JP3909077B2

JP3909077B2 - 熱発生炉の廃熱回収装置

Info

Publication number: JP3909077B2
Application number: JP2005136061A
Authority: JP
Inventors: 棟淳崔
Original assignee: 棟淳崔
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2025-05-09
Also published as: JP2005321190A; KR20050107843A; CN1696584A; KR100561975B1; CN100406812C

Description

本発明は熱発生炉の廃熱回収装置に係り、より詳しくは、熱発生炉の煙道から排出される廃熱で蒸気を発生させ、この蒸気により温水を生成する廃熱回収装置に関するものである。

周知のように、ボイラー、焼却炉、溶解炉などの熱発生炉から排出される燃焼ガスは多量の廃熱を保有したままで大気へ放出され熱損失を引き起こすため、非経済的である。よって、このような廃熱を再活用しようとする努力をしている。

前記廃熱を再活用するための一例としては、特許文献１に熱発生炉の廃熱回収装置が開示されている。前記熱発生炉の廃熱回収装置は、熱発生炉の煙道に熱交換槽が分解可能に設置され、前記熱交換槽は、外筒と、前記外筒の下部に設けられ、廃熱通路が形成された内筒とから形成され、外筒と内筒間には植物性油などの蓄熱媒体が充填されるとともに外筒の最上部には温水熱交換器が内蔵され、前記内筒の前後方上下には多数の蓄熱媒体加熱管が配設され、前記熱交換槽には大気開放型の膨張タンクが連結されるものである。

前記熱発生炉の廃熱回収装置は、廃熱が廃熱通路を経由して煙道へ排出されるとき、内筒および蓄熱媒体加熱管を加熱することにより、廃熱が回収され、加熱された蓄熱媒体は内筒と外同間に貯蔵され、前記加熱された蓄熱媒体により、外筒の最上部に取り付けられた温水熱交換器に供給される水を加熱し、通常温水タンクに貯蔵した後、必要な用途、たとえばボイラー給水用、暖房用、給湯用などに使用される。一方、温水熱交換器に供給される水と熱交換されて温度の低下した蓄熱媒体は、その密度差により、外筒の下方に対流循環されながら再加熱されるサイクルを繰り返す。
大韓民国実用新案登録第２２０７３９号明細書

しかしながら、前記のような廃熱回収装置は、蓄熱媒体を液状で加熱するものであるので、蓄熱媒体量が多いし、蓄熱媒体量が多くなるとその熱容量が大きいため、加熱時間が長くかかって温水生成時間が長くかかる。さらに、蓄熱媒体は大気圧以上で加熱するため、熱交換槽を耐圧構造にしなければならないので製造費用が上昇する。

また、外筒の上部に集中する高温の液状蓄熱媒体は、温水熱交換器に供給される水と熱交換されて冷却され、その密度差により外筒の下方に下降しながら、廃熱通路を通過する廃熱により、さらに再加熱される対流循環サイクルを繰り返す反面、前記高温の液状蓄熱媒体により温水熱交換器で加熱された温水は温水貯蔵タンクに貯蔵された後、必要な用途に使用するとき、間欠的に使用するものであるので、熱交換槽および温水貯蔵タンクの容量を適正容量に決めることが難しいだけでなく、温水の使用量が少ないときは、温水貯蔵タンクに貯蔵される温水が沸騰することにより温水貯蔵タンクの爆発危険があるものである。

このような温水の沸騰を防止するためには、熱交換槽の容量を温水貯蔵タンクの容量より小さく形成するか、あるいは廃熱回収管路に剰余熱放出装置を設けるものが知られているが、前者のものは廃熱回収効率が著しく低下するだけでなく、温水の使用量が多いときは、温水の生成効率がよくなく、後者のものは構造が複雑で原価が上昇するなどのほかの問題点があるものであった。

本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、温水の生成時間を短縮するとともに効率を向上させ、温水貯蔵タンクの沸騰現象を簡単に防止することができる熱発生炉の廃熱回収装置を提供することにその目的がある。

本発明のほかの目的は、温水の生成を中断した後、再生成するとき、迅速に温水を生成させることができる熱発生炉の廃熱回収装置を提供することにある。

上記目的を解決するために、本発明は、熱発生炉の煙道に連結される廃熱回収管の下方
と上方に水ヘッダと蒸気ヘッダが形成され、前記水ヘッダと前記蒸気ヘッダ間に、前記廃熱回収管を貫通して多数の加熱管が設けられ、前記蒸気ヘッダと前記水ヘッダが還水管で連結された蒸気発生手段と、前記蒸気ヘッダに熱交換器が内蔵され、前記熱交換器に供給管および帰還管で温水貯蔵タンクが連結された温水加熱回路と、前記蒸気ヘッダの熱交換器下部の前記還水管の連結部下部に設けられた凝縮水収集板と、前記還水管に設けられ、前記温水貯蔵タンクに設けられた温度センサの出力信号に基づいて前記還水管を流れる凝縮水の流量を制御し、前記蒸気発生手段からの蒸気発生量を調節して前記熱交換器に供給される熱源を調節することにより前記温水貯蔵タンク内の温水が沸騰するのを防止するための流量調節バルブとからなる熱発生炉の廃熱回収装置を提供する。

