JP2017187244A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】夾雑物を含む流体であっても伝熱管の長手方向に亘って流体を略均一に滴下させることができる熱交換装置を提供する。【解決手段】流下機構２は、流入口４ａから流入する流体を長手方向に拡散させる拡散手段８と、長手方向に沿って延び拡散手段８により拡散された流体を下方に流下させる少なくとも１つの傾斜面６０ａと、を備え、傾斜面６０ａの下端部には、流体を誘導する誘導部６１ａ，６１ａ，…が長手方向に亘って所定間隔ごとに複数設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に対して流体を接触させることにより冷媒との熱交換を行う熱交換装置に関する。

下水処理の際に生じる熱や温泉の熱等の排熱を有効に利用するために、冷媒が流れる熱交換器の表面に下水や温泉水等の熱を有する流体を連続的に流すことにより、熱交換器において冷媒と流体との間で熱交換が行われるようにした熱交換装置が用いられている。このような熱交換装置には、例えば、特許文献１に開示されているような技術が採用されている。

特許文献１によれば、流下液膜式熱交換装置（熱交換装置）は、上方が開放された金属製の函体の上部に貯留槽が設けられ、該貯留槽の底部中央には長手方向に滴下孔が複数穿設され、貯留槽の下方には、滴下孔と平行して冷媒が循環する伝熱管を有する平面パネル状の熱交換部（熱交換器）が立設されている。貯留槽に投入された流体は、滴下孔から下方の熱交換部に略均一に滴下され、伝熱管の表面に沿って全体的に液膜を作りながら分布流下することにより、冷媒と流体との間で熱交換が効率よく行われるようになっている。

特開２０１１−１５８２３９号公報（第４頁、第４図）

しかしながら、特許文献１にあっては、貯留槽に投入された流体が貯留槽の底部中央に穿設された滴下孔から下方の熱交換部の伝熱管に滴下される構造となっており、流体に夾雑物が含まれている場合（流体として夾雑物を含む下水や温泉等を使用する場合）には、夾雑物によって滴下孔が詰まり、流体の滴下が十分に行えなくなるという問題がある。また、滴下孔を流体の夾雑物が詰まらない程度に大きく形成すると滴下孔を介して流体が一気に滴下してしまい、熱交換部に上方から均一に流体を滴下することができず、冷媒と流体との間で熱交換の効率が悪くなる虞がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、夾雑物を含む流体であっても伝熱管の長手方向に亘って流体を略均一に滴下させることができる熱交換装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の熱交換装置は、
冷媒が流れる伝熱管を有する熱交換器と、流入口から流入する流体を前記伝熱管の長手方向に亘って流下させる流下機構と、を備える熱交換装置であって、
前記流下機構は、前記流入口から流入する流体を前記長手方向に拡散させる拡散手段と、前記長手方向に沿って延び前記拡散手段により拡散された流体を下方に流下させる少なくとも１つの傾斜面と、を備え、
前記傾斜面の下端部には、流体を誘導する誘導部が前記長手方向に亘って所定間隔ごとに複数設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、流入口から流入する流体が拡散手段により傾斜面上で長手方向に亘って拡散され、傾斜面に沿って流下した流体が傾斜面の下端部に亘って形成される各誘導部により誘導され、各誘導部の先端から流体が表面張力により凝集することなく滴下される構造であるため、夾雑物を含む流体であっても伝熱管の長手方向に亘って略均一に滴下できる。

前記流下機構は、１つの前記熱交換器に対して対向する２つの前記傾斜面により流体を滴下することを特徴としている。
この特徴によれば、伝熱管の長手方向の両側方に流体を滴下することができるため、熱交換器における温度効率を高めることができる。

前記誘導部は、前記傾斜面の下端部から鉛直方向に突出する凸部であることを特徴としている。
この特徴によれば、誘導部により流体を略垂直に滴下できるため、流下機構を短手方向にコンパクトに構成できる。

前記拡散手段は、前記長手方向に延びる断面視山型形状を成し、その頂部で前記流入口からの流体を分散させる山型部材を備え、
前記山型部材における側部には、それぞれ対向するように前記傾斜面が配置されることを特徴としている。
この特徴によれば、山型部材により流体を２方向に分散できるため、各傾斜面に流体を拡散することができる。

前記拡散手段は、前記山型部材の長手方向に沿って前記流入口からの流体を複数箇所に分岐させるガイド部材を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、ガイド部材により山型部材の長手方向に沿って複数箇所に流体が分岐されるため、各傾斜面に対して流体を効率よく拡散させることができる。

前記山型部材の下端部には、該下端部から鉛直方向に突出する凸部が長手方向に亘って所定間隔ごとに複数設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、山型部材に沿って流下した流体をその下端部に亘って形成された凸部により傾斜面の長手方向に亘って略均一に滴下できる。

前記傾斜面は、平面であることを特徴としている。
この特徴によれば、流体が傾斜面上で凝集することなく拡散された状態のままで傾斜面に沿って下端部まで流下させることができる。

熱交換装置の構造を示す分解斜視図である。 流下機構及び熱交換器を示す斜視図である。 （ａ）は、流下機構及び熱交換器を示す正面断面図であり、（ｂ）は、流下機構を示す上面図である。 （ａ）は、流下機構における流体の流れを示す正面断面図であり、（ｂ）は、流下機構における流体の流れを示す側断面図である。 （ａ）は、拡散手段の変形例を示す側断面図であり、（ｂ）は、誘導部の変形例を示す斜視図である。 実験１において、下端に亘って凸部を設けない傾斜面を用いた実験結果を示す説明図である。 実験１において、下端に亘って凸部を設けた傾斜面を用いた実験結果を示す説明図である。 実験２における実験結果を示す説明図である。 実験３において、底部孔滴下式の流下機構を用いた実験結果を示す説明図である。 実験３において、切欠き部滴下式の流下機構を用いた実験結果を示す説明図である。

