JP5461559B2 - レイディアントチューブバーナ用熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、レイディアントチューブバーナ（radiant tube
burner; 放熱管バーナ）のための熱回収装置（以下、「レキュペレータ」又は「ヒートレキュペレータ」）に関するものであり、該レキュペレータはバーナ管及び排気管を有し、該バーナが該バーナ管の入口に配置され、該レキュペレータが該排気管の出口に配置される。

本発明が目標とするレキュペレータは熱交換器を含んで構成される類のものであり、この熱交換器は排気管に連通されるよう設計された連結管内に配置され以ってフルーガス（煙道ガス）の一部で燃焼用空気を予め向流加熱するようにしたものであり、さらにこの熱交換器は次のものを含んで構成される：
・予熱されるべき空気を、フルーガス入口端側のレキュペレータの端部に位置するフェルールの方に向けさせるアウトバウンド部
・バーナに空気を供給するラインに向いて開口し、前記フェルールが燃焼用空気の流れ方向を反転させ以って該空気をリターン部に送る通路を画成しており、
当該装置はフルーガスの一部分が燃焼用空気に巻き込まれ混合され、以って燃焼性生物中の酸化窒素のレヴェルを抑えるよう設計されている。

このようなヒートレキュペレータは仏国公開公報FR-F-2780770に開示されている。一般的に、バーナのついたレイディアントチューブはフルーガスからの熱を回収するための、フィン付き熱交換器型システムを備えている。
国際公開WO 2008/022722も、アウトバウンド部がリターン部により囲まれたヒートレキュペレータを開示している。燃焼用空気はリターン通路にあるときにのみフルーガスによって加熱される。

仏国公開FR-F-2780770号公報 国際公開WO 2008/022722号

これまでに提案されてきたレキュペレータは次の点を考慮して改良することが必要である：
・熱効率の向上と、フルーガスと燃焼用空気との熱交換の向上、
・酸化窒素の排気低減とレイディアントチューブの均熱性向上のための燃焼用空気へのフルーガスの再循環の増進、
・燃焼用空気を推進するための圧力とフルーガスを抜くための吸引に必要な圧力を低減するための圧力低下制限、
・圧力低下の制御を可能にすること、
・バーナの低温発火の信頼性向上、
・製造コストの低減。

本発明によるところのレイディアントチューブバーナのためのヒートレキュペレータは、バーナ管と排気管を有し、該バーナは該バーナ管の入口に位置し、該レキュペレータは該排気管の出口に位置し、更に該レキュペレータは、該排気管と連通されるよう設計された連結管の中に配され以ってフルーガスの一部により燃焼用空気を向流予熱するようにした熱交換器を有し、該熱交換器は：
・予熱されるべき空気をフルーガス入口端側のレキュペレータの端部に位置したフェルールの方に仕向けるアウトバウンド部と、
・該バーナに空気を供給するラインに向いて開口するリターン部と、を含んで構成され、ここで前記フェルールは燃焼用空気の流れる方向を反転させ該リターン部に向かわせる流路を画成するが、
前記熱交換器は連結管の断面の一部を占め、他の部分は排気路に向かうフルーガスの通路として開放されているのであって、
本アセンブリはフルーガスの一部が燃焼用空気に巻き込まれ混合するよう設計されており、前記ヒートレキュペレータは：
・該熱交換器の該アウトバウンド部が、前記連結管の中心軸に平行である燃焼用空気の通路となる複数の熱交換管を含んでおり、該フルーガスは熱交換管越しに前記空気と熱交換するのであり、これら二つの流体は対向しつつ互いに平行に進むのであって、
・熱交換管はフェルールの内部に開口し、
・前記空気の巡路はヘアピン状に形成され、前記リターン部はアウトバウンド部の管と半径方向にオフセットする関係にあるのであって、前記熱交換管の断面とリターン部の断面とは互いに他方の外側に位置することを特徴とする。

前記フルーガスによる空気の予熱は、該空気とそれより高熱の該フルーガスとの混合による直接的熱交換により、且つ前記リターン部の周囲を循環するフルーガスとの間接的熱交換により、このリターン部で継続される。
好適には、熱交換管群はリターン部と連結管すなわち排気管との間にできるスペースに寄せ集められる。該リターン部は、熱交換管より来る空気の流れとフルーガスの再循環される部分の流れとを受けるに十分大きな断面積を有したチューブで形成してもいい。

第１の可能性としては、リターン部のチューブは一端でフェルールと気密に連通するようにし、軸方向他端では閉塞されており、このリターン部は、バーナに空気を供給するラインに面と向かうよう配置されたイジェクタにより縦方向に開口する。

