JP2000121283A - 熱交換器及び熱搬送システム - Google Patents
熱交換器及び熱搬送システムInfo
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- JP2000121283A JP2000121283A JP10290320A JP29032098A JP2000121283A JP 2000121283 A JP2000121283 A JP 2000121283A JP 10290320 A JP10290320 A JP 10290320A JP 29032098 A JP29032098 A JP 29032098A JP 2000121283 A JP2000121283 A JP 2000121283A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 摩擦抵抗を低減する界面活性剤を添加した水
溶液を熱搬送媒体に用いた場合でも、熱交換時の伝熱特
性を低下させない熱交換器及びそれを用いた熱搬送シス
テムを提供する。 【解決手段】 摩擦抵抗を低減する界面活性剤を添加し
た水溶液を熱搬送媒体に用いる熱交換器であって、伝熱
管１２の熱交換部１３の手前で超音波発信部１６から熱
搬送媒体に超音波を照射し、伝熱管１２内に熱搬送媒体
を流動させ、熱搬送媒体から熱交換を行う。
溶液を熱搬送媒体に用いた場合でも、熱交換時の伝熱特
性を低下させない熱交換器及びそれを用いた熱搬送シス
テムを提供する。 【解決手段】 摩擦抵抗を低減する界面活性剤を添加し
た水溶液を熱搬送媒体に用いる熱交換器であって、伝熱
管１２の熱交換部１３の手前で超音波発信部１６から熱
搬送媒体に超音波を照射し、伝熱管１２内に熱搬送媒体
を流動させ、熱搬送媒体から熱交換を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器及びそれ
を用いた熱搬送システムに関し、特に、摩擦抵抗を低減
する界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体に用いる
熱交換器及びそれを用いた熱搬送システムに関するもの
である。
を用いた熱搬送システムに関し、特に、摩擦抵抗を低減
する界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体に用いる
熱交換器及びそれを用いた熱搬送システムに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の地域冷暖房システムにおいて、熱
搬送媒体である水を熱供給側プラントから熱利用側プラ
ントであるビルまで循環させるための配管の長さは、数
ｋｍ以上になり、その水搬送動力は、かなり大きくな
る。このため、水を搬送するために使用されるコスト
は、地域冷暖房システムのランニングコストに占める電
気代の約６０％〜７０％を占めている。
搬送媒体である水を熱供給側プラントから熱利用側プラ
ントであるビルまで循環させるための配管の長さは、数
ｋｍ以上になり、その水搬送動力は、かなり大きくな
る。このため、水を搬送するために使用されるコスト
は、地域冷暖房システムのランニングコストに占める電
気代の約６０％〜７０％を占めている。
【０００３】最近、この水搬送動力を低減させる有効な
方法として、粘弾性を示す界面活性剤を添加した水溶液
を熱搬送媒体に用い、配管内の流動摩擦抵抗を著しく低
減させる方法が提案されている。
方法として、粘弾性を示す界面活性剤を添加した水溶液
を熱搬送媒体に用い、配管内の流動摩擦抵抗を著しく低
減させる方法が提案されている。
【０００４】上記の流動摩擦抵抗の低減効果は、以下に
起因するといわれている。すなわち、配管内を流動する
水に所定の陽イオン性界面活性剤とサリチル酸ナトリウ
ム等の対イオンを数１０〜数１０００ｐｐｍ溶解させる
と、界面活性剤は、水中で疎水基部を中心にして外周に
親水基部を配置してミセル（会合体）を形成し、そのミ
セルが、棒状の形態をなして高次に絡まり、粘弾性を示
すといわれている。
起因するといわれている。すなわち、配管内を流動する
水に所定の陽イオン性界面活性剤とサリチル酸ナトリウ
ム等の対イオンを数１０〜数１０００ｐｐｍ溶解させる
と、界面活性剤は、水中で疎水基部を中心にして外周に
親水基部を配置してミセル（会合体）を形成し、そのミ
セルが、棒状の形態をなして高次に絡まり、粘弾性を示
すといわれている。
【０００５】このような特性を示す界面活性剤及び水搬
送配管内の摩擦低減方法として、例えば、特公平３−７
６３６０号公報、特公平４−６２３１号公報、特公平５
−４７５３４号公報、特開平８−３１１４３１号公報等
に開示されるものがある。
送配管内の摩擦低減方法として、例えば、特公平３−７
６３６０号公報、特公平４−６２３１号公報、特公平５
−４７５３４号公報、特開平８−３１１４３１号公報等
