JPS6014082Y2 - 排ガスの熱回収装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関又はボイラ等の排ガス中の熱エネルギ
を最大限に回収するための排ガスエコノマイザ方式の熱
回収装置に関する。

従来の排ガスエコノマイザは第１図に示す通り発生蒸気
の供給先Ｅ及びＦの所要蒸気圧力が異なる場合でも排熱
を吸収する蒸発管部３は１基しか装備されておらず所要
の最高蒸気圧力で所要の全蒸気量を発生させ、高圧蒸気
の一部を減圧して低圧蒸気をつくり供給している。

−力発生蒸気の圧力を高く設定することは蒸発管内部の
温度が高いことを意味し、従って排ガス温度との温度差
が不可避的に小さくなる。

これは同じ熱量を熱交換する場合蒸発管の伝熱面積が増
加し排ガスエコノマイザの製造コストの上昇を招く。

又蒸発管出口排ガス温度は蒸発管内温度以下には下げら
れないため、蒸気圧力が高いことはそれだけ排ガス中の
熱回収を充分行い得ないことになる。

また別の問題として蒸気の供給をうける系統の蒸気需要
量が変動する場合、最大の需要量に適合するように蒸発
管部の伝熱面積を計画することは製作コストの観点から
必ずしも得策ではなく、平均的な需要量を勘案して伝熱
面積を決定する場合が多いが、予期しない状況下に於て
供給蒸気が不足することがあり系統の安定した運転を期
する上で不安を残す憾みがある。

本考案は前記の欠点を取り除き出来るだけ排ガスの熱エ
ネルギを多量に回収し、排ガスエコノマイザの伝熱面積
を小さくすると共に発生蒸気の供給先の各系統の安定運
転を可能にする排ガスの熱回収装置を得ることを目的と
するもので蒸気圧力を異にする複数個の蒸発管部を排ガ
スダクト中に蒸気圧力の高いものから順にダクトの上流
側から下流側に配設し、前記各蒸発管部に対し夫々循環
水ポンプ、汽水分離ドラム及び蒸気取出管を別個に装備
して独立した複数個の蒸気系統を形成すると共に、前記
各蒸気系統の蒸気取出管を圧力調整装置を備えた連絡管
により相互に連絡したことを特徴とするものである。

前記構成に基づく熱回収装置は第２図に示すようにこの
図では２個の蒸発管部を有する高圧蒸気系統１と低圧蒸
気系統２の２系統により形成し、各系統の主要部は夫々
高圧用蒸発管部３、高圧用循環水ポンプ４、高圧用汽水
分離ドラム５、高圧用蒸気取り出し管６及び低圧用蒸発
管部７、低圧用循環水ポンプ８、低圧用汽水分離ドラム
９、低圧用蒸気取り出し管１０により構成し、高圧蒸発
管部３と低圧蒸発管部７は排ガスダクト中に高圧用を排
ガス流（矢印Ｇ）の上流側に、低圧用を下流側に配設し
両者で２段蒸発排ガスエコノマイザを形成する。

高圧及び低圧の発生蒸気は夫々蒸気取り出し管６及び１
０を経て供給先Ｅ及びＦに送給される。

また高圧蒸気取り出し管６と低圧蒸気取り出し管１０と
の間は連絡管１２により接続し、連絡管１２の上に逃出
弁１３及び補給弁１４を取付け２段排ガスエコノマイザ
システムを構成する。

排ガスは最初高圧用蒸発管部３に流入して熱交換を行い
ガス温度を下げて低圧蒸発管部７に流入し同様に熱交換
を行う。

高圧用及び低圧用蒸発管部３及び７の内部には夫々の循
環水ポンプ４及び８により夫々の汽水分離ドラム５及び
９から飽和水が供給される。

飽和水の一部は各々の蒸発管内で排ガスの熱により蒸気
を発生し汽水混合体となって各々の分離ドラムへ導かれ
る。

そして夫々の分離ドラムで蒸気を分離し夫々の供給先Ｅ
及びＦに送給される。

低圧蒸気供給側Ｆの蒸気需要が設計値より多量に必要と
なった場合高圧蒸気が高圧蒸気取り出し管６より補給弁
１４を介して連絡管１２を経て低圧蒸気取り出し管１０
に自動的に補給される。

