JP2016142443A

JP2016142443A - 加熱装置用熱交換体およびシングルエンドラジアントチューブバーナ

Info

Publication number: JP2016142443A
Application number: JP2015017461A
Authority: JP
Inventors: 侑希柴田; Yuki Shibata
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: JP6395626B2

Abstract

【課題】小型で熱交換効率の良い簡単な構成の加熱装置用熱交換体を提供する。【解決手段】給気流路Ａ０は、第一〜第三給気流路Ａ１〜Ａ３を有し、排気流路は、第一〜第三排気流路Ｌ１〜Ｌ３を有し、第三給気流路Ａ３、第一排気流路Ｌ１、第二排気流路Ｌ２、第二給気流路Ａ２、第三排気流路Ｌ３、第一給気流路Ａ１が、この順で積層される多重管構造を形成するように伝熱管部材を挟んで熱交換自在に隣接配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の伝熱管部材を用いて、内部に、燃焼用空気が流れる給気流路と、先端側に形成される燃焼領域からの燃焼排ガスが流れる排気流路とが区画されて多重管構造に形成される加熱装置用熱交換体およびシングルエンドラジアントチューブバーナに関する。

従来より、燃焼排ガスの排熱を回収する加熱装置用熱交換体（レキュペレータ）を有する燃焼装置（レキュペバーナ）が知られている。このような燃焼装置として、シングルエンドラジアントチューブバーナが、浸炭などの工業用間接加熱において用いられている。このシングルエンドラジアントチューブバーナは、燃料導入管より噴出させる燃料ガスに、加熱装置用熱交換体を通過させて噴出させる燃焼用空気を混合させて燃焼を行う。そして、この燃焼により高熱を有する燃焼排ガスを上記加熱装置用熱交換体に連結したシングルエンドラジアントチューブ内を通過させ、シングルエンドラジアントチューブからの放射熱により加熱する。このような構成により、コンパクトで省エネルギーな加熱装置が実現される。

燃焼用空気と燃焼排ガスとは、加熱装置用熱交換体内部を流れている間に熱交換する。したがって、燃焼排ガスと燃焼用空気とが熱交換可能な領域は加熱装置用熱交換体の長さ範囲に限られる。また、加熱装置用熱交換体自体を長くすることによって熱交換効率の向上を図ることも考えられるが、このようにすると加熱装置用熱交換体の大型化につながるという問題を抱えていた。

そこで、特許文献１に記載のように、加熱装置用熱交換体を熱交換壁で区画される多重管構造とすることが考えられている。詳述すると、燃焼用空気が加熱装置用熱交換体の先端側から後端側に至る長さ方向で１．５往復の行程を流れる間に、一往復する燃焼排ガスと熱交換するように給気流路および排気流路を配置することにより、燃焼用空気と燃焼排ガスとの熱交換効率を向上させることが考えられている。

特開２００３−２６２３０５号公報

しかし、上述の構成によっても、加熱装置用熱交換体の構造が複雑になるのに比して熱交換効率の改善が十分とは言えず、さらなる改善が求められていた。

また上記構成によると、燃焼排ガスは、先端側から後端側に流れた後、後端側から先端側に折り返して一往復で排気される。すると、燃焼装置の排出口は先端側、すなわち、炉壁に近い側に位置することになる。そのため、炉壁と排出口との干渉を避けるためには排出口を含む加熱装置用熱交換体全体を炉壁から離間させて設ける必要があり、加熱装置用熱交換体は炉壁に対して大きく突出させた状態に取り付けられることになるという問題点があり、加熱装置用熱交換体を用いた加熱装置をコンパクトに形成することも求められていた。

