JPS59161684A - 熱管理装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 水発明は蒸気を凝縮させると共に蒸気潜熱の回収を少量
の冷却液で行うようにした熱管理装置に関する。

一般に熱交換器は複雑な構造で装置は大骨りである。し
かしながら蒸気を凝縮させ、その潜熱を回収する装置に
おいては、複雑で大骨りの装置でも可能であるが、製作
費が高くつき、中小規模のところでは満足のいく使い方
ができない。

このため、多くのところで利用されず、また利用されて
も省資源（冷却液の使用母を少くし、装置が簡素）、省
エネルギー（冷却液を高温にて回収し、冷却液を種々の
液体に代え、加温器として利用）的な熱管理ではなかっ
た。

従来は凝縮器で凝縮液の回収の際にその潜熱を奪うこと
に注目し、冷却水を多く流し、その冷却水を高温にて回
収し、有効利用しようとすることは考えられていなかっ
た。

また水蒸気などで加温する際は、加温に注目し、その廃
蒸気、または高温・高圧ドレンの再利用は有効にされて
いなかった。

しかしながら、凝縮・冷却・加温は密接な関係があり、
水発明により、その熱管理が省資源・省エネルギー的に
行われるようになった。

そもそも、冷却管で蒸気を効率良く凝縮させるために重
要なことは蒸気側において、管壁に凝縮した液を速かに
離脱させることと、非圧縮性気体（空気）の排除にあり
、また熱回収を効率良く行うためには冷却液側において
、冷却液の流速を速め、かつ冷却液が管壁にて蒸気と接
触する面積を広くすることにある。

そこで、本発明は上記の点に着目してなされたもので、
少量の冷却液で蒸気を凝縮して回収するようにすると共
に、冷却液は蒸気温度近くの高温にて回収して伯に有効
利用できるようにしだ熱管理装置を提供丈るもので、そ
の要旨とするところは蒸気が導かれる容器内に第１の冷
ｆｉ１′］管を配装して凝縮部を形成し、この凝縮部の
容器にこの容器との伝熱面積比が１対１以下で、該容器
に鮫へ十分に細い外気開放管を連設し、この外気開放管
にこの管内を通過する蒸気を冷却する冷却管を備えて外
気遮断部を形成したことを特徴とする熱管理装置にある
。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は熱管理装置の一実施例を示ケ概略借成図である
。第１図において、１は熱管理装置にして、これは凝縮
部２の上部に外気遮断部３を連設したものである。

しかして、凝縮部２は蒸気導入口２１ａおよび凝縮液取
出口２１．ｂを備えた容器２１内に蒸気との接触時間を
長くとるためのコイル状の第１の冷却管２２を配装した
ものである。

また、外気遮断部３は前記容器２１に連通する長尺で、
この容器２１に較べて十分に細い外気開放管３１の周囲
に第２の冷却管３２を囲繞させたもので、容器２１と外
気開放管３１との伝熱面積比は１対１以下である。

このような構成の熱管理装置１は以下に述べるようにし
て蒸気を凝縮し、また蒸気潜熱を回収する。すなわち、
Ｍｌの冷却管２２内に冷却液を流すと共に、蒸気を蒸気
導入口２１ａより容器２１内に専き、凝縮液の落下抵抗
の少ない容器２１内で蒸気と接触さゼる。ここで、蒸気
導入口２１ａより導入される蒸気量が少い時は、凝縮部
２内に存在している空気のために熱回収能力は小さい。

しかし、蒸気量が少いので、能ツノが小さくとも蒸気潜
熱は全量回収される。そして、容器２１内の空気は次々
と導入されてくる蒸気によ予成められ、蒸気と共に、外
気開放管３１の外気側へと押し出される一方、蒸気は凝
縮して液となり回収される。

したがって、凝縮部２内の空気は徐々に蒸気と置換され
ることになる。凝縮部２内の蒸気量が多くなると、空気
がな（なるので、熱回収能力は最高能ツノとなり、大部
分の蒸気は凝縮することになる。

そして、容器２１の底部に凝縮液が貯溜されることにな
り、溜った凝縮液は凝縮液取出口２１ｂより回収される
。また、残部の蒸気は外気開放管３１に導かれ、外気遮
断部３の第２の冷却管３２によって冷却されることにな
る。よって、この蒸気は凝縮して外気開放管３１の管壁
を覆い、外気が容器２１内に侵入しないようにする。す
なわち、熱管理装置１は凝縮部２の第１の冷却管２２に
て熱回収の大部分を行わぜ、外気遮断部３によって外気
を遮断すれば、効率的な熱回収および凝縮液回収を行う
ことができる。また、冷却液として水以外の液体を使用
丈れば、液体の加温器として使用でき、利用範囲が拡が
る。さらに、この熱管理装置は大気圧の下で使用するも
のであるため、設置配管が非常に簡単に行える。蒸気量
が多くなる時は凝縮部２を大きくし、第１の冷却管２２
の伝熱面積を大きくすればよい。

