(57)【要約】【課題】  粘弾性界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として使用したときにおいても、熱交換部における伝熱特性の低下を抑えることができる熱交換器を適用すること。【解決手段】  界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて熱交換部で他の熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器。熱交換部の伝熱管２４の上流端部に、熱搬送媒体の流れる方向に沿って、一対のディスク状エレメント３０，３２が複数枚重ねて配設されている。一対のディスク状エレメント３０，３２には流路孔を規定する１個又は２個以上の孔３６，３８が形成されており、ディスク状エレメント３０，３２の孔３６，３８を通して流れると、界面活性剤水溶液の粘弾性が消失し、その伝熱性能の低下が防止される。【選択図】      図３
2005037092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて熱交換部で他の熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記熱交換部の上流端部に、前記熱搬送媒体の流れる方向に沿って、一つ以上の流路孔を有する複数枚のディスク状エレメントが複数枚重ねて配設されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換部の上流端部に、前記熱搬送媒体の流れる方向に沿って一対のディスク状エレメントが配設され、前記一対のディスク状エレメントの流路孔は相互に異なっていることを特徴とする請求項１に記載された熱交換器。
【請求項３】
界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて熱を搬送する熱搬送システムであって、
前記熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、前記熱搬送媒体の熱を利用する熱利用側プラントと、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントを通して前記熱搬送媒体を循環させる循環流路と、を具備し、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントの少なくとも一方は、請求項１又は２に記載された熱交換器を備えていることを特徴とする熱搬送システム。
【請求項４】
界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて熱を搬送する熱搬送システムであって、
前記熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、前記熱搬送媒体の熱を利用する熱利用側プラントと、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントを通して前記熱搬送媒体を循環させる循環流路と、から構成され、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントの少なくとも一方は、前記熱搬送媒体と他の熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器を備え、前記熱交換器の上流側又はその上流端部に、前記熱搬送媒体の流れる方向に沿って、一つ以上の流路孔を有する複数枚のディスク状エレメントが複数枚重ねて配設されていることを特徴とする熱搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷熱、温熱などの熱を水の顕熱を利用して搬送する搬送するシステム、またこの熱搬送システムなどに適用する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、地域冷暖房システムにおいては、熱供給側プラントにて発生した熱を熱利用側プラント、例えば大型建造物まで搬送している。このようなシステムでは、熱搬送媒体である水を循環させるための搬送配管の長さは数ｋｍ以上になり、熱搬送媒体を搬送するための動力はかなり大きくなり、地域冷暖房システムのランニングコストの約６０〜７０％であるとも言われている。
【０００３】
