JPH08247687A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器の熱交換効率を高める。 【構成】 高温ガス流路３を横切るように伝熱管１２を
配設し、該伝熱管１２の接続端部１２ａを管板７，８に
形成した伝熱管取付け孔６に気密に連結した構成を有す
る熱交換器であって、前記伝熱管１２をカーボンチュー
ブ２０により形成することにより、熱交換器の熱交換効
率を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器、特に燃焼廃
ガスの高温ガスから廃熱を回収する場合に有効な熱交換
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の廃熱回収式の熱交換器の一
例を示すものであって、図中１は内部に上方から下方に
向って高温ガス２を流動させる高温ガス流路３を備えた
熱交換器本体であって、該熱交換器本体１の上端には高
温ガス導入口４が、又下端には高温ガス導出口５が設け
られている。

【０００３】前記熱交換器本体１の左右両側面には、図
４及び図５に示すように伝熱管取付け孔６が形成された
管板７，８が形成されており、該管板７，８の更に側部
外側には外側壁９によりヘッダ室１０，１１が形成され
ている。更に前記管板７，８の伝熱管取付け孔６，６間
には、前記高温ガス流路３を横切るように配置した伝熱
管１２が、上下方向、及び図４の紙面に鉛直な前後方向
に多数配設されている。

【０００４】前記左右のヘッダ室１０，１１は、仕切り
板１３によって夫々上下に多数に区画されていると共
に、該仕切り板１３の位置が左右で半ピッチずれた位置
となっており、区画された最下端のヘッダ室１０ａに給
水口１４が形成され、最上端のヘッダ室１０ｂに給水出
口１５が形成されている。

【０００５】上記構成により、前記給水口１４から右側
の最下端のヘッダ室１０ａに供給された水は、伝熱管１
２を通る際に高温ガス２により昇温されて左側の最下端
のヘッダ室１１に導かれ、続いて別の伝熱管１２を通っ
て右側の下から２番目のヘッダ室１０に導かれ、続いて
別の伝熱管１２を通って左側の下から２番目のヘッダ室
１１に導かれるというようにジグザク状に流動しながら
上昇して熱回収し、温水又は蒸気となり、上端部のヘッ
ダ室１０ｂを経て給水出口１５から外部に導出されるよ
うになっている。

【０００６】図中１６は前記伝熱管１２の汚れを水洗に
より洗浄するために熱交換器本体１内の上部に設けられ
た洗浄ノズル、１７は下端に設けられたドレン口であ
る。

【０００７】高温ガス２に廃ガスを利用する熱交換器で
は、例えば熱交換器に導入される排ガスの温度が１３５
℃で、出口温度が９０℃のような温度においては伝熱管
１２内に結露による硫酸腐食が発生する問題があり、こ
のため伝熱管１２及び管板７，８を安価で伝熱性が良好
な鋼材で構成することができず、そのために一般に前記
伝熱管１２及び管板７，８をステンレス材（ＳＵＳ材）
にて構成するようにしている。

【０００８】前記ステンレス材の伝熱管１２をステンレ
ス材の管板７，８の伝熱管取付け孔６に接続固定する方
式としては、図６に示すように、管板７，８と伝熱管１
２を溶接１８により固定する方式、あるいは図７に示す
ように、伝熱管取付け孔６に挿入させた伝熱管１２の接
続端部１２ａを内側から加圧力１９を加えて拡径させる
ことにより伝熱管取付け孔６内面に密着固定させるエキ
スパンダ方式を採用している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記ステンレ
ス材の伝熱管１２は、鋼材の伝熱管に比して伝熱性が低
いために熱交換器の熱交換効率をあまり高めることがで
きず、しかもステンレス材は硬度が高いために加工が大
変であり、更に図６に示す溶接による固定方式では溶接
作業が大変であり、且つ伝熱管１２と管板７，８との熱
膨張差による応力の発生によって溶接部にクラックが発
生しやすい等の問題があり、また図７に示すエキスパン
ダ方式では固定作業に時間を要する等の問題を有してい
た。

【００１０】本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもの
で、伝熱管にカーボンチューブを採用することを可能に
して熱交換効率を著しく向上させ、且つカーボンチュー
ブからなる伝熱管の伝熱管取付け孔への固定も容易、確
実に行い得る熱交換器を提供することを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の熱交換器は、高
温ガス流路を横切るように伝熱管を配設し、該伝熱管の
接続端部を管板に形成した伝熱管取付け孔に気密に連結
した構成を有する熱交換器であって、前記伝熱管をカー
ボンチューブにより形成したことを特徴としている。

