JPS6159169A - セパレ−ト型熱交換装置の非凝縮性ガス排出方法 - 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〕 本発明はセパレート型熱交換装置の非凝縮性ガス排出方
法に関するもので、特に大型装誼内に滞留して熱交換特
性に恕影臂を及ぼす非凝縮性ガスを効果的に排出するも
のである。 〔従来の技術〕 一般に工場排ガスや排水等の顕然回収には作動液の蒸発
、凝縮による相変態により熱交換を行なうヒートパイプ
を用いた熱交換装置が用いられているが、排ガスや排水
等の排熱源（加熱流体）と熱利用部く液加Ｐ！Ａ流体）
の条件によっては、作りノ液の蒸発と凝縮を離れた位置
で行なわせる必要があり、このような場合にはセパレー
ト型熱交換装置が用いられている。この装置は第５図に
示すように蒸発部（１）と凝縮部（２）を離れた位置に
配置し、凝縮部（２）の下方に作動液タンク（３）を連
結し、蒸発部（１）と凝縮部（２）を断熱配管（４）で
連結すると共に、蒸発部（１）とタンク（３）を断］　
　　　　　熱配管（５）で連結することにより、循環回
路を形成し、該回路内に作動液（６）を封入し、これを
矢印方向に循環させて蒸発部（１）で加熱流体（Ａ）に
より作動液（６）を蒸発させ、発生した蒸気を配’ｉ！
（４）により凝縮部（２）に導入し、被加熱流体（Ｂ）
により冷却凝縮させてタンク（３）内に流下さぼること
により、加熱流体（Ａ）と被加熱流体（Ｂ）間で熱交換
を行なわせるものである。作動液（６）の循環は蒸発部
（１）と凝縮部（２）の高さ関係により自然循環させる
か、又は図に示すように配管く５）にポンプ（７〉を設
けて強制循環させている。 この装置はヒートパイプの原理を応用したもので、蒸発
部と凝縮部が離れていても作動液と蒸気の還流が良好で
、優れた熱交換特性を示す。 しかしながら実際の排熱回収等において回路内に非凝縮
性ガスが存在すると作動液と蒸気の移動を阻害するばか
りか、凝縮部内に滞留して熱交換特性を低下する。例え
ば作動時の回路内には空気等が残存し、また運転中に作
動液と装置材料の反応により非凝縮性ガス（水と鉄の場
合には水素）を発生することがあり、更に回路内を負圧
状態で運転すると、フランジ等から空気を吸込む。従っ
て凝縮部内の非凝縮性ガスの１ｌｉｌ留を速やかに検知
し、これを適当なタイミングで排出する必要がある。 非凝縮性ガスは凝縮部の蒸気の流れの下流側にｎ留する
ため、従来は下流側に排出管を設けて非凝縮性ガスの排
出を行なっている。例えば第６図に示すようにパイプ状
又はチャンバー状（図はパイプ状の場合を示す）の上下
両ヘッダー（２ａ）、（２ｂ）間に多数の伝熱管（２Ｃ
）を取付けＣ凝縮部（２）を形成し、上部ヘッダー（２
ａ）に蒸気導入用配管（４）を接続し、下部ヘッダー（
２ｂ）にタンク（３）と連結する配管（１０）を取付け
、該配管（１０）に排出バルブ（１２〉を設けた排出管
（１１）を取付番プる。このようにして配管（４）から
導入した蒸気を上部ヘッダー（２ａ）から各伝熱管（２
Ｃ）内に流し、被加熱流体（Ｂ）よ・り冷却して伝熱管
（２Ｃ）の内壁に凝縮液滴（８）とし、これを流下させ
ると、非凝縮性ガス（９）は蒸気の流れの下流側、即ち
下部ヘッダー（２ｂ）とその下方に滞留する。 排出’！（１１）に設けた排出バルブ（１２）を人力又
は自動的に開閉することにより非凝縮性ガス（９）の排
出を行なっている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかるに装置が大型になると、凝縮部における伝熱管の
数も多くなり、ヘッダーも長尺又は大型化するため、第
７図に示すように排出バルブ（１２）を開くと、配管（
１０）近傍の伝熱管（２ｃｍ６）、（２ｃｍ７）から非
