JPH01244284A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば各種工業炉等からの排気用煙道等に
設若し高温排熱を回収する際に採用して好適な簡易型の
熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

従来からこの種の高温状態にある排熱回収用の熱交換器
（一般にレキュペレータと呼ばれる）としては、輻射の
みを利用して伝熱を行なう二重管構造が一般に採用され
ていた。これは、この種の高温排熱からの熱回収にあた
っては、一般的な熱交換器では各部の熱膨張や熱収縮が
大きな問題となり、簡単な構成による伝熱管群を利用し
た熱交換器を使用することができず、しかもその支持部
構造やシール構造等においても耐熱性や耐腐蝕性等の面
から大きな問題をもっためであった。これは、伝熱管群
を利用すると、各部において熱膨張等が生じ、その支持
部に遊動構造を採用しなければならず、しかも温度差が
それぞれの場所で異なることから、個々に熱膨張、収縮
を吸収し得る構成を採用しなければならず、構造が複雑
化し、コスト高を招くためであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したような二重管構造による熱交換
器によれば、その伝熱面積を確保することが難しく、し
かも輻射のみの伝熱であるために効率のよい熱回収が望
めず、これを向上させるには装置全体を大型化しなけれ
ばならず、しかもコスト高を避けられない等の欠点があ
った。

勿論、複数本の伝熱管を対向する管板間に可動可能な状
態で支架し、これを熱交換要素として流体通路内に配設
した構成のものも知られているが、」二連した通り、各
伝熱管の支持部構造やシール性の面で問題が大きく、コ
スト高を招くばかりでなく、熱源が高温であったとして
もその熱伝達効率はそれ程ではなく、特に１００℃当り
　１ｆｆｉ１１程度の伸びを生じることからその逃げを
確保するための構造は複雑で　より簡単な構成により高
い熱伝達効率を有し、しかも安価に構成でき、また小型
かつコンパクト化等といった要請にも応えることができ
る新規な高温熱源に対しての熱交換器の出現が要望され
ている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
単純なパイプ管の組合わせにより安価に得られるととも
に、高温熱源であっても熱膨張。

熱収縮等の面でも何ら支障なく、また支持部構造やシー
ル等の面からも簡単である等といった利点を奏すること
ができ、しかも必要な伝熱面積を確保し、効率のよい熱
交換を行なえるとともに、全体の小型化等をも達成する
ことが可能となる簡易型の熱交換器を得ることを目的と
している。

〔課題を解決するための手段〕

このような要請に応えるために本発明に係る熱交換器は
、かなりの高温状態にある被熱交換側の流体等が流れる
流体通路内に配設される伝熱管による熱交換要素を、通
路内で流れの方向に平行し、て多角形状の頂部位置等に
配置された複数（たとえば三木）の縦管部と、これら縦
管部の両端部を二個所を残してそれぞれ異なる縦管部に
接続する湾曲管部と、前記二個所の縦管部端部を通路壁
に穿設した挿通孔を貫通して外部接続する入口側および
出口側配管とで一連に形成し、かつこれら配管を、挿通
孔内で耐熱性弾性材料などのシール材により遊動可能に
支持するとともに、最下部に位置する湾曲管部を通路内
で下側から可動可能な状態で支えるようにしたものであ
る。

〔作用〕

本発明によれば、通路内を流れる７００℃以」−にも及
ぶ高温排熱源からの流体と、略々Ｕ字状に順次連結され
た単純な直管およぶ曲り管からなる伝熱管による熱交換
要素内を流れる排熱回収用流体との熱交換を高い伝熱効
率をもって行なえ、コスト的に安価でしかも小型化等を
も達成し得るとともに、熱交換要素の各部が固定的には
支持されておらず遊動可能であるために熱膨張、熱収縮
等に対し何ら゛の悪影響を生じることはなく、従来のよ
うなりラック等に対する配慮は不要である。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図ないし第３図は本発明に係る熱交換器の一実施例
を示すものであり、これらの図において本実施例では三
木の縦管部１１および湾曲管部１２等を適宜組み合わせ
ることで略々正三角形状を呈するような位置関係で配列
してなる熱交換要素１０を用いた場合であって、またた
とえば１２００℃以上にも及ぶ燃焼炉などからの高温排
熱源からの熱回収用として用いた場合を説明する。