最近、ランニングコストの低減を図るために、粘弾性を示す界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用い、流動摩擦抵抗を著しく低減させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。この界面活性剤水溶液は、配管内を流動する水に特定の陽イオン性界面活性剤とサリチル酸ナトリウムなどの有機酸塩とをそれぞれ数１０〜数１０００ｐｐｍずつ溶解させたものである。このような界面活性剤水溶液においては、界面活性剤が水中で、疎水基部を中心に親水基部を外周部に配置してミセル（会合体）を形成し、そのミセルが棒状の形態をなして高次に絡まって粘弾性を示すものであり、このようなことに起因して摩擦低減効果が発揮されるといわれている。
【０００４】
【特許文献１】特公平３−７６３６０号公報
【特許文献２】特公平４−６２３１号公報
【特許文献３】特公平５−４７５３４号公報
【特許文献４】特開平８−３１１４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような界面活性剤水溶液の特性として、流動摩擦抵抗の減少と同時に伝熱特性も低下することが知られている。つまり、界面活性剤水溶液を地域冷暖房やビル空調などの熱搬送システムに利用しようとすると、確かに流動摩擦抵抗は減少し、それにともなって搬送動力も削減され、省エネルギー型熱搬送システムを構築することができるが、その一方で、熱供給側プラントと熱利用側空調機内にそれぞれ設置されている熱交換器における伝熱性能が低下してしまうことになる。それ故に、水又は配管などの機器材料の腐食を防止する添加物が溶解した従来の水溶液を熱搬送媒体として用いたシステムと比較して、熱供給側プラント及び熱利用側プラントにおける熱交換器の伝熱部分の面積を大きくする必要が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、粘弾性界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として使用したときにおいても、熱交換部における伝熱特性の低下を抑えることができる熱交換器を適用することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、粘弾性界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として使用したときにおいても、熱交換器の熱の伝熱特性を従来の水系熱搬送媒体を用いたシステムと同等にすることができる熱搬送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、粘弾性界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いる熱搬送システムにおいて、熱供給側プラント内で熱搬送媒体に熱を伝達させる（熱搬送媒体を加熱または冷却する）熱交換器及び／又は熱利用側プラント内で熱搬送媒体からの熱を他の熱搬送媒体に伝達させる（別の熱搬送媒体を加熱または冷却する）熱交換器に関し、熱交換器の上流側又はその上流端部に、熱搬送媒体の流動する方向に沿って、一つ以上の流路孔を有するディスク状エレメントを複数枚重ねて配設することにより、また粘弾性界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いる熱搬送システムにおける熱交換器において、熱交換部の上流端部に、熱搬送媒体の流れる方向に沿って、一つ以上の流路孔を有するディスク状エレメントを複数枚重ねることによって、上述した目的が達成されることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明は、下記に示す通りの熱交換器及び熱搬送システムを提供するものである。
本発明の請求項１に記載された熱交換器は、界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて熱交換部で他の熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記熱交換部の上流端部に、前記熱搬送媒体の流れる方向に沿って、一つ以上の流路孔を有する複数枚のディスク状エレメントが複数枚重ねて配設されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載された熱交換器では、前記熱交換部の上流端部に、前記熱搬送媒体の流れる方向に沿って一対のディスク状エレメントが配設され、前記一対のディスク状エレメントの流路孔は相互に異なっていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載された熱搬送システムは、界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて熱を搬送する熱搬送システムであって、
