JP2020029963A - Heat exchanger, and resin applied to heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器に関するものであり、より詳しくは、熱交換器に通される流体から硫化物などの公害物質を除去できるようにしたものに関する。 The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, to a heat exchanger capable of removing pollutants such as sulfide from a fluid passed through the heat exchanger.
従来より、燃料に含まれる硫化物を触媒で除去するようにした装置が種々提案されている。 Conventionally, various devices have been proposed in which sulfide contained in fuel is removed with a catalyst.
例えば、下記の特許文献1には、ボイラーから排出される気体を、活性炭素である触媒に接触させ、この気体を硫酸にして取り除けるようにした装置が提案されている。
For example,
しかしながら、このようは触媒を用いて硫化物を硫酸に変える場合、反応温度によって反応の活性化が変わってしまう。このため、単に触媒に硫化物を接触させただけでは反応を生じず、硫化物が待機中に放出されてしまうといった問題を生じていた。 However, when sulfide is converted to sulfuric acid using a catalyst, the activation of the reaction varies depending on the reaction temperature. For this reason, there has been a problem that the reaction does not occur simply by bringing the sulfide into contact with the catalyst, and the sulfide is released during standby.
一方、ボイラーなどで用いられる熱交換器は、ボイラーの熱を用いて加熱対象である水などを加熱させるようにしている。 On the other hand, a heat exchanger used in a boiler or the like heats water or the like to be heated using heat of the boiler.
そこで、本発明は上記課題に着目してならせたもので、排気に含まれる熱を用いて熱交換できるようにするとともに、その排気に含まれる硫化物を最適に除去できるようにした熱交換器に関するものである。 In view of the above, the present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and enables heat exchange using heat contained in exhaust gas and heat exchange capable of optimally removing sulfide contained in the exhaust gas. It is about a vessel.
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、第一流体を通す導通管を備え、当該導通管の外部に第二流体を通すことで、導通管に通された第一流体との間で熱交換をする熱交換器において、第二流体に含まれる硫化物、窒素酸化物と還元反応する触媒を、導通管もしくは当該導通管に交叉するように設けられたフィンに設けるようにしたものである。 That is, in order to solve the above-described problems, the present invention includes a conducting pipe through which the first fluid passes, and by passing the second fluid outside the conducting pipe, the first fluid passes through the conducting pipe. In a heat exchanger that performs heat exchange, a catalyst that undergoes a reduction reaction with sulfides and nitrogen oxides contained in the second fluid is provided on a conduit or a fin provided to cross the conduit. is there.
このように構成すれば、導通管もしくはフィンに触媒を塗布しているため、その触媒を介して硫化物を硫酸に変えて除去することができるようになる。また、その際に、導通管に流れる第一流体の温度を変えることで、触媒が最も酸化還元反応しやすい温度にすることができる。 According to this structure, since the catalyst is applied to the conduit or the fin, the sulfide can be converted into sulfuric acid and removed through the catalyst. At this time, by changing the temperature of the first fluid flowing through the conduit, the temperature can be set to a temperature at which the catalyst is most likely to undergo an oxidation-reduction reaction.
また、このような発明において、前記触媒を、導通管もしくはフィンの表面に樹脂を介して設けるようにする。 Further, in such an invention, the catalyst is provided on the surface of the conduit or the fin via a resin.
このように構成すれば、樹脂を介して触媒を導通管やフィンに塗布しているため、硫化物によって金属の腐食を防止することができるようになる。 According to this configuration, since the catalyst is applied to the conduit and the fin via the resin, corrosion of the metal due to the sulfide can be prevented.
さらに、その触媒を、導通管もしくはフィンの表面に樹脂を介して設ける際、その触媒を樹脂から露出可能に設けるようにする。 Further, when the catalyst is provided on the surface of the conduit or the fin via the resin, the catalyst is provided so as to be exposed from the resin.
このように構成すれば、その触媒と第二流体とを接触させて硫化物を硫酸に変えて除去することができるようになる。 With this configuration, the catalyst can be brought into contact with the second fluid to convert sulfide into sulfuric acid and remove it.
また、このような触媒として針状粒子を用いる。 Needle-like particles are used as such a catalyst.
