(57)【要約】      （修正有）【課題】排熱の回収効率を高めることのできる排熱回収システムを提供する。【解決手段】給水配管及び配出配管の間に接続可能に設けられ、内部に液体の流路が形成される排熱回収システム用の伝熱管２０を、複数の円錐スパイラル形状の伝熱部によって構成する。また、該伝熱部は、その径方向において同心円状に多重構造となるように配設する。また、第一伝熱部〜第四伝熱部の各上流端部及び各下流端部と、連結配管２１、給水配管及び配出配管とは、ケーシング１０の外部において連結接続する。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
給水配管及び配出配管の間に接続可能に設けられ、
内部に液体の流路が形成される排熱回収システム用の伝熱管であって、前記伝熱管が、複数のスパイラル形状の伝熱部を備えることを特徴とする排熱回収システム用の伝熱管。
【請求項２】
前記複数のスパイラル形状の伝熱部が、円錐スパイラル形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム用の伝熱管。
【請求項３】
前記複数のスパイラル形状の伝熱部が、その径方向において同心円状に多重構造となるように配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排熱回収システム用の伝熱管。
【請求項４】
前記複数のスパイラル形状の伝熱部のそれぞれが前記給水配管と前記配出配管の間に並列に接続されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の排熱回収システム用の伝熱管。
【請求項５】
前記複数のスパイラル形状の伝熱部のそれぞれが前記給水配管と前記配出配管の間に直列に接続されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の排熱回収システム用の伝熱管。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載のいずれかの排熱回収システム用の伝熱管を備えたことを特徴とする排熱回収システム。
【請求項７】
前記伝熱管の上流端部に連結接続される給水配管及び前記伝熱管の下流端部に連結接続される配出配管、並びに前記複数の各伝熱部間を連結接続する連結配管は、前記ケーシングの外部において、各伝熱部に連結接続されることを特徴とする請求項６に記載の排熱回収システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、簡易ボイラー、小型ボイラー、ゴミ焼却施設等の燃焼機関の排ガスからの熱回収を行う排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴミ焼却炉、ガスタービン、簡易ボイラー、ごみ焼却施設等の燃焼機関において、排熱を回収して利用することが行われている。また、ボイラー煙道に伝熱管を設置して、排ガスの排熱により伝熱管を介してボイラー効率を高めるエコノマイザーも知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５９４０７号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、小型ボイラー、簡易ボイラー、ごみ焼却施設等の排ガスの熱を、他の用途に利用するために排ガスからの熱回収を行う排熱回収システムが知られているが、従来の排熱回収システムでは十分な排熱回収を行うことが困難であり、回収効率の低さが問題となっていた。
【０００５】
本考案の課題は、従来の排熱回収システムの問題を解決しようとするものであり、排熱の回収効率を高めることのできる排熱回収システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために提供される考案は以下の通りである。
【０００７】
本考案の第一の手段の排熱回収システム用の伝熱管は、
給水配管及び配出配管の間に接続可能に設けられ、
内部に液体の流路が形成される排熱回収システム用の伝熱管であって、前記伝熱管が、複数のスパイラル形状の伝熱部を備えることを特徴とする排熱回収システム用の伝熱管である。
【０００８】
本考案は上記のように複数のスパイラル形状の伝熱部を備えているので、ボイラーなどの煙道内に配設された場合の、伝熱管の表面積を格段に増加させることができる。よって、排ガスからの熱回収の効率を極めて高く向上させることができる。
【０００９】
また、本考案の第二の手段の排熱回収システム用の伝熱管は、上記した第一の手段の排熱回収システム用の伝熱管であって、前記複数のスパイラル形状の伝熱部が、円錐スパイラル形状に形成されたことを特徴とする排熱回収システム用の伝熱管である。
【００１０】
