(57)【要約】      （修正有）【課題】ラジアントチューブバーナに用いられる熱交換器として、排ガスと燃焼空気との熱交換効率が良好であり、省エネルギーに貢献できるラジアントチューブバーナ用熱交換器を提供する。【解決手段】ラジアントチューブに取り付けられたバーナの排ガスを利用してバーナで用いる燃焼空気を予熱するためにラジアントチューブに取り付けられた熱交換器１３Aは、熱交換器本体１４とラジアントチューブ１１との間に、熱伝導体または輻射体からなる熱交換促進部材（熱伝導体１５）を設置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアントチューブに取り付けられたバーナの排ガスを利用して前記バーナで用いる燃焼空気を予熱するために前記ラジアントチューブに取り付けられた熱交換器であって、熱交換器本体とラジアントチューブとの間に、熱伝導体または輻射体からなる熱交換促進部材が設置されていることを特徴とするラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【請求項２】
熱交換促進部材が熱伝導体である場合は、当該熱伝導体が熱交換器本体に接続して設置されていることを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【請求項３】
熱交換促進部材が輻射体である場合は、当該輻射体が熱交換器本体から離れて設置されていることを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【請求項４】
熱交換促進部材の形状が、螺旋状、柱状、平板状のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器が取り付けられていることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアントチューブバーナにおいて用いられる熱交換器（ラジアントチューブバーナ用熱交換器）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄鋼生産プロセスの焼鈍設備等においては、加熱手段としてラジアントチューブバーナ（ラジアントチューブ式加熱装置）が採用されることが多い。例えば、ＣＡＬ（連続焼鈍ライン）やＣＧＬ（連続溶融亜鉛めっきライン）等の焼鈍炉には、ラジアントチューブバーナが１炉で数十本から数百本も使用されている。
【０００３】
図１は、代表的なラジアントチューブバーナ１０の構成を示す図である。焼鈍炉１の炉壁２に取り付けられたラジアントチューブ１１の先端（上流側）にはバーナ１２が設置され、ラジアントチューブの後端（下流側）にはバーナ１２の燃焼排ガス（以下、単に「排ガス」ともいう）を利用してバーナ１２で用いる燃焼空気を予熱する熱交換器１３が設置されている。
【０００４】
そして、一般的な熱交換器１３（１３Ｘ）は、特許文献１等に示されているように、２重管構造となっており、内側の管に供給された燃焼空気が外側の管の内面側を通過するとともに、排ガスが外側の管の外面側を通過することによって、燃焼空気が排ガスと熱交換をして予熱されようになっている。
【０００５】
これによって、ラジアントチューブバーナ１０では、燃料ガスと燃焼空気が供給されたバーナ１２からの火炎と燃焼排ガスによってラジアントチューブ１１の温度を高め、高温になったラジアントチューブ１１からの輻射熱によって炉内を加熱するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３０５８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らが検証したところ、上記特許文献１等に記載の従来の熱交換器１３Ｘには以下のような問題点があることが分かった。
【０００８】
すなわち、上記特許文献１等に記載の熱交換器１３Ｘでは、燃焼空気と排ガスの熱交換は外側の管を通じてのみ行われるため、その熱交換効率は外側の管の表面積に依存することになり、燃焼空気を高々３００〜４００℃程度までしか予熱できなかった。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ラジアントチューブバーナに用いられる熱交換器として、排ガスと燃焼空気との熱交換効率が良好であり、省エネルギーに貢献できるラジアントチューブバーナ用熱交換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１１】
［１］ラジアントチューブに取り付けられたバーナの排ガスを利用して前記バーナで用いる燃焼空気を予熱するために前記ラジアントチューブに取り付けられた熱交換器であって、熱交換器本体とラジアントチューブとの間に、熱伝導体または輻射体からなる熱交換促進部材が設置されていることを特徴とするラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【００１２】
［２］熱交換促進部材が熱伝導体である場合は、当該熱伝導体が熱交換器本体に接続して設置されていることを特徴とする前記［１］に記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【００１３】
