JPH1163859A - 熱交換装置およびバーナ装置 - Google Patents

熱交換装置およびバーナ装置

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JPH1163859A
JPH1163859A JP9226258A JP22625897A JPH1163859A JP H1163859 A JPH1163859 A JP H1163859A JP 9226258 A JP9226258 A JP 9226258A JP 22625897 A JP22625897 A JP 22625897A JP H1163859 A JPH1163859 A JP H1163859A
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heat
heat exchange
heat medium
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combustion
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Junichi Shitamachi
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【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の外周に被熱交換熱媒
体の導入室２と導出室３を熱源熱媒体通路１に沿って並
設形成する。導入室２にそれぞれ一端を連通した複数の
被熱交換管体６の渦巻状の導入側熱交換管部４と導出室
３にそれぞれ一端を連通した複数の渦巻状の導出側熱交
換管部５とを熱媒体通路１の熱媒体の流動方向に並設す
る。各導入側熱交換管部４の他端と各導出側熱交換管部
５の他端とを下流側に位置する熱交換管部４は熱源熱媒
体通路１の上流側から下流側に位置する順序で導出側熱
交換管部５は熱媒体通路１の下流側から上流側に位置す
る順序で連通する。

Description

【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、ガラス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
置およびバーナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のバーナ装置において、燃
焼用酸素含有ガスを予熱する熱交換器は、燃焼排ガスの
排ガス通路に複数本の直線状熱交換管体を燃焼排ガスに
対して向流方向に配設し、この熱交換管体を流動する燃
焼用酸素含有ガスを燃焼排ガスと熱交換により加熱して
予熱された酸素含有ガスを燃焼部に供給する構造が採ら
れていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のバーナ装置
における熱交換器は、直線状熱交換管体は燃焼排ガスの
流動方向の上流側と下流側とでは温度分布が異なり、熱
交換管体が熱損傷され易い問題があった。
【０００４】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
換装置およびバーナ装置を提供するものである。
【０００５】
【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、この熱源熱媒体通路
の外周に沿ってこの熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒
体の流動方向に対して並設された被熱交換熱媒体の導入
室および導出室と、前記被熱交換熱媒体の導入室と導出
室とに両端部を連通接続して前記熱源熱媒体通路に配設
され被熱交換熱媒体が流動する複数の被熱交換管体とを
備えている。
【０００６】また、前記各被熱交換管体は、前記被熱交
換熱媒体の導入室にそれぞれ外周側端部を連通接続し前
記熱源熱媒体通路の熱源熱媒体の流動方向に対して直交
する面に配設される渦巻状の導入側熱交換管部と、前記
被熱交換熱媒体の導出室にそれぞれ外周側端部を連通接
続し前記熱源熱媒体通路の熱源熱媒体の流動方向に対し
て直交する面に配設される渦巻状の導出側熱交換管部
と、前記導入側熱交換管部と導出側熱交換管部との内周
側端部を互いに連通接続し前記熱源熱媒体通路を流動す
る熱源熱媒体の流動方向に配設される直線状の連通管部
とを有している。
【０００７】さらに、前記各被熱交換管体の導入側熱交
換管部と導出側熱交換管部とを連通接続する連通管部の
長さをそれぞれ異なる長さとし、この連通管部の長さが
長い被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱交換管
部との間に連通管部の長さが短い被熱交換管体の導入側
熱交換管部と導出側熱交換管部を順次に配設して複数の
被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱交換管部と
を前記熱媒体通路の熱源熱媒体の流動方向に並設したも
