JPS62155492A - 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、将に互いに分離して配置した
ヒートパイプ溝造の蒸発管と；疑稲管とを蒸気連絡管お
よび液連絡管によって連通ざぜたヒートパイプ式の空気
予熱器に関するものて市る。

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でおり、これを開示すれ
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とて連結してなる
蒸発管群４を、高温廃ガス流路５中に配置し、またヒー
トパイプ構造の複数本の凝縮管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べき空気の流路１０
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
て連通ずる一方、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。

さらに非凝縮性ガスを排気するためのガス仮管１３を′
！￥１縮管群９における下部ヘッダ８に連通させて垂直
に立設する。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１４を、前記蒸発管１の内容積の２０〜
３０％封入しておき、これを廃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を径て凝縮管６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１４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１４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。したがって
作動流体１４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、廃ガスの有する熱によっ
て空気が加熱昇温される。また動作中の生じた町等の非
；・疑縮性ガズは、前記ガス後管１３から排気する。

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、それに伴いコストの低
兼化を図ることができ、そのために大型の空気予熱器や
廃熱回収設備に有効でおる。

発明が解決しようとする問題点 上述した分離型の空気予熱器は、ダクトの引き回しか簡
素化されるなど大型かつ大容量の空気予熱器に用いた場
合に、特に有利であるが、大型化するにあたっては、強
度やコストなどの点からの要請により、炭素鋼系の材料
を＠造林として使用し、かつ安価であるうえに可及的に
最大熱輸送量を多くするべくメリット数の大きい水を作
動流体１４として使用するのが一般的である。しかるに
構造材として炭素鋼を使用し、作動流体として水を使用
した場合には動作中に両者が反応して非凝縮性のＨ２ガ
スが発生し、これが作動流体の蒸発・凝縮を抑制し、熱
輸送特性が低下する問題が生じる。そのため従来では、
蒸気゛の流速が最も遅くなる凝縮管群９の下部ヘッダ８
にガス後管１３を連通して垂直に立設しておき、作動流
体から分離した非凝縮性ガスをそのカス後管１３に捕集
し、かつ一定期間ごとに排気している。しかしながら非
凝縮性ガスは、最上部に集まる特性がおるから、上述し
た構成では、ガス復管１３中に非凝縮性ガスを完全に分
離・捕集し得ない問題があった。

また従来の空気予熱器では、上部へラダ２．フ同士およ
び下部ヘッダ３．８同士を各連絡管１１゜１２で接続す
る構成であるから、廃ガスダクトや空気ダクトの引き回
しを簡素化できても、各連絡管１’ｌ、１２の引き回し
が複雑化する問題があった。

この発明は上記の事情に鑑み、非凝縮性ガスの排気を完
全に行なうことができ、しかも構成の簡単な分離型ヒー
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、蒸発管の上
部ヘッダと凝縮管の下部ヘッダとの間に蒸気連絡管およ
び液連絡管を設けて、ここにループ構造を肴成し、かつ
凝縮管の上部ヘッダにガス後押を設けたことを特徴とす
るものである。より具体的には、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、さらに前記蒸
発管と凝縮管とが蒸気連絡管および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、蒸発管の上部ヘッダと凝縮管の下部ヘ
ッダとが、作動流体蒸気を流通させる前記蒸気連絡管に
よって連通されるとともに、液相の作動流体を各蒸発管
に分配還流させるための前記液連絡管が、前記蒸気連絡
管より小径に形成され、かつその液連絡管が凝縮管の下
部ヘッダに接続されるとともに、各蒸発管の内部に挿入
・開口され、さらに非凝縮性ガスを排気するためのガス
汰弁が、凝縮管の上部ヘッダに取付けられていることを
特徴とするものでおる。またこの発明は、凝縮管内の下
端部に下部ヘッダ内に突出する気液分離筒を同心状に設
け、凝縮管と下部ヘッダとの接続部での液流と蒸気流と
の干渉を避けるよう構成したものである。

