JP6024030B1

JP6024030B1 - 散水型熱交換装置

Info

Publication number: JP6024030B1
Application number: JP2016040992A
Authority: JP
Inventors: 万八佐々木
Original assignee: 株式会社日本理水研
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2036-03-03
Also published as: JP2017156035A

Abstract

【課題】公知のアーク加熱による水中昇温装置と、新規な熱媒を用い、該タンク内に前記熱媒を入れ、前記タンク外に設けた熱交換器内で水と迅速に熱交換する散水型熱交換装置を開発・提供することにある。【解決手段】熱媒（Ｘ）をアーク発生装置（Ｙ）で昇温させる熱媒昇温タンク（１）と、昇温された熱媒と、熱交換する水（Ｚ）を散水することにより熱交換する熱交換器（２）を設け、前記熱媒昇温タンク（１）と、前記熱交換器（２）間に、往管（４）と戻り管（５）を配し、前記熱媒昇温タンク内の熱媒（Ｘ）を前記熱交換器（２）へ駆動手段（６）により、強制的に循環して送ることを特徴とする散水型熱交換装置から構成されるものである。【選択図】図１

Description

この発明は、散水型熱交換装置に関するものである。

従来、タンク内の水を、熱源に高温アークを用いて加熱する水中昇温装置があり、この装置はクリーンエネルギーである電力によるもので燃料費も他の燃料に比べて安価であり、これを貯湯槽として活用されて好評を得ている。

そして、このアーク加熱による水中昇温装置は、本願発明者が開発し、既に特許（特許第５７５０４７９号公報）を既に取得している。特許文献１のように。

特許第５７５０４７９号公報

しかし、このアーク加熱による水中昇温装置は、大容量のタンクであり、しかも加熱した湯水は、かなりの高温水（陽極は約３５００°Ｃ、陰極では２８００°Ｃ）となっているが、給湯装置の場合は、通常、カラン出る湯水は、８０°〜９０°程度の温度があれば十分である。

さらに、公知のアーク加熱による水中昇温装置の温度を下げ、しかも小型（例えば、直径：５００ｍｍ、高さ：５００ｍｍ）の容器に改良し、新規な熱媒をアーク加熱して水道水と熱交換することにより、適度な温度の湯水を得る熱媒および熱媒を用いた給湯装置あるいは熱交換装置も既に、本願出願人により開示されている。

そこで、この発明の課題は、公知のアーク加熱による水中昇温装置と、新規な熱媒を用い、該タンク内に前記熱媒を入れ、前記タンク外に設けた熱交換器内で水と迅速に熱交換する散水型熱交換装置を開発・提供することにある。

この発明の散水型熱交換装置は、
熱媒をアーク発生装置で昇温させる熱媒昇温タンクと、
昇温された熱媒と、熱交換する水を散水することにより熱交換する熱交換器を設け、
前記熱媒昇温タンクと、前記熱交換器間に、往管と戻り管を配し、
前記熱媒昇温タンク内の熱媒を前記熱交換器へ駆動手段により、強制的に循環して送ることを特徴とする。

そして、
前記熱交換器は、
上部に散水用の給水室、中部に熱交換室、そして下部には給湯室をそれぞれ設け、
前記給水室と前記熱交換室とは、多孔を有する散水プレートで仕切り、
前記熱交換室の両脇には、それぞれ熱媒タンクを設け、
両熱媒タンク間は、前記熱交換室内に設けた複数本の熱媒導管を介してそれぞれ連通し、
一方の熱媒タンクには、上・下方向で仕切り、
仕切られた下方タンク側と、前記熱媒昇温タンクから配給される熱媒の往管を直結し、他方の熱媒タンクは、前記の仕切られた下方タンクから前記熱媒導管を通過した熱媒を、前記熱媒タンクの上方タンクに戻すよう構成した
ことを特徴とする。

さらに、
前記熱媒導管は、周囲にフィン複数個を巻回した
ことを特徴とする。

また、
前記駆動手段が、耐熱ギヤポンプと該ポンプを作動させるインバータギアモーターである
ことを特徴とする。

この発明によると、熱媒昇温タンク内で高温に熱せられた熱媒を、循環させる複数本の熱媒導管を併設した熱交換器の上部より、熱交換する水を、熱交換器の上部より多孔から散水することにより、各水滴を瞬時に加熱して湯にすることが可能であり、迅速で多量に熱交換が行なえる等の極めて有益なる効果を奏する。

この発明の一実施例を示す説明図である。この発明に使用する熱交換器を示し、（Ａ）は、断面図であり、（Ｂ）は、図２（Ａ）中のｂ部分の一部欠截拡大正面図である。図２中ａ−ａ断面図である。

以下、この発明について詳細に説明する。尚、この発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲においては適宜変更可能である。

