(57)【要約】【課題】送風機の大型化を抑制でき、駆動コストを低減できる排気再循環方式のボイラ装置を提供すること。【解決手段】ボイラ装置１は、燃料を燃焼させて給水を加熱するボイラ本体１０と、ボイラ本体で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路２０と、先端側がボイラ本体１０に接続され、ボイラ本体１０に燃焼用空気を供給する給気路３０と、給気路３０の基端側に接続され給気路３０に燃焼用空気を送り込む送風機４０と、排気路２０を流通する排ガスの一部を送風機４０に循環させる排気循環路５０と、排気循環路５０を流通する排ガスと給気路３０を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う熱交換器６０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させて給水を加熱するボイラ本体と、
前記ボイラ本体で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、
先端側が前記ボイラ本体に接続され、前記ボイラ本体に燃焼用空気を供給する給気路と、
前記給気路の基端側に接続され前記給気路に燃焼用空気を送り込む送風機と、
前記排気路を流通する排ガスの一部を前記送風機に循環させる排気循環路と、
前記排気循環路を流通する排ガスと前記給気路を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えるボイラ装置。
【請求項２】
前記ボイラ本体に水素ガスを含む燃料ガスを供給する水素ガス供給ラインを更に備える請求項１に記載のボイラ装置。
【請求項３】
前記熱交換器は、燃焼用空気の入口及び出口が配置された側が上方に位置し、排ガスの入口及び出口が配置された側が下方に位置するように傾斜して配置される複数のヒートパイプを含んで構成される請求項２に記載のボイラ装置。
【請求項４】
前記熱交換器は、プレート式熱交換器により構成される請求項２に記載のボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ装置に関する。より具体的には、排ガスの一部を給気側に循環させて燃焼用空気として用いる排気再循環方式のボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ本体において燃料ガスが燃焼されて発生した排ガスの一部を給気側に循環させて外気（空気）に所定の割合で混合し、この混合された混合気を燃焼用空気として燃料ガスを燃焼させる排気再循環方式のボイラ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなボイラ装置によれば、酸素濃度の低下した排ガスを給気側に再循環させることで、燃料ガスの燃焼温度を低下させられ、その結果、排ガス中に含まれるＮＯＸの濃度を低下させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６９１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ボイラ装置においては、燃焼用空気は、送風機によりボイラ本体に送り込まれる。ここで、排気再循環方式のボイラ装置では、送風機は、外気と共に外気よりも高温の排ガスを吸引することとなる。そのため、燃料ガスの燃焼量に対応した所定の量（質量）の燃焼用空気を供給する場合、排気再循環方式のボイラ装置では、外気のみを燃焼用空気として用いるボイラ装置に比して送風機の出力を大きくする必要があり、送風機が大型化すると共に、送風機の駆動コストが上昇してしまう。
【０００５】
従って、本発明は、送風機の大型化を抑制でき、駆動コストを低減できる排気再循環方式のボイラ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料を燃焼させて給水を加熱するボイラ本体と、前記ボイラ本体で燃料が燃焼されて発生した排ガスを排出する排気路と、先端側が前記ボイラ本体に接続され、前記ボイラ本体に燃焼用空気を供給する給気路と、前記給気路の基端側に接続され前記給気路に燃焼用空気を送り込む送風機と、前記排気路を流通する排ガスの一部を前記送風機に循環させる排気循環路と、前記排気循環路を流通する排ガスと前記給気路を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えるボイラ装置に関する。
【０００７】
また、ボイラ装置は、前記ボイラ本体に水素ガスを含む燃料ガスを供給する水素ガス供給ラインを更に備えることが好ましい。
【０００８】
また、前記熱交換器は、燃焼用空気の入口及び出口が配置された側が上方に位置し、排ガスの入口及び出口が配置された側が下方に位置するように傾斜して配置される複数のヒートパイプを含んで構成されることが好ましい。
【０００９】
また、前記熱交換器は、プレート式熱交換器により構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のボイラ装置によれば、送風機の大型化を抑制でき、駆動コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラ装置を示す図である。
