JP2008190827A - Heat exchanging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置に関する。 The present invention relates to a heat exchange device that can effectively use industrial water or tap water.
従来から、工場における機械などを冷却したり洗浄したりするために工業用水等が利用されている。 Conventionally, industrial water or the like has been used to cool or clean machines and the like in factories.
工業用水は、一般の水道水と比較すると、単位流量当たりの冷却性能は劣るが、１ｍ３当たりの単価は安い。そのため、冷却用途や洗浄用途に関しては、一般の水道水より工業用水が利用されることが多い。 Industrial water is inferior in cooling performance per unit flow rate compared to general tap water, but the unit price per m 3 is low. Therefore, industrial water is often used rather than general tap water for cooling applications and cleaning applications.
工業用水を冷却用途に用いる場合には、工業用水路から配管を引き込み、工業用水を冷却用の熱交換器等に供給する。熱交換器等では、供給された工業用水を用いることにより、冷媒を冷却する。一方、冷媒を冷却した工業用水は昇温する。そこで、昇温した工業用水を冷却塔（クーリングタワー）で放熱する。放熱により工業用水は冷えるので、冷却用途に再利用することができる。なお、工業用水は、数回再利用された後、最終的には、下水や河川などに放流される。以下、具体例を挙げる。 When industrial water is used for cooling purposes, piping is drawn from the industrial water channel, and the industrial water is supplied to a cooling heat exchanger or the like. In a heat exchanger or the like, the refrigerant is cooled by using the supplied industrial water. On the other hand, the temperature of industrial water that has cooled the refrigerant rises. Therefore, the industrial water whose temperature has been raised is radiated by a cooling tower (cooling tower). Since industrial water is cooled by heat radiation, it can be reused for cooling purposes. Industrial water is reused several times and finally discharged into sewage and rivers. Specific examples are given below.
図２６は従来の空調／冷房システム１の構成を示す模式図である。
FIG. 26 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional air conditioning /
空調／冷房システム１は、蒸発器２・圧縮機３・凝縮器４・減圧器５を備え、冷却対象流通管６と低沸点媒体流通管７と被冷却媒体流通管８との間の熱交換を行なう。蒸発器２では、冷却対象流通管６と低沸点媒体流通管７とが熱交換し、凝縮器４では、低沸点媒体流通管７と被冷却媒体流通管８とが熱交換する。
The air conditioning /
詳しくは、低沸点媒体流通管７には低沸点媒体が流れており、蒸発器２において、冷却対象流通管６を流れる水や空気などの冷却対象物質から低沸点媒体が熱を奪って蒸発する。また、低沸点媒体流通管７内の蒸発した低沸点媒体は、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８を流れる工業用水等に熱を放出して液化する。なお被冷却媒体流通管８は冷却塔９と接続しており、被冷却媒体が冷却塔９を経由する際に放熱する。要するに、低沸点媒体流通管７を流れる低沸点媒体が状態変化することにより、冷却対象流通管６を流れる水や空気などの冷却対象物質が冷却される（例えば、特許文献１参照）。
上述したように、従来の空調／冷房システムにおいては、工業用水等を引き込み、冷却塔を用いるなどして、冷却対象物質を冷却する。 As described above, in the conventional air conditioning / cooling system, the cooling target substance is cooled by drawing industrial water or the like and using a cooling tower.
しかしながら、従来の空調／冷房システムのように冷却塔などの設備を用いると、大量の廃熱によって「ヒートアイランド現象」を引き起こすことがある。それゆえ、冷却塔を用いないで、工業用水を冷却用途に有効活用することが望まれている。 However, when a facility such as a cooling tower is used as in a conventional air conditioning / cooling system, a “heat island phenomenon” may be caused by a large amount of waste heat. Therefore, it is desired to effectively use industrial water for cooling purposes without using a cooling tower.
また、工場の減少などにより工業用水の利用が減少する地域等においては、工業用水が利用されていないにもかかわらず、工業用水路に水が流れていることになる。そのため、工業用水路が有効活用されていないことも多い。 Further, in areas where the use of industrial water decreases due to a decrease in factories and the like, water flows into the industrial water channel even though industrial water is not used. For this reason, industrial waterways are often not utilized effectively.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the heat exchange apparatus which can utilize industrial water or tap water effectively.
本発明は上記課題を解決するために以下の手段を講じる。 The present invention takes the following means in order to solve the above problems.
請求項１に対応する発明は、工業用水あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、前記熱交換モジュールを支持するとともに、前記配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、前記各導入管および前記熱交換モジュールの内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた熱交換装置である。 The invention corresponding to claim 1 supports the heat exchange module provided inside the industrial water or tap water pipe, the heat exchange module, and communicates the outside of the pipe with the inside of the heat exchange module. The heat exchange apparatus includes at least one pair of introduction pipes for introducing the medium to be cooled, and medium to be cooled for circulating the medium to be cooled inside each of the introduction pipes and the heat exchange module.
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールは、前記導入管に接続され、前記配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、前記各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管とを備えた熱交換装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the heat exchange device according to the first aspect, the heat exchange module has a plurality of openings connected to the introduction pipe and facing each other along the pipe axis of the pipe. It is a heat exchange device provided with at least one set of collecting pipes and a plurality of heat transfer pipes provided in openings facing each other of the collecting pipes.
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールは、前記配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、前記仕切り板の両端部と前記配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁とを備えた熱交換装置である。 According to a third aspect of the present invention, in the heat exchange device according to the first aspect, the heat exchange module includes a partition plate that partitions the interior of the pipe along the tube axis of the pipe, and both ends of the partition plate. It is a heat exchange apparatus provided with a pair of partition walls which respectively block between the section and the inner wall of the pipe.
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えた熱交換装置である。
The invention corresponding to
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュール内の平均流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である熱交換装置である。
The invention corresponding to
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、前記配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材を備えた熱交換装置である。
The invention corresponding to
請求項７に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記伝熱管の外壁に、フィンを備えた熱交換装置である。
The invention corresponding to
請求項８に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記配管内壁と前記伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材を備えた熱交換装置である。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a heat exchange apparatus according to the second aspect, wherein the heat exchange device includes a resistance member for increasing a flow resistance between the inner wall of the pipe and the region where the heat transfer tube is provided. It is an exchange device.
