JP2003343803A - 蒸発器を利用した熱回収装置の改良 - Google Patents
蒸発器を利用した熱回収装置の改良Info
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 蒸発器本体の外周にある不可避的な構造部を
できる限り小さくできる可能性のある蒸散器の提供。 【課題を解決するための手段】 二重管構造内の水の加
熱蒸発を利用して熱エネルギーを回収する蒸発器におい
て、蒸発器外周の設置構造部の内側を蒸気及び熱水の気
水混合物の通路となるよう蒸発器を構成する。
できる限り小さくできる可能性のある蒸散器の提供。 【課題を解決するための手段】 二重管構造内の水の加
熱蒸発を利用して熱エネルギーを回収する蒸発器におい
て、蒸発器外周の設置構造部の内側を蒸気及び熱水の気
水混合物の通路となるよう蒸発器を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水が蒸発する際
に、吸収する気化熱によって熱エネルギーを回収する蒸
発器に関する。
に、吸収する気化熱によって熱エネルギーを回収する蒸
発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】水の蒸発を利用して、熱エネルギーを回
収する蒸発器は従来より種々のものが知られている。蒸
発器の形式としては大別して、排ガス等を装置の内部で
燃焼させて熱を得る内熱式のものと、装置をユニット化
して高温の燃焼ガス中等に配して熱を得る外熱式のもの
がある。ここで内熱式のものの一例を本出願人の提案に
係わる特公平５−６０２号を利用して説明する。この公
報の蒸発器は、図１に示すように外側にジャケット５０
を有する有底の外筒５１内に下部の入口５２より燃焼ガ
スを導入し、燃焼ガスが複数のバッフル板５３により複
雑な径路をたどって、上部の出口５４より排出される通
路に、有底の外管５５と無底の内管５６とからなる二重
管を適宜数立設し、内管５６内に供給される水が熱せら
れて、外管５５内のかつ内管５６の外側の空間を蒸気混
りの熱水として上昇したものを気水分離器５７で、熱水
と蒸気に分離して蒸気は蓋の回収口５７から回収する一
方、熱水は再降下させ、あわせて、ジャケット５０内で
熱せられた気水も利用できる構成となっている。
収する蒸発器は従来より種々のものが知られている。蒸
発器の形式としては大別して、排ガス等を装置の内部で
燃焼させて熱を得る内熱式のものと、装置をユニット化
して高温の燃焼ガス中等に配して熱を得る外熱式のもの
がある。ここで内熱式のものの一例を本出願人の提案に
係わる特公平５−６０２号を利用して説明する。この公
報の蒸発器は、図１に示すように外側にジャケット５０
を有する有底の外筒５１内に下部の入口５２より燃焼ガ
スを導入し、燃焼ガスが複数のバッフル板５３により複
雑な径路をたどって、上部の出口５４より排出される通
路に、有底の外管５５と無底の内管５６とからなる二重
管を適宜数立設し、内管５６内に供給される水が熱せら
れて、外管５５内のかつ内管５６の外側の空間を蒸気混
りの熱水として上昇したものを気水分離器５７で、熱水
と蒸気に分離して蒸気は蓋の回収口５７から回収する一
方、熱水は再降下させ、あわせて、ジャケット５０内で
熱せられた気水も利用できる構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような蒸発器は、
熱回収の効率の観点では全く問題ないが、実際の製作及
び／又はメンテナンス上では問題が生じてくる。これは
例えば下方アセンブリの上部フランジ５８と上方アセン
ブリの下部フランジ５９とを必要に応じて脱着しうる結
合部とすることが必要である。しかしながら、図１に見
られるようにこの結合部は、燃焼ガスによって高熱を受
けるため熱膨張及び収縮を受け易い。そのため結合の安
全性から、両フランジ部の厚さを大きくしたり、フラン
ジ外径を大きくしたりして、ボルト等の結合手段による
結合への影響をできるだけ少なくする必要がある。しか
しながら、このような大きなフランジ部では、装置全体
の高さや、外径が大きくならざるを得ない。
熱回収の効率の観点では全く問題ないが、実際の製作及
び／又はメンテナンス上では問題が生じてくる。これは
例えば下方アセンブリの上部フランジ５８と上方アセン
ブリの下部フランジ５９とを必要に応じて脱着しうる結
合部とすることが必要である。しかしながら、図１に見
られるようにこの結合部は、燃焼ガスによって高熱を受
けるため熱膨張及び収縮を受け易い。そのため結合の安
全性から、両フランジ部の厚さを大きくしたり、フラン
ジ外径を大きくしたりして、ボルト等の結合手段による
結合への影響をできるだけ少なくする必要がある。しか
しながら、このような大きなフランジ部では、装置全体
の高さや、外径が大きくならざるを得ない。
