(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予めリントスクリーンを経た高温の洗浄排液を導通させる直管型の細管を複数本内部に備え、前記熱交換器の軸方向に沿って交互に配置された、各細管の導通部分に貫通孔を予め備えた、円弧と弦とで囲まれた形状のバッフルによって各細管が相互に束ねられ、
各細管及びバッフルの介在しない残余の隙間に他端側から新液を導通させることによって熱交換を行う直管型の熱交換器であって、
前記熱交換器の両端には前記細管で遮られることの無い空間を形成するとともにこれら空間に隣接するスペーサで遮断された位置には新液の入出管を備え、
前記両空間には、前記熱交換器の軸心方向の任意の垂直方向に前記排液の入出管を備えたことを特徴とする、リントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システム。
【請求項２】
リントによる目詰まりが生じた場合の逆洗による洗浄作業は、前記熱交換器の両側に形成された、細管で遮られることの無い空間を、細管を介して逆流させることにより行われることを特徴とする、請求項１に記載のリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システム。
【請求項３】
前記各細管はステンレス製であり、その外径は１０〜２３[ｍｍ]の範囲内で、かつ各細管の管壁厚さが０．３〜１．７[ｍｍ]であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システム。
【請求項４】
前記熱交換器は、複数本を並列して配置し、隣接する熱交換器端部間にて入出配管を連結して全体として直列型に流路を形成し、前記洗浄排液と前記新液とが、前記直列型流路を相互に反対側から流れることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システム。
【請求項５】
前記排液入出管は、前記熱交換器の中心軸に垂直な外周面上の任意の一点から中心点に対して３度から４７度の傾きをもつ範囲に配設されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に業務用に用いられる洗濯システムにつき、改良を施した熱交換器を新たに適用し、特に、かかる熱交換器には予めリント（繊維くず）を大幅に除去した高温の洗浄排液を用いるシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
業務用の洗濯機或いは洗濯システムにおいては、一般に、洗浄液を高温にしたうえで洗浄することにより効率的な洗浄が可能である。
図３は、一例としてカウンターフロー型方式による連続式洗濯システム全体の概要を示す。図中左側に示す予洗槽から順に、洗濯槽が複数配設され、更にすすぎ槽、仕上げ槽、と直列型に連続して各槽が設けられ、被洗物もこれらの槽を順次右側に移動する。一方、洗濯用の液体（洗浄液）は、被洗物の流れに逆行するようにこれら各槽を流れることで、効率的な洗浄を行うものである。
【０００３】
上述のように、洗浄液を高温化することにより、洗浄効率の向上が可能となるが、リネン用など一般向けには摂氏６０度前後であるが、病院用など医療機関向けでは滅菌の必要性から摂氏８０度前後にて洗浄作業が行われる。
これら洗浄液は常時大量に用いられかつ消費されることから、新たに供給される、常温の洗浄液の高温化に必要な燃料を節約することが望まれる。具体的には、新たに供給されるクリーンな洗浄液（新液）と、高温状態で排出される汚れた洗浄排液とが常時存在するため、熱交換器を用いることで、高温状態の洗浄排液の熱を新液の高温化に利用し、新液の高温化に必要な燃料を大幅に節約することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１４００２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、被洗物を洗浄することにより、洗浄液にはリントが多量に混入することとなる。このリントは高温状態下で排液中に多量に浮遊している。そのため、使用済みの高温の洗浄液をそのまま熱交換器に流し込んでしまうと、熱交換器が目詰まりを起こしてしまう。目詰まりが生じる度に、洗濯システム全体の運転を止め、目詰まり除去作業が必要となる。したがって、メンテナンスの手間が掛かることに加え、洗浄作業も全体として中断を余儀なくされることになってしまう。このような作業中断は、なるべく少ないことが望ましい。
この課題を解決するために、上述した特開２０１０−２１４００２号公報では、伝熱面となる円盤状の回転体を回転させる熱交換器が提案されている。かかる円盤が回転することにより、遠心力等によってリントの付着を防止した熱交換器である。この技術はそれなりに有益ではあるが、熱交換器の形状が複雑で製造コストが掛かってしまう。そして、万一内部に目詰まりが発生した場合の目詰まり除去作業が、極めて困難となる。そもそも、リントによる目詰まりは、業務用に多く用いられる洗濯システムにて適用される熱交換器に特有の課題であるため、熱交換器については設計変更の便宜から簡素な構造体であることが望ましい。