本発明に係る熱交換装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例に係る熱交換装置につき、図１から図１０を参照して説明する。以下、図１の紙面左下側を熱交換装置の正面側（前方側）とし、その前方側から見たときの上下左右方向を基準として説明する。

本実施例の熱交換装置１は、下水や温泉水等の流体から熱回収するための装置であり、本実施例では、夾雑物を有し粘性の比較的高い下水処理後の流体（下水）から熱回収する形態を例に挙げて説明する。

図１に示すように、熱交換装置１は、熱交換器３ａと、熱交換器３ａの上方に設置され該熱交換器３ａに対して流体を滴下させる流下機構２と、熱交換器３ａ及び流下機構２を囲繞する筐体４００と、から主に構成されている。

図１に示すように、熱交換器３ａ及び流下機構２は、筐体４００の内部に配置されている。筐体４００は、略直方体のフレームを構成する枠体４０と、該枠体４０の前後左右のそれぞれに被装される側面板材４１，４１’，４２，４３と、枠体４０の上面に被装される上面板材４４と、前記枠体４０の底面に被装される底面板材４５と、により構成されている。ここでは、側面板材４１，４１’は、枠体４０の前後面に取り付けられ、側面板材４２は、枠体４０の右側面、側面板材４３は、枠体４０の左側面に取り付けられる態様として説明する。

側面板材４１，４１’，４２，４３及び上面板材４４、底面板材４５は、枠体４０に対して図示しないボルト・ナット等により着脱可能に固定されており、例えば、側面板材４１，４１’，４２，４３を取り外すことにより、熱交換器３ａ及び流下機構２の清掃等のメンテナンスを行うことができる。尚、側面板材４１，４１’，４２，４３は、枠体４０に対してボルト・ナット等の固定具を用いて取り付けられることに限られず、例えば、枠体４０に鉤状の係止部を設け、且つ側面板材にフック等を設け、該フックを枠体４０の係止部に係止させることで側面板材が枠体４０に取り付けられるようになっていてもよい。また、側面板材４１，４１’，４２，４３は枠体４０に対して着脱可能に取り付けられることに限られず、側面板材に開閉扉等を設けて該開閉扉から熱交換器３ａ及び流下機構２にアクセスできるようになっていてもよい。

また、側面板材４３には、複数の孔部４３ａ，４３ａ，…が設けられており、この孔部４３ａ，４３ａ，…には、熱交換器３ａの一端側から筐体４００の外部に延びる接続管３ｂや、熱交換器３ａの他端側から筐体４００の外部に延びる接続管３ｃや、後述する流体投入管４、及び流体排出管５が挿通されるようになっている。

尚、流体投入管４は、側面板材４３を貫通して一端が流体を処理する処理タンクに連結され、他端が流下機構２の上方に配置されており、前記処理タンクにて処理が完了した流体を流下機構２へ投入するためのものである。尚、流体投入管４の他端は、左右方向の２箇所（後述するガイド部材１４，１４の上方）に流体の投入口４ａ，４ａ（流入口）が配置されるように分岐している。また、流体排出管５は、筐体４００内に溜まった流体を筐体４００の外部へ排出させるためのものである。

また、上面板材４４は、後述する排気管４４ａと、筐体４００の内部を上方から目視確認可能な覗き窓４４ｂを有する。また、枠体４０は、図面中に記載のない土台等にボルト等により固定可能な一対の固定部材４６，４６を有し、転倒等しないように立設されている。

上面板材４４には、中空の排気管４４ａが挿嵌されており、排気管４４ａから筐体４００内の空気が自然換気されることで、筐体４００の内部で発生したガス等が滞留することを防ぐことができる。尚、この排気管４４ａは、上方から塵埃等が混入しないように、屈曲して形成されている。

また、上面板材４４は、覗き窓４４ｂを備えており、覗き窓４４ｂは、上面板材４４が矩形状に切り欠かれた切欠孔部４４ｃと、切欠孔部４４ｃに取り付けられる透過性を有するポリカーボネート等からなる透明板４４ｄと、からなり、この覗き窓４４ｂより側面板材４１，４１’，４２，４３を開放せずとも、筐体４００の内部を目視確認することができる。

尚、覗き窓４４ｂを構成する部材は、ポリカーボネートに限らずとも、透過性を備えていればよく、例えばアクリル等でもよいが、例えば、筐体４００の組み立て設置時等において不慮の割れ等を防止するために耐衝撃性の高い透過性部材であることが好ましい。

次に、熱交換器３ａについて説明する。図２に示すように、熱交換器３ａは、左右方向に延び垂直方向に重なるように配置される複数の直管部３１ａ，３１ａ，…（伝熱管）と、各直管部３１ａ，３１ａ，…が連続するように各直管部３１ａ，３１ａ，…の左右端部を連結する連結管部３２ａ，３２ａ，…と、上下に隣接する各直管部３１ａ，３１ａ，…同士の間を閉塞するように接続される閉塞板３ｄ，３ｄ，…と、を備えている。すなわち、熱交換器３ａは、立設する平面パネル状を成しており、流下機構２から流下する流体を熱交換器３ａの外表面に這わせるように流下させる流下液膜式熱交換器である。また、熱交換器３ａの上端には、直管部３１ａ，３１ａ，…よりも太い外径を有する誘導管３ｅが熱交換器３ａの長手方向に沿って延びて配置されており、該誘導管３ｅの上部中央部には、その長手方向に亘って上方に突出する突出板３ｆが立設されている。