【０００４】一方、外熱式の蒸発器にあっても、例えば
図２に示すように、煙道６０中を左右方向に流れる高温
の燃焼ガス中に上下方向に長い構造の蒸発器６１を多数
本を配置して熱エネルギーを回収する場合、図３の平面
断面図に示されるように、煙道６０中を燃焼ガスの流れ
方向に平行な複数の耐火壁６２で仕切り（図３では５つ
の耐火壁６２の例が示されている）、細分化された各煙
道中にそれぞれ複数の蒸発器６１を配置するが、各蒸発
器６１の取付載置フランジ６３は平面的に重複してはい
けないから、多くの蒸発器を平面的にできるだけ密に配
置しうるためには、このフランジ６３はできる限り小さ
い方が望ましい。しかしながら、従来の蒸発器では、前
記のフランジの部分が高温となる構造であったため、こ
のフランジはできるだけ厚くかつ半径が大きくせざるを
得ず、従って、多くの蒸発器を平面的に密に配置するに
は限界があった。本発明は上記のような従来例の蒸発器
の問題点を解消しようとするもので、蒸発器本体の外周
にあって、実際の製作上あるいは設置上不可避的に必要
とされる例えばフランジ等の構造部分が高温に加熱され
ない構造とすることによって、平面視的な面積等を縮小
しえるコンパクトな構造であって、伴わせて熱交換効率
の良い蒸発器を提供することを目的とする。
図２に示すように、煙道６０中を左右方向に流れる高温
の燃焼ガス中に上下方向に長い構造の蒸発器６１を多数
本を配置して熱エネルギーを回収する場合、図３の平面
断面図に示されるように、煙道６０中を燃焼ガスの流れ
方向に平行な複数の耐火壁６２で仕切り（図３では５つ
の耐火壁６２の例が示されている）、細分化された各煙
道中にそれぞれ複数の蒸発器６１を配置するが、各蒸発
器６１の取付載置フランジ６３は平面的に重複してはい
けないから、多くの蒸発器を平面的にできるだけ密に配
置しうるためには、このフランジ６３はできる限り小さ
い方が望ましい。しかしながら、従来の蒸発器では、前
記のフランジの部分が高温となる構造であったため、こ
のフランジはできるだけ厚くかつ半径が大きくせざるを
得ず、従って、多くの蒸発器を平面的に密に配置するに
は限界があった。本発明は上記のような従来例の蒸発器
の問題点を解消しようとするもので、蒸発器本体の外周
にあって、実際の製作上あるいは設置上不可避的に必要
とされる例えばフランジ等の構造部分が高温に加熱され
ない構造とすることによって、平面視的な面積等を縮小
しえるコンパクトな構造であって、伴わせて熱交換効率
の良い蒸発器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】請求項１記載の
発明によれば、二重管構造内の水の加熱蒸発を利用して
熱エネルギーを回収する蒸発器において、蒸発器外周の
設置構造部の内側を蒸気及び熱水の気水混合物の通路と
なるよう構成したことを特徴とする蒸発器が提供され
る。
発明によれば、二重管構造内の水の加熱蒸発を利用して
熱エネルギーを回収する蒸発器において、蒸発器外周の
設置構造部の内側を蒸気及び熱水の気水混合物の通路と
なるよう構成したことを特徴とする蒸発器が提供され
る。
【０００６】これによって、例えばコークス炉ガスは大
気圧より低いため、ガスの通路への空気の流入を防ぐた
め、通路中に断熱耐火物でライニングされた穴を作り、
二重管構造により熱を回収せざるを得ないが、請求項１
の発明によれば、蒸発器の設置構造部が高温になる恐れ
がないので、設置構造部の小規模化、即ち、蒸発器全体
のコンパクト化が可能であるから、多数個配置される蒸
発器として最適のものを提供できることになる。
気圧より低いため、ガスの通路への空気の流入を防ぐた
め、通路中に断熱耐火物でライニングされた穴を作り、
二重管構造により熱を回収せざるを得ないが、請求項１
の発明によれば、蒸発器の設置構造部が高温になる恐れ
がないので、設置構造部の小規模化、即ち、蒸発器全体
のコンパクト化が可能であるから、多数個配置される蒸
発器として最適のものを提供できることになる。
【０００７】請求項２記載の発明によれば、下方部の燃
焼器で燃焼させたガスの燃焼熱で、上方部の、二重管構
造内及び外周ジャケット内の水を加熱蒸発させて熱エネ
ルギーを回収する蒸発器において、二重管構造における
内管を支持する内筒の管板と外管を支持する外筒の管板
とを上下方向に空間を有するよう配置すると共に、外筒
の下方部に外周ジャケットを配し、前記空間経由で二重
管構造の気水混合物を上方に導き、上方でジャケットか
らの気水混合物を合流させる一方、外管を支持する管板
の上面部にジャケットの給水系を開口させ、外管を支持
する管板の直下部に燃焼ガスの出口を設けたことを特徴
とする蒸発器が提供される。
焼器で燃焼させたガスの燃焼熱で、上方部の、二重管構
造内及び外周ジャケット内の水を加熱蒸発させて熱エネ
ルギーを回収する蒸発器において、二重管構造における
内管を支持する内筒の管板と外管を支持する外筒の管板
