(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記排水口から排水される排水が流れる排水領域を前記上向き排ガス流路から隔てる障壁をさらに備える請求項3〜請求項5のうちのいずれか一項に記載される排ガス潜熱回収装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このような排ガス潜熱回収装置は、さらに、排ガスの潜熱を高効率に回収することが望まれている。
【0006】
本発明の課題は、伝熱管群の腐食を防止し、かつ、排ガスの潜熱を高効率に回収する排ガス潜熱回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明による排ガス潜熱回収装置は、排ガスが上向きに流れる上向き排ガス流路を形成
するダクトと、その上向き排ガス流路に配置される複数の伝熱管と、その上向き排ガス流
路に配置される水受けとを備えている。水受けは、その複数の伝熱管から滴下した滴下水
を貯留する。
複数の伝熱管は、鉛直方向にそれぞれ平行である複数の平面に沿って配置される複数の伝熱管群を含む。
【0008】
このような排ガス潜熱回収装置は、複数の伝熱管の外側表面が湿潤状態に維持されることにより、その複数の伝熱管の腐食を防止することができる。このような排ガス潜熱回収装置は、さらに、水受けが滴下水を貯留することにより、排ガスが複数の伝熱管に接触する前に排ガスと滴下水とが接触する期間を短縮することができる。このため、このような排ガス潜熱回収装置は、排ガスが複数の伝熱管に接触する前に滴下水により温度低下することを低減し、複数の伝熱管により排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0009】
その複数の伝熱管は、鉛直方向に平行である第1平面に沿ってそれぞれ配置される第1伝熱管群と、その第1平面と異なり、かつ、鉛直方向に平行である第2平面に沿ってそれぞれ配置される第2伝熱管群とを含んでいる。その水受けは、その第1伝熱管群から滴下した滴下水を貯留する第1水受けと、その第2伝熱管群から滴下した滴下水を貯留する第2水受けとを含んでいる。
【0010】
このような排ガス潜熱回収装置は、第1伝熱管群のうちの1つの伝熱管から滴下した滴下水が、第1伝熱管群のうちのその伝熱管の下に配置される他の伝熱管を濡らすことにより、その第1伝熱管群が乾湿を繰り返す乾湿交番を防止し、第1伝熱管群が腐食することを防止することができる。さらに、このような排ガス潜熱回収装置は、複数の伝熱管群から滴下した滴下水をそれぞれ貯留する複数の水受けを備えることにより、複数の伝熱管群から滴下した滴下水を貯留する1つの水受けを備える他の排ガス潜熱回収装置に比較して、上向き排ガス流路に排ガスをより適切に流すことができ、排ガスの潜熱をより高効率に回収することができる。
【0011】
その水受けは、その滴下水を排水する排水口が形成されている。このような排ガス潜熱回収装置は、水受けの様々な部分から滴下水があふれることを防止し、そのあふれた滴下水により凝縮する排ガスを低減することができる。
【0012】
その水受けは、その滴下水がその排水口に流れるように、傾斜している。このような排ガス潜熱回収装置は、水受けに貯留された滴下水を排水口から適切に排水することができる。
【0013】
そのダクトは、その排ガスが水平方向に流れる横向き排ガス流路がその上向き排ガス流路の上流側にさらに形成されている。このとき、その水受けは、その排水口から排水される排水がその上向き排ガス流路のうちのその横向き排ガス流路から遠い側の排水領域に流れるように、形成されている。
【0014】
このような排ガス潜熱回収装置は、滴下水をダクトの側壁に伝うように排水することにより、上向き排ガス流路でその排ガスとその滴下水とが接触する期間を低減することができ、その排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0015】
本発明による排ガス潜熱回収装置は、その排水口から排水される排水が流れる排水領域をその上向き排ガス流路から隔てる障壁をさらに備えている。
【0016】
