JP2005147426A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の伝熱管が配列している伝熱管群内を通過する流体の流速分布を均一化して伝熱管の寿命低下を防止した熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger in which a flow velocity distribution of a fluid passing through a heat transfer tube group in which a plurality of heat transfer tubes are arranged is uniformed to prevent a decrease in the life of the heat transfer tubes.
横型廃熱ボイラーに使用されている熱交換器では、入口ダクトから流入した流体の一例である高温の廃熱ガスは、その流れ方向を変えずに複数の伝熱管が配列している伝熱管群内に流入し、各伝熱管内を通過する被熱交換用流体(例えば、水)との間で熱交換が行われて、温度の下がった廃熱ガスは熱交換器の下流側に設けられた出口ダクトから外部に流出していた。
そして、横型廃熱ボイラーでは、熱交換器内で廃熱ガスの流れ方向が変わらないので、伝熱管群内を通過する廃熱ガスに偏流が発生することがなく、伝熱管群の横断面内における廃熱ガスの速度分布を均一化することが容易であった。このため、伝熱管群内の各伝熱管が横断面内において均等に熱負荷を受けるようにすることができ、伝熱管の寿命を延長することが容易であった。
しかし、廃熱ガスの流れ方向を変化させないようにするためには、熱交換器に流入する廃熱ガスの入側配管及び熱交換器から流出する廃熱ガスの出側配管を設置するための広い面積が必要となって、横型廃熱ボイラーが使用される際の大きな制約となっていた。
In heat exchangers used in horizontal waste heat boilers, heat transfer tube groups in which a plurality of heat transfer tubes are arranged without changing the flow direction of the high-temperature waste heat gas, which is an example of the fluid flowing in from the inlet duct Heat exchange is performed with the heat exchange fluid (for example, water) that flows into the heat transfer tubes and passes through the heat transfer tubes, and the waste heat gas that has fallen in temperature is provided downstream of the heat exchanger. Had flowed out of the outlet duct.
In the horizontal waste heat boiler, the flow direction of the waste heat gas does not change in the heat exchanger, so there is no drift in the waste heat gas passing through the heat transfer tube group, and the horizontal cross section of the heat transfer tube group It was easy to homogenize the velocity distribution of waste heat gas. For this reason, each heat exchanger tube in the heat exchanger tube group can be made to receive a heat load equally in a cross section, and it was easy to extend the lifetime of a heat exchanger tube.
However, in order not to change the flow direction of the waste heat gas, in order to install the inlet side pipe of the waste heat gas flowing into the heat exchanger and the outlet side pipe of the waste heat gas flowing out of the heat exchanger A large area was required, which was a major limitation when a horizontal waste heat boiler was used.
そこで、限られた広さの場所でも設置可能な廃熱ボイラーとして、熱交換器の入口ダクトから流入した廃熱ガスの流れ方向を直角方向に変えて伝熱管群内を通過させ、熱交換器の下流側に設けられた出口ダクトから排出する直交型廃熱ボイラーが提案されている。
しかし、直交型廃熱ボイラーでは、廃熱ガスが伝熱管群内を通過する前に熱交換器内で流れの向きが直角に変えられるため、熱交換器内部で廃熱ガスの流れに偏流が発生する。そして、廃熱ガスの流れに偏流が発生すると、伝熱管群の横断面内における廃熱ガスの流速が不均一になって、伝熱管の熱負荷が局所的に増加することになる。このため、伝熱管の局所的な腐食が進行し、直交型廃熱ボイラーでは伝熱管の寿命が短くなるという問題が生じていた。
そこで、伝熱管群内に流入する廃熱ガスの流れを均一化する整流機能を発現する整流部材を熱交換器の上流側に設けて、直交型廃熱ボイラーの伝熱管の寿命の延長を図ることが提案されている。
Therefore, as a waste heat boiler that can be installed in a limited space, the flow direction of waste heat gas flowing in from the inlet duct of the heat exchanger is changed to a right angle direction to pass through the heat transfer tube group, and the heat exchanger An orthogonal waste heat boiler that discharges from an outlet duct provided on the downstream side is proposed.
However, in the orthogonal waste heat boiler, the flow direction of the waste heat gas is changed to a right angle in the heat exchanger before the waste heat gas passes through the heat transfer tube group, so there is a drift in the flow of the waste heat gas inside the heat exchanger. Occur. Then, when a drift occurs in the flow of the waste heat gas, the flow rate of the waste heat gas in the cross section of the heat transfer tube group becomes uneven, and the heat load of the heat transfer tube increases locally. For this reason, local corrosion of the heat transfer tube has progressed, and there has been a problem that the life of the heat transfer tube is shortened in the orthogonal waste heat boiler.
Therefore, a rectifying member that expresses a rectifying function that equalizes the flow of waste heat gas flowing into the heat transfer tube group is provided on the upstream side of the heat exchanger to extend the life of the heat transfer tubes of the orthogonal waste heat boiler. It has been proposed.
