JPH0875391A - 熱交換セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気体が熱交換流路を通過する際に十分に大き
な乱流を生じさせることができ、熱交換効率を大幅に向
上することが可能な熱交換セグメントを提供する。 【構成】 長さ方向及び幅方向に並べて熱交換流路を形
成するための熱交換セグメントにおいて、一つまたは二
つ以上の熱交換セグメントで構成された流路の壁に設け
られた突出部のピッチをＳ、突出部の高さをＤ、互いに
向かい合う壁の間隔をＷとしたとき、Ｄ／Ｗが０．１〜
０．５であり、Ｓ／Ｄが７〜１５であることを特徴とす
る熱交換セグメント。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、長さ方向及び幅方向
に並べてガス流路を形成するための熱交換セグメントに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス工業や鉄鋼業の分野では、熱交換
流路を用いて蓄熱や熱交換が行われている。熱交換流路
は、長さ方向に流路を有する耐火物製の熱交換セグメン
トを長さ方向及び幅方向に並べて形成される。

【０００３】例えば、ガラス溶融炉では、排ガスによっ
て燃焼用二次空気を加熱するために熱交換流路が用いら
れている。先ず、溶融室から出た高温の排ガスが、蓄熱
室の熱交換流路内に上方から導入される。熱交換流路を
構成する熱交換セグメントは、排ガスによって加熱され
高温になる。次に、排ガスの代わりに常温の二次空気が
下方から吹き込まれ、高温の熱交換セグメントによって
加熱される。以上の動作が一サイクルとなる。このサイ
クルを繰返し行って、蓄熱室の熱交換流路に排ガスと二
次空気を交互に流すことにより、熱交換が行われる。

【０００４】熱交換流路の熱交換効率、すなわち熱交換
セグメントの壁面とガスの間の熱交換効率を向上するた
めには、流路ガスの接触面積を大きくすると共に、熱交
換流路内で乱流化を促進する必要がある。

【０００５】従来、この観点から、様々な形状の熱交換
セグメントが提案されている。例えば、特開平４−１２
４０３４号公報は、壁面に多数の凹凸を有する角筒状の
耐火物製セグメントを開示している。また、特開平２−
８５６９１号公報は、横断面が十字型になった壁体に多
数の突出部を形成した熱交換セグメントを開示してい
る。これらの熱交換セグメントでは、壁体の突出部が流
れの障害物となり気体の流れに乱流が生じるので、熱交
換効率をある程度向上できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱交換セグメントでは、突出部付近で流路断面積が局部
的に狭くなって圧力損失が生じるため、流速や流量が著
しく低下する恐れがあった。流量が低下すると、熱交換
効率が低下してしまう。

【０００７】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、圧力損失が少なく、気体が熱交換流路を通過する
際に適度な乱流を生じさせることができ、熱交換効率を
大幅に向上することが可能な熱交換セグメントを提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、長さ方向及び
幅方向に並べて熱交換流路を形成するための熱交換セグ
メントにおいて、一つまたは二つ以上の熱交換セグメン
トで構成された流路の壁に設けられた突出部のピッチを
Ｓ、突出部の高さをＤ、互いに向かい合う壁の間隔をＷ
としたとき、Ｄ／Ｗが０．１〜０．５であり、Ｓ／Ｄが
７〜１５であることを特徴とする熱交換セグメントを要
旨としている。

【０００９】

【実施例】本発明による熱交換セグメントは、突出部の
ピッチをＳ、突出部の高さをＤ、互いに向かい合う壁の
間隔をＷとして、Ｄ／Ｗが０．１〜０．５、Ｓ／Ｄが７
〜１５となる流路を形成できる熱交換セグメントであ
る。

【００１０】突出部は一つの熱交換セグメントに一つ以
上設けても良く、複数の熱交換セグメントを組み合わせ
たものによって一つの突出部を構成しても良い。

【００１１】ここで垂直方向の壁とは、熱交換セグメン
トを蓄熱室内に積層したときに上部から下部に連続する
耐火物の壁を意味する。必ずしも真に垂直な壁のみを意
味するものではなく、垂直な線にほぼ沿ったものも含
む。