【０００６】
また、上述した特開２００６−３２５６８０号公報に示すように、使用済みの洗浄排液中のリントを自動的に除去することに特化した技術も存在する。この技術にかかる装置（以下「リントスクリーン」とする）により、排液中の９割程度のリント除去が可能となる。しかし、完全なリント除去は依然として不可能である。したがって、リントスクリーンにて相当程度のリントを除去した高温の洗浄排液であっても、その排液を、曲管を多用する熱交換器に流し込むことは望ましい解決策では無い。しかしながら、相当程度のリントを除去した洗浄排液の場合は、直管内にてリントが堆積して目詰まりを引き起こす現象は生じなかった。
【０００７】
かかる事情から、本発明者らは、予めリントスクリーンにて９割程度のリントを除去した高温の洗浄排液に対して、図４に示す直管型の熱交換器を適用してみた。
ここで、図４中左側の排液入口管１４から熱交換器に流れ込む高温の洗浄排液は、細管にて熱交換されながら右側に流れた後、排液出口管１５から流出する。ここで図示するように、熱交換器の軸心方向と水平な方向から高温の洗浄排液を流入させたところ、排液入口管１４近傍の細管に多量の排液が偏って流入する流量ムラが生じてしまった。また、各細管チューブ入口にて細かいリントが絡まりながら堆積し、３日程の連続運転にて細管の目詰まりが生じてしまった。そのため、少なくとも２日に一度は清掃作業が必要となり、実適用上問題であった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、リントの目詰まりによる作業中断を抑えてメンテナンスの手間を省きながらも、同時に省エネを図ることを目的とし、リントスクリーンを経た高温の洗浄排液を用いた熱交換器を備えた洗濯システム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】
【０００９】
上記課題に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者らは、予めリントスクリーンを経た高温の洗浄排液を流し込む熱交換器につき試行錯誤した結果、目詰まり頻度を画期的に減らすことが可能な熱交換器の構造体を発明するに至った。また、仮に目詰まりが発生した場合であってもその除去が簡便に行える構造体とすることを成功するに至った。
【００１０】
すなわち、予めリントスクリーンを経た高温の洗浄排液を導通させる直管型の細管を複数本内部に備え、前記熱交換器の軸方向に沿って交互に配置された、各細管の導通部分に貫通孔を予め備えた、円弧と弦とで囲まれた形状のバッフルによって各細管が相互に束ねられ、
各細管及びバッフルの介在しない残余の隙間に他端側から新液を導通させることによって熱交換を行う直管型の熱交換器であって、
前記熱交換器の両端には前記細管で遮られることの無い空間を形成するとともにこれら空間に隣接するスペーサで遮断された位置には新液の入出管を備え、
前記両空間には、前記熱交換器の軸心方向の任意の垂直方向に前記排液の入出管を備えたことを特徴とする、リントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システムを提供する。
かかる構成を採用することにより、細管にて遮られることの無い空間部分にて、排液による渦流が発生し、リントの堆積による目詰まりを大幅に低減することが可能となるとともに、新液、排液ともに、流量ムラ無く効率的な熱交換が可能なリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システムを得ることが可能となる。
【００１１】
リントによる目詰まりが生じた場合の逆洗による洗浄作業は、前記熱交換器の両側に形成された、細管で遮られることの無い空間を、細管を介して逆流させることにより行われることを特徴とする、請求項１に記載のリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システムを提供する。
かかる構成を採用することにより、万一リントによって各細管入口部分にて目詰まりが生じた場合であっても、逆流させることにより洗浄を行う逆洗作業が可能となる。かかる逆洗作業による新たな目詰まりが生じないよう、前記熱交換器には、両端側に前記空間部を形成するとともに、排液の出口側も熱交換器の軸心方向の任意の垂直方向に備えることで渦流を生じさせるものである。
【００１２】
また、前記各細管はステンレス製であり、その外径は、１０〜２３[ｍｍ]の範囲内で、かつ各細管の管壁厚さが０．３〜１．７[ｍｍ]であることを特徴とする、リントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システムを採用する。
