JP6226832B2 - 熱交換器及び熱交換システム - Google Patents
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Description
図8は、従来例1の金属製プレート型熱交換器であって、特許文献1として挙げたものであり、図8(A)は、金属製の複数の熱交換プレート群から成るプレートパッケージを備えたプレート型熱交換器の側面図、図8(B)はフレームプレートの正面図、図8(C)は第1の熱交換プレートの正面図、図8(D)は第2の熱交換プレートの正面図である。特許文献1に記載の熱交換器は、交互に配置された第1の熱交換プレートと第2の熱交換プレートとの間に、ガスケットの突出やプレート面に備えた凹凸部の当接で生じる2つの間隔を設けたものであり、一方の間隔には第1の熱媒を通水し、他方の間隔には第2の熱媒を通水して熱交換を実施する。
図1は、本発明の第1の実施形態による熱交換器H1を示す。また、図6は、熱交換器H1の部分断面図を示す。熱交換器H1は、複数の集熱パネル1が並列に配置され、それらの複数の集熱パネル1の各々と、第1の頂部ヘッダ13a及び第2の頂部ヘッダ13bとが接続された構造を有する。複数の集熱パネル1の各々においては、略平行に配置された上側横ヘッダ10aと下側横ヘッダ10bと間に、これらのヘッダより径が小さい同径同長の複数の縦管11が、横ヘッダ10a及び10bの長さ方向に沿って並列に配置されており、複数の縦管11は、その両端部において上側横ヘッダ10a及び下側横ヘッダ10bと連通している。集熱パネル1の数及び縦管11の数は、図1において示される数に限定されるものではなく、熱交換器のサイズ、回収する熱エネルギー量、又は第2の熱媒の状態等に応じて、適宜決定することができる。
以下に、全プラスチック製熱交換器Heを例として、本発明に係る熱交換器の実施例を説明する。
(熱交換器Heの構造)
熱交換器Heは、横方向の長さが異なる同形態の熱交換器H1と熱交換器H2とによって構成される。熱交換器Heは図2に、熱交換器H1は図1に、熱交換器H2は図3に示される。熱交換器H1(又は熱交換器H2)の集熱パネル1(2)は、外径27mm、肉厚5mmの上下横ヘッダ10(20)間に、外径13mm、肉厚1.6mmの複数の縦管11(21)が、露出長さ646mm、間隔gAを7mmとして並列に配置される。上下横ヘッダ10(20)には、側面に、直径13mmの複数の貫通孔Haが設けられており、複数の縦管11(21)の両端部は、貫通孔Haに嵌合している。
以下に、熱交換器Heの製造方法を説明する。集熱パネル1及び集熱パネル2の上下横ヘッダ10(20)、縦管11(21)及び縦ヘッダ12(22)はいずれも、ポリプロピレンランダムコポリマー樹脂(PPR樹脂)を押出成形して準備することができる。上下横ヘッダ10(20)の側面に、図6に示されるように、その長さ方向に沿って複数の取付孔Haを設ける。複数の取付孔Haの間隔は、複数の縦管11(21)の配置間隔gA(7mm)と整合させる。
図5には、熱交換器He内における第1の熱媒の流れの方向を示す。第1の熱媒は、熱交換器H1(H2)の左側に設けられた頂部ヘッダ13a(23a)の後端から延出する第1の熱媒給排管18a(28a)から供給され、右側に設けられた頂部ヘッダ13b(23b)の後端から延出する第2の熱媒給排管18b(28b)から排出される。第1の熱媒給排管18a(28a)から供給される第1の熱媒の水流f1は、頂部ヘッダ13a(23a)内を横水流f2で案内され、頂部ヘッダ13a(23a)の下面から垂下する集熱パネル1(集熱パネル2)の各々の接続管16a(26a)で下降流f3に方向転換される。ついで、第1の熱媒は、縦ヘッダ12(22)内を下降流f4として案内され、縦ヘッダ12(22)の下端部において連通する集熱パネル1(2)の各々の接続管16c(26c)で横水流f5に方向転換される。第1の熱媒は、下側横ヘッダ10b(20b)内を横水流f6で案内され、下側横ヘッダ10b(20b)と直交する複数の縦管11(21)の各々内を上昇流f7として案内される。複数の縦管11(21)の各々から上側横ヘッダ10a(20a)に案内された第1の熱媒は、上側横ヘッダ10a(20a)で横水流f8に方向転換され、上側横ヘッダ10a(20a)の右端部の上面から立設する接続管16b(26b)で上昇流f9に方向転換される。第1の熱媒は、接続管16b(26b)に直交する頂部ヘッダ13b(23b)で横水流f10に方向転換されて収集され、第2の熱媒給排管18b(28b)から排出流f11として排出される。このように、第1の熱媒は、縦ヘッダ12(22)内を下降流として流れ、複数の縦管11(21)内を上昇流として流れることになる。
