JPH11108570A - 熱交換装置 - Google Patents

熱交換装置

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JPH11108570A
JPH11108570A JP28212797A JP28212797A JPH11108570A JP H11108570 A JPH11108570 A JP H11108570A JP 28212797 A JP28212797 A JP 28212797A JP 28212797 A JP28212797 A JP 28212797A JP H11108570 A JPH11108570 A JP H11108570A
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heat
heat exchange
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exchange
heat source
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Junichi Shitamachi
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-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
    • F28D7/082—Heat-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
    • F28D7/085—Heat-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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼用酸素含有ガスなどの被熱交換熱媒体を
熱効率よく燃焼排ガスなどの熱源熱媒体と熱交換ができ
る。 【解決手段】 熱源熱媒体通路１の熱源熱媒体の流動方
向に沿って被熱交換熱媒体の導入室２および導出室３と
を設ける。熱源熱媒体通路１内に熱源熱媒体通路１を流
動する熱源熱媒体の流動方向に被熱交換熱媒体を流動さ
せる複数の熱交換管体５，15を並設する。熱交換管体
５，15は両端部をそれぞれ前記被熱交換熱媒体の導入室
２および導出室３に連通する。各熱交換管体５，15は、
導入室２および導出室３に接続した両端部に連続する直
管部７と両側直管部７に連続し折り返し屈曲管部９，11
を有する中間部の折り返し部８とを熱源熱媒体通路１を
流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する同一面に配設
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼加熱炉、熱処
理炉、アルミニューム溶融炉などにおいて、例えば、燃
焼排ガスによって燃焼用酸素含有ガスを熱交換により予
熱するなど熱源熱媒体と被熱交換熱媒体とを熱交換する
熱交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のバーナ装置における燃焼
用酸素含有ガスを予熱する熱交換装置は、例えば、特公
昭５３−２０１３９号公報または実公昭５３−５２１０
７号公報に記載されているように、燃焼排ガスの排ガス
通路に中間部を略Ｗ字状または略Ｕ字状に屈曲した複数
の熱交換管体をこの排ガス通路を流動する排ガスの流動
方向と平行方向に配設し、この各熱交換管体の一端を燃
焼用酸素含有ガスの導入室に連通させるとともに他端を
燃焼用酸素含有ガスの導出室に連通させる構造が採られ
ていた。
【０００３】そして、この従来の熱交換装置は導入室か
ら流入された燃焼用酸素含有ガスは排ガス通路を流動す
る燃焼排ガスと熱交換により加熱されて高温の燃焼用酸
素含有ガスとなって導出室に流出し、高温の燃焼用酸素
含有ガスをバーナの燃焼部に供給するようになってい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の熱交換装置
では、燃焼用酸素含有ガスは熱交換管体の中間の屈曲部
では熱源熱源熱媒体の燃焼排ガスとの流動方向は平行流
となり、熱回収効率を高めることに限界があった。
【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、燃焼用酸素含有ガスなどの被熱交換熱媒体を熱効率
よく燃焼排ガスなどの熱源熱媒体と熱交換ができる熱交
換装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
熱交換装置は、熱源熱媒体通路と、この熱媒体通路の熱
源熱媒体の流動方向に沿って設けられた被熱交換熱媒体
の導入室および導出室と、前記熱源熱媒体通路内にこの
熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向に並設
