JPS62131199A

JPS62131199A - 分離型ヒ−トパイプ式空気予熱器

Info

Publication number: JPS62131199A
Application number: JP27121185A
Authority: JP
Inventors: Masataka Mochizuki; 正孝望月; Shinichi Sugihara; 伸一杉原; Tsuneaki Motai; 恒明馬渡; Masushi Sakatani; 益司坂谷; Tetsuo Ooshima; 大嶋　哲夫
Original assignee: Fujikura Ltd; IHI Corp
Current assignee: Fujikura Ltd; IHI Corp
Priority date: 1985-12-02
Filing date: 1985-12-02
Publication date: 1987-06-13
Anticipated expiration: 2005-12-02
Also published as: JPH0231313B2

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じて空気を予
熱する空気予熱器に関し、将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￥１縮管と８蒸気連絡管
および液通キロ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交る。

従来の↑支）小ｉ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あり、これを略示すれ
ば第５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、高活発ガス流路５中に配置し、またヒー
トパイプ構造の複数本の凝Ｆ＠管６を上部ヘッダ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
蒸発管群４より高い位置で加熱昇温すぺぎ空気の流路１
０中に配置し、これらの蒸発管群４と凝縮管群９とのう
ち、各々の上部ヘッダ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によって連通する。

そし−〇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、発ガスの有する熱に
より蒸発管１内で蒸発させ、その蒸気か上部ヘッダ２お
よび蒸気連絡管１１を経て凝縮管６に流入し、ここで空
気に熱を与えて凝縮）没化１−ることにより、作動流体
１３がその状態変化（・二伴う潜熱として熱を輸送し、
また凝、縮設化した作動流体１３は凝縮管群９における
下部ヘッダ８から液連絡管１２を経て蒸発管群４に還流
する。したかって作動流体１３が上記のように蒸発・凝
縮を行なって連続的に循環流動することにより１．発ガ
スの有する熱によって空気が加熱昇温される。

しかして上記のように構成した空気予熱器では、入熱側
である蒸発管群４と出熱側で必る凝縮管群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部系化でき、それに伴いコストの低
廉化を図ることかてき、そのために大型の空気予熱器や
発熱回収股陥に有効である。

発明が解決しようとする問題点しかるに連続的な熱交換を行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かおり、そのた
めに従来ては、凝縮管群９におい−Ｃ生じた液相の作動
流体１３を水頭差によって各蒸発管１に分配供給し、蒸
発管１の全長の２０〜３０％を）（ｌ相の作動流体１３
が常時漏すようにしている。この作動流体１３はプール
沸騰を伴って蒸発する。前述した装置は大型かつ大容量
の熱交換器としての利点が多く、そのために蒸発管１が
長い場合か冬く、このような場合には、蒸発管長手方向
に均一な液膜を形成することが困難で必るる。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か不安定となる現采が生
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か満している部分では、作動流体の
円滑な蒸発が生じず、蒸発部として必ずしも有効に顕能
しない場合がある。

このように従来の装置では、内部熱伝達の不均一現象や
液相の作動流体が蒸発管１の下部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の低下等により、蒸
発管１内ての作１り流体１３の蒸発効率か悪く、その結
果、蒸発管１の本数を多くせざるを得ないなど、経済的
に問題があった。

この発明は上記の事情に鑑み、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
するものでおる。

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、液分配管を蒸
発管の上端部側から挿入し、その液分配管に形成した小
径の流出孔から液相の作動流体を流出させることにより
、各蒸発管の内面全体に液相の作動流体を分配供給する
よう構成したものでおる。すなわちこの発明は、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、ざらに前記
各上部ヘッダか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か液通路管によって連通され、
かつこれら蒸発管および：連絡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；緊
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、前記蒸発管が水平面に対して５°〜６０’
傾斜して配置され、かつ液相の作動流（＊を流通させる
べく前記凝縮管の下部ヘッダに連通させられた複数の液
分配管が、先端部を閉じかつ中間部下面側に複数の小径
の流出孔を形成した構成とされるとともに、その液分配
管が前記各蒸発管の内部にその上端部側から挿入されて
いることを特徴とするものである。