熱交換器には、複数のプレートを並列させた周知のプレート型熱交換器や、胴体の中に伝熱管を内蔵するシェルアンドチューブ型熱交換器等があるが、密閉された流路内に流体を流して熱交換を行う構造であるため、本実施例のように汚泥等の夾雑物を含む比較的粘性の高い流体との間で熱交換を行うと、夾雑物により流路の閉塞が発生しやすく、夾雑物を含有する流体を利用する熱交換器への利用には不向きである。

一方、本実施例の熱交換器３ａのように、平面パネル状の流下液膜式熱交換器は、上方より流下された流体を熱交換器３ａの外表面に這わせるように流下させることで少ない流量で効率的に熱交換を行う方式であり（図４（ｂ）参照）、夾雑物を含有する流体であっても熱交換器３ａの閉塞が発生しにくいことから、夾雑物を含有する流体を利用する熱交換器として好適である。

しかしながら、熱交換器３ａのような平面パネル状の流下液膜式熱交換器は、熱交換器３ａの外表面に流体を流下させる際に、流体の流下にむらができると温度効率が低下してしまう。言い換えれば、熱交換器３ａの温度効率を向上させるためには、熱交換器３ａの左右方向（長手方向）に亘って流体を略均一に滴下させることが求められる。

このように、流体の流下にむらができると熱交換器３ａの温度効率が低下してしまうため、本実施例では、以下に説明するように、流下機構２を利用して、熱交換器３ａの左右方向に亘って流体を略均一に滴下させるようにしている。

次いで、流下機構２について説明する。図２ないし図４に示されるように、流下機構２は、流下機構２のベースとなる筐体６と、流体投入管４からの流体を長手方向に拡散させる拡散手段としての拡散部８と、から主に構成されている。

筐体６は、ステンレス等の金属から成る板材から形成されており、熱交換器３ａの前面側と後面側とに離間して上向きに拡開するように配置される傾斜部６ａ，６ａと、傾斜部６ａ，６ａからそれぞれ立ち上がる立上部６ｂ，６ｂと、傾斜部６ａ，６ａ及び立上部６ｂ，６ｂの左右側方に設けられる側板部６ｃ，６ｃと、を備えている。つまり、筐体６の上方は、開口しているとともに、筐体６の下方は、該筐体６の上方よりも小さい前後幅で開口している。また、この傾斜部６ａ，６ａの上面は、後述するように拡散部８により拡散された流体を下方へ流下させる傾斜面６０ａ，６０ａを構成しており、傾斜面６０ａ，６０ａは、凹凸のない平坦な面となっている。また、傾斜部６ａ，６ａ（傾斜面６０ａ，６０ａ）は、水平方向に対し下方へ略４５度傾くように形成されている（図４（ｂ）参照）。

また、特に図２の拡大部に示されるように、傾斜部６ａ，６ａの下端部には、鉛直方向に突出する誘導部としての凸部６１ａ，６１ａ，…と、凸部６１ａ，６１ａ，…間に切欠き形成される切欠部６２ａ，６２ａ，…と、が長手方向に沿って所定間隔ごとに交互に設けられている。この凸部６１ａ，６１ａ，…は、正面視において下向き略三角形状を成している。詳しくは、本実施例の凸部６１ａ，６１ａ，…及び切欠部６２ａ，６２ａ，…は、傾斜部６ａ，６ａ及び立上部６ｂ，６ｂを構成する板材の下端縁を抜き加工により鋸刃状に形成し、その鋸刃状の凹部分の一部が折曲部を跨いで傾斜部６ａ，６ａ側に存在するように折り曲げ加工することで形成されるため、凸部６１ａ，６１ａ，…及び切欠部６２ａ，６２ａ，…の製造が簡便である。

また、図３及び図４に示されるように、筐体６の立上部６ｂ，６ｂの間には、前後方向に延びる断面Ｌ字形状の支持材１２，１２，…が該立上部６ｂ，６ｂ同士を架設するように固定されている。また、筐体６の立上部６ｂ，６ｂ及び側板部６ｃ，６ｃの上端は、それぞれ内側に折り曲げ形成されており、これにより、筐体６の構造強度が向上している。また、この筐体６は、筐体４００の枠体４０や側面板材４１，４１’，４２，４３等にボルト・ナット等により一部固定されている。

図２ないし図４に示されるように、拡散部８は、筐体６の内部において傾斜部６ａ，６ａよりも上方位置に配置された断面視山型形状に折り曲げ形成された山型部材１０と、山型部材１０の上方の長手方向に配置されるガイド部材１４，１４と、から主に構成されている。

山型部材１０は、ステンレス等の金属板を断面視山型形状に折り曲げ形成されており、山型部材１０の頂部１０ｄから下方に向けて拡開するように傾斜する傾斜部１０ａ，１０ａを前後に備える。尚、この傾斜部１０ａ，１０ａの傾斜面１０ｅ，１０ｅは、凹凸のない平坦な面となっている。

この山型部材１０は、左右方向に延びており、山型部材１０の左右両端部は、筐体６の側板部６ｃ，６ｃに固定されている。すなわち、山型部材１０の傾斜部１０ａ，１０ａと筐体６の傾斜部６ａ，６ａとは、上下に互い違いに重畳するように配置されている。