円錐スパイラル形状に形成されることにより、煙道内において、大径となる側の伝熱部端部を煙道内の上流側に、小径となる側の伝熱部端部を煙道内の下流側に配設することにより、流通する排ガスが、煙道内の下流側に行くにしたがって、小径部の内側に煙道の軸心に向かって渦を巻くようにさせることができる。そしてさらに、この小径部からその先端方向に排出された排ガスは、小径部の外周から煙道内周面に向かって拡散するように排出される。よって、伝熱部の内周面及び外周面により均等に排ガスを拡散することができ、排ガスから伝熱部への熱伝達をより円滑にすることができるので、熱回収の効率をより一層向上させることができる。
【００１１】
また、本考案の第三の手段の排熱回収システム用の伝熱管は、上記した第一の手段または第二の手段の排熱回収システム用の伝熱管であって、前記複数のスパイラル形状の伝熱部が、その径方向において同心円状に多重構造となるように配設されていることを特徴とする排熱回収システム用の伝熱管である。
【００１２】
複数のスパイラル形状の伝熱部が、径方向において同心円状に多重構造となるように配設されている。よって、伝熱管の軸方向において短くすることが容易となり、伝熱管、ひいてはこれを内蔵する排熱回収システムをコンパクトにすることができる。また、多重構造とすることにより、煙道内の径方向における伝熱管の配設位置が分散され、より均等に配設されることになる。よって、同じ大きさの煙道内に配設する場合において、煙道内を流通する排ガスが伝熱管に均等に接しやすくなり、熱回収の効率を向上させることが容易となる。また、煙道内において伝熱管がより分散して配設されることになるので、煙道内における排ガスの流通をより均等に分散させることが容易となる。よって、排ガスの流速の低下によるスラッジ等が伝熱管や煙道内壁面に付着するおそれを低減させることができる。
【００１３】
また、本考案の第四の手段の排熱回収システム用の伝熱管は、上記した第一の手段から第三の手段のいずれかの排熱回収システム用の伝熱管であって、前記複数のスパイラル形状の伝熱部のそれぞれが前記給水配管と前記配出配管の間に並列に接続されたことを特徴とする排熱回収システム用の伝熱管である。
【００１４】
給水配管と配出配管の間において各伝熱部を並列に接続することにより、各伝熱部における排熱の交換効率を向上させ、伝熱管全体での熱回収の効率をより向上させることができる。
【００１５】
また、本考案の第五の手段の排熱回収システム用の伝熱管は、上記した第一の手段から第三の手段のいずれかの排熱回収システム用の伝熱管であって、前記複数のスパイラル形状の伝熱部のそれぞれが前記給水配管と前記配出配管の間に直列に接続されたことを特徴とする排熱回収システム用の伝熱管である。
【００１６】
給水配管と配出配管との間に各伝熱部を直列に接続することにより、伝熱管内部の流体をより高温とさせて取得することができる。
【００１７】
また、本考案の第六の手段の排熱回収システムは、上記した第一の手段から第五の手段のいずれかの排熱回収システム用の伝熱管を備えたことを特徴とする排熱回収システムである。
【００１８】
また、本考案の第七の手段の排熱回収システムは、前記伝熱管の上流端部に連結接続される給水配管及び前記伝熱管の下流端部に連結接続される配出配管、並びに前記複数の各伝熱部間を連結接続する連結配管は、前記ケーシングの外部において、各伝熱部に連結接続されることを特徴とする排熱回収システムである。
【００１９】
このように、各伝熱部と連結接続される配管類について、連結接続する部位をケーシングの外部とすることにより、たとえ連結部位から水漏れが生じたとしても、ケーシング内での水漏れが生じないようにすることができる。
【考案の効果】
【００２０】
本考案の排熱回収システム用の伝熱管及び排熱回収システムは、上記のように、複数のスパイラル形状の伝熱部を備えており伝熱管の表面積を格段に増加させることができる。よって、排ガスからの熱回収の効率を極めて高く向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本考案の排熱回収システムの概要を占めすブロック図である。
【図２】図１の排熱回収システムの要部拡大図である。
【図３】図１の排熱回収システムに用いられる本考案の伝熱管の正面図である。
【図４】本考案の別の伝熱管の正面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２２】
