(57)【要約】【課題】非使用時に凍結防止を目的とした熱交換器との前後の配管の排水を空気ポンプなどを用いることなく確実に行う。【解決手段】熱交換器３の出口側の管路に対し、下方向垂直に長さ５Ｍ以上の分岐管７を分岐接続し、その先端に水抜きバルブ４を設ける。排水時に分岐管７の高低差Ａにより生ずる吸引圧力により熱交換器３内の冷却管及びその周囲の管路の水を早く確実に排水する。また、排水時は開閉スイッチＳＷを押すか、あるいは温度スイッチＴＳにより自動的に各バルブ（電磁バルブ）をリモートで一斉に開閉して排水する。【選択図】　　　図３
2004138254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を冷却あるいは冷水を加熱するために用いられ、その下部位置に設けられた冷却時は水の出口あるいは加温時は水の入口になる管路に対し垂直下方向に分岐してその近傍に設けられ不使用時に器内の水を排水する時に用いる水抜きバルブを有する熱交換器において、前記水抜きバルブは、前記出口あるいは入口の管路に対し下方向垂直に分岐する分岐点から所定の長さ下法を有する分岐管を介しその先端に取り付けられることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記分岐管は２本の分岐管から構成されそれぞれの分岐管の先端に前記水抜きバルブが取付けられ、排水時は何れか一方の水抜きバルブを開けこの分岐管の水が排水された後続いて他方の水抜きにバルブを開けるように操作することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記分岐管は所定の長さ寸法内で螺旋状形状に成形されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
所定の水量を貯水するリザーブタンクから給水バルブを介し前記分岐管の分岐点から前記分岐管に対し給水する分岐管給水手段を備え、排水時において前記水抜きバルブを開き前記分岐管の水が排水された後に一旦前記排水バルブを閉じそして前記給水バルブを開き前記分岐管に給水し給水後に再度前記排水バルブを開きこの水を排水する一連の操作を行うことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
冷却水を循環させるためのポンプ装置と、前記ポンプ装置で加圧された冷却水で冷却される電力増巾器と、前記電力増巾器を冷却した温水を元の冷却水に戻す熱交換器とを水平あるいは前記ポンプ装置から下り勾配に配置しその間を管路で接続する水冷システムにおいて、前記熱交換器の温水側管路（入口）に設けられた第１のストップバルブと、これに並設されたエアー入れバルブと、前記熱交換器の冷却水側管路（出口）に設けられた第２のストップバルブと、前記熱交換器の出口とを接続する管路に対して垂直下方向に分岐接続された所定の長さ寸法を有する分岐管と、この分岐管の先端に設けられた水抜きバルブとを備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項６】
前記第１、第２のストップバルブと前記エアーバルブと前記水抜きバルブとは、リモート操作で開閉できることを特徴とする請求項４記載の水冷システム。
【請求項７】
前記第１、第２のストップバルブと前記エアーバルブと前記水抜きバルブとは、電磁バルブあるいは空気バルブを用いることを特徴とする請求項４あるいは５記載の水冷システム。
【請求項８】
前記ポンプ装置は、ポンプを停止した時に機能し、前記第１、第２のストップバルブと前記エアーバルブと前記水抜きバルブとに信号を送りこれらを開閉する開閉スイッチを備えることを特徴とする請求項５あるいは６記載の水冷システム。
【請求項９】
