(57)【要約】【課題】熱交換器と、熱交換器を内部に収納するケースとを備える熱交換装置であって、十分な熱交換を行うことが可能で、簡単な構造かつ設計的制約が少なく、さらに熱交換器及びケース内部の洗浄を容易、効率的かつ低コストで行うことができる熱交換装置を提供すること。【解決手段】熱交換器１００と、熱交換器１００を内部に収納するケース２００、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する少なくとも３つの接続部２１０、２２０、２３０とを有する熱交換装置１であって、熱交換時は、少なくとも３つの接続部２１０、２２０、２３０のうち少なくとも２つの接続部２１０、２２０の組み合わせからなる第１組の接続部２１０、２２０を介して流体を連通させ、洗浄時は、少なくとも３つの接続部２１０、２２０、２３０のうち、第１組の接続部２１０、２２０の組み合わせとは異なる、少なくとも２つの接続部２２０、２３０の組み合わせからなる第２組の接続部２２０、２３０を介して流体を連通させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器と、該熱交換器を内部に収納するケースと、該ケースの内部と外部とを連通可能に接続する少なくとも３つの接続部とを有する熱交換装置であって、
熱交換時は、前記少なくとも３つの接続部のうち少なくとも２つの前記接続部の組み合わせからなる第１組の接続部を介して流体を連通させ、
洗浄時は、前記少なくとも３つの接続部のうち、前記第１組の接続部の組み合わせとは異なる、少なくとも２つの前記接続部の組み合わせからなる第２組の接続部を介して流体を連通させることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記３つの接続部のうち、少なくとも１つの接続部は他の２つの接続部と異なる方向を向いている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
熱交換時と洗浄時とで、流体の流れる方向が異なる請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
熱交換時に用いる流体と、洗浄時に用いる流体とが同じである請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記少なくとも３つの接続部のうち少なくとも２つの前記接続部には、同じ形状の配管を接続することが可能である請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記第１組の接続部及び前記第２組の接続部において流体が流入する前記接続部には、または、前記第１組の接続部及び前記第２組の接続部において流体が流出する前記接続部には、同じ形状の配管を接続することが可能である請求項５に記載の熱交換装置。
【請求項７】
熱交換時と洗浄時とで、流体の流れを切り替える切替ユニットを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記熱交換器の外面が樹脂でコーティングされている請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記ケースの内面が樹脂でコーティングされている請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記樹脂は、フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂である請求項８または９に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器と、熱交換器を覆うケースとを備える熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換装置は、異なる温度の流体間で熱交換することにより、流体を加熱または冷却する装置であり、発電設備のボイラー及び復水器、自動車のラジエータ、空調設備等、様々な分野で用いられている。
【０００３】
熱交換装置の代表的な構造として、オイル等の熱媒体が流れる伝熱管などの構造を有する熱交換器と、熱交換器を覆うケースとを備え、ケース内で熱交換器の外側を流れる流体と、熱交換器内を流れる流体（媒体）との間で熱交換を行うものがある。
【０００４】
このような熱交換装置としては、例えば、特許文献１のような構成がある。そして、この構成においては、熱交換器とケースとがボルトにより締結されており、ボルトを外すことで、熱交換器をケースから外部に取り出すことが可能になっている。
【０００５】
特許文献２には、円筒形本体内に、該本体の軸心に沿って多数の流体管が設けられ、流体管内を流れる熱媒体と、流体管の周囲を流れる熱源水との間で熱交換を行う円筒型熱交換器が開示されている。この熱交換器は、さらに、軸心に洗浄用流体を供給する円筒体を有し、この円筒体は洗浄用流体を円筒外側に向かって放射状に噴出させるノズルが設けられている。
【０００６】
特許文献３には、熱交換器（上記説明における熱交換装置に対応する。）内部に伝熱管（上記説明における熱交換器に対応する。）を有する構造で、ボール軸受により伝熱管が回転可能に支持されている構成が開示されている。また、この構成に加え、伝熱管を長手方向にスライド可能である構成も記載されている。
【０００７】
特許文献４には、管束熱交換器がジャケットに包囲されて形成された急冷装置（セカンダリ急冷装置）が開示されている。管束の端部にはリングフランジが設けられており、リングフランジには、ジャケット外部から内部の管束に向かって、検査用ノズルまたは洗浄用ノズルが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１４５０９７号公報