【００１２】更に、伝熱管取付け孔の内周面に形成した
リング溝に嵌合したＯリングによりカーボンチューブの
接続端部を気密に連結したことを特徴としている。

【００１３】更に、カーボンチューブの接続端部に、内
周面にネジ溝を有しＯリングに接する外周面が平滑な金
属スリーブを螺着していることを特徴としている。

【００１４】また、金属スリーブがステンレススリーブ
であることを特徴としている。

【００１５】

【作用】本発明の第１の手段では、伝熱管をカーボンチ
ューブにより形成しているので、伝熱管の伝熱性を著し
く向上させて、熱交換器の熱交換効率を大幅に高めるこ
とができ、よって熱交換器の小型化が達成できる。

【００１６】第２の手段では、管板の伝熱管取付け孔の
内周面に形成したリング溝にＯリングを嵌合してカーボ
ンチューブの接続端部を気密に連結するようにしている
ので、管板とカーボンチューブの連結を容易に行うこと
ができる。

【００１７】第３の手段では、カーボンチューブの接続
端部に、内周面にネジ溝を有し、Ｏリングに接する外周
面が平滑な金属スリーブを螺着しているので、カーボン
チューブと金属スリーブとの間が螺着によって気密に保
持され、且つ金属スリーブの平滑な外周面とＯリングと
が気密に接着することになるので、管板とカーボンチュ
ーブの気密が確実に保持される。

【００１８】第４の手段では、金属スリーブをステンレ
ススリーブとしたことにより、カーボンチューブ及びス
テンレススリーブが硫酸腐食を生じることがないので、
特に燃焼廃ガスの廃熱を回収する熱交換器に好適に利用
できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。

【００２０】図１及び図２は、前記図４及び図５の熱交
換器に適用した本発明の一実施例を示したもので、図中
同一の符号を付したものは同一物を表わしている。

【００２１】図５に示したように高温ガス流路３を形成
している左右の管板７，８に形成された伝熱管取付け孔
６，６間に、図１に示す如く、カーボンチューブ２０に
より形成した伝熱管１２を配設している。

【００２２】該カーボンチューブ２０からなる伝熱管１
２は、前記伝熱管取付け孔６，６に接続する端部外周
に、管板７，８の厚さより少し長い金属スリーブ２１が
嵌合固定されており、該金属スリーブ２１の外径は前記
伝熱管取付け孔６の内径より僅かに小さくなっている。

【００２３】前記金属スリーブ２１は、図２に示すよう
に、内周面にネジ溝２２が形成されており、該金属スリ
ーブ２１のネジ溝２２に前記カーボンチューブ２０の接
続端部１２ａを捩じ込むことにより、金属スリーブ２１
とカーボンチューブ２０とを一体に固定するようにして
いる。この時、カーボンチューブ２０が金属スリーブ２
１に強く捩じ込まれることにより、カーボンチューブ２
０の外周にネジ溝が形成されて気密に固定されるように
なる。

【００２４】図１に示すように、前記伝熱管取付け孔６
の内周面には、リング溝２３を環状に形成し、該リング
溝２３にＯリング２４を嵌入配置する。Ｏリング２４に
は対熱、耐薬品性等に優れているフッソ系ゴム（例えば
ＪＩＳＢ２４０１）等が用いられる。

【００２５】前記したようにカーボンチューブ２０の接
続端部１２ａ外周に金属スリーブ２１が嵌合固定された
伝熱管１２を、前記金属スリーブ２１が前記Ｏリング２
４の内周に緊密に挿入されるように配置して熱交換器を
構成する。

【００２６】前記金属スリーブ２１は、高温ガス２が硫
酸腐食の心配が無いガスの場合には、鋼材等の種々の金
属で製作することができる。

【００２７】一方、高温ガス２が燃焼廃ガスのように硫
酸腐食の問題が生じるガスの場合には、金属スリーブ２
１をステンレススリーブ２５とする。またこの場合に
は、管板７，８もステンレス材にて形成する。

【００２８】更に、前記管板７，８と伝熱管１２との間
の気密性が厳しく要求されない場合には、図３に示すよ
うに、伝熱管取付け孔６の内周面にリング溝２３を形成
して、該リング溝２３にＯリング２４を嵌入配置し、該
Ｏリング２４内にカーボンチューブ２０の接続端部１２
ａを直接挿入して連結することもできる。

