JP2016138680A

JP2016138680A - 多重コイル型熱交換器

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Publication number: JP2016138680A
Application number: JP2015012629A
Authority: JP
Inventors: 中島　竜一; Ryuichi Nakajima; 竜一中島
Original assignee: NISSHIN CORP KK
Current assignee: NISSHIN CORP KK
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: JP5883168B1

Abstract

【課題】液体を処理対象とする多重コイル型熱交換器として、熱交換効率が高く、被処理液量が多くなっても連続的処理を行うことができ、従来に比較して設備コスト及び稼働コストを著しく低減できるものを提供する。
【解決手段】熱交換槽１内に、溢流排出筒２とこれを取囲む中間筒３とを備え、中間筒３の外側の環状空間１０内に、冷却水Ｃを通す複数本の伝熱管４が多重コイル状に巻回して主熱交換部Ｈ１を形成し、中間筒３の下端側に液流通部１０ａを有する。溢流排出筒２は、上端側に溢流口２ａを有し、下端側が熱交換槽１の被処理液出口６に連通する。環状空間１０の上部に臨んで冷却水出口ヘッダー８と被処理液入口５が設けられ、中間筒３内の上部に臨んで冷却水入口ヘッダー７が設けられる。伝熱管４は、主熱交換部Ｈ１の上部から冷却水出口ヘッダー８に接続し、主熱交換部Ｈ１の下部から液流通部１０ａ及び中間筒３の内側を通って冷却水入口ヘッダー７に接続し、中間筒３の内側で副熱交換部Ｈ２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理液を収容する熱交換槽内に、熱交換媒体を通す複数本の伝熱管が多重コイル状に巻回された熱交換部を有する多重コイル型熱交換器に関する。

熱交換器として、熱交換する流体の種類と組合わせ、用途、処理量、要求される熱交換効率、処理ラインや装置部への組付け形態等に応じ、極めて多種多様な形式及び構造のものが存在する。これらの内、コイル型熱交換器は、熱交換媒体を通す伝熱管がコイル状に巻回されたものであり、被処理流体を流通又は収容する容器内に組み込んだ形でシェル＆コイル式熱交換器と称される。ここでは、特に熱交換効率を高めるために複数本の伝熱管を多重コイル状に巻回したものを多重コイル型熱交換器という。

一般的に、多重コイル型熱交換器は、構造的に簡素であり、大きな熱交換処理量に対応して大型化し易いという利点があるが、その熱交換部の構造上、伝熱管の多重巻回部の中央側に大きな空間を生じる（例えば、特許文献１〜３）。このような中央側の空間は、熱交換器の用途によっては種々の機能要素の配設に利用することもあるが、多くの場合は熱交換に寄与しないデッドスペースとなり、その存在によって熱交換効率が低下することになる。

図５は、例えば半導体ウエハ、電子部品用のガラス基板、各種金属資材等の酸洗浄工程から排出される高温の酸廃水を対象として、その熱エネルギーを回収したり、後段の廃水処理や循環再利用のために低温化するのに用いる多重コイル型熱交換器を示す。この多重コイル型熱交換器は、略縦円筒状の熱交換槽２１内に、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン樹脂）チューブからなる複数本の伝熱管２２を多孔板２３に通して多重に巻回した熱交換コイル部２４が配置しており、該熱交換槽２１の蓋板２１ａには中央部の廃水入口２５と径方向両側の冷却水入口ヘッダー２６及び出口ヘッダー２７を備えると共に、該熱交換槽２１の底部中央に廃水出口２８が設けてある。各伝熱管２２は、冷却水入口ヘッダー２６から導出して熱交換槽２１の中央部を垂下し、熱交換コイル部２４の下側に繋がり、該熱交換コイル部２４の上側から冷却水出口ヘッダー２７に接続しており、冷却水入口ヘッダー２６からの垂下部分２２ａを断熱のために二重構造にしている。また、熱交換コイル部２４の中央側の空間の上下位置には、廃水入口２５から流入した酸廃水Ｌが直接に廃水出口２８の方へ向かうのを防ぐために、バッフル板２９が水平に配置されており、これらバッフル板２９を各伝熱管２２が貫通している。なお、廃水出口２８は外部に配管されて上方へ向かう導出管路３１に接続され、該導出管路３１は上部で水平方向の溢流管３２とエアー抜き管３３とに分岐すると共に、下部には開閉バルブＶ付きのドレン管３４が接続している。

