JP2006112671A - 渦巻き型温排水熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、運転を停止することなく渦巻き管内の洗浄を効率よく行うことのできる渦巻き型温排水熱交換器を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、上板と下板との間に配置された渦巻き状仕切板によって形成された渦巻き通路内に複数段重ねて配置された渦巻き管を有し、該渦巻き管内に高温水を流通させると共に、前記渦巻き通路内に低温水を流通させる渦巻き型熱交換器であって、該渦巻き管の一方と他方とに各々ボール洗浄装置が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、浴場等から排出される水の熱エネルギーを有効利用する温排水熱交換器に係わり、渦巻き型温排水熱交換器における渦巻き管内の洗浄に好適な、ボールによる洗浄装置に関する。

宿泊施設や集合住宅の浴室、厨房、洗面所等から出される生活排水、温泉プールや浴場、サウナ風呂等から出される温排水の熱を回収し、これを給湯のための熱源として利用すべく、熱交換器を含む種々の加熱システムがある。例えば温泉を利用した浴場においては、泉源の泉水温度が低い場合にボイラーを介して加熱した後、これを浴槽に流入させる方式が採用されている。浴槽内の温水は使用頻度に応じて、適宜これを排水してきれいな新しい温水に交換、もしくは補充する必要がある。この場合、温水をそのまま排水しないで熱交換器の高温側を通過させ、保有している熱エネルギーを有効利用し、低温側を通過する前記低温の泉水を加温した後、排水するようにしている。

熱交換器には、套管式とプレート式とがあり、套管式は構造が複雑ではあるが、洗浄は容易な利点がある反面、高価で大型化となる欠点がある。一方プレート式は構造が簡単で安価な利点を有するが、洗浄する際には運転を停止し、熱交換器を分解して伝熱板の洗浄を行い、再度組み立て作業する必要がある。

特許文献１には、壁面を隔てて互いに隣接する2本の通路を渦巻き状に形成し、これらの通路にそれぞれ流体を流通させて、壁面を介して熱交換を行う渦巻き型温排水熱交換器が示されている。特許文献１には、この渦巻き型温排水熱交換器の製造方法と、この熱交換器を用いた除湿機が示されている。

特開平２０００−３０４４７４号公報

特許文献１に示された渦巻き型温排水熱交換器には、高温水の通路の洗浄についても、又、その洗浄方法についても全く示されていない。そして、その高温水の通路の洗浄は装置全体を分解しないと出来ない構造を有するものである。

本発明の目的は、運転を停止することなく渦巻き管内の洗浄を効率よく行うことのできる渦巻き型温排水熱交換器を提供することにある。

本発明は、上板と下板との間に配置された渦巻き状仕切板によって形成された渦巻き通路内に複数段重ねて配置された渦巻き管を有し、該渦巻き管内に高温水を流通させると共に、前記渦巻き通路内に低温水を流通させる渦巻き型温排水熱交換器であって、該渦巻き管の一方と他方とに各々ボール洗浄装置が設けられていることを特徴とする。

前記ボール洗浄装置は、前記渦巻き管の各々が接続され前記高温水の導入及び排出を行う高温水導入・排出口を有するボール収納装置を有し、該ボール収納装置は、前記渦巻き管を洗浄する洗浄用ボールと、該洗浄用ボールを前記渦巻き管内に供給し又回収し所定範囲内に係留浮遊させるボール収納棚と、該ボール収納棚を監視する透明な監視カバーとを有すること、又、前記洗浄用ボールは前記渦巻き管の各々に各１個設けられていることが好ましい。

前記ボール洗浄装置の一方に前記高温水を導入し前記ボール洗浄装置の他方から排出する第一パターンと、前記ボール洗浄装置の他方に前記高温水を導入し前記ボール洗浄装置の一方から排出する第二パターンとを切り替える切換手段を有することが好ましい。

前記渦巻き通路は、前記上板と下板との間に円筒状内側胴体と円筒状外側胴体とによって形成された筒状容器内に形成されていることが好ましい。

本発明の渦巻き型温排水熱交換器は、全体をチタン又はチタン合金により構成することが好ましいが、少なくとも渦巻き管がチタン又はチタン合金よりなること、又仕切板、胴体、下板及び上板がオーステナイト系ステンレス鋼で構成することが好ましい。

