(57)【要約】      （修正有）【課題】高温液から熱回収し、低温液を加熱する熱交換器において、高温液と低温液の混合を完全に防止するとともに、点検における視認性、交換における作業性を改善することのできる熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換手段にヒートパイプ１を用い、ヒートパイプ１の一方側を高温側流体２０に、もう一方側を低温側流体２１に接するように、ヒートパイプ１外周に流路を設けた。また、この流路には、高温側、低温側ともに透明性のある樹脂管２ａ、２ｂを使用することで、点検時の液の視認性を高めた。また、上記樹脂管２ａ、２ｂをＴ字状継ぎ手４ａ、４ｂに脱着可能とし、交換時の作業を容易にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂管とＴ字状継ぎ手により構成され、下方側に高温液、上方側に低温液を流通させる蛇行管回路と、前記蛇行管回路の高温液と低温液のそれぞれに受熱部と放熱部が接触するように配置されたヒートパイプを設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記ヒートパイプによって、高温液の入口側と低温液の出口側が、高温液の出口側と低温液の入口側が、順次ヒートパイプで熱的に接続するようにしたことを特徴とする特許請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記蛇行管に、透明あるいは半透明の樹脂管を用いたことを特徴とする特許請求項１〜２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記蛇行管の内壁面と前記ヒートパイプの外周面とにほぼ接触するように成形した、らせん状線材を設けたことを特徴とする特許請求項１〜３に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は、液体と液体の熱交換器に関して、特に医療用、食品用等の流体の熱回収・加熱に用いられるもので、さらに詳細には、たとえば装置からの排液の排熱を利用し、装置への供給液の予熱に使用する熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来の流体と流体の熱交換器として代表的なものに二重管式熱交換器があるが、これは内部に一次側流体を流通させる内管と、その外周に二次側流体を流通させる外管を設け、流体の熱交換をするもので、両流体が混淆することなく、熱交換することを可能にしている。それに加えて、例えば特開２００３‐１８５３６４号公報のように、腐食性の流体を流通させるために、管接続部の交換作業を容易にした二重管式熱交換器が考案されている。【０００３】またこの二重管の外管を透明な樹脂製として、視認性を高めて点検を容易にし、かつ内管の金属管を分解・組立しやすい構造とした形態が考案されている。その例として、特開２０１４‐１４５５５３号公報の二重管式熱交換器が挙げられる。これは蛇行管式を採用し、点検・部品交換の容易で、排熱回収に適した構造を目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８５３６４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】前記二種の熱交換器の形態は、腐食による部品交換の容易性や点検時の視認性を高める特長を有する。ただしこれらは熱交換性能を確保するため、外管の内部に金属製内管を収納する構造を採用しており、高温側流体と低温側流体が金属管を隔てて接することで熱交換をおこなう構造となっている。それゆえ当該金属管が腐食や破損した場合は、両流体が混合する可能性があり、安全面や衛生面において課題がある。特に、高い安全性が求められる医療用、食品用においては、各流体の混合を完全になくすことが必要となる。【０００６】また前記特許文献２に記載の構造の場合、透明な樹脂製である外管の内部は視認できるが、金属製内管の内部の流体は視認することができない。そのため、内管内部流体の沈殿物、汚れ、腐食状況等を目視にて検知することができず、これらの確認のためには、管を取り外して確認する必要がある。作業性・メンテナンス性の観点からは、内管流体の状態をより簡易に確認できることが望まれる。
【発明の目的】
【０００７】上記の課題に対して、本発明は、従来例と比べて、高温側と低温側流体の安全な分離を可能にし、両流体の流路の視認性を改良し、かつ省スペース性を高めた二重管式熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】本発明の蛇行型二重管式熱交換器は、コの字状ヒートパイプと透明または半透明な樹脂製の外管とを備えることが特徴である。このコの字状ヒートパイプを、Ｔ字状継ぎ手を用いて、前記の樹脂製外管へ接続することにより、高温側流体と低温側流体を物理的に隔絶して安全・衛生性を高めつつ、視認性を高め作業性を向上させることが可能となる。