また、図４（ｂ）に示されるように、傾斜部１０ａ，１０ａは、水平方向に対し下方へ略４５度傾くように形成されている。すなわち、山型部材１０の傾斜部１０ａ，１０ａで成す内角は、略９０度となっている。

また、図２及び図３（ａ）に示すように、傾斜部１０ａ，１０ａの下端部には、凸部１０ｂ，１０ｂ，…及び切欠部１０ｃ，１０ｃ，…がその長手方向に沿って所定間隔ごとに交互に設けられている。尚、凸部１０ｂ，１０ｂ，…及び切欠部１０ｃ，１０ｃ，…は、筐体６の凸部６１ａ，６１ａ，…及び切欠部６２ａ，６２ａ，…と同一構成であるため、その説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、ガイド部材１４は、下方向に拡開するように傾斜する傾斜部１４ｂ，１４ｂを左右に備える山型形状の分岐板部１４ａと、分岐板部１４ａの左右両端から略垂直に下方に向かって延出するガイド部１４ｃ，１４ｃと、分岐板部１４ａの前後両端から上方に延出する壁板部１４ｆ，１４ｆと、傾斜部１４ｂ，１４ｂを左右に備える山型形状の分岐板部１４ａの上端から前後に延出する取付フランジ部１４ｄ，１４ｄ（図３（ｂ）参照）と、を備えている。すなわち、ガイド部材１４と山型部材１０とは、分岐板部１４ａの頂部と山型部材１０の頂部１０ｄとが直交するように延びるように配置されている（図２参照）。尚、分岐板部１４ａの上面は、凹凸のない平坦面となっている。

図４（ｂ）に示されるように、ガイド部１４ｃ，１４ｃは、側面視略下向き台形を成し、その下端部が山型部材１０の頂部１０ｄに配置されるようになっており、流体投入管４から投入された流体を山型部材１０の頂部１０ｄにガイドするようになっている。

次いで、このガイド部材１４の取付け態様について説明する。図３（ｂ）に示されるように、ガイド部材１４は、筐体６における隣接する支持材１２，１２間に渡って設置される取付枠体１３に対して取り付けられる。具体的には、取付枠体１３の左右には、支持材１２，１２に取り付けるための鍔部１３ａ，１３ａが設けられており、この鍔部１３ａ，１３ａには、前後方向に延びる長孔１３ｂ，１３ｂがそれぞれ形成されている。また、支持材１２，１２は、ボルト１５，１５を挿通可能な図示しない貫通孔をそれぞれ有しており、支持材１２，１２に対する取付枠体１３の前後の位置を位置決めし、その後貫通孔にボルト１５，１５を挿入し緊締することにより取付枠体１３が支持材１２，１２間に固定される。また、ガイド部材１４の取付フランジ部１４ｄ，１４ｄには、左右方向に延びる長孔１４ｅ，１４ｅがそれぞれ形成されている。また、取付枠体１３の前後のフレーム１３ｃ，１３ｃには、ボルト１５，１５を挿通可能な図示しない貫通孔が設けられており、フレーム１３ｃ，１３ｃに対するガイド部材１４の左右の位置を位置決めし、その後貫通孔にボルト１５，１５を挿入し緊締することによりガイド部材１４がフレーム１３ｃ，１３ｃ間に固定される。また、各ボルト１５，１５，…を緩めることで、取付枠体１３の前後位置及びガイド部材１４の左右位置を容易に調整できる。

また、図３（ａ）に示されるように、流体投入管４は、筐体６の上端部に固定される固定具１９，１９により固定されている。この固定具１９，１９は左右方向に離間して立設されている。

固定具１９は、略下向きコ字状に形成された支持部材１９ａと、流体投入管４を吊下げ状に固定するための略Ｕ字の金具１９ｂと、により構成されている。金具１９ｂに流体投入管４を嵌合させた状態で、金具１９ｂの両端を支持部材１９ａの上フレーム１９ｃにそれぞれ固定することにより流体投入管４を吊下げ状に固定できる。

次いで、図１及び図４（ａ），（ｂ）を用いて、流下機構２内を流体が流下する態様について説明する。尚、流体投入管４の投入口４ａ，４ａから投入される流体の流れは、同一であるため、流体投入管４の一方（右側）の投入口４ａから投入される流体の流れについてのみ説明し、流体投入管４の他方（右側）の投入口４ａから投入される流体の流れの説明は省略する。さらに尚、図４（ａ），（ｂ）では、理解を助けるために、流体投入管４の一方（右側）の投入口４ａから投入される流体の流れのみを図示している。

先ず、図１を用いて、熱交換装置１が行う熱交換における流体の流下態様を概略的に説明すると、流体投入管４から流下機構２に投入された流体は、流下機構２内部を流下することで拡散された後、熱交換器３ａの上方へと滴下され、熱交換器３ａの表面に液膜を形成するように流下した後、流体排出管５を介して筐体４００の外部へと排出される。

詳しくは、流体投入管４の投入口４ａから流下機構２内に投入された流体は、図４（ａ）（ｂ）に示されるように、先ず流下機構２のガイド部材１４に向けて投入される。

ガイド部材１４に投入された流体は、ガイド部材１４を形成する分岐板部１４ａの頂部から傾斜部１４ｂ，１４ｂに沿って分岐（左右方向に分岐）されながら下方へ流れる。このとき、分岐板部１４ａの前後に配置される壁板部１４ｆ，１４ｆにより分岐板部１４ａの前後から流体が落下することが防止される。