されかつ両端部をそれぞれ前記被熱交換熱媒体の導入室
および導出室に連通された被熱交換熱媒体を流動させる
複数の熱交換管体とを備え、前記各熱交換管体は、前記
被熱交換熱媒体の導入室および導出室に両端部を接続す
るとともにこの両端部に連続する直管部とこの両側直管
部に連続する中間部の折り返し部とを有し、この各熱交
換管体の折り返し部は、両側直管部にそれぞれ連続する
折り返し屈曲管部と、この折り返し屈曲管部にそれぞれ
連続した中間直管部と、この両中間直管部に連続する折
り返し屈曲管部とにて形成し、前記各熱交換管体の直管
部と折り返し部とを前記熱源熱媒体通路を流動する熱源
熱媒体の流動方向と直交する同一面に配設したものであ
る。
【０００７】そして、被熱交換熱媒体の導入室に導入さ
れた被熱交換熱媒体は、複数の熱交換管体を流動して熱
源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体と熱交換し、被熱交
換熱媒体は加熱されて導出室に流出される。この熱交換
管体を流れる被熱交換熱媒体は熱交換管体の両側直管部
とこの両側直管部にそれぞれ連通する折り返し部の両側
直管部にそれぞれ連続する折り返し屈曲管部と、この折
り返し屈曲管部にそれぞれ連続した中間直管部と、この
両中間直管部に連続する折り返し屈曲管部とを流動する
間に熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体と熱交換さ
れ、しかも、この両側直管部、この両側直管部とそれぞ
れ連続する折り返し屈曲管部と、この折り返し屈曲管部
にそれぞれ連続した中間直管部、この両中間直管部に連
続する折り返し屈曲管部を流れる被熱交換熱媒体と熱源
熱媒体通路を流れる熱源熱媒体とは全域において直交流
となり、熱交換効率が高められ、熱効率が向上する。
【０００８】さらに、各熱交換管体は折り返し部の折り
返し屈曲部が多くなり、熱膨脹による撓み変形が生じに
くく、熱交換管体が折損することがなく超高温の熱交換
が可能となる。
【０００９】請求項２記載の発明の熱交換装置は、請求
項１記載の熱交換装置において、被熱交換熱媒体の導入
室を両側にそれぞれ配設し、この両側の導入室の中間部
に被熱交換熱媒体の導出室を形成し、この両側の被熱交
換熱媒体の導入室にそれぞれ熱交換管体の一端部を連通
させるとともに中間部の導出室にそれぞれこの熱交換管
体の他端部を接続し、この一対の熱交換管体を熱源熱媒
体通路にこの熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流
動方向と直交する同一面にそれぞれ配設したものであ
る。
【００１０】そして、両側の被熱交換熱媒体の導入室に
流入した被熱交換熱媒体はそれぞれ熱交換管体を流動
し、熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体と熱交換し、
被熱交換熱媒体は加熱されて両導入室の中間に配設され
た導出室に流出され、熱源熱媒体の流動方向と直交する
同一面にそれぞれ配設した複数対の熱交換管体にそれぞ
れ流動する被熱交換熱媒体は熱交換管体の直管部とこの
両側直管部に連続する中間部を折り返し部とを流動する
ときに熱源熱媒体と直交流となり、熱交換効率が高めら
れ、熱効率が向上する。
【００１１】請求項３記載の発明の熱交換装置は、請求
項１記載の熱交換装置において、被熱交換熱媒体の導出
室を両側にそれぞれ配設し、この両側の導出室の中間部
に被熱交換熱媒体の導入室を形成し、この中間の被熱交
換熱媒体の導入室にそれぞれ熱交換管体の一端部を連通
させるとともに両側の導出室にそれぞれこの熱交換管体
の他端部を接続し、この一対の熱交換管体を熱源熱媒体
通路にこの熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動
方向と直交する同一面にそれぞれ配設したものである。
【００１２】そして、被熱交換熱媒体の導入室に流入し
た被熱交換熱媒体はそれぞれ熱交換管体を流動し、熱源
熱媒体通路を流動する熱源熱媒体と熱交換し、被熱交換
熱媒体は加熱されて導入室の両側に配設された導出室に
流出され、熱源熱媒体の流動方向と直交する同一面にそ
れぞれ配設した複数対の熱交換管体にそれぞれ流動する
被熱交換熱媒体は熱交換管体の直管部とこの両側直管部
に連続する中間部を折り返し部とを流動するときに熱源
熱媒体と直交流となり、熱交換効率が高められ、熱効率
が向上する。
【００１３】請求項４記載の発明の熱交換装置は、請求
項１記載の熱交換装置において、被熱交換熱媒体の導入
室の両側にそれぞれ被熱交換熱媒体の導出室を形成し、
この中間の被熱交換熱媒体の導入室にそれぞれ熱交換管
体の一端部を連通させるとともに両側の導出室にそれぞ
れこの熱交換管体の他端部を接続し、この一対の熱交換
管体を熱源熱媒体通路にこの熱源熱媒体通路を流動する
熱源熱媒体の流動方向と直交する同一面にそれぞれ配設
して第１の熱交換部を形成し、この両側の導出室に連通
する導入室を両側にそれぞれ配設し、この導入室の中間
