JPS633179A - 熱交換器を交互に加熱，冷却する方法と装置 - 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〕 本発明は、各々類別されている特許請求の範囲第１項と
第５項において説明するように、熱交換器を交互に加熱
、冷却する方法と装置に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕ここで
用いられている意味における熱交換器は、処理装置の一
部か又は処理装置それ自身でもよい。

熱交換器は、処理装置又は物品に関し交互に異なる温度
制御を行なうために使用され、処理物品は、−般には水
である熱媒体を使用する処理装置により処理され又は取
り扱われ、熱媒体は、システム中で処理物品と接触しな
い。このような処理装置の例は、プレスである。

交互に加熱と冷却をする熱交換器のための非常に広範囲
の種々の型式の方法と装置は公知である。

ドイツで発行された明細書（ＤＥ−ＡＳ）第１０１３０
６２号とドイツ特許明細書第１１８８０９２号では、例
えば、水が加熱媒体と冷却媒体として使用される温水装
置が記載されている。また、蒸気が加熱媒体として使用
され、水が冷却媒体としてそして可能なら予備加熱媒体
として使用される装置も知られている（ドイツ特許明細
書第２９４３７９７号を参照）。

交互の加熱と冷却のためのこれらの２つの基本的型式の
装置は、各々、利点と欠点を有しており、以下に説明さ
れる本発明の理解を高めるため、第１図と第２図を参照
して、これらの利点と欠点が説明される。

第１図は、同時に、上方部２ａが温水製造手段か又は発
生装置である貯蔵手段２と、交互に加熱及び冷却される
熱交換器４と、冷却器６及びクーリングタワー８とを具
備する温水装置の基本的構造を示している。貯蔵手段２
の温水製造部２ａは、導管ＩＯを経由して蒸気発生装置
（図示せず）に連結されている。貯蔵手段２の庭中に開
口し、締め切りバルブ１２が設けられている腹水吐出１
４は、蒸気発生装置（図示せず）の給水部に連結される
ことができる。貯蔵手段２の下方端部を温水製造部２ａ
に連結する導管１６と、ポンプ１８と、バルブ２０と、
調節器２２と、センサー２４とは、貯蔵手段２のための
負荷調節システムの部分品である。貯蔵手段２の中に含
まれる水は、ポンプ１８によって、温水製造部２ａを通
過させられ、それによって加熱される。このように、熱
交換器４を加熱するのに実質的に必要な全熱エネルギー
は、貯蔵手段２中に貯蔵されることができる。従って、
貯蔵手段はエネルギー緩衝器に相当し、そのエネルギー
緩衝器は、蒸気発生装置に影響を有する熱交換器４によ
る熱エネルギーの消費レベルの実質的変動を阻止し、そ
れによって、蒸気発生装置は半連続的な平均的負荷を受
けることになる。

貯蔵手段２の上方部分は、加熱流導管２６とポンプ２８
を経由して熱交換器４の供給側に連結されている。熱交
換器に相当する冷却器６の第１の回路の一端は、冷却流
導管３０とポンプ２８を経由して熱交換器４の供給側に
連結している。締め切りバルブ３４と混合パルプ３６と
を有する加熱戻り導管３２は、熱交換器４の吐出側を貯
蔵手段２の下方端部に連結する。締め切りバルブ３８を
有する冷却戻り導管４０は、冷却器６の第１の回路の他
端を熱交換器４の吐出側に連結している。

冷却器６の第２の回路は、導管４２と４４とポンプ４６
とを経由してクーリングタワー８に連結する。導管２６
と３２を経由する加熱回路と、導管３０と４０を経由す
る冷却器６の第１の回路とは、閉回路であり、導管４２
と４４とクーリングタワー８とを経由する冷却器６の第
２の回路は、開放した冷却回路である。

