JPS58130993A - 熱交換方式 - Google Patents
熱交換方式Info
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- JPS58130993A JPS58130993A JP1447382A JP1447382A JPS58130993A JP S58130993 A JPS58130993 A JP S58130993A JP 1447382 A JP1447382 A JP 1447382A JP 1447382 A JP1447382 A JP 1447382A JP S58130993 A JPS58130993 A JP S58130993A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- liquid
- temperature
- heat exchanger
- steam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は新しい原理にもとづく液−液熱交換方式に関す
るものである。
るものである。
従来、熱交換器を熱交換の原理から分類すると表面式、
蓄熱式、液体連結間接式および直接接触式の4種類が知
られている。これらの原理は「熱交換器設計ハンドブッ
ク」(尾花英明著、工学図書■)、昭和49年)の第1
ページに簡潔、明瞭に記されているので引用すると下記
の通りである。
蓄熱式、液体連結間接式および直接接触式の4種類が知
られている。これらの原理は「熱交換器設計ハンドブッ
ク」(尾花英明著、工学図書■)、昭和49年)の第1
ページに簡潔、明瞭に記されているので引用すると下記
の通りである。
[流体間の熱交換のために使用される熱交換器は、熱の
授受の方法によつ゛C″表面式熱交換器”。
授受の方法によつ゛C″表面式熱交換器”。
9ゝ蓄熱式熱交換器”、6液体連結−間接式熱交換器”
、°°直接接触式熱交換器”の4種類に大別することが
できる。
、°°直接接触式熱交換器”の4種類に大別することが
できる。
表面式熱交換器(Surface Heat Exch
anger)は、壁によつ°C分けられた空間の温度の
異なる2樺類の流体を流し、壁を通し′Cの熱伝導およ
び壁表面における流体の対流によつ゛C2流体間の伝導
を行なわせる形式の熱交換器であって、6換熱式熱交換
器(Recuperator)”、″普通の熱交換器(
Ord 1naryHeat Exchanger)”
、あるいは単に1熱交換器(HeatEx−chang
er)”−と呼ばれることもある0表面式熱交換器には
”多管円筒式熱交換器” u二重管式熱交換器”、その
他の種々の構造の熱交換器がある。
anger)は、壁によつ°C分けられた空間の温度の
異なる2樺類の流体を流し、壁を通し′Cの熱伝導およ
び壁表面における流体の対流によつ゛C2流体間の伝導
を行なわせる形式の熱交換器であって、6換熱式熱交換
器(Recuperator)”、″普通の熱交換器(
Ord 1naryHeat Exchanger)”
、あるいは単に1熱交換器(HeatEx−chang
er)”−と呼ばれることもある0表面式熱交換器には
”多管円筒式熱交換器” u二重管式熱交換器”、その
他の種々の構造の熱交換器がある。
蓄熱式熱交換器(Regenerator)は固体から
なる蓄熱体を介して、高温流体から低温流体に熱を伝え
る熱交換器である。蓄熱体は一定期間高温流体に接触し
、高温流体から熱を受は取り、つぎにある一定期間低温
流体に接触しC1この間に低温流体に熱を放出する。蓄
熱式交換器には11回転型蓄熱式交換器”、バルブ切換
型蓄熱式交換器”などがある。
なる蓄熱体を介して、高温流体から低温流体に熱を伝え
る熱交換器である。蓄熱体は一定期間高温流体に接触し
、高温流体から熱を受は取り、つぎにある一定期間低温
流体に接触しC1この間に低温流体に熱を放出する。蓄
熱式交換器には11回転型蓄熱式交換器”、バルブ切換
型蓄熱式交換器”などがある。
液体連結間接式熱交換器(Liquid−Couple
dIndirect−type Exchanger)
は、二つの表面式熱交換器を熱媒体を循環させるこ
とによつ゛C連結した熱交換器である。熱媒体は高温流
体熱交換器と低温流体熱交換器の間を循環し、高温流体
熱交換器で熱エネルギーを受は取り、低温流体熱交換器
で低温流体に熱を放出する。
dIndirect−type Exchanger)
は、二つの表面式熱交換器を熱媒体を循環させるこ
とによつ゛C連結した熱交換器である。熱媒体は高温流
体熱交換器と低温流体熱交換器の間を循環し、高温流体
熱交換器で熱エネルギーを受は取り、低温流体熱交換器
で低温流体に熱を放出する。
直接接触式熱交換器(Direct−Contact
HeatExchanger)は、2流体を直接接触さ
せ゛C熱交換を行なわせる熱交換器で、冷水塔、バロメ
トリックコンデンサ、その他がある。冷水塔においては
、水と空気を直接接触させC熱の授受を行なわせ°CV
)るし、バロメトリックコンデンサでは蒸気と水とを直
接接触させて、水の表面に蒸気を凝縮させCいる。この
ほかに、2液間の熱交換のために、両液体に不溶解な別
の液体を熱媒体としC用い、この熱媒体を高温流体と直
接接触させ、次にこの熱媒体と低温流体とを直接接触さ
せることによつC1熱の授受を行なう直接接触式液−液
熱交換器がある。」 また、参考までに使用上の分類を同膚から引用すると、
「また、熱交換器は使用上から1加熱器”。
HeatExchanger)は、2流体を直接接触さ
せ゛C熱交換を行なわせる熱交換器で、冷水塔、バロメ
トリックコンデンサ、その他がある。冷水塔においては
、水と空気を直接接触させC熱の授受を行なわせ°CV