とを上下方向に空間を有するよう配置すると共に、外筒
の下方部に外周ジャケットを配し、前記空間経由で二重
管構造の気水混合物を上方に導き、上方でジャケットか
らの気水混合物を合流させる一方、外管を支持する管板
の上面部にジャケットの給水系を開口させ、外管を支持
する管板の直下部に燃焼ガスの出口を設けたことを特徴
とする蒸発器が提供される。
【０００８】これによって、蒸発器のフランジ部等の構
造部に高熱が加わらないことに加え、ジャケットの給水
系等が合理的に構成されているので、蒸発器全体の構成
をコンパクトにすることができる。
造部に高熱が加わらないことに加え、ジャケットの給水
系等が合理的に構成されているので、蒸発器全体の構成
をコンパクトにすることができる。
【０００９】請求項３記載の発明によれば、燃焼器を内
筒と外筒で囲み燃焼室を画成し、燃焼ガスを外筒でいっ
たん下降させ内筒の外周を経由した後上方へ指向させる
一方、上記燃焼室内の材質を放射率の高いものとするこ
とを特徴とする請求項２記載の蒸発器が提供される。
筒と外筒で囲み燃焼室を画成し、燃焼ガスを外筒でいっ
たん下降させ内筒の外周を経由した後上方へ指向させる
一方、上記燃焼室内の材質を放射率の高いものとするこ
とを特徴とする請求項２記載の蒸発器が提供される。
【００１０】これによって、バーナによって燃焼したガ
スは、いったん外筒と内筒間のドーナツ状の空間を通っ
てから上方の二重管方向へ向うことになり、内筒の外面
を経由する際内筒を加熱するので燃焼室の温度が維持さ
れ易くなり、低温のジャケットに燃焼熱が吸熱されて、
好適な燃焼状態を阻害されるようなことはない。
スは、いったん外筒と内筒間のドーナツ状の空間を通っ
てから上方の二重管方向へ向うことになり、内筒の外面
を経由する際内筒を加熱するので燃焼室の温度が維持さ
れ易くなり、低温のジャケットに燃焼熱が吸熱されて、
好適な燃焼状態を阻害されるようなことはない。
【００１１】請求項４記載の発明によれば、高温ガスの
通路中に複数の仕切壁を立設し、これら仕切壁によって
形成された流路内に請求項１記載の蒸発器を吊り下げ連
続的に蒸気を回収する方法が提供される。
通路中に複数の仕切壁を立設し、これら仕切壁によって
形成された流路内に請求項１記載の蒸発器を吊り下げ連
続的に蒸気を回収する方法が提供される。
【００１２】これによって、多数の蒸発器を平面的に密
に整列して配置できるので、熱エネルギーの回収に無駄
のない蒸気の回収方法が提供できる。
に整列して配置できるので、熱エネルギーの回収に無駄
のない蒸気の回収方法が提供できる。
【００１３】請求項５記載の発明によれば、仕切り壁本
体内に縦方向の貫通孔を設け、請求項１記載の蒸発器を
吊り下げることを特徴とする蒸気の回収方法が提供され
る。
体内に縦方向の貫通孔を設け、請求項１記載の蒸発器を
吊り下げることを特徴とする蒸気の回収方法が提供され
る。
【００１４】これによって、仕切り壁の熱エネルギーを
回収できる上に、例えば二重管構造の下端を下面の耐火
材中に摺動自在に支持させれば、蒸発器全体が仕切り壁
の転倒防止用のサポートとなるようにすることもでき
る。
回収できる上に、例えば二重管構造の下端を下面の耐火
材中に摺動自在に支持させれば、蒸発器全体が仕切り壁
の転倒防止用のサポートとなるようにすることもでき
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】第１実施例（図４、図５参照）
本実施例は、高濃度高温の水素ガスの流れから、熱エネ
ルギーを回収する実施例に係わる。これは例えば、製鉄
系で使用されるコークスの作成時に発生するコークス炉
ガスに対し酸素を吹込み、従来では冷却除去していたタ
ール分も全て改質した場合、約６０％の水素を含む１５
００℃程度の熱ガスが得られるが、このようなガスから
熱エネルギーを回収するのに適しているものである。こ
のような場合に使用される蒸発器は外形的なコンパクト
さという初期の課題のみならず次のような問題も解決さ
れねばならない。即ち、高温、高濃度の水素ガスに接す
るための材質は、本来９９％程度のアルミナ又はジルコ
ニア等の耐火物しか耐え得ないから、できる限り簡単な
構造が必要とされる一方、高温ガスに直接接する熱交換
管の温度は均一で低温であることが望まれるので、熱交
換効率を考えると、高圧の水蒸気で熱回収を行う必要が
ある。以下に、これらの要求を満たしうる本発明の実施
例について説明する。
ルギーを回収する実施例に係わる。これは例えば、製鉄
系で使用されるコークスの作成時に発生するコークス炉
ガスに対し酸素を吹込み、従来では冷却除去していたタ
ール分も全て改質した場合、約６０％の水素を含む１５
００℃程度の熱ガスが得られるが、このようなガスから
熱エネルギーを回収するのに適しているものである。こ
のような場合に使用される蒸発器は外形的なコンパクト