例えば、１５バールの比較的高い圧力が、導管ｌｏ中と
貯蔵手段２中に得られる。もし、ポンプによって生じた
圧力差が無視されるなら、この比較的高い圧力が、導管
１６　、２６　、３０　、３２と４０、熱交換器４と冷
却器６の第１の回路にも得られる。その圧力は、過熱−
冷却サイクル全体を通して実質的に一定に保たれ、従っ
て、この装置は等正塩水装置として説明されることがで
きる。貯蔵手段２から熱が実質的に瞬時に除去された場
合の圧力降下は、調節器２２に連結されているバルブ２
０によって阻止され、調節器は、センサー２４により感
知される圧力降下の場合にはバルブ２０によって貯蔵手
段２の充填回路を絞る。この型式の装置では、水が菓発
する危険を解消するため均一な圧力が必要であり、藤発
は、特に熱交換器４への供給導管内で起こる。混合バル
ブ３６は、導管３２からの戻り水と導管３６中の供給水
を混合することにより温度調節目的のため役立つ。簡単
のため、関連する制御器は省略される。

第１図を参照して上に述べられた等正塩水装置は、基本
的にドイツ特許明、！！ｌＩ書第１１８８０９２号に記
載された装置のタイプに対応し、その明細書中において
述べられている図解説明は、実際の状態では温度調節の
目的のために必要な混合バルブ３６と、貯蔵手段の充填
回路を制御するために必要な要素とについて言及してい
ない。さらに、第１図に示された図と違い、ドイツ特許
明細書第１１８８０９２号は、貯蔵手段の下方部が交互
の貯蔵手段の方式である貯蔵手段のさらに詳細について
も説明している。２つの三方バルブの接続において、こ
のシステムは、冷却動作のはじめに熱交換器中にある温
水を、冷却回路に負荷をかけずに、貯蔵手段中に戻し、
−方、加熱動作のはじめに熱交換器中にある冷水が、加
熱回路に負荷をかけずに、交互の貯蔵手段中に通ってい
く。

蒸気装置の基本的構造が第２図に示される。第１図と第
２図において、対応する構成部品を示すため、同じ参照
番号が使用されている。蒸気装置は、熱交換器４とクー
リングタワー８とを含む。

熱交換器４の供給側は、バルブ１０２を有する導管１０
０を経由して、ここでも示されていない蒸気発生装置に
接続する。熱交換器４の吐出側は、導管１０４を経由し
て、例えば、給水側にある茶気発生回路の部分に連結さ
れる。導管１０４は、復水トラップ１０６とバルブ１０
８を含む。熱交換器４の供給側は、バルブ１１２とポン
プ１１４とを有する導管１１０を経由して、クーリング
タワー８にも直接連結されている。熱交換器４の吐出側
は、バルブ１１６を有する導管１１８を経由してクーリ
ングタワーに連結されている。この装置において、加熱
段階の間、バルブ１０２と１０８は開き、バルブ１１２
と１１６は閉じている。この場合、バルブ１０２は、調
節器１２０とセンサー１２２とを有する温度調節回路の
制御部品である。冷却段階の間、バルブ１０２と１０８
は閉じ、バルブ１１２と１１６は開いている。構成部品
１２０と１２２を除いたこの構造の装置は、ドイツ特許
明細書第２９４３７９７号中に開示され、その中では、
熱の回収のための追加の貯蔵手段と関連して説明されて
おり、ここでは、このことについて、より詳細に説明さ
れない。

第１図に示された等正塩水装置との比較において、第２
図の蒸気装置は、温水製造手段も追加の冷却器も必要と
せず、高価な部品を少ししか含まないので、明らかに簡
単な構造である。従って、蒸気装置は、等正塩水装置よ
り低いコストで製造できる。蒸気装置の重大な欠点は、
温度調節動作の正確度、特に加熱段階の間熱交換器中で
の温度分布の均一性が、要求よりほど遠いということで
ある。そのことは、蒸気の熱伝達率が熱交換器中のガス
や汚濁材料により悪影響を受け、温水の熱伝達率よりず
っと大きくなるという事実のためである。温水装置中の
この汚濁材料は、温水によって再び熱交換器４に流し出
されるという事実もある。蒸気加熱システムの利点は、
開放冷却回路の使用が選択できるということ、換言する
と、第２図に示されるように、熱交換器が冷却器の介在
なしにクーリングタワーに直接連結されることができる
ことである。しかし、このことは、正確には、熱交換器
中にガスや他の汚濁材料が運び込まれ、その結果前述の
ように熱交換器中の温度分布が不均一になるという危険
性の増大を含んでいる。腐食に関する理由のため、開放
冷却回路への熱交換器の接続が避けられている加熱、冷
却装置があるが、直接冷却法の利点、特により短い冷却
時間とより低いコストがきわめて重要な部分である他の
使用状態もある。蒸気装置は、これらの利点と装置の比
較的低いコストを兼ね備えるが、代わりに、不十分な温
度調節と分布の欠点がある。

