JP2003207289A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速で多量の蒸気やドレンが流入する場合で
あっても、外部に蒸気やドレンを排出することのない熱
交換器を得ること。 【解決手段】 熱交換容器１に蒸気供給口２と円筒状の
大気開放管５を取り付ける。また、熱交換容器１内に冷
却流体供給ノズル９，１１，１２，１４と、第１の混合
通過部材６を取り付ける。大気開放管５に貫通孔１７と
気液分離部材１５を設ける。貫通孔１７に第２の混合通
過部材７を取り付ける。大気開放管５の中央部に第３の
混合通過部材８を取り付ける。蒸気供給口２から流入し
た蒸気と不凝縮気体は、第１と第２の混合通過部材６，
７で蒸気が凝縮され、気液分離部材１５で気液が分離さ
れ、第３の混合通過部材８で更に蒸気が凝縮されて、不
凝縮気体だけが出口開口２８から排出される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、各種蒸気使用装置
で使用され残った蒸気や、蒸気が凝縮した高温ドレンか
ら発生した再蒸発蒸気などを、水などの冷却流体で熱交
換して凝縮させることにより、モヤモヤと立ち込める蒸
気を無くしたり、あるいは、冷却流体と蒸気を熱交換し
て温度上昇した温水を別途使用して蒸気の保有熱を有効
利用する熱交換器に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の熱交換器としては、例え
ば特開平１１−３７６６８公報に示されたものがある。
これは、大気開放部にフィルター部を設けると共に、こ
のフィルター部の出口側に第二の冷却流体供給部を配置
したもので、熱交換すべき蒸気中に空気等の不凝縮気体
が混入していても、フィルター部で蒸気やドレンを捕捉
し冷却することによって、外部へモヤモヤと立ち昇る蒸
気を排出することがないものである。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記従来の熱交換器で
は、多量の蒸気とドレンと不凝縮気体の混合流体が、高
速でフィルター部を通過する場合に、蒸気とドレンだけ
を確実に捕捉して冷却することができずに、出口側にモ
ヤモヤと立ち昇る蒸気を完全に防止することができない
問題があった。高速で多量のドレンと蒸気と不凝縮気体
の混合流体が流入してくると、フィルター部の容積率や
有効長さにも依るが、一部のドレンや蒸気はフィルター
部を貫通してしまうのである。 【０００４】従って本発明の課題は、高速で多量の蒸気
やドレンが流入する場合であっても、外部に蒸気やドレ
ンを排出することのない熱交換器を得ることである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに講じた手段は、大気開放部を設けた熱交換容器に蒸
気と冷却流体を供給して、蒸気を冷却流体で熱交換する
ことにより凝縮させるものにおいて、熱交換容器内に蒸
気と冷却流体を混合し且つ通過させる複数の混合通過部
材を取り付けて、当該複数の混合通過部材の間に、混合
流体を気体と液体とに分離する気液分離部材を配置した
ものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】熱交換容器内に複数の混合通過部
材と、この複数の混合通過部材の間に気液分離部材を配
置したことにより、まず、混合通過部材で蒸気と冷却流
体が混合されて蒸気を凝縮させ、続いて気液分離部材で
冷却流体並びに蒸気が凝縮して液体となったドレンと、
空気等の不凝縮気体とが気液分離され、更に、後段の混
合通過部材で残った蒸気と冷却流体が混合され蒸気が凝
縮される。 【０００７】前段の混合通過部材で冷却流体と混合冷却
されずに残存してしまった蒸気の一部は、気液分離部材
で再び冷却流体と混合されることにより凝縮してドレン
となった後、この気液分離部材で気液分離される。蒸気
とドレンの分離された不凝縮気体は気液分離部材から後
段の混合通過部材を通って系外へ排出される。 【０００８】蒸気と冷却流体を混合し且つ通過させる混