)るし、バロメトリックコンデンサでは蒸気と水とを直
接接触させて、水の表面に蒸気を凝縮させCいる。この
ほかに、2液間の熱交換のために、両液体に不溶解な別
の液体を熱媒体としC用い、この熱媒体を高温流体と直
接接触させ、次にこの熱媒体と低温流体とを直接接触さ
せることによつC1熱の授受を行なう直接接触式液−液
熱交換器がある。」 また、参考までに使用上の分類を同膚から引用すると、
「また、熱交換器は使用上から1加熱器”。
゛1予熱器”、過熱器1.″蒸発器”、′リボイラ”。
1を冷却器”、°′深冷器”、。凝縮器”、”全縮器”
。
。
°1分縮器”に分けることができる。」これらに対し“
C1本発明の熱交換器の原理は蒸気を熱伝達の媒介に利
用するものである。すなわち、高温側の液体の一部を蒸
発させて潜熱とし°C熱を奪い、この蒸気と低温側の液
体とを接触させ°にの蒸気を凝縮させることによつ°C
#縮の潜熱としC熱を与える。この原理による熱交換は
あらゆる場合について、無制限に適用できるものではな
いが、この原理によると、総括伝熱係数が極めて大きい
ことと、伝熱面積も非常に大きくとれることから、熱交
換器とし°C小形、安価なものが得られる。
C1本発明の熱交換器の原理は蒸気を熱伝達の媒介に利
用するものである。すなわち、高温側の液体の一部を蒸
発させて潜熱とし°C熱を奪い、この蒸気と低温側の液
体とを接触させ°にの蒸気を凝縮させることによつ°C
#縮の潜熱としC熱を与える。この原理による熱交換は
あらゆる場合について、無制限に適用できるものではな
いが、この原理によると、総括伝熱係数が極めて大きい
ことと、伝熱面積も非常に大きくとれることから、熱交
換器とし°C小形、安価なものが得られる。
ところが、最近、省エネルギーのmbから、熱の有効利
用のために熱交換器本体の要求が碩まつCいるが、従来
の熱交換°崇は電価なものであるために、痔済的坤出か
ら、使用が制限される場合が多々あった。とくに100
°C以下から常温付近では、高効率で熱交換を行なうた
めには熱交換の駆動力である二液体間の温度差を大きく
とれないので、伝熱面積が大きくなり、高価となる欠点
があった。
用のために熱交換器本体の要求が碩まつCいるが、従来
の熱交換°崇は電価なものであるために、痔済的坤出か
ら、使用が制限される場合が多々あった。とくに100
°C以下から常温付近では、高効率で熱交換を行なうた
めには熱交換の駆動力である二液体間の温度差を大きく
とれないので、伝熱面積が大きくなり、高価となる欠点
があった。
これに対し゛C1本発明は蒸気を熱伝達の媒介とするも
ので、小形で安価な熱交換方式を提供することを目的と
する。
ので、小形で安価な熱交換方式を提供することを目的と
する。
すなわち、本発明の熱交換方式の原理は、高温側の液体
の有する顕熱を、その液体の一部を蒸発させることによ
り蒸発の潜熱として蒸気に吸収し、次に、この蒸気を低
温側の液体と接解させ凝縮させることによす、蒸気が吸
収していた潜熱を凝縮潜熱とし°C低温側の液体に供給
すぐ昇温するものである。
の有する顕熱を、その液体の一部を蒸発させることによ
り蒸発の潜熱として蒸気に吸収し、次に、この蒸気を低
温側の液体と接解させ凝縮させることによす、蒸気が吸
収していた潜熱を凝縮潜熱とし°C低温側の液体に供給
すぐ昇温するものである。
第1図は本発明の、最も基本的構造をもった一実施例で
ある。(1)は熱交換器本体で、密閉された容器である
。(2)は後述の高温液体(4)と低温液体16)とを
隔絶するための隔壁である。(3)は隔壁上部を切除し
°C作られ°Cいる窓であり、蒸”気が自由に流通でき
る。(4)とtS)は互に熱交換すべき液体で、(4)
は高温液体、C6)は低温゛液体である。(6)は高温
液体から発生する蒸気を示す。(7)は窓(3)を通っ
て高温液体側から低温液体側に移動する蒸気の流れを示
す。(8)は低温液体表面に向って移動する蒸気の流れ
を示す。1(1)は高温側の室、Q□は低温側の室であ
るが、前記の窓(3)を介して、高温液体、低温液体に
共通の空間となつCいる。
ある。(1)は熱交換器本体で、密閉された容器である
。(2)は後述の高温液体(4)と低温液体16)とを
隔絶するための隔壁である。(3)は隔壁上部を切除し
°C作られ°Cいる窓であり、蒸”気が自由に流通でき
る。(4)とtS)は互に熱交換すべき液体で、(4)
は高温液体、C6)は低温゛液体である。(6)は高温
液体から発生する蒸気を示す。(7)は窓(3)を通っ
て高温液体側から低温液体側に移動する蒸気の流れを示
す。(8)は低温液体表面に向って移動する蒸気の流れ
を示す。1(1)は高温側の室、Q□は低温側の室であ
るが、前記の窓(3)を介して、高温液体、低温液体に
共通の空間となつCいる。
次に動作について説明する。熱交換器+1)中の互に熱
交換すべき液体(4)および(6)は、(4)は高温、
(5)は低温であるとすると、高温液体(4)の蒸気圧
は高く、低温液体(5)の蒸気圧は低い。ところで、熱
交換器本体(1)は密閉された器になっているので、高
温液体(4)の表面から矢印(6)のように高温側の室
(9)内に蒸発した蒸気は、上記の蒸気圧の差により、
矢印(7)のように隔壁上部の窓(3)を通り低温側の
室01に移動する。さらに、低温側の息切の蒸気は矢印
(8)のように低温液3体の表面1ζ移動し、低源液体
表面で凝縮する。
交換すべき液体(4)および(6)は、(4)は高温、
(5)は低温であるとすると、高温液体(4)の蒸気圧
は高く、低温液体(5)の蒸気圧は低い。ところで、熱
交換器本体(1)は密閉された器になっているので、高
温液体(4)の表面から矢印(6)のように高温側の室
(9)内に蒸発した蒸気は、上記の蒸気圧の差により、
矢印(7)のように隔壁上部の窓(3)を通り低温側の
