JP2011099598A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体加熱装置の最適設計をすることができ、これによりサイズダウン、コストダウンを図る。
【解決手段】 燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃焼装置と、この燃焼装置からの熱エネルギーで流体を加熱する加熱器１からなる流体加熱装置であって、この加熱器１の一部または全部が間隙を保ってプレート４を積層したプレート部からなり、これらのプレート４の間隙を熱エネルギーを有する流体と被加熱流体が交互に流れ、被加熱流体が加熱されるように加熱部２と被加熱部３とを構成した流体加熱装置であって、前記燃焼装置は、前記加熱器１の下方で燃料が燃焼して熱エネルギーは前記プレート部に下から入って上方に流れ、被加熱流体はプレート部の下または横から入って上方に流れるように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料を燃焼させて燃焼ガスにより液体等の流体を加熱する装置、詳しくはプレートを積層して熱エネルギーを有する流体と被加熱流体とを交互に上方向に流すようにした部位を一部または全部の加熱部に適用した流体加熱装置に関するものである。

従来、燃料の燃焼部に収熱部と呼ばれる円管や異形管などの伝熱管群を配置し、その後流に熱回収部の伝熱管群を配置した構成が知られている。
伝熱管群を用いる場合、形状の制約、および管ピッチが溶接しろの制約を受けるなど、最適設計ができないという欠点があった。また製作の複雑なことによるコストアップ、最適形状が得られないことによるサイズアップの問題があった。

特許第２９４８１８０号公報 特開２００４−３２４９１１号公報 特開２００１−１５３３０２号公報 特開２００３−１８５２９３号公報

解決しようとする問題点は、流体加熱装置を設計するに際し、形状が嵩張ってコンパクトな最適形状に設計できない点である。

本発明は、流体加熱装置の最適設計を行うために、燃焼による熱エネルギーで流体を加熱する加熱器の少なくとも一部（一部または全部）を、間隔を保ってプレートを積層したプレート部（プレート積層体）とし、熱エネルギーをプレート部の下から上へ流し被加熱流体をプレート部の下または横から上へ流すようにすることを最も主要な特徴としている。

本発明の流体加熱装置は、燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃焼装置と、この燃焼装置からの熱エネルギーで流体を加熱する加熱器からなる流体加熱装置であって、この加熱器の一部または全部（少なくとも一部）が間隙を保ってプレートを積層したプレート部からなり、これらのプレートの間隙を熱エネルギーを有する流体と被加熱流体が交互に流れ、被加熱流体が加熱されるように加熱部と被加熱部とを構成した流体加熱装置であって、前記燃焼装置は、前記加熱器の下方で燃料が燃焼して熱エネルギーは前記プレート部に下から入って上方に流れ、被加熱流体はプレート部の下または横（下および横のいずれか）から入って上方に流れるようにしたことを特徴としている。

この装置において、プレート部が燃焼火炎中に置かれるプレート部分と燃焼火炎後に置かれるプレート部分の２箇所に分割して配置されることがある。この場合、プレート部において、燃焼火炎中に置かれるプレート部分が燃焼火炎後に置かれるプレート部分より疎であるようにすることがある。

また、これらの装置において、プレート間の間隙が加熱部と被加熱部で異なるようにした構成とする場合がある。この装置において、燃焼火炎中に置かれる加熱部のプレート間隙が燃焼ガス流速または圧力損失を均一に近づけるように決められることが好ましい。また、燃焼火炎後に置かれる加熱部のプレート間隙が燃焼ガス流速または圧力損失を均一に近づけるように決められることが好ましい。また、加熱部のプレート間の間隙が被加熱部のプレート間の間隙より大きくなっている構成とすることが好ましい。

これらの装置において、燃焼火炎後に置かれるプレート部分が熱エネルギーの流れに沿って複数のプレート群に分かれているように構成することがある。この場合、複数のプレート群において、それぞれのプレート群の積層が下流になるほど密になっているように構成することが好ましい。

また、加熱部のプレート間の間隙が下流方向に行くにつれて狭まり、被加熱部が下流方向に行くにつれて広くなっている構成としてもよい。この場合、加熱部および被加熱部が燃焼火炎中に置かれていることもあり、また、加熱部および被加熱部が燃焼火炎後に置かれていることもある。