このように構成すれば、針状粒子を樹脂から突出させることができ、導通管などとの間で熱交換することができるようになる。 According to this structure, the needle-like particles can be made to protrude from the resin, and heat can be exchanged with the conductive tube or the like.
そして、このような触媒として、針状の炭素繊維を用いる。 Then, needle-like carbon fibers are used as such a catalyst.
このような素材を用いれば、熱伝導性によって熱交換の効率を高めることができるようになる。 When such a material is used, the efficiency of heat exchange can be increased by thermal conductivity.
本発明によれば、第一流体を通す導通管を備え、当該導通管の外部に第二流体を通すことで、導通管に通された第一流体との間で熱交換をする熱交換器において、第二流体に含まれる硫化物、窒素酸化物と還元反応する触媒を、導通管もしくは当該導通管に交叉するように設けられたフィンに設けるようにしたので、その触媒を介して硫化物を硫酸に変えて除去することができるようになる。また、その際に、導通管に流れる第一流体の温度を変えることで、触媒が最も酸化還元反応しやすい温度にすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat exchanger which is provided with the conduit | pipe through which a 1st fluid passes, and passes a 2nd fluid outside the said conduit | pipe, and heat-exchanges with the 1st fluid passed through the conduit | pipe In the above, a catalyst that undergoes a reduction reaction with sulfides and nitrogen oxides contained in the second fluid is provided on the conduit or a fin provided so as to intersect with the conduit. Can be changed to sulfuric acid and removed. At this time, by changing the temperature of the first fluid flowing through the conduit, the temperature can be set to a temperature at which the catalyst is most likely to undergo an oxidation-reduction reaction.
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施の形態における熱交換器1は、図1に示すように、第一流体を内部に通す導通管2を備えてなるものであって、この導通管2の隙間に第二流体を流すことで、この第二流体と第一流体との間で熱交換を行えるようにしたものである。そして、特徴的に、この導通管2などに、触媒を含有する樹脂を塗布し、これによって第二流体に含まれる硫化物や窒素酸化物などから公害の原因となる成分を触媒の作用によって除去できるようにしたものである。また、このように触媒の作用によって公害物質を除去する際、触媒の温度によって効果が異なるため、導通管2内の第一流体の温度に変化をもたせられるようにすることで、触媒の温度を変えて酸化還元反応を促進できるようにするとともに、触媒を含有する樹脂のコーティングによって、導通管2やフィン3の腐食を防止できるようにしたものである。以下に、本実施の形態について詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the
この熱交換器1における導通管2は、内部に液体や気体などの第一流体を通して加熱(もしくは冷却)できるようにしたものであって、熱交換時における熱伝導性がよく、また、腐食の生じにくい素材が用いられる。このような素材としては、例えば、ステンレスや銅などの金属が用いられる。この導通管2は、この実施の形態では、扁平状の部材で構成されており、これ自体がフィン3としての役割を果たすが、図3に示すように、円形断面を有する導通管2を設ける構成としてもよく、これを蛇行させて第一流体を左右両方向に交互に行き来させるようにしてもよい。このように円形断面を有する導通管2を用いる場合は、第二流体との間における熱交換効率を向上させるために、導通管2と直交する薄い金属製のフィン3を平行に並べ、これによって第二流体との接触面積を大きくするようにするとよい。
The conducting
このような熱交換器1に外部から通される第二流体は、例えば、ボイラーからの燃焼気体や、エンジンからの排気などが考えられる。しかしながら、化石燃料を燃やした気体には、硫化物や窒素酸化物などが含まれることになり、これがSOxもしくはNOxなどとなって大気に放出されてしまう。また、このような大気への汚染物質の放出を防止するために、別途気体を放出する直前に除去処理を行うようにしたとしても、硫化物などによって金属が腐食してしまい、フィン3に穴が空いたり、導通管2に亀裂を生じさせたりする可能性がある。これに対して、導通管2などに樹脂などのコーティングを設けるようにすることも可能であるが、このように樹脂だけでコーティングすると、熱伝導性が悪くなり、熱交換効率が低下してしまう。そこで、この実施の形態では、触媒を含有する樹脂を熱交換器1の導通管2やフィン3などに薄く塗布して、触媒による大気汚染物質の除去や熱交換器1の腐食防止などを図るとともに、その触媒が作用しうる最適温度に設定できるようにしたものである。
The second fluid that is externally passed through the
このような触媒としては、種々のものが用いられ、例えば、硫化物を硫酸にして除去する場合の触媒としては、酸化バナジウムや炭素繊維などを用いることができ、また、窒素酸化物に対しては、バナジウム、モリブデン、タングステン、炭素繊維などを用いることができる。これらの触媒は、第二流体との接触面積が大きければ大きいほど酸化還元反応が促進される。そこで、この触媒を粉体にして樹脂中に混合させ、その樹脂を導通管2やフィン3に塗布してコーティングするようにしている。このとき、その樹脂の表面から触媒を露出させて第二流体と接触させるようにする。しかしながら、このような触媒の粉体を露出させる場合、球状の粉体を露出させたのでは、第二流体との接触が効率的に行われず、また、導通管2と外部との間で上手く熱交換を行うことができない。そこで、この実施の形態では、触媒として、炭素繊維の針状粉体を用いるようにする。この針状粉体としては、平均長さ約1μm〜1000μm程度の炭素繊維を用い、これを樹脂の表面から起立させるように突出させる。すると、炭素繊維の基端側が導通管2やフィン3などに近づき、先端側の露出した部分から熱を伝導させて外部との間で熱交換をすることができるようになる。
