(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方から他方へ高温ガスを流すようにしたケーシングの途中の両側に、低温流体の入口部と出口部を相対向させて設けると共に、上記ケーシング内に、低温流体を流すためのセラミック製の伝熱管を上記ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向と直交するよう多列多段に配置して、該各伝熱管の両端を上記低温流体の入口部と出口部に設置した管板に貫通支持させ、且つ上記ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向に沿う各伝熱管の列上に、セラミック製の放射促進板を、伝熱管の表面から離して伝熱管と平行に配設した構成を有することを特徴とする高温用管式熱交換器。
【請求項２】
セラミック製の放射促進板を薄い帯状とした請求項１記載の高温用管式熱交換器。
【請求項３】
各伝熱管を、ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向に千鳥状に配列した請求項１又は２記載の高温用管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼式加熱炉の高温排ガスの熱回収を行う場合等の如き高温ガスを対象とした高温用管式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に熱交換器は、温度の異なる２つの流体を直接又は間接的に接触させて高温流体を冷却し、低温流体を加熱させるもので、通常、高温流体を流すケーシングの内部に複数の伝熱管を配設し、該伝熱管内に一方から他方へ低温流体を流すと同時にケーシング内に高温流体を流し、高温側と低温側とを伝熱管の管壁を介して熱交換させるようにしてある。
【０００３】
上記高温流体の温度があまり高くない場合には、伝熱管を金属製としても問題はないが、高温流体が加熱炉の高温排ガスの如き１２００〜１３００℃位の場合は、従来の金属製の伝熱管を用いた熱交換器では該伝熱管が上記高温排ガスに常時さらされているために高温に耐え得られない。
【０００４】
そのため、高温の排ガスの排熱を回収するために、高温にも耐え得られる材質としてセラミック製の伝熱管を用いた高温用管式熱交換器が考えられ、前記したような加熱炉等の高温ガスの排熱を回収することが行われるようになっている。
【０００５】
従来の高温用管式熱交換器は、図３（イ）（ロ）にその一例の概略を示す如く、内面に断熱材２を施して一方から他方へ高温排ガスの如き高温ガス３を流すようにしたケーシング１の途中の両側に管板５を相対向させて設置すると共に、該ケーシング１内に、セラミック製の伝熱管４を、上記高温ガス３の流れ方向と直交するように多列多段に配設して、その両端を上記管板５に貫通支持させ、且つ上記高温ガス３の流れ方向と平行となる各伝熱管４の列間に、表裏両面に伝熱管４と平行に延びる突条６を設けたセラミック製の大きな板７を配置し、更に、上記ケーシング１の各伝熱管４の一端側に燃焼用空気の如き低温流体８の入口部９を、又、他端側に低温流体８の出口部１０をそれぞれ設け、各伝熱管４内を流れる低温流体８と、各伝熱管４の外側を流れる高温ガス３とを熱交換させるようにし、このとき、伝熱管４の列間の上記大きな板７を放射促進体として熱伝達促進を行うようにしてある。
【０００６】
又、図４に示す如く、各セラミック製伝熱管４の前縁及び後縁に、管列上に位置するように放射促進体としてのセラミック製のフィン１１を取り付けてフィン付伝熱管４とし、且つ該フィン付伝熱管４を千鳥配置として高温ガス３を整流させるようにしたバヨネット熱交換器も知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の場合、放射促進体としてのセラミック製の板７は、金属製の板に比して放射率が高いことから、放射熱伝達により伝熱促進を図ることができるものであるが、板７に有する多数の突条６が高温ガス３の流路に突出しているため、高温ガス３の流れが乱されて剥離が部分的に起り、流路形状の変化による圧力損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
一方、後者の場合には、フィン１１にて高温ガス３の流れを整流できるため高温ガス３の剥離領域を小さくすることで圧力損失を小さなものとすることができるが、フィン１１は伝熱管４と一体構造としてあるため、フィン１１から伝熱管４への熱伝達によりフィン１１の温度が高温ガス３の温度よりも低くなって、放射熱伝達促進効果を有効に利用することができず、しかもフィン付伝熱管４となることから、伝熱管４の形状が複雑となって高価になるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、放射熱伝達促進効果を有効に得ながら圧力損失を小さなものとすることができるようにしようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、一方から他方へ高温ガスを流すようにしたケーシングの途中の両側に、低温流体の入口部と出口部を相対向させて設けると共に、上記ケーシング内に、低温流体を流すためのセラミック製の伝熱管を上記ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向と直交するよう多列多段に配置して、該各伝熱管の両端を上記低温流体の入口部と出口部に設置した管板に貫通支持させ、且つ上記ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向に沿う各伝熱管の列上に、セラミック製の放射促進板を、伝熱管の表面から離して伝熱管と平行に配設した構成とする。
【００１１】
放射促進板が伝熱管から離れているため、放射促進板が高温ガスと同じ高温に維持され、放射熱伝達促進効果が有効に得られる。更に、放射促進板は管列上に位置することから、排ガスが整流され、圧力損失が小さなものとされる。
【００１２】