以下に、本発明に係る熱交換器を用いた熱交換システムの実施例を説明する。図7は、本発明に係る熱交換器を用いた熱交換システムの一例である熱交換システム5の構成を示す。この熱交換システム5は、例えば毛髪や浮遊物等の異物を含む排湯水である第2の熱媒から熱を回収する目的で用いることができる。熱交換システム5は、現場打ちコンクリート、コンクリート二次製品又はプラスチック樹脂製の貯湯槽3内に1つ又は複数の熱交換器Heを配置し、貯湯槽3に流入及び流出する第2の熱媒(排湯水)の温熱を、熱交換器He内を流れる第1の熱媒(例えば水道水)に伝達するものである。熱交換システム5は、熱交換器Heが、長さL1方向を貯湯槽3の長辺方向入出側壁版31cと平行にして配置され、貯湯槽3に第2の熱媒を供給する流入回路と、貯湯槽3から第2の熱媒を排出する流出回路と、熱交換器Heに第1の熱媒を供給する給水回路と、熱交換器Heから流出する第1の熱媒の温度調整を実施する給湯回路とから構成することができる。
流入回路は、貯湯槽3に第2の熱媒を供給するためのものであり、図7に示されるように、上流側の流入管35aと、慣用のコンクリート管33(450mm)と、コンクリート管33の下流側の流入管35bとを有するものとすることができる。流入管35aは、外径165mm、肉厚5.1mmの硬質ポリ塩化ビニル樹脂製(JISK6741)とすることができ、コンクリート管33の円筒面内側に面一で接続される。コンクリート管33の下側内面には、アングル形状のプラスチック樹脂製の受材41が配置され、受材41上には、ステンレス鋼棒の円弧状の取手42と上面が開放されたネット張りの籠40とを有するプラスチック樹脂製のヘアキャッチャー4が載置される。
流出回路は、貯湯槽3から第2の熱媒を排出するためのものであり、図7に示されるように、排水管34と排出管37とを有する。排水管34は、貯湯槽3内の流出側壁版31b側に配置され、下端に流入管35aと同質同径の直管34bが嵌合し、円筒部の一側面から継手34cが突出するとともに上端が開放されたT字管34aを有しており、慣用のプラスチック樹脂製のバンドで流出側壁版31bから支持される。継手34cには、流出側壁版31bを貫通して、流入管35aと同質同径の排出管37が接続されている。排出管37は、その下面が、貯湯槽3の常水面WLより段差d2(30mm)だけ下方に位置するように配置されることが好ましい。
給水回路は、熱交換器Heに第1の熱媒を供給するためのものであり、図7(A)に示されるように、給水ポンプ50と給水管53aと給水管53bとを有するものとすることができ、例えばプラスチック樹脂製の給水管53aを介して、給水源から給水ポンプ50を経由して貯湯タンク51に接続される。給水管53aの途中から給水管53bが分岐し、給水管53bは、貯湯槽3内に配置される熱交換器Heの第1の熱媒給排管18a(28a)に連通する。給水管53aからの分岐部には、流水を停止するメンテナンス用の仕切弁55bが配置されることが好ましく、給水管53bと第1の熱媒給排管18a(28a)との接続部には、仕切弁55cが配置されることが好ましい。
給湯回路は、熱交換器Heから流出する第1の熱媒の温度調整を実施するためのものであり、図7(A)に示されるように、給水管53と給湯管54bと貯湯タンク51とを有するものとすることができる。給湯管54bは、仕切弁55dを介して、貯湯槽3内に配置される熱交換器Heの第2の熱媒給排管18b(28b)に連通するとともに、メンテナンス用の給湯用仕切弁55bを経由して給水管53aに連通する。給水用仕切弁55bと給湯用仕切弁55bとの間の給水管53aに、仕切弁55aが配置される。給湯回路は、熱源機52と、貯湯タンク51と熱源機52との間に配置された給湯管54cと、循環ポンプ56を経由する給水管53cとをさらに有し、貯湯タンク51から、蛇口等に連続する給湯管54aが配管される。
熱交換システムは、以下のとおり稼働させることができる。例えば排湯水である第2の熱媒は、上流側の流入管35aを介して、コンクリート管33の下側に配置されるヘアキャッチャー4で毛髪や浮遊物等の異物が除去された後、下流側の流入管35bから貯湯槽3内に流入する。流入した第2の熱媒は、熱交換器Heの周囲を傾斜状に貫流し、流出側壁版31b側の排水管34下端から上昇流で流水し、排出管37を介して排出される。
1:熱交換器H1の集熱パネル
2:熱交換器H2の集熱パネル
3:貯湯槽
4:ヘアキャッチャー
5:熱交換システム
10、20:横ヘッダ
10a、20a:上側横ヘッダ
10b、20b:下側横ヘッダ
11、21:縦管
12、22:縦ヘッダ
13、23:頂部ヘッダ
13a、23a:第1の頂部ヘッダ
13b、23b:第2の頂部ヘッダ
14a、14b、24a、24b:小口板
15、15a、25、25a:鞘管
16、16a、16b、16c、26、26a、26b、26c:接続管
17、27:スペーサ管
17a:プレート板
18、28:熱媒給排管
18a、28a:第1の熱媒給排管
18b、28b:第2の熱媒給排管
30:底板
31、31d:壁版
31a:流水側壁版
31b:流出側壁版
31c:入出側壁版
