JP2017180879A - 熱交換システム - Google Patents

Abstract

【課題】固形物や灰汁が混じった粘度の高い排水であっても、ポンプを使用することなく熱交換を行うことが可能なポンプレス熱交換システムを提供する。【解決手段】本発明にかかるポンプレス熱交換システムの代表的な構成は、排水を伴う処理槽１１０と、複数枚の隔板を互いに所要間隔を空けてスパイラル状に巻回し、この隔板を介して複数の流路を互いに隣接して形成し、各流路内を流下する流体間の熱交換を行うスパイラル式の熱交換器２００と、処理槽を出た排水を熱交換器に導く第１排水ライン１２０と、熱交換器を出た排水を導く第２排水ライン１３０と、熱交換器で排水と熱交換した給水を処理槽に導く給水ライン１６０とを備え、第１排水ラインの入口１２０ａより第２排水ラインの出口１３０ａが低く配置されていて、これらの間にポンプが配置されていないことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、排水を伴う処理槽の排熱を利用しうるポンプレス熱交換システムに関する。

従来から、熱を用いる装置では、排熱を利用することが広く行われている。特に、水を加熱して高温の湯で処理を行い、冷たい水を補給する装置においては、排水（高温の湯）と給水（冷たい水）との間で熱交換を行うことが好ましい。

特許文献１には、排熱利用手段を有する業務用ランドリーシステムが開示されている。特許文献１では、蒸気式乾燥機の温排水と、洗濯機に供給する給水とを、プレート式熱交換器によって熱交換している。

特開２０１２−２３９６１４号公報

排水が清浄な流体である場合、すなわち固形物を含んでおらず、粘度が低いものである場合には、上記構成で支障がない。プレート式熱交換器は隔板の面積が広いため、熱交換器の中では効率が高い方である。特に、流量や所望する熱伝達効率に応じてプレートの枚数や間隔を設定することができる点で優れている。

しかしながら加熱処理装置が茹でたり煮たりする調理装置である場合、排水に食材が固形物として混入したり、大量の灰汁（あく）が混入したりする。灰汁によって排水は汚泥化して粘度が高くなるうえ、灰汁が沈殿堆積して流路を塞ぐ原因となる。

そしてプレート式熱交換器は内部で流路が分岐していて、各流路が狭い。このため内部に固形物が詰まりやすく、また灰汁が堆積しやすいという問題がある。一部の流路が詰まってしまうと、熱伝達効率は大幅に低下してしまう。またプレート式熱交換器では、排水の粘度が高い場合には圧力損失が多大になるという問題がある。この場合はポンプを用いて排水を圧送することが考えられるが、固形物が混じった排水をポンプで送ることは困難である。

そこで本発明は、固形物や灰汁が混じった粘度の高い排水であっても、ポンプを使用することなく熱交換を行うことが可能なポンプレス熱交換システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるポンプレス熱交換システムの代表的な構成は、排水を伴う処理槽と、複数枚の隔板を互いに所要間隔を空けてスパイラル状に巻回し、この隔板を介して複数の流路を互いに隣接して形成し、各流路内を流下する流体間の熱交換を行うスパイラル式の熱交換器と、処理槽を出た排水を熱交換器に導く第１排水ラインと、熱交換器を出た排水を導く第２排水ラインと、熱交換器で排水と熱交換した給水を処理槽に導く給水ラインとを備え、第１排水ラインの入口より第２排水ラインの出口が低く配置されていて、これらの間にポンプが配置されていないことを特徴とする。

上記構成において、スパイラル式の熱交換器は、内部で流路が分岐しておらず、また流路が比較的広いため、固形物が詰まりにくいうえに、圧力損失が低いという特徴を有している。そして水頭差によって熱交換器に排水を通す構成としたことにより、固形物や灰汁が混じった粘度の高い排水であっても、ポンプを使用することなく熱交換を行うことが可能なポンプレス熱交換システムを提供することができる。

熱交換器は隔板を水平軸を中心に巻回していて、巻回された隔板の側面に配置された開閉可能な蓋体と、蓋体と隔板との間に配置され隔板の端面に押圧される円板状のガスケットとを備え、ガスケットには、中心から上方に延びる切欠が設けられていてもよい。