前記ボールは樹脂製スポンジ、セラミックス、ゴム製の少なくとも一方からなることが好ましい。

本発明によれば、運転を停止することなく渦巻き管内の洗浄を効率よく行うことのできる渦巻き型温排水熱交換器を提供することができる。

図１は、本発明に係る渦巻き型熱交換器の構造を示す一部水平方向に切断した断面平面図(a)及びその断面図(b)である。図１に示すように、本実施例の渦巻き型熱交換器は、上板１ｂと下板１ａとの間に円筒状の内側胴体管１ｃと円筒状の外側胴体管１ｄとが形成された筒状容器と、筒状容器内に形成された渦巻き状の仕切板４と、仕切板４によって形成された渦巻き通路４ａに渦巻き状に形成した円形断面を有するチタン製で複数段重ねて配置された渦巻き管３と、渦巻き管３に連通して設けられた高温水の導入口及び排出口と、渦巻き通路４ａに連通して設けられた低温水の導入口６及び排出口７とを有するものである。渦巻き管３は、各段毎に１本で形成され、高温水の導入口及び排出口に各々連通される。低温水の導入口６及び排出口７はいずれも上板１ｂ側に設けられ、低温水の導入管及び排出管に接続される。

本実施例では、高温水の導入口と排出口とに各々ボール洗浄装置が連通して設けられる。ボール洗浄装置は、後述する渦巻き管３の巻き始め端に接続された第一ボール収納装置５ａと、渦巻き管３の巻き終わり端に接続された第二ボール収納装置５ｂと、渦巻き管３内に収納され渦巻き管３の本数分に対応した数の洗浄用ボールと、ボールを所定範囲内に浮遊させるボール収納棚１１を有する。

又、第一ボール収納装置５ａ及び第二ボール収納装置５ｂは、そのそれぞれ一方が高温水の導入及び他方が排水通路を形成すると共に、スポンジボールの係留箱を形成している。これらのボール収納装置５ａ、５ｂは同じ構造を有するもので、その構造についてはボール収納装置５として後述する。

渦巻き管３の巻き始め端に接続された第一ボール洗浄装置５ａは高温水の第一出入口に、巻き終わり端に接続された第二ボール洗浄装置５ｂは第二出入口にそれぞれ連通している。ステンレス鋼製の平板を渦巻き状に形成した仕切板４の壁面間は渦巻き管３の外径よりやや広い寸法とし、渦巻き通路４ａを形成して渦巻き管３がその間に配設している。

ゴム等の弾性を有するパッキン２ａ、２ｂは、ステンレス鋼製の下板１ａと上板１ｂとの間に設置し、それぞれ仕切板４の下端と上端とに食い込み、仕切板４の壁間を気密的に仕切るもので、下板１ａと上板１ｂとはボルト９とナット８により締結される。仕切板４で形成された領域は、その入口と出口との間が連続した渦巻き状の通路４ａとして構成され、この通路に低温水Ｗｃを通過させる役目を果たす。

下板１ａと上板１ｂとの間に設けられたステンレス鋼製の内側胴体管１ｃと外側胴体管１ｄとで容器部が形成され、前述のように下板１ａと上板１ｂとの間はパッキン２ａ、２ｂにより気密になっている。低温水Ｗｃを導入する低温水導入口６、低温水Ｗｃの出口となる低温水排水口７は、それぞれ渦巻き通路４ａに連通している。

低温水導入口６から導入された低温水Ｗｃは渦巻き通路４ａを通過し、低温水排水口７から外部に設置したボイラーに導かれる。高温水は連通管となる第一ボール洗浄装置５ａの入口である導入・排出管１０から導入され、渦巻き管３の内部を通過した後、第二ボール洗浄装置５ｂを経由して高温水導入・排出管１０から外部に排水される。これにより高温水と低温水Ｗｃとの間で熱交換が行われることにより低温水Ｗｃは暖められ、ボイラーでさらに高温に熱せられる。

図２は、本発明に係るボール洗浄装置を有する渦巻き型熱交換器の組み立て分解斜視図である。図２に示すように、本実施例の渦巻き型熱交換器は、下板１ａに下側パッキン２ａを介して円筒状の内側胴体管１ｃと円筒状の外側胴体管１ｄとが形成された筒状容器内に形成された渦巻き状の仕切板４によって渦巻き通路４ａが形成され、渦巻き通路４ａにその上部に示した第二ボール洗浄装置５ｂを有する多段に形成された渦巻き管３が挿入される。その後、第一ボール洗浄装置５ａに渦巻き管３が接続され、更に上板１ｂが上側パッキン２ｂを介してボルト９とナット８によって固定される。