したがって、本発明は上記実状に鑑み、小型で熱交換効率の良い簡単な構成の加熱装置用熱交換体を提供することを目的とする。

〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の加熱装置用熱交換体の特徴構成は、
複数の伝熱管部材を用いて、内部に、燃焼用空気が流れる給気流路と、先端側に形成される燃焼領域からの燃焼排ガスが流れる排気流路とを区画して多重管構造に形成される加熱装置用熱交換体であって、
後端側に内部へ前記燃焼用空気の供給を受ける空気導入口を有するとともに、後端側に前記燃焼領域で発生する前記燃焼排ガスを外部へ排出する燃焼排ガス排出口とを有し、
前記給気流路は、
前記空気導入口から供給された前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れる第一給気流路と、
前記第一給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記先端側から前記後端側の方へ流れる第二給気流路と、
前記第二給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れて前記先端側の前記燃焼領域に至る第三給気流路とを有し、
前記排気流路は、
前記燃焼領域で発生した前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へ流れる第一排気流路と、
前記第一排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記後端側から前記先端側の方へ流れる第二排気流路と、
前記第二排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へと流れて前記燃焼排ガス排出口に至る第三排気流路とを有し、
前記第三給気流路と前記第一排気流路とは、前記燃焼用空気と前記燃焼排ガスとが対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第一排気流路と前記第二排気流路とは、前記燃焼排ガス同士が対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第二排気流路と前記第二給気流路とは、前記燃焼排ガスと前記燃焼用空気とが対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第二給気流路と前記第三排気流路とは、前記燃焼用空気と前記燃焼排ガスとが並行流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第三排気流路と前記第一給気流路とは、前記燃焼排ガスと前記燃焼用空気とが対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接する点にある。

〔作用効果１〕
上述の構成により、空気導入口に供給された燃焼用空気は、第一給気流路を後端側から先端側に移動し、先端側で折り返し、第二給気流路を先端側から後端側に移動し、さらに後端側で折り返し、第三給気流路を後端側から先端側に移動して燃焼領域に至るように構成されている。

一方、燃焼領域で発生した燃焼排ガスは、第一排気流路を先端側から後端側に移動し、後端側で折り返し、第二排気流路を後端側から先端側に移動し、さらに先端側で折り返し、第三排気流路を先端側から後端側に移動し、燃焼排ガス排出口より排出されるように構成されている。

ここで、第三給気流路と第一排気流路とは、燃焼用空気と燃焼排ガスとが対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
第一排気流路と第二排気流路とは、燃焼排ガス同士が対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
第二排気流路と第二給気流路とは、燃焼排ガスと燃焼用空気とが対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
第二給気流路と第三排気流路とは、燃焼用空気と燃焼排ガスとが並行流となるように、複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
第三排気流路と第一給気流路とは、燃焼排ガスと燃焼用空気とが対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接するから、燃焼用空気は、先端側から後端側に至る長さ方向で１．５往復の行程を流れる間に、１．５往復の行程を流れる燃焼排ガスと熱交換することになる。

すなわち、加熱装置用熱交換体を必要以上に長尺に形成することなく、燃焼用空気と燃焼排ガスとの熱交換を図り、燃焼用空気を予熱するとともに、燃焼排ガスを冷却することができる。

また、燃焼用空気と燃焼排ガスとが、対向流で熱交換する領域を十分確保できる点も、高い熱交換効率に寄与している。

さらに、燃焼排ガスは、先端側から後端側に達し、さらに先端側に折り返した後、後端側に達する１．５往復により熱交換を行うので、排ガス排出口は後端側に設けられている。そのため、加熱装置用熱交換体を炉壁等に取り付ける場合、排ガス排出口は、炉壁等から離間した位置に設けられることになって、炉壁から離間して設けられる空気導入口と同様に炉壁等と干渉しにくい。したがって、加熱装置用熱交換体は、炉壁等に近接した状態で取り付けることができ、炉壁等から大きく突出しない状態で、コンパクトな加熱装置として利用することができるようになる。

