JPS6217540A - 単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器 - 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 蒸気発生器において発生させた熱媒蒸気を蒸気管を通し
て放熱器まで導き、この放熱器において室内空気に凝縮
熱を与えて暖房を行ない、凝縮した熱媒液を放熱器内に
設けた凝縮液溜に一旦貯めておき、規定量の凝縮液が貯
まった時に蒸気発生器の加熱を停止し、減圧状態となっ
た蒸気発生器へこの減圧を利用して凝縮液溜の中の熱媒
液を蒸気管を通して還流させた後再び蒸気発生器を加熱
し、蒸気の発生を行わせることを繰り返して暖房を行う
単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器に関するもので
ある。

・従来技術とその問題点 蒸気発生器において発生させた蒸気を蒸気管を通して放
熱器に送り、放熱器内の熱交換器において室内空気に凝
縮熱を与えて凝縮させ、その凝縮液を放熱器に内蔵した
凝縮液溜内に一旦貯めておき、蒸気発生器内の熱媒液量
が減少し、従って、凝縮液溜内の凝縮液量が増大したと
きに蒸気発生器の加熱を停止し、冷却に基づく蒸気発生
器内の減圧作用により、凝縮液溜内に貯められていた熱
媒液を蒸気を送ったのと同じ蒸気管を通して蒸気発生器
に還流させ、再び蒸気発生を繰り返す単管式蒸気暖房装
置に用いられる放熱器は、熱媒蒸気の凝縮熱を室内空気
に伝熱する熱交換器と凝縮した熱媒液を一旦貯めておく
凝縮液溜とを必要とする。

第１０図は従来技術による単管式蒸気暖房装置を示す、
蒸気発生器１において発生させられた熱媒蒸気７はＪ気
管１１を通して放熱器１２に送られ、伝熱管１６におい
てフィンプレート１７を介して周囲空気に凝縮熱を与え
て凝縮する。凝縮液は凝縮液管２４を通って凝縮液溜２
５に送られそこに貯えられる。１サイクルの蒸気発生が
行われ、凝縮液溜２５の中の熱媒液２０の量が規定量に
達すると蒸気発生器ｌにおいては低位液位センサ８から
の信号によってガス調節弁３が閉弁してガスバーナ４の
ガス燃焼が停止する０缶体５およびその中の熱媒液６は
煙道を通してのドラフト空気流によって冷却され、缶体
５の中に残留していた熱媒蒸気７は凝縮し、缶体５の中
は大気圧以下の減圧状態となる。この減圧によって、放
熱器１２の凝縮液溜２５に貯えられていた熱媒液２０が
蒸気管１１を通って缶体５の中へ還流させられる０缶体
５内の熱媒液６の液面が上位液位センサ９に達するとガ
ス調節弁３が開弁し、ガスバーナ４の燃焼が再開始され
、蒸気の発生が再び行われるようになる。このようにし
て、蒸気発生器における熱媒蒸気の発生と凝縮熱媒液の
放熱器から蒸気発生器への還流とを間欠的に繰り返すこ
とによって暖房が行われる。

放熱器の熱交換器は、その内部において蒸気発生器から
の蒸気が凝縮して発生する熱をすみやかに室内空気に伝
達させるに十分な伝熱面積を有する構造となっている０
例えば、外表面にフィンプレートをつけた伝熱管によっ
て構成され、さらに伝熱を促進するために室内空気を送
風ファンによって強制的に流すことが行われる。輻射に
よる室内への熱の放出を行わせることをねらって、フィ
ンプレートをつけた伝熱管の代りに平行平板や円管でも
って熱交換器を構成している例もある。

凝縮液溜は５単管式蒸気暖房装置の放熱器に不可欠の構
成要素である。凝縮液溜の貯液容量としては、ｌサイク
ルの蒸気発生の間に蒸気発生器から送られてくる熱媒蒸
気が凝縮して生ずる熱媒液量に蒸気発生器と放熱器との
間を連結している蒸気管の容積を加えた容積に若干の余
裕を持たせた容積が必要である０例えば、　１，０００
ｋｃａｌ／ｈの放熱を行う放熱器を内径８ｍｍの蒸気管
１０ｍでもって蒸気発生器と連結し、１サイクルの蒸気
発生の時間を３０分とするためには。

