JP5752352B2 - プレート型熱交換器、淡水化装置及び浄水化装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレート型熱交換器に関し、特に、淡水化装置又は浄水化装置に搭載されるプレート型熱交換器に関する。

特許文献１には、原水タンクの原水の温度上昇を抑え、蒸留性能の向上を図ることができる淡水化装置が開示されている。この淡水化装置は、太陽エネルギーにより熱媒を加熱する太陽熱集熱器と、熱交換器を具備し太陽熱集熱器で加熱された熱媒を加熱源として該熱交換器で内部に収容している原水との間で熱交換を行い該原水から水蒸気を発生させる減圧式の蒸発缶と、原水を収容した原水タンク内に配置され蒸発缶で発生した水蒸気を受入れ該原水との間で熱交換を行い蒸留水を得る凝縮器と、原水タンク内の原水を冷却する放熱器とを具備している。

特開２０００−２７９９４４号公報

しかし、特許文献１に開示されている淡水化装置は、熱交換器についての考察が十分になされていない。すなわち、通常、海水を熱交換器が通過する際に、その内壁に海水内の塩分やミネラル分が凝固して付着し、その結果、熱交換器内を処理対象の液体であるところの海水がうまく流れなくなる場合があるところ、その対策についての考察が十分になされていない。

ここで、本出願人が実験等を重ねた結果、海水の流路がパイプ式の熱交換器であれば、当該パイプ内に鉄球等を通すといったメンテナンス作業を定期的に行うことで、パイプ内壁に凝固した塩などを除去することが可能であった。

しかし、パイプ式熱交換器は、プレート式熱交換器に比して、冷却効果が平均で１／３程度しか得られない。換言すると、プレート式熱交換器を用いた淡水化装置のほうが、パイプ式熱交換器を用いた淡水化装置よりも３倍程度の熱交換効率が優れているといえる。

ただ、プレート式熱交換器は、パイプ式熱交換器とは異なり、その内壁のメンテナンス作業が困難である。具体的には、そもそもパイプ式熱交換器のように鉄球等を通すことができない。そのため、結果的には、プレート式熱交換器を備える淡水化装置の普及には至っていない。

そこで、本発明は、熱交換効率に優れたプレート式熱交換器を、処理対象の液体が流れなくなるといった事態が生じないようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のプレート式熱交換器は、処理対象の液体の流路に回動可能部材を設け、当該流路の内壁に対して液体に含まれている成分の凝固物が付着することを防止する。

上記回動可能部材は、液体の進行によって回動されるものとしてもよいし、手動或いはモータなどの駆動源によって回動されるものとしてもよい。

また、上記回動可能部材は、相互に連結されている複数の熱交換プレートの各々に設けて、各熱交換プレートにおける塩などの凝固の付着を防止するするとよい。

なお、各熱交換プレートに設ける回動可能部材の数は限定されるものではない。各熱交換プレートの強度、凝固物の付着防止効率などを考慮して適宜決定するとよい。

また、本発明の淡水化装置又は浄水化装置は、処理対象の液体の流路に回動可能部材を設け、当該流路の内壁に対して液体に含まれている成分の凝固物が付着することを防止するプレート式熱交換器を備える。

本発明の実施形態１のプレート式熱交換器１００の模式的な外観を示す斜視図である。 図１の側面図である。 図２に示す熱交換部１２０の一部の斜視図である。 図３の断面図である。 発明の実施形態２に係るプレート式熱交換器１００の模式的な外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態３に係る熱交換プレート１２１の模式的な外観を示す平面図である。

１１０ 搬送管
１２０ 熱交換部
１２１〜１２４ 熱交換プレート
１３０ 筐体
１５０ 回転軸
１５２ ファン

発明の実施の形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のプレート式熱交換器１００の模式的な外観を示す斜視図である。図２は、図１の側面図である。図１，図２には、淡水化装置に収容されるプレート式熱交換器１００を示している。なお、本実施形態では、淡水化装置に対するプレート式熱交換器の使用態様について説明するが、このプレート式熱交換器は、浄水化装置にも使用することができる。