さて、本発明によれば、かなりの高温状態にある被熱交
換側の流体等が流れる流体通路２０内に配設される伝熱
管１１．１２による熱交換要素１０を、通路２０内で流
れの方向に平行して三角形状の頂部位置等に配置された
三木の縦管部１１と、これら縦管部１１の両端部を二個
所を残してそれぞれ異なる縦管部１１に接続する湾曲管
部１２と、前記二個所の縦管部端部１１ａ、ｌｌｂを通
路壁２１に穿設した挿通孔２２，２３を貫通して湾曲管
１２ａを介して外部接続する入口側および出口側配管１
３．１４とで＝一連に形成し、かつこれら配管１３．１
４を、挿通孔２２．２３内で耐熱性弾性材料などのシー
ル材２４．２４により遊動可能に支持するとともに、最
下部に位置する湾曲管部１２を通路２０内で下側から支
え台１５等で可動可能な状態で支えるように構成したと
ころに特徴を有している。なお、図中１６は入口側およ
び出口側配管１３．１５の外側で外部接続用配管と接続
するための蛇腹状を呈するステン［／ス製可撓管である
。また、−上述したシール材　−２４としては、たとえ
ばセラミックファイバ等を用いるとよい。さらに、上述
した実施例では湾曲管部１２としてＵ字状に湾曲形成し
た曲り管を用いた場合を説明したが、これに限定されず
、略々Ｌ字状に湾曲形成された三木の曲り管を連結して
構成してもよいことは勿論である。

そして、このような構成によれば、通路２０内を流れる
１２００℃以上にも及ぶ高温排熱源からの流体と、略々
Ｕ字状に順次連結された単純な直管およぶ曲り管からな
る伝熱管１１．１２等による熱交換要素１０内を渣れる
排熱回収用流体との熱交換を、その伝熱面積が大きくな
ることから高い伝熱効率をもって行なえ、従来に比べて
土数倍程度の効率向上を達成できることが実験により確
認されている。これは、従来のような二重管構造では、
単に輻射による伝熱であったが、本発明構造では、輻射
と対流による伝熱効果を発揮し得ることからも、効率向
上に果たす役割りが大であることが容易に理解されよう
、また、本発明構成によれば、熱交換要素１０が単純な
直管と曲り管との組み合わせで構成され、しかも不動に
支持されている部分は存在せず、三次元的に自由に伸縮
し得ることから、熱膨張や熱収縮にあたってその伸びや
縮みを適切かつ確実に吸収できるもので、たとえば１２
００℃で６〜７１程度の伸びが各部に生じたとしても、
クラック等といった問題を始めとして何らの不具合を招
くことがない、そして、このような利点から従来に比べ
て支持部構造やシール構造が簡素化するといった利点も
ある。

さらに、本発明によれば、上述した熱交換効率の向上等
といった利点から、従来に比べ装置全体の小型かつコン
パクト化を図れ、その利点は明らかであろう。

たとえば本発明による熱交換器（熱交換要素１０）を、
ガラス溶解炉等といった燃焼炉において、１２００℃程
度の排ガスを排匁する煙道中に配設した場合において、
伝熱管の管内径を４０ｓ＋ｓ、煙道（流体通路２０）の
広さを３００鳳＋ｓ’！　、排熱温度を１１００℃とし
た場合において、わずかに８０ｃｍ程度の長さをもつも
ので、入口空気温度２０℃を６００℃程度まで加熱でき
ることが実証されている。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、各部
の形状、構造等を、適宜変形、変更することは自由であ
る。たとえば上述した実施例では、三木の直管を正三角
形状の頂部に配列してなる形状で形成した場合を説明し
たが、本発明はこれに限定されず、第４図（ａ）　、　
（ｂ）や第５図（ａ）。

（ｂ）に示′すように、四本、六本のように複数本であ
ってよいものであり、その場合その本数に応じた多角形
状を呈するように配列すると、最も効率的にはよいが、
これに限定されないことは勿論である。この場合、伝熱
面積の増大化から、装と全体をより一層小型化し得ると
いう利点がある。ここで、第４図において２５は通路壁
２１の一部から通路２０内に延設され湾曲管部１２等を
支える支えロッドで、伝熱管の熱膨張に影響を与えない
状態で支持できるような構成としたもので、適宜の変形
例が考えられよう。

