JP2000009302A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 従来、ドレン弁操作に作業時間を要するとと
もに、操作ミスによる熱交換器の損傷を引き起すという
不具合の発生を防止できる熱交換器を提供する。 【解決手段】 熱交換器は、内部に供給された被加熱媒
体を加熱媒体で加熱して熱交換を行なうとともに、熱交
換を行なわない非作動時には、内部に供給された被加熱
媒体をドレン管０７を介して、外部に放出するようにし
た熱交換器において、熱交換を行なわない非作動時に
は、内部に供給されている被加熱媒体を外部に放出する
オリフィス１３を、ドレン管０７の途中に介装して設け
るものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガスボイラ等の
被加熱媒体を加熱媒体で加熱して、熱交換を行うように
した熱交換器に係り、特に、熱交換器を作動させない停
止時には、熱交換器内に残留する被加熱媒体を排出する
ために設けられているドレン管に、流量を調整して、被
加熱媒体を外部に排出できるようにしたオリフィスを設
けるようにした熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】内部に供給された被加熱媒体としての給
水を、加熱媒体としての燃焼ガスで加熱して蒸気を発生
させるようにしたボイラ、又は排ガスボイラ等の熱交換
器においては、給水を供給する配管および管寄の最低部
にドレン管とドレン弁を設け、熱交換器の作動をさせな
い、いわゆる停缶時には、管寄を含む配管中に残留する
給水を排出して、残留する給水による配管内部の腐食の
進行、又は配管内に残留する給水中に含まれる不純物の
析出によるスケールの生成をできるだけ低減するように
した熱交換器がある。

【０００３】図２は、従来から使用されている熱交換器
としての排ガスボイラを示す模式図である。ガスタービ
ン、若しくは内燃機関等を駆動した後、排出される加熱
媒体としての、燃焼ガス若しくは作動ガスに残存する熱
エネルギーを回収して、被加熱媒体としての給水を加熱
して、蒸気を発生させ、さらにこの蒸気によって、さら
に駆動力を発生させ、若しくは雑用蒸気等として使用す
るようにして、プラントとしての熱効率を高めるように
した排ガスボイラ０１０は、図に示すように、給水管０
１に介装された、図示省略した給水ポンプによって、燃
焼ガス０８の流路０１１の最下流側に配置された、第Ｎ
段目の伝熱ユニット０２に設けられた下部管寄０３に給
水管０１から給水を供給するようにしている。

【０００４】この下部管寄０３に供給された給水は、下
部管寄０３の上端部から上方に向けて、燃焼ガス０８の
流路０１１の横断面内に等間隔に配設された、伝熱ユニ
ット０２を構成する多数の伝熱管０４のうちの複数の上
昇管を通って、伝熱管０４の頂端部に連結された、同様
に伝熱ユニット０２を構成する上部管寄０５に供給され
る。さらに、上部管寄０５に供給された給水は、伝熱管
０４のうちの下降管を通って、再び下部管寄０３に戻さ
れる。

【０００５】このように、伝熱管０４を上昇および下降
し、下部管寄０３と上部管寄０５との間の燃焼ガス流路
０１１内に配設された伝熱管０４を、上昇又は下降して
往復する給水は、その上昇、下降時に伝熱管０４の外側
を流れる燃焼ガス０８との間で熱交換を行い、伝熱ユニ
ット０２が配置された位置における、流路０１１内を流
れる燃焼ガス０８の温度に対応して設定された温度にま
で加熱される。

【０００６】流路０１１の最下流に配置された伝熱ユニ
ット０２で加熱された給水は、第Ｎ段目の伝熱ユニット
０２の下部管寄０３から、最下流に配置された伝熱ユニ
ット０２に隣接して配置された第Ｎ−１段目の伝熱ユニ
ット０２の下部管寄０３に連絡管０６によって供給さ
れ、第Ｎ−１段目の伝熱ユニット０２においても、第Ｎ
段目の伝熱ユニット０２と同様に、第Ｎ−１段目の伝熱
ユニット０２が配置された位置の流路０１１内を流れる
燃焼ガス０８の温度に対応して、第Ｎ段目の伝熱ユニッ
ト０２よりも高い温度に設定された温度にまで加熱され
る。