すなわち、最小でも１．５ｉ’、実用的には約２Ｌの熱
媒液を貯液できる凝縮液溜が必要である。

このため、単管式蒸気暖房装置に用いる放熱器は、凝縮
液溜を収容する分だけ複管式蒸気暖房装置に用いられる
放熱器や温水循環式暖房装置に用いられる放熱器に比べ
外形寸法が大きくなり、製造価格が高くなり、また設置
場所の選定に制約がでてくることになる。これが、単管
式蒸気暖房装置の短所をなすものであり、放熱器をコン
パクトに形づくることのできる凝縮液溜の構造を考案す
ることが単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器を製作
するために重要なことである。

・本発明の目的 本発明は、上記従来技術の問題点の解消のために提案す
るもので、単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器にお
いて、熱交換器と凝縮液溜とを一体化し、放熱器の外形
寸法を小さくすることを目的としている。

・本発明の構成 本発明は、上記目的を達成するために、単管式蒸気暖房
装置に用いられる放熱器について、蒸気発生器からの熱
媒蒸気を凝縮させ、その凝縮潜熱を室内空気に与えるた
めの熱交換器を凝縮した熱媒液の液溜としても兼用し、
熱交換器とは別個に独立した凝縮液溜を設けない放熱器
を提案するものである。

本発明による単管式蒸気暖房装置用放熱器の熱交換器は
、その内部において熱媒蒸気の凝縮を行わせるとともに
凝縮した熱媒液をそのまま底部に滞留させる構造であっ
て、さらに貯液部底面には熱媒蒸気の送入口兼凝縮熱媒
液の還液口が設けられ、熱交換部頂部には空気抜き管が
取り付けられている。室内空気への熱伝達を促進するた
めに熱交換器の外表面に伝熱用フィンプレートをつけ、
さらに熱伝達を促進するために室内空気を強制的に熱交
換器へ流すための送風ファンを付加してもよい、フィン
プレートをつける代りに熱交換器の外表面積を大きくし
、輻射による熱放出を行わせてもよい。

かかる構成よりなる放熱器を単管式蒸気暖房装置に用い
ると蒸気発生器から送られた熱媒蒸気は熱交換器下部の
貯液部の底面に設けられた蒸気送入口から熱交換器に入
り、その内部で凝縮して凝縮熱を熱交換器の外側を流れ
ている空気に与える。凝縮した熱媒液はそのまま熱交換
器下部の貯液部に貯えられる。凝縮熱媒液が規定量まで
貯り、蒸気発生器の中の熱媒液の量が規定量まで減少す
ると蒸気発生器における加熱源の燃焼が停止され、熱交
換器内に貯えられた熱媒液は蒸気送入口から逆に蒸気発
生器へ還流させられる。

熱交換器内の熱媒液が蒸気発生器へ還流するに伴い、熱
交換器上部の空気抜き管を通して熱交換器内へ空気が吸
入される。蒸気発生器における蒸気の発生が再開され、
熱媒蒸気が熱交換器へ送られるようになり、熱交換器内
で熱媒蒸気の凝縮が始まると、熱交換器内の空気の一部
が空気抜き管を通して排出され、熱交換器内の熱媒蒸気
の分圧が、暖房に適当する温度に保たれた凝縮熱媒液と
平衡する。凝縮熱媒液の温度は、熱交換器によって温め
られた室内空気が暖房のために希望された温度になるよ
うに熱交換器へ送入する熱媒蒸気の流量を調節すること
によって制御される。この操作を円滑に遂行するために
、熱交換器の底部に凝縮液温度検知サーモを設備し、こ
のサーモからの信号によって熱交換器への蒸気入管に取
り付けた蒸気流量調節弁を自動開閉してもよい。

