JP2008524552A - ボイラ凝縮モジュール - Google Patents

Abstract

本発明はボイラ凝縮モジュールに関するものであり、水／蒸気熱交換器（Ｅ）と閉回路圧縮型熱力学的冷却装置とを含んだボイラ凝縮モジュール（２）において、前記モジュールは、ボイラ（１）が蒸気の流れと水の流れとに割り込んで伝達し、顕熱を減じて潜熱でボイラの蒸気を気化するために、同じ熱をシステムの水に渡して燃焼効率を改良していることを特徴としている。

Description

本発明はボイラ凝縮モジュールに関する。

より具体的には、本発明は上述の種の装置に関するものであり、内部に設置されまたは接続された場合に、メタン、またはＧ．Ｐ．Ｌ．、またはディーゼルオイルが加熱するボイラに供給され、または別の種類のボイラと共に燃焼からの排出蒸気を取り出し、残存した熱を積極的に利用している。

今のところ、最も使用されているボイラは、いわゆる“高効率ボイラ”と呼ばれているものである。これらの装置は、燃焼熱量の９５％を利用し、総熱量の５％だけしか損失がない。それらは高温システムを供給するために使用される。すなわち、標準のラジエータおよび／またはファンコイルを採用したシステム、すなわち適切な操作のために、要素が７０℃よりも高温の温度ベクトル（水）を要求しているシステムである。そのようなボイラは、蒸発の燃焼潜熱を回収することが不可能である。すなわち、生成された蒸気を燃焼の際に液体状態に変化させて回収する熱である。

いくつかの最も重要なガスボイラ工場は、“凝縮ボイラ”を生産している。すなわち特殊なボイラであり、標準的な設定では、特殊なバーナーおよび１つの効率が良くなった煙／水熱交換器であり、２５〜５５℃の間で変化するいわゆる“露点” （それは空気−可燃物混合物および排出されたＣＯ２の燃焼の基礎を変化させることができる）と呼ばれる温度よりも低い温度で燃焼蒸気を運搬している。その温度よりも低い温度において、蒸気に含まれる気体は凝縮を開始し、従って、大量の熱を産出する。凝縮潜熱がメタン燃焼からの総熱量の１１％に等しいということは、根本的に重要なことである。この理由のために、分散することなく凝縮ボイラは、発熱量に関して１１１％の発熱効果を理論的に有している（１００％の顕熱＋１１％の凝縮潜熱）。

しかしながら、３５〜４０℃の循環熱ベクトル（水）温度を伴う低温システム（フロアコイル）に採用された場合、またはいくつかの特別な解決策（温度の減少および／または熱ベクトルの流れの割合、ボイラ熱源の限定）を適用した場合に限り、にこれらの装置は、１０３〜１０６％の高効率に到達する。とにかく、これらのボイラの温度が、６０〜８０℃の数値に維持される場合（ラジエータまたはファンコイルが適切に作動するシステムを作る必要がある）、凝縮ボイラは蒸発潜熱を回収することに成功しない。それは入側の水温が蒸気露点温度よりも高いまたは近すぎるためであり、この場合、凝縮ボイラは標準の高効率ボイラとして（効率８５〜９５％）機能する。

上述の点を考慮すると、本発明によれば、装置は、燃焼により産出された大量の蒸気内に含まれている顕熱の一部と凝縮潜熱（蒸発潜熱としても知られている）の一部とを回収することが可能であるということを示唆している。

記載された装置によって回収された熱は、加熱システムのチューブ内に含まれている熱ベクトル（一般的には水）を予備加熱するために使用され、最終ユーザー（ラジエータ、換気-対流放熱器、冷却チューブなど）から再度ボイラ内に入って加熱され、再度最終ユーザーに送出される（しかし、同じものを他のアプリケーションに使用することも可能である）。このことは、ボイラがより少ないエネルギーを使用して、設定温度において、温度ベクトルを増加させることを可能にしている。従って、システムから得た同じエネルギーとともに燃料を節約している。

