(57)【要約】【課題】製作コストが安価な排熱回収装置を提供することを目的とする。【解決手段】排ガス導入管７が接続されるガス導入口２および排ガス導出管８が接続されるガス導出口３が設けられるとともに熱回収用の温水が供給される伝熱管４が配置された熱交換室５を有する熱回収器６と、排ガス導入管７と排ガス導出管８との間に設けられて熱回収器６をバイパスするバイパス管９と、排ガス導入管７側に設けられて当該排ガス導入管７より導入される排ガスを熱交換室５側とバイパス管９側とのいずれかに切り替える切替ダンパー１０とが具備された排熱回収装置１において、上記熱交換室５内に冷却用空気を供給するための冷却空気供給管１３を接続したものであり、熱回収を必要としない場合に、冷却空気供給管より冷却用空気を熱交換室内に供給した後、ガス導出口から排ガス導出管に放出するようにして、熱交換室にリークする熱を冷却するようにしたもの。【選択図】　　　図１
2004125312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス導入管が接続されるガス導入口および排ガス導出管が接続されるガス導出口が設けられるとともに被加熱流体が供給される伝熱管が配置された熱交換室を有する熱回収器と、上記排ガス導入管と排ガス導出管との間に設けられて上記熱回収器をバイパスするバイパス管と、上記排ガス導入管側に設けられて当該排ガス導入管より導入される排ガスを熱交換室側とバイパス管側とのいずれかに切り替える切替器とが具備された排熱回収装置において、
上記熱交換室内に冷却用空気を供給するための冷却空気供給管を接続したことを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
伝熱管に被加熱流体が供給されない場合に、冷却空気供給管より冷却用空気を熱交換室内に供給するとともにガス導出口から排ガス導出管を経て外部に放出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロガスタービンから排出される排ガスの熱を回収するための排熱回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、マイクロガスタービンを使用した小規模発電設備が設置されるとともに、この小規模発電設備には、マイクロガスタービンから排出される排ガスを回収するための排熱回収装置が設けられている。
【０００３】
ところで、図３に示すように、この排熱回収装置５１は、上部に排ガスを導入するガス導入口５２および下部に排ガスを導出するガス導出口５３が設けられるとともに内部に伝熱管５４が配置された熱交換室５５を有する熱回収器５６と、上記ガス導入口５２側に接続された排ガス導入管５７と、上記ガス導出口５３側に接続された排ガス導出管５８と、これら排ガス導入管５７と排ガス導出管５８とを接続して上記熱交換室５５をバイパスするバイパス管５９と、上記排ガス導入管５７におけるガス導入口５２とバイパス管５９との接続部分に設けられて排ガスをガス導入口５２側およびバイパス管５９側のいずれかに切り替える切替板６０ａを有する切替ダンパー６０と、上記伝熱管４と熱需要個所側に設けられた熱交換部との間で熱回収用の被加熱水である温水を循環させる被加熱水供給配管６１と、この被加熱水供給配管６１の送り管部６１ａと戻り管部６１ｂとの間に接続されるとともに途中に循環用水ポンプ６２、ラジエータ６３および電磁開閉弁６４が設けられて伝熱管５４にて奪った熱を放出する放熱用管路である放熱用循環管６５とから構成されている。
【０００４】
上記構成において、熱需要箇所において熱需要がある場合、切替ダンパー６０の切替板６０ａがガス導入位置（ハ）にされて、高温の排ガスが熱交換室５側に導かれ、伝熱管５４内を流れる温水を加熱する。この加熱された高温水が熱需要箇所に供給されて熱回収が行われる。しかし、熱需要箇所において熱需要がない場合、切替ダンパー６０の切替板６０ａがバイパス位置（ニ）に切り替えられて、ガス導入口６２を閉塞して熱交換室５５内に排ガスが流入しないようにされる。
【０００５】
