JP2016114325A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換容器に蒸気と共に流入した空気等の不凝縮ガスを外部に排出し得る熱交換器を提供すること。
【解決手段】熱交換器は、入口端４１ａが熱交換容器に連通し出口端４１ｂが大気に開放され、ガスが排出される円筒部材４１を備える。熱交換器は、開口５２を有する固定基板５１と、開口６２が固定基板５１の開口５２とラップするように固定基板５１と重ねて設けられる回転自在な可動基板６１と、可動基板６１の側面に設けられ、ガスの流体力が作用することによって可動基板６１に一定方向の回転力を作用させる羽根６４と、可動基板６１の側面において回転中心から離れた位置に設けられる錘６５（対抗力付与機構）とを有し、可動基板６１が回転するに従って開口５２，６２のラップ面積が大きくなると共に、互いの開口５２，６２のラップ部分の位相がずれるように円筒部材４１の軸方向に配列されてラビリンス通路４７を形成する複数の通路形成部材４３，４４，４５，４６を備える。
【選択図】図２

Description

本願は、蒸気が被加熱流体と熱交換して凝縮する熱交換器に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気使用装置で残った蒸気や、高温ドレンから発生した再蒸発蒸気（フラッシュ蒸気）等を被加熱流体と熱交換させて熱回収を行う熱交換器が知られている。この熱交換器は、熱交換容器と、該熱交換容器内に設けられた伝熱管（熱交換パイプ）と、熱交換容器内に設けられて大気に開放される大気開放管とを備えている。熱交換容器内には蒸気が供給され、伝熱管には水等の被加熱流体が流れる。熱交換器では、熱交換容器内に供給された蒸気が伝熱管の被加熱流体と熱交換して凝縮し、被加熱流体が加熱される。つまり、熱交換器では被加熱流体が蒸気の顕熱および潜熱を吸熱することで熱回収が行われる。また、熱交換器では、蒸気の凝縮によって発生したドレンが熱交換容器の底部に貯留され、そのドレンに大気開放管の下端が没することにより、空気等の不凝縮ガスが大気開放管から熱交換容器内に流入することを防止している。

特開２００２−５４８８２号公報

ところで、上記特許文献１の熱交換器では、上述したように大気開放管から空気等の不凝縮ガスが流入することは防止できるが、熱交換容器に供給される蒸気に不凝縮ガスが混入していると、蒸気と共に不凝縮ガスが流入してしまうという問題があった。熱交換容器内に不凝縮ガスが混在していると、蒸気と被加熱流体との熱交換効率が著しく低下し、熱回収が阻害されてしまう。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換容器に蒸気と共に流入した空気等の不凝縮ガスを外部に排出し得る熱交換器を提供することにある。

本願に開示の技術は、蒸気供給管が接続された熱交換容器と、該熱交換容器内に設けられ、被加熱流体が流れる伝熱管とを備え、上記蒸気供給管から上記熱交換容器に供給された蒸気が上記伝熱管の被加熱流体と熱交換して凝縮する熱交換器を対象としている。そして、本願の熱交換器は、円筒部材と複数の通路形成部材とを備えている。

上記円筒部材は、入口端が上記熱交換容器の内部に連通し出口端が大気に開放され、ガスが排出されるものである。通路形成部材は、固定基板と、可動基板と、羽根と、対抗力付与機構とを有している。上記固定部材は、上記ガスが流れる開口を有し、上記円筒部材内にそれと同軸に設けられる円形の部材である。上記可動基板は、上記ガスが流れる開口を有し、該開口が上記固定基板の開口とラップするように上記固定基板の上流側に該固定基板と重ねて設けられる回転自在な円形の部材である。上記羽根は、上記可動基板の上流側の側面に設けられ、上記ガスの流体力が作用することによって上記可動基板に一定方向の回転力を作用させるものである。上記対抗力付与機構は、上記羽根による回転力に対抗する力を上記可動基板に作用させるものである。そして、上記複数の通路形成部材は、上記可動基板が上記一定方向に回転するに従って、上記２つの開口のラップ面積が大きくなるように構成されると共に、互いの上記２つの開口のラップ部分の位相がずれるように上記円筒部材の軸方向に配列されて上記ガスのラビリンス通路を形成するものである。

