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公開番号2024048618
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-09
出願番号2022154633
出願日2022-09-28
発明の名称熱交換器
出願人日本製鉄株式会社,JFEスチール株式会社,株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F28F 3/08 20060101AFI20240402BHJP(熱交換一般)
要約【課題】工場や製鉄所等で発生する排ガスから大量の熱を回収するのに適して、熱交換効率に優れた高性能な熱交換器を提供する。
【解決手段】熱を有した気体と熱回収媒体である液体との熱交換を行う熱交換コアと、熱交換コアへ気体を導入する気体導入口と、熱交換コアから気体を排出する気体排出口と、熱交換コアへ液体を導入する液体導入口と、熱交換コアから液体を排出する液体排出口とを備えた熱交換器であって、前記熱交換コアは、ストレート型コルゲートフィンと、オフセット型コルゲートフィンとが、仕切り板を介して交互に複数積層されており、気体導入口から導入された気体は、ストレート型コルゲートフィンに対して順方向に流れて気体排出口から排出され、液体導入口から導入された液体は、オフセット型コルゲートフィンに対して交差方向に流れて液体排出口から排出される熱交換器である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
熱を有した気体と熱回収媒体である液体との熱交換を行う熱交換コアと、
熱交換コアへ気体を導入する気体導入口と、
熱交換コアから気体を排出する気体排出口と、
熱交換コアへ液体を導入する液体導入口と、
熱交換コアから液体を排出する液体排出口と、
を備えた熱交換器であって、
前記熱交換コアは、第１の方向に対して山部と谷部とが交互に形成されると共に、第１の方向と直交する第２の方向に対して山部と谷部がそれぞれ連続して連なるストレート型コルゲートフィンと、
第１の方向に対して山部と谷部とが交互に形成されると共に、第１の方向と直交する第２の方向に対して所定のピッチで山部の一部が谷部側に迫り出したオフセット部を有するオフセット型コルゲートフィンとが、仕切り板を介して交互に複数積層されており、
気体導入口から導入された気体は、ストレート型コルゲートフィンの第２の方向に沿って流れて、気体排出口から排出され、
液体導入口から導入された液体は、オフセット型コルゲートフィンの第１の方向に沿って流れて、液体排出口から排出されることを特徴とする、熱交換器。
続きを表示（約 260 文字）【請求項２】
前記熱交換コアは、ストレート型コルゲートフィンの第２の方向とオフセット型コルゲートフィンの第１の方向とが揃うようにして、これらが交互に複数積層されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記気体が、排熱温度４００℃以下の低品位排ガスである、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
化学吸収法によりＣＯ
２
を吸収させたＣＯ
２
吸収液を加熱するための熱源回収に用いられるものである、請求項１又は２に記載の熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱を有した気体と熱回収媒体である液体との熱交換を行う熱交換器に関するものである。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
地球温暖化に対する取り組みとして二酸化炭素（CO
2
）の削減が求められている。ＣＯ
２
の排出抑制や省エネ技術の開発といった抜本的な対策に加えて、排出されたＣＯ
２
を分離回収する技術が検討されており、例えば、鉄鋼プロセスにおいて大気放散されるようなＣＯ
２
への対策として重要になる。
【０００３】
ＣＯ
２
を分離回収する技術として、化学吸収法や物理吸着法が知られている。このうち、化学吸収法では、アミン等のアルカリ性水溶液（化学吸収液）とＣＯ
２
含有ガスとを接触させ、化学吸収液にＣＯ
２
を選択的に吸収させた後、ＣＯ
２
を吸収したＣＯ
２
吸収液を吸収液再生設備である再生塔で加熱して、高純度のＣＯ
２
を分離回収する。また、物理吸着法では、吸着剤にＣＯ
２
を選択的に吸着させた後、減圧操作によって吸着させたＣＯ
２
を高純度で分離回収する。
【０００４】
現在、環境調和型プロセス技術の開発／水素還元等プロセス技術の開発（COURSE 50）において、ＣＯ
２
の分離回収に関しては、所定の粗鋼生産量の一貫製鉄所をモデルとしながら、そこから放散されるＣＯ
２
の回収目標量が随時定められている。また、化学吸収法によるＣＯ
２
の分離回収では、例えば、これまでの研究開発によりＣＯ
２
の回収に必要なＣＯ
２
吸収液の加熱温度の低温化が実現され、１１５℃の飽和蒸気を用いることが可能になっている。
【０００５】
ところが、化学吸収法でのＣＯ
２
の回収のためにＣＯ
２
吸収液を加熱するには、極めて大量の熱が必要になる。そのために化石燃料を用いたのでは、地球温暖化対策にはならない。また、物理吸着法の場合にも、減圧操作に必要な真空ポンプの駆動等に電力が必要になるが、その電力を従来の方法で供給するのでは解決策にならない。そのため、これらのエネルギーを賄うために、未利用排熱の活用とそれを安価に行うことができる方法の実現とが求められている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、熱を有した気体と熱回収媒体である液体との熱交換を行う熱交換器に係る発明が記載されている。すなわち、気体と液体との熱交換を行う熱交換コアに対して液体を分配して導入する分配部と、該熱交換コアから液体を集合させる集合部とを備えて、これらの分配部と集合部とが所定方向から見て熱交換コアと重なるようにし、また、分配部に液体を導入する導入ヘッダと、集合部から液体を排出する排出ヘッダとは、熱交換コアを挟んで反対側に位置して、尚且つ、所定方向から見てこれらが重ならないようにし、更には、分配部及び集合部の形状について、液体の導入・排出方向に関して分配部は断面積が単調減少する形状とし、集合部は断面積が単調増加する形状となるようにした熱交換器が提案されている。
【０００７】
一般に、工場や製鉄所等で発生する排ガスから熱回収を行う場合、排ガスは体積流量が多く、送風のためのブロア動力も大きくなってしまうことから、排ガス側の圧力損失をできるだけ小さくするのが有利である。一方で、熱回収媒体となる液体側は、熱交換コアへの導入や排出において分配／集合が必要になり、これらは位置的に排ガスの流れと重なることから、分配部や集合部はできるだけコンパクトな構造にするのが望ましい。
【０００８】
上述した特許文献１に記載の熱交換器ではこれらが考慮されており、また、例えば４００℃以下といった比較的低温の排ガスから熱回収を行うのに適したものとなっている。しかし、大量の熱を排ガスから回収するためには、更なる高性能な熱交換器についての検討が必要になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１７－２０７２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような状況のもと、本発明者らは、プレートフィン型の熱交換器に着目した。すなわち、気体の熱を液体に移動させるのに用いられる熱交換器として、一般には、フィンチューブ型の熱交換器とプレートフィン型の熱交換器とが知られているところ、フィンチューブ型の熱交換器は液体の流量均一性を得やすいものの、熱交換効率の点で劣る。これに対して、プレートフィン型では、液体の流量均一性を得るのが難しいものの、熱交換効率の点では有利であると考えられる。気体と液体との熱交換においては、これらの流体が均等に流動したときに、その熱交換器は最大効率を発揮する。すなわち、交換熱量が最も大きくなり、高効率な熱交換が達成できることから、流量均一性を得ることは重要な課題である。
（【００１１】以降は省略されています）

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