通常の凝縮熱媒液の温度は８０℃以下であるので、熱交
換器内の熱媒蒸気の分圧は０．５気圧以下となり、空気
抜き管を通して蒸気が直接室内へ吹き出すことはない、
熱交換器が空気抜き管を通して大気に開放されているた
め、いかなる異常時においても熱交換器内が加圧される
ことがなく、熱交換器が破壊される恐れが全くない点も
本発明の利点の一つである。

かくして、一つの熱交換器の中で熱媒蒸気の凝縮と凝縮
液の貯液とを行うことができるようになり、単管式蒸気
暖房装置に用いられる放熱器における熱交換器と凝縮液
溜との一体化が実現される。

Φ実施例 第１図に本発明の一実施例を示す。

ｌは蒸気発生器であり、１２が放熱器である。

蒸気発生器ｌと放熱器１２とは蒸気管１１で結ばれてい
る。蒸気発生器ｌはガスバーナ４と缶体５とから構成さ
れる。ガスバーナ４へはガス供給管２およびガス調節弁
３を介して燃料ガスが供給される０缶体５には缶体内の
熱媒液６の液面を検出してガス調節弁３に開閉を指示す
る下位液位センサ８および上位液位センサ９が取り付け
られている。

放熱器１２の熱交換器は、フィンプレート１７を持った
二本の伝熱管１６の両端を連結管１５で連結したもので
ある。上段の伝熱管には空気抜き管１８が取り付けられ
ている。下段の伝熱管の底部には蒸気管１１が蒸気流量
調節弁１３を介して連結されている。蒸気流量３！節弁
１３は下方の伝熱管に挿入された凝縮液温度検知サーモ
１４に連動してその開度が自動的に変化する。

次に、この実施例の動作について説明する。

ガス調節弁３を開弁し、ガスバーナ４に燃料ガスを供給
し、燃焼させる０缶体５の中の熱媒液６は蒸発し、蒸気
は蒸気管１１を通って放熱器１２へ送られる。放熱器１
２に到達した熱媒蒸気は蒸気流量調節弁１３を経て熱交
換器の最下部に入る。熱交換器を構成している上段と下
段との二本の伝熱管１６および左右二本の連結管１５に
よ″って形成された熱交換器の内部空間に分散した熱媒
蒸気１９は伝熱管１６の外表面についているフィンプレ
ー）１７を介して室内空気に凝縮熱を放出しながら伝熱
管１６の内壁面で凝縮する。凝縮した熱媒液は下段の伝
熱管の中に貯えられる。

熱媒蒸気の凝縮する温度は、この温度と同じ温度にある
凝縮熱媒液２０の温度を凝縮液温度検知サーモ１４によ
って検知し、このサーモ信号によって蒸気流量調節弁１
３の開度な調節することによって制御される。家庭用の
暖房器にあっては、安全性と快適性との観点からフィン
プレート１７の温度を８０℃程度にとどめるのが通例で
伝熱管１６の内面での熱媒蒸気の凝縮温度も同じく８０
℃程度にされる。従って、熱交換器内の熱媒蒸気１９の
分圧はおよそ０．５気圧となる。

熱媒蒸気が送り込まれる以前には、熱交換器の内部空間
には空気が充満しているが、熱交換器の中へ熱媒蒸気が
供給されるとともに熱交換器内での熱媒蒸気の分圧が０
．５気圧となるように、熱交換器内の空気の一部が空気
抜き管１８を通して大気中へ排出される。

熱交換器内の熱媒蒸気の分圧が０．５気圧程度で、大気
圧以下であるので、熱媒蒸気が空気抜き管１８を通して
直接大気中へ放出されることはない。

放熱器１２の熱交換器内の凝縮熱媒液２０の量が増加し
、蒸気発生器ｌの缶体５の中の熱媒液６の液面が下位液
位センサ８に達するとガス調節弁３が閉弁し、ガスバー
ナ４の燃焼が停止される。