また、傾斜部１４ｂ，１４ｂに沿って流下した流体は、分岐板部１４ａの左右両端のガイド部１４ｃ，１４ｃの下端から山型部材１０の頂部１０ｄに滴下される。前述のように、ガイド部１４ｃ，１４ｃは、側面視略下向き台形を成し、言い換えれば、ガイド部１４ｃ，１４ｃは、下方に向けて先細りする形状であり、流体は表面張力によりガイド部１４ｃ，１４ｃの先細りする先端（下端）へ収束するように誘導されるため、山型部材１０の頂部１０ｄに向けて効率よく滴下できる。

また、山型部材１０の頂部１０ｄに滴下された流体は、その滴下された衝撃（自由落下による衝撃）により山型部材１０の頂部１０ｄ上に沿って長手方向へ押し付けられるように広げられる。つまり、山型部材１０の頂部１０ｄに滴下された流体は、山型部材１０の長手方向に拡散されるようになる。

また、山型部材１０の頂部１０ｄに沿ってその長手方向に拡散された流体は、山型部材１０を構成する前後の傾斜部１０ａ，１０ａの傾斜面１０ｅ，１０ｅに沿って面状に下方へと流下する。すなわち、山型部材１０の頂部１０ｄに流下された流体は、頂部１０ｄにより前後２方向に分散される。このとき流体は、長手方向に拡散された状態で傾斜面１０ｅ，１０ｅを流下する。そして、傾斜部１０ａ，１０ａの下端側まで流下した流体は、傾斜部１０ａ，１０ａの下端部に形成された凸部１０ｂ，１０ｂ，…及び切欠部１０ｃ，１０ｃ，…の大部分に亘って到達するとともに、切欠部１０ｃ，１０ｃ，…に沿うように流下され、凸部１０ｂ，１０ｂ，…の先端に収束されることで、凸部１０ｂ，１０ｂ，…の先端から傾斜面６０ａ，６０ａに滴下される。

傾斜部１０ａ，１０ａから滴下された流体は、傾斜面６０ａ，６０ａに押し付けられるように広げられるため、長手方向にさらに面状に拡散される。尚、傾斜面６０ａ，６０ａに滴下された際には、その衝撃により飛散した流体の一部が、筐体６の立上部６ｂ，６ｂに接触し、該立上部６ｂ，６ｂを伝って傾斜面６０ａ，６０ａに再度合流するため、傾斜面６０ａ，６０ａに滴下時に生じる流体の飛散により傾斜面６０ａ，６０ａを流下する流体の流量の減少を効果的に抑制できる。

傾斜面６０ａ，６０ａに滴下された流体は、長手方向に拡散された状態で傾斜面６０ａ，６０ａの傾斜に沿って下方へと流下していく。そして、傾斜面６０ａ，６０ａの下端側まで流下した流体は、傾斜部６ａ，６ａの下端部に形成された凸部６１ａ，６１ａ，…及び切欠部６２ａ，６２ａ，…の長手方向全体に亘って到達するとともに、凸部６１ａ，６１ａ，…の先端から下方の熱交換器３ａの長手方向に亘って略均一に滴下される。

このように、本実施例の熱交換装置１にあっては、投入口４ａから流入する流体がガイド部材１４，１４及び山型部材１０により、傾斜部６ａ，６ａの傾斜面６０ａ，６０ａ上の長手方向に亘って拡散されるとともに、傾斜面６０ａ，６０ａ上を流下した流体が傾斜部６ａ，６ａの下端部に亘って形成される各凸部６１ａ，６１ａ，…により誘導され、各凸部６１ａ，６１ａ，…の先端から熱交換器３ａの長手方向に亘って略均一に滴下される構造であるため、夾雑物を含む流体であっても熱交換器３ａの長手方向に亘って略均一に滴下できる。

詳しくは、従来のように、投入口から流入する流体を一旦貯留槽に貯留し、貯留槽に設けられた複数の滴下孔から熱交換器の長手方向に亘って滴下させる構造にあっては、夾雑物を含む流体を滴下させる際に滴下孔等が詰まり、流体を滴下できない虞があったが、本実施例の熱交換装置１では、上記のような構造であるため、夾雑物を含む流体であっても熱交換器３ａの長手方向に亘って略均一に滴下できる。尚、熱交換装置１は、夾雑物を含まない流体であっても熱交換器３ａの長手方向に亘って略均一に滴下できることは言うまでもない。

また、下方に向けて近接するように傾斜する対向する２つの傾斜面６０ａ，６０ａにより１つの熱交換器３ａに対して流体を滴下する構造であり、熱交換器３ａの長手方向の両側方（前後面側）に流体を滴下することができるため、流体を熱交換器３ａの外表面全体に纏わせて、熱交換器３ａにおける温度効率を高めることができる。

また、熱交換器３ａの上端には、直管部３１ａ，３１ａ，…に比べて大径の誘導管３ｅが設置されており、この誘導管３ｅに流体を滴下させることで、流体を誘導管３ｅの表面を経由させて熱交換器３ａの外表面に流下させることができるので、小径の直管部３１ａに対して直接流体を滴下させた場合に比べて流体を滴下させやすい。言い換えれば、２つの傾斜面６０ａ，６０ａの下端にそれぞれ設けられる凸部６１ａ，６１ａ，…と熱交換器３ａとの位置調整を行いやすい。

また、誘導管３ｅには、突出板３ｆが設けられており、この突出板３ｆにより誘導管３ｅの前後両側上方から滴下された流体が誘導管３ｅの上方中央部で合流することが防止されるため、熱交換器３ａに対して前後両側に略均等に流体を流下させることができる。