部に被熱交換熱媒体の導出室を形成し、この両側の被熱
交換熱媒体の導入室にそれぞれ熱交換管体の一端部を連
通させるとともに中間部の導出室にそれぞれこの熱交換
管体の他端部を接続し、この複数対の熱交換管体を前記
熱源熱媒体通路にこの熱源熱媒体通路を流動する熱源熱
媒体の流動方向と直交する同一面にそれぞれ配設して第
２の熱交換部を形成し、前記熱源熱媒体通路にこの熱源
熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の下流側に前記第１の
熱交換部を配設するとともに前記第２の熱交換部をこの
熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の上流側に配設し
たものである。
【００１４】そして、被熱交換熱媒体の導入室に流入し
た第１の熱交換部の被熱交換熱媒体はそれぞれ各熱交換
管体を流動し、熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体と
熱交換し、被熱交換熱媒体は中温に加熱されて導入室の
両側に配設された導出室に流出され、さらに、この両導
出室にそれぞれ連通する導入室から第２の熱交換部の各
熱交換管体を流動し、熱源熱媒体通路の第１の熱交換部
の配設位置より上流側で熱源熱媒体通路を流動する熱源
熱媒体と熱交換し、被熱交換熱媒体はさらに高温に加熱
されて両導入室の間に配設された導出室に流出され、第
１および第２の熱交換部にて、熱源熱媒体の流動方向と
直交する同一面にそれぞれ配設した一対の熱交換管体に
それぞれ流動する被熱交換熱媒体は熱交換管体の直管部
とこの両側直管部に連続する中間部の折り返し部とを流
動するときに熱源熱媒体と直交流となり、熱交換効率が
高められ、熱効率が向上する。
【００１５】請求項５記載の発明の熱交換装置は、請求
項１ないし４のいずれかに記載の熱交換装置において、
熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向を水平
方向とするとともに、熱交換管体の両端部を上側にして
この熱交換管体を熱源熱媒体の流動方向と直交する縦方
向の同一面に配設したものである。
【００１６】そして、熱源熱媒体通路は高さを低くで
き、建造物の天井近傍に吊り下げ配置でき、設置スペー
スを必要とせず、各熱交換管体は中間部が熱膨脹変形し
ても支障がなく、各熱交換管体を支持する梁などを必要
としない。
【００１７】請求項６記載の発明の熱交換装置は、請求
項１ないし４のいずれかに記載の熱交換装置において、
熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向を縦方
向とするとともに、熱交換管体を熱源熱媒体の流動方向
と直交する水平方向の同一面に配設したものである。
【００１８】そして、熱源熱媒体通路を流動する熱源熱
媒体の流動方向を縦方向としたため、据付面積が少なく
ても容易に設置でき、また、各熱交換管体は両端部を同
一側の導入室および導出室に連通して中間部は固定され
ないためが熱膨脹変形しても支障がない。
【００１９】請求項７記載の発明の熱交換装置は、請求
項６記載の熱交換装置において、各熱交換管体は熱源熱
媒体通路に配設した冷却用空気を流動させるパイプにて
それぞれ支持したものである。
【００２０】そして、各熱交換管体は中間部が熱膨脹変
形してもパイプに支持され、中間部が湾曲することがな
く、また、パイプは冷却用空気の流動によって冷却さ
れ、パイプが熱変形されることがなく、各熱交換管体は
確実に支持される。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の熱交換装置の一実施の形
態の構成を図１ないし図３に基づいて説明する。
【００２２】１は水平方向に配設され縦断面が略矩形形
状の熱源熱媒体通路で、この熱源熱媒体通路１の下流側
に位置する外周上面にこの熱源熱媒体通路１を熱源熱媒
体が流動する水平方向に沿って被熱交換熱媒体の導入室
２が形成され、この導入室２より前記熱源熱媒体通路１
を流動する熱源熱媒体の上流側に位置する外周上面に被
熱交換熱媒体の導出室３が形成されている。
【００２３】さらに、前記被熱交換熱媒体の導入室２と
導出室３の両側に位置して熱源熱媒体通路１の外周上面
にこの熱源熱媒体通路１を熱源熱媒体が流動する水平方
向に沿って下流側が導出室となるとともに上流側が導入
室となる導出入室４，４が平行に形成されている。
【００２４】また、前記導入室２に一端を連通するとと
もに他端を導出室となる導出入室４，４に連通した一対
の下流側の熱交換管体５，５が前記熱源熱媒体通路１を
流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する縦方向の同一
面に垂下して配設され、この各対をなす熱交換管体５，
５が前記熱源熱媒体通路１の熱源熱媒体の流動方向に複
数対が並設され、第１の熱交換部６を形成している。
【００２５】この第１の熱交換部６の各熱交換管体５，
