JP2003269884A - 熱交換器及び熱搬送システム - Google Patents

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、媒体流路での流動
摩擦抵抗を低減させたままで、熱交換時の伝熱特性を向
上させることができる熱交換器を提供すること。 【解決手段】 界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒
体として用いて熱交換を行う熱交換器。この熱交換器
は、熱交換を行うための伝熱管１１と、伝熱管１１の上
流側に配設されたミキサー手段２０とを備え、ミキサー
手段２０は伝熱管１１に送給される熱搬送媒体を攪拌す
る。界面活性剤水溶液では、界面活性剤は、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
状ミセルを形成するが、この界面活性剤水溶液を攪拌し
て剪断力を与えると、ミセルの絡まりが解きほぐされ、
粘弾性は発現しなくなり、その結果、その伝熱特性が改
善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、界面活性剤を添加
した水溶液を熱搬送媒体として用いて熱交換を行う熱交
換器及びそれを用いた熱搬送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、地域冷暖房システムにおいて
は、熱を供給する熱供給側プラント及び熱を利用する熱
利用側プラントが離れて設けられ、これらプラントの間
を通して熱搬送媒体が循環され、熱（温熱及び／又は冷
熱）は熱搬送媒体、例えば水を介して搬送される。大き
な冷暖房システムでは、熱供給側プラント及び熱利用側
プラント（例えば、熱を利用するビル）を通して熱搬送
媒体を循環させるための媒体流路（例えば、配管から構
成される）の長さは、数ｋｍ以上になり、熱搬送媒体と
して水を用いた場合に、媒体流路を通して水を循環させ
るためのポンプの動力は、かなり大きくなり、水を搬送
するために消費されるコストは、地域冷暖房システムの
ランニングコスト（電気代）の約６０〜７０％と言われ
ている。

【０００３】このようなことから、最近、ポンプの動力
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として用いることが提
案されている。界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用
いた場合、以下の理由により、流動摩擦抵抗を著しく低
減させることができると言われている。即ち、媒体流路
を流動する水に、例えば所定の陽イオン性界面活性剤と
例えばサリチル酸ナトリウムとを数１０〜数１０００ｐ
ｐｍ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、粘弾性を示すと言われている。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３−７６３６０号公報、特公平４−６２
３１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知られてい
る。

【０００４】

【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
抗を減少することができる反面、その伝熱特性が低下す
ることが知られている。このため、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
熱搬送システムに用いた場合、流動摩擦抵抗の減少によ
り熱搬送媒体を搬送するための動力が削減され、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等に設置
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熱搬送媒体
（即ち、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
るという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、流動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、媒体流路での流動摩擦抵抗を低減させたままで、
熱交換時の伝熱特性を向上させることができる熱交換器
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。

【０００６】

【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、熱交換器の伝熱管の熱交換を行
う部分を流れる熱搬送媒体の流れの乱れ状態に大きく影
響を受け、こ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、熱搬送媒体の流れの乱れを生成す
るための物理的エネルギーに着目し、本発明を完成する
に至った。

【０００７】即ち、本発明は、界面活性剤を添加した水
溶液を熱搬送媒体として用いて熱交換を行う熱交換器で
あって、前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うための伝
熱管と、前記伝熱管の上流側に配設されたミキサー手段
と、を備え、前記ミキサー手段は前記伝熱管に送給され
る熱搬送媒体を攪拌し、攪拌状態の熱搬送媒体が前記伝
熱管を通して流れることを特徴とする。

【０００８】本発明に従えば、熱交換器が熱交換を行う
ための伝熱管と、伝熱管の上流側に配設されたミキサー
手段を備えているので、ミキサー手段にて攪拌された熱
搬送媒体が攪拌された状態で伝熱管を通して流れる。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。この界面活性剤水溶液を攪拌して剪断力を与え
ると、ミセルの絡まりが解きほぐされ、粘弾性は発現し
なくなり、このような状態が数秒間継続する。従って、
ミキサー手段によって攪拌することによって、攪拌状態
の熱搬送媒体（界面活性剤水溶液）が伝熱管を通して流
れ、この攪拌状態ではミセルの絡まりが解きほぐされて
いる故に、伝熱特性が低下せず、その結果、熱搬送媒体
によって搬送された熱（温熱及び／又は冷熱）は伝熱管
を介して熱交換され、熱交換器における熱交換効率を改
善することができる。