【００２９】以下、上記実施例の作用を説明する。

【００３０】図１〜図３に示すように、伝熱管１２をカ
ーボンチューブ２０により形成するようにしているの
で、伝熱管１２の伝熱性を著しく向上させることがで
き、よって熱交換器の熱交換効率を大幅に高めることが
でき、熱交換器の小型化を達成することができる。

【００３１】また、図１および図２に示すように、カー
ボンチューブ２０の接続端部１２ａに、内周面にネジ溝
２２を形成した金属スリーブ２１を螺着しているので、
梨地状を有しているカーボンチューブ２０の外周面を、
外周面の精度を高めた金属スリーブ２１で気密に包囲す
ることができ、且つ管板７，８の伝熱管取付け孔６の内
周面にリング溝２３を介して配設したＯリング２４の内
側に、前記カーボンチューブ２０端部の金属スリーブ２
１を緊密に挿入するようにしているので、表面が精度よ
く形成された金属スリーブ２１とＯリング２４との接触
によりこの間の気密を確実に保持することができ、よっ
てカーボンチューブ２０からなる伝熱管を、公差基準に
適合するように気密に、管板７，８の伝熱管取付け孔６
に固定することができる。

【００３２】また、図３に示すように、伝熱管取付け孔
６の内周面にリング溝２３を形成して、該リング溝２３
にＯリング２４を嵌入配置し、該Ｏリング２４内にカー
ボンチューブ２０の接続端部１２ａを直接挿入して連結
することにより、前記管板７，８と伝熱管１２との間の
気密性が厳しく要求されない場合には、間板７，８と伝
熱管１２との連結を容易に行うことができる。

【００３３】また、金属スリーブ２１をステンレス材に
て形成したステンレススリーブ２５とすることにより、
カーボンチューブ２０及びステンレススリーブ２５は硫
酸腐食を生じないので、特に燃焼廃ガスの廃熱を回収す
る熱交換器には好適に利用することができる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明では、伝熱管をカーボン
チューブにより形成するようにしているので、伝熱管の
伝熱性を著しく向上させることができ、よって熱交換器
の熱交換効率を大幅に高めることができ、熱交換器の小
型化を達成できる。

【００３５】請求項２の発明では、管板の伝熱管取付け
孔の内周面に形成したリング溝にＯリングを嵌合してカ
ーボンチューブの接続端部を気密に連結するようにして
いるので、管板とカーボンチューブの連結を容易に行う
ことができる。

【００３６】請求項３の発明では、カーボンチューブの
接続端部に、内周面にネジ溝を有し、Ｏリングに接する
外周面が平滑な金属スリーブを螺着しているので、カー
ボンチューブと金属スリーブとの間が螺着によって気密
に保持され、且つ金属スリーブの平滑な外周面とＯリン
グとが気密に接着することになるので、管板とカーボン
チューブの気密が確実に保持される。

【００３７】請求項４の発明では、金属スリーブをステ
ンレススリーブとしたことにより、カーボンチューブ及
びステンレススリーブが硫酸腐食を生じることがないの
で、特に燃焼廃ガスの廃熱を回収する熱交換器に好適に
利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部の切断正面図であ
る。

【図２】図１のカーボンチューブと金属スリーブとの固
定例を示す切断正面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す要部の切断正面図で
ある。

【図４】廃熱回収式の熱交換器の一例を示す切断正面図
である。

【図５】図４の伝熱管の一部の周辺を示す切断正面図で
ある。

【図６】伝熱管を管板に固定する方式の従来の一例を示
す図４のＡ部詳細図である。

【図７】伝熱管を管板に固定する方式の従来の他の例を
示す図４のＡ部詳細図である。

【符号の説明】

３ 高温ガス流路 ６ 伝熱管取付け孔 ７ 管板 ８ 管板 １２ 伝熱管 １２ａ 接続端部 ２０ カーボンチューブ ２１ 金属スリーブ ２２ ネジ溝 ２３ リング溝 ２４ Ｏリング ２５ ステンレススリーブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温ガス流路を横切るように伝熱管を配
   設し、該伝熱管の接続端部を管板に形成した伝熱管取付
   け孔に気密に連結した構成を有する熱交換器であって、
   前記伝熱管をカーボンチューブにより形成したことを特
   徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 伝熱管取付け孔の内周面に形成したリン
   グ溝に嵌合したＯリングによりカーボンチューブの接続
   端部を気密に連結したことを特徴とする請求項１に記載
   の熱交換器。
3. 【請求項３】 カーボンチューブの接続端部に、内周面
   にネジ溝を有しＯリングに接する外周面が平滑な金属ス
   リーブを螺着していることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 金属スリーブがステンレススリーブであ
   ることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。