前記開閉スイッチに周囲温度を検出し所定の温度でオンする温度スイッチを並列に接続することを特徴とする請求項１記載の水冷システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器に関し、特に凍結防止を目的とした排水機能を有する熱交換器とこれを用いた水冷システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水冷システムあるいは給湯システムなどに用いられる熱交換器は、その設置場所が屋外などの０℃以下になる環境では、使用時において熱交換器内に滞留する水が凍結して熱交換器を破損させる可能性がある。これを防止すために事前に滞留水を抜くことが一般的である。このための水抜きバルブ（ドレインコック）が設けられており、この水抜きバルブは通常、熱交換器の下部位置にある水の出入口（冷却時は出口、加温時は入口）の管路に対し分岐して設けられている。
【０００３】
この排水時は熱交換器の上部に配設された給水側管路のバルブを閉めると同時に代りにエアー入れのバルブを開いた後、水抜きバルブを開き排水する。しかしこの自然排水では時間がかかりかつ水の粘性や表面張力などで熱交換器内の水が完全に抜ききれない問題がある。
【０００４】
そこで従来においては、図４に示すような熱交換器内の配管を全て下り勾配にして完全に排水する技術が知られている。図４はこの従来例を示す外観斜視図である。この熱交換器４０は不使用時における密閉式熱交換器の水を簡易に、かつ確実に排水して凍結破損を未然に防止するものである。図４において、負荷側と冷却水が循環可能にして配管され、かつクーリングタワー本体内に接地される密閉式熱交換器４０の入口ヘッダー４４を下位に、出口ヘッダー４３を上位に配設し、この両ヘッダー４３，４４間にパイプ４２材を架設する。そしてこのパイプ材４２の入口ヘッダー４４側において低くなるよう傾斜させて配管して構成する。さらに傾斜した入口ヘッダー４４の下部位置にドレンバルブ４６を、傾斜した出口ヘッダー４３の上部位置に空気抜きバルブ４５を設けている。（例えば、特許文献１参照。）
あるいは、図５に示すようにエアー入れに圧縮空気を用いて強制的に排水する技術がある。図５は他の従来例を示す風呂装置の構成説明図である。本風呂装置は浴槽に接続されている循環管路内の残り水が凍結して管路破裂等の問題を引き起こすことのない風呂装置を提供するものである。図５において、浴槽５３に接続されている戻り管５１と循環ポンプ５３と風呂熱交換器５５と往管５２からなる循環管路５４に電磁弁５０を介して圧縮空気吹き出し手段５６を接続する。この圧縮空気吹き出し手段５６は空気ポンプ５７とタンク５８を有して構成し、浴槽湯水を排水した後、空気ポンプ５７で加圧したタンク５８内の圧縮空気を電磁弁５０を開いて循環管路５４内に吹き出し、循環管路５４内の残り水を浴槽５３内に排出して管路内を空にし、管路内の凍結を防止するようになっている。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献１】
実開平６−１４７６１号公報
【特許文献２】
実開平５−９０２５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては次に説明するような問題がある、即ち従来例の前者においては、内部の配管を下り勾配にするだけでは完全な排水までには時間がかかり過ぎる、更に全配管を下り勾配にするため、製造コストが高くなり、また全体が大きくなるという問題がある。更に熱交換器の前後の配管で水平部分があると排水できないという問題もある。
【０００６】
従来例の後者においては、排水には効果があるが空気ポンプなどの空気を圧縮する手段が必要となり装置が大きくなると同時にコストも高くなるという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱交換器は温水を冷却あるいは冷水を加熱するために用いられその下部位置に設けられた冷却時は水の出口あるいは加温時は水の入口になる管路に対し垂直下方向に分岐してその近傍に設けられ不使用時に器内の水を排水する時に用いる水抜きバルブを有する熱交換器において、前記水抜きバルブは、前記出口あるいは入り口の管路に対し下方向垂直に分岐する分岐点から所定の長さ寸法を有する分岐管を介しその先端に取付けられている。
