JPS6330071Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 この考案は、排ガス等の加熱流体と接触する蒸
発部と、被加熱流体と接触する凝縮部とを分離し
て配置し、両者間を断熱配管で連通させることに
より作動流体を循環させるセパレート型熱交換装
置における熱交換量平滑化装置に関する。

〔従来技術及びその問題点〕

この種のセパレート型熱交換装置は、一般に工
場排ガスや排水等の顕熱回収を行うためにヒート
パイプの原理を応用したものであり、その動作原
理は、第１図に示すように、蒸発部（受熱部）１
と凝縮部（放熱部）２とが離間されて配置され、
これらが夫々断熱された蒸気配管３及び凝縮液配
管４によつて連通されて循環路が形成され、この
循環路内に作動流体が封入された構成を有する。
そして、蒸発部１には、例えば高温度の排ガス等
の加熱流体が供給され、この加熱流体により、作
動流体を加熱蒸発させて蒸気Ａを発生させる。こ
の蒸気は、蒸気配管３を通じて凝縮部２に供給さ
れ、この凝縮部２で所望の被加熱流体例えば空気
あるいは水などと熱交換されて液化し、凝縮液Ｂ
となつて凝縮部２から凝縮液配管４を通じて蒸発
部１に戻される。

このようにして、作動流体が蒸発部１と凝縮部
２との間を相変態しながら循環することにより、
加熱流体と被加熱流体との間で熱交換を行う。な
お、作動流体は、図示のように循環ポンプ５によ
つて強制的に循環させるか又は蒸発部１と凝縮部
２の高さ位置を異ならせることにより自然循環さ
せる。

以上の構成を有するセパレート型熱交換装置
は、作動流体の蒸気と凝縮液との還流が良好で、
蒸発部１と凝縮部２とを長い距離で離間させて配
置してもヒートパイプとしての機能を有効に果た
すことができる特徴を有する。

しかしながら、このような従来のセパレート型
熱交換装置は、実際に排熱回収システムとして使
用する場合には、通常は加熱源となる排ガスなど
の排熱源の条件、温度、流量等が任意に変動し、
これを所定値に制御することは不可能であるた
め、受熱部となる蒸発部１の蒸気発生量の変動を
防止することができない。このため、放熱部とな
る凝縮部２の熱交換量も追従して変動することに
なり、凝縮部２で加熱される被加熱流体（例えば
製品乾燥に使用する温風、製品クリーニング用の
温水、燃焼効率を向上させるための燃焼用空気及
び燃料の予熱流体等）の温度条件が変動し、それ
を使用した製品又は燃焼効率等に悪影響を与える
問題点があつた。従つて、通常は、排ガス等によ
り熱交換された被加熱流体を、正確な温度制御を
必要としない装置にのみ供給するようにしている
のが現状である。

〔考案の目的〕

この考案は、前記従来例の問題点に着目してな
されたものであり、加熱流体の温度変化、供給量
の変動等の負荷変動に伴う作動流体の蒸気温度変
化を平滑化することにより、作動流体の急峻な温
度変化を防止して、排ガス等の加熱流体が温度変
化等を生じる場合であつても被加熱流体の温度を
略設定温度に定値制御することが可能であるセパ
レート型熱交換装置の熱交換量平滑化装置を提供
することを目的とする。

〔考案の構成〕

この考案は、上記目的を達成するために、排ガ
ス等の加熱流体と接触する蒸発部と、被加熱流体
と接触する凝縮部とを離間させて配置し、両者間
を夫々断熱した蒸気管及び凝縮管で連通させるこ
とにより作動流体を循環させるセパレート型熱交
換装置において、前記蒸気管の途中に作動流体を
貯溜する液溜を配設し、前記蒸発部で蒸発させた
前記作動流体の蒸気を前記液溜の作動流体中に導
入することを特徴とする。

〔考案の実施例〕

以下、この考案を図面に基づいて説明する。

第２図は、この考案の一実施例を示す概念的構
成図である。

この考案においては、蒸発部１及び凝縮部２を
連通する蒸気管３の途中に、水等でなる液状の作
動流体Ｂを貯溜した断熱構造を有する液溜６が配
設されている。この場合、液溜６には、作動流体
Ｂが上方部に空間部７を形成するように封入さ
れ、これに蒸発部１側の蒸気管３ａの端部が、作
動流体Ｂ内に開口して接続されていると共に、凝
縮部２側の蒸気管３ｂの端部が、作動流体Ｂと接
触しない空間部７に開口されている。