As such a catalyst, various catalysts are used.For example, vanadium oxide or carbon fiber can be used as a catalyst for removing sulfides with sulfuric acid. For example, vanadium, molybdenum, tungsten, carbon fiber, or the like can be used. In these catalysts, the redox reaction is promoted as the contact area with the second fluid increases. Therefore, this catalyst is made into a powder and mixed into a resin, and the resin is applied to the
このような樹脂として熱硬化性樹脂を用いることができ、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂などが用いられる。このとき、熱交換器1の金属との付着性の高い樹脂を用いるとよい。
As such a resin, a thermosetting resin can be used, and for example, an epoxy resin, silicone, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a benzoxazine resin, a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, and a polyimide resin are used. . At this time, it is preferable to use a resin having high adhesiveness to the metal of the
この樹脂に炭素繊維などの触媒粒子を入れる際に、分散剤が用いられる。分散剤としては、種々のものが用いられ、例えば、高分子型分散剤や、界面活性剤型分散剤、無機型分散剤などが用いられる。このうち、高分子型分散剤を用いた場合、少量で効果的な分散効果を得ることができ、分散剤分子の立体障害による反発効果で長期間分散を維持させることができるというメリットがある。一方、界面活性型分散剤を用いた場合は、炭素繊維の粒子表面に吸着して湿潤作用を持たせることができるというメリットがある。また、無機型分散剤を用いた場合は、水系での粒子表面への吸着を強くして、静電反発による安定作用を得ることができるメリットがある。ここで、高分子型分散剤を用いる場合、アニオン系分散剤として、ポリカルボン酸系、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合系、ポリカルボン酸部分アルキルエステル系などを用いることができ、非イオン系の分散剤として、ポリエチレングリコール、ポリエーテル系の分散剤を用いることができ、また、カチオン系の分散剤として、ポリアルキレンポリアミン系などの分散剤を用いることができる。また、界面活性剤型分散剤を用いる場合は、アニオン系の分散剤として、アルキルスルホン酸系などを用いることができ、カチオン系の分散剤として、アンモニウム系、アルキルポリアミン系の分散剤を用いることができ、非イオン系の分散剤として、高級アルコールアルキレンオキサイド系、多価アルコールエステル系などの分散剤を用いることができる。また、無機型分散剤を用いる場合は、アニオン系の分散剤としてポリリン酸塩系の分散剤などを用いることができる。 When a catalyst particle such as carbon fiber is put into the resin, a dispersant is used. Various dispersants are used as the dispersant, for example, a polymer dispersant, a surfactant dispersant, an inorganic dispersant, and the like. Among them, when a polymer type dispersant is used, there is an advantage that an effective dispersing effect can be obtained with a small amount, and the dispersion can be maintained for a long time due to a repulsive effect due to steric hindrance of the dispersant molecule. On the other hand, when a surfactant type dispersant is used, there is a merit that it can be adsorbed on the particle surface of the carbon fiber to have a wetting action. Further, when an inorganic dispersant is used, there is an advantage that the adsorption to the particle surface in an aqueous system is strengthened and a stabilizing action by electrostatic repulsion can be obtained. Here, when a polymer type dispersant is used, as the anionic dispersant, a polycarboxylic acid type, a naphthalenesulfonic acid formalin condensation type, a polycarboxylic acid partial alkyl ester type, or the like can be used, and a nonionic type dispersant can be used. As the dispersant, a polyethylene glycol or polyether-based dispersant can be used, and as the cationic dispersant, a polyalkylene polyamine-based dispersant can be used. When a surfactant-type dispersant is used, an alkylsulfonic acid-based dispersant or the like can be used as an anionic dispersant, and an ammonium-based or alkylpolyamine-based dispersant can be used as a cationic dispersant. As the nonionic dispersant, dispersants such as higher alcohol alkylene oxides and polyhydric alcohol esters can be used. When an inorganic dispersant is used, a polyphosphate dispersant or the like can be used as an anionic dispersant.
