JP5522950B2 - 多管式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、多管式熱交換器に関する。

従来のこの種の多管式熱交換器としては、図２および図３に示すように、焼却炉Ｓ等の熱源装置の高温排ガスＦ１（例えば、８５０〜９００℃）を導入する排ガス導入室１と、外筒２′内に形成されると共に高温排ガスＦ１と予熱用低温空気Ｐ１を熱交換する熱交換室２と、熱交換された低温排ガスＦ２を排出する排ガス排出室３から成り、上記排ガス導入室１と熱交換室２を隔てる高温側管板４と、上記熱交換室２と排ガス排出室３を隔てる低温側管板５と、上下端部が上記高温側管板４と低温側管板５にそれぞれ接続されて、上記排ガス導入室１および上記排ガス排出室３に連通する複数の伝熱管６と、上記熱交換室２に予熱用低温空気Ｐ１を導入する予熱空気導入口９ａと、上記熱交換室２から予熱用高温空気Ｐ３（例えば、６５０〜７００℃）を排出して上記焼却炉Ｓに供給する予熱空気排出口１１ａと、上記高温側管板４の上記熱交換室２側に設置される副室１３から構成され、上記排ガス導入室１に導入される上記高温排ガスＦ１は、上記伝熱管６を通って上記排ガス排出室３から低温排ガスとして排出され、一方、送風器Ｖ１により上記予熱空気導入口９ａから上記熱交換室２に導入される予熱用低温空気Ｐ１は、該熱交換室２において上記伝熱管６内を流れる高温排ガスと熱交換されて昇温され、予熱用高温空気Ｐ３として上記予熱空気排出口１１ａから上記焼却炉Ｓ等の熱源装置に供給される。なお、上記熱交換室２には数枚のバッフルプレート（邪魔板）１４が設置されていて、導入された予熱用低温空気Ｐ１を上記伝熱管６に対して直交および並行の流れに整流して、熱交換効率を高めるようにしている。
また、上記予熱用低温空気Ｐ１から分岐される予熱用低温空気Ｐ２は、上記副室１３に導入されて、上記高温側管板４を冷却し、リターンパイプ１５を通って、上記熱交換室２内に流出し、上記予熱用低温空気Ｐ１と合流する。なお、図１に波線で示すように、上記予熱用低温空気Ｐ２は、予熱用低温空気Ｐ１から分岐されることなく、送風器Ｖ３により独立して副室１３に導入する場合もある。
これに近い従来技術が特開２００８−２２４１７３号公報（特許文献１）に開示されている。

また従来、図４および図５に示すように、主として高温排ガスＦ１の温度冷却を目的とする熱交換室２−ａと、主として予熱用低温空気Ｐ１の回収温度を上昇させることを目的とする熱交換室２−ｂとを直列に接続し、上記熱交換室２−ａの排ガス導入室１から導入される上記高温排ガスＦ１を、該熱交換室２−ａ内の伝熱管６および上記熱交換室２−ｂ内の伝熱管６′を順次通過させて、該熱交換室２−ｂの排ガス排出室３から低温排ガスＦ２として排出する。一方、予熱空気導入口１６から上記熱交換室２−ａに導入される予熱用低温空気Ｐ１は、該熱交換室２−ａにおいて上記伝熱管６内を流れる高温排ガスＦ１と熱交換されて昇温され、熱交換室２−ａの排ガス排出口１７から連通管１８を通じて上記熱交換室２−ｂの予熱空気導入口１９から上記熱交換室２−ｂに導入され、該熱交換室２−ｂにおいて上記伝熱管６内を流れる高温排ガスＦ１と熱交換されて更に昇温され、予熱用高温空気Ｐ３として上記熱交換室２−ｂの予熱空気排出口２０から上記焼却炉Ｓ等の熱源装置に供給される、多感式熱交換器があった。

しかしながら、図２および図３に開示されている従来の熱交換器は、冷却空気として投入される流体は、予熱用空気の一部が分岐されるため予熱用空気の絶対量が少ない場合には、分岐される予熱用空気も少量化してしまうので、管板冷却の効果が低減してしまうという問題点があった。