前記熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、前記熱搬送媒体の熱を利用する熱利用側プラントと、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントを通して前記熱搬送媒体を循環させる循環流路と、を具備し、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントの少なくとも一方は、請求項１又は２に記載された熱交換器を備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載された熱搬送システムは、界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて熱を搬送する熱搬送システムであって、
前記熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、前記熱搬送媒体の熱を利用する熱利用側プラントと、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントを通して前記熱搬送媒体を循環させる循環流路と、から構成され、前記熱供給側プラント及び前記熱利用側プラントの少なくとも一方は、前記熱搬送媒体と他の熱搬送媒体との間で熱交換を行う熱交換器を備え、前記熱交換器の上流側又はその上流端部に、前記熱搬送媒体の流れる方向に沿って、一つ以上の流路孔を有する複数枚のディスク状エレメントが複数枚重ねて配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に記載された熱交換器によれば、熱交換部の上流端部に一つ以上の流路孔を有するディスク状エレメントが複数枚配設されているので、これらディスク状エレメントの流路孔を通して流れることによって、熱搬送媒体（界面活性剤水溶液）の棒状ミセルの高次構造が乱されて粘弾性が消失し、熱交換部を流れる間においては、その粘弾性が一時的に消失して伝熱性能の低下が抑えられ、かくして熱交換器の熱交換部における伝熱特性を改善することができる。このようなディスク状エレメントは例えば２枚又は３枚設けることができ、或いは例えば２枚を一組とするエレメントユニットが２組又は３組設けることができる。また、熱交換部が例えば複数本の伝熱管から構成される場合、複数枚のディスク状エレメントは各伝熱管の上流端部に設けられる。
【００１４】
また、本発明の請求項２に記載された熱交換器によれば、一対のディスク状エレメントが熱交換器の上流端部に設けられるので、熱搬送媒体が一対のディスク状エレメントの流路孔を通過することによって、その棒状ミセルの高次構造が乱れ、一対のディスク状エレメントを配設するという簡単な構成でもって、熱交換部の伝熱特性を改善することができる。一対のディスク状エレメントに関し、下流側のディスク状エレメントの流路孔の断面積がその上流側のディスク状エレメントの流路孔の断面積よりも小さくなるようにするのが好ましく、このように構成した場合、熱搬送媒体は、上流側のディスク状エレメントの流路孔を通過するときに、このエレメントと衝突するとともに、通過の際には急激に絞られ、更に下流側のディスク状エレメントの流路を通過するときにもエレメントと衝突するとともに、通過の際には急激に絞られ、更にまた下流側のディスク状エレメントの通過直後に急激に拡がり、このように流れることによって、熱搬送媒体は強い損失エネルギーを受けて棒状ミセルの高次構造が乱されるようになる。
【００１５】
また、本発明の請求項３に記載された熱搬送システムによれば、熱供給側プラント及び熱利用側プラントの少なくとも一方が上述した熱交換器を備えているので、熱供給側プラント及び熱利用側プラントを接続する循環流路を流れるときには熱搬送媒体は粘弾性を示す一方、他の熱搬送媒体と熱交換する熱交換器を流れるときには粘弾性が消失して伝熱特性の低下が抑えられ、かくして、熱搬送媒体の摩擦低減効果を維持しながら熱交換器における伝熱特性の低下を抑えることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４に記載された熱搬送システムによれば、熱供給側プラント及び熱利用側プラントの少なくとも一方が熱交換器を備え、この熱交換器の上流側又は上流端部に複数枚のディスク状エレメントが設けられているので、これらディスク状エレメントの流路孔を通して流れることによって、熱搬送媒体（界面活性剤水溶液）の棒状ミセルの高次構造が乱され、一時的に粘弾性が消失した熱搬送媒体が熱交換器を通して流れるようになり、かくして、熱交換器における伝熱特性の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う熱交換器及びこれを備えた熱搬送システムの最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の熱交換器を備えた熱搬送システムを示す簡略図であり、図２は、図１の熱搬送システムに装備された熱交換器を一部切り欠いて示す斜視図であり、図３は、図２の熱交換器における伝熱管の一端部を断面で示す部分拡大断面図であり、図４は、図３の伝熱管に配設された上流側のディスク状エレメントを示す正面図であり、図５は、図３の伝熱管に配設された下流側のディスク状エレメントを示す正面図である。