JP2014048023A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラから排出されるブロー水が有する熱エネルギーを高効率で有効活用でき、被加熱液体を安定して加熱できる熱交換装置の提供を目的とする。
【解決手段】ボイラ３０から排出されるブロー水を貯留するブロー貯留槽１２と、ブロー貯留槽１２内を通過するように配設され、被加熱液体が流通する配管１４と、を有することを特徴とする熱交換装置１０。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラから排出されるブロー水を利用した熱交換装置に関する。

工場等に設置されるボイラにおいては、ボイラ内で水中の固形分が濃縮されてボイラ性能が低下することを抑制するため、定期的にブロー水が排出される。一方、ボイラから排出されるブロー水は高温であるので、省エネルギーの観点から該ブロー水が有する熱エネルギーを有効活用することが望まれている。

ボイラから排出される熱エネルギーを有効活用する方法としては、例えば、下記の装置（ｉ）〜（iv）が知られている。
（ｉ）ボイラで発生した蒸気を使用する蒸気使用機器から、ジェットポンプを用いてドレン水を回収し、給水と混合してボイラに供給する装置（特許文献１）。
（ii）ボイラで発生した蒸気を熱交換器で利用し、かつボイラに給水する給水ポンプから水の一部を給水タンクに戻し、その水勢を利用して、前記熱交換器からスチームトラップを介してドレン水を給水タンクに回収し、給水と共にボイラに供給する装置（特許文献２）。
（iii）ボイラで発生した蒸気を熱交換器で利用し、かつ該熱交換器からドレン水を給水タンクに回収し、給水と共にボイラに供給する装置（特許文献３）。
（iv）ボイラからの燃焼排ガスを利用して熱交換器により加熱した高温水を該ボイラに供給する装置（特許文献４）。

実公昭６０−２４０５号公報 特開２００４−７７０５０号公報 特開２０１１−２３７０９９号公報 実開平４−４６６６１号公報

しかし、前記装置（ｉ）〜（iv）では、ボイラから排出されるブロー水が有する熱エネルギーを充分に有効活用できない。また、ボイラからのブロー水は、排出が断続的であることから、その熱エネルギーを効率的に利用することは困難である。

本発明は、ボイラから排出されるブロー水が有する熱エネルギーを高効率で有効活用できる熱交換装置の提供を目的とする。

本発明の熱交換装置は、ボイラから排出されるブロー水を貯留するブロー貯留槽と、該ブロー貯留槽内を通過するように配設され、被加熱液体が流通する配管と、を有することを特徴とする。

本発明の熱交換装置は、ボイラから排出されるブロー水が有する熱エネルギーを高効率で有効活用できる。

本発明の熱交換装置の一例を示した概略図である。 図１の熱交換装置を用いた熱交換システムを示した概略図である。 本発明の熱交換装置の他の例を示した概略図である。 本発明の熱交換装置を用いた熱交換システムの他の例を示した概略図である。

以下、本発明の熱交換装置の一例を図１に基づいて説明する。
本実施形態の熱交換装置１０は、図１に示すように、ボイラから排出されるブロー水を貯留するブロー貯留槽１２と、ブロー貯留槽１２内を通過するように配設され、被加熱液体が流通する配管１４とを有する。すなわち、熱交換装置１０では、ボイラから排出されたブロー水がブロー貯留槽１２内に貯留され、ブロー貯留槽１２に貯留されたブロー水中に配管１４が位置するようになっている。ブロー貯留槽１２内に貯留されたブロー水中の配管１４に被加熱液体が流通されることで、ブロー貯留槽１２に貯留されたブロー水と、配管１４中を流通する被加熱液体との間で熱交換が行われ、被加熱液体が加熱される。

ブロー貯留槽１２は、ボイラから排出されたブロー水を貯留する槽である。ブロー貯留槽１２は、ブロー配管１６を介してボイラと接続されており、ブロー配管１６を通じて、ボイラから排出されるブロー水が供給されるようになっている。また、ブロー貯留槽１２には、排水管１８が設置されており、排水管１８を通じて、ブロー貯留槽１２内のブロー水が排水されるようになっている。

ブロー貯留槽１２の形態は、ブロー水を貯留することができ、かつ内部に配管１４を配設できる形態であれば特に限定されない。例えば、地面を掘って形成したものであってもよく、タンク等の容器であってもよい。
ブロー貯留槽１２の材質としては、例えば、ＳＵＳ３０４（ステンレス板）、防水モルタル等が挙げられる。ブロー貯留槽１２は、ボイラから排出されたブロー水の放熱を抑制する点から、グラスウール等の保温材で覆われていることが好ましい。

