JP3832227B2 - シェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水を作動流体とし、この作動流体と他の熱媒体との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型熱交換器に係り、より詳しくは、熱交換器の細管両端の水室に溜まったごみの排出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、宿泊施設や集合住宅の浴室、厨房、洗面所等から出される生活排水や温水プールやサウナ風呂から出される排水を作動流体とし、この作動流体と他の熱媒体（例えばヒートポンプの熱媒体）との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型熱交換器は知られている。
【０００３】
このようなシェルアンドチューブ型熱交換器は、一般に複数の細管を並設配置し、その両端に水室を設け、一方の側の水室を反流用水室に形成し、他方の側の水室は２室に画成している。そして、排水槽より汲み上げた排水を、画成した側の一方の水室内に導入して、これに連なる細管内を通し、反流用水室で排水の流れ方向を反転させ、これを画成した側の他方の水室に連なる細管内に導き、他方の水室を経て、排水槽に排出するようにしている。つまり、他の熱媒体との間で熱交換を行う部位である細管を、反流用水室を反転部とする千鳥配管に構成して、実質的に細管長さが長くなるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような排水を作動流体とするシェルアンドチューブ型熱交換器においては、排水中にごみ（不純物）が含まれているため、一般に熱交換器の前段で不純物を除去する各種のフィルタ、ストレーナが設置されているが、不純物（特に髪の毛、繊維等の細長い物）を完全に除去することはできなかった。
【０００５】
そこで、どうしても混入してくる不純物を除去するために、洗浄時に本管内の排水の流れ方向を逆方向に強制的に切り替えて排出するようにしたものが提案されているが、不純物は細管両端の水室内において髪の毛や繊維等を核として絡まりつつ次第に成長し、数時間で拳大以上となり、やがて細管入口部を塞いでしまう。このような不純物の成長現象は、熱交換器途中の細管折り返し部となる反流用水室内で顕著に現れ、本管内の排水の流れ方向を変えても排出することはできなかった。このような状態に至ると、熱交換器の機能が果たせなくなり、人手によって水室を開放し、ごみを取り除かなければならなかった。
【０００６】
本発明の技術的課題は、水室内で成長し、大きくなったごみを、水室から自動的に排出できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出方法は、髪の毛、繊維等の細長いごみが含まれている排水を作動流体とし、この作動流体と他の熱媒体との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型熱交換器の細管両端の水室に、それぞれ作動流体の系とは別に強制排出用のドレン管を新たに接続し、これらドレン管の途中に遠隔操作可能な排出弁を設け、所定稼働時間毎にこれら排出弁を開放させ、この排出弁開中に、タイマによる自動運転により作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替えて、正流、逆流を繰り返させ、各水室内に溜まったごみを各ドレン管より作動流体の系外に排出することを特徴としている。
【０００８】
また、この方法に用いられる装置は、髪の毛、繊維等の細長いごみが含まれている排水を作動流体とし、この作動流体と他の熱媒体との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型熱交換器の細管両端の水室に、それぞれ作動流体の系とは別に強制排出用のドレン管を新たに接続し、これらドレン管の途中に遠隔操作可能な排出弁を設けるとともに、作動流体の系内に、作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替える遠隔操作可能な正逆切替弁を設け、さらに所定稼働時間毎に各前記排出弁を開放させ、これら排出弁開中に、タイマによる自動運転により作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替えて、正流、逆流を繰り返させる制御装置を設けたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るシェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出方法およびこの方法に用いられる装置を図１乃至図４に基づき説明する。図１は本実施形態に係るシェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出装置を示す構成図、図２はその制御装置部の構成を示すブロック図、図３及び図４はその動作のフローチャートである。
【００１８】
本実施形態のシェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出装置は、図１のように宿泊施設や集合住宅の浴室、厨房、洗面所等から出される生活排水や温水プールやサウナ風呂から出された排水１を排水槽２よりポンプ３により取水し、これを作動流体として熱交換器４に供給し、熱交換器４にて他の熱媒体（例えばヒートポンプの熱媒体）との間で熱交換を行わせ、冷水となった排水１は再び排水槽２に排出されるようになっている。
【００１９】