さという初期の課題のみならず次のような問題も解決さ
れねばならない。即ち、高温、高濃度の水素ガスに接す
るための材質は、本来９９％程度のアルミナ又はジルコ
ニア等の耐火物しか耐え得ないから、できる限り簡単な
構造が必要とされる一方、高温ガスに直接接する熱交換
管の温度は均一で低温であることが望まれるので、熱交
換効率を考えると、高圧の水蒸気で熱回収を行う必要が
ある。以下に、これらの要求を満たしうる本発明の実施
例について説明する。
【００１６】図４において、上方耐火材１及び下方耐火
材２の間を手前から図の背面側に流れる水素ガスから熱
エネルギーを回収するため、左右の垂直耐火材３及び底
部耐火材４によって、水素ガスの流れる方向に細分化さ
れた通路が画成される。このような通路は、図３のよう
に左右方向に複数並設することができるが、図４では一
つの通路のみの例を示している。このような通路内に上
方から、外管５及び内管６よりなる二重管構造による熱
交換構造が吊下される。
材２の間を手前から図の背面側に流れる水素ガスから熱
エネルギーを回収するため、左右の垂直耐火材３及び底
部耐火材４によって、水素ガスの流れる方向に細分化さ
れた通路が画成される。このような通路は、図３のよう
に左右方向に複数並設することができるが、図４では一
つの通路のみの例を示している。このような通路内に上
方から、外管５及び内管６よりなる二重管構造による熱
交換構造が吊下される。
【００１７】外管５は、外側に上部フランジ７、下方に
載置フランジ８をそれぞれ備えた円筒形の外筒９の下部
に固定された管板１０にそれぞれ固定されて吊下されて
いる。内管６は、外筒９の内部に間隔を有して配置され
る内筒１１の、下部に固定された管板１２に支持され、
下方に吊下されている。なお、この内筒１１は、その管
板１２の下部に設けられたスペーサ１３が外筒９の管板
１０の上面に載置されることによって外筒９の管板１０
と内筒１１の管板１２との間に空間を画成している。外
筒９の上部フランジ７を利用して蓋１４が、そのフラン
ジ１５によって固定される。蓋１４は、最上部に蒸気出
口１６を有すると共に、上面に給水部１７、液面計配置
部１８を適宜備えている。蓋１４の内側には外筒９及び
内筒１１の側壁と同心円をなしつつ、かつ内筒１１の内
側壁と一定の間隔を持つように気液分離筒１９が全周的
に固着垂下されている。
載置フランジ８をそれぞれ備えた円筒形の外筒９の下部
に固定された管板１０にそれぞれ固定されて吊下されて
いる。内管６は、外筒９の内部に間隔を有して配置され
る内筒１１の、下部に固定された管板１２に支持され、
下方に吊下されている。なお、この内筒１１は、その管
板１２の下部に設けられたスペーサ１３が外筒９の管板
１０の上面に載置されることによって外筒９の管板１０
と内筒１１の管板１２との間に空間を画成している。外
筒９の上部フランジ７を利用して蓋１４が、そのフラン
ジ１５によって固定される。蓋１４は、最上部に蒸気出
口１６を有すると共に、上面に給水部１７、液面計配置
部１８を適宜備えている。蓋１４の内側には外筒９及び
内筒１１の側壁と同心円をなしつつ、かつ内筒１１の内
側壁と一定の間隔を持つように気液分離筒１９が全周的
に固着垂下されている。
【００１８】この実施例においては、外筒９の外側の載
置フランジ８は、外筒９底部の管板１０より高いレベル
にあって、そのため、この載置フランジ８部の外筒９の
内側は気水混合物の上方への通路の一部をなしている。
又、この載置フランジ８は上方耐火材１の上部金属被覆
２０のチャンネル状上部折り返し部２１の水平面上にパ
ッキンのみを介して載置されている。
置フランジ８は、外筒９底部の管板１０より高いレベル
にあって、そのため、この載置フランジ８部の外筒９の
内側は気水混合物の上方への通路の一部をなしている。
又、この載置フランジ８は上方耐火材１の上部金属被覆
２０のチャンネル状上部折り返し部２１の水平面上にパ
ッキンのみを介して載置されている。
【００１９】以上のような第１実施例において、蓋１４
の吸水部１７より供給された水は、内筒１１内を経由し
て内管６を降下して内管６と外管５間の空間（以下、単
に外管５内と云う）へ至り、高温のガスで外側を熱せら
れるため、熱水と水蒸気の混合物である気水となって外
管５内を上昇した後、外筒９の管板１０の上方空間から
外筒５の内側部、即ち、外筒５の外側の載置フランジ８
の内側部、を通り外筒５の側壁と内筒１１の側壁間の空
間を上昇し、気水分離筒１９の水平面に衝突した後、熱
水と水蒸気に分離され、熱水は内筒１１内へ落下し、再
度内管６を下降する一方、水蒸気は、蓋１４の蒸気出口
１６に至る。このような実施例１においては、外筒９の
載置フランジ８の内側部を気水の通り道としたので、載
置フランジ８は高温になる恐れがないので、フランジの
径や厚さを大きくする必要はなく、又、ボルトによる固
