JP2011058671A - 結露回収装置を備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】廃熱回収装置に結露回収装置を接続して、排ガス中の結露水を効率的に排除して装置の良好な稼働を実現する。
【解決手段】排ガスに含まれる熱を回収する廃熱回収装置３と、排ガスが廃熱回収装置３を通過する際に冷却されて生じる結露水を回収する結露回収装置４を備えた熱交換器であって、前記結露回収装置４の側面には排ガスの導入口１５が配置され、その導入口１５から導入された排ガスは上方に流れて廃熱回収装置３を通過し、廃熱回収装置３に結露した結露水は導入口１５の下側に流下して回収される構成とした
【選択図】図２

Description

本発明は結露回収装置を備えた熱交換器に関し、特に、廃熱回収装置に結露回収装置を接続して、排ガス中の結露水を効率的に排除して装置の良好な稼働を実現する結露回収装置を備えた熱交換器に関する。

一般的に、工場等のプラント施設、商業施設、温浴施設等では、重油、灯油、ガス等を燃焼させて熱水を供給する給湯設備を備え、これら給湯設備のボイラーでは、燃料に空気を混合した混合燃料をバーナーから噴射して燃焼室に送り込み、燃焼室の熱によって水を加熱する構成となっている。
ボイラーによって加熱された温水は貯湯タンクに一旦貯えた後、必要に応じて、温水ポンプによって各所へ送り出される。
そして、ボイラーで燃焼した排ガスはダクト等を介して排気されるが、この排ガスは高熱であるため、廃熱回収装置を設置して廃熱の有効利用を図っている。
このような温水ボイラーの廃熱利用に関する技術として、特開２００８−８２５８８号公報、特開平１０−２５２４１９号公報記載の技術が知られている。
特開２００８−８２５８８号公報 特開平１０−２５２４１９号公報

しかしながら、前記公報記載の技術では、排ガスの熱交換時に排ガスに含まれる水蒸気が冷却されて装置に結露するという問題があった。
この結露が生じると、装置内部に水が侵入して故障の原因になると共に、結露水が排ガス中の硫黄酸化物・窒素酸化物と反応して硫酸等を生じ、装置を腐食させるおそれがある。

本発明は係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、廃熱回収装置に結露回収装置を接続して、排ガス中の結露水を効率的に排除して装置の良好な稼働を実現する結露回収装置を備えた熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の結露回収装置を備えた熱交換器では、排ガスに含まれる熱を回収する廃熱回収装置と、排ガスが廃熱回収装置を通過する際に冷却されて生じる結露水を回収する結露回収装置を備えている。

請求項２記載の結露回収装置を備えた熱交換器では、請求項１記載の結露回収装置を備えた熱交換器において、前記結露回収装置の側面には排ガスの導入口が配置され、その導入口から導入された排ガスは上方に流れて廃熱回収装置を通過し、廃熱回収装置に結露した結露水は導入口の下側に流下して回収される構成とした。

請求項３記載の結露回収装置を備えた熱交換器では、請求項１〜２いずれか記載の結露回収装置を備えた熱交換器において、廃熱回収装置と結露回収装置は、フランジによって着脱自在とされていることを特徴とする。

請求項４記載の結露回収装置を備えた熱交換器では、請求項１〜３いずれか記載の結露回収装置を備えた熱交換器において、前記結露回収装置は結露水を受け止めるドレンパンと、ドレンパンの結露水を排水するドレンが備えられていることを特徴とする。

請求項５記載の結露回収装置を備えた熱交換器では、請求項１〜４いずれか記載の結露回収装置を備えた熱交換器において、前記廃熱回収装置はケーシング内に挿通配置された多数の排気管と、その排気管の外周に配置された水の循環領域とを備え、前記ケーシングは縦方向に配置されてその内側に縦方向に多数の排気管が所定間隔で配置され、前記ケーシングの上方に水の導入口、ケーシングの下方に水の排出口がそれぞれ接続され、前記ケーシングの水の循環領域にはケーシング内を螺旋状に流下させる整流板が備えられていることを特徴とする。

上記構成を採用することにより本発明では以下の効果を有する。
請求項１記載の熱交換器では、排ガスに含まれる熱を回収する廃熱回収装置を備えているので、従来廃棄されていた排ガスの熱を有効利用できる。
また、排ガスが廃熱回収装置を通過する際に冷却されて生じる結露水を回収する結露回収装置を備えているので、装置内部に付着する結露を除去して、結露による装置の故障・腐食を防止して装置を有効に稼働できる。