【特許文献２】特開平５−２０３３９１号公報
【特許文献３】特開平９−１３３４８０号公報
【特許文献４】特開２０１６−１１４３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、再生可能なエネルギーが重要視されている。そのため、上記構成の熱交換装置においては、ケース内で熱交換器外側を流す流体として、例えば、地下水、温泉水、河川・湖水、下水、農業用水、工場排熱水、施設排熱水等が用いられることも多い。しかし、これらのような流体を用いる場合、含まれる固形分が付着、あるいは溶解成分が析出する。そのため、熱交換器として十分な性能を発揮するためには、収容される熱交換器等、ケース内部を洗浄する等のメンテナンスを頻繁に行う必要がある。
【００１０】
しかし、特許文献１の熱交換装置においては、ケース内部及び熱交換器を清掃する場合、その都度、熱交換装置を分解する必要があり、特に熱交換装置が大型になると分解及び組み付け作業が大掛かりになる。
【００１１】
特許文献２の熱交換器では、熱交換器内に円筒体を設ける必要があり、熱交換器内部を効率的に洗浄できるように配置する場合、流体管の配置、形状等、熱交換器内部の構造に設計的制約が生じる。
【００１２】
特許文献３の熱交換器では、ボール軸受を熱交換器内部に設ける必要がある上に、外壁に伝熱管が回転可能に貫通する構成を設ける必要があり、外壁と伝熱管側との間で流体が漏れないようにシールする必要がある。そのため、特許文献３の熱交換器は装置として複雑な構成になることを避けられない。また、この構成では外壁の内面に付着したスケールの除去は難しい。
【００１３】
特許文献４では、検査用ノズルまたは洗浄用ノズルを設けるために、リングフランジが必要となる。良好な熱交換効率を確保するためには、リングフランジを設ける箇所に制約が生じる。そのため、例えば、特許文献４の図５及び図８には管束熱交換器の両端にしか設けられておらず、管束熱交換器全体の洗浄、メンテナンスは容易に行えない。
【００１４】
そこで、本発明は、熱交換器と、熱交換器を内部に収納するケースとを備える熱交換装置であって、十分な熱交換を行うことが可能で、簡単な構造かつ設計的制約が少なく、さらに熱交換器及びケース内部の洗浄を容易、効率的かつ低コストで行うことができる熱交換装置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】
【００１５】
上記目的を達成するための、本発明は以下の［１］〜［１０］のうち、いずれかの構成に関する。
【００１６】
［１］熱交換器と、該熱交換器を内部に収納するケースと、該ケースの内部と外部とを連通可能に接続する少なくとも３つの接続部とを有する熱交換装置であって、熱交換時は、前記少なくとも３つの接続部のうち少なくとも２つの前記接続部の組み合わせからなる第１組の接続部を介して流体を連通させ、洗浄時は、前記少なくとも３つの接続部のうち、前記第１組の接続部の組み合わせとは異なる、少なくとも２つの前記接続部の組み合わせからなる第２組の接続部を介して流体を連通させることを特徴とする熱交換装置。
［２］前記３つの接続部のうち、少なくとも１つの接続部は他の２つの接続部と異なる方向を向いている［１］に記載の熱交換装置。
［３］熱交換時と洗浄時とで、流体の流れる方向が異なる［１］または［２］に記載の熱交換装置。
［４］熱交換時に用いる流体と、洗浄時に用いる流体とが同じである［１］〜［３］のいずれか１つに記載の熱交換装置。
［５］前記少なくとも３つの接続部のうち少なくとも２つの前記接続部には、同じ形状の配管を接続することが可能である［１］〜［４］のいずれか１つに記載の熱交換装置。
［６］前記第１組の接続部及び前記第２組の接続部において流体が流入する前記接続部には、または、前記第１組の接続部及び前記第２組の接続部において流体が流出する前記接続部には、同じ形状の配管を接続することが可能である［５］に記載の熱交換装置。
［７］熱交換時と洗浄時とで、流体の流れを切り替える切替ユニットを有する［１］〜［６］のいずれか１つに記載の熱交換装置。
［８］前記熱交換器の外面が樹脂でコーティングされている［１］〜［７］のいずれか１つに記載の熱交換装置。
［９］前記ケースの内面が樹脂でコーティングされている［１］〜［８］のいずれか１つに記載の熱交換装置。
［１０］前記樹脂は、フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂である［８］または［９］に記載の熱交換装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、熱交換器と、熱交換器を内部に収納するケースとを備える熱交換装置であって、十分な熱交換を行うことが可能で、簡単な構造かつ設計的制約が少なく、さらに熱交換器及びケース内部の洗浄を容易、効率的かつ低コスト行うことができる熱交換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる熱交換装置の構成の一例を示した図で、熱交換時の状態を示している。
【図２】図１に示される熱交換装置の洗浄時の状態を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる熱交換装置に含まれる熱交換器の構成の一例を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる熱交換装置の構成の一例を示した図で、熱交換時の状態を示している。