室01に移動する。さらに、低温側の息切の蒸気は矢印
(8)のように低温液3体の表面1ζ移動し、低源液体
表面で凝縮する。
このように、本発明の熱交換器の中で、■高温液体から
の蒸発→■蒸気の移動→■低温液体での蒸気の凝縮が起
るが、■の過程(高温液体からの蒸発ンで、蒸発潜熱と
し°C高温液体の顕熱を奪い高温液体の温度を下げ、■
の過程(低温液体での蒸気の凝縮)で凝縮潜熱を低温液
体に顕熱として与え低温液体の温度を上昇させる。以上
のメカニズムによって、高温液体の顕熱が低温液体に伝
えられる。すなわち、本発明は、構造は従来の概念の熱
交換器とは異なるが、機能とし°Cは熱交換器であるこ
とがわかる。
の蒸発→■蒸気の移動→■低温液体での蒸気の凝縮が起
るが、■の過程(高温液体からの蒸発ンで、蒸発潜熱と
し°C高温液体の顕熱を奪い高温液体の温度を下げ、■
の過程(低温液体での蒸気の凝縮)で凝縮潜熱を低温液
体に顕熱として与え低温液体の温度を上昇させる。以上
のメカニズムによって、高温液体の顕熱が低温液体に伝
えられる。すなわち、本発明は、構造は従来の概念の熱
交換器とは異なるが、機能とし°Cは熱交換器であるこ
とがわかる。
なお、本発明の熱交換器では、その熱交換のメカニズム
からし・C高温液体は一部蒸発により減少し、その蒸気
が低温液体側で凝縮して低温液体は逆に増加する。しか
し、一般に、液体の蒸発または凝縮の潜熱は比熱にくら
べ゛C2桁以上太きLN(例えば、水の場合、蒸発また
は凝縮の潜熱は500〜600 kcalAgに対して
、比熱は1kcal/kg・℃であるンので、温度差数
10″C以内の熱交換においては移動する液量は1割程
度以内であり、問題となるケースは少ない。むしろ逆に
プラスに評偏される場合もある。例えば、温排水からの
熱回収の場合には熱のみでなく、水も一部(凝縮した分
ン回収されるのでプラスとなる。
からし・C高温液体は一部蒸発により減少し、その蒸気
が低温液体側で凝縮して低温液体は逆に増加する。しか
し、一般に、液体の蒸発または凝縮の潜熱は比熱にくら
べ゛C2桁以上太きLN(例えば、水の場合、蒸発また
は凝縮の潜熱は500〜600 kcalAgに対して
、比熱は1kcal/kg・℃であるンので、温度差数
10″C以内の熱交換においては移動する液量は1割程
度以内であり、問題となるケースは少ない。むしろ逆に
プラスに評偏される場合もある。例えば、温排水からの
熱回収の場合には熱のみでなく、水も一部(凝縮した分
ン回収されるのでプラスとなる。
第2.8図に本発明の他の実施例(本発明の熱交換器の
具体的使用例)を示した。第2図は側面図で18図のト
l断面を示す。船8閃は第2図の11断面である。この
実施例は第1図の熱交換器を直列に44!接続し、温水
と冷水を対向流的に流すようにしたものである。(2)
が直列に接続された各熱交換器の境界の壁であり、各々
の下部に開孔(’11 a )バ1lb)があり、ここ
を通して渡体が流れうる。;1)〜aOはgh1図の場
合と同様の部分を示す。
具体的使用例)を示した。第2図は側面図で18図のト
l断面を示す。船8閃は第2図の11断面である。この
実施例は第1図の熱交換器を直列に44!接続し、温水
と冷水を対向流的に流すようにしたものである。(2)
が直列に接続された各熱交換器の境界の壁であり、各々
の下部に開孔(’11 a )バ1lb)があり、ここ
を通して渡体が流れうる。;1)〜aOはgh1図の場
合と同様の部分を示す。
(2)は温水を送るポンプであり、(18a)は熱交換
器+1)への導入配管、(18b)は熱交換後の温水の
導出1配管である。(ロ)は冷水を送るポンプであり、
(14a)は熱交換器(1)への導入配管、(14b)
は熱交換後の昇温された冷水を導出する配管である。(
至)は凝縮器、a9は真空ポンプである。真空ポンプ(
ハ)は、水に溶存し′Cい°C熱交換器中に入ってき°
C気相(9)。
器+1)への導入配管、(18b)は熱交換後の温水の
導出1配管である。(ロ)は冷水を送るポンプであり、
(14a)は熱交換器(1)への導入配管、(14b)
は熱交換後の昇温された冷水を導出する配管である。(
至)は凝縮器、a9は真空ポンプである。真空ポンプ(
ハ)は、水に溶存し′Cい°C熱交換器中に入ってき°
C気相(9)。
QT)に遊離された非&縮性のガス、例えば空気を排出
するためのものである。凝縮W#鱒は非凝縮ガスととも
に水蒸気が真空ポンプに入ることを防止するためのもの
である。(101)バ102)、(10B)、(104
) は直列に接続された各熱交換器であり、順に、第
1ステージの単位熱交換器、第2ステージの単位熱交換
器、・・・、第4ステージの単位熱交換器である。
するためのものである。凝縮W#鱒は非凝縮ガスととも
に水蒸気が真空ポンプに入ることを防止するためのもの
である。(101)バ102)、(10B)、(104
) は直列に接続された各熱交換器であり、順に、第
1ステージの単位熱交換器、第2ステージの単位熱交換
器、・・・、第4ステージの単位熱交換器である。
これらの単位熱交換器が直列に接続されたものである(
1)を熱交換スタックと呼ぶことにする。
1)を熱交換スタックと呼ぶことにする。
非凝縮性ガスは第4ステージのみでなく、各ステージで
発生するが、前ステージで発生したガスは次々に後のス
テージに移動するので、最後の第4ステージのみで排気
すればよい。例えば、第1ステージで非凝縮性ガスが発
生すると、気相+9) 、 (It)の容積が増加して
くるので、液相(4) 、 +6)の液レベルが低下し
、開孔(11a)”または(llb)のレベルにまで低
下すると、この開孔を通つC1後のステージにガスが移
動する。仁のようにして最終的に第4ステージに非凝縮
性ガスは集まり真空ポンプ(至)によつ′C排出される
