JPS62500735A - 熱交換方法と熱交換器 - 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】 熱交換方法と熱交換器 λ吸４１ユ 灸乳曵氷艷 本発明は、１つの液体から他の液体に熱を伝達するための方法と、この方法を実 施するための熱交換器に関し、特に伝導通路の５ｌｉｌ状組織に冷却剤を流し、 この伝導通路を横切って冷媒を通すような熱交換器に関する。

先行技術の説明 従来、大気圧下で１００℃以下の温度で、穏やかな周囲条件で作動される水冷式 熱交換器は、エンジンを通して流れるような冷却剤と冷媒との間の温度勾配が小 さいために、効率が悪いという欠点がある。過去において、この問題は、２つの 方法の１つ又はその組合せによって克服された。

第１の方法では、通路を横切る冷媒の流量が増大される。この解決法と関連した 問題は、２つある。第１に、通路を横切る冷媒を圧送するのに必要とされるエネ ルギが増大すること、第２に、より大量の冷媒を必要とすることである。このこ とは、閉サイクルの流体冷媒系において特に問題となることがある。

第２の方法では、通路の長さが増大し、冷却剤と冷媒との接触面積が増大する。

この方法と関連した問題は、製造コストの増大と、長さの増した通路で受ける摩 擦損失を克服するために必要とされる冷却剤ポンプ容量の増大である。

本発明の目的は、冷媒の圧力を下げることによって冷媒の沸点を冷却剤の温度以 下に下げ、気化Ｗｊ熱を利用して冷却過程を助けることによって上述の欠点を回 避し又は少くとも軽減しうる方法と装置を提供することである。

λ乳Δ匹！ 本発明は、その第１の観点によれば、第１流体の温度が大気圧下の第２流体の沸 点にり低く、この第１流体から第２流体に熱を伝達する方法において： 第１流体と第２流体を熱流連通させること；及び第２流体が第１流体の温度で又 はそれ以下で沸騰するように、第２流体の圧力を低下させること； からなる。

第２の観点によれば、本発明は、前記方法を実施するための熱交換器において； 圧力容器； 圧力８器の中へ、内部で、及び外へ流体を導くための少（とも１つの管； 冷媒を圧力容器に入れ、圧力容器内の管の外表面に冷媒を差し向けるための装置 ； 管と接触した後、冷媒を圧力容器から取り出するための装置；及び 冷媒の気化温度を下げるため、圧力容器内の圧力を下げる装置；本発明の装置の 好ましい実施態様を、添付図面を参照して、単なる例示として以下に説明する。

第１図は、本発明による熱交換器の概略図である。

第２図は、第１図の熱交換器を組み込んだ脱塩プラントの概略側面図である。

第３図は、第２図のプラントの概略端面図である。

第４図は、第２図及び第３図のプラント用の熱源を構成する内燃エンジンの概略 図である。

片炙旦公犬甚尼藷ｐ輩即− 先ず第１図を参照すると、熱交Ｉ′ｊ！！器１が示されている。この熱交ｔ？！ 器１は、キャタピラ（Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ　）　３９８　Ｇから来るエンジ ン冷却水を、２０℃の冷媒を用いて８５℃から８０℃に５℃だけ冷却するために 開発されたものであり、この温度は両方共、海面大気圧下の水の沸点より低い。

熱交換器１は、圧力容器２及び圧力容器２内に収容された複数の管３を備えてい る。

冷却剤入口開口部４及び冷却剤出口開口部５が、管３の夫々の端に設けられ、圧 力容器２の中へ延びている。管３は、エンジン（図示せず）から来る冷却剤を圧 力容器２を通して導くようになっている。

管３は、予じめ組み立てられ、互に溶接された管の束の形にするのがよい。管は 、高い塩性、その他の腐蝕性冷媒に対するｉ４蝕性のためにＡｌ５Ｉ　３１６の ステンレス鋼から構成されるのがよい。

然しなから、管を銅のような任意の適当な材料で構成することもできる。

冷媒を圧力容器に供給するための装置は、複数の噴霧ノズル７と流体流れ連通に ある冷媒人口６を備え、冷媒は、ノズル７によって圧力容器２内の管３の外表面 に差し向けられる。

