(57)【要約】      （修正有）【課題】仕切板間寸法および伝熱管間寸法を適切に保持でき、かつ、伝熱管の熱伸びによる応力を吸収できる渦巻式熱交換器の伝熱管スペーサを提供する。【解決手段】円筒状胴体に上板１３と下板１２を設けて形成した容器部と、平板を渦巻状に形成した仕切板２が前記容器部の間に設置され、この仕切板２の壁間が気密的に形成され、低温水が通流する渦巻き通路と、断面円形の渦巻き管１を前記渦巻き通路に複数段重ねて配置して形成された高温水通路と、前記容器部に連通して設けた低温水の導入管および排出管とを備えた渦巻き型熱交換器において、前記渦巻き通路の低温水通流空間に複数個千鳥配列に配置され、互いに隣接する前記渦巻き管間の寸法及び渦巻状に形成された前記仕切板の壁間の寸法を保持、かつ、渦巻き管の熱伸びによる応力を吸収する弾性変形可能なＺ字型の渦巻式熱交換器伝熱管スペーサを用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状胴体に上板と下板を設けて形成した容器部と、平板を渦巻状に形成した仕切板が前記容器部の間に設置され、この仕切板の壁間が気密的に形成された渦巻通路と、断面円形の渦巻管を前記渦巻通路に複数段重ねて配置し、前記渦巻管の巻始め端を第一の連通管に、巻終わり端を第二の連通管にそれぞれ接続して形成された高温水通路と、前記容器部に連通して設けた低温水の導入管および排出管とを備え、前記容器部内に導入された低温水が前記渦巻通路を通流すると共に、前記高温水通路を高温水が通流する渦巻型熱交換器において、
複数段重ねて配置された前記渦巻管と渦巻状に形成された前記仕切板で形成される前記渦巻通路の低温水通流空間内に複数個千鳥配列で設置され、互いに隣接する前記渦巻き管間の寸法及び渦巻状に形成された前記仕切板の壁間の寸法を保持し、かつ、渦巻管の熱伸びによる応力を吸収する弾性変形可能なＺ字型の伝熱管スペーサを有することを特徴とする渦巻型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浴場などから排出される温水の熱エネルギーを有効利用するための渦巻型熱交換器に係わり、特に、渦巻式熱交換器の長尺の伝熱管を支持する弾性変形可能なＺ字型の伝熱管スペーサを有する渦巻型熱交換器に係わる。
【背景技術】
【０００２】
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、温泉プールや浴場、サウナ風呂等から出される温排水の熱を回収し、これを給湯のための熱源として利用すべく、熱交換器を含む種々の加熱システムがある。例えば、温泉を利用した浴場においては、泉源の泉水温度が低い場合にボイラを介して加熱した後、これを浴槽に流入させる方式が採用されている。浴槽内の温水は使用頻度に応じて、適宜これを排水してきれいな新しい温水に交換、もしくは補充する必要がある。この場合、温水をそのまま排水しないで、保有している熱エネルギーを有効利用するために、熱交換器の高温側を通流させて、低温側を通流する泉水を加熱した後、排水するようにしている。
【０００３】
従来、渦巻状の２本の通路に流体をそれぞれ通過させ、これらの流体間で熱交換を行わせる渦巻状熱交換器が知られている。例えば、特許文献１には、２本の通路を渦巻状に形成し、これらの２本の渦巻状通路内に、対向する方向にそれぞれ流体を流通させ、通路の壁面を介してこれらの流体の間で熱交換を行う熱交換器が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０４４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような温水が保有している熱エネルギーを有効利用するシステムに好適な熱交換器として、本件特許出願人は先に渦巻型熱交換器を特許出願した。（特願２００４−０７１９４９）この渦巻型熱交換器は、平板を渦巻状に形成した仕切板の壁間を気密的に形成した渦巻通路に断面円形の渦巻管を複数段重ねて配置し、複数段重ねて配置した渦巻管の巻始め端を第一の連通管に、巻終わり端を第二の連通管にそれぞれ接続し、渦巻管と第一、第二の連通管で形成される高温水通路に高温水を通流させると共に渦巻通路に低温水を通流させるように構成されている。
【０００６】
このような渦巻型熱交換器では、仕切板で形成した渦巻通路に渦巻管を複数段重ねて配置しているので、渦巻通路を通流する低温水と渦巻管を通流する高温水との間で熱交換が行われる。渦巻管は複数段重ねて渦巻状の仕切板間の渦巻通路に配置しているため熱交換効率が高く、組み立て性のよいコンパクトな渦巻型熱交換器を構成することができるという利点を有している。また、高温水が通流する渦巻管は断面円形であり、スポンジボールを通流させることにより容易に洗浄できるという利点も備えている。