【０００８】
また、前記分岐管は、２本の分岐管から構成され、それぞれの分岐管の先端に前記水抜きバルブが取付けられ、排水時は何れか一方の水抜きバルブを開けこの分岐管の水が排水された後続いて他方の水抜きバルブを開けるように操作するようにしても良いことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【０００９】
また、前記分岐管は、所定の長さ寸法内で螺旋状形状に形成されているようにしても良いことを特徴とする。
【００１０】
また、所定の水量を貯水するリザーブタンクから給水バルブを介し前記分岐管の分岐点から前記分岐管に対し給水する分岐管給水手段を備え、排水時において前記水抜きバルブを開き、前記分岐管の水が排水された後に一旦前記排水バルブを閉じそして前記給水バルブを開き前記分岐管に給水し給水後に再度前記排水バルブを開きこの水を排水する一連の操作を行うことをようにしても良い。
【００１１】
本発明の前記熱交換器を用いた水冷システムは、冷却水を循環させるためのポンプ設置と、前記ポンプ装置で加圧された冷却水で冷却される電力増巾器と、前器電力増巾器を冷却した温水を元の冷却水に戻す熱交換器とを水平あるいは前記ポンプ装置から下り勾配に配置しその間を管路で接続する水冷システムにおいて、前記熱交換器の温水側管路）入口）に設けられた第１のストップバルブと、これに並設されたエアー入れバルブと、前記熱交換器の冷却水側管路（出口）に設けられた第２のストップバルブと、この第２のストップバルブと前記熱交換器の出口とを接続する管路に対し垂直下方向に分岐接続された所定の長さ寸法を有する分岐管と、この分岐管の先端に設けられた水抜きバルブとを備えて構成している。
【００１２】
前記第１、第２のストップバルブと前記エアー入れバルブと前記水抜きバルブとはリモート操作で開閉できるようにしても良い。
【００１３】
そして具体的に前記第１、第２のストップバルブと前記エアー入れバルブと前記水抜きバルブとは電磁バルブあるいは空気バルブを用いるようにしても良い。
【００１４】
また、前記ポンプ装置はポンプを停止した時に機能し、前記第１、第２のストップバルブと前記エアー入れバルブと前記水抜きバルブとに信号を送りこれらを開閉する開閉スイッチを備えるようにしてもよい。
【００１５】
さらに、前記開閉スイッチに周囲温度を検出し所定の温度でオンする温度スイッチを並列に接続するようにしても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態例の水冷システムの構成を示す構成図、図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態例の構成を示す構成図、図２（ｂ）は本発明の第３の実施の形態例の構成を示す構成図、図２（ｃ）は本発明の第４の実施の形態例の構成を示す構成図、図３は本発明の第５の実施の形態例の構成を示す構成図である。
【００１７】
先ず第１の実施の形態例を図１を参照して説明する。本実施の形態例は請求項１の熱交換器を水冷システムに適用した請求項４に関するのもである。最初に構成について以下説明する。冷却水を循環させるためのポンプ装置１と、ポンプ装置１で加圧された冷却水で冷却される電力増幅器２と、電力増幅器２を冷却した温水を元の冷却水に戻す熱交換器３とを、ポンプ装置１から各機器を下り勾配に配置し、管路で接続する水冷システムである。
【００１８】
更に熱交換器３の温水側管路、即ち入口側に設けられたストップバルブ５ａと、これに並設されたエアー入れバルブ６と、熱交換器３の冷却水側即ち出口側管路に設けられたストップバルブ５ｂと、このストップバルブ５ｂと熱交換器３の出口とを接続する管路に対し垂直下方向に分岐接続された通常は５Ｍ以上の長さ寸法を有する分岐管７と、この分岐管７の先端に設けられた水抜きバルブ４とを備えて構成する。
【００１９】
尚、請求項１における熱交換器は、図１における熱交換器３と出口側管路にある分岐管７と水抜きバルブ４とを含めて言う。