冷媒の連続カーテンを管３に供給するスロット付きダクトのような、冷媒を管３ に差し向けるためのいかなる装置も本発明の範囲内に入ることが当業者に理解さ れよう。

冷媒が管３と接触した後、その冷媒を圧力容器２から取り出すための装置は、管 ９により圧力容″ａ２に流通可能に連結された真空ポンプ８からなる。

管９は、圧力容器２の最下部に隣接して圧力容器２に連結されているけれども、 任意の適当な個所で圧力容器に連結してもよい。

冷媒が冷媒人口６をｊｆｆｉ過しうる流量を、真空ポンプ８が冷媒を抜き取るこ とのできる流量に対して制限することにより、圧力容器２内の圧力を大気圧に関 して下げることができる。

この実７１８ｉ態様では、冷媒を圧力容器から取り出すための装置と、圧力容器 内の圧力を下げるための装置とは、１つで且つ同じである。

然しなから、かような装置を例えば２つ利用し、１つを冷媒を圧力容器から取り 出すための装置とし、他の１つを別の出口を経て圧力容器内の圧力を下げるため の装置とすることにより、この作用を達成しうろことが予想されよう。

１〕ミカ容器内の圧力は、冷媒の沸点が管３に通す冷却剤の温度未満であるよう な、圧力水準に維持されなければならない。これにより、熱交換器は気化ＩＶＩ 熱にたよることができ、たとえ冷却剤の温度が、エンジンから来る大気圧での冷 媒の沸点未満であっても、効率的な冷媒を行う。

圧力容器２からポンプ８によって送液された冷媒は捨てても良いし、或はこれを 成る形態又は伯の形態の冷却装置に通し、それから入口６を通し再循環させても よい。

好ましい実施態様では、エンジンのサーモスタットが、入口４を経て管３を通る 熱いエンジン冷却水の流量を制御し、従って出口５からエンジンに戻る冷却され た水の流量を制御する。この流量制御は、エンジンの廃棄熱を抽出しエンジンを 最適な作動温度に維持するようなものである。

冷媒及び冷却剤として水を使用するときには、容器内の圧力を、冷媒が４０℃で 又はそれ以下で沸騰するように下げる。この４０℃の温度は、通常の運転中、管 ３に入るエンジン冷却剤の温度である８５℃よりかなり低い。冷却剤及び冷媒の 温度は共に、大気圧での水の沸点より低い。従って、気化潜熱を利用して必要と される流量を最少にすることができる。何故ならば、冷媒が、冷却剤と熱流連通 状態になったとき沸騰するからである。この実施例では、不純な冷却剤及び冷媒 中に見られるあらゆる普通の不純物からスケーリングが生ずるような温度より著 しく低い温度に水温を維持しうる利点がある。スケーリングは、熱交換の効率を 低下させるので、このような構成により、目立つ程す１率を低下させないで、熱 交換器を長期間作動することができる。

次に、第２図及び第３図を参照すると、第１図の熱交換器ｌが、脱塩プラント用 に変えて示されている。圧力容器２は、２つの部分に分割されている。第１の蒸 発器部分は、管３及び噴霧ノズル７を収容している。冷媒（この場合は塩水）が 、管３上に噴霧され、管３は、既存の圧力条件下で塩水のいくらかを蒸発させ、 残りの塩水は、′４発器部分の底部に簗まり、これをポンプ８により排出させ、 そこからブローダウン　タンク（ｂｌｏ賀　ｄｏｗｎ　ｔａｎｋ）　１０に貯え る。

蒸発器部分の中で発生した塩分を含まない蒸気は、容器２の頂部ちある通路１１ を通って第２部分に入り、そこで復水器コイル１２によって凝縮される。その結 果化じた蒸留水は、第２部分の底部に集められ、蒸留水真空ポンプ１３によって 第２部分から排出される。