請求項９に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、前記各伝熱管が配置される熱交換装置である。
The invention corresponding to
請求項１０に対応する発明は、用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、前記被覆管の両端部と前記配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、前記被覆管の内壁、前記配管の外壁及び前記各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、前記被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、前記各導入管および前記隔離領域の内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた熱交換装置である。
The invention corresponding to
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する熱交換装置において、前記配管の内壁に、凹凸部材を備えた熱交換装置である。
The invention corresponding to
請求項１２に対応する発明は、請求項１０または請求項１１に対応する熱交換装置において、前記隔離領域の流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である熱交換装置である。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the heat exchange device according to the tenth or eleventh aspect, the flow path cross-sectional area of the isolation region is 20 of the flow path cross-sectional area of the plane perpendicular to the pipe axis of the pipe. % Heat exchanger.
＜作用＞
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、以下の作用を有する。
<Action>
Therefore, the present invention has the following effects by taking the above-described means.
請求項１に対応する発明は、工業用水配管あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、熱交換モジュールを支持するとともに、配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、各導入管および熱交換モジュールの内部に被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた構成により、工業用水配管等から工業用水等を引き出さずに被冷却媒体を冷却することができ、工業用水等を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。
The invention corresponding to
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、熱交換モジュールが、導入管に接続され、配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管とを備えているので、配管内部を流れる工業用水等と伝熱管の外壁との接触効率を高めることにより、伝熱管内部を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
In the invention corresponding to
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、熱交換モジュールが、配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、仕切り板の両端部と該配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁とを備えており、配管内部を流れる水に仕切り板全体が接触するので、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
In addition to the operation corresponding to
請求項４に対応する発明は、請求項１〜３のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えているので、配管内部を流れる水と熱交換モジュールとの接触効率を高めることができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
Since the invention corresponding to
請求項５に対応する発明は、請求項１〜４のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールの内部の平均流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内であるので、配管を流れる工業用水等の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができる。
In addition to the operation corresponding to any one of
請求項６に対応する発明は、請求項１〜５のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材を備えているので、攪拌部材の設置位置よりさらに下流に熱交換モジュールが設けられた場合、その下流に設けられた熱交換モジュールに流入する水温を均一化することができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
The invention corresponding to
請求項７に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、伝熱管の外壁に、フィンを備えているので、配管内部を流れる工業用水等と伝熱管との接触効率を高めることができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
In addition to the operation corresponding to
請求項８に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、配管内壁と伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材を備えており、配管を流れる工業用水等を伝熱管の近傍に導くことができ、伝熱管を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
In addition to the action corresponding to
請求項９に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、各伝熱管が配置されるので、用水路のポンプ動力に対する、工業用水等と被冷却媒体との熱交換量を最大化することができる。
In the invention corresponding to
請求項１０に対応する発明は、用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、被覆管の両端部と配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、被覆管の内壁、配管の外壁及び各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、各導入管および隔離領域の内部に被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた構成により、工業用水配管等から工業用水等を引き出さずに被冷却媒体を冷却することができ、工業用水等を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。 The invention corresponding to claim 10 has a diameter larger than the diameter of the pipe of the irrigation channel, and closes between the cladding tube covering the pipe, both ends of the cladding pipe and the outer wall of the pipe, A set of blocking members that support the tube, an inner wall of the cladding tube, an outer wall of the pipe, an inside of the isolation region formed by each of the blocking members, and an outside of the cladding tube, and at least introduce a medium to be cooled. With a configuration including a set of introduction pipes and a cooling medium circulating means for circulating the cooling medium inside each introduction pipe and the isolation region, the cooling medium can be supplied without drawing industrial water from industrial water piping. It is possible to provide a heat exchange device that can be cooled and can effectively use industrial water or the like.
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する作用に加え、配管の内壁に、凹凸部材を備えているので、配管内部を流れる水と配管の内壁との接触効率を高めることができ、隔離領域を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。 In addition to the action corresponding to claim 10, the invention corresponding to claim 11 is provided with an uneven member on the inner wall of the pipe, so that the contact efficiency between the water flowing inside the pipe and the inner wall of the pipe can be increased. The to-be-cooled medium flowing in the isolation region can be efficiently cooled.
請求項１２に対応する発明は、請求項１０・１１に対応する作用に加え、隔離領域の流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内であるので、配管を流れる水の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができる。
In the invention corresponding to claim 12, in addition to the actions corresponding to
本発明によれば、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat exchange apparatus which can utilize industrial water or tap water effectively can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
＜第1の実施形態＞
（１−１．構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置１０の構成を示す模式図である。
<First Embodiment>
(1-1. Configuration)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
ここでは、熱交換装置１０が、工業用水配管あるいは水道水配管（以下、工業用水配管等という）の内部を流れる工業用水Ｗあるいは水道水（以下、工業用水等という）に、空調／冷房システム１からの廃熱を排出するための構成例を示している。
Here, the
なお、既に説明した部分と同一の部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態についても同様にして重複した説明を省略する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the already demonstrated part, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, the same description is not repeated for each of the following embodiments.