この多重コイル型熱交換器では、廃水入口２５より導入した７０℃前後の酸廃水Ｌを伝熱管２２に通した２０℃以下の冷却水Ｃと熱交換し、３０℃前後まで降温させて廃水出口２８より導出管路３１を経て溢流管３２からオーバーフローさせて導出するが、熱交換効率が低いことから、連続的処理では廃水導入速度（時間当り導入量）を低く抑える必要がある。一方、酸洗浄工程からの酸廃水排出量は多いため、実機操業では、排出ラインに複数基（通常は２基）の多重コイル型熱交換器を並列に設置し、一つの熱交換器に導入される酸廃水Ｌが満杯になるまで導出を停止し、満杯になった時点で待機している別の熱交換器に導入を切換え、この別の熱交換器に導入している間に、先の熱交換器に導入した酸廃水Ｌを設定温度まで降温させ、その全量導出によって該熱交換器を空にして待機させ、同様にして次の導入切換えを行う、というバッジ式の熱交換システムが採用されている。

特開平０８−５４１９２号公報特開２０１０−８５０３７号公報特開２０１３−４０７０６号公報

しかしながら、前記バッジ式の熱交換システムでは、複数基の多重コイル型熱交換器を用いることに加え、一般的に酸廃水供給量が変動するから、その変動に対応して、熱交換器間での酸廃水導入の切換え、各熱交換器における廃水出口の開閉、冷却水の通水量等をコントロールする必要があり、そのための多くの弁機構や検出・制御機器を用いることになり、設備コスト及び稼働コストが非常に嵩むという問題があった。

本発明は、上述の事情に鑑みて、液体を処理対象とする多重コイル型熱交換器として、熱交換効率が高く、被処理液量が多くなっても連続的処理を行うことができ、また被処理液の導入量が変動しても各別なコントロールを行う必要がなく、もって従来に比較して設備コスト及び稼働コストを著しく低減できるものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る多重コイル型熱交換器は、密閉型の熱交換槽１内に、上下方向に沿う溢流排出筒２と、該溢流排出筒２を同心状に取囲む中間筒３とを備えると共に、この中間筒３の外側の環状空間１０内に、熱交換媒体（冷却水）Ｃを通す複数本の伝熱管４が該中間筒３周りに多重コイル状に巻回して主熱交換部Ｈ１を形成し、中間筒３の下端側に、内側空間３０と外側の環状空間１０とを連通する液流通部１０ａを有し、溢流排出筒２は、上端側に溢流口２ａを備え、下端側が被処理液出口６に連通し、環状空間１０の上部に臨んで熱交換媒体出入口の一方（冷却水出口ヘッダー）８と被処理液入口５とが設けられると共に、中間筒３内の上部に臨んで熱交換媒体出入口の他方（冷却水入口ヘッダー）７が設けられ、複数本の伝熱管４は、主熱交換部Ｈ１の上部から熱交換媒体出入口の一方８に接続すると共に、該主熱交換部Ｈ１の下部から液流通部１０ａ及び中間筒３の内側を通って熱交換媒体出入口の他方７に接続して、該中間筒３の内側で副熱交換部Ｈ２を形成し、被処理液入口５から導入された被処理液Ｌが、環状空間１０を下降する過程で、主熱交換部Ｈ１において熱交換媒体Ｃと熱交換し、次いで液流通部１０ａより中間筒３内に入って上昇する過程で、副熱交換部Ｈ２において熱交換媒体Ｃと熱交換したのち、溢流排出筒２の溢流口２ａに流入して被処理液出口６より導出するように構成されている。

また、上記請求項１の多重コイル型熱交換器の好適態様として、請求項２の発明は、環状空間１０の上部に臨んで熱交換媒体出口６が設けられ、中間筒３内の上部に臨んで熱交換媒体入口７が設けられてなる構成としている。同じく請求項３の発明は、被処理液Ｌが腐食性成分を含み、伝熱管４がフッ素樹脂製チューブからなると共に、熱交換槽１内の他の接液部表面がフッ素樹脂からなる構成としている。同じく請求項４の発明は、被処理液Ｌが高温の酸廃水であり、熱交換媒体が冷却水Ｃである構成としている。