に開示されるものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
界面活性剤を添加した水溶液の特性として、流動摩擦抵
抗の減少とともに、伝熱特性が低下することが知られて
いる。このため、上記の界面活性剤を添加した水溶液を
地域冷暖房システムやビル空調システム等の熱搬送シス
テムに利用した場合、流動摩擦抵抗の減少により水搬送
動力が削減され、省エネルギー型熱搬送システムを構築
することができるが、熱供給側プラント及び熱利用側プ
ラントの空調機内にそれぞれ設置されている熱交換器で
の伝熱性能が低下する。この結果、界面活性剤を添加し
た水溶液を用いた熱搬送システムでは、界面活性剤を添
加していない従来の水又は配管等の機器材料の腐食を防
止する添加物を溶解した水溶液を熱搬送媒体に用いた熱
搬送システムと比較して、熱供給側プラント及び熱利用
側プラント内の熱交換器の伝熱部分の面積が大きくな
り、熱交換器が大型化するという問題があった。
界面活性剤を添加した水溶液の特性として、流動摩擦抵
抗の減少とともに、伝熱特性が低下することが知られて
いる。このため、上記の界面活性剤を添加した水溶液を
地域冷暖房システムやビル空調システム等の熱搬送シス
テムに利用した場合、流動摩擦抵抗の減少により水搬送
動力が削減され、省エネルギー型熱搬送システムを構築
することができるが、熱供給側プラント及び熱利用側プ
ラントの空調機内にそれぞれ設置されている熱交換器で
の伝熱性能が低下する。この結果、界面活性剤を添加し
た水溶液を用いた熱搬送システムでは、界面活性剤を添
加していない従来の水又は配管等の機器材料の腐食を防
止する添加物を溶解した水溶液を熱搬送媒体に用いた熱
搬送システムと比較して、熱供給側プラント及び熱利用
側プラント内の熱交換器の伝熱部分の面積が大きくな
り、熱交換器が大型化するという問題があった。
【０００７】本発明の課題は、摩擦抵抗を低減する界面
活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体に用いた場合で
も、配管での摩擦抵抗を低減させたままで、熱交換時の
伝熱特性を低下させない熱交換器及びそれを用いた熱搬
送システムを提供することである。
活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体に用いた場合で
も、配管での摩擦抵抗を低減させたままで、熱交換時の
伝熱特性を低下させない熱交換器及びそれを用いた熱搬
送システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を行い、種々の実験を行った結果、界面活性剤を添加し
た水溶液の伝熱性能は、熱交換器に備えられる伝熱管の
熱交換を行う部分に流入する前の熱搬送媒体の流れの乱
れ状態により大きく変化することを見出し、さらに、非
破壊検査、振動、洗浄、撹拌等に工業的に幅広く応用さ
れる超音波（一般的に周波数が１６００Ｈｚ以上の音
波）の激しい振動に着目し、本発明を完成するに至っ
た。
を行い、種々の実験を行った結果、界面活性剤を添加し
た水溶液の伝熱性能は、熱交換器に備えられる伝熱管の
熱交換を行う部分に流入する前の熱搬送媒体の流れの乱
れ状態により大きく変化することを見出し、さらに、非
破壊検査、振動、洗浄、撹拌等に工業的に幅広く応用さ
れる超音波（一般的に周波数が１６００Ｈｚ以上の音
波）の激しい振動に着目し、本発明を完成するに至っ
た。
【０００９】すなわち、本発明の熱交換器は、摩擦抵抗
を低減する界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体に
用いる熱交換器であって、前記熱搬送媒体を流動させ、
前記熱搬送媒体から熱交換を行うための伝熱管と、前記
伝熱管の熱交換を行う部分の手前で前記熱搬送媒体に超
音波を照射する超音波照射手段とを備えるものである。
を低減する界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体に
用いる熱交換器であって、前記熱搬送媒体を流動させ、
前記熱搬送媒体から熱交換を行うための伝熱管と、前記
伝熱管の熱交換を行う部分の手前で前記熱搬送媒体に超
音波を照射する超音波照射手段とを備えるものである。
【００１０】また、前記超音波照射手段は、超音波を発
信する超音波発信部を備え、前記超音波発信部は、前記
伝熱管に設けられた挿入口に挿入され、前記熱搬送媒体
に直接超音波を照射することが好ましい。
信する超音波発信部を備え、前記超音波発信部は、前記
伝熱管に設けられた挿入口に挿入され、前記熱搬送媒体
に直接超音波を照射することが好ましい。
【００１１】また、本発明の熱搬送システムは、摩擦抵
抗を低減する界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体
に用いる熱搬送システムであって、前記熱搬送媒体に熱