【図５】図４に示される熱交換装置の洗浄時の状態を示した図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる熱交換装置の構成の一例を示した図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる熱交換装置の構成の一例を示した図である。
【図８】本発明の第５実施形態にかかる熱交換装置の構成の一例を示した図である。
【図９】本発明にかかる熱交換装置の適用例としてのバイナリ発電装置の概略を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限られない。ここで説明に用いられる各図面において、特に断りがなければ、紙面上下を上下方向、紙面左右を左右方向、紙面厚さ方向の手前向きを前向き、紙面奥向きを後向きとする。
【００２０】
以下の説明において、「流体Ｆ」及び「媒体Ｍ」は、流動性を持つものであれば、液体でもよく気体でもよく、また、溶融高分子のような粘弾性流体でもよい。さらに、ここで「上流」及び「下流」とは、流体Ｆ、媒体Ｍの流れにおける上流及び下流を示す。
【００２１】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．熱交換装置（熱交換時）＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる熱交換装置の構成の一例を示した図で、熱交換時の状態を示している。本実施形態にかかる熱交換装置１は、媒体Ｍと流体Ｆとの間で熱交換を行う装置である。熱交換装置１は、熱交換器１００と、熱交換器１００を内部に収納するケース２００と、を備える。本実施形態では、流体Ｆはケース２００内を図面上側から下側に向かって流れる。
【００２２】
熱交換器１００は、内部に媒体Ｍが流れており、ケース２００内部に流れる流体Ｆと接触することで、熱交換器１００と流体Ｆとの間で熱交換を行う。熱交換器１００の種類、構造、形状等は、特に限定されないが、一例として、螺旋状のオイル配管を有するものについて図３を参照しながら後述する。
【００２３】
ケース２００は、外壁２０１と、第１接続部２１０と、第２接続部２２０と、第３接続部２３０と、を有する。外壁２０１は熱交換器１００を覆い、外壁２０１に覆われた空間を流体Ｆが流れる。本実施形態では、外壁２０１は、円筒形状を有しているがこれに限られず、熱交換器１００の形状、熱交換装置１の仕様、設置条件等に応じて適宜変更可能である。外壁２０１には、内面と外面との間に真空部を設ける等、断熱構造を設けてもよく、また、ウォータージャケット等、内面と外面との間に流体を流す通路を設けてもよい。
【００２４】
また、流体Ｆに金属イオン等の成分が含まれている場合、これらの成分が塩等の形で析出し、ケース２００内部に付着することがある。この析出物、付着物がケース２００の内面に堆積すると、ケース２００内の流体Ｆの流れを阻害し、熱交換装置１の機能を低下させることがある。そこで、ケース２００内に付着した流体Ｆに由来する成分を小さな力で剥離できるように、ケース２００の内面は、樹脂でコーティングされていることが好ましい。コーティングするための樹脂についての詳細は後述する。
【００２５】
第１接続部２１０は、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する。第１接続部２１０は、開閉可能であり、図１は開いている状態である。第１接続部２１０が閉じている状態については図２を参照しながら後述する。第１接続部２１０は、外壁２０１の側面（すなわち円筒面）の上部（流体Ｆの上流側）に設けられた開口部２１１の縁から円筒の外側に向かって延びる円筒部２１２を有する。円筒部２１２には外部配管である上流配管３１０が接続される。したがって、流体Ｆは上流配管３１０から第１接続部２１０を経由してケース２００内に流入する。
【００２６】
また、図１に示す例においては、円筒部２１２は上面から見て、外壁２０１の内面に沿った方向に向けられている。これにより、ケース２００内に流入した流体Ｆは、外壁２０１の内面に沿って、上から下へ螺旋状に流れる。
【００２７】
円筒部２１２と上流配管３１０との接続部分の形態は、特に限定されない。また、円筒部２１２と上流配管３１０とが接する部分にパッキン等を設けてもよい。さらに、円筒部２１２に付着した流体Ｆに由来する成分を小さな力で剥離できるように、円筒部２１２の内面を樹脂コーティングすることが好ましい。
【００２８】
第２接続部２２０は、第１接続部２１０から離間して配置され、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する。本実施形態では、第２接続部２２０は、外壁２０１の下面（流体Ｆの下流側の面）に設けられた開口部２２１の縁から下方向に延びる円筒部２２２を有する。円筒部２２２には外部配管である下流配管３２０が接続される。したがって、流体Ｆはケース２００内から第２接続部２２０を経由して下流配管３２０へ流出する。
【００２９】
また、円筒部２２２と下流配管３２０とが接する部分にパッキン等を設けてもよい。さらに、円筒部２２２に付着した流体Ｆに由来する成分を小さな力で剥離できるように、円筒部２２２の内面を樹脂コーティングすることが好ましい。
【００３０】
