JP2017172867A - 回転式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝熱エレメントの交換を容易に行うことが可能な回転式熱交換器を提供する。【解決手段】 軸心周りに回転するロータハウジング２内に、板状の伝熱エレメント３を収容したバスケット４が複数収容され、高温ガスＧ１と低温ガスＡ１が伝熱エレメント３を通過することで熱交換する回転式熱交換器１であり、ロータハウジング２内に、形状および大きさが同じ収容部５が複数設けられ、形状および大きさが同じバスケット４が各収容部５に収容され、各バスケット４内に形状および大きさが同じ伝熱エレメント３が収容されている。【選択図】 図１

Description

この発明は、回転する蓄熱体を介して高温ガスと低温ガスとで熱交換する回転式熱交換器に関し、特に、蓄熱体の交換が容易な回転式熱交換器に関する。

例えば、石炭火力発電所では、ボイラからの高温の燃焼排ガスと、ボイラに送り込む低温の燃焼用空気とを、回転式熱交換器によって熱交換して燃焼用空気を予熱することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。この回転式熱交換器は、筒状のロータハウジング内が中心から放射線状に複数のセクタに区画され、各セクタ内には、板状の伝熱エレメント（蓄熱体）が複数収容されたバスケットが、複数配設されている。そして、ロータハウジングが回転して、燃焼排ガスと燃焼用空気とが交互に伝熱エレメントに接触、通過することで、燃焼用空気を予熱するものである。

特開２０００−１９３３８６号公報

ところで、回転式熱交換器の運用に伴って、伝熱エレメントが腐食や摩擦などによって劣化するため、バスケットをセクタから抜き出して伝熱エレメントを交換する必要がある。しかしながら、各バスケットの平面形状（真上から見た形状）は略台形状で、大きさが異なるバスケットおよび伝熱エレメントが混在する。このため、あるバスケットの伝熱エレメントを交換する場合、そのバスケットの大きさに応じた伝熱エレメントでなければ交換することができず、伝熱エレメントの準備、交換に時間と費用を要していた。

また、劣化しやすい箇所・バスケットが偏っている場合、大きさが異なるために他のバスケットや伝熱エレメントと配置変更（組み換え）することができない。このため、バスケットの大きさごとに伝熱エレメントを製作・準備しなければならず、時間と費用を要していた。

そこでこの発明は、伝熱エレメントの交換を容易に行うことが可能な回転式熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、軸心周りに回転するロータハウジング内に、板状の伝熱エレメントを収容したバスケットが複数収容され、高温ガスと低温ガスが前記伝熱エレメントを通過することで熱交換する回転式熱交換器であって、前記ロータハウジング内に、形状および大きさが同じ収容部が複数設けられ、形状および大きさが同じバスケットが前記各収容部に収容され、前記各バスケット内に形状および大きさが同じ伝熱エレメントが収容されている、ことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の回転式熱交換器において、前記ロータハウジング内が格子状に区画されることで、前記収容部が設けられている、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の回転式熱交換器において、前記収容部および前記バスケットの平面形状は、略正方形に形成されている、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、各バスケットの形状および大きさが同じで、各伝熱エレメントの形状および大きさも同じなため、伝熱エレメントの交換を容易に行うことが可能となる。すなわち、同一の伝熱エレメントを製作・準備しておくだけで、どこのバスケットの伝熱エレメントを交換する場合でも、容易、迅速かつ低コストで伝熱エレメントを交換することができる。また、劣化しやすい箇所・バスケットが偏っている場合でも、他のバスケットや伝熱エレメントと配置変更（組み換え）することができ、容易、迅速かつ柔軟な対応が可能となる。

請求項２の発明によれば、ロータハウジング内が格子状に区画されることで収容部が設けられているため、密に収容部を設けて密にバスケットや伝熱エレメントを収容することができ、効率的な熱交換が可能となる。また、ロータハウジング内を格子状に区画するだけでよいため、簡易に構成することが可能とる。

請求項３の発明によれば、収容部およびバスケットの平面形状が略正方形であるため、所望の任意の方向でバスケットや伝熱エレメントを収容することができ、柔軟な収容が可能で使い勝手がよい。

