JPS6115701A - 蒸発装置 - 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】 ［発明の目的］ 本発明は加熱気体の廃熱を利用して、蒸気を得るだめの
装置の改良に関する。

温度のある気体の廃熱を利用して、蒸気を得る方法は熱
回収の中心に位置する技術であることは言うまでもない
。その経済性については一般的なエネルギーコストの上
昇にともなって、近年著しく改善されてきた。

例えば以前は３００〜４００℃以上のガスからの熱回収
が主であったが、現在では２００〜３００℃以上の廃熱
も経済的に回収されるようになっている。しかしこれ以
下の廃熱では、回収されている実際の例は比較的少く、
大部分は放棄されているのが実情である。

［従来の技術］ エネルギー価格が高騰しているにもかかわらず、量的に
かなりの量に達する熱エネルギーが放棄されているのに
は、一つには経済性の問題、もう一つには技術上の問題
がある。

経済性の問題として、多少誤って考えられている点は、
低温廃ガスから熱を回収する効率と、投資効率とは直接
には関係がないということである。

放棄されている熱量はもともと無価値と考えてよい。従
ってこれから何％の熱量が回収されるかを論することは
、実際的にはあまり意味のないことである。もつと重要
で基本的なことは、ある与えられた条件において熱を回
収するための投資と、それによって得られる利益がどう
なるか、ということである。即ち利益／投資が最大とな
るような点が最も望ましい点である。

回収効率を重視すれば、熱回収の対象として空気予熱、
暖房、給温などが最も適している。しかしこのようなも
のによって熱回収が満足に行われている例は比較的少な
く、また季節的変動という基本的な問題もある。これら
に比して、蒸気を得んとする場合は、蒸発温度がかなり
高く、伝熱もほとんどぞの温度で行われるので、あまり
高い熱効率を望むのは無理である。しかし得られるもの
は利用価値が極めて高く、またそのものを直接利用でき
なくても、電力に変換できるという大きい利点がある。

即ち回収効率ではなく、投資効率こそ重視さるべきなの
である。

技術上の問題点としては、ダスト等の問題および腐蝕性
ガスの問題がある。

ガス中にダスト等が浮遊する場合は、伝熱面を清浄に保
って置くことはかなり面倒なことである。

しかし結局はダスト等が伝熱面に堆積しないような形状
と状態、および堆積したダストをいかに手際よく除去す
るかという点が重点のようである。

ガス中に腐蝕性ガス（主として８０３　）を含む場合、
低温腐食を生ずる。即ち８０３とガス中の水蒸気によっ
てＨ２ＳＯ４を生じ、冷たい伝熱面に凝縮する。クリー
ンなガスの場合、燃焼ガスの水蒸気の露点は通常５０℃
程瓜であるが、Ｈ２ＳＯ４を含む場合は露点はかなり上
り、１７０℃程度になることもある。従って伝熱管の表
面温度がガスの露点以下となると凝縮を起して腐食を生
ずるのである。

この問題はかなり厄介な問題であるが、根本的な対策は
困難である。最も簡単な対策は伝熱面の温度をガスの露
点以上に保ち、結露を起さないようにすることである。

結露を起さないということは、伝熱面をドライに保ち、
ダスト、の付着を防止するという点からも望ましいこと
である。

このような点から、従来の蒸発装置は与えられたガスの
露点に対して充分高い伝熱表面温度（大抵の場合はかな
り高い８０３　）１度を想定して）を取っている。ガス
がクリーンな場合は露点も低いのであるが、ガスの変動
を考慮して、充分過ぎる程の余裕のある表面温度を取っ
ている。このために充分回収し得るような場合でも、か
なりの熱量が空しく放棄されている。

［発明の開示］ 我々がここに提供する発明はこれに対して、最小の投資
にて最大の利益を得るような廃熱回収を投資効率よく、
かつ腐食等のトラブルなしに実現するものである。

我々の基本的な考え方は、廃ガスを利用する蒸発装置に
最も適した装置はどんなものが良いか、そしてそれを使
って熱回収量を最大にする実際的な手段は何か、という
点に基づいている。前述のように伝熱表面温度をガスの
露点以下にすることは好ましくないので、露点以上で運
転するとすれば、回収可能な最大の熱量はこの露点温度
によって左右されることになる。即ちこの温度が低けれ
ば熱回収量は多くなり、高ければ少くなる。