【０００９】また、本発明では、前記伝熱管の上流側に
接続された媒体流路を更に含み、前記ミキサー手段は、
前記伝熱管の熱交換部の上流端から上流側１０ｍ以内の
媒体流路に配設され、単位重量当たり５Ｊ／ｋｇ以上の
出力エネルギーを熱搬送媒体に与えることを特徴とす
る。

【００１０】本発明に従えば、伝熱管の熱交換部の上流
端から上流側１０ｍ以内の媒体流路にミキサー手段が配
設され、このミキサー手段が５Ｊ／ｋｇ以上の出力エネ
ルギーを熱搬送媒体に付与するので、熱搬送媒体に充分
な剪断力を作用させることができ、攪拌状態、即ちミセ
ルの絡まりが解きほぐされた状態の熱搬送媒体が伝熱管
を通して流れ、かくして、熱搬送媒体の熱を伝熱管を介
して効率良く熱交換することができる。

【００１１】また、本発明では、前記ミキサー手段が、
モーター攪拌機、超音波ホモジナイザー又は渦巻きポン
プのいずれかであることを特徴とする。本発明に従え
ば、ミキサー手段がモータ攪拌機、超音波ホモジナイザ
ー又は渦巻きポンプから構成されるので、熱搬送媒体を
攪拌して所望の剪断力を作用させることができる。

【００１２】更に、本発明では、界面活性剤を添加した
水溶液を熱搬送媒体として用いる熱搬送システムであっ
て、熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、熱
搬送媒体によって搬送される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からの熱搬送媒体を前記
熱利用側プラントに送給するための媒体送給流路と、前
記熱利用側プラントからの熱搬送媒体を前記熱供給側プ
ラントに戻す媒体戻り流路と、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に
は、熱搬送媒体を加熱又は冷却するための請求項１〜３
記載の熱交換器が装備されていることを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、熱搬送媒体として界面活
性剤水溶液を用いるとともに、熱供給側プラント及び熱
利用側プラントの少なくとも一方に上述した熱交換器を
装備しているので、媒体送給流路及び媒体戻り流路を流
れるときには、界面活性剤水溶液は、棒状ミセルが絡む
ようになって粘弾性を示し、これによって流動摩擦抵抗
が小さくなり、熱搬送媒体を送給するための動力を抑え
ることができる。また、上記熱交換器の伝熱管を通して
流れるときには、界面活性剤水溶液は、攪拌状態で棒状
ミセルが解きほぐされて粘弾性を示さなくなり、これに
よって、熱搬送媒体の伝熱特性が大きくなり、熱搬送媒
体の熱を伝熱管を介して効率良く熱交換することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に従う熱交換器及びこれを備えた熱搬送システムの一
実施形態について説明する。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一例を簡略的
に示す簡略図であり、図２は、図１の熱搬送システムに
おける熱交換器の一部を示す部分斜視図であり、図３
は、図２の熱交換器に設けられたミキサー手段及びその
近傍を示す部分断面図である。尚、以下の説明では、本
発明の熱搬送システムをビル等の空調を行う空調システ
ムに適用して説明するが、このような空調システムに限
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も同様に適用す
ることができる。

【００１５】図１において、図示の熱搬送システムは、
熱を供給する熱供給側プラント１と、ビル等の熱を利用
する熱利用側プラント２と、これら両プラント１，２を
接続する媒体送給流路３及び媒体戻り流路４と備え、熱
を搬送する熱搬送媒体は熱供給側プラント１、媒体送給
流路３、熱利用側プラント２及び媒体戻り流路４を通し
て循環される。媒体送給流路３及び媒体戻り流路４は、
例えば配管から構成される。この実施形態では、熱供給
側プラント１は、冷熱を発生する冷凍機５を備え、この
冷凍機５にて発生した冷熱が熱搬送媒体を介して熱供給
側プラント１から熱利用側プラント２に搬送される。

