JP2007101097A - 蒸気熱源熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 主管内で蒸気とドレン水の流れ方向を対向させる熱交換方式を採用することによりドレン水の排出が円滑に行える蒸気熱源熱交換器を提供する。
【解決手段】 蒸気入口２とドレン出口４とを設けた蒸気ヘッダ５を水平に設置し、上端がキャップ６等で閉塞された複数本の主管７を蒸気ヘッダ５に垂直に設置する。これにより主管７の内部に蒸気を下から供給する。したがって、主管７に直接接触する空気又は主管７に取り付けたフィン８を介して接する空気へ放熱することで主管７内の蒸気が凝縮し、この凝縮したドレン水は主管７の内壁を伝って下降し、蒸気ヘッダ５内に溜まったのちにドレン出口４から排出される。各主管７内で蒸気が凝縮することで体積が激減し、主管７の内部圧力が低下するため、蒸気ヘッダ５から消費される分だけの蒸気量がその主管７に下から供給される。したがって、他の主管７で消費し切れなかった蒸気が回り込むことがなく、ドレン水の排出が円滑に行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蒸気を熱源として空気を加熱する空調用の蒸気熱源熱交換器に関する。

従来、この種の蒸気熱源熱交換器として、たとえば、図４（ａ）、（ｂ）に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照。）。そこでは、上部に水平に配置され蒸気入口２０を有する蒸気入口ヘッダ２１と、該蒸気入口ヘッダ２１の下方に蒸気入口ヘッダ２１と平行に配置されドレン出口２２を有するドレン出口ヘッダ２３と、その間を鉛直につなぐ複数の縦型の主管２４と、該主管２４に取り付けたフィン２５群と、蒸気入口２０に接続された蒸気配管２６、およびドレン出口２２に接続されたドレン管２７を含んで構成されている。そして、蒸気入口２０から導入される蒸気は蒸気入口ヘッダ２１で各主管２４へ分配され、主管２４部分で主管２４外の通過空気と熱交換される。このとき蒸気の放熱により凝縮したドレン水はドレン出口ヘッダ２３内に溜まったのちにドレン出口２２から排出される。

特開平８−９４０９８号公報（［００１９］、図１）

しかるに、上記の蒸気熱源熱交換器では、蒸気入口ヘッダ２１の蒸気入口２０から各主管２４の上端までの流路の長さに差があって主管２４内の抵抗値が不均一なため、蒸気の通過量に片寄りが生じる。また、空気の通過する主管２４外面における熱負荷は、風速分布や入口空気温度分布の偏在により一様でなく、そのため各主管２４内の蒸気の放熱量に差が生じる場合が多い。熱負荷の大きい主管２４では通過蒸気は全量凝縮してドレン水となるが、熱負荷の小さい主管２４では蒸気の凝縮が十分でなく蒸気の状態でドレン出口ヘッダ２３へ達する。
凝縮し切れなかった蒸気はドレン出口ヘッダ２３の内圧を上昇させる作用を生じさせ、主管２４内を降下するドレン水を押し上げるためドレン排水が阻害される。特に、熱負荷の大きい主管２４ではドレン水が多いためドレン排出の阻害作用が大きい。したがって、熱負荷の大きい主管２４部分の蒸気通過量が減少してしまうという問題があった。また、主管２４内にドレン水が滞留し、空気温度が氷点下以下の厳寒時には、そのドレン水が凍結することにより主管２４が損傷を受けるという問題もあった。
蒸気入口ヘッダ２１の蒸気入口２０は蒸気配管２６と接続固定されているので、主管２４の温度膨張差による伸縮により該主管２４と蒸気入口ヘッダ２１とのろう付け部が破損する事故が発生することもあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、上記のような、縦型の主管を備える蒸気熱源熱交換器において、主管内で蒸気とドレン水の流れ方向を対向させる熱交換方式を採用することによりドレン水の排出が円滑に行える蒸気熱源熱交換器を提供することにある。

本発明は、蒸気入口とドレン出口とを設けた蒸気ヘッダを水平に設置し、上端が閉塞手段で閉塞され下端が開放された複数本の主管を各開放下端が前記蒸気ヘッダ内に連通するよう該蒸気ヘッダに垂直に設置し、前記主管にフィン群を取り付けていることに特徴を有するものである。

