JPH0633960B2 - 熱交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液体を蒸気及び他の熱源などと熱交換させる
ときの液の突沸及び昇圧による液の噴上げを防止し、液
が外部に流出するのを防止し、且つその時の圧力を簡単
に抜けるようにした突沸時等における液噴上げ流出を防
止できる熱交換装置に関するものである。

（従来の技術と発明が解決しようとする課題） 一般に熱交換装置の一つである蒸留器等においては、液
体の突沸は避け難いものである。突沸による噴出液等
は、容器本体内の液面全体からではなく、液の一部から
瞬時に発生する。液表面のどの箇所から噴出液等が発生
するか予測するこは不可能である。従って噴出液等を種
々の邪魔板や金網などで狭い空間及び面積に分けたり、
液の方向を変えたりすることは、発生する噴出液等が局
部的な部分に瞬時に集中するために、その集中した部分
では、処理能力以上の液量となり、処理し切れず、処理
不能になって装置の外部にまで噴出するし、圧抜きも十
分ではないという問題点がある。

大型の装置では、従来から複雑な構造で多くの対策がな
されているが、小型の装置では、経済性が重視されて対
策がほとんどなされていないのが実情であった。また、
最近では、液シールによる大気開放型熱交換装置が開発
されたが、小型の装置では、瞬時の昇圧によりシール液
が噴上げ流出するという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、蒸留器等の
熱交換装置内の突沸液及び昇圧による噴上げ流出液（以
下これを噴出液等という。）の発生を簡単な構造で効率
的に防止できる安価で経済的な熱交換装置を提供するこ
とを目的としてなされたものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、請求項(1)に記載の本発明
は、上部が開口し液体が入れられる容器本体と、該容器
本体の上部に設けた内向きフランジと、筒部及び盲板を
一体に有し外径が前記内向きフランジの内径よりも大き
く該内向きフランジの上面側との間に周に沿って逃げ隙
間を形成し且つ該内向きフランジの上面側を全周に亙っ
て覆う状態にて配置した液噴上げ流出防止用蓋体と、該
蓋体を囲繞し該蓋体の外面との間に逃げ空間を形成して
前記内向きフランジから上向きに前記逃げ隙間の上方ま
で延設した外筒体とを備え、前記逃げ隙間と前記逃げ空
間とで大気中に通ずる気体通路を形成したことを特徴と
する熱交換装置を要旨とするものである。

また、請求項(2)に記載の本発明は、上部の熱流体導入
口及び冷流体導入口と底部の流体排出口とを有し上部が
開口した容器本体と、該容器本体の上端部に固定した内
向きフランジと、筒部及び盲板を一体に有し外径が前記
内向きフランジの内径よりも大きく該内向きフランジの
上面側との間に全周に亙って逃げ隙間を形成し且つ該内
向きフランジの上面側を全周に亙って覆う状態にて配置
した液噴上げ防止用蓋体と、該蓋体を囲繞し該蓋体の外
面との間に逃げ空間を形成し前記内向きフランジから上
向きに前記逃げ隙間の上方まで延設した外筒体と、前記
内向きフランジの内縁から前記容器本体内に垂下され下
部が該容器本体の底板から離れていて該底板との間に下
隙間を形成し、且つ該下部が前記容器本体内で前記流体
排出口の外側に配置された内筒体とを備え、該内筒体の
外周面と前記容器本体の内周面との間で熱交換室を形成
し、前記下隙間と前記内筒体と前記逃げ隙間と前記逃げ
隙間とで大気中へ通ずる気体通路を形成することを特徴
とする熱交換装置を要旨としている。

（作用） 請求項(1)に記載の本発明では、噴出液等は容器本体の
上部の開口から出て行こうとするが、内向きフランジの
上面側を全周に亙って液噴上げ流出防止用蓋体で覆い、
液体をこの蓋体で反転させて容器本体に戻す。このよう
にすることにより、液面のどの位置から噴出液等が発生
しても、筒部及び盲板を一体に有する当該蓋体内の広い
空間で対処できる。

また、大気中へ通ずる気体通路の面積も、逃げ隙間は高
さが低くても蓋体の周に沿っているので、長さが長く面
積が広く、逃げ空間は蓋体の外側に形成してあり、十分
に広くなっているので、大気中へ通ずる気体通路の断面
積も広くなり、同時に発生する瞬時の昇圧が圧抜きされ
る時の気体流速が低く抑えられるために、噴出液等は装
置外に出難く、気体との同伴液は重力により自重で内向
きフランジ上に落下する。この落下した液体は、逃げ隙
間を通じて容器本体内に戻る。外筒体は逃げ隙間から出
てくる流体の横向きの流れを妨害し液を外に出さない役
割をする。

