JPS6237317B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は蒸気を凝縮させると共に蒸気潜熱の回
収を少量の冷却液で行うようにした熱管理装置に
関する。 一般に熱交換器は複雑な構造で装置は大掛りで
ある。しかしながら蒸気を凝縮させ、その潜熱を
回収する装置においては、複雑で大掛りの装置で
も可能であるが、製作費が高くつき、中小規模の
ところでは満足のいく使い方ができない。 このため、多くのところで利用されず、また利
用されても省資源（冷却液の使用量を少くし、装
置が簡素）、省エネルギー（冷却液を高温にて回
収し、冷却液を種々の液体に代え、加温器として
利用）的な熱管理ではなかつた。 従来は凝縮器で凝縮液の回収の際にその潜熱を
奪うことに注目し、冷却水を多く流し、その冷却
水を高温にて回収し、有効利用しようとすること
は考えられていなかつた。 また水蒸気などで加温する際は、加温に注目
し、その廃蒸気、または高温・高圧ドレンの再利
用は有効にされていなかつた。 しかしながら、凝縮・冷却・加温は密接な関係
があり、本発明により、その熱管理が省資源・省
エネルギー的に行われるようになつた。 そもそも、冷却管で蒸気を効率良く凝縮させる
ために重要なことは蒸気側において、管壁に凝縮
した液を速かに離脱させることと、非圧縮性気体
（空気）の排除にあり、また熱回収を効率良く行
うためには冷却液側において、冷却液の流速を速
め、かつ冷却液が管壁にて蒸気と接触する面積を
広くすることにある。 そこで、本発明は上記の点に着目してなされた
もので、少量の冷却液で蒸気を凝縮して回収する
ようにすると共に、冷却液は蒸気温度近くの高温
にて回収して他に有効利用できるようにした熱管
理装置を提供するもので、その要旨とするところ
は蒸気が導かれる容器内に第１の冷却管を配装し
て凝縮部を形成し、この凝縮部の容器にこの容器
との伝熱面積比が１対１以下で、該容器に較べ十
分に細い外気開放管を連設し、この外気開放管に
この管内を通過する蒸気を冷却する冷却管を備え
て外気遮断部を形成したことを特徴とする熱管理
装置にある。 以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。 第１図は熱管理装置の一実施例を示す概略構成
図である。第１図において、１は熱管理装置にし
て、これは凝縮部２の上部に外気遮断部３を連設
したものである。 しかして、凝縮部２は蒸気導入口２１ａおよび
凝縮液取出口２１ｂを備えた容器２１内に蒸気と
の接触時間を長くとるためのコイル状の第１の冷
却管２２を配装したものである。 また、外気遮断部３は前記容器２１に連通する
長尺で、この容器２１に較べて十分に細い外気開
放管３１の周囲に第２の冷却管３２を囲繞させた
もので、容器２１と外気開放管３１との伝熱面積
比は１対１以下である。 このような構成の熱管理装置１は以下に述べる
ようにして蒸気を凝縮し、また蒸気潜熱を回収す
る。すなわち、第１の冷却管２２内に冷却液を流
すと共に、蒸気を蒸気導入口２１ａより容器２１
内に導き、凝縮液の落下抵抗の少ない容器２１内
で蒸気と接触させる。ここで、蒸気導入口２１ａ
より導入される蒸気量が少い時は、凝縮部２内に
存在している空気のために熱回収能力は小さい。
しかし、蒸気量が少いので、能力が小さくとも蒸
気潜熱は全量回収される。そして、容器２１内の
空気は次々と導入されてくる蒸気により暖めら
れ、蒸気と共に、外気開放管３１の外気側へと押
し出される一方、蒸気は凝縮して液となり回収さ
れる。したがつて、凝縮部２内の空気は徐々に蒸
気と置換されることになる。凝縮部２内の蒸気量
が多くなると、空気がなくなるので、熱回収能力
は最高能力となり、大部分の蒸気は凝縮すること
になる。そして、容器２１の底部に凝縮液が貯溜
されることになり、溜つた凝縮液は凝縮液取出口
２１ｂより回収される。また、残部の蒸気は外気
開放管３１に導かれ、外気遮断部３の第２の冷却
管３２によつて冷却されることになる。よつて、
この蒸気は凝縮して外気開放管３１の管壁を覆
い、外気が容器２１内に侵入しないようにする。
すなわち、熱管理装置１は凝縮部２の第１の冷却
管２２にて熱回収の大部分を行わせ、外気遮断部
３によつて外気を遮断すれば、効率的な熱回収お
よび凝縮液回収を行うことができる。また、冷却
液として水以外の液体を使用すれば、液体の加温
