JPH08219679A

JPH08219679A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH08219679A
Application number: JP287195A
Authority: JP
Inventors: Tsuruo Nishimura; 鶴夫西村
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】管群における各伝熱管の内部に放熱ガスを流
し、受熱空気が伝熱管の外側を流れるように構成した熱
交換器において、ケーシングに亀裂が入ったり管群の一
端部が損傷したりすることを防止する。【構成】管群４を囲うケーシング２の内側面に沿って第
２仕切り板１６を配設することにより、受熱空気の一部
が通るバイパス通路１７を形成する。ケーシング２内部
のうち放熱ガス流路の上流側に位置した前端部に、管群
４が貫通する第３仕切り板１９を設ける。バイパス通路
１７に流入した受熱空気の支流Ｂを、第３仕切り板１９
と前管板５との間の冷気噴出部２０に下方から噴出させ
ることにより、管群４の前端部と前管板５並びにケーシ
ング２の前面板２ａとを集中的に冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換器の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器には種々の態様があり、その一
つとして、図１７に模式的に示すような熱交換器４０が
ある。すなわちこの熱交換器４０は、両端を開口した箱
状のケーシング４１内に、両端を管板４２に固着した多
数本の円筒状伝熱管４３から成る管群４４を平行に配設
し、各伝熱管４３に、管群４４の一端（前端）から他端
（後端）に向けて放熱ガス等の加熱流体を通す一方、ケ
ーシング４１の上面に受熱空気の入口４５と出口４６と
を設けて、受熱流体を管群４４の外面に曝すことによ
り、加熱流体から受熱流体に熱交換するようにしたもの
である。

【０００３】この場合、受熱流体の入口４５はケーシン
グ４１の後端寄り部位（加熱流体の流れの下流側の部
位）に位置させ、受熱流体の出口４６はケーシング４１
の前端寄り部位（加熱流体の流れの上流側の部位）に位
置させている。また、ケーシング４１の内部に、管群４
４が貫通した仕切り板４７を、その下方に通路が空くよ
うにして配設することにより、受熱流体を管群４４の外
面に効率的に接触させる流路を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このタイプの熱交換器
４０においては、各伝熱管４３はその軸方向に沿って伸
びるように熱膨張することになる。この場合、各伝熱管
４３は放熱ガスに直接に曝されるものであるため、各伝
熱管４３は運転を開始してから短時間で高温に加熱され
るのに対して、ケーシング４１は伝熱及び輻射熱によっ
て徐々に加熱されることになるため、ケーシング４１の
温度はゆっくりと上昇していく。

【０００５】このようにケーシング４１の温度上昇より
も各伝熱管４３の温度上昇が早いため、ケーシング４１
内で管群４４が長手方向に強く突っ張った状態になり、
このためケーシング４１に亀裂が生じることがあると言
う問題があった。また、管群４４の一端部（前端部）が
放熱ガスによって高温に加熱されるため、管群４４の一
端部が損傷しやすいばかりか、管板４２の熱膨張に起因
してケーシング４１に亀裂が生じる虞があると言う問題
もあった。

【０００６】他方、図１８（ａ）に示すように、燃焼炉
４８と第１熱交換器４０と第２熱交換器４０′とを直列
に接続して、第１熱交換器４０によって加熱された受熱
空気を燃焼炉４８に導く一方、第２熱交換器４０′によ
って加熱された受熱空気を、乾燥炉等の種々の機器に導
くことが行われている。この場合、運転開始時には温度
が十分に上昇していないため、第１熱交換器４０によっ
て受熱空気に熱交換すると第２熱交換器４０′での受熱
流体への熱交換が不十分になる。

【０００７】そこで、この形態で使用する場合は、運転
開始時には第１熱交換器４０に対する受熱空気を直接に
燃焼炉４８に導き、いわば第１熱交換器４０を空焚きの
状態にすることによって第２熱交換器４０′での熱交換
を集中的に行い、以って、乾燥炉等の機器のウオーミン
グアップ時間を短くし、両熱交換器４０，４０′が所定
の温度に上昇したら、第１熱交換器４０での熱交換を行
う通常運転に切り換えることが行われている。

【０００８】この形態で使用する場合、第１熱交換器４
０は、上下に開口した多数のチューブ状伝熱管４３′
（図１８（ｂ）参照）から成る一対の管群４４′をケー
シング４１の入口寄り部位と出口寄り部位とに配置し
て、両管群４４′の下端開口部をターンダクト４９で接
続した形態のものが使用されており、第１熱交換器４０
に対する受熱流体の入口４５と出口４６とを接続する第
１ダクト５０を設けると共に、第１熱交換器４０に対す
る受熱流体の入口４５とターンダクト４９の出口部とを
接続する第２ダクト５１を設けて、両ダクト５０，５１
と受熱流体の入口４５とにそれぞれダンパー５２，５
３，５４を設け、これらダンパー５２，５３，５４を温
度センサー等に関連して自動的に開閉操作するようにし
ている。

【０００９】つまり、運転開始時には、第１ダクト５０
に設けた第１ダンパー５２と第２ダクト５１に設けた第
２ダンパー５３とを開く一方、受熱流体の入口４５に設
けた第３ダンパー５４を閉じることにより、高温側の管
群４４′を最小限度冷却しつつ受熱空気を燃焼炉４８に
送気し、温度が十分に上昇したら第１ダンパー５２と第
２ダンパー５３とを閉じて第３ダンパー５４を開くこと
により、通常運転に切り換えるように設定している。