本願の熱交換器によれば、入口端が熱交換容器に連通し出口端が大気に開放された円筒部材内に、互いの２つの開口のラップ部分の位相がずれるように配列されてガスのラビリンス通路を形成する複数の通路形成部材を備えているため、熱交換容器に蒸気と共に流入した不凝縮ガスを円筒部材から排出させることができる。熱交換容器に混在する蒸気と不凝縮ガスは共に、円筒部材に流入するが、ラビリンス通路が存在するため、ラビリンス通路の上流側で一時的に滞留する。一方、熱交換容器では、蒸気が凝縮することで圧力が一時的に低下する。この熱交換容器の圧力低下により、円筒部材で滞留している蒸気および不凝縮ガスが熱交換容器内に引っ張られる。つまり、熱交換容器では蒸気の凝縮によって蒸気の体積が一時的に減少するため、円筒部材に滞留している蒸気および不凝縮ガスは熱交換容器に引き込まれる。熱交換容器に引き込まれた蒸気は被加熱流体と熱交換して凝縮する一方、不凝縮ガスは凝縮せずに円筒部材の入口付近に滞留する。そして、熱交換容器には新たな蒸気（不凝縮ガスを含む）が供給される。そうすると、円筒部材の入口付近に滞留していた不凝縮ガスは新たな蒸気および不凝縮ガスに押されて再び円筒部材に流入すると共に、新たな蒸気および不凝縮ガスも円筒部材に流入する。新たに流入した蒸気および不凝縮ガスは上述したように熱交換容器に引き込まれる一方、その新たな蒸気等よりも先に流入した不凝縮ガスは円筒部材に滞留する。こうして円筒部材では、不凝縮ガスのみが滞留していくので、その不凝縮ガスは押されて少しずつラビリンス通路を流れ外部に排出される。こうして、本願の熱交換器によれば、熱交換容器内の蒸気は流出させずに不凝縮ガスのみを排出させることができる。これにより、蒸気と被加熱流体との熱交換効率が低下するのを防止することができ、熱回収率を向上させることができる。

さらに、本願の熱交換器によれば、通路形成部材において可動基板が一定方向に回転するに従って２つの開口のラップ面積が大きくなるため、上流側の圧力（熱交換容器の圧力）に応じて不凝縮ガスの排出量を調整することができる。熱交換容器の圧力が低い場合、通路形成部材では、羽根に作用する流体力は小さくなり、可動基板に作用する回転力も小さくなる。この回転力が対抗力付与機構の力よりも小さいと、可動基板は回転しない（例えば、図３に示す状態）。このとき、各通路形成部材において２つの開口のラップ面積は小さい。つまり、ガスの流路面積は小さい。ここで、円筒部材ではラビリンス通路がガス流れの抵抗となるため、熱交換容器の圧力が高くなる虞がある。この点、本願の通路形成部材では、熱交換容器の圧力が高くなると、羽根に作用する流体力は大きくなり、可動基板に作用する回転力も大きくなる。そうすると、この回転力が対抗力付与機構の力よりも大きくなり、可動基板は一定方向に回転する（例えば、図４に示す状態）。これにより、２つの開口のラップ面積は大きくなり、流路面積が大きくなる。したがって、不凝縮ガスの流量（排出量）を増大させることができる。そして、可動基板の回転角度は熱交換容器の圧力が高くなるほど大きくなり、それに従って流路面積も大きくなる。以上のように、本願の熱交換器では、熱交換容器の圧力に応じて円筒部材における不凝縮ガスの流量（排出量）を自動的に調整することができる。したがって、円筒部材のラビリンス通路に起因する熱交換容器の圧力上昇を抑制することもできる。

図１は、実施形態１に係る熱交換器を示す概略の構成図である。 図２は、実施形態１に係る空気排出口の概略構成を示す斜視図である。 図３は、実施形態１に係る通路形成部材の概略構成を示す斜視図である。 図４は、実施形態１に係る通路形成部材の概略構成を示す斜視図である。 図５は、実施形態２に係る熱交換器を示す概略の構成図である。 図６は、実施形態３に係る通路形成部材の概略構成を上流側から視て示す斜視図である。 図７は、実施形態３に係る通路形成部材の概略構成を下流側から視て示す斜視図である。 図８は、実施形態３に係る通路形成部材の概略構成を上流側から視て示す斜視図である。 図９は、実施形態３に係る通路形成部材の概略構成を下流側から視て示す斜視図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
本願の実施形態１について説明する。図１に示すように、本実施形態の熱交換器１は、熱交換容器１０と、大気開放管３１と、伝熱管３２とを備え、蒸気が被加熱流体（本実施形態では、水）と熱交換して凝縮するものである。蒸気としては、蒸気使用装置で残った蒸気や、高温ドレンから発生した再蒸発蒸気（フラッシュ蒸気）等が用いられる。つまり、熱交換器１は被加熱流体が蒸気の顕熱および潜熱を吸熱することで熱回収を行う。