合通過部材としては、金属や合成樹脂の板に多数の貫通
孔を形成したパンチングプレートや、金属あるいは合成
樹脂製細線を積層したフィルター、あるいは、グラスフ
ァイバーや多孔質の焼結金属等を積層したもの、又は、
これらを組み合わせたものを用いることができる。 【０００９】気液分離部材としては、気体と液体の混合
流体を旋回させて遠心力によって気液を分離したり、混
合流体を剛体に衝突させて気液を分離するもの等、従来
公知のものを使用することができる。 【００１０】 【実施例】図１において、円筒状の熱交換容器１と、凝
縮させる蒸気を熱交換容器１内へ供給する蒸気供給口２
と、蒸気の凝縮したドレン及び冷却流体を排出する液体
排出管３，４と、熱交換容器１の中央に同心状に設けた
大気開放部としての円筒状の大気開放管５と、大気開放
管５と熱交換容器１に取り付けた混合通過部材６，７，
８並びに冷却流体供給ノズル９，１０，１１，１２，１
３，１４、及び、大気開放管５の下部に配置した気液分
離部材１５で熱交換器を構成する。 【００１１】冷却流体供給ノズル９，１０，１１，１
２，１３，１４は、それぞれ開閉弁を介して冷却流体供
給管１８と接続することによって、ノズル９，１０，１
１，１２，１３，１４の先端部又は斜め側方部から冷却
流体を噴射する。 【００１２】円筒状の熱交換容器１の中央部に、大気開
放管５が挿入できる貫通孔を設けた平板ドーナツ状の第
１の混合通過部材６を取り付ける。第１の混合通過部材
６は、金属製薄板に多数の貫通孔を設けたパンチングプ
レートに金属細線からなるメッシュ部材を積層して形成
する。メッシュ部材は１０から２０メッシュ程度のもの
が好ましい。 【００１３】熱交換容器１の上部に設けた蒸気供給口２
は、図示しないブロワやシュリンクトンネル等の蒸気使
用装置の出口側や再蒸発タンク等と接続して凝縮すべく
蒸気を熱交換容器１へ供給する。 【００１４】蒸気供給口２から熱交換容器１内へ供給さ
れた蒸気は、混合通過部材６を通って下方へ流下する。
この場合、上方の冷却流体供給ノズル９，１１から噴射
される冷却流体例えば冷却水と蒸気の流下方向が略同じ
であり、一部の蒸気と冷却水は混合されながら流下し
て、混合されない蒸気と冷却水と共に混合通過部材６に
衝突して蒸気と冷却水の混合が促進され、蒸気は凝縮し
てドレンとなる。このドレンと残余の冷却水、及び、混
合されずに残った一部の蒸気は、混合通過部材６のメッ
シュ部材の隙間とパンチングプレートの貫通孔を通って
下方へ流下する。 【００１５】大気開放管５の下方の気液分離部材１５の
側面中心部分に貫通孔１７を左右対称に２個設ける。貫
通孔１７の内側に、貫通孔１７の全面を覆う大きさの第
２の混合通過部材７を取り付ける。第２の混合通過部材
７も、パンチングプレートにメッシュ部材を積層して形
成する。第１の混合通過部材６を通過してきたドレンと
冷却水と蒸気の混合流体は、この貫通孔１７と第２の混
合通過部材７を通ることによって、残った蒸気と冷却水
の混合が促進され、残った蒸気の量は減少する。これら
第1の混合通過部材６と第２の混合通過部材７で、気液
分離部材１５の前段の混合通過部材を構成する。 【００１６】第２の混合通過部材７を通過したドレンと
冷却水と未だ残った一部の蒸気及び不凝縮気体との混合
流体は、気液分離部材１５で気体と液体とに分離され、
大気開放管５内で上方へ方向転換して、第３の混合通過
部材８と上部の最終メッシュ部材１６を通って外部に排
出される。一方、気液分離部材１５で分離された液体
は、大気開放管５の底部に滴下する。 【００１７】気液分離部材１５は図２に示すように、大
気開放管５の下部に設けた貫通孔１７に対向して取り付
けた断面Ｌ次状の衝突板で構成する。第２の混合通過部
材７を通過したドレンと冷却水と一部の蒸気及び不凝縮
気体の混合流体が、気液分離部材１５に衝突して気液が
分離され、分離された液体は大気開放管５の底部に滴下
すると共に、一部残った蒸気と液体及び不凝縮気体の混
合流体は衝突板１５の開口部２０から大気開放管５内を
時計周り方向に旋回しながら上方へ向かう。 【００１８】大気開放管５内には衝突板１５の開口部２