図３は本発明に係るボール洗浄装置の組み立て分解斜視図である。図３に示すように、ボール洗浄装置は、天板２０、底板１９、棚板１８、側板１７、ストッパ１３、ボール収納棚１１から構成している。側板１７の中央部Ｍには、ａ、ｂを縁とする縦長の窓部２０を形成し、この窓を渡るようにＵ字形状のストッパ１３が装着されている。

ボール収納棚１１の棚数は渦巻き管３の重ね数に対応し、ストッパ１３も同数で、図示では５個としている。棚相互間の高さは、スポンジボールＢの外径よりやや大きくし、ストッパ１３で囲まれた領域内にスポンジボールＢが浮遊できるようにしている。

ボール収納装置本体１２には空洞部１２ａを形成し、これと連通するように奥の側面に渦巻き管３の端部を、上面には高温水の導入・排出管１０を装着している。空洞部１２ａの上下には渦巻き管３側に段つき部１２ｃを形成し、ボール収納棚１１が容易に位置決めされ段つき部１２ｃに挿入できるようにしている。手前側の窓枠に相当する監視用カバー１４部分の周囲にはネジ穴１２ｂを有し、弾性を有したゴム等の気密シール用部材からなるパッキン１６には、窓１６ｂ、ボルト挿入孔１６ａを有し、監視用カバー１４にボルト挿入孔１４ａを設けて、ボール収納棚１１をボール洗浄装置本体１２の段つき部１２ｃに挿入した後、パッキン１６を介してボルト１５で固定される。

渦巻き管１、仕切板２、下板３、上板４、胴体７は、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、銅、黄銅等の金属を選択的に使用することができる。

図４は本発明に係るボー洗浄納装置の一部断面平面図及び図５はその一部側断面図である。図４及び図５に示すように、１本の渦巻き管３に対して１個のスポンジボールＢが用いられ、１本の渦巻き管３をスポンジボールＢが通過し、かつ通過後に同一管の出入り口に係留されるようにしたものである。スポンジボールＢを係留するストッパ１３を装着したボール収納棚１１を有し、ボール洗浄装置本体１２の空洞部１２ａ内に挿入されている。空洞部１２ａに連通した高温水の導入・排出管１０には、フランジ１０ａを有し、高温水の導入・排出を行う。また、渦巻き管３の端部は空洞部１２ａ内に連通している。

ボール洗浄装置本体１２には、ポリカーボネート樹脂製の透明な監視用カバー１４がパッキン１６を介してボルト１５で固定され、空洞部１２ａが観察できるようになっている。多段の渦巻き管３の全部が同じようにスポンジボールＢが通過するとは限らず、通りの悪い渦巻き管３があるので、全部の渦巻き管３でスポンジボールＢが通過する際のその状況を透明な監視用カバー１４によって監視することができる。全部の渦巻き管３でスポンジボールＢが通過し、透明な監視用カバー１４からスポンジボールＢが確認されれば洗浄を終了でき、その後通常の熱交換に切り替えられる。なお監視用カバー１４は、透明であれば別の材質でもよく、また例えば一部のみ透明なガラス板とし、他の部分を金属とした構造でもよい。

次に、洗浄方法について以下説明する。第一ボール洗浄装置５ａに高温水を導入し、第二ボール洗浄装置５ｂから排出する第一のパターンと、第二ボール洗浄装置５ｂから高温水を導入し、第一ボール洗浄装置５ａから排出する第二のパターンとを設定することができる。両パターンは、２個の切換弁１５を用いて一定時間毎に切換えることができ、渦巻き管３内でスポンジボールＢを往復通過させることができる。従って、スポンジボールＢの通過によって渦巻き管３の内壁に付着した異物は掻き落され、高温水導入・排出管１０を介して高温水と一緒に排出される。本洗浄は、１日のうち、１回程度で、全体の１０％程度行うのが好ましい。又、本洗浄においては、高温水の流れる方向に対して低温水の流れる方向が同一方向となるが、温排水の熱交換においては両者の流れは反対方向とし、漁者の熱交換率を高くなるようにする。

各々の切換弁１５は互いに連動して動き、一方の高温水導入管１７から高温水が導入される際はこれに連なる一方の高温水導入・排出バイパス管１６を通して渦巻き管３に導入され、他方の高温水導入・排出バイパス管１６を通して一方の高温水排出管１８より排出されるように切換えられる。他方の高温水導入管１７から高温水が導入される際はこれとは反対の流路を通して他方の高温水排出管１８より排出されるように切換弁１５が切換えられる。

