JP3040371B2 - Heat exchange device and device using the same - Google Patents
Heat exchange device and device using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高温の媒体から低
温の媒体へ(あるいは、その逆方向に)熱エネルギーを
移動する装置において、効率よく熱エネルギーを移動す
るための構造に関するものであり、目的対象別の分類に
よれば、加熱器、冷却器(放熱器)、凝縮器、蒸発器、
ボイラー、原子炉などに利用できる。また、民生用機器
においては、瞬間湯沸器や風呂沸かし器などに利用でき
る。されに、本発明は、一体構造であるため耐圧力に優
れ、高圧状態の流体の加熱にも利用できる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure for efficiently transferring heat energy from a high-temperature medium to a low-temperature medium (or vice versa). According to the classification by target, heaters, coolers (radiators), condensers, evaporators,
It can be used for boilers and nuclear reactors. In addition, in consumer devices, it can be used for instantaneous water heaters, bath heaters, and the like. In addition, the present invention has an excellent pressure resistance because of its integral structure, and can be used for heating a fluid in a high pressure state.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、高温の媒体から低温の媒体へ
(あるいは、その逆方向に)熱エネルギーを移動する装
置を熱交換器といい、熱エネルギーの移動形式から隔壁
式、蓄熱式、直接接触式に分類され、さらに熱交換エレ
メントの内部構造からシェル・アンド・チューブ式、二
重管式、コイル式、渦巻き式、プレート式等が知られて
いる。また、流動方式による分類では、並流型、向流
型、直交流型、混合型、マルチパス型がある。2. Description of the Related Art Generally, a device for transferring heat energy from a high-temperature medium to a low-temperature medium (or vice versa) is called a heat exchanger. The internal structure of the heat exchange element includes a shell and tube type, a double tube type, a coil type, a spiral type, and a plate type. The classification based on the flow method includes a parallel flow type, a counter current type, a cross flow type, a mixed type, and a multi-pass type.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の構成の隔壁式熱
交換器を例に取れば、全熱通過量は、全伝熱面積、有効
温度差、熱通過率の積で表されるため、高温源の熱エネ
ルギーをより多く低温の二次媒体に移動させるために
は、その伝熱性能(熱通過率など)や熱媒体の熱容量比
が同じであれば、伝熱面積及び温度差を増大する方法が
とられる。In the case of a conventional bulkhead type heat exchanger, the total heat transfer amount is represented by the product of the total heat transfer area, the effective temperature difference, and the heat transfer rate. To transfer more heat energy from the high-temperature source to the low-temperature secondary medium, increase the heat transfer area and the temperature difference if the heat transfer performance (heat transfer rate, etc.) and the heat capacity ratio of the heat medium are the same. There is a way to do it.
【0004】しかしながら、伝熱面積の制約を受ける場
合、所要の全熱通過量を得るためには、一般に大きな温
度差にせざるを得ないが、高温源側の壁近傍から流路中
心部に向かって、二次媒体に大きな温度勾配が生じ、所
望の温度まで加熱しようとすると、壁近傍を流れる二次
媒体が加熱過多となり、熱交換中に組成変化を起こす問
題がある。また逆に、温度差に制約を受ける場合は、伝
熱面積を増加せざるを得ず、装置の大型化が避けられな
いという問題がある。[0004] However, when the heat transfer area is restricted, a large temperature difference is generally required to obtain a required total heat transfer amount. However, a large temperature difference must be obtained. As a result, a large temperature gradient occurs in the secondary medium, and when the secondary medium is heated to a desired temperature, the amount of the secondary medium flowing in the vicinity of the wall becomes excessively heated, and there is a problem that the composition changes during heat exchange. Conversely, when the temperature difference is restricted, there is a problem that the heat transfer area has to be increased and the size of the apparatus is inevitably increased.
【0005】さらに、従来の構成では、伝熱面積を増大
させるために、熱交換エレメントを薄肉管や薄板などに
よって構成するため、熱媒体間の圧力差を高めることが
できないという問題があり、また、伝熱面積を増大させ
るために、熱交換エレメントを複雑な形状で構成する
と、熱伝導率の悪いスケールや湯垢の付着により伝熱性
能の経時劣化を招くという問題がある。Further, in the conventional configuration, since the heat exchange element is formed by a thin tube or a thin plate in order to increase the heat transfer area, there is a problem that the pressure difference between the heat mediums cannot be increased. When the heat exchange element is formed in a complicated shape in order to increase the heat transfer area, there is a problem that heat transfer performance is deteriorated with time due to adhesion of scale or scale having poor heat conductivity.
【0006】従来の構成では、流路を流れる流体の温度
と熱交換エレメントの温度とは一致せず、熱交換エレメ
ントの温度を基準にして流体の温度を制御するとなる
と、流体の温度を正確に制御することができない。In the conventional configuration, the temperature of the fluid flowing through the flow path does not match the temperature of the heat exchange element, and if the temperature of the fluid is controlled based on the temperature of the heat exchange element, the temperature of the fluid can be accurately determined. Can't control.
【0007】具体的な課題として、従来の熱交換器を用
いて、流体を連続的に加熱(冷却)しようとするとき、
管路半径方向で温度分布が生じ易く、例えば、ガソリン
などの多沸点成分の炭化水素混合物やエンジン潤滑油、
あるいは高分子接着剤などの低熱伝導流体では、組成変
化を起こしてしまうという問題があり、ましてや水素、
メタン、アルコールなどの危険流体を加熱する場合は爆
発の危険を伴うことなどが挙げられる。As a specific problem, when a fluid is to be continuously heated (cooled) by using a conventional heat exchanger,
Temperature distribution tends to occur in the pipe radial direction, for example, hydrocarbon mixtures of multi-boiling components such as gasoline and engine lubricating oils,
Alternatively, there is a problem that a low thermal conductive fluid such as a polymer adhesive causes a change in composition.
When heating dangerous fluids such as methane and alcohol, there is a danger of explosion.
【0008】別の具体的な課題として、一般ごみ焼却施
設などから排出される焼却灰に含まれるダイオキシンの
毒性が社会問題となっているが、このダイオキシンは分
子構造が安定しているため分解が困難であり、紫外線や
微生物を利用した従来の技術では、経済性、処理時間や
分解率などの点で課題がある。As another specific problem, the toxicity of dioxin contained in incinerated ash discharged from general waste incineration facilities has become a social problem. However, since this dioxin has a stable molecular structure, it is decomposed. It is difficult, and the conventional technology using ultraviolet rays or microorganisms has problems in economical efficiency, processing time, decomposition rate, and the like.
【0009】しかし、すべての有機物を分解できる超臨
界水を用いれば、ダイオキシンを容易に分解できること
が知られている。すなわち、超臨界水中では、高温の水
蒸気なみの高速分子が、液体水に匹敵する高密度でダイ
オキシンに衝突するため、分子構造が安定しているダイ
オキシンも短時間で分解される。However, it is known that dioxin can be easily decomposed by using supercritical water which can decompose all organic substances. That is, in supercritical water, high-speed molecules as high as high-temperature steam collide with dioxin at a high density comparable to liquid water, so that dioxin having a stable molecular structure is also decomposed in a short time.
【0010】この超臨界水を製造するためには、374
℃、218気圧といわれる臨界条件以上の超高温高圧状
態を得ることが必要であり、省エネルギーの観点からこ
れを高いエネルギー効率で達成することが要請されてい
る。In order to produce this supercritical water, 374
It is necessary to obtain an ultra-high-temperature and high-pressure state at or above a critical condition of 218 ° C. or higher, and it is required to achieve this with high energy efficiency from the viewpoint of energy saving.
【0011】別の具体的な課題として、従来の風呂沸か
し器では、追い炊きする場合、風呂内の湯を熱交換器に
導き、ガスバーナーなどで加熱するため、熱交換器の内
壁に湯垢が付着し、非衛生的である。また、長期間の使
用によって、熱交換器の内壁に湯垢が固着し、スケール
になると伝熱性能の経時劣化を招き、エネルギー効率が
低下する。Another specific problem is that in a conventional bath heater, when additional cooking is performed, hot water in the bath is guided to a heat exchanger and heated by a gas burner or the like, so that scale is formed on the inner wall of the heat exchanger. Adhering and unsanitary. In addition, with long-term use, scale is fixed on the inner wall of the heat exchanger, and when the scale becomes large, heat transfer performance is deteriorated with time, and energy efficiency is reduced.