これらの装置において、燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃焼装置が、多孔プレートを用いた面燃焼バーナであるように構成したり、燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃焼装置が、耐熱金属繊維を用いた面燃焼バーナであるように構成することもある。

また、これらの装置において、燃焼火炎中に置かれるプレート部分と、燃焼火炎後に置かれるプレート部分が中間ヘッダを介して接続され、被加熱流体は燃焼火炎中に置かれるプレート部分の下部から流入し、燃焼火炎後に置かれるプレート部分の上部から流出するようにした構成とする場合がある。
また、この装置において、プレート部分の外側のプレート間の間隙に、被加熱流体を流すようにした構成とすることが好ましい。

また、これらの装置において、燃焼火炎後に置かれるプレート部分の被加熱部に、この被加熱部に連通する気液分離器を備えた気液分離室がこの被加熱部に連結して設けられ、この気液分離室の上部または上側部（上部および上側部のいずれか）に蒸気出口が設けられ、この気液分離室の下部に液流体出口が設けられて、被加熱流体は加熱され沸騰して蒸気を発生し、気液分離室で蒸気が液流体と分離されて蒸気が外部へ流出するようにした構成とする場合がある。

さらに、この装置において、気液分離室の下部の内側または外側（内側および外側のいずれか）に、液流体出口を備えた液溜まりを設け、この液溜まりに液面検知器を設けて液面検知部を構成し、燃焼火炎中に置かれるプレート部分の被加熱部に液流体入口の流量制御弁を設け、この弁と前記液面検知器とを接続して、気液分離室の被加熱部の下部の内側または外側（内側および外側のいずれか）に流出する流体の液面を検知し、この液面が一定になるように燃焼火炎中に置かれるプレート部分の被加熱部に流入する流体流量を調節するようにした構成とする場合がある。

これらの装置において、被加熱流体が吸収液であり、流体加熱装置が吸収式冷凍機の再生器であるように構成する場合がある。

本発明の流体加熱装置は、従来の水管部の全部または一部をプレート式にすることにより、自由に燃焼ガス流路を設定でき、かつ、プレート部をセットするだけであるので、構造が簡単になり、製作容易でコストダウンを図ることができる。また、最適設計することができ、これにより、無駄なスペースがなくサイズダウンを図ることができるという利点がある。

図１は本発明の流体加熱装置の要部を示す斜視説明図である。 図２は図１におけるプレート部の一例を示す説明図である。 図３は図１におけるプレート部の他の例を示す説明図である。 図４は加熱部と被加熱部の一例を示す説明図である。 図５は加熱部と被加熱部の他の例を示す説明図である。 図６は燃焼火炎後に置かれるプレート部分を分割した一例を示す説明図である。 図７は加熱部と被加熱部のさらに他の例を示す説明図である。 図８は燃焼装置の一例を示す説明図である。 図９は本発明の流体加熱装置の要部の一例を示す説明図である。 図１０は本発明の流体加熱装置の要部の他の例を示す説明図である。 図１１は本発明の流体加熱装置の要部のさらに他の例を示す説明図である。

流体加熱装置をコンパクトかつ安価に設計するという目的を、流体を加熱する加熱器の一部または全部をプレート積層体とすることにより実現した。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図１１に基づいて説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施できるものである。
図１は、本発明の流体加熱装置の要部を示している。１は加熱器で、加熱部２と被加熱部３とからなっている。この加熱器１の下方に隣接して燃焼装置（図示せず）が配置されている。

加熱器１の全部または一部は、間隔を保ってプレート４を積層したプレート部からなり、これらのプレート４の間隙を熱エネルギーを有するガス体等の流体と、被加熱流体が交互に流れて、被加熱流体が加熱されるように構成されている。図１は、燃焼装置（図示せず）において燃料が上方向に燃焼し、発生した燃焼ガスがプレート部に下から入って上方に流れ、被加熱流体はプレート部の下または横から入って上方に流れるように構成されている。

図２に示すように、燃焼火炎５中に置かれるプレート部分６と、燃焼火炎後に置かれるプレート部分７にプレート部が分割して配置される場合がある。
また、図３に示すように、前のプレート部分６を疎に、後のプレート部分７を密にする場合もある。

