JP2018031565A - Heat exchanger and heat exchange system - Google Patents
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Abstract
【課題】中間媒体の循環によらず、被加熱流体と熱源との間で好適に熱交換を行い得る熱交換器及び熱交換システムを提供する。【解決手段】排熱を含んだ加熱流体(排気ガス)Gが流通する排熱ラインの途中に設置されて加熱流体(排気ガス)Gを内部に通す放熱側シェル4と、該放熱側シェル4の内部に配置されて加熱流体(排気ガス)Gからの熱を回収するヒートシンク5と、を備えた放熱側ユニット2と、放熱側シェル4に隣接して配置された受熱側シェル6と、該受熱側シェル6の内部に被加熱流体(LNG)Lを流通させる加熱ライン8と、該加熱ライン8に接続され且つヒートシンク5と隣接するよう配置された受熱フィン7と、を備えた受熱側ユニット3と、ヒートシンク5と受熱フィン7との間に挟み込まれた伝熱板9とを備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchanger and a heat exchange system capable of suitably exchanging heat between a fluid to be heated and a heat source regardless of the circulation of an intermediate medium. SOLUTION: A heat radiating side shell 4 is installed in the middle of an exhaust heat line through which a heating fluid (exhaust gas) G containing exhaust heat flows, and the heating fluid (exhaust gas) G is passed through the inside, and the heat radiating side shell 4. A heat sink unit 2 provided with a heat sink 5 arranged inside the heat sink 5 for recovering heat from the heating fluid (exhaust gas) G, a heat receiving side shell 6 arranged adjacent to the heat radiating side shell 4, and the heat receiving side shell 6. A heat receiving side unit including a heating line 8 for circulating a fluid to be heated (LNG) L inside a heat receiving side shell 6 and a heat receiving fin 7 connected to the heating line 8 and arranged adjacent to a heat sink 5. 3 and a heat transfer plate 9 sandwiched between the heat sink 5 and the heat receiving fins 7 are provided. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、液化天然ガス等の流体を加熱するための熱交換器、及びこれを用いた熱交換システムに関する。 The present invention relates to a heat exchanger for heating a fluid such as liquefied natural gas, and a heat exchange system using the heat exchanger.
一般に、液化天然ガス(LNG)を燃料として利用する際には、低温で貯蔵されたLNGを加熱して気化させる必要があり、この際、LNGの加熱には、空気や水といった流体を熱源として利用するオープンラック式の熱交換器や、別の熱源からの熱を水等の中間媒体の循環によりLNGに伝達する中間媒体式の熱交換器が用いられている。 Generally, when liquefied natural gas (LNG) is used as a fuel, it is necessary to heat and vaporize LNG stored at a low temperature. At this time, for heating LNG, a fluid such as air or water is used as a heat source. An open rack type heat exchanger to be used and an intermediate medium type heat exchanger that transfers heat from another heat source to the LNG by circulating an intermediate medium such as water are used.
こうした熱交換器に関する一般的技術水準を示す文献としては、例えば、下記の特許文献1等がある。 As a document showing a general technical level related to such a heat exchanger, for example, there is Patent Document 1 below.
しかしながら、オープンラック式の熱交換器を利用する場合、LNGの気化のための直接の熱源として周辺環境中の空気や水を利用するので、加熱の効率は空気や水の温度に依存する。したがって、天候等の条件によってLNGの気化量が変動し、外気温や海水温が低い時季には気化量が減少するという問題がある。 However, when an open rack type heat exchanger is used, air and water in the surrounding environment are used as a direct heat source for vaporizing LNG, so that the efficiency of heating depends on the temperature of air and water. Therefore, the vaporization amount of LNG varies depending on conditions such as the weather, and there is a problem that the vaporization amount decreases in the season when the outside air temperature and the seawater temperature are low.
一方、中間媒体式の熱交換器では、LNGと熱交換した後の中間媒体を再加熱する熱源が別途必要であり、この熱源にかかるランニングコストが発生してしまう。その他、中間媒体を循環させるためのポンプ等も設置する必要があり、このポンプにも初期費用や、動力やメンテナンスのためのコストが発生する。また、LNGの熱交換器の場合、中間媒体は通常、一種類だけでなく、例えば一次媒体としての不凍液と、二次媒体としての水といった複数種類が必要である。そして、熱源から一次媒体、二次媒体、さらにLNGへと効率良く熱を伝達させるための流路構成は非常に複雑なものとならざるを得ず、建造やメンテナンスにかかるコストが膨れ上がってしまう。熱源として、例えば発電設備等の排熱を利用することもできるが、その場合でも、熱源のコストは削減できても、ポンプや中間媒体の流路に関する問題はやはり解消できない。 On the other hand, the intermediate medium type heat exchanger requires a separate heat source for reheating the intermediate medium after heat exchange with LNG, and a running cost for the heat source is generated. In addition, it is necessary to install a pump for circulating the intermediate medium, and this pump also generates initial costs, costs for power and maintenance. In the case of an LNG heat exchanger, the intermediate medium usually requires not only one type but also a plurality of types such as an antifreeze liquid as a primary medium and water as a secondary medium. In addition, the flow path configuration for efficiently transferring heat from the heat source to the primary medium, the secondary medium, and LNG must be very complicated, and the cost for construction and maintenance will increase. . For example, exhaust heat from a power generation facility or the like can be used as a heat source. However, even in such a case, even if the cost of the heat source can be reduced, problems related to the flow path of the pump and the intermediate medium cannot be solved.