更に、請求項５の発明は、上記請求項１〜４のいずれかの多重コイル型熱交換器において、環状空間１０に、半径方向に沿う複数枚の多孔板９が上縁を溢流排出筒２の溢流口２ａよりも低位として周方向に略等配して配置し、これら多孔板９の孔部９ａに伝熱管４を挿通することにより、複数本の該伝熱管４が相互間に被処理液流通間隙を置いて多重コイル状に巻回した主熱交換部Ｈ１を形成してなる構成としている。そして、この請求項５の多重コイル型熱交換器において、請求項６の発明は、熱交換槽１が着脱可能な蓋板１２を有し、この蓋板１２に熱交換媒体出入口７，８及び被処理液入口５が設けられると共に、多孔板９が該蓋板１２に支持部材１３を介して取り付けられ、各多孔板９の内側縁下部に筒受け部９ｂが突設され、中間筒３が下縁３ａで該筒受け部９ｂに支承されてなる構成としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る多重コイル型熱交換器では、被処理液入口５から導入された被処理液Ｌは、中間筒３の外側の環状空間１０を下降し、この下降過程で主熱交換部Ｈ１の多重コイル状に巻回した多数の伝熱管４の間を通過し、これら伝熱管４内を流れる熱交換媒体Ｃと熱交換したのち、下部の液流通部１０ａより中間筒３内に入って上昇するが、この上昇過程においても副熱交換部Ｈ２の伝熱管４と接触し、その内部の熱交換媒体Ｃと熱交換した上で溢流排出筒２の溢流口２ａ内へ流入し、この溢流排出筒２内を流下して被処理液出口６より導出される。従って、この多重コイル型熱交換器によれば、導入した被処理液Ｌが熱交換槽１内を下降して上昇するという長い移動経路を辿る間に、主熱交換部Ｈ１と副熱交換部Ｈ２とで２段階の熱交換が行われるから、被処理液量の多い連続的処理でも非常に高い熱交換効率が得られる。

また、この多重コイル型熱交換器では、熱交換後の被処理液Ｌの導出が溢流排出筒２を通して行われるから、熱交換槽１内での被処理液Ｌの液面が溢流排出筒２の溢流口２ａの位置に常時保たれる。従って、熱交換槽１への被処理液Ｌの導入量が変動しても、常に導入分に対応した量が導出されることになり、絞り弁等で導入量や導出量を調整する必要がないから、従来に比較して設備コスト及び稼働コストを著しく低減できる。

請求項２の発明によれば、熱交換媒体入口７が中間筒３内の上部に、熱交換媒体出口８が環状空間１０の上部にそれぞれ臨んで設けられているから、熱交換槽１内での熱交換媒体Ｃの移動方向が被処理液Ｌの移動方向に対して向流になる。従って、中間筒３内では、環状空間１０内の主熱交換媒部Ｈ１での熱交換を終えた被処理液Ｌに対し、副熱交換部Ｈ２の伝熱管４内を流れる熱交換媒体Ｃが熱交換媒体入口７から流入直後の温度差の大きい状態で熱交換し、もって副熱交換部Ｈ２でも高い熱交換効率が得られる。

請求項３の発明によれば、腐食性成分を含む被処理液Ｌに対し、伝熱管４がフッ素樹脂製チューブからなり、熱交換槽１内の他の接液部表面がフッ素樹脂からなるため、該被処理液Ｌによる熱交換槽１内の腐食が防止される。

請求項４の発明によれば、被処理液Ｌである高温の酸廃水を冷却水Ｃとの熱交換によって効率よく低温化できる。

請求項５の発明によれば、環状空間１０内で周方向に等配した複数枚の多孔板９により、主熱交換部Ｈ１の伝熱管４が相互間に流通間隙を置いた状態に安定的に保持されると共に、該多孔板９の上縁が溢流排出筒２の溢流口２ａよりも低位にあるため、被処理液入口５より導入された被処理液Ｌが環状空間１０の全周に分配して均等に熱交換される。