尚、以下の説明では、本発明の熱搬送システムを大型建造物（例えばビル）などの空調を行う空調システムに適用して説明するが、こようなものに限定されず、地域冷暖房システム、ごみ焼却場、工場などの排熱システム、河川水、海水、下水処理水などの温度差エネルギーを利用した熱利用システムなどに広く適用することができる。
【００１８】
図１において、図示の熱搬送システムは、熱（温熱又は冷熱）を供給する熱供給側プラント２と、熱を利用する熱利用側プラント４と、これらプラント２，４を接続する循環流路６と、を備えている。循環流路６は流路配管などから構成され、熱供給側プラント２からの熱搬送媒体を熱利用側プラント４に導く往流路８と、熱利用側プラント４からの熱搬送媒体を熱供給側プラント２に戻す復流路１０から構成されている。熱供給側プラント２は、例えば、熱交換用冷凍機１２を備えており、この熱交換用冷凍機１２にて冷熱が生成される。
【００１９】
熱搬送媒体としては、摩擦抵抗を低減させる効果を有する界面活性剤（例えば、陽イオン系界面活性剤）を添加した水溶液が用いられ、この熱搬送媒体が熱供給側プラント２、循環流路６及び熱利用側プラントを通して循環される。熱搬送媒体は、熱供給側プラント２の冷凍機１２で冷却され、熱供給側プラント２から往流路８を通して熱利用側プラント４へ搬送され、冷却された熱搬送媒体は、熱利用側プラント４で冷房の冷熱として利用される。熱利用側プラント４で加熱された熱搬送媒体は、復流路１０を通して熱供給側プラント２に搬送され、熱供給側プラント２で元の状態に戻り、熱搬送媒体はこのようにして熱供給側プラント２と熱利用側プラント４との間を循環する。
【００２０】
次に、図２を参照して、熱供給側プラント２に使用される熱交換器の一例としての熱交換用冷凍機１２の構造について説明する。図示の熱交換用冷凍機１２は、シェルアンドチューブ型熱交換器から構成され、冷凍機１２内で発生する冷熱を熱搬送媒体に伝達する部分は蒸発器と呼ばれている。図２に示すように、熱交換用冷凍機１２は、円筒状のシェル１４を備え、このシェル１４の内部空間の上流端部（図２において左端部）に流入側仕切り壁１６が設けられ、その内部空間の下流部（図２において右端部）に流出側仕切り壁（図示せず）が設けられ、シェル１４の上流端壁１８と上流側仕切り壁１６との間に流入側空間２０が規定され、シェル１４の下流端壁（図示せず）と下流側仕切り壁（図示せず）との間に流出側空間（図示せず）が規定されている。
【００２１】
熱交換用冷凍機１２の流入側仕切り壁１６と流出側仕切り壁（図示せず）との間に、熱交換空間２２が規定され、この熱交換空間２２に間隔をおいて複数本の伝熱管２４が配設され、これら伝熱管２４が配設されている部分が熱交換部として機能する。各伝熱管２４の一端部は上流側仕切り壁１６に固定され、その他端部は下流側仕切り壁に固定されている。各伝熱管２４は熱交換空間２４内を実質上並行に延び、その一端は流入側空間２０に開口し、その他端は流出側空間に開口している。この伝熱管２４が収容される熱交換空間２２内は減圧下に保持される。熱交換用冷凍機１２の一方の端壁１８には流入側配管２６が接続され、その他方の端壁（図示せず）には流出側配管２８が接続され、流入側配管２６が復流路１０に連通され、流出側配管２８が往流路８に連通される。
【００２２】
このように構成されているので、復流路１０を通して流動してきた熱搬送媒体は、流入側配管２６を通して熱交換用冷凍機１２の流入側空間２０に流入し、複数本の伝熱管２４を通して流出側空間に流れ、更に流出側配管２８を通して往流路８に流れる。熱交換用冷凍機１２の熱交換空間２２においては、熱搬送媒体は複数本の伝熱管２４を通して連続的に流れる。また、熱交換用冷凍機１２が吸収式冷凍機である場合に水が、また電動式ターボ冷凍機である場合にはフロン液が用いられ、水（又はフロン液）が熱交換空間２２内に連続的に噴出され、その液が伝熱管１２の外周面をたれ落ちながら蒸発（気化）し、このときの気化熱によって、伝熱管１２内を流れる熱搬送媒体が冷却される。そして、冷却された熱搬送媒体は、ポンプ（図示省略）により往流路８を通じて熱利用側プラント４に供給され、冷房の冷熱として利用される。
【００２３】