この場合において、前記閉塞手段は、前記各主管の上端を塞ぐキャップにより構成することができる。また、前記閉塞手段は、前記隣接する主管の上端どうしをＵ字状につなぐ、主管とは別体のＵ字形のベンドもしくは主管と一体のＵ字状曲り管部により構成することもできる。さらに、前記閉塞手段は、前記蒸気ヘッダの上方に平行に設置され前記主管の全ての上端を閉塞する一つの上部ヘッダにより構成することもできる。

本発明によれば、主管の上端を閉塞し、この主管を、ドレン出口と共に蒸気入口をも設けた蒸気ヘッダに垂直に設置することにより、その主管の内部に蒸気を下から供給するようにしてあるので、主管に直接接触する空気又はフィンを介して接する空気へ放熱することで主管内の蒸気が凝縮し、この凝縮したドレン水は主管の内壁を伝って下降し、主管下端から蒸気ヘッダ内に溜まったのちにドレン出口から排出される。各主管内で蒸気が凝縮することで体積が激減し、主管の内部圧力が低下するため、蒸気ヘッダから消費される分だけの蒸気量がその主管に下から供給される。したがって、他の主管で消費し切れなかった蒸気が回り込むことがなく、ドレン水の排出が円滑に行われる。このため、主管に熱負荷の偏在があってもドレン水の排出不良を招くという問題を生じることがない。

また、各主管ごとに熱負荷に応じた蒸気量が供給されるため、主管通過後の空気温度分布が一様になるという効果も奏する。

本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１の（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す蒸気熱源熱交換器の正面図、側面図である。

図１において、本発明に係る蒸気熱源熱交換器は、蒸気配管１に接続される蒸気入口２と、ドレン管３に接続されるドレン出口４とを設けた蒸気ヘッダ５を水平に設置する。蒸気入口２とドレン出口４とは蒸気ヘッダ５の内部で仕切り無しに設けられている。この蒸気ヘッダ５には、各上端が銅製等のキャップ６で閉塞された複数本の銅管等からなる主管７が各開放下端を蒸気ヘッダ５内に連通するよう垂直に設置されている。キャップ６に代えて、各主管７の上端部を圧潰して閉塞することもできる。主管７の外面にはアルミニウム製等のフィン８群を取り付けている。

この蒸気熱源熱交換器によれば、蒸気入口２から導入される蒸気は蒸気ヘッダ５内に充満した後に各主管７内を上昇する。各主管７の外面に直接接する空気、又はフィン８を介して接する空気との熱交換により、主管７内の蒸気は凝縮して放熱すると同時に主管７内の体積が激減して主管７内が減圧される。このため、各主管７内に圧力差により蒸気ヘッダ５から蒸気が流れ込む。主管７内で凝縮したドレン水は主管７の内壁に付着し、やがて下降して蒸気ヘッダ５内に流れ込み、ドレン出口４から排出される。主管７内では蒸気が該主管７断面の中央部分を上昇し、ドレン水は該主管７断面の内壁に沿って下降する。つまり、主管７内で蒸気とドレン水の流れ方向が対向する。

主管７内で凝縮した蒸気量に見合った分の蒸気が蒸気ヘッダ５から主管７内に流れ込むため、主管７ごとの熱負荷の偏在に対応し、この熱交換器を通過した空気の温度分布の均一化が図れる。前述した従来例にような、熱負荷の偏在による蒸気下流側での圧力の影響がないため、各主管７内のドレン水は円滑に下降し、蒸気ヘッダ５内に流れ込んだ後に排出される。したがって、各主管７内でドレン水の滞留が生じないため、厳寒時に、ドレン水排出不良による主管７内での凍結が生じることもない。
また、図４に示す従来例のように主管２４の上部に蒸気入口ヘッダ２１を配置し、この蒸気入口ヘッダ２１に設けた蒸気入口２０を蒸気配管２６に接続固定するという構造を採ることなく、主管７の閉塞された上端部は自由状態にして主管７の温度膨張差による伸縮を拘束しない構造にしてあるので、主管７の温度膨張差における主管７の伸縮により主管７と蒸気ヘッダ５とのろう付け部の破損事故を防止することもできる。