尚、ここではLNGを気化させるための熱交換器を例に説明したが、LNGに限らず流体一般を加熱するための熱交換器について、同様の問題は広く存在し得る。例えば、化学プラント等において液化エチレンを気化するために用いられる熱交換器等でも事情は同じである。 In addition, although the heat exchanger for vaporizing LNG was demonstrated here as an example, the same problem may exist widely about the heat exchanger for heating not only LNG but general fluid. For example, the situation is the same in a heat exchanger or the like used for vaporizing liquefied ethylene in a chemical plant or the like.
本発明は、斯かる実情に鑑み、中間媒体の循環によらず、被加熱流体と熱源との間で好適に熱交換を行い得る熱交換器及び熱交換システムを提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention is intended to provide a heat exchanger and a heat exchange system that can suitably exchange heat between a fluid to be heated and a heat source regardless of the circulation of the intermediate medium.
本発明は、排熱を含んだ加熱流体が流通する排熱ラインの途中に設置されて加熱流体を内部に通す放熱側シェルと、該放熱側シェルの内部に配置されて加熱流体からの熱を回収するヒートシンクと、を備えた放熱側ユニットと、前記放熱側シェルに隣接して配置された受熱側シェルと、該受熱側シェルの内部に被加熱流体を流通させる加熱ラインと、前記加熱ラインに接続され且つ前記ヒートシンクと隣接するよう配置された受熱フィンと、を備えた受熱側ユニットと、前記ヒートシンクと前記受熱フィンとの間に挟み込まれた伝熱板とを備えた熱交換器にかかるものである。 The present invention includes a heat dissipating side shell that is installed in the exhaust heat line through which the heating fluid containing exhaust heat circulates and allows the heating fluid to pass through the inside, and the heat dissipating side shell disposed inside the heat dissipating side shell. A heat-dissipating unit comprising a heat sink to be recovered; a heat-receiving side shell disposed adjacent to the heat-dissipating-side shell; a heating line for circulating a fluid to be heated in the heat-receiving-side shell; and the heating line A heat exchanger including a heat receiving side unit including a heat receiving fin connected and arranged adjacent to the heat sink, and a heat transfer plate sandwiched between the heat sink and the heat receiving fin. It is.
本発明の熱交換器においては、前記受熱側シェル内に熱媒体を充填することができる。 In the heat exchanger of the present invention, the heat receiving side shell can be filled with a heat medium.
また、本発明は、上述の熱交換器を備えた熱交換システムにかかるものである。 The present invention also relates to a heat exchange system including the above-described heat exchanger.
本発明の熱交換システムは、前記排熱ラインに前記放熱側ユニットを迂回するバイパスラインを備えると共に、前記受熱側ユニットの温度を監視し、該受熱側ユニットの温度に応じて前記バイパスラインを開閉し、前記放熱側シェルに流れる加熱流体の流量を調整するよう構成することができる。 The heat exchange system of the present invention includes a bypass line that bypasses the heat radiation side unit in the exhaust heat line, monitors the temperature of the heat reception side unit, and opens and closes the bypass line according to the temperature of the heat reception side unit. And it can comprise so that the flow volume of the heating fluid which flows into the said thermal radiation side shell may be adjusted.
本発明の熱交換システムは、前記受熱側ユニットの温度を監視し、該受熱側ユニットの温度に応じて前記加熱ラインに流れる被加熱流体の流量を調整するよう構成することもできる。 The heat exchange system of the present invention can be configured to monitor the temperature of the heat receiving side unit and adjust the flow rate of the heated fluid flowing in the heating line according to the temperature of the heat receiving side unit.
