JPS6130067Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は工場等の排ガス、温排水等の顕熱を作
動流体の蒸発、凝縮によつて回収する熱交換装置
に関し、特にその受熱部（蒸発部）、放熱部（凝
縮部）が長く離れた位置に独立して存在する場合
のセパレート型熱交換装置における受熱部の給液
装置に関する。

作動流体を用いて熱交換あるいは熱伝搬を行う
装置として、同じ１本のパイプ内で作動流体の蒸
発、凝縮を行うようにしたヒートパイプの装置が
ある。この装置の代表的なものは、第１図に示す
如く、両端の密閉されたパイプまたは筒状容器３
０の内周部にウイツクと称する中空の多孔質物質
３１を配置し、作動液を前記パイプ内に封入し、
この作動液の相変態およびその移動により熱伝搬
の機能を発揮させるようにしたものである。例え
ば図示のヒートパイプ装置でパイプ３０の片側Ａ
を受熱部、他方の片側Ｂを放熱部とすれば、受熱
部Ａに加えられた外部顕熱によりこの部分の作動
液が蒸発し、蒸気となつて矢印で示す如く放熱部
Ｂへパイプ３０の内部３２を通つて圧力差で移動
して凝縮し、潜熱を放出する。同時にこの凝縮液
（作動液）はウイツク３１を通つて矢印の如く受
熱部Ａへ流れる。

このような従来のヒートパイプ装置では以下の
ような問題点がある。

(イ)ドライアウト限界が存在する。ヒートパイプ
に一定以上の熱入力を加えた場合、受熱部のウイ
ツク内面が乾いて作動流体が液状で存在しなくな
り、正常な動作がなされなくなる。(ロ)パイプが完
全に密閉されているので、水素ガスなどの非凝縮
ガスが発生した場合の排除が不可能である。(ハ)蒸
発および凝縮が１本のパイプ内で行われるので、
その蒸発部と凝縮部の距離、即ちヒートパイプ自
身の長さに制限があり、排熱回収用としては通常
は６〜10ｍ程度が限界である。これ以上長くなる
と、受熱部、放熱部の熱負荷が不均一となり、ま
たパイプ内を流れる作動液や蒸気の移動量が大き
くなつてヒートパイプの構成上あるいは性能上
種々の不具合が生じる。

上述の欠点を解消するために、特開昭55−6177
号公報において、受熱部と放熱部とを別々の断熱
されたパイプで連結し、作動流体の蒸気が受熱部
から放熱部へ一方のパイプを通つて流れ、逆に凝
縮液が放熱部から受熱部へ他方のパイプを通つて
流れ、これによつて前記受熱部と前記放熱部の間
を作動流体が相変態しながら循環するようにした
セパレート型のヒートパイプ装置が提案されてい
る。この装置は蒸気と凝縮液の還流が良好で、受
熱部と放熱部とを長い距離離して配置してもヒー
トパイプの機能を有効に果たすことができる。

本考案は、上述したセパレート型ヒートパイプ
装置を更に改良し、その受熱部の蒸発管内壁に良
好な作動流体の濡れ壁を形成せしめ、これによつ
て作動流体の蒸発率を良好ならしめた受熱部の給
液装置を提供することを目的とする。

本考案の適用され得るセパレート型熱交換装置
の具体例としては、受熱部および放熱部をそれぞ
れ３つの室に区画し、その中間区画部分に複数個
の連通管（蒸発管、凝縮管）を設けてそれぞれの
熱交換室とし、前記受熱部の上部区画部分を蒸気
室として該室を別体の配管（蒸気管、給液管、復
液管）によつて放熱部の上部区画部分の蒸気導入
室および下部区画部分の復液室に接続した構造を
有する。そして本考案は、前記蒸発管の上端外壁
からその内壁にかけて毛管作用をもつ部材を配置
したものである。

