(57)【要約】【課題】熱交換器において、容器内における蒸気通路を適正に確保してエロージョンの発生を防止して熱交換効率の向上を図る。【解決手段】中空形状をなして水平方向沿って長い密閉容器１１と、密閉容器１１における長手方向の一端部に区画されて入口２７を有する流入室１２と、密閉容器１１における長手方向の一端部に区画されて出口２８を有する流出室１３と、密閉容器１１の内部に収容されて一端部が流入室１２に連通して他端部が流出室１３に連通するＵ字形状をなす複数の伝熱管１４と、密閉容器１１の内部に蒸気を供給する供給口１５と、密閉容器１１の内部の蒸気及び水を排出する排出口１６と、密閉容器１１の内部に長手方向に所定間隔で配置される複数の邪魔板１７と、各邪魔板１７における下方に設けられる複数のドレン開口１８と、複数の邪魔板１７における側方に長手方向に対して左右交互に設けられる複数の蒸気開口１９，２０とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状をなして水平方向に沿って長い密閉容器と、
前記密閉容器における長手方向の一端部に区画されて流体入口を有する流入室と、
前記密閉容器における長手方向の一端部に区画されて流体出口を有する流出室と、
前記密閉容器の内部に設けられて一端部が前記流入室に連通して他端部が前記流出室に連通するＵ字形状をなす複数の伝熱管と、
前記密閉容器の内部に蒸気を供給する蒸気供給口と、
前記密閉容器の内部の蒸気及び水を排出する蒸気排出口と、
前記密閉容器の内部に長手方向に所定間隔で配置される複数の邪魔板と、
前記複数の邪魔板における下方に設けられる複数のドレン開口と、
前記複数の邪魔板における側方に長手方向に対して左右交互に設けられる複数の蒸気開口と、
を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記蒸気開口と前記ドレン開口は、前記邪魔板の一部が切り欠かれて形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記蒸気開口の開口面積が前記ドレン開口の開口面積より大きく形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記邪魔板は、下部に前記ドレン開口が形成されると共に、上部に前記ドレン開口と同形状をなす開口が形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記複数の邪魔板は、支持ロッドにより互いに連結されると共に、前記支持ロッドにより前記流入室及び前記流出室との隔壁に支持されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記伝熱管は、前記邪魔板に形成された貫通孔に貫通すると共に、前記貫通孔の内面との間に所定隙間が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体と蒸気との間で熱交換を行う熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された熱交換器は、シェル内を二次冷媒が流通するための通路部分が設けられるように複数の邪魔板で区切り、二次冷媒の通路部分を除いて各邪魔板とシェルとの間の隙間をリップシールにより閉塞すると共に、Ｕ字形伝熱管に軸方向に沿って延びるフィンを密接する状態で固定したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０８８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の熱交換器では、低温液体が上部の入口から供給されてＵ字形伝熱管内を流通する一方、二次冷媒が入口から供給されシェル内の通路を流通し、このとき、二次冷媒の熱がフィンから邪魔板を介してＵ字形伝熱管の低温液体に伝達して加熱される。この場合、シェルは、内部に複数の邪魔板が上下交互に順に固定されていることから、二次冷媒の通路は、上下に波形をなすように形成される。即ち、二次冷媒の通路は、シェルにて、邪魔板の上方開口と下方開口を順に通過するように構成される。
【０００５】