【００２０】
次に動作について説明する。図１はポンプ装置１と被冷却装置である電力増巾器２とは屋内のフロアーに設置され、熱交換器３は階下などの屋外に設置されて氷点以下の低温にさらされる可能性がある。
【００２１】
尚、ここで言う電力増幅器２は放送用送信機に用いられる大電力出力の増幅器で自己発熱が大きく強制冷却を必要とするものである。
【００２２】
通常、冷却運転時はストップバルブ５ａ、５ｂは開いており、エアー入れバルブ６と水抜きバルブ４とは閉じている。そしてポンプ装置１により加圧された冷却水は電力増幅器２を冷却し温水となり、ストップパルブ５ａを通り熱交換器３によりもとの冷水に戻される。熱交換器３は入口から出口に向かって冷却管が下り勾配で配管されており、温水は冷却管を通過する際に空冷で冷やされる。冷水に戻された冷却水は、ストップバルブ５ｂを通りポンプ装置１に戻り循環する。
【００２３】
一方熱交換器３の出口側の管路には分岐管４が分岐されており、その先端にある水抜きバルブ４が閉じられているので、分岐管４内には冷却水が滞留している。
【００２４】
そして、電力増幅器２の非動作時は、ポンプ装置の運転を停止し、水冷システムは休止状態となる。この状態において、熱交換器３の設置されている周囲温度が氷点下になることが予想された時、凍結防止のために熱交換器３の水抜きを次の手順で行う。先ず、水抜き不要部分を分離するためにエアーバルブ５ａ、５ｂを閉じ、排水を促進させるためのエアー入れバルブ６を開き、次に水抜きバルブを開ける。分岐管４の先端からエアーバルブ５ａ、５ｂより下位にある下り勾配管路及び熱交換器３内の水が排水される。
【００２５】
この時、管路及び熱交換器３内の冷却管の下り勾配にある大部分の水は排水されるが、特に熱交換器３内に水平部分がある場合に、この部分が水の粘性および、表面張力とで充分排水されない場合がある。しかし、本システムにおいては、排水時に分岐管７の作用により吸引圧力がこの水平部分に加わるので排水が確実に行われる。即ちこの吸引圧力は最後の水が分岐管内を落下する時に生じ、分岐管７の長さ寸法（高低差Ａ）に正比例する。例えばＡ＝１０Ｍとすれば０．１ＭＰａ（メガパスカル）程度の吸引圧力が分岐管４の分岐点で得られる。実用上、効果的な吸引圧力を得るにはこの高低差Ａは５Ｍ以上とる必要がある。また、この吸引圧力により排水時間が短くなる効果もある。
【００２６】
次に第２の実施の形態例を図２（ａ）を参照して説明する。本実施の形態例は図１において請求項２を適用したもので、その相違点は分岐管を２本構成としたものである。分岐管７ａ、７ｂは図１のものと同じものが並列に配管されており、その先端にそれぞれ水抜きバルブ４ａ、４ｂが設けられている。この水抜きバルブ４ａ、４ｂは時間差を置き連動して開閉する。（この連動機構は図示せず）。排水の際は先ず水抜きバルブ４ａを開き、排水を始めて全体の排水が終了すると続いて水抜きバルブ４ｂを開き分岐管７ｂ内の滞留水を排水する。このように排水の最後に分岐管内の水が排水される時間は２倍となるので、従って吸引時間が２倍となり、より確実な排水ができる特徴がある。
【００２７】
次に第３の実施の形態例を図２（ｂ）を参照して説明する。本実施の形態例は図１において請求項３を適用したもので、その相違点は分岐管を螺旋状にしたものである。分岐管９は外観上の長さは高低差Ａの図１のものと同じであるが、
螺旋状に形成されている、その直線長は２倍の長さにになり、その内部の水量は２倍となる。排水時に水抜きバルブ４を開き排水を始めるが最後に分岐管９内の水が排水される時間は、管内の水量が２倍あるので２倍となり、従って、吸引時間が２倍となり、図２と同様により確実は排水ができる特徴がある。しかし分岐管内の水の粘性と摩擦抵抗とでこの効果は若干低下する。
【００２８】
次に第４の実施の形態例を図２（Ｃ）を参照して説明する。
【００２９】