本発明の熱交換システムは、前記受熱側シェルに安全弁を介して抜出装置を備え、前記受熱側シェル内の圧力の上昇に伴い前記安全弁が開弁して前記受熱側シェル内の流体を前記抜出装置へ放出するよう構成することができる。 The heat exchange system of the present invention is provided with an extraction device via a safety valve in the heat receiving side shell, and the safety valve opens as the pressure in the heat receiving side shell increases, and the fluid in the heat receiving side shell It can be configured to discharge to an extraction device.
本発明の熱交換システムを具体的に実施するにあたっては、前記加熱ラインに流入する被加熱流体は液化天然ガスとし、前記放熱側シェルに流入する加熱流体は、前記受熱側ユニットにて気化したガスを利用する放熱設備からの排気ガスとすることができる。 In concrete implementation of the heat exchange system of the present invention, the heated fluid flowing into the heating line is liquefied natural gas, and the heated fluid flowing into the heat radiating side shell is gas vaporized in the heat receiving side unit. The exhaust gas from the heat dissipating equipment using
本発明の熱交換器及び熱交換システムによれば、中間媒体の循環によらず、被加熱流体と熱源との間で好適に熱交換を行い得るという優れた効果を奏し得る。 According to the heat exchanger and the heat exchange system of the present invention, it is possible to achieve an excellent effect that heat exchange can be suitably performed between the heated fluid and the heat source regardless of the circulation of the intermediate medium.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1、図2は本発明の実施による熱交換器の形態の一例を示しており、図3はこれを用いた熱交換システムの一例を示している。 1 and 2 show an example of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows an example of a heat exchange system using the heat exchanger.
熱交換器1は、図1に示す如く、ガスタービンやガスエンジン(図示せず)といった高熱の熱源からの排熱を回収するための放熱側ユニット2と、該放熱側ユニット2から熱を受け取ってLNG等の被加熱流体Lを加熱する受熱側ユニット3を備えてなる。 As shown in FIG. 1, the heat exchanger 1 receives a heat from the heat radiating side unit 2 and a heat radiating side unit 2 for recovering exhaust heat from a high heat source such as a gas turbine or a gas engine (not shown). And a heat receiving side unit 3 for heating the heated fluid L such as LNG.
放熱側ユニット2は、排熱を含んだ熱源としての加熱流体Gが流通する排熱ライン(排気ダクト)11の途中に備えられており、排気ガスGを通す放熱側シェル4の内部に、排気ガスGの熱を回収するヒートシンク5を備えている。尚、ここでは加熱流体Gは図示しないガスタービンやガスエンジンからの排気ガスである。
The heat radiating side unit 2 is provided in the middle of a heat exhaust line (exhaust duct) 11 through which a heating fluid G as a heat source including exhaust heat flows, and exhaust gas is exhausted inside the heat radiating
ヒートシンク5は、伝熱体としての金属製のプレート5aを排気ガスGの流れに沿って複数備えてなり、プレート5aの間を排気ガスGが通過する際に該排気ガスGと接触し、これと熱交換して熱を受け取るようになっている。ここでは排気ガスGの流れが水平方向に沿っている場合を例示しており、ヒートシンク5を構成するプレート5aは水平方向に沿った面をなして積層されている。