熱交換器の中に入り込んだ空気は、巻回された各流路の上端に溜まる。そこで上記構成のようにガスケットに切欠を設けることにより、隔板を超えて空気を抜くことができる。したがって熱交換器内の水密を保つことができ、安定して排水を流すことができる。

熱交換器には、巻回された隔板の外側かつ上方に突起が形成されていて、ガスケットには突起に対応する位置に穴が形成されていて、穴を突起にはめることによってガスケットを仮固定可能であることが好ましい。

隔板は水平軸を中心に巻回していて、その側面に蓋体があるため、開口部は縦になった状態である。蓋体は、内部の清掃のために定期的に頻繁に開閉される。このとき巻回した隔板と蓋体の間にガスケットを挟む必要があるが、ガスケットを仮固定可能としたことにより、ガスケットの位置ずれを防ぐとともに、１人での作業を容易にすることができる。

第１排水ラインはストレーナを収容したストレーナタンクに接続され、ストレーナタンクから熱交換器までは第３排水ラインが接続され、ストレーナタンクの上部にはオーバーフロー管が設けられていて、ストレーナタンクのオーバーフロー管は、第１排水ラインの入口よりも下に配置されていてもよい。

上記構成によれば、熱交換器に流れこむ大きな固形物をストレーナによって除去することができる。さらにオーバーフロー管により、ストレーナや熱交換器が詰まってしまった場合であっても、処理槽に排水が逆流することを防止することができる。

ストレーナは筒状のメッシュを立てて配置されていて、ストレーナタンク内において、第１排水ラインの出口および第３排水ラインの入口は、ストレーナの下部近傍に配置されていてもよい。

上記構成によれば、ストレーナに目詰まりが生じると徐々に水位が上がり、まだ詰まっていない部分を排水が通過する。すなわち圧力をかけなくても排水がメッシュを通ることができ、そして固形物を除去することができる。これにより、低圧でも固形物を除去することができ、熱交換器内部に固形物が堆積することを防止することができる。

本発明によれば、固形物や灰汁が混じった粘度の高い排水であっても、ポンプを使用することなく熱交換を行うことが可能なポンプレス熱交換システムを提供することができる。

実施形態にかかるポンプレス熱交換システムの構成を説明する概略図である。 熱交換器について説明する図である。 熱交換器の蓋体およびガスケットを説明する図である。 ストレーナタンク３００の構成を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。係る実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は本実施形態にかかるポンプレス熱交換システム１００の構成を説明する概略図である。ポンプレス熱交換システム１００において、処理槽１１０には不図示の加熱装置が備えられていて、高温の湯１１２によって加熱処理を行う。処理槽１１０は、一例として、そば等の麺類を茹でる調理装置を挙げることができる。ただし本発明はこれに限定するものではない。洗浄装置、殺菌装置、冷却装置などの高温または中温の排水によって給水を温めることもできるし、洗浄装置などの低温の排水で給水を冷却することもできる（排熱が冷熱である）。すなわち、少なくとも給水と温度差を有する排水を伴う処理槽であれば、本発明を適用することができる。

処理槽１１０には、処理槽１１０を出た排水を熱交換器２００に導く第１排水ライン１２０が設けられている。第１排水ラインは起立した管であり、その入口１２０ａは上端が開口したオーバーフロー式となっている。処理槽１１０に第２給水ライン１６０から給水が補給されると、あふれた湯が第１排水ラインの入口１２０ａから流出する構成となっている。

本実施形態では、第１排水ライン１２０の中途部にストレーナを収容したストレーナタンク３００が設けられている。本実施形態では便宜的に、処理槽１１０からストレーナタンク３００までを第１排水ライン１２０、ストレーナタンク３００から熱交換器２００までを第３排水ライン１４０と称する。ストレーナタンク３００を設けない場合には、第１排水ライン１２０が熱交換器２００に直接接続される。熱交換器２００を出た排水は、第２排水ライン１３０によってフロアの排水溝に導かれる。