このように、切替ダンパー６０にて排ガスが熱交換室５５に流入しないようにされているが、どうしても、切替板６０ａの閉塞部分にて排ガスのリークが生じるとともに、熱回収器５６自体にて伝わる熱、および排ガス導出管５８からガス導出口５３を経て熱交換室５５内に回り込む排ガスにより、熱交換室５５内が高温に曝されるため、その保護用として、伝熱管５４内を流れる温水を放熱用循環管６５に導き、熱交換室５５内にリークする熱をラジエータ６３より放出していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−４９４４号公報（公報第２頁〜第３頁の段落番号［０００６］および［０００７］，図６および図７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると、熱需要がない場合、すなわち熱回収が行われない場合に対処するために、熱交換室５５内の熱を放出するための水ポンプ６２、ラジエータ６３などの放熱用機器を必要とし、しかも高温の排ガスが排ガス導出管５８からガス導出口５３を経て熱交換室５５内に回り込むのを防止することができないため、どうしても、大きい放熱能力を必要とし、製作コストが高くつくという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、製作コストが安価な排熱回収装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の排熱回収装置は、排ガス導入管が接続されるガス導入口および排ガス導出管が接続されるガス導出口が設けられるとともに被加熱流体が供給される伝熱管が配置された熱交換室を有する熱回収器と、上記排ガス導入管と排ガス導出管との間に設けられて上記熱回収器をバイパスするバイパス管と、上記排ガス導入管側に設けられて当該排ガス導入管より導入される排ガスを熱交換室側とバイパス管側とのいずれかに切り替える切替器とが具備された排熱回収装置において、
上記熱交換室内に冷却用空気を供給するための冷却空気供給管を接続したものであり、
また上記排熱回収装置において、伝熱管に被加熱流体が供給されない場合に、冷却空気供給管より冷却用空気を熱交換室内に供給するとともにガス導出口から排ガス導出管を経て外部に放出するようにしたものである。
【００１０】
上記の構成によると、排ガスのバイパス時に、熱交換室内に冷却用空気を供給して熱交換器側にリークする熱を冷却することにより、例えばリークする熱を伝熱管内を流れる温水にてその熱を奪うようにしたものに比べると、放熱用管路に設けられる水ポンプ、ラジエータなどの構成機器を不要にすることができる。また、熱交換室側に冷却用空気が供給されることから、バイパス管への切替部分において熱交換室側にリークする排ガスおよびガス導出口側から熱交換室内に回り込む排ガスを殆ど無くすことができるので、熱交換室側にリークする熱量を大幅に減らすことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る排熱回収装置を、図１および図２に基づき説明する。
【００１２】
本実施の形態における排熱回収装置は、排熱回収ボイラーともいい、例えばマイクロガスタービンを用いた小規模発電設備に設けられて、このマイクロガスタービンから排出される高温の排気ガス（以下、排ガスという）の熱を利用して、例えば高温水を得るとともにこの高温水を熱需要箇所に供給するためのものである。
【００１３】
すなわち、図１に示すように、この排熱回収装置１は、上部に排ガスを導入するためのガス導入口２および下部に排ガスを導出するガス導出口３が設けられるとともに内部に伝熱管４が配置された熱交換室５を有する熱回収器６と、上記ガス導入口２に接続された排ガス導入管７と、上記ガス導出口３に接続された排ガス導出管８と、これら排ガス導入管７と排ガス導出管８とを接続して上記熱交換室５をバイパスするバイパス管９と、上記排ガス導入管７のガス導入口２部分とバイパス管９との接続箇所に設けられて排ガスをガス導入口２側およびバイパス管９側のいずれかに切り替える切替板１０ａを有する切替ダンパー（切替器）１０と、途中に電磁開閉弁１１が設けられるとともに送風ファン１２に接続されて上記熱交換室５に冷却用空気を供給するための冷却空気供給管１３とから構成されている。なお、上記伝熱管４には、熱需要個所との間で熱回収用の温水（被加熱水）を循環させる被加熱水供給配管１４が接続されている。
【００１４】
上記構成において、熱需要箇所にて熱需要（熱負荷）がある場合、切替ダンパー１０の切替板１０ａがガス導入位置（イ）にされて、高温の排ガスが熱交換室５側に導かれ、伝熱管４内を流れる温水を加熱することにより熱回収が行われる。そして、この高温水が熱需要箇所に送られて、熱の有効利用が図られる。
【００１５】
一方、熱需要箇所にて熱需要（熱負荷）がない場合、すなわち熱回収を行わない場合、切替ダンパー１０の切替板１０ａがバイパス位置（ロ）に切り替えられるとともに、電磁開閉弁１１が開かれて送風ファン１２からの冷却用空気が熱交換室５内に供給される。
【００１６】
この冷却用空気により、熱交換室５側にリークする熱、例えば熱交換器６自体にて伝わる熱が冷却されるとともに、この冷却用空気はガス導出口３より排ガス導出管８側に流出して外部に放出される。すなわち、熱交換室５内に供給される冷却用空気により、切替ダンパー１０における切替板１０ａの閉塞部分に生じる隙間からリークする高温の排ガス、および排ガス導出管８からガス導出口３を経て熱交換室５内に回り込む（流入する）排ガスを殆ど無くすことができる。