第３接続部２３０は、第１接続部２１０及び第２接続部２２０から離間して配置され、第１接続部２１０と異なる方向に向けられ、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する（接続状態は後述する図２に示す。）。第３接続部２３０は、外壁２０１の上面に設けられた開口部２３１の縁から上方向に延びる円筒部２３２を有する。第３接続部２３０は、開閉可能であり、図１は閉じている状態である。第３接続部２３０が開いている状態については図２を参照しながら後述する。第３接続部２３０を閉じるために、図１に示される状態では、第３接続部２３０にキャップ４００が取り付けられており、第３接続部２３０を介して流体Ｆは流出又は流入することはできない。
【００３１】
また、第３接続部２３０における、円筒部２３２の径、及びキャップ４００及び上流配管３１０を取り付けるための構造、を第１接続部２１０と同じにすることにより、これらの接続部が互換性を有するようになる。すなわち、図２を参照しながら後述するように、第１接続部２１０にキャップ４００を取り付け、第３接続部２３０に上流配管３１０を接続することが可能となり、部品の共通化を図れる。
【００３２】
また、円筒部２３２とキャップ４００とが接する部分にパッキン等を設けてもよい。さらに、円筒部２３２に付着した流体Ｆに由来する成分を小さな力で剥離できるように、円筒部２３２の内面を樹脂コーティングすることが好ましい。
【００３３】
＜１−２．熱交換装置（洗浄時）＞
図２は、図１に示される熱交換装置１内部の洗浄時の状態を示した図である。熱交換装置１の各構成の説明は上記の通りである。ここでは、上記の通り第１接続部２１０と第３接続部２３０とは互換性があり、熱交換装置１の洗浄時は、第１接続部２１０にはキャップ４００が取り付けられ、第３接続部２３０には上流配管３１０が接続される。
【００３４】
図２に示される洗浄時においては、流体Ｆは、第３接続部２３０からケース２００内に流入し、上から下に向かって外壁２０１が形成する円筒の軸線方向に沿って流れる。すなわち、本実施形態にかかる熱交換装置１において、熱交換時と洗浄時とで流体Ｆの流れる方向が異なる。
【００３５】
なお、本実施形態おいて、第１接続部２１０及び第３接続部２３０に、上流配管３１０を接続する、またはキャップ４００を取り付けることで、これらの接続部の開閉を切り替えているが、これは一例に過ぎず、それぞれの接続部に弁などを用いた開閉手段を設けてもよい。
【００３６】
＜１−３．熱交換器＞
図３は、第１実施形態にかかる熱交換装置１に含まれる熱交換器１００の構成の一例を示した図である。ここでは図を見やすくするため、ケース２００の構成は図示していない。熱交換器１００は、熱交換器１００内部を流れる媒体Ｍと、熱交換器１００外部を流れる流体Ｆとの間で熱交換を行うことにより、媒体Ｍを加熱または冷却する。熱交換器１００は、媒体入口１１０と、媒体流路１２０と、媒体出口１３０とを備える。ここでは、媒体Ｍは、図面下側から上側に向かって流れる。なお、ここに示される熱交換器１００は、一例に過ぎず、ここで述べる形態に限られない。
【００３７】
媒体入口１１０は、外部装置５００から熱交換器１００内の媒体流路１２０に媒体Ｍを導く。ここで外部装置５００としては、発電装置、エンジン、冷暖房装置等が挙げられる。
【００３８】
媒体流路１２０は、媒体Ｍが内部に流れる管状の流路である。媒体流路１２０の壁面を介して、媒体Ｍと流体Ｆとの間の熱交換が行われる。そのため、媒体流路Ｍの材質は、金属等の熱伝導性が高い材料であることが好ましい。
【００３９】
ここでは、媒体流路１２０は螺旋形状を有する。これにより、媒体流路１２０の経路が長くなることから、十分な熱交換を行うことができる。また、上流配管３１０から第１接続部２１０（円筒部２１２）を経由してケース２００内に流入する流体Ｆの流入方向や流速を調節することによって、流体Ｆを媒体流路１２０の螺旋形状に沿うようにすることが好ましい。流体Ｆの流れを媒体流路１２０の螺旋形状に沿うようにすることで、媒体Ｍと流体Ｆとの熱交換を十分に行い、媒体Ｍの加熱または冷却効率を高めることができる。
【００４０】
しかし、図３に示される熱交換器１００は、熱交換時には媒体流路１２０の螺旋内側は、流体Ｆの流速が遅く、熱交換器１００に付着物が堆積しやすい。したがって、熱交換時は、流体Ｆによって、付着物を剥離させることが困難である。それに対して、洗浄時においては、上述したように流体Ｆは、上から下へと外壁２０１が形成する円筒の軸線方向に沿って流れる。それによって、媒体流路１２０の螺旋内側における流体Ｆの流速を速くすることができ、熱交換時には除去しづらい熱交換器１００の付着物を流体Ｆにより剥離させることができる。
【００４１】
また、流体Ｆに金属イオン等の成分が含まれている場合、これらの成分が塩等の形で媒体流路１２０の外面に析出し、付着することがある。この析出物が媒体流路１２０の外面に堆積すると、ケース２００内の流体Ｆの流れを阻害するだけでなく、媒体流路１２０内外間、すなわち媒体Ｍと流体Ｆとの間での熱伝導効率が低下し、熱交換装置１の機能を低下させることがある。そこで、媒体流路１２０の外面に付着した流体Ｆに由来する成分を小さな力で剥離できるように、媒体流路１２０の外面は、樹脂でコーティングされていることが好ましい。コーティングするための樹脂についての詳細は後述する。
【００４２】
媒体出口１３０は、熱交換器１００内から外部装置５００に媒体Ｍを導く。
【００４３】
＜１−４．コーティングのための樹脂＞
上述の通り、ケース２００の内面及び熱交換器１００の外面、具体的には媒体流路１２０の外面は、流体Ｆに含まれる成分が樹脂でコーティングされていることが好ましい。樹脂は、ケース２００内面または媒体流路１２０外面における、流体Ｆに由来する付着物を、小さな力で容易に除去できる効果を有するものが好ましい。コーティングされる樹脂はケース２００及び媒体流路１２０の材質によって適宜選択可能であって、それぞれの部分にコーティングされる樹脂は同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４４】