また、伝熱管の種類や管径、長さ、さらにシール材の種
類等としては、実施例構造に限定されず、適宜必要に応
じて選択すればよいもので、また本発明に係る熱交換器
の用途としても排熱回収用に限定されず、適宜の熱交換
を必要とする個所であれば、種々の分野における機器、
装置に適用してもよいことは言うまでもない。勿論、本
発明は高温熱源との間の熱交換を行なう場合により一層
優れた効果を奏するものである。

また、上述した実施例では、中線な直管等による伝熱管
で熱交換要素１０を構成した場合を例示したが、必要に
よっては、第６図に示すように、伝熱管外周に適宜の形
状を有するフィン３０を付設するようにしてもよいこと
は勿論である。

〔発明の効果〕

以−１−説明したように本発明に係る熱交換器によれば
、被熱交換側温体用の通路内に配設される熱交換要素を
、通路内で筺れの方向に平行して多角形状の頂部位置等
に配置された複数の縦管部と、これら縦管部の両端部を
その二個所を残して異なる縦管部端部にそれぞれ接続す
る湾曲管部と、その残りの縦管部端部を通路壁側の挿通
孔から＃熱性弾性材料などのシール材により遊動可能な
状態で貫通して外部接続する入口側、出口側配管とで一
連に形成するとともに、その岐下部に位若する湾曲管部
部分を通路内で下側から可動回部な状態で支えるように
したので、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、以下に
列挙する種々優れた効果を奏する。

（１）たとえば７００度以上にも及ぶ高温排熱源等とい
ったかなりの高温状態にある被熱交換側の流体等が流れ
る流体通路内に配設されたとしても、熱交換要素の各部
が固定されている部位はなく、すべて遊動可能な状態で
支持されているだけであるため、８膨張、熱収縮を簡単
かつ確実に吸収することができ、従来のようなりラック
等の問題はなく、耐久性等の面で優れている。

（２）単純な直管と曲り管の組合わせだけで単純なＵ字
形状の構成されるため、コスト的に安価であるばかりで
なく耐久性や耐蝕性等の面でも優れ、またその支持部構
造やシール構造等も簡単である等の利点がある。

（３）通路内での伝熱面績を大きくし得ることから、高
い熱伝達効率を確保し、伝熱効率を従来に比べて増大さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱交換器の一実施例を示す概略斜
視図、第２図および第３図はその平面図および側断面図
、第４図（ａ）、（ｂ）　、第５図（ａ）。 （ｂ）は本発明の別の実施例を示す概略平面図および側
断面図、第６図は本発明の他の実施例を示す概略斜視図
である。 １０・・・熱交換要素、１１・・・縦管部、１２・・・
湾曲管部、１３．１４・・・入口側、出口側配管、１５
・・・支え台、１６・・・可撓管、２０・・−流体通路
、２１・・・通路壁、２２　、２３・・・挿通孔、２４
・・・シール材。 ／ 特許出願人　サンーンジ＝アリング株式会ネ「′：支 第ｖ図 第胃図（ａ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被熱交換側の流体が流れる流体通路内に配設され
   る伝熱管による熱交換要素を備えてなり、この熱交換要
   素は、流体通路内でその流れの方向に向って平行して配
   置された複数の縦管部と、これら縦管部の両端部を二個
   所を残してそれぞれ異なる縦管部に接続する湾曲管部と
   、前記二個所の縦管部端部を前記流体通路を形成する通
   路壁に穿設した挿通孔を貫通して外部接続する入口側お
   よび出口側配管とで一連に形成され、かつこの熱交換要
   素は、前記挿通孔内で遊動可能に支持されるとともに、
   最下部に位置する湾曲管部が流体通路内で下側から可動
   可能な状態で支えられていることを特徴とする熱交換器
   。
2. （２）縦管部は平面視略々三角形状に配列された縦管部
   から構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱
   交換器。
3. （３）縦管部はその配列本数に応じた多角形状で等配し
   て配置されていることを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の熱交換器。
4. （４）流体通路壁部を貫通する入口側および出口側配管
   は、挿通孔内で耐熱性を有する弾性材料からなるシール
   材で遊動可能に支持されていることを特徴とする請求項
   １、請求項２または請求項３記載の熱交換器。
5. （５）被熱交換側の流体は７００℃以上の高温排熱源で
   、伝熱管を通る流体はその排熱回収用の流体であること
   を特徴とする請求項１記載の熱交換器。
6. （６）熱交換要素を構成する伝熱管外周にフィンを付設
   したことを特徴とする熱交換器。