熱交換装置１０は、熱交換モジュール３０・導入管４０・被冷却媒体循環ポンプ５０とを備え、空調／冷房システム１の凝縮器４に被冷却媒体流通管８を介して接続される。
The
熱交換装置１０を工業用水配管あるいは水道水配管に取り付ける際には、例えば工業用水配管等の一部を配管２０に交換して取り付けても良い。
When the
熱交換モジュール３０は、配管２０の内部に設けられ、本実施形態においては、図２〜４に示すような熱交換モジュール３０が用いられる。すなわち、熱交換モジュール３０は、後述する導入管４０Ａ・４０Ｂに接続され、配管２０の管軸に沿って互いに向き合うような開口部Ｈを複数有する少なくとも一組の集合管３１Ａ・３１Ｂと、各集合管３１Ａ・３１Ｂの互いに向き合った開口部Ｈに水密に設けられた複数の伝熱管３２とを備えている。それゆえ、各伝熱管３２は、配管２０の内部を工業用水等が流れる方向と平行に設けられることになる。
The
導入管４０は、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の管状部材である。ここでは、一組の導入管４０Ａと４０Ｂとにより、複数の集合管３１を介して伝熱管３２に被冷却媒体Ｃが導入される。
The
被冷却媒体循環ポンプ５０は、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させるものである。ここでは、空調／冷却システム１の凝縮器４と各伝熱管３２とを通過するように被冷却媒体Ｃを循環させる。
The to-be-cooled
（１−２．作用）
次に本実施形態に係る熱交換装置１０の作用について図５のフローチャートを用いて説明する。
(1-2. Action)
Next, the operation of the
本実施形態では、熱交換装置１０は、空調／冷房システム１に取り付けられている。
In the present embodiment, the
空調／冷房システム１では、蒸発器２において、低沸点媒体流通管７を流れる低沸点媒体を蒸発させることにより、冷却対象流通管６を流れる空気あるいは水などの冷却対象物質から熱を奪って、冷風や冷水にする。一方、蒸発されて気体となった低沸点媒体は圧縮機３で昇圧されてから凝縮器４に送られる。そして、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８を流れる被冷却媒体Ｃにより低沸点媒体流通管７の低沸点媒体が冷却される。すなわち、低沸点媒体流通管７から被冷却媒体流通管８へ、空調／冷房システム１の廃熱が放出される（ステップＳ１）。
In the air conditioning /
ここで、被冷却媒体流通管８の両端は、導入管４０Ａ・４０Ｂとそれぞれ接続されている。それゆえ、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動することにより、熱を受け取った被冷却媒体Ｃを一方向に移動して、熱交換モジュール３０へ供給することができる（ステップＳ２）。
Here, both ends of the cooled
熱交換モジュール３０は、配管２０の内部に設置されている。それゆえ、熱交換モジュール３０の集合管３１や伝熱管３２の内部を被冷却媒体Ｃが通過すると、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等に廃熱が放出される（ステップＳ３）。この結果、被冷却媒体Ｃが冷却される。
The
冷却された被冷却媒体Ｃは、再度、凝縮器４に流入する（ステップＳ４）。そして、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８が低沸点媒体流通管７から廃熱を受け取る。
The cooled medium C to be cooled again flows into the condenser 4 (step S4). In the
この後、被冷却媒体循環ポンプ５０が稼動している間、上述したステップＳ１〜Ｓ４の動作が繰り返される（ステップＳ５）。これにより、空調／冷房システム１の廃熱が、熱交換装置１０を介して工業用水配管等に放出される。
Then, while the to-be-cooled
（１−３．効果）
以上説明したように、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水配管あるいは水道水配管に取り付けられる配管２０と、配管２０の内部に設けられた熱交換モジュール３０と、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の導入管４０Ａ・４０Ｂと、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させる被冷却媒体循環ポンプ５０とを備えた構成により、工業用水配管あるいは水道水配管から工業用水Ｗ等を引き出さずに被冷却媒体Ｃを冷却することができ、工業用水あるいは水道水を有効活用することができる。
(1-3. Effect)
As described above, the
すなわち、導入管４０は、被冷却媒体Ｃを、工業用水配管等の内部に導く複数の集合管３１に繋がっている。さらに各集合管３１は、工業用水Ｗ等の流れる方向と平行に設けられた複数の伝熱管３２に繋がっている。そのため、被冷却媒体Ｃは、これら伝熱管３２の内部を流通する間に、伝熱管３２の外部を流れる、より低温の工業用水Ｗ等と熱交換して冷却される。
That is, the
なお、被冷却媒体Ｃは、一組の集合管３１Ａ・３１Ｂを介して、導入管４０Ａ・４０Ｂから各伝熱管３２に導入される。この際、被冷却媒体循環ポンプ５０によって、被冷却媒体流通管８から、導入管４０Ａ・集合管３１Ａ・伝熱管３２・集合管３１Ｂ・導入管４０Ｂ・被冷却媒体流通管８と循環するように被冷却媒体Ｃに圧力が加えられる。
In addition, the to-be-cooled medium C is introduce | transduced into each
なお、熱交換装置１０によれば、工業用水Ｗ等と被冷却媒体Ｃとが混ざらずに熱交換される。そのため、工業用水Ｗ等の品質劣化を引き起こすことなく、工業用水Ｗ等を冷却用途に用いることができる。
In addition, according to the
また、熱交換装置１０は、冷却塔を用いていない。そのため、都市部のビルの屋上に数多く設置されている冷却塔からの大量の廃熱によって引き起こされる「ヒートアイランド現象」を軽減できる。
Further, the
なお、本実施形態では、空調／冷房システム１の廃熱を放出する熱交換装置１０を例として説明したが、これに限らず、発生した熱を外部に廃棄する必要があるものであれば、熱交換装置１０を他のシステムと組み合わせても良いことは言うまでもない。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、被冷却媒体Ｃを、工業用水Ｗ等の流れの下流側から導入したが、上流側から導入しても良いことは言うまでもない。 Moreover, in this embodiment, although the to-be-cooled medium C was introduce | transduced from the downstream of the flow of the industrial water W etc., it cannot be overemphasized that you may introduce from the upstream.
また、導入管４０を配管２０に挿入する位置は、図１に示すものには限られない。すなわち、導入管４０は、上面や下面・側面のいずれの方向から挿入してもよいものである。
Further, the position where the
また、本実施形態に係る熱交換装置１０においては、熱交換モジュール３０の自重を支える為に、配管２０の内部にスペーサが設置される場合がある。
In the
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０では、伝熱管３２を複数本設置する多管式の熱交換モジュール３０について述べているが、管状ではなく板状の隔壁を用いるプレートフィン式の熱交換モジュール３０を採用しても良い。
In the
（低コスト化）
また、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水Ｗ等を低コストで使用することに、資するものである。以下、この点について説明する。
(lowering cost)
Further, the
工業用水Ｗを使用する場合、一般的には、需要者は、工業用水の供給事業者と契約時に「責任水量」を決め、これに応じて一定の使用料金を支払う。しかし、使用量が「責任水量」未満でも支払う料金は同じである。逆に、責任水量を超えてしまった場合は、超過料金を支払う必要がある。 When using the industrial water W, generally, the consumer determines a “responsible water amount” at the time of contract with the industrial water supplier, and pays a certain usage fee accordingly. However, even if the amount used is less than the “responsible water amount”, the fee paid is the same. Conversely, if the responsible water volume is exceeded, it is necessary to pay an excess fee.
