JP2011226679A - Fluid heating device - Google Patents
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Abstract
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、プレート型加熱器と煙管とを垂直(鉛直)に配置した流体加熱装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for burning a fuel and heating a fluid such as a liquid by combustion gas, and more specifically, by laminating plates so that a fluid having heat energy and a fluid to be heated flow alternately upward, The present invention relates to a fluid heating device in which a heater and a smoke pipe are arranged vertically.
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration in which a heat transfer tube group such as a circular tube or a deformed tube called a heat collection unit is arranged in a fuel combustion unit and a heat transfer tube group of a heat recovery unit is arranged downstream is known.
In the case of using a heat transfer tube group, there is a drawback that the optimum design cannot be performed because the shape is limited and the tube pitch is limited by the welding margin. In addition, there are problems of cost increase due to complicated production and size increase due to failure to obtain an optimum shape.
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。 The problem to be solved is that when designing a fluid heating device, the shape is bulky and cannot be designed in a compact optimum shape.
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又は横から上へ流すようにし、加熱器と煙管とを垂直に配置することを最も主要な特徴としている。 In the present invention, in order to optimally design a fluid heating apparatus, a heater that heats a fluid with thermal energy from combustion is a plate portion (plate laminate) in which plates are stacked at intervals, and the thermal energy is transferred to the plate portion. The main feature is that the fluid to be heated is allowed to flow from the bottom to the top and the fluid to be heated to flow from the bottom or side to the top of the plate portion, and the heater and the smoke pipe are arranged vertically.
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において、この加熱器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及び横のいずれかから入って上方に流れるように構成され、前記加熱器のプレート部が燃焼火炎中に置かれ、このプレート部の後方(上方)に燃焼後の燃焼ガスが流入する複数の煙管が配置されて、これらの煙管の間に被加熱流体が流れるようにしたことを特徴としている。 The fluid heating device of the present invention is a fluid heating device comprising a combustion device that burns fuel to generate heat energy and a heater that heats fluid with the heat energy from the combustion device, and the heater keeps a gap. A fluid comprising a plate portion in which plates are stacked, and a fluid having a heat energy and a fluid to be heated flow alternately through the gap between these plates, and the fluid to be heated is heated and the fluid to be heated is configured. The combustion apparatus is configured such that fuel burns below the heater, heat energy enters the plate portion from below and flows upward, and the fluid to be heated is either below or next to the plate portion. The plate portion of the heater is placed in a combustion flame, and a plurality of smoke pipes into which the combustion gas after combustion flows are placed behind (upper) the plate portion. Is location, is characterized in that as the heated fluid flows between these smoke tubes.
この装置において、プレート間の間隙が加熱部と被加熱部で異なるように構成することがある。また、各加熱部におけるプレート間の間隙が燃焼ガス流速及び燃焼ガス圧力損失の少なくともいずれかを均一に近づけるように決められているように構成することが望ましい。 In this apparatus, the gap between the plates may be different between the heating part and the heated part. In addition, it is desirable that the gap between the plates in each heating unit is determined so that at least one of the combustion gas flow velocity and the combustion gas pressure loss is made to approach uniformly.
これらの装置において、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ように構成することがある。 In these apparatuses, the gap between the plates of the heating part may be configured to be larger than the gap between the plates of the heated part.
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ように構成する場合がある。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して、多孔プレートを用いた面燃焼バーナや、耐熱金属繊維を用いた面燃焼バーナ等が用いられる。 In addition, the gap between the plates of the heating unit may be narrowed as it goes downstream, and the heated part may be widened as it goes downstream. As a combustion apparatus for burning fuel to generate thermal energy, a surface combustion burner using a perforated plate, a surface combustion burner using a heat-resistant metal fiber, or the like is used.
また、本発明の装置は、熱エネルギーで流体を加熱する加熱器及び煙管を囲んで外箱が設置され、この加熱器及び煙管と外箱の間に被加熱流体が充填されているとともに、被加熱流体のプレートの間隙が外箱と連通しているように構成される。 In addition, the apparatus of the present invention is provided with an outer box surrounding a heater and a smoke pipe that heats a fluid with thermal energy, and a heated fluid is filled between the heater and the smoke pipe and the outer box, and The heating fluid plate gap is configured to communicate with the outer box.
また、本発明の装置は、被加熱流体は流体加熱装置の外部より、外箱の下部に設けられた被加熱流体供給管を経て外箱に流入し、外箱の上部より流出するように構成される。 Further, the apparatus of the present invention is configured such that the fluid to be heated flows from the outside of the fluid heating device into the outer box through the heated fluid supply pipe provided at the lower part of the outer box, and flows out from the upper part of the outer box. Is done.
また、本発明の装置は、加熱器及び煙管を囲む外箱の上側部に、被加熱流体に連通する気液分離器を備えた気液分離室が設けられ、この気液分離室の上部及び上側部のいずれかに蒸気出口が設けられて、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し、被加熱流体が気液分離室の下部から流出するようにした構成とされる。 In the apparatus of the present invention, a gas-liquid separation chamber having a gas-liquid separator communicating with a fluid to be heated is provided on the upper portion of the outer box surrounding the heater and the smoke pipe. A steam outlet is provided in one of the upper parts, and the fluid to be heated is heated and boiled to generate steam, the steam is separated from the liquid fluid in the gas-liquid separation chamber, and the steam flows out to the outside. Is configured to flow out from the lower part of the gas-liquid separation chamber.