定自体も省略し、パッキンのみを介在するようにするこ
とができる。
の吸水部１７より供給された水は、内筒１１内を経由し
て内管６を降下して内管６と外管５間の空間（以下、単
に外管５内と云う）へ至り、高温のガスで外側を熱せら
れるため、熱水と水蒸気の混合物である気水となって外
管５内を上昇した後、外筒９の管板１０の上方空間から
外筒５の内側部、即ち、外筒５の外側の載置フランジ８
の内側部、を通り外筒５の側壁と内筒１１の側壁間の空
間を上昇し、気水分離筒１９の水平面に衝突した後、熱
水と水蒸気に分離され、熱水は内筒１１内へ落下し、再
度内管６を下降する一方、水蒸気は、蓋１４の蒸気出口
１６に至る。このような実施例１においては、外筒９の
載置フランジ８の内側部を気水の通り道としたので、載
置フランジ８は高温になる恐れがないので、フランジの
径や厚さを大きくする必要はなく、又、ボルトによる固
定自体も省略し、パッキンのみを介在するようにするこ
とができる。
【００２０】第２実施例（図６、図７参照）
この実施例は外筒９の外側載置フランジ８の内側部が、
熱水と水蒸気からなる気水の通路とされている技術的思
想の点では、図４及び図５に示された第１実施例の蒸発
器と同じであるが、その下方の、外管５及び内管６より
なる熱交換部としての二重管構造が一組しか有しない点
で大きく異なっている。二重管構造を単一にした理由
は、図７に一例が示されているが、垂直耐火材３を多数
の単位ブロック２２から形成し（各ブロックは図７の表
裏方向に長く伸びている）、これらブロック２２の内、
所定のものは中央に内孔２３を有するものとし、この内
孔２３内に前記単一の二重管構造を配置することによっ
て、垂直耐火材３からも熱エネルギーを回収しようとす
るものである。なおこの例においては二重管部の下部を
安定させるため、図６の下方に示すように、下部耐火材
２に用意された開口部に、外管５の下端を摺動自在に案
内しうる摺動受筒２４が設けられている。このような構
成は逆に云えば垂直耐火材３の転倒防止にも資するもの
である。
熱水と水蒸気からなる気水の通路とされている技術的思
想の点では、図４及び図５に示された第１実施例の蒸発
器と同じであるが、その下方の、外管５及び内管６より
なる熱交換部としての二重管構造が一組しか有しない点
で大きく異なっている。二重管構造を単一にした理由
は、図７に一例が示されているが、垂直耐火材３を多数
の単位ブロック２２から形成し（各ブロックは図７の表
裏方向に長く伸びている）、これらブロック２２の内、
所定のものは中央に内孔２３を有するものとし、この内
孔２３内に前記単一の二重管構造を配置することによっ
て、垂直耐火材３からも熱エネルギーを回収しようとす
るものである。なおこの例においては二重管部の下部を
安定させるため、図６の下方に示すように、下部耐火材
２に用意された開口部に、外管５の下端を摺動自在に案
内しうる摺動受筒２４が設けられている。このような構
成は逆に云えば垂直耐火材３の転倒防止にも資するもの
である。
【００２１】第３実施例（図８参照）
この実施例は、例えば家庭用の高分子型燃料電池システ
ム（ＰＥＦＣ）用の蒸発器に関する。このような蒸発器
では先述の外側構造部ができる限り小さいものであるこ
とに加えて、圧力を有する容積をできる限り小さくする
こと、又、燃料電池システムのスタート時間を短かくす
る必要があること、スタート時は炭化水素を燃焼し定常
状態では燃料電池の排水素を燃焼するので、残留する炭
化水素、又は脂肪族アルコールを完全に燃焼し、しかも
Ｎｏｘの発生を全んどゼロにすることが必要であること
が望まれる。このため、第３実施例では次のような構造
が採用される。
ム（ＰＥＦＣ）用の蒸発器に関する。このような蒸発器
では先述の外側構造部ができる限り小さいものであるこ
とに加えて、圧力を有する容積をできる限り小さくする
こと、又、燃料電池システムのスタート時間を短かくす
る必要があること、スタート時は炭化水素を燃焼し定常
状態では燃料電池の排水素を燃焼するので、残留する炭
化水素、又は脂肪族アルコールを完全に燃焼し、しかも
Ｎｏｘの発生を全んどゼロにすることが必要であること
が望まれる。このため、第３実施例では次のような構造
が採用される。
【００２２】この実施例は、基本的には第１実施例及び
第２実施例の蒸発器の構造を、内熱式の蒸発器に応用し
たものと云える。この実施例では高温ガスの通路中に載
置するための外筒外側の載置フランジはもはや有さず、
かわりに、外管５及び内管６の組よりなる二重管構造部
の外側をジャケット２５を備えた下部外筒２６で覆って
いる。ジャケット２５を備えたこの下部外筒２６は、前
記外管５を支持するための管板１０を底部に備えた外筒
９と一体のものとして構成されることによって、蒸散器
の圧力を有する容積を軽減している。この下部外筒２６
内の下方には、バーナ２７を配し、下方から供給される
燃焼ガスを着火器２８で点火し、燃焼室形成用内筒２９
