JP4225760B2 - 排熱回収装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロガスタービンから排出される排ガスの熱を回収するための排熱回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、マイクロガスタービンを使用した小規模発電設備が設置されるとともに、この小規模発電設備には、マイクロガスタービンから排出される排ガスを回収するための排熱回収装置が設けられている。
【０００３】
ところで、図６に示すように、この排熱回収装置５１は、上部に排ガスを供給する排ガス供給口５２および下部に排ガスを排出する排ガス排出口５３が設けられるとともに内部に伝熱管５４が配置された熱交換室５５と、上記排ガス供給口５２側に接続された排ガス導入管５６と、上記排ガス排出口５３側に接続された排ガス導出管５７と、これら排ガス導入管５６と排ガス導出管５７とを接続して上記熱交換室５５をバイパスするバイパス管５８と、上記排ガス導入管５６における排ガス供給口５２とバイパス管５８との接続部分に設けられて排ガスを排ガス供給口５２側およびバイパス管５８側のいずれかに切り替える切替板５９ａを有する切替ダンパー５９と、上記伝熱管４と熱需要個所側に設けられた熱交換部との間で熱回収用の被加熱水である温水を循環させる被加熱水供給配管６０とから構成されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
上記構成において、熱需要箇所において熱需要すなわち熱負荷がある場合、切替ダンパー５９の切替板５９ａが排ガス導入位置（ニ）にされて、高温の排ガスが熱交換室５側に導かれ、伝熱管５４内を流れる温水を加熱する。この加熱された高温水が熱需要箇所に供給されて熱回収が行われる。しかし、熱需要箇所において熱負荷がない場合、切替ダンパー５９の切替板５９ａがバイパス位置（ホ）に切り替えられて、排ガス供給口５２を閉塞することにより熱交換室５５内に排ガスが流入しないようにされる。そして、熱需要箇所での熱負荷が変動した場合には、その変動に応じて、切替ダンパー５９の切替板５９ａが、排ガス導入位置（ニ）およびバイパス位置（ホ）のいずれかに頻繁に切り替えられていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４９４４号公報（公報第２頁〜第３頁の段落番号［０００６］および［０００７］，図６および図７）
【０００６】
【特許文献２】
特許第２７６６３７５号公報（第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、熱負荷が変動する場合には、切替ダンパー５９の切替板５９ａが、排ガス導入位置（ニ）とバイパス位置（ホ）との間で頻繁に切り替えられるため、すなわち切替板５９ａが激しく開閉されるため、騒音が発生するとともに切替ダンパー５９の寿命が短くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、熱負荷が変動した場合でも、騒音の発生を抑制し得るとともに切替手段の寿命を長くし得る排熱回収装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る排熱回収装置は、排ガス導入管が接続される排ガス導入室、およびこの排ガス導入室を介して供給された排ガスの有する熱を回収するための熱交換室、並びに排ガス導入室に連通された排ガス導出通路が設けられた排熱回収装置であって、上記排ガス導入室内に、排ガス導入管が接続される排ガス導入口を熱交換室側と排ガス導出通路側とに仕切る仕切板を有する仕切体を移動自在に設け、且つ上記仕切体に、その仕切板の移動に合わせて、排ガス導出通路に連通する排ガス連通口および熱交換室に開口する排ガス供給口のいずれかの開口面積を調節し得る開口部調節板を設けたものである。
【００１０】
この構成によると、排ガス導入室内に、排ガス導入管から導かれた排ガスを、熱交換室側の排ガス供給口と排ガス導出通路側の排ガス連通口とに仕切る仕切体を設けたので、熱負荷の変動に応じて仕切体を移動させることにより、熱交換室に供給する排ガス量を調節することができる。すなわち、切替ダンパーなどにおける切替板を揺動させて各開口部を開閉させる場合に比べて、騒音の発生を抑制し得るとともに、仕切体の長寿命化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る排熱回収装置を図面に基づき説明する。