作動流体系を構成する本管５は、途中にポンプ３が設置されて一端が排水槽２の水面下まで延出された取水管５ａと、取水管５ａの他端にＴ状に接続されて二股に分かれるとともに、それぞれの先端が熱交換器内流路の両端に接続された分岐管５ｂ，５ｃと、各分岐管５ｂ，５ｃの途中に正逆切替弁６ａ，６ｂを介してそれぞ接続された排出管７ａ，７ｂとから構成され、各排出管７ａ，７ｂの他端は排水槽２の水面上に延びている。
【００２０】
各正逆切替弁６ａ，６ｂは、作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替えるもので、例えば一方の正逆切替弁６ａが、作動流体の流れ方向を熱交換器４方向に設定されている時、他方の正逆切替弁６ｂは、作動流体が熱交換器４側から排出管７ｂ方向へと流れるように、熱交換器４に対し、互いに作動流体の供給側と排出側に同時に切り替わるように設定されている。なお、ここでは作動流体が正逆切替弁６ａ側の分岐管５ｂを通って熱交換器４に供給され、熱交換器４側から正逆切替弁６ｂ側の分岐管５ｃを通って排出管７ｂに流れる方向の流れを正流方向とし、その逆方向の流れを逆流方向とする。
【００２１】
熱交換器４は、複数の細管８を並設し、その両端に水室を設け、一方の側の水室を反流用水室Ｂに形成し、他方の側の水室は２室Ａ，Ｃに画成して構成されており、これによって各細管８が反流用水室Ｂを反転部とする千鳥配管に形成されている。そして、熱交換器内流路の一端となる水室Ａには前記分岐管５ｂが、熱交換器内流路の他端となる水室Ｃには同じく前記分岐管５ｃが、それぞれ接続されている。
【００２２】
また、各水室Ａ，Ｂ，Ｃには、それぞれ途中に遠隔操作可能な排出弁９ａ，９ｂ，９ｃを有する強制排出用のドレン管１１ａ，１１ｂ，１１ｃの一端が前述の作動流体系とは別に新たに接続され、ごみを系外に排出するようになっている。
【００２３】
作動流体の系内、ここでは各分岐管５ｂ，５ｃの熱交換器４との接続部の近傍には、それぞれ圧力計１２ａ，１２ｂが設けられ、これら圧力計１２ａ，１２ｂの出力信号が本システムの全体の制御を司る制御装置１３に入力されるようになっている。
【００２４】
制御装置１３は、図２のように各圧力計１２ａ，１２ｂが検出した水室内圧力Ｐと設定値とを比較する比較器１４と、比較器１４の比較結果、又はポンプ制御手段１５からのポンプ３の稼働状態信号を受けて稼働時間を積算する稼働時間カウンタ１６からの稼働時間をみて、洗浄を行うか否かを判定し、水室内圧力すなわち作動流体系内の流体圧力Ｐが所定値を超えた場合や稼働時間が所定時間経過した場合に洗浄開始信号を出力し、終了信号が入力すると、稼働時間カウンタ１６をリセットさせる洗浄判定手段１７と、洗浄判定手段１７から洗浄開始信号が出力されると、これを入力し、各排出弁９ａ，９ｂ，９ｃを同時に、又は順次開かせるとともに、終了信号が入力すると、各排出弁９ａ，９ｂ，９ｃを同時に、又は順次閉じさせる排出弁制御手段１８と、洗浄判定手段１７から洗浄開始信号が出力されると、これを入力し、シーケンスプログラムに従って逆流信号と正流信号とを交互にかつ設定された正逆切替回数出力し、設定された正逆切替回数になるとリセット信号を出力するとともに洗浄判定手段１７と排出弁制御手段１８に洗浄を終了したことを知らせる本管流路切替手段１９と、本管流路切替手段１９から逆流信号の入力があると、本管５内の作動流体の流れ方向が逆流方向となるように正逆切替弁６ａ，６ｂを同時に切り替えさせ、また本管流路切替手段１９から正流信号の入力があると、本管５内の作動流体の流れ方向が正流方向となるように正逆切替弁６ａ，６ｂを同時に切り替えさせ、さらに逆流から正流への切り替えの際に切替信号を出力する切替弁制御手段２１と、切替弁制御手段２１からの切替信号を受けて切替回数をカウントし、正逆切替回数Ｋを本管流路切替手段１９に知らせるとともに、本管流路切替手段１９からリセット信号の入力があると、初期状態に戻る切替回数カウンタ２２とから構成されている。
【００２５】
次に、本実施形態のシェルアンドチューブ型熱交換器によるごみ排出方法について図３及び図４に基づき、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、ここでは熱交換器が運転されて通常の稼働状態、つまり作動流体が正流方向に連続して流れ、例えばヒートポンプの熱媒体との間で熱交換を行っている状態にあるものとする。
【００２６】
まず、図３に示すように、熱交換器内流路の両端すなわち水室Ａ，Ｃ（図１参照）内の圧力Ｐをみて（ステップ１１１）、水室内圧力Ｐが設定値を超えたか否かが判定され（ステップ１１２）、水室内圧力Ｐが設定値を超えていなければ、次に稼働時間みて（ステップ１１３）、稼働時間が設定時間を経過したか否かが判定され（ステップ１１４）、稼働時間が設定時間を経過していなければ、処理を終了する。前記ステップ１１２にて水室内圧力Ｐが設定値を超えたと判定された場合、又は前記ステップ１１４にて稼働時間が設定時間を経過したと判定された場合は、ステップ１１５に飛び、洗浄処理を行い、その後、稼働時間カウンタ１６がリセットされ（ステップ１１６）、処理を終了する。
【００２７】
洗浄処理は、図４に示すように行われる。まず、各水室Ａ，Ｂ，Ｃのドレン管１１ａ，１１ｂ，１１ｃの排出弁９ａ，９ｂ，９ｃが同時に、又は順次開かれる（ステップ２１１）。次いで、各正逆切替弁６ａ，６ｂが逆流方向に切り替えられ（ステップ２１２）、本管内排水を所定時間（ここでは３０秒）逆流させる。この逆流状態が３０秒経過すれば（ステップ２１３）、次に各正逆切替弁６ａ，６ｂが正流方向に切り替えられ（ステップ２１４）、本管内排水を所定時間（ここでは２０秒）正流させる。この正流状態が２０秒経過すれば（ステップ２１５）、正逆切替回数Ｋがカウントされ（ステップ２１６）、正逆切替回数Ｋが設定回数か否かが判定され（ステップ２１７）、正逆切替回数Ｋが設定回数でなければステップ２１２に戻り、ステップ２１２〜ステップ２１６の動作が繰り返される。