すでに前に述べられた理由のため、等正塩水装置は、困
難なく、しばしば要求されるような熱交換器中での基準
の又は望ましい温度の均一分布を達成することを可能と
する。しかし、それを達成するには、このシステムは、
蒸気装置に比べ装置のコストはかなり高くなる。

一方は等正塩水装置の、他方は蒸気装置の前述の利点と
欠点とに注目すると、本発明の目的は、低い装置コスト
の利点と、温度に関し高い精度の利点とを兼ね備え、交
互に加熱、冷却する熱交換器のための方法と装置とを提
供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によると、この目的は、 ｔａｌ　　熱交換器を、熱交換器の温度より高い温度の
水を有する貯蔵手段に連結することにより熱交換器を予
備加熱し、 （ｂ）　　熱交換器を、蒸気加熱温水製造手段に連結す
ることにより熱交換器を加熱し、 ＋Ｃ１熱交換器を貯蔵手段に再び連結することにより熱
交換器を予備冷却し、 （ｄｉ　　熱交換器を冷却回路に連結することにより熱
交換器を冷却する 段階を有する熱交換器を交互に加熱２冷却する方法にお
いて、 （ｅｊ　　段階（ｃ）の後で、かつ段階（ｄ）の前に、
圧力を低下するため、熱交換器が温水製造手段に連結さ
れ、 （ｆｌ　　段階ｔｃ）の期間と（ｅｊの期間、温水製造
手段への茶気供給導管が締め切られ、 （ｇｌ　　段階（ｄ）での熱交換器が開放冷却回路に連
結されること を特徴とする熱交換器を交互に加熱、冷却する方法と、 茎気加熱温水裂造手段（３ａ）と、貯蔵手段（３ｂ）と
、冷却手段（８）と、熱交換器を加熱回路又は冷却回路
に選択的に接続するための制御手段とを有する、熱交換
器を交互に加熱、冷却するための装置において、冷却回
路（４，８，１１０，１１８）は開いた回路であり、制
御手段は、正常動作時に、温水製造手段（３ａ）の蒸気
供給導管（１００）を締め切るための手段（１０２）を
有することを特徴とする熱交換器を交互に加熱、冷却す
る装置 とにより達成される。

公知の等正塩水装置と対比して、本発明の装置は、変化
する又は連続的に可変の圧力温水装置として説明される
ことができる。等正塩水装置により、加熱回路と冷却回
路中の圧力が絶えず実質的に一定に保たれるということ
がもたらされるが、本発明は変化する圧力を利用し、そ
してそれにより、温水装置が開放冷却回路による直接的
な冷却と共に使用されることかできる。それによって、
追加の冷却器（第１図における冷却器６に対応する）を
省略することができ、また、ある状況下において、冷却
時間をより短くするという付加的な利点を得ることがで
きる。本発明による装置の閉じた部分の最高圧力は、必
要な加熱温度に対応する値に制限されるので、温水製造
手段と貯蔵手段と熱交換器は、等圧温水装置との比較に
おいて、より低い最高圧力に設計でき、従ってより安く
できる。

等圧温水装置の場合必要な負荷関節システムは、本発明
では、必要でない。

本発明の有利な展開は、従属する特許請求の範囲におい
て特徴付けられる。

〔実施例〕

本発明は、添付図面を参照して実施態様により、以下に
、より詳細に説明される。

第３ａ図から第３ｅ図において、第１図と第２図各々に
おいて使用された同じ参照番号は、対応構成部品を示す
ために使用される。

容器３は、その上方部に温水製造手段３ａと、その下方
部に貯蔵手段３ｂとを有している。温水製造手段３ａは
、導管１００とバルブ１０２を経由して蒸気発生装置（
図示せず）に連結されている。