請求項(2)に記載の本発明の場合も、請求項(1)に記載の
本発明と同様にして容器本体内の瞬時の昇圧に対して、
下隙間と内筒体と逃げ隙間と逃げ空間とで形成される気
体通路から圧抜きを的確に行えるため、下部の流体排出
口からの流体の流出速度を弱めることができ、また、上
方への噴出液等を蓋体の作用で反転させ、逃げ隙間から
流出しようとする噴出液等は外筒体に妨げられて反転
し、容器本体内に戻る。熱流体導入口及び冷流体導入口
から導入される熱流体と冷流体とは容器本体内で熱交換
され、熱交換後の流体は流体排出口を通じて取り出され
るとき、排出口面積を狭くして、熱交換室内に外部空気
が侵入するのを防止し、熱交換の効率を良くする。ま
た、侵入空気は比重が大きいので、排出口から排出され
易い。

（実施例） 本発明の実施例について、蒸留器を例として図面を参照
しながら詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る熱交換装置の一種
である蒸留器を示す側断面図である。

この蒸留器は、中に液体Ｌが入れられる容器本体１と、
この容器本体１の上端部の内向きフランジ２と、この内
向きフランジ２の上方の蓋体３と、この蓋体３の外周に
配置した外筒体４とを有している。

容器本体１は、上部が開口しており、上端に設けた内向
きフランジ２で開口を狭めてあり、内部に蒸留対象とな
る液体Ｌが入れられていて、図示しない熱源から熱を受
けて当該液体Ｌを加熱し蒸留するようになっている。

蓋体３は、筒部３ａ及びその上部の盲板３ｂを一体に有
し、外径を内向きフランジ２の内径よりも大きくしてあ
り、内向きフランジ２の上面側との間に全周に亙って逃
げ隙間５を形成し、且つ当該内向きフランジ２の上面側
を全周に亙って覆う状態にて固定具６をもって筒部３ａ
を内向きフランジ２に固着して配置され、液体の噴上げ
流出を防止するためのものである。

外筒体４は、蓋体３を囲繞し当該蓋体３の外面との間に
逃げ空間７を形成して内向きフランジ２から上向きに逃
げ隙間５の上方まで延設してある。

そしてこの蒸留器は、逃げ隙間５と、逃げ空間７とで大
気中へ通ずる気体通路８が形成されている。

本発明のこの第１の実施例に係る蒸留器では、容器本体
１内の噴出液等はほとんど蓋体３の筒部３ａ内に導か
れ、筒部３ａの上部の盲板３ｂで上昇を妨げられて反転
し、筒部３ａに導かれて容器本体１内に自重で落下し戻
される。瞬時の昇圧に対しては、逃げ隙間５及び逃げ空
間７とで形成されている気体通路８を通じて迅速に圧抜
きされる。圧抜きに際して、逃げ隙間５は高さが低いが
全周に亙っていて長さが比較的長く且つ面積が広くとれ
るため、流速を下げ噴出液等を外に出さずに圧抜きする
のに効果的である。

そして逃げ隙間５から外へ出ようとする排出液等は、外
筒体４で進路を妨げられて反転し、逃げ隙間５を通じて
容器本体１内に戻される。気体通路８を形成する逃げ空
間７も、外筒体４が蓋体３の外側にあるため、断面積を
大きく取れるので、ここでの噴出液等の速度を弱めて、
液流出を防止するのに役立っている。

第２図は本発明の第２の実施例に係る蒸留器を示す側断
面図である。

この蒸留器では、外筒体４が筒部４ａ以外に天板部４ｂ
と上向きの蒸気導出口４ｃとを有し、容器本体１の下部
外側にジャケット９を設け、このジャケット９に蒸気導
入口９ａを経て高温蒸気を供給し、この蒸気で液体を昇
温させ蒸留するようになっており、下端のスチームトラ
ップ１０からドレンを取り出す。この第２の実施例に係
る蒸留器のその他の構成は第１の実施例に係る蒸留器と
同じなので同一部分に同一符号を付けて説明を省略す
る。後述に各実施例についても、先行する各実施例と同
一部分に同一符号を付けて説明を省略する。

第２の実施例に係る蒸留器では、噴出液等が実線の矢印
で示す如く容器本体１内に戻り、瞬時の昇圧に対して点
線の矢印で示す如く蒸気などの気体が大気中に開放され
て圧抜きされる。この場合外筒体４には天板部４ｂがあ
るので、噴出液等が装置外へ流出するのをより一層確実
に防止できる。