作　　　用 したがってこの発明の空気予熱器では、蒸発管の内部で
外部からの入熱により作動流体が蒸発・気化し、その蒸
気が上部ヘッダおよび；疑縮箆の下部ヘッダを経て各凝
縮管に至り、そこで外部の空気に熱を与えて作動流体が
凝縮・液化する。その液相作動流体は自重により下部ヘ
ッダに流下し、ついで液連絡管を経て各蒸発管に分配・
供給される。その場合、動作中に生じた非凝縮性カスは
、作動流体蒸気と共に；疑縮管の内部を上昇するが、作
動流体が凝縮液化することにより作動流体から分離され
、その結果、非凝縮性ガスは凝縮管の上端部に集まり、
したがって定期的にガス恢弁を開くことにより、系内の
非凝縮性ガスを完全に排気することができる。また構造
的には、蒸発管の上部ヘッダと）疑縮管の下部ヘッダと
の間に各連絡管によるループが形成された構成でおるか
ら、これらのヘッダが接近して配置されることと相まっ
て全体構造が簡素化される。さらに前記気液分離筒を設
けたことにより、凝縮管と下部ヘッダとの境界部分にお
ける作動流体液と作動流体蒸気との干渉がなくなり、両
者の流動が円滑化される。

実施例 つぎに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市
って、まず蒸発管群１５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１６は、その内面
にウィック（図示せず）を添設し、かつ非凝縮性カスを
排気したヒートパイプ構造てあり、その一端部が上部ヘ
ッダ１７によって互いに連結され、またその蒸発管１６
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
くなるよう設置され、かつ少なくとも蒸発管１６が高温
廃ガス流路１９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１５とほぼ同様な構成であって、
フィンチューブからなる複数本の凝縮管２１は、その内
面にウィック（図示せず）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、またその凝縮管２
１の他方の端部が下部ヘッダ２３によって互いに連結さ
れており、そして上部ヘッダ２２側が高くなるよう、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。

そして前記蒸発管群１５において生じた蒸気を凝縮管群
２０に導くための蒸気連絡管２５が蒸発管群１５の上部
ヘッダ１７の一端部に接続され、その蒸気連絡管２５の
他方の端部が凝縮管群２０−あける下部ヘッダ２３の一
端部に接続されている。また凝縮管群２０において生じ
た作動液を蒸発管群１５に戻すための液連絡管２６は、
前記蒸気連絡管２５より小径に形成され、その液連絡管
２６は一方で凝縮管群２０の下部ヘッダ２３の他端部に
接続され、他方で蒸発管群１５にあける上部ヘッダ１７
にその軸線方向に沿って挿入されてあり、さらにその上
部ヘッダ１７に挿入された部分は前記蒸発管１６と同数
に分岐し、その分岐部が各蒸発管１６に内部に挿入され
て開口している。

すなわち作動液を液連絡管２６により各蒸発管１６の内
部に直接かつ個別に還流させるよう構成されている。な
あ、作動液を蒸発管１６の内周面に治って流すために、
少なくとも蒸発管群１５は水平面に対して５°〜９０’
程度傾斜させることが好ましい。

また前記：凝縮管群２０にあける上部ヘッダ２２にカス
扱弁２７が取付けられている。さらに上）ホした蒸発管
群１５および凝縮管群２０ならびに各連絡管２５．２６
からなる密閉管路内には、空気などの非凝縮性ガスを排
気した状態で水等の凝縮ｉ生の流体か作動流体として封
入されている。

上述した構成においては、凝縮管２１内で生じた液相作
動流体がその下端部で下部ヘッダ２３内に滴下するとと
もに、気相の作動流体が下部ヘッダ２３と凝縮管２１と
の境界コーナ部に沿って流れて；疑縮管２１内に流入し
、したがってこの境界コーナ部で最も気液干渉が生じや
すい。そこで上記の装置では、第２図および第３図に示
すように凝縮管２１内の下端部に気液分離間２８が設け
られている。すなわち気液分離筒２８は凝縮管２１より
小径の短円筒状部材で必って、下端部が下部ヘッダ２３
の中心よりわずか上側まで突出するようｉ疑稲管２１内
の下端部に支持板２９によって同心状に取付けられてい
る。したがってその気液分離筒２８の内周側が蒸気流路
で、外周側が液流路とされている。

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１９に廃ガスを流し、これに対し
て空気流路２４に加熱昇温すべき空気を流す。高温発ガ
スからの入熱当初においては、液相の作動流体が蒸発管
群１５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
および蒸気連絡管２５を経て凝縮管群２０に到り、ここ
で空気流路２４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２１の内部を下
部ヘッダ２３に流下し、しかる後前配液連絡管２６を経
て蒸発管群１５側へ還流するとともに、ン夜連絡管２６
の先端側の分岐部分により各蒸発管１６に対して液相作
動流体が分配・供給される。

