JPS5864486A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高温の廃ガスなどの熱エネルギーを回収す
る走めの熱交換装置に関するものである。

第１図はこの種の従来の熱交換装置を示す図であり、図
において、（１）は中空管で構成された隔板式の熱交換
器、（２）は廃ガスの煙道（３）を作る壁である。

第１図の装置では、煙道（３）を通って放出される燃焼
ガス、すなわち比較的高温の廃ガスの熱エネルギーを回
収するために、熱交換器（すが煙道（３）の一部に挿入
設置されている。熱交換器（１）内には沸騰性の冷媒が
充填されている。廃ガスの熱は熱交換器（１）の器壁を
介して冷媒を加熱し、発生した冷媒蒸気によって、例え
ばタービンなどを回転させ動力を得ることにより、廃ガ
スの有する熱エネルギーを回収することになる。廃ガス
から冷媒にい走る熱の伝達経路を考えると、廃ガスから
の熱は熱交換器（１）の外壁まで輻射および対流熱伝達
に基づく熱抵抗Ｒ１を介して伝わり、熱交換器（１）の
器壁を熱伝導に基づく熱抵抗Ｒ２を介し、更に冷媒中へ
沸騰熱伝達に基づく熱抵抗Ｒ３を経て伝えられる。

一般にＲ２（Ｒ１、Ｒｓが成立することから廃熱を回収
する熱交換装置においては、小形・軽量化のために、Ｒ
ｒ　、Ｒｓをいかにして小さくするか！力が傾けられて
いる。また、廃ガスの有する熱エネルギーは時間的に変
動するものである。

以上のような問題点に鑑みて改良された他の従来例を第
２図に示す。図において、（１）は隔板式の熱交換器、
（４）は容器（５）中に満された水などの液体、（６）
は散気装置であり、高温の廃ガスを液体（４）中に導く
ための専管（６ａ）と、専管（６ａ）に多数穿設された
小孔とから構成されている。

以上のような構成において、高温の流体である廃ガスが
導管（６ａ）を通って小孔（７）から液体（４）中に噴
出されると廃ガスは液体中で非常に沢山の気はう（８）
となる。したがって、まず、高温の気はう（８）と液体
（４）との間で熱交換される。この場合、高温の廃ガス
は非常に沢山の気はう群となるため、その熱交換を行、
う際の接触面積すなわち伝熱面積が極めて大きくなる。

したがって、高温の廃ガスから液体（４）への熱交換は
極めて円滑に効率よく行われる。沢山の気はう（８）は
第１の液体（４）と熱交換を行いながら上昇して、容器
（５）の排気口（９）から出ていく。この際、気はう（
８）は液体（４）をかく乱しながら上昇する。そして、
液体（４）及び気はう（８）と、熱交換器（１）との間
で熱交換を行うことになる。したがって熱抵抗Ｒ１の低
減が可能となる。

ところが、第２図に示す従来例によると、液体（４）が
水の場合には、初期水温が２０℃のとき、廃ガスとの熱
交換効率は約９９％となり、水温が８０％のときけ 一＃約６６％となっている。すなわち、水温が８０℃の
とき・は廃ガス中の約３４％の熱エネルギーが系の外へ
放出されるという欠点があった。

この発明は以上のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、液体が溜められた容器内の液体中
に浸漬された部分と容器内の気相域におかれた部分とを
有し容器外から熱媒体が循環されるように構成した熱交
換器を備えることによって熱交換効率を向上させた熱交
換装置の提供を目的とする。

以Ｆ、この発明の一実施例を図によって説明する。第３
図において、熱交換器（１）の一部が容器（５）内の液
体（４）の液面で気相域に出ている。液体中に浸漬され
ている熱交換器（１）の部分における廃ガスからの熱の
伝達は第２図の従来例と同じである。

さらに、第３図の装置では蒸発した液体（４）の蒸気熱
交換が行われるため、効率良く廃熱回収か行われる。ま
た、液面上にある熱交換器（１）上では凝縮、熱伝達が
行われるため、単に廃ガスによる強制対流熱伝達の場合
に比して熱伝達物性は十分改善される。