また、図４および図５に開示されている従来の熱交換器は、熱交換の効率上、排ガスの入口温度の下限値に限界があり、十分な延命対策とはならないという問題点があった。

特開２００８−２２４１７３号公報

本発明は、上部の高温側管板への予熱用低温空気の導入量を調整することで、如何なる流量条件においても高温側管板の冷却効果を維持し、下段側熱交換器の入口温度も同時に制御することで熱交換効率を維持し、また、下部熱交換室の管板を廃止し、上下熱交換器の一体化による長寿命化と、設備費の低減を実現することができる多管式熱交換器を提供することを課題とする。

本発明の多管式熱交換器は、焼却炉等の熱源装置から高温排ガスを導入する排ガス導入室と、該排ガス導入室に上端が接続されると共に内部に熱交換室を形成する外筒と、該外筒の下端に接続される排ガス排出室と、上記排ガス導入室と熱交換室を隔てる高温側管板と、上記排ガス排出室と熱交換室を隔てる低温側管板と、上記熱交換室内に配管されると共に上記排ガス導入室内に流入する高温排ガスを上記排ガス排出室に流通させる多数本の伝熱管と、上記熱交換室の中間部に取り付けられると共に熱交換室を上部熱交換室と下部熱交換室に二分する仕切り板と、該上部熱交換室および下部熱交換室内に配設される数枚のバッフルプレートと、上記上部熱交換室の上部に設けられる上部予熱流体導入ヘッダーと、上記下部熱交換室の下部に設けられる下部予熱流体導入ヘッダーと、上部熱交換室の下部および下部熱交換室の上部に設けられる予熱流体排出ヘッダーと、上記下部予熱流体導入ヘッダーに導入される予熱用低温空気から分岐されると共に上記上部予熱流体導入ヘッダーに導入される予熱用低温空気の流量を調整する流量調整弁と、から構成されることを特徴とする。

本発明の多管式熱交換器は、下記の効果を奏する。
１）上部の高温側管板への予熱用低温空気の導入量を調整することで、如何なる流量条件においても高温側管板の冷却効果を維持し、下段側熱交換器の入口温度も同時に制御することで熱交換効率を維持することができる。
２）下部熱交換室の管板を廃止することができる。
３）従来の２段式上下熱交換器を一体化し長寿命化を図ることができる。
４）設備費を低減することができる。

本発明の多管式熱交換器の一実施例を示す説明図である。 従来の多管式熱交換器を焼却炉に組み合わせた説明図である。 図２の多管式熱交換器の構成および作用の説明図である。 従来の別の多管式熱交換器を焼却炉に組み合わせた説明図である。 図４の多管式熱交換器の構成および作用の説明図である。

以下、本発明の多管式熱交換器の一実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１において、１は排ガス導入室、２は熱交換室、２′は外筒、３は排ガス排出室、４は高温側管板、５は低温側管板、６は伝熱管、７は仕切り板、８はバッフルプレート、９は下部予熱流体導入ヘッダー、９ａは低温側予熱空気導入口、１０は上部予熱流体導入ヘッダー、１０ａは高温側予熱空気導入口、１１は予熱流体排出ヘッダー、１１ａは予熱空気排出口、１２は流量調整弁、Ｆ１は高温排ガス、Ｆ２は低温排ガス、Ｐ１は予熱用低温空気、Ｐ２は予熱用低温空気、Ｐ３は予熱用高温空気である。

上記排ガス導入室１には、焼却炉Ｓ（図２参照）等の熱源装置からの高温排ガスＦ１（例えば、８５０〜９００℃）が導入される。該排ガス導入室１の下方には外筒２′の上端が一体的に接続されると共に、該外筒２′の下端には上記排ガス排出室３が一体的に接続される。該外筒２′内には熱交換室２が形成されている。

上記排ガス導入室１と熱交換室２は、高温側管板４により隔てられると共に、上記排ガス排出室３と熱交換室２は、上記低温側管板５により隔てられる。熱交換室２内には多数本の伝熱管６が配管され、その上下端は、上記高温側管板４および上記低温側管板５にそれぞれ接続されている。上記排ガス導入室１内に流入する高温排ガスＦ１は、上記伝熱管６を通って、上記排ガス排出室３に流れる。