を供給する熱供給側プラントと、前記熱搬送媒体の熱を
利用する熱利用側プラントと、前記熱供給側プラントと
前記熱利用側プラントとの間で前記熱搬送媒体を循環さ
せる配管とを備え、前記熱供給側プラント及び前記熱利
用側プラントの少なくとも一方は、前記配管を介して搬
送される前記熱搬送媒体を加熱又は冷却する上記いずれ
かの熱交換器を備えるものである。
抗を低減する界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒体
に用いる熱搬送システムであって、前記熱搬送媒体に熱
を供給する熱供給側プラントと、前記熱搬送媒体の熱を
利用する熱利用側プラントと、前記熱供給側プラントと
前記熱利用側プラントとの間で前記熱搬送媒体を循環さ
せる配管とを備え、前記熱供給側プラント及び前記熱利
用側プラントの少なくとも一方は、前記配管を介して搬
送される前記熱搬送媒体を加熱又は冷却する上記いずれ
かの熱交換器を備えるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の熱
交換器を備えた熱搬送システムについて図面を参照しな
がら説明する。図１は、本発明の一実施の形態の熱交換
器を備えた熱搬送システムの構成を示す図である。な
お、以下の説明では、ビル等の空調を行う空調システム
を例に説明するが、本発明の熱搬送システムは、この例
に特に限定されず、地域冷暖房システム、ごみ焼却場、
工場等の排熱システム、河川水、海水、下水処理水等の
温度差エネルギーを利用した熱利用システム等に同様に
適用することができる。
交換器を備えた熱搬送システムについて図面を参照しな
がら説明する。図１は、本発明の一実施の形態の熱交換
器を備えた熱搬送システムの構成を示す図である。な
お、以下の説明では、ビル等の空調を行う空調システム
を例に説明するが、本発明の熱搬送システムは、この例
に特に限定されず、地域冷暖房システム、ごみ焼却場、
工場等の排熱システム、河川水、海水、下水処理水等の
温度差エネルギーを利用した熱利用システム等に同様に
適用することができる。
【００１３】図１に示すように、熱搬送システムは、熱
供給側プラント１、ビル等の熱利用側プラント２、配管
３を備える。熱供給側プラント１は、冷凍機４を備え
る。配管３の内部には、摩擦抵抗を低減させる特性を有
する陽イオン系界面活性剤を添加した水溶液である熱搬
送媒体が流れ、熱搬送媒体は、冷凍機４の内部で冷却さ
れ、熱供給側プラント１から熱利用側プラント２へ搬送
される。冷却された熱搬送媒体は、熱利用側プラント２
で冷房の冷熱として利用され、その後、加熱された熱搬
送媒体が再び熱供給側プラント１に搬送され、熱供給側
プラント１と熱利用側プラント２との間を循環する。
供給側プラント１、ビル等の熱利用側プラント２、配管
３を備える。熱供給側プラント１は、冷凍機４を備え
る。配管３の内部には、摩擦抵抗を低減させる特性を有
する陽イオン系界面活性剤を添加した水溶液である熱搬
送媒体が流れ、熱搬送媒体は、冷凍機４の内部で冷却さ
れ、熱供給側プラント１から熱利用側プラント２へ搬送
される。冷却された熱搬送媒体は、熱利用側プラント２
で冷房の冷熱として利用され、その後、加熱された熱搬
送媒体が再び熱供給側プラント１に搬送され、熱供給側
プラント１と熱利用側プラント２との間を循環する。
【００１４】次に、冷凍機４の内部に備えられる熱交換
器について詳細に説明する。図２は、冷凍機４の内部に
備えられる熱交換器の構造を示す一部断面斜視図であ
る。
器について詳細に説明する。図２は、冷凍機４の内部に
備えられる熱交換器の構造を示す一部断面斜視図であ
る。
【００１５】冷凍機内で発生する冷熱を熱搬送媒体に伝
達する部分は、一般に蒸発器と呼ばれ、その内部には、
シェルアンドチューブ型熱交換器である熱交換器が備え
られる。図２に示すように、熱交換器１０は、シェル１
１、伝熱管１２を備える。熱交換器１０のシェル１１内
は、減圧下に保持され、多数の伝熱管１２が一定方向に
平行に設置されている。熱搬送媒体は、各伝熱管１２の
内部を連続的に流動し、シェル１１内では、吸収式冷凍
機の場合には水が、電動式ターボ冷凍機の場合にはフロ
ン液がそれぞれ、連続的に噴水され、水又はフロン液が
伝熱管１２の外側をたれ落ちながら蒸発（気化）する。
伝熱管１２内の熱搬送媒体は、このときの気化熱により
冷却される。冷却された熱搬送媒体は、伝熱管１１に繋
がる配管３を介してポンプ（図示省略）により熱利用側
プラント２の熱交換器に供給され、熱利用側プラント２
で冷房用の冷熱として利用される。
達する部分は、一般に蒸発器と呼ばれ、その内部には、
シェルアンドチューブ型熱交換器である熱交換器が備え
られる。図２に示すように、熱交換器１０は、シェル１
１、伝熱管１２を備える。熱交換器１０のシェル１１内
は、減圧下に保持され、多数の伝熱管１２が一定方向に
平行に設置されている。熱搬送媒体は、各伝熱管１２の
