JPS62131198A - 分離型ヒ−トパイプ式空気予熱器 - 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 この発明は廃ガスなどの高温流体を熱源として空気を予
熱する空気予熱器に関し、特に互いに分離して配置した
ヒートパイプ構造の蒸発管と；￥１縮管とを蒸気連絡管
および波速路管によって連通させたヒートパイプ式の空
気予熱器に関するものでおる。

従来の技術 この種の空気予熱器は、例えば実開昭５９−１３０９６
７号公報に記載されている通りて必り、これを略示すれ
ば第４図に示すように、ヒートパイプ構造の複数本の蒸
発管１を上部ヘッダ２と下部ヘッダ３とで連結してなる
蒸発管群４を、高温廃ガス流路５中に配置し、またヒー
トパイプ溝道の複数本の凝縮管６を上部へラダ７と下部
ヘッダ８とによって連結してなる凝縮管群９を、前記蒸
発管詳４より高い位置て加熱昇温すべき空気の流路１０
中に配置し、これらの蒸発管ｕ４ど凝縮管群９とのうち
、各々の上部ｌ＼ッグ２，７同士を蒸気連絡管１１によ
って連通する一方、下部ヘッダ３．８同士を蒸気液連絡
管１２によって連通ずる。

そしてこのようにして構成したループ内に水等の作動流
体１３を封入しておき、これを発カスの有する熱により
蒸発管１内で蒸発させ、その蒸気が上部ヘッダ２および
蒸気連絡管１１を経て凝縮管９に流入し、ここで空気に
熱を与えて凝縮液化することにより、作動流体１３がそ
の状態変化に伴う潜熱として熱を輸送し、また凝縮液化
した作動流体１３は；迂路管群９における下部ヘッダ８
から波速路管１２を経て蒸発管ｕ４に還流する。したか
つて作動流体１３が上記のように蒸発・凝縮を１１なっ
て連続的に循環流動することにより、廃カスの有する熱
によって空気か加熱昇温される。

しかして上記のように構成した空気予熱器では、入熱側
である蒸発管ｕ４と出熱側である凝縮管群９とを分離し
であるから、各々の位置を任意に設定でき、その結果、
ダクトの引き回しを簡素化でき、それに伴い］ス１〜の
低回化を図ることかてき、そのために大型の空気予熱器
や、発熱回収設備に有効でおる。

登ｊ３Ｆｌ　ｆ＋り前沖１．上ろと寸乙閣頚占しかるに
連続的な熱交換を１１なうためには蒸発管１内に液相の
作動流体１３を常時供給する必要がめり、そのために従
来では、凝縮管群９において生じた液相の作動流体１３
を水頭差によって各蒸発管１に分配供、恰し、蒸発管１
の全長の２０〜３０％を液相の作動流体１３が常時溝す
ようにしている。この作動流体１３はプール沸騰を伴っ
て蒸発か進行する。前述した装置は大型かつ人容口の熱
交換器としての利点が多く、そのために蒸発管１が長い
場合が多く、このような場合には、蒸発管の長手方向に
均一な液膜を形成することか困難でおる。、また沸騰に
伴う液相作動流体の吹上げ現象（フラッディング現象）
が生じて周期的に内部熱伝達が不安定となる現♀が生じ
る。また上記従来の装置においては、蒸発管１のうち液
相の作動流体１３が満している部分では、作動流体の円
滑な蒸発か生じず、蒸発部として必ずしも有効に機能し
ない場合がおる。

このように従来の装置では、内部熱伝達の不拘−現象ヤ
液相の作動流体が蒸発管１の下８！Ｓを満していること
による液膜蒸発面積の減少による熱伝達率の低下等によ
り、蒸発管１内での作動流体１３の蒸発効率が悪く、そ
の結果、蒸発管１の本数を多くせざるを冑ないなど、経
済性に問題があった。

この発明は上記の事慣に鑑み、蒸発管での熱伝達率を改
善し、ひいては高性能化、小型化を図ることのできる分
離型ヒートパイプ式空気予熱器を提供することを目的と
するものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、液相の作動
流体を一時貯留するリザーバを、凝縮管の下部ヘッダに
連通して設け、液相作動流体をそのリザーバから各蒸発
管に個別に供給する分配管を、各蒸発管にその上端部か
ら挿入したことを特徴とするものである。

作　　　用 したがってこの発明の空気予熱器では、蒸発管に入熱か
あると、ここで作動流体が蒸発し、その蒸気が上部ヘッ
ダおよび蒸気連絡管を経てで縮管内に流れ、ここで潜熱
を放出して凝縮液化する。

