JPS6361888A - 伝熱管 - 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、伝熱管に関し、例えば連続焼鈍炉のラジアン
トチューブからの燃焼排ガス中の熱エネルギー回収や、
ガスタービン、ボイラー等の外熱機関あるいはディーゼ
ルエンジン等の内燃機関などの高温排ガスを利用して燃
焼用空気全予熱する際等に使用する伝熱管に関する。

〔従来の技術〕

従来の連続焼鈍炉を第１０〜１４図により説明する。

第１０図において、炉体１中に配設されたラジアントチ
ューブ２の内部ヘバーナ３の高温燃焼ガスＧＴ、が供給
され赤熱して炉内を加熱する。

該チューブ２を通過した排ガスＧＴ、は、排熱回収熱交
換器４に導かれ、室温の大気ＡＲτと熱交換して、自ら
は低温の排ガスＧＴ４となると共Ｋ。

大気を加熱して高温空気ＡＴ１とする。この高温空気Ａ
Ｔ１は、バーナー３に導かれ、排熱を有効活用している
。

この排熱回収熱交換器４の一例は第１１図に示す通りで
、３重管と々っており、最外部にＵ字管５とその内部に
一端を鏡板６ａで閉じた直管６と、その内部に両端が開
口したコの字管７で構成されている。第１１図において
、高温排ガスＱＴ、は、入口５ｂから入り、管５と６の
間隙を通過して出口５Ｃより出て、低温排ガスＧＴ４と
なる。室温空気ＡＲＴは、入口６ｂより入り、管６と７
の間隙で昇温され、管７の中央と７ａ部を通過して高温
排ガスＧＴ、側で管６と７の間隙を通過中に高温空気Ａ
Ｔ１となる。

従来の連続焼鈍炉では管５．６，７はいずれもベア管（
フィン付で彦い管）を用いているため、Ｇ７．＝１００
０〜１０５０℃、ムＲＴ−室温の時、ＡＴｌ：＝　４０
０〜４５０℃、ＧＴ４中５５０〜６００℃程度である。

〔発明が解決しようとする問題点］ 省エネルギ効果を高めるため、上記の０７．：：１００
０〜１０５０℃、ＡＲＴ　＝室温の時、五Ｔ１＝７５０
〜８００℃、Ｇ７４＝　４００〜４５０℃を目標とする
要望が高まってきている。

一方では、炉長を長くすることは設備費が高価になると
共に、スペースの点でも制約を受けるので、チューブ２
、バーナ３、及び排熱回収熱交換器４のユニットのピッ
チは従来通りを守る必要がある。

この目的を達成するためには、管５，６．７の適当な部
位にインナーフィンを取付けることが得策であり、例え
ば第１１図のＡ−Ａ断面矢視図である第１２図では管６
の内外にフィン６ｄ、６ｅを取付け、第１３図では管６
，７間に隔壁のフィン６ｆを取付けると共く管５，６間
に輻射伝熱媒体８（例えば多孔質セラミックス）を充填
し、第１４図では管５，６．７の間隙にコルゲートフィ
ン９を取付けるなどが提案ないし一部実用化されている
。

しかし、これらは以下の通り製法上で夫々に問題点を有
している。

（］）押出成形法・・・第１２．１３図に示すフィン付
管は、気体／気体の熱交換であるためフィンピッチの密
なハイフィンが不可欠で、かつ耐熱性の点からオーステ
ナイト系ステンレス鋼製又は耐熱合金製となる。従って
、その成形は困難かつ高価とｉる。

（２）溶接法・・・第１２図の場合にけ管６の内外にフ
ィン６ｄ、６ｅ’ｉ溶接可能であるが、高価となる。

（３）ろう相法・・・第１４図などの複雑なフィン接合
にも有利であるが、母材よりも低融点のろう材？用いる
ので、耐熱、高温強度上問題がある。

（４）その他・−・輻射伝熱媒体８はガス流の圧力損失
増加？招く。管７は、入口側の開口端からペンド部７ａ
に至るまでは、空気流の保温効果はあるが、昇温効果な
く、材料のロスである。