この発明の実施の形態１に係る回転式熱交換器を示す概略平面図（ａ）と概略正面図（ｂ）である。 図１の回転式熱交換器のロータハウジング内の仕切り構造を示す平面図（ａ）と正面図（ｂ）である。 図１の回転式熱交換器のバスケットを示す斜視図である。 図１の回転式熱交換器の伝熱エレメントを示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る回転式熱交換器を示す概略平面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１〜図４は、この実施の形態を示し、図１は、この実施の形態に係る回転式熱交換器１を示す概略平面図（ａ）と概略正面図（ｂ）である。この回転式熱交換器１は、軸心周りに回転するロータハウジング２内に、板状の伝熱エレメント３を収容したバスケット４が複数収容され、高温ガスと低温ガスが伝熱エレメント３を通過することで熱交換する熱交換器である。

ここで、この実施の形態では、石炭火力発電所において、ボイラからの高温の燃焼排ガス（高温ガス）Ｇ１と、ボイラに送り込む低温の燃焼用空気（低温ガス）Ａ１とを、回転式熱交換器１によって熱交換して燃焼用空気Ａ１を予熱する場合について、主として説明する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、ロータハウジング２が回転している状態で、高温の燃焼排ガスＧ１と低温の燃焼用空気Ａ１が伝熱エレメント３を通過すると、伝熱エレメント３を介して熱交換が行われる。これにより、高温の燃焼排ガスＧ１が低温の燃焼排ガスＧ２に降温し、低温の燃焼用空気Ａ１が高温の燃焼用空気Ａ２に昇温する。

この回転式熱交換器１では、ロータハウジング２内に、形状および大きさが同じ収容部５が複数設けられ、形状および大きさが同じバスケット４が各収容部５に収容され、各バスケット４内に形状および大きさが同じ伝熱エレメント３が収容されている。

ロータハウジング２は、有底の筒状（この実施の形態では、略円筒状）で、中心部に軸心方向に延びる軸部２１が設けられ、内部が、形状および大きさが同じ複数の収容部５で区画されている。この実施の形態では、ロータハウジング２内が、升目の形状および大きさが同一である格子状に区画されることで、収容部５が密接して設けられている。さらに、収容部５の平面形状は、略正方形に形成されている。

このようにロータハウジング２内を区画して収容部５を形成するための仕切り構造は、どのような構成であってもよい。この実施の形態では、図２に示すように、対向する側壁５１、５１間に、側壁５１に対して垂直に延びる仕切り板５２が等間隔に配設され、これにより、平面形状（真上から見た形状）が正方形で、深さ方向（軸心方向）に延びる直方体状の収容部５が形成されている。また、側壁５１と仕切り板５２は、ロータハウジング２に対して組み付け取り外しが可能となっている。

ここで、この実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、ロータハウジング２内が深さ方向に３層構造となっており、底部から順に低温層Ｌ１、中温層Ｌ２、高温層Ｌ３に分けられている。そして、各層Ｌ１〜Ｌ３に収容部５が形成され、バスケット４が収容可能となっている。

バスケット４は、鋼製で有底の角筒状容器で、図３に示すように、平面形状（上部開口形状）が正方形の直方体状に形成されている。このバスケット４の平面形状および長さは、収容部５に密に収容できるように設定されている。そして、各収容部５にバスケット４が出し入れ自在に収容されている。

このようなバスケット４内に、伝熱エレメント３が複数収容されている。この伝熱エレメント３は、所定の伝熱材で構成され、図４に示すように、略長方形の板状で、短辺の長さが、バスケット４の平面形状（正方形）の一辺よりもやや短く設定され、長辺の長さが、バスケット４の長さよりもやや小さく設定されている。そして、バスケット４の深さ方向に伝熱エレメント３の板面が延びるように、バスケット４内に複数の伝熱エレメント３が隣接して密に収容されている。また、バスケット４の上部開口には、伝熱エレメント３が抜け出るのを防止するためのストッパ（図示せず）が、着脱自在に取り付けられている。

ここで、ロータハウジング２内における各伝熱エレメント３の向き、つまり、各バスケット４の収容部５への収容向きは、伝熱効率や取扱性などを考慮して任意に設定可能である。つまり、隣接するバスケット４の伝熱エレメント３の板面同士が直交するように配設してもよいし、板面同士が平行するように配設してもよい。ただし、低温層Ｌ１、中温層Ｌ２および高温層Ｌ３の上下方向においては、すべての伝熱エレメント３が同方向になるように（上下の伝熱エレメント３が直交しないように）配設する。