のである。
【０００８】そして、導入室に導入された被熱交換熱媒
体は、それぞれこの導入室に外周側端部を連通した複数
の熱交換管体の渦巻状の導入側熱交換管部にそれぞれ流
入して熱媒体通路を流動する熱源熱媒体と熱交換され、
さらに、各導出側熱交換管部の内周側端部に連通された
各連通管部を経て熱源熱媒体と熱交換されながら導出側
熱交換管部に流動して導出部に流出される。
【０００９】各熱交換管体の渦巻状の導入側熱交換部と
導出側熱交換管部は熱源熱媒体通路の熱源熱媒体の流動
方向に対して熱媒体通路の下流側から上流側に位置する
順序で互いに順次に各連通管部にて連通されているた
め、被熱交換熱媒体は熱源熱媒体の温度が比較的に低い
かまたは高い導入側熱交換管部から熱源熱媒体の温度が
比較的に高いかまたは低い導出側被熱交換管部に流入
し、各熱交換管体を流動する被熱交換熱媒体の熱交換熱
量は略均等化され、各熱交換管体の温度を従来の熱源熱
媒体通路に熱源熱媒体の流動方向に直線状に配設した熱
交換管体に比して温度上昇を低くでき、熱交換管体の熱
損傷を低減できるため、耐久性を高め、また、熱交換管
体の熱計算が容易となる。
【００１０】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、熱源熱媒体通路の熱源
熱媒体が流動する下流側に第１の熱交換部を形成すると
ともに上流側に第２の熱交換部を形成し、前記第１の熱
交換部は前記熱源熱媒体通路の熱源熱媒体が流動する下
流側に被熱交換熱媒体の導入室を形成するとともに前記
熱源熱媒体通路の熱源熱媒体が流動する上流側に被熱交
換熱媒体の導出室を形成し、前記第２の熱交換部は前記
熱源熱媒体通路の熱源熱媒体が流動する上流側に被熱交
換熱媒体の導入室を形成するとともに前記熱源熱媒体通
路の熱源熱媒体が流動する下流側に被熱交換熱媒体の導
出室を形成し、前記第１の熱交換部の被熱交換熱媒体の
導出室に前記第２の熱交換部の被熱交換熱媒体の導入室
を連通し、前記第１の熱交換部と第２の熱交換部とにそ
れぞれ両端部を被熱交換熱媒体の導入室と導出室とに接
続した被熱交換熱媒体が流動する複数の被熱交換管体を
熱源熱媒体通路に配設したものである。
【００１１】そして、被熱交換熱媒体は第１の熱交換部
と第２の熱交換部とで熱媒体通路を流動する熱源熱媒体
にて熱交換され、熱源熱媒体の熱回収率が高められ、熱
源熱媒体と効率よく熱交換され、熱源熱媒体の熱回収率
が高められ、しかも、第１の熱交換部の熱交換管体と第
２の熱交換部の熱交換管体とは熱媒体通路の熱源熱媒体
の流動方向に対して各導入側熱交換管部と各導出側熱交
換管部とは互いに反対位置となるため、熱源熱媒体と被
熱交換熱媒体との熱交換効率が高められるとともに各熱
交換管体を流動する被熱交換熱媒体の熱交換熱量は略均
等化され、各熱交換管体の温度を熱交換効率に比して温
度上昇を低くでき、熱交換管体の熱損傷を低減できるた
め、耐久性を高め、また、熱交換管体の熱計算が容易と
なる。
【００１２】請求項３記載の発明のバーナ装置は、燃焼
部と、この燃焼部の燃焼排ガスが流動する熱源熱媒体通
路と、この熱源熱媒体通路の外周に沿ってこの熱源熱媒
体通路を流動する燃焼排ガスの流動方向に対して並設さ
れた燃焼用酸素含有ガスの導入室および前記燃焼部の燃
焼用酸素含有ガス導入部に連通された燃焼用酸素含有ガ
スの導出室と、前記燃焼用酸素含有ガスの導入室と導出
室とに両端部を連通接続して前記熱源熱媒体通路に配設
され燃焼用酸素含有ガスが流動する複数の被熱交換管体
とを備えている。
【００１３】また、前記各被熱交換管体は、前記燃焼用
酸素含有ガスの導入室にそれぞれ外周側端部を連通接続
し前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガスの流動方向に対して
直交する面に配設される渦巻状の導入側熱交換管部と、
前記燃焼用酸素含有ガスの導出室にそれぞれ外周側端部
を連通接続し前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガスの流動方
向に対して直交する面に配設される渦巻状の導出側熱交
換管部と、前記導入側熱交換管部と導出側熱交換管部と
の内周側端部を互いに連通接続し前記熱源熱媒体通路を
流動する燃焼排ガスの流動方向に配設される直線状の連
通管部とを有している。
【００１４】さらに、前記各被熱交換管体の導入側熱交
換管部と導出側熱交換管部とを連通接続する連通管部の
長さをそれぞれ異なる長さとし、この連通管部の長さが
長い被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱交換管
部との間に連通管部の長さが短い被熱交換管体の導入側
熱交換管部と導出側熱交換管部を順次に配設して複数の
被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱交換管部と
を前記熱媒体通路の熱源熱媒体の流動方向に並設したも
のである。
【００１５】そして、導入室に導入された被熱交換熱媒
体の燃焼用酸素含有ガスは、それぞれこの導入室に外周