The heat sink 5 is provided with a plurality of
ここで、伝熱体5aとしては平板状のプレートを図示しているが、伝熱体5aの構成はこれに限定されない。例えば、排気ガスGとの接触面積を稼ぐために、波型プレートやパンチングメタル、金網等として構成しても良いし、また、プレート以外にも、排気ガスGの流路内に突出する棒あるいはチューブとして構成することもできる。また例えば、放熱側シェル4内に充填された金属製の繊維とすることもできる。いずれにしても、伝熱体5aとしては、熱交換効率や排気ガスGの圧力損失、熱交換器1全体としてのサイズ等の種々の要素を考慮し、適していると思われる構成を選択すれば良い。
Here, although a flat plate is illustrated as the
すなわち、熱交換器1の性能という観点からは、伝熱体5aには加熱流体としての排気ガスGからできるだけ多くの熱を回収することが要求され、そのためには排気ガスGとの接触面積を大きくすることが有効である。一方で、排気ガスGの流れが大きく滞ることは避けなくてはならず、圧力損失を小さくするために、伝熱体5aは、排気ガスGの流れを必要以上に妨げない形状あるいは大きさとする必要がある。また、放熱側ユニット2ないし熱交換器1全体があまり巨大にならないよう、なるべくコンパクトに配置できる大きさとすることが望ましい。さらに、伝熱体5aには排気ガスGの流通に伴って煤等が堆積するため、清掃等のメンテナンスを簡単にする形状であることが望ましい。熱交換器1を実施するにあたっては、こういった種々の要素を勘案し、被加熱流体(LNG)Lを加熱する性能を十分に確保しつつ、加熱流体(排気ガス)Gの圧力損失をなるべく抑えるよう、伝熱体5aを設計すれば良い。
That is, from the viewpoint of the performance of the heat exchanger 1, the
受熱側ユニット3は、受熱側シェル6内に伝熱体として複数の金属製のプレート7aで構成される受熱フィン7を備えており、該受熱フィン7のプレート7aには、受熱側シェル6内に被加熱流体Lを流通させる加熱ライン8の配管が貫通するように一体的に接続されている。本実施例の場合、加熱ライン8は、図1、図2に示す如く、受熱側シェル6の下部に備えた入口8aから水平方向に沿って導入された後三本に分かれ、受熱側シェル6内を側面視でS字型の流路をなすように折り返しながら上方へ向かい、受熱側シェル6の上部に備えられた出口8bの手前で再び一本に合流した後、該出口8bから受熱側シェル6の外部へ導かれる。受熱側シェル6内に備えた受熱フィン7の各プレート7aは、鉛直方向に沿った面をなして配列されており、加熱ライン8は、受熱側シェル6内を蛇行しつつ受熱フィン7の各プレート7aを複数回貫通するようになっている。こうして、加熱ライン8と受熱フィン7との接触面積をなるべく大きく確保し、受熱フィン7からの熱が加熱ライン8に効率良く伝わるようにしている。
The heat receiving side unit 3 includes
受熱フィン7を構成する伝熱体7aは、ここに挙げたプレート状に限らず、上述したヒートシンク5の伝熱体5aと同様、棒状、チューブ状、繊維状、その他種々の形状を取り得る。また、加熱ライン8も、ここに例示した以外に種々の流路構成を取り得る。いずれにしても、受熱フィン7と加熱ライン8との間で十分な接触面積を確保し、熱交換を効率良く行い得る構成となっていれば良い。
The
放熱側ユニット2の外殻をなす放熱側シェル4と、受熱側ユニット3の外殻をなす受熱側シェル6は隣接して配置されており、放熱側シェル4と受熱側シェル6とは互いに伝熱板9を介して接している。そして、伝熱板9は放熱側シェル4においてヒートシンク5に接続され、受熱側シェル6において受熱フィン7に接続されている。言い換えると、ヒートシンク5と受熱フィン7とは、間に伝熱板9を挟み込む形で隣接している。
The heat
伝熱板9は、放熱側シェル4と受熱側シェル6を互いに隔離し、且つ放熱側シェル4及び受熱側シェル6の圧力に耐える強度を有している必要がある。一方、ヒートシンク5から受熱フィン7への伝熱性の点では、伝熱板9はなるべく薄い方が良いが、素材は金属であれば数10mm程度までの厚さならさほどの問題はないと考えられる。伝熱板9をステンレス鋼で構成した場合、厚さは例えば5mm〜10mm程度であれば、強度と伝熱性の両方を満足し得る。
The
ここで、図1中には伝熱板9を一枚の板として図示しているが、伝熱板9の構成はこれに限定されない。例えば、伝熱板9をヒートシンク5側と受熱フィン7側の二枚にて構成し、一方の伝熱板9の片面にヒートシンク5を構成する伝熱体5aを溶接し、他方の伝熱板9の片面に受熱フィン7を構成する伝熱体7aを溶接した上で、両伝熱板9同士を接合することもできる。また、その際、例えば放熱側シェル4と受熱側シェル6の間の仕切板を両伝熱板9同士の間に挟み込むようにすることもできる。この場合、前記仕切板が伝熱板9の一部を兼ねる格好になるが、前記仕切板が金属であれば伝熱性の面で機能的な問題はない。あるいは、伝熱板9自体によって放熱側シェル4と受熱側シェル6の間の仕切板を構成する(言い換えると、該仕切板の全面が伝熱板9として機能するよう構成する)こともできる。その他、伝熱板9は、十分な伝熱性を有し、且つ放熱側シェル4と受熱側シェル6の隔離性を妨げない限りにおいて、種々の構成を取り得る。