ブロー貯留槽１２の大きさは、特に制限されず、ボイラからのブロー水の排出量、内部に配設される配管１４が占める体積等によって適宜設定すればよい。
ブロー貯留槽１２は、ボイラから排出されたブロー水の放熱を抑制し、ブロー水を保温する点から、できるだけ密閉されていることが好ましい。これにより、ブロー水が有する熱エネルギーの損失量が低減され、該熱エネルギーをより高効率で有効活用することができる。例えば、地面を掘って形成したブロー貯留槽１２の場合、上部の開口部に蓋をして密閉することが好ましい。

また、ブロー貯留槽１２には、貯留しているブロー水の温度を測定する温度測定手段や、ブロー貯留槽１２内のブロー水の水位を測定する水位測定手段を設けてもよい。ブロー貯留槽１２に温度測定手段や水位測定手段を設けることにより、ブロー貯留槽１２内に貯留したブロー水を排水する時期を、ブロー水の温度や水位に応じて決定することができる。温度測定手段や水位測定手段は、特に限定されず、公知の手段を採用することができる。

配管１４は、内部に被加熱液体が流通されるものである。配管１４はブロー貯留槽１２内を通過するように配設されており、ブロー貯留槽１２内に貯留されたブロー水中に配管１４が位置するようになっている。つまり、ブロー貯留槽１２内に貯留されたブロー水中の配管１４内に被加熱液体が流通し、貯留されたブロー水と流通する被加熱液体との間で熱交換が行われ、被加熱液体が加熱されるようになっている。

配管１４の材質としては、配管１４の外側のブロー水と、配管１４の内側の被加熱液体との間で熱交換が可能なものであればよく、例えば、ＳＵＳ３０４等が挙げられる。配管１４は、熱交換の効率が高い点から、薄肉管が好ましい。

ブロー貯留槽１２内における配管１４の配設形態は、配管１４内を流通する被加熱液体とブロー水とが充分に熱交換できるようになっていればよい。例えば、ブロー貯留槽１２の底側から上側に向かって配管１４が渦巻状や螺旋状に配設される形態が挙げられる。また、配管１４がブロー貯留槽１２の両方の側面側で複数回折り返され、水平方向に沿った直線部が並列するように配設される形態でもよく、配管１４がブロー貯留槽１２の底側及び上側で複数回折り返され、鉛直方向に沿った直線部が並列するように配設される形態でもよい。
配管１４の流路の断面積は、特に限定されない。

配管１４内を流通させる被加熱液体としては、特に限定されず、例えば、水等が挙げられる。

例えば、ボイラから排出されるブロー水を公知の熱交換器の熱媒流通部に流通させ、該熱媒流通部内に配設された配管内に被加熱液体を流通させることで、ブロー水が有する熱エネルギーを利用することも考えられる。しかし、この場合、熱エネルギーの回収効率が低くなる。具体的には、ブロー水が熱交換器内を流通しているため、ブロー水が有する熱エネルギーが充分に熱交換に使われないうちに、ブロー水が熱交換器を通過しやすい。この場合、熱交換器を通過したブロー水が有する熱エネルギーは活用できないので、熱エネルギーの回収効率が低くなる。また、ボイラからのブロー水の排出は通常断続的であるため、熱交換器内のブロー水の流通も断続的になり、被加熱液体を安定して加熱することができない。さらに、排出されたブロー水を所定の流量で熱交換器に流通させるには、ポンプ等の送液手段が必要になる。
これに対し、本発明の熱交換装置は、ボイラから排出されたブロー水をブロー貯留槽内に貯留して熱交換に利用するため、該ブロー水が有する熱エネルギーを充分に熱交換に利用した後に排水することができる。そのため、ブロー水が有する熱エネルギーの損失を抑えて高効率に活用することができる。また、ボイラからのブロー水の排出が断続的であるとしても、ブロー貯留槽内に一定量のブロー水を貯留した状態で熱交換が行えるので、被加熱液体の加熱を連続的に安定して行える。また、ブロー貯留槽内でブロー水を流通させる必要がないので、例えばボイラよりもブロー貯留槽が下方に位置している場合等は、ポンプ等の送液手段は必ずしも必要ではない。

以下、本発明の熱交換装置を用いた熱交換システムの一例として、前記した熱交換装置１０を用い、被加熱液体が水である場合の熱交換システムを図２に基づいて説明する。
本実施形態の熱交換システム１００は、図２に示すように、被加熱液体である水を供給する給水タンク２０と；ボイラ３０と；ボイラ３０から排出されるブロー水と給水タンク２０から送られてくる水との間で熱交換を行わせる熱交換装置１０と；を有している。
また、熱交換システム１００は、一端が給水タンク２０と接続され、熱交換装置１０のブロー貯留槽１２内を通過するように配設され、他端が給水タンク２０に接続された配管１４と；一端がボイラ３０に接続され、他端が熱交換装置１０に接続されたブロー配管１６と；一端がブロー貯留槽１２に浸漬された排水管１８と；一端が給水タンク２０に接続され、他端がボイラ３０に接続された給水管１９と；一端が給水タンク２０に接続された配管４４と；一端がボイラ３０に接続された配管４６と；を有している。
配管１４の途中にはポンプ４０、排水管１８の途中にはポンプ４２、給水管１９の途中にはポンプ４３が設置されている。