側端部を連通した複数の熱交換管体の渦巻状の導入側熱
交換管部にそれぞれ流入して熱媒体通路を流動する熱源
熱媒体の燃焼排気ガスと熱交換され、さらに、各導出側
熱交換管部の内周側端部に連通された各連通管部を経て
燃焼排ガスと熱交換されながら導出側熱交換管部に流動
して導出部に流出され、燃焼排ガスの廃熱を有効に回収
して熱を燃焼用酸素含有ガスを予熱できる。
【００１６】各熱交換管体の渦巻状の導入側熱交換部と
導出側熱交換管部は熱源熱媒体通路の燃焼排ガスの流動
方向に対して熱媒体通路の下流側から上流側に位置する
順序で互いに順次に各連通管部にて連通されているた
め、燃焼用酸素含有ガスは燃焼排ガスの温度が比較的に
低いかまたは高い導入側熱交換管部から燃焼排ガスの温
度が比較的に高いかまたは低い導出側被熱交換管部に流
入し、各熱交換管体を流動する燃焼用酸素含有ガスの熱
交換熱量は略均等化され、各熱交換管体の温度を従来の
熱源熱媒体通路に燃焼排ガスの流動方向に直線状に配設
した熱交換管体に比して温度上昇を低くでき、熱交換管
体の熱損傷を低減できるため、耐久性を高め、また、熱
交換管体の熱計算が容易となる。
【００１７】請求項４記載の発明のバーナ装置は、請求
項３記載のバーナ装置において、熱源熱媒体通路の燃焼
排ガスが流動する下流側に第１の熱交換部を形成すると
ともに上流側に第２の熱交換部を形成し、前記第１の熱
交換部は前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガスが流動する下
流側に燃焼用酸素含有ガスの導入室を形成するとともに
前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガスが流動する上流側に燃
焼部の燃焼用酸素含有ガス導入部に連通された被熱交換
熱媒体の導出室を形成し、前記第２の熱交換部は前記熱
源熱媒体通路の燃焼排ガスが流動する上流側に燃焼用酸
素含有ガスの導入室を形成するとともに前記熱源熱媒体
通路の燃焼排ガスが流動する下流側に燃焼用酸素含有ガ
スの導出室を形成し、前記第１の熱交換部の燃焼用酸素
含有ガスの導出室に前記第２の熱交換部の燃焼用酸素含
有ガスの導入室を連通し、前記第１の熱交換部と第２の
熱交換部とにそれぞれ両端部を燃焼用酸素含有ガスの導
入室と導出室とに接続した燃焼用酸素含有ガスが流動す
る複数の被熱交換管体を熱源熱媒体通路に配設したもの
である。
【００１８】そして、被熱交換熱媒体の燃焼用酸素含有
ガスは第１の熱交換部と第２の熱交換部とで熱媒体通路
を流動する燃焼排ガスにて熱交換され、燃焼排ガスの熱
回収率が高められ、燃焼排ガスと効率よく熱交換され、
燃焼排ガスの熱回収率が高められ、燃焼排ガスの廃熱を
有効に回収して熱を燃焼用酸素含有ガスを予熱できる。
【００１９】しかも、第１の熱交換部の熱交換管体と第
２の熱交換部の熱交換管体とは熱媒体通路の燃焼排ガス
の流動方向に対して各導入側熱交換管部と各導出側熱交
換管部とは互いに反対位置となるため、各熱交換管体を
流動する燃焼用酸素含有ガスの熱交換熱量は略均等化さ
れ、各熱交換管体の温度を熱交換効率に比して温度上昇
を低くでき、熱交換管体の熱損傷を低減できるため、耐
久性を高め、また、熱交換管体の熱計算が容易となる。
【００２０】
【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。
【００２１】図１および図２において、熱源熱媒体通路
１は、熱源熱媒体、例えばバーナの燃焼部に連通され燃
焼排ガスが流動する略円筒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上半部の外周に沿
って形成した被熱交換熱媒体、例えば、燃焼用酸素含有
ガスの導入室２と、この熱媒体通路１の上流側に位置す
る下半部の外周に沿って形成した被熱交換熱媒体の導出
室３とが、この熱源熱媒体通路１を流動する熱源熱媒体
の流動方向に並設されている。この導出室３は、例え
ば、バーナの燃焼部に連通されている。
【００２２】また、前記被熱交換熱媒体の導入室２と導
出室３とに被熱交換熱媒体が流動する複数の被熱交換管
体６の両端部がそれぞれ連通接続され、この各被熱交換
管体６は前記熱源熱媒体通路１に配設されている。
【００２３】そして、前記各被熱交換管体６は、図３に
示すように渦巻状の導入側熱交換管部４と渦巻状の導出
側熱交換管部５およびこの導入側熱交換管部４と導出側
熱交換管部５との内周側端部を互いに連通接続する直線
状の連通管部９が一体的に形成されている。この連通管
部９の長さは各被熱交換管体６ごとにそれぞれ異なる長
さを有している。
【００２４】また、前記各被熱交換管体６の導入側熱交
換管部４のそれぞれの外周側端部は前記被熱交換熱媒体
の導入室２に連通接続され、導出側熱交換管部５のそれ
ぞれの外周側端部は導出室３に連通接続され、前記渦巻
状の導入側熱交換管部４と導出側熱交換管部５は前記熱
源熱媒体通路１に熱源熱媒体の流動方向に対してそれぞ
れ直交する面に配設されるとともに直線状の連通管部９
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
