JP2017156035A - Sprinkling type heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、散水型熱交換装置に関するものである。 The present invention relates to a water spray type heat exchange device.
従来、タンク内の水を、熱源に高温アークを用いて加熱する水中昇温装置があり、この装置はクリーンエネルギーである電力によるもので燃料費も他の燃料に比べて安価であり、これを貯湯槽として活用されて好評を得ている。 Conventionally, there is an underwater temperature raising device that heats the water in the tank using a high-temperature arc as a heat source, and this device uses electric power that is clean energy, and the fuel cost is lower than other fuels. It is used as a hot water tank and has gained popularity.
そして、このアーク加熱による水中昇温装置は、本願発明者が開発し、既に特許（特許第５７５０４７９号公報）を既に取得している。特許文献１のように。
And this in-water temperature raising device by arc heating was developed by the inventor of the present application, and a patent (Japanese Patent No. 5750479) has already been obtained. Like
しかし、このアーク加熱による水中昇温装置は、大容量のタンクであり、しかも加熱した湯水は、かなりの高温水（陽極は約３５００°Ｃ、陰極では２８００°Ｃ）となっているが、給湯装置の場合は、通常、カラン出る湯水は、８０°〜９０°程度の温度があれば十分である。 However, this underwater temperature raising device by arc heating is a large-capacity tank, and the heated hot water is considerably hot water (the anode is about 3500 ° C and the cathode is 2800 ° C). In the case of an apparatus, it is usually sufficient for the hot water discharged from the currant to have a temperature of about 80 ° to 90 °.
さらに、公知のアーク加熱による水中昇温装置の温度を下げ、しかも小型（例えば、直径：５００ｍｍ、高さ：５００ｍｍ）の容器に改良し、新規な熱媒をアーク加熱して水道水と熱交換することにより、適度な温度の湯水を得る熱媒および熱媒を用いた給湯装置あるいは熱交換装置も既に、本願出願人により開示されている。 Furthermore, the temperature of the underwater temperature raising device by the known arc heating is lowered and improved to a small container (for example, diameter: 500 mm, height: 500 mm), and a new heat medium is arc-heated to exchange heat with tap water. By doing so, the present applicant has already disclosed a heat medium for obtaining hot water at an appropriate temperature and a hot water supply apparatus or heat exchange apparatus using the heat medium.
そこで、この発明の課題は、公知のアーク加熱による水中昇温装置と、新規な熱媒を用い、該タンク内に前記熱媒を入れ、前記タンク外に設けた熱交換器内で水と迅速に熱交換する散水型熱交換装置を開発・提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to use a known underwater temperature raising device by arc heating and a novel heat medium, put the heat medium in the tank, and quickly move the water in the heat exchanger provided outside the tank. The purpose is to develop and provide a sprinkler type heat exchange device that exchanges heat.
この発明の散水型熱交換装置は、
熱媒をアーク発生装置で昇温させる熱媒昇温タンクと、
昇温された熱媒と、熱交換する水を散水することにより熱交換する熱交換器を設け、
前記熱媒昇温タンクと、前記熱交換器間に、往管と戻り管を配し、
前記熱媒昇温タンク内の熱媒を前記熱交換器へ駆動手段により、強制的に循環して送る ことを特徴とする。
The watering type heat exchange device of this invention is
A heating medium heating tank for heating the heating medium with an arc generator,
Provide a heat exchanger that exchanges heat by sprinkling the heated heat medium and water to exchange heat,
An outgoing pipe and a return pipe are arranged between the heating medium heating tank and the heat exchanger,
The heating medium in the heating medium heating tank is forcibly circulated and sent to the heat exchanger by a driving means.