32、33a:蓋
33:コンクリート管
33b:モルタル
34:排水管
34a:T字管
34b:直管
34c:継手
35a、35b:流入管
36:オーバーフロー管
37:排出管
40:籠
41:受材
42:取手
50:給水ポンプ
51:貯湯タンク
52:熱源機
53a、53b、53c:給水管
54a、54b、54c:給湯管
55a、55b、55c、55d:仕切弁
56:循環ポンプ
Ha:取付孔
Hb:貫通孔
WL:常水面
d1、d2、d3:段差
gA:縦管間の間隔
gB:横ヘッダ間の間隔
gC、gD:縦管間の間隔
Claims (10)
- 複数の集熱パネルと、
前記複数の集熱パネルの各々と連通する第1及び第2の頂部ヘッダと
を備え、
前記複数の集熱パネルの各々は、上側横ヘッダと、該上側横ヘッダと略平行に配置された下側横ヘッダと、両端部が前記上側横ヘッダ及び前記下側横ヘッダと連通し、前記上側横ヘッダと前記下側横ヘッダとの間にこれらの長さ方向に沿って並列に配置された複数の縦管と、前記複数の縦管のうちの最外端の縦管のいずれか一方の外側に配置され、下端部において前記下側横ヘッダと連通する縦ヘッダとを有し、前記複数の縦管によって形成される集熱面と直交する方向に並列に配置されており、
前記第1の頂部ヘッダは、前記縦ヘッダの上端部と連通し、その長さ方向が前記集熱面と直交する方向になるように配置され、
前記第2の頂部ヘッダは、前記第1の頂部ヘッダが配置された位置とは反対側の前記上側横ヘッダの端部と連通し、その長さ方向が前記集熱面と直交する方向になるように配置された、
熱交換器。 - 請求項1に記載の構造を持つ第1の熱交換器と、
請求項1に記載の構造を持ち、前記第1の熱交換器の上側横ヘッダ及び下側横ヘッダより短い上側横ヘッダ及び下側横ヘッダを有する、第2の熱交換器と、
を備え、
前記第1の熱交換器の複数の集熱パネルの間に形成された空間に、前記第2の熱交換器の複数の集熱パネルが配置された、
熱交換器。 - 前記第1の頂部ヘッダには第1の熱媒給排管が接続され、前記第2の頂部ヘッダには第2の熱媒給排管が接続されており、前記第1の熱媒給排管から供給された熱媒が、前記第1の頂部ヘッダと、前記複数の集熱パネルの前記縦ヘッダと、前記複数の集熱パネルの前記下側横ヘッダと、前記複数の集熱パネルの前記複数の縦管と、前記複数の集熱パネルの前記上側横ヘッダと、前記第2の頂部ヘッダとをこの順で経由して、前記第2の熱媒給排管から排出される、請求項1又は請求項2に記載の熱交換器。
- 前記縦ヘッダとは連通しない前記上側横ヘッダの端部は、スペーサ管を介して前記縦ヘッダと接続されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 前記スペーサ管は、前記上側横ヘッダの端部を閉止する小口板から外方に突出する鞘管の内側に、一方の端部が嵌合するように設けられている、請求項4に記載の熱交換器。
- 前記縦ヘッダと前記下側横ヘッダとの間、前記縦ヘッダと前記第1の頂部ヘッダとの間、及び、前記上側横ヘッダと前記第2の頂部ヘッダとの間は、接続管を介して連通されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 前記接続管は、前記縦ヘッダ及び前記下側横ヘッダの端部に設けられた貫通孔を有する小口板から外方に突出する鞘管の内側に、一方の端部が嵌合するように設けられている、請求項6に記載の熱交換器。
- プラスチック樹脂を用いて全体が構成された、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 第1の熱媒が内部を流れる請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の1つ又は複数の熱交換器と、
前記熱交換器が内部に配置され、前記熱交換器によって熱が回収される第2の熱媒を貯留する槽と、
前記槽内に第2の熱媒を供給する流入管を有する流入回路と、
前記槽内から第2の熱媒を排出する排出管を有する流出回路と、
を有する熱交換システム。 - 前記第2の熱媒は、前記槽に流入し、前記槽内を流れ、前記槽から排出される温水であり、前記熱交換器は、前記槽の内部において第2の熱媒に浸漬されており、
前記流入回路は、前記槽を貫通して第2の熱媒の常水面より下方に配置された前記流入管と、前記槽を貫通して前記常水面より上方に配置されたオーバーフロー管と、前記流入管及び前記オーバーフロー管に接続され、第2の熱媒の流れ方向上流側に配置されたコンクリート管と、前記コンクリート管に接続され、第2の熱媒の流れ方向上流側に配置された上流側流入管とを備え、
前記オーバーフロー管と前記上流側流入管とは、前記オーバーフロー管の下面が前記上流側流入管の上面より低い位置となる位置関係で配置された、
請求項9に記載の熱交換システム。
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