５は前記被熱交換熱媒体の導入室２および導出室となる
導出入室４，４にそれぞれ両端部を接続するとともにこ
の両端部に連続する両側直管部７とこの両側直管部７に
連続する中間部の折り返し部８とを有し、この折り返し
部８は、前記両側直管部７にそれぞれ連続する折り返し
屈曲管部９と、この折り返し屈曲管部９にそれぞれ連続
した中間直管部10，10と、この両中間直管部10，10に連
続する折り返し屈曲管部11とにて略Ｗ字状に形成され、
この一対の熱交換管体５，５は前記熱源熱媒体通路１を
流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する縦方向の同一
面に垂下して配設されている。
【００２６】また、前記導入室となる導出入室４，４に
一端を連通するとともに他端を導出室となる導出室３に
連通した一対の上流側の熱交換管体15，15が前記熱源熱
媒体通路１を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する
縦方向の同一面に垂下して配設され、この各対をなす熱
交換管体15，15が前記熱源熱媒体通路１の熱源熱媒体の
流動方向に複数対並設され、第２の熱交換部16を形成し
ている。
【００２７】この第２の熱交換部16の各熱交換管体15，
15は前記被熱交換熱媒体の導入室となる導出入室４，４
と導出室３にそれぞれ両端部を接続するとともにこの両
端部に連続する直管部17とこの両側直管部17に連続する
中間部の折り返し部18とを有し、この折り返し部18は、
前記両側直管部17にそれぞれ連続する折り返し屈曲管部
19と、この折り返し屈曲管部19にそれぞれ連続した中間
直管部20，20と、この両中間直管部20，20に連続する折
り返し屈曲管部21とにて略Ｗ字状に形成され、この一対
の熱交換管体15，15は前記熱源熱媒体通路１を流動する
熱源熱媒体の流動方向と直交する同一面に垂下して配設
されている。
【００２８】そして、この熱源熱媒体通路１にこの熱源
熱媒体通路１を流動する熱源熱媒体の下流側に前記第１
の熱交換部６は前記第２の熱交換部16よりもこの熱源熱
媒体通路１を流動する熱源熱媒体の下流側に配設し、前
記第２の熱交換部16が第１の熱交換部６よりも高温の上
流側に配置されるようになっている。
【００２９】また、前記下流側熱交換管体５、上流側熱
交換管体15はインコネルまたは70％ニッケル・15％クロ
ム合金などの耐熱金属材にて成形する。
【００３０】次にこの実施の形態の作用を説明する。
【００３１】図２に示すように、熱源熱媒体通路１を流
動する熱源熱媒体の下流側に位置する導入室２に導入さ
れた被熱交換熱媒体は、それぞれこの導入室２に一端を
連通した第１の熱交換部６の複数対の下流側熱交換管体
５にそれぞれ流入して熱源熱媒体通路１を流動する熱源
熱媒体と熱交換されて中温度に加熱された被熱交換熱媒
体となって導出室となる導出入室４，４に流出される。
【００３２】そして、熱源熱媒体の流動方向と直交する
同一面にそれぞれ配設した複数対の熱交換管体５，５に
それぞれ流動する被熱交換熱媒体は熱交換管体５，５の
直管部７，７と、この両側直管部７，７に連続する中間
部の折り返し部８の両側直管部７にそれぞれ連続する折
り返し屈曲管部９と、この折り返し屈曲管部９にそれぞ
れ連続した中間直管部10，10と、この両中間直管部10，
10に連続する折り返し屈曲管部11とを流動するときに、
熱源熱媒体と直交流となって熱交換管体５，５の被熱交
換熱媒体は熱交換される。
【００３３】さらに、図３に示すように、導出室となる
導出入室４，４に流出した被熱交換熱媒体はこの導出入
室４，４に一端を連通した第２の熱交換部16の複数対の
上流側の熱交換管体15，15に流動し、熱源熱媒体通路１
を流動する熱源熱媒体と熱交換されて高温度に加熱され
た被熱交換熱媒体となって導出室３に流出される。
【００３４】そして、第１の熱交換部６の各下流側熱交
換管体５と第２の熱交換管部16の各上流側熱交換管体15
を流動する被熱交換熱媒体に対し熱源熱媒体通路１を流
動する熱源熱媒体とは直交流となり、熱源熱媒体は各熱
交換管体５，15に接触すると熱交換管体５，15の熱源熱
媒体の上流側に沿った層流から下流側で乱流となり、ま
た、熱源熱媒体の流速が一定の速さ以上になると上流側
でも乱流となって熱交換部６，16での熱交換率が高めら
れる。
【００３５】前記熱交換装置をバーナ装置に実施する場
合には、熱源熱媒体は燃焼装置の窯炉内の燃焼部から発
生する燃焼排ガスとなり、被熱交換熱媒体は、予め予熱
される燃焼用酸素含有ガス、例えば空気となる。
【００３６】そして、熱源熱媒体通路１の上流側は燃焼
装置の窯炉内の燃焼部、例えばバーナーに連通され、被
熱交換熱媒体の導出室３は燃焼装置の窯炉内の燃焼部に
連通される。
【００３７】また、熱源熱媒体と被熱交換熱媒体とのい
ずれか一方または両方を液体とすることもできる。
【００３８】さらに、前記実施の形態では、被熱交換熱
媒体は第１の熱交換部６および第２の熱交換管部16を流
動して二段階で加熱されるが、一段階で熱交換する熱交