このような熱搬送システムにおいては、熱搬送媒体として摩擦低減効果を有する界面活性剤水溶液が用いられる。この界面活性剤水溶液に含まれる界面活性剤は特に限定されず、従来用いられているものでよいが、例えば、オレイルヒドロキシエチルジメチルアンモニウム塩とサリチル酸塩の混合物、オレイルビスヒドロキシエチルメチルアンモニウム塩とサリチル酸塩の混合物、オレイルトリヒドロキシエチルアンモニウム塩とサリチル酸塩の混合物、セチルトリメチルアンモニウム塩とサリチル酸塩の混合物、ステアリルトリメチルアンモニウム塩とサリチル酸塩の混合物などが挙げられ、オレイルトリヒドロキシエチルアンモニウム塩とサリチル酸塩の混合物が好ましい。尚、これらの混合物は系内で塩交換を行って、相当する第四級アンモニウムカチオンのサリチル酸塩を生成するものと推測される。
【００２４】
界面活性剤水溶液中の界面活性剤の濃度も特に限定されないが、前記第四級アンモニウム塩の濃度は５０〜５００００ｐｐｍが好ましく、１００〜３００００ｐｐｍがより好ましく、２００〜１００００ｐｐｍが特に好ましい。また、サリチル酸塩の濃度は、同時に使用される第四級アンモニウム塩のモル量の０．１〜２０倍モル量が好ましく、０．３〜１０倍モル量がより好ましく、０．５〜８倍モル量が特に好ましい。
【００２５】
このような界面活性剤水溶液を用いた場合、界面活性剤が水中で、疎水基部を中心に親水基部を外周部に配置してミセル（会合体）を形成し、そのミセルが棒状の形態をなして高次に絡まって粘弾性を示し、この粘弾性により流動摩擦抵抗が低減され、これにより、熱搬送媒体の搬送動力を小さくすることができる。
【００２６】
この界面活性剤水溶液は摩擦抵抗の低減と同時に伝熱性能の低下を発現し、熱交換用冷凍機１２の熱交換器部における伝熱特性を改善するために、次の通りに構成されている。主として図３を参照して、各伝熱管２４は中空円筒状であり、その一端部（流入側空間２０に連通された上流端端部）に乱流生成手段としての一対のディスク状エレメント３０，３２が配設されている。ディスク状エレメント３０，３２は、矢印３４で示す熱搬送媒体の流れ方向に重ねて配設され、伝熱管２４内に例えば圧入固定される。
【００２７】
図４及び図５をも参照して、図示の形態では、上流側に配設されたディスク状エレメント３０には、その中央部に円形状の孔３６が形成され、この孔３６が流路孔を規定する。また、下流側に配設されたディスク状エレメント３２には、上流側のディスク状エレメント３０の流路孔とは相互に異なる流路孔が設けられ、この形態では、下流側ディスク状エレメント３２の半径方向中間部に周方向に間隔をおいて４個の円形状の孔３８が形成され、上流側のディスク状エレメント３０の孔３６と下流側のディスク状エレメント３２の孔３８との重複部分が下流側ディスク状エレメント３２の流路孔の流入口を規定し、これら孔３８が流路孔の大部分を規定している。
【００２８】
一対のディスク状エレメント３０，３２は、例えば、円板状部材に孔加工を施すことによって形成される。ディスク状エレメント３０，３２に形成される孔３６，３８は、図示の形態では円形状であるが、このような形状に限定されるものではなく、例えば四角形状、三角形状、半円形状などの適宜の形状に形成することができる。
【００２９】
また、一対のディスク状エレメント３０，３２の孔３６，３８は相互に異なる形状にするのが好ましく、このような形状にすることによって、熱搬送媒体の乱流を後述するように発生させることができる。ディスク状エレメント３０，３２の孔３６，３８の全断面積についても特に限定されるものではないが、大きいと界面活性剤水溶液に与える縮小、拡大流れの損失エネルギーが小さくなって乱流発生の効果が少なく、逆に小さいとそれ自身が界面活性剤水溶液の流れの妨げとなってしまうために好ましくない。このようなことから、伝熱管１４の流路断面積の１０〜９０％であるのが好ましく、１５〜８０％であるのがより好ましく、１８〜７５％であるのが特に好ましい。
【００３０】
ディスク状エレメント３０，３２の流路孔に関して、上流側ディスク状エレメント３０の流路孔の全断面積（この場合、孔３６の面積）が下流側ディスク状エレメント３２の流路孔の全断面積（この場合、孔３６と４つの孔３８との重複部分の面積）よりも大きくなるようにするのが好ましく、このように構成することによって、矢印３４で示す方向に流れる熱搬送媒体は、上流側空間２０から上流側ディスク状エレメント３０に流入する際に急激に絞られ、更に上流側ディスク状エレメント３０から下流側ディスク状エレメント３２に流入する際に絞られ、下流側ディスク状エレメント３２から伝熱管２４内に流入する際に急激に開放される。
【００３１】