【０００７】このようにして、上流側に配置された伝熱
ユニット０２に、順次給水が供給されることによって、
給水は順次高い温度にまで加熱され、流路０１１の最上
流に配置された第１段目の伝熱ユニット０２の下部管寄
０３に供給され、排ガスボイラ０１０が設置されている
流路０１１位置では、最も温度の高い燃焼ガス０８に加
熱されて、第１段目の伝熱ユニット０２の上部管寄０５
の頂部に設けた、蒸気管０１２から蒸気となって外部へ
取り出され、図示省略した蒸気タービン等を駆動する。

【０００８】なお、上述した説明では、説明を簡単にす
るため、第１段目の伝熱ユニット０２の下部管寄０３に
は、加熱された給水が供給されるとしたが、燃焼ガス０
８の温度によっては、下流側伝熱ユニット０２の下部管
寄０３から隣接する上流側伝熱ユニット０２の下部管寄
０３へ連絡管０６で供給される給水は、気液混合状態に
なっている場合が多く、通常は、第１段目の伝熱ユニッ
ト０２の下部管寄０３には、気体状態の給水、すなわち
蒸気が供給され、第１段目の伝熱ユニット０２は、供給
された蒸気を、さらに温度上昇させた過熱蒸気の生成に
使用されるようにする場合が多い。

【０００９】また、隣接する伝熱ユニット０２の各下部
管寄０３の間は、上述したように連絡管０６によって、
相互に連結されるとともに、この下流側の伝熱ユニット
０２の下部管寄０３から上流側の伝熱ユニット０２下部
管寄せ０２に給水を供給するようにした連絡管０６の最
低部、および各下部管寄０３の最低部からは、途中にド
レン弁０９を介装したドレン管０７が垂設するようにし
ている。

【００１０】この各連絡管０６および各下部管寄０３か
らそれぞれ垂下して設けるようにしたドレン管０７は、
集約されて、前述した第Ｎ段目の伝熱ユニット０２の下
部管寄０３に給水を供給する給水管０１に連結され、排
ガスボイラ０１０の停缶時に、上部管寄０５、伝熱管０
４、下部管寄０３からなる、各伝熱ユニット０２および
連絡管０６、および給水管０１中に残留する給水の全て
を給水管０１を使って、排ガスボイラ０１０の内部から
排出するようにしている。

【００１１】このように、供給された給水を加熱して蒸
気を発生させるようにした、熱交換器としての従来の排
ガス０１０においては、ガスタービン若しくは内燃機関
等から排出される燃焼ガス０８若しくは作動ガスの保有
する熱エネルギーを段階的に回収して、効率的に熱回収
を行って給水を加熱して蒸気を発生させ、この蒸気によ
っても、駆動力等を発生させるようにして、プラント全
体としての熱効率を向上させることができる。

【００１２】また、給水を供給する連絡管０６、および
下部管寄０３の最低部にドレン管０７とドレン弁０９を
設け、排ガスボイラ０１０が作動しない、いわゆる停缶
時には、上部管寄０５、下部管寄０３からなる管寄およ
び連絡管０６、給水管０１および伝熱管０４等からなる
配管中の給水を排出して、配管内に残留する給水による
配管内部の腐食の進行、又は配管内に滞留する給水中に
含まれる不純物の折出によるスケールの生成をできるだ
け低減し、排ガスボイラ０１０の寿命を長くすることが
できるようにしている。

【００１３】しかしながら、上述した従来の排ガスボイ
ラ０１０においては、ドレン管０７にドレン弁０９を介
装するようにしているために、排ガスボイラ０１０の停
缶の度毎に、各連絡管０６および下部管寄０３から垂下
されたドレン管０７に介装された多数ドレン弁０９の開
放が必要となるとともに、逆に、排ガスボイラ０１０の
起動の度毎に、開放されているドレン弁０９の閉鎖が必
要となる不具合がある。