換装置とすることもできる。この一段階の熱交換装置で
は、第１の熱交換部６の一つの被熱交換熱媒体の導入室
２から二つの被熱交換熱媒体の導出室に流出させる構成
とし、または、第２の熱交換部16の二つの被熱交換熱媒
体の導入室２から一つの被熱交換熱媒体の導出室に流出
させる構成とすることもできる。
【００３９】さらに、前記実施の形態では、前記熱源熱
媒体通路１を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する
縦方向の同一面に一対の熱交換管体５，５または、一対
の熱交換管体15，15を配設したが、前記熱源熱媒体通路
１を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する縦方向の
同一面に一つの熱交換管体５または、一つの熱交換管体
15を配設した構造とすることもできる。
【００４０】なお、前記の実施の形態の熱交換装置をバ
ーナ装置に実施する場合では、燃焼排ガスは、約1400℃
程度で、第２の熱交換部16では約1000〜1100℃程度、第
１の熱交換部６を流れるときは被熱交換熱媒体、例えば
燃焼用酸素含有ガスの空気の温度は約600 〜800 ℃程度
となり、窯炉の燃焼部に供給される被熱交換熱媒体の燃
焼用酸素含有ガスの空気の温度は1000〜1100℃程度とな
る。
【００４１】前記各実施の形態では、被熱交換熱媒体は
低温から高温になるように熱交換する例について説明し
たが、高温から低温に熱交換することもできる。
【００４２】次に本発明の他の実施の形態を図４ないし
図６について説明する。
【００４３】30は縦方向に配設され横断面が略矩形形状
の熱源熱媒体通路で、断熱材31にて被覆されている。こ
の熱源熱媒体通路30の下流側に位置する外周前面にこの
熱源熱媒体通路30を熱源熱媒体が流動する縦方向に沿っ
て被熱交換熱媒体の導入室32が形成され、この導入室32
より前記熱源熱媒体通路30を流動する熱源熱媒体の上流
側に位置する外周前面に被熱交換熱媒体の導出室33が形
成されている。
【００４４】さらに、前記被熱交換熱媒体の導入室32と
導出室33の両側に位置して熱源熱媒体通路30の外周前面
にこの熱源熱媒体通路30を熱源熱媒体が流動する水平方
向に沿って下流側が導出室となるとともに上流側が導入
室となる導出入室34，34が平行に形成されている。
【００４５】また、前記導入室32に一端を連通するとと
もに他端を導出室となる導出入室34，34に連通した一対
の下流側の熱交換管体35，35が前記熱源熱媒体通路30を
流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する水平方向の同
一面に配設され、この各対をなす熱交換管体35，35が前
記熱源熱媒体通路30の熱源熱媒体の流動方向に複数対が
並設され、第１の熱交換部36を形成している。
【００４６】この第１の熱交換部36の各熱交換管体35，
35は前記被熱交換熱媒体の導入室32および導出室となる
導出入室34，34にそれぞれ両端部を接続するとともにこ
の両端部に連続する両側直管部37とこの両側直管部37に
連続する中間部の折り返し部38とを有し、この折り返し
部38は、前記両側直管部37にそれぞれ連続する折り返し
屈曲管部39と、この折り返し屈曲管部39にそれぞれ連続
した中間直管部40，40と、この両中間直管部40，40に連
続する折り返し屈曲管部41とにて略Ｗ字状に形成され、
この一対の熱交換管体35，35は前記熱源熱媒体通路30を
流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する水平方向の同
一面に配設されている。
【００４７】また、前記導入室となる導出入室34，34に
一端を連通するとともに他端を導出室となる導出室33に
連通した一対の上流側の熱交換管体45，45が前記熱源熱
媒体通路30を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する
水平方向の同一面に配設され、この各対をなす熱交換管
体45，45が前記熱源熱媒体通路30の熱源熱媒体の流動方
向に複数対並設され、第２の熱交換部46を形成してい
る。
【００４８】この第２の熱交換部46の各熱交換管体45，
45は前記被熱交換熱媒体の導入室となる導出入室34，34
と導出室33にそれぞれ両端部を接続するとともにこの両
端部に連続する直管部47とこの両側直管部47に連続する
中間部の折り返し部48とを有し、この折り返し部48は、
前記両側直管部47にそれぞれ連続する折り返し屈曲管部
49と、この折り返し屈曲管部49にそれぞれ連続した中間
直管部50，50と、この両中間直管部50，50に連続する折
り返し屈曲管部51とにて略Ｗ字状に形成され、この一対
の熱交換管体45，45は前記熱源熱媒体通路30を流動する
熱源熱媒体の流動方向と直交する水平方向の同一面に配
設されている。
【００４９】そして、この熱源熱媒体通路30にこの熱源
熱媒体通路30を流動する熱源熱媒体の下流側に前記第１