このような情況の下では、ガスの露点に応じて、伝熱面
の温度がこの露点以下にならないように任意に変えられ
るようにしておけば、熱回収量を実際的に常に最大に保
つことができる。それが可能なようにしたのが我々の発
明の装置である。

即ち一般に行われているように、温度条件を一定にセッ
トするのでなく、ガスの露点温度に対応して伝熱面の温
度を、常にその露点以上になるように接近して保つので
ある。そしてガスに変動があって露点が変った場合は、
それに応じて伝熱面温度を変えられるようにしておくの
である。一般的にガスの腐蝕性成分が変ることはそれ程
頻繁に起ることではないので、成程度の余裕を取ってお
けばそれ程厳密にコントロールする必要はなく、燃料等
ガス成分の変化に応じて変えればよい。このようにする
ことによって、先に述べた最小の投資で最大の利益を得
ることができるのである。

［発明の構成］ この発明による装置のフローシートを第１図に示す。

この装置は１．加熱器、２．ポンプ、３．■ゼクター、
４．気液分離タンクおよび５．予熱器からなっている。

但しこのうち、ポンプ２については、蒸発液体が圧力を
もって供給される場合は、ない場合もある。

蒸発液体はポンプ２により加圧され、予熱器５により予
熱され、エゼクタ−３に２２から流入する。一方気液分
離タンク４において分離された未蒸発液体は２３から吸
引され、２２からの液体と混合して加熱器１に入る。そ
して加熱器においてフィンチューブ加熱ユニット１２を
下から上に流れる間、２１から入った加熱気体によって
加熱され、一部分蒸発し気液混合状態で２４から気液分
離タンク４に入る。ここで分離された蒸気は２５から流
出し、未蒸発液体は２３に循環する。

さてこのフィンチューブ加熱ユニット１２は、管軸に直
角な伝熱フィンを設けた直管を、水平にかつ上下に複数
段配列し、これらの直管をＵベンドパイプで１本に連結
したものであり、ガス−液の熱交換に最も適当なもので
ある。

またこのエゼクタ−はポンプ２によって供給された蒸発
液体を駆動流体とし、気液分離タンク４からの未蒸発循
環液体を被駆動流体とするエゼクタ−であり、簡単でコ
ストが安く、メンテナンスフリーな点から最も好ましい
ものである。この部分にはポンプを使用することも勿論
可能であるが、この我々の場合は循環抵抗もそれ程大き
くなく、エゼクタ−が最適である。

さてこのフィンチューブ加熱ユニットにおいては、管外
のガス側の伝熱抵抗が支配的であり、その表面温度は内
部を流れる流体より僅かに高いと考えてよい。従ってそ
の表面温度を考えるに当っては、内部を流れる流体の温
度が目安として適当である。（僅かながら安全側にある
）。即ちこのフィンチューブ加熱ユニットの入り口（エ
ゼクタ−出口）温度を目安とすればよい。この温度は供
給される蒸発液体２２の温度ｔ１と流量Ｑ１、および未
蒸発循環液体２３の温度ｔ２と流量Ｑ２によって決る。

このうちＱｌは装置の蒸発量と等しいので、任意に変え
るわけには行かないが、他は変えられる吊である。即ち
ｔｌは供給蒸発液体を予熱することによって、ｔ２は蒸
発圧力を変えることによって、またＱ２は循環をコント
ロールすることによって変えられる。

これらを適当に設定することによって、エゼクタ−出口
の液温を適当に定めることができる。なおこの温度は先
にも述べたように、厳密な連続的なコントロールをする
必要はない。加熱気体に変化があった時チェックすれば
よいのである。

ｊ＋（予熱温度）：供給液体を予熱しなくても、エゼク
タ−出口温度を所望の温度に保つことができる場合もあ
り、この場合は予熱器は必ずしも必要としない。しかし
我々の装置はガスの変動に対し、フレキシブルに対応す
ることが必要であり、そのために常に予熱器を備えてい
る。

