| 【発明の名称】 |
熱交換方法およびその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】岡本 三郎
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の熱交換管を配列し、それら熱交換管の内外に被加熱流体と加熱流体とを流通せしめて熱交換するに当り、前記した熱交換管の流通方向中間部で前記被加熱流体と加熱流体とを各別に混合してから再び被加熱流体を複数の熱交換管内に分割して導入しそれら熱交換管を混合後の加熱流体によって加熱熱交換することを特徴とする熱交換方法。
【請求項２】 複数の熱交換管を加熱流体または被加熱流体の流入口と流出口の間に配設し、それら熱交換管を一体状に被包収容した収納筒の一端側に被加熱流体の導入口を設けると共に他端側に排出口を設け、しかも上記熱交換管の中間部にそれら熱交換管の中間部を開口させた第１の混合室を形成すると共に前記収納筒の中間部にも該第１の混合室を被包した第２の混合室を設けたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項３】 複数の熱交換管に対して配設された被加熱流体の流入口および流出口と、それら熱交換管を一体状に被包収容した収容筒の導入口および排出口を対向状に設け、熱交換管と収容筒内に逆行流を形成するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱交換方法およびその装置に係り、熱交換機構の効率を高め、しかも清掃や点検、修理や補修などの取扱いを容易とした新しい機構を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】各種流体内において熱交換するための熱交換機構については従来から種々に発表提案されており、本出願人側においても簡易に熱交換機能を更新し有利な熱交換機能を得しめる機構について特願平５−３０８５７３（特開平７−１３９８９１）で、１次流体を導入し且つ排出するようにした熱交換室に２次流体を流通させる熱交換管群を列設したものにおいて、前記熱交換管群の両端部を夫々凝結設定した端板を設け、それら端板において該熱交換管群を一体として上記熱交換室に装脱可能に設けることを提案し、該提案によるときは簡易に熱交換機能を更新し、有利な熱交換機能を得しめることができるメリットを有することは上記出願において明かにされている通りである。
【０００３】なお、このような熱交換設備においては、その熱交換効率を高めることが好ましいことは当然であり、その１次流体と２次流体との流通方向として順行型、逆行型、交叉型などを採用し、また熱交換室の構成や熱交換管の材質、構造などについて種々の提案が重ねられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来のものにおいて、それなりの熱交換効率が得られることは明かであるとしてもより熱交換効率を高めるには素材的、構造的あるいは操作的に高価、煩雑となる不利があり、しかも必ずしも好ましい効率向上を図り得ない不利を有している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記したような従来技術における課題を解消することについて検討を重ね、配列された熱交換管の流通方向中間部に混合室を設けて該管内外の層流関係を変換した流通を図ることにより好ましい熱交換効率の向上を図ることに成功したものであって、以下の如くである。
【０００６】(1) 複数の熱交換管を配列し、それら熱交換管の内外に被加熱流体と加熱流体とを流通せしめて熱交換するに当り、前記した熱交換管の流通方向中間部で前記被加熱流体と加熱流体とを各別に混合してから再び被加熱流体を複数の熱交換管内に分割して導入しそれら熱交換管を混合後の加熱流体によって加熱熱交換することを特徴とする熱交換方法。
【０００７】(2) 複数の熱交換管を加熱流体または被加熱流体の流入口と流出口の間に配設し、それら熱交換管を一体状に被包収容した収納筒の一端側に被加熱流体の導入口を設けると共に他端側に排出口を設け、しかも上記熱交換管の中間部にそれら熱交換管の中間部を開口させた第１の混合室を形成すると共に前記収納筒の中間部にも該第１の混合室を被包した第２の混合室を設けたことを特徴とする熱交換装置。