ここで、整流部材として、例えば、特許文献1に記載されているように、多孔板を使用することが知られている。しかし、多孔板を使用すると、廃熱ガスの流れが一旦堰止められるため、廃熱ガスの圧力損失が増加する。
このため、多孔板を使用した直交型廃熱ボイラーでは、圧力損失の発生に伴って運転コストが上昇するという問題が生じていた。更に、多孔板を使用していると、使用中に孔に閉塞が起きる可能性が高く定期的なメンテナンスを行うことが必要になって、直交型廃熱ボイラーの稼働率が低下し、これに伴って運転コストが上昇するという問題も生じていた。
Here, as a rectifying member, for example, as described in Patent Document 1, it is known to use a porous plate. However, when a perforated plate is used, the waste heat gas flow is once blocked, and the pressure loss of the waste heat gas increases.
For this reason, in the orthogonal waste heat boiler using a perforated plate, there has been a problem that the operating cost increases with the occurrence of pressure loss. Furthermore, if a perforated plate is used, there is a high possibility that the holes will become clogged during use, and it will be necessary to perform regular maintenance, which reduces the operating rate of the orthogonal waste heat boiler. Along with this, there has been a problem that the operating cost increases.
そこで、直交型廃熱ボイラーにおいて、廃熱ガスの偏流を防止すると共に、圧力損失の上昇を極力抑える方法として、例えば、熱交換器内に流入した廃熱ガスがその流れ方向を変える領域にバッフルを設置して廃熱ガスの流路を並行する複数の小流路に分割し、各小流路内を流れる廃熱ガスの流量を均一にすることが有効であると考えられる。
しかしながら、この方法では、流路の数を増やす程廃熱ガスの整流効果は向上して偏流の発生を防止することが可能になるが、同時に圧力損失も増大することになって、多孔板を設置した場合と同様の問題が発生することになる。
Therefore, in an orthogonal waste heat boiler, as a method for preventing the drift of waste heat gas and suppressing the increase in pressure loss as much as possible, for example, baffle is used in a region where the waste heat gas flowing into the heat exchanger changes its flow direction. It is considered that it is effective to divide the flow path of the waste heat gas into a plurality of parallel small flow paths and make the flow rate of the waste heat gas flowing in each small flow path uniform.
However, in this method, the rectification effect of the waste heat gas is improved as the number of flow paths is increased, and it is possible to prevent the occurrence of drift, but at the same time the pressure loss is increased, The same problem as when it is installed will occur.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、複数の伝熱管が配列している伝熱管群内を通過する流体中に発生する偏流を防止して流速分布を均一化し更に圧力損失の増大を防ぎ伝熱管の寿命低下を防止することが可能な熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and prevents uneven flow generated in a fluid passing through a heat transfer tube group in which a plurality of heat transfer tubes are arranged to make the flow velocity distribution uniform and further increase pressure loss. It aims at providing the heat exchanger which can prevent the lifetime reduction of a heat exchanger tube.
前記目的に沿う請求項1記載の熱交換器は、複数段の伝熱管を備える伝熱管群と、前記伝熱管群を取り囲み、かつ前記各伝熱管の周囲を流れる流体の流路を形成する箱型容器を有し、前記箱型容器に流入する前記流体の入口ダクトからの流入方向と前記伝熱管群内での前記流体の流れ方向が実質的に直交し、しかも、この直交領域には前記入口ダクトから流入する前記流体を導いてその流れ方向を変えるバッフル板が設けられている熱交換器において、
前記バッフル板の先部に前記流体の一部を邪魔する第1の小突起部が設けられ、前記伝熱管群内を通過する前記流体の流れが均一化される。
The heat exchanger according to claim 1, which meets the above object, includes a heat transfer tube group including a plurality of stages of heat transfer tubes, and a box that surrounds the heat transfer tube group and forms a fluid flow path that flows around each of the heat transfer tubes. The flow direction of the fluid from the inlet duct of the fluid flowing into the box-shaped container and the flow direction of the fluid in the heat transfer tube group are substantially orthogonal to each other, In the heat exchanger provided with a baffle plate for guiding the fluid flowing in from the inlet duct and changing the flow direction thereof,
A first small protrusion that obstructs a part of the fluid is provided at the tip of the baffle plate, and the flow of the fluid passing through the heat transfer tube group is made uniform.
箱型容器に内に流入した流体の流れをバッフル板を用いて強制的に変えると、流体はバッフル板に沿って流れるようになるため、バッフル板を通過した流体中にはバッフル板に沿うように偏流が発生する。
そこで、バッフル板の先部に第1の小突起部を設けてこの偏流の一部を邪魔すると、バッフル板の先部に小さな渦が形成される。そして、偏流はこの渦により撹拌されながらバッフル板を通過するようになるので、バッフル板から流出する流体中の偏流の大きさが減少して流れが均一化されるようになる。このため、伝熱管群内を通過する流体を均一流に近づけることができ、伝熱管群内を通過する流体の速度分布を均一化することができる。
また、バッフル板の先部に第1の小突起部を設けても流体の流れが大きく堰止められることはないので、圧力損失が増大することはない。
If the flow of the fluid that has flowed into the box-type container is forcibly changed using the baffle plate, the fluid will flow along the baffle plate, so that the fluid that has passed through the baffle plate should follow the baffle plate. Drift occurs.