バルブ１０２は、より詳細については以下に説明される
方法に使用されるが、システムの正常動作においては、
蒸気供給導管１００を締め切り、この点が第１図に示さ
れた等圧温水装置に比較して重要な相違である。第３ａ
図から第３ｅｌｆｆｌに示された実施態様において、バ
ルブ１０２は、同時に、圧力ステムは、前もって決めら
れた基準の又は望まれる温度が、加熱段階の間熱交換器
４中で維持されることを保証する。この目的は、原則と
して、第１図における混合バルブ３６に対応する混合バ
ルブ、すなわち戻り混合の手段で達成される。この代わ
りに、蒸気供給導管１００は、システムの正常動作にお
いて導管を締め切るため、第３ａ図から第３ｅ図中のバ
ルブ１０２に対応するバルブを必要とする。さらに、適
当な絞り手段は、導管１００が締め切り状態にないとき
、貯蔵手段３ｂ中の温水が熱交換器４の基準温度よりい
くらか高い温度であることを碓保するため供されねばな
らない。

容器３の下端は、復水吐出１４に接続されており、復水
吐出には締め切りバルブ１２が設けられ、供給水側にあ
る茶気発生装置の一部に連結されることができる。温水
製造手段３ａの下方部と貯蔵手段３ｂの上方部とに対応
する位置において、流れ導管２６は、容器３を、ポンプ
２８と締め切りバルブ２７を経由して、熱交換器４の供
給例に連結する。熱交換器４の吐出側は、締め切りバル
ブ３１を有する戻り導管２９を経由して温水製造手段３
ａの上方部と、締め切りバルブ３４を有する戻り導管３
２を経由して貯蔵手段３ｂの下方部とに連結される。ク
ーリングタワー８は、ポンプ１１４とチエツク部品１１
３とを有する冷却流れ導管１１０を経由して、熱交換器
４の供給側に連結されている。チエツク部品１１３のか
わりに、第２図のバルブ１１２に類似の締め切りバルブ
を使用することも可能である。クーリングタワー８は、
締め切りバルブ１１６を有する冷却戻り導管１１８を経
由して熱交換器４の吐出側にも連結されている。

第３ａ図から第３ｅ図は、本発明の方法の連続する個々
の段階、すなわち、予備加熱、加熱、予備冷却、減圧と
冷却を示しており、これらは、繰り返し連続する。第３
ａ図から第３ｅ図において、本方法の各段階において水
が流れている導管は、濃い線で示されている。

温度と圧力に関し、以下に説明される数値は、４０℃−
１６０℃−４０℃の熱交換器の加熱−冷却サイクルの、
例としてだけ与えられた状態に関するものである。

第３ａ図に示すように予備加熱段階において、バルブ２
７と３４は開いており、バルブ３１．１０２と１１６は
閉じている。前のサイクルの予備冷却段階（第３Ｃ図）
から、貯蔵手段３ｂは、図示の例において、予備加熱段
階の初期に温度が約１１０℃である温水を含む。同様に
、そのとき、約１．５バールの圧力が容器３の中に得ら
れる。さて、第３ａ図に示す予熱段階の終わりに、貯蔵
手段中の水は最初の温度１１０°Ｃから約７５℃に冷却
され、また、熱交換器４は、最初の温度４０゛Ｃから約
８５℃に予熱されていると仮定しよう。例として与えら
れたこれらの数値で、バルブ１０２を閉じた状態に維持
しているとき、容器３中の圧力は約０．４バールに下が
り、すなわち、容器中に大気圧以下の圧力が存在するこ
ととなる。これは望ましくないので、適当な方法で、例
えばバルブ１０２を適当に関節することによって、容器
３中の圧力が１バール以下に下がらないようにされる。

予熱段階の終わりに、制御装置（図示せず）は、バルブ
３４を閉じ、かつバルブ３１と１０２を開け、又は、制
御手段のバルブ１０２を調節器１２０によって調節する
。それから、第３ｂ図に示された状態になり、熱交換器
４は、導管２６と２９を経由して温水製造手段３ａに共
に連結され、加熱回路を形成する。