ｔ２　（蒸発温度）：蒸発圧力を上昇させることによっ
て、この温度も上昇させることができる。

場合によっては蒸気の要求される圧力より高く保持しな
ければならない事もあり得る。

この故に、この装置に使用するポンプのヘッドは充分余
裕のあるものとしておくか、または駆動を可変速にして
おき、高いヘッドが必要な場合に備えておくことが望ま
しい。

予熱器としては第三者の熱媒体（例えばスチーム）を使
用できる場合、あるいは加熱器の後流の加熱気体を利用
する方法もある。しかし前者はいつでも利用できるとは
限らず、また後者は結露による腐食の問題が依然として
残るので、我々の装置には採用し難い。

予熱の熱源として常に利用できて、かつ最も簡便な方法
は、予熱器を気液分離タンク内に設けることである。例
えばタンク内に予熱コイルを挿入するだけで良く、伝熱
も良好であるので、コスト的にも最も好ましい方法であ
る。また蒸気温度ｔ２を上昇させる必要がある場合、こ
の予熱温度も自然に上がり好都合である。

この気液分離タンクは縦型でも横型でも分離性能のよい
ものなら特に問題はないが、この予熱器は気液分離タン
クの気相の部分に置くのが、循環液の温度を低くしない
ために望ましい。

このように我々の発明の装置はガスの性状にフレキシブ
ルに対応して、伝熱面の温度を常にガスの露点以上に保
つことによって腐食から防ぎつつ、熱を最大限に回収す
ることができるものである。

この加熱器に使用されるフィンチューブ加熱ユニットと
しては１つのバンクが完全にユニット化され、取付は取
り外しが容易であり、伝熱面の清掃が簡単に行い得るよ
うなものが望ましい。

加熱気体としてはなるべくクリーンなものが好ましいこ
とは当然であるが、腐蝕性成分あるいはダスト等を含ん
だものにもフレキシブルに対応できる。

加熱気体がこのフィンチューブ加熱ユニットを流れる方
向は、温度差がわずかに大きくなるので、上から下に管
軸に直角に流れるのが一般的であるが、下から上に流れ
る場合も加熱気体の取り入れ口、排出口の便などにより
あり得る。この場合は伝熱面の最も温度の低い所に、加
熱気体の最も温度の高い部分が接触するので、結露を防
止するという点からは好ましい。

いずれにしてもフィンチューブのフィンは管軸に直角に
、即ち流れの方向に取付けられているのが、加熱気体の
流動抵抗を小さくする点から必要である。

この装置に入る加熱気体の湿度は３００〜４００℃以下
なら適用可能であるが、特に２５０〜２００℃以下の場
合、他の装置に比しその特徴が顕著に発揮される。

このように温度、腐食等問題になるような点がなく、普
通の炭素鋼が使用でき、装置全体としても低コストであ
る。

この蒸発器に適用される蒸発液体としては、水の場合が
最も多いが、フロン、炭化水素（ブタン、イソブタン等
）などの熱媒体、あるいは沸点が常温ないし１５０℃程
度の化学品（メタノール、エタノールその他）などの蒸
発にも好適に利用されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明による蒸発装置フローシート第２図　加
熱器の１例　（ａ　）平面図（ｂ）側面図 １　加熱器　２　ポンプ　３　エゼクタ−４気液分離タ
ンク　５　予熱器 １１　ケーシング　１２　フィンチューブ加熱ユニット
　１３　圧力制御弁 ２２　蒸発液体入り口 ２３　未蒸発循環液体入り口　２４　加熱器出口２５　
蒸気出口 出願人　　東洋エンジニアリング株式会社六２図 （α）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管軸に直角な伝熱フィン付の直管を、水平にかつ上下に
   複数段配列し、これらの直管どうしをＵベンドパイプで
   １本に連結して形成した、フィンチューブ加熱ユニット
   をケーシング内に内蔵し、蒸発液体はこのフィンチュー
   ブ加熱ユニット内を下から上に、加熱気体はこのケーシ
   ング内をフィンチューブに略直角に流れるようにした加
   熱器と、蒸発液体をこの装置に圧力をもって供給するポ
   ンプと、供給された蒸発液体を駆動流体とし、未蒸発循
   環液体を被駆動流体とするエゼクターと、加熱された蒸
   発液体を分離する気液分離タンクと、および供給された
   蒸発液体を予熱する、気液分離タンク内に設けられた予
   熱器と、からなる蒸発装置。