かかる構成を採用することにより、熱交換器内部でのリントによる目詰まりを有効に防止するとともに、最低限度の強度を担保しつつ最低限度の熱伝導を確保することが可能となる。
【００１３】
また、前記熱交換器は、複数本を並列して配置され、隣接する熱交換器端部間にて入出配管を連結して全体として直列型に流路を形成し、前記洗浄排液と前記新たな洗浄液とが、前記直列型流路を相互に反対側から流れることを特徴とするリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システムを採用する。
かかる構成を採用することにより、洗濯システムにおけるデッドスペースを有効活用可能となるとともに、実質的に熱交換器を長くするのと同様な、非常に高効率な熱交換が可能となる。
【００１４】
また、前記排液入出管は、前記熱交換器の中心軸に垂直な外周面上の任意の一点から中心点に対して３度から４７度の傾きをもつ範囲（より望ましくは３度から１６度）に配設されていることを特徴とするリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システムを採用する。
かかる構成を採用することにより、熱交換器の、撹乱室における渦流が多数生じ、リントによる目詰まり防止効果が一層高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態にかかる洗濯システム全体の一例を示す概要図である。
【図２】本実施形態にかかる熱交換器の全体構造の一例を示す図である。
【図３】従来の洗濯システム全体の一例を示す概要図である。
【図４】従来型の熱交換器の全体構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる、リントスクリーンを経た高温の洗浄排液を用いた熱交換器を備えた洗濯システムの第１実施形態につき、説明する。
図１は、本実施形態にかかる洗濯システム全体の一例として、カウンターフロー型方式のシステムの概要図を示す。高温の洗浄排液の抽出個所は、システム毎にそれぞれ異なってくるが、本実施形態では一例として、第１洗濯槽からの洗浄排液を、リントスクリーンを経て熱交換器に流し込むものを示す。この熱交換器にて、システム外部或いはシステム内部の予洗液タンク等の予備タンクから新たに供給される常温の新液と、高温の洗浄排液との熱交換がなされたうえで、洗浄排液はシステム外部に排出される。
【００１７】
図２は、本実施形態にかかる熱交換器の全体構造の一例を示す図である。本実施形態にかかる熱交換器には、外管の内部に多数の細管を束ねた円柱形状の直管型の熱交換器１を適用する。直管型の熱交換器を用いる理由は、上述したように、リントスクリーンによってある程度のリントを除去した洗浄排液について、曲管ではない直管内部においては、配管の目詰まりの原因となる汚れの堆積物が生じ難い実情によるものである。
【００１８】
また、リントによる目詰まりという、特に業務用に多く用いられる洗濯システムに多い特有の課題を抱えた熱交換器であるため、洗濯システム全体中の各所に存在するデッドスペースにも収まるよう、サイズ含めて全体構造の設計変更が容易な直管型であることが望ましい。洗濯システムに、熱交換器用の新たなスペースを設ける必要が無いことは、実適用上非常に大きなメリットである。
本実施形態では、一例として、上述した特開２００６−３２５６８０号公報にて紹介したリントスクリーンを適用するが、リントを一定量除去出来る機能を有するリントスクリーンであれば特にこのリントスクリーンに限定する必要は無い。例えば、高温排液に対して予めリントを凝集、沈殿させるような化学的手法であっても、本発明におけるリントスクリーンに該当する。
【００１９】
まずは、リントスクリーンにて大幅にリント除去がなされた高温の洗浄排液は、排液入口管４を経て、細管に阻まれることの無い撹乱室２に流し込まれる。すなわち、熱交換器１の軸心方向の任意の垂直方向から、高温の洗浄排液を流入させたものである。
高温状態の洗浄排液は、撹乱室２にて掻き乱されて渦流となった後、図中矢印で示すように各細管に流れ込み、図中左側から右側に向かって各細管中を流れながら、後述する常温状態の新たな洗浄液に熱を与え、撹乱室３を経た後、排液出口管５から流出する。一方、新液入口管６から流入する常温の新液は、細管以外の隙間を通って図中右側から左側に向かって熱交換器１内部を流れ込んで行くことで、各細管内の高温排液から熱を受け取り、新液出口管７から流出する。なお、常温の新液は、排液とは異なり液中にリントを含まないクリーンな液体のため目詰まりのリスクは少ないが、長期間の使用により垢が溜まった際には薬剤による洗浄を行うことは必要である。
【００２０】
