JPH11325772A - 熱交換用チューブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定のチューブ長さの対してチューブ表面
積を大きくとることができ、それによりチューブ全体を
小形且つコンパクトに構成できると共に、チューブ表面
に付着したダストを通常のスクレーパーによって容易に
除去できる熱交換用チューブを提供する。 【解決手段】 側面部相互が当接するように平行に配置
される複数の直管部４と、これら直管部４の隣合う端部
相互をつなぐ折り返し管部５とによってつづら折り状に
且つプレート状に形成されると共に、各直管部４の端部
４ａが先細テーパ状に形成されて、隣合うテーパ状端部
４ａ，４ａ相互間に空間部ｋが形成されてなる熱交換用
チューブ１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】最近、焼却炉の燃焼排ガスか
ら発生するダイオキシンの問題がクローズアップされて
いる。このダイオキシンは、約９００℃以上燃焼させる
ことによって消滅することが知られている。然るに、従
来では、焼却炉の燃焼温度が９００℃以下のためにダイ
オキシンの発生を阻止することができなかった。これを
解決するためには、当然のことながら、焼却炉の燃焼温
度を９００℃以上に上昇させればよいわけであるが、そ
のような高熱エネルギーの燃焼ガスをそのまま排出する
のはきわめて不経済であるので、このような高熱エネル
ギーを何らかの形で回収することが好ましい。

【０００２】本発明は、このような点に注目し、例えば
焼却炉から出る９００℃以上の排ガス通路の部分に熱交
換装置を介在させて、効率的に高熱エネルギーを回収す
るようにした熱交換器に関するもので、更に詳しくは、
熱交換器に使用されるつづら折り状の熱交換用チューブ
に関する。

【０００３】

【従来の技術及びその課題】図９は、従来の高熱エネル
ギー回収用熱交換器に使用されているつづら折り状（又
は蛇行状）の熱交換用チューブ４３を示す。この熱交換
用チューブ４３は、平行する複数の直管部４４とこれら
をつなぐ曲管部４５とによりつづら折り状に形成された
ものであるが、曲管部４５のアールが大きく、直管部４
４と直管部４４との間隔が広くなることから、熱交換効
率が悪い上に、チューブ全体が大きくなって広い設置ス
ペースを必要とし、そのため熱交換装置が大型化する。
また、直管部４４と直管部４５との間にダストが堆積し
易く、そこに堆積したダストは、この種の熱交換器に使
用される普通のスクレーパーでは除去し難いと云った問
題がある。

【０００４】尚、構造がコンパクトで且つ熱交換効率の
良好な熱交換器としてプレート型熱交換器が知られてい
るが、この熱交換器の熱交換用プレートは、流路内部に
加熱蒸気のような高圧流体を発生させる場合には、その
高圧流体によってプレート相互の溶接部が破損し剥離し
易いことから、排熱回収用の熱交換器としては適当でな
い。

【０００５】本発明は、上記のような課題に鑑み、チュ
ーブ全体をプレート状に構成して熱交換効率を向上させ
ると共に、チューブ表面に付着したダストを通常のスク
レーパーによって容易に除去できる熱交換用チューブを
提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の熱
交換用チューブ１は、側面部相互が当接するように平行
に配置される複数の直管部４と、これら直管部４の隣合
う端部相互をつなぐ折り返し管部５とによってつづら折
り状に且つプレート状に形成されると共に、各直管部４
の端部４ａが先細テーパ状に形成されて、隣合うテーパ
状端部４ａ，４ａ相互間に空間部ｋが形成されてなるも
のである。

【０００７】請求項２に係る発明の熱交換用チューブ１
は、側面部相互が近接するように平行に配置される複数
の直管部４と、これら直管部４の隣合う端部相互をつな
ぐ折り返し管部５とによってつづら折り状に且つプレー
ト状に形成されると共に、各直管部４の端部４ａが先細
テーパ状に形成されて、隣合うテーパ状端部４ａ，４ａ
相互間に空間部ｋが形成されてなるものである。

【０００８】請求項３は、請求項１又は２に記載の熱交
換用チューブ１において、折り返し管部５は、直管部４
におけるテーパ状端部４ａの先端径小部と同じ径の曲管
部２２からなるものである。