そして、炭素繊維の針状粉体や分散剤を樹脂に入れて撹拌混合させ、炭素繊維を樹脂中に均一に分散させる。このときの炭素繊維の含有量としては、樹脂に対して30重量%〜80重量%程度としておく。 Then, the acicular powder or the dispersant of the carbon fiber is put into the resin and mixed with stirring to uniformly disperse the carbon fiber in the resin. At this time, the content of the carbon fiber is set to about 30% by weight to 80% by weight with respect to the resin.
次に、このように構成された樹脂を熱交換器1に塗布する場合の方法および作用について説明する。
Next, a method and an operation when the resin having such a configuration is applied to the
まず、熱交換器1に樹脂を塗布する場合、熱交換器1の表面をきれいに洗浄し、乾燥させた後、炭素繊維を分散させた樹脂にドッピングする。また、すでに現場に設置されている熱交換器1に対しては、樹脂を塗布する場合、噴霧器や刷毛塗りなどによって樹脂を導通管2やフィン3に塗布していく。そして、所定時間乾燥させて液垂れなどを生じないようにする。このとき、塗布厚については、炭素繊維が表面から突出できるような厚みとし、100μm〜500μm程度としておき、炭素繊維の突出量は、1μm〜1000μm程度としておく。
First, when a resin is applied to the
次に、このように樹脂を塗布した熱交換器1を用いる場合の作用について説明する。
Next, the operation when the
まず、ボイラーやエンジンからの排気ガスを第二流体として熱交換器1を用いる場合、その第二流体を導通管2の間を通すとともに、第二流体の温度を低下させるための第一流体を導通管2の中に通す。すると、導通管2の内部に通された第一流体は、導通管2の表面に塗布された樹脂中の針状粉体によって外部との間で熱交換を行い、上流側から低温状態で通され、下流側が第二流体との熱交換によって高温となっていく。すなわち、導通管2は第一流体の流れ方向によって温度勾配を生ずるようになる。一方、針状粉体である触媒については、第一流体の温度によってその温度が変わることになる。このため、その触媒が酸化還元反応を起こす最適な温度となるように第一流体の温度を調整し、これによって酸化還元反応を促進させる。なお、低温で水さえあればSO2を析出させることができるが、そこからの酸化還元反応については、温度に幅があるため、第一流体の上流から下流に向かう温度変化によって、この触媒に温度勾配を持たせ、いずれかの領域で好適に酸化還元反応を起こさせるようにする。
First, when using the
この第二流体が硫化物を含んでいる場合において、燃焼によって硫黄が二酸化硫黄に変化し、それが酸素や触媒に触れて三酸化硫黄に変化する。そして、その三酸化硫黄が触媒や空気中の水分と反応して高熱状態で硫酸になる。このとき、その高温の発熱によって第一流体を加熱することが可能になる。また、このように硫酸に変化した場合であっても、樹脂で導通管2やフィン3をコーティングしているため、導通管2などの腐食を防止することができるようになる。
If the second fluid contains sulfides, the combustion converts the sulfur to sulfur dioxide, which contacts oxygen and the catalyst to convert to sulfur trioxide. Then, the sulfur trioxide reacts with the catalyst and moisture in the air to form sulfuric acid in a high heat state. At this time, the first fluid can be heated by the high-temperature heat generation. Further, even in the case of changing to sulfuric acid in this way, since the
このように上記実施の形態によれば、第一流体を通す導通管2を備え、当該導通管2の外部に第二流体を通すことで、導通管2に通された第一流体との間で熱交換をする熱交換器1において、第二流体に含まれる硫化物、窒素酸化物と還元反応する触媒を、導通管2もしくは当該導通管2に交叉するように設けられたフィン3に設けるようにしたので、その触媒を介して硫化物を硫酸に変えて除去することができるようになる。また、その際に、導通管2に流れる第一流体の温度を変えることで、触媒が作用する最適温度にすることができる。
As described above, according to the above-described embodiment, the first fluid is provided with the