その結果生じた液相の作動流体は下部ヘッダからリザー
バに流入し、そのリザーバから各分配管に対して均等に
かかる水頭圧により、各蒸発管内に等量づつ分配供給さ
れる。その場合、液相作動流体は各蒸発管に対してその
上端部側から供給され、蒸発管の内面に沿って流下しつ
つ外部から熱を受けて蒸発するから、蒸発管の内周面全
体に液相作動流体が行き亘ってｆｉ膜が形成され蒸発管
の内周面全体が蒸発部となる。また作動流体の供給が、
重力もしくは水頭圧、およびウィックがおればその毛細
管圧力によって、充分行なわれる。したがってこの発明
では蒸発管の内面全体を有効蒸発面とすることができる
ことに加え、液相作動流体の供給がなくなって乾き上が
るいわゆるドライアウトが生じるおそれかないため、蒸
発管内での作動流体に対する熱伝達が良好となる。

実施例 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例を原理的に示す模式図であ
って、まず蒸発管群２４の構成につい−Ｃ説明すると、
フィンチューブからなる復故不の蒸発管２１は、その内
面にウィック（図示せず）を添設し、かつ非；迂路性ガ
スを排気したヒートパイプ構造でおり、その一端部が上
部ヘッダ２２によって互いに連結され、またその蒸発管
２１の他方の端部が下部ヘッダ２３によって互いに連結
されてあり、そして上部ヘッダ２２が下部ヘッダ２３よ
り高い位置に位置し、かつ蒸発管２１が高温廃カス流路
２５中に位置するよう設置されている。

また凝縮管群２９の構成について説明すると、凝縮管群
２９は、前期蒸発管群２４とほぼ同様な構成であって、
フィンチューブからなる復数不の凝縮管２６は、非凝縮
性カスを排気したヒートパイプ構造であり、その一端部
か上部ヘッダ２７ｉ、二よって互いに連結され、またそ
の；連絡管２６の他方の端部が下部ヘッダ２８によって
互いに連結されており、そして上部ヘッダ２７か下部ヘ
ッダ２８より高い位置に位置し、かつ凝縮管２６か仝気
流路３０中に位置】るようδ９置されている。

そして前記各上部ヘッダ２２．２７か蒸気連絡管３１に
よって互いに連通され、また凝縮管群２９の下部ヘッダ
２８に１は、それより低い位置に設置したリザーバ３４
が波速路管３２１こよって連通されており、さらにその
リザーバ３４の下部には、前記蒸発管２１と同数の分配
管３５か取付けられ、その各分配管３５が上部ヘッダ２
２を貫通して前記各蒸発管２１にその上端部側から所定
深さまで挿入されている。なお、分配管３５は蒸発管２
１に比べ十分小さな直径の管で構成される。以上のよう
に構成された密閉流路内には、空気なとの非凝縮性ガス
を排気した状態で水などの凝縮ｉ生の流体が作動流体３
３として封入されている。さらに前記リザーバの上部に
ベント弁３６および安全弁３７か取付けられている。

７：ｉ′お前記分配管３５はリザーバ３４が液相の作ｖ
Ｊ流体３３を蒸発管２１に分配供給するためのものでお
るが、蒸発管２１においてはその内周面に；ｉｌ相の作
動流体を供給する必要があるので、蒸発管２１をほぼ垂
直に設置して市る場合には、分配管３５の先端部を蒸発
管２１の内面のいずれかの箇所に接触開口させてあくこ
とか好ましい。分配管３５をこのように開口させた場合
、液相の作動流体３３を蒸発管２１の内面に対して供給
することかできるが、蒸発管２１か垂直状態であれば、
液相作動流体３３の流下速度が大きくなり、蒸発管２１
の内周面にウィックを設けてあっても、内周面全体への
液相作動流体の供給力が低下する。

そこで蒸発管２１の内周面全体に対する液相作動流体の
自動的かつ円滑な供給を行なうには、蒸発管２１を第２
図に示すように水平面Ｈに対して５〜６０’傾斜させて
設置することか好ましい。口のようにすれば、）１夕相
作勅流体の流下刃か低下して内周面全体に対する供給が
充分に行なわれ、これに加え第２図に矢印で示すように
液流と蒸気流とが隔絶され、気相作８流体による熱輸送
か円滑化される。

上記の空気予熱器によつ−（空気の力１１熱昇温を）ゴ
なうには、前記高温廃ガス流路２５に兄カスを流し、こ
れに対し空気流路３０にｈＤ熱昇温すべき空気を流す。

高温廃ガスからの入熱当初においては、液相の作動流体
３３が蒸発管群２４の最下部に下がっているが、入熱に
よりその滅相作！ｊｌＩ流体か次第に蒸発する。その蒸
気は上部ｌ＼ッグ２２および蒸気連絡管３１を経て凝縮
管群２９に至り、ここで空気流路３０内の空気に熱を奪
われて凝縮液化する。こうして生じた液相の作動流体は
凝縮管群２９の下部ヘッダ２８および波速路管３２を介
してリザーバ３４に流入する。リザーバ３４に流入する
液相作動流体３３の量Ｖなりち凝縮管群２９において凝
縮する作動流体のけは、蒸発管群２４での入熱流に応じ
て多くなり、それに伴いリザーバ３４での液面か次第に
上昇して蒸発管群２４を基準としだ水頭圧が高くなり、
その結果、ワザーハ３４から各蒸発管１に対して均等に
液相の作動流体３３が流下づる。このようにして供給さ
れた液相の作動流体は蒸発管２１の内周面に沿って流れ
、その間に外部からの入熱により再度蒸発する。