請求項６の発明によれば、熱交換槽１の着脱可能な蓋板１２に熱交換媒体出入口７，８及び被処理液入口５が設けられ、多孔板９も該蓋板１２に支持部材１３を介して取り付けられ、中間筒３が該多孔板９の筒受け部９ｂに支承されているから、異常発生時や清掃時に蓋板１２を持ち上げて外すだけで、熱交換槽１内を溢流排出筒２のみが残る空状態にすることができる。

本発明の一実施形態に係るに多重コイル型熱交換器の要部を破断して示す正面図である。同多重コイル型熱交換器の平面図である。図１のＸ−Ｘ線の断面矢視図である。同多重コイル型熱交換器における被処理液及び熱交換媒体の流れを示す模式縦断面図である。従来例の多重コイル型熱交換器の要部を破断して示す正面図である。

以下に、本発明の一実施形態として、高温の酸廃水等の被処理液Ｌを連続的処理によって冷却水Ｃと熱交換して低温化する多重コイル型熱交換器について、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図３に示すように、この多重コイル型熱交換器は、上方に開放した槽本体１１と蓋板１２とからなる縦円筒状で密閉型の熱交換槽１内に、上下方向に沿う溢流排出筒２と、該溢流排出筒２を同心状に取囲む中間筒３とを備えている。そして、蓋板１２には、中間筒２内の上部に臨んで冷却水入口ヘッダー７が設けられると共に、該中間筒３と槽本体１１の周壁部１１ａとの間で構成される環状空間１０の上部に臨んで、被処理液入口５と冷却水出口ヘッダー８が設けられている。また、槽本体１１の底壁部１１ｂの中央には、溢流排出筒２内に連通する被処理液出口６が設けてある。

なお、熱交換槽１の槽本体１１及び蓋板１２と中間筒３はステンレス鋼製であり、槽本体１１及び蓋板１２の内面と中間筒３の内外全表面には、ＥＴＦＥ（エチレン−パーフルオロエチレン共重合体）樹脂のコーティングが施されている。また、溢流排出筒２は、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン）樹脂又はＰＴＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂の成形体からなる。被処理液入口５及び被処理液出口６の構成部材もＰＦＡ樹脂の成形体からなる。

中間筒３は、上端側で蓋板１２に接しているが、下端周縁３ａが槽本体１１の底壁部１１ｂより上位にあることで、その下方側が内側空間３０と外側の環状空間１０とを連通する液流通部１０ａを形成している。また、溢流排出筒２は、上端側が溢流口２ａとして中間筒３の内側空間３０の上部で開口している。

中間筒３の外側の環状空間１０内には、半径方向に沿う複数枚（図３では４枚として例示）のＥＴＦＥ樹脂製の多孔板９が周方向に等配して配置し、これら多孔板９の孔部９ａを通して、ＰＦＡ樹脂製チューブからなる複数本（図３では１８本として例示）の伝熱管４を中間筒３周りに多重コイル状に巻回することにより、隣接する伝熱管４，４間に流通間隙ｔを有する主熱交換部Ｈ１が形成されている。

図４に示すように、各伝熱管４は、冷却水入口ヘッダー７から中間筒３の内側空間３０内を垂下し、液流通部１０ａを通って外側の環状空間１０内に至り、該環状空間１０内で下方側からコイル状に巻回し、その上方で冷却水出口ヘッダー８に接続している。そして、中間筒３の内側空間３０内では、複数本の伝熱管４が溢流排出筒２を取り巻く形で垂下していることにより、副熱交換部Ｈ２を構成している。なお、図１における中間筒３の内側空間３０では、複数本（図３では１８本）の伝熱管４の内の一部のみを図示しているが、これら伝熱管４は溢流排出筒２の全周囲を均等に取り囲むように配置している。

各多孔板９は、図１に示すように、略縦長矩形であって、その外端側上部において、蓋板１２に上端側を固着したステンレス鋼製で縦帯板状の支持部材１３の下部に、ＰＴＦＡ樹脂又はＥＴＦＥ樹脂からなるボルト・ナット１３ａを介して支持されており、上縁が溢流排出筒２の溢流口２ａよりも低位になった状態で、環状空間１０を略仕切るように配置している。そして、該多孔板９の内側縁下部には略Ｌ字形の筒受け部９ｂが突設され、中間筒３が下端周縁３ａで該筒受け部９ｂに支承されることで、該中間筒３の内部空間３０と外側の環状空間１０とを連通する前記の液流通部１０ａを確保している。なお、支持部材１３の全表面にもＥＴＦＥ樹脂のコーティングが施されている。

