(57)【要約】【課題】温排水などのように圧力の無い流体から熱回収する際に、小型で動力不要の熱交換器が求められている。【解決手段】水平伝熱管外側に流下液膜を形成して熱伝達率を上げると共に、水平伝熱管を多段に組合せた際に発生する無効液滴を防ぐよう整流板を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に、かつ水平面へ投影した中心線が一致するように、上下方向に適宜間隔を設けて配置した水平伝熱管の端部を適宜連通してなる伝熱管路の上方に、
水平伝熱管の中心線に沿って流体を一様に滴下する散水路を備えた構造の熱交換器ユニットにおいて、
水平伝熱管から滴下する流体が下段の水平伝熱管からそれて滴下することのないよう、それて落下する流体を捕集して下段の伝熱管上に戻して滴下するような傾斜を有する整流板を水平伝熱管に平行して設けた熱交換器
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、落差で流下する流体と熱交換する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】    ２流体間で熱交換を行う場合、高い熱伝達率を得るには流体の流速が重要なファクターになる。器体寸法の割には熱交換量の多い高性能熱交換器では  ２流体とも強制対流になっているのが一般的である。しかし、熱交換対象流体の中には圧力が無く、ポンプによる加圧をしない限り強制対流が困難なものがある。ここで、高性能熱交換器とは、プレート型積層熱交換器やシェルアンドチューブ型熱交換器などを意味している。【０００３】    一例をあげれば、家庭用あるいは業務用給湯設備で発生する排水のなかには、給水より温度の高い温排水が含まれている。この温排水から熱回収を行えば  給湯設備の効率は向上するが、圧力の無い温排水に利用できる小寸法の熱交換器は見当たらない。実際、温排水からの熱回収は一部の業務用設備でおこなわれている以外、一般には普及していない。【０００４】    温排水からの熱回収の実施の例を以下にあげる。
温排水の流路内に伝熱管を浸漬し、熱回収を行う方法がある。温排水側の熱伝達率が小さいので回収熱量の割には装置全体が大きくなる。
ヒートポンプを用いて熱回収する方法もある。ヒートポンプの蒸発器伝熱面の温度が下がるので、温排水との温度差が拡がり伝熱面積は小さくなる。その一方で、ヒートポンプの設備が必要になるうえ、動力も消費することになる。
これらの排熱回収装置は相応の設置スペースを必要とするうえ設備費もかかるため、採算性がとりにくく、普及が進まない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】    前記のとおり、圧力を有しない流体から熱回収する場合、ポンプによる昇圧を行って強制対流式熱交換器を用いるか、昇圧しないで伝熱面積の大きな熱交換器を用いるなどの方法があるが、これらの方法は小規模給湯設備からの排熱回収には適さない。【０００６】    本発明は前記課題を解決するものであって、圧力を有しない流体からの熱回収を行う際に、ポンプによる昇圧の必要がなく、大きな伝熱面積も必要なく、小型で構造が簡単な熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】    本発明は、排水などの流体が重力で流下する際の落差を利用して、熱伝達率を向上させた熱交換器を提供するものである。
重力で流下する流体は水平伝熱管外面を膜状に流下（流下液膜と称す）し、一方給水などの有圧流体は水平伝熱管内を適切な流速で流れることにより、熱交換を行う。１本の水平伝熱管外面を流下した流体は、さらに滴状に落下して、直下に配置された水平伝熱管外面を同様に膜状に流下する。この流体は複数段配置された水平伝熱管外面を膜状に流下を繰り返しながら、管内を流れる流体と熱交換する。【０００８】    水平伝熱管外面には、フィンその他の凹凸物による伝熱促進の必要はなく、滑らかな素管であるから塵埃物が堆積しにくい形状である。なお、水平伝熱管外面を膜状に流体が流下するときの伝熱に関る、論文・データ・実験式は公知であるが、古典的な文献例として“Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｏ  Ｆａｌｌｉｎｇ−Ｗａｔｅｒ  Ｆｉｌｍｓ，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａ．Ｓ．Ｍ．Ｅ．Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９４０，Ｗ．Ｈ．ＭｃＡＤＡＭＳ，Ｔ．Ｂ．ＤＲＥＷ，ａｎｄ  Ｇ．Ｓ．ＢＡＹＳ，ＪＲ．”が著名であり挙げておく。
