JP2521489B2 - 潜熱回収器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は潜熱回収器に係り、詳しくは、水素を多量に
含む燃料を燃焼させる例えば冷温水器の排ガスの熱を、
その冷温水器内へ循環させる流体に回収させることがで
きるようにした潜熱回収器に関するものである。

〔従来技術〕

臭化リチウム水溶液が蒸発や凝縮を繰り返す間に発生
する熱の授受により、冷水または温水が得られるように
なっている吸収冷凍機では、臭化リチウムの稀吸収液か
ら多量の蒸気と高濃度吸収液が得られ、吸収冷凍作用を
させることができる。そのような吸収冷凍機を含む冷温
水器などにあっては、蒸発器、吸収器、凝縮器や低温再
生器のほかに高温再生器を備えている場合があるが、そ
の高温再生器での加熱には水素を多量に含む都市ガスや
天然ガスさらには重油などの燃料が使用される。そのよ
うな燃料が燃焼すると、かなりの量の水蒸気が発生する
が、その水蒸気を含む排ガスは、例えば約150℃の高温
ガスであり、通常、そのまゝ排ガスダクトなどから大気
に放出される。これでは無駄に熱エネルギが捨てられる
ことになるので、高温燃焼ガスの熱やその中の水蒸気の
潜熱を回収することができれば、熱効率を向上させるこ
とができる。すなわち、排ガスダクトなどに熱交換器を
設け、その冷温水器内へ循環される吸収液や別の目的の
熱源とするための流体などに熱を回収させることが望ま
しい。その際、高温燃焼ガスの熱エネルギのみならず水
蒸気の潜熱をも回収すれば、より一層の熱効率をあげる
ことができる。

ところで、第６図および第７図に示す潜熱回収器にお
いては、やゝ傾斜して設置されたシエルＳの内部に、複
数本の円形断面の伝熱管３が、シェルＳに平行な姿勢で
管板4A,4Bに固定される。図示しない加熱源にれ通する
排ガスダクト６から送られる高温燃焼ガスは、管板4A,4
BとシェルＳの内面で形成される密閉空間へ矢印９方向
に導入されて流過する。一方、例えば低温再生器から矢
印10方向に送られる流体は、管板4Aで分散して伝熱管３
中を高温燃焼ガスの移動方向とは逆に流通し、高温燃焼
ガスが伝熱管３を介して流体と熱交換する。そして、高
温燃焼ガスの顕熱や水蒸気の蒸発潜熱を回収して昇温し
た流体は、出口管13から取り出される。

上述した都市ガスや天然ガスや重油など水素を多量に
含む燃料を燃焼させると、排出させる高温燃焼ガスには
燃料の全発熱量の約10％に相当する水蒸気が含まれる。
その高温燃焼ガスがシェル内の密閉空間を流過して伝熱
管中の流体と熱交換する間に60〜55℃以下に降温される
と、水蒸気は蒸気潜熱を放出して凝縮し、伝熱管３の外
面に結露する。それが成長して水滴となって落下し、シ
ェルＳの下部にドレン11を生じさせる。このとき、シェ
ルＳは高温燃焼ガスで加熱されて昇温する一方で、シェ
ルＳの外面が外気に直接接触して放熱しているために、
シェルＳの内面を伝う水滴やドレン11は再蒸発すること
がない。シェルＳが傾斜して配置されているため、ドレ
ン11は滞留することなくその底部に沿って流下し、降温
された燃焼ガスと共に導出管７へ排出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第６図に示したように、シェルＳが外気と直接接触し
ているので、熱エネルギの回収を目的として導入された
高温燃焼ガスは、シェルＳを加熱する一方でその熱を外
部へ放散する。したがって、保温されていないシェルを
採用すると、凝縮水の再蒸発は抑制されるものの、熱エ
ネルギの高効率な回収が阻害される欠点がある。それを
解消するために、第５図に示すように、シェルＳを外囲
する保温材14を取り付け、シェルＳから無駄な熱放散を
防止するようにしている潜熱回収器がある。しかし、シ
ェルＳは150℃に近い温度まで昇温するので、シェルＳ
の内面に付着する水滴やドレン11は再蒸発する。その結
果、高温燃焼ガスに含まれる水蒸気と再蒸発した水蒸気
とが、凝縮と蒸発を繰り返すことになる。この繰り返し
現象が効率的な熱回収を抑制するような作用し、シェル
からの熱放散を防止しているにも拘わらず、水蒸気の蒸
発潜熱の回収が困難となる問題が生じる。