冷却水入口ヘッダー７及び冷却水出口ヘッダー８は、同様構造のステンレス鋼製であって、下向きに開放する半球状のカップ部７０，８０の下端周縁にフランジ部７ａ，８ａが一体形成されると共に、該カップ部７０，８０の頂部にフランジ付き管軸７ｂ，８ｂが連設されている。そして、両ヘッダー７，８は、そのフランジ部７ａ，８ａにおいて、蓋板１２の開口部分の上面側周縁に固着された取付リング部１２ａに対し、複数本の伝熱管４の端部を保持するＰＴＦＥ製の円形シールプレート１４を挟んだ状態で、ボルト止めされている。

上記構成の多重コイル型熱交換器では、被処理液入口５より連続的に導入される高温の酸廃水等の被処理液Ｌは、中間筒３の外側の環状空間１０を下降したのち、下部の液流通部１０ａより中間筒３内に入って上昇し、溢流排出筒２の溢流口２ａ内へ流入して被処理液出口６より導出される。そして、被処理液Ｌが外側の環状空間１０を下降する過程では、主熱交換部Ｈ１の多重コイル状に巻回した多数の伝熱管４の間を通過することで、これら伝熱管４内を流れる冷却水Ｃと熱交換するが、続いて中間筒３内を上昇する過程でも、副熱交換部Ｈ２として伝熱管４と接触し、その内部の冷却水Ｃと熱交換する。従って、高温で導入される被処理液Ｌは、その導入液量の多い連続的処理でも、熱交換槽１内を下降して上昇するという長い移動経路を辿る間に、主熱交換部Ｈ１と副熱交換部Ｈ２による２段階の熱交換により、非常に効率よく低温化される。

また、この多重コイル型熱交換器では、被処理液Ｌの導出が溢流排出筒２を通して行われ、熱交換槽１内での被処理液Ｌの液面が溢流排出筒２の溢流口２ａの位置に常時保たれる。従って、この多重コイル型熱交換器を用いれば、被処理液Ｌの導入量が変動しても、常に導入分に対応した量が導出されることになり、絞り弁等で導入量や導出量を調整する必要がなく、その調整のための制御機構も不要となるから、従来に比較して設備コスト及び稼働コストを著しく低減できるという利点がある。なお、高温の酸廃水のように被処理液Ｌを設定温度以下に低温化する目的では、その導入量の減少に伴って冷却が強まっても支障はない。

図１〜図３に示す実施形態の多重コイル型熱交換器において、次の装置構成及び処理条件で連続的処理による熱交換を行ったところ、次の処理結果が得られた。
〔装置構成〕
熱交換槽１：内径６００ｍｍ、内高６５０ｍｍ
溢流排出筒２：外径５３ｍｍ、厚さ６ｍｍ、槽本体内底からの高さ５４２ｍｍ
中間筒３：外径２３５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、槽内底からの下端高さ７０ｍｍ
伝熱管４：外径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、本数１８本、総内容量２２Ｌ、総表面積１３ｍ²、主熱交換部Ｈ１における相互間の流通間隙約５ｍｍ
〔処理条件〕
被処理液Ｌ：６０％硫酸相当の酸廃液、導入温度７０℃、導入量０〜４８Ｌ／分の範囲で変動、槽内流速０．００７ｍ／分、槽内液量１７０Ｌ
冷却水Ｃ：供給温度１７℃、流量５０Ｌ／分、管内流速０．９２２ｍ／分
〔処理結果〕
被処理液Ｌの導出温度：３５℃以下
冷却水Ｃの出口温度：２７℃以下
平均交換熱量：約３０，０００ｋｃａｌ