別個の可能性としては、リターン部のチューブはそのフルーガス入口端で開口し、該フェルールは、複数管からの流れを集結し該リターン部の開端に開口する湾曲した出口ノズルを有し、空気とフルーガスの一部はリターン部で混合する。このリターン部は曲がっていてもよく、特に直角に曲がっていてもよく、そうして連結管から分岐する。

当該レキュペレータは、管状ジャケットにより囲まれた空気導入ラインを含んでいてもよく、この管状ジャケットはその内側端が閉じられ他端が熱交換管のための空気入口室に開口するのであって、またフルーガスに囲まれているので燃焼用空気は、熱交換管に入る前に最初の予熱、外向き、回帰循環を為すのである。

前記フェルールは、混合管に連結されるファネルにより上流に向いて延伸する円筒形部を含んでいてもよく、該ファネルはその中央部において燃焼用空気のためのインジェクタとなる管状エクステンションを含んであって、このエクステンションは半径方向に延びたカフにより支持され、該カフは熱交換管が開口する環状スペースを環状エクステンションの内部と連通される。

当該レキュペレータは、好適には、全溶接構造であり、筒状要素とシートメタル部品はステンレス鋼製である。螺旋状にねじった金属片ヘリコイドを少なくとも１つの熱交換管内に配置してもいい。

前記熱交換管は複数のジャケット管により囲まれていてもいいのであって、フルーガスが熱交換管とジャケット管との間に形成された円環状通路を流れている間に、前記燃焼用空気は熱交換管の中を流れるのである。ジャケット管群が気密に貫通する隔壁は、連結管あるいは排気管の端部にて、フルーガス排出路に連結された排気室を画成するために設けてもよく、該ジャケット管はこの室に開口する。

前記レキュペレータは、冷たい空気の一部を、レイディアントチューブが燃料の自己発火温度に達していない間は、レキュペレータを通ることなく直接バーナに行かせるようにして成るバイパス管を含んでいてもよく、このバイパス管はバーナ発火を目的とした空気を遮断するシャットオフ部材を備えている。

前記熱交換管群は、異なる径のものの集まりでもよく、例えば上方のものは比較的大きな直径で下方のものは比較的小さな直径であっていい。好ましくは、熱交換管群はフェルールに連結され高温になるほうの端部のみで溶接されており、他端ではこれらは壁に摺動可能かつ気密に貫通する。

前記熱交換管は、流体が通過する空洞の断面を最適に利用すべく注意深く配置されるのであって、例えば排気管の幾何軸を中心とした円弧上に並べ、以って自由断面を流れるフルーガスの圧力低下を低減せしめる。

又別の選択肢によるなら、熱交換管群はジャケット壁により囲まれており、フルーガスはこのジャケット壁と各々の熱交換管の外表面との間にできる隙間を通るのである。この選択肢の態様は鉄鋼プラントタイプのガス（コークス燃焼炉からのガスやブラスト炉からのガス）を対象にした運転に適している、なぜなら大量のフルーガスが生成されるのであるから。

ここまでに記載してきた態様とは別に、本発明はいくつかの他の態様をも含むのであって、これらは付録の図面群を参照しつつ説明される以下の実施例に関連してより詳細に論じられる。なお、これらの例は発明の範囲を固定するものではない。

図１は、ヒートレキュペレータバーナを備えた炉の概略を示す部分縦断面図である。 図２は、本発明のヒートレキュペレータの概略を示す軸部縦断面図であって、部分的に外見を示す。 図３は、図２の右方からヒートレキュペレータを見た拡大概略図である。 図４は、図３のインジェクタ１８を通る面による概略断面図である。 図５は、他の実施例の場合の図４と同様の図である。 図６は、又他の実施例の場合の図４と同様の図である。 図７は、本発明のヒートレキュペレータの更に他の実施例を示す図８におけるVII-VIIで示された面による概略軸部縦断面図であり部分的切開図ともなっている。 図８は、図７におけるVIII-VIIIで示された面による拡大断面図である。 図９は、本発明のレキュペレータの又ひとつ他の実施例の斜視的軸部縦断面図である。

図面群、特に図１は、レイディアントチューブＴ[型]のバーナＢを示す。該レイディアントチューブＴはバーナ管Ｔｂを含み、Ｔｂの入り口には該バーナＢが設けられている。該レイディアントチューブＴは炉壁Ｐを貫通し、炉室内に延び、排気管１となって該炉壁Ｐを通って炉外に出る。バーナＢは管Ｂｃによって燃料の供給を受ける。バーナＢの炎はレイディアントチューブＴ内に成長し、フルーガス（燃焼ガス）がこの管を通り以って炉を加熱する。該フルーガスは管Ｔ内を管１に向けて送られる。