また、地域冷暖房や未利用エネルギー利用のプロジェクトにおいては、冷却用途のために一旦、工業用水Ｗを引き込んでから使用し、その後で元の工業用水配管に戻すことがある。しかし、元の工業用水配管に工業用水を戻したとしても、使用料金が変わることはない。なぜならば、一旦、需要者側に引き込まれた工業用水を元の配管に戻されたとしても、品質劣化のリスクが生ずることに変わりはないため、供給事業者の立場からすると、使用料金を変える要因とはなりえないからである。 Further, in a project for district heating and cooling or utilization of unused energy, industrial water W is temporarily drawn in for use in cooling and then used, and then returned to the original industrial water piping. However, even if the industrial water is returned to the original industrial water pipe, the usage fee does not change. This is because once industrial water drawn to the customer side is returned to the original piping, there is no change in the risk of quality deterioration. It cannot be a factor.
いずれにしても、需要者にとっては、実使用量に対応した料金より過大な料金を支払う必要がある。そのため、過大な料金を支払う必要のない低コスト化を実現し得る熱交換システムが望まれている。 In any case, it is necessary for the consumer to pay a fee that is higher than the fee corresponding to the actual usage. Therefore, a heat exchange system that can realize cost reduction without having to pay an excessive charge is desired.
ところで、工業用水配管の内部には、比較的低温の水が、常に一定流速以上で流れているという現状がある。さらに、工業用水の供給事業者には、各需要者の消費量にかかわらず、ある一定量以上の水を常に配水する義務が課せられている。また、水道水配管では水道水が需要者に到達するまでに、残留塩素が抜けてしまわないように、配管内を一定時間内に通過させる必要がある。 By the way, there is a current situation that relatively low-temperature water always flows at a constant flow rate or more inside the industrial water pipe. Furthermore, industrial water suppliers are obliged to always distribute a certain amount or more of water regardless of the consumption of each consumer. Further, in the tap water piping, it is necessary to pass through the piping within a certain time so that residual chlorine does not escape before the tap water reaches the consumer.
一方、公共事業の民営化が進むにつれて、工業用水等の供給事業者として、地方治体等の公共事業体だけでなく、民間事業者も参入してきている。民間事業者が供給事業者である場合、水の供給形態や規制に縛られることがないので、需要者の料金負担が少なく、実使用量に見合った料金体系の設定をすることにより、需要を喚起することが可能となる。 On the other hand, with the progress of the privatization of public works, not only public works such as local governments but also private businesses have entered as industrial water suppliers. If a private company is a supply company, it is not restricted by water supply forms or regulations, so demand is reduced by setting a charge system that is less burdensome for consumers and that matches the actual usage. It can be aroused.
かかる背景から、本実施形態に係る熱交換システム１０を用いれば、工業用水Ｗ等を配管外部に取り出さず、かつ工業用水Ｗ等と混ざること無しに被冷却媒体Ｃを冷却できるので、水質劣化のリスクは生じず、需要者に工業用水路を低コストで提供できるようになる。すなわち、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水Ｗ等を低コストで使用することに、資するものである。
From such a background, if the
＜第２の実施形態＞
図６は本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置１０Ｓの構成を示す模式図である。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｓは、第１の実施形態の熱交換モジュール３０とは異なる熱交換モジュール３０Ｓを用いたものである。
A
熱交換モジュール３０Ｓは、仕切り板３３と隔壁３４Ａ・３４Ｂとを備えている。具体的には、熱交換モジュール３０Ｓの全体は図７のように示される。また、各部材を分解した状態は、図８のように示される。
The
仕切り板３３は、配管２０の管軸に沿って、該配管２０の内部を水密に仕切る部材である。ここでは、工業用水Ｗ等の流れと平行に設置される。
The
隔壁３４Ａ・３４Ｂは、仕切り板３３の両端部と配管２０の内壁２０Ｗとの間をそれぞれ塞ぐ一組の部材である。ここでは、配管２０の管軸と垂直に円弧状の部材が用いられる。
The partition walls 34 </ b> A and 34 </ b> B are a set of members that block between the both end portions of the
上述したように、熱交換モジュール３０Ｓは、仕切り板３３と、仕切り板３３の両端部を閉塞する隔壁３４Ａ・３４Ｂとを備えているので、配管２０の内部に、工業用水Ｗ等と隔離した隔離領域を有している。
As described above, since the
そこで、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動して、凝縮器４を経由した被冷却媒体Ｃを、上記隔離領域に導入管４０Ａから導入し、導入管４０Ｂから排出させて循環させれば、工業用水Ｗ等を工業用水配管等から外部に取り出さず、かつ被冷却媒体Ｃと混ぜないように熱交換させることができる。
Then, if the to-be-cooled
また、本実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｓでは、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等に仕切り板３３全体が接触するので、被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
Further, in the
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｓでは、一組の隔壁３４Ａ・３４Ｂによって、工業用水Ｗ等と隔離した１つの隔離領域を示しているが、複数組の隔壁を用いて、複数の隔離領域を形成しても良いことは言うまでもない。
In the
また、各隔壁３４Ａ・３４Ｂの取り付け角度は、流れ方向に対して、厳密に平行である必要は無い。例えば、工業用水Ｗ等の流動抵抗を減らすために、上流側に設置される隔壁３４Ａは上流側に向かって斜めに設置し、下流側に設置される隔壁３４Ｂは下流側に向かって斜めに設置してもよい。
Further, the attachment angles of the
＜第３の実施形態＞
図９は本発明の第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔの構成を示す模式図である。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔは、配管２０の内部ではなく、工業用水路等の配管２０’の外部に被冷却媒体Ｃを循環させる。すなわち、熱交換装置１０Ｔでは、工業用水配管等の外部に熱交換モジュール３０Ｔを備えている。
The
熱交換モジュール３０Ｔは、被覆管３５と閉塞部材３６とを備えている。具体的には、熱交換モジュール３０Ｔの全体は図１０のように示される。また、各部材を分解した状態は、図１１のように示される。
The heat exchange module 30T includes a
被覆管３５は、工業用水路等の配管２０’の径より大きい径を有し、該配管２０’を内部に収容する部材である。ここでは、被覆管３５は、工業用水配管等と同心円上に、工業用水配管等の外径より大きな内径を有している。
The
閉塞部材３６Ａ・３６Ｂは、被覆管３５の両端部と配管２０’の外壁との間をそれぞれ閉塞する一組の部材である。ここでは、閉塞部材３６Ａ・３６Ｂは、配管軸と垂直に設置されるリング状の部材である。