逆に低圧蒸気の需要が設計値より減少した場合は低圧用
汽水分離ドラム９の圧力が上昇しあらかじめ設定した圧
力を越えると逃出弁１３を介して自動的に高圧蒸気系統
へ余剰蒸気を供給する。

このシステムは前記の補給弁１４及び逃出弁１３ならび
連絡管１２により系統の蒸気需要の変動に速やかに対応
して安定運転を維持できるため例えば蒸気不足による蒸
気駆動補機の運転停止等の機会を減らし熱回収の効果を
最大限に発揮する。

またこのシステムによれば蒸気需要に応じて圧力の異な
る蒸気を発生するが、蒸気需要の減少に基づく蒸発管の
焼損防止のため各蒸発管毎に循環水ポンプを設は蒸発管
の冷却に万全を期している。

前記の構成を有する排ガスエコノマイザが従来のエコノ
マイザに比して小型になし得る理由を以下説明する。

排ガスエコノマイザは一種の熱交換器であり、熱交換器
の伝熱面積（Ａｔｒｌ’）は一般に次式で表わされる。

こ）にＱは交換熱量（ｋｃａｌ ／ ｈ ）、Ｋは熱伝
達係数（ｋｃａｌ ／ｌｒｉ ’Ｃｈ ）、０ｍは対数
平均温度差（’Ｃ）を表す。

ここで交換熱量Ｑ及び熱伝達係数Ｋを同一とすると前記
（１）式により対数平均温度差θｍが大であれば伝熱面
積Ａが小さくなり排ガスエコノマイザを小型にすること
ができる。

一方排ガス温度と蒸発管内部の温度との関係は第３図及
び第４図、但し第３図は蒸発管部が１基で構成される従
来型、第４図は蒸発管部が高圧用Ｅ及び低圧用Ｆの２段
で形成される本考案による排ガスエコノマイザ、に示す
通り本考案による多段蒸発エコノマイザの低圧の蒸発管
部Ｆに於ては従来型のものよりΔθｍだけ平均温度差が
大きくなることが容易に理解される。

前記事情は蒸発管部が二段以上に構成される場合も変ら
ず多段蒸発システムではエコノマイザを従来の単段式よ
りも小型に製作することができる。

なお第３図、第４図に示す符号Ｔａは蒸発管内蒸気圧力
に対応する飽和温度、但し第３図では高圧用蒸発管内温
度、Ｔｂは低圧用蒸発管内温度、Ｔｇ工は排ガス入口温
度、Ｔｇｚは低圧用蒸発管入口ガス温度、Ｔｇｌは排ガ
スの出口温度である。

次に本考案の多段蒸発排ガスエコノマイザが排ガスの保
有する熱エネルギを最大限に利用できる理由を第５図に
より説明する。

図中Ａ及びＴａは夫々従来型蒸発管部又は本考案の高圧
側第１段の蒸発管部及び前記各蒸発管内温度を、Ｂ、
Ｃ，Ｄ及びＴｈ、 Ｔｃ、 Ｔｄは夫々本考案の第２段
以下の各蒸発管部及び各蒸発管内温度を示す。

従来型の単段式に於ては所要の蒸気圧のうち最大圧力の
蒸気を発生できるようエコノマイザを設計する故、蒸発
管部出口に於ける排ガス温度７７は前記最大圧力に対応
する飽和温度Ｔａ以下には下げられない。

一方多段蒸発システムでは蒸発管部の発生蒸気圧力を排
ガス流の下流側に順次低く設定することにより最終の出
口ガス温度を更に低く、第５図のＴｇ２まで下げること
が可能であり、最大限に排ガスエネルギを利用できる。

次に本考案による多段蒸発排ガスエコノマイザシステム
の実施例を第６図によって説明する。

この実施例はディーゼル機関を推進用原動機とする船舶
用ディーゼルプラントに適用したもので高圧蒸発管部３
で発生した蒸気圧力５ｋｇ／ｃ７Ｉ！、流量毎時７．０
００に９の飽和蒸気の中、毎時約６ ｔ ０００ｋｇの
ものを過熱器１５を通して２２０℃に過熱し発電用補機
タービン１６の蒸気源として使用する。

