【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、媒塵等の小粒径の異物を同伴した気体を冷却または昇温する際に用いて好適な熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、火力発電所用ボイラーや大型焼却炉等から排出される多量の排ガスから、亜硫酸ガス（ＳＯ ₂ ）等の硫黄酸化物やＳｉＯ ₂ 、Ａｌ ₂ Ｏ ₃等を含む媒塵を除去して無害化するための排ガスの処理設備の一種として、上記諸設備から排出された排ガスを、電気集塵器などの集塵器によって同伴した媒塵を捕集するとともに、その前後において熱交換器により当該排ガスの熱を回収し、次いで石灰石スラリー等のカルシウムを主成分とする吸収液や、アンモニア水溶液等からなる吸収液と気液接触させることにより、排ガス中に含まれる硫黄酸化物を石膏や硫安として固定して除去したのちに、
上記熱交換器において回収した熱源を用いて再び排ガスを加熱したうえで煙突から大気に放出するものが知られている。

【０００３】図６は、従来のこの種の排ガスの処理設備の概略構成を示すものである。 図６において、図中符号１が火力発電所用ボイラー等から延出した排ガスのダクトであり、このダクト１に沿って、順次電気集塵器（集塵器）２、ガスガスヒータ（熱交換器）３、冷却塔４、
反応槽５、上記ガスガスヒータ３との間に供給の熱媒体が循環ライン６を介して供給されるガスガスヒータ（熱交換器）７および煙突８が設けられたものである。

【０００４】上記構成からなる排ガスの処理設備においては、電気集塵器２においてダクト１から送気されてくる排ガス中のダストを除去した後に、ガスガスヒータ３
によって上記排ガスから熱を回収し、次いでガスガスヒータ３によって降温された排ガスを冷却塔４で増湿冷却した後に反応槽５に導入し、この反応槽５内においてアルカリ性吸収液と気液接触させて排ガス中の亜硫酸ガス等を吸収除去し、次いで、ガスガスヒータ７によって、
反応槽５から排出された処理ガスを上記ガスガスヒータ３において回収された熱により再加熱して白煙の発生を防止したうえで、煙突８から大気に放出するようになっている。 また、従来の他の排ガスの処理設備として、上記ガスガスヒータ３を電気集塵器２の前段に配設し、当該ガスガスヒータ３において熱回収して排ガスの温度を下げることにより、電気集塵器２における媒塵の捕集効率を向上させたものも知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に上記排ガスの処理設備においてガスガスヒータ（熱交換器）
３、７としては、ノンリーク型熱媒体循環式の熱交換器が用いられており、そのケーシング内に配管される伝熱部材としては、多管式のベアチューブやフィンチューブが採用されている。 一方、これを通過する排ガスには、
多量の媒塵が同伴しており、例えば石炭焚きボイラーの排ガスにあっては、電気集塵器２の入口において約２０
ｇ/ｍ ³ Ｎの媒塵が同伴して飛散してくる。

【０００６】このため、図７に示すように、経時的にガスガスヒータ３の伝熱部材９の外表面のうち、排ガスの流れ方向に面する表面および背面に上記媒塵１０が付着し、伝熱特性の低下を招くという問題点があり、特にガスガスヒータ３を電気集塵器２の前段側に配設した場合には、短時間に上記傾向が顕著に現れるという問題点があった。 そこで、従来このような伝熱特性の低下が生じた場合には、スチーム、空気あるいは鋼球等を伝熱部材９の表面に向けて散布して、媒塵１０を吹き飛ばしたり払い落とすことにより、伝熱性能の回復を図っている。

【０００７】しかしながら、上記伝熱部材９は、高い密度で多数本が平行にまたは千鳥状に配管されているために、いずれの方法によっても、全ての伝熱部材９における背面側や、あるいは上記散布方向において他の伝熱部材９の背後に位置する伝熱部材９のように、スチーム等の散布に対して死角となる表面部位や、その全体が死角となってしまう伝熱部材９が多々生じてしまい、この結果充分な洗浄効果を得ることが難しいために、所望の伝熱性能を得るためには洗浄頻度を高めなければならないという問題点があった。 加えて、洗浄のたびに大量のスチームや鋼球の回収および洗浄等が必要となるために、
総じて洗浄コストが嵩むという問題点もあった。