〔構成２〕
上記目的を達成するための本発明の加熱装置用熱交換体の特徴構成は、
複数の伝熱管部材を用いて、内部に、燃焼用空気が流れる給気流路と、先端側に形成される燃焼領域からの燃焼排ガスが流れる排気流路とを区画して多重管構造に形成される加熱装置用熱交換体であって、
内管と、内ガイド管と、筒状本体とを備え、
前記内管の後端側外周面に内管フランジ部を備えるとともに、前記内ガイド管の先端側外周面に内ガイド管フランジ部を備えて、前記筒状本体内面側に、先端側から後端側に前記内ガイド管を挿通するとともに、前記内ガイド管の内面側に、後端側から先端側に前記内管を挿通した状態で、前記内管フランジ部と前記内ガイド管フランジ部との間に前記筒状本体を挟持する姿勢に配置され、
前記内管と内ガイド管との間に、前記燃焼領域で発生した前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へ流れる第一排気流路を形成し、
前記内ガイド管と前記筒状本体との間に、前記第一排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記後端側から前記先端側の方へ流れる第二排気流路を形成し、
前記筒状本体の内面と外面とに挟まれる厚み内に、前記第二排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へと流れて燃焼排ガス排出口に至る第三排気流路を熱交換壁で区画して形成するとともに、
前記筒状本体の厚み内で前記第三排気流路よりも外面側に、前記空気導入口から供給された前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れる第一給気流路を熱交換壁で区画して形成し、
前記筒状本体の厚み内で前記第三排気流路よりも内面側に、前記第一給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記先端側から前記後端側の方へ流れる第二給気流路を熱交換壁で区画して形成し、
前記内管の内側に、前記第二給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れて前記先端側の前記燃焼領域に至る第三給気流路を形成してある点にある。

〔作用効果２〕
上記構成によると、伝熱管部材として、内管と、内ガイド管と、筒状本体とを備え、
内管の後端側外周面に内管フランジ部を設けるとともに、内ガイド管の先端側外周面に内ガイド管フランジ部を設けて、筒状本体内面側に、先端側から後端側に内ガイド管を挿通するとともに、内ガイド管内面側に、後端側から先端側に内管を挿通した状態で、内管フランジ部と内ガイド管フランジ部との間に筒状本体を挟持する姿勢に配置されているから、内管と、内ガイド管と、筒状本体とから簡単に組み立て形成される。

また、内管と内ガイド管との間に、燃焼領域で発生した燃焼排ガスが先端側から後端側の方へ流れる第一排気流路を形成し、
内ガイド管と筒状本体との間に、第一排気流路を流れた燃焼排ガスが後端側から先端側の方へ流れる第二排気流路を形成し、
筒状本体の内面と外面とに挟まれる厚み内に、第二排気流路を流れた燃焼排ガスが先端側から後端側の方へと流れて燃焼排ガス排出口に至る第三排気流路を熱交換壁で区画して形成するとともに、
筒状本体の厚み内で第三排気流路よりも外面側に、空気導入口から供給された燃焼用空気が後端側から先端側の方へ流れる第一給気流路を熱交換壁で区画して形成し、
筒状本体の厚み内で第三排気流路よりも内面側に、第一給気流路を流れた燃焼用空気が先端側から後端側の方へ流れる第二給気流路を熱交換壁で区画して形成し、
内管の内側に第二給気流路を流れた燃焼用空気が後端側から先端側の方へ流れて先端側の燃焼領域に至る第三給気流路を形成してあるから、筒状本体は、熱交換壁で仕切られた複数の伝熱管部材として機能するとともに、第三給気流路と第一排気流路とは、燃焼用空気と燃焼排ガスとが対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの内管を挟んで隣接し、
第一排気流路と第二排気流路とは、燃焼排ガス同士が対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの内ガイド管を挟んで隣接し、
第二排気流路と第二給気流路とは、燃焼排ガスと燃焼用空気とが対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの筒状本体の内壁面を挟んで隣接し、
第二給気流路と第三排気流路とは、燃焼用空気と燃焼排ガスとが並行流となるように、複数の伝熱管部材のうちの筒状本体の厚み方向での内部を区画する熱交換壁を挟んで隣接し、
第三排気流路と第一給気流路とは、燃焼排ガスと燃焼用空気とが対向流となるように、複数の伝熱管部材のうちの筒状本体の厚み方向での内部を区画する熱交換壁を挟んで隣接することになるから、燃焼用空気は、先端側から後端側に至る長さ方向で１．５往復の行程を流れる間に、１．５往復の行程を流れる燃焼排ガスと熱交換することになる。

また、燃焼用空気と燃焼排ガスとが、対向流で熱交換する領域を十分確保できる点も、高い熱交換効率に寄与しているものと考えられる。

さらに、燃焼排ガスは、先端側から後端側に達し、さらに先端側に折り返した後、後端側に達する１．５往復により熱交換を行うので、排ガス排出口は後端側に設けられている。そのため、加熱装置用熱交換体を炉壁等に取り付ける場合、排ガス排出口は、炉壁等から離間した位置に設けられることになって、その炉壁等と干渉しにくい。したがって、加熱装置用熱交換体は、炉壁等に近接した状態で取り付けることができ、炉壁等から大きく突出しない状態で、コンパクトな加熱装置として利用することができるようになる。

