(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固着され、内部を流体が通過する伝熱エレメントを収容した円筒状のロータ、および内部を縦断するように配設した仕切板で仕切り高温流体が通過する高温流体通路と低温流体が通過する低温流体通路とを内部に設け前記ロータの回転面に開口したダクトを備え、前記伝熱エレメントを通過する前記高温流体と前記低温流体により熱交換をさせるようにした回転再生式熱交換器において、前記伝熱エレメントを半径方向に２分割する分割プレートと、前記ロータの一方の回転面に開口する側の前記ダクト内に設けられ、前記分割プレートによる前記伝熱エレメントの分割に合わせて、前記高温流体通路と低温流体通路の各々を半径方向に分割し、高温流体の導入通路と排出通路および低温流体の導入通路と排出通路を形成する分割仕切板とを設けるとともに、前記ロータの他方の回転面に開口する側の前記ダクトは、前記高温流体通路と低温流体通路に前記分割仕切板を設けず前記開口の反対側の端部が閉鎖され、高温流体反転ダクトと低温流体反転ダクトを形成してなることを特徴とする回転再生式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種炉の空気予熱器等に使用され、高温流体および低温流体を、回転する円筒状のロータに収容した蓄熱体からなる伝熱エレメント間の隙間を通過させて、排ガス等の高温流体の熱エネルギーを燃焼空気等の低温流体に伝達して、加熱する回転再生式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転再生式熱交換器は、図３に示すように、回転軸１に固着された円筒形のロータ２内に収納された蓄熱体を設けた伝熱エレメント３を、回転軸１で回転させ、伝熱エレメント３の両端部の回転面のそれぞれに一端を開口し、ダクト７の軸方向に設けた仕切板４で、内部を縦断するように高温流体通路５と低温流体通路６とに仕切ったダクト７から燃焼排ガス等の高温流体５１、および予熱を行う空気等の低温流体６１を伝熱エレメント３内にそれぞれ導入して、対向流を発生させて、高温流体５１側の熱エネルギーを低温流体６１側に伝達して熱交換を行うようにしている。
また、高温流体通路５の高温流体５１の入口側、又は出口側、又はその両方には、高温流体５１に含有される煤等が伝熱エレメント３に付着し、伝熱効率が低下するのを防止するためにスーツブロワ８が設けられている。
【０００３】
このように、従来の回転再生式熱交換器は、内部を流れる高温流体５１と低温流体６１が混合しない様に、各流体５１，６１が流れる流体通路５，６間に、ダクト７内部を縦断するように仕切板４を設けたダクト７から導入され、伝熱エレメント３内を流れる高温流体５１と低温流体６１は、伝熱効率を向上させるため対向流にされているため、伝熱エレメント３のうち、高温流体入口（低温流体出口）側の伝熱エレメント３（３）が高温部となり、低温流体入口（高温流体出口）側の伝熱エレメント３（１）が低温部となるように、伝熱エレメント３を通過する流体温度により、伝熱エレメント３は、軸方向の各部位３（１），３（２），３（３）で異った温度になる。
従って、高温流体５１の性状、および伝熱エレメント３によって冷却される温度によっては、例えば、高温流体５１中の酸性硫安（ＮＨ４  ）２  ＳＯ４  等の生成域が伝熱エレメント３の中央部の中温部３（２）になる場合がある。
【０００４】
このような場合、伝熱エレメント３の片側に設けた、前述したスーツブロワ８、又はスーツブロワ８を伝熱エレメント３の両側に設けたとしても、中温部の伝熱エレメント３（２）は十分なクリーニング効果が得られず、伝熱エレメント３には閉塞等が生じ、長期連続運転ができなくなる恐れがある。
また、伝熱エレメント３の閉塞に至らぬまでも、伝熱エレメント３に流体中の煤又は生成物等が付着し、除去できないとなると、伝熱効率が低下するとともに、流体通路５，６の圧力損失が増大して、プラントの効率を低下させる等の不具合が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した、従来の回転再生式熱交換器の不具合を解消するため、伝熱エレメントの高温部、中温部、および低温部の何れもが伝熱エレメントの端面になるようにでき、酸性硫安等の生成域が高温部、又は中温部、又は低温部の何れに生じても、伝熱エレメントの回転面に対向してダクト内に設けたスーツブロワ等により、効率的なクリーニングができ、伝熱エレメントの閉塞等が生じることなく、長期間安定した運転を可能にするとともに、伝熱効率の低下をきたさず、また、燃焼効率等のプラント効率が低下することのない回転再生式熱交換器の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の回転再生式熱交換器は、次の手段とした。
【０００７】