次に作用について説明する。まず、蒸発部１に
供給される被熱源からの加熱流体或いは凝縮部２
に供給される被加熱源からの被加熱流体に供給
量、温度等の変動がないものとしたときには、蒸
発部１から発生する作動流体の蒸気Ａの温度は、
一定温度に維持されるので、液溜６中に貯溜され
た作動流体Ｂの温度が蒸気温度と同一温度に維持
されている。

この状態から加熱源或いは被加熱源の供給量、
温度に変動が生じて蒸発部１から発生する蒸気Ａ
の温度が変化したときには、液溜６に流入する蒸
気Ａが、その温度変化に応じて液溜６中の作動流
体との間に生じる温度差によつて、液溜６中の作
動流体が変化後の蒸気温度になるまで、冷却ある
いは加熱され、液溜６を通過する蒸気Ａの温度
は、緩やかな温度変化となる。

ここで、液溜６中の作動流体Ｂにより通過蒸気
Ａが加熱される場合合には、液溜６中の作動流体
Ｂの一部が蒸発し、また、通過蒸気Ａを冷却する
場合には、通過蒸気Ａの一部が凝縮する現象を生
じる。

次に、この考案の具体的構成を第３図について
説明する。

すなわち、蒸発部１には、例えば鋼板の加熱炉
等の加熱源から排出される排ガスでなる加熱流体
Ｃが、配管８を介して供給され、これが液状の作
動流体Ｂを供給した蒸発管部９の周囲を繞るよう
に挿通され、蒸発管部９内の液状作動流体Ｂを蒸
発させて蒸気Ａを発生させる。

一方、凝縮部２には、蒸気管３ｂを通じて供蒸
気Ａが供給された凝縮管部１０の周囲を繞るよう
に冷水供給源等の被加熱流体供給源から供給され
る被加熱流体Ｄが配管１１を介して供給され、こ
の被加熱流体Ｄが蒸気Ａにより加熱されて所定温
度の温水に変換されると共に、この際の熱交換に
よつて蒸気Ａが液化され、その凝縮液Ｂが凝縮液
タンク１２に貯溜される。

また、蒸気管３に介挿された液溜６は、その底
部が前記蒸発部１の蒸発管部９の底部と連結管１
３を介して連通されていると共に、その配置高さ
が蒸発部１と略等しく選定されている。したがつ
て、液溜６内に蒸発部１の液状作動流体Ｂが導入
されることになり、その液面レベルが蒸発部１の
液面レベルと等しくなつて、この状態で液溜６の
上方部に所定の空間部７を形成するようにされて
いる。さらに、液溜６に接続された蒸発部１側の
蒸気管３ａの端部１４は、液溜６内の底部側に延
長されて作動流体中に浸積され、その浸積部の上
面に所定間隔を保つて複数の蒸気放出孔１５が穿
設されている。

次に作用について説明すると、まず、蒸発部１
には、循環ポンプ５によつて所定レベルを維持す
るように液状作動流体Ｂが供給されており、この
液状作動流体Ｂが、外部から例えば温度350℃、
供給量2.0T／Ｈで供給される排ガス等の加熱流
体Ｃと熱交換し、昇温蒸発して蒸気Ａとなる。こ
の蒸気Ａは、蒸気管３ａを介して液溜６に供給さ
れる。したがつて、液溜６中に供給された蒸気Ａ
は、蒸気放出孔１５から液状作動流体Ｂ中に泡状
に放出される。このとき、蒸気Ａと作動流体Ｂと
がそれら間の温度差がない平衡状態となるように
相対的な温度変化を生じる。このため、蒸気温度
が比較的長時間所定温度を維持している状態で
は、蒸気温度と作動流体温度とが略同一温度とな
る。その結果、液溜６から排出される蒸気温度
は、略一定値に維持され、これが凝縮部２に供給
されるので、この凝縮部２で被加熱流体Ｄと熱交
換を行い、被加熱流体Ｄを所定温度に昇温する。

ところで、前記したように、加熱流体Ｃの供給
量又は温度が変動しない定常状態では、液溜６内
の作動流体と蒸気とが略同一温度となつており、
液溜６から排出される蒸気温度は、第４図に示す
ように、一定温度を維持するものであるが、この
定常状態から、例えば加熱源からの加熱流体Ｃの
供給量又は温度が一時的に増加すると、蒸発部１
で発生する蒸気温度T₀が、第４図で実線図示の
ように、加熱流体の変動に応じて上昇することに
なる。