【０００７】
上記の渦巻型熱交換器に組み込まれている複数段重ねて配置された渦巻管（伝熱管）ならびに渦巻状に形成した仕切板は長尺であり、かつ、巻始め端と巻終わり端で固定されているため、仕切板間寸法および伝熱管間寸法を適切に保持する必要がある。また、伝熱管内を温排水が流れるため、伝熱管の熱伸びによる応力を吸収する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑み、仕切板間寸法および伝熱管間寸法を適切に保持でき、かつ、伝熱管の熱伸びによる応力を吸収できる伝熱管スペーサを備えた渦巻き型熱交換器提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴とするところは、円筒状胴体に上板と下板を設けて形成した容器部と、平板を渦巻状に形成した仕切板が前記容器部の間に設置され、この仕切板の壁間が気密的に形成された渦巻通路と、断面円形の渦巻管を前記渦巻通路に複数段重ねて配置し、前記渦巻管の巻始め端を第一の連通管に、巻終わり端を第二の連通管にそれぞれ接続して形成された高温水通路と、前記容器部に連通して設けた低温水の導入管および排出管とを備え、前記容器部内に導入された低温水が前記渦巻通路を通流すると共に、前記高温水通路を高温水が通流する渦巻型熱交換器において、複数段重ねて配置された前記渦巻管と渦巻状に形成された前記仕切板で形成される前記渦巻通路の低温水通流空間内に複数個千鳥配列で設置され、互いに隣接する前記渦巻管間の寸法及び渦巻状に形成された前記仕切板の壁間の寸法を保持、かつ、渦巻き管の熱伸びによる応力を吸収する弾性変形可能なＺ字型の渦巻式熱交換器伝熱管スペーサを用いることにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明はＺ字型のスペーサで渦巻管（伝熱管）と仕切板を支持するので、互いに隣接する前記渦巻管間の寸法及び渦巻状に形成された前記仕切板の壁間の寸法を適切に保持することができ、また、Ｚ字型のスペーサのばね効果により高温水が通流する伝熱管の熱伸びを半径方向の変位で吸収することにより応力を緩和できる。さらに、Ｚ字型のスペーサが渦巻通路の低温水通流空間内に複数個千鳥配列で設置されているので、伝熱管外表面の低温水の流れが乱されるので、渦巻型熱交換器の伝熱効率をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
最初に、本発明の実施例である渦巻式熱交換器伝熱管スペーサを適用するのに最適な前記の渦巻式熱交換器構造の概要を、図１および図２を用いて説明する。そして、図３−図５を用いて渦巻式熱交換器伝熱管スペーサーについて説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は渦巻式熱交換器を水平方向に切断した断面図で、図２はその主要部を垂直方向に切断した拡大断面図である。
【００１３】
図１、２において、渦巻状に形成した断面円形の渦巻管（伝熱管）１は図２に示すように複数段重ねて配置される。渦巻管１は巻始め端を入口側連通管（第一の連通管）６に,また、巻終わり端を出口側連通管（第二の連通管）７に接続され、高温水が通流する高温水通路を形成している。第一の連通管６は円筒形胴体８が形成する容器部の径方向内側に、第二の連通管７は容器部の径方向外側にそれぞれ配置される。
【００１４】
渦巻管１は巻始め端に接続された連通管６は高温水の入口に、巻終わり端に接続された連通管７は出口にそれぞれ連通している。平板を渦巻状に形成した仕切板２は巻始め端を連通管６に、巻終わり端を連通管７にそれぞれ固定している。仕切板２の壁面間は渦巻管１の外径よりやや広い寸法とし、渦巻管１を壁面間で形成する渦巻き通路に配設している。
【００１５】
１１ａ、１１ｂはゴム等の弾性を有するパッキンで、それぞれ仕切板２の下端と上端が食い込むように、鋼製の下板１２と鋼製の上板１３との間に設置し、仕切板２の壁間を気密的に仕切るものであり、入口と出口との間が連続した渦巻状の通路を形成する役目を果たす。円筒形金属製胴体８は、下板１２ならびに上板１３との間が気密となるように設置されている。
【００１６】
導入管１４から導入された低温水Ｗｈは、仕切板２で形成された渦巻通路を時計方向に通流し、低温水排水口１２ａから外部に設置されたボイラに導かれる。高温水は連通管６の入口から導入され、伝熱管となる渦巻管１の内部を通過した後、連通管７を介して高温水出口から外部に排出される。したがって、渦巻通路を通流する低温水Ｗｈと高温水通路を通流する高温水が対向して通流し、高温水と低温水Ｗｈとの間で熱交換が行われることにより低温水Ｗｈは温められ、ボイラでさらに高温に熱せられる。