熱交換容器１０は、縦長の略円柱状に形成された容器である。熱交換容器１０には、蒸気供給菅２１、ドレン排出管２２、冷水供給菅２３および温水排出管２４が接続されている。

蒸気供給菅２１は、熱交換容器１０の底壁１２（底部）に接続されており、上述したように蒸気使用装置で残った蒸気等が熱交換容器１０に供給される。ドレン排出管２２は、鉛直方向（図１において上下方向、以下同じ）に延びる直管であり、熱交換容器１０の底壁１２の中央部を貫通して接続されている。つまり、ドレン排出管２２は上端２２ａが熱交換容器１０内に開口し、下端２２ｂが外部の大気中に開口している。ドレン排出管２２は、熱交換容器１０内で蒸気の凝縮によって発生したドレンが外部（大気中）に排出される。なお、蒸気供給管２１には弁２６が設けられている。

冷水供給菅２３は、熱交換容器１０の底壁１２を貫通して接続されており、被加熱流体である水（冷水）が熱交換容器１０に供給される。温水排出管２４は、熱交換容器１０の上壁１１を貫通して接続されており、後述する伝熱管３２で生成された温水が排出される。温水排出管２４に排出された温水は、温水の利用側（図示省略）へ送られる。なお、冷水供給管２３および温水排出管２４には弁２７，２８が設けられている。

大気開放管３１は、鉛直方向に延びる直管であり、熱交換容器１０の上壁１１の中央部を貫通して設けられている。つまり、大気開放管３１は上端３１ａが外部の大気中に開口し下端３１ｂが熱交換容器１０内に開口している。大気開放管３１は、ドレン排出管２２よりも大径に形成され、ドレン排出管２２と同軸に配置されている。また、大気開放管３１は、下端３１ｂが熱交換容器１０の底壁１２付近まで延びており、ドレン排出管２２の上端２２ａを含む一部が大気開放管３１に挿入されている。つまり、ドレン排出管２２の上端２２ａは大気開放管３１内に開口している。

伝熱管３２は、熱交換容器１０内に設けられている。伝熱管３２は、コイル状に形成され、大気開放管３１の外周に配置されている。伝熱管３２は、入口端が冷水供給菅２３に接続され、出口端が温水排出管２４に接続され、被加熱流体である水（冷水）が下から上へ向かって流れる。熱交換容器１０の内部空間において、大気開放管３１の外周側の空間（即ち、伝熱管３２が配置されている空間）は熱交換室１４を構成している。熱交換室１４では、蒸気供給菅２１から供給された蒸気が伝熱管３２の水（冷水）と熱交換して凝縮する。

また、熱交換容器１０は、蒸気の凝縮によって発生したドレンが底部に溜まるように構成されている。熱交換容器１０の底壁１２に接続された蒸気供給菅２１は、溜まったドレン内に開口している。つまり、熱交換容器１０では、蒸気が蒸気供給菅２１から熱交換室１４に供給されると同時にドレンの液中に供給される。また、伝熱管３２の一部は溜まったドレンに没する。

そして、本実施形態の熱交換器１は、空気排出口４０（ガス排出口）を備えている。空気排出口４０は、熱交換容器１０の熱交換室１４に混在する空気（不凝縮ガス）のみを外部に排出するものである。なお、本実施形態では不凝縮ガスの一例として空気を挙げている。

図２に示すように、空気排出口４０は、円筒部材４１とラビリンス機構４２を備え、熱交換容器１０の側壁１３の上部に設けられている。円筒部材４１は、一端である入口端４１ａ（上流端）が熱交換容器１０の側壁１３に接続されて熱交換室１４に連通し、他端である出口端４１ｂ（下流端）が外部の大気中に開口している。つまり、円筒部材４１は水平方向に延びる状態で熱交換容器１０に取り付けられている。

ラビリンス機構４２は、円筒部材４１の内部に設けられている。ラビリンス機構４２は、複数（本実施形態では、４つ）の通路形成部材４３，４４，４５，４６を有し、円筒部材４１の内部にガスのラビリンス通路４７を形成するものである。