凝縮性ガス（９）が抜は終り、次に蒸気が抜けてくる段
階になっても配管（１０）から遠い伝熱管（２ｃｍ１）
　、（２ｃｍ２）（２ｃｍ３　）・・・内には非凝縮性
ガス（９）が残留する。そのため配管（１０）近傍の伝
熱管（２ｃｍ６　）、（２ｃｍ７）では管内の全長に蒸
気が充満して高い熱交換特性を示すも、配管（１０）か
ら遠い伝熱ｆｌ　（２ｃｍ１）、（２ｃｍ２　）、（２
ｃｍ３＞−’Ｐは非ｉｌｌ　Ｊｌａ性ガス（９）の残留
部分が伝熱面として寄与しないため装置全体としての熱
交換特性が低下する欠点があった。 〔問題点を解決するだめの手段〕 本発明はこれに鑑み種々検討の結果、ガス排出管又はガ
ス排出管付配管を２個以上間隔を設けて取付けるか、又
は／及び非凝縮性ガス排出側の伝熱管端部にオリフィス
を取付け、ガス排出管又はガス排出管付配管に近いほど
オリフィス径を小さくすると有効であることを知見し、
更に検討の結果、大型装置において滞留する非凝縮性ガ
スを効果的に排出することかぐきるセパレート型熱交換
装置の非凝縮性ガス排出方法を開発したものである。 本発明の一つは多数の伝熱管の両端にヘッダーを取付け
た蒸発部と凝縮部を分離して配置し、これを断熱配管に
より連結して循環回路を形成し、該回路内に作動液を封
入循環させて作動液の相変態により熱交換を行なう装置
の非凝縮性ガスを排出する方法において、：凝縮部の蒸
気の流れの下流側ヘッダーに、ガス排出管又はガス排出
管付配管を２個以上間隔を設けて取付け、該排出管より
非凝縮性ガスを排出することを均一化するものである。 また本発明の他の一つは多数の伝熱管の両端にヘッダー
を取付＄−Ｊ　／ζ蒸発部と凝縮部を分離しで配置し、
これを断熱配管により連結して循環回路を形成し、該回
路内に作動液を封入循環させて作動液の相変態により熱
交換を行なう装置の非凝縮性ガスを排出する方法におい
て、凝縮部の蒸気の流れの下流側ヘッダーに、ガス排出
管又はガス排出管付配管を１１以上取付（）、該ヘッダ
ーに取付けた伝熱管端部にオリフィスを設け、ガス排出
管又はガス排出管付配管の取付は部に近いほどオリフィ
スの穴径を小さくして排出管より非凝縮性ガスを排出す
ることを均一化するものである。　即ち本発明の一つは
第１図に示すように多数の伝熱管（２ｃｍ１）、（２ｃ
ｍ２　）・・・Ｂｃ−ｎ）を取付けた凝縮部（２）の蒸
気の流れの下流側（図では下方）のヘッダー（２ｂ）に
、ガス排出管　（１１ａ）を設けた配管（１０）を２個
以上（図は３個の場合を示す）間隔を設けて取付けるか
、又は第２図に示すようにヘッダー（２ｂ）に１個の配
管（１０）と２個以上（図は３個の場合を示す）のガス
排出管（１１ｂ）を間隔を設け′Ｃ取付けたものである
。このようにし゛Ｃ各排出管　（ｌｌａ）、（１１ｂ）
を単独又は並列に連結しＣ排出バルブ（１２）と接続り
るか、又は図に示すように排出管（１１ａ）、（ｌｌｂ
）に絞り弁（１３）を取付けて並列に連結し、これを排
出バルブ（１２）と接続する。このようにして図には示
していないが配管より凝縮部内に導入した蒸気を被加熱
流体により冷却し、凝縮した作動液（６）を配管（１０
）によりタンク内に流上せしめ、各蒸発管（２ｃｍ　　
１）、（２ｃｍ２）・・・（２ｃｍｎ）内に滞留した非
凝縮性ガス（９）を排出バルブ（１２）を通して排出す
るものである。 また本発明の他の一つは第３図に示づように多数の伝熱
管＜　２０−１　）、（２ｃｍ２）　・（２ｃｍｎ）取
付けた凝縮部（２）の蒸気の流れの下流側（図では下方
）のヘッダー（２ｂ）に、ガス排出色・（１１）又はガ
ス排出管（＝Ｊ配管（１０）を１個以上〔図は排出管付
き配管（１０）が１個の場合を示す〕取付け、ヘッダー
（２ｂ）に取付（プた伝熱管（２ｃｍ１　）、（２０−
