JP2013113512A

JP2013113512A - 廃熱回収用熱交換器

Info

Publication number: JP2013113512A
Application number: JP2011261073A
Authority: JP
Inventors: Noboru Otomo; 昇大友; Takeshi Kashiwase; 毅柏瀬
Original assignee: Atago Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Atago Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-10

Abstract

【課題】熱交換の過程で生じる凝縮水を速やかに外部に導出するとともに、多量の燃焼排気の処理能力に優れた廃熱回収用熱交換器を提案する。
【解決手段】波形成形したコルゲート板１０の両側を側板２０、３０で挟持し、コルゲート板１０の側壁１５で区画された流体の流通路を形成し、熱交換する水と燃焼排気とが、その流通方向が逆方向で流体の流通路を交互に流通し、両側板２０、３０の両側端部に膨出部を形成して一端に入口ヘッダー２２、３２、他端に出口ヘッダー２３、３３を形成し、流体の流通路が垂直方向に沿うととともに、燃焼排気の出口ヘッダー３３が下位置となるように設置し、燃焼排気の出口ヘッダー３３の底部に凝縮水を外部に導出する排水管３７を設け。燃焼排気のヘッダーの空間体積を水のヘッダーの空間体積の２倍以上とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、各種の熱関連装置やシステムにおいて、燃焼排気に含まれる潜熱を回収するための廃熱回収用熱交換器に関するものである。

各種の熱関連装置やシステムにおいて、燃焼排気をそのまま廃棄することなく、これに含まれる潜熱を回収する廃熱回収用熱交換器を設け、熱エネルギーの二次利用、熱効率の向上、燃焼排気の低温下等が図られている。こうした廃熱回収用熱交換器として、特許文献１に示す構造のものが提案されている。この熱交換器は、断面が矩形波形状のコルゲート板を２枚の側板で挟持し、コルゲート板の側壁で区画された流体の流通路を形成し、側板の両側端部に膨出部を設けて流体の入口ヘッダー、出口ヘッダーを形成し、水と燃焼排気が、その流通方向が逆方向で流体の流通路を交互に流通し、熱交換するものである。その特徴的な効果として、組立作業性、生産性に優れ、製作コストが安価であるとともに、極めて偏平、薄型に製作され、設置の省スペース化が図られている。

特開２０１０−１２１９２５号公報

廃熱回収用熱交換器では、極めて高温の燃焼排気と水との間で熱交換が行われ、熱交換の過程で燃焼排気が低温下して結露による凝縮水を生じ、熱交換器の故障の原因となる。また、上記特許文献１の熱交換器を廃熱回収用熱交換器に適用した場合、燃焼排気の出口ヘッダーに凝縮水が滞留し、性能低下を招くとともに、燃焼排気の入口、出口ヘッダーと水の入口、出口ヘッダーを同一の空間体積とすると、多量の燃焼排気の処理能力に劣り、十分な性能が得られない欠点がある。

この発明は、熱交換の過程で生じる凝縮水を捕集して速やかに外部に導出し、凝縮水が器内に滞留することがない廃熱回収用熱交換器を提案することを目的とするものである。また、小型、薄型に製作され、組立作業性、生産性に優れるとともに、多量の燃焼排気の処理能力に優れた廃熱回収用熱交換器を提案することを目的とするものである。

こうした目的を達成するため、この発明の廃熱回収用熱交換器は、波形成形したコルゲート板１０の両側を側板２０、３０で挟持し、コルゲート板１０の側壁１５で区画された流体の流通路を形成し、熱交換する水と燃焼排気とが、その流通方向が逆方向で流体の流通路を交互に流通する。そして、両側板２０、３０の両側端部に膨出部を形成して一端に入口ヘッダー２２、３２、他端に出口ヘッダー２３、３３を形成し、流体の流通路が垂直方向に沿うととともに、燃焼排気の出口ヘッダー３３が下位置となるように設置し、燃焼排気の出口ヘッダー３３の底部に、熱交換の過程で燃焼排気が低温下して生じる凝縮水を外部に導出する排水管３７を設け、燃焼排気のヘッダーの空間体積を水のヘッダーの空間体積の２倍以上とするものである。