【0012】更に、別の具体的な課題は、高温流体が流
れる管路の管壁に対して、当該流路の管軸に略直交して
接続され、前記流体の圧力を計測する圧力計において、
当該圧力計の計測部に直接、高温流体の圧力波が伝播す
ると、測定値に誤差が生じたり、最悪の場合は計測不能
となる。Further, another specific object is a pressure gauge which is connected to a pipe wall of a pipe through which a high-temperature fluid flows substantially perpendicularly to a pipe axis of the flow path and measures the pressure of the fluid. ,
If the pressure wave of the high-temperature fluid propagates directly to the measuring section of the pressure gauge, an error occurs in the measured value, or in the worst case, the measurement becomes impossible.
【0013】本発明の目的は、熱エネルギーの伝熱性能
を従来に比べて大幅に向上することで、上述した従来の
技術が有する問題点を解消することのできる熱交換エレ
メント及びその応用装置を提供することにある。[0013] An object of the present invention is to provide a heat exchange element and its application device which can solve the above-mentioned problems of the conventional technology by greatly improving the heat transfer performance of thermal energy as compared with the conventional technology. To provide.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、流路を有する金属製エレメントと、この金属製エレ
メントの外周部に付設される加熱手段又は冷却手段とを
備え、この加熱手段又は冷却手段によって前記流路を流
れる流体を加熱又は冷却する熱交換装置において、前記
金属製エレメントには前記流路を流れる流体に渦流れを
発生させて流路内の流体の温度境界層を破壊すると共に
渦拡散させるための多数の内面が略螺旋状に形成される
細管からなる流路を形成したことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a metal element having a flow path, and a heating means or a cooling means attached to an outer peripheral portion of the metal element. Alternatively, in a heat exchange device that heats or cools a fluid flowing through the flow path by a cooling means, a vortex flow is generated in the fluid flowing through the flow path in the metal element to destroy a temperature boundary layer of the fluid in the flow path. And a large number of inner surfaces for spiral diffusion are formed in a substantially spiral shape
It is characterized in that a flow path composed of a thin tube is formed.
【0015】本発明によれば、金属製エレメントには、
多数の細孔が貫通し、加熱(あるいは冷却)対象の流体
が流される。一方、前記金属製エレメントの外周部に付
設される加熱手段又は冷却手段の熱源からの熱エネルギ
ーは、熱伝導により前記金属製エレメントに移動する。
外部の熱源から正の熱エネルギーを供給すれば、流体は
加熱され、負の熱エネルギーを供給すれば、流体は冷却
される。According to the present invention, the metal element includes:
A number of pores penetrate, and a fluid to be heated (or cooled) flows. On the other hand, heat energy from a heat source of a heating means or a cooling means attached to an outer peripheral portion of the metal element moves to the metal element by heat conduction.
Supplying positive thermal energy from an external heat source heats the fluid, and supplying negative thermal energy cools the fluid.
【0016】熱媒体には熱容量の大きな流体を任意に選
定でき、また、前記金属製エレメントの材質には、銅系
合金やアルミニウム系合金などの熱伝導率が優れた金属
を選定することで、外部の熱源から前記金属製エレメン
トに至る熱伝導効率を十分に高められる。A fluid having a large heat capacity can be arbitrarily selected as the heat medium, and a metal having excellent thermal conductivity such as a copper alloy or an aluminum alloy is selected as the material of the metal element. The efficiency of heat conduction from an external heat source to the metal element can be sufficiently increased.
【0017】前記金属製エレメントには、流路方向に穿
通した多数の略螺旋状の細管を有するが、この細管の流
路断面積を極めて小さく設け、しかも軸方向に略螺旋状
に貫通することで、この細管内を流れる加熱(あるいは
冷却)対象の流体のレイノルズ数を高め、渦流を生じさ
せる。The metal element has a large number of substantially helical thin tubes penetrating in the direction of the flow path. Then, the Reynolds number of the fluid to be heated (or cooled) flowing in the thin tube is increased, and a vortex is generated.
【0018】細管内壁と加熱(あるいは冷却)対象流体
間の熱エネルギーの伝達は、固体壁と流体間の熱伝達に
支配されるが、このように細管内を対象流体が渦流にな
って流れると、速度境界層のみならず温度境界層も破壊
され、両境界層は、層流状態から乱流状態となる。The transfer of thermal energy between the inner wall of the thin tube and the fluid to be heated (or cooled) is governed by the heat transfer between the solid wall and the fluid. In addition, not only the velocity boundary layer but also the temperature boundary layer are destroyed, and both boundary layers change from a laminar state to a turbulent state.
【0019】一般に、層流熱伝達率に比べて、乱流熱伝
達率は二桁以上も大きいため、従来のシェル・アンド・
チューブ式、二重管式、コイル式、渦巻き式、プレート
式等の層流熱伝達による構成に比べて、極めて高い伝熱
性能が得られるため、加熱(あるいは冷却)対象とする
流体に容易に熱エネルギーが移動する。Generally, the turbulent heat transfer coefficient is more than two orders of magnitude larger than the laminar heat transfer coefficient.
Extremely high heat transfer performance is obtained compared to laminar heat transfer configurations such as tube, double tube, coil, spiral, and plate types, making it easier to heat (or cool) fluids. Heat energy is transferred.
【0020】さらに、細管内壁から対象流体に移動した
熱エネルギーは、対象流体の渦流によって拡散し、半径
方向にも移動するため、対象流体の温度を均一化するよ
うに作用する。この結果、必要最小限の全伝熱量によっ
て対象流体全体を均一に所望の温度まで加熱(あるいは
冷却)することが可能となる。Further, the thermal energy transferred from the inner wall of the thin tube to the target fluid is diffused by the vortex of the target fluid and moves in the radial direction, so that the temperature of the target fluid is made uniform. As a result, it becomes possible to uniformly heat (or cool) the entire target fluid to a desired temperature with a minimum necessary total heat transfer amount.
【0021】また、対象流体が流れる前記金属製エレメ
ントは、銅系合金やアルミニウム系合金(理想的には、
熱伝導率が最も優れる銀または銀系合金)等の剛体構造
体で形成するならば、熱媒体との圧力差を高めることが
できると共に、伝熱性能が極めて優れるため、伝熱面積
を増大させるために熱交換エレメントを複雑な形状で構
成する必要がない。The metal element through which the target fluid flows may be a copper alloy or an aluminum alloy (ideally,
If it is formed of a rigid structure such as silver or a silver-based alloy having the highest thermal conductivity), the pressure difference with the heat medium can be increased, and the heat transfer performance is extremely excellent. Therefore, it is not necessary to configure the heat exchange element with a complicated shape.
【0022】従来の熱交換器では、流体を連続的に加熱
(冷却)しようとするとき、管路半径方向で温度分布が
生じ易く、例えばガソリン等の多沸点成分の炭化水素混
合物やエンジン潤滑油、あるいは高分子接着剤などの低
熱伝導流体では、組成変化を起こしてしまうといった問
題がある。In a conventional heat exchanger, when a fluid is to be continuously heated (cooled), a temperature distribution is apt to occur in the radial direction of the pipe, for example, a hydrocarbon mixture of a multi-boiling component such as gasoline or an engine lubricating oil. In the case of a low heat conductive fluid such as a polymer adhesive or the like, there is a problem that a composition change occurs.
【0023】この発明では、水素、メタン、アルコール
等の危険流体を安全に所望の温度まで加熱することが可
能となる。According to the present invention, it is possible to safely heat a dangerous fluid such as hydrogen, methane, or alcohol to a desired temperature.
【0024】請求項2に記載の発明は、流路を有する金
属製エレメントと、この金属製エレメントの外周部に付
設される加熱手段又は冷却手段とを備え、この加熱手段
又は冷却手段によって前記流路を流れる流体を加熱又は
冷却する熱交換装置において、前記金属製エレメントに
は熱交換装置の動作中に前記流路を流れる流体の温度と
当該金属製エレメントの温度とがほぼ等しくなるように
設定された多数の内面が略螺旋状に形成される細管から
なる流路を形成したことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a metal element having a flow path, and a heating means or a cooling means attached to an outer peripheral portion of the metal element. In the heat exchange device for heating or cooling the fluid flowing through the passage, the temperature of the fluid flowing through the flow passage and the temperature of the metal element are set to be substantially equal to each other during the operation of the heat exchange device. A large number of inner surfaces are formed into a flow path formed of a thin tube having a substantially spiral shape.
【0025】この発明では、熱交換装置の動作中に、金
属製エレメントの流路を流れる流体の温度と当該金属製
エレメントの温度とがほぼ等しくなる。According to the present invention, during the operation of the heat exchange device, the temperature of the fluid flowing through the flow path of the metal element becomes substantially equal to the temperature of the metal element.
