JPS604795A - 熱交換器 - 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】 本発明は熱交換器に係り、特に高温流路に？己地される
蒸発部と低温流路に配置される凝縮部とを翁する個別の
密閉容器内に熱媒体を封入し、その熱々Ｙ一体の移動に
ともなって熱輸送するタイプの熱交換器に閃する。

従来、ボイラ装盾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）と銚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ｌ−ｊ：燃ｆｆ　（１）　
！Ｊ　−フカあると危険なためノンリーク形０）クレー
ト式、あるいはポンプ動力を利用した熱媒体循環気の熱
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（ム・す器を用いる方
法では、これらのｉ＆　ｉｆｆスペースが大きくなると
ともに、コストの面がらも不利である。

これらの欠点を解消するため、分離形ヒートバイブから
なる熱交換器を用いることが検削されている。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馨示す説明図、勇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４１Ｖ；　Ｉ！＋Ｂ格
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（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４０案内にエリ矢印
で円くす如（紙面に向けて有力）ら左に向けて流れる。

また燃料ガス５は、燃料ガスダクト６０案内により矢印
で示ず如（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がら空気ダクト４にかけて、ならびに排
カスダクト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バイブが配置されている。すなわち
、排ガスダクト２には演１、体流れ方向に沿って多数の
ｍ発管許７かり「定のＩＩＪＪＩ（、、Ｍをおいて配置
され、それの上、下にはそれぞれ上部ヘッダー８ならび
に下部ヘッダー９かｆａ　ｈ、−されている。空気ダク
ト４に１ｉ６Ｉｅ体流れ方向に沿って番数の第１凝＆ｉ
％群１０がＭ）定の間１７Ｚをおいて配置され、それの
上、下にはそれぞし上部ヘッダー１１ならびに下部ヘッ
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って多数の盲）
２ン髪、ＩＡ自骨管２ｉ］’１３がＨ１定の開隔をおし
）て自己散ぎれ、それの上、下にはそれぞれ上部ヘッダ
ー１４ならひに下部ヘッダー１５が接続されている。

＋ｉＵ記蒸発′市ｆｊ’＋７．第１凝＆Ｉ管群１０なら
びに第２磨編′１＼Ｒ１１３は、紙面に対して組直な方
向に配置ト：ｉ　サれた伝熱゛ｈによって（１′４成さ
れている。

ａｓｓ　１ん？　Ｋｉｉ・ｆ百ツノ１，１００それぞれ
の上部ヘッダー１１と蒸発層１１）１の５ちの上θｉＬ
　’ＭＩＪの上部ヘッダー８とかそれそ２を第１上部接
続管１６で払紋され、第１．　ｋ　Ｔｈ−ｒ　”［ｉ］
’　ｒｌ”ｌ’　１０のそれぞれの下部ヘッダー１２と
然発′肖゛群７のうちの上流側の下部ヘッダー９とがそ
れそ２’を第１下部接ワ（、管１７で接続されている。

第２ん［縮窟計１３のそれぞれの上部ヘッダー１４と蒸
発管群７のうちの残りの下流側の上部ヘッダー８とがそ
れぞれ第２上部接続管１８で接続され、第２　計ｋｉ繁
“詳１３のそれぞれの下部ヘッダー１５と蒸発管群・７
のうちの残りの下流側ｊのＴ音１５ヘッダー９とがそれ
ぞれ第２下部じ絞管１９で接続されている。このように
、第１δご１石ｌＩ省群１ｏは蒸発層゛Ｗ、７の」二）
ｉｃ　’Ａりと対向する位１１′１−に、第２ｋ　Ｋｃ
ｒ管群１３は然兜憤・計７の下ｂＩＬ側と対向する位動
に、それぞれ分けて配置にされている。

そしてしｊに示】−ように１つり界、；う１３青群７と
、それと対応する１つの凝＃（１≦管群１０　Ｃ１３）
と、上部接続管１６（１８）と、下部接続層１７（１９
）とにより、個別で内部が減圧状πＩ；の１４＋１ルー
プ形密閉谷器か形成され、その中に水やアルコールなと
がら７、する熱媒体（図示せず）が封入されている。

各に、兄管群１にある熱媒体は高汰、排カス１の保有熱
によって蒸気となり、それが上部へツタ−８゜第１上部
」を絞管１６．上部へツタ−１１を通って第１凝縮百訂
１１と、上部ヘッダー８．第２上Ｈｉｉ接続管１８．上
部ヘッダー１４をｉｌ・Ｊっで第２次ｅ　１７竹群１３
とに導がれる。そして熱媒体蒸気は燃焼用空気３あるい
は燃料ガス５に熱を琳ゎれ１．ＣがらんｉＩされ（燃焼
用空気３あるいは燃料ガス５は奪った。Ｑｌｌによって
予熱され）、熱媒体の々１縮液は下部ヘッダー１２．′
第１下部接ゎＣ管１７．下部ヘッダー９を辿って、ある
いは］部ヘッダー１５．第２下部接続龜°１９．下部ヘ
ッダー９火通って各蒸詫瞥訂７に戻される。この１．ｌ
：うに熱媒体の蒸発とんｌｎのサイクルを繰り返すこと
により、高温排ガス１の保有熱が回収さし、その熱で燃
焼用空気３ならびに燃ネ゛トガス５が予熱されるシステ
ムになっている。