【０００８】(3) 複数の熱交換管に対して配設された被加熱流体の流入口および流出口と、それら熱交換管を一体状に被包収容した収容筒の導入口および排出口を対向状に設け、熱交換管と収容筒内に逆行流を形成するようにしたことを特徴とする前記（２）項に記載の熱交換装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】上記したような本発明によるものの具体的な実施態様を添附図面に示すものについて説明すると、先ず本発明者は熱交換管を配設し、それら熱交換管内に被加熱流体を通過させつつ熱交換管の周側に加熱流体を送って熱交換させる機構について仔細に検討を重ねた結果によると、加熱流体および被加熱流体が液体または気体の何れであるにしろ熱交換管の内面および外面においては加熱流体と被加熱流体が膜状に層着する傾向を有し、成程それらの流体が全般的には圧送流動せしめられるとしても熱交換管の管壁面においては比較的高度に加熱された被加熱流体、比較的高度に冷却された加熱流体が附着する傾向が認められ、それらによって熱交換作用が相当に停滞する傾向を有するものと推定された。
【００１０】そこで上記のような熱交換作用停滞傾向を解消することについて検討を重ねたが熱交換管壁の内外面における前記したような液体または気体の附着停滞現象を有効に解消するようなことは特に熱交換管群が密接状態に配設されたような条件下において実質的に不可能と言うべきである。そこで熱交換が適度に進行した位置において熱交換管内外の流体を一旦分離状態としてそれぞれを混合操作し、加熱流体および被加熱流体の温度条件を一旦均一化させしめてから再び熱交換管の内外に送入して熱交換を継続せしめることが各流体の流れを適切に図り、しかも比較的簡易な機構改善で好ましい熱交換を図り得るものと推定された。
【００１１】即ち、上記したような技術構想に立脚した本発明による熱交換装置の全般的な構成関係は図１に示すように、複数の熱交換管４を図２に示すように流体通過部１７を残して熱交換管４と直交せしめたスペーサー１６を用いて略一定状態の間隔を保持せしめると共に熱交換管４の端部には図３に示すような区画シール材１５を適宜に設けて組付けると共に係合雄端部１１と係合雌端部１２との間にシール材６を介装して連結し、このような熱交換管４群を図１に示すような収納筒２の端部に形成した拡径部１、１間に設定し、両端拡径部１、１の端面には被加熱流体導入口７とその導出口８とが設けられている。
【００１２】上記のようにして設定される熱交換管４群は図３に示すように流通方向中間部にそれら熱交換管４の中間部を開口させた第１の混合室１３を形成すると共にそれら熱交換管４群を収納した収納筒２の中間部を膨大状に拡径した拡径部２０とすると共に第１の混合室１３との間に第２の混合室１４を形成し、前記被加熱流体導入口７から一方の熱交換管４に導入された被加熱流体を第１混合室１３に放出して混合操作すると共に加熱流体流入口９から流出口１０に流れる加熱流体をも第２混合室１４において混合操作するように成っている。
【００１３】即ち、上記のうよに第１混合室１３において混合された被加熱流体は次いで被加熱流体導出口８に連結した次の熱交換管４に導入されて該導出口８から排出されるが導入口７から第１混合室１３に放出される間の熱交換管４において流入口９から導入された加熱流体により加熱された被加熱流体は熱交換管４の壁内面に沿って加熱効果の高い高温部が流れ、熱交換管４の中心部は加熱効果の低い低温部が流れることとなるが、このような状態で第１混合室１３に放出されることによりそれらの被加熱流体が適当に混合せしめられる。即ち被加熱流体が略一定状態となって第１混合室１３から次の被加熱流体導出口８に通ずる熱交換管４群に送り込まれる。
【００１４】前記した導入口７から第１混合室１３に被加熱流体を送入する間において流入口９から流入し熱交換管４にそって流れる加熱流体は被加熱流体に対する加熱によって熱量の奪われたものとなっており、このようにして冷却化された加熱流体を中心とした加熱流体は前記したような第２混合室１４に達することにより熱交換管４面から分離されてこの第２混合室１４に進入せしめられる。即ち熱交換管４面にそって流れる冷却した加熱流体と熱交換管４面から離れた位置を流れて、冷却化の乏しい加熱流体とが第２混合室１４で混合されてから上述したような第１混合室１３からの混合均一化された被加熱流体を送る導出口８側の熱交換管４群の間に供給されるので、第２混合室１４で混合され熱交換管４面に対する加熱作用の更新された加熱流体が、この混合均一化された被加熱流体に対し効率的な加熱効果を与える。