【００１２】
この排熱回収装置は、排熱回収ボイラーともいい、例えばマイクロガスタービンを用いた小規模発電設備に設けられて、このマイクロガスタービンから排出される高温の排気ガス（以下、排ガスという）の熱を利用して、例えば高温水を得るとともにこの高温水を熱需要箇所に供給するためのもので、発明の要旨は、熱需要箇所での熱負荷の変動に応じて熱回収室に導く排ガス量を、例えば調節手段などを用いて調節する際に、発生する騒音の抑制および長寿命化を図ることにあり、以下においては、この部分に着目して説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る排熱回収装置を、図１および図２に基づき説明する。
【００１４】
すなわち、図１および図２に示すように、この排熱回収装置１は、上部に排ガス供給口２が形成されるとともに下部に排ガス排出口３が形成され且つ内部に伝熱管４が配置された熱交換室５と、この熱交換室５に排ガスを導く排ガス導入管６と、上記熱交換室５からの排ガスを外部に導く排ガス導出管７と、上記熱交換室５に隣接して設けられるとともに上部に排ガス連通口８が形成されて当該熱交換室５をバイパスする排ガスのバイパス通路（排ガス導出通路の一例で、バイパス室、バイパス管なども含む概念である）９と、上記排ガス供給口２および排ガス連通口８を覆うように設けられるとともに上部に排ガス導入管６に接続される排ガス導入口１０が形成された排ガス導入室１１と、移動手段として例えばシリンダ装置（具体的には、エアシリンダが用いられる、勿論、シリンダ装置以外に、電動機などを用いることもできる）１２により排ガス導入室１１内に水平方向で移動自在に設けられて排ガス導入口１０から導かれる排ガスを任意の割合で排ガス供給口２側と排ガス連通口８側とに仕切る（分ける）ための仕切体１３と、上記伝熱管４と熱需要個所側に設けられた熱交換部との間で熱回収用の被加熱水である温水を循環させる被加熱水供給配管１４とから構成されている。なお、上記排ガス導入口１０および排ガス供給口２並びに排ガス連通口８は同一径の穴にされている。
【００１５】
上記仕切体１３は、排ガス導入口１０の開口面に垂直方向すなわち鉛直方向で配置された仕切板１３ａとこの仕切板１３ａの下端部から排ガス連通口８側に水平方向で突設された開口部調節板１３ｂとから構成されている。なお、上記排ガス導入室１１は直方体形状にされており、したがって仕切板１３ａについても、図２に示すように、当該排ガス導入室１１を仕切体１３の移動方向において前後に仕切ることができるように、その全幅とほぼ等しい幅でもって設けられている。勿論、図示しないが、仕切体１３と、排ガス導入口１０、排ガス供給口２、排ガス連通口８との間、および排ガス導入室１１の内壁面との間において、シールが必要な箇所にはシール材が設けられている。
【００１６】
また、この仕切体１３の開口部調節板１３ｂは、仕切板１３ａが排ガス導入口１０の直径に沿って前後方向で移動する際に、熱交換室側開口面積とバイパス側開口面積との面積比に応じて（正確には、面積比と等しくなるように）排ガス連通口８の開口面積を調節し得るような長さにされている。
【００１７】
さらに、上記シリンダ装置１２は、熱負荷の変動に応じて仕切体１３を移動させ得るように、伝熱管４内を流れる温水の温度に基づき制御されている。すなわち、伝熱管４の出口側における被加熱水供給配管１４の途中には、温度検出器１５が設けられるとともに、この温度検出器１５からの検出温度を入力してシリンダ装置１２を制御する制御器１６が設けられている。
【００１８】
上記構成において、熱需要箇所にて大きい熱負荷が発生した場合には、伝熱管４内を流れる温水の温度が下がるため、制御器１６により、仕切体１３が図面の実線にて示す排ガス連通口８の閉鎖位置、すなわちバイパス閉鎖位置に移動されて、排ガス導入管６からの排ガスが全て排ガス導入室１１を介して熱交換室５内に供給されて温水の温度が上昇される。
【００１９】
