JPS61134591A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、加熱流体側と被加熱流体側とに伝熱管群を分
離して配置し、それぞれの管群を連絡管によって連絡し
た循環回路内に作動媒体を真空封入し、媒体の蒸発及び
凝縮の潜熱を利用して、熱を輸送する熱交換器の改良に
関するものである。

従来の技術 循環回路内に封入された媒体が、蒸発側伝熱管群内で加
熱流体に加熱されて蒸発し、蒸発連絡管内を上昇して凝
縮側伝熱管群内に至り、同管群内で被加熱流体に冷却さ
れで凝縮し、凝縮連絡管内を下降して再び蒸発側伝熱管
群内に返り、以後この工程を継続して熱を輸送する従来
型の熱交換器においては、伝熱管群は、第２図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す如く、加熱流体及び被加
熱流体に対して、垂直、傾斜又は水平に配置され、蒸発
側伝熱管群の内部は、図示の如く、一部分凝縮媒体で満
されるか、ここに図示はしてないが、全面凝縮媒体で満
されるかしている。

伝熱管群の内部において、蒸発側伝熱管群の下部に行く
に従って、蒸発飽和圧力が上昇して、蒸発による伝熱効
率が低下し、又、凝縮媒体で満されてない部分は蒸発に
寄与しないＯ 一方、伝熱管群の外部において、加熱流体として多量の
ダストを含有するボイラ排ガスを、又、被加熱流体とし
て多量の汚れ物質を含有する脱硫排ガスを使用する場合
等には、蒸発側伝熱管群及び凝縮側伝熱管群の汚れが激
シく、スチーム又はエヤのブローによルクリーニング装
置では、伝熱面の汚れを防止し得す、急激に伝熱効率の
低下を来だす。

このような事情から、伝熱管の内部及び外部の伝熱効率
をそれぞれ向上した熱交換器の出現が要請されている。

発明が解決しようとする問題点 本発明は前記要請に応えるためになされたもので、その
問題とする所は、蒸発側及び凝縮側の伝熱管群の内部に
おいて、各伝熱管が常に最高の伝熱効率を維持できるよ
うＫし、又、外部において高付着性を有するダスト、汚
れ物質を有効に除去できるようにし、いわゆるグーティ
ー排ガスから効率よく熱を回収す石ことを可能とする改
良された熱交換器を提供することにある。

問題点を解決するための手段と作用 熱交換器の蒸発側では、伝熱管を凝縮媒体入口端を低く
して、水平面に傾斜して配置し、伝熱管群の媒体入口端
をヘッダーにて相互に連結し、ヘッダー内に、各伝熱管
内の一定の水準まで凝縮媒体を保有するための媒体集溜
装置を伝熱管の各媒体入口端に接続して装備する。

凝縮側の伝熱管群出口ヘッダーと蒸発側の伝熱管群入口
ヘッダーとを連絡する凝縮連絡管内を流下してきた凝縮
媒体は、蒸発側の伝熱管群入口ヘッダー内に入抄、ヘッ
ダー内の媒体集溜装置の一部分を構成する集溜容器を満
たすとオーバーフローシ、オーバーフローした余分の媒
体は下段の集溜容器を満たし、ここでオーバーフローし
た媒体は更に下段の集溜容器を満たし、このような作動
を繰返して、媒体入口端に媒体集溜装置を装備してない
最下段の伝熱管に達し、該伝熱管と伝熱管群の最下部に
設置された補償タンクへ流入する。

各集溜容器から各伝熱管内に流入し、管内に保有される
媒体は、それぞれの伝熱管内に定量に保たれ、要すれば
、集溜装置に装備された液面調節装置によって、他伝熱
管と独立にそれぞれの伝熱管に必要とされる量に保たれ
る。

