JPH031594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱交換器に係り、特に高温流路に配置
される蒸発部と低温流路に配置される凝縮部とを
有する個別の密閉容器内に熱媒体を封入し、その
熱媒体の移動にともなつて熱輸送するタイプの熱
交換器に関する。

従来、ボイラ装置などで燃焼排ガスの保有熱を
利用して燃料（主にガス燃料）と燃焼用空気とを
それぞれ予熱する場合、一般に燃料予熱部には燃
料のリークがあると危険なためノンリーク形のプ
レート式、あるいはポンプ動力を利用した熱媒体
循環式の熱交換器が、一方、空気予熱部には回転
再生式の熱交換器がそれぞれ使用されていた。と
ころがこのように燃料予熱部と空気予熱部とで異
なる熱交換器を用いる方法では、これらの設置ス
ペースが大きくなるとともに、コストの面からも
不利である。

これらの欠点を解消するため、分離形ヒートパ
イプからなる熱交換器を用いることが検討されて
いる。第１図および第２図はこの熱交換器を説明
するための図で、第１図は熱の受与パターンを示
す説明図、第２図は熱交換器の概略構成図であ
る。

まず、第２図を用いて熱交換器の概略構成を説
明する。高温排ガス１は、排ガスダクト２の案内
により矢印で示す如く紙面に向けて左から右に向
けて流れる。燃焼用空気３は、空気ダクト４の案
内により矢印で示す如く紙面に向けて右から左に
向けて流れる。また燃料ガス５は、燃料ガスダク
ト６の案内により矢印で示す如く紙面に向けて右
から左に向けて流れる。実際には空気ダクト４な
らびに燃料ガスダクト６は、排ガスダクト２より
上方に配置されている。

排ガスダクト２から空気ダクト４にかけて、な
らびに排ガスダクト２から燃料ガスダクト６にか
けて、それぞれ個別に分離形ヒートパイプが配置
されている。すなわち、排ガスダクト２には流体
流れ方向に沿つて多数の蒸発管群７が所定の間隔
をおいて配置され、それの上、下にはそれぞれ上
部ヘツダー８ならびに下部ヘツダー９が接続され
ている。空気ダクト４には流体流れ方向に沿つて
多数の第１凝縮管群１０が所定の間隔をおいて配
置され、それの上、下にはそれぞれ上部ヘツダー
１１ならびに下部ヘツダー１２が接続されてい
る。燃料ガスダクト６には流体流れ方向に沿つて
多数の第２凝縮管群１３が所定の間隔をおいて配
置され、それの上、下にはそれぞれ上部ヘツダー
１４ならびに下部ヘツダー１５が接続されてい
る。

前記蒸発管群７、第１凝縮管群１０ならびに第
２凝縮管群１３は、紙面に対して垂直な方向に配
置された伝熱管によつて構成されている。

第１凝縮管群１０のそれぞれの上部ヘツダー１
１と蒸発管群７のうちの上流側の上部ヘツダー８
とがれぞれ第１上部接続管１６で接続され、第１
凝縮管群１０のそれぞれの下部ヘツダー１２と蒸
発管群７のうちの上流側の下部ヘツダー９とがそ
れぞれ第１下部接続管１７で接続されている。

第２凝縮管群１３のそれぞれの上部ヘツダー１
４と蒸発管群７のうちの残りの下流側の上部ヘツ
ダー８とがそれぞれ第２上部接続管１８で接続さ
れ、第２凝縮管群１３のそれぞれの下部ヘツダー
１５と蒸発管群７のうちの残りの下流側の下部ヘ
ツダー９とがそれぞれ第２下部接続管１９で接続
されている。このように、第１凝縮管群１０は蒸
発管群７の上流側と対向する位置に、第２凝縮管
群１３は蒸発管群７の下流側と対向する位置に、
それぞれ分けて配置されている。

そして図に示すように１つの蒸発管群７と、そ
れと対応する１つの凝縮管群１０（１３）と、上
部接続管１６（１８）と、下部接続管１７（１
９）とにより、個別で内部が減圧状態の閉ループ
形密閉容器が形成され、その中に水やアルコール
などからなる熱媒体（図示せず）が封入されてい
る。