【００１０】しかし、この従来の形態では、２本のダク
ト５０，５１を必要とするため構造が複雑になるばかり
か、通常運転への切り換えに際して、受熱空気がターン
ダクト４９内に大量に流入することによって管群４４′
及びターンダクト４９が急激に冷却されるため、熱歪み
によって管群４４′やターンダクト４９に亀裂が生じる
ことがあると言う問題があった。

【００１１】本発明は、これらの諸問題を解消した熱交
換器を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
請求項１の発明に係る熱交換器は、「箱状のケーシング
内に、略平行に延びる多数本の伝熱管から成る管群を、
放熱ガス等の加熱流体が各伝熱管内を管群の一端から他
端に向けて流れるように配設し、前記ケーシングに、受
熱流体の入口と出口とを、入口が前記管群の他端寄りに
位置し出口が管群の一端寄りに位置するようにして設け
ることにより、前記管群を介して加熱流体から受熱流体
に熱交換するように構成した熱交換器において、前記ケ
ーシングに、受熱流体の一部を入口近傍の部位から分岐
させて管群の一端部に向けて噴出させるようにしたバイ
パス通路を設ける」の構成にした。

【００１３】また、請求項２の発明に係る熱交換器は、
請求項１において、「ケーシングの内部に、受熱流体の
主流が管群に効率的に接触して流れるように流路を形成
するための第１仕切り板を設けると共に、ケーシングの
内部のうち管群を挟んだ左右両側の部位に、ケーシング
の内側面と略平行に延びる第２仕切り板を配設して、こ
の第２仕切り板とケーシングの内側面との間をバイパス
通路と成し、ケーシングの内部のうち管群の一端寄りに
位置した部位に、管群が貫通する第３仕切り板を設け、
該第３仕切り板と管群の一端との間に形成された冷気噴
出部の下部に前記パイパス通路を接続する」の構成にし
た。

【００１４】また、請求項３の発明に係る熱交換器は、
請求項２において、「前記第１仕切り板のうち管群の上
方の部位に、ケーシング内に流入した受熱流体を出口に
向けて素通りさせるようにした第１ダンパーを開閉自在
に設け、更に、ケーシングの入口と前記冷気噴出部の下
部とをダクトにて接続し、該ダクトに、当該ダクトを開
閉する第２ダンパーを設ける」の構成にした。

【００１５】更に、請求項４の発明に係る熱交換器は、
請求項１〜請求項３において、「前記管群の一端と他端
とが取付くケーシングの前面板と後面板とに、当該前面
板及び後面板が管群と直交した方向に広がり変形するこ
とを許容するようにした折曲部を、管群を囲うように環
状に形成し、更に、前記ケーシングの前後両端に、管群
の端部を囲うようにした金属板製の取付け枠を外向きに
突でし、これら両取付け枠に、当該取付け枠が管群の長
手方向に弾性的に伸縮することを許容する断面山形等の
ベローズ部を全周にわたって延びるように形成する」の
構成にした。

【００１６】更にまた請求項５の発明に係る熱交換器
は、請求項２〜請求項４において、「各伝熱管を円筒状
のパイプにて構成し、これら各伝熱管において前記冷気
噴出部内に位置した部位に、それぞれフランジ状のフィ
ンを適宜枚数設ける」の構成にした。更に請求項６に係
る発明の熱交換器は、請求項１〜請求項５において、
「各伝熱管を円筒状のパイプにて構成して、これら各伝
熱管の両端を、ケーシングに固着した前後一対の管板に
溶接にて固着し、これら多数本の伝熱管のうち管板の表
面に沿って分散した部位に位置する一部の伝熱管の少な
くとも一端部に、管板の内面に当接するフランジ板を溶
接する」の構成にした。

【００１７】

【発明の作用・効果】請求項１及び請求項２の構成にす
ると、ケーシング内に流入した受熱流体は、管群に向け
て流入する主流とバイパス通路に流入する支流とに分か
れて、管群に向けて流れる受熱流体の主流は管群の外面
に接触することによって加熱されつつ出口に向けて流れ
て行き、他方、パイパス通路に流入した受熱流体の支流
は、管群の一端部によって加熱されてから出口からケー
シング外に流出していく。

【００１８】この場合、管群の一端部は加熱流体によっ
て最も高温に加熱される、すなわち管群の一端部が最も
熱負荷が高いから、殆ど加熱されていない受熱流体を噴
出させてもその受熱流体を的確に加熱することができ
る。換言すると、殆ど加熱されていない受熱流体によっ
て管群の一端部を効果的に冷却することができるのであ
り、従って、管群の一端部が異常に高温になることを防
止できる。

【００１９】このように請求項１及び請求項２の構成に
よると、最も熱負荷の高い管群の一端部が異常に高温に
なることを防止して、管群の温度上昇の均一化を図るこ
とができるから、管群とケーシングとの熱膨張の速度の
差に起因してケーシングに亀裂が生じることを防止又は
著しく低減できる効果を有する。また、最も熱負荷の高
い管群の一端部の熱を受熱流体に対して有効に熱交換で
きるから、熱交換器全体の効率を向上することもでき
る。

