JPH0676871B2 - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPH0676871B2
JPH0676871B2 JP63072728A JP7272888A JPH0676871B2 JP H0676871 B2 JPH0676871 B2 JP H0676871B2 JP 63072728 A JP63072728 A JP 63072728A JP 7272888 A JP7272888 A JP 7272888A JP H0676871 B2 JPH0676871 B2 JP H0676871B2
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heat
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heat exchanger
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昌博 後藤
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サンエンジニアリング株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D7/082Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
    • F28D7/085Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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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
設置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
(一般人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食性等の面
から大きな問題をもつためであった。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、上述した通り、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1mm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(たとえば三本)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、従来のようなク
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
本の縦管部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本の縦管
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,11b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13,14とで一連に形成し、かつこれら配
管13,14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舵腹状
を呈するステンレス製可撓管である。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
二本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12
00℃以上にも及び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内を流れる排熱回収用流
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、従来に比べて十数倍程度の
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1200℃で6〜7mm
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
ガスを廃棄する煙道中に配設した場合において、伝熱管
の管内径を40mm、煙道(流体通路20)の広さを300mm2
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、三本の直管を正三角
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、装置全体をよ
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、単純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〕
以上説明したように本発明に係る熱交換器によれば、被
熱交換側流体用の通路内に配設され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
耐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、その最下部に位置する湾曲管部部分を
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、熱膨張、熱収縮を簡単か
つ確実に吸収することができ、従来のようなクラック等
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)通路内での伝熱面積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、1
3,14……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。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
JP63072728A 1988-03-25 1988-03-25 熱交換器 Expired - Lifetime JPH0676871B2 (ja)

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JPH01244284A JPH01244284A (ja) 1989-09-28
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56137084A (en) * 1980-02-29 1981-10-26 Air Liquide Method of and apparatus for reheating freezing agent fluid

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56137084A (en) * 1980-02-29 1981-10-26 Air Liquide Method of and apparatus for reheating freezing agent fluid

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JPH01244284A (ja) 1989-09-28

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