図４および図５は、プレート４の間隙が加熱部２と被加熱部３とで異なるようにした場合、例えば加熱部２の間隙を被加熱部３の間隙より広くした場合を示している。
また、燃焼火炎中または／および燃焼火炎後に置かれる加熱部のプレート間隙は、燃焼ガス流速または燃焼ガス圧力がほぼ均一になるように決定される。

図６は、燃焼火炎後に置かれるプレート部分が、熱エネルギー（燃焼ガス）の流れに沿って複数のプレート群、例えば３つのプレート群１０、１１、１２に分割されて配置されて場合を示している。この場合、それぞれのプレート群１０、１１、１２のプレートの積層が、下流に行くほど密になるように構成することが好ましい。

図７は、加熱部２のプレート間の間隙が、下流方向に行くにつれて狭くなり、被加熱部３のプレート間の間隙が下流方向に行くにつれて広くなるように構成した場合を示している。この場合、加熱部２および被加熱部３は、燃焼火炎中または燃焼火炎後に置かれる。

燃料を燃焼させて熱エネルギー（燃焼ガス）を発生させる燃焼装置としては、図８に示すような、多孔プレート１３を用いた面燃焼バーナ１４や、耐熱金属繊維を用いた面燃焼バーナ（図示せず）等が用いられる。

図９は、加熱器の一例を示している。すなわち、燃焼火炎５中に置かれるプレート部分６と、燃焼火炎後に置かれるプレート部分７が中間ヘッダ１５を介して接続され、被加熱流体は燃焼火炎中に置かれるプレート部分６の下部から流入し、燃焼火炎後に置かれるプレート部分７の上部から流出するように構成されている。
この場合、プレート部分６、７の外側のプレート間の間隙に、被加熱流体を流すように構成とすることが好ましい。

また、図１０に示すように、燃焼火炎後に置かれるプレート部分７の被加熱部３に、この被加熱部３に連通する気液分離器２０を備えた気液分離室２１がこの被加熱部３に連結して設けられ、この気液分離室２１の上部または上側部に蒸気出口２２が設けられ、この気液分離室２１の下部に液流体出口２４が設けられて、被加熱流体は加熱され沸騰して蒸気を発生し、気液分離室２１で蒸気が液流体と分離されて蒸気が外部へ流出するように構成する場合もある。

さらに、図１１に示すように、気液分離室２１の下部の内側または外側に、液流体出口２５を備えた液溜まり２６を設け、この液溜まり２６に液面検知器２７を設けて液面検知部２８を構成し、燃焼火炎中に置かれるプレート部分６の被加熱部３に液流体入口の流量制御弁２９を設け、この弁２９と前記液面検知器２７とを接続して、気液分離室２１の被加熱部の下部の内側または外側に流出する流体の液面を検知し、この液面が一定になるように燃焼火炎中に置かれるプレート部分６の被加熱部３に流入する流体流量を調節するように構成する場合もある。３０は液流体入口、３１は制御器である。

上記の構成において、被加熱流体が吸収式冷凍機（または冷温水機）の吸収液であり、流体加熱装置が吸収式冷凍機（または冷温水機）の再生器であるように構成することが好ましい。

加熱流体として、燃料をバーナで燃焼させた燃焼ガスを用い、被加熱流体として吸収液を用いることにより、吸収式冷凍機または吸収式冷温水機（単に吸収式冷凍機と記している場合もある）の再生器として用いることができる。

１ 加熱器
２ 加熱部
３ 被加熱部
４ プレート
５ 燃焼火炎
６、７ プレート部分
１０、１１、１２ プレート群
１３ 多孔プレート
１４ 面燃焼バーナ
１５ 中間ヘッダ
２０ 気液分離器
２１ 気液分離室
２２ 蒸気出口
２４、２５ 液流体出口
２６ 液溜まり
２７ 液面検知器
２８ 液面検知部
２９ 液流体入口の流量制御弁
３０ 液流体入口
３１ 制御器

Claims (19)