以下、本考案を図面を参照しながら、実施例に
ついて説明する。

第２図は本考案を適用したセパレート型熱交換
装置の全体構造を概略的に示した図である。１は
この熱交換装置の受熱部（蒸発部）、２は放熱部
（凝縮部）であつて、両者が離れた場所にあり、
これらの間が配管で連結されて全体として１つの
密閉された系路を構成している。この系路内を作
動流体が相変態して循環する。第３図は本考案に
係る受熱部の蒸気室の内部を上方からみた図、第
４図はその側面断面図である。まず、第２図のセ
パレート型熱交換装置の概要を説明する。

受熱部１はその筐体内が２枚の仕切板１０，１
１によつて上部の蒸気室１４と、下部の作動液残
留室１６と、その中間の受熱部熱交換室１５の３
つの室に区画されており、熱交換室１５は外部の
熱源流体の通路３３に配置してある。まず蒸気室
１４は第２図、第３図および第４図に示す如く熱
交換室１５との間の仕切板１０に溢流板２０が取
付けられ、この溢流板２０と一方の蒸気室側壁と
の間が作動液溜部２１となり、この部分に給液管
７が導入されている。蒸気室１４の上部には後述
する如く放熱部２へ向つて流れる蒸気の吐出口１
４ａが形成されている。熱交換室１５は、蒸気室
仕切板１０と作動液残溜室の仕切板１１との間に
両端の開口した複数本の蒸発管８が取付けられ、
これによつて蒸気室１４と作動液残溜室１６とが
連通している。作動液残溜室１６の底部には蒸発
せずに残つた作動液の取出口１６ａが設けられ、
また場合によつては該残溜室の側壁上部付近にも
蒸気取出口が形成される。

放熱部２は、第２図に示す如く、受熱部１とほ
ぼ同様に２個の仕切板１２，１３によつてその筐
体が３つの室に区画され、上部が作動流体の蒸気
導入室１７、中間部が外部の被加熱流体通路３４
につながる放熱部熱交換室１８、下部が作動流体
の復液室１９となつている。この放熱部熱交換室
１８には複数個の凝縮管９が設けられ、該凝縮管
の両端がそれぞれ上下の前記仕切板１２，１３を
貫通して蒸気導入室１７および復液室１９に開口
し、これによつてこの両室１７，１９が連通して
いる。さらに復液室１９には非凝縮ガス排出管２
２が設けられ、この排出管から系内の水素ガス、
空気などの非凝縮ガスが排除される。

受熱部と放熱部とを結んだ配管系路内にタンク
４から所定の作動液例えば水が導入される。作動
液はポンプ３によつて給液管７から受熱部１の蒸
気室１４の作動液溜部２１に供給され、ここに１
時帯溜した後、溢流板２０の上端から均一な静流
となつて仕切板１０上に流入し、後述する如く蒸
発管８に浸入してその管内壁に濡れ壁を形成す
る。ここで濡れ壁とは、管が作動液で充満されず
に管内壁が濡れている程度の状態を意味する。こ
のような濡れ壁を形成した状態で受熱部熱交換室
１５を通過する外部熱源流体と熱交換を行い、濡
れ壁を形成する水は蒸発して蒸気となり蒸気室１
４の吐出口１４ａから圧力差で蒸気管５を通り放
熱部２の蒸気導入口１７ａから蒸気導入室１７に
入る。放熱部２では、この蒸気が放熱部熱交換室
１８の凝縮管９の全数を均等に流下し、その途中
で外部の被加熱流体と熱交換を行い、該蒸気はこ
れによつて凝縮し液状となる。この凝縮した作動
液は復液室１９の底部の取出口１９ａから復液管
６を通り、ポンプ３および給液管７を介して再び
受熱部１の蒸気室１４の作動液溜部に供給され、
これを繰返す。