プレート式熱交換器１００は、処理対象であるところの海水等が搬送される搬送管１１０を備える。搬送管１１０の下流には、海水等を冷却するための熱交換部１２０が位置する。熱交換部１２０には、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた素材を用いている。

また、熱交換部１２０は、筐体１３０によって覆われている。筐体１３０自体も、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた素材を用いている。筐体１３０全体の大きさは、例えば、５３０ｍｍ（図２上下方向）×３００ｍｍ（図１左右方向）×２００ｍｍ（図２左右方向）とすることができる。筐体１３０のうち、熱交換部１２０の周辺部分の厚みは、例えば、５〜２０ｍｍとすることができる。換言すると、熱交換部１２０の周辺には、約５〜２０ｍｍの厚さの枠（筐体１３０の一部）に覆われていることになる。

さらに、プレート式熱交換器１００には、後述するファンが連結された回転軸１５０が設けられている。回転軸１５０は、筐体１３０及び熱交換部１２０を貫く態様で、搬送管１１０の長手方向に沿って、プレート式熱交換器１００に設けられている。回転軸１５０は、手動で回転させてもよいし、図示しないモータなどを用いて回転させてもよい。本実施形態では、回転軸１５０は、その長手方向に３〜４ｍｍ程度動くようにしてある。

図３は、図２に示す熱交換部１２０の一部の斜視図である。図４は、図３の断面図である。図３，図４には、熱交換部１２０を構成する熱交換プレート１２１〜１２４を示している。熱交換プレート１２１〜１２４の概形は相互に同一であり、相互に連結されている。熱交換プレート１２１〜１２４には、複数のディンプル２０が形成されている。ここでは、一面に例えば９つのディンプル２０が形成されていて、他面にも同数のディンプル２０が対象的に形成されている。

したがって、図４に示すように、例えば、熱交換プレート１２１と熱交換プレート１２２との対向面を見てみると、それらに各々形成されている各ディンプル２０は、対向する態様で配置されることになる。

ここで、本実施形態のプレート式熱交換器１００は、熱交換部１２０に対して、図示しない送風機などによって熱交換のための送風をする。また、熱交換部１２０内を通る海水等は高圧状態にある。このため、熱交換プレート１２１等自体が膨らんだり、偏ったりする。この結果、熱交換プレート１２１〜１２４は、相互に近づいたり離れたりする場合がある。

係る場合に、ディンプル２０が形成されていないとすると、例えば、熱交換プレート１２１と熱交換プレート１２２とが相互に近づきすぎるという結果を招くことがある。これでは、熱交換プレート１２１と熱交換プレート１２２との間を、送風機からの風が通り抜けにくくなり、最悪の場合には、ほとんどここを風が通り抜けることがなくなる。

これに対して、上記態様でディンプル２０が形成されている場合には、例えば、熱交換プレート１２１と熱交換プレート１２２とのディンプル２０が相互に接触しても、ディンプル２０間で、風が抜けるスペースを確保することができる。

熱交換プレート１２１には、搬送管１１０に連結されている入口２２が形成されている。図４に示されるように、入口２２は、熱交換プレート１２１の右上に形成されている。したがって、搬送管１１０を流れてきた海水等は、入口２２を通じて熱交換プレート１２１に注入される。

一方、図４に示されるように、熱交換プレート１２１の左下には、出口２３が形成されている。したがって、入口２２を通じて熱交換プレート１２１に注入された海水等は、出口２３から外部に注出される。

熱交換プレート１２２には、熱交換プレート１２１の出口２３に対応して、図面左上に入口２２が形成されている。熱交換プレート１２２の入口２２と熱交換プレート１２１の出口２３とは、連結管２４によって連結されている。したがって、熱交換プレート１２１から注出された海水等は、熱交換プレート１２２に対して、その入口２２を通じて注入される。

また、熱交換プレート１２２の図面右下には、出口２３が形成されている。したがって、熱交換プレート１２２の入口２２を通じて熱交換プレート１２２に注入された海水等は、その出口２３から外部に注出される。

同様に、例えば、奇数番目に位置する熱交換プレートは、熱交換プレート１２１と同じ位置に入口２２及び出口２３が形成されている。また、偶数番目に位置する熱交換プレートは、熱交換プレート１２２と同じ位置に入口２２及び出口２３が形成されている。