本発明は上述の問題を解決するためになされたもの
で、その目的は、高温燃焼ガスに含まれる水蒸気を凝縮
させて伝熱管の外面に結露させ、それに付着した露を水
滴として落下した後のシェルの下部に溜るドレンが再蒸
発しないように、直ちに集めると共に流下・排出させる
ことができるシェルを備えた潜熱回収器を提供すること
である。

〔発明の構成〕

本発明の潜熱回収器は、第１図および第２図に示すよ
うに、水素含有燃料を燃焼させた高温燃焼ガスを流過さ
せるシェル２が設けられ、そのシェル２に流体が流通す
る伝熱管３が挿着され、その高温燃焼ガスが伝熱管３の
外部を流過して流体と熱交換する潜熱回収器１に適用さ
れる。その特徴とするところは、シェル２および伝熱管
３が水平に対して傾斜して設置され、そのシェル２の下
部に凝縮したドレン11を滞留しないように集め、それを
流下させるドレン流路15が形成され、シェル２と外気と
の熱交換による熱放散を軽減するための保温材14が、ド
レン流路15を除外して外囲するように取り付けられてい
ることである。

〔作用〕

水素含有燃料を燃焼させた高温燃焼ガスはシェル２に
導入され、複数本の伝熱管３の外部と接触しながら、伝
熱管を流通する流体と熱交換する。高温燃焼ガスは降温
されて大気に放出させる一方、昇温した流体は取り出さ
れて利用される。その熱交換中の高温燃焼ガスが60〜55
℃に降温すると、それに含まれる水蒸気が蒸発潜熱を放
出して凝縮し、その凝縮によって発生したドレン11は、
シェル２の下部に形成されているドレン流路15に流れ込
む。ドレン流路15に集められたドレン11は、シェル２が
傾斜した姿勢で設置されているので、その傾斜に沿って
流下する。伝熱管３における熱交換が続く限り発生する
ドレン11は、滞留することなくドレン流路15を流下して
迅速に外部に排出される。加えて、シェル２を外囲する
保温材14は、ドレン流路15の外面が外気と直接接触する
ように、ドレン流路15を除外して取り付けられているの
で、高温燃焼ガスにより受熱した熱が部分的に外気に熱
放散され、ドレン流路15の温度はドレン11が蒸発しない
程度に抑制される。その結果、ドレン11の迅速な排出と
そのドレンの再蒸発が阻止される。

〔発明の効果〕

本発明の潜熱回収器にあっては、シェルおよび伝熱管
は水平に対して傾斜して設置され、そのシェルの下部に
凝縮したドレン滞留しないよう集め、それを流下させる
ドレン流路が形成され、シェルからの熱放散を軽減する
ための保温材が、ドレン流路を除外してシェルに外囲さ
れているので、伝熱管中を流過する流体と熱交換して降
温された高温燃焼ガスに含まれる水蒸気は凝縮し、その
潜熱回収が可能となる。また、伝熱管の外面で結露し水
滴となってシェルの下部に溜ったドレンは、直ちにドレ
ン流路に集められて速やかに流下排出される。その結
果、ドレン流路におけるドレンの滞留時間が極めて短く
なり、保温材が取り除かれていることによりドレンの再
蒸発が起こることもない。潜熱回収器における蒸発潜熱
を含む高温燃料ガスの熱エネルギの回収が効率的に行な
われる。