各蒸発管群７にある熱媒体は高温排ガス１の保
有熱によつて蒸気となり、それが上部ヘツダー
８、第１上部接続管１６、上部ヘツダー１１を通
つて第１凝縮管群１１と、上部ヘツダー８、第２
上部接続管１８、上部ヘツダー１４を通つて第２
凝縮管群１３とに導かれる。そして熱媒体蒸気は
燃焼用空気３あるいは燃料ガス５に熱を奪われな
がら凝縮され（燃焼用空気３あるいは燃料ガス５
は奪つた熱によつて予熱され）、熱媒体の凝縮液
は下部ヘツダー１２、第１下部接続管１７、下部
ヘツダー９を通つて、あるいは下部ヘツダー１
５、第２下部接続管１９、下部ヘツダー９を通つ
て各蒸発管群７に戻される。このように熱媒体の
蒸発と凝縮のサイクルを繰り返すことにより、高
温排ガス１の保有熱が回収され、その熱で燃焼用
空気３ならびに燃料ガス５が予熱されるシステム
になつている。

第１図はこの熱交換器の熱受与パターンを示す
図で、図中のＡは空気予熱ゾーン、Ｂは燃料予熱
ゾーンを示し、直線Ｃは排ガスの温度降下、直線
Ｄは燃焼用空気の温度上昇、直線Ｅは燃料ガスの
温度上昇を示している。

この熱の受与につき図を用いて具体的に説明す
る。例えば220000m³Ｎ／ｈの排ガスを260℃から
110℃まで熱回収して、その熱で112000m³Ｎ／ｈ
の燃焼用空気を20℃から165℃まで昇温させると
ともに、120000m³Ｎ／ｈの燃料ガスを20℃から
165℃まで昇温させる場合、燃料ガスの最終予熱
は排ガス保有熱の温度が約191℃のところから熱
回収することになり、温度差ΔTは約29℃（191
−162＝29）しかない。

このように温度差が小さく、しかも所望の温度
まで予熱するためには、蒸発管群と凝縮管群のそ
れぞれの伝熱管を増設して伝熱面積を増大するこ
とが必要であり、その結果熱交換器の大型化やコ
スト型を招くことになり好ましくない。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を
解消し、小型化ならびにコストの低減が可能で効
率の良い熱交換器を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、高温流体
が流れる高温流路に流体流れ方向に沿つて配置さ
れた多数の蒸発管群と、第１の低温流体が流れる
第１定温流路に流体流れ方向に沿つて配置された
多数の第１凝縮管群と、第２の低温流体が流れる
第２低温流路に流体流れ方向に沿つて配置された
多数の第２凝縮管群と、前記蒸発管群のうちの一
部の上部ヘツダーと前記第１凝縮管群の上部ヘツ
ダーとを接続する第１上部接続管と、蒸発管群の
うちの一部の下部ヘツダーと第１凝縮管群の下部
ヘツダーとを接続する第１下部接続管と、前記蒸
発管群のうちの他の上部ヘツダーと前記第２凝縮
管群の上部ヘツダーとを接続する第２上部接続管
と、蒸発管群のうちの他の下部ヘツダーと第２凝
縮管群の下部ヘツダーとを接続する第２下部接続
管群と、これら上、下部接続管によつて形成され
た各閉ループ形密閉容器にそれぞれ封入された熱
媒体とを備え、前記高温流体と第１の低温流体な
らびに第２の低温流体との間で熱交換を行なう熱
交換器において、 前記高温流路と前記第１低温流路との間にわた
つて形成される第１閉ループ形密閉容器と、高温
流路と前記第２低温流路との間にわたつて形成さ
れる第２閉ループ形密閉容器とのうちの少なくと
もいずれか一方の密閉容器が他方の密閉容器の流
体流れ方向の上流側と下流側にそれぞれ配置され
ていることを特徴とするものである。

次に本発明の実施例について説明する。第３図
および第４図は第１実施例に係る熱交換器を説明
するためのもので、第３図は熱の受与パターンを
示す説明図、第４図は熱交換器の概略構成図であ
る。

まず、第４図を用いて熱交換器の概略構成につ
いて説明する。高温排ガス１（加熱媒体）が流通
する１つの排ガスダクト２に対して、燃焼用空気
３（被加熱媒体）が流通する空気ダクト４と燃料
ガス５（被加熱媒体）が流通する燃料ガスダクト
６が設置されている。

前記排ガスダクト２には多数の蒸発管群７が、
空気ダクト４には多数の第１凝縮管群１０が、燃
料ガスダクト６には多数の第２凝縮管群１３が、
それぞれ流体の流れ方向に沿つて配置されてい
る。

蒸発管群７のうちの一部はヘツダー８，９，１
１，１２を介して第１上、下部接続管１６，１７
によつてそれぞれ個別に燃焼用空気側の第１閉ル
ープ形密閉容器が形成され、蒸発管群７のうちの
残りはヘツダー８，９，１４，１５を介して第２
上、下部接続管１８，１９によつてそれぞれ個別
に燃料ガス側の第２閉ループ形密閉容器が形成さ
れる訳であるが、図に示すように前記第１閉ルー
プ形密閉容器と第２閉ループ形密閉容器は流体流
れ方向に沿つて１つずつ交互に配置されている。