【０００９】請求項４は、請求項１又は２に記載の熱交
換用チューブ１において、折り返し管部５は、両端部が
閉塞された管部２３からなるもので、この管部２３の側
壁部に直管部４の先端部が連通連結されてなるものであ
る。

【００１０】請求項５は、請求項１〜４の何れかに記載
の熱交換用チューブ１において、直管部４のテーパ状端
部４ａは、直管本体部４ｏと一体に形成されてなるもの
である。

【００１１】請求項６は、請求項１〜４の何れかに記載
の熱交換用チューブ１において、直管部４のテーパ状端
部４ａは、直管本体部４ｏとは別体に形成されて、互い
に溶接によって連結されてなるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る熱交換用チュ
ーブ１を示す。この熱交換用チューブ１は、側面部相互
が当接するように平行に配置される複数の直管部４と、
これら直管部４の隣合う端部相互をつなぐ折り返し管部
５とによってつづら折り状に形成されると共にプレート
状に形成される。このチューブ１の両端部には、流体流
出管６と流体流入管７とが連結され、これら流体出入管
６，７の先端部が流体流出口６ａ、流体流入口７ａとさ
れる（図６参照）。この熱交換用チューブ１における各
直管部４の端部４ａは、先細テーパ状に形成されて、隣
合うテーパ状端部４ａ，４ａ相互間に側面視略三角形状
の空間部ｋが形成される。

【００１３】図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、熱交換用チュ
ーブ１の端部側を拡大して示す側面図及び平面図であ
る。この図から分かるように、直管部４のテーパ状端部
４ａは、直管本体部４ｏと一体に形成されたものであ
り、また折り返し管部５は、直管部４におけるテーパ状
端部４ａの先端径小部と同じ径の曲管部２２からなるも
ので、この曲管部２２と両直管部４，４のテーパ状端部
４ａ，４ａとが溶接Ｗによって連結され、各折り返し管
部５と隣合うテーパ状端部４ａ，４ａとの間に側面視略
三角形状の空間部ｋが形成される。

【００１４】この熱交換用チューブ１を製作するには、
両端部４ａ，４ａを先細テーパ状に形成した直管部４
と、これら直管部４をつなぐ所要数個の折り返し管部５
としての曲管部２２をそれぞれ複数個ずつ用意し、直管
部４をその側面部が互いに当接するように配置した状態
で、直管部４相互間において隣合うテーパ状端部４ａ，
４ａの先端部に曲管部２２の両端部をそれぞれ突き合わ
せ溶接Ｗして、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に示すような状
態とする。この溶接Ｗに際しては、直管部４相互間にお
ける隣合うテーパ状端部４ａ，４ａ間に空間部ｋが形成
されるから、溶接トーチを各曲管部２２と各直管部４と
の突き合わせ部の全周にわたって移動させることがで
き、このため溶接作業が容易となり、良好な溶接を行う
ことができる。この場合、各直管部４は、側面部相互間
に若干の隙間があってもよい。尚、両端側の直管部４，
４には流体給排管６，７を溶接して接続する。

【００１５】図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、熱交換用チュ
ーブ１の他の実施形態を示したもので、直管部４は、直
管本体部４ｏとテーパ状端部４ａとを溶接Ｗにより接合
して形成されている。折り返し管部５は、図２に示すも
のと同様に、直管部４におけるテーパ状端部４ａの先端
径小部と同じ径の曲管部２２からなるもので、この曲管
部２２と両直管部４，４のテーパ状端部４ａ，４ａとが
溶接Ｗにより接合されている。この熱交換用チューブ１
では、直管本体部４ｏとテーパ状端部４ａとの溶接部の
ビードによって、隣合う直管部４，４の側面部相互間に
は必然的に若干の隙間が形成され、側面部相互が近接し
た状態となる。また、この熱交換用チューブ１でも、直
管部４と曲管部２２との溶接に際して、直管部４相互間
における隣合うテーパ状端部４ａ，４ａ間に空間部ｋが
形成されるから、溶接トーチを各曲管部２２と各直管部
４との突き合わせ部の全周にわたって移動させることが
できて、溶接作業が容易で、良好な溶接が行える。