【０００８】本発明は、上記従来の熱交換器が有する課題を有効に解決すべくなされたもので、媒塵等の小粒径の異物を同伴した気体を冷却または昇温するに際して、
簡易な設備によって上記異物の付着をきわめて容易に防止することができ、よって長期間にわたって安定した伝熱性能を保持することができるとともに、さらに洗浄コストと洗浄頻度とを共に低減化させることが可能になる熱交換器を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明に係る熱交換器は、ケーシング内に、内部に熱媒体の流路が形成されて表面が伝熱面となる伝熱部材が配設されてなり、上記ケーシング内に伝熱部材の延在方向と交差する方向に導入された気体と伝熱面との間で熱交換させる熱交換器において、上記伝熱部材の少なくとも伝熱面を、上記延在方向廻りに回動自在に設けたことを特徴とするものである。

【００１０】ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のケーシング内に、端部において互いに連通する複数本の伝熱部材が所定間隔に配設されたバンドルプレートに挿通されて固定され、かつこれら伝熱部材が、
上記バンドルプレートと一体に当該バンドルプレートの中心廻りに回動自在に設けられていることを特徴とするものである。 また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載のバンドルプレートの少なくとも一枚を肉厚に形成し、当該バンドルプレートの外周を、ケーシング底部に配設した支持部材によって回転自在に支承したことを特徴とするものである。

【００１１】さらに請求項４に記載の発明は、請求項１
〜３のいずれかに記載の伝熱部材が、フィンチューブまたはベアチューブであることを特徴とするものであり、
また請求項５に記載の発明は、上記気体が、媒塵を同伴させた排ガスであることを特徴とするものである。

【００１２】請求項１〜５のいずれかに記載の本発明に係る熱交換器においては、伝熱部材の延在方向と交差する方向に導入されて媒塵等の小粒径の異物を同伴した気体と、上記熱交換部材の伝熱面との間で熱交換を行なうと、経時的に伝熱部材の伝熱面のうち、上記気体の流れ方向に面する表面と背面とに上記異物が付着する。 そこで、一定期間が経過した後に、上記気体の熱交換と並行して、上記伝熱部材の伝熱面を、その延在方向廻りに好ましくは９０゜回動させて停止させる。 すると、異物が付着した伝熱面は、気体の流れ方向に沿う側面側に位置することになるために、上記気体の流速によって当該伝熱面から自然に剥ぎ落とされる。

【００１３】そして、この状態で一定期間、気体に対する熱交換を行なうと、同様にして気体の流れ方向に面する表面と背面とに上記異物が付着する。 そこで次に、上記伝熱部材の伝熱面を、その延在方向廻りに好ましくは９０゜反転させて停止させる。 これにより、それまで気体の流れによって異物が付着した伝熱面は、再び気体の流れ方向に沿う側面側に位置することになるために、上記気体の流速によって伝熱面から剥ぎ落とされる。 以上のように、上記熱交換器によれば、一定期間経過後に、
伝熱面を回動させることにより、気体の流れによってそれまで伝熱面に付着していた異物を取り除くことができ、よってこれらの自浄効果により長期間にわたって安定した伝熱性能を保持することができる。 また、従来のもののように別途多量のスチームや鋼球の回収および洗浄といったコストが不要となるために、全体としての洗浄コストと洗浄頻度とを共に低減化させることが可能になる。