【００１２】また、厚さＬとは、ほぼ同じ厚みを有する
場合に面と面の水平距離または最短距離を意味する。

【００１３】同一体積の耐火物でセグメントを製作する
場合、壁の厚さを薄くする程、単位体積当たりの表面積
が広くなって熱交換効率の良い熱交換セグメントが得ら
れる。しかし、薄すぎると蓄熱量が少なくなる。壁の厚
さが不均一だと温度も不均一な部分が生じて熱交換効率
が悪くなる。本発明は壁の厚さを１５〜４０ｍｍとする
ことにより大きい表面積が得られ、しかも熱交換に必要
かつ十分な厚みが得られる。また、均一な厚さとするこ
とにより壁の温度分布をより均一に保持できて、熱交換
が効率良く行われる。

【００１４】本発明の熱交換セグメントは突出部を設け
ることによって表面積が増大すると共に気体流れの乱流
を促進して一層熱交換効率が向上する。突出部はピッチ
Ｓと高さＤの比Ｓ／Ｄが７〜１５であり、突出部の高さ
Ｄと壁の間隔Ｗの比Ｄ／Ｗが０．１〜０．５であるとき
に気体の乱流を促進する最大の効果がある。本発明の各
熱交換セグメントが構成する流路は、その壁にＳ／Ｄが
７〜１５、Ｄ／Ｗが０．１〜０．５である突出部を形成
することができる。

【００１５】本発明の熱交換セグメントは突出部が水平
方向に出っ張っているので使用時に流路に直角な突起列
として機能する。

【００１６】一般に粘性流体が管を流れるとき、管壁で
速度がゼロ、中心に近ずくに従って速くなる。層流の場
合その速度分布は時間に関係なく回転放物面に似た分布
となる。乱流の場合には、或る点の速度は時間とともに
大きく変化するが、その時間平均値Ｕには規則性があ
り、その分布は壁面近くで速度勾配が大きいのが特徴で
ある。

【００１７】図８は風洞実験によるＤ／Ｗが０．４のと
きの時間平均速度の分布である。ここで、Ｕ₁ は突出部
により影響を受けない位置での速度である。図８による
とＳ／Ｄが７未満のときには壁面付近に大きな逆流が生
じる。逆流は流体の滞留であり流れや熱交換を阻害す
る。Ｓ／Ｄが９でほぼゼロになる。後述する図９の結果
から、この条件で乱流の乱れ強さが極大を示すことから
最も効率的な熱交換はＳ／Ｄが９で実現できることが明
らかとなった。Ｓ／Ｄが９を越えると壁面付近の平均速
度勾配が増大しはじめる。余りに大きな速度勾配は無用
の抵抗を生じて流れや熱交換を阻害するのでＳ／Ｄは１
５以下が好ましい。

【００１８】図９では、Ｄ／Ｗに関係なく突出部の頂点
での乱れ強さはＳ／Ｄ＝９で極大となる。乱れ強さの値
はＤ／Ｗ＝０．１の場合は、突出部による効果がさほど
顕著ではないが、Ｄ／Ｗが０．２〜０．４の場合は顕著
な効果が現れる。Ｄ／Ｗが０．５を越えると流路の曲り
が大きくなり過ぎて、実際に使用したときに流路の閉塞
が心配され採用出来ない。

【００１９】図１０は流路の中心線での乱れ強さを示
す。この図からＤ／Ｗ（突出部高さ）の効果は、Ｓ／Ｄ
が７〜１３で最大となることが明かである。

【００２０】以上をまとめると、次のとおりである。す
なわち、乱れ強さが最大になる実用上好都合の熱交換セ
グメントが形成する流路の条件はＤ／Ｗが０．１〜０．
５であり、Ｓ／Ｄが７〜１５である。

【００２１】本発明の１つの態様は壁に囲まれた流路に
一定の間隔で突出部を設け乱流の乱れ強さを強化、促進
するものである。数々の条件で風洞実験を行い、流れに
直角に設けられた突出部の乱流促進体としての効果の知
見を基に、現実の熱交換セグメントにおいて三次元的な
乱流の促進を実現する形状を創案した。