特に、媒体流路１２０外面にコーティングされる樹脂は、熱伝導率が高く、熱容量が小さいものが好ましい。媒体流路１２０の内外間での熱伝導性の低下を抑制し、流体Ｆと熱交換器１００内の媒体Ｍとの間での高い熱交換効率を確保するためである。このような観点から、コーティングされる樹脂は、フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂であることが好ましい。
【００４５】
さらに、媒体流路１２０の材質が金属であって、流体Ｆが温泉水のようにｐＨが低くかつ析出する成分が多量に含まれている場合、例えば、特開２０１６−１３２７１１号公報に記載の樹脂組成物を用いることが、スケール等の付着物の除去のために特に有効である。この樹脂組成物は、エポキシ樹脂に由来する構造、及びフェノール、アリルエーテルフェノール、アルキルエーテルフェノールのうち少なくともいずれかに由来する構造を有するフェノール樹脂と、亜鉛化合物、マンガン化合物、銅化合物のうち少なくともいずれかの金属化合物とを含む。
【００４６】
＜１−５．本実施形態の効果＞
本実施形態においては、熱交換時には、第１接続部２１０からケース２００内に流入した流体Ｆは、熱交換器１００に接しながら、第２接続部２２０に向かって流れる。そのため、ケース２００内を流れる流体Ｆと熱交換器１００内の媒体Ｍとの間で熱交換が行われる。
【００４７】
一方、洗浄時には、第１接続部２１０を閉じて（例えば、キャップ４００を装着して）、第３接続部２３０を開いて（例えば、上流配管３１０を接続して）、流体Ｆを第３接続部２３０から流す。第３接続部２３０は第１接続部２１０から離間して配置され、第１接続部２１０と異なる方向に向けられている。そのため、熱交換時と洗浄時とでは、ケース２００内への流体Ｆの流入の方向が異なることから、ケース２００内での流体Ｆの流れは異なる。また、仮にケース２００内への流体Ｆの流入の方向が同じであったとしても、ケース２００内へ流入する位置が異なれば、ケース２００内での流体Ｆの流速分布は異なる。そのため、熱交換時においては、流体Ｆの流速が遅く、流体Ｆに含まれる成分が付着あるいは析出しやすい部分であっても、洗浄時には、当該部分に対してより速い流れで流体Ｆが到達し、それらの付着物、析出物等を効率的に除くことができる。
【００４８】
また、熱交換装置１を洗浄するために、熱交換装置１の分解、洗浄作業等の大がかりな作業を必要としない。そのため、本実施形態の熱交換装置１は、洗浄を容易に行うことができる。
【００４９】
さらに、本実施形態の熱交換装置１では、熱交換時に用いる流体Ｆと、同じ流体Ｆを熱交換装置１の洗浄にも用いることができるため、洗浄液等を別途準備する必要がない。また、上記の通り、熱交換装置１内の洗浄は配管を付け替えることにより行われるため、洗浄のための特別な設備も必要としない。そのため、本実施形態の熱交換装置１によって、洗浄にかかるコストを低減できる。なお、洗浄時に流体Ｆと異なる流体、例えば洗浄液を用いてもよい。
【００５０】
その上、熱交換時と洗浄時で流体Ｆの流れを切り替えるためには、従来の構造に対して、ケース２００に外部配管との接続部（第３接続部２３０）を追加するだけでよく、簡単な構造で、装置の複雑化を避けることができ、さらに、設計的制約も最小限にすることができる。
【００５１】
したがって、本実施形態によれば、熱交換器１００と熱交換器１００を内部に収納するケース２００とを有する熱交換装置１であって、十分な熱交換を行うことが可能で、簡単な構造かつ設計的制約が少なく、さらに熱交換器１００及びケース２００内部の洗浄を容易、効率的かつ低コストで行うことができる熱交換装置１を提供することができる。
【００５２】
また、ケース２００内面、熱交換器１００の外面に樹脂コーティングを施し、付着物を小さな力で除去できるようにすることで、流体Ｆの流れによってより確実に付着物を除去することができるため、本実施形態においては、非常に有効である。
【００５３】
＜２．第２実施形態＞
＜２−１．熱交換装置（熱交換時）＞
図４は、本発明の第２実施形態にかかる熱交換装置２の構成の一例を示した図で、熱交換時の状態を示している。本実施形態にかかる熱交換装置２は、媒体Ｍと流体Ｆとの間で熱交換を行う装置である。熱交換装置２に含まれる構成のうち、図１に示される第１実施形態にかかる熱交換装置１に含まれる構成と同様の構成については、図１と同じ符号を付し、説明を省略することもある。熱交換装置２は、熱交換器１００と、熱交換器１００を内部に収納するケース２００と、を備える。熱交換器１００については、第１実施形態で説明した通りである。
【００５４】
ケース２００は、外壁２０１と、第１接続部２１０と、第２接続部２２０と、第３接続部２３０と、第４接続部２４０と、を有する。外壁２０１は熱交換器１００を覆い、外壁２０１に覆われた空間を流体Ｆが流れる。本実施形態では、外壁２０１は、立方体または直方体形状を有しているが、これに限られず、熱交換器１００の形状、熱交換装置１の仕様、設置条件等に応じて適宜変更可能である。外壁２０１のその他の構成については第１実施形態と同様である。
【００５５】
第１接続部２１０は、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する。第１接続部２１０は、外壁２０１の上面に設けられた開口部２１１の縁から上方向に向かって延びる円筒部２１２を有する。第１接続部２１０のその他の構成については第１実施形態で説明した通りである。図４においては、第１接続部２１０には外部配管として上流配管３１０に接続されている。