【0026】この構成であれば、金属製エレメントの流
路を流れる流体の温度を制御する場合に、例えば金属製
エレメントの温度を検出して、この検出温度に従ってフ
ィードバック制御を実施することにより、金属製エレメ
ントの流路を流れる流体の温度を正確に制御することが
できる。With this configuration, when controlling the temperature of the fluid flowing through the flow path of the metal element, for example, the temperature of the metal element is detected, and the feedback control is performed in accordance with the detected temperature. It is possible to accurately control the temperature of the fluid flowing through the flow path of the element.
【0027】請求項3に記載の発明は、請求項1又は2
に記載のものにおいて、金属製エレメントの流路に水を
高圧縮する高圧縮手段を接続し、この高圧縮された水を
前記金属製エレメントの流路に導いて、超臨界水の生成
に必要な超高圧高温状態を得ることを特徴とする。The third aspect of the present invention is the first or second aspect.
In the above-mentioned item, a high-compression means for highly compressing water is connected to the flow path of the metal element, and the highly-compressed water is guided to the flow path of the metal element to generate supercritical water. It is characterized by obtaining a very high pressure and high temperature state.
【0028】この発明によれば、吐出圧力が極めて高圧
な例えばラジアル・プランジャ・ポンプに、前記請求項
に掲げた極めて熱交換効率の高い流体加熱器を接続する
ことで、超臨界水の生成に必要な374℃以上、218
気圧以上とされる超高温高圧状態を高いエネルギー効率
で得ることができる。According to the present invention, by connecting the fluid heater having the extremely high heat exchange efficiency recited in the claims to a radial plunger pump having an extremely high discharge pressure, for example, the supercritical water can be generated. 374 ° C or more required, 218
It is possible to obtain an ultra-high-temperature and high-pressure state at or above the atmospheric pressure with high energy efficiency.
【0029】更に、この超臨界水の簡易製造装置を用い
れば、少ないエネルギー消費で、短時間且つほぼ完全に
ダイオキシンを分解処理することができる。Further, by using this simple apparatus for producing supercritical water, dioxin can be almost completely decomposed in a short time with little energy consumption.
【0030】請求項4に記載の発明は、浴槽内に付設さ
れると共に、流路を有する金属製エレメントと、この金
属製エレメントの流路に行き管及び戻り管の閉管路で接
続されると共に、浴槽外に付設される加熱手段とを備え
る風呂沸かし装置であって、前記金属製エレメントには
装置の動作中に前記流路を流れる流体の温度と当該金属
製エレメントの温度とがほぼ等しくなるように設定され
た多数の内面が略螺旋状に形成される細管からなる流路
を形成したことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a metal element which is provided in a bathtub and has a flow path, and is connected to the flow path of the metal element by closed pipes of a going pipe and a return pipe. A heating device provided outside the bathtub, wherein the temperature of the fluid flowing through the flow passage during the operation of the device and the temperature of the metal element are substantially equal to each other. A large number of inner surfaces set as described above form a flow path composed of a thin tube formed in a substantially spiral shape.
【0031】本発明によれば、追い炊きする場合も、浴
槽外に付設した流体加熱器によって高温となった熱媒体
を、循環ポンプによって浴槽内に付設した金属製エレメ
ントに導き(基本構成は、循環ポンプを装備しなくと
も、機能する)、間接的に浴槽内の湯を沸かす。このた
め、長期間の使用によって、熱交換器の内壁に湯垢が固
着し、スケールとなり伝熱性能の経時劣化を招き、エネ
ルギー効率が低下するといった問題が解消される。According to the present invention, even in the case of post-cooking, the heat medium heated to a high temperature by the fluid heater provided outside the bathtub is guided to the metal element provided inside the bathtub by the circulation pump. It works even without a circulation pump), indirectly boiling the water in the bathtub. For this reason, the problem that the scale is fixed to the inner wall of the heat exchanger due to the long-term use, the scale becomes a scale, the heat transfer performance is deteriorated with time, and the energy efficiency is reduced is solved.
【0032】しかも、金属製エレメントの熱伝達効率が
極めて優れているため、流路内径φdの細管n本の表面
積に対して、浴槽内の水との熱交換外径φDによる表面
積の割合、「D/nd」を自由に設計できる等のため、
浴槽内のエレメント表面は円滑なので、湯垢の発生がな
い。Further, since the heat transfer efficiency of the metal element is extremely excellent, the ratio of the surface area by the heat exchange outer diameter φD with water in the bathtub to the surface area of n small tubes having the flow path inner diameter φd, “ D / nd ”can be designed freely, etc.
Since the element surface in the bathtub is smooth, there is no generation of scale.
【0033】請求項5に記載の発明は、高温の流体が流
れる管路の管壁に対して、当該管路の管軸に略直交して
接続され、前記流体の圧力を計測する圧力計装置であっ
て、前記圧力計の計測部と管路との間には流路を有する
金属製エレメントを備え、この金属製エレメントには熱
衝撃による影響を受けることなく圧力計測を可能とした
多数の内面が略螺旋状に形成される細管からなる流路を
形成したことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a pressure gauge device which is connected to a pipe wall of a pipe through which a high-temperature fluid flows substantially perpendicularly to a pipe axis of the pipe, and measures the pressure of the fluid. A metal element having a flow path is provided between the measuring section of the pressure gauge and the pipeline, and the metal element has a large number of elements that can perform pressure measurement without being affected by a thermal shock. It is characterized in that a flow path composed of a thin tube whose inner surface is formed in a substantially spiral shape is formed .
【0034】本発明によれば、当該圧力計の計測部と前
記管路との間に前記請求項による金属製エレメントを介
装することによって直接、高温流体の圧力波が当該圧力
計の計測部に伝播することがなくなるため、熱衝撃によ
る影響を受けることなく、正確な圧力計測が可能とな
る。According to the present invention, the pressure wave of the high-temperature fluid is directly applied to the measuring section of the pressure gauge by interposing the metal element according to the above-mentioned claim between the measuring section of the pressure gauge and the pipe. Therefore, accurate pressure measurement can be performed without being affected by thermal shock.
【0035】[0035]
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を、添付した
図1〜図3を用いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0036】本実施形態による熱交換装置は、図1に示
すように、軸方向に貫通した多数の略螺旋状の細管10
7を有する金属製エレメント101と、この金属製エレ
メント101の出入り口に接続された接続具102、1
03と、金属製エレメント101の外周部に付設された
加熱手段(冷却手段)104とを備える。As shown in FIG. 1, the heat exchange device according to the present embodiment has a large number of substantially spiral thin tubes 10 penetrating in the axial direction.
7, and connecting tools 102, 1 connected to the entrance of the metal element 101.
And a heating means (cooling means) 104 attached to the outer peripheral portion of the metal element 101.
【0037】この加熱手段104は、金属製エレメント
101の外側に金属製の筒体105を設け、この筒体1
05と接続具102、103と固定具106を溶接する
ことによって、この筒体105と金属製エレメント10
1との間の環状空間に、熱媒体タンクの行き管109及
び戻り管108を接続して構成される。The heating means 104 is provided with a metal cylinder 105 outside the metal element 101.
05, the connection tools 102 and 103, and the fixing tool 106, thereby welding the cylindrical body 105 and the metal element 10
A connecting pipe 1 and a returning pipe 108 of the heat medium tank are connected to the annular space between the two.
【0038】図2は、金属製エレメント101の半径方
向の断面図である。金属製エレメント101には、軸方
向に貫通した直径10mm以下、好ましくは1mm以下
の多数の略螺旋状の細管107が形成される。FIG. 2 is a sectional view of the metal element 101 in the radial direction. The metal element 101 has a large number of substantially spiral thin tubes 107 having a diameter of 10 mm or less, preferably 1 mm or less penetrating in the axial direction.
【0039】図3は、細管107の拡大断面図である。
細管107の内面は螺旋状に形成されるため、この細管
107内を流れる流体には、図3に矢印aで示すような
渦(剥離流)が形成される。FIG. 3 is an enlarged sectional view of the thin tube 107.
Since the inner surface of the thin tube 107 is formed in a spiral shape, a vortex (separation flow) as shown by an arrow a in FIG. 3 is formed in the fluid flowing in the thin tube 107.