本考案の排熱回収システム用の伝熱管及び排熱回収システムについて、図面を参照して詳細に説明する。図１に示されるように、本考案の排熱回収システム１００は、ボイラー７０等の燃焼機関の排ガスをその外部に排出するための煙突構造１内にその一部が収納されて用いられるものである。この排熱回収システム１００の概要を示すと、排熱回収システム１００は、煙突構造１の一部を構成するケーシング１０と、ケーシング１０外からケーシング１０内に、さらにケーシング１０内からケーシング１０外へと配置されるとともに、内部が液体の流路となり、当該液体をケーシング１０外からケーシング１０内に導入して、煙突構造１内の排ガスから熱を受け取り、当該液体を昇温させた後に当該液体をケーシング１０外に配水することのできる伝熱管２０と、ケーシング１０内への伝熱管２０の挿入口１１より上流側に、当該液体のケーシング１０内への導入を制御する液体導入制御手段３０と、が備えられるものである。なお、本考案の伝熱管２０については、特に詳細に後述する。
【００２３】
ケーシング１０は、その内部に排ガスが流通するものであり、円筒形状に形成されて排ガスが円滑に流通するように設けられている。また、ケーシング１０はステンレス製とされており、高温の排ガスによる影響を避けるために、耐熱性のある材料により形成されている。よって、ステンレスの他にも、他の材質の鋼管等により形成しても良い。また、ケーシング１０は、その両端部にフランジ１５が形成されており、既設の煙突２に直結して連設することが容易となるように構成されている。また、フランジ１５により連設されているので、ケーシング１０内部の清掃・部品の交換・点検などのメンテナンスの際に、取り外しが容易であり、メンテナンス作業の容易化・コストの低減を図ることができる。また、ケーシング１０の外周面には、排熱の回収効率を高めるために、ロックウール等の断熱材を装着することが望ましい。
【００２４】
また、ケーシング１０の下流側端部と煙突２との間には、補助ケーシング１７が取り付けられている。補助ケーシング１７は、ケーシング１０の上側にフランジ１５と、煙突２の水平方向部分に設けられたフランジ１５とによってボルトにて締結固定されている。補助ケーシング１７をケーシング１０の上側に設けることにより、ケーシング１０を取り外さなくても補助ケーシング１７のみを取り外すことによりケーシング１０の内部を直接目視することが可能となる。よって、ケーシング１０内部の点検や、収納されている伝熱管２０の掃除などのメンテナンスを容易に行うことができる。なお、このような補助ケーシング１７は、ケーシング１０の排ガスの流通方向８０の一方側または両方に取り付けることができる。また、ケーシング１０の側面には、ケーシング１０内をその外部から点検可能とするために開閉可能な蓋部を有する点検窓１３が備えられている。点検窓１３は複数設けることとしても良い。
【００２５】
また、ケーシング１０には、その下側に、煙突構造１内の水をケーシング１０外に排出するためのドレンバルブ１４が備えられている。排ガスを煙突内に流通させて排熱回収を行うと、伝熱管２０に水滴が付着し、それが滴下してケーシング１０内部に水分が貯まることになるが、このようなドレンバルブ１４を設けることにより、ケーシング１０内に貯まった水分を外部に排出することができる。また、ケーシング１０内への伝熱管２０の挿入口１１より上流側には、電磁弁、流量計、温度計（給水温度測定用温度計）５４、液体の流量を調整するためのバルブ等が設けられている。なお、これらの各手段により計測された各数値により、挿入口１１における「入口水温」と挿出口１２における「出口水温」との差による「単位当たり回収熱量」に流量を掛け合わせたものが「全回収熱量」とされる。
【００２６】
液体導入制御手段３０は、例えば、電磁弁３１、バルブ３２、制御部３３等によって構成することができる。電磁弁３１は、伝熱管２０に接続された給水配管５１に配設され、電磁弁３１の開閉により、ケーシング１０内の伝熱管２０への液体の流入を制御することができる。また、給水配管５１には、バルブ３２が設けられており、バルブ３２の開閉量によってケーシング１０内の伝熱管２０への液体の流入量を調整することができる。なお、これらの電磁弁３１等は伝熱管２０がケーシング１０内へ挿入される挿入口１１の上流側の挿入口１１の近傍の伝熱管２０に配設することとしても良い。
【００２７】
煙突構造１には、ケーシング１０内を通過することにより昇温した後の伝熱管２０内の液体の温度を測定する配水温度測定手段４０が備えられている。この配水温度測定手段４０によって測定した伝熱管２０内の液体の温度が所定の温度以上の場合には、ケーシング１０内への液体の導入を制御することできる。この配水温度測定手段４０としては、温度センサー等を挙げることができる。温度センサーは、伝熱管２０がケーシング１０外へ挿出されている挿出口１２寄りの下流側で、伝熱管２０に接続された配出配管５０内に設置されている。この温度センサーは挿出口１２の近傍の伝熱管２０内に設置することとしても良い。これらの位置に設置することにより、ケーシング１０内における液体の昇温温度をより正確に検出することができる。そしてまた、この配水温度測定手段４０により、排出される液体の温度を所望の温度に調整する配水から配水に変更お願いします。