Here, in FIG. 1, the
加熱ライン8を取り巻く受熱側シェル6内の空間は密閉されており、加熱ライン8に万一の漏出が発生した際に被加熱流体Lを外部環境へ漏洩させないようになっている。この受熱側シェル6内の空間には、必要に応じて伝熱板9から受熱フィン7ないし加熱ライン8への熱伝達を補助するよう、熱媒体が充填される。熱媒体としては、例えば窒素等の不活性ガスや、油脂等の液体を用いることができる。
The space in the heat receiving
ヒートシンク5、受熱フィン7、伝熱板9は、十分な強度や耐熱性、及び熱伝導性を有する材質にて構成され、例えばステンレス鋼を用いることができる。より熱伝導性の高い材料として、例えばアルミニウム合金を使用しても良いが、融点がステンレス鋼と比較して低いため、あまり高温になる部分には不向きである。また、高い耐熱性が要求される場合には例えば高クロム鋼を用いても良いが、こちらは低温で脆くなる性質がある。そこで、例えば高温となるヒートシンク5ないし伝熱板9には高クロム鋼を用い、低温の被加熱流体(LNG)Lと接触する受熱フィン7はアルミニウムを用いて構成するといったことも考えられる。ただし、この場合には異種金属同士の接触による腐食の発生が懸念されるので、その意味では全体をステンレス鋼で構成する方が容易である(尤も、加熱流体Gが天然ガスを燃焼させた排気ガスである場合には、腐食性の物質をほとんど含まないので、腐食の問題はあまり発生しないとも考えられる)。いずれにしても、ヒートシンク5、受熱フィン7、伝熱板9の材質としては、種々の条件を考慮して適した材料を選択すれば良い。
The heat sink 5, the
図3は上述の如き熱交換器1を用いた熱交換システムの構成の一例を示している。熱交換器1のうち、放熱側ユニット2の外殻を構成する放熱側シェル4は、例えば天然ガスをエネルギー源として使用する発電プラント等である放熱設備10の排熱ライン(排気ダクト)11の途中に設けられる。排熱ライン(排気ダクト)11中には放熱設備(発電プラント)10からの排熱を含む加熱流体(排気ガス)Gが流通しており、この排気ガスGが放熱側シェル4内を通過するようになっている。
FIG. 3 shows an example of the configuration of a heat exchange system using the heat exchanger 1 as described above. Of the heat exchanger 1, the heat
また、排気ダクト11には放熱側ユニット2を迂回するようバイパスライン12が備えられており、該バイパスライン12の途中にはバイパス弁13が備えられ、バイパスライン12を必要に応じて開閉できるようになっている。
Further, the
そして、上述の如く、放熱側ユニット2に隣接するように受熱側ユニット3が備えられており、該受熱側ユニット3の外殻をなす受熱側シェル6に被加熱流体(LNG)Lの流通する加熱ライン8が通されている。
As described above, the heat receiving side unit 3 is provided so as to be adjacent to the heat radiating side unit 2, and the fluid to be heated (LNG) L flows through the heat receiving
加熱ライン8の上流側は、被加熱流体Lを貯蔵する被加熱流体タンク14に導入ライン15を介して接続されており、ここから液体の状態の被加熱流体Lが導入されて受熱側シェル6内を通過する間に加熱され、気化する。気化した被加熱流体Lは、本実施例の場合、供給ライン16から発電プラントである放熱設備10に供給され、燃料として利用される。導入ライン15の途中には流量調整弁17が備えられており、被加熱流体タンク14から加熱ライン8へ導入される被加熱流体Lの流量をここで調整できるようになっている。
The upstream side of the
受熱側ユニット3の適宜位置には、圧力センサ18及び温度センサ19が備えられ、受熱側ユニット3内の状態を監視できるようになっている。圧力センサ18は、例えば受熱側シェル6の適宜箇所に取り付けられ、受熱側シェル6内の圧力を検出するようになっている。温度センサ19は、例えば受熱側シェル6内の伝熱板9や、受熱フィン7を構成するプレート7a、加熱ライン8等の適宜位置に取り付けられた熱電対である。尚、図3中では圧力センサ18や温度センサ19の取付位置は受熱側シェル6付近に図示されているが、これはあくまで概略図であって、圧力センサ18や温度センサ19は受熱側ユニット3の圧力や温度が適切に把握できる限りどこに取り付けられていても良い。圧力センサ18で検出された圧力値、及び温度センサ19で検出された温度値は、それぞれ圧力信号18a、温度信号19aとして、例えば放熱設備10に設置された制御装置20へ送られる。
A
また、制御装置20は、バイパス弁13に開閉信号13aを入力し、バイパス弁13の開閉を指示してバイパスライン12への排気ガスGの流入を操作すると共に、流量調整弁17に開度信号17aを入力し、流量調整弁17の開度を介して被加熱流体タンク14から送られる被加熱流体Lの流量を調整するようにもなっている。