【0040】この金属製エレメント101を製造する場
合には、例えば低融点の第一の線材を芯として、他の高
融点の第二の線材を第一の線材の周囲に巻き付け、これ
らを金属粉末内に配置し、第一の線材は溶融するが、第
二の線材は溶融しない温度帯で加熱し、これによって第
一の線材を溶融して第二の線材の巻線の間隙を封じて、
図3に示すような略螺旋状の細管107を形成する。When the metal element 101 is manufactured, for example, a low-melting first wire is used as a core, and another high-melting second wire is wound around the first wire. Placed in the first wire is melted, but the second wire is heated in a temperature zone that does not melt, thereby melting the first wire and sealing the gap between the windings of the second wire,
A substantially spiral thin tube 107 as shown in FIG. 3 is formed.
【0041】次に、この金属製エレメントの作用を説明
する。加熱(冷却)したい流体を、金属製エレメント1
01の入口に接続された接続具102より流入し、熱媒
体を熱交換器104の行き管107より流入する。伝熱
工学上、流れの向きは両者が対向するように選ぶことが
望ましい。Next, the operation of the metal element will be described. The fluid to be heated (cooled) is supplied to the metal element 1
The heat medium flows into the heat exchanger 104 through the outgoing pipe 107 of the heat exchanger 104. From the viewpoint of heat transfer engineering, it is desirable to select the direction of the flow so that both faces each other.
【0042】金属製エレメント101の細管107に流
した流体の温度より、十分に高温の熱媒体を加熱手段1
04へ流せば、加熱手段104は加熱器として作用し、
流体は金属製エレメント101の細管107を流れるう
ちに前記熱媒体と熱交換して、加熱された状態で流出す
る。The heating medium having a temperature sufficiently higher than the temperature of the fluid flowing through the thin tube 107 of the metal element 101 is heated.
04, the heating means 104 acts as a heater,
The fluid exchanges heat with the heat medium while flowing through the thin tube 107 of the metal element 101, and flows out in a heated state.
【0043】金属製エレメント101には、前記のよう
な多数の細管107が貫通し、この細管107の流路面
積は極めて小さく、しかも軸方向に略螺旋状に貫通する
ので、この細管107内を流れる流体には、図3に示す
ように渦流が発生し、この細管107内を渦流となって
流れると、流体内部に亘ってほぼ均一に熱伝達されるの
で、所望の温度まで流体を簡単に加熱することができ
る。A large number of the small tubes 107 penetrate through the metal element 101 as described above. The flow passage area of the small tube 107 is extremely small, and the small tube 107 penetrates substantially spirally in the axial direction. As shown in FIG. 3, a vortex is generated in the flowing fluid, and when the fluid flows as a vortex in the narrow tube 107, heat is substantially uniformly transferred inside the fluid, so that the fluid can be easily brought to a desired temperature. Can be heated.
【0044】従来の構成では、流路の外周近傍を流れる
流体が過熱過多になり、流体の組成変化を起こすといっ
た問題が発生するが、この実施形態では、この問題が解
消されるので、加熱対象流体に、多沸点成分から構成さ
れるガソリンやエンジン潤滑油、或いは接着剤などの低
熱伝導流体、あるいは水素、メタン、アルコールなどの
危険流体への適用が可能となる。In the conventional configuration, there is a problem that the fluid flowing near the outer periphery of the flow path is overheated and the composition of the fluid is changed. In this embodiment, however, this problem is solved. The fluid can be applied to gasoline or engine lubricating oil composed of multi-boiling components, or a low heat conductive fluid such as an adhesive, or a dangerous fluid such as hydrogen, methane, or alcohol.
【0045】この実施形態では、金属製エレメント10
1には多数の細管107が貫通し、この細管107の流
路面積は極めて小さく、しかも軸方向に略螺旋状に貫通
するので、熱交換装置の動作中に金属製エレメント10
1の細管107を流れる流体の温度と金属製エレメント
101の温度とがほぼ等しくなる。In this embodiment, the metal element 10
1, a large number of small tubes 107 penetrate, and the flow passage area of the small tubes 107 is extremely small and penetrates in a substantially spiral shape in the axial direction.
The temperature of the fluid flowing through one thin tube 107 and the temperature of the metal element 101 become substantially equal.
【0046】この構成であれば、金属製エレメント10
1の流路を流れる流体の温度を制御する場合に、例えば
金属製エレメント101自体の温度を検出して、この検
出温度に従ってフィードバック制御を実施することによ
り、金属製エレメント101の流路を流れる流体の温度
を正確に制御できる。With this configuration, the metal element 10
When controlling the temperature of the fluid flowing through the first flow path, for example, by detecting the temperature of the metal element 101 itself and performing feedback control according to the detected temperature, the fluid flowing through the flow path of the metal element 101 is controlled. Temperature can be controlled accurately.
【0047】また、金属製エレメント101内に流した
流体の温度より、十分に低温の熱媒体を冷却手段104
へ流せば、この冷却手段104は冷却器として作用し、
流体は金属製エレメント101の細管107を流れるう
ちに前記熱媒体と熱交換して、冷却された状態で流出す
る。Further, the heat medium sufficiently lower in temperature than the temperature of the fluid flowing in the metal element 101 is cooled.
The cooling means 104 acts as a cooler,
The fluid exchanges heat with the heat medium while flowing through the thin tube 107 of the metal element 101, and flows out in a cooled state.
【0048】冷却する場合も、加熱する場合と同様の作
用によって、所望の温度まで流体を均一に冷却すること
ができる。In the case of cooling, the fluid can be uniformly cooled to a desired temperature by the same operation as the case of heating.
【0049】次に、図4を用いて別の実施形態を説明す
る。Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
【0050】図4aに本実施形態による熱交換装置を示
す。この熱交換装置は、図4aに示すように、金属製エ
レメント201と、この金属製エレメント201の出入
り口に接続された接続具202、203と、金属製エレ
メント201の外周部に嵌合された金属製構造体204
とを備える。FIG. 4A shows a heat exchange device according to the present embodiment. As shown in FIG. 4 a, the heat exchange device includes a metal element 201, connectors 202 and 203 connected to the entrance and exit of the metal element 201, and a metal fitting on an outer peripheral portion of the metal element 201. Structure 204
And
【0051】この金属製構造体204には、図4bに示
すように、複数の棒状加熱体205が内装される。金属
製構造体204の外側には断熱材206を介して金属製
の筒体207を設け、この筒体207は、接続具20
2、203と固定具208とによって接合されている。As shown in FIG. 4B, a plurality of rod-shaped heaters 205 are provided inside the metal structure 204. A metal cylinder 207 is provided outside the metal structure 204 via a heat insulating material 206, and the cylinder 207 is
2, 203 and the fixture 208.
【0052】金属製構造体204は、図4bに示すよう
に軸方向及び半径方向に分割可能な構造(実施例)であ
り、金属製エレメント201と軸方向同心円上に複数の
棒状加熱体205が内装され、締め具212によって固
定される。As shown in FIG. 4B, the metal structure 204 is a structure (embodiment) that can be divided in the axial direction and the radial direction, and a plurality of rod-shaped heating elements 205 are concentric with the metal element 201 in the axial direction. It is installed and fixed by the fastener 212.
【0053】棒状加熱体205の入力端子209は、耐
熱被覆電線210によって固定具208に嵌合した絶縁
端子211に結線されており、外部電源の電気エネルギ
ーを棒状加熱体205へ供給することができる。The input terminal 209 of the rod-shaped heating element 205 is connected to the insulating terminal 211 fitted to the fixture 208 by a heat-resistant coated electric wire 210, so that electric energy of an external power supply can be supplied to the rod-shaped heating element 205. .
【0054】本実施形態では、金属製エレメントにおけ
る加熱手段に相当する部分が複数の棒状加熱体205を
内装した金属製構造体204に置き換えられる。In this embodiment, the portion corresponding to the heating means in the metal element is replaced with a metal structure 204 in which a plurality of rod-shaped heating elements 205 are provided.
【0055】次に、この熱交換装置の作用を説明する。Next, the operation of the heat exchange device will be described.
【0056】加熱したい流体を、金属製エレメント20
1の入口に接続された接続具202より流入し、棒状加
熱体205に通電すれば、流体は金属製エレメント20
1の細管201aを流れるうちに金属製構造体204を
介して、棒状加熱体205の熱エネルギーを吸収して、
加熱された状態で流出する。The fluid to be heated is supplied to the metal element 20.
The fluid flows into the metal element 20 by flowing into the connecting member 202 connected to the inlet of
While flowing through one thin tube 201a, the heat energy of the rod-shaped heating body 205 is absorbed through the metal structure 204,
Elutes in a heated state.