〔構成３〕
また、本発明のシングルエンドラジアントチューブバーナの特徴構成は、
上記加熱装置用熱交換体を備え、前記燃焼領域を囲繞して先端側に突出し、前記燃焼領域からの前記燃焼排ガスを前記第一排気流路に導く外管を設けてあるとともに、前記燃焼領域に燃料ガスを供給する燃料導入管を設けてある点にある。

〔作用効果３〕
上記構成によると、燃焼領域で燃料ガスを燃焼する場合に、加熱装置用熱交換体から排出される十分に予熱された燃焼用空気を燃焼領域における燃焼に供給することができるとともに、外管を介して燃焼熱を外部に放射させることができるので、効率の良い燃焼が行えるシングルエンドラジアントチューブバーナを構成することができる。また外管は、燃焼排ガスを第一排気流路に導くので、燃焼排ガスを燃焼用空気との熱交換により十分冷却することができ、エネルギー効率の良い運転を実現できる。

シングルエンドラジアントチューブバーナの概略図

以下に、本発明の実施形態にかかる加熱装置用熱交換体およびシングルエンドラジアントチューブバーナを説明する。なお、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

なお、本願において、加熱装置用熱交換体の先端、後端という場合、加熱装置用熱交換体の外管１の接続される側を先端とし、先端から離間した側を後端として表記する。また、多重管構造の先端側と後端側とを結ぶ方向を軸心方向（図中Ｘで示す方向）とし、対応する径方向（図中Ｙで示す方向）における軸心側を内面、外周面側を外面と表記する。これらの表記は、加熱装置用熱交換体の配置姿勢等によらない相対的な位置関係を示すものである。

〔シングルエンドラジアントチューブバーナ〕
シングルエンドラジアントチューブバーナは、図１に示すように、
先端側が閉塞された外管１と、外管１内に挿通されて燃焼用空気を供給する内管２と、内管２内に燃料ガスを導入する燃料導入管３とを備え、燃料導入管３の先端側に火炎を発する燃焼領域３１を形成するとともに、外管１と内管２との間に先端排気流路Ｌａを形成してあり、
外管１の後端側外周面側に設けられる外管フランジ部１１と、内管２の後端側部外周面側に設けられる内管フランジ部２１との間に挟持される筒状本体４を備え、
外管１の後端側から筒状本体４内部に延設される内ガイド管５を備え、
筒状本体４の後端側で内管フランジ部２１を覆う外箱６を備えてなる。