熱交換レキュペレータＲは排気管１の出口に設置される。図２よりわかるように、該レキュペレータＲは、排気管１に（図２では示されていない）フランジによって連通されるように設計された連結管１ｂの内部に配置された熱交換器Ｅを含み、以って排気管を経て去ろうとするフルーガスの一部２で燃焼用空気を予め向流加熱する。

冷たい燃焼用空気は、矢印４の方向から一端部３より熱交換器Ｅに入り、該熱交換器のアウトバウンド部５によって、フルーガス入口端であるレキュペレータの出口端に配置されたフェルール６のほうに差し向けられる。この熱交換器Ｅは、バーナに空気を供給するライン８に開口するリターン部７を含んでいる。フェルール６は、アウトバウンド部５から来る燃焼用空気の流れを逆転しリターン部７のほうに差し向ける通路を画成する。

本装置は、燃焼フルーガスの一部９がバーナに供給される空気に引き込まれ、ライン８内でこの空気と混合するように設計されている。

前記熱交換器Ｅは、図２に明確に示されているように、連結管１ｂ、よって排気管１、の断面の一部を占めるのみである。当該断面の他の部分１aは空ろである。熱交換器のリターン部７は、アウトバウンド部５と半径方向にオフセット関係にある。アウトバウンド部５とリターン部７とは夫々の外側にある。リターン部７はフルーガスの一部分９に浴している。

燃焼用空気は、アウトバウンド部５の路すがら、フルーガスに覆われたアウトバウンド部５の壁越しに、フルーガスにより加熱される。このフルーガスによる空気の加熱は、リターン部での路すがらにもリターン部７の壁越しに継続してなされる。

フェルール６の領域に位置するレキュペレータの上流部分は、フルーガスを、出口１０から排気される部分２と燃焼用空気と混合される部分９とに分離するよう設計されている。図７に示されているように、出口１０は（不図示の）煙突に連結される連結フランジＢ２を備えている。フルーガスの一部分９は、熱交換器Ｅと連結管１ｂ（排気管１）の内表面とのあいだの空間１aを流れる。

前記レキュペレータは、フルーガスの一部分２を熱交換器Ｅの上流から出口１０へ誘導するための通路Ｄを含んでいる。

図２及び図３に示されているように、前記熱交換器のアウトバウンド部５は、管１ｂと管１の幾何学的軸に平行な複数の熱交換管１１を含んでいる。
第一の実施例において、該熱交換管１１の各々の断面の中心は、図３及び図４に見られるように、管１の中心軸を中心とした円弧上に位置し、この円弧は、中心角が１８０°よりやや大き目のものである。前記熱交換管１１は、燃焼用空気あるいはフルーガスのいずれかの通路となるよう設計されている。図２乃至図４に示された実施例において、熱交換管１１は燃焼用空気の通路として設計されており、管１ｂの（フルーガスの流れ方向から見て）下流部分を密閉すべく縦端壁１２を気密に貫通する。燃焼用空気の入口は端壁１２から突出する複数の管１１の各々の端部３と連通する（不図示の）ディストリビュータボックスを含む。この部位において熱膨張が妨げられないように、各管１１は気密スライド可能に貫通している。これにより、これら管群は各々が互いに独立して伸長することが可能である。

図２乃至図４において、熱交換管１１の各々は、出口１０の上流地点において管１ｂを分割する隔壁１４を気密に貫通する同心のジャケット管１３によって囲まれている。排気室１５は該隔壁１４と前記端壁１２との間に画成され、この室１５は出口１０と連通している。ジャケット管１３は、管１の内表面より半径方向に所定の距離だけ間をおいて配置されていて、端壁１２の手前で途切れ以って室１５内にて開口する。ジャケット管１３は、その他方の端部がフェルール６の縦端壁６aの一歩手前で途切れ、以って各管１３の上流端とフェルール６との間に環状空隙１６を創出し、フルーガスの一部分２が熱交換管１１の外表面とジャケット管１３の内表面との間にできた環状通路Ｄに入ることを可能にする。フルーガスの排出される部分２は管１３をその下流端で管１３から脱し、出口１０より排出される。

図３の実施例においては、前記フェルール６は円弧の輪郭を有しており、管１ｂの内表面から所定の半径方向距離にある。

熱交換管１１はフェルール６に開口する。管１１の一端部は、好ましくは、夫々の管１１が１つずつの開口に突き入るよう壁６aに溶接されている。

リターン部７は円筒管１７により形成され、管１７のの中心軸は管１ｂの中心軸と平行である。管１７の断面積は好ましくは、熱交換管群１１の合計断面積より大きいか少なくとも等しい。壁６aは、管１７と気密に連通する開口を有しており、好ましくは管１７はこの開口に溶接される。管１７の軸方向に他方の端部は、隔壁１４の手前で端壁１７aによって封じられている。