図２は他の実施例の蒸気熱源熱交換器を示す。上記実施例では主管７の上端が個々にキャップ６で閉塞される閉塞手段を採用してあるのに対し、この実施例では、隣接する２本の主管７，７の上端どうしをその主管７とは別体のＵ字形のベンド９でろう付け等によりつなぐことで閉塞する。または、別体のＵ字形のベンド９に代えて、図示省略するが、２本の主管７，７の上端どうしを一体にＵ字状に曲げる加工による曲り管部により閉塞することもできる。

このように、上端どうしが主管７とは別体のＵ字形のベンド９又は主管７と一体のＵ字状曲り管部により閉塞された一組２本の主管７，７においても、蒸気ヘッダ５から入った蒸気は凝縮熱を放出して凝縮し、ドレン水は主管７の内壁を伝って下降して蒸気ヘッダ５内に流れ込み、ドレン出口４から排出される。
この場合においても、基本的に各主管７で消費される蒸気はその下部から導入され、主管７，７どうし間での回り込みはほとんどないと思われるが、たとえ回り込む場合も、回り込んだ蒸気とドレン水下降方向が同一であるため回り込み蒸気が悪影響を及ぼすことはない。

隣接する２本の主管７，７の上端どうしを主管７とは別体のＵ字形のベンド９又は主管７と一体のＵ字状曲り管部により閉塞することで、製造加工の簡素化を図ることが可能であり、また各主管７ごとの内部圧力の均一化を更に向上できる。

図３は更に他の実施例の蒸気熱源熱交換器を示す。この実施例では、主管７の上端の閉塞手段として、蒸気ヘッダ５の上方に平行に設置され主管７の全ての上端を閉塞する一つの上部ヘッダ１０を採用するものである。
これにおいても、図２に示す実施例の場合と同様に、主管７の上端までに凝縮し切れなかった一部の蒸気が他の主管７へ回り込む場合があるが、回り込んだ蒸気とドレン水の下降方向とが一致するため問題はない。なお、上部ヘッダ１０には、下部の蒸気ヘッダ５と各主管７の開放下端との接続の場合と同様に、各主管７の開放上端を連通状に接続するため、各主管７の上端を個々に閉塞する図１の実施例の場合よりも、加工面において有利となる。また、この実施例の上部ヘッダ１０は、図４に示す従来例の蒸気入口ヘッダ２１のように蒸気入口２０を設けたり、この蒸気入口２０を蒸気配管２６に接続固定したりするという構造を採ることなく、主管７の温度膨張差による伸縮を拘束しないようにしてあるので、主管７の温度膨張差による伸縮によるろう付け部の破損事故が生じることもない。

（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例を示す蒸気熱源熱交換器の正面図、側面図である。 （ａ）、（ｂ）は他の実施例を示す蒸気熱源熱交換器の正面図、側面図である。 （ａ）、（ｂ）は更に他の実施例を示す蒸気熱源熱交換器の正面図、側面図である。 （ａ）、（ｂ）は従来例の蒸気熱源熱交換器の正面図、側面図である。

符号の説明

２ 蒸気入口
４ ドレン出口
５ 蒸気ヘッダ
６ キャップ
７ 主管
８ フィン
９ Ｕ字形のベンド
１０ 上部ヘッダ

Claims (4)

1. 蒸気入口とドレン出口とを設けた蒸気ヘッダを水平に設置し、上端が閉塞手段で閉塞され下端が開放された複数本の主管を各開放下端が前記蒸気ヘッダ内に連通するよう該蒸気ヘッダに垂直に設置し、前記主管にフィン群を取り付けていることを特徴とする、蒸気熱源熱交換器。
2. 前記閉塞手段が、前記各主管の上端を塞ぐキャップにより構成されている、請求項１記載の蒸気熱源熱交換器。
3. 前記閉塞手段が、前記隣接する主管の上端どうしをＵ字状につなぐ、主管とは別体のＵ字形のベンドもしくは主管と一体のＵ字状曲り管部により構成されている、請求項１記載の蒸気熱源熱交換器。
4. 前記閉塞手段が、前記蒸気ヘッダの上方に平行に設置され前記主管の全ての上端を閉塞する一つの上部ヘッダにより構成されている、請求項１記載の蒸気熱源熱交換器。
   
   

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