また、燃焼排気の流通路の幅Ａが水の流通路の幅Ｂより大きくなるようにコルゲート板１０を形成するものである。

この発明の廃熱回収用熱交換器は、コルゲート板１０の側壁１５で区画された流体の流通路を、熱交換する水と燃焼排気とが、その流通方向が逆方向で交互に流通し、コルゲート板１０の側壁１５を介して両流体の熱交換が行われる。そして、流体の流通路が垂直方向に沿うととともに、燃焼排気の出口ヘッダー３３が下位置となるように設置するので、熱交換の過程で燃焼排気が低温下して生じる凝縮水は出口ヘッダー３３に捕集され、捕集された凝縮水を、出口ヘッダー３３の底部に設けた排水管３７から速やかに外部に導出することができる。したがって、凝縮水が器内に滞留することがなく、熱交換器の性能低下や故障の原因を取り除くことができる。

また、熱交換する燃焼排気と水が、極めて狭間隔の流通路を交互に流通し、流体の流通路が単純であるから、流体の圧力損失が大幅に低減されるとともに、伝熱面積の増大により熱効率に優れるものである。また、コルゲート板１０を２枚の側板２０、３０で挟持して簡単に組み立てられ、コルゲート板１０の折り返し面が側板２０、３０に当接するので接合性に優れ、組立作業性、生産性に優れ、製作コストが安価であるとともに、小型、薄型に製作され、設置の省スペース化が図られる。

また、燃焼排気のヘッダーの空間体積を水のヘッダーの空間体積の２倍以上としたので、多量の燃焼排気の処理能力に優れるものである。また、これを換言すれば、燃焼排気のヘッダーの空間体積を十分な大きさとし、水のヘッダーの空間体積をその１／２以下に設定することで、熱交換器の小型化を図ることができる。さらに、燃焼排気の流通路の幅Ａが水の流通路の幅Ｂより大きくなるようにコルゲート板１０を形成することで、さらなる大流量の燃焼排気に対応し、効率的な熱交換の促進を図ることができる。

この発明の実施例の正面図。側面図。図２中Ａ−Ａ線で切断した拡大断面図。コルゲート板の平面図。コルゲート板の拡大断面図。燃焼排気のヘッダーの断面図。水のヘッダーの断面図。コルゲート板の他の実施例の平面図。コルゲート板の拡大断面図。

以下に、この発明の実施形態を図面の実施例に基づいて具体的に説明する。

図１から７は、この発明の最初の実施例である。図において、金属板（例えばアルミの薄板）を波形成形したコルゲート板１０が形成され、コルゲート板１０は、折り返し面１２、１４が平坦状で断面が矩形波形状に形成されている。コルゲート板１０の両側を側板２０、３０で挟持し、折り返し面１２、１４に側板２０、３０が当接し、コルゲート板１０の側壁１５で区画された流体の流通路が形成されている。コルゲート板１０の前後端面は端板１１で閉塞され、図３に示すように、水の流通路Ｗと燃焼排気の流通路Ｇとが交互に形成されている。コルゲート板１０は、図５に示すように、燃焼排気の流通路Ｇの幅Ａと水の流通路Ｗの幅Ｂが同一寸法となるように、折り返し面１２、１４の幅寸法が設定されている。

一方の側板２０の両側端部に膨出部が形成され、膨出部は流体の流通路の両端位置に位置している。この膨出部によって形成される膨出空間に水の流通路Ｗが開口し、一端に入口ヘッダー２２を形成して入口管２５を設け、他端に出口ヘッダー２３を形成して出口管２６を設けている。