このような排ガス潜熱回収装置は、その障壁により、排ガスが複数の伝熱管に接触する前に排ガスと滴下水とが接触する期間を低減することができる。このため、このような排ガス潜熱回収装置は、排ガスが複数の伝熱管に接触する前に滴下水により凝縮する排ガスを低減し、複数の伝熱管により排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明による排ガス潜熱回収装置は、排ガスが上向きに流れる上向き排ガス流路に複数の伝熱管に配置されることにより、その複数の伝熱管の腐食を防止し、排ガスが複数の伝熱管に接触する前に排ガスと滴下水とが接触する期間を短縮することにより、排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図面を参照して、排ガス潜熱回収装置の実施の形態が以下に記載される。その排ガス潜熱回収装置10は、
図1に示されているように、ダクト1と複数の伝熱管3と水受け5とを備えている。ダクト1は、横向き排ガス流路6と上向き排ガス流路7と排水容器8と排水口11とを形成している。横向き排ガス流路6は、外部の燃焼装置から排気された排ガスを水平方向に平行に流し、その排ガスを上向き排ガス流路7に供給する。その燃焼装置としては、ボイラー、ガスタービン、エンジン、焼却炉が例示される。その排ガスは、水蒸気を含有している。上向き排ガス流路7は、横向き排ガス流路6から供給された排ガスを鉛直上向きに流し、その排ガスを外部の設備に供給する。その設備としては、その排ガスを環境に排気する煙突が例示される。
【0020】
排水容器8は、上向き排ガス流路7の鉛直下側に配置され、上向き排ガス流路7で生成された凝縮水を貯留する。排水口11は、ユーザに操作されることにより、排水容器8に貯留された凝縮水を外部に排水する。
【0021】
給水装置2は、冷潜熱回収液を複数の伝熱管3に供給する。その冷潜熱回収液としては、水が例示される。
【0022】
複数の伝熱管3は、上向き排ガス流路7に配置されている。複数の伝熱管3は、それぞれ、給水装置2から供給される冷潜熱回収液が流れる流路を形成している。複数の伝熱管3は、上向き排ガス流路7を流れる排ガスの潜熱をその冷潜熱回収液に伝達することにより、その冷潜熱回収液を加熱する。複数の伝熱管3は、その冷潜熱回収液を加熱することにより温潜熱回収液を生成する。複数の伝熱管3は、さらに、その温潜熱回収液を排ガス上流側の熱交換器等に供給する。
【0023】
複数の伝熱管3は、
図2に示されるように、正方配列されている。すなわち、複数の伝熱管3は、複数の伝熱管群14−1〜14−n(n=2,3,4,…)にグループ分けされている。複数の伝熱管群14−1〜14−nは、複数の平面15−1〜15−nに対応している。複数の平面15−1〜15−nは、それぞれ、鉛直方向に平行であり、横向き排ガス流路6が排ガスを流す方向に概ね平行である。複数の伝熱管群14−1〜14−nの任意の伝熱管群14−i(i=1,2,3,…,n)は、複数の伝熱管16−1〜16−m(m=2,3,4,…)から形成されている。
【0024】
複数の伝熱管16−1〜16−mの任意の伝熱管16−j(j=1,2,3,…,m)は、直管に形成されている。伝熱管16−jは、複数の平面15−1〜15−nのうちの伝熱管群14−iに対応する平面15−iに沿うように、かつ、水平面に沿うように、上向き排ガス流路7に配置されている。複数の伝熱管16−1〜16−mは、さらに、伝熱管16−jが伝熱管16−(j+1)の鉛直上側に配置されるように、かつ、伝熱管16−jと伝熱管16−(j+1)とが所定の距離だけ離れるように、配置されている。
【0025】
複数の伝熱管3は、さらに、伝熱管群14−iに属する複数の伝熱管16−1〜16−mのうちの上からj番目に配置される伝熱管16−jと伝熱管群14−(i+1)に属する複数の伝熱管16−1〜16−mのうちの上からj番目に配置される伝熱管16−jとが同一の水平面に重なるように、配置されている。
【0026】