本実施の形態例は図１において請求項４を適用したもので、リザーブタンク８と給水バルブ２０とから構成する分岐管給水手段を付加したものである。注水バルブ２０は水抜きバルブ４とは連動して開閉する。（連動機構は図示せず）即ち、排水時に水抜きバルブ４を開き全体の排水が終了する直後に水抜きバルブ４は一旦閉じ、そして連動して給水バルブ２０が開きリザーブタンク８内の水を管内に給水し、これを満たした時点で給水バルブ２０は閉じ、そして水抜きバルブ４を再度開き排水する。従って、図２と同様に排水の最後に分岐管内の水が排水される時間が２倍となるので、図２、３と同様な特徴がある。
【００３０】
尚、図１、２、３において、排水後に再びこのシステムを運転するために給水を要するが、各バルブを運転状態に戻した後、ポンプ装置２からこの給水が行なわれて運転が開始される。（給水機構は図示せず）
最後に第５の実施の形態例を図３を参照して説明する。本実施の形態例は図１において請求項５、６、７を適用したもので、その相違点はリモート操作で各バルブを開閉するようにし、特に１つの開閉ボタンを押すだけで各バルブを開閉するようにしたものである。特に本発明による水抜きバルブの位置は、操作者がいるポンプ装置などが設置されたフロアーより遠く離れるので、このようなリモート操作がより効果的となる。以下図１との相違点を中心に説明する。
【００３１】
図３において、各バルブは電磁バルブが使用されている。ポンプ装置１１には、開閉スイッチＳＷが設けられており、その接点はポンプＰの回転、停止に連動して動作する接点ｒｌと図示のように直列に接続されている。ポンプＰが回転している時は接点ｒｌは実線の状態にあるが、停止した時は点線の状態となる。この停止状態で開閉スイッチＳＷを押すとその接点が閉じて地気信号が各電磁バルブへ送出される。ポンプＰの回転時はストップバルブ１５ａ、１５ｂは（白表示）開放、エアー入れバルブ１６、水抜きバルブ１４（黒表示）は閉じているが、地気信号の到着によりこの開閉状態が反転して排水が行われる。あるいはポンプＰを停止し周囲温度が氷点下近くになると温度スイッチＴＳが、接点を閉じ自動的に排水が行われる。即ち、手動あるいは自動で確実に排水される。尚、このリモート操作機能は図２、（ａ）（ｂ）（ｃ）の各実施例についても同様に適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による熱交換器は、熱交換器の出口側の分岐管を少なくとも５Ｍ以上の長さ寸法を有する分岐管とし、その先端に水抜きバルブを設けたので、分岐管の高低差により生ずる吸引圧力により熱交換器内の冷却管の排水を早く、かつ確実に行うことができ、従来のように熱交換内の全部の配管を下り勾配にするため熱交換器を大型にすることなく、また強制排水にするために空気圧縮ポンプなど使用せずにまた済むという効果がある。また、本発明による熱交換器を用いた水冷システムにおいては、温度が氷点下近くになるとこれを自動的に行い排水するようになっているので、特に水抜きバルブの設置場所が遠くなってもきわめて簡単な操作で排水できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。
【図２】本発明の（ａ）第２の実施の形態例、（ｂ）第３の実施の形態例、（ｃ）第４の実施の形態例を示す構成図である。
【図３】本発明の第５の実施の形態例を示す構成図である。
【図４】従来例を示す外観斜視図である。
【図５】他の従来例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
１、１１　　ポンプ装置
２　　電力増巾器
３　　熱交換器
４、４ａ、４ｂ、１４　　水抜きバルブ
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ、　　ストップバルブ
６、１６　　エアー入れバルブ
７、７ａ、７ｂ、９　　分岐管
８　　リザーブタンク
２０　　給水バルブ
【図１】
2004138254.tif 000003
【図２】
2004138254.tif 000004
【図３】
2004138254.tif 000005
【図４】
2004138254.tif 000006
【図５】
2004138254.tif 000007