同様に、他方の側板３０の両側端部に膨出部が形成され、この膨出部によって形成される膨出空間に燃焼排気の流通路Ｇが開口し、一端に入口ヘッダー３２を形成して入口管３５を設け、他端に出口ヘッダー３３を形成して出口管３６を設け、出口ヘッダー３３の底部に排水管３７を設けている。なお、水と燃焼排気とがそれぞれの流通路Ｗ、Ｇを逆方向へ流通するように、入口ヘッダーと出口ヘッダーの位置関係は両側板２０、３０で反対である。

次に、水と燃焼排気のヘッダーの空間体積について説明する。図に示すように、水の入口ヘッダー２２、出口ヘッダー２３と燃焼排気の入口ヘッダー３２、出口ヘッダー３３の幅寸法は略同一で、その断面積の比が空間体積の比となる。図６に燃焼排気のヘッダーの断面図を示し、各辺の寸法（ｍｍ）を記入し、図７に水のヘッダーの断面図を示し、各辺の寸法（ｍｍ）を記入した。図から燃焼排気のヘッダーの断面積は４５０平方ｍｍ、水のヘッダーの断面積は１８７．５平方ｍｍで、燃焼排気のヘッダーの空間体積が水のヘッダーの空間体積の２倍以上に設定され、多量の燃焼排気の処理能力の向上が図られている。

この熱交換器は、図１に示すように、流体の流通路Ｗ、Ｇが垂直方向に沿うととともに、燃焼排気の出口ヘッダー３３が下位置となるように設置する。熱交換する一方の流体である水は、入口ヘッダー２２から流通路Ｗを流通して出口ヘッダー２３へ至り（図１中、白抜き矢印）、熱交換する他方の流体である燃焼排気は、入口ヘッダー３２から流通路Ｇを流通し、出口ヘッダー３３へ至り（図１中、実線矢印）、水と燃焼排気は逆方向（クロス方向）へ流通し、極めて狭間隔の流通路Ｗ、Ｇを交互に流通し、コルゲート板１０の側壁１５を介して熱交換が行われる。この熱交換の過程で燃焼排気が低温下して生じる凝縮水は出口ヘッダー３３に捕集され、捕集された凝縮水は、出口ヘッダー３３の底部に設けた排水管３７から速やかに外部に導出される。なお、排水管３７には凝縮水を貯留するタンクや排水路を開閉操作するバルブ等を設けてもよい。

図６及び７は、コルゲート板の他の実施例である。この実施例のコルゲート板１０は、燃焼排気の流通路の幅Ａが水の流通路の幅Ｂより大きくなるように、折り返し面１２、１４の幅寸法を設定したものである。このようにコルゲート板１０を形成することで、大流量の燃焼排気に対応し、効率的な熱交換の促進を図ったものである。

１０コルゲート板
１５側壁
２０側板
２２入口ヘッダー
２３出口ヘッダー
３０側板
３２入口ヘッダー
３３出口ヘッダー

Claims

波形成形したコルゲート板１０の両側を側板２０、３０で挟持し、コルゲート板１０の側壁１５で区画された流体の流通路を形成し、熱交換する水と燃焼排気とが、その流通方向が逆方向で流体の流通路を交互に流通し、
両側板２０、３０の両側端部に膨出部を形成して一端に入口ヘッダー２２、３２、他端に出口ヘッダー２３、３３を形成し、
流体の流通路が垂直方向に沿うととともに、燃焼排気の出口ヘッダー３３が下位置となるように設置し、燃焼排気の出口ヘッダー３３の底部に、熱交換の過程で燃焼排気が低温下して生じる凝縮水を外部に導出する排水管３７を設け、
燃焼排気のヘッダーの空間体積を水のヘッダーの空間体積の２倍以上とした廃熱回収用熱交換器。
燃焼排気の流通路の幅Ａが水の流通路の幅Ｂより大きくなるようにコルゲート板１０を形成した請求項１に記載の廃熱回収用熱交換器。