図２は熱交換器２００について説明する図である。本実施形態に示す熱交換器２００は、複数枚の隔板２０２を互いに所要間隔を空けてスパイラル状に巻回し、この隔板を介して複数の流路を互いに隣接して形成し、各流路内を流下する流体間の熱交換を行うスパイラル式の熱交換器である。スパイラル式の熱交換器の基本構成については特開平０８−２９１９８２、特開平０９−２４８１６５、特開平１０−２５３２７２、特開２０００−０７４５７７（いずれも出願人は株式会社クロセ）等に開示されているため、ここでは簡略に説明する。

熱交換器２００の内部には、隔板２０２によって２系統の流路が交互にスパイラル状に巻回して配置される。本実施形態では、水平軸を中心に巻回するように設置される。

熱交換器２００の内部では、排水と給水は対向流となっている。図１を参照して、第３排水ライン１４０はスパイラルの中央に連通する入口２１０に接続され、第２排水ライン１３０はスパイラルの外周に連通する出口２１２に接続される。一方、第１給水ライン１５０はスパイラルの外周に連通する入口２１４に接続され、第２給水ライン１６０はスパイラルの中央に連通する出口２１６に接続される。第２給水ライン１６０によって、熱交換器２００で排水と熱交換して温まった給水が処理槽１１０に導かれる。

スパイラル式の熱交換器２００は、内部で流路が分岐しておらず、またプレート式に比較して流路が広い。このため、固形物が通りやすくて詰まりにくいうえに、圧力損失が低い。また、水平軸を中心に巻回していることにより、巻回された各流路の下端に灰汁などが沈殿しようとしても、流れによってすくい上げられるために堆積することがない。仮に鉛直軸を中心に巻回させると、下側に灰汁が堆積してしまうおそれがある。

そして、処理槽１１０の第１排水ラインの入口１２０ａ（高さＨ１）より、熱交換器２００の第２排水ラインの出口１３０ａ（高さＨ２）の方が低く配置されている。そして、第１排水ラインの入口１２０ａと第２排水ラインの出口１３０ａの水頭差によって、熱交換器２００に排水を通す構成としている。

これらのことから、固形物や灰汁が混じった粘度の高い排水であっても、ポンプを使用することなく熱交換を行うことが可能となる。したがって、従来は困難であった調理装置における排熱の再利用が可能となり、熱効率を大幅に向上させることが可能となる。

次に、さらに種々の利便性を高めるための構成について説明する。

図３は熱交換器の蓋体およびガスケットを説明する図であって、図３（ａ）はガスケットを取り付けていない状態、図３（ｂ）はガスケットを取り付けた状態を示している。熱交換器２００は隔板２０２を水平軸を中心に巻回しているが、巻回された隔板２０２の側面に開閉可能な蓋体２２０が配置されている。蓋体２２０はヒンジ２２２によって軸支されていて、重量のある蓋体２２０を持ち上げる必要をなくしている。蓋体２２０の固定には、通常のボルトではなく、スイングボルト２２４を用いている。これにより部品の落下や散逸を防止し、開閉作業の利便性を向上させている。

蓋体２２０と隔板２０２との間には、隔板２０２の端面に押圧される円板状のガスケット２３０が配置される。ガスケット２３０は樹脂製であり、例えばＥＰＤＭを好適に利用することができる。ガスケット２３０をはさんで蓋体２２０を閉めることにより、流路の側面がガスケット２３０によって封止される。

ここでガスケット２３０には、中心から上方に延びる切欠２３２が設けられている。この切欠２３２によって、巻回された各流路の上端が連結される。熱交換器２００の中に入り込んだ空気は、巻回された各流路の上端に溜まる。そこで上記構成のようにガスケット２３０に切欠２３２を設けることにより、隔板２０２を超えて上の流路に空気を抜くことができる。

さらに蓋体２２０には、切欠２３２の上端に対応する位置に穴２２０ａが設けられている。穴２２０ａは蓋体２２０の外側に取り付けられた排気管２４０に連通している。排気管２４０は穴２２０ａから上方に向かって伸びて、空気は抜けるが排水は出ないようになっている。これらのことから、熱交換器２００内部の空気を抜いて水密を保つことができ、安定して排水を流すことができる。