水受け5は、複数の平面15−1〜15−nに対応する複数の水受け17−1〜17−nから形成されている。複数の水受け17−1〜17−nの任意の水受け17−iは、直管を長手方向に半分に割ったハーフパイプ状に形成されている。水受け17−iは、複数の平面15−1〜15−nのうちの水受け17−iに対応する平面15−iに沿うように、上向き排ガス流路7に配置されている。水受け17−iは、さらに、伝熱管群14−iに属する複数の伝熱管16−1〜16−mのうちの最も下側に配置されている伝熱管16−mの下側に配置されている。水受け17−iは、さらに、そのハーフパイプの内側の凹面が鉛直上側を向くように、そのハーフパイプの外側の凸面が鉛直下側を向くように、配置されている。
【0027】
水受け17−iは、さらに、
図1に示されるように、横向き排ガス流路6から遠い側の端が横向き排ガス流路6に近い側の端より鉛直下側に配置されるように、傾斜している。水受け17−iは、横向き排ガス流路6から遠い側の端に排水口18が形成されている。排水口18は、水受け17−iに貯留される水をダクト1の内壁に向かって排水する。
【0028】
排ガス潜熱回収装置10は、外部の燃焼装置から排気された排ガスに含まれる水蒸気の潜熱を回収することに利用される。給水装置2は、冷潜熱回収液を複数の伝熱管3に供給する。その冷潜熱回収液の温度は、外部の燃焼装置から排ガス潜熱回収装置10に排気された排ガスの露点より十分に低い。複数の伝熱管3は、複数の伝熱管3により形成された複数の流路にその冷潜熱回収液が流れることにより、その排ガスの露点より十分に低い温度まで冷却される。
【0029】
外部の燃焼装置から排気された排ガスは、ダクト1に供給される。その排ガスは、ダクト1に供給されることにより、まず、横向き排ガス流路6を流れ、次いで、上向き排ガス流路7を流れる。上向き排ガス流路7を流れる排ガスは、複数の伝熱管3に接触する。複数の伝熱管3の任意の伝熱管は、その冷潜熱回収液により冷却されていることにより、その伝熱管に接触する排ガスを冷却し、その排ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる。複数の伝熱管3は、その排ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることにより、その水蒸気が凝縮する凝縮熱をその冷潜熱回収液に伝熱し、その冷潜熱回収液を加熱する。複数の伝熱管3は、その冷潜熱回収液を加熱することにより温潜熱回収液を生成し、その温潜熱回収液を排ガス流れ上流側の熱交換器等に供給する。
【0030】
伝熱管16−jの外側表面で凝縮した凝縮水は、伝熱管16−jの外側表面に付着する。伝熱管16−jの外側表面に付着した付着水は、その付着水の量が十分に多くなったときに、鉛直下側に滴下する。伝熱管16−jから滴下した滴下水は、複数の伝熱管16−1〜16−mが鉛直方向に並んで配置されていることにより、伝熱管16−jの鉛直下側に配置される伝熱管16−(j+1)〜16−mに付着する。このため、複数の伝熱管16−1〜16−mは、外側表面に水が常時に付着し、外側表面が湿潤状態に常時に維持される。
【0031】
複数の伝熱管3は、排ガスが鉛直下向きに流れる流路に配置された場合で、その排ガスの露点が変動するときに、複数の伝熱管3のうちのいずれかの伝熱管の外部表面が乾いたり湿ったりする乾湿交番に曝される。鋼鉄に例示される材料は、一般的に、乾湿を繰り返す乾湿交番により、腐食しやすい。複数の伝熱管3は、外部表面が常時に湿潤状態に維持されることにより、排ガスが鉛直下向きに流れる流路に配置される他の伝熱管に比較して、腐食しにくい。
【0032】
複数の伝熱管16−1〜16−mから滴下した滴下水は、複数の伝熱管16−1〜16−mの鉛直下側に水受け17−iが配置されていることにより、水受け17−iに貯留される。複数の伝熱管3から滴下した滴下水のうちの水受け5に貯留されなかった水は、上向き排ガス流路7を落下し、排水容器8に貯留される。ユーザは、排水容器8に所定の量の水が貯留したときに、排水口11を操作することにより、排水容器8に貯留された凝縮水を外部に排水する。
【0033】