熱輸送の原理などは前述した従来のものと同様
であるので、それらの説明は省略する。

第３図はこの熱交換器の熱受与パターンを示す
図で、図中の直線Ｃは排ガスの温度降下、直線Ｄ
は燃焼用空気の温度上昇、直線Ｅは燃料ガスの温
度上昇を示している。この図から明らかなように
全体的に温度差を大きくとることができ、熱交換
の効率が高められ、第２図に示す従来のものに比
べて伝熱面積を約20％小さくしても同様の熱回収
効果が得られる。

第５図は本発明の第２実施例を説明するための
図で、前記実施例と相違する点は、燃焼用空気側
の第１閉ループ形密閉容器と燃料ガス側の第２閉
ループ形密閉容器とが流体流れ方向に沿つて複数
ずつ組になつて交互に配置されている点である。

前記実施例では分離形ヒートパイプ式熱交換器
の場合について説明したが、ポンプ動力などを利
用した熱媒体循環式熱交換器にも本発明は適用で
きる。

また前記実施例では１つの高温流体流路に対し
て複数の低温流体流路を設け、その間でそれぞれ
熱交換を行なう場合について説明したが、１つの
低温流体流路に対して複数の高温流体流路を設
け、その間でそれぞれ熱交換を行なう場合にも本
発明は適用できる。

本発明は前述のような構成になつており、高温
側と低温側との温度差を大きくとることができ、
熱交換の効率が高められるとともに、伝熱面積の
縮少化が図れ、コンパクトな熱交換器が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換器における熱の受与パタ
ーンを示す説明図、第２図は従来の熱交換器の概
略構成図、第３図は本発明の第１実施例に係る熱
交換器の熱の受与パターンを示す説明図、第４図
はその熱交換器の概略構成図、第５図は本発明の
第２実施例に係る熱交換器の概略構成図である。 １……高温排ガス、２……排ガスダクト、３…
…燃焼用空気、４……空気ダクト、５……燃料ガ
ス、６……燃料ガスタクト、７……蒸発管群、８
……上部ヘツダー、９……下部ヘツダー、１０…
…第１凝縮管群、１１……上部ヘツダー、１２…
…下部ヘツダー、１３……第２凝縮管群、１４…
…上部ヘツダー、１５……下部ヘツダー、１６…
…第１上部接続管、１７……第１下部接続管、１
８……第２上部接続管、１９……第２下部接続
管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温流体が流れる高温流路に流体流れ方向に
   沿つて配置された多数の蒸発管群と、第１の低温
   流体が流れる第１低温流路に流体流れ方向に沿つ
   て配置された多数の第１凝縮管群と、第２の低温
   流体が流れる第２低温流路に流体流れ方向に沿つ
   て配置された多数の第２凝縮管群と、前記蒸発管
   群のうちの一部の上部ヘツダーと前記第１凝縮管
   群の上部ヘツダーとを接続する第１上部接続管
   と、蒸発管群のうちの一部の下部ヘツダーと第１
   凝縮管群の下部ヘツダーとを接続する第１下部接
   続管と、前記蒸発管群のうちの他の上部ヘツダー
   と前記第２凝縮管群の上部ヘツダーとを接続する
   第２上部接続管と、蒸発管群のうちの他の下部ヘ
   ツダーと第２凝縮管群の下部ヘツダーとを接続す
   る第２下部接続管群と、これら上、下部接続管に
   よつて形成された各閉ループ形密閉容器にそれぞ
   れ封入された熱媒体とを備え、前記高温流体と第
   １の低温流体ならびに第２の低温流体との間で熱
   交換を行なう熱交換器において、 前記高温流路と前記第１低温流路との間にわた
   つて形成される第１閉ループ形密閉容器と、高温
   流路と前記第２低温流路との間にわたつて形成さ
   れる第２閉ループ形密閉容器とのうちの少なくと
   もいずれか一方の密閉容器が他方の密閉容器の流
   体流れ方向の上流側と下流側にそれぞれ配置され
   ていることを特徴とする熱交換器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、前記第
   １閉ループ形密閉容器と第２閉ループ形密閉容器
   とが流体流れ方向に沿つて１つずつ交互に配置さ
   れていることを特徴とする熱交換器。 ３ 特許請求の範囲第１項記載において、前記第
   １閉ループ形密閉容器と第２閉ループ形密閉容器
   とが流体流れ方向に沿つて複数ずつ交互に配置さ
   れていることを特徴とする熱交換器。