【0057】本実施形態は、流体を加熱する場合に限定
されるが、高温の熱媒体を必要とせず、小型で可搬性に
優れた熱交換装置を構成することができる。Although the present embodiment is limited to the case of heating a fluid, it is possible to configure a small and highly portable heat exchange device that does not require a high-temperature heat medium.
【0058】なお、優れた加熱性能が得られるため経済
的であること、金属製エレメント201が一体構造で剛
性に優れるため高圧流体を安全に加熱できること、流体
内部に亘ってほぼ均一に熱伝達されるので、例えば、加
熱対象流体に、多沸点成分から構成されるガソリンやエ
ンジン潤滑油、或いは接着剤などの低熱伝導流体、或い
は水素、メタン、アルコールなどの危険流体への適用が
可能となることなどの特徴は、請求項1に準じる。It should be noted that excellent heating performance can be obtained, which is economical, that the metal element 201 has an integral structure and is excellent in rigidity, so that high-pressure fluid can be safely heated, and that heat can be almost uniformly transferred inside the fluid. Therefore, for example, as a fluid to be heated, it can be applied to gasoline or engine lubricating oil composed of multi-boiling components, a low heat conductive fluid such as an adhesive, or a dangerous fluid such as hydrogen, methane, or alcohol. Features such as are according to claim 1.
【0059】上述の特徴を活かした「自動車用噴射式エ
ンジン」等への実施形態について、図5を用いて説明す
る。An embodiment for an "injection engine for automobiles" utilizing the above features will be described with reference to FIG.
【0060】軽油やガソリンなどの燃料213が、高圧
噴射ポンプ212に供給される。そして、高圧噴射ポン
プ212により、燃料213が所定の圧力まで上昇さ
れ、本実施形態による金属製エレメント214を経て、
噴射ノズル216に供給され、シリンダー(図示せず)
内に噴射される。A fuel 213 such as light oil or gasoline is supplied to a high-pressure injection pump 212. Then, the fuel 213 is raised to a predetermined pressure by the high-pressure injection pump 212 and passes through the metal element 214 according to the present embodiment.
It is supplied to the injection nozzle 216 and a cylinder (not shown)
Injected into.
【0061】軽油やガソリンなどの燃料213は多種沸
点成分から成ること及び危険性のため、タンク内での温
度上昇手法は困難である。一方、エンジンでは、補器を
装着することによるエンジン本来の性能が変化すること
を嫌うため、熱交換のために燃料流路長さが大きく異な
ることは大きな問題である。また、従来の熱交換では表
面熱伝達のため、熱伝達部で希望加熱温度以上にせざる
を得ず、燃料の変性やガム質生成を招かざるを得なかっ
た。It is difficult to raise the temperature in the tank because the fuel 213 such as light oil or gasoline is composed of various boiling components and is dangerous. On the other hand, since the engine does not like to change the original performance of the engine due to the attachment of the auxiliary device, it is a serious problem that the fuel flow path length is largely different due to heat exchange. Further, in the conventional heat exchange, since the surface heat is transferred, the temperature must be higher than the desired heating temperature in the heat transfer section, and the fuel must be denatured and the gum must be formed.
【0062】本実施形態による金属製エレメント214
を使用することにより、その熱伝達効率の高さ故に、最
少の流路長さで、燃料の変性やガム質生成を招くことな
く、燃料温度を希望の温度まで容易に上昇させることが
可能である。しかも、高耐圧性能故に、ディーゼルエン
ジンやシリンダー内直接噴射式ガソリンエンジンの高圧
噴射ラインの装着可能である。The metal element 214 according to the present embodiment
With the use of a high heat transfer efficiency, the fuel temperature can be easily increased to a desired temperature with a minimum flow path length without causing fuel denaturation or gum formation. is there. Moreover, because of the high pressure resistance performance, it is possible to mount a high-pressure injection line of a diesel engine or a direct injection gasoline engine in a cylinder.
【0063】図5は、その一例を示したものであるが、
高温熱源として、本来は捨てられている、「排気ガス
や、冷却水、潤滑油215」から熱を得て、エネルギー
の回収を行うと共に、高圧噴射せずとも、噴霧の微粒子
化を図り、燃焼の改善も図っている点に大きな特徴があ
る。FIG. 5 shows an example of this.
As a high-temperature heat source, heat is obtained from "exhaust gas, cooling water, and lubricating oil 215" which is originally discarded, energy is recovered, and atomization of the spray is achieved without high-pressure injection, resulting in combustion. The major feature is that we are also trying to improve
【0064】次に、図6を用いて超臨界水製造装置及
び、これを用いたダイオキシン処理装置の一実施形態に
ついて説明する。Next, an embodiment of a supercritical water producing apparatus and a dioxin treatment apparatus using the same will be described with reference to FIG.
【0065】まず、超臨界水製造装置としての実施形態
を説明する。前記各実施形態に記載のものと同様の構成
からなる熱交換装置(以下、流体加熱器307とい
う。)の上流に吐出圧力が300気圧以上の高圧縮手段
(例えば、ラジアル・プランジャ・ポンプ306)を設
置し、このラジアル・プランジャ・ポンプ306によっ
て水を300気圧以上に圧縮し、前記の流体加熱器30
7に導くことで400℃以上に加熱すれば、超臨界水の
生成条件とされる374℃以上、218気圧以上の超高
温高圧状態を達成することができる。First, an embodiment as a supercritical water producing apparatus will be described. High compression means (for example, a radial plunger pump 306) having a discharge pressure of 300 atm or more upstream of a heat exchange device (hereinafter, referred to as a fluid heater 307) having the same configuration as that described in each of the above embodiments. Is installed, and water is compressed to 300 atmospheres or more by the radial plunger pump 306, and the fluid heater 30 is
By heating to 400 ° C. or more by leading to 7, it is possible to achieve an ultra-high-temperature and high-pressure state of 374 ° C. or more and 218 atm or more, which is a condition for generating supercritical water.
【0066】すなわち、本実施形態によれば、流体加熱
器301の優れた熱交換効率によって経済的に超臨界水
を、連続的に製造できる。また、比較的簡単かつ小型の
構成が可能であり、超臨界水を連続的に製造することが
できる。That is, according to the present embodiment, supercritical water can be continuously produced economically by the excellent heat exchange efficiency of the fluid heater 301. Further, a relatively simple and small configuration is possible, and supercritical water can be continuously produced.
【0067】次に、前記超臨界水製造装置を利用したダ
イオキシン処理装置の一実施形態について説明する。図
6に示すように、底部に撹拌器302を付設した撹拌槽
301には、水注入管303及び酸化剤注入管304が
取り付けられており、撹拌槽301内において水と酸化
剤が十分に混合される。Next, an embodiment of a dioxin treatment apparatus using the supercritical water production apparatus will be described. As shown in FIG. 6, a water injection pipe 303 and an oxidant injection pipe 304 are attached to a stirring tank 301 provided with a stirrer 302 at the bottom, and the water and the oxidant are sufficiently mixed in the stirring tank 301. Is done.
【0068】分解反応を促進するための酸化剤には、過
酸化水素水などが考えられる。水と酸化剤の混合液は、
フィルター305を経て高圧ラジアル・プランジャ・ポ
ンプ306に導かれる。フィルター205は、ラジアル
・プランジャ・ポンプ306への固形物の流入を防ぐた
めに設けられる。As the oxidizing agent for accelerating the decomposition reaction, hydrogen peroxide solution or the like can be considered. The mixture of water and oxidizer
It is led to a high-pressure radial plunger pump 306 via a filter 305. The filter 205 is provided to prevent the solid matter from flowing into the radial plunger pump 306.
【0069】水と酸化剤の混合液は、ラジアル・プラン
ジャ・ポンプ306によって圧送され、さらに流体加熱
器307によって加熱される。The mixture of water and oxidant is pumped by a radial plunger pump 306 and further heated by a fluid heater 307.
【0070】このようにして生成された高温高圧液体
は、「焼却灰309の充填された処理タンク311」へ
導かれ、処理タンク311内が液体により満たされた
後、調圧弁311により、水の臨界圧に制御される。The high-temperature and high-pressure liquid thus generated is guided to a “treatment tank 311 filled with incineration ash 309”, and after the inside of the treatment tank 311 is filled with the liquid, the water is regulated by a pressure regulating valve 311. Controlled to critical pressure.