【００２０】更に、最も高温に曝される管群の一端部を
効果的に冷却できるから、当該管群の一端部が損傷する
ことを防止又は著しく低減できるばかりか、管板等の熱
膨張に起因してケーシングに亀裂が入ることも防止又は
著しく抑制できる。他方、請求項３の構成にすると、熱
交換器に燃焼炉を接続して、燃焼ガスによって加熱され
た受熱空気を燃焼炉に導くように構成し、運転開始時に
受熱空気を直接に燃焼炉に導くようにした場合におい
て、第１ダンパーをケーシング内に設けたから、図１４
のように２本のダクトを設ける必要がなく、それだけ構
造を簡単にすることができる利点がある。

【００２１】また、ケーシング内に常に受熱空気が流れ
ていることにより、ケーシング内の管群が異常に加熱さ
れることを防止できるから、通常運転への切り換えに際
して管群が急冷されることはなく、従って、ダンパーの
開閉による温度変化のために管群に亀裂が入ることも防
止できる。更に請求項３の構成では、第１ダンパーが開
いているときは第２ダンパーも開き、第１ダンパーが閉
じているときは第２ダンパーも閉じると言うように、両
ダンパーを同じように開閉操作することにより、管群の
うち高温の燃焼ガスに曝される一端部を受熱空気によっ
て常に効果的に冷却できるから、運転開始時に管群の温
度が不均一になることを抑制でき、この点によっても、
管群等の損傷や亀裂を防止できるのである。

【００２２】ところで、熱交換機の運転によって温度が
上昇すると、管群及びケーシングは長手方向に延びるよ
うに熱膨張し、ケーシングの前面板と後面板（伝熱管が
円筒状の場合には管板も）とはその面積が広がるように
熱膨張することになり、このため従来は、熱交換器やこ
れに取付いた他の機器が変形・損傷することがあった。

【００２３】これに対して請求項４の構成にすると、ケ
ーシングの前面板と後面板とに環状に形成した折曲部に
より、当該前面板と後面板との広がり変形が吸収され、
また、管群及びケーシングが管群の長手方向に熱膨張す
ることが取付け枠のベローズ部によって吸収されるか
ら、管群やケーシング、或いは熱交換器に接続した機器
が変形・損傷することをより一層効果的に防止できる利
点を有する。

【００２４】更に請求項５のように各伝熱管にフランジ
状のフィンを設けると、冷却部内での伝熱管と受熱流体
との伝熱面積が飛躍的に増大することに加えて、受熱流
体を乱流の状態で各伝熱管及びフィンに接触させること
ができるから、受熱流体に対する熱交換の効率を著しく
向上することができて、熱交換の効率をより一層向上す
ることができると共に、伝熱管や管板をより一層効果的
に冷却できることにより、耐久性をより一層向上できる
という顕著な効果を奏する。また、熱交換の効率を向上
できるから、熱交換器の小型化にも寄与することにな
る。

【００２５】ところで、各伝熱管を円筒状のパイプ製と
して、その両端をケーシングに固着した管板に溶接した
場合、前記したように、伝熱管とケーシングとの熱膨張
の違いから、熱交換器を運転するたびに各伝熱管が前後
管板の間に突っ張った状態になり、このため、繰り返し
運転しているうちに伝熱管と管板との溶接箇所が熱応力
によって破断して伝熱管が管板から突き抜けることがあ
る。特に、伝熱管の両端のうち加熱流体に最初に曝され
る前端（一端）と管板との溶接箇所が焼損しやすいた
め、伝熱管の前端部と管板との溶接箇所が破断しやす
い。

【００２６】これに対して請求項６のように、伝熱管の
端部に溶接したフランジ板を管板の内面に当接すると、
伝熱管の熱膨張に際して前後両管板は離反する方向に強
制的に押しやられるから、溶接箇所が破断して伝熱管が
管板から突き抜けることを防止できる。この場合、フラ
ンジ板は受熱流体によって直接に冷却されるから、フラ
ンジ板と伝熱管との溶接箇所が焼損することは殆どない
のであり、従って、一部の伝熱管のみにフランジ板を設
けただけであっても、フランジ板が伝熱管から外れるこ
とはないのである。

【００２７】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。〔第１実施例（図１〜図６）〕図１〜図６は円筒状パイ
プ式の熱交換器に適用した第１実施例を示しており、こ
のうち図１で熱交換器１の全体を示している。この熱交
換器１は一端（前端）と他端（後端）とを開口した箱状
のケーシング２を備えており、ケーシング２の内部に
は、水平状に延びる多数本の円筒状の伝熱管４から成る
管群３を、ケーシング２の前端と後端とに開口するよう
にして配設している。各伝熱管３には、ケーシング２の
前端から後端に向けて放熱ガスが流入する。

【００２８】図２（ｂ）に明瞭に示すように、前記管群
４の前端は前管板５に溶接にて固着され、管群４の後端
は後管板６に溶接にて固着されている。図３や図６
（ａ）に明瞭に示すように、両管板５，６はケーシング
２の前面板２ａ及び後面板２ｂに溶接等にて固着してい
る。ケーシング２の前面板２ａと後面板２ｂには内向き
凸状の折曲部７を環状に形成しており、この折曲部７に
より、熱膨張による伸びを吸収するようにしている。