内部を連続的に流動し、シェル１１内では、吸収式冷凍
機の場合には水が、電動式ターボ冷凍機の場合にはフロ
ン液がそれぞれ、連続的に噴水され、水又はフロン液が
伝熱管１２の外側をたれ落ちながら蒸発（気化）する。
伝熱管１２内の熱搬送媒体は、このときの気化熱により
冷却される。冷却された熱搬送媒体は、伝熱管１１に繋
がる配管３を介してポンプ（図示省略）により熱利用側
プラント２の熱交換器に供給され、熱利用側プラント２
で冷房用の冷熱として利用される。
【００１６】次に、熱交換器に備えられる伝熱管及び超
音波発信器について詳細に説明する。図３は、図２に熱
交換器に備えられる超音波発信器の伝熱管への取り付け
状態を示す模式図である。なお、伝熱管の外周には、通
常の伝熱管と同様に放熱用のフィン等が設けられている
が、簡略化のため、図示及び説明を省略する。
音波発信器について詳細に説明する。図３は、図２に熱
交換器に備えられる超音波発信器の伝熱管への取り付け
状態を示す模式図である。なお、伝熱管の外周には、通
常の伝熱管と同様に放熱用のフィン等が設けられている
が、簡略化のため、図示及び説明を省略する。
【００１７】図３に示すように、伝熱管１２には、伝熱
管１２の熱交換部１３の手前に挿入口１４が設けられ、
超音波発信器１５の棒状の超音波発信部１６が挿入口１
４に挿入される。この状態で、超音波発信部１６から熱
搬送媒体に超音波が照射され、熱搬送媒体の伝熱性能が
改善される。これは、以下の理由によるものと推定され
る。
管１２の熱交換部１３の手前に挿入口１４が設けられ、
超音波発信器１５の棒状の超音波発信部１６が挿入口１
４に挿入される。この状態で、超音波発信部１６から熱
搬送媒体に超音波が照射され、熱搬送媒体の伝熱性能が
改善される。これは、以下の理由によるものと推定され
る。
【００１８】一般に、界面活性剤を添加した水溶液で
は、疎水基部と親水基部からなる界面活性剤が、疎水基
部を中心に外周を親水基部が取り巻くように自己集合し
て棒状ミセルを形成し、この棒状ミセルが高次に絡まる
ことにより粘弾性を示す。しかしながら、超音波による
微振動を受けている状態では、ミセルの絡まりが解きほ
ぐされ、その結果、粘弾性は発現しなくなる。この状態
は、超音波を受けた後も数秒間は継続するが、その後さ
らに超音波を受けなければ、界面活性剤の分子は、再び
自己集合して棒状ミセルを生成し、粘弾性が復活する。
一方、一般的な冷凍機内の熱交換器における熱搬送媒体
の滞留時間は、数十秒間であるため、熱交換器の伝熱管
の熱交換部の手前で熱搬送媒体に超音波を照射すれば、
ミセルの絡まりが解きほぐされた状態のまま熱交換器内
を通過し、その後、再びミセルの絡まりが発生して粘弾
性が復活することになる。このため、熱搬送媒体は、熱
交換器内では伝熱性能を低下させる粘弾性状態ではなく
なり、伝熱性能は低下しない。
は、疎水基部と親水基部からなる界面活性剤が、疎水基
部を中心に外周を親水基部が取り巻くように自己集合し
て棒状ミセルを形成し、この棒状ミセルが高次に絡まる
ことにより粘弾性を示す。しかしながら、超音波による
微振動を受けている状態では、ミセルの絡まりが解きほ
ぐされ、その結果、粘弾性は発現しなくなる。この状態
は、超音波を受けた後も数秒間は継続するが、その後さ
らに超音波を受けなければ、界面活性剤の分子は、再び
自己集合して棒状ミセルを生成し、粘弾性が復活する。
一方、一般的な冷凍機内の熱交換器における熱搬送媒体
の滞留時間は、数十秒間であるため、熱交換器の伝熱管
の熱交換部の手前で熱搬送媒体に超音波を照射すれば、
ミセルの絡まりが解きほぐされた状態のまま熱交換器内
を通過し、その後、再びミセルの絡まりが発生して粘弾
性が復活することになる。このため、熱搬送媒体は、熱
交換器内では伝熱性能を低下させる粘弾性状態ではなく
なり、伝熱性能は低下しない。
【００１９】従って、空調システムの熱供給側プラント
の冷凍機に一般に使用される配管口径（内径）１０〜２
０ｍｍの範囲内の伝熱管を用い、１．０〜２．５ｍ／ｓ
の流速範囲内で界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒
体として使用しても、水を熱搬送媒体として用いた場合
と同等の伝熱性能（熱伝達率）を得ることができる。こ
の結果、上記のように超音波発信器１５を備える熱交換
器１０を、図１に示す熱搬送システムに使用する場合、
伝熱管以外の配管３では、従来と同様に界面活性剤を添
加した水溶液の流動摩擦抵抗低減効果により水搬送動力
を低減することができるとともに、熱供給側プラント１
の熱交換器１０内の伝熱管１２の熱交換部１３では、伝
熱性能が低下しないため、熱搬送媒体から効率よく熱交
換を行うことができ、熱交換器を小型化することができ
る。また、上記の場合、超音波を発信する超音波発信部
１６が伝熱管１２を流動する熱搬送媒体に直接超音波を
照射することができるので、超音波発信部１６から出力