［３］熱交換促進部材が輻射体である場合は、当該輻射体が熱交換器本体から離れて設置されていることを特徴とする前記［１］に記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【００１４】
［４］熱交換促進部材の形状が、螺旋状、柱状、平板状のいずれかであることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器。
【００１５】
［５］前記［１］〜［４］のいずれかに記載のラジアントチューブバーナ用熱交換器が取り付けられていることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【発明の効果】
【００１６】
本発明におけるラジアントチューブバーナ用熱交換器は、排ガスと燃焼空気との熱交換効率が良好であり、省エネルギーに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】代表的なラジアントチューブバーナを示す図である。
【図２】本発明の実施形態１におけるラジアントチューブバーナ用熱交換器を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２におけるラジアントチューブバーナ用熱交換器を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
本発明の実施形態におけるラジアントチューブバーナの基本的な構成は、前述の図１に示したものと同様である。
【００２０】
すなわち、本発明の実施形態におけるラジアントチューブバーナ１０は、焼鈍炉１の炉壁２に取り付けられたラジアントチューブ１１の先端（上流側）にはバーナ１２が設置され、ラジアントチューブの後端（下流側）にはバーナ１２の燃焼排ガスを利用してバーナ１２で用いる燃焼空気を予熱する熱交換器１３が設置されている。
【００２１】
これによって、ラジアントチューブバーナ１０では、燃料ガスと燃焼空気が供給されたバーナ１２からの火炎と燃焼排ガスによってラジアントチューブ１１の温度を高め、高温になったラジアントチューブ１１からの輻射熱によって炉内を加熱するようになっている。
【００２２】
その上で、本発明の実施形態においては、図２、図３に示すように、熱交換器１３（１３Ａまたは１３Ｂ）が、熱交換器本体１４とラジアントチューブ１１との間に熱交換促進部材（熱伝導体１５または輻射体１６）を備えている。
【００２３】
なお、熱交換器本体１４は、前述した熱交換器１３Ｘと同様の構成であり、２重管構造となっていて、内側の管に供給された燃焼空気が外側の管の内面側を通過するとともに、排ガスが外側の管の外面側を通過することによって、燃焼空気が排ガスと熱交換をして予熱されるようになっている。
【００２４】
以下、詳細を実施形態１、実施形態２として説明する。
【００２５】
［実施形態１］
図２は、本発明の実施形態１における熱交換器１３Ａを示す図である。
【００２６】
図２に示すように、この実施形態１における熱交換器１３Ａは、熱交換器本体１４の外面（外側の管の外面）とラジアントチューブ１１の内面との間に、熱交換促進部材として熱伝導体１５を備えている。なお、熱伝導体１５としては、熱伝導率の高い材料を用いる。熱伝導率λの目安としては１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上あるとより良く、例えば、当該物質としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎおよびそれらの合金等が考えられる。これらの中では、Ｃｕが最も熱伝導率λが高い（温度依存性があり。λ＝３４０〜４３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））。
【００２７】
そして、この熱伝導体１５は螺旋状のフィンになっており、熱伝導体（螺旋状のフィン）１５の内周側が熱交換器本体１４の外面に接続するようにして設置されている。ここで、熱伝導体（螺旋状のフィン）１５の内周側を熱交換器本体１４の外面に接続させる際には、単に接触するようにしてもよいし、溶接等によって固定（一体化）してもよい。なお、螺旋の長手方向のピッチは、排ガスの圧力損失が許容値を超えて上昇しないようにする。
【００２８】
これによって、この実施形態１においては、排ガスが熱伝導体（螺旋状のフィン）１５に沿いながら熱交換器本体１４の外面とラジアントチューブ１１の内面の間を通過するようになるので、排ガスの顕熱を熱伝導体１５が吸収し、吸収された排ガス顕熱が熱伝導体１５から熱伝導によって熱交換器本体１４に伝熱するようになる。
【００２９】
その結果、従来に比べて、熱交換器本体１４の温度が高まり、燃焼空気に対する熱交換効率が向上して、燃焼空気の予熱温度を上昇させることができるようになる。
【００３０】
したがって、燃料ガスの使用量を削減して、燃料原単位を下げることが可能となり、省エネルギーに貢献することができる。また、ＣＯ２の削減も果たすことができる。
【００３１】