の熱交換部36は前記第２の熱交換部46よりもこの熱源熱
媒体通路30を流動する熱源熱媒体の下流側に配設し、前
記第２の熱交換部46が第１の熱交換部36よりも高温の上
流側に配置されるようになっている。
【００５０】また、前記各熱交換管体35，35，45，45の
中間部は前記熱源熱媒体通路30の前後位置に各前記各熱
交換管体35，35，45，45に対応して熱源熱媒体の流動方
向に順次それぞれ配設したパイプ52にてそれぞれ支持さ
れている。この各パイプ52の両端は前記熱源熱媒体通路
30の両側に形成した冷却用空気流入室53と冷却用空気流
出室54とにそれぞれ連通されている。
【００５１】また、前記下流側熱交換管体35、上流側熱
交換管体45もインコネルまたは70％ニッケル・15％クロ
ム合金などの耐熱金属材にて成形する。
【００５２】次にこの実施の形態の作用を説明する。
【００５３】図６に示すように、熱源熱媒体通路30を流
動する熱源熱媒体の下流側に位置する導入室32に導入さ
れた被熱交換熱媒体は、実線矢指で示すように、それぞ
れこの導入室32に一端を連通した第１の熱交換部36の複
数対の下流側熱交換管体35にそれぞれ流入して熱源熱媒
体通路30を流動する熱源熱媒体と熱交換されて中温度に
加熱された被熱交換熱媒体となって導出室となる導出入
室34，34に流出される。
【００５４】そして、熱源熱媒体の流動方向と直交する
同一面にそれぞれ配設した複数対の熱交換管体35，35に
それぞれ流動する被熱交換熱媒体は熱交換管体35，35の
直管部37，37と、この両側直管部37，37に連続する中間
部の折り返し部38の両側直管部37にそれぞれ連続する折
り返し屈曲管部39と、この折り返し屈曲管部39にそれぞ
れ連続した中間直管部40，40と、この両中間直管部40，
40に連続する折り返し屈曲管部41とを流動するときに、
熱源熱媒体と直交流となって熱交換管体35，35の被熱交
換熱媒体は熱交換される。
【００５５】さらに、図６に鎖線矢指で示すように、導
出室となる導出入室34，34に流出した被熱交換熱媒体は
この導出入室34，34に一端を連通した第２の熱交換部46
の複数対の上流側の熱交換管体45，45に流動し、熱源熱
媒体通路30を流動する熱源熱媒体と熱交換されて高温度
に加熱された被熱交換熱媒体となって導出室33に流出さ
れる。
【００５６】そして、第１の熱交換部36の各下流側熱交
換管体35と第２の熱交換管部46の各上流側熱交換管体45
を流動する被熱交換熱媒体に対し熱源熱媒体通路30を流
動する熱源熱媒体とは直交流となり、熱源熱媒体は各熱
交換管体35，45に接触すると熱交換管体35，45の熱源熱
媒体の上流側に沿った層流から下流側で乱流となり、ま
た、熱源熱媒体の流速が一定の速さ以上になると上流側
でも乱流となって熱交換部36，46での熱交換率が高めら
れる。
【００５７】前記熱交換装置をバーナ装置に実施する場
合には、熱源熱媒体は燃焼装置の窯炉内の燃焼部から発
生する燃焼排ガスとなり、被熱交換熱媒体は、予め予熱
される燃焼用酸素含有ガス、例えば空気となる。
【００５８】そして、熱源熱媒体通路30の上流側は燃焼
装置の窯炉内の燃焼部、例えばバーナーに連通され、被
熱交換熱媒体の導出室33は燃焼装置の窯炉内の燃焼部に
連通される。
【００５９】さらに、前記熱交換管体35，45をそれぞれ
支持したパイプ52には冷却用空気流入室53から流入した
冷却用空気が流動して冷却用空気流出室54に流出される
ため、パイプ52は熱変形することなく、確実に熱交換管
体35，45を支持する。
【００６０】また、熱源熱媒体と被熱交換熱媒体とのい
ずれか一方または両方を液体とすることもできる。
【００６１】さらに、前記実施の形態では、被熱交換熱
媒体は第１の熱交換部36および第２の熱交換管部46を流
動して二段階で加熱されるが、一段階で熱交換する熱交
換装置とすることもできる。この一段階の熱交換装置で
は、第１の熱交換部36の一つの被熱交換熱媒体の導入室
32から二つの被熱交換熱媒体の導出室に流出させる構成
とし、または、第２の熱交換部46の二つの被熱交換熱媒
体の導入室32から一つの被熱交換熱媒体の導出室に流出
させる構成とすることもできる。
【００６２】なお、この実施の形態の熱交換装置をバー
ナ装置に実施する場合では、燃焼排ガスは、約1400℃程
度で、第２の熱交換部46では約1000〜1100℃程度、第１
の熱交換部36を流れるときは被熱交換熱媒体の温度は約
600 〜800 ℃程度となり、窯炉の燃焼部に供給される被
熱交換熱媒体の燃焼燃焼用酸素含有ガスの空気の温度は
1000〜1100℃程度となる。
【００６３】前記各実施の形態では、被熱交換熱媒体は
低温から高温になるように熱交換する例について説明し
たが、高温から低温に熱交換することもできる。
【００６４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、被熱交
換熱媒体の導入室に導入された被熱交換熱媒体は、複数