【００２９】ケーシング２の前面板２ａ及び後面板２ｂ
の外面には、他の機器を接続するため、金属板で筒状に
形成した取付け枠８を溶接にて固着している。この場
合、両取付け枠８に外向きに突出した断面山型のベロー
ズ部８ａを形成することにより、管群４及びケーシング
２の熱膨張を吸収するようにしている。取付け枠８の内
周面には伸縮性を有する断熱材９を張設している。ま
た、ケーシング２の外周面にも断熱材１０を張設してい
る。更に、前管板５の外面にも断熱材１１が張設されて
おり、この前管板５に張設した断熱材１１には、各伝熱
管３に連通する孔１１ａ穿設されている（図６（ａ）参
照）。

【００３０】ケーシング２の内部は、各伝熱管３が貫通
する第１仕切り板１２により、後端寄りの第１室Ｐ１と
前端寄りの第２室Ｐ２とに二分されており、第１室Ｐ１
の上面には受熱空気の入口１３を設け、第２室Ｐ２の上
面には受熱空気の出口１４を設けている。第１仕切り板
１２とケーシング２の底面との間には大きな通路が空い
ている。

【００３１】第１仕切り板１２のうち管群４よりも上方
の部位には、受熱空気を入口１３から出口１４に素通り
させ得るようにした第１ダンパー１５を開閉自在に設け
ている。また、ケーシング２の内部のうち管群４を挟ん
だ左右両側の部位に第２仕切り板１６を配設することに
より、当該第２仕切り板１６とケーシング２の内側面と
の間に受熱流体のバイパス通路１７を形成し、第２仕切
り板１６のうちケーシング２の後端寄り部位の上部に冷
気取り入れ口１８を開口して、受熱空気が入口１３の近
傍からバイパス通路１７に入る込むようにしている。第
２仕切り板１６はケーシング２の前面板２ａと後面板２
ｂとに当接している。

【００３２】左右の第２仕切り板１６の間の部位のうち
ケーシング２の前面板２ａ寄りの部位に、各伝熱管３が
貫通する第３仕切り板１９を配設することにより、第３
仕切り板１９と前面板２ａ及び前管板５との間に冷気噴
出部２０を形成し、この冷気噴出部２０の下端と左右両
バイパス通路１７とを、両第２仕切り板１６の下端間に
設けたダクト部２１を介して連通させている。

【００３３】なお、図６（ｂ）に示すように、第３仕切
り板１９の下端をケーシング２の底面に当てて、第３仕
切り板１９と前面板２ａとの間に水平遮蔽板２２を装架
し、バイパス通路１７から水平遮蔽板２２の下方に噴出
した受熱空気の支流を、水平遮蔽板２２に穿設した噴気
孔２３から冷気噴出部２０に噴出させても良いし、或い
は、第２仕切り板１６の前端部の下端に孔を穿設して、
この孔から冷気噴出部２０に直接に受熱空気の支流を噴
出させるようにしても良い。

【００３４】第３仕切り板１９とケーシング２の上面板
との間には隙間を空けている。以上の構成において、ケ
ーシング２内に入口１３から流入した受熱空気の主流
（主流を矢印Ａで示す）は、第１室Ｐ１から第２室Ｐ２
に流れたのち出口１４に流出することになり、その際に
管群４を２度にわたって横切ることにより、受熱流体の
主流Ａに対する熱交換が効率的に行われる。

【００３５】また、ケーシング２内に流入した受熱空気
の一部は主流Ａから分岐し、支流Ｂとなって冷気取り入
れ口１８からバイパス通路１７に入り込み、次いで、ダ
クト部２１を介して冷気噴出部２０に噴出して、管群４
の前端部と前管板５前面板２ａとに接触することにな
り、これにより、受熱流体の支流Ｂは管群４の前端部及
び前管板５等によって加熱され、次いで、主流Ａと合流
して出口１４からケーシング２の外に流出する。換言す
ると、受熱流体の支流Ｂによって管群４の前端部と前管
板５並びにケーシング２の前面板２ａとが冷却される。

【００３６】この場合、管群４の前端部や前管板５は高
温の放熱ガスに曝されて最も熱負荷が高くなっているか
ら、受熱空気の支流Ｂに対して効果的に熱交換が行われ
ると共に、受熱空気の支流Ｂによって管群４の前端部及
び管板５は効果的に冷却させられる。このように管群４
の前端部と前管板５とが効果的に冷却させられることに
より、放熱ガスの熱を受熱空気に対して効率的に交換で
きるから、従来に比べて熱交換の効率を向上することが
できると共に、管群４の前端部と前管板５とを効果的に
冷却できることにより、管群４とケーシング２との温度
差が急激に増大することを防止できるから、ケーシング
２に亀裂が生じることも防止又は著しく低減できるので
ある。

【００３７】また、前管板５と前面板２ａ及び後面板２
ｂの熱膨張が折曲部７によって吸収されると共に、管群
４及びケーシング２の熱膨張が取付け枠材８のベローズ
部８ａによって吸収されるから、熱交換器１が熱膨張に
よって変形したり、熱交換器１に取付く機器が変形した
りすることも防止できるのである。なお、通常の運転時
には第１ダンパー１５は閉止している。