される超音波を効率よく熱搬送媒体に伝達することがで
き、超音波の利用効率の点で有利である。
の冷凍機に一般に使用される配管口径（内径）１０〜２
０ｍｍの範囲内の伝熱管を用い、１．０〜２．５ｍ／ｓ
の流速範囲内で界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒
体として使用しても、水を熱搬送媒体として用いた場合
と同等の伝熱性能（熱伝達率）を得ることができる。こ
の結果、上記のように超音波発信器１５を備える熱交換
器１０を、図１に示す熱搬送システムに使用する場合、
伝熱管以外の配管３では、従来と同様に界面活性剤を添
加した水溶液の流動摩擦抵抗低減効果により水搬送動力
を低減することができるとともに、熱供給側プラント１
の熱交換器１０内の伝熱管１２の熱交換部１３では、伝
熱性能が低下しないため、熱搬送媒体から効率よく熱交
換を行うことができ、熱交換器を小型化することができ
る。また、上記の場合、超音波を発信する超音波発信部
１６が伝熱管１２を流動する熱搬送媒体に直接超音波を
照射することができるので、超音波発信部１６から出力
される超音波を効率よく熱搬送媒体に伝達することがで
き、超音波の利用効率の点で有利である。
【００２０】なお、超音波発信器の伝熱管への取り付け
方は、上記の例に特に限定されず、例えば、図４に示す
ように、超音波発信器１７の超音波発信部１８を伝熱管
１２の外周部に装着し、伝熱管１２を介して超音波を間
接的に熱搬送媒体に伝達するようにしてもよい。この場
合、既存の伝熱管をそのまま用いることができる。
方は、上記の例に特に限定されず、例えば、図４に示す
ように、超音波発信器１７の超音波発信部１８を伝熱管
１２の外周部に装着し、伝熱管１２を介して超音波を間
接的に熱搬送媒体に伝達するようにしてもよい。この場
合、既存の伝熱管をそのまま用いることができる。
【００２１】また、使用される超音波の周波数は、１６
００Ｈｚ以上であることが好ましく、１６００Ｈｚ以上
５００００Ｈｚ以下であることがより好ましく、２００
０Ｈｚ以上３００００Ｈｚ以下であることがさらに好ま
しい。また、超音波の出力は、熱交換器の熱交換量１Ｗ
当たり、１／１０００Ｗ以上であることが好ましく、１
／１００Ｗ以上であることがより好ましく、１／１０Ｗ
であることがさらに好ましい。また、超音波発信部の伝
熱管に対する取り付け位置は、伝熱管の熱交換部の手前
であることが好ましく、熱交換部の熱搬送媒体が流入す
る側の端部から３０ｍまでの間の位置であることがより
好ましく、端部から１０ｍまでの間の位置であることが
さらに好ましい。
００Ｈｚ以上であることが好ましく、１６００Ｈｚ以上
５００００Ｈｚ以下であることがより好ましく、２００
０Ｈｚ以上３００００Ｈｚ以下であることがさらに好ま
しい。また、超音波の出力は、熱交換器の熱交換量１Ｗ
当たり、１／１０００Ｗ以上であることが好ましく、１
／１００Ｗ以上であることがより好ましく、１／１０Ｗ
であることがさらに好ましい。また、超音波発信部の伝
熱管に対する取り付け位置は、伝熱管の熱交換部の手前
であることが好ましく、熱交換部の熱搬送媒体が流入す
る側の端部から３０ｍまでの間の位置であることがより
好ましく、端部から１０ｍまでの間の位置であることが
さらに好ましい。
【００２２】また、上記の実施の形態では、熱供給側プ
ラントの熱交換器に本発明の熱交換器を用いた場合につ
いて説明したが、本発明の熱交換器は、熱利用側プラン
トの熱交換器にも同様に適用でき、上記と同様の効果を
得ることができる。
ラントの熱交換器に本発明の熱交換器を用いた場合につ
いて説明したが、本発明の熱交換器は、熱利用側プラン
トの熱交換器にも同様に適用でき、上記と同様の効果を
得ることができる。
【００２３】
【実施例】以下、実施例をあげて、本発明の熱交換器の
伝熱特性を具体的に説明する。なお、本発明は、以下の
実施例に限定されるものではない。
伝熱特性を具体的に説明する。なお、本発明は、以下の
実施例に限定されるものではない。
【００２４】図５は、伝熱管の伝熱特性を評価するため
の評価装置の構成を示す図である。図５に示すように、
１０℃に調整した熱搬送媒体を媒体タンク２１に充填
し、ポンプ２２により媒体タンク２１内の熱搬送媒体を
配管２３〜２５を介して伝熱特性計測部２６に導入す
る。伝熱特性計測部２６は、伝熱管１２と、伝熱管１２
の周りを覆う円管２７とを備え、円管２７は、ステンレ
ス製の呼び径４０Ａの円管である。伝熱管１２と円管２
７とから構成される二重管の内側、すなわち円管２７と
伝熱管１２との間の環状部分には、伝熱管１２の管壁の
温度が８℃になるように、約２〜３℃の冷水が常時流入
される。この冷水により伝熱管１２内に流動する１０℃
の熱搬送媒体が冷却される。
の評価装置の構成を示す図である。図５に示すように、
１０℃に調整した熱搬送媒体を媒体タンク２１に充填
し、ポンプ２２により媒体タンク２１内の熱搬送媒体を
配管２３〜２５を介して伝熱特性計測部２６に導入す