わけである。なお、温水と冷水の熱交換が平衡(動的平
衡)に達すると各ステージの水温は一定となり、したが
って、各気相の水蒸気圧も一定となり、したがって、各
ステージの液レベルもこれに5よっ゛C基本的に決まる
。前記の非凝縮ガスの発生は、この水蒸気圧にプラスさ
れる仁とになるので、自圧が高くなり、水位が低下し、
ガスの一部が前述のように後段に移動するわけである。
発生するが、前ステージで発生したガスは次々に後のス
テージに移動するので、最後の第4ステージのみで排気
すればよい。例えば、第1ステージで非凝縮性ガスが発
生すると、気相+9) 、 (It)の容積が増加して
くるので、液相(4) 、 +6)の液レベルが低下し
、開孔(11a)”または(llb)のレベルにまで低
下すると、この開孔を通つC1後のステージにガスが移
動する。仁のようにして最終的に第4ステージに非凝縮
性ガスは集まり真空ポンプ(至)によつ′C排出される
わけである。なお、温水と冷水の熱交換が平衡(動的平
衡)に達すると各ステージの水温は一定となり、したが
って、各気相の水蒸気圧も一定となり、したがって、各
ステージの液レベルもこれに5よっ゛C基本的に決まる
。前記の非凝縮ガスの発生は、この水蒸気圧にプラスさ
れる仁とになるので、自圧が高くなり、水位が低下し、
ガスの一部が前述のように後段に移動するわけである。
今、動的平衡に達すると各ステージの水温は一定となり
、気相の蒸気圧も一定となると述べたが、各ステージの
単位熱交換器の中では常に温水側(4)の水温が冷水側
1B)の水温より高いので、第1図に示したように、常
に温水側では蒸発が起つCおり、冷水側で凝縮が進行し
°Cいる。そして、蒸発と凝縮の動的平衡の結果とし”
C1温水側水温の飽和蒸気圧と冷水側水温の飽和蒸気圧
の間の一定の値に決まる。もつとも、温水側(4)の水
温と冷水側(5)の水温の差は、この熱交換器では一般
に、わずか(1〜8℃)であるから、動的平衡がどちら
によってもそう大きな違いにはならない、次に、熱交換
スタックの各ステージでどのような温度関係圧力になつ
°Cいるか、例にもとづいて述べる。66゛Cの温水と
28℃の冷水を同じ流量で、各々(181) 〜(18
b) 〜、(14m) 〜(14b)に通じた場合の温
度関係を第一4図に示した。実線は温水、点線は冷水の
温度変化を示す。なお、矢印は流れの方向を示し°Cい
る。この図から各ステージ間の温度差がほぼ等しくなっ
ていることがわかる。この理由は、あるステージに温水
が流入した場合のその前後の温度変化(低下)と、その
同じステージに冷水が流入した場合のその前後の温度変
化(上昇)は単位熱交換器から外部への熱損失がないか
ぎり、熱収支の点から比熱一定とす糺ば、等しくならな
ければならないからである。図では各ステージ間で約6
℃の暉しい温度差となっている。
、気相の蒸気圧も一定となると述べたが、各ステージの
単位熱交換器の中では常に温水側(4)の水温が冷水側
1B)の水温より高いので、第1図に示したように、常
に温水側では蒸発が起つCおり、冷水側で凝縮が進行し
°Cいる。そして、蒸発と凝縮の動的平衡の結果とし”
C1温水側水温の飽和蒸気圧と冷水側水温の飽和蒸気圧
の間の一定の値に決まる。もつとも、温水側(4)の水
温と冷水側(5)の水温の差は、この熱交換器では一般
に、わずか(1〜8℃)であるから、動的平衡がどちら
によってもそう大きな違いにはならない、次に、熱交換
スタックの各ステージでどのような温度関係圧力になつ
°Cいるか、例にもとづいて述べる。66゛Cの温水と
28℃の冷水を同じ流量で、各々(181) 〜(18
b) 〜、(14m) 〜(14b)に通じた場合の温
度関係を第一4図に示した。実線は温水、点線は冷水の
温度変化を示す。なお、矢印は流れの方向を示し°Cい
る。この図から各ステージ間の温度差がほぼ等しくなっ
ていることがわかる。この理由は、あるステージに温水
が流入した場合のその前後の温度変化(低下)と、その
同じステージに冷水が流入した場合のその前後の温度変
化(上昇)は単位熱交換器から外部への熱損失がないか
ぎり、熱収支の点から比熱一定とす糺ば、等しくならな
ければならないからである。図では各ステージ間で約6
℃の暉しい温度差となっている。
この場合の熱交換器としCの効率η((%)は、図から
28°Cで熱交換スタック(1)に入った冷水が、48
℃となっているので である。第6図には第4図の条件における各単位熱交換
器の蒸気圧と水位を示した。水位は第4ステージの水位
を基準(零〕とし°C示した。蒸気圧は温度に対して指
数関数的に増加するので、各ステージ間の圧力差(水位
差)は、温度差は等しくても、より高温のステージ間は
どより大きくなつ°Cいることがわかる。
28°Cで熱交換スタック(1)に入った冷水が、48
℃となっているので である。第6図には第4図の条件における各単位熱交換
器の蒸気圧と水位を示した。水位は第4ステージの水位
を基準(零〕とし°C示した。蒸気圧は温度に対して指
数関数的に増加するので、各ステージ間の圧力差(水位
差)は、温度差は等しくても、より高温のステージ間は
どより大きくなつ°Cいることがわかる。
第2,8図において、実線で示した液レベルは温水の水
位であり、点線は冷水の水位である。第1、第2ステー
ジでは温水の水位が冷水の水位より高く、第8.第4ス
テージでは逆に冷水の水位が高い。これは、温水は第1
ステージから第4ステージに向って流れる(上の方が圧
力が低いので、低所から高所への流れが自然に起る)が
、各境界(2)下部の開孔(l1g)などを通過する際
に圧力損失を生ずるためである。冷水は逆に第4ステー
ジから第1ステージに向って流れるために、第4.第8
ステージで温水より水位が高くなっている。水が静止し