本発明による装置は、水／蒸気熱交換器を採用しており、それは、蒸気が（約＋３５℃に等しく）冷却されるまで、大量の熱を回収可能であり、その熱を（８０℃を超えた）異なる温度を持った熱ベクトルに輸送する圧縮型熱力学的サイクルを伴っている。

従って、本発明の具体的な目的は、水／蒸気熱交換器と閉回路圧縮型熱力学的冷却装置とを含んだボイラ凝縮モジュールにおいて、前記モジュールは、蒸気の流れとを遮断しているボイラと連通しており、これにより、顕熱及び蒸気潜熱でボイラの蒸気をから減じ、同じだけの熱をシステムの水にもたらし、もって燃焼効率を改良していることを特徴とするボイラ凝縮モジュールを提供することである。

本発明によると、前記熱交換器は、プレート型または薄板型の水／蒸気熱交換器である。

さらに、本発明によると、前記冷却装置は圧縮型熱力学的冷却装置であり、具体的には蒸気−冷媒熱交換器または蒸発型熱交換器と、交換器と、冷媒圧縮機と、膨張器または薄板部材と、電気−電子制御システムと、を含んでいる。

前記閉回路圧縮型熱力学的冷却装置は、１２℃〜２０℃の蒸発温度と、５０℃〜９５℃で変化し得る凝縮温度とを提供している。

具体的には、前記冷却装置は、プレート型および／または薄板ユニット型および／または管束型の１つ以上の水−冷媒熱交換器と；プレート型および／または薄板型ユニットおよび／または管束型の１つ以上の蒸気−冷媒熱交換器と；好適にはＲ１２，Ｒ１３４，Ｒ４０４，Ｒ４０７，Ｒ４１０，Ｒ１２５の冷媒流体を圧縮するためのインバータ型に相当する１つ以上の圧縮機と；毛管型および／または均圧管および／または調整チョークを伴ったあるいは伴わない熱膨張バルブ型の１つ以上の薄板部材と；様々な構成要素に接続された金属チューブと、を含んでいる。

さらに、本発明によると、前記蒸気凝縮物に直接的に直接接触可能な部品には、同時に凝縮される酸に対して耐性のある材料、例えばAISI316Lステンレス鋼または他の好適な材料が含まれている。

さらに、本発明によると、1つ以上の水／蒸気プレート型または薄板ユニット型熱交換器が設けられ、増熱空気（carburant air）との熱交換を伴うか、または伴わない。

さらに、本発明によると、前記水−蒸気熱交換器と前記蒸気−冷媒熱交換器（冷却回路のための蒸発器）とは、金属ルーム内部に設置され、該金属ルーム内は蒸気が循環しており、前記２つの熱交換器による凝縮物が前記金属ルームの外側に容易に流出するようにされており、空気、環境、水および蒸気の混合が発生することを避けている。

さらに、本発明によると、保護および制御が最適化されており、例えば、冷却回路において一般的に使用される圧力スイッチ、サーモスタット、流量計、圧力計、温度計、トランスデューサ、蒸気排出器、流路インジケータ、ファン、液体射出システム、液体受容および供給部、フィルタ、電気／電子基板、均圧器および減圧器、遮断器および調整バルブ、混合バルブ、並びに凝縮物排出サイフォンである。

特に、流体Ｒ１３４Ａが冷媒流体として採用され、または代替品として様々な冷媒流体（Ｒ４０４，Ｒ４０７，Ｒ４１０，Ｒ１２５）が冷却回路内を循環するために採用可能である。

さらに、本発明によると、密封方式、準密封方式または開放式の容積型または遠心分離型圧縮機が設けられている

本発明によると、常にいつでもグリコールまたは別の不凍液を含んだ別の流体または混合流体が、水の替わりにシステムの熱ベクトルとして使用されている。

さらに、本発明によると、蒸気から回収された熱の輸送（伝達）は、例えば、衛生的な加熱水の加熱および／または別の加熱システムへの供給および／または空気の直接的な加熱のような、メインの水のシステムと直接的にではなく接続されている別のシステムの流体に発生している。