上向き排ガス流路7を流れる排ガスは、複数の伝熱管3から滴下した滴下水が水受け5に貯留されることにより、その滴下水に接触する量が低減され、その滴下水に接触する期間が短縮される。その排ガスは、その滴下水に接触する量が低減されることにより、または、その滴下水に接触する期間が短縮されることにより、温度が低下することが低減される。その排ガスに含有される水蒸気は、その滴下水に接触する排ガスの量が低減されることにより、または、その排ガスがその滴下水に接触する期間が短縮されることにより、その滴下水により凝縮する量が低減される。複数の伝熱管3は、排ガスの水蒸気がその滴下水により凝縮する量が低減されることにより、より多くの水蒸気を凝縮させることができ、より多くの潜熱を冷潜熱回収液に伝達させることができる。このため、排ガス潜熱回収装置10は、その排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0034】
水受け17−iに貯留された貯留水は、排水口18によりダクト1の内壁に向かって排水される。排水口18から排水された排水は、ダクト1の内壁を伝って落下し、排水容器8に貯留される。
【0035】
水受け17−iに貯留された貯留水は、排水口18から排水されることにより、水受け17−iのうちの互いに異なる複数の位置からあふれることが防止される。上向き排ガス流路7を流れる排ガスは、その貯留水が水受け17−iのうちの互いに異なる複数の位置からあふれるときに、比較的多くの貯留水と接触する。水受け17−iは、その貯留水を排水口18から排水することにより、排水口18が形成されていない他の水受けに比較して、その排ガスのうちの貯留水に接触する排ガスの量をより低減することができる。
【0036】
排水口18から排水された排水は、ダクト1の内壁を伝って落下することにより、内壁を伝わないで上向き排ガス流路7を落下する排水に比較して、排ガスに接触する面積がより小さい。このため、排ガス潜熱回収装置10は、その排水によりその排ガスが凝縮することを低減することができ、その排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0037】
横向き排ガス流路6を流れる排ガスは、ダクト1の内壁のうちの横向き排ガス流路6に近い側の領域をその排水が落下したときに、その排水と接触する。水受け17−iは、その貯留水をダクト1の内壁のうちの横向き排ガス流路6から遠い側の領域に向かって排水することにより、横向き排ガス流路6に近い側の領域に排水する他の水受けに比較して、その排水に接触する排ガスの量を低減することができる。このため、排ガス潜熱回収装置10は、多くの水蒸気を複数の伝熱管3の外部表面で凝縮させることができ、その排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0038】
図3は、排ガス潜熱回収装置の実施の他の形態を示している。その排ガス潜熱回収装置20は、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置10が障壁21をさらに備えている。障壁21は、板状に形成されている。上向き排ガス流路7は、水受け5から排水される排水が流れる排水領域22と、排ガスが上向きに流れる排ガス流路領域23と含んでいる。障壁21は、排水領域22と排ガス流路領域23とを隔てるように上向き排ガス流路7に配置され、ダクト1に固定されている。
【0039】
排ガス潜熱回収装置20は、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置10と同様にして、複数の伝熱管3の外側表面を湿潤状態に維持することにより、複数の伝熱管3の腐食を防止することができる。さらに、排ガス潜熱回収装置20は、複数の伝熱管3から滴下した滴下水を水受け5が貯留することにより、多くの水蒸気を複数の伝熱管3の外部表面で凝縮させることができ、その排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0040】