第２図はこり熱交換器の熱受与パターンを示す図で、Ｉ
ｇｌ中ｃ／）Ａは空気予熱ゾーン、Ｂ／ｆｉ燃料予熱ゾ
ーンをη（Ｌ、ｉｋ輌、Ｃｔまゎ１ニガスの湛良降丁、
的、腺りは惣（・かとハＪ空気の温度上ケメ、、血栴）
ＪＪは燃料カスの温良上昇をボしている。

この鼾しの受与にっき１８！！Ｊを用いて基体的に説明
する。ＹｉｌＪ工Ｉ／’Ｊｊ　２２０，０００７７１８
Ｎ／　ｈ　Ｏ）排、／Ｊスｋ　２６０　’ＣカラＩ　ｊ
、　ｆ１℃１−Ｃ’　熱回収Ｌ−ｒ、’ｔ−０）熱”Ｃ
−１１２，０００ｍ３Ｎ／ｈす＃＋：？焼川空焼化空気
’Ｃがら１６５°Ｇ壕で昇流させるとと％　１．Ｘ、１
２０．ＯＯＯｍｓＮ　／ｈ　（’）　燃１４　ｉ　スＹ
　２０　’Ｃ〃１ら１６５℃舊で昇温芒せる場合、燃料
ガスの最終予熱は排ガス保有熱の温度が約１９１’Ｃの
ところがら熱回収することにｌより、？Ｍ度差ΔＴは約
２９℃（１９１−１６２＝２９）Ｌ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
紬朱熱父侠器の大型化やコスト高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、
小型化ならひにコストの低減が口」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ｍｅ体流れ方向に沿って配置きれた多数の蒸
発１群と、第１の低温流体が流れる第１低温流路に流体
流れ方向に沿っ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
っ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ッダーと前記第１凝秘％詐の上部ヘ
ッダーとを接続する第１上部接続管と、蒸発管群のうち
の一部の下部へラダーと第１凝編看群の下部ヘッダーと
を接続する第１下部接組管と、前記蒸発９″、群のうち
の他の上部ヘッダーとＨｉＪ記第２凝縮管群の上ｔｌｉ
ヘッグーとを接続する第２上部接続管と、へ発管Ｒ１の
うちの他の下部へラダーと第２凝糾１看７１１の一ト部
ヘッダーとを接続する第２下部接続管計と、これら上、
下部接続管によって形成された各閉ルーグ形密旨ＪＷ器
にそれぞれ封入された熱媒体とを備え、ｉｉＪ記高温流
体と第１の低温流体ならひに第２の低温流体とのＩＩＪ
で熱交換を行なう熱交換器において、 前記ｔ９温流路とｎｕ記第１低温流路との間にわたって
形Ｊｉ’ｖ、ぎオシる第１臣づルーズ形密Ｆｊｒ’」容
器と、高温ｉ）１シ路とｎｉｒ記第２低温流路との曲に
わたって形成される第２閉ループ形密閉谷器とのうちの
少な（ともいずれか一方の密１ｙＪ容器が他方の密Ｗ）
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Ｙ　％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だめのもの
で、第３図は熱の受与パターンを示す説明図、第４図は
熱交換器の檀、略ｆＭ成図である。

まず、第４図を用いて熱交換器の概略ＩＦ＞成について
説明する。烏温排ガス１（加熱媒体）かびｔ通する１つ
の排ガスダクト２に対して、燃焼用空気３（被加熱感体
）が流地する空気ダクト４と燃料ガス５（被加熱媒体）
がυ’ＩＧ通する燃料ガスダクト６が設置さγｔている
。

前記排カスダクト２には多数の蒸発ｔ　１１’ｆｉ　７
が、空気ダクト４には多数の第１ン旨縮省・計１０が、
燃料ガスダクト６には多数の第２凝罷管計１３が、それ
ぞれプし体の流れ方向に沿って配置されている。

蒸発管群Ｉのうちの一部はヘッダー８．９，１１゜１２
を介して第１上、下部後ゎＣ・［第１６，１７によって
それぞれ個別に燃焼用空気側」の第１し」ループ形密閑
容器か形成己れ、蒸発も８１．７のうちの残りはヘッダ
ー８．９，１４．１５を介して第２上、下部接続管１８
．１９によってそれぞれ個別に燃料ガス側の第２閉ルー
プ形托閉容器が形成さ第１．るＷ〈であるが、図に示］
−ように前記第１閉ルー１′形孔・しＪ容器と第２貼ル
ーグ形’＆；Ｆ！＋谷器容器ＩＬ体ｂｉすれ方向に沿っ
て１つずつ交互に配置されている。