そして、
前記熱交換器は、
上部に散水用の給水室、中部に熱交換室、そして下部には給湯室をそれぞれ設け、
前記給水室と前記熱交換室とは、多孔を有する散水プレートで仕切り、
前記熱交換室の両脇には、それぞれ熱媒タンクを設け、
両熱媒タンク間は、前記熱交換室内に設けた複数本の熱媒導管を介してそれぞれ連通し、
一方の熱媒タンクには、上・下方向で仕切り、
仕切られた下方タンク側と、前記熱媒昇温タンクから配給される熱媒の往管を直結し、 他方の熱媒タンクは、前記の仕切られた下方タンクから前記熱媒導管を通過した熱媒を、前記熱媒タンクの上方タンクに戻すよう構成した
ことを特徴とする。
And
The heat exchanger is
A water supply room for watering in the upper part, a heat exchange room in the middle, and a hot water supply room in the lower part,
The water supply chamber and the heat exchange chamber are partitioned by a watering plate having a porosity,
Heat medium tanks are provided on both sides of the heat exchange chamber,
The two heat medium tanks communicate with each other via a plurality of heat medium conduits provided in the heat exchange chamber,
One heating medium tank is partitioned in the up / down direction,
The partitioned lower tank side is directly connected to the forward pipe of the heating medium delivered from the heating medium temperature rising tank, and the other heating medium tank is the heat that has passed through the heating medium conduit from the partitioned lower tank. The medium is configured to return to the upper tank of the heat medium tank.
さらに、
前記熱媒導管は、周囲にフィン複数個を巻回した
ことを特徴とする。
further,
The heat medium conduit has a plurality of fins wound around it.
また、
前記駆動手段が、耐熱ギヤポンプと該ポンプを作動させるインバータギアモーターである
ことを特徴とする。
Also,
The drive means is a heat-resistant gear pump and an inverter gear motor that operates the pump.
この発明によると、熱媒昇温タンク内で高温に熱せられた熱媒を、循環させる複数本の熱媒導管を併設した熱交換器の上部より、熱交換する水を、熱交換器の上部より多孔から散水することにより、各水滴を瞬時に加熱して湯にすることが可能であり、迅速で多量に熱交換が行なえる等の極めて有益なる効果を奏する。 According to this invention, the water to be heat exchanged from the upper part of the heat exchanger provided with a plurality of heat medium conduits for circulating the heat medium heated to a high temperature in the heat medium temperature rising tank, the upper part of the heat exchanger. By spraying water from the pores, it is possible to instantaneously heat each water droplet to make hot water, and there are extremely beneficial effects such as rapid and large amount of heat exchange.
以下、この発明について詳細に説明する。尚、この発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲においては適宜変更可能である。 The present invention will be described in detail below. The present invention is not limited to the following description, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
先ず、この発明の一実施例を図１に基づいて詳述すると、熱媒（Ｘ）をアーク発生装置（Ｙ）で昇温させる熱媒昇温タンク（１）と、昇温された熱媒と、熱交換する水（Ｚ）を散水することにより熱交換する熱交換器（２）を設け、前記熱媒昇温タンク（１）と、前記熱交換器（２）間に、往管（４）と戻り管（５）を配し、前記熱媒昇温タンク内の熱媒（Ｘ）を前記熱交換器（２）へ駆動手段（６）により、強制的に循環して送ることを特徴とする散水型熱交換装置から構成されるものである。 First, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. A heating medium heating tank (1) for raising the temperature of the heating medium (X) with an arc generator (Y), and a heated heating medium. And a heat exchanger (2) for exchanging heat by sprinkling water (Z) for heat exchange, and an outgoing pipe (1) between the heating medium temperature raising tank (1) and the heat exchanger (2) ( 4) and a return pipe (5), and the heating medium (X) in the heating medium temperature rising tank is forcibly circulated and sent to the heat exchanger (2) by the driving means (6). It is composed of a sprinkling heat exchange device.
なお、前記熱媒昇温タンク（１）は、上部に熱媒膨張調整筒（１ａ）を設けると共に、該筒の内壁途中に熱媒の噴出防止片（１ｂ）を一または複数設け、さらに該筒の上端には粗粒活性炭（１ｃ）を設けて、前記タンクから排出される熱媒の臭いを防止している。 The heating medium heating tank (1) is provided with a heating medium expansion adjusting cylinder (1a) at the top, and one or more heating medium ejection preventing pieces (1b) are provided in the middle of the inner wall of the cylinder. Coarse activated carbon (1c) is provided at the upper end of the cylinder to prevent the smell of the heat medium discharged from the tank.