上述した二次冷媒は、一般に蒸気であることから、Ｕ字形の伝熱管内の低温液体を加熱することで、熱が奪われて冷却され、その一部がドレン水となり、下部の出口から蒸気と共に排出される。ところが、蒸気が冷却されて発生するドレン水が増加すると、シェル内の下部を流れるドレン水の液面が上昇し、邪魔板の下方開口の多くを閉塞してしまい、二次冷媒（蒸気）の流れを阻害してしまう。邪魔板の下方開口の面積が小さくなると、邪魔板の下方開口を流れる二次冷媒の流速が早くなり、この邪魔板や伝熱管にエロージョンが発生してしまう。また、二次冷媒と低温液体との接触が不十分となり、熱交換効率が低下してしまう。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、容器内における蒸気通路を適正に確保してエロージョンの発生を防止して熱交換効率の向上を図る熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の熱交換器は、中空形状をなして水平方向に沿って長い密閉容器と、前記密閉容器における長手方向の一端部に区画されて流体入口を有する流入室と、前記密閉容器における長手方向の一端部に区画されて流体出口を有する流出室と、前記密閉容器の内部に設けられて一端部が前記流入室に連通して他端部が前記流出室に連通するＵ字形状をなす複数の伝熱管と、前記密閉容器の内部に蒸気を供給する蒸気供給口と、前記密閉容器の内部の蒸気及び水を排出する蒸気排出口と、前記密閉容器の内部に長手方向に所定間隔で配置される複数の邪魔板と、前記複数の邪魔板における下方に設けられる複数のドレン開口と、前記複数の邪魔板における側方に長手方向に対して左右交互に設けられる複数の蒸気開口と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
従って、流体は、流体入口から流入室を通って複数の伝熱管内に流入する一方、蒸気は、蒸気供給口から密閉容器内に供給され、複数の邪魔板により形成された複数の蒸気開口を通って流動するとき、この蒸気と各伝熱管内の流体との間で熱交換が行われる。そして、熱交換した流体は、各伝熱管から流出室を通って流体出口から排出される一方、蒸気は、一部が水となり、複数のドレン開口を通って流れ、蒸気排出口から排出される。このとき、ドレン開口が邪魔板の下方に設けられ、蒸気開口が邪魔板における側方に長手方向に対して左右交互に設けられていることから、水がドレン開口を流れて閉塞しても、蒸気は各蒸気開口を通って適正に流れることができ、流速の上昇が防止される。その結果、密閉容器内における蒸気通路を適正に確保し、エロージョンの発生を防止して熱交換効率を向上することができる。
【０００９】
本発明の熱交換器では、前記蒸気開口と前記ドレン開口は、前記邪魔板の一部が切り欠かれて形成されることを特徴としている。
【００１０】
従って、邪魔板の一部を切り欠いて蒸気開口とドレン開口を形成することで、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００１１】
本発明の熱交換器では、前記蒸気開口の開口面積が前記ドレン開口の開口面積より大きく形成されることを特徴としている。
【００１２】
従って、十分な蒸気開口の開口面積を確保することで、蒸気の流速の上昇を防止して密閉容器内における蒸気の安定した流れを確保することができる。また、ドレン開口の開口面積を小さくすることで、ドレン開口における蒸気の流れを抑制し、この点でも密閉容器内における蒸気の安定した流れを確保することができる。
【００１３】
本発明の熱交換器では、前記邪魔板は、下部に前記ドレン開口が形成されると共に、上部に前記ドレン開口と同形状をなす開口が形成されることを特徴としている。
【００１４】
従って、邪魔板の形状を上下対称とすることで、上下方向における邪魔板の取付方向の間違いをなくすことで、作業性を向上することができる。
【００１５】
本発明の熱交換器では、前記複数の邪魔板は、支持ロッドにより互いに連結されると共に、前記支持ロッドにより前記流入室及び前記流出室との隔壁に支持されることを特徴としている。
【００１６】
従って、邪魔板を密閉容器内に安定して支持することができる。
【００１７】
本発明の熱交換器では、前記伝熱管は、前記邪魔板に形成された貫通孔に貫通すると共に、前記貫通孔の内面との間に所定隙間が設けられることを特徴としている。
【００１８】