一方、熱負荷が変動した場合、例えば熱負荷が減少した場合には、伝熱管４内を流れる温水の温度が上昇するため、制御器１６を介して、シリンダ装置１２により、図面の仮想線にて示すように、排ガス連通口８を開く方向に仕切体１３が移動させられる。すなわち、排ガスの一部が排ガス連通口８からバイパス通路９を経て排ガス導出管７側に流れ、したがって伝熱管４から供給される温水の温度が低下する。
【００２０】
このように、排ガス導入室１１内に、排ガス導入管６から導かれた排ガスを、熱交換室５側の排ガス供給口２とバイパス通路９側の排ガス連通口８とに、且つ任意の割合でもって分け得る仕切体１３を設けたので、熱負荷の変動に応じて仕切体１３を移動させることにより、熱交換室５に供給する排ガス量を調節することができる。すなわち、従来のように、切替ダンパーの切替板を揺動させて各開口部を開閉させる（オン・オフ制御させる）場合に比べて、騒音の発生を抑制し得るとともに、切替手段である仕切体の長寿命化を図ることができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態においては、仕切体１３の開口部調節板１３ｂを、排ガス連通口８を閉鎖し得る方向に突設したが、逆に、排ガス供給口２側を閉鎖し得る方向に突設してもよい。
【００２２】
ところで、以下に、上記実施の形態と同様の効果を奏し得る排熱回収装置を、参考例として、図３〜図５に基づき説明しておく。
【００２３】
この参考例としての排熱回収装置の基本的な構成については、従来例で説明したものと同一であり、すなわち切替ダンパーを有するもので、その切替ダンパーにおける切替板の制御部分に特徴を有するものである。
【００２４】
図３〜図５に示すように、この排熱回収装置２１は、排ガス導入管２２が接続された排ガス導入室２３と、上部に排ガス導入室２３に導かれた排ガスを供給する排ガス供給口２４および下部に排ガスを排出する排ガス排出口２５が設けられるとともに内部に伝熱管２６が配置された熱交換室２７と、上記排ガス排出口２４側に接続された排ガス導出管２８と、上記排ガス導入室２３側と排ガス導出管２８とを接続して上記熱交換室２７をバイパスする排ガスのバイパス管（排ガス導出通路の一例で、バイパス室なども含まれる）２９と、上記排ガス導入室２３内に揺動自在に設けられて排ガス供給口２４およびバイパス管２９の当該排ガス導入室２３への接続部である排ガス連通口３０を開閉可能な開閉板（従来の切替板に相当する）３１および当該開閉板３１を回転軸体３２を介して開閉（揺動）させる電動機（揺動手段の一例）３３からなる切替ダンパー３４と、上記伝熱管２６と熱需要個所側に設けられた熱交換部との間で熱回収用の被加熱水である温水を循環させる被加熱水供給配管３５とから構成されている。
【００２５】
また、上記実施の形態と同様に、熱負荷の変動に応じて開閉板３１を揺動させ得るように、伝熱管２６内を流れる温水の温度に基づき電動機３３が制御されている。すなわち、伝熱管２６の出口側における被加熱水供給配管３５の途中には、温度検出器３６が設けられるとともに、この温度検出器３６からの検出温度を入力して電動機３３を制御する制御器３７が設けられている。
【００２６】
そして、この制御器３７により、切替ダンパー３４における開閉板３１は、排ガス供給口２４の閉鎖位置（イ）と、排ガス連通口２９の閉鎖位置（ロ）と、これら両閉鎖位置の中間位置（ハ）との３箇所にて位置決め（停止）し得るように構成されるとともに、それぞれの閉鎖動作を行わせる際に、リミットスイッチ（図示せず）を用いて各閉鎖動作完了位置の手前位置で一旦停止させた後、所定時間経過後（例えば、１秒〜２秒程度）に、完全閉鎖位置にさせられる。
【００２７】
なお、上記排ガス供給口２４および排ガス連通口３０に対応する開閉板３１の表面には、その閉鎖時にシールを行うためのシール材３８がそれぞれ設けられている。
【００２８】
上記構成において、熱需要箇所にて大きい熱負荷が発生した場合には、伝熱管２６内を流れる温水の温度が下がるため、制御器３７により、開閉板３１が排ガス連通口３０の閉鎖位置（ロ）、すなわちバイパス閉鎖位置に揺動されて、排ガス導入管２２からの排ガスが全て排ガス導入室１１を介して熱交換室２７内に供給されて温水の温度が上昇される。
【００２９】