Therefore, if a first small protrusion is provided at the tip of the baffle plate to obstruct part of this drift, a small vortex is formed at the tip of the baffle plate. Since the drift flows through the baffle plate while being agitated by the vortex, the magnitude of the drift in the fluid flowing out of the baffle plate is reduced and the flow is made uniform. For this reason, the fluid passing through the heat transfer tube group can be brought close to a uniform flow, and the velocity distribution of the fluid passing through the heat transfer tube group can be made uniform.
Further, even if the first small protrusion is provided at the tip of the baffle plate, the flow of the fluid is not greatly blocked, so that the pressure loss does not increase.
請求項2記載の熱交換器は、請求項1記載の熱交換器において、前記直交領域と接し前記流体が衝突してその流れ方向を変える前記箱型容器の内壁面には、前記第1の小突起部と実質的に同一高さの位置に前記内壁面に沿って流れる前記流体の一部を邪魔する第2の小突起部が設けられている。 The heat exchanger according to claim 2 is the heat exchanger according to claim 1, wherein an inner wall surface of the box-shaped container which contacts the orthogonal region and collides with the fluid and changes its flow direction has the first A second small protrusion that obstructs a part of the fluid flowing along the inner wall surface is provided at a position substantially the same height as the small protrusion.
これによって、箱型容器内に流入した流体がその内壁面と衝突して流れ方向を変える際に発生する内壁面に沿った偏流の一部を邪魔することができ、第2の小突起部の周囲に小さな渦を形成することができる。
その結果、内壁面に沿って流れる偏流が撹拌されて、流体中の偏流の大きさを減少させて流れを均一化することができる。このため、伝熱管群内を通過する流体の流れをより均一化することができ、伝熱管群内を通過する流体の速度分布をより均一化することができる。
As a result, a part of the drift along the inner wall surface that occurs when the fluid flowing into the box-shaped container collides with the inner wall surface and changes the flow direction can be obstructed. Small vortices can be formed around the periphery.
As a result, the drift flowing along the inner wall surface is agitated, and the magnitude of the drift in the fluid can be reduced to make the flow uniform. For this reason, the flow of the fluid passing through the heat transfer tube group can be made more uniform, and the velocity distribution of the fluid passing through the heat transfer tube group can be made more uniform.
請求項3記載の熱交換器は、請求項1及び2記載の熱交換器において、前記バッフル板の先端と前記伝熱管群との間に前記流体の拡散を促進する拡散領域が設けられている。
拡散領域を通過している間に流体は拡散し流体中に残存している偏流は徐々に減少していくので、伝熱管群に到達する時点で流体を更に均一化することができる。その結果、流体が伝熱管群内を通過する際、伝熱管群の横断面内における流体の速度分布を更に均一化することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the heat exchanger according to the first and second aspects, a diffusion region that promotes diffusion of the fluid is provided between a tip of the baffle plate and the heat transfer tube group. .
The fluid diffuses while passing through the diffusion region and the drift remaining in the fluid gradually decreases, so that the fluid can be made more uniform when it reaches the heat transfer tube group. As a result, when the fluid passes through the heat transfer tube group, the velocity distribution of the fluid in the cross section of the heat transfer tube group can be made more uniform.
請求項4記載の熱交換器は、請求項1〜3に記載の熱交換器において、前記伝熱管群内での前記流体の流れ方向と、前記各伝熱管の軸方向が実質的に直交している。
これによって、伝熱管群内を通過する流体と伝熱管との間の熱交換を効率的に行うことができる。
The heat exchanger according to claim 4 is the heat exchanger according to claims 1 to 3, wherein the flow direction of the fluid in the heat transfer tube group and the axial direction of each heat transfer tube are substantially orthogonal to each other. ing.
Thereby, heat exchange between the fluid passing through the heat transfer tube group and the heat transfer tubes can be efficiently performed.
請求項1〜4記載の熱交換器は、バッフル板の先部に流体の一部を邪魔する第1の小突起部が設けられ、伝熱管群内を通過する流体の流れを均一化しているので、伝熱管群の横断面内における流体の速度分布を均一化することができ、伝熱管群内の各段の伝熱管の温度分布を均一にすることが可能になる。その結果、伝熱管群の各段の伝熱管の熱負荷を均一にして伝熱管の局所的な腐食の進行を防止することが可能になって、熱交換器の寿命を延長することが可能になる。
また、第1の小突起部を設けて流体の一部を邪魔するだけなので、圧力損失の増大を防止することが可能で、運転コストの上昇を抑えることができる。
In the heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, a first small protrusion that obstructs a part of the fluid is provided at the tip of the baffle plate, and the flow of the fluid passing through the heat transfer tube group is made uniform. Therefore, the velocity distribution of the fluid in the cross section of the heat transfer tube group can be made uniform, and the temperature distribution of the heat transfer tubes at each stage in the heat transfer tube group can be made uniform. As a result, the heat load of the heat transfer tubes in each stage of the heat transfer tube group can be made uniform to prevent the progress of local corrosion of the heat transfer tubes, and the life of the heat exchanger can be extended. Become.