Further, the
そして、制御装置20では、上述の圧力信号18aや温度信号19aにより受熱側ユニット3の状態を監視し、これに基づいて放熱側シェル4に流れ込む排気ガスGの流量や、加熱ライン8に流れる被加熱流体Lの流量を管理するようになっている。具体的には、制御装置20には圧力信号18aや温度信号19aが時々刻々入力されているが、ここで、例えば温度信号19aとして検出される温度が所定の基準値以上となった場合に、制御装置20から開閉信号13aによりバイパス弁13を開弁する指令が入力されてバイパスライン12が開通し、放熱側シェル4に流れ込む排気ガスGが減少してヒートシンク5の受け取る熱が減少し、受熱側ユニット3の温度が低下することになる。あるいは、温度が基準値以上となった場合、開度信号17aにより流量調整弁17の開度を大きくする指令が入力され、被加熱流体タンク14からの被加熱流体Lの導入が増加することで受熱側ユニット3の温度を低下させるようにしても良い。また、場合によってはこの二通りの処理を併用することもできる。こうして、受熱側ユニット3における温度や被加熱流体(LNG)Lの加熱量ないし気化量を適切に管理することができる。
Then, the
また、圧力信号18aとして検出される圧力が急速に上昇した場合には、制御装置20から流量調整弁17の開度をゼロにするよう開度信号17aを入力し、被加熱流体タンク14からの被加熱流体Lの導入を停止するようにすることもできる。
Further, when the pressure detected as the
尚、図示は省略するが、本実施例の熱交換システムでは、上記した圧力センサ18や温度センサ19の他、種々のセンサ類を適宜位置に備えても良い。例えば、排熱ライン11における放熱側ユニット2の前後に圧力センサを設置して制御装置20にて監視し、差圧が所定以上に上昇した場合にヒートシンク5の清掃を促す警告を発するよう構成することができる。また、導入ライン15や供給ライン16に温度センサや圧力センサを設置し、被加熱流体Lの温度や圧力を監視しながら流量を管理するよう構成しても良い。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, in the heat exchange system of a present Example, you may provide various sensors other than the above-mentioned
また、本実施例の場合、受熱側シェル6に安全弁21を介して受熱側シェル6内の圧力を逃がすための非常用の抜出装置22を設置している。安全弁21は、受熱側シェル6内の圧力の上昇に伴って開弁し、受熱側シェル6内の流体を抜出装置22へ放出するようになっている。すなわち、受熱側シェル6内の圧力が異常に高まった場合には、加熱ライン8の破損等による該加熱ライン8からの被加熱流体Lの漏出が懸念されるので、漏出した被加熱流体Lを処理するために抜出装置22側へと抜き出すようにしている。抜出装置22は、例えばベントスタックやフレアスタック、あるいは被加熱流体Lを貯留するタンク等であり、この抜出装置22において、被加熱流体Lを含む流体は安全に処理される。
In the case of the present embodiment, an
このように、本実施例においては、通常であれば排気ガスGと共に大気中に廃棄している熱エネルギーを、排熱ライン(排気ダクト)11途中に備えた熱交換器1の放熱側ユニット2にて回収し、被加熱流体(LNG)Lの気化に利用するようにしている。排熱を有効に利用するので、被加熱流体Lの加熱のための燃料等が不要であり、ランニングコストを抑えることができる。また、周辺環境の空気や水を熱源とするオープンラック式の熱交換器を用いる場合と比較して、気温や海水温等の影響を受けにくい。 As described above, in this embodiment, the heat-dissipation side unit 2 of the heat exchanger 1 provided with the heat energy normally disposed in the atmosphere together with the exhaust gas G in the middle of the exhaust heat line (exhaust duct) 11. And used for vaporization of the heated fluid (LNG) L. Since exhaust heat is used effectively, fuel for heating the fluid L to be heated is unnecessary, and running costs can be reduced. Further, compared to the case of using an open rack heat exchanger that uses air or water in the surrounding environment as a heat source, it is less susceptible to the influence of air temperature, seawater temperature, and the like.