第３図及び第４図はそれぞれ第１図及び第２図に示す蒸
留器の変形例に係る側断面図である。第３図の蒸留器で
は、外筒体４の上端に内向きフランジ４ｄを設け、第４
図の蒸留器では、ジャケットに代えて熱流体管１１を容
器本体１内の下部に配設している点で異なっている。

第５図は本発明の第３の実施例に係る蒸留器以外の熱交
換装置を示す側断面図である。

この第３の実施例では、容器本体１の上部に熱流体導入
口としての蒸気導入口１ａ及び冷流体導入口としての冷
水導入口１ｂを設け、また、下部に流体排出口１ｃを設
け、更に、容器本体１内に内筒体１２を設けてあり、蒸
気導入口１ａから蒸気を導入し冷水導入口１ｂから冷水
を導入して蒸気と冷水とを熱交換室１４で直接接触させ
て熱交換する例である。

蒸気導入口１ａ及び冷水導入口１ｂは、内向きフランジ
２の近傍に横向きに且つ互に背向して開口しており、ま
た、流体排出口１ｃは、容器本体１の底板１ｅに設けて
ある。

内筒体１２は、流体排出口１ｃよりも直径を大きくして
あり、内向きフランジ２の内縁から容器本体１内に当該
流体排出口１ｃと略同心位置にて垂下されており、下端
が当該容器本体１の底板１ｅから離れていて該底板１ｅ
との間に下隙間１３を形成している。

そして容器本体１の内周面と内筒体１２の外周面との間
に熱交換室１４が形成され、熱交換室１４内の導入流体
と排出流体とのバランスで熱交換室１４の底部に液体が
溜る。

この第３の実施例では、熱交換室１４内の瞬時の昇圧の
ために、容器本体１の下部に溜っている液体Ｌが噴出し
ようとすることがあるが、内筒体１２により、熱交換室
１４の下部に溜っている液体の一部が、下隙間１３、内
筒体１２を経由して上方へ移動する。

そして噴出液は、内筒体１２で方向が規制されるため、
大部分が蓋体３の盲板３ｂに衝突して反転し、反転した
液体は蓋体３の筒部３ａと内筒体１２とに導かれて自重
で落下し容器本体１内に戻り、外部へ流出しない。一
方、気体は広い断面積を有する逃げ隙間５及び逃げ空間
７を経て装置外へ排出され、圧抜きができる。この排出
気体は、広い断面積を有する気体通路８を通過するの
で、速度が遅くなっており、且つ外筒体４で液粒子の流
れが妨げられ、同伴噴出液等の流出はほとんどない。こ
のように圧抜きが出来るため、流体排出口１ｃからの蒸
気凝縮水と冷水との混合温水は噴出を弱めて取り出され
る。

第６図は本発明の第４の実施例に係る熱交換装置を示す
側断面図である。

この第４の実施例では、容器本体１の底板１ｅに設けた
流体排出口１ｃに流体排出管１ｄが上端を上向きに突出
させて当該底板１ｅに固定されている。

内筒体１２は、内向きフランジ２の内縁から容器本体１
内に垂下されており、下端が当該容器本体１の底板１ｅ
から離れていて該底板１ｅとの間に下隙間１３を形成
し、且つ該下端が前記容器本体１内に上向きに突出した
流体排出管１ｄの上端の外側下方に配置されていて、下
端が容器本体１内の液体で液シールされる。

液シールの高さＨは、液面が流体排出管１ｄの上端の位
置にあるとき、内筒体１２の下端から流体排出管１ｄの
上端までの寸法である。なお、この液シール高さは０以
下であっても、流出液排出口が狭くなるのでかまわな
い。

この実施例の場合、その他の構成は、第３の実施例と同
様である。

この例では、常時熱交換室底部に液が溜っているため、
熱交換効率がよくなる。

第７図は本発明の第５の実施例に係る熱交換装置を示す
側断面図である。

この実施例では、冷水管１５が容器本体１の上部の冷水
導入口１ｂから当該容器本体１内に導入され、内筒体１
２の外周に巻装されて、下部の冷水導出口１ｆから導出
され、当該冷水管１５内の冷水と蒸気導入口１ａから導
入される蒸気とが熱交換室１４で間接接触して熱交換さ
れ、流体排出口１ｃからは蒸気凝縮水が排出され、冷水
導出口１ｆからは昇温した水が取り出される。

この間接接触による熱交換では、冷水管１５内に水以外
の冷媒を使用できる。この例においても、流体排出管１
ｄはなくてもかまわない。

第８図は本発明の第６の実施例に係る熱交換装置を示す
側断面図である。

この熱交換装置では、下向きの多数の孔を有するシャワ
ー管１６を容器本体１内の上部に設け、外筒体４の上端
に内向きフランジ４ｄを取付けた点と、液流出防止用蓋
体と内筒体とが一体の筒であって、逃げ隙間５は当該一
体の筒に明けた複数の孔をもって形成した点が第３の実
施例の場合と異なっている。