このような構成により、伝熱管部材としての外管１、内管２、筒状本体４、内ガイド管５を用いて、内部に、燃焼用空気が流れる給気流路Ａ０と、先端側に形成される燃焼領域からの燃焼排ガスが流れる排気流路Ｌ０とを区画して多重管構造に形成される加熱装置用熱交換体を構成し、
後端側に内部への燃焼用空気の供給を受ける空気導入口４１と、燃焼領域３１で発生する燃焼排ガスを外部へ排出する燃焼排ガス排出口４２とを有し、
給気流路Ａ０は、
空気導入口４１から供給された燃焼用空気が後端側から先端側へ軸心方向に流れる第一給気流路Ａ１と、
第一給気流路Ａ１を流れた燃焼用空気が先端側から後端側へ軸心方向に流れる第二給気流路Ａ２と、
第二給気流路Ａ２を流れた燃焼用空気が後端側から先端側へ軸心方向に流れて先端側の燃焼領域３１に至る第三給気流路Ａ３とを有し、
排気流路Ｌ０は、
燃焼領域３１で発生した燃焼排ガスが先端側から後端側へ軸心方向に流れる第一排気流路Ｌ１と、
第一排気流路Ｌ１を流れた燃焼排ガスが後端側から先端側へ軸心方向に流れる第二排気流路Ｌ２と、
第二排気流路Ｌ２を流れた燃焼排ガスが先端側から後端側へ軸心方向に流れて燃焼排ガス排出口４２に至る第三排気流路Ｌ３とを有し、
第三給気流路Ａ３と第一排気流路Ｌ１とは、燃焼用空気と燃焼排ガスとが対向流となるように、伝熱管部材としての内管２を挟んで隣接し、内管２と内ガイド管５との間に筒状の第一排気流路Ｌ１を形成する。
第一排気流路Ｌ１と第二排気流路Ｌ２とは、燃焼排ガス同士が対向流となるように、伝熱管部材としての内ガイド管５を挟んで隣接し、内ガイド管５と内面熱交換壁４５との間に筒状の第二排気流路Ｌ２を形成する。
第二排気流路Ｌ２と第二給気流路Ａ２とは、燃焼排ガスと燃焼用空気とが対向流となるように、伝熱管部材としての筒状本体４の内面熱交換壁４５を挟んで隣接し、内面熱交換壁４５と第一熱交換壁４６とに囲まれた筒状の第二給気流路Ａ２を形成する。
第二給気流路Ａ２と第三排気流路Ｌ３とは、燃焼用空気と燃焼排ガスとが並行流となるように、伝熱管部材としての第一熱交換壁４６を挟んで隣接し、第一熱交換壁４６と第二熱交換壁４７とに囲まれた筒状の第三排気流路Ｌ３を形成する。
第三排気流路Ｌ３と第一給気流路Ａ１とは、燃焼排ガスと燃焼用空気とが対向流となるように、伝熱管部材としての第二熱交換壁４７を挟んで隣接し、第二熱交換壁４７と外面熱交換壁４８とに囲まれた筒状の第一給気流路Ａ１を形成する構成としてある。

具体的には、内管２と、内ガイド管５と、筒状本体４とを備え、
内管２の後端側外周面に内管フランジ部２１を備えるとともに、内ガイド管５の先端側外周面に内ガイド管フランジ部５１を備えて、筒状本体４の内面熱交換壁４５側に、先端側から後端側に内ガイド管５を挿通するとともに、内ガイド管５の内面側に、後端側から先端側に内管２を挿通した状態で、内管フランジ部２１と内ガイド管フランジ部５１との間に筒状本体４を挟持する姿勢に配置され、
内管２と内ガイド管５との間に、燃焼領域３１で発生した燃焼排ガスが先端側から後端側の方へ軸心方向に流れる内管２と内ガイド管５との間に筒状の第一排気流路Ｌ１を形成し、
内ガイド管５と筒状本体４との間に、第一排気流路Ｌ１を流れた燃焼排ガスが後端側から先端側の方へ軸心方向に流れる内ガイド管５と内面熱交換壁４５との間に筒状の第二排気流路Ｌ２を形成し、
内面熱交換壁４５と外面熱交換壁４８とに挟まれる厚み内に、第二排気流路Ｌ２を流れた燃焼排ガスが先端側から後端側へ軸心方向に流れて燃焼排ガス排出口４２に至る第一熱交換壁４６と第二熱交換壁４７とに囲まれた筒状の第三排気流路Ｌ３を形成するとともに、
筒状本体４の厚み内で第三排気流路Ｌ３よりも外面側に、空気導入口４１から供給された燃焼用空気が後端側から先端側へ軸心方向に流れる第二熱交換壁４７と外面熱交換壁４８とに囲まれた筒状の第一給気流路Ａ１を形成し、
筒状本体４の厚み内で第三排気流路Ｌ３よりも内面側に、第一給気流路Ａ１を流れた燃焼用空気が先端側から後端側へ軸心方向に流れる内面熱交換壁４５と第一熱交換壁４６とに囲まれた筒状の第二給気流路Ａ２を形成し、
内管２の内側に第二給気流路Ａ２を流れた燃焼用空気が後端側から先端側へ軸心方向に流れて先端側の燃焼領域３１に至る第三給気流路Ａ３を形成してある。

以下、各部材の構成を詳述する。

〔外管〕
外管１は、先端側が閉塞された円筒形状で、内部に内管２の先端側部分を収容するとともに、内管２と外管１との軸心方向および径方向における空間に先端排気流路Ｌａを形成するものである。外管１の後端部の外周面側には外管フランジ部１１を備え、その外管フランジ部１１に加熱装置用熱交換体における内ガイド管フランジ部５１および筒状本体４の先端側に設けられるフランジ部を接続可能に構成してある。