The closing members 36 </ b> A and 36 </ b> B are a set of members that respectively close the ends of the
上述したように、熱交換モジュール３０Ｔは、被覆管３５と、被覆管３５の両端部と配管２０’の外壁との間を閉塞する閉塞部材３６Ａ・３６Ｂとを備えているので、配管２０’の外壁面に隔離領域を形成する。
As described above, the heat exchange module 30T includes the
そこで、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動して、凝縮器４を経由した被冷却媒体Ｃを、上記隔離領域に導入管４０Ａから導入し、導入管４０Ｂから排出させて循環すれば、工業用水Ｗ等を工業用水配管等から外部に取り出さず、かつ被冷却媒体Ｃと混ぜないように熱交換することができる。
Therefore, if the cooled
このように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔによれば、用水路から工業用水Ｗ等を引き出さずに被冷却媒体Ｃを冷却することができ、用水路を有効活用することができる。
Thus, according to the
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔでは、同心円状の被覆管３５を設けているが、同心円状のものに限る必要は無い。すなわち、工業用水配管等との間に、被冷却媒体Ｃが流れる隔離領域が確保できる形状であればよい。例えば、被覆管３５の断面形状が多角形状のものであってもよい。
In the
なお、工業用水配管等は、一般的には地中に埋設されているが、地上に設置されているものもある。このような地上に設置された工業用水配管等に対して、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔであれば、被覆管３５を備えるだけでよく、配管２０’等を取り替える必要がないので、建設作業等の負荷を格段に軽減することができる。
In addition, although industrial water piping etc. are generally embed | buried in the ground, there are some which are installed on the ground. For such industrial water pipes installed on the ground, if the
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態に係る熱交換装置１０Ｕは、熱交換モジュール３０・３０Ｓ・３０Ｔに、工業用水等と接触する接触部材を設けている。
<Fourth Embodiment>
In the heat exchange device 10U according to the fourth embodiment of the present invention, the
具体的には、図１２に示すように、第１の実施形態に係る伝熱管３２の外壁にフィン３７を設けている。なお、図１２（Ａ）は伝熱管３２の外観を示す模式図であり、図１２（Ｂ）は伝熱管３２の断面形状を示す模式図である。
Specifically, as shown in FIG. 12,
また、図１３（Ａ）・図１３（Ｂ）に示すような凹凸部材３８Ａや３８Ｂを、第１の実施形態に係る配管２０の内壁や、第２の実施形態に係る配管２０の内壁および仕切り板３３の表面や、第３の実施形態に係る被覆管３５の内壁および工業用水配管２０’の外壁などに設けている。なお凹凸部材３８Ａは山と谷とが直線的に形成され、凹凸部材３８Ｂは山と谷とが蛇行して形成される。
Further, the
このようなフィン３７や凹凸部材３８Ａ・３８Ｂを、工業用水等と接触する位置に設けることにより、配管２０や伝熱管３２・仕切り板３３・被覆管３５などにおける単位長さ当たりの熱交換面積を増加することができる。また、工業用水Ｗ等や被冷却媒体Ｃの流れに乱れを生起することができる。
By providing
上述したように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｕでは、配管２０の内壁や熱交換モジュール３０・３０Ｓ・３０Ｔの外壁にフィン３７や凹凸部材３８Ａ・３８Ｂを備えているので、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等と熱交換モジュールとの接触効率を高めることができ、被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
As described above, in the heat exchange device 10U according to the present embodiment, the
また、工業用水W等と被冷却媒体Ｃとの間の熱交換効率が高まるので、必要な熱交換量に対して、伝熱管３２の総延長（長さ×本数）や、仕切り板３３、被覆管３５の長さを短くすることもできる。結果として、熱交換モジュール３０等の設置コストの軽減に資することにもなる。
In addition, since the heat exchange efficiency between the industrial water W and the like and the medium C to be cooled is increased, the total extension (length × number) of the
また、工業用水Ｗ等の流れの圧力損失を少なくできるので、工業用水Ｗ等の送水ポンプの動力費の増加を抑えることもできる。さらに、送水ポンプの増設・取替え等の作業も抑えることができる。 Moreover, since the pressure loss of the flow of the industrial water W or the like can be reduced, an increase in the power cost of the water pump such as the industrial water W can be suppressed. In addition, work such as adding or replacing a water pump can be suppressed.
＜第５の実施形態＞
図１４は本発明の第５の実施形態に係る熱交換装置１０Ｖの構成を示す模式図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration of a
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖでは、第１の実施形態に係る熱交換装置１０において、配管２０の内壁と伝熱管３２が設けられた領域との間の側面間隙部に、工業用水Ｗ等の流れを、せき止めたり、抑制したりするための抑制板７０を設けている。
In the
すなわち、抑制板７０は、配管２０の内壁と伝熱管３２の外壁との間の領域の流動抵抗を大きくするための抵抗部材であり、例えば図１５に示すように、四角く中央をくりぬいたメッシュ形状のものが設置される。
That is, the
これにより、工業用水Ｗ等が、伝熱管３２が設置された領域を通らずに、配管２０の内壁近傍を通って下流へ抜けてしまうことを防止することができる。
Thereby, it is possible to prevent the industrial water W or the like from flowing out downstream through the vicinity of the inner wall of the
すなわち、一般的には、複数の伝熱管３２が設置された領域は流動抵抗が大きいため、伝熱管３２が設置されていない側面間隙部の方を工業用水等は流れることになる。そのため、工業用水Ｗ等と伝熱管３２との熱交換効率が低くなる場合がある。
That is, generally, since the flow resistance is large in the region where the plurality of
これに関し、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖは、抑制板７０を備えているので、配管２０を流れる工業用水Ｗ等を伝熱管３２の近傍に導くことができ、熱交換のロスを最小に抑えることができる。結果として、熱交換装置１０Ｖは、伝熱管３２を流れる被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
In this regard, since the
但し、抑制板７０により側面間隙部を塞ぎすぎると、圧力損失が過大となり、用水路のポンプ動力を上げる必要が生じる。そこで、抑制板７０は、孔を開けてメッシュ状にしたり、配管２０の内壁との間に隙間を設けたりすることが望ましい。換言すれば、適切な開孔率を有する抑制板７０を設置することによって、熱交換効率と圧力損失とのバランスを最適化することができる。
However, if the side surface gap is blocked by the
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖでは、環状の抑制板７０を設けたが、側面間隙部における工業用水Ｗ等の流れを抑制する機能を有するものであれば、他の形状であってもよい。また、抑制板７０として、分割した複数の構造物からなるものを用いてもよい。
In addition, in the
また、抑制板７０は一箇所だけに設置するのではなく、複数個所に設置してもてよい。
Moreover, you may install the
＜第６の実施形態＞
図１６は本発明の第６の実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの構成を示す模式図である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration of a