た場合にはこれらの中間の水位となり、温水、冷水とも
水位は実際上等しくなる。
位であり、点線は冷水の水位である。第1、第2ステー
ジでは温水の水位が冷水の水位より高く、第8.第4ス
テージでは逆に冷水の水位が高い。これは、温水は第1
ステージから第4ステージに向って流れる(上の方が圧
力が低いので、低所から高所への流れが自然に起る)が
、各境界(2)下部の開孔(l1g)などを通過する際
に圧力損失を生ずるためである。冷水は逆に第4ステー
ジから第1ステージに向って流れるために、第4.第8
ステージで温水より水位が高くなっている。水が静止し
た場合にはこれらの中間の水位となり、温水、冷水とも
水位は実際上等しくなる。
次に本発明と従来の表面式熱交換器との伝熱面積の比較
を行なう。比較は、第4図の温度条件すなわち、56℃
の温水と28℃の冷水との闇で熱交換を行ない、交換伝
熱面槽の基礎となるのは総括熱誠は100万kcal/
hの場合につい・C行なう。
を行なう。比較は、第4図の温度条件すなわち、56℃
の温水と28℃の冷水との闇で熱交換を行ない、交換伝
熱面槽の基礎となるのは総括熱誠は100万kcal/
hの場合につい・C行なう。
熱伝達率と2液間の温度差である。本発明の場合、総括
熱伝達率には蒸発の熱伝達率と凝縮の熱伝達率が関係し
、前者には多段フラッシュ法による海水淡水化のデンタ
が適用でき、その値は数百〜10数万kca 1β・h
oCである。また、後者には通常の膜凝縮の場合の熱伝
達率が適用でき、仁の値も数百〜10数万kcal、&
−h・℃である。したがって、各々を4万kca 1〜
・h・℃とすると、総括−伝達率は、各々の逆数の和の
逆数であるから、2万kcalβ・h・℃となる。した
がつ°C1本発明の伝熱面積Secは、第4図から二液
間の温度差は約2℃であるかとなる。なお、蒸発面であ
る温水側と凝縮面である冷水側にそれぞれこの面積が必
要なので、合計として60コの水面積が必要である。
熱伝達率には蒸発の熱伝達率と凝縮の熱伝達率が関係し
、前者には多段フラッシュ法による海水淡水化のデンタ
が適用でき、その値は数百〜10数万kca 1β・h
oCである。また、後者には通常の膜凝縮の場合の熱伝
達率が適用でき、仁の値も数百〜10数万kcal、&
−h・℃である。したがって、各々を4万kca 1〜
・h・℃とすると、総括−伝達率は、各々の逆数の和の
逆数であるから、2万kcalβ・h・℃となる。した
がつ°C1本発明の伝熱面積Secは、第4図から二液
間の温度差は約2℃であるかとなる。なお、蒸発面であ
る温水側と凝縮面である冷水側にそれぞれこの面積が必
要なので、合計として60コの水面積が必要である。
一方、従来の表面式の熱交換器におい′Cは総括熱伝達
率は一般に数lOON2,000kca Vyd−h
・”Cである。したがって、この値を1,0OOkca
lβ・h−Cとし、第4図からこの場合の二液量温度差
を7°0(55−4=7 、85−28=7 )とする
と、従来の表面式の熱交換器の伝熱面積Scoは、 となる。すなわち、本発明のものは、従来のものより伝
熱面積が少なくてよく、また、構造も従来の多管式熱交
換器などとくらベシンプルで安価となることがわかる。
率は一般に数lOON2,000kca Vyd−h
・”Cである。したがって、この値を1,0OOkca
lβ・h−Cとし、第4図からこの場合の二液量温度差
を7°0(55−4=7 、85−28=7 )とする
と、従来の表面式の熱交換器の伝熱面積Scoは、 となる。すなわち、本発明のものは、従来のものより伝
熱面積が少なくてよく、また、構造も従来の多管式熱交
換器などとくらベシンプルで安価となることがわかる。
なお、第4図から容易にわかるようにステージ数を2倍
にすれば各単位熱交換器間の温度差は1/2になるので
、水の表面槽は一定でもステージ数を増せば熱交換効率
がさらに高まることは勿論である。
にすれば各単位熱交換器間の温度差は1/2になるので
、水の表面槽は一定でもステージ数を増せば熱交換効率
がさらに高まることは勿論である。
第6図、第7図はさらに他の実施例であり、第7図は第
6図の■−■断面を示す図である。この実施例は、充填
材を用い単位容積あたりの気−液界面檀を大幅に増大し
、蒸発および凝縮のための面積を増大して、コンパクト
化をはかったものである。(1)は本発明の熱交換器本
体である。ユ、@は充填塔部で充填材が充填されCいる
。(2)、@は多数の透孔を有する隔壁であり、(ロ)
とgめ充填部を分離し、熱交換さ誓るべき互の液が混合
しないようにするとともに、透孔を通し゛C温水側で発
生し冷水側に向う蒸気の移動は容易に起り得るものであ
る。(18m)、(18t))は−万の液の導入管、導
出管である。(14a)、(14b)は他方の液の導入
管、導出管である。各板は導入管の先端から、各々の充
填部に散布される。散布された液は個々の充填材の表面
をぬらしながら降下するので、気−液界面が非常に大き
くなり、コンパクトな熱交換器となる。
6図の■−■断面を示す図である。この実施例は、充填
材を用い単位容積あたりの気−液界面檀を大幅に増大し
、蒸発および凝縮のための面積を増大して、コンパクト
化をはかったものである。(1)は本発明の熱交換器本
体である。ユ、@は充填塔部で充填材が充填されCいる
。(2)、@は多数の透孔を有する隔壁であり、(ロ)
とgめ充填部を分離し、熱交換さ誓るべき互の液が混合
しないようにするとともに、透孔を通し゛C温水側で発
生し冷水側に向う蒸気の移動は容易に起り得るものであ
る。(18m)、(18t))は−万の液の導入管、導
出管である。(14a)、(14b)は他方の液の導入
管、導出管である。各板は導入管の先端から、各々の充
填部に散布される。散布された液は個々の充填材の表面
をぬらしながら降下するので、気−液界面が非常に大き