図３にも示すように、４つの通路形成部材４３，４４，４５，４６は、同様に構成されており、固定部材５０と可動部材６０を備えている。

固定部材５０は、円形の固定基板５１を有している。固定基板５１は、円筒部材４１と同軸に配置されている。固定基板５１には、ガスが流れる開口５２が形成されている。本実施形態において、開口５２は半円に近い扇形に形成されている。また、固定基板５１の中心には、可動部材６０を支持する軸部５３が設けられている。軸部５３は、固定基板５１の上流側の側面から突出する丸棒である。

可動部材６０は、円形の可動基板６１と、複数（本実施形態では、４つ）の羽根６４と、錘６５とを有し、固定部材５０の上流側に配置されている。可動基板６１は、固定基板５１と同じ外径であり、円筒部材４１（固定基板５１）と同軸に配置されている。可動基板６１には、ガスが流れる開口６２が形成されている。本実施形態において、開口６２は略半円に形成されている。

４つの羽根６４は、湾曲した板状部材であり、可動基板６１の上流側の側面に設けられている。４つの羽根６４は、可動基板６１の周方向において等間隔に設けられている。羽根６４は、可動基板６１の側面に沿って延びる板状部材であり、長手方向の辺が可動基板６１の側面に接して立設されている。各羽根６４は、互いに可動基板６１の周方向において同じ方向（本実施形態では、上流側から視て右回り方向）へ湾曲している。錘６５は、可動基板６１の上流側の側面において外縁部に設けられている。つまり、錘６５は可動基板６１の側面において軸部５３（即ち、可動基板６１の回転中心）から離れた位置に設けられている。以下、「右回り」および「左回り」の語は、上流側から視たときの方向を示す。

可動部材６０は、可動基板６１が固定部材５０の軸部５３に嵌め込まれて回転自在に支持されている。固定部材５０と可動部材６０とは、互いの基板５１，６１が重なった状態で設けられている。また、各基板５１，６１は、互いの開口５２，６２がラップするように設けられている。通路形成部材４３，４４，４５，４６では、２つの開口５２，６２がラップする部分がガスの流通口４９となる。

図２に示すように、４つの通路形成部材４３，４４，４５，４６は、円筒部材４１の軸方向に間隔を置いて配列されている。また、４つの通路形成部材４３，４４，４５，４６は、互いの流通口４９（２つの開口５２，６２がラップする部分）の位相がずれるように配列されている。具体的に、流通口４９が概ね右半部に位置する通路形成部材４３，４５
と、流通口４９が概ね左半部に位置する通路形成部材４４，４６とが交互に配列されている。こうして複数の通路形成部材４３，４４，４５，４６が配列されることにより、円筒部材４１の内部には図２に破線の矢印で示すように蛇行するラビリンス通路４７が形成される。円筒部材４１の内部において、入口端４１ａ側（通路形成部材４３の上流側）の空間、通路形成部材４３，４４，４５，４６の間の空間は、ガスの滞留空間４８となっている。滞留空間４８は、熱交換室１４から流入した蒸気および空気が一時的に滞留する空間である。ラビリンス通路４７は、複数の滞留空間４８と複数の流通口４９とが互いに連なって形成されている。

また、通路形成部材４３，４４，４５，４６の可動部材６０は、ガスの流体力（圧力）が羽根６４に作用することによって回転するように構成されている。つまり、可動部材６０はガスの羽根６４を押す力（抗力）によって回転する。このガスによる抗力は、羽根６４の湾曲形状の内側面（凹面）と外側面（凸面）の両方に作用するが、内側面に作用する抗力の方が外側面に作用する抗力よりも大きい。その結果、可動部材６０には右回りの回転力（以下、単に回転力とも言う。）が作用する。つまり、羽根６４はガスの流体力が作用することによって可動基板６１に一定方向（右回り）の回転力を作用させる。そして、錘６５は、自身の重力によって、羽根６４による回転力に対抗する力（即ち、左回りの回転力）を可動基板６１に作用させるものであり、本願の請求項に係る対抗力付与機構を構成している。

可動部材６０は、上述した回転力が錘６５の重力よりも小さいときは、回転せずに錘６５が最下に位置した状態（図３に示す状態）となる。このとき、流通口４９の面積（２つの開口５２，６２のラップ面積）は最小となる。可動部材６０は、上述した回転力が錘６５の重力よりも大きくなると、図４に示すように、右回りに回転する。そうすると、流通口４９の面積は大きくなる。可動部材６０の回転角度は、回転力が大きくなるほど大きくなる。通路形成部材４３，４４，４５，４６では、可動部材６０の回転角度が大きくなるに従って、流通口４９の面積が大きくなる。つまり、ガスの流路面積が大きくなる。