このように排出された蒸留水は、貯蔵タンクの中に貯えられる。

ノズル７に流入するｆＪＬｌに対するポンプ８．１３による排出流量は、容器２ 内の圧力を低い水準に維持するような流量である。

貯蔵タンク１４内に貯えられた蒸留水は、塩分プローブ（ｓａ目ｎｅ　ｐｒｏｂ ｅ　）　１５によって塩分についてテストされる。もしも貯蔵タンク１４内の水 が十分に脱塩されているならば、プローブ１５からの（Ｆｉ号に応答する弁１６ が、水を貯蔵タンク１４から蒸留水タンク１７に供給し、蒸留水タンク１７内の 水がそこからポンプ１日によって送水される。

ポンプ１８の作動はフロート　スイッチ１９によって制御され、このスイッチに より、蒸留水タンク１７内の蒸留水の水位が、水位２０と水位２１とによって定 められた所定の領域内にあるときに、ポンプを作動する。

蒸留水が圧力容器２から抜き出されるとき、貯蔵クン゛り１４内の水位が上昇し て弁１６を通って流れ、タンク１７の中へ排出される。

供給水は、作られた蒸留水より大きい流量でタンク２２から蒸発器の巾へ供給さ れる。熔けた固体を熔解状態に維持するために、余分の濃縮水即ち“ブローダウ ン（ｂｌｏｗ　ｄｏｎｎ）　”を必要とする。ブローダウンは、ポンプ８によっ て圧力容器２からブローダウンタンク１０の中へ抜取られ、タンク１０内の水位 を上昇させて溢流口２４を通って廃棄部に溢れさせる。

管３を通って流れる冷却剤は、内燃エンジン、この場合は第４図に略図で示す“ キャタピラ−３９８Ｇエンジン”、の冷却を行うときに加熱される。エンジンの 水ポンプ４０は、管３を通る冷却水をホース４１を経て成敗る。この水は、次に 、エンジンを通して送水されてエンジンをその最適運転温度にＮ４を持し、エン ジンからホース４２を経て管３に戻される。

もしもエンジン　サーモスタット４３によって計測された水温が、圧力容器２内 の低い圧力に関係して、冷媒が沸騰しないような温度まで落ちたならば、制御装 置４４が弁４５を開く。制御装置は、サーモスタット４３によって読み取られた 温度を、圧力容器内の圧力に関係をもつ所定の温度と比較することによってこの 開放を行ない、もしもサーモスタットによって読み取られた温度が所定の温度よ り低ければ、弁４５が空気圧で開かれる。

一旦弁４５が開かれると、冷却剤は、ラジェータ４６を通って流れることができ る。ラジェータを通るときの圧力低下は、管３を通るときの圧力低下より小さい ので、一旦弁４５が開かれると、冷却剤は、ラジェータを優先的に通る。ラジェ ータは、熱交換器１はど大きく冷却剤を冷却できないので、水温が上昇し、つい には、この水温が所定の温度以上に上昇したことを指示する信号をサーモスタッ ト４３から受取った制御装置４４は、弁４５の閉鎖を行ない再び冷却剤は熱交換 器１の管３を流れる。

噴霧ノズル７を経て圧力容器に入る塩水は、約２０℃の温度で圧力容器に入る。

容器２内の圧力は、塩水が４０°Ｃと４５℃の間の温度で沸騰するような圧力で ある。エンジンから管に入る冷却剤の温度は、約８５℃であり、約８０℃に冷却 される。

上述の温度で作Ｍする脱塩プラントは、より高い温度の脱塩プラントでしばしば 問題となる塩の付着になやまされないことがわがった。

気化潜熱を利用ため大気圧以下の圧力で運転されるいかなる熱交換器も、冷媒及 び冷却剤が水であるか否ゐ・に拘わず、本発明の範囲内に入ることが理解されよ う。

更に、冷却剤は、液体である必要はなく、任意の適当な流体でもよいことが理解 されよう。

また、管３を、低い圧力下に維持された冷媒の浴の中に浸漬してもよく、このよ うな条件下にある装置が本発明の範囲内に入ることも理解されよう。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨε　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　 ＰＣＴ／ＡＵ　８５１００２４３誓０　８３０３８２１　ＡＵＬ４７６２／８３ 　εＰ　１１４８３０