の熱交換管体を流動して熱源熱媒体通路を流動する熱源
熱媒体と熱交換し、被熱交換熱媒体は加熱されて導出室
に流出され、この熱交換管体を流れる被熱交換熱媒体は
熱交換管体の全域において熱源熱媒体通路を流れる熱源
熱媒体とは直交流となり、熱交換効率が高められ、熱効
率が向上する。さらに各熱交換管体は折り返し部の折り
返し屈曲部が多くなり、熱膨脹による撓み変形が生じに
くく、熱交換管体が折損することがなく、超高温の熱交
換に有利である。
【００６５】請求項２記載の発明によれば、熱源熱媒体
の流動方向と直交する同一面にそれぞれ配設した複数対
の熱交換管体にそれぞれ流動する被熱交換熱媒体は熱交
換管体の直管部とこの両側直管部に連続する中間部を折
り返し部とを流動するときに熱源熱媒体と直交流とな
り、熱交換効率が高められ、熱効率が向上する。
【００６６】請求項３記載の発明によれば、熱源熱媒体
の流動方向と直交する同一面にそれぞれ配設した複数対
の熱交換管体にそれぞれ流動する被熱交換熱媒体は熱交
換管体の直管部とこの両側直管部に連続する中間部を折
り返し部とを流動するときに熱源熱媒体と直交流とな
り、熱交換効率が高められ、熱効率が向上する。
【００６７】請求項４記載の発明によれば、被熱交換熱
媒体の導入室に流入した第１の熱交換部の被熱交換熱媒
体はそれぞれ各熱交換管体を流動し、熱源熱媒体通路を
流動する熱源熱媒体と熱交換し、被熱交換熱媒体は中温
に加熱されて導入室の両側に配設された導出室に流出さ
れ、さらに、この両導出室にそれぞれ連通する導入室か
ら第２の熱交換部の各熱交換管体を流動し、熱源熱媒体
通路の第１の熱交換部の配設位置より上流側で熱源熱媒
体通路を流動する熱源熱媒体と熱交換し、被熱交換熱媒
体はさらに高温に加熱されて両導入室の間に配設された
導出室に流出され、第１および第２の熱交換部にて、熱
源熱媒体の流動方向と直交する同一面にそれぞれ配設し
た複数対の熱交換管体にそれぞれ流動する被熱交換熱媒
体は熱交換管体の直管部とこの両側直管部に連続する中
間部の折り返し部とを流動するときに熱源熱媒体と直交
流となり、熱交換効率が高められ、熱効率が向上する。
【００６８】請求項５記載の発明によれば、熱源熱媒体
通路を流動する熱源熱媒体の流動方向を縦方向としたた
め、熱源熱媒体通路は高さを低くでき、建造物の天井近
傍に吊り下げ配置でき、熱交換装置の設置スペースを必
要とせず、各熱交換管体は中間部が熱膨脹変形しても支
障がなく、各熱交換管体を支持する梁などを必要としな
い。
【００６９】請求項６記載の発明によれば、熱源熱媒体
通路を流動する熱源熱媒体の流動方向を縦方向としたた
め、据付面積が少なくても容易に設置でき、また、各熱
交換管体は両端部を同一側の導入室および導出室に連通
して中間部は固定されないためが熱膨脹変形しても支障
がない。
【００７０】請求項７記載の発明によれば、各熱交換管
体は中間部が熱膨脹変形してもパイプに支持され、中間
部が湾曲することがなく、また、パイプは冷却用空気の
流動によって冷却され、パイプが熱変形されることがな
く、各熱交換管体は確実に支持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す熱交換装置の一部
を切り欠いた斜視図である。
【図２】同上第１の熱交換部の縦断面図である。
【図３】同上第２の熱交換部の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す熱交換装置の横
断平面図である。
【図５】同上熱交換装置の正面図である。
【図６】同上熱交換装置の縦断正面図である。
【符号の説明】
１，30 熱源熱媒体通路 ２，32 導入室 ３，33 導出室 ４，34 導入室および導出室となる導出入室 ５，15，35，45 熱交換管体 ６，36 第１の熱交換部 ７，17，37，47 直管部 ８，18，38，48 折り返し部 ９，19，39，49 折り返し屈曲管部 10，20，40，50 中間直管部 11，21，41，51 折り返し屈曲管部 16，46 第２の熱交換部 52 パイプ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱源熱媒体通路と、この熱媒体通路の熱
    源熱媒体の流動方向に沿って設けられた被熱交換熱媒体
    の導入室および導出室と、前記熱源熱媒体通路内にこの
    熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向に並設
    されかつ両端部をそれぞれ前記被熱交換熱媒体の導入室
    および導出室に連通された被熱交換熱媒体を流動させる
    複数の熱交換管体とを備え、 前記各熱交換管体は、前記被熱交換熱媒体の導入室およ
    び導出室に両端部を接続するとともにこの両端部に連続
    する直管部とこの両側直管部に連続する中間部の折り返
    し部とを有し、この各熱交換管体の折り返し部は、両側
    直管部にそれぞれ連続する折り返し屈曲管部と、この折
    り返し屈曲管部にそれぞれ連続した中間直管部と、この