また、前記熱媒昇温タンク（１）は、架台（１ｄ）（１ｄ）で支えられており、前記熱媒昇温タンク（１）の壁面には、熱媒（Ｘ）を熱交換器（２）に送り出す往管（５）の往路口（１ｅ）を設け、また、熱媒（Ｘ）を熱交換器（２）から前記熱媒昇温タンク（１）に戻る戻り管（５）の戻り口（１ｆ）である。また、（１ｇ）は、アーク発生装置（Ｙ）の各アーク棒であり、（１ｈ）は、それぞれ各アーク棒の電源２００Ｖの配線であり、熱媒（Ｘ）の温度を管理する温度センサー（１ｉ）を備えており、また、前記熱媒昇温タンク（１）は、熱媒（Ｘ）を排出するドレン（１ｊ）を設けている。また、ドレン（１ｊ）、往管（４）、そして戻り管（５）にはバルブをそれぞれ設けている。 Moreover, the said heat-medium temperature rising tank (1) is supported by the mount frame (1d) (1d), and heat medium (X) is heat-exchanged on the wall surface of the said heat-medium temperature rising tank (1) ( 2) is provided with an outgoing port (1e) for the outgoing pipe (5) to be sent out, and a return pipe (5) for returning the heating medium (X) from the heat exchanger (2) to the heating medium heating tank (1). Return port (1f). Further, (1g) is each arc bar of the arc generator (Y), and (1h) is a wiring of the power supply 200V of each arc bar, and a temperature sensor (managing the temperature of the heating medium (X)). 1i), and the heating medium heating tank (1) is provided with a drain (1j) for discharging the heating medium (X). Further, valves are provided on the drain (1j), the forward pipe (4), and the return pipe (5), respectively.
そして、前記熱交換器（２）は、図２，図３に示すように、上部に散水用の給水室（２ａ）、中部に熱交換室（２ｂ）、そして下部には給湯室（２ｃ）をそれぞれ設け、前記給水室（２ａ）と前記熱交換室（２ｂ）とは、多孔を有する散水プレート（２ｄ）で仕切り、前記熱交換室（２ｂ）の両脇には、それぞれ熱媒タンク（２ｅ）（２ｅ′）を設け、両熱媒タンク間は、前記熱交換室（２ｂ）内に設けた複数本の熱媒導管（３）を介してそれぞれ連通し、一方の熱媒タンク（２ｅ）には、上・下方向で仕切り、仕切られた下方タンク（２ｅ１）側と、前記熱媒昇温タンク（１）から配給される熱媒（Ｘ）の往管（４）を直結し、他方の熱媒タンク（２ｅ′）は、前記の仕切られた下方タンクから前記熱媒導管（３）を通過した熱媒（Ｘ）を、前記熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ２）に戻すよう構成したことを特徴とする散水型熱交換装置である。 As shown in FIGS. 2 and 3, the heat exchanger (2) has a water supply chamber (2a) for sprinkling at the top, a heat exchange chamber (2b) at the middle, and a hot water supply chamber (2c) at the bottom. The water supply chamber (2a) and the heat exchange chamber (2b) are partitioned by a porous watering plate (2d), and a heat medium tank (2) is provided on both sides of the heat exchange chamber (2b). 2e) (2e ') and the two heat medium tanks communicate with each other via a plurality of heat medium conduits (3) provided in the heat exchange chamber (2b), and one heat medium tank (2e) ) Is divided into the upper and lower directions, and the partitioned lower tank (2e1) side is directly connected to the outgoing pipe (4) of the heating medium (X) distributed from the heating medium temperature raising tank (1), The other heating medium tank (2e ′) receives the heating medium (X) that has passed through the heating medium conduit (3) from the partitioned lower tank. A sprinkling type heat exchanger, characterized by being configured to return the upper tank (2e2) of the heating medium tank (2e).