なお、熱伝導体（螺旋状のフィン）１５の外周側はラジアントチューブの内面に接続しているのが好ましい。熱伝導体（螺旋状のフィン）１５からラジアントチューブ１１への熱伝導による伝熱も期待できるからである。
【００３２】
これによって、従来に比べて、ラジアントチューブ１１の温度を高めて、加熱能力を高めることができる。
【００３３】
したがって、より一層、燃料ガスの使用量を削減して、省エネルギーおよびＣＯ２削減に貢献することができる。
【００３４】
なお、熱伝導体１５は、螺旋状のフィン以外に、柱状のフィン（柱状の突起）や平板状のフィン（必要により多孔性）であってもよい。
【００３５】
［実施形態２］
図３は、本発明の実施形態２における熱交換器１３Ｂを示す図である。
【００３６】
図３に示すように、この実施形態２における熱交換器１３Ｂは、熱交換器本体１４の外面（外側の管の外面）とラジアントチューブ１１の内面との間に、熱交換促進部材として輻射体１６を備えている。なお、輻射体１６としては、輻射率の高い材料を用いる。輻射率εの目安としては、遠赤外線波長領域（４〜１０００μｍの波長）において０．９以上あるとより良く、例えば、当該物質としては、ＳｉＣ、耐火レンガ、セラミックス等が考えられる。
【００３７】
そして、この輻射体１６は螺旋状のフィンになっており、輻射体（螺旋状のフィン）１６の内周側が熱交換器本体１４の外面から離れて近接するように設置されている。すなわち、輻射体１６からの輻射熱が熱交換器本体１４の外面に伝熱しやすい位置に設置されている。なお、螺旋の長手方向のピッチは、排ガスの圧力損失が許容値を超えて上昇しないようにする。
【００３８】
これによって、この実施形態２においては、排ガスが輻射体（螺旋状のフィン）１６に沿いながら熱交換器本体１４の外面とラジアントチューブ１１の内面の間を通過するようになるので、排ガスの顕熱を輻射体１６が吸収し、吸収された排ガス顕熱が輻射体１６から輻射によって熱交換器本体１４に伝熱するようになる。
【００３９】
その結果、従来に比べて、熱交換器本体１４の温度が高まり、燃焼空気に対する熱交換効率が向上して、燃焼空気の予熱温度を上昇させることができるようになる。
【００４０】
したがって、燃料ガスの使用量を削減して、燃料原単位を下げることが可能となり、省エネルギーに貢献することができる。また、ＣＯ２の削減も果たすことができる。
【００４１】
なお、輻射体（螺旋状のフィン）１６の外周側はラジアントチューブの内面に近接しているのが好ましい。輻射体（螺旋状のフィン）１６からラジアントチューブ１１への輻射による伝熱も期待できるからである。
【００４２】
これによって、従来に比べて、ラジアントチューブ１１の温度を高めて、加熱能力を高めることができる。
【００４３】
したがって、より一層、燃料ガスの使用量を削減して、省エネルギーおよびＣＯ２削減に貢献することができる。
【００４４】
なお、輻射体１６は、螺旋状のフィン以外に、柱状のフィン（柱状の突起）や平板状のフィン（必要により多孔性）であってもよい。
【実施例１】
【００４５】
本発明の実施例として、連続焼鈍ラインの焼鈍炉（連続焼鈍炉）に設置されたラジアントチューブバーナを適用対象にして、本発明の効果を検証した。
【００４６】
なお、連続焼鈍炉およびラジアントチューブバーナの仕様は下記の如くであった。
【００４７】
炉内温度：７００〜９００℃程度
バーナ容量：１００Ｍｃａｌ／ｈ程度
【００４８】
そして、本発明例として、上記の本発明の実施形態２におけるラジアントチューブ用熱交換器１３Ｂを用いた。
【００４９】
その際、熱交換器本体１４は、ラジアントチューブ１１の先端から４．６ｍから６．１ｍの位置に設置されており、熱交換器本体１４の全長（約１．５ｍ）にわたり、その外面にＳｉＣからなる輻射体（螺旋状のフィン）１６の内周側が近接するようにするように設置した。同時に、輻射体（螺旋状のフィン）１６の外周側がラジアントチューブ１１の内面に近接するようにした。螺旋のピッチは１００ｍｍとした。
【００５０】
なお、比較のために、従来例として、特許文献１等に示されているような、従来のラジアントチューブ用熱交換器１３Ｘを用いた。
【００５１】
その結果、本発明例では、従来例に比べて、以下のような効果が得られた。
【００５２】
（ａ）熱交換器通過後の排ガス温度：５０〜６０℃程度低下
（ｂ）燃焼空気の予熱温度：２０〜３０℃程度上昇
（ｃ）ラジアントチューブの表面温度：５０〜６０℃程度上昇（図４）
【００５３】
これによって、本発明の効果を確認することができた。
【符号の説明】
【００５４】
１  焼鈍炉
２  炉壁
１０  ラジアントチューブバーナ
１１  ラジアントチューブ
１２  バーナ
１３  熱交換器
１３Ａ  熱交換器
１３Ｂ  熱交換器
１３Ｘ  熱交換器
１４  熱交換器本体
１５  熱伝導体
１６  輻射体
【図１】
2014092329.tif 000003
【図２】
2014092329.tif 000004
【図３】
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【図４】
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