くなり、コンパクトな熱交換器となる。
次にこの熱交換器の大きさについて述べる、充填塔の界
面哨は、充填材の種類や大きさによるが、充填塔の体積
1ゴあたり少ないもので100ゴ、多いものでは800
dに達するものもある。ここではxoOm’/m’−充
填塔とし、総括熱伝達率および二液間の温度差は第2図
、第8図の場合と同様にそれぞれ2万kcal、#−h
・℃および2°Cとすると100万kcal/hの熱交
換器の充填塔の体積(一方何のみ)Vec(ゴ)は となる。他方側の充填塔も同様の体槽が必要であるから
、合せて0.6(rrf)で100万kcal/hの熱
交換が行なえることがわかる。勿論、二液間の熱交換を
対向流的に行なうためには第6,7因のものを単位熱交
換器として、第8図のように直列に接続して使う必要の
あることは前実施例と同様である。
面哨は、充填材の種類や大きさによるが、充填塔の体積
1ゴあたり少ないもので100ゴ、多いものでは800
dに達するものもある。ここではxoOm’/m’−充
填塔とし、総括熱伝達率および二液間の温度差は第2図
、第8図の場合と同様にそれぞれ2万kcal、#−h
・℃および2°Cとすると100万kcal/hの熱交
換器の充填塔の体積(一方何のみ)Vec(ゴ)は となる。他方側の充填塔も同様の体槽が必要であるから
、合せて0.6(rrf)で100万kcal/hの熱
交換が行なえることがわかる。勿論、二液間の熱交換を
対向流的に行なうためには第6,7因のものを単位熱交
換器として、第8図のように直列に接続して使う必要の
あることは前実施例と同様である。
第8図の熱交換スタックの大きさについて述べる。
第8図のスタックを形成するにあたり、第6図の容量1
00万kcal/hのものを4個使用するとする。
00万kcal/hのものを4個使用するとする。
すなわち、400万kcal/hの熱交換スタックを考
えると、・充填部の体積は合計で2 ty/ (0,5
X4=23である。
えると、・充填部の体積は合計で2 ty/ (0,5
X4=23である。
充填部以外の容積、配管のスペースなどを考慮してその
2倍としても4扉程度である。すなわち、床面槽としr
lFNX127gで高さ4mの大きさである。
2倍としても4扉程度である。すなわち、床面槽としr
lFNX127gで高さ4mの大きさである。
一万、従来からよく使用されている二重管式の熱交換器
19図ンの大きさは、前述と同じ条件で、 100万
kcal/hにつき伝熱面槽は148mであるから、4
00万kcal/hの場合は672m(148X4=5
72)の伝熱面積が必要である。第9図のように伝熱面
に直径150jtllで長さ10mの鋼管を使うとする
とである。すなわち、121本必要である。これを40
0ffピツチで11本X11本の#桁状にならべる(1
1X11=121)と寸法とし°Cは、4FffX4m
X長さ10mとなる。容積とし′Cは160n/であり
、本発明の4扉に対し°C40倍である。製作費は二重
管式熱交換器はこの規模(571/)で1億円は要する
が、本発明の熱交換器はその176程度でたりる。第8
図の(101)〜(104)は各単位熱交換器であり、
これらによりシステムとして熱交換スタックが形成され
ている。上から下に流れる(14a)から入った液(冷
水)は重力で流れ落ち各単位熱交換器を通過しC(14
b)から導出されるように各単位熱交換器の高さレベル
を設定しCいる。(18m)から導入される液(温水)
は図ではポンプ(181)その他によつ゛C順次一段上
の嘔位熱交換器の充填部に散布するようにし“Cいるが
、各単位熱交換器間の温度差による蒸気圧差によつ゛C
−役上0単位熱交換器に吸いtげられるように温度条件
および単位熱交換器の高さ方向の寸法および熱交換器本
体ケとし′Cの各単位熱交換器の高さ配電を決めること
によりポンプをはぶくことも可能である。また、勿論、
各厖位熱交換器を一体化し°Cスタックとすることもで
きる。
19図ンの大きさは、前述と同じ条件で、 100万
kcal/hにつき伝熱面槽は148mであるから、4
00万kcal/hの場合は672m(148X4=5
72)の伝熱面積が必要である。第9図のように伝熱面
に直径150jtllで長さ10mの鋼管を使うとする
とである。すなわち、121本必要である。これを40
0ffピツチで11本X11本の#桁状にならべる(1
1X11=121)と寸法とし°Cは、4FffX4m
X長さ10mとなる。容積とし′Cは160n/であり
、本発明の4扉に対し°C40倍である。製作費は二重
管式熱交換器はこの規模(571/)で1億円は要する
が、本発明の熱交換器はその176程度でたりる。第8
図の(101)〜(104)は各単位熱交換器であり、
これらによりシステムとして熱交換スタックが形成され
ている。上から下に流れる(14a)から入った液(冷
水)は重力で流れ落ち各単位熱交換器を通過しC(14
b)から導出されるように各単位熱交換器の高さレベル
を設定しCいる。(18m)から導入される液(温水)
は図ではポンプ(181)その他によつ゛C順次一段上
の嘔位熱交換器の充填部に散布するようにし“Cいるが
、各単位熱交換器間の温度差による蒸気圧差によつ゛C
−役上0単位熱交換器に吸いtげられるように温度条件
および単位熱交換器の高さ方向の寸法および熱交換器本
体ケとし′Cの各単位熱交換器の高さ配電を決めること
によりポンプをはぶくことも可能である。また、勿論、
各厖位熱交換器を一体化し°Cスタックとすることもで
きる。
第10図、第11図は第6図、第7図と同様に充填塔方
式であるが、充填部を同心吠に配置したものである。こ
の構造は隔壁(財)、(2)の面積を大きくとれるので
、蒸気の移動量の多い大容量のものに向い°Cいる。