【００１６】熱搬送媒体は、界面活性剤を添加した水溶
液（例えば水、水に防錆剤等を添加したもの等）が用い
られ、添加される界面活性剤は、流動摩擦抵抗を低減さ
せる特性を有する陽イオン系界面活性剤である。この熱
搬送システムでは、熱搬送媒体は、冷凍機５に装備され
た熱交換器（後述する）で冷却され、熱供給側プラント
１から媒体送給流路３を通して熱利用側プラント２へ搬
送される。そして、冷却された熱搬送媒体は、熱利用側
プラント２で冷房用の冷熱として利用され、冷熱利用後
の熱搬送媒体（加熱された熱搬送媒体）が、媒体戻り流
路４を通して熱供給側プラント１に戻され、熱供給側プ
ラント１で再び冷却され、熱搬送媒体はこのようにして
冷熱を搬送する。

【００１７】次に、図２を参照して、冷凍機４の内部に
装備される熱交換器について説明すると、冷凍機５内で
発生する冷熱を熱搬送媒体に伝達する部分は蒸発器と呼
ばれ、その内部には、シェルアンドチューブ型熱交換器
１０が備えられている。このシェルアンドチューブ型熱
交換器１０は、相互に平行に軸線方向（図２において左
右方向）に延びる複数本の伝熱管１１を備え、複数本の
伝熱管１１を覆うよう円筒状のシェル１２が設けられて
いる。シェル１２の両端には端壁１３（図２及び図３に
おいて一方のみ示す）が設けられている。一方の端壁１
３には接続管部１４が設けられ、この接続管部１４が媒
体戻り流路４に接続され、他方の端壁（図示せず）には
接続管部１５が設けられ、この接続管部１５が媒体送給
流路３に接続される。複数本の伝熱管１１が収容される
シェル１２内は減圧下に保持される。複数本の伝熱管１
１の各々には放熱フィンが設けられているが、図２及び
図３においてはこれら放熱フィンは省略して示してい
る。

【００１８】熱搬送媒体は、矢印１６で示すように、一
方の接続管部１４から流入した後分流して複数本の伝熱
管１１内を流れ、その後他方の接続管部１５から矢印１
７で示すように流出する。一方、シェル１２内では、吸
収式冷凍機５の場合には水（又は電動式ターボ冷凍機の
場合にはフロン液）が連続的に噴水され、水（又はフロ
ン液）が複数本の伝熱管１１の外周面をたれ落ちながら
蒸発（気化）し、伝熱管１１内を流れる熱搬送媒体は、
水（又はフロン液）の気化熱により冷却され、冷却され
た熱搬送媒体が、接続管部１５から媒体送給流路３を通
して熱利用側プラント２の熱交換器（図示せず）に供給
され、熱利用側プラント２の熱交換器にて熱交換されて
冷房用の冷熱として利用される。尚、熱搬送媒体は、媒
体送給流路３に配設されたポンプ（図示せず）により送
給される。

【００１９】この熱交換器１０には、更に、熱搬送媒体
を攪拌して剪断力を付与するためのミキサー手段２０が
設けられている。主として図３を参照して、ミキサー手
段２０は、熱交換器１０の伝熱管１１に流入する熱搬送
媒体を攪拌して物理的エネルギーを付与し、攪拌状態の
熱搬送媒体が熱交換器１０の複数本の伝熱管１１を流れ
るようになる。図示の形態では、シェル１２の一方の端
壁１３に接続された接続管部１４には支持突部２１が設
けられ、この支持突部２１に挿入孔が設けられている。
ミキサー手段２０はモータ攪拌機２２から構成され、そ
のモータ２３の出力軸２４が支持突部２１の挿入孔を通
して接続管部１４内に挿入され、挿入された先端部に攪
拌羽根２５が取り付けられている。

【００２０】この熱交換器１０では、熱搬送媒体によっ
て熱（冷凍機５の場合には冷熱）を搬送する、換言する
と、伝熱管１１を通して熱搬送媒体を流すとき、モータ
攪拌機２２が作動して攪拌羽根２５が回動される。かく
すると、攪拌羽根２５が接続管部１４を流れる熱搬送媒
体を攪拌し、攪拌状態の熱搬送媒体が接続管部１４及び
複数本の伝熱管１１を通して流れ、このように攪拌状態
で流れることによって、伝熱管１１における伝熱特性が
改善され、気化熱による冷熱を熱搬送媒体に効率良く伝
えることができる。このように伝熱特性が改善されるの
は、次の理由によるものと考えられる。