なお、本発明の熱管理装置は以下に示すような実施例の
ものであってもよい。すなわち、第２図に示す熱管理装
置１１は容器２１の蒸気導入口と凝縮液取出口とが同一
の孔であり、外気遮断部３の外気開放管３１が蛇管に形
成されたものである。

また、第３図に示す熱管理装置１２は外気遮断部３の第
２の冷却管３２を囲繞して外気開放管３１を容器２１に
連通させた例である。

第４図に示す熱管理装置１３は凝縮部２の側面上方に外
気遮断部３を連設したものである。

第５図に示す熱管理装置１４も凝縮部２の側・面に外気
遮断部３を連設し、容器２１の蒸気導入口２１ａを容器
２１の上部に開口したもので、蒸気を容器２１の上から
下へ流し、第１の冷却管２２に生じる凝縮液の離脱落下
を助けた例である。

第６図に示す熱管理装置１５は、凝縮部２の側面に外気
遮断部３を連設し、凝縮部２の容器２１の底部に溜った
凝縮液で外気開放管３１を介して連通ずる外気と容器と
を遮断し、かつ蒸気の上から下への流れによって凝縮液
の第１の冷却管２２の管壁よりの離脱を助けている例で
ある。

第７図に示す熱管理装置１６は、第１の冷却管２２より
凝縮液の離脱落下を助けるように蒸気を流すために蒸気
導入口２１ａを容器２１の上部に開口させ、かつ外気開
放管３１を該容器２１の底部にまで配設されている冷却
管２２の下端部まで延設し、蒸気が上から下へ流れたの
ち、外気開放管３１に流入するようにした例である。

第８図は本発明の一実施例の熱管理装置を用いてボイラ
ーから発生する水蒸気ドレンを有効利用するための応用
例を示すもので、２５は冷却管２６が内蔵されたドレン
槽にして、この側面上方にはドレン導入口２５ａが設け
られ、下部にドレン液排出口２５ｂが設けられている。

このドレン槽２５には熱管理装置１８が連設されている
。すなわち、ドレン槽２５の上面には連通管２７が連設
されており、この連通管２７は熱管理装置１８の容器２
１内に配装されている。また、前記ドレン槽２５内の冷
却管２６は熱管埋装＠１８で汚れのない凝縮水を多く得
られるようにドレン槽２５内で凝縮を行わないようにす
るため、ドレン液内に浸しておく。

しかして、ドレン槽２５のドレン導入口２５ａより高圧
・高温ドレンを導入し、冷却管２６によって熱回収を行
うときに生ずるフラッシュ水蒸気は前記凝縮部２に入る
。このフラッシュ水蒸気の潜熱が凝縮部２内を流れる冷
却水に伝わり、凝縮水として凝縮液取出口２１ｂより効
率よく取り出させる。

第９図はドレン槽のフラッシュ蒸気の潜熱回収に利用し
た他の応用例を示すもので、第７図に示す熱管理装置１
６をドレン槽２５上に設け、このドレン槽２５より延出
する連通管２７を直接凝縮部２内にその上方まで延設さ
せたものである。よって、前記熱管理装置１６に導入す
る蒸気の配管の保温は不必要である。

蒸気台が多い時は前述したように凝縮部２の容積を大き
くし、第１の冷却管２２の伝熱面積を広く−すればよい
が、まＩＣ大きさをＪＱ格化した凝縮部２を第１０図あ
るいシー文箱１′１図に示丈如（、複数段梢号連結して
もよいしのぐ、この場合は外気遮断部３があってもなく
てもよくなる。

まだ、第１２図および第１３図も凝縮部２の容−積を大
きくするため、同一形式の規格リイズの凝縮部２を横に
並べ連設した例で、この場合も外気遮断部３はあっても
なくてもよくなる。

なお、＠実施例において凝縮部２の冷却管２２を同径の
コイル状に晋口した例で示したが、伝熱面積を大きく１
ろと几（Ｃ１管上部で凝縮した液力く落下し易いよ５に
づる／；畳しに第１４図に示すように第１の冷却管２２
よりの落下凝縮液が一五部［こ位四するの恰に接触しな
いように第１の冷却管を円１１渦巻；υぐのように覆゛
らせて巻回形成劣る。Ｌ、一層効果的である。

次に、第１図に承伏熱管理装置によって熱気を凝縮し１
．：際の凝縮能力と、この（ス縮時トニ使用する冷却液
の熱回収）黒度との実駅結ヌ２を下表に示り。

なお、凝縮部２の第１の冷Ｎ１管２２と外気遮断部３の
外気開放管３１とには内径Ｂｍｍ、厚さ１ｍｆｆ１の銅
管を使用し、外気遮断部３番ま内径１００＋ａｎ＋。

長さ３００ｍ１ｌｌの鉄管に３７本の外気開放管３１を
配装したものと、内径！５０ｍｍ、長さ３００ｍ１！ｌ
の鉄管に９本の外気開放管３１を配装したものとを使用
した例を示す。