最後に本発明によると、対向流型熱交換器が使用されている。

本発明による“ボイラ凝縮モジュール”は、（低燃費、非常に高効率で低排気の）凝縮ボイラの利点と同じ利点を持った（凝縮ボイラでない）標準の高効率ボイラを得ることを目的としている。それと同時に、高コストでかつシステム内に低温の水があるときのみ操作性に優れているという２つの欠点を解決している。

本発明による装置は、熱ベクトルの温度が高温（６０〜８０℃）を維持していたとしても、凝縮した潜熱を回収することを可能にしている。このことは、熱ベクトルを供給するためのシステムの改良が高価になることを回避可能にし、かつ既存の熱システムに凝縮ボイラを組み込む場合に必要となる（ラジエータ−ファンコイルの）最終装置の改良が高価になることを回避可能にしている。既存の熱システムのごく一部のみが、床放散（floor diffusion）がされるようになっている一方、既存のシステムの９５％が鋳鉄またはアルミニウムラジエータが設けられており、凝縮ボイラのその設備は使い勝手がよくないということである。

本発明は、説明のためにここに記載される。しかし、記載に含まれた図を詳細に参照した好適な実施形態によって限定する目的ではない。

添付図を参照すると、本発明による凝縮ユニット２を備えたボイラ１が示されている。例示の目的で図１に示しているように、本発明によるモジュールは、他の型式のボイラ１、ボイラ凝縮モジュール２、ラジエータ３、ユーザーへの水供給チューブ４、ユーザーからの水戻りチューブ５、ボイラ蒸気排出部６、送気管７および凝縮物排出部８による外部構成に適用可能である。

詳細図２を参照すると、本発明によるボイラのための凝縮モジュール２が示されており、実質的に、水／蒸気プレートまたは薄板ユニット型熱交換器Ｅおよび圧縮型熱力学的冷却装置を含んでいる。

前記冷却装置は、蒸気−冷媒または蒸発型熱交換器Ｇ（蒸発器）、冷媒圧縮機Ｈ、膨張器または薄板部材Ｌ、電気−電子制御システム、および一般的に冷却装置に使用される様々な機能的器具を含んでいるが、それらは本発明の具体的な目的ではない。

ボイラから到達した蒸気（図示略）は、ボイラ凝縮モジュール内に入り、約１５０℃の温度で穴Ｃを通って金属ルームＰの中に入る。その蒸気は順に蒸気／水熱交換器Ｅにぶつかり、そこで水と熱交換を行い、９０℃に冷却される。その後、蒸気−冷媒熱交換器Ｇに到達して、２０℃以下の温度で循環する冷媒のために、蒸気はそこでさらに冷却される。

蒸気はこの熱交換器Ｇにおいて約３５℃まで冷却され、従って、同じ凝縮器内に含まれる蒸気が、結果として生じる蒸気潜熱の回収を伴って凝縮されることを可能としている。

最終的に、金属ルームＰから穴Ｄを通って排出される蒸気は、高い流れ抵抗および低温度による吸引の損失を補うファン／換気扇Ｎによって可能な限り押し出される。

約６０℃でシステムから流入する水はジョイントＡから入り、最初に水−冷媒熱交換器Ｆを通過して、高温の冷媒（約１１０℃）によって約６２〜６４℃に予備加熱される。その後、水−蒸気熱交換器Ｅ内を通過して、１５０℃以上の蒸気と熱交換するために、さらに過熱される（可能な限り６４〜６７℃に）。

最終的に、水はボイラ凝縮モジュールからチューブＱを通ってジョイントＢから流出する。標準状態において、前記予備過熱された水は、ボイラ内に戻ることになっており、ボイラはより少ない燃料を要求して、前段階の予備加熱のために温度を上昇させる。

