JP2014145553A - 二重管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】視認によって内管の異常箇所を発見でき、分解・組立によって一部の管を交換することができ、コンパクトに設置できる、排熱回収に適した構造の二重管式熱交換器を提供すること。
【解決手段】金属製の内管と透明な合成樹脂製の外管とを備え、２本の前記内管及び２本の前記外管を分解・再組立可能に接続する接続機構を備える。接続機構は、１本の外管の一端を結合させる外管流路と１本の内管の一端を結合させる内管流路を持つ末端マニホルドと、末端マニホルドの外管からの流路を接続する外管接続パイプと、内管を接続する内管接続パイプとによって実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、二重管式熱交換器に関するものである。

排液を捨てる際にその余熱を熱交換器で回収する排熱回収は、省エネルギーの手段として有効である。回収された熱を利用し、その分、燃料使用量や電力使用量を削減することができる方法である。
通常、排液には、汚れ、沈殿物、腐食性物質が含まれることがほとんどである。そのため排熱回収には比較的汚れに対して性能低下が少ないとされる二重管式熱交換器又はスパイラル型熱交換器が使われることが多い。
二重管式熱交換器は、管の長さを長くして高い熱交換効率を実現できる一方、長い（例えば５０ｍの）管を設置するため、設置場所の状況によっては設置に必要な空間の体積が大きくなり過ぎる場合もあった。また、運搬においても不自由であった。
このため，二重管式熱交換器に替えてコンパクトなシェルアンドチューブ式熱交換器やスパイラル型熱交換器が用いられる事も多くあった。しかし，シェルアンドチューブ式熱交換器は、複数のチューブを用いるため液体の流圧を上げることで閉塞物を押し流して除去することができず、汚れや閉塞に弱いという欠点があり，下水等の排熱回収には必ずしも最適ではない。また、スパイラル型熱交換器は、コンパクトではあるが，流路断面が細長い長方形であるため、液体の流圧を上げて閉塞物を押し流して除去する際に閉塞物の一部が残存してしまうことがあり、汚れや閉塞に対して二重管熱交換器よりも熱交換性能低下は大きく，頻繁な分解洗浄が必要である。

以上のとおり、二重管式熱交換器は下水・汚水からの排熱回収に適している。しかし、従来の二重管式熱交換器には、以下の問題があった。
排液には、窒素化合物、硫化物、塩素化合物、酸、酸化剤、界面活性剤などが含まれている場合が多く、これらは熱交換器の伝熱管金属材料に対する腐食性を有する。腐食性流体によって二重管式熱交換器の内管に穴があいてしまう異常が生じることで、熱交換器が使用できなくなってしまう場合もある。
穴のあいた箇所、その他の異常箇所の管を交換できれば、二重管式熱交換器の使用を再開することができる。しかし、従来の二重管式熱交換器は一般に溶接またはロウ付け工法で製作されているため、異常箇所の発見が困難であり、発見できたとしても分解・組立によって一部の管を交換することはできない構造となっていた。
このため、熱交換器全体を交換することが一般的だった。そして、排熱回収設備においては、熱交換器の交換を行う数日の工事期間中、設備全体又は当該関連プラントの機能を停止せざるを得ないことになっていた。

特許文献１には、管の途中にクランプ継手を有し、クランプ継手を外して分解・点検を行う多重管式熱交換器が開示されている。かかる多重管式熱交換器によれば、異常箇所の管を交換することが可能ではある。
しかし、特許文献１の多重管式熱交換器を排熱回収に用いるには、以下の問題があった。熱交換器使用時において、視認によって異常箇所を検知することが困難である。（特許文献１は、サニタリ上の理由で点検を行うために定期的にクランプ継手を外すことを目的としており、異常箇所を検知することは目的ではない。）

以上のとおり、排熱回収に適した構造の二重管式熱交換器は、知られていなかった。

特開平８−３１３１７７号公報

解決しようとする課題は、視認によって内管の異常箇所を発見でき、分解・組立によって一部の管を交換することができ、コンパクトに運搬・設置でき、排熱回収に適した構造の二重管式熱交換器を提供することである。