【００２２】本発明は積層したときに、各流路の壁に突
出部を形成させる熱交換セグメントである。突出部はピ
ッチＳと高さＤの比Ｓ／Ｄが７〜１５、および突出部の
高さＤと壁の間隔Ｗの比Ｄ／Ｗが０．１〜０．５となる
のが好ましい。Ｗは通常１４０〜２２０ｍｍであるが特
に制限はない。

【００２３】突出部の形状は図２、図１３の台形、図１
２の三角形の他、図１４の円の一部、楕円の一部などで
も良い。図２、図１３の突出部は右に傾斜する面と左に
傾斜する面を有し、両方の傾斜は等しく描かれている
が、一方の傾斜が他方の傾斜より小さくても良い。図１
〜図５は本発明の実施例である。図１は図２〜図５の共
通の上面図である。図２〜図５は各々異なる形状を持つ
熱交換セグメントの壁の縦断面図である。ここに示す熱
交換セグメントは、いわゆるボックスタイプまたはチム
ニータイプと呼ばれるものに属す。その形状はほぼ正方
形の上下貫通孔をもち外形も正方形の稜を落とした八角
柱である。

【００２４】詳しくは４つの壁１１からなり、これらの
うち２つの壁には、突出部２が設けてある。突出部は同
じ方向に突出している。

【００２５】図６（Ａ）〜（Ｄ）は図２に示す形状と同
様の熱交換セグメントを積層した一例である。この場
合、４段で一サイクルを構成する。一番下に書かれてい
る４つの熱交換セグメントがｎ段目であり、順次、ｎ＋
１段目、ｎ＋２段目、ｎ＋３段目とする。ｎ＋１段目は
ｎ段目の熱交換セグメントを反時計方向に９０度回転し
て積む。ｎ＋２段目、ｎ＋３段目も順次同様に積層す
る。

【００２６】図６において流路（中心線をＺ−Ｚ′で現
わす）はｎ段目の４個のセグメントの外壁により構成さ
れ突出部はＹ′方向に向いている。ｎ＋１段目では１個
のセグメントの貫通孔が流路であり、突出部はＸ′方向
に向いている。同様にｎ＋２段目の流路にはＹ方向、ｎ
＋３段目の流路にはＸ方向の突出部が設けられたことに
なる。ｎ〜ｎ＋３段目の合計４段で突出部は反時計廻り
に９０°ずつ回転して、１サイクルを形成する。

【００２７】図１６において、（Ａ）はｎ段目とｎ＋１
段目のＸ′−Ｘ断面で、突起の向き左、高さＤ、ピッチ
はＳである、（Ｂ）はその上部で、ｎ＋２段目とｎ＋３
段目のＸ′−Ｘ断面である。突起の向きは逆に右を向い
ている。Ｙ′−Ｙ断面についてはｎ段目〜ｎ＋２段目で
同様な構成となる。

【００２８】流路の中心線における乱れ強さは、図１０
に示されており、中心線において、乱れ強さが最大とな
るべきＳ／Ｄは、７〜１５の範囲であるべきことがわか
る。（Ｄ／Ｗが０．２〜０．５のとき）、中心線におけ
る流れが、流路全体の流れを代表するものであり、中心
線で考える限り、突起の向きは乱れ強さに影響を及ぼさ
ない。

【００２９】各寸法の一例を示すと、Ｌ＝２８ｍｍ、Ｈ
＝２５２ｍｍ、Ｄ＝４８ｍｍ、Ｗ＝１６０ｍｍである。

【００３０】図１１は１個の突出部を有する壁を２個持
つ熱交換セグメントの例である。

【００３１】図１２、図１３および図５は突出部を有す
る壁の例である。図３と図４の例では、２個の熱交換セ
グメントを上下対称に積層することにより１個の突出部
を構成できる。

【００３２】以上４つの壁を有しこの内２つの壁が突出
部を持つ熱交換セグメントである。

【００３３】この他、熱交換セグメントは２つの壁を有
し１つの壁に突出部を持つ形状、あるいは４つまたは２
つの全ての壁が突出部を持つ形状でも良い。

【００３４】本発明の別の態様は壁に囲まれた流路に一
定の間隔で突出部を設け乱流の乱れ強さを強化、促進す
るものである。

【００３５】数々の条件で風洞実験を行い、流れに直角
に設けられた突出部の乱流促進体としての効果の知見を
基に、現実の熱交換セグメントにおいて三次元的な乱流
の促進を実現する形状を創案した。