外管１は、内部に形成される燃焼領域３１が炉内に位置する状態で、炉壁Ｗの貫通孔Ｗ１に挿通され、外管フランジ部１１が内ガイド管フランジ部５１、筒状本体４とともに、外面側より炉壁Ｗに装着固定された状態で使用される。燃料導入管３より供給された燃料ガスが、第三給気流路Ａ３から供給される燃焼用空気により、パイロットバーナ（不図示）等で燃焼領域３１において着火燃焼され、炉内に熱を供給するとともに、燃焼排ガスが先端排気流路Ｌａを通って第一排気流路Ｌ１に流通させられる構成となっている。

〔内管〕
内管２は、先端側が外管１および加熱装置用熱交換体内部に挿通される管状に形成され、内管２の後端側外周面側に内管フランジ部２１を備える。内管２の先端側の先端部は、外管１内に挿通される。外管１に挿通された内管２の内部の領域に火炎を発する燃焼領域３１を形成するように、内部に燃焼用空気を流通可能な第三給気流路Ａ３を形成するとともに、燃料ガスを導入する燃料導入管３を内挿してある。

燃料導入管３は、内管２内部に挿通され、外管１内に先端のノズル部分３２が位置するように内管２の軸心に固定されており、燃料導入管３内より供給されるＬＮＧに代表される燃料ガスをノズル部分３２より噴出する。また、燃料導入管３と内管２との間に形成される第三給気流路Ａ３から供給される燃焼用空気により燃焼させられる構成としてある。加熱装置用熱交換体の後端側に位置する燃料導入管３の基端部側には、燃料混合部３３を備え、複数の燃料ガスや燃焼用一次空気を混合して熱量調整可能にしてある。また、燃料導入管３のノズル部分３２は先広がり形状に形成されており、発生した火炎を内管内の広い領域で安定的に保持し、外管１内にむらなく燃焼熱を供給可能に構成してある。

〔筒状本体〕
筒状本体４は、熱交換壁となる複数の鋼板を成形、溶接して伝熱管部材を同心筒状に形成してある多重管構造としてある。筒状本体４は、径方向で外面側から内面側に向かう厚さ方向で、供給される燃焼用空気を先端側に導く第一給気流路Ａ１と、先端側に供給される燃焼排ガスを後端側に導き排出する第三排気流路Ｌ３と、第一給気流路Ａ１から先端側より供給される燃焼用空気を後端側に導き、外箱６内部に供給する第二給気流路Ａ２とを、各熱交換壁を挟んでこの順に積層してなる。また、筒状本体４には、後端側側壁部分に第一給気流路Ａ１に接続される空気導入口４１および第三排気流路Ｌ３に接続される燃焼排ガス排出口４２を設ける。また、後端側端面側に第二給気流路Ａ２から燃焼用空気を放出する放出口４３を形成し、先端側端部に第三排気流路Ｌ３に排気ガスを導入する導入口４４を形成してある。また、筒状本体４は、外管フランジ部１１と内管フランジ部２１との間に挟持されており、外管フランジ部１１と筒状本体４の先端側のフランジ部との間には、さらに後述の内ガイド管フランジ部５１を挟持する形態でボルト連結固定されている。

〔内ガイド管〕
内ガイド管５は、先端側外周面に内ガイド管フランジ部５１を備えて、外管フランジ部１１に接合され、後端側が内管を内挿するとともに、内管フランジ部２１よりも先端側の近傍にて開口する管状に形成される。これにより、筒状本体４の内側で、内管２の外側の空間を、内管２と内ガイド管５との間に形成され先端排気流路Ｌａからの燃焼排ガスを直接受け入れる第一排気流路Ｌ１と、内ガイド管５と筒状本体４との間に形成され、第一排気流路Ｌ１に流れる燃焼排ガスを折り返して第三排気流路Ｌ３に導く第二排気流路Ｌ２とに分割形成するように配置してある。

