JP2007003078A - 排熱回収システム及び熱交換器洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、機械的な除去によらない簡単な構造で、排熱回収を中断せずに熱交換器伝熱管の洗浄作業を行うことができる温泉設備の排熱回収システム及び熱交換器洗浄装置を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、浴場からの温排水を溜める温排水槽、該温排水槽の温排水を汲み上げる温排水汲み上げポンプ、該温排水汲み上げポンプからの前記温排水により真水を予熱する熱交換器、該予熱された前記真水を加熱し温水とする温水器及び前記温水を前記浴場の上がり湯として送給する温水供給ポンプを有する排熱回収システムにおいて、前記温排水汲み上げポンプと前記熱交換器との間に前記熱交換器の伝熱管内の圧力を変化させる流路切替装置及び前記温排水汲み上げポンプと前記流路切替装置の温排水入口との間の温排水配管に空気を注入する空気注入装置を具備することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温泉施設における温排水熱回収用の熱交換器の伝熱管に付着したスラッジを除去する新規な排熱回収システム及び熱交換器洗浄装置に関する。

近年、温排水の放流による自然界への影響を抑制とすると共に温排水の熱を回収して省エネルギーを達成する目的で、温泉設備などの浴場から排出された温排水の熱を回収し、地下水などの真水を昇温して上がり湯などとして使用する設備が増加している。一般に、このような設備では、温排水熱の回収用として熱交換器が設けられている。

しかし、温排水熱回収用の熱交換器に浴場から排出された温排水を流すと、温排水中に混入している石鹸やシャンプなどの洗剤滓（スラッジ）が熱交換器の伝熱管に付着し、配管内径を狭め流動抵抗を増加させるため温排水用のポンプ動力を増加させると共に熱貫流率を低下させるため省エネルギー効果を低減させる。このため、温排水熱回収機能を有する温泉施設には熱交換器洗浄装置が通常備え付けられ、熱交換器の伝熱管に付着したスラッジを定期的に除去している。

熱交換器洗浄装置を備える温泉設備の排熱回収装置は、特許文献１に開示されている。この熱交換器洗浄装置は、パイプ式熱交換器の一端から洗浄ボールを注入し、他端までポンプ水圧により移動するようにして摺動摩擦により伝熱管内表面を洗浄するボール式洗浄装置である。

特開２００３−１３０４５４号公報

しかしながら、特許文献１のボール式洗浄装置は、熱交換器の伝熱管に付着したスラッジをボールによって機械的に除去するものであり、熱交換器の伝熱管内の酸化、腐食によってはそのボールが電熱管内に詰まってしまう問題が発生する可能性がある。又、構造が複雑であり、その洗浄作業も簡単ではない。

本発明の目的は、機械的な除去によらない簡単な構造で、排熱回収を中断せずに熱交換器伝熱管の洗浄作業を行うことができる温泉設備の排熱回収システム及び熱交換器洗浄装置を提供することにある。

本発明は、浴場からの温排水を溜める温排水槽、該温排水槽の温排水を汲み上げる温排水汲み上げポンプ、該温排水汲み上げポンプからの前記温排水により真水を予熱する熱交換器、該予熱された前記真水を加熱し温水とする温水器及び前記温水を前記浴場の上がり湯として送給する温水供給ポンプを有する排熱回収システムにおいて、前記温排水汲み上げポンプと前記熱交換器との間に前記熱交換器の伝熱管内の圧力を変化させる流路切替装置及び前記温排水汲み上げポンプと前記流路切替装置の温排水入口との間の温排水配管に空気を注入する空気注入装置を具備することを特徴とし、前記流路切替装置による前記伝熱管内の圧力を変化させると共に、空気の注入により前記温排水中に空気泡を形成することにより前記伝熱管内に付着したスラッジを除去することができる。

又、本発明は、浴場からの温排水の熱を熱交換器により真水を予熱し、該予熱された前記真水を更に加熱し温水とし前記浴場の上がり湯として送給する排熱回収において、前記熱交換器の伝熱管内の前記温排水の圧力を繰り返し変化させると共に、前記熱交換器の伝熱管内の前記温排水中に空気泡を形成するように前記温排水に空気を注入し、前記伝熱管内に付着したスラッジを除去する熱交換器の洗浄を行うことができるものである。