る。伝熱特性計測部２６は、伝熱管１２と、伝熱管１２
の周りを覆う円管２７とを備え、円管２７は、ステンレ
ス製の呼び径４０Ａの円管である。伝熱管１２と円管２
７とから構成される二重管の内側、すなわち円管２７と
伝熱管１２との間の環状部分には、伝熱管１２の管壁の
温度が８℃になるように、約２〜３℃の冷水が常時流入
される。この冷水により伝熱管１２内に流動する１０℃
の熱搬送媒体が冷却される。
【００２５】上記の操作により、本評価装置では、冷却
時の伝熱管１２の内側の伝熱特性として熱伝達率を算出
する。なお、実際の冷凍機内の蒸発器と上記の評価装置
とでは、伝熱管内を流動する熱搬送媒体を冷却する方法
が異なるが、この相違点は、伝熱管の外側に関するもの
であり、本発明で議論する伝熱管の内側を流動する熱搬
送媒体の伝熱特性には何ら影響しない。
時の伝熱管１２の内側の伝熱特性として熱伝達率を算出
する。なお、実際の冷凍機内の蒸発器と上記の評価装置
とでは、伝熱管内を流動する熱搬送媒体を冷却する方法
が異なるが、この相違点は、伝熱管の外側に関するもの
であり、本発明で議論する伝熱管の内側を流動する熱搬
送媒体の伝熱特性には何ら影響しない。
【００２６】また、比較する熱搬送媒体としては、上水
に亜硝酸系の配管腐食防錆剤クリサワーＩ−１０８（栗
田工業社製）を７５０ｐｐｍ溶解した水溶液（以下、従
来型媒体という）と、この従来型媒体にオレイル−ビス
（２−ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムクロライ
ドを主成分とする界面活性剤エソカードＯ−１２（ライ
オン社製）を７５０ｐｐｍ、サリチル酸ナトリウム（和
光純薬社製）を４５０ｐｐｍ溶解した水溶液（以下、界
面活性剤媒体という）とを使用し、両者による伝熱特性
の相違を評価した。
に亜硝酸系の配管腐食防錆剤クリサワーＩ−１０８（栗
田工業社製）を７５０ｐｐｍ溶解した水溶液（以下、従
来型媒体という）と、この従来型媒体にオレイル−ビス
（２−ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムクロライ
ドを主成分とする界面活性剤エソカードＯ−１２（ライ
オン社製）を７５０ｐｐｍ、サリチル酸ナトリウム（和
光純薬社製）を４５０ｐｐｍ溶解した水溶液（以下、界
面活性剤媒体という）とを使用し、両者による伝熱特性
の相違を評価した。
【００２７】（実施例１）伝熱管として、一般に冷凍機
の伝熱管として使用されている、高さ０．５ｍｍ、幅
０．７ｍｍの矩形形状の断面を有するリッジを内周面に
１．７ｍｍの等間隔でスパイラル状に形成した管内径１
４．６ｍｍ（リッジの高さを含まず）の銅管を使用し
た。この伝熱管を上記の評価装置に設置し、図３に示す
伝熱管と同様に、この伝熱管の熱交換部の手前に超音波
発信部を挿入する挿入口を設け、その挿入口に超音波発
信部を挿入して伝熱管を流動する界面活性剤媒体に超音
波を直接照射した。この場合の熱伝達率（Ｗ／ｍ2・
℃）と流速（ｍ／ｓ）とを測定し、その結果を図６に黒
丸で示す。なお、超音波発信器としては、（株）日本精
機製作所製、ＵＳ−１５０Ｔ改良型を用い、周波数２０
０００Ｈｚの超音波を熱交換量１Ｗ当たり０．３７Ｗで
出力した。
の伝熱管として使用されている、高さ０．５ｍｍ、幅
０．７ｍｍの矩形形状の断面を有するリッジを内周面に
１．７ｍｍの等間隔でスパイラル状に形成した管内径１
４．６ｍｍ（リッジの高さを含まず）の銅管を使用し
た。この伝熱管を上記の評価装置に設置し、図３に示す
伝熱管と同様に、この伝熱管の熱交換部の手前に超音波
発信部を挿入する挿入口を設け、その挿入口に超音波発
信部を挿入して伝熱管を流動する界面活性剤媒体に超音
波を直接照射した。この場合の熱伝達率（Ｗ／ｍ2・
℃）と流速（ｍ／ｓ）とを測定し、その結果を図６に黒
丸で示す。なお、超音波発信器としては、（株）日本精
機製作所製、ＵＳ−１５０Ｔ改良型を用い、周波数２０
０００Ｈｚの超音波を熱交換量１Ｗ当たり０．３７Ｗで
出力した。
【００２８】（実施例２）伝熱管として、実施例１と同
様の銅管を使用し、この伝熱管を上記の評価装置に設置
し、図４に示す伝熱管と同様に、この伝熱管の熱交換部
の手前に超音波発信部を伝熱管の外周部に装着し、伝熱
管を介して伝熱管を流動する界面活性剤媒体に超音波を
間接的に照射した。この場合の熱伝達率と流速とを測定
し、その結果を図６に黒四角で示す。なお、超音波発信
器としては、（株）日本精機製作所製、ＵＳ−１５０Ｔ
改良型を用い、周波数２００００Ｈｚの超音波を熱交換
量１Ｗ当たり０．３７Ｗで出力した。
様の銅管を使用し、この伝熱管を上記の評価装置に設置
し、図４に示す伝熱管と同様に、この伝熱管の熱交換部
の手前に超音波発信部を伝熱管の外周部に装着し、伝熱
管を介して伝熱管を流動する界面活性剤媒体に超音波を
間接的に照射した。この場合の熱伝達率と流速とを測定