また、上記熱交換室２の中間部には、仕切り板が取り付けられていて、該熱交換室２を、上部熱交換室２ａと下部熱交換室２ｂに二分する。これら上部熱交換室２ａと下部熱交換室２ｂ内には、数枚のバッフルプレート（邪魔板）８が配設されている。

上記上部熱交換室２ａの上部には上部予熱流体導入ヘッダー１０が設けられていて、これに上部予熱流体導入口１０ａが開設されている。また、上記下部熱交換室２ｂの下部には下部予熱流体導入ヘッダー９が設けられていて、これに下部予熱流体導入口９ａが開設されている。さらに、上部熱交換室２ａの下部および下部熱交換室２ｂの上部であって、上記仕切り板７が設けられている付近の熱交換室２には、予熱流体排出ヘッダー１１が設けられていて、これに予熱流体出口１１ａが開設されている。

上記下部予熱流体導入口９ａには予熱用低温空気Ｐ１が供給され、バッフルプレート（邪魔板）８により整流されながら伝熱管６内を流れる高温排ガスＦ１と熱交換を行い、昇温されて予熱流体出口１１ａから、上記熱源装置（図示せず）の空気導入口に供給される。

一方、上記予熱用低温空気Ｐ１から分岐される予熱用低温空気Ｐ２は、流量調整弁１２により流量が調整されて、上記上部予熱流体導入口１０ａから上部熱交換室２ａ内に供給され、バッフルプレート８（邪魔板）により整流されながら伝熱管６内を流れる高温排ガスＦ１と熱交換を行い、上記予熱流体排出ヘッダー１１内で昇温された上記予熱用低温空気Ｐ１と合流し、予熱流体出口１１ａから上記熱源装置の空気導入口に供給される。

１ 排ガス導入室
２ 熱交換室
２ａ 上部熱交換室
２ｂ 下部熱交換室
２′ 外筒
３ 排ガス排出室
４ 高温側管板
５ 低温側管板
６ 伝熱管
７ 仕切り板
８ バッフルプレート
９ 下部予熱流体導入ヘッダー
９ａ 低温側予熱空気導入口
１０ 上部予熱流体導入ヘッダー
１０ａ高温側予熱空気導入口
１１ 予熱流体排出ヘッダー
１１ａ予熱空気排出口
１２ 流量調整弁
Ｆ１ 高温排ガス
Ｆ２ 低温排ガス
Ｐ１ 予熱用低温空気
Ｐ２ 予熱用低温空気
Ｐ３ 予熱用高温空気

Claims (1)

1. 焼却炉等の熱源装置から８５０〜９００℃の高温排ガスを導入する排ガス導入室と、
   該排ガス導入室に上端が接続されると共に内部に熱交換室を形成する外筒と、
   該外筒の下端に接続される排ガス排出室と、
   上記排ガス導入室と熱交換室を隔てる高温側管板と、
   上記排ガス排出室と熱交換室を隔てる低温側管板と、
   上記熱交換室内に配管されると共に上記排ガス導入室内に流入する高温排ガスを上記排ガス排出室に流通させる多数本の伝熱管と、
   上記熱交換室の中間部に取り付けられると共に熱交換室を上部熱交換室と下部熱交換室に二分する仕切り板と、
   該上部熱交換室および下部熱交換室内に配設される数枚のバッフルプレートと、
   上記上部熱交換室の上部に設けられる上部予熱流体導入ヘッダーと、
   上記下部熱交換室の下部に設けられる下部予熱流体導入ヘッダーと、
   上部熱交換室の下部および下部熱交換室の上部に設けられる予熱流体排出ヘッダーと、
   上記下部予熱流体導入ヘッダーに導入される予熱用低温空気から分岐されると共に上記上部予熱流体導入ヘッダーに導入される予熱用低温空気の流量を調整する流量調整弁と、
   から構成され、
   上部予熱流体導入ヘッダーには、高温側管板が冷却されるよう予熱用低温空気が導入されることを特徴とする多管式熱交換器。