【００３８】〔第２実施例（図７〜図９）〕図７〜図９
に示すのは第２実施例である。この実施例では、管群４
を構成する伝熱管３は金属板にて偏平なチューブ状に形
成されており、ケーシング２の前端と後端とに開口して
いる。各伝熱管３は適宜間隔を隔てて左右に並設されて
おり、図７（ｂ）及び図９に示すように、相隣接した伝
熱管３の開口縁を折り曲げて互いに接合することによ
り、各伝熱管３の内部に放熱ガスが流入するように構成
している。また、管群４の前端と後端との四周に断面円
弧状のエキスパンションプレート２４を溶接等にて固着
し、このエキスパンションプレート２４をケーシング２
の前面板２ａ及び後面板２ｂに溶接等にて固着してい
る。断面円弧状のエキスパンションプレート２４を介し
て管群４をケーシング２に取付けるのは、熱膨張をより
効果的に吸収するためである。

【００３９】管群４のうち前端寄り部位と他端寄り部位
とを除いた部位はインナーケース２５によって囲われて
いる。管群４の外周面とインナーケース２５との間には
シール材２６を介挿している。ケーシング２内の内部は
第１仕切り板１２によって第１室Ｐ１と第２室Ｐ２とに
二分されている。但し、本実施例では各伝熱管３は第１
仕切り板１２を貫通しておらず、第１仕切り板１２は、
インナーケース２５の外面とケーシング２の内面との間
を仕切るように配設している。従って、第１室Ｐ１に流
入した受熱空気の主流Ａは、管群４の露出部からインナ
ーケース２５を介して第２室Ｐ２に流れて行き、管群４
の露出部から出口１４に向けて流れて行くことになる。
従って、主としてインナーケース２５の内側において受
熱空気に熱交換される。

【００４０】第２室Ｐ２のうち管群４を挟んだ左右両側
に第２仕切り板１６を配設して、第２室Ｐ２のみにバイ
パス通路１７を形成している。第１仕切り板１２の上部
左右には、第１室Ｐ１の受熱空気をバイパス通路１７に
流入させるための冷気取り入れ口１８を開口している。
第２仕切り板１６の前後両端は、前面板２ａ及び後面板
２ｂの折曲部７に嵌まるように形成している。

【００４１】更に、左右両第２仕切り板１６の前端間の
部位に、各伝熱管３が貫通する第３仕切り板１９を配設
することにより、第３仕切り板１９と管群４の前端との
間に冷気噴出部２０を形成し、左右両第２仕切り板１６
の前端部の下端に、冷気噴出部２０に開口する透孔２７
を切欠き形成している。この第２実施例では、受熱空気
の支流Ｂは第１室Ｐ１から冷気取り入れ口１８を介して
バイパス通路１７に流入したのち、透孔２７を介して冷
気噴出部２０に流出して、管群４の前端部を集中的に冷
却し、その後、主流Ａと共に出口１４から流出して行
く。

【００４２】このタイプの熱交換器１では、ケーシング
２の内面とインナーケース２５の外面との間の空間が第
１仕切り板１２によって仕切られているため、第１室Ｐ
１に受熱空気がこもって対流を起こす現象がある。この
点、実施例のように第１仕切り板１２に冷気取り入れ口
１８を形成すると、対流によって上昇した受熱空気をバ
イパス通路１７に取り込むことができるので、第１室Ｐ
１に受熱空気がこもることを低減できる利点がある。

【００４３】なお、この第２実施例においても、第１実
施例と同様に、第２仕切り板１６が第１室Ｐ１まで延び
るように形成して、第２仕切り板１６に冷気取り入れ口
１８を形成しても良い。また、図９に一点鎖線で示すよ
うに、相隣接した伝熱管３の接続箇所を覆うカバー２８
を設けて、放熱ガスによって伝熱管３の接続箇所が損傷
することを防止するようにしても良い。

【００４４】第１実施例及び第２実施例のように、第２
仕切り板１６をケーシング２の前面板２ａまで延びるよ
うに配設すると、第２仕切り板１６の前端部を管群４の
側面に近接させることができるので、受熱空気の支流Ｂ
を管群４の前端部に対して効果的に曝すことができる利
点がある（管群４の前端部の左右両側に大きな空間が空
いていると、受熱空気の支流Ｂが管群４の一端部にあま
り曝されることなく出口１４に逃げてしまう虞があ
る）。

【００４５】〔第３実施例（図１０〜図１１）〕図１０
及び図１１に示すのは、図１４と同様に、燃焼炉２９と
第１熱交換器１と第２熱交換器１′とを直列に接続して
使用する場合に好適な第３実施例であり、このうち図１
０は第１熱交換器１の概略断面図、図１１は使用状態を
示す概略図である。

【００４６】第１熱交換器１における受熱空気の出口１
４は燃焼炉２９の空気取り入れ口に接続されており、第
２熱交換器１′における受熱空気の出口１４は乾燥炉や
加熱炉等の種々の機器に接続される。第１熱交換器１の
管群４は第１実施例と同様に円筒状の伝熱管３から成っ
ており、ケーシング２内に設けた第１仕切り板１２には
第１ダンパー１５を設けている。また、第１熱交換器１
における受熱流体の入口１３と冷気噴出部２０とはダク
ト３０で接続されており、このダクト３０に第２ダンパ
ー３１を開閉自在に設けている。