向に配設される。
【００２５】なお、前記各被熱交換管体６の導入側熱交
換管部４は導出側熱交換管部５より前記熱源熱媒体通路
１の下流側に接続されている。
【００２６】また、前記導入室２には被熱交換媒体の導
入口７が形成され、前記導出室３には導出口８が形成さ
れている。
【００２７】そして、図１および図２に示すように、前
記連通管部９の長さが長い被熱交換管体６の導入側熱交
換管部４と導出側熱交換管部５との間に連通管部９の長
さが短い被熱交換管体６の導入側熱交換管部４と導出側
熱交換管部５を順次に配設して複数の被熱交換管体６の
導入側熱交換管部４と導出側熱交換管部５とを前記熱媒
体通路１の熱源熱媒体の流動方向に並設され、前記熱媒
体通路１を流れる熱源熱媒体の流動方向と前記導入側熱
交換管部４および導出側熱交換管部５を流れる被熱交換
熱媒体の流動方向とは直交流となり、導入側熱交換管部
４と導出側熱交換管部５の中央部に配設した各連通管部
９を熱媒体通路１を流れる被熱交換熱媒体の流動方向は
熱源熱媒体の流動方向と並流となる。
【００２８】例えば、前記被熱交換管体６の各導入側熱
交換管部４を前記熱媒体通路１を流れる熱源熱媒体の下
流側に配設するとともに各導出側熱交換管部５を前記熱
媒体通路１を流れる熱源熱媒体の上流側に配設し、連通
管部９の長さが最も長い被熱交換管体６の導入側熱交換
管部４は熱源熱媒体の最も下流側に、導出側熱交換管部
５は熱源熱媒体の最も上流側に配設され、連通管部９の
長さが短かくなる順序で各導入側熱交換管部４は熱源熱
媒体の下流側から上流側に位置する順序で、導出側熱交
換管部５は前記排ガス通路１の上流側から下流側に位置
する順序で配設される。
【００２９】なお、前記導入室２と各導入側熱交換管部
４との連通部は図２に示すように順次円周方向に偏位さ
れるとともに、前記導出室３と各導出側熱交換管部５と
の連通部も順次円周方向に偏位されている。
【００３０】また、前記導入側熱交換管部４、導出側熱
交換管部５および連通管部９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一体的に
成形する。
【００３１】次にこの実施の形態の作用を説明する。
【００３２】熱媒体通路１の下流側に位置する導入室２
に導入口７から導入された被熱交換熱媒体は、それぞれ
この導入室２に一端を連通した複数の被熱交換管体６の
渦巻状の導入側熱交換管部４にそれぞれ流入して熱媒体
通路１を流動する熱源熱媒体とは直交流となって熱交換
される。
【００３３】さらに、各導入側熱交換管部４にて熱源熱
媒体と熱交換されながら各導入側熱交換管部４の他端側
に流動した被熱交換熱媒体は各連通管部９にて熱媒体通
路１を流動する熱源熱媒体と熱交換されながら流動し、
この各連通管部９に連通された上流側に位置する各導出
側熱交換管部５にそれぞれ流入し、各導出側熱交換管部
５に流入した被熱交換熱媒体は熱媒体通路１を流動する
熱源熱媒体と直交流となってさらに熱交換されて導出室
３に流出され、この導出口８から流出される。
【００３４】そして、各導入側熱交換管部４にて熱源熱
媒体と熱交換された被熱交換熱媒体は、それぞれ熱媒体
通路１の下流側に位置する導入流側熱交換管部４から前
記熱媒体通路１の上流側に位置する導出側熱交換管部５
への順序で互いに順次に連通するため、被熱交換熱媒体
は熱源熱媒体の比較的温度の低い下流側に位置する導入
側熱交換管部４から熱源熱媒体の比較的温度の高い上流
側に位置する導出側熱交換管部５に流れ、また、被熱交
換熱媒体は熱源熱媒体の比較的温度の高い上流側に位置
する導入側熱交換管部４から熱源熱媒体の比較的温度の
低い下流側に位置する導出側熱交換管部５に流れ、各被
熱交換管体６を流動する被熱交換熱媒体の熱交換熱量は
各略均等化される。
【００３５】前記実施の形態では、略円筒状の熱媒体通
路１に配設した導入側熱交換管部４および導出流側熱交
換管部５を略渦巻き円環状に形成した構成について説明
したが、図４に示すように熱媒体通路１を断面矩形状に
形成し、導入側熱交換管部４および導出側熱交換管部５
を略渦巻き矩形形状とすることもでき、また、断面形状
を楕円形状など適宜の形状とすることもできる。
【００３６】さらに、前記各実施の形態では、熱源熱媒
体と被熱交換熱媒体は、燃焼排ガスと燃焼用酸素含有ガ
ス、例えば空気の気体について説明したが、熱源熱媒体
と被熱交換熱媒体の一方または両方を液体とすることも
できる。
【００３７】次に前記実施の形態の熱交換装置を備えた
バーナ装置の一実施の形態の構成を図５に基いて説明す
る。
【００３８】10は燃焼装置の窯炉で、この窯炉10内の燃
焼部に連通した熱源熱媒体の燃焼排ガスの流出口11が形
成され、この流出口11に下側部を連通した上流側の排ガ
ス通路となる熱源熱媒体通路12が垂直状に形成され、こ
の上流側の熱源熱媒体通路12の上側部は水平方向の中間
熱源熱媒体通路13を介して垂直方向の下流側の燃焼排ガ
ス通路となる熱源熱媒体通路14の上端部が連通され、こ
の下流側の熱源熱媒体通路14の下端部は排ガス放出路に