熱交換器４中の圧力と温度に関する実際の値がセンサー
１２２によって与えられる調節器１２０は、望ましい基
準となる温度１６０°Ｃが得られるように蒸気供給導管
１００中のバルブ１０２を制御する。その結果、容器３
中の圧力上昇は、１バールから約６ハールとなる。

第３ｂ図に示される加熱段階の次に、第３ｃ図に示され
る予備冷却段階が引き続く、この目的のため、前述され
たが図示されていない制御装置は、バルブ３１を閉じ、
バルブ１０２を閉じることによって温水製造手段３ａへ
の蒸気の供給を締め切り、戻り導管３２中のバルブ３４
を再び開シする。第３Ｃ図かられかるように、熱交換器
４は、導管２６と３２を経由して、貯蔵手段３ｂを有す
る回路に連結される。予備冷却段階の間、貯蔵手段３ｂ
中の水は、７５°Ｃの温度から１１０℃の温度に加熱さ
れ、−方、熱交換器４は、１６０℃から１１５℃に冷却
される。このように、加熱段階の終わりに熱交換器４中
にある熱エネルギーの一部は、次のサイクルの再び始ま
る予備加熱のために利用すべく回収される。熱の回収は
、蒸気発生器に関して負荷のピークを減少するため寄与
する。ここで述べられた数値の例で、容器３中の圧力は
、第３ｃ図に示す予備冷却段階の終わりに、なお約６ハ
ールである。

その圧力は、熱交換器４が開放冷却回路に連結される前
に減少されなければならない。

この目的は、第３ｄ図に示された圧力減少のための段階
によって達成される。本発明の方法においてこの段階を
実行するため、制御装置はバルブ３４を閉じ、バルブ３
１を開ける。そのとき、熱交換器４中にあり、１１０℃
から１１５℃の温度にすでるこ冷却されている水は、苓
気供導管が締め切られた状態の温水製造手段３ａを通過
する。そのとき、温水製造手段３ａ中の茶気は凝縮し、
その結果的１．５バールに圧力が下がる。

圧力降下の後、システムは、なんの危険もなく第３ｅ図
に示された冷却段階に切り換えられることができる。こ
の冷却段階において、制御装置は、バルブ２７　、３２
　、３４と１０２を閉じた状態に保持し、バルブ′１１
６を開いた状態に保持する。また、制御装置は、ポンプ
２８のスイッチを切り、ポンプ１１４のスイッチを入れ
る。第３ｅ図に示された冷却段階において、ここに記載
された例では、熱交換器４は４０°Ｃの温度に冷却され
る。引き続いて、第３ａ図に示された予備加熱段階を伴
う新しいサイクルが始まる。

実施例を参照して前に記載された本発明は、交互に加熱
、冷却される熱交換器を加熱することにより、不安定で
変化する圧力により操作される温水装置の使用を可能と
する。このように、熱交換器中の適切な均一の温度調節
という温水装置固有の利点と、開放冷却回路による直接
冷却を使用する可能性と、従来の温水装置に比較して減
少する装置コストとを兼ね備えることは可能である。貯
蔵手段３ｂによる熱の回収は、温水製造手段の上流に配
された蒸気発生器の負荷ピークを減少するので、蒸気発
生装置は、より良いレベルの効率で操作されることがで
きる。本発明の開発により、冷却段階の間、閉じたバブ
ル２７　、３１と３４により熱交換器から完全に分離さ
れている貯蔵手段３ｂ中に、蒸気を注入することにより
本発明の効果は、より強化されることができる。この結
果、貯蔵手段３ｂ中の水の温度は上昇するので、引き続
く予熱段階（第３ａ図）において、熱交換器４は、すで
に、例えば８５°Ｃ以上の高い温度に加熱されることが
できる。エネルギーｇｆＨ装置として熱回収貯蔵手段を
使用することの選択は、第３ｅ図において締め切りバブ
ル１２６を経由して、蒸気供給導管１００を貯蔵手段３
ｂの下方部の茶気連結部に連結する導管１２４によって
指示される。述べられたように、締め切りバブル１２６
は、冷却段階の間、制御装置によって開けられている。