その際、加熱流体(排気ガス)Gと被加熱流体Lとの熱交換に中間媒体を使用せず、ヒートシンク5と受熱フィン7及び伝熱板を介した静的な熱交換によって被加熱流体Lを加熱するようにしているので、中間媒体を循環させる複雑な配管や、動力としてのポンプが不要である。したがって、建造にかかる初期コストを削減できると共に、ポンプの動力にかかるランニングコストや、メンテナンスのための手間等を低減することができる。
At that time, the intermediate fluid is not used for heat exchange between the heated fluid (exhaust gas) G and the heated fluid L, and the heated fluid L is obtained by static heat exchange via the heat sink 5, the
また、本実施例の熱交換システムにおいて、被加熱流体LはLNGであり、熱交換器1にてLNGから気化された天然ガスは発電プラントである放熱設備10で利用され、放熱設備10からの排熱を被加熱流体Lの加熱に利用するようになっているので、放熱設備10及びこれに付随する熱交換システムの全体をエネルギー面で効率化することができる。
Further, in the heat exchange system of the present embodiment, the fluid L to be heated is LNG, and the natural gas evaporated from LNG in the heat exchanger 1 is used in the
この際、放熱設備10における燃料としてLNGを気化した天然ガスを使用しているため、例えば石炭等を燃料に用いる場合と比較して加熱流体である排気ガスGが清浄である。したがって、該排気ガスGが流通する放熱側ユニット2に腐食等が発生しにくく、また清掃等のメンテナンスの手間も低減することができる。
At this time, since natural gas obtained by vaporizing LNG is used as the fuel in the
放熱設備10は、ここでは発電プラントとして説明しているが、これに限らず、本発明の熱交換システムは、他にも化学プラントや種々の工場等、排熱を含んだ加熱流体Gが発生し得る設備であれば広く適用し得る。また、上述の実施例では熱交換器1にて被加熱流体(LNG)Lを気化したガスを放熱設備10で利用するよう構成しているが、必ずしもこのような構成を取る必要はなく、加熱後の被加熱流体Lを利用する設備と、被加熱流体Lを加熱するための排熱を発生する設備(放熱設備10)とは別々の設備であっても良い。被加熱流体LもLNGに限らず、例えば液化エチレン等でも良く、加熱を要する流体であれば液体・気体を問わず広く利用し得る。加熱流体Gにも同様に種々の流体を適用することができ、例えば放熱設備10が排熱を温水として排出する設備であれば、この温水を加熱流体Gとして利用することが可能である。
Although the
また、上述の実施例では放熱側シェル4内を加熱流体(排気ガス)Gが水平方向に沿って流通し、受熱側シェル6内では加熱ライン8がS字状に蛇行し、該加熱ライン8の入口8aから被加熱流体Lが水平方向に沿って導入され、出口8bから水平方向に沿って放出される場合を例に説明したが、放熱側シェル4や加熱ライン8の構成はこれに限定されず、種々の配置や形態を取り得る。例えば、図示は省略するが、排熱ライン(排気ダクト)11が鉛直方向に沿って延設されている場合、この途中に放熱側ユニット2を備え、該放熱側ユニット2に隣接して受熱側ユニット3を備えた構成とすることもできる。その場合、ヒートシンク5を構成する伝熱体5aがプレート状に形成されているとすれば、該プレートである伝熱体5aは鉛直方向に沿った面をなして配置されることになる。またその際、加熱ライン8は受熱側シェル6内を蛇行させず、受熱側シェル6の下部に備えた入口8aから導入された被加熱流体Lを受熱側シェル6内で直線的に上方向へ導き、受熱側シェル6の上部に備えた出口8bから抜き出す構成としても良い。その他、放熱側シェル4やヒートシンク5、加熱ライン8等は、被加熱流体Lを好適に加熱できる限りにおいて種々の構成を取り得る。
In the above-described embodiment, the heating fluid (exhaust gas) G circulates in the heat
以上のように、上記本実施例の熱交換器1は、加熱流体(排気ガス)Gを内部に通す放熱側シェル4内に加熱流体(排気ガス)Gからの熱を回収するヒートシンク5を備えた放熱側ユニット2と、受熱側シェル6内に被加熱流体(LNG)Lを流通させる加熱ライン8及びこれに接続された受熱フィン7を備えた受熱側ユニット3と、前記ヒートシンク5と前記受熱フィン7との間に挟み込まれた伝熱板9とを備えているので、熱交換に中間媒体を使用せず、ヒートシンク5と受熱フィン7及び伝熱板9を介した静的な熱交換によって被加熱流体Lを効率良く加熱することができる。中間媒体を循環させる配管やポンプが不要であり、建造にかかる初期コストや燃料等のランニングコスト、メンテナンスのための手間等を低減することができる。また、排熱を有効に利用するので、加熱のための燃料等も不要であり、周辺環境の温度等の影響を受けにくい。
As described above, the heat exchanger 1 of the present embodiment includes the heat sink 5 that recovers heat from the heating fluid (exhaust gas) G in the heat
また、本実施例の熱交換器1においては、前記受熱側シェル6内に熱媒体を充填することができ、このようにすれば、伝熱板9から受熱フィン7ないし加熱ライン8への熱伝達を補助することができる。
Further, in the heat exchanger 1 of this embodiment, the heat receiving
また、本実施例の熱交換システムによれば、上述の熱交換器1を備えることにより、熱交換器1と同じ作用効果を得ることができる。 Moreover, according to the heat exchange system of a present Example, the same effect as the heat exchanger 1 can be acquired by providing the above-mentioned heat exchanger 1. FIG.