本発明の二重管式熱交換器は、
金属製の内管と透明な合成樹脂製の外管とを備え、
２本の前記内管及び２本の前記外管を分解・再組立可能に接続する接続機構を備えることを特徴とする。

分解して異常箇所の発見された内管を交換し、その後に再組立をすることができる。内管を備品として備えておき、短時間の作業によって交換することができる。
外管が透明なので、内管に穴があいた場合、その他の異常が発生した場合には容易に視認できる。

本発明の二重管式熱交換器は、
前記接続機構は、２つの末端マニホルドと、外管接続パイプと内管接続パイプとを備え、
各々の前記末端マニホルドは、１本の前記外管の一端を接続させる外管流路と、１本の前記内管の一端を接続させる内管流路とを備え、
前記外管接続パイプは前記２つの末端マニホルドの前記外管流路を接続し、
前記内管接続パイプは前記２つの末端マニホルドの前記内管流路を接続することを特徴とする。

合成樹脂性の外管と金属製の内管とは、熱膨張率が大きく異なる。末端マニホルドに外管流路と内管流路とを別々に設け、合成樹脂管端部に熱膨張を許容するクリアランスを設けることで、熱膨張率の相違に基づき管内の液体の温度に依存して発生するひずみを防止する。かかるひずみは合成樹脂管の変形を伴い、一様流れを阻害し、熱交管性能低下の原因となり、好ましくないからである。
外管接続パイプと内管接続パイプとによって、２つの末端マニホルドを接続し、２つの外管及び内管を接続する。

本発明の二重管式熱交換器は、
前記内管の両端が縮管され、
前記内管流路が前記内管の縮管部に結合することを特徴とする。

内管は、外管の内側にあるので、内管流路の位置は位相的に制約される。内管と末端マニホルドを結合しておく目的で縮管部を設ける。

本発明の二重管式熱交換器は、
前記縮管は、管保持部と管の外側に配されたローラーを備えるジグを用いて行われたものであることを特徴とする。

図４は、ジグを示す図である。ジグ７には管保持部８及びローラー９が設けられている。管保持部８に内管２を保持し、ローラー９の回転によって縮管を行う。
内管を交換する際に、縮管の程度を現場で調整できる。

本発明の二重管式熱交換器は、
前記接続機構は、２つの末端マニホルドと、外管接続パイプと内管接続パイプとを備え、
前記末端マニホルドは、１本の前記外管の一端を接続させる外管流路を備え、１本の前記内管の一端を貫通させ、
前記外管接続パイプは前記２つの末端マニホルドの前記外管流路を接続し、
前記内管接続パイプは前記２つの末端マニホルドを貫通した２本の前記内管を接続することを特徴とする。

合成樹脂性の外管と金属製の内管との熱膨張率の相違に基づくひずみは、内管が末端マニホルドを貫通し、軸方向変移を許容する構造によっても、防止される。

本発明の二重管式熱交換器は、以下の効果を有する。（１）透明な外管を通して内管の異常箇所の発見が容易である。（２）異常の発見された内管を容易に交換することができる。（３）以上の結果、排熱回収設備の停止を短期間とすることができる。（４）コンパクトな運搬・設置が可能である。

図１は、二重管式熱交換器を示す図である。（実施例１） 図２は、末端マニホルドの内部を示す図である。（実施例１） 図３は、末端マニホルドの内部を示す図である。（実施例２） 図４は、ジグを示す図である。

以下、本発明の実施例を示す。

図１は、二重管式熱交換器を示す図である。
外管１は塩化ビニル管であり、内管２はチタン管である。
末端マニホルド３には、外管１及び内管２の一端が挿入され、結合されている。
外管接続パイプ４ａ及び内管接続パイプ５によって、多数の外管１及び内管２が順次に接続される。

図中の点線は、流路を示すものである。
末端マニホルド３の外管１からの流路が、外管接続パイプ４aによって、隣接する末端マニホルドの外管からの流路に接続されている。
末端マニホルド３の内管２からの流路が、内管接続パイプ５によって、隣接する末端マニホルドの内管からの流路に接続されている。

なお、図において符号４ｂを付した部材は、パイプではなく、液体を流通させないメクラ栓である。ただし、この部材を外管接続パイプ４ａに入れ替えることができる。この場合には、流路数が増え、より大流量の熱交換器として機能する。