ことができる。
【００２８】
制御部３３は、プログラムを実行するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、表示部、操作キー、磁気ディスクやフラッシュメモリ等の記憶装置を備えたコンピュータを含むコントロール盤３５から構成されている。また、制御部３３は、温度センサー（配水温度測定手段４０）、電磁弁３１と配線３４によって接続され、これらと制御部３３とは、電気信号によって通信可能に構成されている。なお、コントロール盤３５自体に、表示部、操作キーを備えるとともに、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置等を備えた図示しないパーソナルコンピュータ等をコントロール盤３５に接続する構成としてもよい。この場合には、コントロール盤３５及びパーソナルコンピュータ等が制御部３３に相当する。
【００２９】
そして制御部３３は、例えば、次のように各部を制御する。配水温度測定手段４０の温度センサーからの電気信号が制御部３３へ入力され、制御部３３が、温度センサーによる測定温度が所定の温度以上であると判定すると、電磁弁３１を開状態とする。また同時に、バルブ３２を予め定められた液量が流通する開状態とする。これにより、煙道内の伝熱管２０に所定の流量の液体が流入することとなる。この流入量は、伝熱管２０により排熱を受け取って配水される伝熱管２０内の液体のケーシング１０の挿出口１２の下流における温度センサーの測定による温度が所定の温度以上（例えば、４０℃）となるように制御部３３によって調整される。排熱回収により温度が上昇した液体が一定の温度まで達していない場合は、ボイラー７０の停止と判断して、制御部３３が電磁弁３１を閉めて液体が流入しないようにする。
【００３０】
また、本考案の排熱回収システム１００には、ケーシング１０の伝熱管２０の挿出口１２より下流側に、補助タンク５２、加圧ポンプ５３を順に介して、貯留槽６０が備えられている。煙突伝熱管２０内で昇温された液体は、配出配管５０を流通し、補助タンク５２にいったん貯留され、加圧ポンプ５３によって加圧されて、貯留手段である貯留槽６０に導入される。加圧ポンプ５３によって液体を加圧して配水することができ、煙突構造１から離れた場所や、高い場所においても貯留槽６０へ昇温された液体を円滑に送ることができる。また、貯留槽６０を設置することにより、煙突構造１と補助タンク５２との間に流体をせき止める手段がなく所定以上の圧力がかからないようにして安全性が確保されている。
【００３１】
ついで伝熱管２０について説明する。前述したように、伝熱管２０は、ケーシング１０内に配設されるとともに内部に液体が流通するように構成されており、当該液体を介して煙道内に流通する排ガスと熱交換を行う。したがって材質としては、ステンレス管等の熱伝導性に優れ耐熱性があるものが好ましい。また、後述するように排熱の回収効率を向上させるためスパイラル状に形成されているため、銅管等の加工性に優れたものであることが好ましい。本例では伝熱管２０の直径は１０ｍｍに形成されているが、これらに限られずボイラー７０の能力等により異なる直径としても良い。
【００３２】
伝熱管２０は、図２に示されるように、円錐スパイラル形状にほぼ同形状に形成された４つの第一伝熱部２２ａ〜第四伝熱部２２ｄを備えている。これらの第一伝熱部２２ａ〜第四伝熱部２２ｄは、伝熱管２０の上流側、すなわち挿入口１１側から順に、連結配管２１により直列接続されている。具体的には、図３に示されるように、第一伝熱部２２ａの下流端部２４ａは第二伝熱部２２ｂの上流端部２３ｂに連通接続される。ついで第二伝熱部２２ｂの下流端部２４ｂは第三伝熱部２２ｃの上流端部２３ｃに連通接続される。同様にして、第三伝熱部２２ｃの下流端部２４ｃは第四伝熱部２２ｄの上流端部２３ｄに連通接続される。そして、第一伝熱部２２ａの上流端部２３ｃは配管を介して給水配管５１に連通接続されており、一方、第四伝熱部２２ｄの下流端部２４ｄは配水温度測定手段４０が備えられた配出配管５０に連通接続されている。なお、図４に示されるように、第一伝熱部２２ａ〜第四伝熱部２２ｄの各上流端部２３ａ〜２３ｄ及び各下流端部２４ａ〜２４ｄと、連結配管２１、給水配管５１及び配出配管５０とは、ケーシング１０の外部において連結接続されている。このように、各伝熱部２２ａ〜２２ｄと連結接続される配管類について、連結接続する部位をケーシング１０の外部とすることにより、たとえ連結部位から水漏れが生じたとしても、ケーシング１０内での水漏れが生じないようにして、ケーシング１０内に流体が溜まってしまうようなことがないように構成している。
【００３３】