尚、このような多重管構造は複雑な構造になり、製造困難になるようにも思われるが、実際には、筒状本体４の厚さ方向内部には、第一、第二給気流路Ａ１，Ａ２と第三排気流路Ｌ３を形成してあるのみであるから、一対の有底二重筒を溶接等により一体化するだけの簡単な工程で製造でき、これに内ガイド管５を別途設けることによりさらに多層を実現する構成としたから、簡単な構成の追加でさらに熱交換効率を高めることができた。

〔外箱〕
外箱６は、内管フランジ部２１および放出口４３を囲繞して、第二給気流路Ａ２から放出された燃焼用空気を第三給気流路Ａ３に導入する外箱内空間６１を形成するように筒状本体４の後端側のフランジ部に接続される。

〔燃焼用空気および燃焼排ガスの流通路〕
上述の構成により、燃焼領域３１で発生した燃焼排ガスは、外管１と内管２の先端側に形成される隙間を通って、先端排気流路Ｌ０を先端側から後端側に流れ、内ガイド管５と内管２の間に形成される第一排気流路Ｌ１から筒状本体４後端側に導かれ、内管フランジ部２１近傍まで達して内ガイド管５と筒状本体４との間に形成される第二排気流路Ｌ２に流通するように流通させられる。このように第二排気流路Ｌ２に流れる燃焼排ガスは、後端側から先端側に向かって第二排気流路Ｌ２を流れて、内ガイド管５の先端側に達する。第二排気流路Ｌ２に流れる燃焼排ガスは第三排気流路Ｌ３に流入して筒状本体４先端側から後端側に流れ、筒状本体４外面における後端側に設けられる燃焼排ガス放出口４２より排出される。

一方、空気導入口４１から第一給気流路Ａ１に供給された燃焼用空気は、第三排気流路Ｌ３に流通される燃焼排ガスからの熱を受け予熱されつつ、筒状本体４後端側から先端側に流れる。また、筒状本体４先端側に達した燃焼用空気は、第二給気流路Ａ２に流入してさらに第三排気流路Ｌ３および第二排気流路Ｌ２の両方から熱を受け予熱される。このように予熱された燃焼用空気は、筒状本体４後端部側の放出口４３から排出される。

筒状本体４後端部側から排出された燃焼用空気は外箱６内を通過して内管２内の第三給気流路Ａ３に流入する。ここで、第三給気流路Ａ３は、内管２を介して先端排気流路Ｌａ、第一排気流路Ｌ１と隣接するから、さらに燃焼排ガスから熱を受け、十分予熱されながら筒状本体４後端側から先端側に向かい、さらに外管１の内部に向かって流れる。内管２内には燃料導入管３が設けられ、外管１内の延設された内管２内部で、燃料導入管３の先端側に火炎を発する燃焼領域３１に達する。燃焼領域３１では、燃焼用空気により燃料ガスが燃焼されて発熱するとともに、熱を持った燃焼排ガスが、外管１と内管２との間に形成される先端排気流路Ｌａから再び筒状本体４内に流入する。燃焼排ガスはその後熱交換しつつ、前述の先端排気流路Ｌａから第一排気流路Ｌ１、第二排気流路Ｌ２、第三排気流路Ｌ３を経て燃焼用空気を予熱した後、筒状本体４外部に排出される。

したがって、燃焼用空気は、筒状本体４の先端側から後端側に至る長さのほぼ３倍の行程（１往復半）で燃焼排ガスと熱交換することができるので、熱交換効率を大きく高めることができ、簡単な構成の追加でさらに熱交換効率を高めることができた。

なお、上述の実施形態ではラジアントチューブバーナに用いられる加熱装置用熱交換体を例に説明したが、外管１を備えず加熱炉等の炉内に直接臨むレキュペバーナの形態で用いることもできる。

本発明の加熱装置用熱交換体は、たとえば、浸炭などの工業用間接加熱において用いられるシングルエンドラジアントチューブバーナとして利用することができる。

１：外管
２：内管
３：燃料導入管
４：筒状本体
５：内ガイド管
６：外箱
１１：外管フランジ部
２１：内管フランジ部
３１：燃焼領域
３２：ノズル部分
３３：燃料混合部
４１：空気導入口
４２：燃焼排ガス排出口
４３：放出口
４４：導入口
４５：筒状本体内壁
４６：第一熱交換壁
４７：第二熱交換壁
５１：内ガイド管フランジ部
６１：外箱内空間
Ａ０：給気流路
Ａ１：第一給気流路
Ａ２：第二給気流路
Ａ３：第三給気流路
Ｌ０：排気流路
Ｌ１：第一排気流路
Ｌ２：第二排気流路
Ｌ３：第三排気流路
Ｗ：炉壁
Ｗ１：貫通孔