冷媒（一般的にはＲ１３４Ａまたは類似の流体）は防水回路内に含まれている。圧縮機Ｈは、蒸気である流体を、最終のユーザーに再度入れる場合に、蒸気が水温を得るために必要な１．６〜２．２ＭＰａの圧力で圧縮する。

過熱した蒸気は、高圧チューブを通って水−冷媒熱交換器Ｆ内に入る。冷媒は水に熱を譲渡し、その水は加熱され、その一方で冷媒は（具体的な圧力に属する）飽和温度下まで冷え、状態を変化させて液体状態になる。そこで、冷媒は薄板部材Ｌに接触し、飽和温度を（１２〜１８℃に）下げ、同時に実際の温度を下げるために、その圧力を（約０．３５〜０．４５ＭＰａに）減少させようとする。

従って、冷媒は気液飽和混合状態であり、低圧チューブＭを通って蒸気−冷媒熱交換器Ｇ内に入り、ここで冷媒は蒸気から（３５〜４０℃に加熱されるまで）熱を受け取って、冷媒の一部に残存した液体の気化を可能な状態にする。従って冷媒は圧縮機Ｈによって吸い込まれ、再度循環を始める。

本発明による“ボイラ凝縮モジュール”は、製造工程中に強制吸気ボイラ内またはブローエアバーナー（blown air burner）に設置されることが可能であり、または既存の熱システム内に設けられることが可能であり、ボイラ蒸気およびボイラ吸入水チューブを割り込ませればよい。

蒸気の凝縮は、モジュール２の内部のみで発生し、従って、ボイラを酸の凝縮物による損傷に対して保護している。

回収された熱は、ボイラに関して異なった目的またはボイラの予備加熱水に使用可能であるということは明白である。

本発明による“ボイラ凝縮モジュール”は、異なるサイズを備え、異なる燃料を採用するボイラにとって適切なように、異なる出力に関して実現可能である。実際のところ、燃料の形式も本発明によるボイラ凝縮モジュールの出力に影響している。なぜなら、低い側の発熱量が同じであっても、高い側の発熱量は同じではないからである。

本発明による“ボイラ凝縮モジュール”は、標準のボイラを高効率のボイラに変化させる利点を有し、それは一般的に大気中に分散させる熱（顕熱および潜熱）をほぼ完全に回収している結果である。実際のところ、エネルギーを浪費することなく、燃料の消費は最小レベルにおいて減少しており、同様に排気は燃料消費の減少に対して比例的に減少している。

汚染物質はさらに操作中に形成された凝縮水中に保持されている。いくつかの構成要素が水溶性であり、かつ同じ凝縮水の固有の界面活性力によるためである。

３５℃以上の吸入水でシステムを操作することによって、“ボイラ凝縮モジュール”が設けられたボイラは、従来の凝縮ボイラよりも高い効率を有している。ボイラ凝縮モジュールは、安価で単純に実現し、非常に興味深い性能／価格割合を得ることが可能である。

本発明は、図示されたものに関して記載してきたが、目的を限定するものではない。好適な実施形態によると、本願の請求項で定義された事項に関連する範囲から逸脱することなく、改良および／または変更はその当業者によって導入可能であるということが理解されるであろう。

本発明による凝縮モジュールが設けられたボイラの回路図である。 図１の凝縮モジュールを詳細に示した図である。

符号の説明

１ ボイラ
２ 凝縮ユニット
３ ラジエータ
６ 蒸気排出部
７ 送気管
８ 凝縮物排出部
Ａ ジョイント
Ｃ 穴
Ｄ 穴
Ｅ 熱交換器
Ｇ 熱交換器
Ｈ 冷媒圧縮機
Ｌ 薄板部材
Ｎ ファン

Claims (16)