と燃焼室形成用外筒３０で形成された空間で燃焼させ
る。
第２実施例の蒸発器の構造を、内熱式の蒸発器に応用し
たものと云える。この実施例では高温ガスの通路中に載
置するための外筒外側の載置フランジはもはや有さず、
かわりに、外管５及び内管６の組よりなる二重管構造部
の外側をジャケット２５を備えた下部外筒２６で覆って
いる。ジャケット２５を備えたこの下部外筒２６は、前
記外管５を支持するための管板１０を底部に備えた外筒
９と一体のものとして構成されることによって、蒸散器
の圧力を有する容積を軽減している。この下部外筒２６
内の下方には、バーナ２７を配し、下方から供給される
燃焼ガスを着火器２８で点火し、燃焼室形成用内筒２９
と燃焼室形成用外筒３０で形成された空間で燃焼させ
る。
【００２３】燃焼室をこのように形成するのは次のよう
な理由に基づく。燃焼部は低温のジャケット部に周囲を
かこまれることになるが、本願発明では、蒸発器全体を
コンパクトにすることも一つの目的であるから、このよ
うにするとジャケットが余計燃焼部に近づくことから、
ジャケットに熱を吸収されてしまって高温状態の空間を
維持する事が出来ない。つまり、燃料と燃焼用空気を完
全に混合して着火しても周囲のジャケット部に直ちに熱
を吸収されて燃焼状態を維持出来ない。連続的にスパー
クを飛ばしても未燃物が残る燃焼となり不具合となる。
それ故、周囲の低温のジャケット部への熱放射で燃焼室
式の温度が下る事を防ぐ手段を設け燃焼室の内壁面を出
来る限り高温に保つ事が必要となるのであるが前記の構
成はそのためのものである。又、燃焼室の大きさも滞留
時間が下記の実験式により計算される時間が必要である
（実験式は発明者が実験より確立したものである）。 Ｔ＝（８／１０００）×（１６７３／ＴＦ）３ Ｔ＝滞留時間 秒 ＴＦ＝理論燃焼温度 ゜Ｋ 燃焼室は内部燃焼室と外部ドーナツリング状の全容積で
ある。なお、外部に設けられた混合器で燃料と燃焼用空
気は予混合されるものとする。
な理由に基づく。燃焼部は低温のジャケット部に周囲を
かこまれることになるが、本願発明では、蒸発器全体を
コンパクトにすることも一つの目的であるから、このよ
うにするとジャケットが余計燃焼部に近づくことから、
ジャケットに熱を吸収されてしまって高温状態の空間を
維持する事が出来ない。つまり、燃料と燃焼用空気を完
全に混合して着火しても周囲のジャケット部に直ちに熱
を吸収されて燃焼状態を維持出来ない。連続的にスパー
クを飛ばしても未燃物が残る燃焼となり不具合となる。
それ故、周囲の低温のジャケット部への熱放射で燃焼室
式の温度が下る事を防ぐ手段を設け燃焼室の内壁面を出
来る限り高温に保つ事が必要となるのであるが前記の構
成はそのためのものである。又、燃焼室の大きさも滞留
時間が下記の実験式により計算される時間が必要である
（実験式は発明者が実験より確立したものである）。 Ｔ＝（８／１０００）×（１６７３／ＴＦ）３ Ｔ＝滞留時間 秒 ＴＦ＝理論燃焼温度 ゜Ｋ 燃焼室は内部燃焼室と外部ドーナツリング状の全容積で
ある。なお、外部に設けられた混合器で燃料と燃焼用空
気は予混合されるものとする。
【００２４】内筒燃焼室の材質は放射率が８０％以上の
ものが良く炭化硅素、窒化硅素等が最も適するがコージ
エライト、ムライト等のセラミックに放射塗料を塗布し
たものでも良い。炭化硅素、窒化硅素等は６３５℃以上
で酸化触媒としての機能を有していて燃焼に適する。又
放射率の高いものは燃料分子を励起させて燃焼を促進さ
せる効果がある遠赤外線の領域の波長のエネルギーを多
く放射するので燃焼が早く完了する。
ものが良く炭化硅素、窒化硅素等が最も適するがコージ
エライト、ムライト等のセラミックに放射塗料を塗布し
たものでも良い。炭化硅素、窒化硅素等は６３５℃以上
で酸化触媒としての機能を有していて燃焼に適する。又
放射率の高いものは燃料分子を励起させて燃焼を促進さ
せる効果がある遠赤外線の領域の波長のエネルギーを多
く放射するので燃焼が早く完了する。
【００２５】このような燃焼器によって内筒内に下部か
ら燃焼用混合気を吹出しスパーク等で着火し内筒燃焼室
内でほとんど燃焼し蓋体のカバーの外筒と内筒の間で形
成されるドーナツリング状の空間を流れ内筒の外面を加
熱した後、上方に指向し、二重管構造の外部に適宜用意
されたバッフル板３１で迂回を繰り返す過程で、二重管
構造とジャケット２５内の水を加熱した後、外管５を支
持する管板１０の直下部の出口３２から外部に排出され
る。
ら燃焼用混合気を吹出しスパーク等で着火し内筒燃焼室
内でほとんど燃焼し蓋体のカバーの外筒と内筒の間で形
成されるドーナツリング状の空間を流れ内筒の外面を加
熱した後、上方に指向し、二重管構造の外部に適宜用意
されたバッフル板３１で迂回を繰り返す過程で、二重管
構造とジャケット２５内の水を加熱した後、外管５を支
持する管板１０の直下部の出口３２から外部に排出され