予めリントスクリーンにて大幅にリント除去した高温洗浄排液を用いる、この熱交換器１を用いた場合、熱交換器１の軸心方向の任意の垂直方向から排液入口管４を経て撹乱室２に流入されることにより、渦が効率的に生じる現象が生じる。そのため、各細管チューブ入口における、微細な繊維くずが相互に絡み合うことにより成長するリントによる堆積を、渦流によって未然に防止し、目詰まりによる清掃作業が非常に少なくなる。現在のところ、試験的に約５ヶ月間連続運転させているが、目詰まりは一度も生じていない。
【００２１】
一方、図４に示す、熱交換器の軸心方向と水平方向に高温の洗浄排液を流入させる場合には、撹乱室にて渦が生じることが無く、細管の一部への偏った流入ムラが生じてしまい、熱交換器１全体として熱交換効率を大幅に損なう。このような流入ムラは、本実施形態における熱交換器１には生じないことも、非常に大きな効果である。また、図４に示す熱交換器では、渦が生じないことにより、細管チューブ入口（特に排液入口管１４近傍）にてリントが堆積し、やがて細管入口の目詰まりが生じることから、おおよそ２日に一度は逆洗作業による清掃作業が必要となってしまう。
【００２２】
ここで、逆洗作業とは、熱交換器１中の洗浄排液の流れを逆流させる管内洗浄作業であり、撹乱室２側の各細管の入口近傍にて目詰まりを生じたリントを除去する作業である。なお、洗浄作業の性質上、場合によっては排液に限らず、クリーンな液体を用いることもあり、また、垢等長期間（一般には数年間）の使用による汚れの堆積物を除去すべく、薬剤を液体に混入することもある。かかる逆洗作業においても、排液を適用した場合における万一のリントによる目詰まりを防止するため、本実施形態にかかる熱交換器１においても、撹乱室２のみならず撹乱室３をも設け、排液出口管５を熱交換器１の軸心方向の任意の垂直方向に設けることにより渦流を発生させることが望ましい。また、撹乱室３の存在は、後述する本発明の第２の実施形態においては必須の構成要素である。
【００２３】
ここで、各細管の熱交換効率を高めるためには、高温流体と低温流体とを隔てる伝熱板が薄ければ薄い程望ましいが、薄いことによって強度の低下が生じてしまう。そこで、本実施形態ではステンレス製による細管につき、様々な厚さのステンレス製細管を用意して試験してみた。洗浄排液の温度や圧力変動等諸条件によって最低限度要求される管壁の厚さは異なってくる。しかし、本実施形態での熱交換器１における、平均的に安全な強度特性を担保する観点からは最低でも０．３[ｍｍ]は必要であった。その反面、管壁の厚さが大きくなることにより伝熱特性が低下してしまう。本実施形態の熱交換器１として、有益な熱交換を実現するための細管管壁の上限厚さは、１．７[ｍｍ]であった。
以上の実験結果から、熱交換器１に用いるステンレス製細管での管壁厚さは、０．３[ｍｍ]から１．７[ｍｍ]であることが、条件となる。
一方、渦流を生じたうえで目詰まりを防止する本実施形態による各細管の外径は、上述した管壁厚さを前提として各々１０[ｍｍ]から２３[ｍｍ]の範囲において目詰まり防止効果が顕著であった。
【００２４】
また、熱交換器１内部で各細管の存在しない隙間を流れる新液は、熱交換器１の各断面で均一な流速を維持することは困難である。かかる流量ムラは熱交換効率にも悪影響を及ぼすため、細管部分を貫通させた板であるバッフル８を設ける必要がある。ここで、新液の流れを完全に遮断しないよう、バッフル８は、円弧と弦とで囲まれた形状の板を用いる。本実施形態では図２で示すように、バッフル８を交互に配置することにより、新液の流れを誘導してムラのある流れを防止して熱交換効率を向上するのみならず、新液をジグザグ状に流すよう流動経路を長く誘導することにより、各細管中の高温排液から新液が受け取る熱量を多くする。すなわち、熱交換効率を向上させる。
【００２５】
また、熱交換器１全体の具体的直径については、熱交換対象となる液体の、流量次第で異なるものであるが、洗濯システム全体中の各所に存在するデッドスペースのサイズに応じた自由な設計が可能である。また、熱交換器１の軸方向の具体的長さについては、長ければ長い程、交換される熱量が多くなり理想的ではあるが、上述したようにデッドスペースとの兼ね合いを考慮した自由な設計が望ましい。この点を解決して熱交換効率を更に一層高めるための実施形態については後述する。
【００２６】
また、撹乱室２及び３の内形状については、熱交換器１の軸心方向の任意の垂直方向に排液入口管４を設置することにより、流れの乱れは充分に生じ、渦の発生を確認することが出来た。また、細管に流れ込む高温排液の流量ムラは生じなかった。したがって、撹乱室２及び３については特に具体的な寸法について決定せずとも、細管に阻まれることの無い空間である限り問題は無い。
【００２７】
なお、撹乱室２及び３は、洗浄排液と新液とを完全に遮断するべく隔壁であるスペーサをそれぞれ熱交換器１の中心部側に設け、これらスペーサを超えた位置に、新液出口管７及び新液入口管６を設けている。かかる遮断構造により、洗浄排液は、新液と決して交わること無くスペーサに多数形成された孔から細管内部を導通することにより撹乱室２及び３間で連通することとなる。
