JPS60120186A - 熱交換器 - 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】 本発明は蒸気および高圧・高温ドレンより発生するフラ
ッシュ蒸気の凝縮液の回収および蒸気潜熱の回収を行う
熱交換器の改良に関づ°る。

最近、熱の有効利用ということでボイラーのドレン水や
ブロー水の熱を利用することが考えられている。しかし
、ボイラーのドレン水やブロー水は非定常的に蒸気を発
生するので、冷却管で効率よく蒸気潜熱を回収するため
には熱回収室より不凝縮気体（空気）の排除が最も重要
となる。

一般に大気に開放した開口を有する熱交換器において、
蒸気およびまたは高圧・高温ドレンのフラッシュ蒸気（
以下熱気等という）を凝縮させたり、蒸気潜熱を回収す
る熱回収室に蒸気等が定常的に導入されている状態では
空気は熱回収室より排除されることになる。

しかしながら、従来の熱交換器は熱回収室への前記蒸気
等の尋人が定常的であれば空気を排除するが、蒸気等の
導入量が少なくなった時または導入が止まった時などの
非定常状態、特に間欠的な導入状態では蒸気等が導入さ
れている詩は室内の蒸気等は凝縮され、蒸気等が導入さ
れていない時はγ内の蒸気等の凝縮された分空気が熱交
換器の開口より熱回収室内に入り熱交換効率を悪くする
欠点があった。

そこで、空気の侵入を防ぐために真空ポンプを使用する
ことも考えられるが、凝縮液およびドレン液を外部に取
り出す時減圧下であるため、大きな能力のポンプが必要
であったり、熱回収室を高くし、重力を利用して両液を
取り出したりしなければならない。

そのため、従来の熱交換器は熱の回収および蒸気の凝縮
のみにしか注目せず、冷却液を多く流し、凝縮能力、熱
交換能力を高めていた。したがって、低温で多量の冷却
水を得られるものの、冷却水の有効利用はほとんどされ
ていなかった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、非定常的に発
生する蒸気等の熱回収に際し、熱回収室内への不凝縮気
体の侵入を防ぎ、かつ凝縮液およびドレン液を簡単に排
出できるようにし、さらに少邑の冷却液にて蒸気等を凝
縮し、高温の冷却液を得るようにしだ熱交換器を提供す
るもので、蒸気およびまたは高圧・高温ドレンの供給口
を有する熱回収室に冷却管を内設し、該熱回収室に人気
開放部をそれぞれの下方部が連通ずるように接続し、こ
れら熱回収室および大気開放部の下方部に前記熱回収室
において凝縮した凝縮液およびドレン液を貯溜さゼ、前
記熱回収室の気相部と大気開放部の開放口とを遮断して
不凝縮気体の熱回収室内への流入を防止したことを特徴
とする熱交換器にある。

先ず本発明の原理について述べる。

熱交換器の熱回収室内に蒸気凝縮能力以上の蒸気が導入
された時蒸気は凝縮されきれずに熱回収室内部は過剰蒸
気により加圧となり底部に貯溜された凝縮液などを外気
開放部より排出する。そしてざらに蒸気が多い時は凝縮
液を排出した後、過剰蒸気が排出される。もし、不凝縮
気体〈空気〉が熱回収室内に残存している時は蒸気と共
に排出される。空気がなくなった熱回収室は熱回収能力
が向上する。そして、蒸気凝縮能ｊノ以下の蒸気が導入
された時は、熱回収室内は減圧となり底部に減圧の分の
凝縮液が溜まることとなる。

外部の空気は凝縮液により熱回収室内には混入しない。

もし、減圧の程度が強すぎると空気が熱回収室内に侵入
したり、また熱回収室内の凝縮液が冷却管を浸したりし
て熱回収室内の蒸気凝縮能力が低下したりする。この低
下により蒸気は凝縮されず熱回収室が加圧となり、凝縮
液を排出したり、空気を排出したりして凝縮能力を回復
する。

一般的には蒸気凝縮能力以下の蒸気量ならば貯溜した凝
縮液により空気を熱交換室内に入れることなく、蒸気導
入量と凝縮液排出量が平衡となる。

そして、蒸気導入量が相当非定常でも凝縮能力以下の蒸
気量ならば蒸気の熱量は回収できる。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は熱交換器の一実施例の概略構成を示す断面図で
ある。第１図において、１は熱交換器にして、この熱交
換器１は筒状の熱回収室２と、この熱回収室２の下方部
に連設された大気開放部３と、前記熱回収室２に内設さ
れたコイル状の冷却管４とより構成されている。

しかして、前記熱回収室２はその上方部にボイラー（図
示せず）よりの蒸気およびまたは高温・高圧ドレン（以
下蒸気等という）が供給される供給口２が設けられ、凝
縮液およびドレン液が貯溜されている部分を液相部２ｂ
とし、この液相部２ｂより上方の熱回収室２を気相部２
Ｇとなした構成である。

また、前記大気開放ｍ３はトラップ状に形成され、この
トラップに凝縮液およびドレン液を貯溜し外気を遮断す
るものである。そして、大気開放部３の先端の開放口３
ａの近傍には凝縮液および大気圧になったドレン液の取
出口３ｂが設けられている。