この実施の形態では、図１に示すように、すべての伝熱エレメント３の板面同士が平行になるように配設されている。なお、図１では、煩雑化を避けるため、一部の伝熱エレメント３のみを図示している。

このような構成の回転式熱交換器１によれば、全収容部５の形状、大きさが同一で、全バスケット４の形状、大きさが同一で、全伝熱エレメント３の形状、大きさが同一となっているため、伝熱エレメント３の交換を容易に行うことが可能となる。すなわち、同一の伝熱エレメント３を製作・準備しておくだけで、どこのバスケット４の伝熱エレメント３を交換する場合でも、容易、迅速かつ低コストで伝熱エレメント３を交換することができる。また、劣化しやすい箇所・バスケット４が偏っている場合でも、他のバスケット４や伝熱エレメント３と配置変更（組み換え）することができ、容易、迅速かつ柔軟な対応が可能となる。

しかも、収容部５およびバスケット４の平面形状が略正方形であるため、所望の任意の方向でバスケット４や伝熱エレメント３を収容することができ、柔軟な収容が可能で使い勝手がよい。すなわち、伝熱効率や取扱性などを考慮して、隣接するバスケット４の伝熱エレメント３の板面同士を直交させたり平行にしたりすることができる。

また、ロータハウジング２内が格子状に区画されることで収容部５が設けられているため、密に収容部５を設けて密にバスケット４や伝熱エレメント３を収容することができ、効率的な熱交換が可能となる。また、ロータハウジング２内を格子状に区画するだけでよいため、簡易に構成することが可能とる。

（実施の形態２）
図５は、この実施の形態に係る回転式熱交換器１０を示す概略平面図である。この実施の形態は、収容部５つまりバスケット４の配設位置が実施の形態１と異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。

この実施の形態では、各伝熱エレメント３の板面がロータハウジング２の軸部２１側にほぼ向くように、収容部５が設けられている。すなわち、まず、２列の収容部５（以下、「第１収容部５Ａ」という）が軸部２１を中心にして十字状に設けられ、伝熱エレメント３の板面が軸部２１にほぼ垂直に対向するように、各第１収容部５Ａにバスケット４が収容されている。

さらに、これらの第１収容部５Ａと第１収容部５Ａの間のスペース（十字の各象限内）に、これらの第１収容部５Ａに対して４５°傾いた収容部５（以下、「第２収容部５Ｂ」という）が複数密に設けられている。そして、伝熱エレメント３の板面が軸部２１側にほぼ向くように、各第２収容部５Ｂにバスケット４が収容されている。

この実施の形態によれば、各伝熱エレメント３の板面がロータハウジング２の軸部２１側にほぼ向いているため、効率的な熱交換が可能となる。すなわち、ロータハウジング２の回転に伴う各伝熱エレメント３による空気抵抗を軽減して、高温の燃焼排ガスＧ１と低温の燃焼用空気Ａ１との熱交換を良好に行うことが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、収容部５およびバスケット４の平面形状が略正方形になっているが、略長方形であってもよい。また、バスケット４の配設位置つまりロータハウジング２の区画形状は、実施の形態１、２以外のものであってもよい。さらに、上記の実施の形態では、軸部２１が垂直に延びる縦型の回転式熱交換器１、１０について説明したが、軸部２１が水平に延びる横型であってもよい。

１、１０ 回転式熱交換器
２ ロータハウジング
３ 伝熱エレメント
４ バスケット
５ 収容部
Ｇ１ 高温の燃焼排ガス（高温ガス）
Ａ１ 低温の燃焼用空気（低温ガス）

Claims (3)

1. 軸心周りに回転するロータハウジング内に、板状の伝熱エレメントを収容したバスケットが複数収容され、高温ガスと低温ガスが前記伝熱エレメントを通過することで熱交換する回転式熱交換器であって、
   前記ロータハウジング内に、形状および大きさが同じ収容部が複数設けられ、形状および大きさが同じバスケットが前記各収容部に収容され、前記各バスケット内に形状および大きさが同じ伝熱エレメントが収容されている、
   ことを特徴とする回転式熱交換器。
2. 前記ロータハウジング内が格子状に区画されることで、前記収容部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転式熱交換器。
3. 前記収容部および前記バスケットの平面形状は、略正方形に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の回転式熱交換器。
   

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