なお、前記散水プレート（２ｄ）の一例を述べると、縦２５０ｍｍ×横２３０ｍｍのプレートであって、該プレートに２ｍｍの孔を、一列で２１個、１１列設けるものである。また、前記散水プレート（２ｄ）の各孔から散水される水を受ける熱媒導管（３）の一例を図２，図３に基づいて詳述すると、奇数段（１段目）に６本、偶数段（２段目）には５本設け、これらを合計７段設け、これら各熱媒導管（３）の１段目から４段目までの一端は熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ１）に、他端は熱媒タンク（２ｅ′）と連通している。また、前記熱媒導管（３）の５段目から７段目までの一端は熱媒タンク（２ｅ）の下方タンク（２ｅ１）に、他端は熱媒タンク（２ｅ′）と連通している。このように各熱媒導管（３）を配置して設けることにより、前記散水プレート（２ｄ）の各孔から散水（降下）される水は、必ず、どれかの熱媒導管（３）に当たるよう構成したものである。 An example of the watering plate (2d) is a plate having a length of 250 mm and a width of 230 mm, and the plate is provided with 21 holes of 2 mm and 11 rows in a row. An example of the heat medium conduit (3) that receives water sprayed from each hole of the water spray plate (2d) will be described in detail with reference to FIGS. There are five even-numbered stages (second stage), and a total of seven stages are provided. One end of each heating medium conduit (3) from the first stage to the fourth stage is an upper tank (2e) above the heating medium tank (2e). 2e1), the other end communicates with the heat medium tank (2e '). One end of the heat medium conduit (3) from the fifth stage to the seventh stage communicates with the lower tank (2e1) of the heat medium tank (2e) and the other end communicates with the heat medium tank (2e '). . By arranging the heat medium conduits (3) in this manner, the water sprayed (falling down) from the holes of the water spray plate (2d) is sure to hit one of the heat medium conduits (3). It is composed.
また、前記熱交換器（２）の前記給水室（２ａ）には、例えば，水道管（図示せず）から水を充填する給水口（２ｆ）を設け、前記給湯室（２ｃ）は、底面をテーパ状としてその最底部に湯を給湯する給湯口（２ｇ）を設けており、さらに、前記熱媒タンク（２ｅ）の下方タンク（２ｅ１）には熱媒入口（２ｈ）を設け、また、前記熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ２）には熱媒出口（２ｉ）を設けている。 The water supply chamber (2a) of the heat exchanger (2) is provided with a water supply port (2f) for filling water from a water pipe (not shown), for example, and the hot water supply chamber (2c) Is provided with a hot water supply port (2g) for supplying hot water at the bottom thereof, and further provided with a heat medium inlet (2h) in the lower tank (2e1) of the heat medium tank (2e), A heat medium outlet (2i) is provided in an upper tank (2e2) of the heat medium tank (2e).
さらに、前記各熱媒導管（３）は、周囲にそれぞれフィン（３ａ）複数個を巻回し、熱媒（Ｘ）の放熱面積を拡大するよう構成したことを特徴とする散水型熱交換装置である。 Furthermore, each said heat-medium conduit | pipe (3) is a sprinkling type heat exchanger characterized by winding multiple fins (3a) around each, and having comprised so that the thermal radiation area of heat-medium (X) might be expanded. is there.
さらに、前記駆動手段（６）が、耐熱ギヤポンプ（６ａ）と該ポンプを作動させるインバータギアモーター（６ｂ）であることを特徴とする散水型熱交換装置である。 Further, the water spray type heat exchange device is characterized in that the drive means (6) is a heat-resistant gear pump (6a) and an inverter gear motor (6b) for operating the pump.
前記熱媒（Ｘ）には、ポリエチレングリコールに、水酸化ナトリウムを混ぜて、ポリエチレングリコールよりも導電率の高い熱媒であり、または、ポリエチレングリコールに、イオン液体を混ぜて、ポリエチレングリコールよりも導電率の高い熱媒を使用するものである。 The heat medium (X) is a heat medium having a higher electrical conductivity than polyethylene glycol by mixing sodium hydroxide with polyethylene glycol, or an ionic liquid mixed with polyethylene glycol to conduct electricity more than polyethylene glycol. A heat medium with a high rate is used.