更に、本発明は、浴場からの温排水が供給される第１供給口と、該第１供給口に接続された前記温排水により真水を予熱する熱交換器への前記温排水を供給する第１排出口と、前記第１供給口と第１排出口との間に形成された第１流路と、前記熱交換された前記温排水が供給される第２供給口と、該第２供給口に接続された前記熱交換された前記温排水が排出される第２排出口と、前記第２供給口と第２排出口との間に形成された第２流路と、前記第１流路と第２流路とに対して前記温排水の流路を変化させる切替手段とを有する流路切替装置及び前記第１供給口の上流側の前記温排水に空気を注入する空気注入装置を具備することを特徴とする熱交換器洗浄装置にある。

以上のように、本発明は、温排水中に多数の空気泡を生成させるとともに、熱交換器の温排水入口と出口の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させ、この圧力変化で生じた衝撃力により伝熱管の内に付着したスラッジを剥離・除去するので、簡単な構造で安価な洗浄装置であり、かつ、熱交換器伝熱管の洗浄作業も容易に行うことが出来る。さらに、温排水入口と出口の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させて、伝熱管の内圧を上昇下降させているので、熱交換器の洗浄中の温排水流量は排熱回収システム稼動中の流量にほぼ等しく一定に保たれる。したがって、熱交換器の熱貫流率を洗浄中といえども定常時と同じに保つことができる。

又、前述のように、本発明は、温泉施設の温排水から熱を回収する熱交換器の伝熱管内壁に付着したスラッジを除去する熱交換器洗浄装置において、温排水槽の温排水汲み上げポンプと熱交換器の温排水入口の間の流動抵抗と熱交換器で熱交換した後の温排水を流出させる温排水出口と温排水を外部に排水する排水溝の間の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させる流路面積切替装置、及び、温排水汲み上げポンプと流路面積切替装置の温排水入口の間の温排水配管に空気を注入し温排水中に多数の空気泡を生成する空気注入装置を具備し、熱交換器の洗浄時に空気注入装置を用いて温排水配管に空気を注入すると共に流路面積切替装置を用いて流動抵抗を周期的かつ交互に変化させることにより、熱交換器の伝熱管の内圧を上昇下降させて付着したスラッジを圧力変化で生じた衝撃力により剥離・除去することができる。

具体的には、本発明は、温泉施設の浴場から排出される温排水を溜める温排水槽、前記温排水槽の温排水を汲み上げるポンプ、前記ポンプからの温排水の熱を熱交換により地下水などの真水を予熱する熱交換器、余熱された真水を加熱し前記浴場の上がり湯として供給する温水器及びポンプを有する排熱回収システムにおいて、前記温排水槽の温排水汲み上げポンプと前記熱交換器の温排水入口の間の流動抵抗と前記熱交換器の熱交換後の温排水を流出させる温排水出口と温排水を外部に排水する排水溝の間の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させる流路面積切替装置を具備すること、又、前記温排水汲み上げポンプと前記流路面積切替装置の温排水入口の間の温排水配管に空気を注入し温排水中に多数の空気泡を生成する空気注入装置を具備するものであり、前記熱交換器の洗浄時に前記空気注入装置を用いて前記温排水配管に空気を注入するとともに前記流路面積切替装置を用いて前記流動抵抗を周期的かつ交互に変化させることにより、熱交換器の伝熱管の内圧を上昇下降させて付着したスラッジを圧力変化で生じた衝撃力により剥離・除去することを特徴としている。さらに、温排水入口と出口の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させているが、ポンプ吐出口から排水溝までの流路抵抗は一定に保たれるので、熱交換器の洗浄中の温排水流量は排熱回収システム稼動中の流量がほぼ等しく一定に保たれる。

本発明によれば、機械的な除去によらない簡単な構造で、排熱回収を中断せずに熱交換器伝熱管の洗浄作業を行うことができる温泉設備の排熱回収システム及び熱交換器洗浄装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明する。