この実施例では、第２図および第４図に示す如
く、各蒸発管８の上端は、前記蒸気室仕切板１０
から上方へ突出しており、さらに筒状の金網３５
が挿着されている。第５図はこの筒状金網を上方
から見た図であり、第６図は蒸発管８に挿着した
状態の縦断面図である。金網３５は通常の100メ
ツシユ以下、好ましくは50メツシユ程度の網目を
もつ薄網である。その上端には複数個の切込み３
６が長手方向に入れられている。第６図に示すよ
うに、金網３５の筒状部分３５ａが蒸発管８の内
壁に接するようにして蒸発管８内に挿入され、上
部の切込みの入つた部分３５ｂが蒸発管８の上端
から外壁に向つて折返される。折返し部分３５ｂ
の長さはその端が仕切板１０にとどく程度であ
る。このような細目の薄金網は毛管作用を有し、
したがつて前記溢流板２０から仕切板１０上に溜
まつた作動液３７は金網３５を伝つて蒸発管８内
に浸漬し、管内壁に良好な濡れ壁を形成する。蒸
発管内に挿入される金網の筒状部分３５ａの長さ
は、管８の全長もしくは途中までの適当な長さで
よい。なお、このような毛管作用をもたらす部材
としては上述の金網だけでなく、ガラスフアイバ
ー、布などの各種繊維体でもよく、また各蒸発管
の上端部分に焼結金属などの多孔質筒体を固着す
るか蒸発管自体を焼結金属で形成してもよい。い
ずれも蒸発管の外側で仕切板１０上の作動液に触
れるようにする。繊維体の場合は蒸発管の端部の
みでもよいが、さらに蒸発管の内壁全体に被着さ
せると、より均一かつ良好な濡れ壁が形成され、
蒸発率を向上させることができる。なお、上述し
た筒状金網の場合は容易に蒸発管に挿着、取外し
することができ、外部の被熱交換流体の熱量ある
いは流量に応じて、作動液の供給量調節とともに
種々のメツシユのものに取換えることができる便
利さがある。作動液の供給量の調整は、このよう
に全蒸発管の全内壁に濡れ壁を形成し得る程度に
給液管７の流量調整によつて行われる。蒸発管８
で蒸発されずに残つた液は下部の作動液残溜室１
６に流れ落ちる。この作動液残溜室１６に溜つた
作動液は取出口１６ａからポンプ３により戻り配
管２３および給液管７を通つて再度蒸気室１４の
作動液溜部２１に供給され、また作動液溜室内の
上部に滞溜した蒸気は残溜室側方の蒸気管５′を
経て蒸気とともに蒸気管５から放熱部２へ流れ
る。これらの配管は外部に対して断熱されている
ことは勿論である。またタンク４は作動液の補給
にも使用される。

上述の実施例は、受熱部１と放熱部２とがほぼ
同じ高さ位置あるいは放熱部２が高い位置にある
場合に作動液をポンプ３によつて強制循環させた
例である。このような強制循環を行うことによ
り、作動液の補給および循環が容易、円滑とな
り、熱交換の負荷変動に対して制御が容易に出
来、また受熱部と放熱部の設置形態に制約を受け
ずに円滑に運転できる利点がある。しかしなが
ら、本考案は、受熱部と放熱部の相互位置関係に
よつてはこのような強制循環を行うことなく、前
記放熱部の循液室１９からの作動液を復液管６か
ら自然循環用バイパス管２４を通して放熱部１４
に導くようにしてもよい。なお、本考案は逆に放
熱部２が受熱部１より低い位置にある場合にも適
用可能である。

以上の如く、本考案は受熱部と放熱部とをそれ
ぞれ別体、独立に構成し、これらを蒸気専用の配
管と凝縮液専用の配管で結び、受熱部と放熱部と
にそれぞれ複数本の伝熱管からなる熱交換室を形
成し、この部分で作動流体の蒸発、凝縮を行わせ
しめ受熱部から放熱部へ、放熱部から受熱部へと
別体の断熱配管を通して循環させるようにしたの
で、受熱部と放熱部の距離を大きく離しても実際
の排熱回収にあたつて蒸気と凝縮液の還流が良好
となり、熱負荷の変動に対しても安定した動作が
もたらされる。