【００４７】第２熱交換器１′は第２実施例のような形
態にしても良い。また、第２熱交換器１′はさほど高温
にはならないので従来の形態のものでも良い。この第３
実施例の構成において、第１ダンパー１５と第２ダンパ
ー３１とは、運転開始当初は開いて第１熱交換器１の温
度がある程度まで上昇したら閉じるように、同じ方向に
同時に開閉制御される。両ダンパー１５，３１を開く
と、第１熱交換器１に対する受熱空気の大部分はケーシ
ング２を素通りして入口１３から出口１４に流出し、ま
た、受熱空気の一部は、ダクト３０を介して冷気噴出部
２０に流入し、管群４の前端部を冷却して出口１４に向
かう。両ダンパー１５，３１を閉じると通常の運転状態
になる。

【００４８】この場合、第１仕切り板１２に第１ダンパ
ー１５を設けたものであるから、図１８のように第１ダ
クト５０を設ける必要はなく、それだけ構造を簡単にで
きるばかりか、ケーシング２内には常に受熱空気が流れ
ているため、通常運転に切り換えたときに急冷されて管
群４に亀裂が生じるようなこともない。また、管群４の
前端部は受熱空気の支流によって常に冷却されているた
め、管群４に温度むらが生じることを低減することがで
き、亀裂の発生等の弊害をより一層防止できる。

【００４９】〔第４実施例（図１２）〕図１２に示すの
は第４実施例である。この実施例では、ケーシング２の
内部に３枚の第１仕切り板１２，１２′を略等間隔で配
設し、相隣接した第１仕切り板１２，１２′の上端と下
端との間に交互に空間を形成することにより、ケーシン
グ２内を受熱空気の主流Ａが上下にジグザグ状に流れる
ように構成している。

【００５０】また、第１実施例と同様の構成の第２仕切
り板１６と第３仕切り板１９とを配設している。更に、
ケーシング２内部のうち管群４の他端面（後端面）寄り
の部位に、管群４が貫通する第４仕切り板３２を配設し
て、この第４仕切り板３２と管群４の後端との間に形成
された空間から、受熱空気の支流Ｂをバイパス通路１７
に取り入れるように構成している。

【００５１】この実施例では、３枚の第１仕切り板１
２，１２′のうち、ケーシング２の上面板に密着した２
枚の第１仕切り板１２には上第１ダンパー１５を設けて
いる。また、ケーシング２から立ち上がった第１仕切り
板１２′には、当該第１仕切り板１２′を管群４の下方
において開閉するようにした下第１ダンパー１５′を設
けており、このように各第１仕切り板１２，１２′にダ
ンパー１５，１５′を設けると、必要に応じて熱交換器
１をきめ細かく運転できる利点がある。

【００５２】つまり、運転開始時には、下第１ダンパー
１５′を閉じて上第１ダンパー１５を２枚とも開くこと
により、受熱空気の主流Ａを出口１４に素通りさせ、熱
交換器１の温度がある程度上昇したら、上第１ダンパー
１５を２枚とも閉じて下第１ダンパー１５′を開いて、
受熱空気の主流を一点鎖線Ａ′で示すように流すことに
より、主として管群４の前後両端寄り部位において受熱
空気に熱交換し、更に温度が上昇したら全ての第１ダン
パー１５，１５′を閉じて通常運転に移行すると言うよ
うに、例えば熱交換器１の温度に応じて運転状態を変更
することができる。

【００５３】また、例えば、入口１３寄りの上第１ダン
パー１５を閉じる一方、下第１ダンパー１５と出口寄り
の上第１ダンパー１５′とを開くことにより、受熱空気
を温度が高い管群４の前半部で熱交換するなど、温度や
送気量に応じて種々の制御を行うことができる。言うま
でもないが、各ダンパー１５，１５′を半開き状態にし
てもよい。

【００５４】なお、この図１２のように複数枚の第１仕
切り板１２，１２′を設けた場合、任意の仕切り板１
２，１２′にダンパー１５，１５′を設けても良いし、
全くダンパー１５，１５′を設けなくても良い。上記の
各実施例は、ケーシング２内に管群４を一群のみ設けた
場合であったが、本発明は、複数の管群４をケーシング
２内に上下多段状又は左右並列状に設けた熱交換器にも
適用できることは言うまでもない。また、ダンパーは回
動式には限らず、スライド式に構成しても良い。

【００５５】〔第５実施例（図１３〜図１４）〕図１３
〜図１４に示すのは請求項５及び請求項６に対応した第
５実施例である。この実施例は基本的には第１実施例と
同様の構造であり、伝熱管３は円筒状パイプから成って
おり、各伝熱管３の両端は管板５，６に溶接にて固着さ
れている。また、ケーシング２の内部のうち前管板５寄
りの部位に第３仕切り板１９を配設し、該第３仕切り板
１９と前管板５との間の空間を冷気噴出部２０と成して
いる。

【００５６】そして、各伝熱管３において冷気噴出部２
０内に位置した部位に、金属板をドーナツ状に打ち抜い
て形成したフランジ状のフィン３４を適宜間隔で多数枚
取付けている。各フィン３４は、図示の実施例では部分
的な溶接（溶接箇所を図１３（ｃ）の符号３５で示す）
によって伝熱管３に固着している。また、相隣接した伝
熱管３のフィン３４は接触しないように軸方向にずれて
いる。なお、フィン３４の外径は隣接した伝熱管３に接
触しない範囲で任意の寸法に設定できる。