る。
【００２６】ジャケット２５に対する水の供給及びジャ
ケット２５で発生した水蒸気の回収は次の通りである。
まず水の供給系３３は図８の右側に示されるように、ジ
ャケット２５の下方からなされるが、本実施例ではこの
水の供給系３３は外筒９の管板１０と内筒１１の管板１
２にはさまれた広い空間に連通されている。この空間に
は二重管構造で加熱された気水混合物が上昇してくるが
二重管部のドーナツリング状の断面積よりもはるかに広
い面積となるので上昇した気水混合物の内の、熱水の大
部分は管板１０上に残ることになるのでこれをジャケッ
ト２５に供給するものである。
ケット２５で発生した水蒸気の回収は次の通りである。
まず水の供給系３３は図８の右側に示されるように、ジ
ャケット２５の下方からなされるが、本実施例ではこの
水の供給系３３は外筒９の管板１０と内筒１１の管板１
２にはさまれた広い空間に連通されている。この空間に
は二重管構造で加熱された気水混合物が上昇してくるが
二重管部のドーナツリング状の断面積よりもはるかに広
い面積となるので上昇した気水混合物の内の、熱水の大
部分は管板１０上に残ることになるのでこれをジャケッ
ト２５に供給するものである。
【００２７】ジャケット２５の熱水と蒸気とを上方に送
る蒸気回収系３４は図８の左側に示され、これは当然ジ
ャケット２５上部に接続されていて、上方に導びかれ、
外筒９と内筒１１で囲まれた空間、即ち、二重管構造で
発生した熱水と水蒸気の気水混合物の上方通路へ合流す
る。なお、二重管からの蒸発量とジャケット２５からの
蒸発量と比較してジャケット２５からの蒸発量が大きい
場合にはジャケット２５の上部の気水取出口３５に気液
分離能力を有する蒸発物取出用パイプ（３４の位置）と
液下降用パイプ３６を有する物を取付け、この下降用パ
イプ３６はジャケット２５下部に接続する。このように
構成することの目的は燃焼温度が高い場合とか燃焼量が
多い場合に、ジャケットの空隙が小さい場合には特に蒸
発量が一定とならない事があるためである。
る蒸気回収系３４は図８の左側に示され、これは当然ジ
ャケット２５上部に接続されていて、上方に導びかれ、
外筒９と内筒１１で囲まれた空間、即ち、二重管構造で
発生した熱水と水蒸気の気水混合物の上方通路へ合流す
る。なお、二重管からの蒸発量とジャケット２５からの
蒸発量と比較してジャケット２５からの蒸発量が大きい
場合にはジャケット２５の上部の気水取出口３５に気液
分離能力を有する蒸発物取出用パイプ（３４の位置）と
液下降用パイプ３６を有する物を取付け、この下降用パ
イプ３６はジャケット２５下部に接続する。このように
構成することの目的は燃焼温度が高い場合とか燃焼量が
多い場合に、ジャケットの空隙が小さい場合には特に蒸
発量が一定とならない事があるためである。
【００２８】以上のようにして、二重管構造及びジャケ
ット２５が産した水蒸気と熱水の混合物である気水混合
物の分離回収については、実施例１と同様に行われる。
ット２５が産した水蒸気と熱水の混合物である気水混合
物の分離回収については、実施例１と同様に行われる。
【図１】従来例の蒸散器の縦断面図である。
【図２】一部を破断図で示す、従来例の蒸発器の模式的
正面図である。
正面図である。
【図３】一部を破断図で示す、従来例の蒸発器の模式的
平面図である。
平面図である。
【図４】本発明の第１実施例の縦断面図である。
【図５】図４の要部のみの水平断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の縦断面図である。
【図７】図６の要部のみの水平断面図である。
【図８】本発明の第３実施例の縦断面図である。
１…上方耐火材、２…下方耐火材、３…垂直耐火材、４
…底部耐火材、５…外管、６…内管、７…上部フラン
ジ、８…載置フランジ、９…外筒、１０…管板、１１…
内筒、１２…管板、１３…スペーサ、１４…蓋、１５…
フランジ、１６…蒸気出口、１７…給水部、２０…上部
金属被覆、２２…単位ブロック、２３…内孔、２５…ジ
ャケット、２６…下部外筒、２９…燃焼室形成用内筒、
３０…燃焼室形成用外筒、３２…出口（排ガスの）。
…底部耐火材、５…外管、６…内管、７…上部フラン
ジ、８…載置フランジ、９…外筒、１０…管板、１１…
内筒、１２…管板、１３…スペーサ、１４…蓋、１５…
フランジ、１６…蒸気出口、１７…給水部、２０…上部
金属被覆、２２…単位ブロック、２３…内孔、２５…ジ
ャケット、２６…下部外筒、２９…燃焼室形成用内筒、
３０…燃焼室形成用外筒、３２…出口（排ガスの）。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ２８Ｆ 9/02 Ｆ２８Ｆ 9/02 Ｚ
// Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｎ
8/10 8/10