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗでは、第１の実施形態に係る熱交換モジュール３０が設けられた位置より下流の位置に、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等を撹拌するためのガイドベーン７１を設けている。
In the
具体的には、ガイドベーン７１として、図１７に示すような、工業用水Ｗ等の流れ方向に沿って径が小さくなる楕円柱形状の構造体７１Ａや、図１８に示すような、流れ方向と対向して頂点を有する円錐形状の構造体７１Ｂ、図１９に示すような捩り板状の構造体７１Ｃが挙げられる。なお、図１７〜図１９の添え字である（Ａ）と（Ｂ）とは、それぞれ側面図と正面図とを示すものである。
Specifically, as the
上述したように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗは、熱交換モジュール３０が設けられた位置より下流の位置に、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等を攪拌するためのガイドベーン７１を備えているので、ガイドベーン７１よりさらに下流に熱交換モジュール３０が設けられた場合、その下流に設けられた熱交換モジュール３０に流入する水温を均一化することができ、効率よく冷却することができる。
As described above, the
補足すると、熱交換モジュール３０と接触した工業用水Ｗ等は、被冷却媒体Ｃと熱交換するため、熱交換モジュール３０が設置された位置より下流の位置では昇温幅が大きい。
Supplementally, since the industrial water W or the like that has come into contact with the
一方、側面間隙部を通るなどして、熱交換モジュール３０と殆ど熱交換しない工業用水等は、熱交換モジュール３０が設置された位置より下流の位置では昇温幅が小さい。
On the other hand, industrial water or the like that hardly passes heat with the
ここで、工業用水Ｗ等がそのまま下流に流れた場合には、図２０に示すように、更に下流に設置された熱交換モジュール３０’においては、昇温幅が大きい工業用水Ｗ１等と熱交換し、昇温幅の小さい工業用水等Ｗ２とは殆ど熱交換しないことになる。
Here, when the industrial water W or the like flows downstream as it is, as shown in FIG. 20, in the
この場合、昇温幅が大きい工業用水Ｗ１等と熱交換したとしても、被冷却媒体Ｃとの温度差が小さいため、十分な冷却効果が発揮されないことになる。 In this case, even if heat exchange is performed with the industrial water W1 or the like having a large temperature rise width, the temperature difference from the medium C to be cooled is small, so that a sufficient cooling effect is not exhibited.
これに対し、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗであれば、図２１に示すように、２つの熱交換モジュール３０と３０’との間にガイドベーン７１が設けられているので、熱交換モジュール３０を通過後の昇温幅の大きい工業用水Ｗ１等と、昇温幅の小さい工業用水Ｗ２等とを混ぜあわされた、温度分布が均一な工業用水Ｗ３等にすることができる。
On the other hand, in the
これにより、下流に設ける別の熱交換モジュール３０’において、工業用水等と被冷却媒体Ｃとの温度差を大きくすることができ、冷却性能の劣化を抑えることができる。 Thereby, in another heat exchange module 30 'provided downstream, the temperature difference between the industrial water or the like and the medium C to be cooled can be increased, and deterioration of the cooling performance can be suppressed.
なお、本実施形態では、円環状のもの、円錐状のもの、あるいは板を捩った形状のスワラーを設けたが、工業用水等の流れの方向を変える機能を有するものであれば、上記形状に限定するものではない。例えば、これ以外にも、配管の管軸付近から内壁近傍に工業用水等を導く多角錘状の構造体なども用いられる。 In this embodiment, a swirler having an annular shape, a conical shape, or a twisted shape of a plate is provided, but any shape having a function of changing the flow direction of industrial water or the like may be used. It is not limited to. For example, a polygonal pyramid structure that guides industrial water or the like from the vicinity of the pipe axis of the piping to the vicinity of the inner wall is also used.
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態に係る熱交換装置１０Ｘは、第１の実施形態に係る熱交換装置１０において、伝熱管３２の配列ピッチを最適化したものである。
<Seventh Embodiment>
The heat exchange device 10X according to the seventh embodiment of the present invention is an arrangement in which the arrangement pitch of the
本実施形態においては、熱交換装置１０Ｘは、図２２に示すように、各伝熱管３２の中心間距離Ｐが一定間隔になるように形成されている。
In the present embodiment, the heat exchange device 10X is formed so that the center-to-center distance P of each
ここで、中心間距離Ｐを小さくした場合、一定の領域においては、より多くの伝熱管３２を収納できるので、伝熱面積は増加する。しかし、この場合、工業用水Ｗ等が流れる隙間が狭くなるので、流動抵抗は大きくなる。その結果、工業用水Ｗ等が、熱交換モジュール３０の設置領域の外側の側面間隙部を流れるようになり冷却性能が劣化する場合が生じる。また、圧力損失が増大して、送水ポンプの動力が過大になる場合が生じる。
Here, when the center-to-center distance P is reduced, more
そこで、最適な中心間距離Ｐの値を求めるための解析計算を行なうと、図２３に示すような結果が得られる。 Therefore, when an analysis calculation for obtaining an optimum value of the center distance P is performed, a result as shown in FIG. 23 is obtained.
解析計算の条件は、配管２０の内径を４３ｃｍ，配管２０の内部を流れる工業用水の流量を１時間当たり４７５．３ｍ３，伝熱管３２の外径Ｄを２７．２ｃｍ，伝熱管３２の長さを３．６ｍ， 伝熱管３２の内部を流れる被冷却媒体の流量を４７．５ｍ３とする。
The conditions of the analytical calculation are: the inner diameter of the
解析計算の結果、伝熱管配列ピッチ比に対する単位圧力損失当たりの熱交換量（単位はＷ／Ｐａ）は、図２３の線Ｌ１に示す値となる。なお、「伝熱管配列ピッチ比」とは、互いに隣接する伝熱管３２の中心間距離Ｐと伝熱管３２の外径Ｄとの比のことである。また、伝熱管配列ピッチ比に対する圧力損失（単位はＰａ）は、線Ｌ２のように表される。伝熱管配列ピッチ比に対する熱交換量（単位はｋＷ）は、線Ｌ３のように表される。
As a result of the analytical calculation, the heat exchange amount (unit: W / Pa) per unit pressure loss with respect to the heat transfer tube arrangement pitch ratio is a value indicated by a line L1 in FIG. The “heat transfer tube arrangement pitch ratio” is the ratio of the center-to-center distance P between the
図２３の線Ｌ１によると、伝熱管配列ピッチ比（横軸）の値が、１．３以下と２．４以上の領域で、縦軸の単位圧力損失当り、即ち、単位ポンプ動力当りの熱交換量が、大幅に低下することがわかる。 According to the line L1 in FIG. 23, in the region where the heat transfer tube arrangement pitch ratio (horizontal axis) is 1.3 or less and 2.4 or more, the heat per unit pressure loss on the vertical axis, that is, the heat per unit pump power. It can be seen that the exchange amount is greatly reduced.