このように、通路形成部材４３，４４，４５，４６は、ガスの流体力（圧力）を可動部材６０の回転力に変換し、その可動部材６０の回転によって流通口４９の面積（２つの開口５２，６２のラップ面積）が大きくなる（変化する）ように構成されている。つまり、通路形成部材４３，４４，４５，４６は、円筒部材４１の内部にガスのラビリンス通路４７を形成すると共に、円筒部材４１におけるガスの流量（排出量）を自動的に調整する。

また、通路形成部材４３，４４，４５，４６は、可動部材６０の回転角度を所定範囲内に制限するように構成されている。具体的に、固定基板５１には、開口５２の内縁部から開口５２内に突出するストッパー５４が形成されている。可動部材６０の可動基板６１には、開口６２の内縁部の一部が下流側へ突出する突片６３が形成されている。可動部材６０は、突片６３が固定部材５０のストッパー５４に当たることで、左回りの回転動作が規制される。可動部材６０は、突片６３がストッパー５４に当たると、錘６５が最下に位置した状態（図３に示す状態）となり、流通口４９の面積（ガスの流路面積）が最小となる。また、可動部材６０は、右回りに回転して突片６３が固定部材５０の開口５２の内縁部に当たることで、右回りの回転動作が規制される。つまり、突片６３が固定部材５０の開口５２の内縁部に当たるまで可動部材６０が回転すると、流通口４９の面積（ガスの流路面積）は最大となる。

上記の熱交換器１では、蒸気供給菅２１から蒸気が熱交換容器１０のドレンの液中に供給される。ドレンの液中では、蒸気がドレンを介して伝熱管３２の冷水と熱交換する。この熱交換により、蒸気は凝縮してドレンとなり、冷水は加熱されて温水となる。ドレンの液中に供給された全ての蒸気が凝縮するのではなく、凝縮しなかった蒸気はドレンを通過して熱交換室１４の上部へ流れる。この上部へ流れた蒸気は伝熱管３２の冷水と熱交換して凝縮し、冷水は加熱されて温水となる。蒸気の凝縮によって発生したドレンは熱交換容器１０の底部に溜まる。こうして生成された温水は、温水排出管２４に排出されて利用側へ送られる。熱交換容器１０の底部に溜まったドレンは、液位がドレン排出管２２の上端２２ａまで上昇すると、ドレン排出管２２から外部に排出される。

ここで、蒸気供給菅２１から供給される蒸気に空気（不凝縮ガス）が混入していると、熱交換室１４に蒸気と空気が混在することになる。このままでは、熱交換室１４において蒸気と冷水との熱交換効率が著しく低下し、熱回収が阻害されてしまう。この点、本実施形態の熱交換器１では、熱交換室１４に混在する空気のみが空気排出口４０から排出される。

空気排出口４０による空気の排出作用について図２を参照しながら説明する。熱交換室１４に混在する蒸気と空気は共に、円筒部材４１に流入するが、ラビリンス通路４７が存在するため、円筒部材４１の入口端４１ａ側の滞留空間４８で一時的に滞留する。一方、熱交換室１４では、蒸気が凝縮することで圧力が一時的に低下する。この熱交換室１４の圧力低下により、円筒部材４１の入口端４１ａ側で滞留している蒸気および空気が熱交換室１４に引っ張られる（引き込み作用）。つまり、熱交換室１４では蒸気の凝縮によって蒸気の体積が一時的に減少するため、円筒部材４１に滞留している蒸気および空気は熱交換室１４に引き込まれる。熱交換室１４に引き込まれたガスのうち蒸気は冷水と熱交換して凝縮する一方、空気は凝縮せずに円筒部材４１の入口端４１ａ付近に滞留する。