【００２８】
前記ステップ２１７にて正逆切替回数Ｋが設定回数であると判定されれば、各水室Ａ，Ｂ，Ｃのドレン管１１ａ，１１ｂ，１１ｃの排出弁９ａ，９ｂ，９ｃが同時に、又は順次閉じられ（ステップ２１８）、次いで切替回数カウンタ２２がリセットされ（ステップ２１９）、洗浄処理を終了する。
【００２９】
このように、本実施形態においては、洗浄動作が、所定稼働時間毎、又は作動流体系内の流体圧力が設定値を超えると、自動的に洗浄動作が行われ、各水室Ａ，Ｂ，Ｃ内の溜まったごみ等をドレン管１１ａ，１１ｂ，１１ｃより強制的に直接作動流体の系外に排出するので、ごみ等により細管入口部が塞がれることがなく、熱交換器の機能を長期に亘り維持することができる。
【００３０】
なお、ここでは所定稼働時間毎、又は作動流体系内の流体圧力が設定値を超えた場合の、いずれかに至ったときに洗浄動作を行うようにしたものを例に挙げて説明したが、使用する作動流体の性状等は予めわかっているため、使用する作動流体の性状にあわせて洗浄動作に入るまでの間隔（稼働時間）を設定することで、所定稼働時間毎のみによる洗浄動作、あるいは作動流体系内の流体圧力が設定値を超えた場合のみによる洗浄動作とすることができる。
【００３１】
また、ここでは排出弁開中に、作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替えて、正流、逆流を繰り返させる際の正逆流れ方向の時間を、逆流３０秒、正流２０秒に設定したものを例に挙げて説明したが、これに限るものでなく、使用する作動流体の性状にあわせて適宜変更すればよいことは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、髪の毛、繊維等の細長いごみが含まれている排水を作動流体とし、この作動流体と他の熱媒体との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型熱交換器の細管両端の水室に、それぞれ作動流体の系とは別に強制排出用のドレン管を新たに接続し、これらドレン管の途中に遠隔操作可能な排出弁を設け、所定稼働時間毎にこれら排出弁を開放させ、この排出弁開中に、タイマによる自動運転により作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替えて、正流、逆流を繰り返させ、各水室内に溜まったごみを各ドレン管より作動流体の系外に排出するようにしたので、洗浄動作を効率良く行わせることができ、かつ洗浄時には各水室内のごみを揺り動かすことができて、洗浄効果をより高めることができ、各種のフィルタ、ストレーナでは除去することのできない髪の毛、繊維等の細長いごみにより細管入口部が塞がれことがなくなって、熱交換器の機能を長期に亘り維持することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出装置を示す構成図である。
【図２】本実施形態装置の制御装置部の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態装置の動作のフローチャートである。
【図４】本実施形態装置の動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 排水
２ 排水槽
３ ポンプ
４ 熱交換器
５ 本管（作動流体系）
６ａ，６ｂ 正逆切替弁
８ 細管
Ａ，Ｂ，Ｃ 水室
９ａ，９ｂ，９ｃ 排出弁
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ドレン管
１２ａ，１２ｂ 圧力計
１３ 制御装置
Claims (2)
- 髪の毛、繊維等の細長いごみが含まれている排水を作動流体とし、この作動流体と他の熱媒体との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型熱交換器の細管両端の水室に、それぞれ作動流体の系とは別に強制排出用のドレン管を新たに接続し、これらドレン管の途中に遠隔操作可能な排出弁を設け、所定稼働時間毎にこれら排出弁を開放させ、この排出弁開中に、タイマによる自動運転により作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替えて、正流、逆流を繰り返させ、各水室内に溜まったごみを各ドレン管より作動流体の系外に排出することを特徴とするシェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出方法。
- 髪の毛、繊維等の細長いごみが含まれている排水を作動流体とし、この作動流体と他の熱媒体との間で熱交換を行うシェルアンドチューブ型熱交換器の細管両端の水室に、それぞれ作動流体の系とは別に強制排出用のドレン管を新たに接続し、これらドレン管の途中に遠隔操作可能な排出弁を設けるとともに、作動流体の系内に、作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替える遠隔操作可能な正逆切替弁を設け、さらに所定稼働時間毎に各前記排出弁を開放させ、これら排出弁開中に、タイマによる自動運転により作動流体の流れ方向を正逆方向に切り替えて、正流、逆流を繰り返させる制御装置を設けたことを特徴とするシェルアンドチューブ型熱交換器内のごみ排出装置。
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