従って、伝熱管と貫通孔との間に所定隙間を設けることで、伝熱管の熱膨張に対してこの伝熱管の変形や破損を防止して耐久性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の熱交換器によれば、密閉容器の内部に長手方向に所定間隔で複数の邪魔板を配置し、各邪魔板における下方にドレン開口を設けると共に、邪魔板における側方に長手方向に対して左右交互に複数の蒸気開口を設けるので、水がドレン開口を流れて閉塞しても、蒸気は各蒸気開口を通って適正に流れることができ、密閉容器内における蒸気通路を適正に確保し、エロージョンの発生を防止して熱交換効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る熱交換器を表す縦断面図である。
【図２】図２は、本実施例の熱交換器を表す水平断面図である。
【図３】図３は、図１のIII−III断面図である。
【図４】図４は、図１のIV−IV断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明の一実施例に係る熱交換器を表す縦断面図、図２は、本実施例の熱交換器を表す水平断面図、図３は、図１のIII−III断面図、図４は、図１のIV−IV断面図である。
【００２３】
本実施例の熱交換器は、図１から図４に示すように、密閉容器１１と、流入室１２と、流出室１３と、複数の伝熱管１４と、供給口（蒸気供給口）１５と、排出口（蒸気排出口）１６と、複数の邪魔板１７と、複数のドレン開口１８と、複数の蒸気開口１９，２０とを有している。
【００２４】
密閉容器１１は、中空をなして水平方向に沿って長い横置きに配置され、長手方向における各端部が閉塞した円筒密閉形状をなしている。この密閉容器１１は、容器本体２１と、内部に対して流体としての水の給排を行う給排容器２２とが密着し、複数のボルト２３及び複数のナット２４により一体に締結されている。給排容器２２は、密閉容器１１における長手方向の一端部に配置されており、内部が仕切壁２５により流入室１２と流出室１３に区画されている。この仕切壁２５は、給排容器２２の内部にて、上部から垂下して水平方向に直角に屈曲した後に容器本体２１の隔壁２６に連結されており、給排容器２２を上下に２分割することで、内部を下方の流入室１２と上方の流出室１３に区画している。
【００２５】
また、流入室１２は、下部に流体としての水を流入するための入口（流体入口）２７が設けられ、流出室１３は、上部に流体としての水を排出する出口（流体出口）２８が設けられている。
【００２６】
容器本体２１は、内部にＵ字形状をなす複数の伝熱管１４が収容されている。この複数の伝熱管１４は、一端部及び他端部が隔壁２６に形成された支持孔に嵌合して支持されており、一端部が流入室１２に連通、他端部が流出室１３に連通している。また、容器本体２１は、給排容器２２側の上部に、この容器本体２１内に蒸気を供給する供給口１５が設けられると共に、給排容器２２側とは反対側の下部に、この容器本体２１内の蒸気や発生したドレン水を排出する排出口１６が設けられている。
【００２７】
従って、入口２７から流入室１２に流入した水は、複数の伝熱管１４の一端部側から入り、この複数の伝熱管１４内をＵ字状に流れた後、他端部から流出室１３に排出され、出口２８から外部に排出される。一方、供給口１５から給排容器２２内に供給された蒸気は、給排容器２２の長手方向に流れた後、排出口１６から外部に排出される。このとき、蒸気と複数の伝熱管１４内の水との間で熱交換が行われ、各伝熱管１４内の水が加熱される一方、蒸気が冷却されて一部がドレン水となり、蒸気と共に排出口１６から外部に排出される。
【００２８】
容器本体２１の内部に収容された複数の伝熱管１４は、複数（本実施例では、３個）の邪魔板１７により支持されている。この複数の邪魔板１７は、容器本体２１内で長手方向に所定間隔に配置されており、複数の支持ロッド３１により互いに連結されると共に、この各支持ロッド３１により隔壁２６に連結されて支持されている。また、各邪魔板１７は、各伝熱管１４に対応して複数の貫通孔３２が形成されており、各伝熱管１４は、この邪魔板１７に形成された貫通孔３２を貫通している。この場合、伝熱管１４の外面と貫通孔３２の内面との間には、所定隙間が設けられており、伝熱管１４の熱伸びに対して邪魔板１７が対応可能となっている。
【００２９】