【０００９】本発明では、横設置形と縦設置形の構造をとることができる。即ち、横設置形は高さ寸法を抑えることができ、縦設置形は幅寸法を抑えることが可能となり、省スペース化が実現できる。
【発明の効果】
【００１０】本発明では、ヒートパイプを介することにより、管の破損や腐食等で高温側流体と低温側流体が混淆するという恐れなく、両流体の熱交換ができるとともに、本発明の熱効率は従来の二重管式熱交換器と遜色がなく、両流体間の温度差が小さい場合でも、高温側流体からの熱回収が可能である。また樹脂管を採用することで、両流体の流路の状態を、常に目視で行え、異常の早期発見および交換が可能となる。また上記樹脂管材料として管内を流通する流体に対して、耐食性の高いものを選定することができるので、従来の金属管製の流路に対して耐食性を高めることができる。
【００１１】例えば医療用および食品用等に関連する装置では、プロセス後の３０〜４０℃程度の流体の保有する熱で、プロセス供給前の２０℃程度の常温流体を２５〜３０℃程度に加熱することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】実施の形態１
以下、本発明の実施の形態１を、図１、図２、図３に基づいて説明する。図１において、符号１はヒートパイプ、符号２は透明または半透明の素材からなる樹脂管、符号３ａおよび３ｂは樹脂管２ａ、２ｂの両側を支持するように左右に配されたケーシングである。樹脂管２ａおよび２ｂの端部はＴ字状継ぎ手４ａおよび４ｂの外周面にはめ込み、固定されており、ヒートパイプ１は垂直面内に配置され、上下の各水平部１ａおよび１ｂを上下の樹脂管２ａおよび２ｂならびにＴ字状継ぎ手４ａおよび４ｂにそれぞれ通した後、ヒートパイプ１に一体接合されているフランジ５により、ガスケット６を介し、金属製のＴ字状継ぎ手４に固定ナット７を介して固定されている。ヒートパイプの下部１ａと樹脂管２ａの間には高温液２０が、ヒートパイプの上部１ｂと樹脂管２ｂの間には低温液２１が流れる。以上の構造からなる一つの機構をユニットと呼ぶ。
【００１３】図２は実施の形態１の平面図であり、図２において、樹脂管２はヒートパイプ１の先端部から水平方向に隣接するヒートパイプ１の先端部に向けてＵ字状の管路を形成している。これにより高温液あるいは低温液を、２本のヒートパイプの外周面に連続に流通させることができる。３本目のヒートパイプ１には、Ｔ字状継ぎ手４同士をつなぐ接続管１０を経由して液が流れる。以下、同様に樹脂管２と継ぎ手１０を用いることで、複数本のユニットを接続し、液を流通させることができる。本図では基本構造を示すため、４ユニットとしているが、条件に応じてユニット数は変更可能である。これにより、装置の高さを一定値に抑える装置とすることが可能となる。
図３は実施の形態１の側面図であり、下部の高温液２０と上部の低温液２１が、ヒートパイプ１によって垂直方向に熱的に接続されることを示している。水平方向には、高温液２０が、前記の樹脂管２と接続管１０により、高温液入口８ａから高温液出口８ｂに向かって流通する。低温液２１については高温液とは左右で反対方向の低温液入口９ａから低温液出口９ｂに向かって流通する。
【００１４】次に、実施の形態１における動作を説明する。ヒートパイプ１は管の内部を真空状態にして、所定量の作動液２２を封入したものである。高温液２０により、ヒートパイプ１の下部１ａが加熱されると、ヒートパイプ内の作動液２２は管壁から熱を奪って蒸発し、蒸気となって、コの字状の管内を通って上部１ｂに移動する。ここでヒートパイプの蒸気は低温液２１に熱を放熱して凝縮し、液体となって下部１ａに還流する。つまり下部の蒸発部１ａから上部の放熱部１ｂへ熱が移動する。そして上記の動作が繰り返されることにより、高温液２０の熱で低温液２１が加熱される。
【００１５】上記のヒートパイプ構造に、本発明の特徴をなす一つ目の効果が存する。すなわち、熱はヒートパイプ内の作動液を介して交換されるため、高温液と低温液を同一容器内に納める必要がなくなる。従来の二重管式熱交換器では、外管の内部に内管を収納する構造を採用するため、高温液と低温液が一つの管壁のみを隔てて接している。この場合、管壁の損傷や腐食によって、直ちに両流体が混合する恐れがある。
それに対して本発明では、高温液と低温液の流路はヒートパイプを介して接続されており、空間的に隔離されている。そのため、例えば高温液の管壁が損傷したとしても、流体はヒートパイプ内に留められ、直ちに低温液に混淆することはない。これにより本装置は、高い安全性が求められる医療用や食品用流体等に適する構造を備えている。