図１は、本発明の熱交換器洗浄装置が適用される温泉設備の温排水熱回収システムの構成を示す系統図である。図１において、浴場１には源泉温水が供給される浴槽２と真水温水を供給する複数の蛇口３が設けられている。浴槽２には源泉４からポンプ５によって温泉水が送水される。浴場１から排出された温排水は温排水槽６に貯留される。温排水槽６は温排水に含まれる砂やかみそりの刃などの金属片を沈殿させる。

温排水槽６に貯留された温排水は熱交換器洗浄装置９内の流路面積切替装置１５の一方の流路（熱交換器入口側流路）を通り、熱交換器８の平行に設置された複数の伝熱管内に温排水汲み上げポンプ７によって送水される。温排水汲み上げポンプ７のサクション側にはフィルタが設置されており、髪の毛などの比較的大きい塵はここで除去される。熱交換器８の伝熱管内を流れ排出された温排水は熱交換器洗浄装置９内の流路面積切替装置１５の他方の流路（熱交換器出口側流路）を通り排水溝へ放出される。熱交換器８の胴側には地下水ポンプ１３により汲み上げられた真水の地下水１２が供給される。地下水１２は熱交換器８で熱交換され温水となって温水器１０に供給される。温水器１０は熱交換器８の胴側から供給された温水を加熱して温水供給ポンプ１１によって浴場１の蛇口３に供給される。

図１に示したように、熱交換器洗浄装置９は流路面積切替装置１５と空気注入装置14で構成されている。空気注入装置１４は、熱交換器８の洗浄時に、温排水汲み上げポンプ7と流路面積切替装置１５の温排水入口の間の温排水配管に空気を注入し、温排水中に多数の空気泡を生成する装置である。

図２は、本発明に係る熱交換器洗浄装置内の流路面積切替装置の斜視図である。図２では、流路面積切替装置の上部の蓋を外して、その内部が分かるように示したものである。図２に示すように、流路面積切替装置は箱型形状を有し、温排水配管が丸い配管によって構成したものであり、製作容易な構造になっている。流路面積切替装置１５は、熱交換器入口側流路１６ａと熱交換器出口側流路１６ｂとを備えたケーシング１６と、平板短冊状の入口側流路面積縮小板１７ａ、平板短冊状の出口側流路面積縮小板１７ｂ、回転軸１７ｃから成る流路面積切替部品１７とから構成されている。

図３は、図２の本発明に係る熱交換器洗浄装置内の流路面積切替装置の断面図である。図３では、図２に対して左右の向きが反対である。熱交換器入口側流路１６ａと熱交換器出口側流路１６ｂとの間は、図３に示すようにケーシング１６のくびれ部分と流路面積切替部品１７の回転軸１７ｃによりシールされている。流路面積切替部品１７は図示されていないモータとリンク機構により図３（ａ）、（ｂ）に実線の矢印１８で示したように回転軸１７ｃを中心として回転可能な構造となっている。いずれの側流路面積縮小板においても、熱交換器入口側流路１６ａ及び熱交換器出口側流路１６ｂの断面形状に合わせた断面形状に形成され、いずれの流路も塞がない構造を有する。なお、図３（ａ）、（ｂ）中の白抜きの矢印は温排水の流れの様子を示したものである。

又、図３に示すように、温排水槽6からの温排水が供給される第１供給口と、第１供給口に接続された温排水により真水を予熱する熱交換器８へ温排水を供給する第１排出口と、第１供給口と第１排出口との間に形成された第１流路となる熱交換器入口側流路１６ａと、熱交換された温排水が供給される第２供給口と、第２供給口に接続された熱交換された温排水が排出される第２排出口と、第２供給口と第２排出口との間に形成された第２流路となる熱交換器出口側流路１６ｂと、第１流路と第２流路とに対して温排水の流路を変化させる切替手段となる流路面積切替部品１７を有する。