しかしながら、蒸発部１から排出される蒸気Ａ
の温度が急峻に上昇したとしても、これが液溜６
に供給されて液溜６中の作動流体Ｂ内に導入さ
れ、作動流体の温度に比較して蒸気温度が高いの
で、蒸気Ａが作動流体Ｂに熱を奪われてその一部
が凝縮することになり、液溜６から排出される蒸
気Ａの温度は、第４図で点線図示の如く、温度上
昇が緩やかとなると共に、その温度上昇分ΔTが
実際に蒸発部１から排出される蒸気Ａの温度上昇
分ΔT₀に比較して極めて少なくなつて平滑化され
る。したがつて、この温度が平滑化された蒸気Ａ
が蒸気管３ｂを介して凝縮部２に供給されるの
で、この凝縮部２で熱交換された被加熱流体Ｄの
温度を略所定値に維持することができる。

同様に、加熱流体Ｃの供給量又は温度が一時的
に低下して蒸発部１で発生した蒸気温度が定常状
態より低くなつたときには、液溜６で作動流体Ｂ
の温度に比較して蒸気温度が低いので、作動流体
の一部が蒸発し、液溜６から排出される蒸発温度
の低下は、比較的緩やかとなると共に、その温度
低下分（−ΔT）が実際の蒸発部１で発生される
蒸気Ａの温度低下分（−ΔT₀）より極めて少なつ
て平滑化され、凝縮部２における被加熱流体Ｄの
温度を略所定値に維持することができる。

結局、蒸発部１で発生する蒸気の温度が加熱流
体Ｃの供給量又は温度変動によつて、一時的に変
動しても、その変動分を液溜６内の作動流体Ｂと
の相互作用によつて吸収することができ、蒸発部
１における蒸気温度の変動にかかわらず、凝縮部
２に供給される蒸気温度を略一定値に維持するこ
とができる。

なお、上記実施例においては、作動流体Ｂとし
て水を使用した場合について説明したが、これに
限定されるものではなく、他の液体等を適用する
ことができる。同様に、加熱流体Ｃとしても工場
排ガスに限らず、比較的高温の工場排液等を適用
し得ると共に、被加熱流体Ｄとしても空気に限ら
ず、冷水その他の液体を適用し得ること勿論であ
る。

また、液溜６に貯溜する作動流体Ｂとしては、
上記実施例のように蒸発部１の作動流体Ｂを供給
する場合に限定されるものではなく、液溜６内に
予め一定量の作動流体Ｂを貯溜しておき、その液
面レベルを監視して、これが所定レベル以下とな
つたときに、作動流体Ｂを補充するように構成し
てもよい。

また、上記実施例においては、加熱流体Ｃの供
給量、温度等が変動する場合について説明した
が、被加熱流体Ｄの供給量、温度等が変動して、
作動流体の凝縮液Ｂの温度が変動し、これに応じ
て蒸発部１における蒸気温度が変動する場合であ
つても、その変動を吸収して平滑化することがで
きる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案によれば、蒸発
部及び凝縮部間を連通する蒸気管の途中に作動流
体を貯溜した液溜を配設し、この液溜内の作動流
体に蒸発部で発生した蒸気を導入するように構成
したので、液溜内の作動流体により、蒸発部で発
生する蒸気の温度変動分を吸収して平滑化するこ
とができ、これを凝縮部に供給するので、被加熱
流体の温度を略一定値に維持することができ、こ
のため、被加熱流体を利用する製品又は燃焼効率
等に対する温度変動による悪影響を除去すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、セパレート型熱交換装置を示す概念
図、第２図は、この考案の概念的構成を示す系統
図、第３図は、この考案の一実施例を示す断面
図、第４図は、この考案の動作の説明に供する時
間に対する蒸気温度の関係を示す図である。 １……蒸発部、２……凝縮部、３，３ａ，３ｂ
……蒸気配管、４……凝縮液配管、５……循環ポ
ンプ、Ａ……蒸気、Ｂ……作動流体、Ｃ……加熱
流体、Ｄ……被加熱流体、６……液溜、９……蒸
発管部、１０……凝縮管部、１２……凝縮液タン
ク、１３……連結管、１５……蒸気放出管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排ガス等の加熱流体と接触する蒸発部と、被加
   熱流体と接触する凝縮部とを離間させて配置し、
   両者間を夫々断熱した蒸気管及び凝縮管で連通さ
   せることにより作動流体を循環させるセパレート
   型熱交換装置において、前記蒸気管の途中に作動
   流体を貯溜する液溜を配設し、前記蒸発部で蒸発
   させた前記作動流体の蒸気を前記液溜の作動流体
   中に導入することを特徴とするセパレート型熱交
   換装置の熱交換量平滑化装置。