【００５６】
第２接続部２２０は、第１接続部２１０から離間して配置され、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する。第２接続部２２０は外壁２０１の下面に設けられた開口部２２１の縁から下方向に向かって延びる円筒部２２２を有する。すなわち、第２接続部２２０は、第１接続部２１０と、熱交換器１００を挟んで対向するように設けられている。本実施形態において、第２接続部２２０は開閉可能である。図４では、第２接続部２２０には外部配管として下流配管３２０に接続され、第２接続部２２０は開いている状態を示している。
【００５７】
第３接続部２３０は、第１接続部２１０及び第２接続部２２０から離間して配置され、第１接続部２１０と異なる方向に向けられ、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する。第３接続部２３０は、外壁２０１の左面に設けられた開口部２３１の縁から左方向に向かって延びる円筒部２３２を有する。第３接続部２３０のその他の構成については第１実施形態で説明した通りである。図４では、第３接続部２３０にはキャップ４００が取り付けられ、閉じられている状態を示している。
【００５８】
第４接続部２４０は、第３接続部２３０から離間して配置され、ケース２００の内部と外部とを連通可能に接続する。第４接続部２４０は、外壁２０１の右面に設けられた開口部２４１の縁から右方向に向かって延びる円筒部２４２を有する。すなわち、第４接続部２４０は、第３接続部２３０と、熱交換器１００を挟んで対向するように設けられている。本実施形態において、第４接続部２４０は開閉可能である。図４では、第４接続部２４０にはキャップ４００が取り付けられ、閉じられている状態を示している。
【００５９】
＜２−２．熱交換装置（洗浄時）＞
図５は、図４に示される熱交換装置２の洗浄時の状態を示した図である。熱交換装置１の各構成の説明は上記の通りである。ここでは第１接続部２１０及び第２接続部２２０にはキャップ４００取り付けられており、第３接続部２３０には上流配管３１０が、第４接続部２４０には下流配管３２０が接続されている。すなわち、図５においては、第１接続部２１０及び第２接続部２２０は閉じられており、第３接続部２３０及び第４接続部２４０は開かれている。したがって、図５において、流体Ｆは、ケース２００内を左から右へと流れる。すなわち、本実施形態にかかる熱交換装置２において、熱交換時と洗浄時とで流体Ｆの流れる方向が異なる。
【００６０】
なお、本実施形態おいて、各接続部に外部配管を接続する、またはキャップ４００を取り付けることで、これらの接続部の開閉を切り替えているが、これは一例に過ぎず、それぞれの接続部に弁などを用いた開閉手段を設けてもよい。
【００６１】
＜２−３．熱交換装置の使用方法の変形例＞
本実施形態にかかる熱交換装置２では、上記で述べたものの他に、例えば、第１接続部２１０及び第４接続部２４０をそれぞれ上流配管３１０及び下流配管３２０と接続し、第２接続部２２０及び第３接続部２３０をキャップ４００で閉じることも可能である。あるいは、第２接続部２２０及び第３接続部２３０をそれぞれ上流配管３１０及び下流配管３２０と接続し、第１接続部２１０及び第４接続部２４０をキャップ４００で閉じることも可能である。
【００６２】
このように、開く（外部配管と接続する）接続部の組み合わせを適宜選択することにより、ケース２００内の流体Ｆの流れを様々な方向に変更することができるため、ケース２００内及び熱交換器１００における様々な箇所の付着物をより効率的に除去することができる。
【００６３】
この観点で、全ての接続部を開いてもよい。さらに、全ての接続部において、外部配管を接続するための形状が同じであれば、流体Ｆの流れる方向についてよりバリエーションが増える。例えば、図４の接続方法とは逆に、第１接続部２１０に下流配管３２０を、第２接続部２２０に上流配管３１０を接続することができるようになる。また、例えば、第１接続部２１０に上流配管３１０を、第３接続部２３０に下流配管３２０を接続することもできる。
【００６４】
＜３．第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態にかかる熱交換装置３の構成の一例を示した図である。この一例では、図１に示される熱交換装置１に対して、第１接続部２１０及び第３接続部２３０の開閉を切り替える切替ユニット２７０をさらに備える。切替ユニット２７０は、分岐配管２７１と、切替バルブ２７２とを備える。
【００６５】
分岐配管２７１は、３方に分岐を有する配管で、それぞれ第１接続部２１０、第３接続部２３０、及び上流配管３１０に接続される。なお、ここで示す分岐配管２７１は一例であり、この形状に限られない。
【００６６】
切替バルブ２７２は、分岐配管２７１の分岐部に設けられており、第１接続部２１０と上流配管３１０との間、及び第３接続部２３０と上流配管３１０との間の流体Ｆの流れの開閉を切り替える装置である。切替バルブ２７２の開閉状態については、この例においては、熱交換時、第１接続部２１０側を開き、第３接続部２３０側を閉じ、洗浄時、第１接続部２１０側を閉じ、第３接続部２３０側を開く。なお、図６に示されているのは熱交換時の状態で、洗浄時には、切替バルブ２７２を図６の状態から反時計回りに９０°回転させる。
【００６７】