し、その結果を図６に黒四角で示す。なお、超音波発信
器としては、（株）日本精機製作所製、ＵＳ−１５０Ｔ
改良型を用い、周波数２００００Ｈｚの超音波を熱交換
量１Ｗ当たり０．３７Ｗで出力した。
【００２９】（比較例１）伝熱管として、実施例１と同
様の銅管を使用し、この伝熱管を上記の評価装置に設置
し、超音波を照射せずに、熱搬送媒体として従来型媒体
と用いた場合と界面活性剤媒体を用いた場合との各熱伝
達率と流速を測定し、従来型媒体を用いた場合を白丸
で、界面活性剤媒体を用いた場合を白三角でそれぞれ図
６に示す。
様の銅管を使用し、この伝熱管を上記の評価装置に設置
し、超音波を照射せずに、熱搬送媒体として従来型媒体
と用いた場合と界面活性剤媒体を用いた場合との各熱伝
達率と流速を測定し、従来型媒体を用いた場合を白丸
で、界面活性剤媒体を用いた場合を白三角でそれぞれ図
６に示す。
【００３０】図６に示すように、一般に熱搬送システム
で使用される流速範囲１．０〜２．５ｍ／ｓにおいて、
比較例１の条件で界面活性剤媒体を用いた場合は、伝熱
特性が低下するが、実施例１及び実施例２の条件で界面
活性剤媒体を用いた場合は、伝熱特性は低下せず、比較
例１の条件で従来型媒体を用いた場合と同等の伝熱特性
を得ることができた。
で使用される流速範囲１．０〜２．５ｍ／ｓにおいて、
比較例１の条件で界面活性剤媒体を用いた場合は、伝熱
特性が低下するが、実施例１及び実施例２の条件で界面
活性剤媒体を用いた場合は、伝熱特性は低下せず、比較
例１の条件で従来型媒体を用いた場合と同等の伝熱特性
を得ることができた。
【００３１】
【発明の効果】本発明の熱交換器は、熱搬送媒体に超音
波を照射することにより、界面活性剤を添加した水溶液
を熱搬送媒体に用いた場合でも、熱交換器の伝熱特性が
低下しないので、熱交換器を小型化することができる。
波を照射することにより、界面活性剤を添加した水溶液
を熱搬送媒体に用いた場合でも、熱交換器の伝熱特性が
低下しないので、熱交換器を小型化することができる。
【００３２】また、本発明の熱搬送システムは、熱搬送
媒体に超音波を照射することにより、伝熱管以外の配管
では、従来と同様に界面活性剤を添加した水溶液の流動
摩擦抵抗低減効果により水搬送動力を低減することがで
きるとともに、熱交換器内の伝熱管では、伝熱性能が低
下しないため、小型化した熱交換器を用いて熱搬送シス
テムを構築することができる。
媒体に超音波を照射することにより、伝熱管以外の配管
では、従来と同様に界面活性剤を添加した水溶液の流動
摩擦抵抗低減効果により水搬送動力を低減することがで
きるとともに、熱交換器内の伝熱管では、伝熱性能が低
下しないため、小型化した熱交換器を用いて熱搬送シス
テムを構築することができる。
【図１】本発明の一実施の形態の熱交換器を備えた熱搬
送システムの構成を示すブロック図である。
送システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す冷凍機の内部に備えられる熱交換器
の構造を示す一部断面斜視図である。
の構造を示す一部断面斜視図である。
【図３】図２に示す熱交換器に備えられる超音波発信器
の伝熱管への取り付け状態を示す模式図である。
の伝熱管への取り付け状態を示す模式図である。
【図４】図２に示す熱交換器に備えられる超音波発信器
の伝熱管への他の取り付け状態を示す模式図である。
の伝熱管への他の取り付け状態を示す模式図である。
【図５】伝熱管の伝熱特性を評価するための評価装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図６】伝熱特性を示すグラフである。
１ 熱供給側プラント ２ 熱利用側プラント ３ 配管 ４ 冷凍機 １０ 熱交換器 １１ シェル １２ 伝熱管 １３ 熱交換部 １４ 挿入口 １５、１７ 超音波発信器 １６、１８ 超音波発信部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 正晃 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 嘉数 隆敬 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 薄井 洋基 兵庫県伊丹市行基町二丁目86番地 伊丹合 同宿舎2211 (72)発明者 五町 善雄 大阪府大阪市中央区北浜東４番33号 株式 会社大林組内 (72)発明者 小野島 一 大阪府大阪市中央区北浜東４番33号 株式 会社大林組内 Ｆターム(参考） 5D107 AA20 BB06 FF08
Claims (3)
- 【請求項１】 摩擦抵抗を低減する界面活性剤を添加し
た水溶液を熱搬送媒体に用いる熱交換器であって、 前記熱搬送媒体を流動させ、前記熱搬送媒体から熱交換
を行うための伝熱管と、 前記伝熱管の熱交換を行う部分の手前で前記熱搬送媒体
に超音波を照射する超音波照射手段とを備える熱交換