そこで、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｘは、伝熱管配列ピッチ比（Ｐ／Ｄ）の値が１．３〜２．４の領域になるように伝熱管３２を配置する。これにより、熱交換装置１０Ｘは、最小限のポンプ動力で最大の熱交換量を実現できるようになる。
Therefore, in the heat exchange device 10X according to the present embodiment, the
なお、本実施形態では、伝熱管３２を正方形状に配置しているが、これに限定するものではなく、正三角形状等、他の配置においても適用できる。
In addition, in this embodiment, although the
＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態に係る熱交換装置１０Ｙは、第１および第２の実施形態に係る熱交換装置１０・１０Ｓにおいて、被冷却媒体Ｃが流通するための断面積の大きさを最適化したものである。
<Eighth Embodiment>
The heat exchanging device 10Y according to the eighth embodiment of the present invention has the optimum cross-sectional area size for the medium C to flow in the
熱交換装置１０Ｙにおいて、熱交換モジュール３０の内部を流れる被冷却媒体Ｃが配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等から受ける熱量Ｑｃは、下式（１）で表される。但し、ｕｃは被冷却媒体Ｃの流速、Ａｃは流路断面積、ΔＴｃは入口温度差、ρｃは密度、Ｃｐｃは比熱である。
In the heat exchanging device 10Y, the amount of heat Qc received from the industrial water W or the like flowing through the
Ｑｃ＝ρｃ・Ｃｐｃ・ｕｃ・Ａｃ・ΔＴｃ ・・・・・・（１）
一方、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等が熱交換モジュール３０の内部を流れる被冷却媒体Ｃから受ける熱量Ｑｗは、下式（２）で表される。但し、ｕｗは工業用水Ｗ等の流速、Ａｗは流路断面積、ΔＴｗは入口温度差、ρｗは密度、Ｃｐｗは比熱である。
Qc = ρc · Cpc · uc · Ac · ΔTc (1)
On the other hand, the amount of heat Qw received from the cooling medium C flowing through the
Ｑｗ＝ρｗ・Ｃｐｗ・ｕｗ・Ａｗ・ΔＴｗ ・・・・・・（２）
ここで、密度ρや比熱Ｃｐは変化量が小さいので同じ値となる。よって、Ｑｃ＝Ｑｗとなるときの状態においては、下式（３）・（４）が成り立つ。
Qw = ρw · Cpw · uw · Aw · ΔTw (2)
Here, the density ρ and the specific heat Cp have the same value because the amount of change is small. Therefore, in the state when Qc = Qw, the following expressions (3) and (4) are established.
ｕｃ・Ａｃ・ΔＴｃ＝ｕｗ・Ａｗ・ΔＴｗ ・・・・・・（３）
（Ａｃ／Ａｗ）＝（ｕｗ・ΔＴｗ）／（ｕｃ・ΔＴｃ） ・・・・・・（４）
ところで、実際の工業用水Ｗ等の流速ｕｗは約１ｍ／ｓ（秒速１ｍ）である。
uc · Ac · ΔTc = uw · Aw · ΔTw (3)
(Ac / Aw) = (uw · ΔTw) / (uc · ΔTc) (4)
By the way, the actual flow rate uw of the industrial water W or the like is about 1 m / s (speed of 1 m per second).
また、熱交換装置１０Ｙを工業用水路等に設置するためには、工業用水Ｗ等の温度上昇を１Ｋ未満に抑える必要がある。 Further, in order to install the heat exchange device 10Y in an industrial water channel or the like, it is necessary to suppress the temperature rise of the industrial water W or the like to less than 1K.
そのためには、空調／冷房システム１において、被冷却媒体Ｃを冷却する時の出入口の温度差ΔＴｃが５Ｋ〜６Ｋとなるようにする必要がある。また、被冷却媒体Ｃの流速ｕｃは、熱伝達効率を少なくとも工業用水Ｗ等と同等以上にするために、工業用水Ｗ等の流速ｕｗである１ｍ／ｓ以上にする必要がある。すなわち、下式（５）を満たすようにする必要がある。
For this purpose, in the air conditioning /
（Ａｃ／Ａｗ）＜（１・１）／（１・５）＝０．２ ・・・・・・（５）
そこで、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｙでは、図２４（Ａ），（Ｂ）に示すように、熱交換モジュール３０の内部の平均流路断面積Ａｃを、配管２０の管軸に垂直な面の流路断面積Ａｗの２０％以内となるようにする。これにより、熱交換装置１０Ｙは、配管２０を流れる水の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができ、複数の熱交換システムを工業用水配管等に設置することができるようになる。
(Ac / Aw) <(1.1) / (1.5) = 0.2 (5)
Therefore, in the heat exchange device 10Y according to the present embodiment, as shown in FIGS. 24A and 24B, the average flow path cross-sectional area Ac inside the
＜第９の実施形態＞
本発明の第９の実施形態に係る熱交換装置１０Ｚは、第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔにおいて、被冷却媒体Ｃが流通するための断面積の大きさを最適化したものである。
<Ninth Embodiment>
The heat exchanging device 10Z according to the ninth embodiment of the present invention is an optimized
本実施形態では、図２５に示すように、被冷却媒体Ｃが流れる領域の流路断面積をＡｃとし、工業用水等が流れる領域の流路断面積をＡｗとすると、ＡｃのＡｗに対する比（Ａｃ／Ａｗ）が０．２以下になるように被覆管３５を設置する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 25, if the channel cross-sectional area of the region through which the medium to be cooled C flows is Ac and the channel cross-sectional area of the region through which industrial water or the like flows is Aw, the ratio of Ac to Aw ( The
すなわち、本実施形態においても、第８の実施形態で述べたのと同様の理由により、隔離領域の流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内になるように、被覆管３５の内径を設定する。
That is, also in this embodiment, for the same reason as described in the eighth embodiment, the channel cross-sectional area of the isolation region is within 20% of the channel cross-sectional area of the plane perpendicular to the pipe axis of the pipe. Thus, the inner diameter of the
詳しくは、被覆管３５の内径をＤｉｃ、工業用水配管等の外径をＤｏｗ、内径をＤｉｗと表記すると、下式（６），（７）が成り立つ。
Specifically, when the inner diameter of the
Ａｃ＝π（Ｄｉｃ２−Ｄｏｃ２）／４ ・・・・・・（６）
Ａｗ＝π Ｄｉｗ２／４ ・・・・・・（７）
そこで、下式（８）が成り立つように、被覆管３５の内径Ｄｉｗを決定する。
Ac = π (Dic 2 −Doc 2 ) / 4 (6)
Aw = π Diw 2/4 ······ (7)
Therefore, the inner diameter Diw of the
（Ａｃ／Ａｗ）＝（Ｄｉｃ２−Ｄｏｗ２）／Ｄｉｗ２ ＜０．２ ・・・・・・（８）
これにより、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｚでは、隔離領域の流路断面積Ａｃを、配管２０’の管軸に垂直な面の流路断面積Ａｗの２０％以内となるようにする。これにより、熱交換装置１０Ｚは、配管２０’を流れる工業用水等の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができ、複数の熱交換システムを工業用水配管等に設置することができるようになる。
(Ac / Aw) = (Dic 2 −Dow 2 ) / Diw 2 <0.2 (8)
Thereby, in the heat exchange device 10Z according to the present embodiment, the flow path cross-sectional area Ac of the isolation region is set to be within 20% of the flow path cross-sectional area Aw of the plane perpendicular to the pipe axis of the
＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
<Others>
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine a component suitably in different embodiment.