さらに、前記冷却管４は熱回収室２内にコイル状に挿設
されたもので、このように挿設することにより蒸気等の
冷却管４に対する接触面積を大きくすると共に、冷却液
の流速および流量を適切に調整できるようになる。これ
により高温水を得ることが可能となる。

このように構成した熱交換器１は熱回収室２内に供給口
２ａより蒸気等を導入すれば、この蒸気等は冷却管４を
流れる冷却液によって凝縮されることになる。前記熱交
換器１が始めて使用されるものであると、熱回収室２内
に空気が存在していることになるが、この空気は凝縮し
ないので、蒸気等に押されて大気開放部３の開放口３ａ
より外部に排出されることになる。そして、次第に熱回
収室２の下部および大気開放室３の下部に凝縮液および
ドレン液が貯溜され、ついには前記気相部２Ｃが前記開
放口３ａより遮断されることになる。

この状態で熱回収室２内に蒸気等の導入される闇が少な
くなったり、止まったりした時は熱回収室２内は減圧に
なるので、蒸気等を供給口２ａより吸い込むポンプとし
ての役割をしたり、ドレン液を再度気化させたりする。

また、大量の蒸気等が熱回収室２に導入されると、気相
部２Ｃ内の旺力が高まり、液相部２１〕の液面は下がる
。この場合において、冷却管４が凝縮液に浸っていると
きは液面が下がることにより蒸気と接触する冷却管４の
面積が増え、熱交換効率が良くなる。

このように本実施例の熱交換器１は熱回収室２の下部に
大気開放部３を連設し、この熱回収室２の下部と大気開
放部３の下部に凝縮液およびドレン液を貯溜させて気相
部２Ｃと開放口３ａとを遮断させたので、非定常的に供
給口２ａより蒸気等が導入され、その結果熱回収室２の
圧力変動が生じても空気が熱回収室２内に流入すること
はなく、よって冷却管４による熱気等の凝縮や蒸気潜熱
の回収が妨害される恐れがなくなる。たとえ、空気が流
入しても本発明の原理により空気は最終的に排除される
。

第１図に示づ実施例の熱交換器１は筒状の熱回収室２の
一ト方部に人気開放部３を連設し、熱回収室２の気相部
２Ｃを熱回収室２の下部および人気開放部３に貯溜され
ている凝縮液およびドレン液によって人気と遮断し、凝
縮液の回収および蒸気潜熱の回収を行う構成を説明した
が、本発明の熱交換器はこの実施例のみに限定されるも
のではなく、第２図乃至第５図に示す実施例の熱交換器
であってもよい。

第２図に示す実施例の熱交換器１１は環状の熱回収室１
２と、この熱回収室１２によって囲まれた中央部分に形
成された大気開放部１３と、前記熱回収室１２に内設さ
れたコイル状の冷却管１４とより構成されたもので、前
記大気開放部１３はその下部を熱回収室１２の下部に連
通され、かつ大気開放部１３の空気遮断壁１３ｂの高さ
は非定常的に蒸気等が供給される場合には熱回収室１２
内の圧力変動が大きくなるから、不凝縮気体（空気）が
前記熱回収部１２の気相部１２Ｃ内に侵入しないような
十分な高さに設定されている。なお、図中１５は熱回収
室１２の初期の空気を抜くためのコックである。

このような構成にすることにより凝縮液の回収および蒸
気潜熱の回収効率がより向上する。

第３図に示す熱交換器２１は外壁および下部に開放口２
３ａを有する筒状の大気開放部２３のほぼ中央に熱回収
室２２を介挿させたもので、この熱回収室２２と大気開
放部２３とは両者を仕切る仕切壁２５の下端を切除して
連設されており、大気開放部２３の空気遮断壁２３ｂの
高さも熱回収室２２と大気開放部２３の体積比も熱回収
室２２内の圧力変動を考慮して形成されている。

しかして、本実施例の熱交換器２１に非定常的に蒸気等
を導入しても前記凝縮液およびドレン液により空気が熱
回収室２２の気相部２２０内へ侵入することはなくなり
、よって非定常的に蒸気等が導入されても熱交換効率が
低下することはなくなる。

また、第４図に示す熱交換器３１は容器の一方側に熱回
収室３２を、他方側に大気開放部３３を形成し、この人
気開放部３３の底部および外壁には開放口３３ａ＠設け
た゛もので、前記熱回収室３２の供給口３２ａから導入
される蒸気等を冷却管３４の冷却液によって凝縮し、前
記熱回収室３２の下部および大気開放室３３の下部に凝
縮液およびドレン液を貯溜させ、この凝縮液およびドレ
ン液を前記開放口３３ａより排出させるようにしたので
、非定常的に蒸気等が導入されても前記熱回収室３２の
下部および大気開放部３３の下部に貯溜している凝縮液
およびドレン液が前記開放口３３ａより熱回収室３２内
への不凝縮気体の流入を防ぎ、熱交換効率の低下を防止
することができる。