    両中間直管部に連続する折り返し屈曲管部とにて形成
    し、前記各熱交換管体の直管部と折り返し部とを前記熱
    源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交す
    る同一面に配設したことを特徴とする熱交換装置。
  2. 【請求項２】 被熱交換熱媒体の導入室を両側にそれぞ
    れ配設し、この両側の導入室の中間部に被熱交換熱媒体
    の導出室を形成し、この両側の被熱交換熱媒体の導入室
    にそれぞれ熱交換管体の一端部を連通させるとともに中
    間部の導出室にそれぞれこの熱交換管体の他端部を接続
    し、この一対の熱交換管体を熱源熱媒体通路にこの熱源
    熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する
    同一面にそれぞれ配設したことを特徴とする請求項１記
    載の熱交換装置。
  3. 【請求項３】 被熱交換熱媒体の導出室を両側にそれぞ
    れ配設し、この両側の導出室の中間部に被熱交換熱媒体
    の導入室を形成し、この中間の被熱交換熱媒体の導入室
    にそれぞれ熱交換管体の一端部を連通させるとともに両
    側の導出室にそれぞれこの熱交換管体の他端部を接続
    し、この一対の熱交換管体を熱源熱媒体通路にこの熱源
    熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する
    同一面にそれぞれ配設したことを特徴とする請求項１記
    載の熱交換装置。
  4. 【請求項４】 被熱交換熱媒体の導入室の両側にそれぞ
    れ被熱交換熱媒体の導出室を形成し、この中間の被熱交
    換熱媒体の導入室にそれぞれ熱交換管体の一端部を連通
    させるとともに両側の導出室にそれぞれこの熱交換管体
    の他端部を接続し、この一対の熱交換管体を熱源熱媒体
    通路にこの熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動
    方向と直交する同一面にそれぞれ配設して第１の熱交換
    部を形成し、 この両側の導出室に連通する導入室を両側にそれぞれ配
    設し、この導入室の中間部に被熱交換熱媒体の導出室を
    形成し、この両側の被熱交換熱媒体の導入室にそれぞれ
    熱交換管体の一端部を連通させるとともに中間部の導出
    室にそれぞれこの熱交換管体の他端部を接続し、この複
    数対の熱交換管体を前記熱源熱媒体通路にこの熱源熱媒
    体通路を流動する熱源熱媒体の流動方向と直交する同一
    面にそれぞれ配設して第２の熱交換部を形成し、 前記熱源熱媒体通路にこの熱源熱媒体通路を流動する熱
    源熱媒体の下流側に前記第１の熱交換部を配設するとと
    もに前記第２の熱交換部をこの熱源熱媒体通路を流動す
    る熱源熱媒体の上流側に配設したことを特徴とする請求
    項１記載の熱交換装置。
  5. 【請求項５】 熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の
    流動方向を水平方向とするとともに、熱交換管体の両端
    部を上側にしてこの熱交換管体を熱源熱媒体の流動方向
    と直交する縦方向の同一面に配設したことを特徴とする
    請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換装置。
  6. 【請求項６】 熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の
    流動方向を縦方向とするとともに、熱交換管体を熱源熱
    媒体の流動方向と直交する水平方向の同一面に配設した
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の
    熱交換装置。
  7. 【請求項７】 各熱交換管体は熱源熱媒体通路に配設し
    た冷却用空気を流動させるパイプにてそれぞれ支持した
    ことを特徴とする請求項６記載の熱交換装置。
JP28212797A 1997-08-04 1997-10-15 熱交換装置 Pending JPH11108570A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105021067A (zh) * 2015-08-17 2015-11-04 杨胜东 大颗粒直通废水换热器及具有上述换热器的换热系统
CN105737182A (zh) * 2016-04-25 2016-07-06 长沙为明节能科技有限公司 烟气深度冷却器
CN114199052A (zh) * 2021-12-23 2022-03-18 北京瑞晨航宇能源科技有限公司 一种具有工况自适应性的纯逆流换热器

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