ディスク状エレメント３０，３２の配設長さ（換言すると、一対のディスク状エレメント３０，３２の肉厚の合計厚さ）についても特に限定されるものではないが、配設長さが短いと界面活性剤水溶液に縮小、拡大流れの損失エネルギーを与える時間が短くなって乱流発生の効果が少なくなり、逆に配設長さが長いとコスト的に無駄となる。このようなことから、ディスク状エレメント３０，３２の配設長さは、伝熱管２４の上流端部に伝熱管２４の全長の０．１〜１０％の長さ割合で挿入されるのが好ましく、０．５〜５％の長さ割合で挿入されるのがより好ましく、０．７〜２％の長さ割合で挿入するのが特に好ましい。また、ディスク状エレメント３０，３２の孔３６，３８の個数についても特に限定されるものではなく、上流側ディスク状エレメント３０の孔３６については２個以上設けるようにしてもよく、また下流側ディスク状エレメント３２の孔３８についても例えば３個又は５個以上設けるようにしてもよい。
【００３２】
ディスク状エレメント３０，３２の材料についても、特に限定されないが、合成樹脂材料又は金属材料から形成することができる。合成樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリ塩化ピニル、メラミン樹脂、ポリエチレンなどが挙げられ、アクリル樹脂、ポリエチレンなどが好ましい。また金属材料としては、鉄、銅、金、銀、ステンレス、真ちゅうなどが挙げられ、コストなどの面から鉄、銅、ステンレスなどが好ましい。
【００３３】
また、ディスク状エレメント３０，３２の固定は、図示の形態のように圧入固定してもよいが、このような固定様式に限定されず、例えば、ディスク状エレメント３０，３２の外周面と伝熱管２４の内周面を接着剤で密着固定するようにしてもよく、或いはディスク状エレメント３０，３２を厚み方向にテーパー状に形成して伝熱管２４の一端部に押し込んで密着固定するようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した形態では、ディスク状エレメント３０，３２を熱搬送媒体の流れ方向に２枚重ねて設けているが、３枚以上を重ねて配設するようにしてもよく、熱搬送媒体の流れる方向に熱搬送媒体の流路が確保されるようになっていればよく、例えば図６に示すように構成することができる。図６において、この変形形態では、乱流生成手段が４枚のディスク状エレメント３０Ａ，３２Ａ，３０Ｂ，３２Ｂから構成され、上流側の一対のディスク状エレメント３０Ａ，３２Ａと下流側の一対のディスク状エレメント３０Ｂ，３２Ｂとは、図３に示す一対のディスク状エレメント３０，３２と実質上同一の構成であり、一対のディスク状エレメント３０Ａ，３２Ａ（３０Ｂ、３２Ｂ）からなるエレメント組が熱搬送媒体の流れ方向に重ねて２組設けられている。このようなエレメント組を３組以上設けるようにしてもよく、また３枚以上のディスク状エレメントでもってエレメント組を構成するようにしてもよい。
【００３５】
このようなディスク状エレメント３０，３２として、工業的に市販されて主に液体の混合、攪拌、分散又は化学反応促進に用いられている静止型混合器、例えば、フジキン株式会社から販売されているもの（商品名：分散君）を用いることができる。この静止型混合器は、複数の孔を有する金属製の円板を配管内に挿入固定して用いるものであり、伝熱管２４内を流動する界面活性剤水溶液からなる熱搬送媒体に剪断力を加えて攪拌し、乱流を発生させて上述したと同様の効果を得ることができる。
【００３６】
このような熱交換用冷凍機１２においては、ディスク状エレメント３０，３２の孔３６，３８を通して熱搬送媒体が流れることによって、熱搬送媒体に乱流が生成されるようになる。即ち、図３から理解されるように、熱搬送媒体としての界面活性剤水溶液が上流側ディスク状エレメント３０の孔３６内に流入するとき、また下流側ディスク状エレメント３２の孔３８内に流入するときに、界面活性剤水溶液が流れる流路が急激に縮小され、これらのときに界面活性剤水溶液が絞られるとともに、ディスク状エレメント３０，３２に衝突するようにる一方、下流側ディスク状エレメント３２から伝熱管２４内に流入するときに、界面活性剤水溶液が流れる流路流路は急激に拡大され、界面活性剤水溶液は急激に開放されるようになる。一対のディスク状エレメント３０，３２を通して流れるとき、界面活性剤水溶液は絞り、衝突及び開放されて流れの強い損失エネルギーを受けて棒状ミセルの高次構造が乱され、ディスク状エレメント３０，３２の通過時及び通過後しばらくの間（好ましくは、伝熱管２４を通して流れるあいだ）は粘弾性が消失すると考えられ、このことに起因して伝熱特性の低下がほとんどなく、熱搬送媒体として水を用いた場合とほぼ同等の伝熱特性が得られると考えられる。
【００３７】
例えば、地域冷暖房システムの熱供給側プラントで実際に使用されている熱交換用冷凍機（その伝熱管の配管口径（内径）が１０〜２０ｍｍの範囲である）に適用し、熱搬送媒体の流速が実際に仕様される１〜２ｍ／ｓの範囲であるときには、熱搬送媒体として水を用いた場合と同じ伝熱性能（熱伝達率）を達成することができる。