２）−（２Ｏ−ｎ）の端部にオリフィス（１４）を設け
、排出管（１１）又は排出管付配管（１０）に近いほど
オリフィス（１４）の穴径を小さくりる。このようにし
て図には示してないが配管より凝縮部内に導入した蒸気
を被加熱流体により冷却し、凝縮した作動液（６）を配
管（１０）よりタンク内に流下せしめ、各蒸発管（２ｃ
ｍ１　＞、（２ｃｍ２）−（２ｃｍｎ）内に滞留りる非
凝縮性ガス（９）を排出バルブ（１２）より排出り゛る
ものである。尚排出管又は排出管イ」配管を２個以上設
けた場合には第１図又は第２図の場合と同様排出管に絞
り弁を設けるとよい。 （作　用） このように蒸気の流れの下流側ヘッダーにガス排出管又
はガス排出管付配管を２１［！！１以上間隔を設

【プで
取付けるか、又は／及びヘッダーに取付けた蒸発管の蒸
気の流れの下流側端部にオリフィスを設け、ガス排出管
又はガス排出管付配管に近いものほどオリフィスの穴径
を小ざくすることにより、ヘッダー内部に一部非凝柑１
性ガスが滞留しても伝熱管内にはｎ留することがなく、
良好な熱交換特性を示す。排出管又は排出管付配管を２
個以上用いる場合には、各排出色・に絞り弁を設（プ、
”Ｉｌｌ！Ｊの排出バルブによる排出を均一化すること
が望ましい。また副リフイスの穴径については実験によ
り定める。排出バルブの作動は蒸発管内の非凝縮性ガス
を適宜の方法により検知して行なう。例えば凝縮部内の
蒸気の流れの上流側と下流側の温度を熱電対等により検
出し、その温度差が２℃以上の場合には非凝縮性ガスが
滞留していると判断し、排出バルブを直ちに聞くか、又
は一定時間送らせて開く、この場合、同時に凝縮部内の
圧力を検出して負圧の場合にはガスポンプ等により強制
排出を行ない、正圧の場合には自然排出する。 ］　　　　　　ガス排出管又はガス排出管付配管の数は
ガス排出管又はガス排出管付配管の内壁端から最も遠い
伝熱管の内壁端までの距離をＬ　ｍ　、ガス排出管又は
ガス排出管イ」配管の内径又は等価内径（回収外の断面
をもつ排出管において断面積をπで除した値）をＤ　７
１Ｌとすると Ｌ＞０．６＋０．８　（Ｄ−０，０５＞となる場合にガ
ス排出管又はガス排出色・有配管を２本以上設置プる。 また伝熱管の蒸気の流れの“ト流側端部に取付けるオリ
フィスとしては絞り作用を有づるものであれば何でもよ
く、ガス排出管又はガス排出管付配管に近いものほどオ
リフィスの穴径を小さくして蒸気や非凝縮性ガスの流れ
を均一化づる。 〔実施例〕 直径０．０５ＴｒＬ、長さ　１’、０ＴｒＬのＣｕ製伝
熱管、直径０．１ｍのＣＬＩ製ヘッダー、内径０．０５
馴のＣＬＩ製ガス排出管付配管を用い、第１表に示す凝
縮部を作成した。尚排出管は絞り弁を介して排出バルブ
に接続した。 第１表 蒸気凝縮部について第１図に示すように各蒸発管の蒸気
の流れの下流側温度を熱雷対（１５−１）（１５−２）
・・・（１５−ｎ）で測定し、伝熱管の蒸気の流れの上
流側温度と下流側温度の差が２°Ｃ以上のどきに非凝縮
性ガスが滞留したものと判断し、排出バルブを聞いて滞
留゛ガスの排出を行ない、該ガス排出後の伝熱管の温度
変化を第４図（イ）、（ロ）、（ハ）に示す。 図面は縦軸に温度、横軸に伝熱管数を現わして温度変化
を示したもので、（イ）図はＬが０．５５　ｍと比較的
短かい場合で（１）は排出管付配管が１個の場合の従来
方法による温度変化を示し、Ｌ　＜　０．６＋　０．８
（［）　−０，０５＞が成立するため、１本の排出管付
配管による非凝縮ガスの排出によって全伝熱管の温度差
は２℃以内となっている。これに対しく口）図のように
Ｌが１，２ｍの長さで１よ、ｌ＞　　０．６＋　０．８
（Ｄ−０，０５）となり（２）に示すように１本の排出
管付配管では、最もはなれた位置の伝熱等は６℃以上と