【００３６】本発明は積層したときに、各流路の壁に突
出部を形成させる熱交換セグメントである。突出部はピ
ッチＳと高さＤの比Ｓ／Ｄが７〜１５、および突出部の
高さＤと壁の間隔Ｗの比Ｄ／Ｗが０．１〜０．５となる
のが好ましい。Ｗは通常１４０〜２２０ｍｍであるが特
に制限はない。

【００３７】突出部の形状は図１３の台形、図１２の三
角形の他、図１４の円の一部、楕円の一部などでも良
い。図１２の突出部は左に傾斜する面と右に傾斜する面
を有し、両方の傾斜は等しく描かれている、一方の傾斜
が他方の傾斜より小さくても良い。図１１は図１３の壁
を有するセグメントの共通の上面図である。ここに示す
熱交換セグメントは、いわゆる十字型と呼ばれるものに
属す。

【００３８】詳しくは４つの壁１からなり、このうち２
つの壁には突出部２が設けてある。図では突出部は同じ
方向に突出しているが、逆方向へ突出しても効果は同じ
である。

【００３９】図１５は図１１に示す形状と同様の熱交換
セグメントを積層した一例である。この場合４段で一サ
イクルを構成する。一番下に書かれている４つの熱交換
セグメントがｕ段目であり順次、ｕ＋１段目、ｕ＋２段
目、ｕ＋３段目とする。ｕ＋１段目はｕ段目の熱交換セ
グメントを反時計方向に９０度回転して積む。ｕ＋２段
目、ｕ＋３段目も順次同様に積層する。

【００４０】図１５において流路（中心線をＺ−Ｚ′で
現わす）はｕ段目のセグメントの突出部はＹ′方向（矢
印で現す）に向いている。ｕ＋１段目の突出部はＸ′方
向に向いている。同様にｕ＋２段目の流路にはＹ方向、
ｕ＋３段目の流路にはＸ方向の突出部が設けられたこと
になる。ｕ〜ｕ＋３段目の合計４段で突出部は反時計廻
りに９０°ずつ回転して、１サイクルを形成する。

【００４１】図１６において、（Ａ）はｕ段目とｕ＋１
段目のＸ′−Ｘ断面で、突起の向き左、高さＤ、ピッチ
はＳである、（Ｂ）はその上部で、ｕ＋２段目とｕ＋３
段目のＸ′−Ｘ断面である。突起の向きは逆に右を向い
ている。Ｙ′−Ｙ断面についてはｕ段目〜ｕ＋２段目で
同様な構成となる。

【００４２】流路の中心線における乱れ強さは図１０に
示されており、中心線において、乱れ強さが最大となる
べきＳ／Ｄは、７〜１５の範囲であるべきことが判る。
（Ｄ／Ｗが０．２〜０．５のとき）中心線における流れ
は、流路全体の流れを代表するものである。

【００４３】熱交換セグメントの材質は、通常の耐火物
が使用できるが、熱伝導率や蓄熱性を考慮するとマグネ
シア質、またはＡＺＳ質あるいはアルミナ質の電鋳品が
より好ましい。

【００４４】本発明のさらに別の態様は、長さ方向及び
幅方向に並べて熱交換（ガス）流路を形成するための熱
交換セグメントにおいて、長さ方向に形成される熱交換
流路の幅方向の断面積がほぼ一定であり、かつ熱交換流
路が屈曲及び／又は湾曲する構成になっていることを特
徴とする熱交換セグメントである。ただし、本発明は、
断面積一定のものに限定されない。たとえば、図１２、
１３、１４の（Ａ）の場合は、断面積が一定ではない。

【００４５】熱交換流路の屈曲部及び／又は湾曲部の正
味のピッチをＳ、屈曲部及び／又は湾曲部の正味の高さ
をＤ、流路断面の代表長さをＷとした場合に、Ｄ／Ｗの
値は０．１〜０．５であることが望ましい。また、Ｓ／
Ｄの値は７〜１５であることが望ましい。