かかる熱交換器１を適用することで、洗濯システム全体中各所に存在するデッドスペースを有効活用することが出来、洗濯システム全体のコンパクト化を決して損なうこと無く、かつ、リントによる細管への目詰まりによる作業中断を生じること無く、新液、排液ともに流量ムラの無い高い熱交換率を得ることが出来、その結果として、常時大量に用いる新液の高温化に必要な熱量を減らすことが可能となり、大幅な省エネ効果が実現可能となる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態につき説明する。
上述したように、熱交換量を多くするためには熱交換器１の全体長が長ければ長い程望ましい。しかし、デッドスペースの有効活用の観点からは、熱交換器１を一本だけ長くすることは設計上現実的ではない。そこで、熱交換器１を複数本並列に配置しながらも液体は直列状に流れるよう、隣接する熱交換器１の他端部同士の入口管及び出口管とを相互に連結することで全体として直列型流路を形成しても良い。
【００２９】
例えば二本並列に配置する場合、洗浄排液を一つの熱交換器の一方端から、新液をもう一つの熱交換器の一方端から流し込み、両熱交換器の他端側にて各入口管と出口管とを新液同士、排液同士で相互に連結することにより、事実上熱交換器１を長くすることと同様の効果が得られる。同時に洗濯システム中の各所に存在するデッドスペースの形状に応じた自由な設計が可能となり、デッドスペースの有効活用に非常に有益である。なお、リントによる目詰まりの未然防止の観点からは、上限として４本、望ましくは３本の並列配置が望ましい。また、本実施形態では、熱交換器１中の撹乱室３の存在は、リントによる目詰まり防止効果のために必須となる。
かかる構成を採用することにより、デッドスペースを有効活用しながらも熱交換率を飛躍的に向上することが可能となる。
【００３０】
また、洗濯システムを地下室に設置する場合等、熱交換器１及び配管からの熱損失を防止するため、熱交換器１及び各配管には、断熱処理を行うことも必要となる場合がある。断熱材となる素材を塗布或いはスプレーする等様々な断熱手法により、熱損失を防止しても良い。もっとも簡易な現実的手法は、ウレタン或いはスチレン系の発泡シート等で、各配管等を巻回する手法である。これによっても、約５％程度の熱損失防止効果が期待出来る。
【００３１】
次に、本発明の第３実施形態につき説明する。
既述してきたように、直管型の熱交換器１の軸心方向の任意の垂直方向から撹乱室２或いは３に高温の洗浄排液を流し込むことにより、流れが乱れる現象が生じる。しかし、排液入口管４をやや傾けたうえで流入させてみたところ、流れの乱れが一層激しくなり、発生した渦も多数生じる現象が生じた。
【００３２】
具体的には、熱交換器１の軸心に垂直な断面円上にて、この断面円周上に位置する排液入口管４の断面中心部の接触点と円の中心点につき、接触点から円の中心点方向に向けた角度を０度と設定した場合、接触点を中心として０度から９０度近くまで排液入出管４の角度を順次変えて洗浄排液を流し込んでみたところ、本実施形態における高温排液の粘性においては、３度から４７度の角度範囲にて、非常に多くの渦の発生量が観測された。また、流量条件及び温度条件によっては、３度から１６度において更なる渦の発生が確認された。
かかる観測結果から、排液入口管４を、熱交換器１の中心軸に垂直な断面円上で中心点に対して３度から４７度の範囲で傾け、溶接手段等により固定配置することで、リント堆積による目詰まり防止効果がより一層高まる効果が得られる。
【００３３】
以上、本発明は、洗浄液を高温化して用いる洗濯システムにおいて、新たに供給されるクリーンな液体を熱交換器にて高温化するに際して、リントによる目詰まり等の課題を解消する有益な洗濯システムである。本発明で用いられる洗濯システムは、一般には業務用洗濯システムに多いものである。しかし、業務用洗濯システムに限らずとも、リントによる目詰まりという独自の課題を有する熱交換器を有する洗濯システムにつき、幅広く適用出来るものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のリントスクリーンを経た熱交換器を備えた洗濯システムは、業務用に限らず、高温洗浄液及び熱交換器を用いる洗濯産業全般において広く利用することができるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１：熱交換器
２、３：撹乱室
４：排液入口管
５：排液出口管
６：新液入口管
７：新液出口管
８：バッフル
１４：新液入口管
１５：排液出口管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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