【００２１】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
て棒状のミセルを形成し、この棒状ミセルが高次に絡ま
ることにより粘弾性を示し、この粘弾性によって流動摩
擦抵抗が低下する一方、その伝熱特性が低下するように
なる。このような界面活性剤水溶液を攪拌して剪断力を
与えた攪拌状態では、棒状ミセルの絡まりが解きほぐさ
れ、その結果、界面活性剤による粘弾性はほとんど発現
しなくなり、粘弾性が発現しなくなることによって、流
動摩擦抵抗は大きくなる一方、その伝熱特性が向上する
ようになる。この攪拌状態は、剪断力を受けた後も数秒
間は維持されるが、その後ミセルの絡まりを解きほどく
程度の剪断力を受けなければ、時間の経過とともに界面
活性剤の分子は、再び自己集合して棒状のミセルを生成
し、粘弾性が復活する。

【００２２】上述したような熱搬送システムにおいて
は、冷凍機５内の熱交換器１０における熱搬送媒体の滞
留時間は、数秒間であるため、熱交換器１０の伝熱管１
１の熱交換部（実際に熱交換が行われる部分）の手前で
熱搬送媒体を攪拌させて剪断力を付与すればよく、この
ように攪拌することによって、界面活性剤水溶液のミセ
ルの絡まりが解きほぐされた状態のまま（即ち、攪拌状
態のまま）熱交換器１０の複数本の伝熱管１１内を通過
するようになる。そして、これら伝熱管１１を通過した
後、界面活性剤水溶液中にて再びミセルの絡まりが発生
して粘弾性が復活するようになる。このため、熱搬送媒
体（即ち、界面活性剤水溶液）は媒体送給流路３及び媒
体戻り流路４を流れるときには粘弾性を示して流動摩擦
抵抗が小さくなり、また熱交換器１０を流れるときには
粘弾性をほとんど示さなくなって伝熱特性が改善され、
かくして、界面活性剤水溶液を用いたことによる流動摩
擦低減効果を維持しながら、熱交換器における伝熱特性
の改善を図ることができる。

【００２３】例えば、空調システムの熱供給側プラント
１の冷凍機５に、一般的に使用される配管口径（内径）
１０〜２０ｍｍ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、ミキサー手段２０を備える熱交換器１
０を、図１に示す熱搬送システムに適用すると、伝熱管
１１以外の媒体流路（媒体送給流路３及び媒体戻り流路
４等）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が得られ、これによりポンプ
（図示せず）の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１１の熱
交換部では、水と同等の伝熱性能が得られ、熱搬送媒体
と効率よく熱交換を行うことができ、熱交換器を小型化
することが可能となる。また、ミキサー手段２０の攪拌
羽根２５が接続管部１４を流動する熱搬送媒体に直接的
に剪断力を付与するので、攪拌羽根２５から出力される
剪断エネルギーを効率よく熱搬送媒体に伝達することが
でき、効率良く熱搬送媒体を攪拌することができる。

【００２４】ミキサー手段２０の配設位置は、上述した
位置に限定されるものではなく、熱搬送媒体が攪拌状態
で伝熱管１１の熱交換部を流れるような位置に設けるよ
うにすればよく、このような位置に配設することによっ
て、伝熱管１１の熱交換部における伝熱特性を向上させ
ることができる。このようなことから、ミキサー手段２
０は伝熱管１１の上流端（具体的には、その熱交換部の
上流端）から上流側１０ｍ以内の媒体流路に設け、熱搬
送媒体の単位重量当たり５Ｊ／ｋｇ以上の出力エネルギ
ーを付与するようにするのが望ましく、このように構成
することによって、伝熱管１１の熱交換部を流れるとき
には水と同等程度の伝熱特性を得ることができ、またそ
れ以外の媒体流路を流れるときには所望の流動摩擦低減
効果を得ることができる。

【００２５】上述した実施形態では、ミキサー手段２０
としてモータ攪拌機２２を用いているが、これに代え
て、超音波を利用して熱搬送媒体に剪断力を付与して攪
拌する超音波ホモジナイザーを用いるようにしてもく、
或いは熱搬送媒体を攪拌送給するための渦巻きポンプを
用いるようにしてもよい。