又、セラミック製の放射促進板を薄い帯状とした構成とすることにより、形状が簡単で小寸法とすることができる。
【００１３】
更に、各伝熱管を、ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向に千鳥状に配列した構成とすることにより、高温ガスのもつ放射エネルギーをより有効に伝熱管に伝えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１（イ）（ロ）は本発明の実施の一形態を示すもので、図３（イ）に示した従来の高温用管式熱交換器と同様に、内面に断熱材２を配し一方から高温排ガスの如き高温ガス３が入って他方より排出されるようにしたケーシング１途中の一側壁に燃焼用空気の如き低温流体８の入口部９を設けると共に、他側壁に低温流体８の出口部１０を設けて、それぞれ管板５を設け、上記ケーシング１内には、多数本のセラミック製の伝熱管４を高温ガス３の流れ方向と直交する方向へ延びるように多列多段に配して、各一端を管板５に貫通支持させて上記低温流体８の入口部９に開口させると共に、各他端を管板５に貫通支持させて低温流体８の出口部１０に開口させ、各伝熱管４内を低温流体８が流れるようにしてある構成において、上記各伝熱管４を上記ケーシング１内の高温ガス３の流れ方向に千鳥配置とし、且つ上記ケーシング１内を流れる高温ガス３の流れ方向と平行に配置された伝熱管４の管列上に、薄い帯板状に形成したセラミック製の放射促進板１２を、整流フィンを兼ねるように配置すると共に、各放射促進板１２を伝熱管４の前縁及び後縁から離して伝熱管４と平行に配置し、各放射促進板１２の両端部を管板５に支持させた構成とする。
【００１６】
低温流体８の入口部９より各伝熱管４内に低温流体８を流し、上記各伝熱管４の外側に高温ガス３をケーシング１の一方より流すと、該高温ガス３は伝熱管４の間を流れる際、伝熱管４の列上に配置してある放射促進板１２により流れが整流されることになるので、圧力損失を小さなものとすることができる。又、上記放射促進板１２は、伝熱管４の表面から離されて伝熱管４とは熱的に隔絶させてあることから、図４に示す如き伝熱管４と一体のフィン１１と比較して、高温ガス３の温度に近い温度に維持することができ、高温ガス３のもつ放射エネルギーを放射率の高いセラミックを介して伝熱管４に有効に伝えることができる。したがって、放射熱伝達促進効果を維持しながら圧力損失の増加を抑制することができる。
【００１７】
上記において、放射促進板１２は、帯板状であって形状が簡単であるため、小寸法にでき、しかも伝熱管４と一体構造としていないことから、全体としての製作コストを安価にすることができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態では、図１（ロ）に示す如く、各伝熱管４を千鳥状に配置した場合を示したが、これは、放射促進板１２を隣りの列の伝熱管４に近付けることができることにより、高温ガス３のもつ放射エネルギーをより有効に伝熱管４に伝達できるからであるが、図２に示すように上下左右方向に重なる配置としてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の高温用管式熱交換器によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(1) 一方から他方へ高温ガスを流すようにしたケーシングの途中の両側に、低温流体の入口部と出口部を相対向させて設けると共に、上記ケーシング内に、低温流体を流すためのセラミック製の伝熱管を上記ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向と直交するよう多列多段に配置して、該各伝熱管の両端を上記低温流体の入口部と出口部に設置した管板に貫通支持させ、且つ上記ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向に沿う各伝熱管の列上に、セラミック製の放射促進板を、伝熱管の表面から離して伝熱管と平行に配設した構成としてあるので、高温ガスの流れを放射促進板により整流することができて、圧力損失増加を抑制することができると共に、上記放射促進板は伝熱管とは熱的に隔絶していることから、放射促進板を高温にできて、放射熱伝達促進効果を有効に利用して伝熱管に伝えることができる。
(2) セラミック製の放射促進板を薄い帯状とした構成とすることにより、形状が簡単で小寸法とすることができ、熱交換器全体としての製作コストを安価にすることができる。
(3) 各伝熱管を、ケーシング内を流れる高温ガスの流れ方向に千鳥状に配列した構成とすることによって、放射促進板を隣りの列の伝熱管に近付けることができ、高温ガスのもつ放射エネルギーをより有効に伝熱管に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高温用管式熱交換器の実施の一例を示すもので、（イ）は全体の概略切断平面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線拡大矢視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示すもので、図１（ロ）に相当する概略図である。
【図３】従来の高温用管式熱交換器の一例を示すもので、（イ）は全体の概略切断平面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ線拡大矢視図である。
【図４】従来の他の例を示すもので、図３（ロ）に相当する概略図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
３  高温ガス
４  伝熱管
５  管板
８  低温流体
９  入口部
１０  出口部
１２  放射促進板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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