連通され、前記中間燃焼排ガス流路13は断熱材にて覆わ
れている。
【００３９】また、前記下流側の熱源熱媒体通路14の下
流側に位置する下半部の外周に被熱交換熱媒体の燃焼用
酸素含有ガス、例えば空気の導入室15が形成され、この
下流側の熱源熱媒体通路14の上流側に位置する上半部の
外周に燃焼用酸素含有ガスの導出室16が形成されてい
る。さらに、前記上流側の熱源熱媒体通路12の下流側に
位置する下半部の外周に前記導出室16に接続管17にて連
通された燃焼用酸素含有ガスの導入室18が形成され、こ
の下流側の排ガス通路12の上流側に位置する上半部の外
周に燃焼用酸素含有ガスの導出室19が形成されている。
【００４０】そして、前記下流側の被熱交換熱媒体の導
入室15と導出室16とに被熱交換熱媒体が流動する複数の
被熱交換管体20の両端部がそれぞれ連通接続され、この
各被熱交換管体20が下流側の熱源熱媒体通路14に配設さ
れて第１の熱交換部21が形成されている。
【００４１】また、前記上流側の被熱交換熱媒体の導入
室18と導出室19とに被熱交換熱媒体が流動する複数の被
熱交換管体22の両端部がそれぞれ連通接続され、この各
被熱交換管体22が上流側の熱源熱媒体通路12に配設され
て第２の熱交換部23が形成されている。
【００４２】そして、前記第１および第２の熱交換部2
1，23の各被熱交換管体20，22は、前記図１ないし図３
に示す実施の形態と同一構成で、渦巻状の導入側熱交換
管部25，26と渦巻状の導出側熱交換管部27，28およびこ
の導入側熱交換管部25，26と導出側熱交換管部27，28と
の内周側端部を互いに連通接続する直線状の連通管部2
9，30が一体的に形成されている。この連通管部29，30
の長さは各被熱交換管体20，22ごとにそれぞれ異なる長
さを有している。
【００４３】また、前記各被熱交換管体20，22の導入側
熱交換管部25，26のそれぞれの外周側端部は前記被熱交
換熱媒体の導入室15，18に連通接続され、導出側熱交換
管部27，28のそれぞれの外周側端部は導出室16，19に連
通接続され、前記渦巻状の導入側熱交換管部25，26と導
出側熱交換管部27，28は前記下流側の熱源熱媒体通路14
に熱源熱媒体の流動方向に対してそれぞれ直交する面に
配設されるとともに直線状の連通管部29，30は前記下流
側および上流側の熱源熱媒体通路14，12を流動する熱源
熱媒体の流動方向に配設される。
【００４４】なお、前記第１の熱交換部21の各被熱交換
管体20の渦巻状の導入側熱交換管部25は導出側熱交換管
部27より前記下流側の熱源熱媒体通路14の下流側に配設
され、第２の熱交換部22の各被熱交換管体22の渦巻状の
導入側熱交換管部26は導出側熱交換管部28より前記上流
側の熱源熱媒体通路12の上流側に配設される。
【００４５】また、前記下流側の熱源熱媒体通路14の外
周に形成した導入室15には被熱交換媒体の導入口31が形
成され、前記上流側の熱源熱媒体通路12の導出室19には
導出口32が形成されている。
【００４６】そして、前記第１および第２の熱交換部2
1，23の各被熱交換管体20，22の連通管部29，30の長さ
が長い被熱交換管体20，23の導入側熱交換管部25，26と
導出側熱交換管部27，28との間に連通管部29，30の長さ
が短い被熱交換管体20，22の導入側熱交換管部25，26と
導出側熱交換管部27，28を順次に配設して複数の被熱交
換管体20，23の導入側熱交換管部25，26と導出側熱交換
管部27，28とを前記下流側および上流側熱媒体通路14，
12の熱源熱媒体の流動方向に並設され、この熱媒体通路
14，12を流れる熱源熱媒体の流動方向と前記導入側熱交
換管部25，26および導出側熱交換管部27，28を流れる被
熱交換熱媒体の流動方向とは直交流となり、導入側熱交
換管部25，26と導出側熱交換管部27，28の中央部に配設
した各連通管部29，30を熱媒体通路14，12を流れる被熱
交換熱媒体の流動方向は熱源熱媒体の流動方向と並流と
なる。
【００４７】例えば、前記第１の熱交換部21の被熱交換
管体20の各導入側熱交換管部25を前記熱媒体通路14を流
れる熱源熱媒体の下流側に配設するとともに各導出側熱
交換管部27を前記熱媒体通路14を流れる熱源熱媒体の下
流側に配設し、連通管部29の長さが最も長い被熱交換管
体20の導入側熱交換管部25は熱源熱媒体の最も下流側
に、導出側熱交換管部27は熱源熱媒体の最も上流側に配
設され、連通管部29の長さが短かくなる順序で各導入側
熱交換管部25は熱源熱媒体の下流側から上流側に位置す
る順序で、導出側熱交換管部27は前記熱源熱媒体通路14
の上流側から下流側に位置する順序で配設される。
【００４８】前記第２の熱交換部23の被熱交換管体22の
各導入側熱交換管部26を前記熱媒体通路12を流れる熱源
熱媒体の上流側に配設するとともに各導出側熱交換管部
28を前記熱媒体通路12を流れる熱源熱媒体の下流側に配
設し、連通管部30の長さが最も長い被熱交換管体22の導
入側熱交換管部26は熱源熱媒体の最も上流側に、導出側
熱交換管部28は熱源熱媒体の最も下流側に配設され、連