【００１７】
次に、本発明の渦巻式熱交換器に採用される伝熱管スペーサの実施例について、図３ないし５を用いて説明する。図３は渦巻式熱交換器を水平方向に切断して伝熱管、仕切板およびスペーサの位置関係と仕切板間寸法を説明する部分断面図（ａ）と、垂直方向に切断して伝熱管、仕切板およびスペーサの位置関係と伝熱管間寸法を説明する部分断面図（ｂ）である。図４は渦巻式熱交換器に用いられる本実施例による伝熱管スペーサを示す拡大平面断面図（ａ）と、拡大側面断面図（ｂ）である。図５は複数段重ねて配置された渦巻管（伝熱管）１を横方向から見た図で、渦巻通路内のおける伝熱管スペーサの配置と低温水の流れを示す図である。
【００１８】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、伝熱管スペーサ３は、渦巻状に形成された仕切板２の壁間と垂直方向に複数段重ねられた隣接する渦巻管（以前、伝熱管で説明する。）１で形成される空間に挿入されて伝熱管１を支持する。これにより、図３（ａ）に示した仕切板間寸法と図３（ｂ）に示した伝熱管間寸法を適切に保持する。
【００１９】
本発明の伝熱管スペーサ３は、上側から見たときに、図４（ａ）に示したように、仕切板２に接触する仕切板接触部４とこれらの仕切板接触部４を結ぶ連結部５からなり、Ｚ字型となっている。また、伝熱管の中心軸方向から見ると、連結部５の中央部に半円形の切込みが形成されており、この半円形の切込み部に伝熱管１が置載される。伝熱管１内を高温水（温排水）が流れるため、温度差により伸びが生じる。渦巻管（伝熱管）１は、連通管６と連通管７で両端が固定されているため、熱交換器の半径方向の外側に向かって変位する。（伝熱間変位）この半径方向の変位は連結部５が図４（ａ）の右図のように弾性変形することにより吸収される。なお、この変位量は僅かであり、伝熱管１の材質、熱交換器の半径方向の位置、温度差などにもよるが、０．１ｍｍのオーダーであるが、図４（ａ）では、理解しやすいようにスペーサ３の弾性変形を誇張して描いている。以上のようにして、伝熱管１、連通管６ならびに連通管７に生ずる応力を緩和できる。
【００２０】
複数段重ねて配置された渦巻管（伝熱管）１を横方向から見ると、図３に示したように、伝熱管スペーサ３は渦巻通路の低温水通流空間に複数個千鳥配列で設置されている。これにより、低温水は実線の矢印で示したような流れとなり、伝熱管外表面の低温水の流れが乱されるので、渦巻型熱交換器の伝熱効率をさらに向上させることができる。
【００２１】
以上述べたように、本実施例によれば、Ｚ字型のスペーサで渦巻管（伝熱管）と仕切板を支持するので、互いに隣接する前記渦巻管間の寸法及び渦巻状に形成された前記仕切板の壁間の寸法を適切に保持することができ、また、Ｚ字型のスペーサのばね効果により高温水が通流する伝熱管の熱伸びを半径方向の変位で吸収することにより応力を緩和できる。さらに、Ｚ字型のスペーサが渦巻通路の低温水通流空間内に複数個千鳥配列で設置されているので、伝熱管外表面の低温水の流れが乱されるので、渦巻型熱交換器の伝熱効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】渦巻式熱交換器を水平方向に切断した断面図である。
【図２】渦巻式熱交換器の主要部を垂直方向に切断した拡大断面図である。
【図３】渦巻式熱交換器を水平方向に切断して伝熱管、仕切板およびスペーサの位置関係と仕切板間寸法を説明する部分断面図（ａ）と、垂直方向に切断して伝熱管、仕切板およびスペーサの位置関係と伝熱管間寸法を説明する部分断面図（ｂ）である。
【図４】渦巻式熱交換器に用いられる本発明による伝熱管スペーサを示す拡大平面断面図（ａ）と、拡大側面断面図（ｂ）である。
【図５】複数段重ねて配置された渦巻き管（伝熱管）を横方向から見た図で、渦巻き通路内のおける伝熱管スペーサの配置と低温水の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…渦巻き管（伝熱管）、２…仕切板、３…スペーサ、４…仕切板接触部、５…連結部、６…第一の連通管、７…第二の連通管、８…円筒形胴体、１１ａ…パッキン、１１ｂ…パッキン、１２…下板、１２ａ…低温水排水口、１３…上板、１４…低温水導入管、Ｗｈ…低温水。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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