【００４６】流路断面積をほぼ一定とする態様におい
て、熱交換流路を屈曲及び／又は湾曲させるためには、
熱交換セグメントの対向する壁面に同一形状の凸部と凹
所をそれぞれ設ければ良い。凸部と凹所は熱交換セグメ
ントの軸芯を挟んで互いに向き合い、幅方向に突出又は
引込んでいる。従って、セグメントの対向面は実質的に
平行となる。もちろん凸部と凹所は、１つの熱交換セグ
メントに２組以上設けても良いし、長さ方向に積層した
複数の熱交換セグメントで１組の突出部を形成しても良
い。

【００４７】同一体積の耐火物で熱交換セグメントを制
作する場合には、壁厚を薄くすれば単位体積当たりの表
面積が広くなり、熱交換効率の良い熱交換セグメントを
得ることができる。しかし、壁厚が薄すぎると蓄熱の点
で不利益が生じる。また、壁厚が著しく不均一である
と、温度分布も不均一になり易く、熱交換効率が低下す
る。従って、熱交換セグメントの壁厚は１５〜４０ｍｍ
の範囲でほぼ一定に設定することが望ましい。壁厚をこ
の様に定めれば、熱交換に最適な厚みと表面積を得るこ
とができ、熱交換効率を向上することができる。

【００４８】一般に粘性流体が管内を流れるときには、
流速は理論的には管壁でゼロとなり、軸芯に近づくに従
って流速が増大する。層流の場合には、流速分布は時間
に関係なく回転放物面に似た形状となる。乱流の場合に
は、或る点の流速は時間と共に大きく変化するが時間平
均値をとれば規則性があり、流速分布は壁面近くで勾配
が大きくなる。

【００４９】熱交換流路の曲り具合はＤ／ＷとＳ／Ｄで
示すことができるが、Ｄ／ＷとＳ／Ｄの値の好適な範囲
は風洞実験によって求めたものである。

【００５０】図８は、Ｄ／Ｗの値を０．４とし、Ｓ／Ｄ
の値を３〜１７で変化させた場合の風洞実験で得られた
剪断流内速度分布を示している。Ｕ₁ は凸部と凹所の直
接的な影響を受けない位置での流速、Ｕは測定位置での
時間平均速度、Ｙは測定位置の壁面からの距離である。
図８から判るように、Ｓ／Ｄの値が７未満であると壁面
付近に大きな逆流が生じる。逆流部では流体が滞留する
ため、熱交換効率が低下する。Ｓ／Ｄの値が９になると
逆流はなくなり、壁面での流速がゼロとなる。Ｓ／Ｄの
値がさらに大きくなると、壁面近くで流速分布の勾配が
大きくなる。しかし、余りに大きな速度勾配は無用の抵
抗を生じて熱交換効率の低下を招くため、Ｓ／Ｄの値は
１５以下にするのが好ましい。

【００５１】図９は、同じく風洞実験の結果を示すグラ
フであり、凸部の頂点で測定した乱れ強さ（縦軸）とＳ
／Ｄの値の関係を示している。Ｄ／Ｗの値に関係なく、
凸部頂点での乱れ強さはＳ／Ｄの値が９の時に極大とな
ることが判る。従って、Ｓ／Ｄの値が９の時に最大の熱
交換効率を実現できる。乱れ強さは、Ｄ／Ｗの値が０．
１の場合には凸部と凹所の効果が小さいが、Ｄ／Ｗの値
が０．２〜０．４の場合には凸部と凹所の効果が大きく
なり顕著な極大値が見られる。しかし、Ｄ／Ｗの値が
０．５を越えると流路の曲りが大きくなり過ぎて、実際
の使用で流路が閉塞する恐れがあるため、Ｄ／Ｗの値は
０．５以下とする。