またこの発明では、水頭圧によって液相作動流体を蒸発
管の内部に還流させることになるから、蒸発管の長手方
向での液相作動流体の供給量を均一化するために、前記
流出孔の径を液分配管の先端部側ほど小径とし、もしく
は流出孔同士の間隔すなわちピッチを液分配管の先端部
側ほど広く設定することか好ましい。

ざらにこの発明では、蒸発管の内部で生じる作動流体蒸
気の流動を円滑化するために、前記））１分配管を蒸発
管に対して下側に偏心させて蒸発管の内部に挿入した状
態に設定することが好ましい。

作　　　用したがってこの発明では、発ガス等の高温流体の有する
熱によって蒸発管の内部の作動流体か蒸発・気化し、そ
の蒸気が上部ヘッダおよび蒸気連絡管を経て凝縮管に到
り、ここで作動流体の潜熱が放出して凝縮・液化するこ
とにより、凝縮管の外部を流れる空気を加熱胃温する。

そして液化した作動流体は液分配管に重力すなわち水頭
圧によって還流するが、その液分配管が各蒸発管の内部
にその上端部側から個別に挿入され、しかも蒸発管が水
平面に対して５°〜６０′傾斜しているから、液分配管
の流出孔から滴下した作動流体は、蒸発管の内面に沿っ
て流れて蒸発管の内面全体に供給され、再度外部から熱
を受けて蒸発する。その場合、水頭圧の高い液分配管の
先端部側での流出孔の開口径が小さければ、あるいは流
出孔同士の間隔が広ければ、蒸発管の長手方向での流出
量が、より均一され、その結果、蒸発管の内面全体か蒸
発部となり、換言すれば、有効蒸発面積が従来の蒸発管
に比べて更に広くなる。また液分配管か蒸発管に対して
下側に偏心していれば、作動流体蒸気の流路が広くなる
うえに、流出孔から蒸発管内面までの間隔が小ざいので
作動流体は、飛散されることなく分配できるため、熱輸
送が更に円）骨化される。

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お
って、まず蒸発管群１４の構成について説明すると、フ
ィンチューブからなる複数本の蒸発管１５は、その内面
にウィック１６を添設し、かつ非凝縮性ガスを排気した
ヒートパイプ構造で市り、その一端部か上部ヘッダ１７
によって互いに連結され、またその蒸発管１５の他方の
端部が下部ヘッダ１８によって互いに連結されており、
そして上部ヘッダ１７が下部ヘッダ１８より高くなるよ
う蒸発管１５が水平面Ｈに対して５°〜６０°傾斜して
設置され、かつ蒸発管１５が高温間ガス流路１つ中に位
置するよう設定されている。

また凝縮管群２０の構成について説明すると、凝縮管群
２０は、前記蒸発管群１４とほぼ同様な構成で市って、
フィンチューブからなる複数本の凝縮管２１は、非凝縮
性ガスを排気したビー１〜パイプ、構造であり、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
の凝縮管２１の使方の端部が下部ヘッダ２３によって互
いに連結されており、そして上部ヘッダ２２側が高くな
るよう水平面Ｈに対して５°〜６０’傾斜し、かつ凝縮
管２１が空気流路２４中に位置するよう設置されている
。

そして前記各上部ヘッダ１７．２２が蒸気連絡管２５に
よって互いに連通されてあり、また凝縮管群２０の下部
ヘッダ２３の中央部には、有底円筒状の液溜め部２６か
垂下して設けられ、その液溜め部２６の底部に液通キ３
管２７か接続し−Ｃ設けられている。その液通路管２７
は液相の作動流体を蒸発管群１４に）！流させるだめの
ものでおって、一方の端部か蒸発管群１４における上部
ヘッダ１７にその軸線方向に沿つ−Ｃ挿入されており、
液通路管２７のうち上部ヘッダ１７の内部に挿入した部
分に１よ、各蒸発管１５の内部に挿入した液分配管２Ｂ
が連通させ一〇取付けられ−Ｃいる。液分配管２８は第
２図および第３図に示づように、先端部を密閉した直管
状のものであり、液相の作動流体２９を流出させる多数
の流出孔３０が下面側に形成されている。