各邪魔板１７は、下方にドレン開口１８がそれぞれ設けられている。このドレン開口１８は、邪魔板１７の一部（下部）を切り欠くことで形成しており、三日月形状をなしている。なお、各邪魔板１７は、上方にこのドレン開口１８と同形状をなす開口３３がそれぞれ設けられている。この開口３３は、邪魔板１７の一部（上部）を切り欠くことで形成しており、三日月形状をなしている。即ち、邪魔板１７は、下部にドレン開口１８が形成される一方、上部にドレン開口１８と同形状をなす開口３３が形成されており、上下で対称形状となっている。そのため、容器本体２１内に邪魔板１７を取付けるとき、上下に関係なく配置することができ、装着性を向上することができる。
【００３０】
また、複数の邪魔板１７は、側方に蒸気開口１９，２０が設けられており、この蒸気開口１９，２０は、容器本体２１の長手方向に対して左右交互に設けられている。即ち、邪魔板１７は、蒸気開口１９を有する邪魔板１７と、蒸気開口２０を有する邪魔板１７があり、蒸気開口１９を有する邪魔板１７と蒸気開口２０を有する邪魔板１７が容器本体２１の長手方向に交互に配置されている。この場合、各蒸気開口１９，２０は、邪魔板１７の側部（一部）を切り欠くことで形成されており、略矩形形状をなしている。
【００３１】
この各蒸気開口１９，２０は、その開口面積が各ドレン開口１８の開口面積より大きく形成されている。
【００３２】
また、容器本体２１は、内部にて、供給口１５の下方に対向する位置に緩衝板３４が設けられている。この緩衝板３４は、供給口１５から供給される蒸気が伝熱管１４に直接接触してないようにすることで、伝熱管１４のエロージョンを防止している。
【００３３】
ここで、本実施例の熱交換器における作用を説明する。
【００３４】
水は、入口２７から流入室１２に流入した後、複数の伝熱管１４内を流れて流出室１３に流出し、出口２８から外部に排出される。一方、蒸気は、供給口１５から給排容器２２内に供給された後、給排容器２２内を長手方向に流れる。このとき、給排容器２２内にて、蒸気が給排容器２２内を各伝熱管１４に沿って流れることで、この蒸気と各伝熱管１４内を流れる水との間で熱交換が行われる。本実施例では、蒸気開口１９と蒸気開口２０とが容器本体２１の長手方向に対して左右交互に設けられていることから、給排容器２２内の蒸気は、邪魔板１７の蒸気開口１９、邪魔板１７の蒸気開口２０、邪魔板１７の蒸気開口１９と流れる。即ち、給排容器２２内における蒸気の通路が長くなり、水との熱交換効率が向上する。
【００３５】
そして、各伝熱管１４内を流れる水は、蒸気により加熱される一方、給排容器２２内を流れる蒸気は、伝熱管１４内を流れる水により冷却され、一部がドレン水となり、蒸気とこのドレン水が排出口１６から排出される。このとき、発生したドレン水は、給排容器２２の下部を流れ、各ドレン開口１８を通って排出口１６に流れる。本実施例では、各蒸気開口１９，２０が邪魔板１７の側方に設けられていることから、ドレン水が増加しても各蒸気開口１９，２０を閉塞することはなく、ドレン水が蒸気の流れを阻害することはない。
【００３６】
このように本実施例の熱交換器にあっては、中空形状をなして水平方向に沿って長い密閉容器１１と、密閉容器１１における長手方向の一端部に区画されて入口２７を有する流入室１２と、密閉容器１１における長手方向の一端部に区画されて出口２８を有する流出室１３と、密閉容器１１の内部に収容されて一端部が流入室１２に連通して他端部が流出室１３に連通するＵ字形状をなす複数の伝熱管１４と、密閉容器１１の内部に蒸気を供給する供給口１５と、密閉容器１１の内部の蒸気及び水を排出する排出口１６と、密閉容器１１の内部に長手方向に所定間隔で配置される複数の邪魔板１７と、各邪魔板１７における下方に設けられる複数のドレン開口１８と、複数の邪魔板１７における側方に長手方向に対して左右交互に設けられる複数の蒸気開口１９，２０とを設けている。
【００３７】
従って、水は、入口２７から流入室１２を通って複数の伝熱管１４内に流入する一方、蒸気は、供給口１５から密閉容器１１内に供給され、複数の邪魔板１７により形成された複数の蒸気開口１９，２０を通って流動するとき、この蒸気と各伝熱管１４内の水との間で熱交換が行われる。そして、熱交換した水は、各伝熱管１４から流出室１３を通って出口２８から排出される一方、蒸気は、一部が水となり、複数のドレン開口１８を通って流れ、排出口１６から排出される。このとき、ドレン開口１８が邪魔板１７の下方に設けられ、蒸気開口１９，２０が邪魔板１７における側方に長手方向に対して左右交互に設けられていることから、水がドレン開口１８を流れて閉塞しても、蒸気は各蒸気開口１９，２０を通って適正に流れることができ、流速の上昇が防止される。その結果、密閉容器１１内における蒸気通路を適正に確保し、エロージョンの発生を防止して熱交換効率を向上することができる。