【００５７】更に、管群４における一部の伝熱管３の両
端に、図１４に明示するように管板５，６の内面に当接
するフランジ板３６を溶接にて固着している（図１４で
はフィン３４を省略して示している）。この場合、管板
５，６の表面に沿って略均等に分散した部位に位置した
伝熱管３にフランジ板３６を設けても良いし、或いは、
管群４の外周に沿った伝熱管３のみにフランジ板３６を
設けても良く、何れの場合でもフランジ板３６を設ける
伝熱管３の本数は管群４全体の１０分の１程度の本数で
良い。

【００５８】この第５実施例のように構成すると、伝熱
面積が飛躍的に増大すると共に、フィン３４によって受
熱空気に乱流が付与されるから、冷気噴出部２０内での
熱交換の効率が飛躍的に増大するばかりか、伝熱管３や
管板５及びフランジ板３６を効果的に冷却して熱交換器
１の耐久性を向上できる。また、伝熱管３とケーシング
２との伝熱速度・伝熱量の違いにより、図１４に矢印Ｃ
で示すように各伝熱管３が前後両管板５，６に対して突
っ張った状態になり、しかも、伝熱管３の前端部と前管
板５との溶接箇所が高温の放熱ガスによって焼損しやす
いため、従来は、繰り返し運転しているうちに伝熱管３
と前管板５との溶接箇所が破断してしまうことがあった
が、この第５実施例のように伝熱管３の両端にフランジ
板３６を溶接すると、フランジ板３６によって前後両管
板５，６が離反するように強制的に押しやられるため、
伝熱管３が両管板５，６から突き抜けることを確実に防
止できる。

【００５９】この場合、フランジ板３６が受熱空気によ
って効果的に冷却されるから、フランジ板３６と伝熱管
３との溶接箇所が焼損することはないのであり、従っ
て、管群４の一部の伝熱管３のみにフランジ板３６を取
付けただけでも、当該フランジ板３６が伝熱管３から離
脱することはない。なお、伝熱管３の後端の箇所では放
熱ガスの温度は低下しており、伝熱管３の後端と後管板
６との溶接箇所が焼損することは殆どないので、伝熱管
３の前端のみにフランジ板３６を設けるだけでもよい。

【００６０】また、各伝熱管３の全長にわたってフィン
３４を設けても良い。更に、フィン３４は伝熱管３に溶
接することには限らず、内径を伝熱管３の外径よりも極
く僅かに小径に形成しておいてから、伝熱管３に対して
締まり嵌めにて嵌着しても良い。〔第６〜第８実施例（図１５）〕図１５はフィン３４の
他の形態を示している。このうち分図（ａ）に示すの
は、相隣接したフィン３４の間に隙間保持用のカラー３
７を被嵌した第６実施例である。また、分図（ｂ）に示
すのは、フィン３４に、伝熱管３に被嵌する筒部３４ａ
を形成することにより、相隣接したフィン３４の間隔を
一定に保持するようにした第７実施例である。更に分図
（ｃ）に示すのは、フィン３４を螺旋状に形成して伝熱
管３に溶接等にて固着した第８実施例である。

【００６１】〔第９実施例（図１６）〕図１６に示すの
は、分図（ａ）に示すように螺旋状の凹みを形成したコ
ルゲート管（或いはスパイラル管）にて伝熱管３を構成
した第９実施例である。この場合、螺旋状の凹みを伝熱
管３の全長にわたって形成しても良いし、分図（ｂ）に
示すように、伝熱管３のうち冷気噴出部２０内に位置し
た部位だけ螺旋状の凹みを形成して、他の部位を平滑に
形成しても良いし、更に、分図（ｃ）に示すように、伝
熱管３のうち冷気噴出部２０内に位置した部位を平滑に
形成する一方、他の部位に螺旋状の凹みを形成して、冷
気噴出部２０内に位置した部位にフィン３４を設けても
良い。

【００６２】このように伝熱管３としてコルゲート管を
使用すると、伝熱管３の内外での乱流効果によって熱交
換効率を向上できるばかりか、軸方向に沿った熱膨張を
吸収することができるので、伝熱管３と管板５，６との
溶接箇所の破断並びにケーシングへ１の亀裂の発生を防
止又は低減できる利点がある。特に分図（ｃ）のように
構成すると、伝熱管３のうち冷気噴出部２０に内に位置
した部位が平滑に形成されているため、フィン３４の取
付けを至極容易に行うことができ、従って、フィン３４
を設けたことによる利点とコルゲート管による利点とを
容易に達成できる利点がある。

【００６３】なお、分図（ａ）に一点鎖線で示すように
フィン３４を設けても良い。また、伝熱管３を断面凹凸
状に形成する手段としては螺旋状の凹みを形成すること
には限らず、閉ループ状の凹みを軸方向に沿って適宜間
隔で多数形成しても良いのである。更に、螺旋状の凹み
を形成したコルゲート管にて伝熱管３を構成した場合、
図１５（ｃ）のように螺旋状に形成したフィン３４をね
じ込むようにして取付けても良いのである。