なお、各流路を連結する通路は、その幅がガスケット２３０の厚み分しかないので、きわめて断面積が小さい。そのため排水がこの切欠部分を通過する量は極めて少なく、熱交換の観点からは問題になることはない。

また熱交換器２００には、巻回された隔板２０２の外側かつ上方に突起２２６が形成されている。一方、ガスケット２３０には突起２２６に対応する位置に穴２３４が形成されている。そして、ガスケット２３０の穴２３４を本体の突起２２６にはめることによって、ガスケット２３０を吊り下げるように仮固定することができる。

隔板２０２は水平軸を中心に巻回していて、その側面に蓋体２２０があるため、必然的に開口部は縦になった状態である。蓋体２２０は、内部の清掃のために定期的に頻繁に（例えば毎日〜数日ごとに）開閉される。このとき巻回した隔板２０２と蓋体２２０の間にガスケット２３０を挟む必要があるが、ガスケット２３０を仮固定可能としたことにより、ガスケット２３０の位置ずれを防ぐとともに、１人での作業を容易にすることができる。

図４はストレーナタンク３００の構成を説明する図であって、図４（ａ）はストレーナタンク３００の構成図、図４（ｂ）はストレーナ３２０の構成図である。

図４（ａ）に示すように、ストレーナタンク３００は、ストレーナ３２０を収容するタンクである。ストレーナタンク３００には第１排水ライン１２０が接続されて、本実施形態ではストレーナ３２０の外側に排水が導入される。ストレーナ３２０の内部には第３排水ライン１４０が起立している。第１排水ライン１２０から導入された排水は、ストレーナ３２０のメッシュによって大きめの固形物を除去された後に、オーバーフロー式に第３排水ライン１４０の上端の開口である入口１４０ａから流出する構成となっている。

なお、上記において、「第１排水ラインの入口１２０ａと第２排水ラインの出口１３０ａの水頭差によって、熱交換器２００に排水を通す構成としている。」と説明した。しかしストレーナタンク３００を設置し、第３排水ライン１４０をオーバーフロー式にした場合には、上側の水頭は第３排水ラインの入口１４０ａになる。すなわち、第３排水ラインの入口１４０ａと第２排水ラインの出口１３０ａの水頭差によって、熱交換器２００に排水を通す構成となる。

したがって図１を参照すると、第１排水ラインの入口１２０ａ（高さＨ１）より第３排水ラインの入口１４０ａ（高さＨ３）が低く、第２排水ラインの出口１３０ａ（高さＨ２）はこれらよりも低い必要がある。

ストレーナタンク３００の底面には、縁にそって半円筒形の溝３０２が設けられている。そして溝３０２のある角部には、スラリー排出口３０４が設けられている。スラリー排出口３０４は通常はバルブ３０６によって閉じられていて、必要に応じて中に堆積した固形物や沈殿した灰汁などを排出することができる。

さらに、ストレーナタンク３００の上部にはオーバーフロー管３１０が設けられている。オーバーフロー管３１０は常時開放された穴であり、ストレーナタンク３００内で水位が上がった場合に排出する。このストレーナタンク３００のオーバーフロー管３１０（高さＨ４）は、第１排水ラインの入口１２０ａ（高さＨ１）よりも下に配置されている。これにより、ストレーナ３２０や熱交換器２００が詰まってしまった場合であっても、処理槽１１０に排水が逆流することを防止することができる。

図４（ｂ）に示すように、ストレーナ３２０は筒状のメッシュ３２２を立てて配置されている。メッシュ３２２の底面には重りを兼ねたプレート３２４が取り付けられている。プレート３２４の中央には、第３排水ライン１４０を貫通するための穴３２４ａが設けられている。

ここで、ストレーナタンク３００内において、第１排水ラインの出口１２０ｂおよび第３排水ラインの入口１４０ａは、ストレーナ３２０の下部近傍に配置されている。これにより、排水はストレーナ３２０の下部に供給され、下部から排出される。すると必然的に排水はストレーナ３２０の下部を通過する。