一方、熱負荷が変動した場合、例えば熱負荷が減少した場合には、伝熱管４内を流れる温水の温度が上昇するため、制御器３７を介して、排ガス連通口３０を開く方向に、すなわち中間位置（ハ）に開閉板３１が揺動させられる。したがって、排ガスの一部が排ガス連通口８からバイパス通路９を経て排ガス導出管７側に流れ、したがって伝熱管４から供給される温水の温度が低下する。
【００３０】
熱負荷が極端に減った場合には、制御器３７を介して、開閉板３１が閉鎖位置（イ）に揺動されて、排ガス供給口２４が完全に閉鎖される。
【００３１】
勿論、このように、開閉板３１により、排ガス供給口２４または排ガス連通口３０を完全に閉鎖する際には、リミットスイッチにより、その手前位置で一旦停止された後、締切り動作が行われる。
【００３２】
この構成によると、熱負荷に応じて、すなわち温水の温度に応じて、開閉板３１を、排ガス供給口２４および排ガス連通口３０の閉鎖位置以外の中間位置でも停止させるとともに、それぞれの閉鎖動作時の閉鎖直前にて一旦その動作を停止させた後、完全閉鎖動作（締切り動作）を行わせるようにしているので、開閉板３１の閉鎖動作を減らすことができるとともに、開閉板３１の排ガス供給口２４および排ガス連通口３０への急激な当接を防止することができ、したがって発生する騒音が低くなるとともに、切替ダンパーすなわち開閉板３１の長寿命化を図ることができる。
【００３３】
ところで、上記参考例においては、開閉板３１を、排ガス供給口２４および排ガス連通口３０の閉鎖位置以外の中間位置にて停止させるように説明したが、例えば中間位置にて停止させずに、排ガス供給口２４および排ガス連通口３０の開閉板３１による閉鎖動作完了位置の手前位置で一旦停止させた後、完全閉鎖動作を行わせるようにしてもよい。この場合も、参考例と同様の効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る排熱回収装置によると、排ガス導入室内に、排ガス導入管から導かれた排ガスを、熱交換室側の排ガス供給口と排ガス導出通路側の排ガス連通口とに仕切る仕切体を設けたので、熱負荷の変動に応じて仕切体を移動させることにより、熱交換室に供給する排ガス量を調節することができる。すなわち、従来のように、切替ダンパーの切替板を揺動させて各開口部を開閉させる（オン・オフ制御させる）場合に比べて、騒音の発生を抑制し得るとともに、従来の切替手段に相当する仕切体の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る排熱回収装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 参考例としての排熱回収装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】 同参考例に係る排熱回収装置における切替ダンパーを示す要部断面図である。
【図５】 同参考例に係る排熱回収装置における切替ダンパーの斜視図である。
【図６】 従来例に係る排熱回収装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 排熱回収装置
２ 排ガス供給口
３ 排ガス排出口
４ 伝熱管
５ 熱交換室
６ 排ガス導入管
７ 排ガス導出管
８ 排ガス連通口
９ バイパス通路
１０ 排ガス導入口
１１ 排ガス導入室
１２ シリンダ装置
１３ 仕切体
１３ａ 仕切板
１３ｂ 開口部調節板
１５ 温度検出器
１６ 制御器

Claims (1)

1. 排ガス導入管が接続される排ガス導入室、およびこの排ガス導入室を介して供給された排ガスの有する熱を回収するための熱交換室、並びに排ガス導入室に連通された排ガス導出通路が設けられた排熱回収装置であって、上記排ガス導入室内に、排ガス導入管が接続される排ガス導入口を熱交換室側と排ガス導出通路側とに仕切る仕切板を有する仕切体を移動自在に設け、且つ上記仕切体に、その仕切板の移動に合わせて、排ガス導出通路に連通する排ガス連通口および熱交換室に開口する排ガス供給口のいずれかの開口面積を調節し得る開口部調節板を設けたことを特徴とする排熱回収装置。

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