【００１４】ここで、伝熱部材が、例えば請求項４に記載のフィンチューブまたはベアチューブのように、気体の流れ方向に複数本配設されている場合には、請求項２
に記載の発明のように、これらが挿通されて固定されたバンドルプレートと一体に、当該バンドルプレートの中心廻りに回動させれば、個々の伝熱部材の伝熱面を回動させる場合のような複雑な回動機構を必要とせずに、簡易な装置で全ての伝熱面を一体に回動させることができて好適である。 この際に、請求項３に記載の発明のように、上記バンドルプレートの少なくとも一枚を肉厚に形成して、その外周をケーシング底部に配設した支持部材によって回転自在に支承すれば、気体の流量が変動した場合においても、安定的な回動を行なわせることが可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１〜図５は、本発明に係る熱交換器を、図６に示した排ガスの処理装置におけるガスガスヒータ３に代えて配設されるガスガスヒータに適用した一実施形態を示すものである。 図１〜図４において、
符号１２は、このガスガスヒータ（熱交換器）１１のケーシングである。 このケーシング１２は、図３および図４に示すように、中央部１２ａが矩形筒状に形成されており、その上下部には、排ガスが導入される導入管１３
および熱交換された上記排ガスを排出する排出管１４が一体的に接続されている。 そして、このケーシング１２
の中央部１２ａに、それぞれ多数本のフィンチューブ（伝熱部材）１５がバンドルプレート１６によって一体に束ねられた伝熱ユニット１７が水平方向に互いに平行に５組、かつ軸線方向に各々２組、合計１０組配設されている。 ここで、図２に示すように、軸線方向に配設された２組の伝熱ユニット１７間には、山形の環状のカバー１８が各伝熱ユニット１７に対して相対的に回動自在に取り付けられている。 また、各伝熱ユニット１７の他端部とケーシング１２との間は、ケーシング１２に取り付けられた傾斜板状のカバー１９によって塞がれている。 これにより、図中上方から伝熱ユニット１７と直交する方向に下方へ向けて流れる排ガスは、カバー１８、
１９によってその全量が伝熱ユニット１７のフィンチューブ１５間に案内されるようになっている。

【００１６】また、伝熱ユニット１７のバンドルプレート１６間には、これよりも肉厚円板状ローラプレート２
０が配設されており、他方各ローラプレート２０の外周と対向するケーシング１２の底部の２箇所には、それぞれこのローラプレート２０を回転自在に支承するローラ２１が取り付けられている。 これにより、伝熱ユニット１７は、上記ローラ２１上に回動自在に設けられている。 ここで、各伝熱ユニットは、図１および図２に示すように、端部同士が半円弧状の連結管１５ａによって互いに連通する複数本のフィンチューブ１５が、上述したようにバンドルプレート１６およびローラプレート２０
の所定位置に穿設された孔部に挿通されて一体化されたもので、最下部に位置するフィンチューブ１５の端部に、ヘッダ２２を介して熱媒水の入口管２４が接続され、最上部に位置するフィンチューブ１５の端部に、ヘッダ２３を介して上記熱媒水の出口管２５が接続されている。

【００１７】これら入口管２４および出口管２５は、ケーシング１２の挿通部分から外方が２重管構造になっている。 そして、この２重管の外管となる入口管２４と、
ケーシング１２の挿通孔との間には、グランドシール２
６およびベアリング２７が介装されることにより、当該２重管がケーシング１２に対して回動自在とされている。 また、上記入口管２４の外端部と、熱媒水の供給ライン２８の固定側端部との間には、スイベルジョイント３０が介装され、他方出口管２５の外端部と熱媒水の出口ライン２９の固定側端部との間にも、同様のスイベルジョイント３０が介装されている。 さらに、入口管２４
の外周部には、環状のギア３１が一体的に外装されており、このギア３１にモータ（図示を略す。）の出力軸に取り付けられたピニオン３２が歯合されている。 これにより、モータによってピニオン３２を回転させると、これと歯合したギア３１によって２重管構造の入口管２４
および出口管２５が一体的に回動し、上記伝熱ユニット１７がそのバンドルプレート１６の中心廻りに回動するようになっている。