請求項２記載の熱交換器では、結露回収装置の側面には排ガスの導入口が配置され、その導入口から導入された排ガスは上方に流れて廃熱回収装置を通過し、廃熱回収装置に結露した結露水は導入口の下側に流下して回収される構成としたので、廃熱回収装置から流下した結露水はこの導入口の下側に受け止められて、ボイラー方向（煙道方向）への結露水の侵入が阻止される。

請求項３記載の熱交換器では、廃熱回収装置と結露回収装置は、フランジによって着脱自在とされているので、フランジ部を取り外して装置内部のメンテナンスが容易に行われる。
また、ボイラーの規模、用途等に応じて廃熱回収装置または結露回収装置を入れ替えて装着することができるようになり、ボイラーの性能、用途に応じて柔軟な対応が可能となる。

請求項４記載の熱交換器では、結露回収装置は結露水を受け止めるドレンパンと、ドレンパンの結露水を排水するドレンが備えられているので、ドレンパンに受け止められてボイラー方向へのケーシング結露水の侵入は阻止されると共に、溜まった結露水はドレンより確実に排水される。

請求項５記載の熱交換器では、排ガスを通過させる多数の排気管の外周に水を循環させる構成としたので、効率的に排ガス中の熱が回収される。
また、ケーシングは縦方向に配置されてその内側に縦方向に多数の排気管が所定間隔で配置され、ケーシングの上方に水の導入口、ケーシングの下方に水の排出口がそれぞれ接続されているので、ケーシング内を流れる水は排気管との接触によって確実に熱交換が行われる。
さらに、ケーシングの水の循環領域にはケーシング内を螺旋状に流下させる整流板が備えられているので、ケーシング内の水は螺旋状に回転しながら効率的に熱交換が行われる。

まず、従来例に係る廃熱回収装置５０では、図５に示すように、ボイラー５１の排気口５２に接続されたケーシング５３内に多数の排気管を挿通し、このケーシング５３内の排気管外周に水を循環させ、その循環水に排気ガスの熱を吸収させて熱交換を行う構成となっている。
この廃熱回収装置では、上部入口５４から導入された水は、ケーシング５３内を流下する間に排気管と接触して加熱され、加熱された水はケーシング下部出口５５から送出されてポンプによって各所に送られる。または、下部出口５５から送出された水はボイラー５１に送られて再度加熱した後に各所へ送られる構成となっている。
本発明の結露回収装置を備えた熱交換器は、このような廃熱回収装置５０の下側に結露回収装置を組み付けたものである。
以下、図面に基づいて本発明を実現する最良の形態を説明する。

図１は結露回収装置を備えた熱交換器の概略構成図、図２は熱交換機の側面図、図３はＳ−Ｓ断面図である。
本発明の結露回収装置を備えた熱交換器は、ボイラー等の燃焼炉から排出される排ガスに含まれる熱を回収する装置において、装置内部に結露する水を回収する結露回収装置を備えたものである。

ボイラー等の燃焼器２は一般的に耐火材で形成した焼却室、燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段、燃焼室に供給された燃料を燃焼させるバーナー、燃焼後の排ガスを排気する排気口２を備えている。

燃焼室は縦置き型又は横置き型が在るが、本実施例では横置き形の円筒形の燃焼室を採用しており、その燃焼室は燃焼ノズル（バーナー）の挿通された一次燃焼室、燃焼ノズルの火炎が広がる二次燃焼室を有し、燃焼炉基部の一次燃焼室は、耐火性の砕石とアルミナ質の水硬セメントのような結合剤を混合生成したキャスタブルによって耐熱構造となっている。
一次燃焼室に続く二次燃焼室は円筒形の耐熱性金属からなり、温水ボイラーでは二次燃焼室の外周に水が貯留されて、この水が熱せられて温水が得られるようになっている。

燃料供給手段は燃焼室に燃料を供給する装置であり、重油、灯油、軽油等の液体化石燃料を霧状とした後に、空気と混合して、圧力を掛けて供給する機能を有している。
尚、燃料としては、ガス、水素燃料等あるいはこれらの混合物を使用することができる。

バーナーは液体燃料噴射ノズルを備えており、燃焼室の基部から液体燃料噴射ノズルが水平に挿入され、そのノズルから燃焼室の中心へ燃料が噴射して燃焼する。

本発明の結露回収装置を備えた熱交換器１は、上側に配置されて排ガスに含まれる熱を回収する廃熱回収装置３と、廃熱回収装置３の下側に接続されて排ガスが廃熱回収装置３を通過する際に冷却されて生じる結露水を回収する結露回収装置４を備えている。