管１７は、その端壁１７aの手前で予熱された空気を出す縦イジェクタ１８を備えている。このイジェクタは、外に向かって先細りする円錐台形のノズルによって構成され、その目的は予熱された空気をライン８を経てバーナに吹き付けることである。イジェクタ１８は、管１ｂすなわち管１には幾分届かない位置で切れているので、イジェクタ１８の出口とライン８の入口との間に円環状の間隙１９が形成される。イジェクタ１８を出る空気は、フルーガスの一部分９を引き込み供給ライン８に連れ込むような吸引効果を奏する。

熱交換器Ｅはその全体を、ステンレス鋼製シートパネルで形成された管で成していい。

レキュペレータＲが作動する次第は次のとおりである。
燃焼用の冷たい空気が熱交換管１１内を流れ、その流れ方向とは逆方向に管１１とジャケット管１３との間の通路Ｄを流れる高温のフルーガスの一部２によって向流加熱される。予熱された空気の流れる方向は、フェルール６内において反転し、この空気は高熱フルーガスの一部分９に浴したリターン部７内をイジェクタ１８へと向かう。この空気の予熱はこのリターン部７においても継続して行われる。予熱された空気はイジェクタ１８を経て外に出て、管８に沿って運ばれるフルーガスの一部分９と混合する。

図５は、別の実施例を示すものであり、これにおいて、予熱を受ける燃焼用空気がその中を流れる熱交換管１１の列は共同外ジャケット２０により囲まれている。フルーガスは当該外ジャケット２０と管１１の外表面とにより画成された通路Ｄを流れる。リターン部７にはイジェクタ１８が備えられている。図５の熱交換器Ｅはすっぽり連結管１ｂすなわち排気管１の中に収められる。この構成は、圧力低下がわずかしか起きないので、より大きな体積のフルーガスをまかなうことを可能とし、以ってリーン（希薄）な製鋼燃料に対して用いるに適する。

図６はまた熱交換管の配置を変えた別の実施例を示すもので、この目的は再循環されるフルーガスの圧力低下を増加させることなく熱交換面積を増加させることにある。熱交換管群１１，１３は、リターン部７と管１との間の空間において寄せ集められている。この配置は、排気管の中での熱交換管の本数を増やすことを可能とし、以って再循環されるフルーガスの割合を減少させることなく予熱される燃焼用空気の量を増加できる。

本発明のすべての実施例において、フルーガスの流量及び熱交換管内を流れる燃焼用空気の流量は一定である、なんとなればこれらはただバーナの実働態様にのみ依存するものであるから。図６の実施例のように、管を一本増やした場合、管内を流れるガスの流量はわずかに低くなるが熱交換面積は大きくなっている。我々の操業範囲では対流による熱交換量を左右するものとして、面積のほうがスピードよりも重要であるので、結果として、図６の実施例によるなら、フルーガスと燃焼用空気の流速が低くなるにもかかわらず、熱効率は上昇することとなる。

熱交換面積（管の本数、直径、長さ）と流量との適切な折衷点を見出し、以ってサイズと圧力低下との好適なバランスを得るべく、最適化試行が必要なことが容易に理解できる。

図６の実施例において、リターン部７はもはや排気管の中央に位置せず、熱交換管群が上部に集まるよう下方に寄せられている。

図５及び図６の熱交換器が機能する次第は図２乃至図４の熱交換器のそれと同様である。

好ましくは、レイディアントチューブが燃料の自己発火温度に達していない間は、冷たい空気の一部をレキュペレータを通ることなく直接バーナに直行（バイパス）させるような工夫がなされる。このような直行（バイパス）システムは、バーナ発火を目的とした空気流を遮断するためのシャットオフ部材２１（図１）を用いることを要する。

図７及び図８は、本発明のレキュペレータの他の実施例態様を示す。これまでの実施例において記載された要素と同じ機能を有する要素は同じ参照番号を付け、場合によってはプライム「’」を付した。

これらの要素は改めて説明しないか、するとしても手短にする。熱交換管１１は、連結管１ｂ内において、図７で左側に位置する端壁１２’に気密且つ摺動可能に貫通し、そこから熱交換管１１用の空気送入室Ｇに開口する。これら熱交換管群１１はそれぞれが同心ジャケット管によって囲まれているのでない。図７によると、管１ｂは管１への連通のためのフランジＢ１を備えている。熱交換器Ｅはその一部が当該フランジＢ１から突出しており、この突出部分は管１ｂと同心の管１に内側から係合する。図８において見られるように、熱交換管群１１は、あるところでは管１の又あるところでは管１ｂの外壁と、リターン部７を形成する管１７’との間に囲まれた三日月断面の空間に集められている。