熱’ＩＱ１．ｉ送の原」メトなとは前述した従来のもの
と同様であるのて、それらの説明は省略する。

８１５３図はこの熱交換器の熱愛与パターンを示す図で
、図中の直＆ＩＣは排ガスの温度降下、直線りは燃焼用
空気の温度上昇、直線Ｅは燃料カスの温度上Ｊｉ１．を
示している。この図から明らかなように全体的に１１−
４度差を大きくとることかてぎ、熱交換の効”％か市め
られ、第２図に示す従来のものに比べて伝熱面４〕′１
を約２０％小さくしても同様の熱回収効呆か得られる。

第５図は本発明の第２実施例を説明するだめの図で、自
Ｉ」記実施例と相違する点は、燃焼用空気側の第１１＃
ｊループ形密閏容器と燃料ガス側の第２閉ループ形￥＋
’）　ｌＹ４　Ｋｌ器とが流体流れ方向に沿って軸数ず
つ糺になって交互に配置されている点である。

ｌｌ記実ｆｉｌｌｉ　１ｕｌｌでは’、ｉ離形ヒートバ
イノ式熱交換器の場合についてＮ５ａ明したが、ポンプ
動力など夕刊用し７λ熱媒体循環式熱交換器にも本発明
は適用できる。

寸た前記実施例では１つの高湿びし体流路に対して軸数
の低温流体流路を設け、その１１１１でそれぞれ熱交換
を行なう場合についてＷ！Ｉ！明したが、１つσつ低温
流体流路に対して軸数のｉ？’ｕ　ｇｌ！流体流路乞設
置−１、その■ｊでそ第１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７；ｃ　ｔｉ′＋成になっており、
高湿側と低温９１＋どの温度差を大きくとることができ
、熱交換の効率か高められるとともに、伝熱面積σフ崩
：１少化が図れ、コンパクトな熱又換器か払−供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のｆ５ｊＨ交侠器におけるえハ１の受与ノ
（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ｔＲ１実施例１に係る熱交換
器の帥の受与パターンを示す説明図、第４図はその熱交
便器の概略構成図、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・・・・・・冒ａｒ、　ｕｐガス、２・・・・・・排
カスダクト、３・・・・・・燃焼用空気、４・・・・・
・空気ダクト、５・・・・・・燃料ガス、６・・・・・
・燃料ガスダクト、Ｉ・・・・・・蒸発層群、８・・・
・・・」二ｆ＋、’ｌＸヘッダー、９・・・・・・下部
ヘッダー、１０・・・・・・第１〜縮管群、１１・・・
・・・上部ヘッダー、１２・・・・・・下（＋１ヘツダ
ー、１３・・・・・・第２′ｌｉ′縮龜詳、１４°°。 ・・・」二部ヘッダー、１５・・・・・・下部ヘッダー
、１６・・・・・・舊）１上部接ト、管、１７・・・・
・・第１下部接続肯、１８・・・・・・第２上部接続管
、１９・・・・・・第２下部接続管第１図 第２図 第３図 第４図 ６　１５ 第５図 ４６ｑ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　高渦流体が流れる高温流路に流体流れ方向に沿
   って配慣された多数の蒸発管群と、第１の低温ｂＩＬ体
   が流れる第１低温流路に流体流れ方向に沿って配植され
   た多数の第１凝に４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って配置された多数の第
   ２凝縮管群と、ｎｌ」記蒸発管群のうちの一部の上部ヘ
   ッダーと前記第１凝縮管群の上部ヘッダーとを接続する
   第１上部接糺管と、蒸発管群のうちの一部へラダーと第
   １凝縮管群の下部ヘッダーとを接続する第１下部接続管
   と、Ｆ）！ｊ記蒸発管群のうちの他の上部ヘッダーとｎ
   １Ｊ記第２凝縮ｔσ丁の上部へラダーとを接続する第２
   上部接＠管と、蒸うれ管群のうちの他の下部ヘッダーと
   第２凝縮管Ｍｉｉの下部ヘッダーとを接続する第２下部
   接続管群と、こわら上、王都接続官によって形成された
   各Ｗ）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
   低温流体との曲で熱交換をイテな、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σつ間にＪりたって
   形成される第１閉ルー１形缶閑答器と、高渦流路とＤｉ
   ｊ記第２低温流路とＱ）間にわたって形成される第２閉
   ループ形密閉容器とＱ）うちの少な（ともいずれか一方
   の密面容器が他方Ｑ）密し］容２装σつ流体流れ方向の
   上流側と下流側にそれぞれ配置されていることン特徴と
   する熱交換器。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載Ｇこおしｚて、ｎ
   １己負↓１閉ループ形′ｆ；閉各器と第２閉ルーフ゛形
   密Ｗ」容３診とか流体流れ方向に沿って１つずつ交互に
   西已植されていることン特徴とする熱交換器。 色）特Ｆｆ　請求の範囲第（１）項記載におｌ／）て、
   ｉｌｌ」言己第１閉ルーフー形密閾容器と第２閉ルーフ
   ”５１１」容器とが流体流れ方向に沿って検数ずつ交互
   に配置されていることを特徴とする熱交換器。