【００５２】図１０は、流路の中心における乱れ強さを
示している。図１０でもＤ／Ｗの値によって凸部と凹所
の効果が明瞭に表れている。

【００５３】図１は本発明による熱交換セグメントの実
施例を示す上面図、図２はその縦断面図である。

【００５４】熱交換セグメント１０は、全体的に筒形状
であり、その内側には４つの壁面１１によって長さ方向
に流路１６が形成されている。対向する２つの壁面１１
には、幅方向に突出した台形状の突出部すなわち凸部１
２と、幅方向に引込んだ逆台形状の凹所１５がそれぞれ
形成されている。凸部１２と凹所１５の形状は対応して
おり、両者は熱交換セグメントの軸芯を挟んで互いに向
き合っている。従って、熱交換セグメント１０の対向面
は平行であり、流路１６の断面は全長にわたって一定と
なる。流路１６の中心は、凸部１２（凹所１５）に相当
する部分で屈曲している。

【００５５】凸部１２と凹所１５の両側の斜辺は同じ傾
斜を有するが、違う傾斜にしても良い。また、凸部１２
と凹所１５の形状は、円や楕円の一部、又は他の曲線で
あっても良い。

【００５６】熱交換セグメント１０は、ボックスタイプ
又はチムニータイプと呼ばれるものである。上面と下面
の外形は、図１に示されているように、正方形の四角を
面取りした八角形になっている。内形つまり流路断面形
状は、四隅を丸くした正方形になっている。面取り部と
丸コーナーをそれぞれ符号１３、１４で示した。熱交換
セグメント１０の肉厚Ｔは、角部を除いて一定である。

【００５７】熱交換セグメント１０の全長はＨで示して
ある。代表寸法Ｗは、この実施例では対向する壁面１１
の間隔になっている。

【００５８】図６は、図１，２の熱交換セグメント１０
の積層方法の一例を示す説明図である。（Ａ）〜（Ｄ）
はそれぞれｕ＋３〜ｕ段目の熱交換セグメント１０を示
している。図７は、図６のＸ−Ｘ断面を示している。

【００５９】幅方向でみると、１つのセグメント１０の
周りには４つのセグメント１０が配置される。隣り合う
セグメント１０は、面取り部１３で密に接している。１
つの流路１６の周りには、壁面１１を隔てて４つの流路
１６が隣接し、また四隅のコーナー１４と面取り部１３
を隔てて４つの流路１６が少し離れて隣接している。

【００６０】図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、熱交換
セグメント１０は、段毎に９０度だけ順次回転して積層
される。従って、この積層方法では、４段が１サイクル
になっている。

【００６１】図７に示すように、セグメント１０を積層
して形成した熱交換流路は、一定のピッチで突出部があ
る。

【００６２】ここで、屈曲部の実質的なピッチＳと、屈
曲部の実質的な屈曲高さＤを考える。流路を全体的に観
た場合に流路の中心は４つの方向に屈曲しているが、１
つの方向と反対方向で考えると正味の屈曲高さは単一の
屈曲部の高さｄ（凸部の高さ、凹所の深さ）の２倍と見
なすことができる。また、４段のセグメントが１サイク
ルを構成するので、ピッチＳはセグメント全長Ｈの４倍
と見なすことができる。それゆえ、Ｓ／Ｄは４Ｈ／２ｄ
となり、結局２Ｈ／ｄとなる。ここで、Ｈ／ｄの値は前
述したように３．５〜７．５であるから、Ｓ／Ｈは７〜
１５となる。

【００６３】また、別の考え方として、図７においてｎ
段目とｎ＋１段目の２段で１個の右向きの屈曲部があ
り、ｎ＋２段目とｎ＋３段目の２段で１個の左向きの屈
曲部があるとみても良い。そして、左右の差があっても
中心線Ｚ−Ｚ´上での乱流促進効果は同一と考え、２個
の熱交換セグメントで１サイクルが構成されると考える
こともできる。また、同様に図７でｎ段目では紙面に垂
直方向に中心線が屈曲していて、ｎ＋１段目では右向き
に屈曲しているとみても良い。そして、屈曲方向に９０
度の差があっても、中心線Ｚ−Ｚ´上での乱流促進効果
は同一であると考えることもできる。

【００６４】一方、全長Ｈと凸部の高さＤの比Ｈ／Ｄの
値は、７〜１５の範囲に設定しても良い。その場合に
は、セグメント１０を段毎に回転させず、同方向に向い
たセグメント１０の段を幅方向に１つ分だけずらして積
層すればよい。