また、本実施例の熱交換システムは、前記排熱ライン(排気ダクト)11に前記放熱側ユニット2を迂回するバイパスライン12を備えると共に、前記受熱側ユニット3の温度を監視し、該受熱側ユニット3の温度に応じて前記バイパスライン12を開閉し、前記放熱側シェル4に流れる加熱流体(排気ガス)Gの流量を調整するよう構成することができ、このようにすれば、受熱側ユニット3における温度や被加熱流体(LNG)Lの加熱量を適切に管理することができる。
In addition, the heat exchange system of the present embodiment includes a
また、本実施例の熱交換システムは、前記受熱側ユニット3の温度を監視し、該受熱側ユニット3の温度に応じて前記加熱ライン8に流れる被加熱流体(LNG)Lの流量を調整するよう構成することができ、このようにしても、受熱側ユニット3における温度や被加熱流体(LNG)Lの加熱量を適切に管理することができる。
Further, the heat exchange system of the present embodiment monitors the temperature of the heat receiving side unit 3 and adjusts the flow rate of the heated fluid (LNG) L flowing in the
また、本実施例の熱交換システムは、前記受熱側シェル6に安全弁21を介して抜出装置22を備え、前記受熱側シェル6内の圧力の上昇に伴い前記安全弁21が開弁して前記受熱側シェル6内の流体を前記抜出装置22へ放出するよう構成することができ、このようにすれば、受熱側シェル6内で被加熱流体(LNG)Lの漏出が発生した際、該被加熱流体(LNG)Lが周辺環境へ漏洩することを防止して被加熱流体(LNG)Lを安全に処理することができる。
Further, the heat exchange system of the present embodiment is provided with an
また、本実施例の熱交換システムにおいては、前記加熱ライン8に流入する被加熱流体Lは液化天然ガス(LNG)であり、前記放熱側シェル4に流入する加熱流体(排気ガス)Gは、前記受熱側ユニット3にて気化したガスを利用する放熱設備(発電プラント)10からの排気ガスであるので、放熱設備10及びこれに付随する熱交換システムの全体をエネルギー面で効率化することができる。
In the heat exchange system of the present embodiment, the heated fluid L flowing into the
したがって、上記本実施例によれば、中間媒体の循環によらず、被加熱流体と熱源との間で好適に熱交換を行い得る。 Therefore, according to the present embodiment, heat exchange can be suitably performed between the heated fluid and the heat source regardless of the circulation of the intermediate medium.
尚、本発明の熱交換器及び熱交換システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the heat exchanger and heat exchange system of this invention are not limited only to the above-mentioned Example, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 熱交換器
2 放熱側ユニット
3 受熱側ユニット
4 放熱側シェル
5 ヒートシンク
6 受熱側シェル
7 受熱フィン
8 加熱ライン
9 伝熱板
10 放熱設備(発電プラント)
11 排熱ライン(排気ダクト)
12 バイパスライン
21 安全弁
22 抜出装置
G 加熱流体(排気ガス)
L 被加熱流体(LNG)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat exchanger 2 Heat radiation side unit 3 Heat
11 Waste heat line (exhaust duct)
12
L Heated fluid (LNG)
Claims (7)
前記放熱側シェルに隣接して配置された受熱側シェルと、該受熱側シェルの内部に被加熱流体を流通させる加熱ラインと、該加熱ラインに接続され且つ前記ヒートシンクと隣接するよう配置された受熱フィンと、を備えた受熱側ユニットと、
前記ヒートシンクと前記受熱フィンとの間に挟み込まれた伝熱板と
を備えた熱交換器。 A heat dissipating side shell installed in the exhaust heat line through which the heated fluid containing the exhaust heat flows and passing the heated fluid through the inside; a heat sink disposed inside the heat dissipating side shell and recovering heat from the heated fluid; , A heat dissipation side unit equipped with,
A heat receiving side shell disposed adjacent to the heat radiating side shell, a heating line through which a fluid to be heated flows in the heat receiving side shell, and a heat receiving member connected to the heating line and disposed adjacent to the heat sink. A heat-receiving-side unit comprising fins;
A heat exchanger comprising: a heat transfer plate sandwiched between the heat sink and the heat receiving fin.
前記受熱側ユニットの温度を監視し、該受熱側ユニットの温度に応じて前記バイパスラインを開閉し、前記放熱側シェルに流れる加熱流体の流量を調整するよう構成した、請求項3に記載の熱交換システム。 With a bypass line that bypasses the heat radiating side unit in the exhaust heat line,
The heat according to claim 3, wherein the temperature of the heat receiving side unit is monitored, the bypass line is opened and closed according to the temperature of the heat receiving side unit, and the flow rate of the heating fluid flowing through the heat radiating side shell is adjusted. Exchange system.
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- 2016-08-26 JP JP2016165824A patent/JP2018031565A/en active Pending
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