／ しかして、上記実験より次のことが証明された。

実験２より外気遮断部３を取り除き、凝縮部２の容器２
１に大きな間口を穿設して外気開放すると、蒸気はこの
開口より逃げてしまうことがわかる。

蒸気の凝縮を細い管の内側で行うようにした形式のもの
は熱回収が良（ないことがわかる。この形式のものでも
、熱回収は冷却液を多く流すが（実験４）、伝熱面積を
広くとるがである（実験５）。実験５において外気遮断
部３より回収された冷却液温度が４４℃と実験１，６．
’７，８．９のそれと比較して１４〜１５℃も高い、こ
れは凝縮部（下部の外気遮断部）で回収されなかった蒸
気によるものである。また、実験６，７は凝縮部に蒸気
を２倍流し、実験８．９は第１の冷却管の長さを半分に
したものである。このように凝縮部の冷却管に２倍の負
荷を掛けても外気遮断部に行く蒸気ｉには変化がなかっ
た。以上により本装置の熱回収能力が判る。したがって
、凝縮器として多くの冷却液を必要とする。

実益〇は実験１との比較でわかるように蒸気量を多くし
た時、冷却管の蒸気凝縮能力が多くなることを示してい
る。外気開放通路に流れる蒸気量は蒸気量を多くしても
、冷却管の蒸気凝縮能力以下ならば、それほどの変化は
ない。故に実験７のように小さな外気遮断部で十分であ
る。実験８と実験９は冷却管を実験１，２，６．７の半
分の５゜５ｍにて実験を行ったものである。外気遮断部
へ行く蒸気量はあまり変化していないことがわかる。

以上の実験１〜９までの結果により、蒸気の凝縮液回収
の時、その蒸気の潜熱を凝縮部２の冷却管２２でほぼ全
量奪うように設計すれば、外気遮断部３は小さくて良い
ことになる。

この小さな外気遮断部３を取りつけ、凝縮部２での熱交
換をコイル状の冷却管２２で行うようにすれば、Ｑ線部
２内の熱回収、凝縮液回収は最高の効率となり、冷却液
温度は蒸気温度近くまで上昇する（冷却液が少旦ですむ
）。また、外気遮断部３を出た冷却液を凝縮部２の冷却
管２２に入れる。蒸気量が多い時は冷却管２２を太く長
くして伝熱面積を多くするか、第１２．１３図のように
凝縮部２を複数にして、伝熱面積を多（し、かつ冷却液
量を多くツるので、小さな外気遮断部３を流れる冷却液
の流速が早くなり、外気遮断部３の熱回収能力が大きく
なり、外気遮断部３に蒸気がある程度多く入って来ても
、充分能力を発揮出来る。そして冷却液量の伝を加減す
ることにより、熱管理装置の熱回収能力に幅を持たせる
こともできる。

以上詳細に説明したとおり本発明の熱管理装置は、蒸気
を凝縮するに十分な容積を有する容器に細い外気開放管
を連設し、この外気開放管を冷加管によって冷却するよ
うに構成したので、簡単な構成で凝縮能力の優れた凝縮
器および冷却液を品温にて回収する熱回収器として熱の
有効利用に供せられ、かつ冷却液の使用量の少くて済む
ものが得られ、製作コストも非常に床価となる。すなわ
ち、本発明の熱管理装置によって省資源・省エネルギー
の熱管理が可能となり、また大気圧下で操作できるため
簡単にどこにでも設置できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の係る熱管理装置の一実施例を示す概略
構成図、第２図乃至第７図は同じくそれぞれ他の実施例
を示す概略構成図、第８図および第９図は同じく他の実
施例の熱管理装置をボイラーの熱回収装置に連設した応
用例を示す概略構成図、２４１０図乃至第１３図はそれ
ぞれ凝縮部を複数段連結した他の実施例を示す概略構成
図、第１４図はで桟部の冷却管の他の例を示す斜視図で
ある。 １．１１．ｉ２．１３，１４．１５，１６，１７゜１８
：熱管理装置 ２：凝縮部　　　　２１：容器　　２２：冷却管３：外
気列話部　　３１：外気開放Ｃ ３２：冷却管 特　　許　　出　　願　　人　　　千　　葉　　彰　　
玉箱１図 ′２．２ ４１９ 第５図１ ２シ 焚玉４Ｆ０ 第５図 ２ｉｂ ２ｊｂ　　　ゝ２２ 第７図 ２″１ｂ 第９図 ２ら　　　　　　　　２己：′ 汀８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸気が導かれる容器内に第１の冷却管を配装して
   凝縮部を形成し、この凝縮部の容器にこの容器との伝熱
   面積比が１対１以下で、該容器に較べ十分に細い外気開
   放管を連設し、この外気開放管にこの管内を通過する蒸
   気を冷却する冷却管を備えて外気遮断部を形成したこと
   を特徴とする熱管理装置。