通管部30の長さが短かくなる順序で各導入側熱交換管部
26は熱源熱媒体の上流側から下流側に位置する順序で、
導出側熱交換管部28は前記熱源熱媒体通路12の下流側か
ら上流側に位置する順序で配設される。
【００４９】なお、前記第１および第２の熱交換部21，
23の導入室15，18と各導入側熱交換管部25，26との連通
部は順次円周方向に偏位されるとともに、前記導出室1
6，19と各導出側熱交換管部27，28との連通部も順次円
周方向に偏位されている。
【００５０】さらに、第１の熱交換部21の下流側の熱媒
体通路14の下流側に位置する導入室15に導入口31が形成
され、また、第２の熱交換部23の下流側の熱媒体通路12
の下流側に位置する導出室19に導出口32が連通され、こ
の導出口32は導出路にて燃焼装置10の窯炉10の燃焼部に
連通されている。
【００５１】また、前記被熱交換管体20，22の導入側熱
交換管部25，26、導出側熱交換管部27，28および連通管
部29，30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一体的に成形する。
【００５２】次にこの実施の形態の作用を説明する。
【００５３】窯炉10内の燃焼部からの熱源熱媒体の燃焼
排ガスは、流入口11の上流側の熱源熱媒体通路12を流動
して第２の熱交換部23の熱交換管体22の導入側熱交換管
部26および導出側熱交換管部27を流動する空気と向流と
なって熱交換し、中間熱源熱媒体通路13を経て下流側の
熱源熱媒体通路14を流動して第１の熱交換部21の導出側
熱交換管部27および導入側熱交換管部25を流れる被熱交
換熱媒体の燃焼用酸素含有ガス、例えば空気と直交流と
なって熱交換し、排ガス放出路に放出される。
【００５４】また、第１の熱交換部21の下流側の熱媒体
通路14の下流側に位置する導入室15に導入口31から導入
された被熱交換熱媒体は、それぞれこの導入室15に一端
を連通した複数の被熱交換管体20の渦巻状の導入側熱交
換管部25にそれぞれ流入して熱媒体通路14を流動する熱
源熱媒体とは直交流となって熱交換される。
【００５５】さらに、各被熱交換管体20の導入側熱交換
管部25にて熱源熱媒体と熱交換されながら各導入側熱交
換管部25の他端側に流動した被熱交換熱媒体は各連通管
部29にて熱媒体通路14を流動する熱源熱媒体と熱交換さ
れながら流動し、この各連通管部29に連通された上流側
に位置する各導出側熱交換管部27にそれぞれ流入し、各
導出側熱交換管部27に流入した被熱交換熱媒体は熱媒体
通路14を流動する熱源熱媒体と直交流となってさらに熱
交換されて導出室16に流出され、この導出室16から接続
管17を経て第２の熱交換部23の導入室18に流入される。
【００５６】また、第２の熱交換部23の各被熱交換管体
22の導入側熱交換管部26にて熱源熱媒体と熱交換されな
がら各導入側熱交換管部26の他端側に流動した被熱交換
熱媒体は各連通管部30にて熱媒体通路12を流動する熱源
熱媒体と熱交換されながら流動し、この各連通管部30に
連通された下流側に位置する各導出側熱交換管部28にそ
れぞれ流入し、各導出側熱交換管部28に流入した被熱交
換熱媒体は熱媒体通路12を流動する熱源熱媒体と直交流
となってさらに熱交換されて導出室19に流出され、この
導出室19から燃焼装置10の窯炉10の燃焼部に供給され
る。
【００５７】そして、各導入側熱交換管部25，26にて熱
源熱媒体と熱交換された被熱交換熱媒体は、それぞれ熱
媒体通路14，12の導入流側熱交換管部25，26から導出側
熱交換管部27，28への順序で互いに順次に連通するた
め、第１の熱交換部21では、被熱交換熱媒体は熱源熱媒
体の下流側に位置する導入側熱交換管部25から熱源熱媒
体の上流側に位置する導出側熱交換管部27に流れるとと
もに、熱源熱媒体の上流側に位置する導入側熱交換管部
25から熱源熱媒体の下流側に位置する導出側熱交換管部
27に流れ、各被熱交換管体20を流動する被熱交換熱媒体
の熱交換熱量は各略均等化される。
【００５８】また、第２の熱交換部23では、被熱交換熱
媒体は熱源熱媒体の比較的温度の低い下流側に位置する
導入側熱交換管部26から熱源熱媒体の上流側に位置する
導出側熱交換管部28に流れるとともに、被熱交換熱媒体
は熱源熱媒体の上流側に位置する導入側熱交換管部26か
ら熱源熱媒体の下流側に位置する導出側熱交換管部28に
流れ、各被熱交換管体22を流動する被熱交換熱媒体の熱
交換熱量は各略均等化される。
【００５９】そして、第２の熱交換部23の導出室19に流
出された被熱交換熱媒体はの燃焼用酸素含有ガス導入部
35に流出し、窯炉10の燃焼部に供給される。
【００６０】さらに、前記各実施の形態では、熱源熱媒
体と被熱交換熱媒体は、燃焼排ガスと燃焼用酸素含有ガ
ス、例えば空気の気体について説明したが、熱源熱媒体
と被熱交換熱媒体の一方または両方を液体とすることも
できる。
【００６１】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、熱媒体通
路の導入室に導入された被熱交換熱媒体は、それぞれこ
