JP2007248040A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部に第1流体が流れる複数段の伝熱管30を備える伝熱管群と、伝熱管群を取り囲み、各伝熱管30の周囲を流れる第2流体の流路を形成する容器80とを有し、第2流体の流入方向と伝熱管30の周囲を流れる第2流体の流れ方向とが同じで、第2流体の流れ方向と伝熱管30の長さ方向とが交差する熱交換器100であって、容器80の第2流体入口81周縁から容器80の内部に向かい第2流体の最上流側に位置する伝熱管30の近傍に至る部位に、伝熱管群を洗浄するシャワー装置からの洗浄液を受ける庇状の保護板90を設けたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、伝熱管の寿命向上を目的として、伝熱管群の間を流れる流体を整流する、小突起を先端に有するバッフル板を設けた熱交換器が開示されている。
そこで、本発明は伝熱管の寿命を向上させるとともに、各伝熱管の周囲を流れる流体の流路を形成する容器の寿命を向上させ、熱交換器の寿命を向上させることを目的とする。
このように構成することで、熱交換器内部へ流入した、例えばSOxを含む廃ガスである第2流体が、第1流体と伝熱管を介して熱交換を行い、第2流体の温度がその中に含まれる酸の露点に達した場合、伝熱管の周囲にSOx由来の酸(硫酸)が結露する。しかし、このとき、シャワー装置によって伝熱管の周囲に結露した酸を洗浄することができる。
また、このとき保護板によって洗浄液を受けることで、熱交換器内部洗浄を目的として行うシャワリングにより凝結する酸(硫酸)が直接容器内側面に接して腐食を促進させることを防ぐことができる。
また、同側面に入口ダクトから流入した第2流体が直接接触することを防止し、同側面を第2流体による侵食から保護することができる。
このように構成することにより、容器内側面に沿って流れようとする流体を伝熱管群の中央部へ誘導し熱交換効率を高めることができる。
さらに、前記保護板と前記容器内側面との距離が前記第2流体の下流に行くほど大きくなるように設けられていることが好ましい。
このように構成することにより、酸を含む液体の滞留を防止し、保護板自体の腐食劣化を効果的に抑制できる。
図1(a)に示すのは熱交換器100であって、例えば火力発電プラント等の排ガスの排気ダクトの途中に排ガスの廃熱を回収するために設置されている(図2、図3参照)。この熱交換器100は、耐熱鋼(例えば、ステンレス鋼)や繊維強化樹脂等で形成された断面矩形状の容器80を備えている。容器80は対向する一対の側板84と対向する一対の側板85と下フランジ86および上フランジ87によって筒状に形成され、対向する側板84,84の内側には、対向する一対の管板82,82が、外側の側板84,84と略平行に設けられている。
また、管板82、側板84、下フランジ86および上フランジ87によって、管板82,82の外側には伝熱管30の内部を流れる冷媒(以下、第1流体11という)を一時貯留する冷媒溜まり83,83が設けられている。
また、上フランジ87の中央部には第2流体入口81が形成されている。同様に下フランジ86の中央部には第2流体出口89が形成されている。各フランジ86,87は、それぞれ上側の入口ダクト50および下側の出口ダクト51のフランジに、例えばボルト、ナット等により連結されている。入口ダクト50および出口ダクト51は、例えば火力発電プラントの排ガス等、SOxを含む高温ガス(以下、第2流体10という)の排出用のダクトである。
第2流体入口81の上側で、入口ダクト50の内部には複数のシャワー装置52が設けられている(図2においては省略)。各シャワー装置52には洗浄液をシャワー状に噴出するノズル53が設けられている。各シャワー装置52はノズル53を熱交換器100内部の伝熱管群31に向けた状態で固定され、図示しない洗浄液供給装置に接続されている。
また、保護板90は第2流体10の最上流側(図示最上段)に位置する伝熱管30に保護板90が接触しないように、伝熱管30の上側の位置に対応して設けられている。また、保護板90は、伝熱管30の両端部を除いて、伝熱管30の図示上側に覆い被さらないように配置されている
図2に示すように、容器80のフランジ88a,88bに接続された排熱回収装置(不図示)によって第1流体入口84aに第1流体11を供給する。これにより、第1流体入口84aより第1流体11が流入し、冷媒溜り83に貯留され、管板82,82を貫通した各伝熱管30の内部を第1流体11が流れる。伝熱管30の内部を流過した第1流体11は、図示右側の冷媒溜り83に貯留され、第1流体出口84bより排出されて排熱回収装置により回収され、再度第1流体入口84aに供給される。