缶体５が放冷され、缶体５の中に残留していた熱媒蒸気
７が凝縮し、缶体５の中が大気圧以下となる。この減圧
によって吸引されて放熱器１２の熱交換器の底部に貯っ
ていたＩＭｔｉＡ熱媒液２０は蒸気管１１を通って缶体
５へ還流する６缶体５の中嘲 の熱媒液６の液面が上位液位センサ９に戻るとガス調節
弁３が開弁し、ガスバーナ４の燃焼が再開始され、缶体
５での蒸気発生が再開される。放熱器１２においては熱
媒蒸気の凝縮が再開始され、室内空気へ凝縮熱が放出さ
れ、暖房が行われる。

このようにして放熱器における熱媒蒸気の凝縮、凝縮熱
媒液の貯液および熱媒液の蒸気発生器への還流を繰り返
して暖房を行う間に放熱器の熱交換器の中の凝縮熱媒液
の量が増減するが、それに伴い空気抜き管を通して熱交
換器の中へ空気が出入し、熱交換器内は常に大気圧に保
たれる。

単管式蒸気暖房装置に用いる放熱器は蒸気発生器の缶体
が上位液位センサと下位液位センサとの間に保有する熱
媒液の量に蒸気発生器と放熱器との間の蒸気管の容積を
加えた容積に若干の余裕を持たせた貯液容量を持ってい
ることが必要であるが、この貯液容量が確保されている
ならば、上記のように凝縮液溜を熱交換器と別個に設け
ず、熱交換器自体を凝縮熱媒液の貯液にも使用すること
ができる。

第２図は、一本のフィンプレート付伝熱管から構成され
た本発明による単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器
の熱交換器の実施例である。第４図は多数のフィンプレ
ート付伝熱管から構成される本発明による蒸気暖房装置
に用いられる放熱器の熱交換器の実施例である０本実施
例においては、伝熱管の本数とその配置には何らの制約
もないのは当然である。

第６図は二枚の平行平板を伝熱面とし、底部を凝縮熱媒
液の貯液に利用するところの箱型熱交換器の実施例であ
り、室内空気の対流による熱伝達に加えて輻射による熱
伝達をも同時に行うところの単管式蒸気暖房装置用放熱
器を構成するものである。

第８図は単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器を構成
するための熱交換器の別の実施例を示す０本実施例にお
いては、任意の本数の伝熱管１６を直立させて配列し、
それらの伝熱管の上端を一本の連絡管２１によって連結
し、下端を別の下部連絡管２２によって連結し、その下
部連絡管２２を凝縮熱媒液の貯液にも利用するものであ
る。

なお、第１図、第２図、第４図、第６図および第８図の
実施例において、熱交換器あるいは伝熱管のまわりの空
気を強制的に流動させる送風ファンを装備し、室内空気
への熱伝達を促進することが行われてもよい。

・本発明の効果 本発明は上記のような構成であり、以下に示す効果があ
る。

（１）単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器の熱交換
器と凝縮液溜とを一体化し、熱交換器と別に凝縮液溜を
設ける必要をなくしたので、単管式蒸気暖房装置に用い
られる放熱器の外形寸法を小さくすることができる。