また、２つの傾斜部１０ａ，１０ａにより断面視山型形状を成す山型部材１０の頂部１０ｄにより、流体を前後２方向に分散できるとともに、傾斜部１０ａ，１０ａの延長方向には、それぞれ対向するように筐体６の傾斜面６０ａ，６０ａが設けられるため、各傾斜面６０ａ，６０ａに流体を拡散することができる。具体的には、山型部材１０の傾斜面１０ｅ，１０ｅと筐体６の傾斜面６０ａ，６０ａとは、それぞれ上下に互い違いに重畳するようになっているため、傾斜面１０ｅ，１０ｅから滴下された流体をその滴下の衝撃により傾斜面６０ａ，６０ａ上で効率よく拡散できる。

また、傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅは、水平方向に対し下方へある程度傾斜（４５度傾斜）して形成されているため、流体に含まれる夾雑物が傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅ上に堆積することを抑制できる。

尚、傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅの傾斜角度は、流体の状況（例えば、夾雑物の有無や流体の粘度等）に応じて、自由に変更してもよい。例えば、傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅの傾斜角度は、水平方向に対し下方へ１０度〜５０度傾斜するように設定されればよい。

さらに、傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅは、水平方向に対し下方へ略４５度傾くように形成されており、且つ山型部材１０の傾斜面１０ｅ，１０ｅと筐体６の傾斜面６０ａ，６０ａとは、それぞれ上下に互い違いに重畳する構造であるため、流下機構２の前後方向の幅をコンパクトにできる。

また、１つのガイド部材１４は、ガイド部１４ｃ，１４ｃを有し、このガイド部１４ｃ，１４ｃにより投入口４ａからの流体が山型部材１０の頂部１０ｄの長手方向の２箇所に分岐されるため、山型部材１０の長手方向に流体を拡散させることができる。また、ガイド部材１４は、山型部材１０の長手方向に複数配置されているため、流体を山型部材１０の長手方向に分岐させる機能が向上する。

また、筐体６の傾斜面６０ａ，６０ａには、傾斜面６０ａ，６０ａの下端部から鉛直方向に突出する凸部６１ａ，６１ａ，…が設けられていることで、流体を略垂直に滴下できるため、傾斜面と同一面上に延出する凸部を用いて流体を滴下させる場合に比べて、傾斜面６０ａ，６０ａ同士の離間幅を小さくでき、流下機構２を短手方向（前後方向）にコンパクトに構成できる。

また、凸部６１ａ，６１ａ，…は、鉛直方向に突出するため、流体の夾雑物（例えば、髪の毛や繊維質の塵埃）が凸部６１ａ，６１ａ，…を跨ぐように係止され堆積することを防止できる。さらに、流体は、凸部６１ａ，６１ａ，…から略垂直に滴下されるため、熱交換器３ａに対して凸部６１ａ，６１ａ，…の位置調整をしやすい。

また、傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅは、凹凸のない平坦な平面であるため、流体が傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅ上で凝集することなく拡散された状態のままで流下される。また、傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜面１０ｅ，１０ｅ上に夾雑物が堆積しにくい。

また、山型部材１０の傾斜部１０ａ，１０ａに沿って流下した流体を、傾斜部１０ａ，１０ａの下端部から鉛直方向に突出する凸部１０ｂ，１０ｂ，…により傾斜面６０ａ，６０ａの長手方向に亘って略均一に滴下できるため、傾斜面６０ａ，６０ａに対して流体を効率よく滴下させて拡散させることができる。

また、隣接する凸部６１ａ，６１ａの間及び隣接する凸部１０ｂ，１０ｂの間には、切欠部６２ａ，６２ａ，…及び切欠部１０ｃ，１０ｃ，…がそれぞれ形成されており、切欠部６２ａ，６２ａ，…及び切欠部１０ｃ，１０ｃ，…は、傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜部１０ａ，１０ａ側に食い込んで形成されているため、これにより流下してきた流体が凸部６１ａ，６１ａ，…及び凸部１０ｂ，１０ｂ，…の先端に誘導される際には、先ず、切欠部６２ａ，６２ａ，…及び切欠部１０ｃ，１０ｃ，…により誘導されることで、より流体の凝集を抑制できる。

尚、本実施例では、凸部６１ａ，６１ａ，…及び凸部１０ｂ，１０ｂ，…が鉛直方向に突出する形態を例示して説明したが、これに限られず、例えば、水平方向に対し下方へ略１０度〜５０度傾斜する傾斜面６０ａ，６０ａ及び傾斜部１０ａ，１０ａに対して略７０〜３０度、さらに下方へ屈折させていればよい。言い換えれば、凸部６１ａ，６１ａ，…及び凸部１０ｂ，１０ｂ，…は、水平方向に対し下方へ略８０度程度傾斜していればよい。

また、本実施例の傾斜面６０ａ，６０ａは、筐体６の下端部に設けられる平板状の傾斜部６ａ，６ａにより平坦に構成されていたが、傾斜面は、平板状の板材により形成されることに限られず、種々の形状の部材により構成されていてもよい。また、傾斜面６０ａ，６０ａは、平坦な面に形成されることに限られず、例えば、曲面形状や凹凸形状等に形成されていても構わない。また、傾斜面６０ａ，６０ａは、拡散部８と一体となった筐体６の下端部に形成されることに限られず、拡散部８とは別体に設けられていてもよい。