このように、第1流体11と第2流体10が伝熱管30を介して接触することで、第1流体11と第2流体10の間で熱交換が行われる。このとき、第2流体10の熱によって温度が上昇した第1流体11の熱を排熱回収装置によって回収し、有効利用することで、例えば、火力発電プラントのエネルギー効率を向上させることができる。
加えて、入口ダクト50から流入した第2流体10が保護板によって遮られ、容器80の内側面に直接接することがないので、管板82および側板85を第2流体10による侵食から保護することができる。したがって、容器80の寿命を向上させ、熱交換器100の寿命を向上させることができる。
また、保護板90を伝熱管30と接触することなく設けたことにより、伝熱管30の全集にわたって第2流体10が遮られることなく通過しやすくなるため、熱交換効率を低下させることがない。さらに、運転時に保護板90が振動したとしても、伝熱管30と接触し破損することを防止することができる。
また、容器80の第2流体入口81から見て伝熱管30が両端部を除いて保護板90で覆い隠されていないので、熱交換効率を必要以上に低下させることがない。
上述の第1の実施の形態における保護板90を図4(b)、図4(f)に示すように設置する代わりに、第2の実施の形態では図4(a)、図4(e)に示すように設置する。同様に、第3の実施の形態では、図4(c)、図4(g)に示すように、第4の実施の形態では、図4(d)、図4(h)に示すように設置する。その他の部分は上述の第1の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
この場合は、第1の実施の形態と同様に、容器80の内側面を保護することができ、第2流体10が伝熱管群31と容器80の内側面の間を抜けて行きづらく、より多くの第2流体10が伝熱管30の周囲を通過するので、上述の第1の実施の形態と同様に熱交換性能が良好なものとなる。加えて、保護板90を第2流体10の流れ方向と略等しくすることで、保護板90の抵抗を減少させ、運転時の振動を防止することができる。
まず原材料として、強化繊維織布とフッ素系樹脂シートとからなり、その炭素繊維織布の織り目に前記フッ素系樹脂シートを構成するフッ素系樹脂が食い込んで一体化している成形中間材料を用い、さらに強化繊維織布にフェノール組成物を含浸し、前記フッ素系樹脂シートが保護板の表面を覆うように成形したものが好ましい。
(プリプレグA、樹脂フィルムD)
炭素繊維織布として、三菱レイヨン株式会社製パイロフィルクロスTR3110を用意した。この炭素繊維織布は、引張弾性率235GPa、引張強度4,410MPa、フィラメント数3,000本の炭素繊維をたて糸、よこ糸ともに1インチあたり12.5本の打ち込み本数で平織り製織したものである。
炭素繊維織布に含浸する樹脂組成物として、変性フェノール樹脂(昭和高分子株式会社製BRM−797H)を用意し、この樹脂組成物を108g/m2になるように離型紙上に塗工し樹脂フィルムDを作製した。
炭素繊維織布と樹脂フィルムDを重ね合わせて、ニップロール温度80℃、圧力0.4MPaで、炭素繊維織布に樹脂組成物を含浸し、樹脂含有量35質量%のプリプレグAを準備した。
炭素繊維織布を三菱レイヨン株式会社製パイロフィルクロスTRK510に変更し、樹脂フィルムの目付を216g/m2に変更し、炭素繊維織布を2枚の樹脂フィルムで挟んでニップロールに供給したほかは、プリプレグAを得るときと同様にして、樹脂含有量40質量%のプリプレグBを準備した。
プリプレグBで用いた炭素繊維織布は、引張弾性率240GPa、引張強度4,900MPa、フィラメント数12,000本の炭素繊維をたて糸、よこ糸ともに1インチあたり10本の打ち込み本数で2/2綾織り製織したものである。
特開2002―242027公報記載の方法により得た、炭素繊維を用意し、たて、よこ糸ともに12.5本/インチで平織りした炭素繊維織布を用意した。
離型処理された2枚の金属板間に、炭素繊維織布とPTFEシート(日東電工株式会社製のニトフロンNO.900UL、厚み100μm)とを重ねて配置した。これを熱プレスの熱板上に置き、室温で15MPaで加圧しながら30分かけて370℃に昇温した。その温度圧力で30分保持した後徐冷して室温となった成形中間材料を取り出した。