なお、本発明は、上記各実施例にのみ限定されるもので
はなく、間接接触で熱交換させる場合に熱流体として水
蒸気以外の任意の種類の蒸気を用いてもよく、冷水に代
えて任意の種類の冷媒を使用することも可能であり、容
器本体、蓋体、外筒体及び内筒体等の横断面形状を円
形、四角形、多角形その他任意のものにすることができ
る。

（発明の効果） 本発明は、上述の如く構成され、請求項(1)に記載の発
明では、容器本体と内向きフランジと蓋体と外筒体とを
備えるだけでよいので、構造が簡単で経済的であり、逃
げ隙間と逃げ空間とで大気中へ通ずる気体通路を形成す
るので、瞬時の昇圧に対して当該気体通路を通じて迅速
に圧抜きして対応することが可能となり、噴出液等が装
置外部へ流出するのを確実に防止し得る熱交換装置を提
供することができる。また、請求項(2)に記載の発明で
は、容器本体と内向きフランジと蓋体と外筒体と容器本
体内の内筒体とを備えるだけでよいので、同様に構造が
簡単で経済的であり、下隙間と内筒体と逃げ隙間と逃げ
空間とで大気中へ通ずる気体通路を形成するので、容器
本体の瞬時の昇圧にも容易で当該気体通路を通じて圧抜
きすることができ、噴出液等が装置外部へ流出するのを
確実に防止できるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る熱交換装置の一種
である蒸留器を示す側断面図、第２図は本発明の第２の
実施例に係る蒸留器を示す側断面図、第３図及び第４図
はそれぞれ第１図及び第２図に示す蒸留器の変形例に係
る側断面図、第５図は本発明の第３の実施例に係る蒸留
器以外の熱交換装置を示す側断面図、第６図は本発明の
第４の実施例に係る熱交換装置を示す側断面図、第７図
は本発明の第５の実施例に係る熱交換装置を示す側断面
図、第８図は本発明の第６の実施例に係る熱交換装置を
示す側断面図である。 １……容器本体、１ａ……蒸気導入口（熱流体導入
口）、１ｂ……冷水導入口（冷流体導入口）、１ｃ……
流体排出口、１ｄ……流体排出管、２……内向きフラン
ジ、３……蓋体、３ａ……筒部、３ｄ……盲板、４……
外筒体、５……逃げ隙間、６……固定具、７……逃げ空
間、８……気体通路、１２……内筒体、１３……下隙
間、１４……熱交換室。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部が開口し液体が入れられる容器本体
   と、該容器本体の上部に設けた内向きフランジと、筒部
   及び盲板を一体に有し外径が前記内向きフランジの内径
   よりも大きく該内向きフランジの上面側との間に周に沿
   って逃げ隙間を形成し且つ該内向きフランジの上面側を
   全周に亙って覆う状態にて配置した液噴上げ流出防止用
   蓋体と、該蓋体を囲繞し該蓋体の外面との間に逃げ空間
   を形成して前記内向きフランジから上向きに前記逃げ隙
   間の上方まで延設した外筒体とを備え、前記逃げ隙間と
   前記逃げ空間とで大気中へ通ずる気体通路を形成したこ
   とを特徴とする熱交換装置。
2. 【請求項２】上部の熱流体導入口及び冷流体導入口と底
   部の流体排出口とを有し上部が開口した容器本体と、該
   容器本体の上端部に固定した内向きフランジと、筒部及
   び盲板を一体に有し外径が前記内向きフランジの内径よ
   りも大きく該内向きフランジの上面側との間に全周に亙
   って逃げ隙間を形成し且つ該内向きフランジの上面側を
   全周に亙って覆う状態にて配置した液噴上げ流出防止用
   蓋体と、該蓋体を囲繞し該蓋体の外面との間に逃げ空間
   を形成し前記内向きフランジから上向きに前記逃げ隙間
   の上方まで延設した外筒体と、前記内向きフランジの内
   縁から前記容器本体内に垂下され下部が該容器本体の底
   板から離れていて該底板との間に下隙間を形成し、且つ
   該下部が前記容器本体内で前記流体排出口の外側に配置
   された内筒体とを備え、該内筒体の外周面と前記容器本
   体の内周面との間で熱交換室を形成し、前記下隙間と前
   記内筒体と前記逃げ隙間と前記逃げ空間とで大気中へ通
   ずる気体通路を形成することを特徴とする熱交換装置。