図３（ａ）は、入口側流路面積縮小板１７ａによって熱交換器入口側流路１６ａが狭められ、出口側流路面積縮小板１７ｂの開放によって熱交換器出口側流路１６ｂが拡げられた状態を示している。この状態では、熱交換器入口側流路１６ａの入口の圧力は温排水汲み上げポンプ７の吐出圧にほぼ近い値となっているが、入口側流路面積縮小板１７ａにより熱交換器入口側流路１６ａが狭められているため、熱交換器８側の出口圧力は低下している。一方、熱交換器出口側流路１６ｂが拡げられた状態となっているため、熱交換器８から排水溝までの圧力損失は小さい。したがって、熱交換器８の伝熱管内圧は低い状態となっている。図３（ａ）の状態で通常の運転が行われる。

図３（ｂ）は、入口側流路面積縮小板１７ａが開放されて熱交換器入口側流路１６ａが拡げられ、出口側流路面積縮小板１７ｂによって熱交換器出口側流路１６ｂが狭められた状態を示している。この状態では、熱交換器入口側流路１６ａが拡げられた状態となっているため、熱交換器８の圧力は温排水汲み上げポンプ7の吐出圧にほぼ近い値となっている。一方、出口側流路面積縮小板１７ｂにより熱交換器出口側流路１６ｂは狭められているため、熱交換器洗浄装置９の熱交換器８側の入口圧力はまだ温排水汲み上げポンプ７の吐出圧にほぼ近い値が保たれ、熱交換器出口側流路１６ｂの出口から排水溝までの圧力は低くなっている。したがって、熱交換器８の伝熱管内圧は高い状態となっている。

図４は、流路面積切替部品を反復回転させた時の熱交換器の伝熱管内部の圧力を示す熱交換器内圧の変動を示すチャートである。図４に示すように、熱交換器８の洗浄中において、モータとリンク機構により図３（ａ）、（ｂ）に実線の矢印１８で示したように回転軸１７ｃを中心として流路面積切替部品１７を反復回転させることにより熱交換器８の伝熱管内部の圧力が変動する。流路面積切替部品１７を反復回転させると、図４に示したように熱交換器８の伝熱管内部の圧力が周期的かつ交互に変化するが、空気注入装置１４により温排水中に生成された多数の気泡の破裂により、図４には示していないが、高調波の圧力変動が加わる。この多数の気泡の破裂により生じた衝撃力により伝熱管の内に付着したスラッジは剥離し、排水溝へと流出・除去される。

さらに、温排水汲み上げポンプ７から排水溝までの流動抵抗は一定であるので、流路面積切替部品１７を反復回転させても、温排水の流量はほぼ一定となる。なお、通常、流路面積切替部品１７の反復回転周期は１０回／分程度、圧力変動幅約０．０１ＭＰａで、朝夕一日２回程度の頻度で1回当たり約１０分間の洗浄作動により充分な効果が期待できる。入口側流路面積縮小板１７ａ及び出口側流路面積縮小板１７ｂが各々狭められた状態での開口部の断面積は全体の１／４程度が好ましい。

以上、本実施例の熱交換器洗浄装置によれば、温排水中に多数の空気泡を生成させるとともに、熱交換器の温排水入口と出口の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させ、この圧力変化で生じた衝撃力により伝熱管の内に付着したスラッジを剥離・除去するので、簡単な構造で、かつ、熱交換器伝熱管の洗浄作業も容易に行うことが出来る。さらに、温排水入口と出口の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させて、伝熱管の内圧を上昇下降させているが、ポンプ吐出口から排水溝までの流路抵抗は一定に保たれるので、熱交換器の洗浄中の温排水流量は排熱回収システム稼動中の流量にほぼ等しく一定に保たれる。したがって、温泉設備の排熱回収中に、熱交換器の洗浄作業を平行して行うことが出来る。

図５は本発明の他の実施例である流路面積切替装置の構造を示す断面図である。本実施例の熱交換器洗浄装置が適用される温泉設備の温排水熱回収システムは実施例１と同様である。図５に示すように、本実施例の流路面積切替部品１７はモータとリンク機構により図の実線の矢印で示したように直線状に往復移動させることにより実施例１と同様な効果が得られる。ケーシング１６は、実施例１と同様に、箱型形状を有し、流路面積切替部品１７は平板短冊状を有し、いずれの流路に対しても断面積で１／４程度開いた状態で塞がない構造を有する。