さらに第５図に示す熱交換器４１は有底筒状の熱回収室
４２の中央部分に下部が切除された仕切壁４５を介して
大気開放部４３を連設し、この大気開放部４３の底部に
はＵ字状の連通管４３ｃが連設され、この連通管４．３
ｃの先端に開放口４３ａが形成されたものである。また
、この開放口４３ａより若干低い位置に凝縮液およびド
レン液の取出口４３ｂが設けられている。そして、前記
連通管４．３　Ｇはトラップの役目をなし、凝縮液およ
びドレン液が貯溜し、これら液によって熱回収室４２内
へ不凝縮気体が侵入することを防止している。

次に、熱回収室内への不凝縮気体の侵入を防止した熱交
換器を使用した熱管埋装Ｕを第６図に示す。第６図にお
いて、５０は熱管理装置で、これはドレン槽５５の上部
に熱交換器５１を設けた構成である。このドレン槽５５
の上部には蒸気等の供、給口５５ａが、下部には凝縮液
およびドレン液の取出口５５ｂが、それぞれ設けられて
いる。５６は前記ドレン槽５５に圧力を掛けないように
している蒸気通路である。５７は凝縮液を前記ドレン槽
５５に導く液通路であって、この液通路５７の下端はド
レン槽５５の下部にまで延出し、ドレン槽５５内の蒸気
等が液通路５７内を通らずに蒸気通路５６を通るように
ドレン液中に浸っている。

なお、図中５８は大気開放口である。この熱管理装置５
０にあって蒸気等の供給口は熱回収室５２に設けてもよ
（、この場合はドレン槽５５の供給口５５ａおよび蒸気
通路５６は不要となる。

第７図は熱管３！！！装置６０の他の例を示すもので、
この熱管理装置６０は蒸気のｖｅ縮液をドレン槽６５内
に貯溜ぜず、外部に直接取出せるようにしたものである
。これによりブロー水などの汚れた高温・高圧ドレンを
ドレン槽６５の供給口６５ａより供給し、そのフラッシ
ュ蒸気の熱を回収し、かつきれいな蒸溜水を得ることが
できることとなる。

なお、図中６８は人気開放口であるが、この大気開放口
６８を設けずに大気開放口６８を閉蓋し、大気１１ｉ放
部６３のドレン取出口６３１１を大気開放口として兼用
してもよい。

次に、第２図に示す熱交換器１１を使用して蒸気または
高圧・高温ドレンの熱回収の実験例を以下に示す。

実験１ 蒸気を間欠的（２秒間供給、１秒間停止を繰返す）に熱
交換器１１に供給したところ凝縮水として２００ｋ（］
全量口収でき、かつ２０℃の冷却水１４００　ｋＱを９
５℃にすることができた。

実験２ ２００ｋＯ（５ｋｇ／ａｍ２）　ｆ７）高温・高圧トレ
ンヲ間欠的（２秒間供給、２秒間停止を繰返す）に熱交
換器１１に供給したところドレン液および凝縮水として
２００　ｋ（ｌ全邑回収でき、かつ２０℃の冷却水１３
５ｋ（ｌを９５℃にすることができた。

以上詳細に説明したとおり本発明の熱交換器は非定常的
に発生する蒸気およびドレンの熱回収を非常圧縮気体に
よって熱回収効率を低下させることな（、簡易に行える
ようにしたものである。

なお、第２図乃至第５図に示す実施例において、大気開
放部には蓋が被甘られているが、この蓋はなくともよい
ことは勿論である。また、本然交換器は有機溶媒蒸気に
も使用できるのは勿論である。

さらに温水器にも使用される。温水器として使用Ｊ−れ
ば排出ドレンは出ないので、１００％の熱の有効利用が
可能となる。ざらにまた、冷却管は１本として各図に示
したが、複数本でもよいことは勿論である。人気開放口
、ドレン取出口および蒸気等の供給口も′Ｉｉ数でよい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱交換器の一実施例の概略構成を
示す断面図、第２図乃至第５図は同じく他の実施例の概
略構成を示す断面図、第６図および第７図は本発明に係
る熱交換器を使用した熱管理装置の２通りの概略構成を
示寸断面図である。 １．１１．２１．３１．４１，５１．６１　：熱交換器 ２．１２，２２．３２，４２，５２，６２：熱回収室 ３．１３，２３，３３．４３．５３，６３　：大気開放
部 ４．１４．２４．３４，４４，５４．６４：冷却筒。 特　許　出　願　人　神　奈　川　県 代　理　人　弁理士　佐　々　木　功

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　蒸気およびまたは高圧・高温ドレンの供給口を
   有する熱回収室に冷却管を内設し、該熱回収室に大気開
   放部をそれぞれの下部が連通ずるように接続し、これら
   熱回収室および大気開放部の雨下部に前記熱回収室にお
   いて凝縮した凝縮液およびドレン液を貯溜させ、前記熱
   回収室の気相部と大気開放部の開放口とを′ａ断して不
   凝縮気体の熱回収室内への流入を防止したことを特徴と
   する熱交換器。