上）ホした蒸発管群１４、凝縮管群２０および各連絡管
２５．２７からなる密閉流路内には、空気などの非；降
格性カスを排気した状態で水等の凝縮ｉ生の流体か作動
流体２９として封入されている。

なお前記液分配管２８は液相の作動流体２９を蒸発管１
５の内面に直接供給するためのものであるが、その作用
は液相作動流体２９の水頭圧によって行なうことになり
、したがって液分配管２８の先端部と上端部とでの水頭
圧の相違に伴う流出量の相違を是正するために、以下の
方策を採ることが好ましい。すなわち第１は、水頭圧が
高くなる液分配管２８の先端部側の流出孔３０の開口径
を上端部側より小さくすることで市る。第２（」、液分
配管２８の先端側での流出孔３０同士の間隔Ｐを広くし
て単位長さ当りの供給量を蒸発管１５の全長に渡って均
一化することである。

ざらに蒸発管１５の内部で生じた作！ｔｌ流体蒸気は、
傾斜して設置された蒸発管１５の上面に沿って流れるか
ら、作動流体蒸気の流路を確保するために、前記液分配
管２８は蒸発管１５に対して下側に偏心した位置に挿入
することが好ましい。

上記の空気予熱器によって空気の加熱昇温を行なうには
、前記高温廃ガス流路１つに廃カスＧ合流し、これに対
し一〇空気流路２４に加熱昇温すべき空気Ａを流す。高
温廃ガスＧからの入熱当初においては、液相の作動流体
２９が蒸発管群１４の最下部に下がっているが、入熱に
よりその液相作動流体が次第に蒸発する。その蒸気は上
部ヘッダ１７および蒸気連キロ管２５を経て凝縮管群２
０に到り、ここで空気流路２４内の空気Ａに熱を奪われ
て：・迂路液化する。こうして生じた液相の作動流体は
前記液溜め部２６に次第に溜るとともに、；理路管群２
０の下部ヘッダ２３および液溜め部２６ならびに）々連
絡管２７を経て蒸発管群１４側へ還流するが、各蒸発管
１５に対しては前記液分配管２８を介して供給される。

すなわち液相の作動流体は液通路管２７から液分配管２
８に流れ込み、その内部を流下する間に前記流出孔３０
から流出し、しかる後ウィック１６における毛細管圧力
および重力によって蒸発管１５の内面全体に分散供給さ
れる。その場合、液分配管２８の先端側ほど液相作動流
体の水頭圧が高くなっているが、液分配管２８の先端側
における流出孔３０の開口径を小さくしておくことによ
り、おるいは先端部側での流出孔３０のピッチＰを大き
くすることにより、水頭圧の差に基づく流出量の差を是
正し、液相作ｉｔ＋流体の供給量を蒸発管１５の全長に
亘ってより均一化することができる。

上述のようにして供給されだ液相の作動流体は外部から
の入熱により再度蒸発し、凝縮管群２０側へ熱を輸送す
る。その場合、作動流体蒸気は傾斜して配置された蒸発
管１５の上面側に沿って流動するから、前記液分配管２
８を蒸発管１５の下側に偏心して配置しておけば、作動
流体蒸気の流路を充分広く確保し、作動流体の飛散も防
止でき、作動流体により熱輸送を円滑化することができ
る。

したがって上記の空気予熱器では、蒸発管群１４および
凝縮管群２００間で作ｔｌｌｌ流体が蒸発および凝縮を
繰返し行ないつつ循環流動することにより、廃ガスＧの
有する熱によって空気Ａがｈｌ熱昇温されるが、放熱に
よって生じた液相作動流体が各蒸発管１５に対して前記
液分配管２８を介してその内面全体に再度供給されるか
ら、蒸発管１５の内周面全体を廃ガスＧと作動流体との
熱授受部すなわち有効蒸発面とすることができ、ざらに
液相作動流体の供給か均等化されるから、所謂ドライア
ウトや液相作動流体か蒸気によって飛散させられるフロ
ーディング現染を防止することができる。