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．第１流体の温度が大気圧下の第２流体の沸点より低く、この第１流体から第 ２流体に熱を伝達する方法であって：第１流体と第２流体を熱流連通させること ；及び第２流体が第１流体の温度で又はそれ以下で沸騰するように、第２流体の 圧力を低下させること； を含む熱伝達方法。
2. ２．圧力容器； 流体を圧力容器の中へ、圧力容器の内部で、及び圧力容器の外へ導くための少く とも１つの管； 冷媒を圧力容器に入れ、圧力容器内の管の外表面に冷媒を差し向けるための装置 ； 冷媒を、管と接触後、圧力容器から取り出すための装置；及び冷媒の気化温度を 下げるため、圧力容器内の圧力を下げる装置；を備えた熱交換器。
3. ３．冷媒を入れるための前記装置が、複数のノズルと流体連通にある冷媒入口開 口部を備え、前記ノズルによって冷媒が前記管に差し向けられる、請求の範囲第 ２項に記載の熱交換器。
4. ４．冷媒を取り出すための前記装置が冷媒ポンプである、請求の範囲第２項に記 載の熱交換器。
5. ５．冷媒を取り出すための前記装置が冷媒ポンプである、請求の範囲第３項に記 載の熱交換器。
6. ６．前記圧力容器内の圧力を下げるための前記装置が、冷媒を取り出すための前 記冷媒ポンプを含み、前記冷媒ポンプが、前記ノズルに冷媒が流入することによ って生じた真空損失に打ち勝つのに十分な容量を有する、請求の範囲第５項に記 載の熱交換器。
7. ７．冷媒及び冷却剤が水であり、冷媒が約２０℃の温度で圧力容器に入り、冷却 剤が約８０℃の温度で管に入り、圧力容器内の圧力は、冷媒が約４０℃で沸騰す るような圧力である、請求の範囲第６項に記載の熱交換器。
8. ８．前記圧力容器が２つの部分に分割され、その第１部分は前記ノズル及び前記 管を収容した蒸発器部分であり、第２部分は前記圧力容器の頂部又は該頂部に隣 接した通路によって蒸発器部分に連結され、前記第２部分が復水器コイルを収容 し；前記ノズルから前記管上に噴霧された塩水が、塩分のない蒸気を発生し、該 蒸気が、前記通路を通って前記第２部分の中に入り、前諾第２部分の中で前記コ イルによって凝縮されて前記第２部分の底部に集まり； 前記蒸発器部分の中に集められた塩水と前記第２部分の中に集められた塩分のな い水とが、夫々、前記冷媒ポンプと塩分のない水用ポンプとによって取り出され る； 請求の範囲第４項〜第７項の何れか一項に記載の熱交換器を有する脱塩プラント 。
9. ９．前記冷媒ポンプによって前記蒸発器部分から取り出された塩水が、冷却され 、前記ノズルを通して前記圧力容器に再び供給される、請求の範囲第８項に記載 の脱塩プラント。
10. １０．前記塩分のない水用ポンプによって前記第２部分から取り出された前記塩 分のない水が、蒸留水タンクに供給される前に、貯蔵タンク内で塩分についてテ ストされる、請求の範囲第８項に記載の脱塩プラント。
11. １１．塩分のない水を前記蒸留水タンクから取り出すためのポンプを有する、請 求の範囲第１０項に記載の脱塩プラント。
12. １２．前記冷却剤がエンジンを冷却するとき、前記冷却剤が加熱される、請求の 範囲第１１項に記載の脱塩プラント。
13. １３．前記エンジンの水ポンプが、前記管及びエンジン冷却通路を通して水を引 く、請求の範囲第１２項に記載の脱塩プラント。
14. １４．前記エンジンが、前記管と並列に接続されたラジエータを含み、万一前記 冷却剤の温度が所定温度以下に下ったとき、冷却剤がラジェークを通して流れう るようになっている、請求の範囲第１３項に記載の脱塩プラント。