【００１５】上記したような本発明によるものは各熱交換管４の長さが一般的に半減し、若し、前記したような第１混合室１３、第２混合室１４を更に複合して採用するならば熱効率がより高められ、各熱交換管４の長さが一層短小となる。然して何れにしても熱交換管４の長さが短小化することにより、この種熱交換機構が実用された場合のスケールや水垢などの発生附着を清掃し熱交換機能を更新する際の熱交換管の分解、組立を容易とし、簡易且つ能率的な清掃とそれに伴う機能更新を図らしめる。
【００１６】
【実施例および比較例】
【向流的送入の場合】上記したような本発明によるものの具体的な熱交換処理例について説明すると、長さが１２００mmで、内径が１００mmである収納筒内に内径5.５mmで外径が６mmであるカーボン繊維パイプによる熱交換管を１２１本配設した（伝熱面積2.９６m2) 特開平７−１３９８９１による熱交換機構を用い、２５℃の水道水を被加熱水として毎分１００リットルの割合で送入し、６５℃に加熱された温水を加熱水として毎分同じく１００リットルの割合で向流的に送入して熱交換処理した結果は２8.６〜３1.７℃（平均２9.８℃）に加熱された温水を毎分１００リットル／min の割合で得ることができた。
【００１７】上記のような比較例に対し本発明に従い、同じく長さが１３００mmで、内径が１００mmで中間に内径が８４mmの第１混合室を形成した収納筒内に内外径が上述した比較例と同じで、長さが６００mmであるカーボン繊維パイプを熱交換管として中間に８４mmの第１混合室を介装し２本で長さが１３００mmとされた２本宛の熱交換管群により図３に示したように各熱交換管の端部間に８４mmの間隔を採って対設した第１の混合室１３とその外側に４２mmの間隔を採って形成された第２の混合室１４を形成したもの（伝熱面積は2.９６m2) において、加熱水および被加熱水の供給量および温度を前記比較例と同じとして向流的に送入して熱交換処理した結果は平均３7.５℃に加熱された温水を毎分１００リットルの割合で得ることができ、このような結果は上記した比較例の結果に対し平均２8.５％の熱交換効率向上であることが知られた。
【００１８】
【ステンレスパイプの場合】上記したようなカーボン繊維パイプによるものに対しステンレス鋼パイプを用いた場合の具体的な熱交換処理例について説明すると、長さが１３００mmで、内径が１００mmである収納筒内に内径5.５mmで外径が６mmであるステンレス鋼パイプを配設した収納筒に対しグラスウールを２０mmの厚さに巻いた特開平７−１３９８９１による熱交換機構を用い、２５℃の水道水を被加熱水として毎分１００リットルの割合で送入し、６５℃に加熱された温水を加熱水として毎分同じく１００リットルの割合で向流的に送入して熱交換処理した結果は平均３4.８℃に加熱された温水を毎分１００リットルの割合で得ることができた。
【００１９】また上記のような比較例に対し本発明に従い、前述したような収納筒内に内外径が上述した比較例と同じであるステンレスパイプを熱交換管として長さが６００mmである２本の熱交換管群を図３に示したように各熱交換管の端部間に８４mmの間隔を採って対設した第１の混合室１３とその外側に形成された第２の混合室１４を有するものに同じく厚さ２０mmのグラスウールを巻いた装置で、加熱水および被加熱水の温度および供給量を前記比較例と同じとして向流的に送入して熱交換処理した結果は３6.２℃に加熱された温水を毎分１００リットルの割合で得ることができ、このような結果は前述比較例の結果に対し好ましい熱交換効率向上であることが知られた。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したような本発明によるときは熱交換機能を適切に改善し、好ましい熱交換効率向上を的確に図り、しかも熱交換管を短小化して該熱交換機構の熱交換機能を平易に更新し得るなどの効果を有しており、工業的にその効果の大きい発明である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９３１３６６５０
【氏名又は名称】株式会社共立
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】白川 一一
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１０８５６８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月２３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２８９２６５ |
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