【００６５】また、Ｄ／Ｗの値は０．１〜０．５となる
ようにする。

【００６６】図３〜５は、熱交換セグメントの他の実施
例を示す縦断面図である。これらの熱交換セグメントの
上面図は、図１と同じである。図３〜５のセグメント１
０では、凸部１２と凹所１５の設け方が図２のセグメン
ト１０と異なっている。

【００６７】図３と図４のセグメント１０は、上下対称
に２段積層することによって１組の凸部１２と凹所１５
を形成できる。

【００６８】図５のセグメント１０は、２組の凸部１２
と凹所１５を有している。この場合は、ピッチＳと高さ
Ｄの比Ｓ／Ｄが７〜１５となるように、凸部１２と凹所
１５の大きさを設定する。

【００６９】以上の実施例では、凸部１２と凹所１５が
それぞれ１つの壁面１１に形成されていたが、凸部１２
と凹所１５はそれぞれ２つの壁面１１に跨がるように形
成しても良い。さらに、熱交換セグメントは任意の多角
形状に構成して、壁面もそれに応じた数だけ設けること
ができる。その際、１つあるいは複数の壁面に凸部１２
と凹所１５を形成できる。

【００７０】本発明の熱交換セグメントの材質は、通常
の耐火物を使用できる。熱伝導率や蓄熱性を考慮する
と、マグネシア質、又はＡＺＳ質あるいはアルミナ質の
電鋳品がより好ましい。

【００７１】なお、本発明は前記実施例に限定されな
い。例えば、熱交換セグメントの横断面の形状は略長方
形や丸みを帯びた形状でもよい。

【００７２】

【発明の効果】本発明の１つの熱交換セグメントによれ
ば、一又は二種類の同じ形状を使用して、積層方法によ
って、流路に一定のピッチの突起部を設けて適度に流体
の乱流を促進させて熱交換効率が向上させることができ
る。

【００７３】さらに、流体の圧力損失が少なく、炉の運
転が簡便である。

【００７４】本発明の別の熱交換セグメントによれば、
圧力損失が少なく大幅に乱流化を促進でき、熱交換効率
を飛躍的に向上できる。さらに、圧力損失が少ないた
め、炉の運転が簡便である。

【００７５】異種のセグメントを積層して熱交換流路を
構成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱交換セグメントの上面図。

【図２】図１の熱交換セグメントの縦断面図。

【図３】熱交換セグメントの他の実施例の縦断面図。

【図４】熱交換セグメントの他の実施例の縦断面図。

【図５】熱交換セグメントの他の実施例の縦断面図。

【図６】図１，２の熱交換セグメントの積層方法を示す
説明図。

【図７】図６のＸ−Ｘ断面図。

【図８】風洞実験の結果を示すグラフ。

【図９】風洞実験の結果を示すグラフ。

【図１０】風洞実験の結果を示すグラフ。

【図１１】本発明による熱交換セグメントを示す斜視
図。

【図１２】本発明による熱交換セグメントの壁の縦断面
図。

【図１３】本発明による熱交換セグメントの壁の縦断面
図。

【図１４】本発明による熱交換セグメントの壁の縦断面
図。

【図１５】図１１の熱交換セグメントを積層する組立構
造。

【図１６】本発明の熱交換セグメントを積層したときの
流路の縦断面図。

【符号の説明】

１ 熱交換セグメント ２ 突出部 １０ 熱交換セグメント １１ 壁面 １２ 凸部 １３ 面取り部 １４ 丸コーナー １５ 凹所 １６ 流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内盛 昇 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者 橋本 格 東京都中央区日本橋久松町４番４号 糸重 ビル 東芝モノフラックス株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向及び幅方向に並べて熱交換流路
   を形成するための熱交換セグメントにおいて、一つまた
   は二つ以上の熱交換セグメントで構成された流路の壁に
   設けられた突出部のピッチをＳ、突出部の高さをＤ、互
   いに向かい合う壁の間隔をＷとしたとき、Ｄ／Ｗが０．
   １〜０．５であり、Ｓ／Ｄが７〜１５であることを特徴
   とする熱交換セグメント。