器。 - 【請求項２】 前記超音波照射手段は、超音波を発信す
る超音波発信部を備え、 前記超音波発信部は、前記伝熱管に設けられた挿入口に
挿入され、前記熱搬送媒体に直接超音波を照射する請求
項１記載の熱交換器。 - 【請求項３】 摩擦抵抗を低減する界面活性剤を添加し
た水溶液を熱搬送媒体に用いる熱搬送システムであっ
て、 前記熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、 前記熱搬送媒体の熱を利用する熱利用側プラントと、 前記熱供給側プラントと前記熱利用側プラントとの間で
前記熱搬送媒体を循環させる配管とを備え、 前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントの少な
くとも一方は、前記配管を介して搬送される前記熱搬送
媒体を加熱又は冷却する請求項１又は２記載の熱交換器
を備える熱搬送システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10290320A JP2000121283A (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 熱交換器及び熱搬送システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10290320A JP2000121283A (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 熱交換器及び熱搬送システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000121283A true JP2000121283A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17754571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10290320A Pending JP2000121283A (ja) | 1998-10-13 | 1998-10-13 | 熱交換器及び熱搬送システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000121283A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108871040A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-11-23 | 华南理工大学 | 一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器 |
| CN110746619A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-04 | 四川大学 | 超声振动旋转剪切解缠结装置 |
| CN114110785A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 热交换风口结构及其控制方法、空调器 |
-
1998
- 1998-10-13 JP JP10290320A patent/JP2000121283A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108871040A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-11-23 | 华南理工大学 | 一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器 |
| CN108871040B (zh) * | 2018-07-11 | 2023-09-26 | 华南理工大学 | 一种基于椭圆超声波聚焦强化传热原理的换热器 |
| CN110746619A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-04 | 四川大学 | 超声振动旋转剪切解缠结装置 |
| CN110746619B (zh) * | 2019-10-31 | 2020-07-31 | 四川大学 | 超声振动旋转剪切解缠结装置 |
| CN114110785A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 热交换风口结构及其控制方法、空调器 |
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|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070326 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070711 |