先ず、この発明の一実施例を図１に基づいて詳述すると、熱媒（Ｘ）をアーク発生装置（Ｙ）で昇温させる熱媒昇温タンク（１）と、昇温された熱媒と、熱交換する水（Ｚ）を散水することにより熱交換する熱交換器（２）を設け、前記熱媒昇温タンク（１）と、前記熱交換器（２）間に、往管（４）と戻り管（５）を配し、前記熱媒昇温タンク内の熱媒（Ｘ）を前記熱交換器（２）へ駆動手段（６）により、強制的に循環して送ることを特徴とする散水型熱交換装置から構成されるものである。

なお、前記熱媒昇温タンク（１）は、上部に熱媒膨張調整筒（１ａ）を設けると共に、該筒の内壁途中に熱媒の噴出防止片（１ｂ）を一または複数設け、さらに該筒の上端には粗粒活性炭（１ｃ）を設けて、前記タンクから排出される熱媒の臭いを防止している。

また、前記熱媒昇温タンク（１）は、架台（１ｄ）（１ｄ）で支えられており、前記熱媒昇温タンク（１）の壁面には、熱媒（Ｘ）を熱交換器（２）に送り出す往管（５）の往路口（１ｅ）を設け、また、熱媒（Ｘ）を熱交換器（２）から前記熱媒昇温タンク（１）に戻る戻り管（５）の戻り口（１ｆ）である。また、（１ｇ）は、アーク発生装置（Ｙ）の各アーク棒であり、（１ｈ）は、それぞれ各アーク棒の電源２００Ｖの配線であり、熱媒（Ｘ）の温度を管理する温度センサー（１ｉ）を備えており、また、前記熱媒昇温タンク（１）は、熱媒（Ｘ）を排出するドレン（１ｊ）を設けている。また、ドレン（１ｊ）、往管（４）、そして戻り管（５）にはバルブをそれぞれ設けている。

そして、前記熱交換器（２）は、図２，図３に示すように、上部に散水用の給水室（２ａ）、中部に熱交換室（２ｂ）、そして下部には給湯室（２ｃ）をそれぞれ設け、前記給水室（２ａ）と前記熱交換室（２ｂ）とは、多孔を有する散水プレート（２ｄ）で仕切り、前記熱交換室（２ｂ）の両脇には、それぞれ熱媒タンク（２ｅ）（２ｅ′）を設け、両熱媒タンク間は、前記熱交換室（２ｂ）内に設けた複数本の熱媒導管（３）を介してそれぞれ連通し、一方の熱媒タンク（２ｅ）には、上・下方向で仕切り、仕切られた下方タンク（２ｅ１）側と、前記熱媒昇温タンク（１）から配給される熱媒（Ｘ）の往管（４）を直結し、他方の熱媒タンク（２ｅ′）は、前記の仕切られた下方タンクから前記熱媒導管（３）を通過した熱媒（Ｘ）を、前記熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ２）に戻すよう構成したことを特徴とする散水型熱交換装置である。

なお、前記散水プレート（２ｄ）の一例を述べると、縦２５０ｍｍ×横２３０ｍｍのプレートであって、該プレートに２ｍｍの孔を、一列で２１個、１１列設けるものである。また、前記散水プレート（２ｄ）の各孔から散水される水を受ける熱媒導管（３）の一例を図２，図３に基づいて詳述すると、奇数段（１段目）に６本、偶数段（２段目）には５本設け、これらを合計７段設け、これら各熱媒導管（３）の１段目から４段目までの一端は熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ１）に、他端は熱媒タンク（２ｅ′）と連通している。また、前記熱媒導管（３）の５段目から７段目までの一端は熱媒タンク（２ｅ）の下方タンク（２ｅ１）に、他端は熱媒タンク（２ｅ′）と連通している。このように各熱媒導管（３）を配置して設けることにより、前記散水プレート（２ｄ）の各孔から散水（降下）される水は、必ず、どれかの熱媒導管（３）に当たるよう構成したものである。

また、前記熱交換器（２）の前記給水室（２ａ）には、例えば，水道管（図示せず）から水を充填する給水口（２ｆ）を設け、前記給湯室（２ｃ）は、底面をテーパ状としてその最底部に湯を給湯する給湯口（２ｇ）を設けており、さらに、前記熱媒タンク（２ｅ）の下方タンク（２ｅ１）には熱媒入口（２ｈ）を設け、また、前記熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ２）には熱媒出口（２ｉ）を設けている。

さらに、前記各熱媒導管（３）は、周囲にそれぞれフィン（３ａ）複数個を巻回し、熱媒（Ｘ）の放熱面積を拡大するよう構成したことを特徴とする散水型熱交換装置である。

さらに、前記駆動手段（６）が、耐熱ギヤポンプ（６ａ）と該ポンプを作動させるインバータギアモーター（６ｂ）であることを特徴とする散水型熱交換装置である。

前記熱媒（Ｘ）には、ポリエチレングリコールに、水酸化ナトリウムを混ぜて、ポリエチレングリコールよりも導電率の高い熱媒であり、または、ポリエチレングリコールに、イオン液体を混ぜて、ポリエチレングリコールよりも導電率の高い熱媒を使用するものである。