回転軸に固着され、内部を流体が通過する伝熱エレメントを収容した円筒状のロータ、および内部を縦断するように配設した仕切板で仕切り高温流体が通過する高温流体通路と低温流体が通過する低温流体通路とを内部に設け前記ロータの回転面に開口したダクトを備え、前記伝熱エレメントを通過する前記高温流体と前記低温流体により熱交換をさせるようにした回転再生式熱交換器において、前記伝熱エレメントを半径方向に２分割する分割プレートと、前記ロータの一方の回転面に開口する側の前記ダクト内に設けられ、前記分割プレートによる前記伝熱エレメントの分割に合わせて、前記高温流体通路と低温流体通路の各々を半径方向に分割し、高温流体の導入通路と排出通路および低温流体の導入通路と排出通路を形成する分割仕切板とを設けた。
【０００８】
そしてさら、前記ロータの他方の回転面に開口する側の前記ダクトは、前記高温流体通路と低温流体通路に前記分割仕切板を設けず前記開口の反対側の端部が閉鎖され、高温流体反転ダクトと低温流体反転ダクトを形成した。
【０００９】
上記構成により、内部に伝熱エレメントを収容した円筒形のロータの、伝熱エレメントをロータ半径方向に、分割プレートにより区切り、熱交換を行う高温流体及び低温流体を、各々、分割プレートで分割された伝熱エレメントの内側（又は外側）を通過させた後、折返し再び外側（又は内側）の伝熱エレメントを通過させて熱交換を行うようにした。
【００１０】
これにより、例えば、ダクトの高温流体通路を分割仕切板で仕切り設けた、高温流体導入通路を通って伝熱エレメントに導入する高温流体の入口側を、鉛直軸まわりに回動するロータの場合、例えばその一方の回転面である伝熱エレメントの上面内側に設け、出口側を上面外側に設け、ダクトの高温流体排出通路を通って排出するとともに、ダクトの低温流体通路を分割仕切板で仕切り設けた、低温流体導入通路を通って伝熱エレメントに導入する低温流体の入口側を上面外側に設け、出口側を上面内側に設け、ダクトの低温流体排出通路を通って排出する、いわゆる最も熱交換効率の良い流体通路の配置にした場合には、伝熱エレメントの上面内側は高温部となり、上面外側は低温部となる。
【００１１】
また、ロータの他方の回転面となる伝熱エレメントの下面側は、ロータの下面に開口するダクトの高温流体通路と低温流体通路とに分割仕切板が設けられず、それぞれの導入通路、排出通路に仕切られていないため、伝熱エレメントの内側も外側もほぼ同じ温度の中温部となる。
【００１２】
従って、伝熱エレメントを通過する流体の性状、若しくは温度条件に応じて、伝熱エレメントの上面内側、又は上面外側、又は下面に開口するダクト内にスーツブロワ等のクリーニング装置を設けることにより、伝熱エレメントの閉塞、若しくは通過流体中で生成される生成物の付着等の汚染による流体抵抗の増大、又は伝熱効率の低下を効果的に防止でき、長期間安定した運転のできる回転再生式熱交換器とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転再生式熱交換器の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。
図１は本発明の回転再生式熱交換器の実施の第１形態を示す縦断面図、図２は図１に示す矢視Ａ−Ａの平面図である。
なお、図１、図２において、図３に示す符番と同一符番のものは同一若しくは類似のものにつき説明は省略する。
【００１４】
図に示すように、回転軸１に軸心部が固着された円筒形のロータ２内部に、耐腐食性の波形板等の蓄熱体が挿入された伝熱エレメント３は、図２に示されるように、円弧状の分割プレート１０により、半径方向に内側と外側に２分割されている。
【００１５】
また、半径方向に２分割された伝熱エレメント３の上面、すなわちロータ２の一方の回転面、に開口するダクト７も、伝熱エレメント３の分割と同様に、半径方向に分割仕切板１１で２分割されている。
すなわち、ダクト７内部を縦断するように軸方向に、内部に配設された仕切板４で、図１に示すように、高温流体通路５と低温流体通路６とに仕切られたダクト７内部は、さらに分割仕切板１１で、高温流体通路５が内側の高温流体導入通路１２と外側の高温流体排出通路１３とに、また、低温流体通路６が外側の低温流体導入通路１４と内側の低温流体排出通路１５とに、それぞれ分割されている。
【００１６】
また、ロータ２の他方の回転面をなす伝熱エレメント３の下面に開口するダクトは、従来のものと同様に、内部に分割仕切板１１を設けないものとされ、しかし、開口部と反対側の下端部が閉鎖されて高温流体反転ダクト１６と低温流体反転ダクト１７とにされている。
【００１７】
本実施の形態の回転再生式熱交換器は、上述のように構成されているので、高温流体５１は、ボイラ等からダクト７に設けられた高温流体導入通路１２により、伝熱エレメント３の上面の分割プレート１０の内側に導入され、下降し、伝熱エレメント３の内側の高温部３（３）、中温部３（２）蓄熱体周辺を通るとき、蓄熱体に熱エネルギーを伝達した後、高温流体反転ダクト１６へ排出される。
高温流体反転ダクト１６内に流出した高温流体５１は、ここで反転して、上昇し、伝熱エレメント３の外側の中温部３（２）、低温部３（１）蓄熱体周辺を通過するとき、さらに蓄熱体に熱エネルギーを伝達した後、伝熱エレメント３の上面に開口するダクト７に設けられた高温流体排出通路１３を通って、外部へ排出される。