【００１６】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、熱交換用チュ
ーブ１の更に他の実施形態を示したもので、直管部４
は、テーパ状端部４ａが直管本体部４ｏと一体に形成さ
れており、そして折り返し管部５は、両端が閉塞された
円管部２３からなり、この円管部２３の側壁部に両直管
部４，４のテーパ状端部４ａ，４ａが連通可能な状態で
溶接Ｗにより接合される。この場合も、直管部４と円管
部２３との溶接に際して、直管部４相互間における隣合
うテーパ状端部４ａ，４ａ間に空間部ｋが形成されるか
ら、溶接トーチを各円管部２３と各直管部４との突き合
わせ部の全周にわたって移動させることができて、溶接
作業が容易で、良好な溶接が行える。

【００１７】次に、上記の熱交換用チューブ１を使用し
た熱交換器について図５〜図８を参照して説明する。

【００１８】図５は熱交換器の一部破断斜視図、図６は
その縦断側面図、図７はその一部破断正面図である。こ
の熱交換器では、それぞれ第１流体を流通させる複数本
の熱交換用チューブ１によってチューブユニット２が形
成され、このチューブユニット２は、第２流体が図５の
矢印Ｇで示す方向に流通する角筒状の熱交換器本体３内
に上下２段に配設される。勿論、このチューブユニット
２は、熱交換器本体３内に３段以上に配設されてもよ
い。尚、熱交換器本体３の内周には、ガラスウール等か
らなる耐熱材３４が配設される。

【００１９】各チューブユニット２は、複数本の熱交換
用チューブ１を第２流体の流れ方向に直交する方向にそ
れぞれ所定の空隙Ｓ（図８参照）を設けて並列させた状
態で一体的に枠組みして形成されるもので、その枠組み
は、図５及び図６に示すように、各熱交換用チューブ１
の両端に連設した給排管６，７を、熱交換器本体３に対
し着脱可能な取付基板８に貫通して支持固定させると共
に、図６に示すように熱交換器本体３の内側面に固定し
た支持プレート４２上に各熱交換用チューブ１の端部を
載置させることにより行われる。

【００２０】前記取付基板８は、熱交換器本体３の側壁
３ａに開設された矩形状開口部９に嵌合する厚板状の嵌
合板部８ａと、矩形状開口部９の周縁部外面に当接して
ボルト等により側壁３ａに固定される外板部８ｂとから
なるもので、この取付基板８を前記開口部９から離脱さ
せることによって、チューブユニット２を熱交換器本体
３内から取り出すことができる。

【００２１】図５及び図６から分かるように、下段側の
チューブユニット２と上段側のチューブユニット２と
は、下段側ユニット２の流体流出口６ａと上段側ユニッ
ト２の流体流入口７ａとが互いに上下対向するように配
設され、しかして上下に対向する流体流出口６ａと流体
流入口７ａとは、図６に示すように連結チューブ１０に
よって着脱可能に連通連結される。下段側チューブユニ
ット２の各流体流入口７ａは合流管１２に連通連結さ
れ、また上段側チューブユニット２の各流出口６ａは上
記同様な合流管１１に連通連結され、そして合流管１２
には第１流体供給口１４が設けられ、合流管１１には第
１流体排出口１３が設けられている。

【００２２】また、上段側及び下段側チューブユニット
２，２においてそれぞれ並列状態に配設された隣合う熱
交換用チューブ１，１間の空隙Ｓ（図８参照）には、図
５〜図７に示すように、各チューブユニット２の熱交換
用チューブ１に付着するダストを除去するためのスクレ
ーパー１５がそれぞれ挿入配置され、各スクレーパー１
５は、駆動機構１６Ａにより各熱交換用チューブ１の外
面に沿って往復駆動される。スクレーパー駆動機構１６
Ａは、図３に示すように熱交換器本体３内の上下部に上
部回転軸１８と下部回転軸１８ａ，１８ａとを軸架し、
上部回転軸１８に複数のアーム１９を所定ピッチで一体
に突設して、各アーム１９の先端部に各スクレーパー１
５の上端部を枢着し、下部回転軸１８ａ，１８ａの対向
端部にアーム２１，２１を一体に突設して、両アーム２
１，２１を連結杆２０の両端部に枢着し、この連結杆２
０に各スクレーパー１５の下端部を枢着し、更に上部回
転軸１８と一方の下部回転軸１８ａとを駆動手段３５に
より駆動されるリンク機構３６に連動連結して、両回転
軸１８，１８ａを所要角度範囲回転させることにより、
複数のスクレーパー１５を熱交換用チューブ１，１間の
空隙Ｓに沿って往復揺動させるようにしたものである。