1. 燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃焼装置と、この燃焼装置からの熱エネルギーで流体を加熱する加熱器からなる流体加熱装置であって、この加熱器の一部または全部が間隙を保ってプレートを積層したプレート部からなり、これらのプレートの間隙を熱エネルギーを有する流体と被加熱流体が交互に流れ、被加熱流体が加熱されるように加熱部と被加熱部とを構成した流体加熱装置であって、前記燃焼装置は、前記加熱器の下方で燃料が燃焼して熱エネルギーは前記プレート部に下から入って上方に流れ、被加熱流体はプレート部の下または横から入って上方に流れるようにしたことを特徴とする流体加熱装置。
2. プレート部が燃焼火炎中に置かれるプレート部分と燃焼火炎後に置かれるプレート部分の２箇所に分割して配置された請求項１記載の流体加熱装置。
3. プレート部において、燃焼火炎中に置かれるプレート部分が燃焼火炎後に置かれるプレート部分より疎であるようにした請求項２記載の流体加熱装置。
4. プレート間の間隙が加熱部と被加熱部で異なるようにした請求項１、２または３記載の流体加熱装置。
5. 燃焼火炎中に置かれる加熱部のプレート間隙が燃焼ガス流速または圧力損失を均一に近づけるように決められた請求項４記載の流体加熱装置。
6. 燃焼火炎後に置かれる加熱部のプレート間隙が燃焼ガス流速または圧力損失を均一に近づけるように決められた請求項４記載の流体加熱装置。
7. 加熱部のプレート間の間隙が被加熱部のプレート間の間隙より大きくなっている請求項４記載の流体加熱装置。
8. 燃焼火炎後に置かれるプレート部分が熱エネルギーの流れに沿って複数のプレート群に分かれている請求項２〜７のいずれかに記載の流体加熱装置。
9. 複数のプレート群において、それぞれのプレート群の積層が下流になるほど密になっている請求項８記載の流体加熱装置。
10. 加熱部のプレート間の間隙が下流方向に行くにつれて狭まり、被加熱部が下流方向に行くにつれて広くなっている請求項１、２または３記載の流体加熱装置。
11. 加熱部および被加熱部が燃焼火炎中に置かれている請求項１０記載の流体加熱装置。
12. 加熱部および被加熱部が燃焼火炎後に置かれている請求項１０記載の流体加熱装置。
13. 燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃焼装置が、多孔プレートを用いた面燃焼バーナである請求項１〜１２のいずれかに記載の流体加熱装置。
14. 燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃焼装置が、耐熱金属繊維を用いた面燃焼バーナである請求項１〜１２のいずれかに記載の流体加熱装置。
15. 燃焼火炎中に置かれるプレート部分と、燃焼火炎後に置かれるプレート部分が中間ヘッダを介して接続され、被加熱流体は燃焼火炎中に置かれるプレート部分の下部から流入し、燃焼火炎後に置かれるプレート部分の上部から流出するようにした請求項２、３、８または９記載の流体加熱装置。
16. プレート部分の外側のプレート間の間隙に、被加熱流体を流すようにした請求項１５記載の流体加熱装置。
17. 燃焼火炎後に置かれるプレート部分の被加熱部に、この被加熱部に連通する気液分離器を備えた気液分離室がこの被加熱部に連結して設けられ、この気液分離室の上部または上側部に蒸気出口が設けられ、この気液分離室の下部に液流体出口が設けられて、被加熱流体は加熱され沸騰して蒸気を発生し、気液分離室で蒸気が液流体と分離されて蒸気が外部へ流出するようにした請求項１５または１６記載の流体加熱装置。
18. 気液分離室の下部の内側または外側に、液流体出口を備えた液溜まりを設け、この液溜まりに液面検知器を設けて液面検知部を構成し、燃焼火炎中に置かれるプレート部分の被加熱部に液流体入口の流量制御弁を設け、この弁と前記液面検知器とを接続して、気液分離室の被加熱部の下部の内側または外側に流出する流体の液面を検知し、この液面が一定になるように燃焼火炎中に置かれるプレート部分の被加熱部に流入する流体流量を調節するようにした請求項１７記載の液体加熱装置。
19. 被加熱流体が吸収液であり、流体加熱装置が吸収式冷凍機の再生器である請求項１〜１８のいずれかに記載の流体加熱装置。

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