CN101313190B - 蒸汽热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种蒸汽热交换器(1)，其蒸汽加热管(4)包括冷凝传热管部分(11)和下侧的显热传热管部分(12)。在冷凝传热管部分(11)，作为加热对象的液体被潜热加热。配置在排水排出侧的疏水阀(8)或节流孔(13)的排水排出能力被设定成与蒸汽热交换器(1)在使用温度下的冷凝量相等。在冷凝传热管部分(11)热交换后产生的冷凝水进入下游侧的显热传热管部分(12)内，将显热传热管部分(12)保持在水密封状态。在该显热传热管部分(12)，作为加热对象的液体被显热加热。由于利用潜热和显热来进行热交换，因此可改善热交换效率，还可减少蒸汽使用量，可减小蒸汽产生源的负载。

Description

蒸汽热交换器
技术领域
本发明涉及一种适于在电镀加工中对加温处理槽进行加热时等使用的蒸汽热交换器，尤其涉及可利用显热以较少的蒸汽使用量高效地对加热对象物进行加热的蒸汽热交换器。
背景技术
在电镀加工等的工件的加温处理槽中，使用蒸汽加热管被配置在槽内的底面侧的结构的蒸汽热交换器，对放入储存着处理液的加热处理槽内的工件进行加热。图3和图4表示的是设置在开放型加热处理槽内的以往的蒸汽热交换器的例子。
图3所示的蒸汽热交换器100是提升装置式(lift fitting type)的蒸汽热交换器，在储存着处理液101的开放型加热处理槽102的底面附近位置具有以上下两段的形态蛇腹状来回的蒸汽加热管103。规定压力的蒸汽从锅炉等蒸汽供给源105经由蒸汽供给管104向蒸汽加热管103供给。通过蒸汽加热管103，利用供给来的蒸汽的潜热来与处理液101进行热交换。热交换后的蒸汽成为冷凝水(饱和水)而进入下侧的蒸汽加热管103a内，在经由该处后，从排水管106通过疏水阀(steam trap)107等排水排出装置进行回收。
图4所示的蒸汽热交换器200是从开放槽201的底部排出排水而无需提升装置的蒸汽热交换器的例子。该蒸汽热交换器200在开放槽201的侧部具有蒸汽供给口202和蒸汽排出口203，蒸汽加热管204从该处向槽内部水平地以U状延伸。在这种情况下也可利用流过蒸汽加热管204的蒸汽的潜热来与槽内的处理液205进行热交换。
在此，利用蒸汽的潜热来进行热交换的以往的蒸汽热交换器一般采用如下的构造和使用方法。
(1)由于蒸汽的冷凝热传递率高，因此冷凝水会顺畅地脱离传热面，传热面可在不被淹没的情况下始终被蒸汽覆盖。
(2)为了从蒸汽热交换器顺畅地排出冷凝水，考虑到起动负载，将疏水阀的排出能力设定成比蒸汽热交换器在使用温度下所需的冷凝量大，通常设定成一倍以上的排出能力。
(3)可用于热交换的蒸汽的蒸发热随着压力的上升而减少。因此，蒸汽热交换器以尽可能低的压力来运行。其结果是，在回收冷凝水时有时需要排水提升器、真空泵等排水回收装置。
(4)为了提高蒸汽热交换器的热效率，有时会设置利用从疏水阀排出的排水的预加热器。这种情况下，为了防止水锤作用而只能利用闪蒸蒸汽，此外，由于还存在排水回收管的压力限制，因此效果相对于费用而言常常较差。
(5)由于单位容积的蒸汽的热容量小，因此，在上升时间慢的蒸汽热交换器中，蒸汽的控制采用双位置控制即已足够。在位置比例控制中包括热交换器蒸汽部的真空现象，蒸汽部容易成为比疏水阀的背压低的压力。其结果是，排水很难顺畅地排出，常常导致位置比例控制失去意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将以往未利用的显热也加以利用、从而可高效地进行热交换的蒸汽热交换器。
本发明的管内流体为蒸汽的蒸汽热交换器，其特征在于，具有：冷凝传热部；以及在该冷凝传热部的下游侧形成的、水密封且流向确定的显热传热部。
在此，最好具有在所述显热传热部的下游端形成的规定孔径的节流孔。也可将节流孔形成在所述显热传热部的途中部位上。
这种情况下，最好将由所述节流孔限制的排水排出量设定成与所述蒸汽热交换器在使用温度下的蒸汽冷凝量相等。
此外，在所述显热传热部的下游端也可连接疏水阀等排水排出装置来代替节流孔。这种情况下也一样，最好将所述排水排出装置的排水排出量设定成与所述蒸汽热交换器在使用温度下的蒸汽冷凝量相等。