次に、本考案の効果を、より具体的な例をもと
に説明する。

受熱部１における蒸発管および放熱部２におけ
る凝縮管をパイプ径７mm、長さ700mmで構成し、
夫々に49本づつ立設するとともに、受熱部と放熱
部との距離を100ｍ離し、蒸発管に供給する作動
液を水として小型の燃焼炉の排熱回収に適用し
た。実施するにあたつては蒸発管内壁に濡れ壁を
形成するように100メツシユの金網を蒸発管の全
数に挿着し、給液管７から供給する作動液流量６
／minとしてポンプ３により強制循環させて行
つた。燃焼炉排ガスは、240℃のものを17Nm³／
min.で受熱部の凝縮部１５に通し、一方、放熱
部２には20℃の冷風を17Nm³／min.の割合で通し
たところ、給液量に対する蒸発量の割合、即ち蒸
発管の蒸発率は80〜100％を示す一方、受熱部熱
交換室を通つた排ガスは140℃に降下し、放熱部
熱交換室を通つた冷風は110℃に上昇させること
ができた。なお、このとき、放熱部の非凝縮ガス
排出管２２からは0.1の空気が排され、熱交換
における効率を低下させることはなかつた。また
金網により、全蒸発管へ水を均等分配することが
でき、蒸発管内壁に良好な濡れ壁を形成できるの
で高い蒸発率が得られ、これによつてドライアウ
ト現象も生じることなく、受熱部と放熱部が100
ｍの遠距離にあつても円滑かつ高効率で熱回収を
行うことができた。なお、上述の実施例では作動
液に水を使用したが、熱交換によつて得られる被
加熱流体の要求温度に応じてフレオン、メタノー
ルなど適宜の作動液を用いることが可能である。
本考案に係る熱交換装置の受熱部は、単独あるい
はセパレート型ヒートパイプ装置に用いてボイ
ラ、熱風炉、加熱炉などの工業用燃焼炉や焼結鉱
冷却機の排熱回収、および一般の暖房用機器など
に適用して好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のヒートパイプの一部分裁断した
斜視図、第２図は本考案を適用したセパレート型
熱交換装置の概略図、第３図は本考案の実施例に
係る受熱部蒸気室の平面図であつて第４図の−
線に沿つてみた図、第４図は受熱部の縦断面
図、第５図は本考案に適用される金網を上方から
みた図、第６図は金網を挿着した蒸発管の縦断面
図である。 １……受熱部（蒸発部）、２……放熱部（凝縮
部）、５……蒸気管、６……復液管、７……給液
管、８……蒸発管、９……凝縮管、１０，１１，
１２，１３……仕切板、１４……蒸気室、１５…
…受熱部熱交換室、１６……作動液残溜室、１７
……蒸気導入室、１８……放熱部熱交換室、１９
……復液室、３３……外部熱源流体通路、３４…
…外部被加熱流体通路、３５……金網、３６……
切込み、３７……作動液。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 受熱部を上部の蒸気室と下部の作動液残留室と
   外部熱源流体通路に連通した中間部の熱交換室と
   に区画し、前記熱交換室に複数個の蒸発管を配置
   して該蒸発管の端部をそれぞれ前記蒸気室および
   作動液残留室に開口させ、前記蒸気室を別体の配
   管によつて前記受熱部とは別体の放熱部に接続し
   たセパレート型熱交換装置において、前記蒸発管
   の上端を前記蒸気室内に突出せしめかつ該蒸発管
   の上端外壁から内壁にわたつて毛管作用をもつ部
   材を取付けたことを特徴とするセパレート型熱交
   換装置における受熱部の給液装置。