そして、熱交換室１４には蒸気供給菅２１から新たな蒸気（空気含む）が供給される。そうすると、円筒部材４１の入口端４１ａ付近に滞留していた空気は新たな蒸気および空気に押されて再び円筒部材４１の滞留空間４８に流入すると共に、新たな蒸気および空気も円筒部材４１の滞留空間４８に流入する。新たに流入した蒸気および空気は上述したように熱交換室１４に引き込まれる一方、その新たな蒸気等よりも先に流入した空気は滞留空間４８に滞留する。こうして円筒部材４１では、滞留空間４８に空気のみが滞留していき、図２に破線の矢印で示すように、最終的に空気は押されて少しずつラビリンス通路４７を流れ外部に排出される。つまり、空気は複数の滞留空間４８および流通口４９を交互に通過して外部に排出される。実際、ラビリンス通路４７には幾分かの蒸気を含んだ空気が流入するが、各滞留空間４８において上述した引き込み作用が生ずるため、蒸気が含まれる割合は徐々に減少していき、最終的には蒸気を殆ど含まない空気が円筒部材４１から排出される。

一方、空気排出口４０ではラビリンス通路４７がガス流れの抵抗となるため、熱交換容器１０から空気が排出される速度は比較的遅い。そのため、熱交換容器１０（熱交換室１４）の圧力が高くなる虞がある。この点、本実施形態の空気排出口４０では、熱交換容器１０（熱交換室１４）の圧力に応じて空気の流量（排出量）が自動的に調整される。熱交換容器１０の圧力が低い場合、各通路形成部材４３，４４，４５，４６では、羽根６４に作用する流体力は小さくなり、可動基板６１に作用する回転力も小さくなる。この回転力が錘６５の重力よりも小さいと、可動基板６１は回転せずに錘６５が最下に位置した状態（図３に示す状態）となる。このとき、各通路形成部材４３，４４，４５，４６における流通口４９の面積（ガスの流路面積）は最小となる。つまり、空気排出口４０における空気の流量（排出量）は最小となる。

熱交換容器１０の圧力が高くなると、各通路形成部材４３，４４，４５，４６では、羽根６４に作用する流体力が高くなるので、可動部材６０に作用する回転力が大きくなる。そして、この回転力が錘６５の重力よりも大きくなると、図４に示すように可動部材６０は回転する。そうすると、通路形成部材４３，４４，４５，４６では、流通口４９の面積が大きくなり、空気の流量（排出量）が増加する。これにより、熱交換容器１０の圧力が低下して通常の状態に戻る。通路形成部材４３，４４，４５，４６では、熱交換容器１０の圧力が高くなるほど可動部材６０の回転角度が大きくなり、流通口４９の面積が大きくなる。このように、空気排出口４０では熱交換容器１０の圧力に応じて空気の流量（排出量）が調整されるので、熱交換容器１０の圧力上昇が抑制される。

以上のように、上記実施形態の熱交換器１によれば、入口端４１ａが熱交換容器１０に連通し出口端４１ｂが大気に開放された円筒部材４１内に、互いの流通口４９（２つの開口５２，６２のラップ部分）の位相がずれるように配列されてガスのラビリンス通路４７を形成する複数の通路形成部材４３，４４，４５，４６を備えるようにした。これにより、熱交換室１４に混在する空気（不凝縮ガス）のみを円筒部材４１から排出させることができる。したがって、蒸気と冷水（被加熱流体）との熱交換効率が低下するのを防止することができ、熱回収率を向上させることができる。

さらに、通路形成部材４３，４４，４５，４６では、互いの開口５２，６２がラップするように固定基板５１の上流側に回転自在な可動基板６１を重ね、ガスの流体力が作用することによって可動基板６１に一定方向の回転力を作用させる羽根６４を可動基板６１の上流側の側面に設け、さらに可動基板６１の上流側の側面において軸部５３から離れた位置に錘６５（対抗力付与機構）を設けるようにした。そして、通路形成部材４３，４４，４５，４６では、可動基板６１が一定方向に回転するに従って、２つの開口５２，６２のラップ面積（流通口４９の面積）が大きくなるように構成した。これにより、熱交換容器１０（熱交換室１４）の圧力が大きくなるほど、可動基板６１（可動部材６０）の回転角度を大きくすることができ、これに従って流通口４９の面積を大きくすることができる。したがって、熱交換容器１０の圧力に応じて空気排出口４０の空気の流量（排出量）を自動的に調整することができる。よって、熱交換容器１０の圧力上昇を抑制することができる。

また、上記実施形態の熱交換器１では、蒸気の凝縮によって発生したドレンを熱交換容器１０の底部に貯留するように構成し、蒸気供給菅２１からの蒸気をドレンの液中に供給するようにした。蒸気はドレンの液中をゆっくりと上昇するので、蒸気と冷水との熱交換の時間を稼ぐことができる。これにより、蒸気と冷水との熱交換を促進することができ、熱回収率をより向上させることができる。