Claims

複数の伝熱管部材を用いて、内部に、燃焼用空気が流れる給気流路と、先端側に形成される燃焼領域からの燃焼排ガスが流れる排気流路とを区画して多重管構造に形成される加熱装置用熱交換体であって、
後端側に内部へ前記燃焼用空気の供給を受ける空気導入口を有するとともに、後端側に前記燃焼領域で発生する前記燃焼排ガスを外部へ排出する燃焼排ガス排出口とを有し、
前記給気流路は、
前記空気導入口から供給された前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れる第一給気流路と、
前記第一給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記先端側から前記後端側の方へ流れる第二給気流路と、
前記第二給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れて前記先端側の前記燃焼領域に至る第三給気流路とを有し、
前記排気流路は、
前記燃焼領域で発生した前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へ流れる第一排気流路と、
前記第一排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記後端側から前記先端側の方へ流れる第二排気流路と、
前記第二排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へと流れて前記燃焼排ガス排出口に至る第三排気流路とを有し、
前記第三給気流路と前記第一排気流路とは、前記燃焼用空気と前記燃焼排ガスとが対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第一排気流路と前記第二排気流路とは、前記燃焼排ガス同士が対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第二排気流路と前記第二給気流路とは、前記燃焼排ガスと前記燃焼用空気とが対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第二給気流路と前記第三排気流路とは、前記燃焼用空気と前記燃焼排ガスとが並行流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接し、
前記第三排気流路と前記第一給気流路とは、前記燃焼排ガスと前記燃焼用空気とが対向流となるように、前記複数の伝熱管部材のうちの一つを挟んで隣接する加熱装置用熱交換体。
複数の伝熱管部材を用いて、内部に、燃焼用空気が流れる給気流路と、先端側に形成される燃焼領域からの燃焼排ガスが流れる排気流路とを区画して多重管構造に形成される加熱装置用熱交換体であって、
内管と、内ガイド管と、筒状本体とを備え、
前記内管の後端側外周面に内管フランジ部を備えるとともに、前記内ガイド管の先端側外周面に内ガイド管フランジ部を備えて、前記筒状本体内面側に、先端側から後端側に前記内ガイド管を挿通するとともに、前記内ガイド管の内面側に、後端側から先端側に前記内管を挿通した状態で、前記内管フランジ部と前記内ガイド管フランジ部との間に前記筒状本体を挟持する姿勢に配置され、
前記内管と内ガイド管との間に、前記燃焼領域で発生した前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へ流れる第一排気流路を形成し、
前記内ガイド管と前記筒状本体との間に、前記第一排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記後端側から前記先端側の方へ流れる第二排気流路を形成し、
前記筒状本体の内面と外面とに挟まれる厚み内に、前記第二排気流路を流れた前記燃焼排ガスが前記先端側から前記後端側の方へと流れて燃焼排ガス排出口に至る第三排気流路を熱交換壁で区画して形成するとともに、
前記筒状本体の厚み内で前記第三排気流路よりも外面側に、前記空気導入口から供給された前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れる第一給気流路を熱交換壁で区画して形成し、
前記筒状本体の厚み内で前記第三排気流路よりも内面側に、前記第一給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記先端側から前記後端側の方へ流れる第二給気流路を熱交換壁で区画して形成し、
前記内管の内側に、前記第二給気流路を流れた前記燃焼用空気が前記後端側から前記先端側の方へ流れて前記先端側の前記燃焼領域に至る第三給気流路を形成してある加熱装置用熱交換体。
請求項１または２に記載の加熱装置用熱交換体を備え、前記燃焼領域を囲繞して先端側に突出し、前記燃焼領域からの前記燃焼排ガスを前記第一排気流路に導く外管を設けてあるとともに、前記燃焼領域に燃料ガスを供給する燃料導入管を設けてあるシングルエンドラジアントチューブバーナ。