加熱流体によって加熱された伝熱管内の媒体は、蒸発し
て、蒸発側の伝熱管群の媒体出口端を相互に連結したヘ
ッダー内に流出し、蒸発側の伝熱管群出口ヘッダーと凝
縮側の伝熱管群入口ヘッダーとを連絡する蒸発連絡管内
を上昇し、凝縮側の伝熱管群入口ヘッダー内に流入する
。

熱交換器の凝縮側では、伝熱管を凝縮媒体出口端を低く
して、水平面に傾斜して配置し、伝熱管の入口増及び出
口端をそれぞれヘッダーにて相互に連結する。

伝熱管群入口ヘッダーから伝熱管内に流入した媒体は、
被加熱流体によって冷却され、伝熱管内で凝縮して、伝
熱管出口ヘッダーに流入し、凝縮連絡管内を流下する。

蒸発側及び凝縮側のそれぞれの伝熱管群の上部には、伝
熱管外面をクリーニングするスチールンヨ、ト、サンド
等の固体媒体を供給する装置を装備し、１部には、傾斜
した伝熱管群の間を付着物を剥離しながら落下してきた
固体媒体を排出する装置を設置する。

実施例 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は加熱流体側において、傾斜して配置された蒸発
管群と、被加熱側において、頌わ？Ｅ□ゎえ□□２ヤ２
オ。。、　　　１で連絡した熱交換器の断面図である。

凝縮連絡管４を矢印Ａの如く流下した凝縮媒体は、蒸発
側の伝熱管群入口ヘッダー８の上部に流入する。流入し
た媒体は入口ヘッダ−８内に装備された案内板９に沿っ
て流下し、集溜容器１０の中に落下する。集溜容器１０
は、水平面と１０°以下の角度θ、を以って、媒体入口
端を低くして傾斜した伝熱管１１の入口に装備されてお
り、集溜容器１０内の媒体液面５と伝熱管１１内媒体液
面５とは同一水準で上昇し、集溜容器１０が媒体で満さ
れると、媒体は集溜容器ｌＯから横溢する。横溢した媒
体は次の案内板９に沿って流下し、次の集溜容器ｌＯの
中に落下し、その集溜容器１０が満されると、集溜容器
１０から横溢する。以下この作動を繰返して、最下段の
伝熱管１１に達し、該伝熱管１１を満たし、伝熱管群１
の最下部に設置された補償タンク１３内に絞り機構１２
を通じて流入し、一時的に貯えられる。最下段の伝熱管
１１と補償タンク１３との液面は均圧管１４を介して、
はぼ同一水準に保たれる。

各集溜容器１０に保有される媒体の液面は、図示されて
ない液面調節装置によって調節することができるため、
伝熱管１１内の液面をその伝熱管１１に最適の保有媒体
量に調整される。

緩傾斜した伝熱管１１内に媒体が保有されても、各管内
の媒体の深さは非常に浅く、媒体の蒸発の飽和圧力の上
昇に影響を与えることはほとんどなく、又、その伝熱管
１１の伝熱面を潜熱利用伝熱面とし、伝熱効率を向上す
る。

加熱流体６よりの加熱量が急激に上昇し、伝熱管１１内
の媒体の蒸発が急に増加した場合等には、凝縮媒体の供
給が一時的に遅れ、主として、蒸発側伝熱管群１の最下
段の伝熱管１１中の凝縮媒体が無くなり、いわゆるドラ
イアウト現象を生ずる恐れがあるが、補償タンク１３内
に貯えられている凝縮媒体が絞り機構】２を通じて最下
段の伝熱管１１に補給される。°”又、急激に加熱量が
減少し、媒体の蒸発が急に低下した場合等には、主とし
て、蒸発側伝熱管群１の最下段の伝熱管１１内に凝縮媒
体が満水し、蒸発面の蒸発飽和圧力を上昇し、蒸発潜熱
が有効に利用されない伝熱現象を生ずる恐れがあるが、
余分の凝縮媒体は絞り機構１２を通じて補償タンク１３
内に一時的に貯えられる。