の導入室に一端を連通した複数の被熱交換管体の略渦巻
状の導入側熱交換管部にそれぞれ流入して熱媒体通路を
流動する熱源熱媒体と熱交換され、さらに、各導入側熱
交換管部の他端に連通された各連通管部を経て熱源熱媒
体と熱交換されながら導出側熱交換管部に流動して導出
室に流出され、熱交換は直交流となって熱効率よく熱交
換され、各導入側熱交換管部と導出側熱交換管部とを流
動する被熱交換熱媒体の熱交換熱量は略均等化され、熱
交換率が高められても各被熱交換管体の温度上昇が低く
熱交換管体の熱損傷を低減できるため、耐久性を高め、
また、熱交換管体の熱計算が容易となる。
【００６２】請求項２記載の発明によれば、熱源熱媒体
通路の下流側の第１の熱交換部にて熱交換された被熱交
換熱媒体は導出室から熱源熱媒体通路の上流側の第２の
熱交換部の導入室に導入されて再び熱交換され、熱源熱
媒体の熱を効率よく回収することができる。
【００６３】請求項３記載の発明によれば、燃焼排ガス
が流動する熱媒体通路の導入室に導入された被熱交換熱
媒体の燃焼用酸素含有ガス、例えば空気は、それぞれこ
の導入室に一端を連通した複数の被熱交換管体の略渦巻
状の導入側熱交換管部にそれぞれ流入して熱媒体通路を
流動する燃焼排ガスと熱交換され、さらに、各導入側熱
交換管部の他端に連通された各連通管部を経て燃焼排ガ
スと熱交換されながら導出側熱交換管部に流動して導出
室に流出され、熱交換は直交流となって熱効率よく熱交
換され、各導入側熱交換管部と導出側熱交換管部とを流
動する燃焼用酸素含有ガスの熱交換熱量は略均等化さ
れ、熱交換率が高められても各被熱交換管体の温度上昇
が低く熱交換管体の熱損傷を低減できるため、耐久性を
高め、また、熱交換管体の熱計算が容易となる。
【００６４】請求項４記載の発明によれば、熱源熱媒体
通路の下流側の第１の熱交換部にて熱交換された被熱交
換熱媒体の燃焼用酸素含有ガスは導出室から熱源熱媒体
通路の上流側の第２の熱交換部の導入室に導入されて再
び熱交換され、燃焼排ガスの熱を効率よく予熱すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す熱交換装置の縦断
面図である。
【図２】同上横断面図である。
【図３】同上熱交換管部の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す熱交換装置の横
断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示すバーナ装置の縦
断面図である。
【符号の説明】
１，12，14 熱源熱媒体通路 ２，15，18 導入室 ３，16，19 導出室 ４，25，26 導入側熱交換管部 ５，27，28 導出側熱交換管部 ６，20，22 被熱交換管体 ９，29，30 連通管部 21 第１の熱交換部 23 第２の熱交換部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱源熱媒体通路と、この熱源熱媒体通路
    の外周に沿ってこの熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒
    体の流動方向に対して並設された被熱交換熱媒体の導入
    室および導出室と、前記被熱交換熱媒体の導入室と導出
    室とに両端部を連通接続して前記熱源熱媒体通路に配設
    され被熱交換熱媒体が流動する複数の被熱交換管体とを
    備え、 前記各被熱交換管体は、前記被熱交換熱媒体の導入室に
    それぞれ外周側端部を連通接続し前記熱源熱媒体通路の
    熱源熱媒体の流動方向に対して直交する面に配設される
    渦巻状の導入側熱交換管部と、前記被熱交換熱媒体の導
    出室にそれぞれ外周側端部を連通接続し前記熱源熱媒体
    通路の熱源熱媒体の流動方向に対して直交する面に配設
    される渦巻状の導出側熱交換管部と、前記導入側熱交換
    管部と導出側熱交換管部との内周側端部を互いに連通接
    続し前記熱源熱媒体通路を流動する熱源熱媒体の流動方
    向に配設される直線状の連通管部とを有し、 前記各被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱交換
    管部とを連通接続する連通管部の長さをそれぞれ異なる
    長さとし、この連通管部の長さが長い被熱交換管体の導
    入側熱交換管部と導出側熱交換管部との間に連通管部の
    長さが短い被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱
    交換管部を順次に配設して複数の被熱交換管体の導入側
    熱交換管部と導出側熱交換管部とを前記熱媒体通路の熱
    源熱媒体の流動方向に並設したことを特徴とした熱交換
    装置。
  2. 【請求項２】 熱源熱媒体通路の熱源熱媒体が流動する
    下流側に第１の熱交換部を形成するとともに上流側に第
    ２の熱交換部を形成し、 前記第１の熱交換部は前記熱源熱媒体通路の熱源熱媒体