器として使用でき、利用範囲が拡がる。さらに、
この熱管理装置は大気圧の下で使用するものであ
るため、設置配管が非常に簡単に行える。蒸気量
が多くなる時は凝縮部２を大きくし、第１の冷却
管２２の伝熱面積を大きくすればよい。 なお、本発明の熱管理装置は以下に示すような
実施例のものであつてもよい。すなわち、第２図
に示す熱管理装置１１は容器２１の蒸気導入口と
凝縮液取出口とが同一の孔であり、外気遮断部３
の外気開放管３１が蛇管に形成されたものであ
る。 また、第３図に示す熱管理装置１２は外気遮断
部３の第２の冷却管３２を囲繞して外気開放管３
１を容器２１に連通させた例である。 第４図に示す熱管理装置１３は凝縮部２の側面
上方に外気遮断部３を連設したものである。 第５図に示す熱管理装置１４も凝縮部２の側面
に外気遮断部３を連設し、容器２１の蒸気導入口
２１ａを容器２１の上部に開口したもので、蒸気
を容器２１の上から下へ流し、第１の冷却管２２
に生じる凝縮液の離脱落下を助けた例である。 第６図に示す熱管理装置１５は、凝縮部２の側
面に外気遮断部３を連設し、凝縮部２の容器２１
の底部に溜つた凝縮液で外気開放管３１を介して
連通する外気と容器とを遮断し、かつ蒸気の上か
ら下への流れによつて凝縮液の第１の冷却管２２
の管壁よりの離脱を助けている例である。 第７図に示す熱管理装置１６は、第１の冷却管
２２より凝縮液の離脱落下を助けるように蒸気を
流すために蒸気導入口２１ａを容器２１の上部に
開口させ、かつ外気開放管３１を該容器２１の底
部にまで配設されている冷却管２２の下端部まで
延設し、蒸気が上から下へ流れたのち、外気開放
管３１に流入するようにした例である。 第８図は本発明の一実施例の熱管理装置を用い
てボイラーから発生する水蒸気ドレンを有効利用
するための応用例を示すもので、２５は冷却管２
６が内蔵されたドレン槽にして、この側面上方に
はドレン導入口２５ａが設けられ、下部にドレン
液排出口２５ｂが設けられている。このドレン槽
２５には熱管理装置１８が連設されている。すな
わち、ドレン槽２５の上面には連通管２７が連設
されており、この連通管２７は熱管理装置１８の
容器２１内に配装されている。また、前記ドレン
槽２５内の冷却管２６は熱管理装置１８で汚れの
ない凝縮水を多く得られるようにドレン槽２５内
で凝縮を行わないようにするため、ドレン液内に
浸しておく。 しかして、ドレン槽２５のドレン導入口２５ａ
より高圧・高温ドレンを導入し、冷却管２６によ
つて熱回収を行うときに生ずるフラツシユ水蒸気
は前記凝縮部２に入る。このフラツシユ水蒸気の
潜熱が凝縮部２内を流れる冷却水に伝わり、凝縮
水として凝縮液取出口２１ｂより効率よく取り出
させる。 第９図はドレン槽のフラツシユ蒸気の潜熱回収
に利用した他の応用例を示すもので、第７図に示
す熱管理装置１６をドレン槽２５上に設け、この
ドレン槽２５より延出する連通管２７を直接凝縮
部２内にその上方まで延設させたものである。よ
つて、前記熱管理装置１６に導入する蒸気の配管
の保温は不必要である。 蒸気量が多い時は前述したように凝縮部２の容
積を大きくし、第１の冷却管２２の伝熱面積を広
くすればよいが、また大きさを規格化した凝縮部
２を第１０図あるいは第１１図に示す如く、複数
段積層連結してもよいもので、この場合は外気遮
断部３があつてもなくてもよくなる。 また、第１２図および第１３図も凝縮部２の容
積を大きくするため、同一形式の規格サイズの凝
縮部２を横に並べ連設した例で、この場合も外気
遮断部３はあつてもなくてもよくなる。 なお、各実施例において凝縮部２の冷却管２２
を同径のコイル状に巻回した例で示したが、伝熱
面積を大きくすると共に、管上部で凝縮した液が
落下し易いようにするために第１４図に示すよう
に第１の冷却管２２よりの落下凝縮液が下部に位
置するの管に接触しないように第１の冷却管を円
錐渦巻状のようにずらせて巻回形成すると、一層
効果的である。 次に、第１図に示す熱管理装置によつて蒸気を
凝縮した際の凝縮能力と、この凝縮時に使用する
冷却液の熱回収温度との実験結果を下表に示す。 なお、凝縮部２の第１の冷却管２２と外気遮断
部３の外気開放管３１とには内径８mm、厚さ１mm
の銅管を使用し、外気遮断部３は内径100mm、長
さ300mmの鉄管に37本の外気開放管３１を配装し
たものと、内径50mm、長さ300mmの鉄管に９本の