また、前記実施例では、２つの傾斜面６０ａ，６０ａにより熱交換器３ａの前後から流体を滴下させる形態について説明したが、これに限られず、例えば１つの熱交換器３ａに対して１つの傾斜面６０ａにより流体を滴下するようになっていてもよい。さらに尚、長手方向に一列となるように複数の熱交換器３ａ，３ａ，…を並列させ、これら複数の熱交換器３ａ，３ａ，…に対して長手方向に長く形成した１つの傾斜面により流体を滴下するようになっていてもよい。

また、本実施例のガイド部材１４は、ガイド部１４ｃ，１４ｃを有し、このガイド部１４ｃ，１４ｃにより、流体を山型部材１０の頂部１０ｄの長手方向の２箇所に分岐させるようになっていたが、これに限られず、流体を山型部材１０の長手方向に複数分岐させることができるものであればよい。例えば、投入口４ａの直下から山型部材１０の長手方向の複数箇所に放射状に延びる樋等であってもよい。

次いで、熱交換装置の拡散手段の変形例について図５（ａ）を用いて説明する。尚、前述した熱交換装置１の構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する構成の説明を省略する。

図５（ａ）に示されるように、流下機構１０２は拡散部１０８が、筐体１０６の短手方向（前後方向）において互い違いに内壁へ固定される傾斜板１１０，１１０にて構成されており、筐体６００の下端部には、傾斜面６００ａが形成されている。また、流体は、筐体６００の上部に長手方向に複数設けられた投入口１０４ａ，１０４ａ，…（図５（ａ）では１つの図示）より投入されるようになっている。投入口１０４ａ，１０４ａ，…から投入された流体は、滴下された衝撃で上段の傾斜板１１０の長手方向に拡散されながら流下し、下端の凸部１０ｂ，１０ｂ，…から下段の傾斜板１１０に滴下され、さらに傾斜板１１０の長手方向に拡散されながら流下し、下端の凸部１０ｂ，１０ｂ，…から傾斜面６００ａに滴下される。そして、傾斜面６００ａの凸部６１ａ，６１ａ，…から誘導管３ｅに滴下される。このように、拡散部１０８を上下に多段的に複数の傾斜板１１０を互い違いに配置して構成することで、流体を長手方向に拡散させ、１つの傾斜面６００ａから熱交換器３ａに流体を滴下させるようにしてもよい。すなわち、前記実施例のように、必ずしも流体を前後（多方向）に分散させ、熱交換器３ａの前後から流体を滴下させなくともよい。このような構成によれば、流体の流路が１つとなり、筐体１０６の短手方向（前後方向）の厚みを抑えることができるため、よりコンパクトな設計を可能とする。

次いで、誘導部の変形例について、図５（ｂ）を用いて説明する。図５（ｂ）に示されるように、傾斜部６１０の下端には、複数の凹部６１１ａ，６１１ａ，…及び凸部６１１ｂ，６１１ｂ，…が左右方向に交互に並列された波板材６１１が裏面側に結着されている。これによれば、傾斜部６１０の上面である傾斜面６１０ａ上を流下する流体は、波板材６１１に到達すると、凹部６１１ａ，６１１ａ，…内にそれぞれ収束し、凹部６１１ａ，６１１ａ，…の先端から下方に滴下される。これによれば、既存の平板である傾斜部６１０の下端に既存の波板材６１１を固定するだけで容易に誘導部を形成することができる。

次に、本実施例の熱交換装置１を用いて行った実験結果について説明する。

「実験１」
傾斜面と凸部の有効性
先ず、熱交換装置１において、傾斜面６０ａと傾斜面６０ａにおける凸部６１ａ，６１ａ，…の有効性を確認する試験を行った。

本試験では、同形状の傾斜面（傾斜面６０ａ）を２つ作成し、一方は下端に亘って凸部（凸部６１ａ，６１ａ，…）を設けない平滑な形状の傾斜面とし、もう一方は下端に亘って凸部（凸部６１ａ，６１ａ，…）を設けた傾斜面とし、それぞれの傾斜面上に、水道水を８Ｌ／ｍｉｎの流量で滴下させ、流れの状態を確認した。

各傾斜面に水道水を滴下させると、滴下位置より幅広く広がり、その後傾斜面上を流下していくことが確認された。したがって、傾斜面の有用性が確認された。

次に、下端に亘って凸部を設けない平滑な形状の傾斜面と、下端に亘って凸部を設けた傾斜面にて水道水の流れる状態を観察すると、下端に亘って凸部のない傾斜面では、幅広く広がり流下してきた水道水が、傾斜板から滴下する際にランダムに集まり、不均一に滴下する現象がみられた。また水道水が滴下する位置は、変化し（一定ではなく）、左右に変動しながら集まって滴下する状態も観察された（図６参照）。

一方、下端に亘って凸部を設けた傾斜面では、幅広く広がり流下してきた水道水が、各凸部の形状に誘導されることで各頂点部分に収束し、滴下することが確認され、凸部設置の有効性が確認された（図７参照）。

「実験２」
本実施例の流下機構２による夾雑物を多く含有する消化汚泥水での流下試験
熱交換器３ａに、流下機構２を被嵌させるように固定し、夾雑物を多く含有する消化汚泥水（以下、単に「汚泥水」と表記することもある）８Ｌ／ｍｉｎを流体として流下させる熱交換試験を行った。この消化汚泥の中には、人毛、繊維、泥、４０ｍｍの小枝等からなる多くの夾雑物を含有しており、通常の下水や温泉水より悪条件の流体モデルである。

流体投入管４から汚泥水を流すと、汚泥水は各ガイド部材１４，１４で略均一に分配され、各ガイド部１４ｃ，１４ｃ，…から、他方傾斜（傾斜部１０ａ，１０ａの一方）に偏る等することなく、山型部材１０の頂部１０ｄへと良好な状態で滴下した。