フェルール６’は円錐台形状であり、その大底面部に相当するのはプレート６'aであり、このプレート６'aは、熱交換管群１１の断面に合致する開口群を有している。これら管群１１はプレート６'aの開口に気密に溶接されており、自らはフェルール６’に開口する。フェルール６’の小底面部は、多管群11からの空気の流れをひとつに集める１８０°に湾曲した排出管より成る湾曲ノズル２２に連結している。

リターン部７（管17’）の端部２３は湾曲ノズル２２の端部２４に向いて開口している。湾曲ノズル２２を出る空気は管１７’に入り、上流から来たりてこの管１７’に入るフルーガスの一部分９と混合する。この空気がフルーガスの一部と混合することにより、酸化体における酸素量を減らしておくことが可能となるので、燃焼時におけるＮＯｘの発生を減じる効果が得られる。この混合はまた空気を熱する効果も奏する。

フルーガスの一部は、フェルール６’の周り、すなわちこのフェルールと、あるところでは管１の又あるところでは管１ｂの内壁との間にできた空隙２に入る。フルーガスのこの部分は管群１１の周りを、顕著には空間１a内を出口１０の方向に、管群１１内の空気とは対向して流れる。管１７’はまた出口１０に向かうフルーガスによって囲まれる。

管１７’は、エルボーベンド２５において９０°曲げられて連結管１ｂから縦方向に延出し、延出ノズル２６となり、その自由端に（不図示の）バーナの空気ノズルと連結するためのフランジ２７を備えている。

空気は空気送入室Ｇから直に管１１に入ってもいい。しかし図示されたこの実施例では、空気入口は、壁１２’を貫通するライン２８を経由するものであり、このライン２８はフルーガスの存在する空間内で、エルボー２５の近傍で一端を閉じられた管状ジャケット２９によって囲まれている。ライン２８は管状ジャケット２９の該閉端部の手前まで延びており、そこで開口し、もって自身に進入した空気を１８０°方向転換させ、前記壁１２’に設けられた開口に向けて逆行させるが、管状ジャケット２９はこの開口の周りに気密に取り付けられている。

前記ジャケット２９はフルーガスに浴しているので、ライン２８とジャケットの内壁との間を逆行している空気は空気送入室Ｇに到達するまでに最初の予熱を経験することとなる。

このライン２８と管状ジャケット２９より成る二重管に入る空気により経験される往復流歴は必須ではない。これを採用した場合には、エネルギー節約及び効率向上をもたらす反面圧力低下は増大する。

効率を向上させ且つ熱交換を促進するために、図８に示されるように、螺旋状にねじった金属片ヘリコイド３０を管１１の内部に設置してもいい。

図７と図８のヒータの作動は、先に他の図群を参照しつつ説明したものと同様である。
図７の矢印群は空気とフルーガスがとる順路を示している。

上記任意の実施例において、ライン２８から入って二重管を往復してきた空気は、空気送入室Ｇに戻り、図８の例では１３本ある熱交換管群１１に入る。その空気は、管１１の該表面をなめつつ対向して流れるフルーガスとの熱交換により管１１内で加熱される。こうして加熱された空気はフェルール６’内に集められ、湾曲ノズル２２の中でＵターンを切り管１７’に入る。フルーガスの再循環が起こるのはこの位置である。このように湾曲ノズル２２より成るインジェクタの位置をレキュペレータの終端部に置くことにより最大の再循環効果率を得ることができる。

１３本の管１１はフルーガスに浴しており、フルーガスは自然に下方を流れる傾向があるので、下方が好ましい位置となる。フルーガスの好ましい流れ位置を縮減し、以って使用可能空間をより好適に満たすために、管１１の直径に差を持たせていい、例えば、断面視で上方のものには大きな直径を持たせ、下方のものには小さな直径を持たせるようにしてもいい。管１１の本数はレキュペレータのサイズに適合するよう選んでいい。

管１１はその高温端においてのみ、すなわちプレート６'aにおいてのみ溶接されているので、管間での膨張差が生じよう。管１１はその他端では、好ましくは断熱材で分離された３枚のプレートから成る壁１２’に摺動可能に係合している。

図９は本発明の熱交換レキュペレータの他の実施例を示す。これまでに記載された要素と同じまたは類似した要素は同じ参照番号を付け、場合によってはダブルプライム「''」を付したが、これらの要素は改めて説明しないか、するとしても手短にする。