【図２】ヒートパイプ方式の熱交換器の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】プレート式熱交換器の一実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のボイラ装置１の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のボイラ装置１は、水を加熱して蒸気の生成を行う蒸気ボイラであり、負荷機器（図示省略）に蒸気を供給する。また、本実施形態のボイラ装置１は、排ガスの一部を給気側に循環させて燃焼用空気として用いる排気再循環方式のボイラ装置１である。尚、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のボイラ装置１は、ボイラ本体１０と、排気路２０と、給気路３０と、送風機４０と、排気循環路５０と、熱交換器としての空気加熱器６０と、給水ライン７０と、給水加熱器８０と、燃料供給ライン９０と、を備える。
【００１４】
ボイラ本体１０は、燃料を燃焼させて給水を加熱することで蒸気を生成する。ボイラ本体１０は、外形を構成する円筒形状の缶体１１と、この缶体１１の上部に配置されるバーナ１２と、を備える。缶体１１は、複数の水管、下部ヘッダ、上部ヘッダ、及び燃焼室（いずれも図示せず）を含んで構成される。
【００１５】
排気路２０は、ボイラ本体１０で燃料が燃焼されて発生した排ガスを外部に排出する。排気路２０の基端側は、缶体１１の周面に接続される。排気路２０の先端側は、上方に延びる。
【００１６】
給気路３０は、ボイラ本体１０に燃焼用空気を供給する。給気路３０の先端側は、ボイラ本体１０の上部に接続される。給気路３０の基端側は、下方に延びる。
【００１７】
送風機４０は、ボイラ本体１０の側部における下部に配置される。送風機４０は、給気路３０の基端側に接続され、給気路３０に燃焼用空気を送り込む。送風機４０は、ファンと、このファンを回転させるモータと、インバータと、を含んで構成される。送風機４０は、インバータに入力される周波数に応じてモータの回転数を調整可能になっている。
【００１８】
排気循環路５０は、排気路２０と送風機４０とを接続する。排気循環路５０は、排気路２０を流通する排ガスの一部を送風機４０側に循環させる。即ち、本実施形態では、送風機４０は、外気及び排気循環路５０から供給される排ガスを吸引し、これら外気と排ガスとの混合気を燃焼用空気として給気路３０に送り込む。
排気循環路５０には、ダンパ５１が配置される。ダンパ５１は、開度を変更することで排気循環路５０を流通して送風機４０に循環される排ガスの流量を調整する。
【００１９】
空気加熱器６０は、排気循環路５０を流通する排ガスと給気路３０を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う。本実施形態では、空気加熱器６０は、図２に示すように、筐体６１と、この筐体６１の内部に配置される複数のヒートパイプ６２と、筐体６１の内部を区画する隔壁６３と、を備える。
【００２０】
筐体６１は空気加熱器６０の外形を構成し、平面視において矩形の直方体状に形成される。筐体６１の長手方向の一端側には、燃焼用空気の入口６４及び出口６５が形成される。また、筐体６１の長手方向の他端側には、排ガスの入口６６及び出口６７が形成される。燃焼用空気の入口６４は、筐体６１の下面に形成され、出口６５は、筐体６１の上面に形成される。また、排ガスの入口６６は、筐体６１の上面に形成され、出口６７は、筐体６１における下面に形成される。
【００２１】
複数のヒートパイプ６２は、両端が閉止された円筒状の本体６２１と、この本体６２１の外周に、本体６２１の長手方向に所定間隔をあけて取り付けられる複数のフィン６２２と、を備える。本体６２１の内部には、作動流体（揮発性の液体）が密閉される。
複数のヒートパイプ６２は、筐体６１の長手方向に沿って、かつ、燃焼用空気の入口６４及び出口６５が配置された側が上方に位置するように傾斜して配置される。
【００２２】
隔壁６３は、筐体６１の長手方向の中央部に配置され、筐体６１の内部空間を長手方向に２つに区画する。隔壁６３には、複数のヒートパイプ６２が挿通可能な複数の貫通穴が形成される。即ち、筐体６１の内部は、隔壁６３により、下から上に燃焼用空気が流通する空間と、上から下に排ガスが流通する空間とに区画される。
【００２３】
以上の空気加熱器６０によれば、複数のヒートパイプ６２の内部に収容された液体状態の作動流体は、排ガスによって加熱されて気化し、燃焼用空気が流通する側に移動する（上昇する）。また、気化した作動流体は、燃焼用空気により冷却されて液化し、排ガスが流通する側に移動する（下降する）。これにより、燃焼用空気と排ガスとの熱交換が行われる。
【００２４】
給水ライン７０は、基端側が給水源（図示せず）に接続され、先端側がボイラ本体１０（下部ヘッダ）に接続される。給水ライン７０は、ボイラ本体１０に蒸気を生成するための水を供給する。
【００２５】
給水加熱器８０は、排気路２０における排気循環路５０との接続部よりも上流側（下方）に配置される。給水加熱器８０は、ボイラ本体１０から排出され排気路２０を流通する排ガスと、給水ライン７０を流通する給水との間で熱交換を行い、給水を加熱する。
【００２６】
燃料供給ライン９０は、ボイラ本体１０に燃料ガスを供給する。ボイラ本体１０に供給される燃料ガスとしては、プロパンガスや都市ガス等の炭化水素ガスや、プラント等の運転時に副産物として生成される水素ガス、又はこれらの混合ガスを用いることができる。本実施形態では、燃料供給ライン９０は、水素ガスを含む燃料ガスが流通する水素ガス供給ラインにより構成される。