【００１８】以上の構成からなるガスガスヒータ１１によれば、フィンチューブ１５の延在方向と直交する方向に導入されて媒塵を同伴した排ガス（気体）と、フィンチューブ１５の伝熱面との間で熱交換を行なうと、経時的に図６に示したものと同様にフィンチューブ１５の伝熱面のうち、排ガスの流れ方向に面する表面と背面とに媒塵が付着する。 そこで、一定期間が経過した後に、排ガスの熱交換と並行して、モータを作動させてピニオン３２を回転させ、これと歯合したギア３１によって伝熱ユニット１７を、バンドルプレート１６の中心廻りに約９０゜回動させて停止させる。 すると、図５に示すように、媒塵が付着したフィンチューブ１５の伝熱面は、排ガスの流れ方向に沿う側面側に位置することになるために、上記排ガスの流速によって伝熱面から自然に剥ぎ落とされる。

【００１９】そして、この状態で一定期間、排ガスとの熱交換を行なうと、同様にしてフィンチューブ１５の排ガスの流れ方向に面する表面と背面とに媒塵が付着する。 そこで次に、モータを逆方向に回転させて伝熱ユニット１７を逆方向に９０゜反転させることにより元位置に復帰させて停止させる。 これにより、それまでの排ガスの流れによって媒塵が付着したフィンチューブ１５の伝熱面は、再び排ガスの流れ方向に沿う側面側に位置することになるために、上記排ガスの流速によって伝熱面から剥ぎ落とされる。

【００２０】したがって、上記ガスガスヒータ１１によれば、一定期間経過後に、伝熱ユニット１７を回動させることにより、排ガスの流れによってそれまでフィンチューブ１５の伝熱面に付着していた媒塵を自然に取り除くことができ、よってこれら自浄効果により長期間にわたって安定した伝熱性能を保持することができる。 また、上記伝熱ユニット１７を回動させるについても、モータとギア３１といった簡易な装置で行なうことができるため、従来のもののように別途多量のスチームや鋼球の回収および洗浄といったコストが不要となり、よって全体としての洗浄コストと洗浄頻度とを共に低減化させることができる。

【００２１】なお、上記実施形態においては、本発明に係る熱交換器を排ガス処理設備におけるガスガスヒータに適用した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、媒塵等の小粒径の異物を同伴した他の気体を冷却または昇温するための各種の他の熱交換器にも同様に適用することが可能である。 また、上記実施形態では、熱媒水の入口管２４および出口管２５が２重管構造となって、ケーシング１２の同一方向から熱媒水を供給・排出する形式のガスガスヒータ１１を示したが、これに限らず、ケーシングの一方から熱媒体を供給し、他方からこれを排出する形式の熱交換器についても、そのまま適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜５のいずれかに記載の本発明に係る熱交換器によれば、媒塵等の小粒径の異物を同伴した排ガス等の気体との熱交換と並行して、適宜伝熱面を回動させることにより、上記気体の流れによってそれまで伝熱面に付着していた異物を自然に取り除くことができ、よってその自浄効果によって長期間にわたり安定した伝熱性能を保持することができるとともに、全体としての洗浄コストと洗浄頻度とを共に低減化させることができるといった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換器の一実施形態を示す要部の横断面図である。

【図２】図１の熱交換器を示す一部切り欠いた横断面図である。

【図３】図１の熱交換器の全体を示す正面図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】図１の熱交換器のフィンチューブを回動させた状態を示す模式図である。

【図６】従来の熱交換器が組込まれた排ガス処理設備を示す概略構成図である。

【図７】図６の熱交換器における媒塵の付着状態を示す伝熱部材の縦断面図である。

【符号の説明】

１１ ガスガスヒータ（熱交換器） １２ ケーシング １５ フィンチューブ（伝熱部材） １６ バンドルプレート １７ 伝熱ユニット ２０ ローラプレート ２１ ローラ ２４ 入口管 ２５ 出口管 ２８ 熱媒水の供給ライン（固定側） ２９ 熱媒水の出口ライン（固定側） ３０ スイベルジョイント ３１ ギア ３２ ピニオン