【００２３】チューブユニット２を形成する各熱交換用
チューブ１は、既に説明したようにその各直管部４の端
部４ａが先細テーパ状に形成されていることから、図８
に示すようにチューブユニット２における隣合う熱交換
用チューブ１，１間の空隙Ｓは、その長手方向両端部で
空隙幅が拡大する。このように空隙Ｓの長手方向両端部
の空隙幅が拡大することによって、スクレーパー１５の
移動方向先端部に付着したダストＤが、直管部４の端部
外面に付着残存することなく容易に落下し、直管部４の
端部での熱交換効率の低下を防止することができる。

【００２４】上述したような熱交換器の使用において
は、熱交換器本体３内部に、第２流体として焼却炉から
排出される例えば１４００℃程度の高温排ガスを図５の
矢印Ｇで示す方向に流通させる一方、上段側チューブユ
ニット２の各流入口７ａを連通連結している合流管１２
に第１流体供給口１４より第１流体としての水を供給す
る。合流管１２に供給された水は、下段側チューブユニ
ット２の各熱交換用チューブ１を流通した後、その流出
口６ａから各連結チューブ１０を介して上段側チューブ
ユニット２における各熱交換用チューブ１の流入口７ａ
に入り、その各熱交換用チューブ１を流通する。

【００２５】こうして、水が下段側チューブユニット２
の各熱交換用チューブ１から上段側チューブユニット２
の各熱交換用チューブ１を流通する間に、熱交換器本体
３内部を流通する高温排ガスと熱交換を行って蒸気を生
成し、この蒸気は、上段側チューブユニット２の各流出
口６ａから流出して合流管１１で合流し、第１流体排出
口１３から排出される。この第１流体排出口１３から排
出される蒸気は、蒸気供給管を介して例えば蒸気タービ
ン側へ送給されるようになっている。

【００２６】この熱交換器においては、例えば上段側チ
ューブユニット２の熱交換用チューブ１が破損してその
交換あるいは修理を必要とする場合には、上下両チュー
ブユニット２，２の熱交換用チューブ１、１の流出入口
６ａ，７ａを連通連結している各連結チューブ１０をそ
れぞれ流出入口６ａ，７ａから離脱させた後、熱交換器
本体３の開口部９に取り付けてある上段側取付基板８を
取り外せば、この取付基板８と共に上段側チューブユニ
ット２を熱交換器本体３内から簡単に取り出すことがで
きる。従って、破損した熱交換用チューブ１の交換ある
いは修理を容易且つ迅速に行うことができる。下段側チ
ューブユニット２についても同様である。尚、各チュー
ブユニット２の熱交換用チューブ１を互いに切離しでき
るようにすることもできる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に係る発明の熱交
換用チューブによれば、側面部相互が当接するか又は近
接するように平行に配置される複数の直管部と、これら
直管部の隣合う端部相互をつなぐ折り返し管部とによっ
てつづら折り状に且つプレート状に形成されるから、チ
ューブ全体をコンパクトに構成でき、プレート型熱交換
器の熱交換用プレートに劣ることなく、熱交換効率の向
上、及び熱交換器の小型化を図ることができる。

【００２８】また、各直管部の端部が先細テーパ状に形
成されて、隣合うテーパ状端部相互間に空間部が形成さ
れるから、熱交換用チューブを複数並設して使用する際
に、隣合う熱交換用チューブ間の空隙は、その長手方向
両端部で空隙幅が拡大することになり、従ってこの空隙
に沿ってスクレーパーを移動させてチューブ表面のダス
トを除去する時にスクレーパーの移動方向先端部に付着
したダストが、直管部の端部外面に付着残存することな
く容易に落下し、直管部の端部での熱交換効率の低下を
防止することができる。そしてまた、熱交換用チューブ
の製作に際して直管部と折り返し管部とを溶接する時
に、直管部相互間における隣合うテーパ状端部間に空間
部が形成されるから、溶接トーチを各曲管部と各直管部
との溶接部の全周にわたって移動させることができ、こ
のため溶接作業が容易となり、良好な溶接を行うことが
できる。