In addition, since the first small protrusion is provided and only part of the fluid is disturbed, an increase in pressure loss can be prevented and an increase in operating cost can be suppressed.
特に、請求項2記載の熱交換器は、箱型容器の内壁面で第1の小突起部と実質的に同一高さの位置に内壁面に沿って流れる流体の一部を邪魔する第2の小突起部が設けられているので、流体が箱型容器の内壁面と衝突して流れ方向を変える際に発生する偏流を抑制することができ、伝熱管群内の流体の速度分布を更に均一化することが可能になる。 In particular, in the heat exchanger according to claim 2, the second interfering part of the fluid flowing along the inner wall surface at a position substantially the same height as the first small protrusion on the inner wall surface of the box-shaped container. Since the small protrusions are provided, it is possible to suppress the drift that occurs when the fluid collides with the inner wall surface of the box-type container and changes the flow direction, thereby further reducing the velocity distribution of the fluid in the heat transfer tube group. It becomes possible to make uniform.
請求項3記載の熱交換器は、バッフル板の先端と伝熱管群との間に拡散領域が設けられているので、拡散領域を通過している間に流体中に残存している偏流を徐々に減少させて伝熱管群に到達する時点で流体を更に均一化することができ、伝熱管群内における流体の速度分布を更に均一化して、伝熱管群内の各段の伝熱管の温度分布を更に均一化することが可能になる。 In the heat exchanger according to the third aspect, since the diffusion region is provided between the tip of the baffle plate and the heat transfer tube group, the drift remaining in the fluid gradually passes through the diffusion region. When the temperature reaches the heat transfer tube group, the fluid can be made more uniform and the fluid velocity distribution in the heat transfer tube group can be made more uniform, and the temperature distribution of the heat transfer tubes at each stage in the heat transfer tube group Can be made more uniform.
請求項4記載の熱交換器は、伝熱管群内での流路の方向と各伝熱管の軸方向が直交しているので、流体と伝熱管との間の熱交換を効率的に行うことができ、熱交換器の性能を向上させることが可能になる。 In the heat exchanger according to claim 4, since the direction of the flow path in the heat transfer tube group and the axial direction of each heat transfer tube are orthogonal, heat exchange between the fluid and the heat transfer tube is efficiently performed. And the performance of the heat exchanger can be improved.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図1は本発明の一実施の形態に係る熱交換器の一部切欠き斜視図、図2は同熱交換器の側断面図である。
図1、図2に示すように、本発明の一実施の形態に係る熱交換器10は、複数の伝熱管11を備える伝熱管群12と、伝熱管群12を取り囲み、かつ各伝熱管11の周囲を流れる流体の一例である高温の廃熱ガスの流路を形成する箱型容器13を有している。また、箱型容器13に流入する廃熱ガスの入口ダクト14からの流入方向と伝熱管群12内での廃熱ガスの流れ方向が実質的に直交(例えば、80〜100°、好ましくは85〜95°)し、しかも、この直交領域14aには入口ダクト14から流入する廃熱ガスを導いてその流れ方向を変える複数(図1、図2では2枚)のバッフル板15a、15bが設けられている。以下、これらについて詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
Here, FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side sectional view of the heat exchanger.