蒸発側伝熱管群１で蒸発した媒体は、蒸発管出口ヘッダ
ー１５を経て、蒸発連絡管２ｔ−矢印Ｂの如く上昇し、
凝縮管入口ヘッダ−１６の上部に流入する。流入した媒
体は入口へ、ダ−１６内を流下し、水平面と１０°以下
の角度θ２　を以って、媒体出口端を低くして傾斜した
伝熱管１１中を凝縮されながら、重力に従って流下し、
凝縮管出口ヘッダー１７に流入し、凝縮連絡管４内を流
下する。

蒸発側伝熱管！ｎ１及び凝縮側伝熱管群６のそれぞれの
上部の固体クリー二／グ媒体供給装置１８より矢印Ｃの
如く供給されたスチールショット又はサノドは、重力に
従って、伝熱管群１．５又は図示しないフィン付伝熱管
群の間を伝熱管１１の外面に付着した汚れ物質を剥離脱
落させながら落下し、蒸発側伝熱管群１及び凝縮側伝熱
管群６のそれぞれの下部の固体クリー二／グ媒体排出装
置１９より矢印りの如く排出される。排出された固体ク
リーニング媒体は図示しない外部の装置によって、剥離
汚れ物質を除去され、再び上部から供給される。

第６図の左図は蒸発側伝熱管の媒体入口に装備された媒
体集溜装置を示す断面図であり、右図は左図のＩ−Ｅ矢
視を示す図である。

入口ヘッダー８内に装備された案内板９の上方から流下
した凝縮媒体は矢印ＦＶＣＧって集溜容器１０内に流入
する。集溜容器１０の側壁に切られたスリット２０の上
面には、外部より、図示しない機構で、手動又は自動で
側壁面止金上下方向に摺動することのできる摺動板２１
を装備し、摺動板２１によって、凝縮媒体の液面５を上
下に調整し、それに応じて伝熱管１１内。液面、を上下
、移動さイ、。２０図。媒　　　　　１体集溜装置では
、縦方向に並んだ１列の伝熱管１１を１個の縦方向のヘ
ッダー８にて連結し、各伝熱管１１に個々に媒体集溜装
置を装備した状態を示すが、横方向に並んだ１列の伝熱
管１１を１個の横方向の図示しないヘッダーにて連結し
、横方向に並んだ１列の伝熱管１１に対して、共通した
１組の媒体集溜装置を装備してもよい。

集溜容器１０が凝縮媒体で満たされると、スリ、ト２０
又は側壁上端をオーバーフローした凝縮媒体は矢印Ｇに
従って、流下し、下段の案内板９に案内されて流下し、
下段の集溜容器１０内に流入する。

この集溜容器１０が満されると、前述と同様の作動を繰
返しながら、凝縮媒体は更に下段に向って流下して行く
。

第４図の左図は媒体集溜装置の他の実施例を示す断面図
であり、右図は左図のＨ−１（矢視を示す図である。

パネル型ヘッダー２２内に装備された案内板９の上方か
ら流下した凝縮媒体の一部は矢印屋 ＩＩＣ？Ｇって集汎容器１０内に流入し、残部は、案内
板９に切られたスリット２３を通じて矢印適材になって
いる。集溜容器１０の側壁に切られたス＋）　ｙ　）　
２０の上面と、前述の案内板９に切られたスリ、ト２３
の上面とには、外部よし、図示しない機構で、手動又は
自動によって、それぞれの上面を上下方向に摺動するこ
とのできるそれぞれの摺動板２１．２４を装備し、案内
板９上面の摺動板Ｕは、案内板９のスリ。

ト２３を通じて矢印Ｊで示す流下媒体量を調節し、側壁
上面の摺動板２１は、側壁のスリ、ト２０を通じて矢印
Ｇで示すオーバーフローに応する液面５を調節する。側
壁上面の摺動板２１の調節によって、伝熱管ｌｌ内の液
面５を上下に調節できることは勿調である。この図の媒
体集溜装置では、縦及び横方向に並んだ多数の伝熱管１
１を１個のパネル型ヘッダー２２に連結し、横方向に並
んだ１列の伝熱管１１に対して、共通に１組の媒体集溜
装置を装備した状態を示す。