【００２６】また、例えば、上述した実施形態では、熱
供給側プラント１の冷凍機５に本発明の熱交換器を適用
して説明したが、本発明の熱交換器は、熱供給側プラン
ト１の熱交換器に代えて、或いはこの熱交換器に加えて
熱利用側プラント２の熱交換器（図示せず）にも同様に
適用することができ、このように適用しても同様の作用
効果が達成される。

【００２７】実施例及び比較例 本発明の熱交換器の伝熱特性を確認するために、次の通
りの評価実験を行った。この評価実験には、図４に示す
通りの評価装置を用いた。図４において、実験に用いた
評価装置は、熱搬送媒体を溜める媒体タンク３１と、熱
搬送媒体の伝熱特性を計測するための伝熱特性計測部３
２と、媒体タンク３１内の熱搬送媒体を送給するための
ポンプ３３と、を備えている。媒体タンク３１とポンプ
３３とは配管３４を介して接続され、ポンプ３３と伝熱
特性計測部３２とは配管３５を介して接続され、伝熱特
性計測部３２と媒体タンク３１とは配管３６を介して接
続されている。媒体タンク３１内には１０℃に調整した
熱搬送媒体が充填され、この熱搬送媒体がポンプ３３の
作用によって、配管３４，３５、伝熱特性計測部３２及
び配管３６を通して循環される。

【００２８】伝熱特性計測部３２は、伝熱管３７と、こ
の伝熱管３７の周りを覆う円管３８とを備え、円管３８
は、ステンレス製の呼び径４０Ａのものである。伝熱管
３７と円管３８とから構成される二重管の熱交換器の内
側、即ち円管３８と伝熱管３７との間の環状空間部分に
は、伝熱管３７の管壁の温度が８℃になるように、約２
〜３℃の冷水が矢印で示すように常時流入され、この冷
水により、伝熱管３７内を通して流れる１０℃の熱搬送
媒体が冷却される。

【００２９】本評価装置では、冷却時の伝熱管３７の内
側の伝熱特性として熱伝達率を算出した。尚、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式が異なるが、このよう
な相違点は、伝熱管の外側に関するものであり、伝熱管
の内側を流動する熱搬送媒体の伝熱特性に何ら影響する
ものではない。

【００３０】また、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（栗田工業株
式会社製）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
オン株式会社製）を７５０ｐｐｍ、サリチル酸ナトリウ
ム（和光純薬株式会社製）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。

【００３１】実施例として、冷凍機の伝熱管として一般
的に使用される平滑銅管（外径１６ｍｍ、管厚さ１ｍ
ｍ）を用い、この伝熱管を伝熱特性計測部３２の伝熱管
３７として設置するとともに、この伝熱管３７の熱交換
部の手前に、即ち円管３８の上端に近接してその上流
に、ミキサー手段として株式会社日立製作所製ホモジナ
イザーを取り付け、その羽根部を伝熱管３７に設けた挿
入孔を通して挿入し、伝熱管３７を流動する界面活性剤
媒体に剪断力を直接的に付与した。そして、このような
状態における界面活性剤媒体の熱伝達率（Ｗ／ｍ^２・
℃）とその流速（ｍ／ｓ）との関係を測定した。実施例
の評価結果は、図５に黒丸で示す通りであった。尚、こ
のとき、ホモジナイザーの羽根部を１５０００ｒｐｍで
回転し、その出力を５０Ｗとした。

【００３２】比較例１として実施例と同様の銅管を使用
し、実施例と同様にしてこの伝熱管を評価装置に設置し
た。また、熱搬送媒体として従来型媒体を用い、ホモジ
ナイザーによる剪断力を付与せず、実施例と同様の条件
でもって、従来型媒体の熱伝達率とその流速との関係を
測定した。更に、比較例２として、実施例と同様の界面
活性剤媒体を用い、ホモジナイザーによる剪断力を付与
せず、比較例１と同様の条件でもって、界面活性剤媒体
の熱伝達率とその流速との関係を測定した。従来型媒体
を用いた比較例１の評価結果は、図５に白丸で示す通り
であり、界面活性剤媒体を用いた比較例２の評価結果
は、図５に白三角で示す通りであった。