1. 水／蒸気熱交換器と閉回路圧縮型熱力学的冷却装置とを含んだボイラ凝縮モジュールにおいて、
   前記モジュールは、蒸気の流れと水の流れとを遮断しているボイラと連通しており、
   これにより、顕熱及び蒸気潜熱をボイラの蒸気から減じ、同じだけの熱をシステムの水にもたらし、もって燃焼効率を改良していることを特徴とするボイラ凝縮モジュール。
2. 前記熱交換器は、プレート型または薄板型の水／蒸気熱交換器であることを特徴とする、請求項１に記載のボイラ凝縮モジュール。
3. 前記冷却装置は、圧縮型熱力学的冷却装置であることを特徴とする、請求項１または２に記載のボイラ凝縮モジュール。
4. 前記冷却装置は、蒸気−冷媒熱交換器または蒸発型熱交換器と、交換器と、冷媒圧縮機と、膨張器または薄板部材と、電気−電子制御システムと、を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載のボイラ凝縮モジュール。
5. 前記閉回路圧縮型熱力学的冷却装置は、１２℃〜２０℃の蒸発温度と、５０℃〜９５℃で変化し得る凝縮温度とを提供していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
6. 前記冷却装置は、プレート型および／または薄板ユニット型および／または管束型の１つ以上の水−冷媒熱交換器と；
   プレート型および／または薄板型ユニットおよび／または管束型の１つ以上の蒸気−冷媒熱交換器と；
   好適にはＲ１２，Ｒ１３４，Ｒ４０４，Ｒ４０７，Ｒ４１０，Ｒ１２５の冷媒流体を圧縮するためのインバータ型に相当する１つ以上の圧縮機と；
   均圧管および／または調整チョークを伴ったあるいは伴わない、毛管型および／または熱膨張バルブ型の１つ以上の薄板部材と；
   様々な構成要素に接続された金属チューブと、
   を含んでいることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
7. 前記蒸気凝縮物に直接的に接触可能な部品には、同時に凝縮される酸に対して耐性のある材料、例えばAISI316Lステンレス鋼または他の好適な材料が含まれていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
8. 1つ以上の水／蒸気プレート型または薄板ユニット型熱交換器が設けられ、増熱空気との熱交換を伴うか、または伴わないことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
9. 前記水−蒸気熱交換器と前記蒸気−冷媒熱交換器（冷却回路のための蒸発器）とは、金属ルーム内部に設置され、該金属ルーム内は蒸気が循環しており、前記２つの熱交換器による凝縮物が前記金属ルームの外側に容易に流出するようにされており、空気、環境、水および蒸気の混合が発生することを避けていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
10. 保護および制御が最適化されており、例えば、冷却回路において一般的に使用される圧力スイッチ、サーモスタット、流量計、圧力計、温度計、トランスデューサ、蒸気排出器、流路インジケータ、ファン、液体射出システム、液体受容および供給部、フィルタ、電気／電子基板、均圧器および減圧器、遮断器および調整バルブ、混合バルブ、並びに凝縮物排出サイフォンであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
11. 流体Ｒ１３４Ａが冷媒流体として採用され、または代替品として様々な冷媒流体（Ｒ４０４，Ｒ４０７，Ｒ４１０，Ｒ１２５）が冷却回路内を循環するために採用可能であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
12. 密封方式、準密封方式または開放式の容積型または遠心分離型圧縮機が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
13. グリコールまたは別の不凍液を含んだ別の流体または混合流体が、水の替わりにシステムの熱ベクトルとして使用されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
14. 蒸気から回収された熱の輸送（伝達）は、例えば、衛生的な加熱水の加熱および／または別の加熱システムへの供給および／または空気の直接的な加熱のような、メインの水のシステムと直接的にではなく接続されている別のシステムの流体に発生していることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
15. 対向流型熱交換器が使用されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。
16. 実質的に図および記載と同等であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のボイラ凝縮モジュール。

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