排ガス潜熱回収装置20は、水受け5から排水される排水が流れる排水領域22が排ガス流路領域23から障壁21を介して隔てられていることにより、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置10に比較して、上向き排ガス流路7を流れる排ガスがその排水に接触する量が低減される。排ガス潜熱回収装置20は、その排水に接触する排ガスの量が低減されることにより、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置10に比較して、より多くの水蒸気を複数の伝熱管3の外部表面で凝縮させることができ、その排ガスの潜熱をより高効率に回収することができる。
【0041】
排ガス潜熱回収装置の実施のさらに他の形態は、複数の伝熱管3が他の複数の伝熱管に置換され、水受け5が他の水受けに置換されている。その複数の伝熱管31は、
図4に示されるように、千鳥配列されている。すなわち、複数の伝熱管31は、複数の伝熱管群33−1〜33−nにグループ分けされている。複数の伝熱管群33−1〜33−nは、複数の平面34−1〜34−nに対応している。複数の平面34−1〜34−nは、それぞれ、鉛直方向に平行であり、横向き排ガス流路6が排ガスを流す方向に概ね平行である。複数の伝熱管群33−1〜33−nの任意の伝熱管群33−iは、複数の伝熱管35−1〜35−mから形成されている。
【0042】
複数の伝熱管35−1〜35−mの任意の伝熱管35−jは、既述の実施の形態における伝熱管16−jと同様に形成され、複数の平面34−1〜34−nのうちの伝熱管群33−iに対応する平面34−iに沿うように、かつ、水平面に沿うように、上向き排ガス流路7に配置されている。複数の伝熱管35−1〜35−mは、さらに、伝熱管35−jが伝熱管35−(j+1)の鉛直上側に配置されるように、かつ、伝熱管35−jと伝熱管35−(j+1)とが所定の距離だけ離れるように、配置されている。
【0043】
複数の伝熱管31は、さらに、伝熱管群14−iに属する複数の伝熱管16−1〜16−mのうちの上からj番目に配置される伝熱管16−jと、伝熱管群14−iに隣接する伝熱管群14−(i+1)に属する複数の伝熱管16−1〜16−mのうちの上からj番目に配置される伝熱管16−jとが同一の水平面に重ならないように、配置されている。
【0044】
水受け32は、複数の平面34−1〜34−nに対応する複数の水受け36−1〜36−nから形成されている。複数の水受け36−1〜36−nの任意の水受け36−iは、既述の実施の形態における水受け17−iと同様に形成され、複数の平面34−1〜34−nのうちの水受け36−iに対応する平面34−iに沿うように、上向き排ガス流路7に配置されている。水受け36−iは、さらに、伝熱管群33−iに属する複数の伝熱管35−1〜16−mのうちの最も下側に配置されている伝熱管35−mの下側に配置されている。
【0045】
水受け36−iは、さらに、既述の実施の形態に水受け17−iと同様にして、横向き排ガス流路6から遠い側の端が横向き排ガス流路6に近い側の端より鉛直下側に配置されるように、傾斜している。水受け36−iは、横向き排ガス流路6から遠い側の端に排水口が形成されている。その排水口は、水受け36−iに貯留される水を上向き排ガス流路7のうちの横向き排ガス流路6から遠い側の領域に排水する。
【0046】
このような複数の伝熱管31が設けられた排ガス潜熱回収装置は、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置10、20と同様にして、複数の伝熱管31の外側表面を湿潤状態に維持することにより、複数の伝熱管31の腐食を防止することができる。さらに、このような水受け32が設けられた排ガス潜熱回収装置は、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置10、20と同様にして、複数の伝熱管31から滴下した滴下水を水受け32が貯留することにより、多くの水蒸気を複数の伝熱管31の外部表面で凝縮させることができ、その排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0047】