本発明の請求項１に記載の発明は、蒸気発生手段の蒸気ヘッダに凝縮水収集板を設けて、凝縮水が加熱管に下降することを防止することにより、蒸気発生効率を向上して温水生成時間を短縮することができるとともに温水生成効率を向上させることができ、製造原価を節減することができ、還水管に流量調節バルブを設けて蒸気発生手段からの蒸気発生量を調節し、前記蒸気発生量の調節により熱交換器に供給される熱源を調節することにより温水貯蔵タンクでの温水の沸騰を防止したので、安全性を維持することができるものである。

請求項２に記載の発明は、蒸気発生手段を真空状態に維持して非耐圧構造に形成することにより、原価を節減し、安全性を維持することができるものである。

請求項３に記載の発明は、温水加熱の中断時に凝縮水を凝縮水貯蔵タンクに貯蔵し、温水再生成時にすぐ凝縮水を水ヘッダに供給し得るので、迅速に温水を再生することができるものである。

請求項４に記載の発明は、熱交換器での温水の生成中断時、凝縮水が蒸気ヘッダに残っていないので、温水貯蔵タンクの沸騰を一層良好に防止することができるものである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施形態の断面図、図２は図１のＡ−Ａ線についての拡大断面図である。これら図において、参照符号１０は熱発生炉、１１は煙道であり、前記熱発生炉１０はボイラー、焼却炉、溶解炉などのもので、廃熱を排出するものであれば何の制限もない。

参照符号２０は蒸気発生手段である。前記蒸気発生手段２０は、前記煙道１１に廃熱回収管２１を分解可能に結合し、その下方と上方に水ヘッダ２２と蒸気ヘッダ２３を形成し、前記水ヘッダ２２と蒸気ヘッダ２３間に、前記廃熱回収管２１を貫通して多数の加熱管
２４を設置し、前記水ヘッダ２２と蒸気ヘッダ２３との間に還水管２５を連結し、内部に水などの熱媒体を注入し、真空状態を維持させるものである。

参照符号３０は温水加熱回路である。前記温水加熱回路３０は、前記蒸気ヘッダ２３に熱交換器３１を内蔵し、前記熱交換器３１に、循環ポンプ３３’が設けられた供給管３３および帰還管３４で温水貯蔵タンク３２を連結し、前記温水貯蔵タンク３２に給水管３６および温水排出管３７を連結したものである。

参照符号４０は凝縮水収集板である。前記凝縮水収集板４０は、前記蒸気ヘッダ２３の熱交換器３１の下部の前記還水管２５の連結部の下部両側に通路４１が形成されるように横に設置することにより、加熱管２４で蒸発した蒸気が通路４１を介して熱交換器３１に供給され、熱交換器に供給される加熱対象温水（給水）と熱交換して生成した凝縮水を収集し、還水管２５を介して水ヘッダ２２に戻すものである。

そして、前記循環ポンプ３３’は、熱交換器３１と温水貯蔵タンク３２の水頭差が小さいときは設置せずに、温水の密度差により自然循環させることもでき、また前記循環ポンプ３３’は、後述する温度センサ３５の出力信号で制御することもできるものである。

参照符号５０は流量調節バルブである。前記流量調節バルブ５０は、前記還水管２５に設けられたもので、前記温水貯蔵タンク３２に取り付けられた温度センサ３５の出力信号に応じて、前記温水貯蔵タンク３２内の温水温度の高低によって、蒸気ヘッダ２３から水ヘッダ２２へ戻る凝縮水の流量を制御する。前記流量調節バルブ５０としては、前記のような自動制御バルブのみならず、温水貯蔵タンク３２内の温水排出量を考慮して手動操作バルブを使用することもできる。

以上のような本発明の第１実施形態は、煙道１１から廃熱が排出されるとき、水ヘッダ２２内の熱媒体液は加熱管２１から上昇しながら蒸発し、凝縮水収集板４０の両側に形成された通路４１を介して蒸気ヘッダ２３に供給され、温水貯蔵タンク３２から熱交換器３１に循環される加熱対象温水と熱交換される。この際、蒸気は凝縮されて凝縮水収集板４０に収集されるとともに温水は加熱され、前記凝縮水収集板４０に収集された凝縮水は還水管２５を経て水ヘッダ２２に戻り、加熱管４０に上昇しながら廃熱により蒸発されるサイクルを繰り返し、温水貯蔵タンク３２内の加熱対象温水は、熱交換器３１を循環するサイクルを繰り返すことにより、熱交換器３１で温水が生成される。