なお、ポリエチレングリコールは、具体的には「ＰＥＧ−３００」〔商品名：三洋化成工業株式会社製（京都市）〕を使用し、導電率０．０４７ｍｓ／ｍであり、沸点１６０°Ｃを有するものである。エチレングリコールや水にエチレンオキシドを付加すると得られる。そして、前記ポリエチレングリコールに対し、水酸化ナトリウム（２５パーセント）を２０：１の割合で混ぜたものである。その導電率は１３．７４でｍｓ／ｍであり、沸点は１６０°Ｃである。 The polyethylene glycol specifically uses “PEG-300” (trade name: manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. (Kyoto City)), has an electric conductivity of 0.047 ms / m, and has a boiling point of 160 ° C. Is. It can be obtained by adding ethylene oxide to ethylene glycol or water. And it is what mixed sodium hydroxide (25 percent) in the ratio of 20: 1 with respect to the polyethylene glycol. Its conductivity is 13.74 ms / m and its boiling point is 160 ° C.
また、イオン液体とは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ−３００）＝６に対し、トリメチルプロビルアンモニウム（ビスイミド）＝１の比率で混ぜたイオン液体である。 Moreover, an ionic liquid is an ionic liquid mixed with a ratio of trimethylpropyl ammonium (bisimide) = 1 with respect to polyethylene glycol (PEG-300) = 6.
さらに、他の実施例としては、２５パーセントに薄めた水酸化ナトリウム水溶液＝１に対し、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ−３００）＝２０の比率で混ぜた液体である。 Furthermore, as another embodiment, a liquid obtained by mixing a sodium hydroxide aqueous solution = 1 diluted to 25 percent at a ratio of polyethylene glycol (PEG-300) = 20.
なお、前記ポリエチレングリコールは、ＰＥＧと呼ばれ、エチレングリコールや水にエチレンオキシドを付加して得られるポリエチレングリコール（Polyethylene glycol ）の略称で、次の一般式で表される。
ＨＯ（ＣＨ2 ＣＨ2 Ｏ）n ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ
（商品名：ＰＥＧ−２００〜ＰＥＧ−１５００）である。
電気導電率は、０．０４７ｍｓ／ｍ
沸点 １６０°Ｃ
The polyethylene glycol is called PEG and is an abbreviation for polyethylene glycol obtained by adding ethylene oxide to ethylene glycol or water, and is represented by the following general formula.
HO (CH 2 CH 2 O) n CH 2 CH 2 OH
(Trade name: PEG-200 to PEG-1500).
Electrical conductivity is 0.047 ms / m
Boiling point 160 ° C
また、トリメチルプロピルアンモニウム＝ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド 分子式 Ｃ６Ｈ１６Ｎ・Ｃ２Ｆ６ＮＯ４Ｓ２
イオン液体であって、 電気導電率 ４４．３ｍｓ／ｍである。
In addition, trimethylpropylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide molecular formula C6H16N · C2F6NO4S2
It is an ionic liquid and has an electric conductivity of 44.3 ms / m.
尚、本願発明の散水型熱交換装置に、熱媒として、９０°Ｃの水を使用して実験したところ、毎分１７リットルの湯（５０°Ｃ）を給湯することができたものであり、本願の新熱媒（Ｘ）を使用すれば更に高温の湯を迅速に給湯することが可能である。 In addition, when the watering type heat exchange apparatus of the present invention was tested using 90 ° C water as a heat medium, 17 liters of hot water (50 ° C) per minute could be supplied. If the new heating medium (X) of the present application is used, it is possible to rapidly supply hot water at a higher temperature.
この発明の散水型熱交換装置の技術を確立し、実施することにより、産業上利用できるものである。 It can be utilized industrially by establishing and implementing the technique of the water spray type heat exchange device of the present invention.