作動流体のこのような循環流動が生じている状態におい
て、凝縮管２１とその下端側の下部ヘッダ２３との境界
部分においては、作動流体蒸気Ｖか第２図に示すように
気液分離筒２８の内側を通って凝縮管２１内を上昇し、
これに対し凝縮管２１の内面に沿って流下した液相作動
流体りは気液分出１１筒２８の外側を通って下部へラグ
２３内に流入する。したかつて気液干渉か防止されるた
めに、気４目および液相、の各作動流体の流動が円滑と
なって熱輸送特性か向上する。

上述のようにして供給された液相の作動流体は外部から
の入熱により再度蒸発し、）疑縮管ｕ２０側へ熱を輸送
する。

したかって上記の空気予熱器では、蒸発管群１５および
凝縮管群２０の間で作上り流体か蒸発および凝縮を繰返
し行ないつつ循ＩＭ流動することにより、廃ガスの有す
る熱によって空気が加熱昇温される。作動流体がこのよ
うに循環流動している間に前ｊホの密閉管路内で非凝縮
性のガスが生じた場合、その非凝縮性ガスは作動流体蒸
気と共に蒸発管群１５側から；凝縮管群２０側へ流れる
が、ｉ疑縮管２１の内部においては作動流体蒸気が放熱
して凝縮・液化するから、非凝縮性カスは作動流体から
完全に分離され、凝縮管９２０の上部ヘッダ２２に溜ま
る。したかって定期的に前記ガス後片２７′を開けば、
蒸発管群１５や凝縮管群２０等によって構成される密閉
管路内の非凝ｈｉｔ性ガスを完全に排気することができ
る。

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、蒸発管
群の上部ヘッダと凝縮管群の下部ヘッダとを蒸気連絡管
および液連絡管によって連通させて、ここにループ溝道
の流路を形成し、かつ凝縮管群の上部ヘッダにガス扱弁
を設けたから、動作中に生じた非凝縮性のガスは、作動
流体蒸気が凝縮管の内部で凝縮液化することにより、作
動流体から完全に分離され、かつ凝縮管群の上部ヘッダ
に集まり、したがって定期的にガス後片を開くことによ
り、非凝縮性ガスを完全にかつ容易に排気することがで
きる。またこの発明では、蒸発管群の上部ヘッダとｉ疑
縮管群の下部ヘッダとを蒸気連絡管および液連絡管によ
って連通させたループ構造を形成したから、これらのヘ
ッダが互いに接近していることにより各連絡管が短くて
よく、したがってその引き回しが容易であるうえに、全
体溝道を簡素化することができる。さらに凝縮管とその
下側の下部ヘッダとの境界部分に気液分離筒を設けたか
ら、上昇流である作動流体蒸気と下降流である作動流体
液流との干渉を避け、各々の流動を円滑化し、ひいては
熱輸送特性を向上させることができる。

【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図は第１図の■部の断面詳細図、第３図は第２図の■
−ｍ線矢視図、第４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おる。 １５・・・蒸発管群、　１６・・・蒸発管、　１７．２
２・・・上部ヘッダ、　１８．２３・・・下部ヘッダ、
　１つ・・・高温廃ガス流路、　２ｏ・・・凝縮管群、
　２１・・・凝縮管、　２３・・・下部ヘッダ、　２４
・・・空気流路、　２５・・・蒸気連絡管、　２６・・
・液連絡管、２７・・・ガス後片、　２８・・・気液分
離筒。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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つ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つてそれぞれ連結され
   、さらに前記蒸発管と凝縮管とが蒸気連絡官および液連
   絡管によつて連通され、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、蒸発管の上部ヘッダと
   凝縮管の下部ヘッダとが、作動流体蒸気を流通させる前
   記蒸気連絡管によって連通されるとともに、液相の作動
   流体を各蒸発管に分配還流させるための前記液連絡管が
   、前記蒸気連絡管より小径に形成され、かつその液連絡
   管が凝縮管の下部ヘッダに接続されるとともに各蒸発管
   の内部に挿入・開口され、さらに非凝縮性ガスを排気す
   るためのガス抜弁が、凝縮管の上部ヘッダに取付けられ
   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. （２）前記凝縮管内の下端部に、外周側が液流路でかつ
   内周側が蒸気流路となるよう短円筒状の気液分離筒が、
   その下端部を下部ヘッダ内に突き出した状態で凝縮管と
   同心状に配置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。