【００６４】以上、本発明の実施例を幾つか説明した
が、本発明は上記の実施例以外の形態に具体化できるこ
とは言うまでもない（例えば円筒状パイプ製の伝熱管と
プレート状の伝熱管とを混合した状態にしても良い）。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る熱交換器の斜視図である。

【図２】（ａ）は作用を説明するために熱交換器を模式
的に表した斜視図、（ｂ）は管群の斜視図である。

【図３】図１のIII − III視縦断側面図である。

【図４】図１及び図３のIV−IV視断面図である。

【図５】図１及び図３のＶ−Ｖ視断面図である。

【図６】（ａ）は熱交換器の一端部（前端部）の断面
図、（ｂ）は受熱空気の支流の噴出手段の別例図であ
る。

【図７】（ａ）は第２実施例に係る熱交換器の概略斜視
図、（ｂ）は管群の部分斜視図である。

【図８】第２実施例の熱交換器の縦断側面図である。

【図９】第２実施例の管群の一端部の平断面図である。

【図１０】第３実施例に係る熱交換器の概略縦断側面図
である。

【図１１】第３実施例の熱交換器の使用状態を示す図で
ある。

【図１２】第４実施例に係る熱交換器の概略縦断側面図
である。

【図１３】第５実施例を示す図で、（ａ）は要部断面
図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ視断面、（ｃ）はフィンの
取付け状態を示す図である。

【図１４】第５実施例においてフランジ板を取付けた伝
熱管の拡大図である。

【図１５】（ａ）は第６実施例を示す図、（ｂ）は第７
実施例を示す図、（ｃ）は第８実施例を示す図である。

【図１６】第９実施例を示す図で、（ａ）は伝熱管の部
分図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ管群の部分図であ
る。

【図１７】従来技術の概略斜視図である。

【図１８】（ａ）は他の従来技術を示す図、（ｂ）は
（ａ）に使用している管群の部分平断面図である。

【符号の説明】

１熱交換器２ケーシング３伝熱管４管群５前管板６後管板８取付け枠８ａベローズ部１２第１仕切り板１３受熱空気の入口１４受熱空気の出口１５，１５′ 第１ダンパー１６第２仕切り板１７バイパス通路１８冷気取り入れ口１９第３仕切り板２０冷気噴出部３０ダクト３１第２ダンパー３４フィン３６フランジ板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】箱状のケーシング内に、略平行に延びる多
数本の伝熱管から成る管群を、放熱ガス等の加熱流体が
各伝熱管内を管群の一端から他端に向けて流れるように
配設し、前記ケーシングに、受熱流体の入口と出口と
を、入口が前記管群の他端寄りに位置し出口が管群の一
端寄りに位置するようにして設けることにより、前記管
群を介して加熱流体から受熱流体に熱交換するように構
成した熱交換器において、前記ケーシングに、受熱流体
の一部を入口近傍の部位から分岐させて管群の一端部に
向けて噴出させるようにしたバイパス通路を設けたこと
を特徴とする熱交換器。
【請求項２】「請求項１」において、ケーシングの内部
に、受熱流体の主流が管群に効率的に接触して流れるよ
うに流路を形成するための第１仕切り板を設けると共
に、ケーシングの内部のうち管群を挟んだ左右両側の部
位に、ケーシングの内側面と略平行に延びる第２仕切り
板を配設して、この第２仕切り板とケーシングの内側面
との間をバイパス通路と成し、ケーシングの内部のうち
管群の一端寄りに位置した部位に、管群が貫通する第３
仕切り板を設け、該第３仕切り板と管群の一端との間に
形成された冷気噴出部の下部に前記パイパス通路を接続
したことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】「請求項２」において、前記第１仕切り板
のうち管群の上方の部位に、ケーシング内に流入した受
熱流体を出口に向けて素通りさせるようにした第１ダン
パーを開閉自在に設け、更に、ケーシングの入口と前記
冷気噴出部の下部とをダクトにて接続し、該ダクトに、
当該ダクトを開閉する第２ダンパーを設けたことを特徴
とする熱交換器。
【請求項４】「請求項１」〜「請求項３」において、前
記管群の一端と他端とが取付くケーシングの前面板と後
面板とに、当該前面板及び後面板が管群と直交した方向
に広がり変形することを許容するようにした折曲部を、
管群を囲うように環状に形成し、更に、前記ケーシング
の前後両端に、管群の端部を囲うようにした金属板製の
取付け枠を外向きに突出し、これら両取付け枠に、当該
取付け枠が管群の長手方向に弾性的に伸縮することを許
容する断面山形等のベローズ部を全周にわたって延びる
ように形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】「請求項２」〜「請求項４」において、前
記各伝熱管を円筒状のパイプにて構成し、これら各伝熱
管において前記冷気噴出部内に位置した部位に、それぞ
れフランジ状のフィンを適宜枚数設けたことを特徴とす
る熱交換器。
【請求項６】「請求項１」〜「請求項５」において、前
記各伝熱管を円筒状のパイプにて構成して、これら各伝
熱管の両端を、ケーシングに固着した前後一対の管板に
溶接にて固着し、これら多数本の伝熱管のうち管板の表
面に沿って分散した部位に位置する一部の伝熱管の少な
くとも一端部に、管板の内面に当接するフランジ板を溶
接したことを特徴とする熱交換器。