さらに、本発明の装置は、気液分離室の下部の内側及び外側のいずれかに、液流体出口を備えた液溜りを設け、この液溜りに液面検知器を設けて液面検知部を構成し、外箱の下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、液溜りの液面を検知し、この液面が一定になるように外箱に流入する液流体流量を調節するように構成される。 Furthermore, the apparatus of the present invention is provided with a liquid reservoir having a liquid fluid outlet on either the inside or outside of the lower part of the gas-liquid separation chamber, and a liquid level detector is provided in the liquid reservoir to provide a liquid level detection unit. The flow rate control valve of the liquid fluid inlet is provided at the lower part of the outer box, and this valve and the liquid level detector are connected to detect the liquid level of the liquid pool so that the liquid level becomes constant. It is configured to adjust the flow rate of the liquid fluid flowing into the outer box.
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。 In these apparatuses, the fluid to be heated may be an absorbing liquid, and the fluid heating apparatus may be configured as a regenerator of an absorption refrigerator.
本発明の流体加熱装置は、従来の水管部をプレート式にし、その下流に煙管を垂直に配置することにより、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及び高効率化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。 In the fluid heating device of the present invention, the conventional water pipe part is made into a plate type, and the smoke pipe is vertically arranged downstream thereof, so that the combustion gas flow path can be freely set and only the plate part is set. As a result, the structure becomes simple, the manufacture is easy, the cost can be reduced, and the efficiency can be improved. In addition, an optimum design can be performed, which has the advantage that the size can be reduced without wasted space.
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をプレート積層体とし、その下流に煙管を垂直に配置することにより実現した。 The purpose of designing the fluid heating device in a compact and inexpensive manner is realized by using a heater for heating the fluid as a plate laminate and vertically arranging a smoke tube downstream thereof.
以下、本発明の実施例について図1〜図9に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例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。
Examples of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 9, but the present invention is not limited to the following examples and can be implemented with appropriate modifications.
FIG. 1 shows a main part of the fluid heating apparatus of the present invention.
加熱器1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又は横から入って上方に流れるように構成されている。
The
さらに、図2に示すように、加熱器1のプレート部が燃焼火炎5中に置かれ、このプレート部の後方(上方)に燃焼後の燃焼ガスが流入する複数の煙管7が配置されて、これらの煙管7の間に被加熱流体が流れるように構成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the plate portion of the
図3及び図4は、プレート間の間隙が加熱部2と被加熱部3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、各加熱部2におけるプレート間の間隙は、燃焼ガス流速及び燃焼ガス圧力損失の少なくともいずれかを均一に近づけるように決められる。
3 and 4 show a case where the gap between the plates is different between the
In addition, the gap between the plates in each
図5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まり、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。
FIG. 5 shows a case where the gap between the plates of the
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6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。
As a combustion apparatus for burning fuel to generate thermal energy (combustion gas), a
図7は、加熱器及び煙管を外箱で囲む場合を示している。すなわち、熱エネルギーで流体を加熱する加熱器1及び煙管7を囲んで外箱15が設置され、この加熱器1及び煙管7と外箱15の間に被加熱流体が充填されているとともに、被加熱流体のプレートの間隙が外箱15と連通しているように構成される。この場合、被加熱流体は流体加熱装置の外部より、外箱15の下部に設けられた被加熱流体供給管を経て外箱15に流入し、外箱15の上部より流出するように構成することが望ましい。
FIG. 7 shows a case where the heater and the smoke pipe are surrounded by an outer box. That is, an
図8は、気液分離室を備えた装置の一例を示している。すなわち、加熱器1及び煙管7を囲む外箱15の上側部に、被加熱流体に連通する気液分離器20を備えた気液分離室21が設けられ、この気液分離室21の上部及び上側部のいずれかに蒸気出口22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し、被加熱流体が気液分離室21の下部から流出するように構成されている。24は液流体出口である。
FIG. 8 shows an example of an apparatus provided with a gas-liquid separation chamber. That is, a gas-
さらに、図9に示すように、気液分離室21の下部の内側及び外側のいずれかに、液流体出口25を備えた液溜り26を設け、この液溜り26に液面検知器27を設けて液面検知部28を構成し、外箱15の下部に液流体入口30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、液溜り26の液面を検知し、この液面が一定になるように外箱15に流入する液流体流量を調節するように構成する場合もある。31は制御器である。
Further, as shown in FIG. 9, a
上記の構成において、被加熱流体が吸収式冷凍機(冷温水機を含む)の吸収液であり、流体加熱装置が吸収式冷凍機(冷温水機を含む)の再生器であるように構成することが好ましい。 In the above configuration, the fluid to be heated is an absorption liquid of an absorption chiller (including a cold / hot water machine), and the fluid heating device is a regenerator of the absorption chiller (including a cold / hot water machine). It is preferable.
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。 By using a combustion gas obtained by burning fuel with a burner as a heating fluid and using an absorption liquid as a heated fluid, an absorption chiller or an absorption chiller / heater (sometimes simply referred to as an absorption chiller) ) Can be used as a regenerator.
1 加熱器
2 加熱部
3 被加熱部
4 プレート
5 燃焼火炎
7 煙管
13 多孔プレート
14 面燃焼バーナ
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 液溜り
27 液面検知器
28 液面検知部
29 流量制御弁
30 液流体入口
31 制御器
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