As shown in FIGS. 1 and 2, a
箱型容器13は耐熱鋼(例えば、ステンレス鋼)で形成されており、例えば、横断面が長方形となった直方体形状の本体部16と、本体部16の上部に接続し側面視して台形形状となった排出部17を有している。更に、本体部16の一側部(図1、図2では、幅狭の側壁部)の下部には、耐熱鋼で形成された入口ダクト14がこの側部に実質的に直交(例えば、80〜100°、好ましくは85〜95°)して接続され、排出部17の上部には、耐熱鋼で形成された出口ダクト18が接続されている。
The box-
バッフル板15a、15bは、それぞれ入口ダクト14と箱型容器13が接続する部分に形成される開口部19側に一端が設けられ、他端側が廃熱ガスの入口ダクト14からの流入方向に平行して、すなわち、本体部16の底面20に平行して本体部16内に伸びると共に、その両側が本体部16の幅広の両側壁21、22に当接している第1の誘導部23a、23bを有している。また、バッフル板15a、15bは、それぞれ第1の誘導部23a、23bの他端部に屈折して接続し、両側が本体部16の両側壁21、22に当接して入口ダクト14から流入する廃熱ガスの流れ方向を曲げて箱型容器13の軸方向と平行な流れ方向に変える第2の誘導部24a、24bを有している。
The
更に、第2の誘導部24a、24bの先部には、廃熱ガスの流れの一部を邪魔するように第1の小突起部25a、25bが設けられている。なお、第1の誘導部23a、23b、第2の誘導部24a、24b、及び第1の小突起部25a、25bは耐熱鋼を用いて形成されている。
これによって、各バッフル板15a、15bによって流れ方向が変えられた廃熱ガスが各バッフル板15a、15bから流出する際に、各バッフル板15の先部に小さな渦が形成され、各バッフル板15a、15bから流出する廃熱ガス中の偏流の大きさが減少して流れが均一化されるようになる。また、各バッフル板15a、15bの先部に第1の小突起部25a、25bを設けても廃熱ガスの流れが大きく堰止められることはないので、圧力損失が増大することはない。
Furthermore, first
As a result, when the waste heat gas whose flow direction has been changed by each
ここで、バッフル板が複数、例えば、N枚設けられる場合では、入口ダクト14から流入する廃熱ガスの流れはこれらのバッフル板でN+1個の流れに分割される。このとき、分割された各廃熱ガスの流量間に差が生じていると、各バッフル板を通過して再び合流した廃熱ガスの伝熱管群12内での流れが不均一になり易い。
このため、開口部19側に設けられる各バッフル板の一端側を設置する位置は、開口部19の断面積を水平方向にN+1等分するような位置に一致させる。これによって、分割された各廃熱ガスの流量を実質的に同量にすることができ、各バッフル板を通過して再び合流した廃熱ガスの伝熱管群12内での流れを更に均一流に近づけることができる。
Here, when a plurality of, for example, N baffle plates are provided, the flow of waste heat gas flowing from the
For this reason, the position where one end side of each baffle plate provided on the
また、2つのバッフル板15a、15bで分割されて形成された3つの廃熱ガスの流れのうち、底面20に沿う最下層の流れが衝突してその流れ方向を変えさせる本体部16の内壁面(開口部19に対向する側の側壁の内面)26で第1の小突起部25と実質的に同一高さとなる位置には、内壁面26に沿って流れる廃熱ガスの流れの一部を邪魔する第2の小突起部27が設けられている。
これによって、内壁面26に沿った廃熱ガスの偏流を撹拌して偏流の大きさを減少させて流れを均一化することができる。
Also, the inner wall surface of the
Accordingly, the flow of waste heat gas along the
伝熱管群12は、各バッフル板15a15bの先端との間に、廃熱ガスの拡散を促進する拡散領域28を介して設けられている。
ここで、拡散領域28の長さHは、廃熱ガスの温度、流量、圧力損失により影響を受けるが、廃熱ガスの温度が300〜1000℃、廃熱ガスの流量が10000〜100000Nm3 /h、圧力損失が200〜1000Paの範囲では、バッフル板15を通過して伝熱管群12に到達するまでの時間が、例えば0.01〜0.2秒確保されるように拡散領域28の長さHを設定すればよい。
The heat
Here, the length H of the
伝熱管群12は、箱型容器13の軸方向とそれぞれ実質的に直交(例えば、80〜100°、好ましくは85〜95°)し、箱型容器13の軸方向に多段に渡って配設された複数段の耐熱鋼製の伝熱管11を有している。
このような構成とすることにより、伝熱管群12内での廃熱ガスの流れ方向と、各伝熱管11の軸方向を実質的に直交(例えば、80〜100°、好ましくは85〜95°)する状態にすることができる。
また、伝熱管群12は、最上段と最下段を除いた各伝熱管11に対して上方に隣り合う伝熱管11とは一方側で、下方に隣り合う伝熱管11とは他端側でそれぞれ連結させる連結部材29を有している。更に、最上段の伝熱管11で連結部材29が連結されていない側には第1の配管30が接続され、最下段の伝熱管11で連結部材29が接続されていない側には第2の配管31が接続されている。
このような構成とすることにより、例えば、第2の配管31から水を流入させ、各伝熱管11と各連結部材29を介して伝熱管群12内を通過させ、第1の配管30から流出させることができる。従って、第2の配管31から伝熱管群12内に水を供給しながら箱型容器13内に廃熱ガスを通過させることにより水を加熱することができ、第1の配管30から温水、あるいは温水混じりの水蒸気を得ることができる。
The heat
By setting it as such a structure, the flow direction of the waste heat gas in the heat
Further, the heat
By adopting such a configuration, for example, water is introduced from the
次に、本発明の一実施の形態に係る熱交換器10の運転方法について詳細に説明する。