切替バルブ２７２は、外部に設けられたハンドル、レバー等により手動で切り替えるものでもよく、モーター等の駆動装置に接続され、ユーザーがスイッチ等を操作することにより、あるいは所定条件を満たした場合に自動的に切り替えるものでもよく、手動的機構及び自動的に動作する装置を組み合わせたものでもよい。自動的に切替バルブ２７２を切り替えるための所定条件としては、前回の洗浄からの経過時間に基づく条件、センサ等により検知された、ケース２００あるいは熱交換器１００における付着物の量に基づく条件等が考えられる。
【００６８】
なお、ここで説明した切替ユニット２７０の構成は具体的な一例に過ぎず、第１接続部２１０及び第３接続部２３０の開閉を切り替えられる構成であればこの例に限られない。また、切替ユニット２７０設置形態は、ここで述べた例に限られず、例えば、図４に示される第２実施形態にかかる熱交換装置２において、第１接続部２１０と第３接続部２３０との開閉の切り替え、及び第２接続部２２０と第４接続部２４０との開閉の切り替えにも適用することが可能である。
【００６９】
＜４．第４実施形態＞
図７は、本発明の第４実施形態にかかる熱交換装置４の構成の一例を示した図である。以下の本実施形態の説明において、図１に示される熱交換装置１と同様の構成について説明及び図示を省略することもある。本実施形態の一例においては、熱交換装置４は、熱交換器１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、及びこれらの熱交換器を内部に収納するケース２００を備える。この例にかかる熱交換装置４では、熱交換器１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ及びこれらの熱交換器を接続する構成以外は他の実施形態と同様の構成を適用してもよく、説明を省略する。
【００７０】
図７に示された熱交換装置４において、熱交換器１００Ａ及び熱交換器１００Ｂは直列に接続されている。外部装置５００から配管７１０を通り、熱交換器１００Ａに送られた媒体Ｍは、次に熱交換器１００Ｂを通り、配管７２０を通って外部装置５００へ送られる。
【００７１】
また、熱交換器１００Ｃ及び熱交換器１００Ｄは直列に接続され、熱交換器１００Ａ及び熱交換器１００Ｂに対して並列に接続されている。外部装置５００から配管７１０を通り、熱交換器１００Ｃに送られた媒体Ｍは、次に熱交換器１００Ｄを通り、配管７２０を通って外部装置５００へ送られる。
【００７２】
ここで説明した構成においては、それぞれの熱交換器内での媒体Ｍの経路が短くても、媒体Ｍは、２個の熱交換器を通るため、流体Ｆによって十分に加熱または冷却される。なお、ここで示した例に限られず、３個以上の熱交換器を直列的に連結させてもよい。
【００７３】
また、この構成では、媒体Ｍには２つの並列した経路がある。そのため、それぞれの熱交換器の容量が小さくても、多量の媒体Ｍを加熱または冷却することができる。なお、ここで示した例に限られず、３つ以上の並列した熱交換器の経路を設けてもよい。
【００７４】
＜５．第５実施形態＞
図８は、本発明の第５実施形態にかかる熱交換装置５の構成の一例を示した図である。本実施形態にかかる熱交換装置５においては、図４に示される熱交換装置２に対して、さらに第５接続部２５０及び第６接続部２６０が設けられている。図８に示される通り、各接続部は離間して配置されている。
【００７５】
第５接続部２５０は、外壁２０１の前面から前方に向けられている。第６接続部２６０は、外壁２０１の後面から後方に向けられている。すなわち、第６接続部２６０は、第５接続部２５０と、熱交換器１００を挟んで対向するように設けられている。第５接続部２５０及び第６接続部２６０のその他の構成は、第１接続部２１０、第２接続部２２０、第３接続部２３０及び第４接続部２４０と同様である。また、図８に示されている状態では、第５接続部２５０及び第６接続部２６０にはキャップ４００が取り付けられ、閉じられている状態を示しているが、上流配管３１０または下流配管３２０を接続することで、これらの接続部は開かれた状態となる。
【００７６】
この構成では、外部配管との接続部が６個あるため、これらの接続部の開閉の組み合わせによって、ケース２００内での流体Ｆは多様な方向に流すことができるため、ケース２００内部及び熱交換器１００の様々な箇所の付着物、析出物を除くことが可能である。
【００７７】
＜６．熱交換装置の適用例＞
図９は、本発明にかかる熱交換装置の適用例としてのバイナリ発電装置９の概略を示したブロック図である。この例におけるバイナリ発電装置９は、第１熱交換装置（蒸発器）９１０と、発電ユニット９２０と、第２熱交換装置（冷却器）９３０と、これらの装置をつなぐ配管９４１、９４２、９４３と、を備える。ここで示されるバイナリ発電装置９において、第１熱交換装置９１０及び第２熱交換装置９３０のうち、少なくとも一方が本発明の構成を有していればよく、いずれも本発明の構成を有することが好ましい。
【００７８】
第１熱交換装置９１０は、流体Ｆ１との熱交換により液体の媒体Ｍを気化させる蒸発器である。第１熱交換装置９１０は、熱交換器９１１と、熱交換器９１１を内部に収納するケース９１２と、を備える。流体Ｆ１は媒体Ｍの沸点よりも高い温度でケース９１２内に導入される。そして、熱交換器９１１内に導入された液体の媒体Ｍは、ケース９１２内を流れる流体Ｆ１との熱交換によって加熱され、気化する。気化した媒体Ｍは、配管９４１を通り後述する発電ユニット９２０のタービン９２１へ導かれる。
【００７９】