【００１７】
ここで、空気により熱交換室５内を１００℃以下（熱交換室内を通過した空気の温度で、例えば７０℃、８０℃および９０℃である場合）に冷却する際のリーク熱量と送風ファンの風量との関係を計算により求めた結果を図２に示す。
【００１８】
従来のように、伝熱管を用いて冷却を行う場合、すなわち空気にて冷却を行わない場合には、熱交換室側にリークする熱量は、例えば２０００ｋｃａｌ／ｈｒ以上と非常に多いが、冷却用空気を吹き込む場合には、切替ダンパーの切替板における閉鎖部分からの排ガスのリークおよびガス導出口３からの排ガスの回り込みが殆ど無くなるため、熱回収器６自体にて伝わる熱（リーク熱）だけとなる。この熱量は、例えば７００ｋｃａｌ／ｈｒとかなり少ないため、図２のグラフに示すように、熱交換室を通過する空気温度が８０℃〜９０℃である場合における冷却用空気量は、１ｍ３／ｍｉｎ程度で済む。
【００１９】
このように、熱回収を行わないバイパス時においては、冷却用空気が熱交換室５内に供給されるだけであるため、バイパス時に制御を必要とするのは電磁開閉弁１１だけとなり、非常に簡単な制御で済み、さらに切替ダンパー１０の切替板１０ａにおける閉塞部分での排ガスのリークおよびガス導出口３からの排ガスの回り込みが殆ど無くなるため、リーク熱量が大幅に減じられ、したがって冷却用空気の供給量も少なくて済むため、空気供給機器の容量も小さくなり、非常に経済的となる。また、切替ダンパー１０については、シール性能が必ずしも高いものでなくてもよいため、さらなる製作コストの低減化に繋がる。
【００２０】
すなわち、上記の構成によると、排ガスのバイパス時に、熱交換室５内に冷却用空気を供給して熱交換室５側にリークする熱を冷却（空冷）するようにしたので、従来のように、リークする熱を伝熱管内を流れる温水にてその熱を奪うようにしたものに比べると、放熱用循環管に設けられる水ポンプ、ラジエータなどの構成機器を不要にすることができるので、製作コストの低減化を図ることができる。さらに、熱交換室５側に冷却用空気が供給されることから、切替ダンパー１０での切替部分において、熱交換室５側にリークする排ガス量および排ガス導出管８側から熱交換室５内に回り込む排ガス量を殆ど無くすことができるので、熱交換室５側にリークする熱量が大幅に減少し、したがって冷却用空気供給機器の容量の小型化を図ることができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態においては、排ガス導出口３に排ガス導出管８が接続されている説明したが、図１では、熱回収器６の側部に排ガス導出口３に連通する連通路が設けられた構成となっているが、この連通路を排ガス導出管８の一部として説明したものである。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明の排熱回収装置の構成によると、排ガスのバイパス時に、熱交換室内に冷却用空気を供給して当該熱交換室側にリークする熱を冷却するようにしたので、従来のように、リークする熱を伝熱管内を流れる温水にてその熱を奪うようにしたものに比べると、放熱用管路に設けられる水ポンプ、ラジエータなどの構成機器を不要にすることができ、製作コストの低減化を図ることができ、さらに熱交換室側に冷却用空気が供給されることから、バイパス管への切替部分において熱交換室側にリークする排ガスおよびガス導出口側から熱交換室内に回り込む排ガスを殆ど無くすことができるので、熱交換室側にリークする熱量が大幅に減少し、したがって冷却用空気供給機器の容量の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排熱回収装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同排熱回収装置におけるリーク熱量と送風ファンの風量との関係を示すグラフである。
【図３】従来例に係る排熱回収装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　排熱回収装置
２　　　ガス導入口
３　　　ガス導出口
４　　　伝熱管
５　　　熱交換室
６　　　熱回収器
７　　　排ガス導入管
８　　　排ガス導出管
９　　　バイパス管
１０　　　切替ダンパー
１０ａ　　切替板
１２　　　送風ファン
１３　　　冷却空気供給管
【図１】
2004125312.tif 000003
【図２】
2004125312.tif 000004
【図３】
2004125312.tif 000005