（実施形態２）
本願の実施形態２について図５を参照しながら説明する。本実施形態の熱交換器１は、上記実施形態１において蒸気供給菅およびドレン排出管の構成を変更するようにしたものである。ここでは、上記実施形態１と異なる点について言及する。

本実施形態において、蒸気供給菅７１は、鉛直方向（図５において上下方向）に延びる直管であり、熱交換容器１０の上壁１１の中央部を貫通して接続されている。つまり、蒸気供給菅７１は、上端７１ａが蒸気使用装置等に接続され、下端７１ｂが熱交換容器１０内に開口している。蒸気供給菅７１の下端７１ｂは、熱交換容器１０の底壁１２付近まで延びてドレンに没している。伝熱管３２は、熱交換容器１０内において蒸気供給菅７１の外周に配置されている。ドレン排出管７２は、熱交換容器１０の底壁１２に接続されており、弁７３が設けられている。

本実施形態の熱交換器１では、蒸気供給菅７１からの蒸気がドレンの液中を流れて熱交換室１４に供給される。ドレンの液中では、蒸気がドレンを介して伝熱管３２の冷水と熱交換する。この熱交換により、蒸気は凝縮してドレンとなり、冷水は加熱されて温水となる。ドレンの液中に供給された全ての蒸気が凝縮するのではなく、凝縮しなかった蒸気はドレンを通過して熱交換室１４の上部へ流れる。この上部へ流れた蒸気は伝熱管３２の冷水と熱交換して凝縮し、冷水は加熱されて温水となる。蒸気の凝縮によって発生したドレンは熱交換容器１０の底部に溜まる。こうして生成された温水は、温水排出管２４に排出されて利用側へ送られる。熱交換容器１０の底部に溜まったドレンは、ドレン排出管７２から排出される。本実施形態の熱交換器１においても、上記実施形態１と同様の作用効果を奏する。

（実施形態３）
本願の実施形態３について図６〜図９を参照しながら説明する。本実施形態は、上記熱交換器１において空気排出口の構成を変更したものである。具体的に、本実施形態の通路形成部材４３，４４，４５，４６は、上記実施形態１が対抗力付与機構として錘６５を用いたのに代えて、対抗力付与機構としてコイルバネ８１（バネ）を用いたものである。ここでは、上記実施形態１と異なる点について言及する。

本実施形態の空気排出口は、図示しないが、熱交換容器１０の上壁１１に設けられる。つまり、空気排出口の円筒部材７５は、上下方向に延びており、入口端（上流端）が熱交換容器１０の上壁１１に接続されて熱交換室１４に連通し、出口端（下流端）が外部の大気中に開口する。

通路形成部材４３，４４，４５，４６において、コイルバネ８１は、固定基板５１に取り付けられており、端部（可動端８１ｂ）が可動基板６１に接して該可動基板６１を上記一定方向と逆方向（即ち、左回り）に付勢するものである。具体的に、固定基板５１には、下流側の側面の中心に軸部８２が設けられている。軸部８２は、固定基板５１の側面から突出する丸棒である。コイルバネ８１は、軸部８２に挿入されて取り付けられている。また、固定基板５１および可動基板６１には、突片８３，８４が形成されている。突片８３は、固定基板５１における開口５２の内縁部の一部が下流側へ突出して形成されている。突片８４は、可動基板６１における開口６２の内縁部の一部が下流側へ突出して形成されている。コイルバネ８１は、一端部である固定端８１ａが固定基板５１の突片８３に固定され、他端部である可動端８１ｂが可動基板６１の突片８４に接している。

こうしてコイルバネ８１が取り付けられた通路形成部材４３，４４，４５，４６では、コイルバネ８１が可動基板６１を付勢することによって可動部材６０に左回りの回転力が作用する。可動部材６０は、羽根６４による右回りの回転力がコイルバネ８１による左回りの回転力よりも小さいときは、回転しない（図６および図７に示す状態）。このとき、流通口４９の面積（２つの開口５２，６２のラップ面積）は最小となる。また、可動部材６０は、羽根６４による右回りの回転力がコイルバネ８１による左回りの回転力よりも大きくなると、図８および図９に示すように、右回りに回転する。この可動部材６０の回転角度は、羽根６４による回転力が大きくなるほど大きくなる。そして、通路形成部材４３，４４，４５，４６では、上記実施形態１と同様、可動部材６０の回転角度が大きくなるに従って、流通口４９の面積が大きくなる。つまり、空気の流量（排出量）が多くなる。