【００３８】
本実施例の熱交換器では、邪魔板１７の一部を切り欠いて蒸気開口１９，２０とドレン開口１８を形成している。従って、邪魔板１７の一部を切り欠くだけで蒸気開口１９，２０とドレン開口１８を形成することができ、密閉容器１１（容器本体２１）側の構造を変更する必要はなく、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００３９】
本実施例の熱交換器では、蒸気開口１９，２０の開口面積をドレン開口１８の開口面積より大きく形成している。従って、十分に開口面積の大きい蒸気開口１９，２０を確保することで、蒸気の流速の上昇を防止して密閉容器１１内における蒸気の安定した流れを確保することができる。また、ドレン開口１８の開口面積を小さくすることで、ドレン開口１８における蒸気の流れを抑制し、この点でも、蒸気の流速の上昇を防止して密閉容器１１内における蒸気の安定した流れを確保することができる。
【００４０】
本実施例の熱交換器では、邪魔板１７の下部にドレン開口１８を形成すると共に、上部にドレン開口１８と同形状をなす開口３３を形成している。従って、邪魔板１７の形状を上下対称とすることで、上下方向における邪魔板１７の取付の間違いをなくすことで、作業性を向上することができる。この場合、蒸気開口１９，２０を上下で対称形状としており、この点でも、邪魔板１７の形状を上下対称とし、上下方向における邪魔板１７の取付の間違いをなくすことができる。
【００４１】
本実施例の熱交換器では、複数の邪魔板１７を複数の支持ロッド３１により互いに連結すると共に、この支持ロッド３１により隔壁２６に支持している。従って、複数の邪魔板１７を密閉容器１１内に安定して支持することができる。
【００４２】
本実施例の熱交換器では、伝熱管１４を邪魔板１７に形成された貫通孔３２に貫通すると共に、貫通孔３２の内面との間に所定隙間を設けている。従って、蒸気により伝熱管１４や邪魔板１７が加熱されて互いに熱伸びするが、両者の間に所定隙間を設けられているため、伝熱管１４と邪魔板１７との熱伸び差が吸収され、伝熱管１４の変形や破損を防止して耐久性を向上することができる。
【００４３】
なお、上述した実施例では、邪魔板１７の下方にドレン開口１８を設け、上方にこのドレン開口１８と同形状をなす開口３３を設けることで、邪魔板１７を上下で対称形状としたが、邪魔板１７の下方にドレン開口１８を設けるだけで、上方の開口３３をなくしてもよい。また、邪魔板１７の側方に蒸気開口１９，２０を設け、この蒸気開口１９，２０を上下で対称形状としたが、邪魔板における蒸気開口の位置は、側方における上方または下方にずれていてもよい。また、蒸気開口を複数に分割して設けてもよい。更に、蒸気開口１９，２０を１つずつ左右交互に設けたが、２個（複数）ずつ左右交互に設けてもよい。
【００４４】
また、上述した実施例にて、流入室１２、流出室１３、伝熱管１４、蒸気供給口１５、蒸気排出口１６などの形状は、説明した形状に限定されるものではない。例えば、密閉容器１１の長手方向における一端部側に流入室１２を設け、他端部側に流出室１３を設け、直線形状の伝熱管１４の一端部側を流入室１２に連通し、他端部を流出室１３に連通してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１１  密閉容器
１２  流入室
１３  流出室
１４  伝熱管
１５  蒸気供給口
１６  蒸気排出口
１７  邪魔板
１８  ドレン開口
１９，２０  蒸気開口
２１  容器本体
２２  給排容器
２５  仕切壁
２６  隔壁
２７  入口（流体入口）
２８  出口（流体出口）
３１  支持ロッド
３２  貫通孔
３３  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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