残りの蒸気は飽和蒸気のま）高圧雑用蒸気１７として燃
料油の加熱及び荷油槽の加熱に使用する。

低圧用蒸発管部７で発生した蒸気圧力４ｋｇ／ａｄ、流
量毎時１ ＊ ２００ｋｏの飽和蒸気は減圧弁１８を介
して３に９／ｃｒｆｔに減圧し低圧雑用蒸気１９として
居室暖房用、給水加熱用その他機関室の雑用に使用する
。

なお高圧及び低圧蒸気は連絡管１２により連絡し、連絡
管には逃出弁１３及び補給弁１４を設けている。

また前記の弁１３及び１４の作動圧力は夫々５ ｋｇ／
ａｔ及び２．９ｋｇ、／ｃｒｌに設定されている。

なお蒸気需要の変動による蒸発管の焼損防止のため各蒸
発管毎に循環水ポンプ４および８を別個に設けている。

本実施例に基づく２段蒸発エコノマイザ１１の伝熱面積
を従来の単段蒸発システムの伝熱面積と比較するに第３
図及び第４図に於て、Ｔａ ＝ １４３℃、Ｔｈ ＝
１３２℃、ナオＴｇ１＝２２０℃、Ｔｇ２＝ １７０℃
、Ｔｇ３＝ １６０℃とすると従来型の加熱面積を１０
０とした場合本実施例のものは９０となり伝熱面積がか
なり節減できることが分る。

以上本考案の理解を助けるため実施例について詳細に説
明したが、本考案はこの実施例にのみ限定されるもので
はなく本考案の要旨を逸脱しない範囲に於て種々の変更
をなし得ることは勿論である。

本考案の排ガスの熱回収装置は前述のごとき構成を有す
るので下記の如く数多の効果を発揮する。

（１）圧力別に蒸発管部を独立して設けるので排ガスと
の平均温度差が大きくなり、エコノマイザを小型にする
ことができる。

（１１）同じ理由により被加熱流体と加熱ガスとの出口
温度差が大きくなり排ガスの保有熱量を最大限に利用で
きる。

（ｉ１＊）圧力別の各系統の間に連絡管を設けているの
で系統別の蒸気需要に変動があっても安定した運転を維
持することができる。

（ｉＶ）各蒸発管部に対し夫々循環水ポンプおよび分離
ドラムを設けているので系統別の蒸気需要に変動があっ
ても、循環水量は常に一定であり蒸発管の焼損を起こす
心配がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排ガスエコノマイザシステムの系統図、
第２図は本考案に基づく２段蒸発の排ガスエコノマイザ
システムの系統図、第３図は従来の排ガスエコノマイザ
に於ける蒸発管内温度と排ガス温度との関係を示す説明
図、第４図は本考案に基づく２段蒸発排ガスエコノマイ
ザに於ける蒸発管内温度と排ガス温度との関係を示す説
明図、第５図は従来型及び本考案に基づく４段蒸発排ガ
スエコノマイザの蒸発管内温度と排ガス温度との関係を
示す説明図、第６図は本考案の実施例を示す２段蒸発排
ガスエコノマイザシステムの系統図である。 図中３は高圧用蒸発管部、４は高圧用循環水ポンプ、５
は高圧用汽水分離ドラム、６は高圧蒸気取り出し管、７
は低圧用蒸発管部、８は低圧用循環水ポンプ、９は低圧
用汽水分離ドラム、１０は低圧蒸気取り出し管、１２は
連絡管、１３は逃出弁、１４は補給弁を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 蒸気圧力を異にする複数個の蒸発管部を排ガスダクト中
   に蒸気圧力の高いものから順にダクトの上流側から下流
   側に配設し、前記各蒸発管部に対し夫々循環水ポンプ、
   汽水分離ドラム及び蒸気取出管を別個に装備して独立し
   た複数個の蒸気系統を形成すると共に、前記各蒸気系統
   の蒸気取出管を圧力調整装置を備えた連絡管により相互
   に連絡したことを特徴とする排ガスの熱回収装置。