図９はレキュペレータＲが、排気管１と、これに同心になるよう接続された円筒形ボディー３１を含んで構成されていることを示している。断面図の縦断面から手前に位置し従ってボディーの見えなくなっている側に備えられている燃焼用空気３のための入口はボディー３１のすなわち管１の軸に直行する水平軸を有している。燃焼生成物の残部の出口１０は下方に向いておりその中心軸は垂線であり、燃焼用空気と燃焼生成物の一部との混合気の出口８は、出口１０とは正反対の方向に向いている。入口３と出口８及び１０はそれぞれ他のラインとの連通のためのフランジを形成する鍔部を有している。

図９からわかるように、前記ボディー３１は、入口３や出口８及び１０に連通する様々の区域の仕切りとなる内部隔壁群を有している。入口３は円筒状隔壁３２により仕切られた内部室３aに連通していて、この隔壁３２は縦端壁３２aを有しており、この端壁３２aを越えて下流側に延びる混合管１７により形成されたリターン部７''がこの端壁３２aを実質的に気密に貫通する。混合管１７と同心のキャップ３３がボディー３１に、不図示のフランジにより固定されていて、以って管１７の下流端を覆っている。管１７の外表面とキャップ３３の内表面との間にある環状空間は、燃焼用空気と燃焼生成物との混合物のための出口オリフィス８と連通している。この混合物の流れは管１７の出口にて１８０°ターンし出口８の方に向かうこととなる。

フェルール６''（図９）は、円筒形部３４を含んで構成される。この円筒形部３４の下流端は円環リング３５より成り、このリング３５は管１７に気密に固定され且つ円筒形部３４に気密に囲まれている。熱交換管群１１は混合管１７の周りにこれと平行に配列され、リング３５に形成された夫々の開口部を介してフェルール６''に開口する。熱交換管群１１はその他端において円環リング３６を貫いて空気流入室３aに開口する。円筒形部３４の上流端はファネル３７を備えており、ファネル３７の上流末端３７aは１８０°反転曲げされている。ファネル３７の壁は、反転曲げ端３７aから始まる実質的に円錐台状の裾を形成し、円筒形部３４の上流端と小径混合管１７とを連通させる。リターン部を構成する管１７は、その周りに配された管１１と半径内側方向に向かって互いにオフセットする関係にある。

管１７内に一部挿入されたインジェクタを形成する円筒状エクステンション３８は、ファネル３７と同心であり、中空カフ３９によりファネル３７に固着され、カフ３９は半径方向に延び、両端部で開口している。カフ３９は、外側には、管群１１が開口する空間に開口しており、内側には、伸長された形状の開口を介してエクステンション３８に開口している。円筒状エクステンション３８は、その上流端にてオージ状体４０によって閉ざされ、このオージ状体４０は燃焼生成物の再循環される部分を、カフ群３９の周辺を通り且つファネル３７の内表面と円筒状エクステンション３８の外表面との間隙を通路として管１７に向かわせる。

フェルール６''を内管１７により固定することが可能であるので、熱交換管１１をその冷端でのみ溶接してもいい。

図９のレキュペレータの動作はこれまでの図を参照して説明したものと同様である。
燃焼用空気は管１７に平行な管群１１の中を対向流として進み、円筒形部３４に進入し、次にカフ３９の中を半径方向内方に流れて円筒状エクステンション３８に入り、管１７の中に軸方向であって且つ管１１内の流れ方向とは反対の方向に注入される。

燃焼の生成物は、その一部はパイプ状空隙２を通って出口１０に向かい、また他の一部分は直接、わずかな圧力低下のみをもって、カフ群３９の間の通路に入り、管１７において燃焼用空気と混合する。図９の実施例においては、フェルール６''は、１２０°間隔をおいて配された３つのカフ３９より成る。
インジェクタ３８の先は断面が細くなっており、そのせいで空気の速度は増大し、以って燃焼生成物を引き込む。

燃焼用空気は管１１内を、空隙２を流れる燃焼生成物とは反対の方向に流れ、以ってこれら二つの流体間の熱交換を向上させ、またレキュペレータの両端間の温度差を低減せしめることによりレキュペレータの温度プロファイルをも向上せしめる。

従来のレキュペレータにおいて経験される破損の危険は、対交流モード熱回収により熱的衝撃が緩和されるので、論理的には低減される。

最後に、鋳物を用いないことにより、破損の危険が減少している。
レキュペレータ/バーナはその製造時に断熱施工されることにより、現場で断熱施工をする必要がない。現場での組み立てを要する部分は、三つの連通フランジ２７、Ｂ１とＢ２に限られる。

本発明のレキュペレータは、空気とフルーガス間の熱交換率及び供給ライン８を通るフルーガスの再循環率を同時に向上させること可能とする。熱交換器において直線管を用いることにより、圧力低下を制限し且つ良好に制御することが可能となった。