熱交換システム１００では、配管４４を通じて給水タンク２０に水が供給され、ポンプ４３によって給水タンク２０からボイラ３０に給水管１９を通じて水が供給される。給水タンク２０から供給された水はボイラ３０によって加熱され、発生した蒸気が配管４６を通じて他の装置に供給される。
ボイラ３０では、内部の水中の固形分が濃縮されることでボイラ性能が低下することを抑制する目的で、断続的にブロー水が排出される。ボイラ３０から排出されたブロー水は、ブロー配管１６を通じてブロー貯留槽１２に供給され、ブロー貯留槽１２内に貯留される。ボイラ３０から排出されるブロー水は高温であり、通常９０℃以上になっている。

熱交換装置１０では、ポンプ４０によって、給水タンク２０内の水が配管１４を通じて循環させられている。ブロー貯留槽１２内において、ボイラ３０から供給された高温のブロー水と、給水タンク２０および配管１４を循環している水との間で熱交換が行われる。配管１４を流通する水（被加熱液体）が加熱されることで給水タンク２０内の水の温度が上昇し、該水が給水管１９を通じてボイラ３０に供給される。ブロー貯留槽１２に貯留しているブロー水は、該ブロー水の温度や水位に応じて、排水管１８を通じて適宜排水する。
給水タンク２０は、グラスウール等の保温材で覆われて保温されていることが好ましい。

ブロー貯留槽１２内での熱交換後の水（被加熱液体）の温度は、２０〜４０℃が好ましく、３５〜４０℃がより好ましい。熱交換後の水の温度が下限値以上であれば、水中の溶存酸素量が少なくなり、ボイラ３０が錆び難くなる。熱交換後の水の温度が上限値以下であれば、ブロー貯留槽１２から排水管１８を通じて排水するブロー水の温度を低く設定できるので、ブロー水が有する熱エネルギーの損失量をより低減できる。

なお、本発明の熱交換装置は、前記した熱交換装置１０には限定されない。例えば、ブロー貯留槽内に配設される、被加熱液体を流通させる配管の数は１つには限定されず、２つ以上であってもよい。具体的には、図３に例示した熱交換装置１０Ａであってもよい。図３における図１と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。
熱交換装置１０Ａは、配管１４が２つに分岐し、分岐した各々の配管１４ａ，１４ｂがそれぞれブロー貯留槽１２内を通過するように配設されている以外は、熱交換装置１０と同じである。

また、熱交換装置のブロー貯留槽には、ボイラから排出されるブロー水に加えて、蒸気ドレンを供給して貯留させてもよい。具体的には、図４に例示した熱交換システム１００Ａのように、熱交換装置１０のブロー貯留槽１２に蒸気ドレンを供給してもよい。図４における図２と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。
熱交換システム１００Ａは、一端が配管４６から分岐し、途中に蒸気をドレン水とする蒸気ドレントラップ５０が設けられ、他端が熱交換装置１０のブロー貯留槽１２に接続されたドレン管４８が設けられている以外は、熱交換システム１００と同じである。熱交換システム１００Ａでは、配管４６内においてボイラ３０から送られる蒸気の一部がドレン管４８に入り、蒸気ドレントラップ５０でドレン水とされてブロー貯留槽１２に供給されて貯留される。
熱交換システム１００Ａにおいては、ボイラ３０から排出されるブロー水に加えて、ドレン水も貯留して熱交換に利用できるので、さらに省エネルギーである。

また、本発明の熱交換装置を用いた熱交換システムも前記したものには限定されない。例えば、給水タンクから取り出した水をブロー貯留槽内においてブロー水と熱交換させ、それによって加熱された水を直接ボイラに供給する配管を設けたものでもよい。また、ブロー貯留槽内において熱交換した後の水を他の装置に供給し、別途給水タンクからボイラに水を供給する配管を設けたものでもよい。

１０，１０Ａ・・・熱交換装置、１２・・・ブロー貯留槽、１４，１４ａ，１４ｂ・・・配管、１６・・・ブロー配管、１８・・・排水管、１９・・・給水管、２０・・・給水タンク、３０・・・ボイラ、４０，４２，４３・・・ポンプ、４４，４６・・・配管、４８・・・ドレン管、５０・・・蒸気ドレントラップ、１００，１００Ａ・・・熱交換システム。

Claims (1)

1. ボイラから排出されるブロー水を貯留するブロー貯留槽と、該ブロー貯留槽内を通過するように配設され、被加熱液体が流通する配管と、を有することを特徴とする熱交換装置。

Images