【００１４】このドレン弁０９の停缶の度毎の開放、又
は起動度毎の閉鎖は、ドレン弁０９を電動弁にして、排
ガスボイラ０１０の停缶、起動に合せて開閉するように
して、弁操作の繁雑さの回避、若しくは開，閉操作ミス
等による伝熱管０４等の焼損、又は腐食の進行、スケー
ルの生成等による排ガスボイラ０１０の低寿命化を防止
するようにすることは、現段階の技術水準では、容易に
できるが、この場合はドレン弁０９およびその駆動機構
等が必要となり高価になるとともに、それらを制御する
制御装置の設置のために、コストが嵩むようになるとい
う不具合がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、停缶時等熱
交換器を作動させないとき、熱交換器内に導入された被
加熱媒体を排出するために設けるようにした、ドレン管
に介装するようにしたドレン弁を設けるようにした従来
の熱交換器において、ドレン弁を設けるために生じる上
述した不具合を解消するため、ドレン弁に代えて、流量
を口径の選定により調節でき、ドレン弁と同様の働きを
させることのできるとともに、一たん設置すれば開閉操
作することなく、停缶時に熱交換器内に導入された被加
熱媒体を自動的に排出することのできるようにして、コ
スト増を招くことのないオリフィスをドレン管に介装す
るようにした熱交換器を提供することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の熱交
換器は、次の手段とした。

【００１７】内部に供給された被加熱媒体を加熱媒体で
加熱して熱交換を行なうとともに、熱交換を行なわない
非作動時には、内部に供給された被加熱媒体をドレン管
を介して外部に放出するオリフィスを、ドレン管の途中
に介装して設けた。

【００１８】なお、オリフィスは、熱交換を行なわない
非作動時に、熱交換器の内部に供給された被加熱媒体が
外部に放出されるとき、通常、作業員の待機を必要とす
る排出時間と、熱交換が行なわれている作動時に、内部
に供給される被加熱媒体がオリフィスからバイパスする
ことにより生じる、被加熱媒体を熱交換器内に供給する
ポンプの作動損失とを考慮して、内部口径等のディメン
ジョンを決定し、ドレン管を介して外部へ排出され、又
は給水管０１へバイパスする被加熱媒体の流量を制御す
るようにすることが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の熱交換器の実施の
一形態を図面にもとづき説明する。図１は、本発明の熱
交換器の実施の第１形態を示す図で、図２において説明
した第Ｎ段目伝熱ユニット０２の下部管寄０３に給水を
供給するようにした給水管０１と、各連絡管０６および
各下部管寄０３より垂下されるドレン管０７の部分を示
す図である。

【００２０】図に示すように、熱交換器としての上述し
た従来の排ガスボイラ０１０が作動しない、いわゆる停
缶時には、図２に示す従来の排ガスボイラ０１０では、
上部管寄０５、下部管寄０３および連絡管０６、給水管
０１および伝熱管０４等の配管中の被加熱媒体としての
給水を排出して、配管内に滞留する給水による配管内部
の腐食の進行、又は配管内に滞留する給水中に含まれる
不純物の折出によるスケールの生成をできるだけ低減す
るために、ドレン管０７にドレン弁０９を介装するよう
にしていたのに対して、本実施の形態の熱交換器として
の排ガスボイラ０１０においては、ドレン弁０９の代り
にドレン抜き用のオリフィス１３を設置し、電動等によ
ってドレン管０９の開閉を行う等の操作を行う必要を無
くした構成とした。

【００２１】すなわち、図２における、ドレン弁０９を
図１に示す様に、ドレン抜き用のオリフィス１３に変更
した場合、給水管０１より供給された給水は、全量、少
くとも、排ガスボイラ０１０の第１段目の下部管寄０３
には流れることとなるが、ドレン抜き用のオリフィス１
３を設置したことにより、ドレン管０７にも、常時給水
が流れることになり、給水管０１より排ガスボイラ０１
０に供給される給水の１部は、ドレン管０７を通って給
水管０１に戻ることになり、この排ガスボイラ０１０を
バイパス循環することにより、排ガスボイラ０１０内を
流れる給水の流量が減少することになる。