【００１６】特徴の二つ目として、視認性とメンテナンス性の向上が存する。これは高温液・低温液の流通する管に、透明または半透明の樹脂管を導入することによる。この場合、熱交換器を分解することなく、常時外部から両方の流路および流体の状態を目視確認でき、汚れ・沈殿物・腐食・損傷などの異常を速やかに発見できる。これは内管内部の状態を目視できない従来の二重管式熱交換器に対する利点であり、前記先行技術文献（特開２０１４‐１４５５５３号公報）に見られる課題を解決する方法である。
これに加えて、樹脂管２とＴ字状継ぎ手４及び接続管１０の接合には、ガスケット６と締付ナット７によるねじ込み構造を採用し、着脱を容易にしている。そのため、上記汚れなどの異常発見時に、樹脂管部とヒートパイプ部を速やかに分解し、洗浄や部品交換を行うことができる。以上のような視認性とメンテナンス性の高さも、使用流体の汚れに厳しい基準を持つ医療用・食品用分野等に適している。
【００１７】また、本熱交換装置の構成として、図３に示すように、高温液２０と低温液２１とがお互いに反対方向から流れる、いわゆる向流形熱交換の流動方式を採用することができる。これは、低温側の液の出口温度を高温側の液の入口温度に最も近づけることができる流動方式であるので、熱交換器の熱交換率（温度効率）を最も高める熱交換性能が得られる。
【００１８】実施の形態２
次に実施の形態２を説明する。実施の形態１では、ユニットは水平方向に接続し、装置の高さを一定に抑えるものについて示したが、図４及び図６で示すように、樹脂管によるユニット間の接続を縦方向に変えることも可能である。この場合、下部（加熱部）と上部（放熱部）を接続するには、鉛直方向の寸法が異なるヒートパイプ１１とヒートパイプ１２を採用する。
【００１９】図５は実施の形態２の平面図であり、幅寸法を抑えた装置が可能になる。これは特に本装置を置く床面積が限られていたり、本装置が多数必要とされる場所において、有効である。
【００２０】図６は実施の形態２の側面図であり、下部の高温液２０と上部の低温液２１がヒートパイプ１１及び１２によって垂直方向に熱的に接続されることを示している。高温液２０は入口８ａから供給され、樹脂管２ａから接続管１０ａを経由して上方の樹脂管２ｂに送られ、ヒートパイプ１１及び１２で吸熱された後に出口８ｂから排出される。また、低温液２１は入口９ａから供給され、樹脂管２ｃから接続管１０ｂを経由して上方の樹脂管２ｄに送られ、ヒートパイプ１１及び１２により加熱されることで予熱されて出口９ｂから送水される。
【００２１】実施の形態３
次に実施の形態３について説明する。実施の形態１及び２で示した樹脂管２の内壁とヒートパイプ１の外壁の間に、コイル状の線材３１を配置する。これにより、樹脂管の全長にわたり、その内径のほぼ中心部分にヒートパイプを保持することができ、ヒートパイプと樹脂管の間を流れる液の流速を高めて、液とヒートパイプ間の熱伝達率を高めることができる。このようにして、ヒートパイプを介した熱交換性能の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における横配置型の正面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における横配置型の平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における横配置型の側面図である。
【図４】この発明の実施の形態２における縦配置型の正面図である。
【図５】この発明の実施の形態２における縦配置型の平面図である。
【図６】この発明の実施の形態２における縦配置型の側面図である。
【図７】この発明の実施の形態３におけるヒートパイプ１と樹脂管２の間のらせん状線材の配置を示す縦断面図である。
【符号の説明】１  ヒートパイプ
２  樹脂管
３ａ  ケーシング（Ｔ字状継ぎ手側）
３ｂ  ケーシング（Ｕ字側）
４  Ｔ字状継ぎ手
５  ツバ
６  ガスケット
７  締付ナット
８ａ高温液入口
８ｂ高温液出口
９ａ低温液入口
９ｂ低温液出口
１０  接続管
１１  長ヒートパイプ
１２  短ヒートパイプ
２０  高温液
２１  低温液
２２  作動液
３１  らせん状線材
【図１】
2018159534.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018159534.tif 000005
【図４】
2018159534.tif 000006
【図５】
2018159534.tif 000007
【図６】
2018159534.tif 000008
【図７】
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