| 【発明の名称】 |
熱交換装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】下町 順一
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| 【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。 |
【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
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【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５３−５２１０７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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９７０８８０１８
【氏名又は名称】下町 順一
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月１５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】樺澤 襄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１０８５７０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月２３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２８２１２７ |
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