JP6325511B2 - 熱交換器及び熱交換システム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の熱交換器は、金属製の中空箱体で構成されたケーシング内に、表面及び裏面に多数の突起部を備えた金属製の平板を多層形成した伝熱体を配置して、平板の表面側突起と裏面側突起との当接によって生じた間隔を上下交互に異なる流路とし、一方の第1流路には高温の流体が流通し、他方の第2流路には低温の流体が流通して熱交換を実施するものである。
本発明はさらに、熱交換効率に悪影響を及ぼす可能性のある熱交換器内の空気だまりを防止することができる格子状の熱交換器と、こうした熱交換器を用いた熱交換システムとを提供することを目的とする。
図1は、本発明の一実施形態による熱交換器Heを示す。図2は、熱交換器Heを構成する二種類の集熱パネルを示す。図3は、熱交換器He内における第1の熱媒の流れを示す。図4及び図5は、熱交換器Heの部分断面図を示す。
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、図1に示されるように、複数の横パネル1と複数の縦パネル2とを交互に並列に配置し、これらの複数の横パネル1及び複数の縦パネル2を、熱媒供給頂部ヘッダ3a、熱媒収集頂部ヘッダ3b、熱媒供給底部ヘッダ3c、及び転倒防止用部材3dを介して一体に接続したものである。横パネル1は、図2(A)、(B)に示されるように、外径27mm、肉厚5mmの第1縦ヘッダ10aと第2縦ヘッダ10bとの間に、外径13mm、肉厚1.6mmの複数の横管11が、露出長さL2を896mm、間隔gCを7mmとして並列に配置されたものである。第1縦ヘッダ10aの下端部及び第2縦ヘッダ10bの上端部には、図4(A)に示されるように、貫通孔Hbを備えた小口板12bが配置され、第1縦ヘッダ10aの上端部及び第2縦ヘッダ10bの下端部には、プレート状の小口板12aが配置される。第1縦ヘッダ10aの下端部の小口板12bには、鞘管14の内面に下端部を篏合した接続管13cが起立し、第2縦ヘッダ10bの上端部の小口板12bには、同様に接続管13bが起立している。鞘管14を設けることによって、接続管13b及び13cと小口板12bとの間の接続部分の強度を高めることができる。集熱面は、幅L1が950mm、高さh1が600mmである。
横パネル1の第1縦ヘッダ10a、第2縦ヘッダ10b、及び複数の横管11は、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。第1縦ヘッダ10a及び第2縦ヘッダ10bの各々には、図4(A)に示されるように、孔径が横管11の外径と同寸である13mmの複数の取付孔Haを設ける。複数の取付孔Haの間隔は、複数の横管11の配置間隔gC(7mm)と整合させておく。
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具体例を詳細に示す。図6は、本発明に係る熱交換器Heを用いるのに最も適した気液熱交換システム4の構成を示す。図7は、気液熱交換システム4において熱交換器Heを収容する函体40を示す。この気液熱交換システム4は、第2の熱媒である高温の気体から熱を回収する目的で用いられるものである。気液熱交換システム4は、函体40内に熱交換器Heを配置し、函体40の開放前面40dに、函体40内に第2の熱媒を供給する供給部42aが接続され、開放後面40eに、開放後面40eから第2の熱媒を排出する排出部42cが接続される。図6においては、供給部42aは、送風機41と連通するダクト配管であり、排出部42cは、排気ガラリ43を収納するダクト配管である。送風機41によって送られた第2の熱媒が、函体40内の熱交換器Heを貫流し、横管11及び縦管21によって形成される集熱面において、第2の熱媒と熱交換器He内を流れる第1の熱媒との間で熱交換が行われる。
本発明に係る熱交換器Heは、排湯熱利用熱交換システムに用いることもできる。排湯熱利用熱交換システムは、例えば、図8に示されるように、現場打ちコンクリート製の貯湯槽5の内部に、第2の熱媒である排湯水の流出入方向に両側面が相対するように熱交換器Heを配置する。第2の熱媒は、例えば硬質ポリ塩化ビニル樹脂製の給湯管50からヘアキャチャー56を経由して、流入側壁5a側から貯湯槽5に供給され、熱交換器Heを上方から下方に向かって貫流し、流入側壁5aと相対する流出側壁5b側から、給湯管50と同質同径の排水管51に排出される。