另一方面，本发明的蒸汽热交换系统，其特征在于，具有：开放型处理槽或压力槽、以及用于对储存在该开放型处理槽或压力槽内的处理液进行加热的蒸汽热交换器，蒸汽热交换器使用上述结构的蒸汽热交换器。
本发明的蒸汽热交换器除了冷凝传热部之外，还具有显热传热部，因此还可利用显热，可相应地增加热交换器的传热量，可减少蒸汽使用量。在此，若只是调节排水排出量，则排水会滞留在冷凝传热部而使传热面处于淹没状态，从而导致传热量明显减少，但本发明不会产生这种危害。
在送气中进入显热传热部的冷凝水会成为压缩水，送气中在显热传热部不存在气体部。若停止送气，则显热传热部内的压缩水有时会成为饱和水而再次进行蒸发，但会在开始送气而受到加压的同时再次冷凝。由此，即使电磁阀等一次侧蒸汽阀急速开闭，也不会产生水锤作用。
因此，采用本发明的蒸汽热交换器，可获得如下的作用效果。
(a)由于可在没有水锤作用危险的情况下将蒸汽的显热也加以利用，因此可高效地利用热量。其结果是，具有可减少一次侧蒸汽流量并减小锅炉等蒸汽产生源的负载的效果。
(b)通过考虑显热传热部的面积，可在不降低热效率的情况下在高压状态下使用蒸汽。因此，在排水回收侧不需要真空泵等排水回收设备，此外，还具有可减小蒸汽控制阀和蒸汽配管的口径的效果。
(c)通过考虑显热传热部的面积，可防止排水管内的再次蒸发。因此，可减小冷凝水管系的口径，此外，排水的温度也低，因此具有可大幅度降低冷凝水管系的散热损失的效果。
(d)通过考虑显热传热部的面积和安装位置，可使凝结水的温度下降到热交换器的使用温度以下。
(e)由于显热传热部的下游只存在压缩水，因此可在显热传热部的二次侧仅设置规定孔径的节流孔来代替疏水阀等排水排出装置。此外，作为节流孔的安装位置，若其不需要修理，则可设置在显热传热管部中。
附图说明
图1(a)是表示具有本发明的蒸汽热交换器的加热系统的概略结构图，图1(b)是使用节流孔来代替疏水阀时的说明图。
图2是表示具有本发明的蒸汽热交换器的加热系统的另一例的概略结构图。
图3是表示以往的蒸汽热交换器的概略结构图。
图4是表示以往的蒸汽热交换器的另一例的概略结构图。
图5是将升温试验结果的蒸汽使用比例和蒸汽曲线图一起表示的说明图。
图6是表示升温试验中的温度测量位置的说明图。
图7是表示在升温试验中使用样品B-3时在各测量位置上的温度变化的状态的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图对具有应用了本发明的蒸汽热交换器的蒸汽热交换系统的实施形态进行说明。
(实施形态1)
图1(a)是表示具有应用了本发明的蒸汽热交换器的蒸汽热交换系统的概略结构图。蒸汽热交换系统10A具有：蒸汽热交换器1、以及储存着作为加热对象的处理液2的开放型加热处理槽3。蒸汽热交换器1具有水平配置在加热处理槽3内部的底面附近的蛇管型蒸汽加热管4。在蒸汽加热管4的上游侧端部垂直竖立着蒸汽供给管5，规定温度的蒸汽从锅炉等蒸汽产生源6经由该蒸汽供给管5进行供给。在蒸汽加热管4的下游侧端部垂直竖立着排水管7，排水经由该排水管7和疏水阀8排出。
蒸汽加热管4包括：水平配置的上侧的多个冷凝传热管部分11、以及下侧的多个显热传热管部分12。冷凝传热管部分11使平行延伸的上下的多个配管部分11a、11b的两端彼此连接，在一侧的端部上连接着蒸汽供给管5的下端。冷凝传热管部分11的另一侧端部与位于下侧的显热传热管部分12的一端侧的部分相连，该显热传热管部分11的另一端侧的部分与垂直竖立的排水管7的下端相连。
在这种结构的蒸汽热交换器1中，在冷凝传热管部分11处，作为加热对象的液体被潜热加热。疏水阀8的排水排出能力被设定成与蒸汽热交换器1在使用温度下的冷凝量相等。由此，在冷凝传热管部分11处热交换后产生的冷凝水实质上不在该冷凝传热管部分11处积留就进入下游侧的显热传热管部分12内，将显热传热管部分12保持在水密封状态。在该显热传热管部分12处，作为加热对象的液体被显热加热。若在压力损失的允许范围内将显热传热管部分12设计成由列数尽可能少、口径尽可能小的管构成，则可减小传热面积，可经济地制作。