容器の内寸を有する金型を用意し、その金型の表面に離型処理を施した。金型上にプリプレグA3層、プリプレグB4層を各層を積層する毎に脱気処理をし積層した。これにバギングフィルムを被せて内部を脱気した。これをオーブンに移し、90℃×10時間、100℃×4時間、130℃×2時間の温度条件で加熱硬化し、筒型の容器を得た。
図1(a)に示す、管板に伝熱管挿入孔を水平方向に5個、高さ方向に42個、計5×42個有する、容器を得た。
長さ2,500mm、外径28mmのスチール製芯金にプリプレグAを炭素繊維織布のたて糸が芯金の長手方向に配向するように10層巻きまわした。この巻き回しには、プレスロールを用い、0.4MPaの圧力を付与した。巻きまわされたプリプレグAの上に厚み25μm、幅30mmの熱収縮性を有するポリエチレンテレフタレートテープ(信越フィルム株式会社製PET−25K)を3mmピッチで巻きまわした。これをオーブンに移し、90℃×10時間、100℃×4時間、130℃×2時間の温度条件で加熱硬化し、伝熱管を得た。
金属の雌型上に、成形材料〔プリプレグB2層、プリプレグA2層、樹脂フイルムD1層、成形中間材料Cをその炭素繊維織布が樹脂フイルムDと接するように1層〕の各層を積層するたびに、バギングフィルムで覆い、内部を脱気して積層した。
雌型上の成形材料をバギングフイルムでバッグした後、室温から325分かけて90℃に昇温し、10時間保持した後20分かけて100℃に昇温し4時間保持した後、さらに60分かけて130℃に昇温して2時間保持した後徐冷する温度条件で加熱硬化することにより図1(a)および図1(b)に示すような保護板を成形した。
このとき、幅W1が320mm、長さL1が2,190mm、深さD1が150mm、取付部91の幅Wfが25mmの枠状の保護板を成形した。また取付部91の鉛直方向からの角度θ1を4.6°とした。また、容器の幅W2を430mmとし、長さL2を2,300mmとし、高さH2を3,210mmとした。
容器の伝熱管挿入孔にPTFE樹脂製取付ジグを介して伝熱管を取り付けた。そして、給排水口を有し、伝熱管1段毎に冷媒(水)を対向する管板に返すための仕切り板を内部に有する冷媒溜まりを管板の外側に取り付けた。保護板を容器のガス流の入口側フランジ部の段差に嵌まるように裁置した上で発電プラントの排ガス配管の途中に挿入接続し、表1の条件で3月間の実用試験を実施した。
容器内壁シェルの表面についてバーコール硬度計(GYZJ934・1型)を用いて硬度測定を実施した。
図5中のZの部分のバーコール硬度を測定したところ、表面硬度は58であり高い硬度を維持していた(実用試験開始前バーコール硬度75〜80)。また、表面の材料状態も良好であった。
11 第1流体
30 伝熱管
31 伝熱管群
52 シャワー装置
80 容器
81 第2流体入口
82 管板(容器内側面)
85 側板(容器内側面)
90 保護板
100 熱交換器
Claims (3)
- 内部に第1流体が流れる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、前記各伝熱管の周囲を流れる第2流体の流路を形成する容器とを有し、前記第2流体の流入方向と前記伝熱管の周囲を流れる前記第2流体の流れ方向とが同じで、前記第2流体の流れ方向と前記伝熱管の長さ方向とが交差する熱交換器であって、
前記容器の前記第2流体入口の周縁から前記容器の内部に向かい前記第2流体の最上流側に位置する前記伝熱管の近傍に至る部位に、前記伝熱管群を洗浄するシャワー装置からの洗浄液を受ける庇状の保護板を設けたことを特徴とする熱交換器。 - 前記保護板が前記容器内側面と離間して、さらに前記保護板が前記伝熱管と接することなく設けられていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 前記保護板と前記容器内側面との距離が前記第2流体の下流に行くほど大きくなるように設けられていることを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
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- 2007-01-09 JP JP2007001218A patent/JP2007248040A/ja active Pending
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