先ず、第2の配管31を介してから温度80〜170℃の水又は加圧水を1000〜3000kg/hの流量で伝熱管群12に供給する。一方、入口ダクト14から温度が300〜1000℃、流量が10000〜50000Nm3 /hの廃熱ガス(例えば、燃焼器からの排ガス)を本体部16の下部に流入させる。
入口ダクト14から開口部19を介して本体部16内に流入した廃熱ガスは、開口部19に水平に2段に設けられたバッフル板15a、15bの第1の誘導部23a、23bで流れが3等分される。上段の第1の誘導部23aの上方を流れる分割された廃熱ガスは第1の誘導部23aに沿って本体部16内に誘導され、第2の誘導部24aに衝突してその流れ方向を実質的に直角(例えば、80〜100°、好ましくは85〜95°)に変えて、本体部16の上方に向かう方向となる。
Next, the operation method of the
First, after passing through the
Waste heat gas that has flowed into the
上段と下段の各バッフル板15a、15bの第1の誘導部23a、23bの間を流れる廃熱ガスも、上下の各第1の誘導部23a、23bに沿って本体部16内に誘導され、下段の第2の誘導部24bに衝突してその流れ方向を実質的に直角に変えて、本体部16の上方に向かう方向となる。このとき、流れ方向を変えた廃熱ガスの流れには、各バッフル板15a、15bの第2の誘導部24a、24bに沿う偏流が発生している。
また、下段の第1の誘導部23bの下方を流れる廃熱ガスも、下段の第1の誘導部23bと底面20に沿って本体部16内に誘導され、本体部16の内壁面26に衝突してその流れ方向を実質的に直角に変えて、本体部16の上方に向かう方向となる。このとき、流れ方向を変えた廃熱ガスの流れには、内壁面26に沿う偏流が発生している。
Waste heat gas flowing between the
Further, the waste heat gas flowing below the lower
上、下段の各バッフル板15a、15bで誘導されて流れ方向が変わった廃熱ガスは、各バッフル板15a、15bの先部を通過する際に、第1の小突起部25a、25bにより偏流の一部の通過が邪魔されて、各バッフル板15a、15bの先部に小さな渦が形成される。
このため、偏流はこの渦により撹拌されながら各バッフル板15a、15bを通過するようになるので、各バッフル板15a、15bを通過して流出する廃熱ガス中の偏流の大きさは減少し、均一化された流れに近づく。
Waste heat gas whose flow direction has been changed by being guided by the upper and
For this reason, since the drift flows through the
一方、内壁面26と衝突して流れ方向が変わった廃熱ガスは、内壁面26に沿って流出する際に、内壁面26に設けられた第2の小突起部27により偏流の一部の通過が邪魔されて、第2の小突起部27の周辺に小さな渦が形成される。
このため、偏流はこの渦により撹拌されながら第2の小突起部27を通過するようになるので、第2の小突起部27を通過して流出する廃熱ガス中の偏流の大きさは減少し、流れが均一化されるようになる。
ここで、第1の小突起部25a、25bと第2の小突起部27は実質的に同一高さの位置に設けられているため、2枚のバッフル板15a、15bで3分割された各流れに発生していた偏流の大きさを減少させて拡散領域28に流入させることができる。その結果、偏流の影響を強く拡散領域28内に伝えないようにすることができる。
On the other hand, when the waste heat gas that has collided with the
For this reason, since the drift flows through the second
Here, since the first
拡散領域28内に流入した各廃熱ガスは相互に拡散し混合して一つの廃熱ガスの流れを形成していく。この際、各廃熱ガスでは、拡散に伴って残存している偏流の大きさが徐々に減少していく。このため、拡散領域28を通過して伝熱管群12に到達する時点では、各廃熱ガス中に残存していた偏流は大きく減少し、更に均一化された流れに近づいている。
従って、伝熱管群12内に流れが均一化された廃熱ガスを通過させることができるようになるので、伝熱管群12内を通過する廃熱ガスの速度分布は均一化されるようになる。
The waste heat gases flowing into the
Accordingly, since the waste heat gas having a uniform flow can be passed through the heat
伝熱管群12内では、廃熱ガスの流れ方向と、各伝熱管11の軸方向が実質的に直交しているので、廃熱ガスと各伝熱管11との間の熱交換を効率的に行うことができ、各伝熱管11の表面を効率的に加熱することができる。
ここで、伝熱管群12内を通過する廃熱ガスの速度分布は均一化されているため、伝熱管群12の各段の伝熱管11の表面温度は均一になる。このため、伝熱管11に熱負荷が局所的に増加することがなくなり、伝熱管11の局所的な腐食の進行が防止されて伝熱管11の寿命を延長することができる。
伝熱管群12を通過して温度が下がった廃熱ガスは、排出部17に流入しその上部に設けられた出口ダクト18から外部に排出される。
なお、各バッフル板15a、15bの先部に第1の小突起部25a、25b、本体部16の内壁面26に第2の小突起部27を設けても、廃熱ガスの流れが大きく堰止められることはないので、圧力損失が増大することはない。
In the heat
Here, since the velocity distribution of the waste heat gas passing through the heat
The waste heat gas whose temperature has decreased after passing through the heat
Even if the first
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここで、図3〜図5は、それぞれ本発明の第1の実施例の熱交換器、本発明の第2の実施例の熱交換器、及び比較例の熱交換器の斜視図である。また、図6〜図8はそれぞれ本発明の第1の実施例の熱交換器、本発明の第2の実施例の熱交換器、及び比較例の熱交換器の運転中における伝熱管群内の温度分布を示す斜視図である。
Next, examples carried out for confirming the effects of the present invention will be described.