集溜容器１０が凝縮媒体で満たされると、スリ、ト２０
をオーバーフローした凝縮媒体は矢印Ｇに従って泥下し
、下段の案内枡９から流下してきた矢印にで示す凝縮媒
体と合流して、下段の集溜容器１０内に流入する。尚、
下段の案内板９上に流下した凝縮媒体の一部は下段の案
内板９に切られたスリット２３を通じて矢印りに沼って
、更に下段の案内板９上に流下する。

下段の集溜容器１０が満されると前述と同様の動作を繰
返して、凝縮媒体は次の下段に向って流下して行く。

第５図はパネル型へラグ−に連結された伝熱管群プロ、
りを示す立体図である。

蒸発側の伝熱管群１０両端は、それぞれ１個のパネル型
ヘッダー２２に連結され、それぞれのパネル型ヘッダー
２２には、凝縮連絡管４又は蒸発連絡管２が接続されて
、１個の伝熱管群プロ、りを構成する。第１図に示す凝
縮側の伝熱管群ろについても、同様の伝熱管群プロ、り
を構成することができる。

発明の効果 蒸発側の伝熱管を水平面に対して緩傾斜し、伝熱管内に
保有される凝縮媒体破を一定とし又は増減することによ
って、伝熱管内に保有される媒体欲深さを浅くして、媒
体の蒸発抱和圧力の上昇を防止し得ると共に、凝縮媒体
が接する管内伝熱面積を増減し得る。従って、それぞれ
の伝熱管を必要とする蒸発量に応じた最適の漕熱利用の
伝熱条件とすることかできて、伝熱管の伝熱効率を向上
し得る。

凝縮媒体の供給量の過不足の影響を最も受は易い蒸発側
の伝熱ｗ群最下段の伝熱管に対し、伝熱管群最下部に設
けた補償タンクにより、伝熱管群最下段の伝熱管の媒体
保有量を適量に調節して、該伝熱管の伝熱効率の低下オ
、□、４６゜　　　　　　　　　　　　　　　　１凝縮
側の伝熱管を水平面に対して緩傾斜することによって、
伝熱管内で凝縮した媒体の管内伝熱表面よりの離脱を容
易とし、伝熱管の伝熱効率を向上し得る。

いわゆるダーティ−排ガスの熱回収に熱交換器を供した
場合、伝熱管又はフィン付伝熱管の外面には高・付着性
の汚れ物質が付着し、スチーム又はエヤ等のブローによ
る流体クリーニング装置よりもスティールシヨット又は
サンド等の落下による固体クリーニング装置がその除去
に有効であることが経験され、伝熱管群に固体りＩＪ　
　、ング装置を適用する場合、伝熱管又はフィン付伝熱
管が垂直方向に配置されるよりも水平に近く配置される
ほど、スティールンヨ、ト又はサンドの重力落下による
汚れ物質剥離効果が大きい。

伝熱管群に、伝熱効率を最適にする効果と固体クリーニ
ング装置の作用を最適にする効果とを兼備さすためには
、伝熱管の水平面との傾斜角を１０°以下の緩傾斜とす
ると、実用上良好な効果が得られる。

パネル型ヘッダーによる伝熱管群のブロック化によって
、ヘッダーの製造加工が簡素化され製造費を低減するこ
とができ、特に媒体集溜装置を内蔵するヘッダーの製作
加工において顕著にその効果が表われる。又、熱交換器
をこれ等の伝熱管群ブロックの組合せによって製造する
場合に、熱交換器の運送、現地据付、伝熱管の相互配置
関係の柔軟的な設計において、製造費を低減し得る。