本発明の多重コイル型熱交換器は、処理対象が液体になるが、実施形態のように被処理液Ｌを冷却水Ｃとの熱交換で低温化する場合に限らず、逆に被処理液Ｌを高温の熱交換媒体との熱交換で昇温させる場合にも適用できる。従って、伝熱管４に通す熱交換媒体としては、例えば、実施形態で例示した冷却水Ｃ、エチレングリコール等を含む水、各種冷媒化合物、温水、過熱水蒸気、過熱空気等より、その熱交換目的に応じて適宜選択して使用できる。一方、被処理液Ｌとしても特に制約はないが、酸廃水のように腐食性成分を含む場合、上記実施形態のように伝熱管４にフッ素樹脂製チューブを用い、且つ熱交換槽１内の溢流排出筒２及び中間筒３を含む他の接液部の表面もフッ素樹脂にて構成すれば、該被処理液Ｌによる熱交換槽１内の腐食を防止できるという利点がある。

また、熱交換槽１内での熱交換媒体の移動方向と被処理液Ｌの移動方向とは、順流にすることも可能であるが、実施形態のように向流に設定することが好ましい。これは、向流にした場合、中間筒３内において、環状空間１０内の主熱交換媒部Ｈ１での熱交換を終えた被処理液Ｌに対し、副熱交換部Ｈ２の伝熱管４内を流れる熱交換媒体が流入直後の温度差の大きい状態で熱交換し、もって副熱交換部Ｈ２でも高い熱交換効率が得られることによる。

本発明の多重コイル型熱交換器の各構成部、例えば被処理液出入口５，６、冷却水入口ヘッダー７や冷却水出口ヘッダー８の如き熱交換媒体出入口、主熱交換部Ｈ１における多重コイル状の伝熱管４の支持部、溢流排出筒２及び中間筒３の取付部等の細部形状と配置及び取付構造等については、実施形態で例示した以外に種々設定できる。例えば、溢流排出筒２の溢流口２ａは上部の側方に開く形でもよい。また、伝熱管４の本数と主熱交換部Ｈ１における巻回数についても、実施形態以外に種々設定できる。

主熱交換部Ｈ１については、実施形態のように環状空間１０内で周方向に等配する複数枚の多孔板９を利用して伝熱管４を多重コイル状に巻回すれば、これら伝熱管４を相互間に流通間隙ｔを置いた状態で安定的に保持できるという利点がある。また、該多孔板９の上縁を溢流排出筒２の溢流口２ａよりも低位にすることで、被処理液入口５より導入された被処理液Ｌが環状空間１０の全周に分配し、もって該環状空間１０の全体で均等に熱交換できるという利点がある。更に、実施形態のように、熱交換槽１の蓋板１２に熱交換媒体出入口７，８及び被処理液入口５を設け、主熱交換部Ｈ１の多孔板９も蓋板１２に支持させると共に、中間筒３を該多孔板９にて支承する構造とすれば、異常発生時や清掃時に蓋板１２を持ち上げて外すだけで、簡単に熱交換槽１内を溢流排出筒２のみが残る空状態にできるという利点がある。

１熱交換槽
１０環状空間
１０ａ液流通部
１１槽本体
１２蓋板
１３支持部材
２溢流排出筒
２ａ溢流口
３中間筒
３ａ下端周縁
３０内側空間
４伝熱管
５被処理液入口
６被処理液出口
７冷却水入口ヘッダー（熱交換媒体入口）
８冷却水出口ヘッダー（熱交換媒体出口）
９多孔板
９ａ孔部
９ｂ筒受け部
Ｃ冷却水（熱交換媒体）
Ｈ１主熱交換部
Ｈ２副熱交換部
Ｌ被処理液
ｔ流通間隙

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る多重コイル型熱交換器は、密閉型の熱交換槽１内に、上下方向に沿う溢流排出筒２と、該溢流排出筒２を同心状に取囲む中間筒３とを備えると共に、この中間筒３の外側の環状空間１０内に、熱交換媒体（冷却水）Ｃを通す複数本の伝熱管４が該中間筒３周りに多重コイル状に巻回して主熱交換部Ｈ１を形成し、中間筒３の下端側に、内側空間３０と外側の環状空間１０とを連通する液流通部１０ａを有し、溢流排出筒２は、上端側に溢流口２ａを備え、下端側が被処理液出口６に連通し、環状空間１０の上部に臨んで熱交換媒体出口（冷却水出口ヘッダー）８と被処理液入口５とが設けられると共に、中間筒３内の上部に臨んで熱交換媒体入口（冷却水入口ヘッダー）７が設けられ、複数本の伝熱管４は、主熱交換部Ｈ１の上部から熱交換媒体出口８に接続すると共に、該主熱交換部Ｈ１の下部から液流通部１０ａ及び中間筒３の内側を通って熱交換媒体入口７に接続して、該中間筒３の内側で副熱交換部Ｈ２を形成し、被処理液入口５から導入された被処理液Ｌが、環状空間１０を下降する過程で、主熱交換部Ｈ１において熱交換媒体Ｃと熱交換し、次いで液流通部１０ａより中間筒３内に入って上昇する過程で、副熱交換部Ｈ２において熱交換媒体Ｃと熱交換したのち、溢流排出筒２の溢流口２ａに流入して被処理液出口６より導出するように構成されている。