水平伝熱管外面を流体が膜状に流下するときの熱伝達率は、管内を流体が乱流速度で流れる時の熱伝達率と同程度の値となるように熱交換器の設計を行うことができる。【０００９】    水平伝熱管の水平方向長さを延ばしたり、水平伝熱管を複数列に配置したり、垂直方向の段数を加減することにより、所用の伝熱面積を確保しながら熱交換器全体の形状を変更できる。このようにして、熱交換器の高さ方向の寸法が流路の落差に納まるように設計し、管路に挿入設置して用いる。
一般に、管内流動の熱伝達率は、流速の影響を多分に受けて、流速減少とともに熱伝達率の低下が起る。一方流下液膜の熱伝達率は  流量および段数の影響が少ないので、熱交換器の形状設計の自由が高い。【００１０】    しかし、水平伝熱管の垂直方向段数を増やして行くと、見かけ上  熱伝達率を減少させる次の現象が発生する。水平伝熱管から滴下する流体の一部が、その下の水平伝熱管からそれた方向に落下してそのまま底部の集水路まで落下してしまう。この無効滴下現象は水平伝熱管への滴下液量が増えるほど激しくなる。その結果、下段にゆくほど水平伝熱管に滴下される流量は減少して伝熱量の減少を招くことになる。【００１１】    それた液滴を捕集してその下の水平伝熱管上に戻して滴下するような、適切な傾斜を設けた整流板を水平伝熱管に平行に、且つ上下水平伝熱管の間に取り付けることにより、無効滴下の発生を防ぐことができる。
１本の水平伝熱管の下に２枚の整流板を挟みこむように取り付ければ完璧であるが、水平伝熱管数本ごとに  整流板を取り付けても  十分効果を発揮する。
整流板を適宜  取り付けることにより、水平伝熱管の段数が増加しても  熱伝達率の低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１２】    本発明によれば、小規模給湯設備で発生する温排水から熱回収する装置に適した、コンパクトで低コストな熱交換器を提供することになる。給湯設備に組み込んで熱回収を行えば、給湯設備の熱効率は大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】    図１は、散水路１と水平伝熱管３の形態に関し、最も基本的で原理的な関係を示したものである。図１に示す散水路１は実施の一例である。散水路１では、流れの方向に沿って数多くの切り欠き２が設けられていて、流入した流体はこの切り欠き２を溢水して散水路１の底部まで流下し、そこで液滴となって落下する。散水路１の直下に配置された水平伝熱管３の頂部に滴下した流体は、水平伝熱管３の外面を広がりながら、膜状に流下し、水平伝熱管３の最下部から再度液滴となって落下する。水平伝熱管３内には別の流体が流れているので、流下液膜と管内流動流体との間で熱交換か行われる。【００１４】    次に、水平伝熱管の配置などを適切に選択することにより、必要伝熱面積を確保しながら、外形寸法を制約内に納める方法を説明する。図２は水平伝熱管を３段に配置した熱交換器ユニットを示している。水平伝熱管の真下に、さらに水平伝熱管を配置すれば、上方から滴下する流体により、下部の伝熱管の外面にも流下液膜が形成される。この熱交換器ユニット１セットで熱交換器として使用することもできるが、この熱交換器ユニットを複数セット併設して熱交換器として形成し、伝熱面積が複数倍の熱交換器として使用することができる。また、図３に示す例では、水平伝熱管を２段２列に配置するとともに、水平伝熱管をシリースに連結して熱交換器を形成している。このように水平伝熱管の段数と列数と長さを設置スペースにあわせて選択するとともに、水平伝熱管の口径とパス数を適切に選択することにより、管内流速を調整して高い熱伝達率を実現できる。【００１５】    以上の説明は、散水管と水平伝熱管の配置に関するものである。
図４は流体が散水管から溢出して水平伝熱管を流下する状態の断面図を模式的に示したものである。流下する流体の一部は  下段の伝熱管から外れた方向に滴下する。水平伝熱管の段数が増えるにしたがって、下段にゆくほど無効滴下が増え、水平伝熱管に滴下される流体流量が減少する。この結果、水平伝熱管の面積あたりの平均伝熱量が減少する。【００１６】    図５は水平伝熱管に平行に整流板４を水平伝熱管の間に取り付けて、無効滴下の発生を防いでいる状態の断面図を、模式的に示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】散水路と水平伝熱管の形態に関し、最も基本的で原理的な関係を示したのである。
【図２】水平伝熱管を３段に配置した熱交換器ユニットを示す図である。
【図３】熱交換器ユニットを複数セット併設して熱交換器が形成されることを示す。
【図４】下方の水平伝熱管から外れた方向に、液滴が落下する状態を示す。
【図５】整流板を水平伝熱管の間に取り付けて、無効滴下の発生を防いでいる状態を示す。
【符号の説明】
【００１８】  １  散水路
２  切り欠き
３  水平伝熱管
４  整流板
【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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