【００１８】
一方外気から吸入された空気等の低温流体６１は、ダクト７に設けられた低温流体導入通路１４により、伝熱エレメント３の上面の分割プレートの外側に導入され、下降し、伝熱エレメント３の外側の低温部３（１）、中温部３（２）蓄熱体周辺を通るとき、蓄熱体に蓄積された熱エネルギーが伝達された後、低温流体反転ダクト１７へ排出される。
低温流体反転ダクト１７内に流出した、加熱された低温流体６１は、ここで反転して、上昇し、伝熱エレメント３の内側の中温部３（２）、高温部３（３）蓄熱体周辺を通過するとき、さらに蓄熱体より熱エネルギーを伝達され、加熱された後、伝熱エレメント３の上面に開口する、ダクト７内に設けられた低温流体排出通路１５を通って、ボイラ等に供給される。
【００１９】
このように、伝熱エレメント３には、上面内側には高温部３（３）が、上面外側には低温部３（１）が、さらに、下面の内側および外側には中温部３（２）が、それぞれ形成されるので、伝熱エレメント３を通過する高温流体５１、又は低温流体６１の性状によって、高温部３（３）、又は中温部３（２）、又は低温部３（１）の温度条件により、伝熱エレメント３に煤又は生成物等の流体中の含有物が付着するようなことがあっても、伝熱エレメント３の上面および又は下面に対向して設けたスーツブロワ８等のクリーニング装置で容易に、しかも完全に除去できる。
【００２０】
これにより、伝熱エレメント３が閉塞して長期連続運転が不能になることを回避できるとともに、伝熱エレメント３を通過する流体の抵抗が増大して、プラントの効率が悪くなるようなこともなくなる。
さらに、伝熱エレメント３は常に清浄に保つことができ、伝熱効果を低減するようなこともなくなる。
【００２１】
なお、上述した実施の形態のほか、高温流体５１の伝熱エレメント３への流入側は、分割プレート１０の外側に設けるようにしても良いものである。
但し、低温流体６１は分割プレート１０の内側から伝熱エレメント３に流入させることとなり、この場合、伝熱エレメント３の上面外側が高温部３（３）、上面内側が低温部３（１）となる。
【００２２】
また、高温部３（３）と低温部３（１）が伝熱エレメント３上面側になる、上述した実施の形態に代えて、伝熱エレメント３の下面側にダクト７を開口させ、流体反転ダクト１６，１７を伝熱エレメント３の上面側に設けて、高温部３（３）と低温部３（１）が伝熱エレメント３が下面側になるようにすることもできる。
【００２３】
上述した実施の形態で示した如く、本発明の回転再生式熱交換器は、従来伝熱エレメント３の高温部３（３）と低温部３（１）に挟まれて、スーツブロワ等によりクリーニングができなかった中温部３（２）が、伝熱エレメント３の回転面の一方に形成されるので、中温部３（２）側の面にもスーツブロワ８等を設置する事で、中温部３（２）の伝熱エレメント３にも、効果的なクリーニングを行う事が可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の回転再生式熱交換器によれば、特許請求の範囲に示す構成により、従来、高温部と低温部に挟まれて形成されていた伝熱エレメントの中温部が、伝熱エレメントの端面に形成できるため、伝熱エレメントを通過させる流体の性状、又は温度条件によっては、流体中の物質が析出して、又は付着することにより、汚染されることが著しい、伝熱エレメントの中温部のスーツブロワ等によるクリーニングが効率的に行なう事が可能になり、伝熱エレメントの閉塞等が生じにくく、長期間安定した運転が可能となる。
また、伝熱エレメントの汚染による流体抵抗の増大が緩和されるとともに、伝熱効果の低減が防止でき、回転再生式熱交換器を適用するプラントの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転再生式熱交換器の実施の第１形態を示す縦断面図、
【図２】図１に示す矢視Ａ−Ａにおける平面図、
【図３】従来の回転再生式熱交換器の縦断面図である。
【符号の説明】
１        回転軸
２        ロータ
３        伝熱エレメント
３（１）  伝熱エレメント低温部
３（２）  伝熱エレメント中温部
３（３）  伝熱エレメント高温部
４        仕切板
５        高温流体通路
５１      高温流体
６        低温流体通路
６１      低温流体
７        ダクト
８        スーツブロワ
１０      分割プレート
１１      分割仕切板
１２      高温流体導入通路
１３      高温流体排出通路
１４      低温流体導入通路
１５      低温流体排出通路
１６      高温流体反転ダクト
１７      低温流体反転ダクト
【図１】
0003553237.tif 000002
【図２】
0003553237.tif 000003
【図３】
0003553237.tif 000004