これまで説明された熱交換器Heは、横パネル1においては、第1の熱媒が熱媒供給底部ヘッダ3cから供給され、縦パネル2においては、第1の熱媒が熱媒供給頂部ヘッダ3aから供給されるように構成されている。これに対して、別の実施形態における熱交換器He’は、横パネル1にも縦パネル2にも、熱媒供給底部ヘッダ3cから第1の熱媒が供給されるように構成することができる。熱交換器He’においては、熱交換器Heにおいて縦パネル2に第1の熱媒を供給するための熱媒供給頂部ヘッダ3aと縦パネル2とは連通していない(図4(B)及び図5(A)に示される頂部ヘッダ3aと接続管23aとの間及び/又は接続管23aと第1横ヘッダ20aとの間は、塞がっている)。なお、熱交換器He’では、熱交換器Heにおける熱媒供給頂部ヘッダ3aに相当する部材は、必ずしも設ける必要はないが、全体の強度を維持するためには設けることが好ましい。
2:縦パネル
3a:熱媒供給頂部ヘッダ
3b:熱媒収集頂部ヘッダ
3c:熱媒供給底部ヘッダ
3d:転倒防止用部材
4:気液熱交換システム
5:貯湯槽
5a:流入側壁
5b:流出側壁
10a:第1縦ヘッダ
10b:第2縦ヘッダ
11:横管
12a、12b、22、32a、32b:小口板
13a、13b、13c、13d、23a、23b、23c、23d:接続管
14、33:鞘管
20a:第1横ヘッダ
20b:第2横ヘッダ
20a1、20a2:第1縦ヘッダ20a内部の空間
21:縦管
24:仕切板
30a、30b、30c:入出水管
40:函体
40a:上板
40b:底板
40c:側板
40d:開放前面
40e:開放後面
41:送風機
42a、42b:ダクト配管
43:排気ガラリ
44:受アングル
45:接続アングル
46:継手具
47、53:給水管
48、54:排出管
50:給湯管
51:排水管
52:継手具
55:ボイラー
56:ヘアキャッチャー
57:蛇口
H4、Hb、Hc:貫通孔
Ha:取付孔
He、He’:熱交換器
OW:外壁
Claims (9)
- 並列に配置された複数の横管と、該複数の横管の両端部がそれぞれ連通する第1縦ヘッダ及び第2縦ヘッダとを有し、前記複数の横管によって形成される面が並列に配置された、複数の横パネルと、
並列に配置された複数の縦管と、該複数の縦管の両端部がそれぞれ連通する第1横ヘッダ及び第2横ヘッダとを有し、前記複数の縦管によって形成される面が並列に配置されるとともに、それらの面が前記複数の横管によって形成される面と並列に配置された、複数の縦パネルと、
前記横ヘッダのうち上側に位置する第1横ヘッダの一方の端部に接続され、前記複数の縦パネルに熱媒を供給する、熱媒供給頂部ヘッダと、
前記縦ヘッダのうち第1縦ヘッダに接続され、前記複数の横パネルに熱媒を供給する熱媒供給底部ヘッダと、
前記第1横ヘッダの他方の端部と前記第2縦ヘッダとに接続され、前記複数の縦パネル及び前記複数の横パネルから排出される熱媒を収集する、熱媒収集頂部ヘッダと
を備えた熱交換器。 - 前記第1横ヘッダは、内部空間を二分割する仕切板を有し、前記仕切板によって二分割された前記内部空間の一方の空間に連通する縦管内の熱媒の流れと、前記仕切板によって二分割された前記内部空間の他方の空間に連通する縦管内の熱の流れとが逆方向となるように構成された、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記複数の横パネルと前記複数の縦パネルとが交互に配置された、請求項1に記載の熱交換器。
- 前記熱媒供給底部ヘッダと前記第1縦ヘッダとの間及び前記熱媒収集頂部ヘッダと前記第2縦ヘッダとの間は、接続管を介して連通されており、前記接続管は、前記第1縦ヘッダ及び前記第2縦ヘッダの端部に設けられた貫通孔を有する小口板から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1に記載の熱交換器。
- 前記熱媒供給底部ヘッダが接続されていない前記第2縦ヘッダの下端には、前記熱媒供給底部ヘッダに対応する位置に転倒防止用部材が設けられた、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 前記複数の縦管、前記複数の横管、前記一対の横ヘッダ、前記一対の縦ヘッダ、前記熱媒供給頂部ヘッダ、前記熱媒供給底部ヘッダ、及び前記熱媒収集頂部ヘッダの1つ又は複数がプラスチック樹脂製である、請求項1から請求項5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6のいずれか1項に記載の熱交換器と、
前記熱交換器を収容する函体と、
前記函体内に、前記熱交換器によって熱が回収される別の熱媒を供給する供給部と、
前記函体内から前記別の熱媒を排出する排出部と、
を有する熱交換システム。 - 前記熱媒供給頂部ヘッダ及び熱媒収集頂部ヘッダが前記函体の外部に配置されている、請求項7に記載の熱交換システム。
- 前記請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の熱交換器を用いた熱交換システム。
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