式であるが、充填部を同心吠に配置したものである。こ
の構造は隔壁(財)、(2)の面積を大きくとれるので
、蒸気の移動量の多い大容量のものに向い°Cいる。
以上に、単純な自由液面で蒸発、凝縮を行なう方式(第
1図)および充填材により気−液界面積を拡大した充填
塔方式(第6図、第7図、第9図。
1図)および充填材により気−液界面積を拡大した充填
塔方式(第6図、第7図、第9図。
第1θ図)について述べたが、本発明の熱交換器要点は
気−液界面での蒸発、凝縮を利用した点くあるので、上
記の自由液面方式、充填塔方式にとどまらず、スプレー
塔、液膜塔、漏れ棚塔など一般に気−液接触塔として使
われる方式を適宜に使うことができる。
気−液界面での蒸発、凝縮を利用した点くあるので、上
記の自由液面方式、充填塔方式にとどまらず、スプレー
塔、液膜塔、漏れ棚塔など一般に気−液接触塔として使
われる方式を適宜に使うことができる。
本発明の熱交換器は気−液界面からの蒸発、凝縮を利用
しているので、従来から広く使われCいるシェル・チュ
ーブ式あるいは二重管式などにくらべ、−桁以上大きい
総括熱伝達率で熱交換が行なわれることと、蒸発あるい
は凝縮部に充填塔方式などの採用により気−液界面積を
非常に大きくとれるので、小形、安価な熱交換器を提供
できるので大きな経済効果があり、熱エネルギー回収に
よる省エネルギーの推進に貢献するものである。
しているので、従来から広く使われCいるシェル・チュ
ーブ式あるいは二重管式などにくらべ、−桁以上大きい
総括熱伝達率で熱交換が行なわれることと、蒸発あるい
は凝縮部に充填塔方式などの採用により気−液界面積を
非常に大きくとれるので、小形、安価な熱交換器を提供
できるので大きな経済効果があり、熱エネルギー回収に
よる省エネルギーの推進に貢献するものである。
第1図は本発明の一実施例の基本的構造を示す図、第2
図及び第8図は本発明の他の実権例を示す図で、第2図
は第2図11線における断面を矢印方向に、また第8図
は第2図11線における断面を矢印方向に見た断面を夫
々示す。第4図の温度関係を示す図、第5図は第4図の
条件における各単位熱交換器の蒸気圧と水位を各ステー
ジ毎に示す図、第6悶及び第7図は本発明の更に他の実
施例を示す図で、第7図は第6図11−l 練における
断面を矢印方向に見た断面を示す。第8図は単位熱交換
器を直列接続して使用する場合の一実施例を示す図、第
9図は従来の2重管式熱交換器の例を示す図、@lO図
及び第11図は大容量のものに適する本発明の他の実施
例を示す図で、第11図は第10図1−M線における断
面を矢印方向に見た図である。 図においr、tt)は熱交換器本体、(2)は隔蒙、(
3)は窓、(4)J、を高mwi体、(5)ハ低iH体
、<a)(7) +8)ハ蒸気の流れを示す矢印、(9
)は高温側の室、(1Gは低温側の室、(111)(l
lb)は開孔、(ロ)は壁、01 IJ4はポンプ、o
sa)(t4a)は導入配管、(18b)(14b)は
導出間管、(至)は凝結器、(至)は真空ポンプ、(1
01)(101)(10B)(104)は各ステージの
熱交換器、Q11@は隔壁、(ロ)f51)は充填塔部
− なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 葛 野 信 − 第1図 會す 第5図 ステージ・プ7バ 第7図 2 第6図 第8図 第9図 第10図 /J6 手続補正書(自発] 2、発明の名称 熱交換方式 3、補正をする者 6、補正の対象 (υ明細書の特許請求の範囲の欄 (2)同書中、発明の詳細な説明の欄 6、 補正の内容 (1)明細中、特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 (2)同書中、第2ページ第16行に「Ex、 chi
nger Jとあるのを「Exchanger Jと訂
正する。 (3)同書中、第8ページ′s6行に「交換器”、バル
ブ」とあるのを「交換器、”1゛バルブ」と訂正する。 (4)同書中、第5ページ第8行に「ところが、」とあ
るのを「ところで、」と訂正する。 (5)同書中、第5ページ第17行に「接解」とあるの
を「接触」と訂正する。 (6)同書中、第6ページ第19行に「供給すぐ昇温」
とあるのを「供給し昇温」と訂正する。 (7)同書中、第11ページ第6行に「温度関係圧力」
とあるのを「温度関係および圧力関係」と訂正する◇ (8)同書中、第18ページ第6行に「交換伝熱・・・
・・・・・・総括熱」とあるのを「交換熱」と訂正する
。 (9)同書中、第18ページ第8行に「熱伝達率」とあ
るのを「伝熱面積の基礎となるのは総括熱伝達率」と訂
正する。 QO同書中、第18ページ第11行に「デンタ」とある
のを「データ」と訂正する。 7、 添付書類の目録 (1)特許請求の範囲を記載した書面 1通以上 特許請求の範囲 液−液間の熱交換を行なうものにおいて、高温の液体と
低温の液体とを、気相を共有し、液相側では高温および
低温の各液体は混合防止のため分離されており、液の出
入口を除き密閉構造となっていて、高温の液体の一部を
蒸発させて、高温の液体の有する顕熱を、蒸発潜熱とし
て蒸気に一時的に吸収させ、次に、この蒸気が低温の液
体と接触し凝縮する際の凝縮潜熱を低温の液体に供給す
ることにより低温の液体の温度を上げるようにしたこと
を特徴とする熱交換方式。
図及び第8図は本発明の他の実権例を示す図で、第2図
は第2図11線における断面を矢印方向に、また第8図
は第2図11線における断面を矢印方向に見た断面を夫
々示す。第4図の温度関係を示す図、第5図は第4図の
条件における各単位熱交換器の蒸気圧と水位を各ステー
ジ毎に示す図、第6悶及び第7図は本発明の更に他の実
施例を示す図で、第7図は第6図11−l 練における