本発明は、上記の問題点を解消する伝熱管、す彦わち排
熱回収が効率的であり、しかもコンパクトで製作が容易
な伝熱管を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本楯明はコルゲート筒体の両開口部に、該コルゲート筒
体の断面形状と略同形状を有し、かつその中心部に貫通
孔を有する接合部材を取付け、該コルゲート筒体の最大
径よりも大きい内径を有する外管に挿入して々ることを
特徴とする伝熱管に関する。

本発明伝熱管は例えば次のようにして成形する。

■　管の所要長とはｙ同幅の金属Ｃ５ＵＳ３１０　。

３１６、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｘ　（Ｎｉ　基合金）、
ＢＡ１８８（Ｃｏ　基合金）など］板材のコルゲート成
形しく波形は、矩型波、三角波、台形波などいずれであ
っても良い）、波長方向く一重に巻回してコルゲートの
始端と終端を溶接接合してコルゲート筒体（筒体長さは
板幅に対応）とする。

■　上記コルゲート筒体両端の開口部に、筒体内壁のコ
ルゲート形状と対応する外形を有する中空の接合用部材
を嵌合溶接する。

■　上記接合用部材付コルゲート筒体を、この筒体外径
よりも大きい管に挿入して熱交換用伝熱管とする。

■　なお、上記コルゲート筒体成形に当って、板状のコ
ルゲート形状として、予め筒体の外周側となる開口幅（
１鵞）を内周側となる開口幅（ｔｌ）よりも狭くしてお
くと、成形に伴いｔｌ　は増大し、ｔｌ　　は減少する
ことＫより、筒体内周側のピッチの過少化が防止され、
流体（ガス）の浸入阻害を低減できるので好ましい。

〔作用〕

コルゲート板は容易に筒体となる。

またコルゲート筐体の軸方向の接合によプ、伝熱面積の
大きいフィンが、伝熱面積が大きい故に、そのま＼内外
の流体（ガス）を隔離する管の作用を兼ねることができ
るので、従来の三重管を二重管にできる。

コルゲート筒体両端の接合部材の挿入接合により、コル
ゲート筒体のピッチ及び形状保持と剛性が高められる。

外管とコルゲート筒体の間°隙及びコルゲート筒体の内
部空間の間で熱交換が高効率に行われる。

〔実施列〕

本発明の実施列を第１〜第９図に基づき説明する。

第１図（イ）は本発明【よるコルゲート伝熱管１０（コ
ルゲートフィンをそのま＼流体の隔壁に兼用した）を用
いた排熱回収用熱交換器管の全体構成の断面図であり、
第１図（ロ）（ハ）は第１図０）の一部拡大詳細図であ
る。

第１図０）において、出入口１５．１６を有スるＵ字型
δ外管５（直管であっても良く、その場合ベンド部５ａ
け不要）内に、コルゲート筒体１０の両端に接合部材１
２を介して出入口１３．１４とベンド管１１を有する内
管を挿入する。

管端の接合部材１２は、第１図（ロ）に示すように、コ
ルゲート筒体１０と接合部材１２ａとが接合して一体化
されている（ペンド部においても同様に接合一体化され
ている）。そして、外筒５に対するコルゲート筒体１０
の膨張収縮が、摺動部１４ムで吸収される。

また、外管５内でのコルゲート筒体１０の保持のために
、放射状支柱を外管５とフルゲート伝熱管１０の要所に
配役（図示しない）しである。更に、内管の挿入は、外
管ベンド管５ａの取付前に挿入した後、第１図（・今に
示すように、円周方向に２分割され九ベンド管５ａ’、
５ａ’を溶接接合してなされる。

第２〜４図にコルゲート筒体の８ｉ′ＩＩｔ−示す。い
ずれも第１図（イ）のＥ−Ｅ矢視断面図である。

第２図は、矩形波コルゲート板を筒体１０Ｉ！Ｌに成形
し、接合後、外管５に嵌入したものである。第３図は、
山、谷部が丸味全方するコルゲート板を筒体１０１）に
成形した例で、第４図は三角波コルゲート板を筒体１０
ｃに成形した例である。