第１熱交換装置９１０の具体的な構成については、例えば第１実施形態の熱交換装置１の構成が挙げられるが、これに限られない。また、ここで媒体Ｍとして、流体Ｆ１よりも沸点が低い物質を用いることで、流体Ｆ１を、媒体Ｍの沸点よりも高い温度の液体として第１熱交換装置９１０内に導入することで、媒体Ｍが気化するまで効率的に媒体Ｍを加熱することができる。流体Ｆ１は例えば水である。媒体Ｍとしては、ハイドロクロロフルオロカーボン類、ハイドロフルオロカーボン類のような代替フロン、アンモニア等が挙げられる。
【００８０】
バイナリ発電装置９が温泉バイナリ発電装置である場合、流体Ｆ１としては温泉水が用いられるが、温泉水はｐＨが低く、かつ析出する成分が多量に含まれている場合が多い。そのため、第１熱交換装置９１０内において、温泉水の成分に由来する析出物（スケール）が堆積すると、第１熱交換装置９１０の性能が低下し、結果として発電効率が低下する。その対策としての装置のメンテナンスコストが問題となるが、第１熱交換装置９１０として、本発明にかかる熱交換装置を用いることで熱交換器９１１及びケース９１２の洗浄を容易に行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる。
【００８１】
発電ユニット９２０は、タービン９２１と、シャフト９２２と、発電機９２３と、を備える。タービン９２１は、配管９４１を通って流れ込んできた媒体Ｍの蒸気から受ける力により回転する。また、タービン９２１を通った媒体Ｍの蒸気は配管９４２を通り、後述する第２熱交換装置９３０の熱交換器９３１に導かれる。シャフト９２２は、タービン９２１と発電機９２３の回転子（不図示）とに接続され、タービン９２１の回転を発電機９２３の回転子に伝える。発電機９２３は回転子を回転させることにより発電し、外部に電力を供給する。
【００８２】
第２熱交換装置９３０は、流体Ｆ２との熱交換により媒体Ｍの蒸気を凝縮させる冷却器である。第２熱交換装置９３０は、熱交換器９３１と、熱交換器９３１を内部に収納するケース９３２と、を備える。流体Ｆ２は媒体Ｍの沸点よりも低い温度でケース９３２内に導入される。そして、熱交換器９３１内に導入された媒体Ｍの蒸気は、ケース９３２内を流れる流体Ｆ２との熱交換によって冷却され、液体へと凝縮する。凝縮した媒体Ｍは、配管９４３を通り、第１熱交換装置９１０の熱交換器９１１へ導かれる。
【００８３】
第２熱交換装置９３０の具体的な構成については、例えば第１実施形態の熱交換装置１の構成が挙げられるが、これに限られない。流体Ｆ２は、媒体Ｍよりも沸点の高い液体であることが好ましい。流体Ｆ２が気化して熱交換効率が低下することを抑制するためである。流体Ｆ２は、例えば水である。
【００８４】
流体Ｆ２として、特に井戸水等の地下水、あるいはその他の設備で発生した排水を用いる場合、流体Ｆ２とともに流れる固形物、あるいは流体Ｆ２に含まれる成分に由来する析出物が第２熱交換装置９３０内に堆積することが考えられる。これにより、第２熱交換装置９３０の性能が低下し、結果として発電効率が低下する。その対策としての装置のメンテナンスコストが問題となるが、第２熱交換装置９３０として、本発明にかかる熱交換装置を用いることで熱交換器９３１及びケース９３２の洗浄を容易に行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる。
【００８５】
以上より、本発明によれば、熱交換器と、熱交換器を内部に収納するケースと、ケースの内部と外部とを連通可能に接続する少なくとも３つの接続部とを有する熱交換装置であって、熱交換時は、少なくとも３つの接続部のうち少なくとも２つの接続部の組み合わせからなる第１組の接続部を介して流体を連通させ、洗浄時は、少なくとも３つの接続部のうち、第１組の接続部の組み合わせとは異なる、少なくとも２つの接続部の組み合わせからなる第２組の接続部を介して流体を連通させる熱交換装置が提供される。
【００８６】
少なくとも３つの接続部のうち少なくとも２つの接続部には、同じ形状の配管を接続することが可能であってもよい。また、第１組の接続部及び第２組の接続部において流体が流入する接続部には、または、第１組の接続部及び第２組の接続部において流体が流出する接続部には、同じ形状の配管を接続することが可能であってもよい。
【００８７】
本発明にかかる熱交換装置は、ここで挙げたものに限られず、内燃機関等で用いられる潤滑油を冷却するためのオイルクーラー等、冷却または加熱媒体を用いる様々な装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２：流体
Ｍ：媒体
１、２、３、４：熱交換装置
１００：熱交換器
２００：ケース
２１０：第１接続部
２２０：第２接続部
２３０：第３接続部
２４０：第４接続部
２５０：第５接続部
２６０：第６接続部
２７０：切替ユニット
３１０：上流配管
３２０：下流配管
４００：キャップ
５００：外部装置
９：バイナリ発電装置
９１０；第１熱交換装置（蒸発器）
９１１：熱交換器
９１２：ケース
９２０：発電ユニット
９２３：発電機
９３０：第２熱交換装置（冷却器）
９３１：熱交換器
９３２：ケース
９４１、９４２、９４３：配管
【図１】
2019211133.tif 000003
【図２】
2019211133.tif 000004
【図３】
2019211133.tif 000005
【図４】
2019211133.tif 000006
【図５】
2019211133.tif 000007
【図６】
2019211133.tif 000008
【図７】
2019211133.tif 000009
【図８】
2019211133.tif 000010
【図９】
2019211133.tif 000011