１・・・空調／冷房システム、２・・・蒸発器、３・・・圧縮機、４・・・凝縮器、５・・・減圧器、６・・・冷却対象流通管、７・・・低沸点媒体流通管、８・・・被冷却媒体流通管、９・・・冷却塔、１０・・・熱交換装置、２０・・・配管、３０・・・熱交換モジュール、３１Ａ・３１Ｂ・・・集合管、３２・・・伝熱管、３３・・・仕切り板、３４Ａ・３４Ｂ・・・隔壁、３５・・・被覆管、３６・・・閉塞部材、３７・・・フィン、３８・・・凹凸部材、４０Ａ・４０Ｂ・・・導入管、５０・・・被冷却媒体循環ポンプ、７０・・・抑制板、７１・・・ガイドベーン。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記熱交換モジュールを支持するとともに、前記配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、
前記各導入管および前記熱交換モジュールの内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。 A heat exchange module provided inside an industrial water pipe or a tap water pipe;
At least one set of introduction pipes that support the heat exchange module and communicate the outside of the pipe with the inside of the heat exchange module to introduce the medium to be cooled;
A heat exchange apparatus comprising: a medium to be cooled that circulates the medium to be cooled inside each of the introduction pipes and the heat exchange module.
前記熱交換モジュールは、
前記導入管に接続され、前記配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、
前記各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to claim 1,
The heat exchange module is
At least one set of collecting pipes connected to the introduction pipe and having a plurality of openings facing each other along the pipe axis of the pipe;
A heat exchange device comprising: a plurality of heat transfer tubes provided at openings facing each other of the collecting tubes.
前記熱交換モジュールは、
前記配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、
前記仕切り板の両端部と前記配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to claim 1,
The heat exchange module is
A partition plate for partitioning the inside of the pipe along the pipe axis of the pipe;
A heat exchange apparatus comprising a pair of partition walls that respectively block between both end portions of the partition plate and the inner wall of the pipe.
前記熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えたことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to any one of claims 1 to 3,
A heat exchanging apparatus comprising an uneven member on an outer wall of the heat exchanging module.
前記熱交換モジュール内の平均流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である
ことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to any one of claims 1 to 4,
The heat exchange device according to claim 1, wherein an average flow path cross-sectional area in the heat exchange module is within 20% of a flow path cross-sectional area of a plane perpendicular to the pipe axis of the pipe.
前記熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、前記配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材
を備えたことを特徴とする熱交換装置。 In the heat exchange device according to any one of claims 1 to 5,
A heat exchange apparatus comprising a stirring member for stirring water flowing in the pipe at a position downstream of a position where the heat exchange module is provided.
前記伝熱管の外壁に、フィンを備えたことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to claim 2,
A heat exchanging device comprising fins on an outer wall of the heat transfer tube.
前記配管内壁と前記伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材
を備えたことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to claim 2,
A heat exchange device comprising a resistance member for increasing flow resistance between the inner wall of the pipe and the region where the heat transfer tube is provided.
前記各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、前記各伝熱管が配置される
ことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to claim 2,
Each of the heat transfer tubes is arranged such that a ratio between a distance between the centers of the heat transfer tubes and an outer diameter of the heat transfer tubes is any value from 1.3 to 2.4. Heat exchange device.
前記被覆管の両端部と前記配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、
前記被覆管の内壁、前記配管の外壁及び前記各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、前記被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、
前記各導入管および前記隔離領域の内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。 A cladding tube having a diameter larger than the diameter of the piping of the irrigation channel, and covering the piping;
A pair of blocking members for blocking the gap between both ends of the cladding tube and the outer wall of the pipe, and supporting the cladding tube;
An inner wall of the cladding tube, an outer wall of the piping and the inside of the isolation region formed by the respective blocking members, and at least one set of introduction pipes for introducing a medium to be cooled by communicating with the outside of the cladding tube;
A heat exchange apparatus comprising: a medium to be cooled that circulates the medium to be cooled inside each of the introduction pipes and the isolation region.
前記配管の内壁に、凹凸部材を備えたことを特徴とする熱交換装置。 The heat exchange device according to claim 10,
A heat exchanging apparatus comprising an uneven member on an inner wall of the pipe.
前記隔離領域の流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である
ことを特徴とする熱交換装置。 In the heat exchange device according to claim 10 or 11,
The heat exchange apparatus according to claim 1, wherein a flow path cross-sectional area of the isolation region is within 20% of a flow path cross-sectional area of a plane perpendicular to the pipe axis of the pipe.
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