〔実 施 例〕

以下に本発明をその実施例に基づいて詳細に説明す
る。第１図は本発明の一実施例における潜熱回収器１の
縦断面図である。シェル２は水平線Ｈに対して、その中
心線Ｎが後述するドレン流路15〔第２図参照〕に集めら
れたドレン11の排出を促進することが可能な角度α傾斜
した姿勢で設置される。そのシェル２の内部には、複数
本の伝熱管３がシェル２に平行するように配列され、シ
ェル２の前後に設けられた管板4A,4Bを貫通した両端部
が拡管されて気密的に固定される。そして、両管板4A,4
Bとシェル２の内面で形成されれ密封空間の一方には導
入管５が取り付けられて排ガスダクト６に連通され、他
方に設けられた導出管７は熱交換を終えた燃焼ガスを導
出する他の排ガスダクト８に連通されている。なお、シ
ェル２はフランジを介して排ガスダクト6,8に一体化さ
れている。

図示しない加熱部で水素を多量に含有する燃料が燃焼
されて高温燃焼ガスが発生し、排ガスダクト６中を矢印
９方向に送られ、導入管５を経てシェル２に導入される
ようになっている。導入された150℃の高温燃焼ガス
は、伝熱管３の外部と接触して伝熱管３中を矢印10方向
に流通する例えば低温再生器からの吸収液と熱交換し、
それに与熱することによって25〜40℃に降温し、上下・
左右方向に流れて全ての伝熱管３と接触しながら導出管
７を経て排ガスダクト８から大気に放出される。高温燃
焼ガスが60〜55℃以下に降温すると、その中に含まれる
10％の水蒸気が蒸発潜熱を放出すると共に凝縮し結露
し、伝熱管３の外面などに付着する。その露は熱交換が
進むにつれて水滴に成長し、シェル２の底部に落下して
ドレン11となる。

シェル２には矢印10方向に送られる15〜30℃の吸収液
を導入するための入口管12が設けられ、昇温した吸収液
を取り出すための出口管13が取り付けられている。そし
て、導入された吸収液は管板4Aで分散して上述のように
伝熱管３中を流通する間に受熱して、25〜40℃に昇温さ
れ、高温再生器へ送られる。

シェル２が外気に直接接触して、高温燃焼ガスから受
け取った熱を外気に放散されると、熱エネルギが無駄に
喪失されることなるので、それを防止するためにシェル
２を外囲する保温材14が取り付けられている。なお、こ
の保温材14は、シェル２の下部における後述のドレン流
路15を除外して取り付けられており、ドレン流路15やそ
の近傍のシェル２の外面が100℃以下の温度を維持でき
るように配慮され、ドレン流路15に集められたドレ11の
蒸発を抑制している。

一方、シェル２にあっては、第２図に示すように、シ
ェル２の下部にドレン11を集めて流下させる傾斜した三
角形断面のドレン流路15が形成され、さらに、そのドレ
ン流路15はシェル２の中心線Ｎに平行であり、ドレン11
の流下を促進させる傾斜角度αを有している。上述した
ようにドレン流路15の外部は保温材14が取り付けられて
おらず、ドレン流路15の外部は外気に直接接触して熱放
散しやすく、高温燃焼ガスからの受熱による昇温が抑制
されている。その結果、ドレン流路15に集められたドレ
ン11は再蒸発することがない。