【００２２】しかし、このオリフィス１３の口径、すな
わちドレン管０７を流れる給水の量を制御するオリフィ
ス１３の内径を、作業員の待機が必要となるドレン排出
時間も考慮した、最適径に選定することにより、熱交換
を行なわない停缶時等の非作動時には、排ガスボイラ０
１０の内部に供給された給水が、従来のドレン弁０９と
同様に適正な時間内に外部に放出させることができ、し
かも作業員の待機が必要な排出時間を適切なものにでき
る。

【００２３】また、オリフィスの最適径を選定すること
により、排ガスボイラ０１０の内部に供給された給水の
排ガスボイラ０１０内でのバイパス量を抑制し、効率の
低下を最少限とすることができる。すなわち、オリフィ
ス１３の口径変更したことによる給水ポンプの効率の低
下は、高々０．１％程度にでき、排ガスボイラ０１０の
伝熱管０４の伝熱面積の余裕から無視できる程度のもの
にすることができ、実機の適用しても問題のないものに
することができる。

【００２４】さらに、オリフィス１３を採用するように
した為に、停缶時には、ドレン弁０９と同じ作用で、し
かも自動的に給水をドレン管０７を介して外部に排出す
ることが可能となるために、排ガスボイラ０１０の起動
時のドレン弁０９の閉鎖および停缶時の開放が不要とな
り、ドレン弁０９の開閉操作に要する作業を軽減できる
とともに、開閉操作を行うことなく、排ガスボイラ０１
０の起動又は停缶を行った場合においても、排ガスボイ
ラ０１０には何等不具合が生じることがない。また、ド
レン弁０９の開閉操作を行うことなく、排ガスボイラ０
１０を起動若しくは停缶時した場合に生じる不具合を解
消するためにドレン弁０９の開閉を自動化する場合に必
要であった、ドレン弁０９の費用が嵩むとともにドレン
弁０９の制御に必要であった自動制御装置も不要とする
ことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換に
よれば、内部に供給された被加熱媒体を加熱媒体で加熱
して熱交換を行なうとともに、熱交換を行なわない非作
動時には、内部に供給された被加熱媒体をドレン管を介
して外部に放出するオリフィスを、ドレン管の途中に介
装して設けるものとした。

【００２６】これにより、熱交換器の停止時には、熱交
換器内部の被加熱媒体を外部に放出することができる。
さらに、オリフィスの口径を適正な大きさにすることに
より、被加熱媒体の外部への放出時間を適正なものにで
き、作業員の待機時間を適切なものにできるとともに、
オリフィスを設けたことによる熱交換器をバイパスし
て、熱交換器内に被加熱媒体を供給する給水ポンプ等の
損失低下を最小限のものにすることができる。また、オ
リフィスの設置により熱交換器の起動並びに停止の度毎
に行う必要のあったドレン弁の開閉作業が不要になると
ともに、開閉操作ミス等による熱交換器の焼損等を防止
できるとともに、コスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器の実施の第１形態を示す図
で、熱交換器のオリフィス設置部の配管の一部を示す
図，

【図２】従来の熱交換器としての排ガスボイラの全体配
管を示す模式図である。

【符号の説明】

０１ 給水管 ０２ 伝熱ユニット ０３ 下部管寄 ０４ 伝熱管 ０５ 上部管寄 ０６ 連絡管 ０７ ドレン管 ０８ 燃焼ガス ０９ ドレン弁 ０１０ 排ガスボイラ ０１１ 流路 ０１２ 蒸気管 １３ オリフィス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に供給された被加熱媒体を加熱媒体
   で加熱して熱交換を行なうとともに、熱交換を行なわな
   い非作動時には、内部に供給された被加熱媒体をドレン
   管を介して、外部に放出するようにした熱交換器におい
   て、熱交換を行なわない非作動時に、内部に供給された
   被加熱媒体を外部に放出するオリフィスを、前記ドレン
   管の途中に介装したことを特徴とする熱交換器。