Here, FIGS. 3 to 5 are perspective views of the heat exchanger of the first embodiment of the present invention, the heat exchanger of the second embodiment of the present invention, and the heat exchanger of the comparative example, respectively. 6 to 8 show the inside of the heat transfer tube group during operation of the heat exchanger of the first embodiment of the present invention, the heat exchanger of the second embodiment of the present invention, and the heat exchanger of the comparative example, respectively. It is a perspective view which shows temperature distribution.
〔実施例1〕
図3に示すように、第1の実施例の熱交換は、幅2140mm、奥行900mm、高さ3800mm(いずれも内側寸法、以下同様)の本体部16と、下底幅2140mm、上底幅750mm、奥行900mm、高さ390mmの排出部17を有し、本体部16には、幅2140mm、奥行900mm、高さ1000mmの直交領域14a、幅2140mm、奥行900mm、高さ1000mmの拡散領域28、及び幅2140mm、奥行900mm、高さ1650mmの伝熱管群12が設けられている。
ここで、直交領域14aには2枚のバッフル板15a、15bが設けられ、各バッフル板15a、15bの先端は直交領域14aの幅を3等分する位置に合わせて設けられている。また、第1及び第2の小突起部25a、25b、27の突出長さはいずれも80mmである。なお、入口ダクト14及び出口ダクト18の内径はいずれも762mmであり、上段のバッフル板15aは開口部19の上端から279.5mm、下段のバッフル板15bは上段のバッフル板15aと203mmの間隔を有して水平に配置されている。
[Example 1]
As shown in FIG. 3, the heat exchange of the first embodiment is performed with the
Here, two
入口ダクト14から温度410℃の廃熱ガスを流量25200Nm3 /hで供給し、出口ダクト18から排出させた。一方、第2の配管31から温度160℃の加圧水を流量2100kg/hで供給して熱交換し、得られた温度320℃、圧力1.25MPaの水蒸気を第1の配管30から回収した。なお、出口ダクト18から排出する廃熱ガスの温度は234℃であり、圧力損失は848Paであった。
このときの伝熱管群12内の温度分布の状態を図6に示す。
Waste heat gas having a temperature of 410 ° C. was supplied from the
The state of the temperature distribution in the heat
〔比較例〕
図5に示すように、比較例の熱交換は、幅2140mm、奥行900mm、高さ2800mmの本体部16aと、下底幅2140mm、上底幅750mm、奥行900mm、高さ390mmの排出部17を有し、本体部16aには、幅2140mm、奥行900mm、高さ1000mmの直交領域14a及び幅2140mm、奥行900mm、高さ1650mmの伝熱管群12が設けられている。
なお、直交領域14aに設けた2枚のバッフル板32a、32bの構成は、実施例1と同様で、第1の誘導部33a、33bと第2の誘導部34a、34bを備えているが、各第2の誘導部34a、34bの先部には第1の小突起部は設けられておらず、内壁面26にも第2の小突起部が設けられていない。
実施例1と同様の条件で入口ダクト14から廃熱ガスを流入させ、また、第2の配管31から実施例1と同様の条件で水を供給して熱交換させた。このとき得られた水蒸気は温度325℃、圧力1.26MPaであり、出口ダクト18から排出する廃熱ガスの温度は233℃であり、圧力損失は842Paであった。
このときの伝熱管群12内の温度分布の状態を図8に示す。
[Comparative example]
As shown in FIG. 5, the heat exchange of the comparative example includes a
The configuration of the two
Waste heat gas was introduced from the
The state of the temperature distribution in the heat
図4に示すように、実施例2の熱交換は、幅2140mm、奥行900mm、高さ2800mmの本体部16aと、下底幅2140mm、上底幅750mm、奥行900mm、高さ390mmの排出部17を有し、実施例1の熱交換器から拡散領域28を削除した構成となっている。
そして、実施例1と同様の条件で入口ダクト14から廃熱ガスを流入させ、第2の配管31から実施例1と同様の条件で水を供給して熱交換させた。このとき得られた水蒸気は温度320℃、圧力1.25MPaであり、出口ダクト18から排出する廃熱ガスの温度は234℃であり、圧力損失は852Paであった。
このときの伝熱管群12内の温度分布の状態を図7に示す。
As shown in FIG. 4, the heat exchange of Example 2 includes a
Then, waste heat gas was introduced from the
The state of the temperature distribution in the heat
図7と図8を比較すると、実施例2における伝熱管群12内の温度分布は、比較例における伝熱管群12内の温度分布と比べて、平坦な分布を示すことが判る。従って、バッフル板15a、15bの先部に第1の小突起部25a、25bを設けると共に、内壁面26に第2の小突起部27を設けることにより、伝熱管群12の横断面内での温度分布を均一にできることが確認できた。
更に、図6と図8を比較すると、第1及び第2の小突起部25a、25b、27を設けると共に、拡散領域28をバッフル板15a、15bの先端と伝熱管群12との間に設けることにより、伝熱管群12の横断面内での温度分布を非常に均一にできることが確認できた。
When FIG. 7 and FIG. 8 are compared, it can be seen that the temperature distribution in the heat
Further, comparing FIG. 6 with FIG. 8, the first and second
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の熱交換器を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、バッフル板を2枚設けたが、箱型容器の横断面積の大きさに応じて1枚あるいは3枚以上としてもよい。また、第1の小突起部を第2の誘導板の先部に取付けたが、第2の誘導板の先部を折り返して第1の小突起部を構成してもよい。第1の誘導板と第2の誘導板を屈折するように接続したが、1枚の耐熱鋼板を湾曲するように折り曲げ加工を行って第1及び第2の誘導部を構成するようにしてもよい。
更に、箱型容器の本体部で入口ダクトに対向する内壁面の下部を湾曲させて滑らかに本体部の底面と接続するようにしてもよい。湾曲させることにより廃熱ガスが流れ易くなって、圧力損失をより小さくすることができる。
また、廃熱ガスを熱交換器の下部に流入させて上部から排出させたが、熱交換器を倒立させて廃熱ガスを上部から流入させて下部から流出させるようにしてもよい。