前述の各種効果により、ダーティ−排ガスからの排熱回
収、脱硫処理済排ガスの再加熱等に、伝熱効率及び経済
性が高い熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第２図は伝熱管群が、垂直、傾斜又は水平に配置された
それぞれの従来型の熱交換器の断面図、第１図は伝熱管
群が傾斜して配置された本発明の熱交換器の断面図、第
６図は蒸発側伝熱管の媒体入口に装備された媒体集溜装
置の断面図、第４図は媒体集溜装置の他の実施例を示す
断面図、第５図はパネル型ヘッダーに連結された伝熱管
群ブロックを示す立体図である。 尚、図中の主要部の符号は次の通りである。 １・・・・・・　蒸発側伝熱管群　　２・・・・・・　
蒸発連絡管３・・・・・・　凝縮側伝熱管群　　４・・
・・・−凝縮連絡管５・・・・・・　凝縮媒体液面　　
　６・・・・・・　加熱流体７・・・・・・　被加熱流
体　　　　８・・・・・・　入口ヘッダ−９・・・・・
・　案内板　　　　　　ｌＯ・・・・・・　集溜容器１
１・・・・・・　伝熱管　　　　　　１２・・・・・・
　絞り機構１３・・・・・・　補償タンク　　　　１４
・・・・・・　均圧管１５・・・・・・　出口ヘッダ−
１６・・・・・・　入口ヘッダー１７・・・・・・　出
口ヘッダ−１８・・・・・・　供給装置１９・・・・・
・　排出装置　　　　２０・・・・・・　スリ、ト２１
・・・・・・　摺動板　　　　　　２２・・・・・・　
パネル型ヘッダー２３・・・・・・　スリット　　　　
　２４・・・・・・　摺動板Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｆ、Ｇｊ
、Ｊ、に、Ｌ・・・・・・　矢印　　、θ１．θ２・・
・・・・　角度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の伝熱管の両端をヘッダーによって連結した管
   群を蒸発側と凝縮側との管群にそれぞれ分離して配置し
   、蒸発側の管群と凝縮側の管群とを複数の連絡管によっ
   て連絡した循環回路を有し、循環回路内に作動媒体を真
   空封入し、媒体の蒸発及び凝縮潜熱を利用して熱を輸送
   する熱交換器において、傾斜して配置された蒸発側及び
   凝縮側の伝熱管と、蒸発側の伝熱管の媒体入口端ヘッダ
   ー内に伝熱管内に定量の凝縮媒体を保有するための媒体
   集溜装置を装備することを特徴とする熱交換器。 ２）蒸発側及び凝縮側の伝熱管の傾斜角が、水平面と１
   ０°以下をなすことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の熱交換器。 ３）媒体集溜装置が、集溜容器と案内板とで構成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第２項のい
   ずれかに記載の熱交換器。 ４）集溜容器と案内板とが、一体型に構成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
   に記載の熱交換器。 ５）媒体集溜装置が、蒸発側の各伝熱管の凝縮媒体入口
   に個別に装備されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第４項のいずれかに記載の熱交換器。 ６）媒体集溜装置が、同一水潤に並んだ蒸発側の複数の
   伝熱管の凝縮媒体入口に共通に装備されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載
   の熱交換器。 ７）媒体集溜装置が、手動又は自動によって制御され媒
   体集溜量を調節する液面調節装置を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載
   の熱交換器。 ８）複数の伝熱管の両端に連結されるヘッダーが、パネ
   ル型ヘッダーであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第７項のいずれかに記載の熱交換器。 ９）蒸発側の伝熱管群の最下部に、最下段の伝熱管に流
   入する凝縮媒体の過不足量を適正量に調節する補償タン
   クが設置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第８項のいずれかに記載の熱交換器。 １０）蒸発側及び凝縮側の伝熱管群のそれぞれの上部に
   装備された伝熱管外面をクリーニングするための固体媒
   体供給装置と、それぞれの下部に装備された固体媒体排
   出装置とを有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第９項のいずれかに記載の熱交換器。