また、本実施形態の通路形成部材４３，４４，４５，４６においても、可動部材６０の回転角度が所定範囲内に制限されている。可動部材６０は、突片８４がコイルバネ８１の固定端８１ａ側に当たることで、左回りの回転動作が規制される（図６および図７に示す状態）。このように可動部材６０の突片８４がコイルバネ８１の固定端８１ａ側に当たった状態で、流通口４９の面積は最小となる。また、可動部材６０は、右回りに回転して突片８４が固定部材５０の開口５２の内縁部に当たることで、右回りの回転動作が規制される。このように可動部材６０の突片８４が固定部材５０の開口５２の内縁部に当たった状態で、流通口４９の面積は最大となる。その他の構成は、上記実施形態１と同様である。

以上のように構成された本実施形態の熱交換器においても、上記実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に、本実施形態では、対抗力付与機構としてコイルバネ８１を用い、そのコイルバネ８１の付勢力によって可動部材６０に回転力を作用させるようにしたため、空気排出口の円筒部材７５が上下方向に延びるものであっても、羽根６４による回転力に対抗する回転力を可動部材６０に作用させることができる。つまり、本実施形態の対抗力付与機構によれば、円筒部材７５の軸方向の如何に関係なく、上述した回転力を可動部材６０に作用させることができる。

なお、上記の各実施形態において、被加熱流体は水以外の流体であってもよい。

また、上記実施形態の通路形成部材４３，４４，４５，４６では、羽根６４を湾曲した板状部材で構成したが、本願の請求項に係る羽根はこれに限らず、例えばＶ字状に屈曲させた板状部材であってもよい。

本願に開示の技術は、蒸気が被加熱流体と熱交換して凝縮する熱交換器について有用である。

１ 熱交換器
１０ 熱交換容器
１２ 底壁（底部）
２１ 蒸気供給菅
３２ 伝熱管
４１ 円筒部材
４１ａ 入口端
４１ｂ 出口端
４３,４４,４５,４６ 通路形成部材
４７ ラビリンス通路
５１ 固定基板
５２ 開口
５３ 軸部（回転中心）
６１ 可動基板
６２ 開口
６４ 羽根
６５ 錘（対抗力付与機構）
７５ 円筒部材
８１ コイルバネ（バネ、対抗力付与機構）
８１ｂ 可動端（端部）

Claims (4)

1. 蒸気供給管が接続された熱交換容器と、該熱交換容器内に設けられ、被加熱流体が流れる伝熱管とを備え、上記蒸気供給管から上記熱交換容器に供給された蒸気が上記伝熱管の被加熱流体と熱交換して凝縮する熱交換器であって、
   入口端が上記熱交換容器の内部に連通し出口端が大気に開放され、ガスが排出される円筒部材を備える一方、
   上記ガスが流れる開口を有し、上記円筒部材内にそれと同軸に設けられる円形の固定基板と、
   上記ガスが流れる開口を有し、該開口が上記固定基板の開口とラップするように上記固定基板の上流側に該固定基板と重ねて設けられる回転自在な円形の可動基板と、
   上記可動基板の上流側の側面に設けられ、上記ガスの流体力が作用することによって上記可動基板に一定方向の回転力を作用させる羽根と、
   上記羽根による回転力に対抗する力を上記可動基板に作用させる対抗力付与機構とを有し、上記可動基板が上記一定方向に回転するに従って、上記２つの開口のラップ面積が大きくなるように構成されると共に、互いの上記２つの開口のラップ部分の位相がずれるように上記円筒部材の軸方向に配列されて上記ガスのラビリンス通路を形成する複数の通路形成部材を備えている
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   上記円筒部材は、略水平方向に延びるものであり、
   上記対抗力付与機構は、上記可動基板の上流側の側面において該可動基板の回転中心から離れた位置に設けられる錘である
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１に記載の熱交換器において、
   上記対抗力付与機構は、上記固定基板に設けられ、端部が上記可動基板に接して該可動基板を上記一定方向と逆方向に付勢するバネである
   ことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器において、
   上記熱交換容器は、蒸気の凝縮によって発生したドレンが底部に貯留されるように構成され、
   上記蒸気供給管は、蒸気が上記熱交換容器の底部のドレン中に供給される
   ことを特徴とする熱交換器。
   

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