【００３８】
上述した構成の熱交換器は、地域冷暖房システムやビル空調システムの熱搬送システム、ゴミ焼却場や工場の排熱搬送システム、河川水、海水、下水処理水などの温度差エネルギーの搬送に利用した熱搬送システムに適用することができ、このような熱搬送システムに適用することによって、循環流路を通して流れる間は、界面活性剤水溶液の粘弾性特性によって流動摩擦抵抗を低減し、水搬送動力の削減を図ることができるとともに、熱供給側プラント及び／又は熱利用側プラント（熱交換器を装備するプラント）の熱交換器を通して流れる間は、界面活性剤水溶液の粘弾性を消失させて伝熱特性の改善を図ることができ、これによって、熱交換器の小型化などを図ることができる。
【００３９】
以上、本発明に従う熱交換器及びこれを備えた熱搬送システムの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃修正が可能である。
【００４０】
例えば、図示の実施形態では、一対のディスク状エレメント３０，３２（乱流生成手段）を熱交換用冷凍機１２（熱交換器）の各伝熱管２４の上流端部に配設しているが、このような構成に限定されず、一つのディスク状エレメント３０，３２（乱流生成手段）を熱交換用冷凍機１２の上流側、例えば流入側配管２６に配設するようにしてもよい。
【実施例】
【００４１】
熱搬送媒体の伝熱効果を確認するために、図７に示す評価装置を用いて次の通りの実験を行った。図７において、この評価装置は、媒体タンク５２、ポンプ５４、伝熱特性計測ユニット５６を備えている。媒体タンク５２には熱搬送媒体が充填され、この熱搬送媒体がポンプ５４により配管５８，６０を通して伝熱特性計測ユニット５６に送給され、この伝熱特性計測ユニット５６を通して流れた後に配管６１を通して媒体タンク５２に戻され、配管５８，６０，６１及び伝熱特性計測ユニット５６を通して循環される。
【００４２】
伝熱特性計測ユニット５６は、伝熱管６２と、伝熱管６２の周りを覆う外側円管６４とを備え、外側円管６４はステンレス鋼製の呼び径４０Ａの円管から構成されている。伝熱管６２と外側円管６４とから構成される二重管（二重管熱交換器）の環状空間、即ち外側円管６４と伝熱管６２との間の環状空間には、熱交換される媒体として冷水が送給され、この冷水により伝熱管１２内を流れる熱搬送媒体が冷却される。この評価実験では、媒体タンク５２に１０℃に調整された熱搬送媒体を充填して伝熱特性計測ユニット５６に送給するようにした。また、伝熱管６２の管壁の温度が８℃になるように、約２〜３℃の冷水を外側円管６４と伝熱管６２との間の環状空間に常時流入し、この冷水により、伝熱管６２内を流動する１０℃の熱搬送媒体を冷却した。
【００４３】
本評価実験においては、冷却時の伝熱管６２の内側の伝熱特性として熱伝達率を算出した。なお、実際の冷凍機に内蔵される蒸発器とこの評価装置とでは伝熱管内を流動する熱搬送媒体を冷却させる方法が異なるが、それらはいずれも伝熱管の外側に関することであり、この発明で議論する伝熱管の内側を流動する熱搬送媒体の伝熱特性（熱伝達率）に何ら影響するものではない。
【００４４】
〔実施例１〕
実施例１として、図３〜図５に示す一対のディスク状エレメントを上記評価装置の熱交換器（二重管熱交換器）に装着したものを用い、この熱交換器の伝熱特性を計測した。伝熱管６２は平滑銅管から構成され、その外径が１６ｍｍ、その内径１４がｍｍであり、この伝熱管６２の上端部に、一対のディスク状エレメントを配設した。上流側に配置されたディスク状エレメントは、その外径が１３．９ｍｍで、その内径が内径７ｍｍで、その厚さが５ｍｍであった。また、下流側に配置されたディスク状エレメントは、その外径が１３．９ｍｍで、その厚さ５ｍｍであり、径３．５ｍｍの孔が一辺４ｍｍの正方形配置で４個設けられていた。これら一対のディスク状エレメントは、フジキン株式会社から製造販売されているステンレス鋼製のディスクを用い、これら一対のディスク状エレメントを熱搬送媒体の流れる方向に重ねて伝熱管６２の上流端部に固定した。
【００４５】
この実施例１の熱交換器の伝熱特性を計測するための熱搬送媒体として、上水に塩化オレイルビスヒドロキシエチルメチルアンモニウム５００ｐｐｍとサリチル酸ナトリウムを３００ｐｐｍ添加して、オレイルビスヒドロキシエチルメチルアンモニウムのサリチル酸塩からなる界面活性剤水溶液を用い、この熱搬送媒体を上述したようにして熱交換器を流したときの熱伝達率を計測した。
【００４６】
〔実施例２〕