（２）熱交換器内は大気に開放されており、蒸気圧力が
内部にかかって熱交換器が破壊されることが絶対になく
安全である。

（３）本発明は放熱器の形式によって前記（ｒ）　、　
（２）の効果が制限されることはなく、自然対流型放熱
器においても送風ファンを持った制御対流型放熱器にお
いても実現される。また輻射を放出する形式の放熱器す
なわちラジュータタイプに対しても応用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による放熱器を用いた単管式蒸気暖房装
置の説明図、第２図は一本の伝熱管から成る放熱器の実
施例図、第３図はＡ−Ａ線断面図、第４図は多数の伝熱
管から成る放熱器の実施例図、第５図はＢ−Ｂ線断面図
、第６図は偏平な箱型熱交換器から成る放熱器の実施例
図、第７図はＣ−Ｃ線断面図、第８図は多数の伝熱管を
直立して配列した放熱器の実施例図、第９図はＤ−Ｄ線
断面図、第１Ｏ図は従来技術による放熱器を用いた単管
式蒸気暖房装置の説明図である。 ■・・・・・・蒸気発生器、　　　２・・・・・・ガス
供給管、３・・・・・・ガス調節弁、　　４・・・・・
・ガスバーナ、５・・・・・・缶体、　　　　　　６・
・・・・・熱媒液、７・・・・・・熱媒蒸気、　　　　
８・・・・・・下位液位センサ、９・・・・・・上位液
位センサ、 １０・・・空気抜き弁、　　　１１・・・蒸気管、１２
・・・放熱器、　　　　　１３・・・蒸気流量調節弁、
１４・・・凝縮液温度検知サーモ、 １５・・・連結管、　　　　　１６・・・伝熱管、１７
・・・フィンプレート、１８・・・空気抜き管、１９・
・・熱媒蒸気、　　　　２０・・・凝縮熱媒液、２１・
・・上部連絡管、　　２２・・・下部連絡管、２３・・
・箱型熱交換器、　　２４・・・凝縮液管、２５・・・
凝縮液溜。 第２図　　　　第３図 第４図　　　第５図 ワ＝

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸気発生器において発生させた熱媒蒸気を蒸気管
   を通して放熱器まで導き、この放熱器において室内空気
   に凝縮熱を与えて暖房を行ない、凝縮した熱媒液を放熱
   器内に設けた凝縮液溜に一時貯めておき、規定量の凝縮
   液が貯った時に蒸気発生器の加熱を停止し、減圧状態と
   なった蒸気発生器へこの減圧を利用して凝縮液溜の中の
   熱媒液を蒸気管を通して還流させた後再び蒸気発生器を
   加熱し、蒸気の発生を行わせることを繰り返して暖房を
   行う単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器において、
   熱媒蒸気を凝縮させ、その凝縮熱を周囲の室内空気に与
   えるための熱交換器の下部に凝縮した熱媒液を貯えるた
   めの内部空間を設け、熱交換器と凝縮液溜とを一体化し
   たところの放熱器。
2. （２）両端を閉塞し、その外表面に放熱用フィンプレー
   トを有する一本の伝熱管から構成され、その一つの端部
   近くの最下部に蒸気発生器からの蒸気管との接続口を、
   別の端部の最上部に空気抜き管を設けて成る特許請求の
   範囲第１項記載の単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱
   器。
3. （３）その外表面に放熱用フィンプレートを有する二本
   または、二本以上の任意の本数の並列した伝熱管によっ
   て構成され、その最下列の伝熱管の下面に蒸気発生器か
   らの蒸気管の接続口を設け、最上列の伝熱管の上面に空
   気抜き管を設けたところの特許請求の範囲第１項記載の
   単管式蒸気暖房装置に用いられる放熱器。
4. （４）その内壁面で熱媒蒸気の凝縮を行わせ、かつその
   凝縮した熱媒液の液溜として用いるところの箱型熱交換
   器から構成され、その熱交換器の底面に蒸気発生器から
   の蒸気管の接続口を設けその上部に空気抜き管を設けた
   ところの特許請求の範囲第１項記載の単管式蒸気暖房装
   置に用いられる放熱器。
5. （５）任意の本数の伝熱管を直立させて配列し、それら
   の伝熱管の上端を一本の連絡管によって連結し、下端を
   別の一本の連絡管によって連結した熱交換器から構成さ
   れ、上部の連絡管に空気抜き管を、下部の連絡管に蒸気
   発生器からの蒸気管の接続口を設けたところの特許請求
   の範囲第１項記載の単管式蒸気暖房装置に用いられる放
   熱器。
6. （６）室内空気への熱伝達を促進するために、熱交換器
   あるいは伝熱管のまわりの空気を強制流動させる送風フ
   ァンを装備したところの特許請求の範囲第２項、第３項
   、第４項および第５項記載の単管式蒸気暖房装置に用い
   られる放熱器。