汚泥水は、山型部材１０を形成するそれぞれの傾斜部１０ａ，１０ａ上端から幅広く広がり、傾斜に誘導され流下した後、山型部材１０を形成するそれぞれの傾斜部１０ａ，１０ａの下端に亘って備え付けられている各凸部１０ｂ，１０ｂ，…の各先端部分から傾斜面６０ａ，６０ａの上方側に滴下し、各滴下地点にて再び広がり、それぞれの傾斜面６０ａ，６０ａ上を流れて、凸部６１ａ，６１ａ，…から、誘導管３ｅを経由して熱交換器３ａへと略均一に拡散された状態で滴下した（図８参照）。

本試験では、熱交換装置１設計時の条件として低温水側温度効率の数値は０．６としたが、本発明の流下機構２を使用し、熱交換器３ａへ流体を略均一に滴下させることで、低温水側温度効率０．７付近で安定することが確認できた。

尚、温度効率は、
φｃ＝Ｔｃｏ−Ｔｃｉ／Ｔｈｉ−Ｔｃｉ
φｃ：低温水側温度効率
Ｔｈｉ：汚泥入口温度（高温）
Ｔｃｉ：低温水入口温度
Ｔｃｏ：低温水出口温度
にて、算出される。

「実験３」
従来の貯留槽による試験
流下機構２を使用せず、汚泥水を貯水可能な貯水槽の底部に小さな口径の孔を略均一に長手方向に亘って設けた構造（以下、「底部孔滴下式」と記載）の流下機構を有する熱交換装置と、汚泥水を貯水可能な貯水槽の長手方向を形成する一対の側壁の上端に略Ｖ字状の切欠き部分を略均一に形成した構造（以下、「切欠き部滴下式」と記載）の流下機構を有する熱交換装置をそれぞれ製作し、それぞれの貯水槽に汚泥水を８Ｌ／ｍｉｎの流量で流下し、温度効率を測定した。

双方の熱交換装置において、測定開始当初は熱交換装置１の設計条件である温度効率０．６を達成したが、時間経過と共に汚泥水中の夾雑物による閉塞が生じるにつれ温度効率が０．４〜０．６の間で不安定となり、終には孔や切欠き部をすべて閉塞されてしまい、装置を運転できない状況となった（図９及び図１０参照）。

以上、実験１〜３の結果より、本件の熱交換装置１における、温度効率を高めることの有用性と、底部孔滴下式と切欠き部滴下式に対する優位性が確認できた。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、拡散手段が山型部材とガイド部材１４とから構成されている態様として説明してきたが、これに限らず、流体を傾斜面６０ａの長手方向に拡散させる構造であればよい。具体的には、上下に延びる回動軸を中心として水平方向に回動する回動体に対して流体を当てることで流体を傾斜面６０ａの長手方向に拡散させてもよい。また、傾斜面６０ａの長手方向を向く流体の投入口が傾斜面６０ａの長手方向両端から流体を流下させることで、傾斜面６０ａの長手方向に流体が拡散されながら流下するようにしてもよい。

また、傾斜面は、傾斜角度が可変調整可能であってもよい。この態様によれば、流体の流下量や含有する夾雑物等に応じて、最適な傾斜角度に調整して流体の流下速度等を適宜設定することができる。また、山型部材やガイド部材の高さ位置を調整できるようにしてもよく、これにより流体が滴下により拡散する具合を適宜調整できる。

１ 熱交換装置
２ 流下機構
３ａ 熱交換器
４ａ 投入口（流入口）
６ 筐体
８ 拡散部（拡散手段）
１０ 山型部材
１０ｂ 凸部
１０ｄ 頂部
１０ｅ 傾斜面
１４ ガイド部材
６０ａ 傾斜面
６１ａ 凸部（誘導部）
１０２ 流下機構
１０４ａ 投入口（流入口）
１０６ 筐体
１０８ 拡散部（拡散手段）
６００ａ 傾斜面
６１０ａ 傾斜面
６１１ 波板材（誘導部）

Claims (7)

1. 冷媒が流れる伝熱管を有する熱交換器と、流入口から流入する流体を前記伝熱管の長手方向に亘って流下させる流下機構と、を備える熱交換装置であって、
   前記流下機構は、前記流入口から流入する流体を前記長手方向に拡散させる拡散手段と、前記長手方向に沿って延び前記拡散手段により拡散された流体を下方に流下させる少なくとも１つの傾斜面と、を備え、
   前記傾斜面の下端部には、流体を誘導する誘導部が前記長手方向に亘って所定間隔ごとに複数設けられていることを特徴とする熱交換装置。
2. 前記流下機構は、１つの前記熱交換器に対して対向する２つの前記傾斜面により流体を滴下することを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記誘導部は、前記傾斜面の下端部から鉛直方向に突出する凸部であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
4. 前記拡散手段は、前記長手方向に延びる断面視山型形状を成し、その頂部で前記流入口からの流体を分散させる山型部材を備え、
   前記山型部材における側部には、それぞれ対向するように前記傾斜面が配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換装置。
5. 前記拡散手段は、前記山型部材の長手方向に沿って前記流入口からの流体を複数箇所に分岐させるガイド部材を備えることを特徴とする請求項４に記載の熱交換装置。
6. 前記山型部材の下端部には、該下端部から鉛直方向に突出する凸部が長手方向に亘って所定間隔ごとに複数設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の熱交換装置。
7. 前記傾斜面は、平面であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の熱交換装置。