廃熱回収装置図３は縦方向（垂直方向）に配設される円筒形の本体と、本体の下側及び上側に配置された接続用のフランジ６，７を有している（図２、３参照）。
本体は円筒形のケーシング５からなり、ケーシング５上方の一端側面には水の入口８が接続され、下方の一端側面には水の出口９が接続されている。
そして、ケーシング５内部には所定間隔で多数の排気管１０が配置され、排気管１０の外周には水１１が充填されている。そのため、ケーシング５の入口８から入った水はケーシング５内を流下しながら熱交換を受けて出口９から送出される。

廃熱回収装置３の上下にはそれぞれフランジ６、７が配置され、下側のフランジ７は燃焼室から出てくる排ガスを導入する接続部、上側のフランジ６は本体を通過した排ガスをダクト１８へ送り出す接続部となっている。
入口と出口にそれぞれフランジが配置されていることにより、フランジ部をボルト締めして本体の着脱が可能となり、従来のボイラーや燃焼器に後付として本体を組み付けることが可能となっている。

図３はケーシング５の断面図であるが、ケーシング５内には所定間隔で直状に多数の排気管１０が挿通されている。この排気管はそれぞれ直径数ｍｍ〜数ｃｍ、長さ数十ｃｍ〜数百ｃｍの形状を有し、ケーシング５の上から下の全長に渡ってそれぞれ直状に平行に配設されている。
ケーシング５上部には水の入口８、下部には水の出口９が配置されているため、ケーシング５内の排気管の外周は水が充填された水の循環領域となっている。
ケーシング５の入口８から導入された水は、ケーシング５内を流下する間にケーシング５の排気管１０を通過する排ガスとの熱交換により加熱され、ケーシング５下部の出口９から送出される。
ケーシング５の径・長さ、排気管の径・長さ等については、適用する燃焼器あるいはバーナーの熱量等に応じて適宜設定される。

前記結露回収装置４は廃熱回収装置３に結露して流下する結露水を受け止める回収部であり、ケーシング５と略同一径の円形の側面１２を備えており、下部は底１３によって閉塞されている。
結露回収装置４の上端は水平に屈曲してフランジ１４が形成されており、廃熱回収装置３のフランジ７と重ね合わせてボルト締めにて接続され、廃熱回収装置３と結露回収装置４は連続空間として一体となっている。
フランジ７，１４は着脱自在とされていることにより、メンテナンス時に取り外すことが可能である。また、ボイラー等の規模に応じてフランジ部から取り外して結露回収装置４部分または廃熱回収装置３部分の取り換え設定が可能となっている。
結露回収装置４の側面には円形孔の排ガスの導入口１５が形成されており、この導入口１５にボイラーの煙道１６が接続されて排ガスが導入される。導入口１５から導入された排ガスは上方の廃熱回収装置３へ導かれ、廃熱回収装置３を通過してダクト１８から排気される。

導入口１５と結露回収装置の底との間には段差ｈが形成されており、この段差ｈ以下の部位が側面１２と底１３によって囲われたドレンパンとして機能する。すなわち、上部の廃熱回収装置３から流下した結露水はこのドレンパンに受け止められて、ボイラー方向（煙道１６方向）への結露水の侵入が阻止される。

結露回収装置４の底１３はボイラー本体の外側に向かって下り傾斜とされ、下り傾斜とされた最も低い部位にドレン１７が接続され、ドレン１７は下方に伸びて排水溝に達している。
このドレン１７はボイラーの規模、結露水の生成状況に応じて、管径、管長は適宜設定されるが、ドレン１７は結露水のみを排水して、排ガスを漏らさない通気抵抗を有しており、一例として管径１５ｍｍ、管長１００〜１５０ｍｍのパイプによって構成されている。
尚、ドレン１７の管の形状をＵ字状に屈曲させて、その屈曲部分に結露水を貯留して結露水により閉塞した状態として排ガスをドレン１７から漏らさないように通気抵抗を付与する構成としても良い。

次に、本発明の作用を説明する。
燃焼器２の燃焼室に供給された燃料は、バーナーで燃焼され、燃焼室に配置された水の貯留部を加熱し、生成された温水はポンプ等によって各所へ送られる。
燃焼後の排ガスが排気口から排出されるが、この排ガスは熱を有しているために、本発明の廃熱回収装置によって熱を回収する。
本発明の廃熱回収装置には導入口１５を経て排気ガスが導入されて水との熱交換が行われる。

廃熱回収装置３の上部から導入された水は、ケーシング５内を通過する間に排気管１０と接触し、排気管１０は排ガスの熱によって高熱になるために排気管１０の熱によって加熱される。
ケーシング５を流下しながら熱交換された水は下の出口９から送出され、ポンプによって各所に送られる。
尚、燃焼器２にも別途貯水槽が配置されており、燃焼器２の貯水槽とケーシング５の貯水部の２カ所によって水が加熱されることになるが、それぞれの貯水部はそれぞれ独立して加熱することができる他、相互に連通して協働しながら加熱することができる。
例えば、相互に連通して加熱する場合には、燃焼器２で加熱した後に廃熱回収装置３によって二次加熱する方法、あるいは、廃熱回収装置３によって加熱した後に燃焼器２で二次加熱する方法等が採用される。