前述の実施例において、温水製造手段３ａと貯蔵手段３
ｂは、共通の容器３中に配設されている。

これは必須ではないが、単一段階熱回収システムの場合
、コストの理由のため、有利である。前述の発明は、多
段階熱回収方式との連結にも使用されることができるが
、このことはドイツ特許明細書量２９４３７７９号によ
って公知である。この場合、１つ以上与えられる温水手
段と熱回収貯蔵手段は、別のユニフトの形式である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、等正塩水装置の基本的構造の線図であり、第
２図は、蒸気装置の基本的構造の線図であり、第３ａ図
から第３ｅ図は、本発明の実施例を示しており、本発明
の方法の個々の段階を図示している。 ３ａ・・・温水製造手段、　３ｂ・・・貯蔵手段、４・
・・熱交換器、　　　　　８・・・クーリングタワー、
１００・・・蒸気供給導管、　１２０・・・調節器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）熱交換器を、熱交換器の温度より高い温度の
   水を有する貯蔵手段に連結することにより熱交換器を予
   備加熱し、 （ｂ）熱交換器を、蒸気加熱温水製造手段に連結するこ
   とにより熱交換器を加熱し、 （ｃ）熱交換器を貯蔵手段に再び連結することにより熱
   交換器を予備冷却し、 （ｄ）熱交換器を冷却回路に連結することにより熱交換
   器を冷却する 段階を有する熱交換器を交互に加熱、冷却する方法にお
   いて、 （ｅ）段階（ｃ）の後で、かつ段階（ｄ）の前に、圧力
   を低下するため、熱交換器が温水製造手段に連結され、 （ｆ）段階（ｃ）の期間と（ｅ）の期間、温水製造手段
   への蒸気供給導管が締め切られ、 （ｇ）段階（ｄ）での熱交換器が開放冷却回路に連結さ
   れること を特徴とする熱交換器を交互に加熱、冷却する方法。 ２、段階（ｄ）の間、蒸気が貯蔵手段中に注入されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、段階（ｂ）の間、蒸気の供給が、温度又は圧力調節
   器により制御されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載の方法。 ４、段階（ｅ）において、熱交換器中の圧力が約２バー
   ルより大きくないよう減少されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第３項中のいずれか１項に記載の
   方法。 ５、蒸気加熱温水製造手段（３ａ）と、貯蔵手段（３ｂ
   ）と、冷却手段（８）と、熱交換器を加熱回路又は冷却
   回路に選択的に接続するための制御手段とを有する、熱
   交換器を交互に加熱、冷却するための装置において、冷
   却回路（４、８、１１０、１１８）は開いた回路であり
   、制御手段は、正常動作時に、温水製造手段（３ａ）の
   蒸気供給導管（１００）を締め切るための手段（１０２
   ）を有することを特徴とする熱交換器を交互に加熱、冷
   却する装置。 ６、熱交換器（４）が連続的に、 （ａ）予備加熱動作の間、貯蔵手段（３ｂ）を有する回
   路（４、３ｂ、２６、３２）に連結され、（ｂ）加熱動
   作の間、温水製造手段（３ａ）を有する回路（４、３ａ
   、２６、２９）に連結され、（ｃ）予備冷却動作の間、
   貯蔵手段（３ｂ）を有する回路（４、３ｂ、２６、３２
   ）に再び連結され、（ｄ）圧力を減少するため、締め切
   られた蒸気供給導管（１００）を有する温水製造手段（
   ３ａ）を有する回路（４、３ａ、２６、２９）に再び連
   結され、（ｅ）冷却動作の間、開放冷却回路（４、８、
   １１０、１１８）に連結される ことができるような制御手段を特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の装置。 ７、システムの正常動作中、蒸気供給導管（１００）を
   締め切るための手段（１０２）が、同時に、温度調節回
   路の制御部品として使用されるバルブを有することを特
   徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項記載の装置。 ８、貯蔵手段（３ｂ）中に蒸気を注入するための手段（
   １２４、１２６）を特徴とする特許請求の範囲第５項か
   ら第７項までのいずれか１項に記載の装置。