また、その触媒として、炭素繊維の針状粉体を用い、これを樹脂から先端部分が突出可能に設けるようにしたので、炭素繊維の基端部と先端部との間で熱交換を行うことができるようになるとともに、突出した先端部分で第二流体との接触面積を増やすことができ、より触媒の作用効果を高めることができるようになる。 In addition, a needle-like powder of carbon fiber was used as the catalyst, and this was provided so that the tip portion could protrude from the resin, so that heat exchange was performed between the base end portion and the tip portion of the carbon fiber. As a result, the contact area with the second fluid at the protruding tip portion can be increased, and the effect of the catalyst can be further enhanced.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various modes.
例えば、上記実施の形態では、扁平状の導通管2を有する熱交換器1を例に挙げて説明したが、これに限らず、蛇行式の導通管2を有する熱交換器1に用いるようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記実施の形態では、炭素繊維を含有する樹脂を導通管2やフィン3などに塗布するようにしたが、金属表面に樹脂が付着しない可能性がある。このため、金属表面に非常に薄く他の塗布層を形成し、金属層と樹脂層とを挟んで密着性を高めるようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the resin containing carbon fiber is applied to the
また、上記実施の形態では、炭素繊維の平均繊維長として約1μm〜1000μmの長さの繊維を用いるようにしたが、これに平均繊維長がナノレベルの炭素繊維の粉体を入れるようにしてもよい。このように構成すれば、長い繊維長の炭素繊維の間を短い繊維長の炭素繊維で埋めることができ、より熱伝導性の効果を上げることができるとともに、樹脂が摩耗してきた場合であっても、ナノレベルの炭素繊維で導通管2の表面を覆って腐食を防ぐことができるようになる。
Further, in the above embodiment, the average fiber length of the carbon fibers was about 1 μm to 1000 μm, but the average fiber length was such that a nano-level carbon fiber powder was added. Is also good. With this configuration, it is possible to fill the space between the carbon fibers having a long fiber length with the carbon fibers having a short fiber length, thereby increasing the effect of thermal conductivity, and in a case where the resin is worn. Also, the surface of the
1・・・熱交換器
2・・・導通管
3・・・フィン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第二流体に含まれる硫化物、窒素酸化物と還元反応する触媒を、導通管もしくは当該導通管に交叉するように設けられたフィンに設けるようにした熱交換器。 A heat exchanger that includes a conduction pipe that allows the first fluid to pass therethrough and allows the second fluid to pass outside the conduction pipe, thereby performing heat exchange with the first fluid that is passed through the conduction pipe.
A heat exchanger in which a catalyst that undergoes a reduction reaction with sulfides and nitrogen oxides contained in the second fluid is provided in a conduit or a fin provided to cross the conduit.
塗布膜の表面から炭素繊維が露出可能に設けられた樹脂。 In the resin applied to the heat exchanger that performs heat exchange between the first fluid passed through the conduit and the second fluid passed outside the conduit,
A resin provided so that carbon fibers can be exposed from the surface of the coating film.
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2018
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化学大辞典編集委員会, 化学大辞典9, vol. 縮刷版第39刷, JPN6022026235, 15 September 2006 (2006-09-15), JP, pages 676, ISSN: 0004811607 * |
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