外気開放管３１を配装したものとを使用した例を
示す。

【表】 しかして、上記実験より次のことが証明され
た。実験２より外気遮断部３を取り除き、凝縮部
２の容器２１に大きな開口を穿設して外気開放す
ると、蒸気はこの開口より逃げてしまうことがわ
かる。 蒸気の凝縮を細い管の内側で行うようにした形
式のものは熱回収が良くないことがわかる。この
形式のものでも、熱回収は冷却液を多く流すか
（実験４）、伝熱面積を広くとるかである（実験
５）。実験５において外気遮断部３より回収され
た冷却液温度が44℃と実験１、６、７、８、９の
それと比較して14〜15℃も高い、これは凝縮部
（下部の外気遮断部）で回収されなかつた蒸気に
よるものである。また、実験６、７は凝縮部に蒸
気を２倍流し、実験８、９は第１の冷却管の長さ
を半分にしたものである。このように凝縮部の冷
却管に２倍の負荷を掛けても外気遮断部に行く蒸
気量には変化がなかつた。以上により本装置の熱
回収能力が判る。したがつて、凝縮器として多く
の冷却液を必要とする。 実験６は実験１との比較でわかるように蒸気量
を多くした時、冷却管の蒸気凝縮能力が多くなる
ことを示している。外気開放通路に流れる蒸気量
は蒸気量を多くしても、冷却管の蒸気凝縮能力以
下ならば、それほどの変化はない。故に実験７の
ように小さな外気遮断部で十分である。実験８と
実験９は冷却管を実験１、２、６、７の半分の
5.5mにて実験を行つたものである。外気遮断部
へ行く蒸気量はあまり変化していないことがわか
る。 以上の実験１〜９までの結果により、蒸気の凝
縮液回収の時、その蒸気の潜熱を凝縮部２の冷却
管２２でほぼ全量奪うように設計すれば、外気遮
断部３は小さくても良いことになる。 この小さな外気遮断部３を取りつけ、凝縮部２
での熱交換をコイル状の冷却管２２で行うように
すれば、凝縮部２内の熱回収、凝縮液回収は最高
の効率となり、冷却液温度は蒸気温度近くまで上
昇する（冷却液が少量ですむ）。また、外気遮断
部３を出た冷却液を凝縮部２の冷却管２２に入れ
る。蒸気量が多い時は冷却管２２を太く長くして
伝熱面積を多くするか、第１２，１３図のように
凝縮部２を複数にして、伝熱面積を多くし、かつ
冷却液量を多くするので、小さな外気遮断部３を
流れる冷却液の流速が早くなり、外気遮断部３の
熱回収能力が大きくなり、外気遮断部３に蒸気が
ある程度多く入つて来ても、充分能力を発揮出来
る。そして冷却液量の量を加減することにより、
熱管理装置の熱回収能力に幅を持たせることもで
きる。 以上詳細に説明したとおり本発明の熱管理装置
は、蒸気を凝縮するに十分な容積を有する容器に
細い外気開放管を連設し、この外気開放管を冷却
管によつて冷却するように構成したので、簡単な
構成で凝縮能力の優れた凝縮器および冷却液を高
温にて回収する熱回収器として熱の有効利用に供
せられ、かつ冷却液の使用量の少くて済むものが
得られ、製作コストも非常に廉価となる。すなわ
ち、本発明の熱管理装置によつて省資源・省エネ
ルギーの熱管理が可能となり、また大気圧下で操
作できるため簡単にどこにでも設置できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の係る熱管理装置の一実施例を
示す概略構成図、第２図乃至第７図は同じくそれ
ぞれ他の実施例を示す概略構成図、第８図および
第９図は同じく他の実施例の熱管理装置をボイラ
ーの熱回収装置に連設した応用例を示す概略構成
図、第１０図乃至第１３図はそれぞれ凝縮部を複
数段連結した他の実施例を示す概略構成図、第１
４図は凝縮部の冷却管の他の例を示す斜視図であ
る。 １，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１
７，１８：熱管理装置、２：凝縮部、２１：容
器、２２：冷却管、３：外気遮断部、３１：外気
開放管、３２：冷却管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸気が導かれる容器内に第１の冷却管を配装
   して凝縮部を形成し、この凝縮部の容器にこの容
   器との伝熱面積比が１対１以下で、該容器に較べ
   十分に細い外気開放管を連設し、この外気開放管
   にこの管内を通過する蒸気を冷却する冷却管を備
   えて外気遮断部を形成したことを特徴とする熱管
   理装置。