このように温水が生成されるとき、蒸気発生手段２０内の熱媒体液は大気圧以下で蒸発され、蒸気ヘッダ２３で凝縮された凝縮水は凝縮水収集板４０に収集されることにより、加熱管２４に下降することが防止されるため、蒸気発生効率が向上して温水生成時間を短縮させるととみに温水生成効率を向上させることができ、蒸気発生手段２０を真空状態に維持して熱媒体を大気圧以下で蒸発させることにより、非耐圧構造となるので、製造費用を節減し安全性を維持することができる。

また、蒸気ヘッダ２３で凝縮された凝縮水は、温水貯蔵タンク３２に設けられた温度センサ３５の出力信号に応じて開放度が調節される流量調節バルブ５０で制御することにより、すなわち温水貯蔵タンク３２内の温水の設定温度（たとえば、６０〜８０℃）より低いときは、流量調節バルブ５０の開放度が増大して水ヘッダ２２に多量の凝縮水が復帰することにより蒸発量が増加する一方で、設定温度に近いほどに開放度が減少して水ヘッダ２２に復帰する凝縮水の量が比例的に減少し、凝縮水の量が減少するにしたがい熱媒体液の蒸発量も比例的に減少するので、熱交換器３１を加熱する熱源（蒸気）が減少して熱交換器３１での温水の過熱を防止するため、温水貯蔵タンク３２内の温水の沸騰を防止して爆発危険を防止することができる。

図３は本発明の第２実施形態の断面図である。ここで、前述した第１実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、その具体的な説明は省略する。本発明の第２実施形態が第１実施例と異なる点は、前記還水管２５の流量調節バルブ５０の入口側に凝縮水貯蔵タンク６０を設け、流量調節バルブ５０の出口側にバルブ６１を設け、前記凝縮水貯蔵タンク６０の容量を前記蒸気発生手段２０に注入する熱媒体液の量より大く設定したことである。

以上のような本発明の第２実施形態は、温水貯蔵タンク３２内に貯蔵された温水の排出（使用）が中断される場合、バルブ６１を閉鎖して蒸気発生手段２０からの蒸気発生を中断することで熱交換器３１での温水の生成（加熱）を中断するものであり、前記のように、熱交換器３１での温水の加熱を中断すると、蒸気ヘッダ２３で凝縮された凝縮水は凝縮水貯蔵タンク６０に貯蔵され、水ヘッダ２２に凝縮水が供給されないので、廃熱は回収されない。

このように、蒸気ヘッダ２３で凝縮された凝縮水を凝縮水貯蔵タンク６０に貯蔵すると、凝縮水収集板４０に凝縮水が残っていないので、温水の加熱中断時に廃熱回収管２１に燃焼ガスが排出されるとき、その輻射熱が凝縮水収集板４０に伝達される場合にも熱媒体の蒸発現象がないため、温水貯蔵タンク３２の沸騰防止が良好に得られるものである。

そして、熱交換器３１で温水加熱を中断した後、温水の再生成（加熱）が必要であるときは、バルブ６１を開放し、凝縮水貯蔵タンク６０に貯蔵された凝縮水を水ヘッダ２２に供給すると、加熱管２４ですぐ蒸気を生成し得るので、迅速に温水を再生成することができるものである。

本発明の第１実施形態の断面図である。図１のＡ−Ａ線についての拡大断面図である。本発明の第２実施形態の断面図である。

符号の説明

１１煙道
２０蒸気発生手段
２１廃熱回収管
２２水ヘッダ
２３蒸気ヘッダ
２４加熱管
２５還水管
３０温水加熱回路
３１熱交換器
３２温水貯蔵タンク
４０凝縮水収集板
５０流量調節バルブ
６０凝縮水貯蔵タンク

Claims

熱発生炉の煙道に連結される廃熱回収管の下方と上方に水ヘッダと蒸気ヘッダが形成され、前記水ヘッダと前記蒸気ヘッダ間に、前記廃熱回収管を貫通して多数の加熱管が設けられ、前記蒸気ヘッダと前記水ヘッダが還水管で連結された蒸気発生手段と、
前記蒸気ヘッダに熱交換器が内蔵され、前記熱交換器に供給管および帰還管で温水貯蔵タンクが連結された温水加熱回路と、
前記蒸気ヘッダの熱交換器下部の前記還水管の連結部下部に設けられた凝縮水収集板と、
前記還水管に設けられ、前記温水貯蔵タンクに設けられた温度センサの出力信号に基づいて前記還水管を流れる凝縮水の流量を制御し、前記蒸気発生手段からの蒸気発生量を調節して前記熱交換器に供給される熱源を調節することにより前記温水貯蔵タンク内の温水が沸騰するのを防止するための流量調節バルブとからなることを特徴とする、熱発生炉の廃熱回収装置。
前記蒸気発生手段に熱媒体が注入され真空状態が維持されることを特徴とする、請求項１に記載の熱発生炉の廃熱回収装置。
前記還水管に凝縮水貯蔵タンクが設けられ、その下流にバルブが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の熱発生炉の廃熱回収装置。
前記凝縮水貯蔵タンクの容量は蒸気発生手段に注入された熱媒体液の量より大いことを特徴とする、請求項３に記載の熱発生炉の廃熱回収装置。