１本の外管１、内管２の長さは、２ｍ〜８ｍ程度に設計することができる。図のように複数の管を積層して、管の長さが十分に長く熱交換効率の良い二重管式熱交換器を、コンパクトに設置することができる。

図２は、末端マニホルドの内部を示す図である。
外管１は、末端マニホルド３の周縁部に接続される。塩化ビニル管である外管１は熱膨張率が大きいので、熱膨張による変形を吸収するためのクリアランス６が設けられている。外管１から流入した液体は、外管流路１ａを通り、外管接続パイプ４ａへと流れる。なお、図の上側においては、メクラ栓４ｂがあるため、外管１から流入した液体は内管２の周辺を回って図の下側に流れ、外管接続パイプ４ａへと流れる。

内管２は、末端マニホルド３の内部に挿入され、接続される。内管２から流入した液体は、内管流路２ａを通り、内管接続パイプ５へと流れる。
内管２の先端には、縮管部２ｘが設けられている。内管および外管にかかる流体の圧力により末端マニホルドには内管・外管から抜け落ちる方向に力がかかるが、この力に抗するために内管と末端マニホルドを結合しておく目的で設ける。

外管１、内管２、外管接続パイプ４ａ及び内管接続パイプ５と末端マニホルド３との接続は、嵌合して把持しＯリングによって漏液を防止する方法、その他の一般的な方法でよい。

外管１は透明なので、排液の流れる内管２に異常箇所があれば、視認によって容易に発見することができる。
異常が発見された場合には、内管接続パイプ５、外管接続パイプ４ａ（及びメクラ栓４ｂ）、外管１、内管２の順に取り外し、内管２を交換してこの逆順に取付ければよい。

本実施例は、実施例１に比して、末端マニホルドと内管とを接続する構造のみが異なるものである。他の部分は実施例１と同様であり、説明を省略する。

図３は、末端マニホルドの内部を示す図である。内管２は、末端マニホルド３を貫通し、末端マニホルド３の外側で内管接続パイプ５に接続されている。内管流路は存在しない。
なお、内管２と内管接続パイプ５の接続は、一般的な方法でよい。

視認によって内管の異常箇所を発見でき、分解・組立によって一部の管を交換することができ、コンパクトに運搬・設置でき、交換部品を現場に常備できる、排熱回収に適した構造の二重管式熱交換器であり、多くの工場及び家庭における利用が期待される。

１ 外管
２ 内管
３ 末端マニホルド
４ａ 外管接続パイプ
５ 内管接続パイプ
６ クリアランス
７ ジグ
８ 管保持部
９ ローラー
１０ 止め輪

Claims (5)

1. 金属製の内管と透明な合成樹脂製の外管とを備え、
   ２本の前記内管及び２本の前記外管を分解・再組立可能に接続する接続機構を備えることを特徴とする、二重管式熱交換器。
2. 前記接続機構は、２つの末端マニホルドと、外管接続パイプと内管接続パイプとを備え、
   各々の前記末端マニホルドは、１本の前記外管の一端を接続させる外管流路と、１本の前記内管の一端を接続させる内管流路とを備え、
   前記外管接続パイプは前記２つの末端マニホルドの前記外管流路を接続し、
   前記内管接続パイプは前記２つの末端マニホルドの前記内管流路を接続することを特徴とする、請求項１に記載の二重管式熱交換器。
3. 前記内管の両端が縮管され、
   前記内管接続パイプが前記内管の縮管部に結合されることを特徴とする、請求項２に記載の二重管式熱交換器。
4. 前記縮管は、管保持部と管の外側に配されたローラーを備えるジグを用いて行われたものであることを特徴とする、請求項３に記載の二重管式熱交換器。
5. 前記接続機構は、２つの末端マニホルドと、外管接続パイプと内管接続パイプとを備え、
   前記末端マニホルドは、１本の前記外管の一端を接続させる外管流路を備え、１本の前記内管の一端を貫通させ、
   前記外管接続パイプは前記２つの末端マニホルドの前記外管流路を接続し、
   前記内管接続パイプは前記２つの末端マニホルドを貫通した２本の前記内管を接続することを特徴とする、請求項１に記載の二重管式熱交換器。

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