なお以上述へた実施例では、液溜め部２６を）理路管群
２０にあける下部ヘッダ２３に設け、液通字管２７を蒸
発管群１５の上８ＩＳヘッダ１７内に挿入し、その液連
絡管２７から液分配管２８Ｓ−分岐ざｔ！ｔ：溝底とし
たか、この発明は上記の実施例に限られるものではなく
、例えば第４図に示すようにリザーバ３１を別途設けた
溝底とし一〇もよい。

すなわち第４図において、ペント弁３２および安全弁３
３を有するリザーバ３１が蒸発管群１４および凝縮管ｕ
２０の間に設けられ、；疑’Ｅｂ管群２０の下部ヘッダ
２３が液連絡管２７を介してそのリザーバ３１に連通さ
れ、かつ先端部を各蒸発管１５内に挿入した液分配管２
８がリザーバ３１の底部にそれぞれ接続されている。こ
のような溝底で必っても、上述した実施例におけると同
様に動作させることかできる。

ざらにこの発明では、液溜め部２６やリザーバ３１を特
に設けずに、液分配管２８を直接凝縮管群２０にあける
下部ヘッダ２３に接続して設けてもよい。

発明の効果以上の説明から明らかなようこの発明によれば、外部か
ら熱を受ける蒸発管を水平面に対して５゜〜６０°頭斜
ざぜる一方、液相の作動流体Ｓ：流通させるへく凝縮管
の下部ヘッダに連通させた複数本の液分配管を、先端部
が閉じかつ中間部下面に復数の小径の流出孔を形成した
溝底とするとともに、その液分配管を各蒸発管の内部に
その上端部側から挿入したから、液相作動流体を蒸発管
に対してその内面に直接かつ上端側から流下させるよう
供給することができ、また蒸発管の内部に所謂プールが
生じないために、蒸発管の内周面全体が蒸発部となり、
その結果、広い有効蒸発面積を採ることができる。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
なわせることかできるので、蒸発管から凝縮管への熱輸
送ずなわら高温廃ガスから空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。特に液分配管での流出
孔の間口径をその先端部側ほど小径とし、あるいは流出
孔同士の間隔を先端部側ほど広くすれば、水頭差に基づ
く液相作動流体の流出量の差を是正し、液相作動流体の
供給量をより均一化してドライアウトの発生による熱輸
送効率の低下を防止することかできる。これに加え、液
分配管を蒸発管に対して下側に偏心ざぜて配置すれば、
作動流体蒸気の流路を充分広く確保することができるか
ら、作動流体による熱輸送を更に円滑化することができ
る。さらにまたこの発明では、蒸発管の内部に液相作動
流体のプールが生じないので、作動流体の：８　Ｆｅに
よるフラッディング現９か生じず、この点ても最大熱輸
送能力を高めることができる。

【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液分配管の挿入状態を示す概略断
面図、第３図は第２図の■−■線矢視拡大図、第４図は
この発明の他の実施例を原理的に示す模式図、第５図は
従来の分離型ヒートパイプ式空気予熱器の一例を原理的
に示す模式図である。１４・・・蒸発管群、　１５・・・蒸発管、　１７．２
２・・・上部ヘッダ、　１６．２３・・・下部ヘッダ、
　１９・・・１６温廃ガス流路、　２０・・・；理路管
群、　２″′！・・・凝縮管、　２４・・・空気流路、
　２５・・・蒸気連絡管、　２７・・・液連絡管、　２
８・・・液分配管、　２９・・・作動流体、　３０・・
・流出孔、　Ｐ・・・（流出孔の）ピッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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、前記蒸発管が水平面に対して５°
〜６０°傾斜して配置され、かつ液相の作動流体を流通
させるべく前記凝縮管の下部ヘッダに連通させられた複
数の液分配管が、先端部を閉じかつ中間部下面側に複数
の小径の流出孔を形成した構成とされるとともに、その
液分配管が前記各蒸発管の内部にその上端部側から挿入
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。
（２）前記流出孔の径が、前記液分配管の先端部側ほど
小さく設定されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の分離型ヒートパイプ式空気予熱器。
（３）前記流出孔同士の間隔が、前記液分配管の先端側
ほど広く設定されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の分離型ヒートパイプ式空気予熱器。
（４）前記液分配管が、前記蒸発管に対して下側に偏心
して各蒸発管の内部に挿入されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の分離型ヒートパイプ式空気
予熱器。