その場合、液相作動流体の流下を妨げるよう作用する力
が特に存在しないから、液相作動流体は蒸発管２１の内
面全体に充分分散供給される。すなわち蒸発管２１の内
面全体が蒸発部となり、かつ所謂ドライアウトか生じる
ことがない。

また上記の空気予熱器では、リザーバ３４の内部には常
時窒間部か保たれているので、動作中に非１ＦＺｆｌ性
ガスか生じても、このガスがリザーバ３４の空間部に送
り込まれることになる。この場合、前記ベント弁３６を
定期的に開けば、非凝縮性ガスを容易かつ完全に排気す
ることかでき、その結果、熱輸送特性を良好な状態に維
持することができる。

なお、上記の実施例では、リザーバ３４を所謂タンクの
形状として示したが、この発明においては、必要に応じ
適宜の形状のリザーバを用いることかてき、その−１９
Ｊを示せば、第３図に通りである。すなわち第３図に示
すリザーバ３４ａは、両端部を閉じた円筒体すなわら所
謂ヘッダとして溝成したものであり、蒸発管ｕ２４の上
部ヘッダ２２と平行にかつ水平に配置され、その下部（
こ分配管３５を接続した構成で必る。このような溝成て
おれば、各蒸発管２１に対する液相作動流体の水頭圧を
均一化し、各蒸発管２１に対する液相作動流体の供給量
を均等にすることが更に容易になる。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の空気予熱器に
よれば、リザーバを凝縮管の下部ヘッダと蒸発管の上端
側との間に配置し、凝縮液化した作動流体をそのリザー
バに一時貯溜した後、各蒸発管に個別に分配供給するよ
う構成したので、蒸発管の内周面では液相作動流体が上
端側から流下することにより、充分液相作動流体を蒸発
管の内部に供給することができ、また蒸発管の内部に液
相作動流体が溜まる所謂プールが生じないために、蒸発
管の内周面全体が蒸発部となり、広い有効蒸発面積を取
ることができ、したがってこの発明では、蒸発管内での
熱伝達を効率良く行なわせることができるので、蒸発管
から凝縮管への熱輸送すなわち高温発ガスから！気に対
する熱伝達を効率化でき、換言すれば、空気予熱器の高
性能化およびそれに伴う小型化を図ることができる。ま
たこの発明では、蒸発管の内部に液相作動流体のプール
か生じないので、作動流体の沸騰によるフラッディング
現象が生じず、そのために最大熱輸送能力を高めること
ができる。さらにこの発明では、リザーバに非凝縮性ガ
スを溜めることができるので、その排気を容易に行なえ
る利点がおる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を原理的に示す模式図、第
２図は蒸発管に対する分配管の挿入状態を示す概略図、
第３図は他のリザーバの例を示す略解斜視図、第４図は
従来の分離型ヒートパイプ式熱交換器の一例を原理的に
示す模式図である。 ２１・・・蒸発管、　２２．２７・・・上部ヘッダ、　
２３．２８・・・下部ヘッダ、　２４・・・蒸発管群、
　２５・・・高温１発ガス流路、　２６・・・凝縮管、
　２９・・・凝縮管群、　３０・・・空気流路、　３１
・・・蒸気連絡管、　３２・・・液通路管、３３・・・
作動流体、３４・・・リザーバ、　３５・・・分配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数本の蒸発管が一方の端部を高くして高温流体流路中
   に配置されるとともに、その蒸発管の各端部が上部ヘッ
   ダおよび下部ヘッダによってそれぞれ連結され、また予
   熱すべき空気の流路中に複数本の凝縮管が一端部を高く
   して配置されるとともに、その凝縮管の各端部が上部ヘ
   ッダおよび下部ヘッダによってそれぞれ連結され、さら
   に前記各上部ヘッダが蒸気連絡管によって連通されると
   ともに、前記蒸発管と凝縮管とが液連絡管によって連通
   され、かつこれら蒸発管および凝縮管ならびに各連絡管
   によって形成される流路中に潜熱として熱輸送を行なう
   凝縮性流体からなる作動流体が封入された構成の空気予
   熱器において、 液相作動流体を一時貯留するリザーバが、前記凝縮管の
   下部ヘッダに連通して設けられるとともに、そのリザー
   バ内の液相作動流体を各蒸発管に個別に供給する分配管
   が、各蒸発管内にその上端部から挿入されていることを
   特徴とする分離型ヒートパイプ式空気予熱器。