なり、非凝縮製ガスの排出ガスが不十分となっているこ
とが判る。しかるに（３）に示すように排出色・付記管
を２個用いるか、又は（４）に示すように伝熱管の下端
にオリフィスを取付けて穴径を調整した本発明方法では
何れも全伝熱管の温度差は２°Ｃ以内となっていること
が判る。史に（ハ）図のようにＬが１．８７ｎと長くな
っても（５）、（６）に示すように３個の排出管付配管
を用いるか、２個の排出管付配管を用い、かつ伝熱管の
下端にオリフィスを取＋ｉけて穴（￥を調整した本発明
方法によれば、何れも全伝熱管の温度差は２°Ｃ以内と
なることが判る。 〔発明の効果〕 このように本発明によれば、セパレート型熱交換装置の
大型化にともなう非凝縮性ガスの排出時に起る該ガス残
留問題を解消し、装置の熱交＠特性を向上し得るもので
、工業上穎格な効果を奏】“るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は凝縮部における本発明方法の一例を示す説明図
、第２図は凝縮部における本発明方法の他の一例を示す
説明図、第３図は凝縮部における本発明方法の更に他の
一例を示す説明図、第４図（イ）、（ロ）、（ハ）は本
発明方法による効果を従来方法と比較して示すものＣ１
（イ）は小型！！ｉ置の従来例、（ロ）は大型装置の従
来例と本発明方法の比較図、（ハ）は更に大型化した装
置の本発明例、第５図は従来のセパレート型熱交換装置
の一例を示す説明図、第６図は第５図における従来の小
型凝縮部の一例を示す説明図、第７図は従来の大型凝縮
部の一例を示す説明図である。 １・・・焦梵部、２・・・凝縮部、２ａ・・・上部ヘッ
ダー、２ｂ・・・下部ヘッダー、 ２ｃ、　２ｃｍ１．２ｃｍ２．−２ｃｍｎ−・・伝熱管
、３・・・タンク、４．５・・・断熱配管、６・・・作
動膜、７・・・ポンプ、９・・・非凝縮製ガス、１０・
・・配管、１１、１１ａ　、　１１ｂ　−・・ガス排出
管、１２・・・排出バルブ、１３・・・絞り弁、１４・
・・オリスイス 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の伝熱管の両端にヘッダーを取付けた蒸発部
   と凝縮部を分離して配置し、これを断熱配管により連結
   して循環回路を形成し、該回路内に作動液を封入循環さ
   せて作動液の相変態により熱交換を行なう装置の非凝縮
   性ガスを排出する方法において、凝縮部の蒸気の流れの
   下流側ヘッダーに、ガス排出管又はガス排出管付配管を
   ２個以上間隔を設けて取付け、該排出管より非凝縮性ガ
   スを排出することを特徴とするセパレート型熱交換装置
   の非凝縮性ガス排出方法。
2. （２）排出管に絞り弁を設けて各排出管の排出ガス量を
   均一化する特許請求の範囲第１項記載のセパレート型熱
   交換装置の非凝縮性ガス排出方法。
3. （３）多数の伝熱管の両端にヘッダーを取付けた蒸発部
   と凝縮部を分離して配置し、これを断熱配管により連結
   して循環回路を形成し、該回路内に作動液を封入循環さ
   せて作動液の相変態により熱交換を行なう装置の非凝縮
   性ガスを排出する方法において、凝縮部の蒸気の流れの
   下流側ヘッダーに、ガス排出管又はガス排出管付配管を
   １個以上取付け、該ヘッダーに取付けた伝熱管端部にオ
   リフィスを設け、ガス排出管又はガス排出管付配管の取
   付け部に近いほどオリフィスの穴径を小さくして排出管
   より非凝縮性ガスを排出することを特徴とするセパレー
   ト型熱交換装置の非凝縮性ガス排出方法。
4. （４）２個以上設けた排出管に絞り弁を設けて、各排出
   管の排出ガス量を均一化する特許請求の範囲第３項記載
   のセパレート型熱交換装置の非凝縮性ガス排出方法。