このような構成の潜熱回収器１にあっては、シェル２
に導入される高温燃焼ガスが、伝熱管３を流通する冷水
と熱交換して降温され、水蒸気の凝縮に伴って放出され
る蒸発潜熱を含めた熱エネルギの回収が行なわれる。詳
しく述べると、加熱部で水素を含む都市ガスや天然ガス
などが燃焼され、その熱で例えば吸収冷凍機の高温再生
器に導入される吸収液を加熱する。その加熱により冷媒
である水を蒸発させ、水と高濃度吸収液を得る。一方、
燃焼により発生した約150℃の高温燃焼ガスには10％重
量の水蒸気が含まれており、排ガスダクト６で矢印９方
向に送られ、導出管５を経てシェル２の密閉空間に導入
される。そして、シェル２を流過すると共に上下・左右
方向にも流れて全ての伝熱管３の外部と接触し、25〜40
℃に降温されて導出管７からり出され、排ガスダクト９
から大気に放出される。この間、シェル２に取り付けら
れた保温材14によって、高温燃焼ガスの熱は外気へ放散
されることなく熱回収に利用される。高温燃焼ガスが25
〜40℃に降温される間に60〜55℃になると、水蒸気は蒸
発潜熱を放出して凝縮し、伝熱管３の外面に結露する。
その露は成長して落下したり、シェル２の内面を伝って
落ち、シェル２の下部でドレン11となって直ちにドレン
流路15に集められる。このドレン流路15の外面近傍に
は、保温材14の取り付けが除外されており、ドレン流路
15は高温燃焼ガスから受熱しても、外気に熱放散するこ
とによって加熱されなくて済み、その昇温が100℃以下
に留まる。そのドレン11が傾斜したドレン流路15に沿っ
て導出管７を経て速やかに排出されるので、ドレン流路
15中に滞留することはない。したがって、ドレン11が滞
留の間に高温燃焼ガスやドレン流路15により加熱されて
再蒸発することはなく、水蒸気が凝縮と蒸発を繰り返す
現象は回避され、蒸発潜熱を含む高温燃焼ガスの熱エネ
ルギの回収が効率的に行なわれる。なお、伝熱管３を流
通する15〜30℃の吸収液は、高温燃焼ガスから授受して
25〜40℃に昇温され、出口管13に取り出されて高温再生
器へ送られる。

第３図は卵形の断面形状を有するシェル16の例であ
る。それは、上部の大きい直径の円弧状部と下部のやゝ
小さい直径の円弧状部とを有し、保温材17はドレン流路
18が形成されるシェル16の下部を除外して取り付けられ
ている。この潜熱回収器19にあっても、上述のドレン流
路15を有するシェル２を備えた潜熱回収器１と同様に効
果的に熱回収することができる。

第４図は、断面正方形で対角線が上下となったシェル
20である。そのシェル20を外囲する保温材21は、ドレン
流路22が形成されるシェル20の下部を除外して取り付け
られていることは前述した二つの例と同様である。この
潜熱回収器23にあても、同様にして熱回収することが可
能である。

なお、以上の説明は吸収冷凍機などの冷温水器を例に
したが、その他の熱交換を必要とする流体を昇温させる
場合の潜熱回収器においても、本発明を適用することが
できるのは述べるまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の潜熱回収器の縦断面図、第２図は第１
図のII−II線矢視断面図、第３図および第４図は異なる
形状のシェルを用いた潜熱回収器の実施例、第５図は従
来例における断面図、第６図は保温材が取り付けられて
いない潜熱回収器の縦断面図、第７図はその断面図であ
る。 1,19,23……潜熱回収器、2,16,20……シェル、３……伝
熱管、11……ドレン、14,17,21……保温材、15,18,22…
…ドレン流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高畠 修蔵 滋賀県大津市国分１−13−44 (72)発明者 川野 潤二 滋賀県栗太郡栗東町川辺318−15 (72)発明者 黒沢 茂吉 東京都豊島区要町２丁目26番地 (72)発明者 閑納 真一 大阪府羽曳野市高鷲４−９−４−303 (72)発明者 竹本 貞寿 愛知県名古屋市千種区豊年町11番８号 (56)参考文献 実開 昭58−196762（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−24293（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水素含有燃料を燃焼させた高温燃焼ガスを
   流過させるシェルが設けられ、そのシェルに流体が流通
   する伝熱管が挿着され、その高温燃焼ガスが伝熱管の外
   部を流過して流体と熱交換する潜熱回収器において、 上記シェルおよび伝熱管は、水平に対して傾斜して設置
   され、 そのシェルの下部に凝縮したドレンを滞留しないよう集
   め、それを流下させるドレン流路が形成され、 上記シェルからの熱放散を軽減するための保温材が、前
   記ドレン流路を除外してシェルに外囲されていることを
   特徴とする潜熱回収器。