また、上記請求項１の多重コイル型熱交換器の好適態様として、請求項２の発明は、被処理液Ｌが腐食性成分を含み、伝熱管４がフッ素樹脂製チューブからなると共に、熱交換槽１内の他の接液部表面がフッ素樹脂からなる構成としている。同じく請求項３の発明は、被処理液Ｌが高温の酸廃水であり、熱交換媒体が冷却水Ｃである構成としている。

更に、請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかの多重コイル型熱交換器において、環状空間１０に、半径方向に沿う複数枚の多孔板９が上縁を溢流排出筒２の溢流口２ａよりも低位として周方向に略等配して配置し、これら多孔板９の孔部９ａに伝熱管４を挿通することにより、複数本の該伝熱管４が相互間に被処理液流通間隙を置いて多重コイル状に巻回した主熱交換部Ｈ１を形成してなる構成としている。そして、この請求項４の多重コイル型熱交換器において、請求項５の発明は、熱交換槽１が着脱可能な蓋板１２を有し、この蓋板１２に熱交換媒体出入口７，８及び被処理液入口５が設けられると共に、多孔板９が該蓋板１２に支持部材１３を介して取り付けられ、各多孔板９の内側縁下部に筒受け部９ｂが突設され、中間筒３が下縁３ａで該筒受け部９ｂに支承されてなる構成としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る多重コイル型熱交換器では、被処理液入口５から導入された被処理液Ｌは、中間筒３の外側の環状空間１０を下降し、この下降過程で主熱交換部Ｈ１の多重コイル状に巻回した多数の伝熱管４の間を通過し、これら伝熱管４内を流れる熱交換媒体Ｃと熱交換したのち、下部の液流通部１０ａより中間筒３内に入って上昇するが、この上昇過程においても副熱交換部Ｈ２の伝熱管４と接触し、その内部の熱交換媒体Ｃと熱交換した上で溢流排出筒２の溢流口２ａ内へ流入し、この溢流排出筒２内を流下して被処理液出口６より導出される。そして、熱交換媒体入口７が中間筒３内の上部に、熱交換媒体出口８が環状空間１０の上部にそれぞれ臨んで設けられているから、熱交換槽１内での熱交換媒体Ｃの移動方向が被処理液Ｌの移動方向に対して向流になる。従って、この多重コイル型熱交換器によれば、導入した被処理液Ｌが熱交換槽１内を下降して上昇するという長い移動経路を辿る間に、主熱交換部Ｈ１と副熱交換部Ｈ２とで２段階の熱交換が行われる上、中間筒３内では、環状空間１０内の主熱交換媒部Ｈ１での熱交換を終えた被処理液Ｌに対し、副熱交換部Ｈ２の伝熱管４内を流れる熱交換媒体Ｃが熱交換媒体入口７から流入直後の温度差の大きい状態で熱交換するから、被処理液量の多い連続的処理でも非常に高い熱交換効率が得られる。

請求項２の発明によれば、腐食性成分を含む被処理液Ｌに対し、伝熱管４がフッ素樹脂製チューブからなり、熱交換槽１内の他の接液部表面がフッ素樹脂からなるため、該被処理液Ｌによる熱交換槽１内の腐食が防止される。

請求項３の発明によれば、被処理液Ｌである高温の酸廃水を冷却水Ｃとの熱交換によって効率よく低温化できる。

請求項４の発明によれば、環状空間１０内で周方向に等配した複数枚の多孔板９により、主熱交換部Ｈ１の伝熱管４が相互間に流通間隙を置いた状態に安定的に保持されると共に、該多孔板９の上縁が溢流排出筒２の溢流口２ａよりも低位にあるため、被処理液入口５より導入された被処理液Ｌが環状空間１０の全周に分配して均等に熱交換される。