そして時間の経過に従ってストレーナ３２０に目詰まりが生じてくると、徐々に水位が上がり、ストレーナ３２０の上の方のまだ詰まっていない部分を排水が通過するようになる。すなわち排水は常に目詰まりを生じていない部分を通ることができ、圧力をかけなくても排水がメッシュを通ることができる。これにより、低圧でも固形物を除去することができ、熱交換器内部に固形物が堆積することを防止することができる。

なお、熱交換器２００の内部およびストレーナ３２０は、高圧水で容易に洗浄可能である。また、ストレーナ３２０の着脱も、熱交換器２００の開閉も容易な構成としたことから、１人でも簡単かつ迅速に清掃作業を行うことができ、メンテナンス性にも優れている。

上記説明したように、本発明は、ポンプレス熱交換システムとして様々な装置の排熱利用に用いることができる。特に、加熱処理装置が食品を茹でたり煮たりする調理装置である場合には、排水に食材が固形物として混入したり、大量の灰汁（あく）が混入して粘度が高くなるが、それでも本発明を適用すれば熱交換が可能であることから、本発明は非常に有用である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、排水を伴う処理槽の排熱を利用しうるポンプレス熱交換システムとして利用することができる。

１００…ポンプレス熱交換システム、１１０…処理槽、１１２…高温の湯、１２０…第１排水ライン、１２０ａ…第１排水ラインの入口、１２０ｂ…第１排水ラインの出口、１３０…第２排水ライン、１３０ａ…第２排水ラインの出口、１４０…第３排水ライン、１４０ａ…第３排水ラインの入口、１５０…第１給水ライン、１６０…第２給水ライン、２００…熱交換器、２０２…隔板、２１０…入口、２１２…出口、２１４…入口、２１６…出口、２２０…蓋体、２２２…ヒンジ、２２４…スイングボルト、２２６…突起、２３０…ガスケット、２３２…切欠、２３４…穴、３００…ストレーナタンク、３０２…溝、３０４…スラリー排出口、３０６…バルブ、３１０…オーバーフロー管、３２０…ストレーナ、３２２…メッシュ、３２４…プレート、３２４ａ…穴

Claims (5)

1. 排水を伴う処理槽と、
   複数枚の隔板を互いに所要間隔を空けてスパイラル状に巻回し、この隔板を介して複数の流路を互いに隣接して形成し、各流路内を流下する流体間の熱交換を行うスパイラル式の熱交換器と、
   前記処理槽を出た排水を前記熱交換器に導く第１排水ラインと、
   前記熱交換器を出た排水を導く第２排水ラインと、
   前記熱交換器で排水と熱交換した給水を前記処理槽に導く給水ラインとを備え、
   前記第１排水ラインの入口より前記第２排水ラインの出口が低く配置されていて、これらの間にポンプが配置されていないことを特徴とするポンプレス熱交換システム。
2. 前記熱交換器は隔板を水平軸を中心に巻回していて、
   巻回された隔板の側面に配置された開閉可能な蓋体と、
   前記蓋体と隔板との間に配置され前記隔板の端面に押圧される円板状のガスケットとを備え、
   前記ガスケットには、中心から上方に延びる切欠が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のポンプレス熱交換システム。
3. 前記熱交換器には、前記巻回された隔板の外側かつ上方に突起が形成されていて、
   前記ガスケットには前記突起に対応する位置に穴が形成されていて、
   前記穴を前記突起にはめることによって前記ガスケットを仮固定可能であることを特徴とする請求項２に記載のポンプレス熱交換システム。
4. 前記第１排水ラインはストレーナを収容したストレーナタンクに接続され、
   前記ストレーナタンクから前記熱交換器までは第３排水ラインが接続され、
   前記ストレーナタンクの上部にはオーバーフロー管が設けられていて、
   前記ストレーナタンクのオーバーフロー管は、第１排水ラインの入口よりも下に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプレス熱交換システム。
5. 前記ストレーナは筒状のメッシュを立てて配置されていて、
   前記ストレーナタンク内において、前記第１排水ラインの出口および前記第３排水ラインの入口は、前記ストレーナの下部近傍に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のポンプレス熱交換システム。

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