なお、流体に高温の廃熱ガスを使用したが、低温の流体(例えば、ガス)を使用することもできる。この場合は、伝熱管内を流れる被熱交換流体(例えば、水)を冷却することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, The change in the range which does not change the summary of invention is possible, Each above-mentioned embodiment is possible. The case where the heat exchanger of the present invention is configured by combining some or all of the forms and modifications is also included in the scope of the right of the present invention.
For example, although two baffle plates are provided, one or three or more baffle plates may be used depending on the cross-sectional area of the box-type container. Moreover, although the 1st small projection part was attached to the front part of the 2nd guide plate, you may fold the front part of a 2nd guide plate and comprise a 1st small projection part. Although the first guide plate and the second guide plate are connected so as to be refracted, the first and second guide portions may be configured by bending so that one heat-resistant steel plate is bent. Good.
Furthermore, the lower part of the inner wall surface facing the inlet duct in the main body part of the box-shaped container may be curved and smoothly connected to the bottom surface of the main body part. By curving, the waste heat gas can easily flow and the pressure loss can be further reduced.
Moreover, although waste heat gas was made to flow into the lower part of a heat exchanger and was discharged | emitted from the upper part, you may make it invert a heat exchanger, make waste heat gas flow in from an upper part, and make it flow out from a lower part.
In addition, although the high temperature waste heat gas was used for the fluid, a low temperature fluid (for example, gas) can also be used. In this case, the heat exchange fluid (for example, water) flowing through the heat transfer tube can be cooled.
10:熱交換器、11:伝熱管、12:伝熱管群、13:箱型容器、14:入口ダクト、14a:直交領域、15a、15b:バッフル板、16、16a:本体部、17:排出部、18:出口ダクト、19:開口部、20:底面、21、22:側壁、23a、23b:第1の誘導部、24a、24b:第2の誘導部、25a、25b:第1の小突起部、26:内壁面、27:第2の小突起部、28:拡散領域、29:連結部材、30:第1の配管、31:第2の配管、32a、32b:バッフル板、33a、33b:第1の誘導部、34a、34b:第2の誘導部 10: heat exchanger, 11: heat transfer tube, 12: heat transfer tube group, 13: box-type container, 14: inlet duct, 14a: orthogonal region, 15a, 15b: baffle plate, 16, 16a: main body, 17: discharge Part, 18: outlet duct, 19: opening, 20: bottom surface, 21, 22: side wall, 23a, 23b: first guiding part, 24a, 24b: second guiding part, 25a, 25b: first small Projection part, 26: inner wall surface, 27: second small projection part, 28: diffusion region, 29: connecting member, 30: first pipe, 31: second pipe, 32a, 32b: baffle plate, 33a, 33b: 1st guide part, 34a, 34b: 2nd guide part
Claims (4)
前記バッフル板の先部に前記流体の一部を邪魔する第1の小突起部が設けられ、前記伝熱管群内を通過する前記流体の流れが均一化されることを特徴とする熱交換器。 A heat transfer tube group including a plurality of stages of heat transfer tubes, and a box-shaped container that surrounds the heat transfer tube group and forms a fluid flow path that flows around each of the heat transfer tubes, and flows into the box-shaped container The inflow direction of the fluid from the inlet duct and the flow direction of the fluid in the heat transfer tube group are substantially orthogonal, and the fluid flowing in from the inlet duct is guided to the orthogonal region. In heat exchangers with baffle plates to change,
A heat exchanger characterized in that a first small protrusion that obstructs a part of the fluid is provided at the tip of the baffle plate, and the flow of the fluid passing through the heat transfer tube group is made uniform. .
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2003
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