上記熱交換器の稼働に伴い、排ガスが廃熱回収装置３を通過する際に冷却されるため、排ガス中の水分が装置内部、特に排気管の内周に結露する。
この結露水は垂直方向に配設された排気管１０の内部を伝って流下する。
流下した結露水は結露回収装置４のドレンパンに受け止められる。このとき、排気ガスの導入口１５と結露回収装置４の底１３には段差ｈが形成されているので、ボイラー方向（煙道１６方向）への結露水の侵入が阻止される。
ドレンパンに受け止められた結露水は傾斜した底１３を流れてドレン１７から排出される。
ここでドレン１７は所定の細い管径のため、所定の通気抵抗を備えており、水は排出するが、排ガスを漏られさない。
装置の稼働初期には廃熱回収装置３自体が冷却状態にあるため、排ガスの冷却効率が高く、結露水の発生量が多くなる傾向にあるが、本発明の熱交換器１ではこれらの結露水も有効に排除する。

次に、図５は第２実施例に係る廃熱回収装置である。
尚、第２実施例の説明において前記第１実施例と同一の構成要素については同一の符合を付してその説明は省略する。
第２実施例に係る廃熱回収装置は第１実施例で説明した廃熱回収装置において、ケーシング５内に水を螺旋状に流下させる整流板１９を配置したものである。
この整流板１９は、ケーシング５内の中心となる排気管１本または中心となる部位を設定し、その周りに螺旋を描いて徐々に下降させ、水の循環領域を螺旋状に仕切ったものである。
ケーシング５内においては、整流板１９は排気管１０と交錯して配置されるが、交錯カ所の螺旋板には排気管の貫通孔を形成し、この貫通孔を通過して排気管が配置されている。つまり、排気管１０はケーシング５内に第１実施例と同様に配置されており、整流板１９が螺旋状に排気管の間を縫って配設された状態となっている。
このように構成しているために、ケーシング５内に上方から供給された水は整流板１９に沿って螺旋状に巡回しながら流下し、排気管１０と接触時間が長く確保されて加熱されることになる。
その他の作用については第１実施例と同様となる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明の具体的な構成については、本実施例の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では熱交換器１を燃焼器の排気口に接続する構成としたが、接続位置は排気ガス以外の高温のガスが通過する部位であれば適用可能である。

第１実施例に係る結露回収装置を備えた熱交換器の概略構成図である。 第１実施例に係る廃熱回収装置の側面図である。 図２におけるＳ−Ｓ断面図である。 第２実施例に係る結露回収装置を備えた熱交換器の斜視図である。 従来例に係る廃熱回収装置の説明図である。

１ 熱交換器
２ 燃焼器
３ 廃熱回収装置
４ 結露回収装置
５ ケーシング
６ フランジ
７ フランジ
８ 入口
９ 出口
１０ 排気管
１１ 水
１２ 側面
１３ 底
１４ フランジ
１５ 導入口
１６ 煙道
１７ ドレン
１８ ダクト
１９ 整流板

Claims (5)

1. 排ガスに含まれる熱を回収する廃熱回収装置と、排ガスが廃熱回収装置を通過する際に冷却されて生じる結露水を回収する結露回収装置を備えたことを特徴とする結露回収装置を備えた熱交換器。
2. 前記結露回収装置の側面には排ガスの導入口が配置され、その導入口から導入された排ガスは上方に流れて廃熱回収装置を通過し、廃熱回収装置に結露した結露水は導入口の下側に流下して回収される構成とした請求項１記載の結露回収装置を備えた熱交換器。
3. 廃熱回収装置と結露回収装置は、フランジによって着脱自在とされていることを特徴とする請求項１〜２いずれか記載の結露回収装置を備えた熱交換器。
4. 前記結露回収装置は結露水を受け止めるドレンパンと、ドレンパンの結露水を排水するドレンが備えられていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の結露回収装置を備えた熱交換器。
5. 前記廃熱回収装置はケーシング内に挿通配置された多数の排気管と、その排気管の外周に配置された水の循環領域とを備え、
   前記ケーシングは縦方向に配置されてその内側に縦方向に多数の排気管が所定間隔で配置され、
   前記ケーシングの上方に水の導入口、ケーシングの下方に水の排出口がそれぞれ接続され、
   前記ケーシングの水の循環領域にはケーシング内を螺旋状に流下させる整流板が備えられていることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の結露回収装置を備えた熱交換器。

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