Claims (5)
- 【請求項１】 二重管構造内の水の加熱蒸発を利用して
熱エネルギーを回収する蒸発器において、蒸発器外周の
設置構造部の内側を蒸気及び熱水の気水混合物の通路と
なるよう構成したことを特徴とする蒸発器。 - 【請求項２】 下方部の燃焼器で燃焼させたガスの燃焼
熱で、上方部の、二重管構造内及び外周ジャケット内の
水を加熱蒸発させて熱エネルギーを回収する蒸発器にお
いて、二重管構造における内管を支持する内筒の管板と
外管を支持する外筒の管板とを上下方向に空間を有する
よう配置すると共に、外筒の下方部に外周ジャケットを
配し、前記空間経由で二重管構造の気水混合物を上方に
導き、上方でジャケットからの気水混合物と合流させる
一方、外管を支持する管板の上面部にジャケットの給水
系を開口させ、外管を支持する管板の直下部に燃焼ガス
の出口を設けたことを特徴とする蒸発器。 - 【請求項３】 燃焼器を内筒と外筒で囲み燃焼室を画成
し、燃焼ガスを外筒でいったん下降させ内筒の外周を経
由した後上方へ指向させる一方、上記燃焼室内の材質を
放射率の高いものとすることを特徴とする請求項２記載
の蒸発器。 - 【請求項４】 高温ガスの通路中に複数の仕切壁を立設
し、これら仕切壁によって形成された流路内に請求項１
記載の蒸発器を吊り下げ連続的に蒸気を回収する方法。 - 【請求項５】 仕切り壁本体内に縦方向の貫通孔を設
け、請求項１記載の蒸発器を吊り下げることを特徴とす
る蒸気の回収方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002151686A JP3896898B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 蒸発器を利用した熱回収装置の改良 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002151686A JP3896898B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 蒸発器を利用した熱回収装置の改良 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003343803A true JP2003343803A (ja) | 2003-12-03 |
| JP3896898B2 JP3896898B2 (ja) | 2007-03-22 |
Family
ID=29769191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002151686A Expired - Fee Related JP3896898B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 蒸発器を利用した熱回収装置の改良 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3896898B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105114924A (zh) * | 2015-09-16 | 2015-12-02 | 江苏奥祺晨特种金属材料集团有限公司 | 一种插入管式环状流蒸汽发生器 |
| RU2614266C1 (ru) * | 2016-02-10 | 2017-03-24 | Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") | Кожухотрубный теплообменник |
| KR101909378B1 (ko) * | 2017-04-06 | 2018-10-17 | 주식회사 푸른기술에너지 | 연료전지용 열교환기 |
-
2002
- 2002-05-27 JP JP2002151686A patent/JP3896898B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| RU2614266C1 (ru) * | 2016-02-10 | 2017-03-24 | Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") | Кожухотрубный теплообменник |
| KR101909378B1 (ko) * | 2017-04-06 | 2018-10-17 | 주식회사 푸른기술에너지 | 연료전지용 열교환기 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3896898B2 (ja) | 2007-03-22 |
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