次に第４図はこの発明は他の実施例である。液体（４）
には、液体（４）より比重が小さく、低沸点の第２の液
体（１５）が混入されている。液体（４）の蒸発する割
合を小さくし、第２の液体（１５）が主に蒸発している
。熱交換器（１）は熱交換器（１ａ）と熱交換器（１ｂ
）とから構成され熱交換器（ｌａ）、　（１ｂ）内の熱
媒体が異なる場合を考える。

この場合、熱交換器（１ａ）内の熱媒体の温度は液体（
４）の温度に熱交換器（１ｂ）内の熱媒体の温度Ｆｉ第
２の液体（１５）の温度に各々比例して動作させること
ができる。

ところで、廃ガスの有する熱エネルギーは時間的に変動
する。したがって、液体（４）および第２の液体（１５
）として、例えば、水、油、流動／ヤラフインなどの蓄
熱材を用いると、その熱容量のために変動分が平滑化さ
れるという特徴を有する。

廃ガスを第１の液体（４）中に噴出させるには、多数の
ノズル状の小孔（７）あるいは多孔性の焼結体などを使
用してできるが、廃ガスを微細化できることが接触面積
の増大の点から望ましい。

また、高温の流体は廃ガスである必要はなく水蒸気など
であっても同様の効果が得られることはいうまでもない
。

ところで、熱交換器（１）において回収された廃熱でラ
ンキンサイクルを用いた発電材を動作させる場合、２０
０〜３００℃の中低温廃熱回収では、熱交換器（１）内
の流体として、低沸点・高密度のフッ化炭化水Ａ媒が用
いられる場合が多かったつこの冷媒は価格が極めて高い
ので、価格が７ツ化炭化水素系冷媒に比べて約１／ｌＯ
で、熱″ｈ悼的荷性が同じフッ化ハロゲン化炭化水素系
冷媒（俗称「フロン」）を用いる必要がある。ところか
フロン系冷媒は、熱交換器（１）の材質、潤滑油の共存
などによって、約１２０℃になると熱分解を開始するこ
と力；知られているっしたがって、２００〜３００℃程
度の廃ガスと熱交換器（１）内のフロン系冷媒との間で
熱交換を行う際、フロン系冷媒が１２０℃を越える可能
性がある。このため、液体（４）として例えば水を大気
圧下で用いると、水の沸点は廃ガスが混入すると低丁す
るが約１００℃であり、２００〜３００℃の廃ガスが急
速に水と熱交換してほぼ１００℃になるため、フロン系
冷媒が１００℃以上に加熱されることはなく、熱分解の
危険性はなくなる。

第５図はこの発明の別の他の実施例である。熱交換器（
１）に沿って複数個の整流板（１０）が設けられ噴出し
た高温の流体が気はっとなって整流体（１０）によって
整然と上昇するので、液体（４）が効率良く加速され、
流速が上昇するため、熱交換器（１）との熱伝達特性が
改善されることになる。

以上述べたようにこの発明によれば熱交換装置において
液体が溜められた容器内の液体中に高温度の気体を噴出
させる散気装置、および液体中に浸漬された部分と容器
内の気相域におかれた部分とを有し容器外から熱媒体が
循環されるように構成された熱交換器を備えているので
、液体中に浸漬された部分では液体を介して高温度の気
体の熱エネルギーを熱媒体に効率よく移動できるととも
に蒸発した液体の蒸気中の熱エネルギーも容器内の気相
域におかれた部分で回収できるため、熱交換効率を向上
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

ｖＪ１図は従来例の断面図、第２図は他の従来例の断面
図、第３図はこの発明の一実施例の断面図、第４図はこ
の発明の他の実施例の断面図、第５図はこの発明の別の
他の実施例の断面図である。 図において、（１）は熱交換器、（４）は液体、（５）
は容器、（６）は散気装置である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代　理　人　　葛　　野　　　　信　　−第１図 第：、）　１４ 第：３図 第４図 ＾ 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体が溜められた容器、この容器内の上記液体中
   に高温度の気体を噴出させる散気装置、および上記液体
   中に浸漬された部分と上記容器内の気相域におかれた部
   分とを有し、上記容器外から熱媒体が循環されるように
   構成された熱交換器を備えた熱交換装置。
2. （２）液体は比重が異なり、互いに容易に溶解しない２
   種類の液体から構成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の熱交換装置。
3. （３）熱交換器は、液体中に噴出された高温ガスの流れ
   を器壁に沿うように整える整流板を有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の
   熱交換装置。