０側にそれぞれ分離板２１を取り付ける。分離版２１
は、衝突板１５側に隙間部２２を設け、他端側を大気開
放管５の内周に固着したもので、衝突板１５の開口部２
０から旋回してきた、蒸気と液体と不凝縮気体の混合流
体が、この分離版２１に衝突することによって、残って
いる蒸気と液体の混合凝縮が促進され、また、気液の分
離が促進されると共に、旋回流が大気開放管５内を上方
へ向かうに連れて弱められる。 【００１９】分離版２１で分離された液体も大気開放管
５の底部に滴下する。大気開放管５の底部には、管５の
内径の全長に渡って旋回流防止板２３を取り付ける。旋
回流防止板２３は、大気開放管５の底部に溜まった液体
が旋回し、液面が波立つことを防止する。大気開放管５
の底部に溜まった液体は、液体排出管３から系外へ排出
される。同様に、熱交換容器１の底部に溜まった冷却流
体とドレンの混合液体は液体排出管４から系外へ排出さ
れる。 【００２０】大気開放管５の上端に最終メッシュ部材１
６を配置する。最終メッシュ部材１６は、内管２４と外
管２５で構成して、内管２４の上部開口部にメッシュ部
材２６を取り付けて、最後まで残った蒸気を捕捉し、不
凝縮気体は出口開口２８から系外へ排出する。メッシュ
部材２６は、６０メッシュ程度のものを複数枚例えば２
枚から６枚程度積層して水平方向に配置することが好ま
しい。 【００２１】外管２５の出口開口２８の下部にもメッシ
ュ部材２７を設けて、上流側のメッシュ部材２６で捕捉
された蒸気のドレンが衝突して飛散することを防止す
る。 【００２２】大気開放管５を上昇してきた、最後まで残
ってしまった蒸気と液体と不凝縮気体の混合流体は、内
管２４の下端から上昇して方向を反転してメッシュ部材
２６を通過し、下部のメッシュ部材２７に衝突して再度
方向を反転して、出口開口２８から不凝縮気体だけが外
部へ排出される。 【００２３】内管２４の上方中心部に冷却流体供給ノズ
ル１０を取り付ける。このノズル１０は、大気開放管５
内及び内管２４内を上昇してくる混合流体に冷却流体を
噴射することができるもので、冷却流体と蒸気を含む流
体を混合させて蒸気を凝縮させる。また、ノズル１０か
らの冷却流体を第３の混合通過部材８の上面に衝突させ
て、混合通過部材８を下方から通過してくる蒸気を含む
流体と混合させて蒸気の凝縮を促進する。このように、
蒸気の流下方向とノズル１０からの冷却流体の流下方向
を略反対方向にして、蒸気の凝縮を促進することもでき
る。混合通過部材８は、気液分離部材１５の後段の混合
通過部材である。 【００２４】大気開放管５の底部に取り付けた冷却流体
供給ノズル１３は、大気開放管５内を上昇する混合流体
と同一流れ方向に冷却流体を噴射するもので、旋回する
混合流体中に冷却流体を混合して蒸気を凝縮させる。ま
た、ノズル１３からの冷却流体を第３の混合通過部材８
の下面に衝突させて、混合流体中の蒸気の凝縮を促進す
る。 【００２５】このように、第３の混合通過部材８の両面
側に冷却流体を噴射して、すなわち、蒸気を含む混合流
体の流下方向に対して順方向と逆方向の両方向から冷却
流体を噴射することによって、蒸気をより確実に凝縮す
ることができる。この場合、順方向の冷却流体の噴射量
を、逆方向の冷却流体の噴射量よりも多くすることによ
り、蒸気の凝縮の効率を上昇させることができる。 【００２６】熱交換容器１の底部に取り付けた冷却流体
供給ノズル１２，１４は、熱交換容器１の中心側へ傾斜
した噴流を主に生じるもので、第１の混合通過部材６を
通過してきた混合流体の一部に、流れ方向が逆方向の冷
却流体を噴射すると共に、第２の混合通過部材７へ冷却
流体を噴射して蒸気の凝縮を促進する。 【００２７】それぞれの冷却流体供給ノズル９，１０，
１１，１２，１３，１４は、取り付け角度や上下位置、
または、冷却流体の噴射量や噴射形状を適宜調節可能に
取り付けることが、蒸気の凝縮を促進する上で好まし
い。特に、蒸気供給口２の上方の冷却流体供給ノズル９
からは多量の冷却流体を供給することが好ましい。 【００２８】蒸気供給口２から熱交換容器１へ供給され