１ 熱媒昇温タンク
１ａ 熱媒膨張調整筒
１ｂ 噴出防止片
１ｃ 粗粒活性炭
２ 熱交換器
２ａ 給水室
２ｂ 熱交換室
２ｃ 給湯室
２ｄ 散水プレート
２ｅ，２ｅ′ 熱媒タンク
２ｅ１ 下方タンク
２ｅ２ 上方タンク
２ｆ 給水口
２ｇ 給湯口
２ｈ 熱媒入口
２ｉ 熱媒出口
３ 熱媒導管
３ａ フィン
４ 往管
５ 戻り管
６ 駆動手段
６ａ 耐熱ギアポンプ
６ｂ インバータギアモーター
Ｘ 熱媒
Ｙ アーク発生装置
Ｚ 水
Ｚ′湯
DESCRIPTION OF
Claims (4)
昇温された熱媒と、熱交換する水（Ｚ）を散水することにより熱交換する熱交換器（２）を設け、
前記熱媒昇温タンク（１）と、前記熱交換器（２）間に、往管（４）と戻り管（５）を配し、
前記熱媒昇温タンク内の熱媒（Ｘ）を前記熱交換器（２）へ駆動手段（６）により、強制的に循環して送る
ことを特徴とする散水型熱交換装置。 A heating medium heating tank (1) for heating the heating medium (X) with an arc generator (Y);
A heat exchanger (2) for exchanging heat by sprinkling water (Z) for heat exchange with the heated heat medium is provided,
An outgoing pipe (4) and a return pipe (5) are arranged between the heating medium heating tank (1) and the heat exchanger (2),
The water spray type heat exchange device, wherein the heat medium (X) in the heat medium temperature rising tank is forcibly circulated and sent to the heat exchanger (2) by the driving means (6).
上部に散水用の給水室（２ａ）、中部に熱交換室（２ｂ）、そして下部には給湯室（２ｃ）をそれぞれ設け、
前記給水室（２ａ）と前記熱交換室（２ｂ）とは、多孔を有する散水プレート（２ｄ）で仕切り、
前記熱交換室（２ｂ）の両脇には、それぞれ熱媒タンク（２ｅ）（２ｅ′）を設け、
両熱媒タンク間は、前記熱交換室（２ｂ）内に設けた複数本の熱媒導管（３）を介してそれぞれ連通し、
一方の熱媒タンク（２ｅ）には、上・下方向で仕切り、
仕切られた下方タンク（２ｅ１）側と、前記熱媒昇温タンク（１）から配給される熱媒（Ｘ）の往管（４）を直結し、
他方の熱媒タンク（２ｅ′）は、前記の仕切られた下方タンクから前記熱媒導管（３）を通過した熱媒（Ｘ）を、前記熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ２）に戻すよう構成した
ことを特徴とする請求項１記載の散水型熱交換装置。 The heat exchanger (2)
A water supply chamber (2a) for watering is provided at the top, a heat exchange chamber (2b) at the center, and a hot water supply chamber (2c) at the bottom,
The water supply chamber (2a) and the heat exchange chamber (2b) are partitioned by a water spray plate (2d) having a porosity,
Heat medium tanks (2e) (2e ') are provided on both sides of the heat exchange chamber (2b),
The two heat medium tanks communicate with each other via a plurality of heat medium conduits (3) provided in the heat exchange chamber (2b),
One heating medium tank (2e) is partitioned in the up / down direction,
Directly connecting the partitioned lower tank (2e1) side and the outgoing pipe (4) of the heating medium (X) delivered from the heating medium temperature raising tank (1),
The other heating medium tank (2e ') transfers the heating medium (X) that has passed through the heating medium conduit (3) from the partitioned lower tank to the upper tank (2e2) of the heating medium tank (2e). It is comprised so that it may return. The watering type | mold heat exchange apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項１記載の散水型熱交換装置。 The sprinkling heat exchanger according to claim 1, wherein the heat medium conduit (3) has a plurality of fins (3a) wound around it.
ことを特徴とする請求項１記載の散水型熱交換装置。 The sprinkling heat exchanger according to claim 1, wherein the driving means (6) is a heat-resistant gear pump (6a) and an inverter gear motor (6b) for operating the pump.
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