請求項５の発明によれば、熱交換槽１の着脱可能な蓋板１２に熱交換媒体出入口７，８及び被処理液入口５が設けられ、多孔板９も該蓋板１２に支持部材１３を介して取り付けられ、中間筒３が該多孔板９の筒受け部９ｂに支承されているから、異常発生時や清掃時に蓋板１２を持ち上げて外すだけで、熱交換槽１内を溢流排出筒２のみが残る空状態にすることができる。

更に、請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかの多重コイル型熱交換器において、環状空間１０に、半径方向に沿う複数枚の多孔板９が上縁を溢流排出筒２の溢流口２ａよりも低位として周方向に略等配して配置され、これら多孔板９の孔部９ａに主熱交換部Ｈ１を形成する伝熱管４が挿通されて相互間に被処理液流通間隙を置いた多重コイル状の巻回状態をなす構成としている。そして、この請求項４の多重コイル型熱交換器において、請求項５の発明は、熱交換槽１が着脱可能な蓋板１２を有し、この蓋板１２に熱交換媒体出入口７，８及び被処理液入口５が設けられると共に、多孔板９が該蓋板１２に支持部材１３を介して取り付けられ、各多孔板９の内側縁下部に筒受け部９ｂが突設され、中間筒３が下縁３ａで該筒受け部９ｂに支承されてなる構成としている。

Claims

密閉型の熱交換槽内に、上下方向に沿う溢流排出筒と、該溢流排出筒を同心状に取囲む中間筒とを備えると共に、この中間筒の外側の環状空間内に、熱交換媒体を通す複数本の伝熱管が該中間筒周りに多重コイル状に巻回して主熱交換部を形成し、
前記中間筒の下端側に、内側空間と外側の環状空間とを連通する液流通部を有し、
前記溢流排出筒は、上端側に溢流口を備えて、下端側が被処理液出口に連通し、
前記環状空間の上部に臨んで熱交換媒体出入口の一方と被処理液入口とが設けられると共に、中間筒内の上部に臨んで熱交換媒体出入口の他方が設けられ、
前記複数本の伝熱管は、主熱交換部の上部から熱交換媒体出入口の前記一方に接続すると共に、該主熱交換部の下部から前記液流通部及び前記中間筒の内側を通って熱交換媒体出入口の前記他方に接続して、該中間筒の内側で副熱交換部を形成し、
前記被処理液入口から導入された被処理液が、前記環状空間を下降する過程で、主熱交換部において熱交換媒体と熱交換し、次いで前記液流通部より中間筒内に入って上昇する過程で、副熱交換部において熱交換媒体と熱交換したのち、溢流排出筒の溢流口に流入して被処理液出口より導出するように構成されてなる多重コイル型熱交換器。
前記環状空間の上部に臨んで熱交換媒体出口が設けられ、中間筒内の上部に臨んで熱交換媒体入口が設けられてなる請求項１に記載の多重コイル型熱交換器。
被処理液が腐食性成分を含み、前記伝熱管がフッ素樹脂製チューブからなると共に、熱交換槽内の他の接液部表面がフッ素樹脂からなる請求項１又は２に記載の多重コイル型熱交換器。
被処理液が高温の酸廃水であり、熱交換媒体が冷却水である請求項３に記載の多重コイル型熱交換器。
前記環状空間に、半径方向に沿う複数枚の多孔板が上縁を溢流排出筒の溢流口よりも低位として周方向に略等配して配置し、これら多孔板の孔部に前記伝熱管を挿通することにより、複数本の該伝熱管が相互間に流通間隙を置いて多重コイル状に巻回した前記主熱交換部を形成してなる請求項１〜４のいずれかに記載の多重コイル型熱交換器。
熱交換槽が着脱可能な蓋板を有し、この蓋板に熱交換媒体出入口及び被処理液入口が設けられると共に、前記多孔板が該蓋板に支持部材を介して取り付けられ、各多孔板の内側縁下部に筒受け部が突設され、中間筒が下端周縁で該筒受け部に支承されてなる請求項５に記載の多重コイル型熱交換器。