【0071】この結果、処理タンク311内は臨界状態
に保持される。なお、流体加熱器307以降、調圧弁3
11に至る流路は、断熱処理される。あるいは、処理タ
ンク311後の反応を促進するため、処理タンク311
から調圧弁311に至る流路において、必要に応じて、
流体加熱器307と同様の流体加熱器を付加して再加熱
を行う。圧力制御弁310により、流体加熱器307の
内部において臨界条件が達成された水と酸化剤の混合液
は、逆止弁308を経て、予め焼却灰309が充填され
た処理タンク311に流入する。なお、この逆止弁30
8は、処理中にラジアル・プランジャ・ポンプ306が
停止しても、処理タンク311内の流体を逆流させない
ために設けられる。As a result, the inside of the processing tank 311 is maintained in a critical state. In addition, after the fluid heater 307, the pressure regulating valve 3
The flow path reaching 11 is heat-insulated. Alternatively, in order to promote the reaction after the processing tank 311,
In the flow path from to the pressure regulating valve 311, if necessary,
Reheating is performed by adding a fluid heater similar to the fluid heater 307. The mixture of water and the oxidizing agent for which the critical condition has been achieved inside the fluid heater 307 by the pressure control valve 310 flows through the check valve 308 into the treatment tank 311 previously filled with incineration ash 309. The check valve 30
Reference numeral 8 is provided to prevent the fluid in the processing tank 311 from flowing backward even when the radial plunger pump 306 stops during processing.
【0072】処理タンク311及び流体加熱器307
は、耐圧400気圧以上、耐温度500℃以上の強度を
持ち、前記の逆止弁308や配管312も含めて、全て
の構成部品は耐酸性材料(例えばステンレス鋼)で構成
される。処理タンク311には、焼却灰の投入口31
3、処理済みの焼却灰の排出口314、圧力制御弁31
0への行き管の接続具315が設けられている。圧力制
御弁310と処理タンクの間には、フィルタ316と必
要に応じて、流体加熱器307が設けられる。処理タン
ク311内において、焼却灰309に含まれるダイオキ
シンは、超臨界水によって短時間で完全に分解され、生
成物である水、二酸化炭素、塩化水素などの無害な物質
に高分解率で分解される。Processing tank 311 and fluid heater 307
Has a pressure resistance of 400 atm or more and a temperature of 500 ° C. or more, and all components including the check valve 308 and the pipe 312 are made of an acid-resistant material (for example, stainless steel). The treatment tank 311 has an inlet 31 for the incineration ash.
3. Treated incineration ash outlet 314, pressure control valve 31
An outgoing tubing fitting 315 is provided. A filter 316 and, if necessary, a fluid heater 307 are provided between the pressure control valve 310 and the processing tank. In the treatment tank 311, dioxin contained in the incineration ash 309 is completely decomposed in a short time by supercritical water, and is decomposed at a high decomposition rate into harmless substances such as water, carbon dioxide, and hydrogen chloride as products. You.
【0073】なお、図中には示していないが、生成物で
ある塩酸水素は中和装置によって塩化ナトリウム(塩)
に、二酸化炭素は改質装置でメタノールに二次処理され
る。また、超臨界水は有機化合物を容易に分解するが、
無機化合物は分解できないため、ダイオキシンが除去さ
れた焼却灰が残る。このダイオキシンが除去された安全
な焼却灰は、煉瓦などに焼成される。Although not shown in the figure, hydrogen chloride, which is a product, is subjected to sodium chloride (salt) by a neutralizer.
Next, the carbon dioxide is secondarily processed into methanol in a reformer. In addition, supercritical water easily decomposes organic compounds,
Since the inorganic compound cannot be decomposed, incinerated ash from which dioxin has been removed remains. The safe incinerated ash from which dioxin has been removed is burned into bricks or the like.
【0074】本実施形態によれば、流体加熱器310の
優れた熱交換効率によって経済的に超臨界水を製造で
き、これを利用して従来の技術に比べて経済性、処理時
間や分解率などの点で優れるダイオキシン処理装置を構
成することが可能となる。According to the present embodiment, supercritical water can be produced economically by the excellent heat exchange efficiency of the fluid heater 310, and by utilizing this, economical efficiency, processing time and decomposition rate can be reduced as compared with the prior art. Thus, it is possible to configure a dioxin processing apparatus that is excellent in such points.
【0075】尚、本実施形態による超臨界水を用いたダ
イオキシン処理装置は、クローズド・システムであり、
かつ環境に対して無害な水を用いるため、二次汚染の恐
れがないという特徴がある。The dioxin treatment apparatus using supercritical water according to the present embodiment is a closed system,
In addition, since water that is harmless to the environment is used, there is no risk of secondary pollution.
【0076】次に、図7を用いて圧力計の一実施形態に
ついて説明する。Next, an embodiment of the pressure gauge will be described with reference to FIG.
【0077】図7に示すように、高温流体が流れる管4
01の管壁401aに対して、当該管軸に略直交して金
属製冷却ホルダー402が螺旋接合される。この金属製
冷却ホルダー402の底部には、前記実施形態とほぼ同
様の金属製エレメント403が嵌合され、その上部に圧
力計404が極薄の耐熱ガスケット405aを介して内
装されている。尚、404aは圧力計の計測部である。As shown in FIG. 7, the pipe 4 through which the high-temperature fluid flows
The metal cooling holder 402 is helically joined to the tube wall 401a of No. 01 in a direction substantially perpendicular to the tube axis. A metal element 403 substantially similar to that of the above-described embodiment is fitted to the bottom of the metal cooling holder 402, and a pressure gauge 404 is mounted on the top of the metal cooling holder 402 via an extremely thin heat-resistant gasket 405a. Note that reference numeral 404a is a measuring unit of the pressure gauge.
【0078】圧力計404は、更に極薄の耐熱ガスケッ
ト405aを介して、圧力計404の信号線406を導
くための穴407aを有する押え具407によって螺旋
固定されている。この金属製冷却ホルダー402と金属
製エレメント403及び圧力計404は、同軸上にあっ
て冷却水を流すためのリング形状の空隙408a、40
8bを構成する。The pressure gauge 404 is further helically fixed via a very thin heat-resistant gasket 405a by a holding tool 407 having a hole 407a for leading a signal line 406 of the pressure gauge 404. The metal cooling holder 402, the metal element 403 and the pressure gauge 404 are coaxial and have ring-shaped gaps 408a and 408 for flowing cooling water.
8b.
【0079】金属製冷却ホルダー402の上部には、冷
却水の入り口409と出口410があり、入り口409
より圧力計404の外周部に構成される空隙408aに
至る貫通孔411、さらに空隙408aより金属製エレ
メント403の外周部に構成される空隙408bに至る
貫通孔412、さらに空隙408bより空隙408aを
経て、出口410に至る貫通孔413、414を有す
る。Above the metal cooling holder 402, there are an inlet 409 and an outlet 410 for the cooling water.
A through-hole 411 extending from the gap 408a to the outer periphery of the metal element 403 through the through-hole 411 reaching the gap 408a formed at the outer periphery of the pressure gauge 404, and a gap 408a from the gap 408b further extending from the gap 408a. , And through holes 413 and 414 reaching the outlet 410.
【0080】すなわち、冷却水は入り口409より空隙
408aに流入し、圧力計を冷却し、更に貫通孔412
を通って、金属製エレメント403を冷却し、出口41
0より排出される。That is, the cooling water flows into the gap 408a from the inlet 409, cools the pressure gauge, and further cools the pressure gauge.
Cools the metal element 403 through the outlet 41
It is discharged from 0.
【0081】この実施形態では、管401を流れる流体
が圧力計の定格温度より遙かに高温であっても圧力計4
04の計測部404aには、水冷されている金属製エレ
メント403を介して測定対象の流体の圧力が作用す
る。In this embodiment, even if the fluid flowing through the pipe 401 is much higher than the rated temperature of the pressure gauge, the pressure gauge 4
The pressure of the fluid to be measured acts on the measuring unit 404a of the 04 via the water-cooled metal element 403.
【0082】この金属製エレメント403の熱交換効率
は極めて優れるため、当該流体の熱衝撃波が圧力計40
4の計測部404aに直接伝播することがなく、圧力計
404における温度ドリフトなどの計測誤差が解消さ
れ、あるいは計測不能となるなどの問題が改善される。Since the heat exchange efficiency of the metal element 403 is extremely excellent, the thermal shock wave of the fluid
4 does not directly propagate to the measuring unit 404a, and a measurement error such as a temperature drift in the pressure gauge 404 is eliminated, or a problem that measurement becomes impossible is improved.
【0083】次に、図8を用いて風呂沸かし器の一実施
形態について説明する。Next, an embodiment of a bath heater will be described with reference to FIG.