第一パターンで運転したとき、渦巻き管３内を通過したスポンジボールＢは、第二ボール洗浄装置５ｂのストッパ１３で係留され、第二パターン運転でしたときには、第一ボール洗浄装置５ａのストッパ１３で係留される。このためスポンジボールＢは往復通過を終了した後、いずれかのボール収納装置５に係留されるので、通常の熱交換運転を停止させる必要がない。

なお、スポンジボールＢは独立気泡を含む合成樹脂に限定するものではなく、比重が１前後の独立気泡を含むセラミックや天然ゴム等の材質でもよい。また、その直径は渦巻き管３の内径より僅かに小さくして管内通過時の抵抗を下げ、高温水の流入圧力が低い場合に洗浄しやすいようにしてもよい。更に、スポンジボールＢの外表面に比較的大きな凹凸を有した多面体や球体も、ボールと見なすものとする。

スポンジボールＢは、その劣化が進んで弾性変化や変色が生じたり、湯垢、毛髪等の異物が空洞に入り込んだりすると洗浄効果が低下するが、透明の監視用カバー１４からボール収納装置本体１２の空洞部１２ａを観察できるため、ボルト１５を緩めてパッキン１６と監視用カバー１４を外し、ボール収納棚１１を取り出して新品のスポンジボールＢと交換し再挿入することで対応できる。

以上、本実施例によれば、運転を停止することなく渦巻き管内の洗浄を効率よく行うことのできる渦巻き型温排水熱交換器を提供することができる。

又、本実施例によれば、全ての渦巻き管にボールが均等に入り、渦巻き管内でボールを一定時間毎に往復通過させるので、運転を停止することなく効率よく洗浄を行うことができる。更に、ボール収納装置に透明な監視用カバーを設置し、ボールの劣化や汚れ具合を外部から観察できるようにしたため、新品への交換を適切に行うことができる。

本発明に係るボール洗浄装置を有する渦巻き型熱交換器の一部断面平面図及び断面図。 本発明に係るボール洗浄装置を有する渦巻き型熱交換器の組み立て図。 本発明に係るボール洗浄装置の分解斜視図。 図３のボール洗浄装置の一部断面図。 図３のボール洗浄装置の一部断面図。

符号の説明

１ａ…下板、１ｂ…上板、１ｃ…内側胴体管、１ｄ…外側胴体管、２ａ…下側パッキン、２ｂ…上側パッキン、３…渦巻き管、４…仕切板、４ａ…渦巻き通路、５ａ…第一ボール洗浄装置、５ｂ…第二ボール洗浄装置、６…低温水導入口、７…低温水排出口、１０…高温水導入・排出管、１１…ボール収納棚、１２…ボール洗浄装置本体、１３…ストッパ、１４…監視用カバー、１５…切換弁、１６…高温水導入・排出バイパス管、１７…高温水導入管、１８…高温水排出管、Ｗｃ…低温水、Ｂ…スポンジボール。

Claims (5)

1. 上板と下板との間に配置された渦巻き状仕切板によって形成された渦巻き通路内に複数段重ねて配置された渦巻き管を有し、該渦巻き管内に高温水を流通させると共に、前記渦巻き通路内に低温水を流通させる渦巻き型熱交換器であって、該渦巻き管の一方と他方とに各々ボール洗浄装置が設けられていることを特徴とする渦巻き型温排水熱交換器。
2. 請求項１において、前記ボール洗浄装置は、前記渦巻き管の各々が接続され前記高温水の導入及び排出を行う高温水導入・排出口を有するボール収納装置を有し、該ボール収納装置は、前記渦巻き管を洗浄する洗浄用ボールと、該洗浄用ボールを前記渦巻き管内に供給し又回収し所定範囲内に係留浮遊させるボール収納棚と、該ボール収納棚を監視する透明な監視カバーとを有することを特徴とする渦巻き型温排水熱交換器。
3. 請求項２において、前記洗浄用ボールは前記渦巻き管の各々に各１個設けられていることを特徴とする渦巻き型温排水熱交換器。
4. 請求項２〜４のいずれかにおいて、前記ボール洗浄装置の一方に前記高温水を導入し前記ボール洗浄装置の他方から排出する第一パターンと、前記ボール洗浄装置の他方に前記高温水を導入し前記ボール洗浄装置の一方から排出する第二パターンとを切り替える切換手段を有することを特徴とする渦巻き型温排水熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記渦巻き通路は、前記上板と下板との間に円筒状内側胴体と円筒状外側胴体とによって形成された筒状容器内に形成されていることを特徴とする渦巻き型温排水熱交換器。
   

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