为了确认蒸汽热交换器1的效果，本发明人使用该蒸汽热交换器1和图3所示的以往的蒸汽热交换器100在各种条件下进行了升温试验。表1示出了升温试验的各样品A-1～A-3以及B-1～B-3的试验条件和试验结果。样品A-1～A-3使用了图3所示的以往结构的蒸汽热交换器100，样品B-1～B-3使用了图1所示的本实施例的蒸汽热交换器1。图5是将试验结果的部分蒸汽使用比例和蒸汽曲线图一起表示的说明图，图6是表示试验时的温度测量位置的说明图，图7是表示样品B-3在升温试验中在各测量位置上的温度变化的状态的曲线图。
[表1]
G：水量  G＝宽度(m)×纵深(m)×深度(m)×比重(kg/m3)
＝0.396×0.9×0.365×1000＝130(kg)
T1：水槽的初温T1＝20(℃)
T2：水槽的终温T2＝60(℃)
  样品   换热方式   蒸汽压力(MPa)   升温时间(分-秒)   蒸汽使用量(kg)   蒸汽使用比例(％)   排水排出侧
  A-1   现有方式   0.18   6’15”   13.64   100.0   圆盘疏水阀旁通阀-开
  A-2   现有方式   0.18   7’15”   11.79   86.4   圆盘疏水阀旁通阀-闭
  A-3   现有方式   0.18   10’30”   9.48   69.5   浮筒疏水阀合适节流孔
  B-1   新方式   0.18   5’40”   12.05   88.3   圆盘疏水阀旁通阀-闭
  B-2   新方式   0.18   6’10”   11.40   83.6   圆盘疏水阀旁通阀-闭
  B-3   新方式   0.18   6’30”   8.78   64.4   浮筒疏水阀合适节流孔
由试验结果可知，采用本实施例的蒸汽热交换器1，与以往相比，可大幅度减少升温所需的时间和蒸汽使用量，并确认了可利用显热来实现更高效的热交换。此外，由于排水温度也低，因此可大幅度减少冷凝水管系的散热损失。本实施例的试验是在升温时进行的，但若也考虑等温保持时，则可以明确，与以往的蒸汽热交换器相比，可大幅度减少蒸汽使用量。
在此，在本实施例中，作为排水排出装置使用的是疏水阀8。如图1(b)所示，也可使用规定孔径的节流孔13来代替疏水阀8。即，由于在显热传热管部分12及其下游侧只存在压缩水，因此可仅设置规定孔径的节流孔13来代替疏水阀8等排水排出装置。作为节流孔13的安装位置，若其不需要修理，则可设置于显热传热管部分12的途中位置。在使用节流孔13时，也可将孔径设定成使其排水排出能力与蒸汽热交换器1在使用温度下的冷凝量相等。
作为排水排出装置，还可以使用节流阀。本实施例的蒸汽热交换器也可应用于在压力槽中使用的蒸汽热交换器。
(实施形态2)
图2是表示具有应用了本发明的蒸汽热交换器的蒸汽热交换系统的另一例的概略结构图。蒸汽热交换系统10B具有：蒸汽热交换器20、以及储存着处理液21的立式开放槽22。蒸汽热交换器20包括：安装于开放槽22侧部的蒸汽供给口23和排出口24、从它们起向内部水平延伸的U状的冷凝传热管25、以及在该冷凝传热管25的下侧同样地向开放槽内部水平延伸的U状的显热传热管26。显热传热管26的上游端经由开放槽22外侧的配管27与排出口24连通，显热传热管26的下游端与疏水阀等排水排出装置28侧连通。
这种结构的蒸汽热交换系统10B中的蒸汽热交换器20也可获得与上述蒸汽热交换器1相同的作用效果。在蒸汽热交换器20中，其排水排出装置28也可以使用节流孔。此外，本实施例的蒸汽热交换器20也可应用于在压力槽中使用的蒸汽热交换器。

Claims (2)

1.一种蒸汽热交换系统，其特征在于，具有：蒸汽热交换器(1)、以及用于储存处理液(2)的开放型处理槽或压力槽，
所述蒸汽热交换器(1)具有：配置在所述开放型处理槽或压力槽的蒸汽管(4)、将蒸汽向所述蒸汽管(4)的上游端引导的蒸汽供给管(5)、与蒸汽管(4)的下游侧连接的排水管(7)、以及与从所述处理液(2)引出的所述排水管(7)的下游侧部分连接的疏水阀(8)，
所述蒸汽管(4)包括：上游侧的冷凝传热管部分(11)、以及下游侧的显热传热管部分(12)，
所述疏水阀(8)的排水排出能力被设定成与所述蒸汽热交换器(1)在使用温度下的冷凝量相等，由此，显热传热管部分(12)保持在水密封状态。
2.如权利要求1所述的蒸汽热交换系统，其特征在于，所述疏水阀是规定孔径的节流孔。
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