種々の管の径の設計は、機械的要求及び管内圧力低下（管の太さ）により決定されているが、また管の入手しやすさも考慮される。そのため、商業的に得られる標準サイズの管を選ぶことが適切である。

フルーガスの一部分９は大きなフリー断面１aを通ることのできるおかげでそのスピードは低く保たれる。燃焼フルーガスの全体的圧力低下は、リターン流路の幾何学的作りに関係なく変わらないが、この作りは、フルーガスの、フリー断面１aを通って循環する一部分の圧力低下を左右することによりフルーガス再循環率に直接影響を与える。

フルーガスの再循環する量が大きくなればなるほど、レイディアントチューブ内のガスのスピードは高くなる。このスピード上昇はしかし同管内の圧力低下にはほんのわずかしか変化を与えない。

本発明の設計によるなら、熱交換器の上流にあるフルーガスを分割することが可能であり、このことにより：
・熱交換管１１の周りの通路においてフルーガスはそのスピードを上げることができ、以って熱交換器の効率が増大し、
・再循環されるフルーガスの圧力低下が制限されることとなり、以ってイジェクタ１aの効率も増大する。

本発明における管１１，１３，１７，１７’の使用により、流体群の各々のスピードを制御することが可能となるので、熱交換率と圧力低下を固定することが可能となり、以ってこれらに再現性を持たせることができる、そしてこのことは従来のレキュペレータでは一般に為され得ないことであった、なぜならば従来品は製造交差があって口径に相当のばらつきがつきものの鋳物により造られているからである。

対向流循環は、流体管の熱交換を向上し、同時に、レキュペレータの入口側におけるフルーガスと燃焼用空気との間の温度勾配を縮小にすることにより機械的ストレスを低減する。
中空円筒状設計により、レキュペレータは長くすることが許容され、以って熱交換用の面積が増加し、熱の回収も向上する。

本発明のレキュペレータは、全溶接構造であり、鋳物製のレキュペレータよりも軽量である。加えて、レキュペレータアセンブリの各々の部品を作る耐火性ステンレス鋼の品質は、各々の部品がさらされる温度レヴェルに基づいてそれぞれ決められ、以って当該レキュペレータの材料コストを全体的に低減することが可能となる。

１：排気管
１ａ：連結管の内表面とのあいだの空間
１ｂ：連結管
２：フルーガスの一部
３：端部
４：矢印
５：アウトバウンド部
６：フェルール
７：リターン部
８：空気を供給するライン
９：フルーガスの一部分
１０：出口
１１：熱交換管
１２：端壁
１３：ジャケット管
１４：隔壁
１５：排気室
１６：環状空隙
１７：チューブ
１８：イジェクタ
１９：円環状の間隙
２０：ジャケット壁
２１：シャットオフ部材
２２：出口部
２３：フルーガス入口端
２４：端部
２５：分岐所
２６：延出ノズル
２７：フランジ
２８：空気導入ライン
２９：管状ジャケット
３０：ヘリコイド
３１：円筒形ボディー
３２：円筒状隔壁
３３：キャップ
３４：円筒形部
３５：円環リング
３６：円環リング
３７：ファネル
３８：管状エクステンション
３９：カフ群
４０：オージ状体

Ｂ：バーナ
Ｄ：断面が円環状の通路
Ｅ：熱交換器
Ｇ：空気送入室
Ｒ：レキュぺレータ

Claims (16)