本実施例においても実施例１と同様に、流路面積切替部品１７が図４の状態で通常の運転が行われる。又、空気注入装置１４により温排水中に空気泡を生成するとともに、流路面積切替部品１７を実施例１と同様に交互に上下移動を繰り返し、図４に示すように、熱交換器８の温排水入口と出口の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させ、この圧力変化と気泡の破裂で生じた衝撃力により伝熱管の内に付着したスラッジを剥離・除去するので、簡単な構造で、かつ、熱交換器伝熱管の洗浄作業も容易に行うことが出来る安価な熱交換器洗浄装置が得られる。

以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られると共に、温排水入口と出口の流動抵抗を周期的かつ交互に変化させても、この間の温排水流量はほぼ一定に保たれるので、温泉設備の排熱回収を中断せず、熱交換器の洗浄作業を平行して行うことが出来る。言い替えると、排熱回収装置の稼動中でも、熱交換器の洗浄作業を必要に応じて実施することが出来る。

又、本実施例の流路面積切替部品１７に代えて、弁の開度を変える方法や、弁を用いて流動抵抗の大小の流路切替をして温排水の流通経路を変える方法でも同様の結果が得られるのは言うまでもない。

本発明の熱交換器洗浄装置が適用される温泉設備の温排水熱回収システムの構成を示す系統図である。 本発明に係る熱交換器洗浄装置内の流路面積切替装置の構造を示した斜視図である。 本発明に係る熱交換器洗浄装置内の流路面積切替装置の構造を示した断面図である。 流路面積切替部品を回転軸を中心として反復回転させた時の熱交換器の伝熱管内部圧力変動を示すチャートである。 本発明に係る熱交換器洗浄装置内の流路面積切替装置の構造を示した断面図である。

符号の説明

１…浴場、２…浴槽、３…蛇口、４…源泉、５…温泉水ポンプ、６…温排水槽、７…温排水汲み上げポンプ、８…排熱回収用熱交換器、９…熱交換器洗浄装置、１０…温水器（ボイラ）、１１…温水供給ポンプ、１２…地下水、１３…地下水供給ポンプ、１４…空気注入装置、１５… 流路面積切替装置、１６…ケーシング、１６ａ…熱交換器入口側流路、１６ｂ…熱交換器出口側流路、１７…流路面積切替部品、１７ａ…入口側流路面積縮小板、１７b…出口側流路面積縮小板、１７ｃ…回転軸、１８…矢印。

Claims (2)

1. 浴場からの温排水を溜める温排水槽、該温排水槽の温排水を汲み上げる温排水汲み上げポンプ、該温排水汲み上げポンプからの前記温排水により真水を予熱する熱交換器、該予熱された前記真水を加熱し温水とする温水器及び前記温水を前記浴場の上がり湯として送給する温水供給ポンプを有する排熱回収システムにおいて、前記温排水汲み上げポンプと前記熱交換器との間に前記熱交換器の伝熱管内の前記温排水の圧力を変化させる流路切替装置及び前記温排水汲み上げポンプと前記流路切替装置の温排水入口との間の温排水配管に空気を注入する空気注入装置を具備することを特徴とする排熱回収システム。
2. 浴場からの温排水が供給される第１供給口と、該第１供給口に接続された前記温排水により真水を予熱する熱交換器への前記温排水を供給する第１排出口と、前記第１供給口と第１排出口との間に形成された第１流路と、前記熱交換された前記温排水が供給される第２供給口と、該第２供給口に接続された前記熱交換された前記温排水が排出される第２排出口と、前記第２供給口と第２排出口との間に形成された第２流路と、前記第１流路と第２流路とに対して前記温排水の流路を変化させる切替手段とを有する流路切替装置及び前記第１供給口の上流側の前記温排水に空気を注入する空気注入装置を具備することを特徴とする熱交換器洗浄装置。
   

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