    が流動する下流側に被熱交換熱媒体の導入室を形成する
    とともに前記熱源熱媒体通路の熱源熱媒体が流動する上
    流側に被熱交換熱媒体の導出室を形成し、 前記第２の熱交換部は前記熱源熱媒体通路の熱源熱媒体
    が流動する上流側に被熱交換熱媒体の導入室を形成する
    とともに前記熱源熱媒体通路の熱源熱媒体が流動する下
    流側に被熱交換熱媒体の導出室を形成し、 前記第１の熱交換部の被熱交換熱媒体の導出室に前記第
    ２の熱交換部の被熱交換熱媒体の導入室を連通し、 前記第１の熱交換部と第２の熱交換部とにそれぞれ両端
    部を被熱交換熱媒体の導入室と導出室とに接続した被熱
    交換熱媒体が流動する複数の被熱交換管体を熱源熱媒体
    通路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。
  3. 【請求項３】 燃焼部と、この燃焼部の燃焼排ガスが流
    動する熱源熱媒体通路と、この熱源熱媒体通路の外周に
    沿ってこの熱源熱媒体通路を流動する燃焼排ガスの流動
    方向に対して並設された燃焼用酸素含有ガスの導入室お
    よび前記燃焼部の燃焼用酸素含有ガス導入部に連通され
    た燃焼用酸素含有ガスの導出室と、前記燃焼用酸素含有
    ガスの導入室と導出室とに両端部を連通接続して前記熱
    源熱媒体通路に配設され燃焼用酸素含有ガスが流動する
    複数の被熱交換管体とを備え、 前記各被熱交換管体は、前記燃焼用酸素含有ガスの導入
    室にそれぞれ外周側端部を連通接続し前記熱源熱媒体通
    路の燃焼排ガスの流動方向に対して直交する面に配設さ
    れる渦巻状の導入側熱交換管部と、前記燃焼用酸素含有
    ガスの導出室にそれぞれ外周側端部を連通接続し前記熱
    源熱媒体通路の燃焼排ガスの流動方向に対して直交する
    面に配設される渦巻状の導出側熱交換管部と、前記導入
    側熱交換管部と導出側熱交換管部との内周側端部を互い
    に連通接続し前記熱源熱媒体通路を流動する燃焼排ガス
    の流動方向に配設される直線状の連通管部とを有し、 前記各被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱交換
    管部とを連通接続する連通管部の長さをそれぞれ異なる
    長さとし、この連通管部の長さが長い被熱交換管体の導
    入側熱交換管部と導出側熱交換管部との間に連通管部の
    長さが短い被熱交換管体の導入側熱交換管部と導出側熱
    交換管部を順次に配設して複数の被熱交換管体の導入側
    熱交換管部と導出側熱交換管部とを前記熱媒体通路の熱
    源熱媒体の流動方向に並設したことを特徴としたバーナ
    装置。
  4. 【請求項４】 熱源熱媒体通路の燃焼排ガスが流動する
    下流側に第１の熱交換部を形成するとともに上流側に第
    ２の熱交換部を形成し、 前記第１の熱交換部は前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガス
    が流動する下流側に燃焼用酸素含有ガスの導入室を形成
    するとともに前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガスが流動す
    る上流側に燃焼部の燃焼用酸素含有ガス導入部に連通さ
    れた被熱交換熱媒体の導出室を形成し、 前記第２の熱交換部は前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガス
    が流動する上流側に燃焼用酸素含有ガスの導入室を形成
    するとともに前記熱源熱媒体通路の燃焼排ガスが流動す
    る下流側に燃焼用酸素含有ガスの導出室を形成し、 前記第１の熱交換部の燃焼用酸素含有ガスの導出室に前
    記第２の熱交換部の燃焼用酸素含有ガスの導入室を連通
    し、 前記第１の熱交換部と第２の熱交換部とにそれぞれ両端
    部を燃焼用酸素含有ガスの導入室と導出室とに接続した
    燃焼用酸素含有ガスが流動する複数の被熱交換管体を熱
    源熱媒体通路に配設したことを特徴とする請求項３記載
    のバーナ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110423881A (zh) * 2019-08-28 2019-11-08 浙江丰业集团有限公司 一种长程辊底式固溶退火炉
US11781940B2 (en) 2018-04-19 2023-10-10 Kairos Water, Inc. Fluid control system

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11781940B2 (en) 2018-04-19 2023-10-10 Kairos Water, Inc. Fluid control system
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