1. レイディアントチューブバーナのための熱回収装置であって、該装置はバーナ管と排気管（１）を有し、該バーナは該バーナ管の入口に位置し、該熱回収装置は該排気管の出口に位置し、更に該熱回収装置は、該排気管（１）と連通されるよう設計された連結管（１ｂ）の中に配され以ってフルーガスの一部（２）により燃焼用空気を向流予熱するようにした熱交換器（Ｅ）を有し、該熱交換器（Ｅ）は：
   ・予熱されるべき空気をフルーガス入口端側の熱回収装置の端部に位置したフェルール（６，６’、６”）の方に仕向けるアウトバウンド部（５）と、
   ・該バーナに空気を供給するライン（８）を目指して開口するリターン部（７，７”）と、を含んで構成され、ここで前記フェルール（６，６’、６”）は燃焼用空気の流れる方向を反転させ該リターン部に向かわせる流路を画成するのであって、
   前記装置はフルーガスの一部が燃焼用空気に巻き込まれ混合するよう設計されており、前記熱交換器は該連結管の断面の一部を占め、他の部分は排気路に向かうフルーガスの通路として開放されているのであって、前記熱回収装置は：
   ・該熱交換器の該アウトバウンド部（５）が、前記連結管（１ｂ）の中心軸に平行である燃焼用空気の通路となる複数の熱交換管（１１）を含んでおり、該フルーガスは該熱交換管の管壁越しに前記空気と熱交換するのであり、これら二つの流体は対向しつつ互いに平行に進むのであって、
   ・前記熱交換管（１１）はフェルール（６，６’、６”）の内部に開口し、
   ・前記空気の巡路はヘアピン状に形成され、前記リターン部（７，７”）はアウトバウンド部（５）の管群と半径方向にオフセットする関係にあるのであって、
   前記熱交換管（１１）は前記リターン部（７，７”）の外側半径方向に位置すること、
   を特徴とするレイディアントチューブバーナのための熱回収装置。
2. 前記熱交換管群はリターン部（７，７”）と連結管（１ｂ）あるいは排気管（１）との間にできるスペースに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱回収装置。
3. 前記リターン部（７，７”）が、前記熱交換管（１１）より来る空気の流れと前記フルーガスの再循環される部分の流れとを受けるに十分大きな断面積を有したチューブ（１７，１７”）で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱回収装置。
4. 前記リターン部のチューブ（１７）は一端で前記フェルールと気密に連通するようにし、該チューブ（１７）の軸方向他端は閉塞されており、該リターン部（７）は、バーナに空気を供給するライン（８）に面と向かうよう配置されたイジェクタ（１８）により縦方向に開口することを特徴とする請求項３に記載の熱回収装置。
5. 前記リターン部のチューブ（１７’）はそのフルーガス入口端（２３）で開口し、該フェルール（６’）は、複数管からの流れを集結し該リターン部の開端（２３）に開口する湾曲した出口部（２２）を有し、空気とフルーガスの一部は該リターン部で混合するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の熱回収装置。
6. 前記リターン部（７）はその出口部が分岐所（２５）で曲がって前記連結管から分岐していることを特徴とする請求項５に記載の熱回収装置。
7. 前記熱回収装置が、管状ジャケット（２９）により囲まれた空気導入ライン（２８）を含んで構成され、該管状ジャケット（２９）はその内側端が閉じられその他端が熱交換管のための空気送入室（Ｇ）に開口するのであって、前記管状ジャケット（２９）はフルーガスに包まれており、以って燃焼用空気は、熱交換管（１１）に入る前に最初の予熱、外向き、回帰循環を経験するようにしたことを特徴とする請求項５又は６に記載の熱回収装置。
8. 前記フェルール（６”）は、前記混合管（１７）に連結されるファネル（３７）により上流に向いて延伸する円筒形部（３４）を含み、該ファネルはその中央部において燃焼用空気のためのインジェクタを形成する管状エクステンション（38）を含み、このエクステンションは半径方向に延びたカフ群（３９）により支持され、該カフ群は熱交換管（１１）が開口する環状スペースを環状エクステンションの内部と連通せしめるようにして成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱回収装置。
9. 前記熱回収装置は、全溶接構造であり、筒状要素とシートメタル部品はステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱回収装置。
10. 当該熱回収装置は、ヘリコイド（３０）を少なくとも１つの熱交換管（１１）内に配置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱回収装置。
11. 前記熱交換管（１１）は複数のジャケット管（１３）により取り囲まれていて、フルーガスが熱交換管（１１）とジャケット管（１３）との間に形成された断面が円環状の通路（Ｄ）を流れている間に、前記燃焼用空気は熱交換管（１１）の中を流れることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱回収装置。
12. ジャケット管群（１３）が気密に貫通する隔壁（１４）が、前記連結管の端部にて、フルーガス排出路に連結された排気室（１５）を画成するために設けられ、該ジャケット管群（１３）がこの室に開口することを特徴とする請求項１１に記載の熱回収装置。
13. 熱交換管群（１１）はジャケット壁（２０）により囲まれており、フルーガスはこのジャケット壁と各々の熱交換管群の外表面との間にできる隙間を通ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱回収装置。
14. 前記熱回収装置は、冷たい空気の一部を、前記レイディアントチューブが燃料の自己発火温度に達していない間は、前記熱回収装置を通ることなく直接バーナに行かせるようにして成るバイパス管を含み、このバイパス管はバーナ発火を目的とした空気を遮断するシャットオフ部材（２１）を備えていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱回収装置。
15. 前記熱交換管群は、各々の直径が均一でなく、上方のものは比較的大きな直径で下方のものは比較的小さな直径であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の熱回収装置。
16. 前記熱交換管群はフェルールに連結され高温になるほうの端部のみで溶接されており、他端ではこれらは壁に摺動可能かつ気密に貫通していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の熱回収装置。
    
    
    

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