【0084】図8に示すように、浴槽501内に付設し
た金属製エレメント502の入り口502aの上流に
は、循環ポンプ506(装備しなくとも機能する)が行
き管504を介して流体加熱器503の出口503bに
接続される。As shown in FIG. 8, a circulating pump 506 (which functions even if not provided) is provided upstream of an entrance 502 a of a metal element 502 attached to a bathtub 501 via a going pipe 504. Outlet 503b.
【0085】一方、前記金属製エレメント502の出口
502bの下流は、戻り管505を介して前記流体加熱
器503の入り口503aに接続される。これらによっ
て構成される閉管路系には、熱容量の大きな熱媒体(水
やエチレングリコールなど)が封入されており、循環ポ
ンプ506によって強制循環させられる。On the other hand, the downstream of the outlet 502 b of the metal element 502 is connected to the inlet 503 a of the fluid heater 503 via a return pipe 505. A heat medium (water, ethylene glycol, or the like) having a large heat capacity is sealed in the closed conduit system constituted by these components, and is forcedly circulated by the circulation pump 506.
【0086】また、浴槽内には水温検出器507が付設
されており、制御装置508によって浴槽内の水温が所
望の温度に達しているか判断する。A water temperature detector 507 is additionally provided in the bathtub, and the controller 508 determines whether the water temperature in the bathtub has reached a desired temperature.
【0087】制御装置508は、浴槽内の水温が所望の
温度に達していないと判断した場合、循環ポンプ506
を運転するとともに、流体加熱器503に内装された複
数の棒状加熱体509に通電する。流体加熱器503の
内部を通過する熱媒体は、棒状加熱体509によって供
給された熱エネルギーを高効率で吸熱し、高温となって
浴槽501内に付設した金属製エレメント502に流入
する。金属製エレメント502は低温の浴槽内の水中に
あるため、熱媒体の熱エネルギーは、金属製エレメント
502から浴槽内の水に移動する。When the controller 508 determines that the water temperature in the bath tub has not reached the desired temperature, the controller
Is operated, and power is supplied to the plurality of rod-shaped heating bodies 509 provided in the fluid heater 503. The heat medium passing through the inside of the fluid heater 503 absorbs the heat energy supplied by the rod-shaped heating element 509 with high efficiency, becomes high temperature, and flows into the metal element 502 provided inside the bathtub 501. Since the metal element 502 is in the water in the cold tub, the thermal energy of the heat transfer from the metal element 502 to the water in the tub.
【0088】金属製エレメント502には熱交換装置の
動作中に流路を流れる流体の温度と当該金属製エレメン
ト502の温度とがほぼ等しくなるように設定された多
数の略螺旋状の細管からなる流路が形成され、これによ
れば、棒状加熱体509によって供給された熱エネルギ
ーを高効率で、金属製エレメント502から浴槽内の水
に移動させることができる。The metal element 502 is composed of a number of substantially spiral thin tubes set so that the temperature of the fluid flowing through the flow passage during the operation of the heat exchange device and the temperature of the metal element 502 are substantially equal. A flow path is formed, and according to this, the thermal energy supplied by the rod-shaped heating element 509 can be transferred from the metal element 502 to the water in the bathtub with high efficiency.
【0089】制御装置508は、浴槽内の水温が所望の
温度に達したことを判定したら、ブザー508aを鳴ら
すとともに、循環ポンプ506の運転を停止するととも
に、流体加熱器503に内装された複数の棒状加熱体5
09への通電を遮断する。When the control device 508 determines that the water temperature in the bath tub has reached the desired temperature, it sounds the buzzer 508a, stops the operation of the circulating pump 506, and controls the plurality of fluid heaters 503 installed in the fluid heater 503. Rod-shaped heating element 5
09 is cut off.
【0090】以上の作用によって、浴槽内の水が入浴に
適した温度まで昇温し、所望の温度で保持されるが、上
記の実施形態で明らかなように、本発明では、浴槽外に
付設した流体加熱器503によって高温となった熱媒体
を、循環ポンプ506によって浴槽内に付設した金属製
エレメント502に導き、間接的に浴槽内の湯を沸かす
ので湯垢の発生がなく、衛生的である。By the above operation, the water in the bathtub is heated to a temperature suitable for bathing and maintained at a desired temperature. As is clear from the above embodiment, in the present invention, the water is provided outside the bathtub. The heat medium heated to a high temperature by the fluid heater 503 is guided to the metal element 502 attached to the bathtub by the circulation pump 506, and the water in the bathtub is indirectly boiled. .
【0091】また、浴槽内の湯を直接、熱交換器に導く
従来の風呂沸かし器の如く、長期間の使用によって、熱
交換器の内壁に湯垢が固着し、スケールとなり伝熱性能
の経時劣化を招き、エネルギー効率が低下することもな
くなる。Further, as in a conventional bath heater in which the hot water in the bathtub is directly led to the heat exchanger, the scale is formed on the inner wall of the heat exchanger over a long period of use, and the heat transfer performance deteriorates with time. And energy efficiency is not reduced.
【0092】さらに、浴槽内に付設した金属製エレメン
ト502は極めて熱交換効率が優れることから、経済性
に優れる上、伝熱面積を増加するために複雑な形状とす
る必要がなく、平滑面のままでよいため日常的維持も極
めて簡単となる。Further, since the metal element 502 provided in the bathtub has extremely excellent heat exchange efficiency, it is not only economical, but also does not need to have a complicated shape to increase the heat transfer area, and has a smooth surface. Since it can be left as it is, daily maintenance is extremely easy.
【0093】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、「加熱」を「冷却」に置き換えたり、加熱手段を電
気ヒーター以外の他の手段に置き換えるなど、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。Although the present invention has been described based on one embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and “heating” can be replaced with “cooling”, and the heating means can be replaced by an electric heater other than an electric heater. Modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, such as replacement with other means.
【0094】[0094]
【発明の効果】請求項1に記載の発明では、金属製エレ
メントに貫通した多数の流路断面積を極めて小さくした
細孔を設け、しかも軸方向に略螺旋状に貫通すること
で、この細孔内を流れる媒体のレイノルズ数を高め、渦
流を生ぜしめ、乱流熱伝達とすることで、従来方式に比
べて、極めて高い伝熱性能が得られる。According to the first aspect of the present invention, a large number of through-holes having extremely small cross-sectional areas are provided in the metal element, and are penetrated substantially spirally in the axial direction. By increasing the Reynolds number of the medium flowing in the hole, generating a vortex, and performing turbulent heat transfer, extremely high heat transfer performance can be obtained as compared with the conventional method.
【0095】さらに、細孔内壁から媒体に移動した熱エ
ネルギーは、媒体の渦流によって拡散し、媒体半径方向
にも移動するため、媒体の温度を均一化するように作用
し、必要最小限の全伝熱量によって媒体全体を均一に所
望の温度まで加熱(あるいは冷却)することが可能とな
る。Further, the thermal energy transferred from the inner wall of the pores to the medium is diffused by the eddy current of the medium and also moves in the radial direction of the medium. The heat transfer amount makes it possible to uniformly heat (or cool) the entire medium to a desired temperature.
【0096】請求項2に記載の発明では、熱交換装置の
動作中に、金属製エレメントの流路を流れる流体の温度
と当該金属製エレメントの温度とがほぼ等しくなる。According to the second aspect of the present invention, during the operation of the heat exchange device, the temperature of the fluid flowing through the flow path of the metal element becomes substantially equal to the temperature of the metal element.
【0097】この構成であれば、金属製エレメントの流
路を流れる流体の温度を制御する場合に、例えば金属製
エレメントの温度を検出して、この検出温度に従ってフ
ィードバック制御を実施することにより、金属製エレメ
ントの流路を流れる流体の温度を正確に制御することが
できる。With this configuration, when controlling the temperature of the fluid flowing through the flow path of the metal element, for example, the temperature of the metal element is detected, and feedback control is performed in accordance with the detected temperature. It is possible to accurately control the temperature of the fluid flowing through the flow path of the element.
【0098】請求項3に記載の発明では、吐出圧力が極
めて高圧な例えばラジアル・プランジャ・ポンプに、前
記請求項に掲げた極めて熱交換効率の高い流体加熱器を
接続することで、超臨界水の生成に必要な374℃以
上、218気圧以上とされる超高温高圧状態を高いエネ
ルギー効率で得ることができる。According to the third aspect of the present invention, the supercritical water is provided by connecting the fluid heater having the extremely high heat exchange efficiency recited in the above claim to, for example, a radial plunger pump having an extremely high discharge pressure. An ultra-high temperature and high pressure state of 374 ° C. or more and 218 atm or more required for the production of methane can be obtained with high energy efficiency.