実施例２として、図６に示すように４枚のディスク状エレメントを上記評価装置の熱交換器（二重管熱交換器）に装着したものを用い、この熱交換器の伝熱特性を計測した。伝熱管６２は平滑銅管から構成され、その外径が１６ｍｍ、その内径１４がｍｍであり、この伝熱管６２の上端部に、一対のディスク状エレメントを一組としてこのエレメント組を二組配設した。エレメント組を構成する一対のディスク状エレメントは、実施例１と同様のものをもちいた。即ち、上流側に配置されたディスク状エレメントは、その外径が１３．９ｍｍで、その内径が内径７ｍｍで、その厚さが５ｍｍであり、また、下流側に配置されたディスク状エレメントは、その外径が１３．９ｍｍで、その厚さ５ｍｍであり、径３．５ｍｍの孔が一辺４ｍｍの正方形配置で４個設けられていた。このエレメント組を熱搬送媒体の流れる方向に二組重ねて伝熱管６２の上流端部に固定した。
【００４７】
この実施例２の熱交換器の伝熱特性を計測するための熱搬送媒体として、上水に塩化オレイルビスヒドロキシエチルメチルアンモニウム５００ｐｐｍとサリチル酸ナトリウムを３００ｐｐｍ添加して、オレイルビスヒドロキシエチルメチルアンモニウムのサリチル酸塩からなる界面活性剤水溶液を用い、この熱搬送媒体を上述したようにして熱交換器を流したときの熱伝達率を計測した。
【００４８】
〔比較例〕
比較例として、実施例１において、一対のディスク状エレメントを用いない以外は全て同じものを用い、同じ条件でもって、熱搬送媒体の熱伝達率を計測した。
【００４９】
〔参考例〕
参考例として、比較例において、熱搬送媒体として上水を用いた以外は全て同じものを用い、同じ条件でもって、熱搬送媒体（水）の熱伝達率を計測した。
【００５０】
実施例１，２、比較例及び参考例のそれぞれにおいて、熱搬送媒体の流速と熱伝達率との関係は、図８に示す通りであった。図８の評価結果から明らかなように、実際の熱搬送システムの使用流速範囲、即ち１〜２ｍ／ｓの範囲においては、比較例（ディスク状エレメントを備えていないもの）では、同一の流速において界面活性剤水溶液の熱伝達率は上水のそれより低減している。これに対して、実施例１及び２（ディスク状エレメントを備えているもの）では、界面活性剤水溶液の熱伝達率は参考例（ディスク状エレメントを備えていない熱交換器を用い、上水を流したもの）とほぼ同じである。この評価結果から、粘弾性を示す界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として使用しても、一対のディスク状エレメントを一組、又は二組伝熱管内に装着することによって、伝熱特性の低下を防止し、熱搬送媒体として上水を用いた場合とほぼ同じに保つことができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
熱交換器の熱交換部の上流端部に複数枚のディスク状エレメントを重ねて設けて、この熱交換部を流れる間における界面活性剤水溶液の伝熱特性の改善を図り、熱交換部における熱交換率を高め、熱搬送システムに好都合に適用することができる。また、このような熱交換器を備えた熱搬送システムでは、循環流路を流れる間は所望の摩擦低減が図られ、熱交換器を流れる間は伝熱特性の改善が図られ、熱搬送システムを効率的に運転するのに有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態の熱交換器を備えた熱搬送システムを示す簡略図である。
【図２】図１の熱搬送システムに装備された熱交換器を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図３】図２の熱交換器における伝熱管の一端部を断面で示す部分拡大断面図である。
【図４】図３の伝熱管に配設された上流側のディスク状エレメントを示す正面図である。
【図５】図３の伝熱管に配設された下流側のディスク状エレメントを示す正面図である。
【図６】変形形態の熱交換器における伝熱管の一端部を断面で示す部分拡大断面図である。
【図７】実施例で用いた評価装置を簡略的に示す簡略図である。
【図８】伝熱管内の熱搬送媒体の流速と熱交換器の熱伝達率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
２  熱供給側プラント
４  熱利用側プラント
６  循環流路
１２  熱交換用冷凍機
２２  熱交換空間
２４  伝熱管
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３２，３２Ａ，３２Ｂ  ディスク状エレメント
３６，３８  孔
【図１】
2005037092.tif 000003
【図２】
2005037092.tif 000004
【図３】
2005037092.tif 000005
【図４】
2005037092.tif 000006
【図５】
2005037092.tif 000007
【図６】
2005037092.tif 000008
【図７】
2005037092.tif 000009
【図８】
2005037092.tif 000010