【００２９】請求項３に記載のように、折り返し管部
が、直管部におけるテーパ状端部の先端径小部と同じ径
の曲管部からなるものにあっては、折り返し管部と直管
部との溶接による連結を簡単容易に行うことができる。

【００３０】請求項４に記載のように、折り返し管部
が、両端部を閉塞した管部からなるもので、この管部の
側壁部に直管部の先端部を連通連結したものにあって
は、直管部の径にほとんど関係なく使用できるから、製
作コストが安くつく。

【００３１】請求項５に記載のように、直管部のテーパ
状端部を直管本体部と一体に形成した場合には、テーパ
状端部と直管本体部とを溶接する必要がないため、それ
だけ製作が簡単となる。

【００３２】請求項６に記載のように、直管部のテーパ
状端部と直管本体部とを別体に形成して、互いに溶接に
よって接合したものにあっては、テーパ状端部と直管本
体部とをそれぞれ別々に製作できるから、量産上有効と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る熱交換用チューブを示す斜視図
である。

【図２】 （Ａ）は図１の熱交換用チューブの端部側を
拡大して示す側面図であり、（Ｂ）はその平面図であ
る。

【図３】 （Ａ）は本発明に係る熱交換用チューブの他
の例を示す一部拡大側面図、（Ｂ）はその平面図であ
る。

【図４】 （Ａ）は熱交換用チューブの更に他の例を示
す一部拡大側面図、（Ｂ）はその平面図である。

【図５】 本発明に係る熱交換用チューブを使用した熱
交換器の一例を示す一部破断斜視図である。

【図６】 図５に示す熱交換器の縦断側面図である。

【図７】 図５に示す熱交換器の一部破断正面図であ
る。

【図８】 図５に示す熱交換器の一部平面図である。

【図９】 従来のつづら折り状熱交換用チューブを示す
側面図である。

【符号の説明】

１ 熱交換用チューブ ２ チューブユニット ３ 熱交換器本体 ４ 熱交換用チューブの直管部 ４ａ 熱交換用チューブのテーパ状端部 ５ 熱交換用チューブの折り返し管部 １５ スクレーパー １６Ａ 駆動機構 ｋ 空間部 Ｓ 熱交換用チューブ相互間の空隙

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側面部相互が当接するように平行に配置
   される複数の直管部と、これら直管部の隣合う端部相互
   をつなぐ折り返し管部とによってつづら折り状に且つプ
   レート状に形成されると共に、各直管部の端部が先細テ
   ーパ状に形成されて、隣合うテーパ状端部相互間に空間
   部が形成されてなる熱交換用チューブ。
2. 【請求項２】 側面部相互が近接するように平行に配置
   される複数の直管部と、これら直管部の隣合う端部相互
   をつなぐ折り返し管部とによってつづら折り状に且つプ
   レート状に形成されると共に、各直管部の端部が先細テ
   ーパ状に形成されて、隣合うテーパ状端部相互間に空間
   部が形成されてなる熱交換用チューブ。
3. 【請求項３】 折り返し管部は、直管部におけるテーパ
   状端部の先端径小部と同じ径の曲管部からなる請求項１
   又は２に記載の熱交換用チューブ。
4. 【請求項４】 折り返し管部は、両端部が閉塞された管
   部からなるもので、この管部の側壁部に直管部の先端部
   が連通連結されている請求項１又は２に記載の熱交換用
   チューブ。
5. 【請求項５】 直管部のテーパ状端部は、直管本体部と
   一体に形成されている請求項１〜４の何れかに記載の熱
   交換用チューブ。
6. 【請求項６】 直管部のテーパ状端部は、直管本体部と
   は別体に形成されて、溶接により直管本体部に接合され
   ている請求項１〜４の何れかに記載の熱交換用チュー
   ブ。