したがって、熱交換部１２０全体でみれば、熱交換プレート１２１，１２２，１２３・・・と海水等が流れていく際に、各熱交換プレート等の中を上下に進行するので、海水等の流路の表面積を稼ぐことが可能となり、高い冷却効果を維持することができる。

また、各熱交換プレート１２１等内には、回転軸１５０に連結されたファン１５２が位置する。したがって、回転軸１５０を回転させることで、ファン１５２が各熱交換プレート１２１等内で回転することになる。この結果、各熱交換プレート１２１等内の海水等が攪拌される。

ところで、ディンプル２０を形成した結果、熱交換プレート１２１等内で、海水等の流れが停滞しやすい箇所が生じる。そのため、特に、当該個所において海水等に含まれている塩分、ミネラル分が、熱交換プレート１２１等の内壁に凝固して付着しやすい。

しかし、回転軸１５０を回転させると、熱交換プレート１２１等の内壁に塩分等が凝固して付着しにくくなる。実際には、相対的に短いスパン（例えば１週間以内）で回転軸１５０を回転させると、塩分等が凝固しにくくなるので、その結果、熱交換プレート１２１等の内壁に塩分等が付着することを予防できる。

また、相対的に長いスパン（例えば２週間以内）で回転軸１５０を回転させると、塩分等が凝固しかけている場合、更には、熱交換プレート１２１等の内壁に塩分等が付着しかけている場合に、その凝固を剥離等することが可能となる。

（実施形態２）
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本発明の実施形態２に係るプレート式熱交換器１００の模式的な外観を示す斜視図である。図５（ａ）には、プレート式熱交換器１００に対して例えば３本の回転軸１５０が取り付けられている例を示している。もっとも、回転軸１５０の数は、熱交換プレート１２１の縦横比に応じて適宜決定すればよいが、熱交換プレート１２１の強度維持のため、可能な限り少なくするとよい。

図５（ｂ）には、図５（ａ）の変形例を示している。上述のように、回転軸１５０の数は少ないほうが好ましいので、ここでは、２本の回転軸１５０を取り付けられている。係る場合には、２本の回転軸１５０を同時に回転させると、各々のファン１５２が衝突してしまうので、その点に留意が必要である。

図５（ｃ）には、図５（ｂ）の変形例を示している。ここでは、２本の回転軸１５０の位置を工夫して、あたかも車のワイパーのような態様で回転軸１５０を回転可能な構成としている。こうすると、回転軸１５０の数を少なくし、かつ、各回転軸１５０を同時に回転させられるようになる。

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係る熱交換プレート１２１の模式的な外観を示す平面図である。本実施形態では、筐体１３０及び熱交換部１２０を貫く態様で回転軸１５０を設けることに代えて、一方を固定端として、かつ、他方を自由端としたスティック１５４を熱交換プレート１２１に取り付けている状態を示している。

こうすると、海水等が熱交換プレート１２１内を進行する際に、スティック１５４が固定端を中心に回転可能となるので、熱交換プレート１２１内のうち、少なくとも主要な海水等の流路に塩などの凝固物が付着することを防止できる。

同様の趣旨で、図６に示すスティックに代えて、幾つかの水車又はスクリューなどを設けてもよい。この場合にも、当該水車等が、水流で可動するので、熱交換プレート１２１内に塩などの凝固物が付着することを防止できる。

Claims (5)

1. 処理対象の液体がその内部を流れる複数の熱交換プレートを相互に連結し、前記熱交換プレートに複数のディンプルを設け、前記熱交換プレートの前記内部を流れる各々の前記液体の流路に回動可能部材を設け、前記回動可能部材の回転により、前記液体に含まれている成分の凝固物が前記熱交換プレートの前記内部の内壁に付着することが防止される、プレート式熱交換器。
2. 前記各熱交換プレートには、１以上の回動可能部材が設けられている、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記回動可能部材は、前記液体の進行によって回動される、又は、手動或いは駆動源によって回動される、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
4. 請求項１に記載のプレート式熱交換器を備える淡水化装置。
5. 請求項１に記載のプレート式熱交換器を備える浄水化装置。