る蒸気と空気等の不凝縮気体とドレンの混合流体は、冷
却流体供給ノズル９，１１から供給される冷却流体と一
部が混合しながら第１の混合通過部材６に衝突して、蒸
気と冷却流体が混合され、蒸気が凝縮される。混合通過
部材６を通過した、冷却流体と蒸気の凝縮したドレンは
底部に溜まって液体排出管４から外部へ排出され、凝縮
されずに残った蒸気と不凝縮気体は第２の混合通過部材
７から気液分離部材１５へと至る。 【００２９】第２の混合通過部材７には、冷却流体供給
ノズル１２，１４から冷却流体が噴射されているため
に、凝縮されずに残った蒸気と冷却流体が衝突して混合
され、蒸気の凝縮が促進される。 【００３０】第２の混合通過部材７を通過した冷却流体
とドレンと不凝縮気体と残余の蒸気は、衝突板１５に衝
突して旋回流となり質量の大きな液滴が下方へ滴下する
ことによって気液が分離され、分離された液体は大気開
放管５底部から液体排出管３を通って外部へ排出され
る。なお、この衝突板１５への衝突時においても、蒸気
と冷却流体の混合が生じて一部の蒸気は凝縮される。 【００３１】衝突板１５で分離し切れなかった気液混合
流体は、再度分離板２１に衝突して、蒸気と冷却流体の
混合が促進され、気液の分離が促進され、且つ、衝突板
１５への衝突に伴い旋回流が弱められる。 【００３２】一方、分離された気体、すなわち、不凝縮
気体と残余の蒸気は、大気開放管５内を上昇して第３の
混合通過部材８を通過する間に、冷却流体供給ノズル１
３又は１０からの冷却流体と混合して蒸気が凝縮され
る。 【００３３】大気開放管５内を上昇して最終メッシュ部
材１６内へ流入してきた不凝縮気体と未だ残った僅かな
蒸気の混合流体は、メッシュ部材２６を通過する間に僅
かな蒸気が凝縮して捕捉され、最後に残った不凝縮気体
だけが出口開口２８を通って外部へ排出される。 【００３４】このように、複数の混合通過部材６，７，
８と気液分離部材１５によって、空気等の不凝縮気体だ
けが外部へ排出されることにより、蒸気が含まれている
場合のようにモヤモヤと湯気が周囲に立ち込めることが
無い。 【００３５】本実施例においては、気液分離部材１５の
前段に２つの混合通過部材６，７を設けた例を示した
が、１つであっても良い。また、後段に１つの混合通過
部材８を設けた例を示したが、前段のように２つあるい
は２つ以上の混合通過部材を設けることもできる。 【００３６】本実施例においては、それぞれの冷却流体
供給ノズル９，１０，１１，１２，１３，１４を使用し
た例を示したが、流入する蒸気量に応じて使用するノズ
ルの数、あるいは、冷却流体の噴射量を選択することが
好ましい。 【００３７】 【発明の効果】本発明によれば、蒸気と冷却流体を混合
し通過させる複数の混合通過部材と、この複数の混合通
過部材の間に気液分離部材を設けたことにより、蒸気と
冷却流体を混合して確実に蒸気を凝縮し、且つ、気液を
分離して気体としての空気等の不凝縮気体だけを外部へ
排出することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の熱交換器の実施例を示す概略構成図。 【図２】図１のＡ−Ａ線断面拡大図。 【符号の説明】 １ 熱交換容器 ２ 蒸気供給口 ５ 大気開放管 ６ 第１の混合通過部材 ７ 第２の混合通過部材 ８ 第３の混合通過部材 ９，１０，１１，１２，１３，１４ 冷却流体供給ノズ
ル １５ 気液分離部材 １６ 最終メッシュ部材 １７ 貫通孔 １８ 冷却流体供給管 ２１ 分離版 ２３ 旋回流防止板 ２４ 内管 ２５ 外管 ２６ メッシュ部材 ２８ 出口開口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 大気開放部を設けた熱交換容器に蒸気と
   冷却流体を供給して、蒸気を冷却流体で熱交換すること
   により凝縮させるものにおいて、熱交換容器内に蒸気と
   冷却流体を混合し且つ通過させる複数の混合通過部材を
   取り付けて、当該複数の混合通過部材の間に、混合流体
   を気体と液体とに分離する気液分離部材を配置したこと
   を特徴とする熱交換器。