【００２７】
次に、本実施形態のボイラ装置１の動作について説明する。
ボイラ装置１においては、ボイラ本体１０の内部には、給気路３０から燃焼用空気が供給されると共に、燃料供給ライン９０から燃料ガスが供給されて燃料ガスが燃焼される。また、缶体１１の内部に配置された複数の水管には、給水ライン７０から給水が行われており、燃料ガスを燃焼させることにより発生した熱により、給水が加熱され蒸気が生成される。
【００２８】
燃料ガスの燃焼により生じた燃焼ガスは、排ガスとして排気路２０を流通する。排気路２０を下方から上方に向かって流通する排ガスは、給水加熱器８０において給水ライン７０を流通する水との間で熱交換を行い、給水を加熱する。給水加熱器８０において熱交換を行って温度が低下した排ガスの一部は、排気循環路５０を流通し、残りは外部に排出される。
【００２９】
排気循環路５０を流通する排ガスは、空気加熱器６０において、給気路３０を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行い、燃焼用空気を加熱する。空気加熱器６０において熱交換を行って更に温度が低下した排ガスは、送風機４０に供給され、外気と共に給気路３０に送り込まれる。
これにより、給気側に循環された排ガスと外気とが所定の割合で混合され、この混合された混合気を燃焼用空気として燃料ガスが燃焼される。
【００３０】
以上説明した本実施形態のボイラ装置１によれば、以下のような効果が奏される。
【００３１】
（１）ボイラ装置１を、排気路２０を流通する排ガスの一部を送風機４０に循環させる排気循環路５０と、この排気循環路５０を流通する排ガスと給気路３０を流通する燃焼用空気との間で熱交換を行う空気加熱器６０と、を含んで構成した。これにより、排気循環路５０を流通する排ガスを、燃焼用空気と熱交換させて温度を低下させた状態で送風機４０に循環させられる。よって、温度を低下させて排ガスの体積を減少させた状態でこの排ガスを送風機４０に吸引させられるので、排気再循環方式のボイラ装置１において送風機４０の大型化を抑制でき、また、送風機４０の駆動コストの増加を抑制できる。また、排ガスの熱を燃焼用空気に与えられるので、ボイラ効率を好適に保てる。
【００３２】
特に、水素ガスを燃料ガスとして用いた場合、都市ガス等の炭化水素ガスを燃料ガスとして用いた場合に比して燃焼温度が高くなり、排ガス中のＮＯＸ濃度が上昇する傾向にある。そのため、循環させる排ガスの量を増加させてＮＯＸ濃度を低下させることが求められる。しかしながら、高温の排ガスの循環量を増加させると、送風機４０の出力をより増加させる必要があり、送風機４０が一層大型化してしまう。このように、排ガスの循環量が増加してしまう環境においては、空気加熱器６０により排ガスの温度を低下させて送風機４０に供給する本発明のボイラ装置１によれば、送風機４０の大型化をより効果的に抑制できる。
【００３３】
（２）空気加熱器６０を、複数のヒートパイプ６２を含んで構成し、これら複数のヒートパイプ６２を、燃焼用空気の入口及び出口が配置された側が上方に位置し、排ガスの入口及び出口が配置された側が下方に位置するように傾斜させて配置した。これにより、ヒートパイプ式の空気加熱器６０を用いることで熱交換器をよりコンパクトに構成でき、また、ヒートパイプ６２を傾斜させて配置することで、燃焼用空気及び排ガスの流路を複雑化することなく効率的な熱交換を行わせられる。
【００３４】
以上、本発明のボイラ装置１の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、空気加熱器６０をヒートパイプ方式の熱交換器により構成したが、これに限らない。即ち、空気加熱器を、図３に示すように、プレート式熱交換器６０Ａにより構成してもよい。
【００３５】
図３に示すプレート式熱交換器６０Ａは、上下フローパターンを有するプレート式の空気加熱器であり、このプレート式熱交換器６０Ａにおける燃焼用空気の入口６４Ａ及び出口６５Ａは、プレート式熱交換器６０Ａの長手方向の一端側に設けられ、排ガスの入口６６Ａ及び出口６７Ａは、長手方向の他端側に設けられる。尚、図３においては、プレート式熱交換器６０Ａは、燃焼用空気及び排ガスの流路を説明するために、内部の詳細構造を省略し模式的に記載したものである。
【００３６】
これにより、空気加熱器をプレート式熱交換器６０Ａにより構成しても、給気路３０及び排気循環路５０それぞれにおけるプレート式熱交換器６０Ａを挟む部分を直線上に配置できる。よって、給気路３０及び排気循環路５０の配管の取り回しを複雑化することなくボイラ装置１を構成できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ボイラ装置
１０  ボイラ本体
２０  排気路
３０  給気路
４０  送風機
５０  排気循環路
６０  空気加熱器（熱交換器）
６０Ａ  プレート式熱交換器
６２  ヒートパイプ
６４  燃焼用空気の入口
６５  燃焼用空気の出口
６６  排ガスの入口
６７  排ガスの出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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