【００３３】図５に示すように、一般的な熱搬送システ
ムで使用される熱搬送媒体の流速範囲は１．０〜２．０
ｍ／ｓであり、この流速範囲においては、界面活性剤媒
体を攪拌せずに流す比較例２では伝熱特性が低下する
が、界面活性剤媒体を攪拌して流す実施例では、伝熱特
性は低下せず、従来型媒体を攪拌せずに流す比較例１と
同等の伝熱特性を得ることができ、流動摩擦抵抗を低下
させる界面活性剤を添加した熱搬送媒体を用いた場合、
ミキサー手段により剪断力を付与することによって伝熱
特性を改善することができることが確認できた。

【００３４】

【発明の効果】本発明の請求項１の熱交換器及び請求項
４の熱搬送システムによれば、熱交換器の伝熱管の上流
側にミキサー手段が配設されているので、ミキサー手段
にて攪拌された熱搬送媒体が攪拌された状態で伝熱管を
通して流れる。この攪拌状態では界面活性剤水溶液のミ
セルの絡まりが解きほぐされ、それ故に、伝熱特性が低
下せず、その結果、熱搬送媒体によって搬送される熱を
伝熱管を介して効率良く熱交換することができる。

【００３５】また、本発明の請求項２の熱交換器によれ
ば、伝熱管の上流端から上流側１０ｍ以内の媒体流路に
ミキサー手段が配設され、このミキサー手段が５Ｊ／ｋ
ｇ以上の出力エネルギーを熱搬送媒体に付与するので、
熱搬送媒体に剪断力を作用させて充分に攪拌することが
でき、これによって、界面活性剤水溶液のミセルの絡ま
りを解きほぐした状態で熱搬送媒体を熱交換器の伝熱管
を通して流動させることができる。

【００３６】また、本発明の請求項３の熱交換器によれ
ば、ミキサー手段がモータ攪拌機、超音波ホモジナイザ
ー又は渦巻きポンプから構成されるので、熱搬送媒体を
攪拌して剪断力を作用させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の熱交換器を備えた熱搬
送システムの一例を簡略的に示す簡略図である。

【図２】図１の熱搬送システムにおける熱交換器の一部
を示す部分斜視図である。

【図３】図２の熱交換器に設けられたミキサー手段及び
その近傍を示す部分断面図である。

【図４】熱搬送媒体の伝熱性能を評価するための評価装
置を示す簡略図である。

【図５】熱搬送媒体の速度とその熱伝達率との関係を示
す図である。

【符号の説明】

１ 熱供給側プラント ２ 熱利用側プラント ３ 媒体送給流路 ４ 媒体戻り流路 ５ 冷凍機 １０ 熱交換器 １１ 伝熱管 １２ シェル ２０ ミキサー手段 ２２ モータ攪拌機 ２５ 攪拌羽根

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送
   媒体として用いて熱交換を行う熱交換器であって、 前記熱搬送媒体との間で熱交換を行うための伝熱管と、
   前記伝熱管の上流側に配設されたミキサー手段と、を備
   え、前記ミキサー手段は前記伝熱管に送給される熱搬送
   媒体を攪拌し、攪拌状態の熱搬送媒体が前記伝熱管を通
   して流れることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記伝熱管の上流側に接続された媒体流
   路を更に含み、前記ミキサー手段は、前記伝熱管の熱交
   換部の上流端から上流側１０ｍ以内の媒体流路に配設さ
   れ、単位重量当たり５Ｊ／ｋｇ以上の出力エネルギーを
   熱搬送媒体に与えることを特徴とする請求項１記載の熱
   交換器。
3. 【請求項３】 前記ミキサー手段が、モーター攪拌機、
   超音波ホモジナイザー又は渦巻きポンプのいずれかであ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 界面活性剤を添加した水溶液を熱搬送媒
   体として用いる熱搬送システムであって、 熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、熱搬送
   媒体によって搬送される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からの熱搬送媒体を前記熱利
   用側プラントに送給するための媒体送給流路と、前記熱
   利用側プラントからの熱搬送媒体を前記熱供給側プラン
   トに戻す媒体戻り流路と、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には、熱
   搬送媒体を加熱又は冷却するための請求項１〜３記載の
   熱交換器が装備されていることを特徴とする熱搬送シス
   テム。