なお、水受け32は、伝熱管群14−iと伝熱管群14−(i+1)との両方から滴下した滴下水を貯留する1つの水受けを備えることもできる。このような1つの水受けが適用された排ガス潜熱回収装置は、複数の伝熱管31が排ガスを十分に凝縮させることができるときに、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置と同様にして、排ガスがその滴下水により凝縮することを低減し、その排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置は、複数の伝熱管群14−1〜14−nごとに水受けを備えることにより、このような1つの水受けが適用された排ガス潜熱回収装置に比較して、上向き排ガス流路7の圧力損失を低減することができ、上向き排ガス流路7に排ガスをより適切に流すことができる。
【0048】
さらに、水受け17−i、36−iは、横向き排ガス流路6から遠い側の端と横向き排ガス流路6に近い側の端とが同一水平面上に配置される他の水受けに置換されることができる。その水受けには、横向き排ガス流路6から遠い側の領域に孔が形成されている。その孔は、その水受けに貯留される貯留水を上向き排ガス流路7のうちの横向き排ガス流路6から遠い側の排水領域に排水する。
【0049】
その孔から落下する排水は、複数の伝熱管から滴下した滴下水に比較して、単位量当たりの排ガスに接触する面積が小さい。このため、このような水受けが適用された排ガス潜熱回収装置は、複数の水受けが設けられていない他の排ガス潜熱回収装置に比較して、複数の伝熱管に接触する前の排ガスが凝縮することを低減することができ、排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0050】
その孔から落下する排水は、ダクト1の内壁を伝う排水に比較して、より多くの排ガスに接触する。このため、水受けの排水を内壁に伝わせる排ガス潜熱回収装置は、このような孔が適用された排ガス潜熱回収装置に比較して、複数の伝熱管に接触する前の排ガスが凝縮することをより低減することができ、排ガスの潜熱をより高効率に回収することができる。
【0051】
さらに、複数の伝熱管16−1〜16−mは、曲面に沿うように形成される複数の伝熱管に置換されることもできる。その曲線は、鉛直方向に平行である鉛直線が平行移動することにより形成される軌跡により示される。このような複数の伝熱管も、既述の実施の形態における複数の伝熱管16−1〜16−mと同様にして、ある伝熱管から滴下した滴下水がその伝熱管の下側に配置される他の伝熱管に付着する、このため、その複数の伝熱管は、湿潤状態に維持されることができ、腐食が防止される。
【0052】
このとき、水受け17−iは、直線状でない他の水受けに置換される。その水受けは、その曲面に沿うように形成され、その複数の伝熱管の下側に配置されている。このような水受けは、その複数の伝熱管から滴下した滴下水を貯留することができ、多くの水蒸気をその複数の伝熱管の外部表面で凝縮させることができる。
【0053】
なお、水受け17−iは、長手方向と垂直である平面と交差する断面の形状が半円状でない他の水受けに置換されることもできる。その形状としては、V字形が例示される。
【0054】
さらに、水受け17−iは、横向き排ガス流路6から遠い側と異なる領域に貯留水を排水する他の水受けに置換されることもできる。その水受けは、その排水が横向き排ガス流路6を横切らないように、形成されている。このような水受けが適用された排ガス潜熱回収装置も、複数の伝熱管に接触する前の排ガスが凝縮することを低減することができ、排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。
【0055】
なお、上向き排ガス流路7は、鉛直上向きと異なる方向に排ガスを流す他の上向き排ガス流路に置換されることができる。その方向の鉛直上向きの成分は、正である。さらに、横向き排ガス流路6は、水平方向と異なる方向に排ガスを流す他の横向き排ガス流路に置換されることができる。その方向は、鉛直方向に平行でなく、その方向の水平方向の成分は、0でない。このような上向き排ガス流路と横向き排ガス流路が適用された排ガス潜熱回収装置も、既述の実施の形態における排ガス潜熱回収装置と同様にして、複数の伝熱管の腐食を防止し、かつ、排ガスの潜熱を高効率に回収することができる。