第５図（イ）は、第４図のように成形したコルゲート筒
体１０ｃに接合部材１２を取付ける状態２示す図である
。三角波コルゲート板を筒体に成形して接合（溶接線は
山頂部でＴ工Ｇレーザー溶接法によるヘリシーム溶接１
０（１されている）してコルゲート筒体１０Ｃを成形し
、貫通中空孔１７を有する出口筒１３とコルゲート筒体
１０ｃに対応嵌合できるギヤ形状部材１２ａとを一体化
した接合用部材（ジヨイント）１２のＣ−Ｏ線上の適所
位置までコルゲート筒体１０ｃの端がくる二うに嵌入し
て、溶接シールする。

なお、第５図（ロ）に示すように、ギヤー形状部材１２
ａ’５インナーギヤ形状としてコルゲート筒体１０ｃｆ
ｔ内包する形としてもよい。

酊６〜９図に、各種コルゲート板の筒体成形前或は後の
コルゲート形状例及びその挙動の関係について示す。

第６図は矩形波コルゲートの例で、第６図（イ）Ｋ示す
ように筒体成形前に上部（筒体成形後には外周となりそ
の半径はＲｓ　　）開口部＠（内矩）ヲｔ！　　とじ、
下部（筒体成形後には内周となりその半径はＲ１）開口
部幅（内矩）をｔｌ　とし、その間にＬｍ＜Ｌｔの関係
？保つことにより、第６図（ロ）に示すように筒体成形
後ばｔｌ　　は増大してｔ−となり、ｔｌ　は減少して
ｔ　、Ｉとなり、これによりＬｌキロ１′、Ｌ！中Ｚ　
！ｌ　　となしうるので、円周方向に均一ピッチ間隙を
保ち得て、設計通シのガス流ヲ得て、局部ホットスポッ
ト？回避でき、伝Ｐ管の寿命向上が図れる。

なお、本例に於て、ｔｌ＜ｔｔの関係下でとなる（こ＼
に、Ｐニコルゲートピッチ、Ｌｌ：内周となるコルゲー
ト水平部の外距、Ｌ３：外周となるコルゲート水平部の
外距である）。

第７図は先端が湾曲したコルゲートの例で、開口部幅関
係は第６図と同じである。

第８図は台形波コルゲートの例で、Ｌｍ＞Ｌｔとするこ
とによりｔ＊＜ｌ−＊と々す、筒体成形後に内周ピンチ
の狭小化を防止できる。

第９図は、Ｌ雪＞ＩＪＩ中０とすることによりｔ＊＜Ａ
Ｉとなり、第８図と同様のことが言える。

々お、第８図、第９図の列に於ては波の角度θ！＝０２
の場合について説明したが、Ｌ、　＝　Ｌｌとする場合
、波の角度θ意〈θ菫とすることで対応しても良い。

〔発明の効果〕

上記したように本発明によれば、コルゲートの波形？伝
熱フィンとすると共に、温度の異る２ｆｉ体を融離する
筒体として兼用させることができ、これにより３重管を
２重管に、２重管を１重管とすることができ、かつ従来
の成形法では不可能もしくは困難であった伝熱管を、薄
板のコルゲート成形、曲げ成形、溶接接合で成し得ると
共に、伝熱表面積の増大化により排熱回収温度の上昇を
達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の伝熱管を用いた一例を示す全体
図、第１図（ロ）、（ハ）は第１図（イ）の一部拡大詳
細図、第２〜４図は本発明の一実施例としてのフィン形
状を示す断面図、第５図（イ）、（ロ）は本発明に於け
るコルゲート筒体の接合部材形状を示す斜視図、第６〜
９図は本発明の伝熱管のフィンピッチの均等化を図る手
段を示す図、第１０図は連続焼鈍炉に於ける熱回収コン
ポネントを示す図、第１１〜１４図は従来の伝熱管を示
す図である。４ 第１　（ロ）（イ） 第１　図（ハ） 第２図　　　第３図　　　第４図 第５図（ロ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コルゲート筒体の両開口部に、該コルゲート筒体の断面
   形状と略同形状を有し、かつその中心部に貫通孔を有す
   る接合部材を取付け、該コルゲート筒体の最大径よりも
   大きい内径を有する外管に挿入してなることを特徴とす
   る伝熱管。