なお、ポリエチレングリコールは、具体的には「ＰＥＧ−３００」〔商品名：三洋化成工業株式会社製（京都市）〕を使用し、導電率０．０４７ｍｓ／ｍであり、沸点１６０°Ｃを有するものである。エチレングリコールや水にエチレンオキシドを付加すると得られる。そして、前記ポリエチレングリコールに対し、水酸化ナトリウム（２５パーセント）を２０：１の割合で混ぜたものである。その導電率は１３．７４でｍｓ／ｍであり、沸点は１６０°Ｃである。

また、イオン液体とは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ−３００）＝６に対し、トリメチルプロビルアンモニウム（ビスイミド）＝１の比率で混ぜたイオン液体である。

さらに、他の実施例としては、２５パーセントに薄めた水酸化ナトリウム水溶液＝１に対し、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ−３００）＝２０の比率で混ぜた液体である。

なお、前記ポリエチレングリコールは、ＰＥＧと呼ばれ、エチレングリコールや水にエチレンオキシドを付加して得られるポリエチレングリコール（Polyethylene glycol ）の略称で、次の一般式で表される。
ＨＯ（ＣＨ₂ ＣＨ₂ Ｏ）_n ＣＨ₂ ＣＨ₂ ＯＨ
（商品名：ＰＥＧ−２００〜ＰＥＧ−１５００）である。
電気導電率は、０．０４７ｍｓ／ｍ
沸点１６０°Ｃ

また、トリメチルプロピルアンモニウム＝ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド分子式Ｃ６Ｈ１６Ｎ・Ｃ２Ｆ６ＮＯ４Ｓ２
イオン液体であって、電気導電率４４．３ｍｓ／ｍである。

尚、本願発明の散水型熱交換装置に、熱媒として、９０°Ｃの水を使用して実験したところ、毎分１７リットルの湯（５０°Ｃ）を給湯することができたものであり、本願の新熱媒（Ｘ）を使用すれば更に高温の湯を迅速に給湯することが可能である。

この発明の散水型熱交換装置の技術を確立し、実施することにより、産業上利用できるものである。

１熱媒昇温タンク
１ａ熱媒膨張調整筒
１ｂ噴出防止片
１ｃ粗粒活性炭
２熱交換器
２ａ給水室
２ｂ熱交換室
２ｃ給湯室
２ｄ散水プレート
２ｅ，２ｅ′ 熱媒タンク
２ｅ１下方タンク
２ｅ２上方タンク
２ｆ給水口
２ｇ給湯口
２ｈ熱媒入口
２ｉ熱媒出口
３熱媒導管
３ａフィン
４往管
５戻り管
６駆動手段
６ａ耐熱ギアポンプ
６ｂインバータギアモーター
Ｘ熱媒
Ｙアーク発生装置
Ｚ水
Ｚ′湯

Claims

熱媒（Ｘ）をアーク発生装置（Ｙ）で昇温させる熱媒昇温タンク（１）と、
昇温された熱媒と、熱交換する水（Ｚ）を散水することにより熱交換する熱交換器（２）を設け、
前記熱媒昇温タンク（１）と、前記熱交換器（２）間に、往管（４）と戻り管（５）を配し、
前記熱媒昇温タンク内の熱媒（Ｘ）を前記熱交換器（２）へ駆動手段（６）により、強制的に循環して送る散水型熱交換装置において、
前記熱交換器（２）は、
上部に散水用の給水室（２ａ）、中部に熱交換室（２ｂ）、そして下部には給湯室（２ｃ）をそれぞれ設け、
前記給水室（２ａ）と前記熱交換室（２ｂ）とは、多孔を有する散水プレート（２ｄ）で仕切り、
前記熱交換室（２ｂ）の両脇には、それぞれ熱媒タンク（２ｅ）（２ｅ′）を設け、
両熱媒タンク間は、前記熱交換室（２ｂ）内に設けた複数本の熱媒導管（３）を介してそれぞれ連通し、
一方の熱媒タンク（２ｅ）には、上・下方向で仕切り、
仕切られた下方タンク（２ｅ１）側と、前記熱媒昇温タンク（１）から配給される熱媒（Ｘ）の往管（４）を直結し、
他方の熱媒タンク（２ｅ′）は、前記の仕切られた下方タンクから熱媒導管（３）を通過した熱媒（Ｘ）を、前記熱媒タンク（２ｅ）の上方タンク（２ｅ２）に戻すよう構成した
ことを特徴とする散水型熱交換装置。
前記熱媒導管（３）は、周囲にフィン（３ａ）複数個を巻回した
ことを特徴とする請求項１記載の散水型熱交換装置。
前記駆動手段（６）が、耐熱ギヤポンプ（６ａ）と該耐熱ギヤポンプを作動させるインバータギアモーター（６ｂ）である
ことを特徴とする請求項１記載の散水型熱交換装置。