断面を矢印方向に見た断面を示す。第8図は単位熱交換
器を直列接続して使用する場合の一実施例を示す図、第
9図は従来の2重管式熱交換器の例を示す図、@lO図
及び第11図は大容量のものに適する本発明の他の実施
例を示す図で、第11図は第10図1−M線における断
面を矢印方向に見た図である。 図においr、tt)は熱交換器本体、(2)は隔蒙、(
3)は窓、(4)J、を高mwi体、(5)ハ低iH体
、<a)(7) +8)ハ蒸気の流れを示す矢印、(9
)は高温側の室、(1Gは低温側の室、(111)(l
lb)は開孔、(ロ)は壁、01 IJ4はポンプ、o
sa)(t4a)は導入配管、(18b)(14b)は
導出間管、(至)は凝結器、(至)は真空ポンプ、(1
01)(101)(10B)(104)は各ステージの
熱交換器、Q11@は隔壁、(ロ)f51)は充填塔部
− なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 葛 野 信 − 第1図 會す 第5図 ステージ・プ7バ 第7図 2 第6図 第8図 第9図 第10図 /J6 手続補正書(自発] 2、発明の名称 熱交換方式 3、補正をする者 6、補正の対象 (υ明細書の特許請求の範囲の欄 (2)同書中、発明の詳細な説明の欄 6、 補正の内容 (1)明細中、特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 (2)同書中、第2ページ第16行に「Ex、 chi
nger Jとあるのを「Exchanger Jと訂
正する。 (3)同書中、第8ページ′s6行に「交換器”、バル
ブ」とあるのを「交換器、”1゛バルブ」と訂正する。 (4)同書中、第5ページ第8行に「ところが、」とあ
るのを「ところで、」と訂正する。 (5)同書中、第5ページ第17行に「接解」とあるの
を「接触」と訂正する。 (6)同書中、第6ページ第19行に「供給すぐ昇温」
とあるのを「供給し昇温」と訂正する。 (7)同書中、第11ページ第6行に「温度関係圧力」
とあるのを「温度関係および圧力関係」と訂正する◇ (8)同書中、第18ページ第6行に「交換伝熱・・・
・・・・・・総括熱」とあるのを「交換熱」と訂正する
。 (9)同書中、第18ページ第8行に「熱伝達率」とあ
るのを「伝熱面積の基礎となるのは総括熱伝達率」と訂
正する。 QO同書中、第18ページ第11行に「デンタ」とある
のを「データ」と訂正する。 7、 添付書類の目録 (1)特許請求の範囲を記載した書面 1通以上 特許請求の範囲 液−液間の熱交換を行なうものにおいて、高温の液体と
低温の液体とを、気相を共有し、液相側では高温および
低温の各液体は混合防止のため分離されており、液の出
入口を除き密閉構造となっていて、高温の液体の一部を
蒸発させて、高温の液体の有する顕熱を、蒸発潜熱とし
て蒸気に一時的に吸収させ、次に、この蒸気が低温の液
体と接触し凝縮する際の凝縮潜熱を低温の液体に供給す
ることにより低温の液体の温度を上げるようにしたこと
を特徴とする熱交換方式。
Claims (1)
- 液−液間の熱交換を行なうものにおいて、高温の液体と
低温の液体とを、気相を共有し、液相側では高温および
低温の各液体は混合防止のため分離され°Cおり、液の
出入口を除き密閉構造となっ′CいC1高温の液体の一
部を蒸発させて、高温の液体の有する顕熱を、蒸発潜熱
として蒸気に一時的に吸収させ、次に、この蒸気が低温
の液体と接解し凝縮する際の凝縮潜熱を低温の液体に供
給することにより低温の液体の温度を上げるようにした
ことを特徴とする熱交換方式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1447382A JPS58130993A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 熱交換方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1447382A JPS58130993A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 熱交換方式 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58130993A true JPS58130993A (ja) | 1983-08-04 |
Family
ID=11862025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1447382A Pending JPS58130993A (ja) | 1982-01-29 | 1982-01-29 | 熱交換方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58130993A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017192015A1 (ko) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | 한국원자력연구원 | 사이펀 튜브 |
-
1982
- 1982-01-29 JP JP1447382A patent/JPS58130993A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017192015A1 (ko) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | 한국원자력연구원 | 사이펀 튜브 |
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