【0099】更に、この超臨界水の簡易製造装置を用い
れば、少ないエネルギー消費で、短時間且つほぼ完全に
ダイオキシンを分解処理することができる。Furthermore, the use of this simple apparatus for producing supercritical water makes it possible to almost completely decompose dioxin in a short time with little energy consumption.
【0100】請求項4に記載の発明では、追い炊きする
場合も、浴槽外に付設した流体加熱器によって高温とな
った熱媒体を、循環ポンプによって浴槽内に付設した金
属製エレメントに導き(基本構成は、循環ポンプを装備
しなくとも、機能する)、間接的に浴槽内の湯を沸か
す。このため、長期間の使用によって、熱交換器の内壁
に湯垢が固着し、スケールとなり伝熱性能の経時劣化を
招き、エネルギー効率が低下するといった問題が解消さ
れる。According to the fourth aspect of the present invention, even in the case of additional cooking, the heat medium heated by the fluid heater provided outside the bathtub is guided to the metal element provided inside the bathtub by the circulation pump (basic). The arrangement works without the provision of a circulation pump), indirectly boiling the water in the bathtub. For this reason, the problem that the scale is fixed to the inner wall of the heat exchanger due to the long-term use, the scale becomes a scale, the heat transfer performance is deteriorated with time, and the energy efficiency is reduced is solved.
【0101】しかも、金属製エレメントの熱伝達効率が
極めて優れているため、流路内径φdの細管n本の表面
積に対して、浴槽内の水との熱交換外径φDによる表面
積の割合、「D/nd」を自由に設計できる等のため、
浴槽内のエレメント表面は円滑なので、湯垢の発生がな
い。Moreover, since the heat transfer efficiency of the metal element is extremely excellent, the ratio of the surface area by the heat exchange outer diameter φD with water in the bathtub to the surface area of n small tubes having the flow path inner diameter φd, “ D / nd ”can be designed freely, etc.
Since the element surface in the bathtub is smooth, there is no generation of scale.
【0102】請求項5に記載の発明では、当該圧力計の
計測部と前記管路との間に前記請求項による金属製エレ
メントを介装することによって直接、高温流体の圧力波
が当該圧力計の計測部に伝播することがなくなるため、
熱衝撃による影響を受けることなく、正確な圧力計測が
可能となる。According to the fifth aspect of the present invention, the pressure wave of the high-temperature fluid is directly generated by interposing the metal element according to the above-mentioned aspect between the measuring section of the pressure gauge and the pipeline. Will not propagate to the measurement section
Accurate pressure measurement is possible without being affected by thermal shock.
【図1】本発明による熱交換装置の一実施形態を示す断
面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a heat exchange device according to the present invention.
【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図3】細管の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a thin tube.
【図4】aは別の実施形態を示す断面図、bはaのB−
B断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view showing another embodiment, and FIG.
It is B sectional drawing.
【図5】熱交換装置を自動車用エンジンに利用した噴射
燃料の微粒子化装置の一実施形態を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an embodiment of an injection fuel atomization device using a heat exchange device for an automobile engine.
【図6】超臨界水製造装置とこれを利用したダイオキシ
ン処理装置の一実施形態を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing one embodiment of a supercritical water production device and a dioxin treatment device using the same.
【図7】圧力計の一実施形態を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment of a pressure gauge.
【図8】風呂沸かし器の一実施形態を示す構成図であ
る。FIG. 8 is a configuration diagram showing one embodiment of a bath heater.
101,201 金属製エレメント 104,204 加熱手段(冷却手段) 107,201a 細管 212 高圧噴射ポンプ 214 金属製エレメント 216 噴射ノズル 307 熱交換装置(流体加熱器) 306 高圧縮手段(ラジアル・プランジャ・ポンプ) 307 流体加熱器 402 金属製冷却ホルダー 404 圧力計 404a 計測部 501 浴槽 502 金属製エレメント 506 循環ポンプ 101, 201 Metal element 104, 204 Heating means (cooling means) 107, 201a Thin tube 212 High-pressure injection pump 214 Metal element 216 Injection nozzle 307 Heat exchanger (fluid heater) 306 High compression means (radial plunger pump) 307 Fluid heater 402 Metal cooling holder 404 Pressure gauge 404a Measuring unit 501 Bathtub 502 Metal element 506 Circulation pump
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F28D 7/10 F28D 21/00 F28F 1/40 F28F 13/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F28D 7/10 F28D 21/00 F28F 1/40 F28F 13/12
Claims (5)
金属製エレメントの外周部に付設される加熱手段又は冷
却手段とを備え、この加熱手段又は冷却手段によって前
記流路を流れる流体を加熱又は冷却する熱交換装置にお
いて、 前記金属製エレメントには前記流路を流れる流体に渦流
れを発生させて流路内の流体の温度境界層を破壊すると
共に渦拡散させるための多数の内面が略螺旋状に形成さ
れる細管からなる流路を形成したことを特徴とする熱交
換装置。1. A metal element having a flow path, and a heating means or a cooling means attached to an outer peripheral portion of the metal element, wherein a fluid flowing through the flow path is heated or cooled by the heating means or the cooling means. In the heat exchange device for cooling, a large number of inner surfaces for generating a vortex flow in the fluid flowing through the flow path to destroy the temperature boundary layer of the fluid in the flow path and to diffuse the vortex in the metal element are substantially spiral. Formed into a shape
A heat exchange device characterized in that a flow path composed of a thin tube is formed.
金属製エレメントの外周部に付設される加熱手段又は冷
却手段とを備え、この加熱手段又は冷却手段によって前
記流路を流れる流体を加熱又は冷却する熱交換装置にお
いて、 前記金属製エレメントには熱交換装置の動作中に前記流
路を流れる流体の温度と当該金属製エレメントの温度と
がほぼ等しくなるように設定された多数の内面が略螺旋
状に形成される細管からなる流路を形成したことを特徴
とする熱交換装置。2. A metal element having a flow path, and a heating means or a cooling means attached to an outer peripheral portion of the metal element, wherein a fluid flowing through the flow path is heated or cooled by the heating means or the cooling means. In the heat exchange device for cooling, the metal element has a large number of inner surfaces set so that the temperature of the fluid flowing through the flow path and the temperature of the metal element during operation of the heat exchange device are substantially equal to each other. A heat exchange device wherein a flow path formed of a spirally formed thin tube is formed.
縮する高圧縮手段を接続し、この高圧縮された水を前記
金属製エレメントの流路に導いて、超臨界水の生成に必
要な超高圧高温状態を得ることを特徴とする請求項1又
は2に記載の熱交換装置を用いた装置。3. A high compression means for compressing water at a high pressure is connected to the flow path of the metal element, and the highly compressed water is led to the flow path of the metal element to generate supercritical water. The apparatus using the heat exchange device according to claim 1 or 2, wherein an extremely high pressure and high temperature state is obtained.
る金属製エレメントと、この金属製エレメントの流路に
行き管及び戻り管の閉管路で接続されると共に、浴槽外
に付設される加熱手段とを備える風呂沸かし装置であっ
て、 前記金属製エレメントには装置の動作中に前記流路を流
れる流体の温度と当該金属製エレメントの温度とがほぼ
等しくなるように設定された多数の内面が略螺旋状に形
成される細管からなる流路を形成したことを特徴とする
装置。4. A metal element provided in the bathtub and having a flow path, and connected to the flow path of the metal element by closed pipes of a going pipe and a return pipe, and being provided outside the bathtub. A heating device and a heating device, wherein the metal element has a number of elements set so that the temperature of the fluid flowing through the flow path and the temperature of the metal element during operation of the apparatus are substantially equal to each other. shape inner surface in generally helical
An apparatus characterized in that a flow path composed of a formed thin tube is formed.
て、当該管路の管軸に略直交して接続され、前記流体の
圧力を計測する圧力計装置であって、 前記圧力計の計測部と管路との間には流路を有する金属
製エレメントを備え、この金属製エレメントには熱衝撃
による影響を受けることなく圧力計測を可能とした多数
の内面が略螺旋状に形成される細管からなる流路を形成
したことを特徴とする装置。5. A pressure gauge device which is connected to a pipe wall of a pipe through which a high-temperature fluid flows in a direction substantially perpendicular to a pipe axis of the pipe, and measures a pressure of the fluid, wherein the pressure gauge A metal element with a flow path between the measuring part and the pipeline is provided. This metal element has a large number of inner surfaces formed in a substantially spiral shape that enables pressure measurement without being affected by thermal shock. A flow path comprising a thin tube to be formed.
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