また、図２及び図３に示されるように、これらの第一伝熱部２２ａ〜第四伝熱部２２ｄは、隣り合う他の伝熱部と同軸上に多重に配置され多重構造とされている。具体的には、第一伝熱部２２ａの下流側の半分の部位は、第二伝熱部２２ｂの上流側の半分の部位内に挿入された位置に配置されている。そして第二伝熱部２２ｂから第三伝熱部２２ｄまでも順次同様に配置されている。
【００３４】
このようにして伝熱管２０を構成する各伝熱部２２ａ〜２２ｄが形成されることにより、伝熱管２０の表面積を格段に増加させることができる。よって、排ガスからの熱回収の効率を極めて高く向上させることができる。また、円錐スパイラル形状に形成され、ケーシング１０内において、大径となる側の伝熱部の端部をケーシング１０内の上流側に、小径となる側の伝熱部の端部をケーシング１０内の下流側に配設することにより、流通する排ガスが、煙突２内の下流側に行くにしたがって、各伝熱部２２ａ〜２２ｄの下流側の小径部の内側に、煙突２の軸心に向かって渦を巻くようにすることができる。そしてさらに、この小径部からその先端方向に排出された排ガスは、小径部の外周から煙突２内周面に向かって拡散するように排出される。よって、各伝熱部２２ａ〜２２ｄの内周面及び外周面により均等に排ガスを拡散することができ、排ガスから伝熱部２２ａ〜２２ｄへの熱伝達をより円滑にすることができ、排熱の回収効率をより一層向上させることができる。また、伝熱管２０全体として、軸方向において短くすることが容易となり、伝熱管２０、ひいてはケーシング１０をコンパクトにすることができる。また、多重構造とすることにより、ケーシング１０内の径方向における伝熱管２０の配設位置が分散され、より均等に配設されることになる。よって、同じ大きさのケーシング１０内に配設する場合において、ケーシング１０内を流通する排ガスが伝熱管２０に均等に接しやすくなり、排熱の回収効率を向上させることが容易となる。また、給水配管５１と配出配管との間に各伝熱部２２ａ〜２２ｄを直列に接続することにより、伝熱管２２ａ〜２２ｄ内部の流体をより高温とさせて取得することができる。なお、もっとも下流側の第四伝熱部２２ｄのみ、その小径部の外径を他の第一伝熱部２２ａ〜第三伝熱部２２ｃの小径部の外径よりも大きくするなど、円錐スパイラル形状を他の形状に変更することとしてもよく、本考案にいう「円錐スパイラル形状」の伝熱部は、このような種々の形状の円錐スパイラル形状を含むものである。
【００３５】
ついで別の実施の形態の伝熱管について説明する。図４に示されるのは、第一の実施の形態の伝熱管２０と異なり、各伝熱部２２ａ〜２２ｄを給水配管５１及び配出配管５０に対して並列接続した伝熱管２０‘である。具体的には、第一伝熱部２２ａ〜第四伝熱部２２ｄの各上流端部２３ａ〜２３ｄは給水配管５１にそれぞれ接続され、第一伝熱部２２ａ〜第四伝熱部２２ｄの各下流端部２４ａ〜２４ｄは配出配管５０にそれぞれ接続されている。このように給水配管５１及び配出配管５０に対して各伝熱部２２ａ〜２２ｄを並列に接続することにより、各伝熱部２２ａ〜２２ｄにおける排熱の交換効率を向上させ、伝熱管２０全体での熱回収の効率をより向上させることができる。
【００３６】
本考案は上記した実施の形態に限られるものではなく、本考案の主旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記した実施の形態では伝熱部を４つとしたが、他の数に変更することも可能である。第一の手段の伝熱管では、各伝熱部が円錐スパイラル形状以外のスパイラル形状、例えば円筒状のスパイラル形状とされるものも含む。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本考案の排熱回収システムの伝熱管及び排熱回収システムは、例えば、宿泊施設等の浴室の給湯等、簡易ボイラー、小型ボイラー、ゴミ焼却設備等の燃焼機関の排熱を利用するために広く用いることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１：煙突構造、２：煙突、１０：ケーシング、１１：挿入口、１２：挿出口、１３：点検窓、１４：ドレンバルブ、１５：フランジ、１７：補助ケーシング、２０，２０‘：伝熱管、２１：連結配管、２２ａ〜２２ｄ：第一伝熱部〜第四伝熱部、２３ａ〜２３ｄ：上流端部、２４ａ〜２４ｄ：下流端部、３０：液体導入制御手段、３１：電磁弁、３２：バルブ、３３：制御部、３４：配線、３５：コントロール盤、４０：配水温度測定手段、５０：配出配管、５１：給水配管、５２：補助タンク、５３：加圧ポンプ、５４；温度計（給水温度測定用温度計）、６０：貯留槽、７０：ボイラー、８０：排ガスの流通方向、１００：排熱回収システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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