の低熱伝導率耐火部材が一体的に取付けられるので、安価に製造される。
【００１５】
図４に示すように、本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブ１は、ゴミ焼却炉１１に設けられた排気路１２を横断するように複数段設置され、セラミックスファイバ成形体３が高温流体中に含まれる付着物が最も厚く付着する位置、例えば外表面の上部分に位置するように設置される。
【００１６】
従って、ゴミ焼却炉１１に搬入されたゴミＭは、バーナー１２からの火焔によって燃焼され、灰燼等を含む高温の燃焼空気は、チューブ１の外表面に沿って上方に流れ排気路１３を経て炉外に排気される。一方、チューブ１に導入された空気は、このチューブ１を介して高温の燃焼空気と熱交換して、加熱されチューブ１外に流出される。
【００１７】
このような排気及び熱交換過程において、ゴミ焼却炉１１が長時間使用されると、徐々に付着物が特定方向に堆積し、チューブ１の外径の２倍程度に達することがある。従来のゴミ焼却炉においては、このような状態で熱交換が行われるとチューブ内を通る空気によりチューブ本体の熱が奪われ、チューブ本体の周方向に温度差が生じて熱応力が発生し、破損が生じる。従来のチューブにおける破損の発生は、チューブ本体の付着物が堆積していない部分には炉内の雰囲気より熱が供給されるが、付着物が堆積している部分は、堆積していない部分に比べて熱の供給が少ないためである。これに対して、本発明に係わるチューブ１は、付着物が堆積し易いチューブ本体２の内表面部分２ａにセラミックスファイバ成形体３を設けることにより、付着物が堆積している部分からの奪熱を抑制し、チューブ本体２の円周方向の温度差をなくして、熱応力を小さくし、比較的脆いセラミック製熱交換用チューブの破損を防止する。上記実施形態では、低熱伝導率耐火部材を円弧平板状にしたが、図５乃至図７に示すように、チューブ１Ａの低熱伝導率耐火部材３Ａを梯子状にしてもよく、また、図８乃至図１０に示すように、チューブ１Ｂの低熱伝導率耐火部材３Ｂを千鳥足状にしてもよい。これにより、セラミックスファイバ成形体の面積を小さくすることが可能になり、熱交換効率が低下するのを抑制できる。また、低熱伝導率耐火部材の面積が小さくなり、熱交換率の低下を抑制できる。
【００１８】
さらに、図１１及び図１２に示すチューブ１Ｃのように、円弧平板状低熱伝導率耐火部材３と軸対称位置に円弧平板状低熱伝導率耐火部材３Ｃを追加して設けてもよく、また、図１３及び図１４に示すチューブ１Ｄのように、梯子状低熱伝導率耐火部材３Ａと軸対称位置に梯子状低熱伝導率耐火部材３Ｄを追加して設けてもよく、さらに、図１５及び図１６に示すチューブ１Ｅのように、千鳥足状低熱伝導率耐火部材３Ｂと軸対称位置に千鳥足状低熱伝導率耐火部材Ｅを設けてもよい。これにより、チューブ本体の外表面と内表面間の温度差をさらに小さくし、熱応力をさらに小さくできる。なお、一側に設けられる低熱伝導率耐火部材と他側に設けられる低熱伝導率耐火部材の熱伝導率、厚さ、設置面積を変えることも可能である。これにより、外表面と内表面間の温度差をさらに小さくできる。
【００１９】
【実施例】
「試料」
（実施例１）  炭化珪素製熱交換用チューブ本体（外径１９５ｍｍ×内径１７９×長さ２０００ｍｍ）の内側にセラミックファイバ成形体（幅１００ｍｍ×長さ１８００ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）を貼付け、図１に示すような本発明に係わる炭化珪素製熱交換用チューブを作製した。その後、このチューブを焼却炉の煙道に垂直にセットした。このとき、繰炉課程において外面付着物がもっとも厚くなる位置とセラミックファイバ成形体を貼付けた側が一致するようにセットした。
【００２０】
（実施例２）  上記実施例１と同様に、セラミックファイバ成形体（幅１００ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）を１００ｍｍ間隔で梯子状に多数貼付け、図６に示すような本発明に係わる炭化珪素製熱交換用チューブを作製し、実施例１と同様に炉内にセットした。
【００２１】
（実施例３）  上記実施例１と同様に、セラミックファイバ成形体（幅１００ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）を１００ｍｍ間隔で千鳥足状に多数貼付け、図１０に示すような本発明に係わる炭化珪素製熱交換用チューブを作製し、実施例１と同様に炉内にセットした。
【００２２】
（実施例４）  図１２に示すように、上記実施例１の低熱伝導率耐火部材と軸対称の位置に低熱伝導率耐火部材を追加して設け、実施例１と同様に炉内にセットした。
【００２３】
（実施例５）  図１３に示すように、上記実施例２の梯子状の低熱伝導率耐火部材と軸対称の位置に低熱伝導率耐火部材を追加して設け、実施例１と同様に炉内にセットした。
【００２４】
（実施例６）  図１５に示すように、上記実施例３の千鳥足状の低熱伝導率耐火部材と軸対称の位置に低熱伝導率耐火部材を追加して設け、実施例１と同様に炉内にセットした。
【００２５】
（比較例）  内側に低熱伝導率耐火部材を設けないチューブを炉内にセットした。
【００２６】
「試験」
上記状態で繰炉を開始し、定常状態での炉温を約１２００℃とした。繰炉開始後３０日経過した時点で、降温し繰炉を停止し、炉内のチューブを観察した。
【００２７】
「結果」
【表１】
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表１からもわかるように、実施例１乃至実施例６は、いずれも破損は発生しなかったが、比較例には破損が発生した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブによれば、熱応力の発生を防止して、長時間使用しても破損がなく長寿命で安価なセラミックス製熱交換用チューブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの一実施形態の横断面図。
【図２】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの一実施形態の縦断面図。
【図３】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの一実施形態の平面図。
【図４】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの使用状態を示す概念図。
【図５】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の横断面図。
【図６】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の縦断面図。
【図７】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の平面図。
【図８】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の横断面図。
【図９】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の縦断面図。
【図１０】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の平面図。
【図１１】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の横断面図。
【図１２】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の縦断面図。
【図１３】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の横断面図。
【図１４】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の縦断面図。
【図１５】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の横断面図。
【図１６】本発明に係わるセラミックス製熱交換用チューブの他の実施形態の縦断面図。
【符号の説明】
１  セラミックス製熱交換用チューブ
２  チューブ本体
２ａ  内表面
３  セラミックスファイバ成形体
【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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【図１６】
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