JPH0791871A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境中に存在する流水資源を浄化する必要な
く熱源として活用可能な熱交換装置を提供すること。 【構成】 第１の所定温度を有する第１の流体が流通す
る第１の流路と、第２の所定温度を有する第２の流体が
流通する第２の流路を備える。さらに高熱伝導率材から
成る蓄熱部材を第１の流路の下流から上流へ向けて第１
の流体中を移動させるとともに第２の流路の上流から下
流へ向けて第２の流体中を連続的に移動させる移動シス
テムとを備えて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱エネルギーを交換する
蓄熱型熱交換装置に係り、特に環境流体の熱エネルギー
を活用する熱交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】温度の異なる２流体間の熱交換を実施す
るのに通常は熱交換器を利用するが、流体が汚く、不純
物や異物を含有する場合には、伝熱面が短時間で汚れ、
熱交換性能が低下する為、伝熱面の汚れを強制的に除去
するブラシやスポンジボールなどを使用したり、十分な
異物除去を行う。しかしながら、これらの対策でも伝熱
面の清掃は困難であり定期的分解清掃が不可欠である。

【０００３】一方、下水、下水処理水、河川水、海水な
ど我々の生活環境の周囲にある環境熱源は多くの熱エネ
ルギーを含んでいたり、年間を通じて温度変化が小さい
等の特徴がある為、冷暖房空調や給湯などの熱源（冷房
時の熱放出対象も兼ねる）として魅力的な条件を有して
いる。しかしながら、説明した様に、熱交換器の汚れと
いう問題の為、これまで利用される事は極めて少なかっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】下水、下水処理水、河
川水、海水など我々の周囲に存在するこれらの熱源を有
効に活用する為に、これらの水資源から熱エネルギーを
回収したり、またこれらの水資源への放熱を行う熱交換
技術を確立する必要がある。特に長期に亘り安定した熱
交換性能を維持する為には、伝熱面の汚れを最小限に抑
え、かつ、運転が容易でより低価格／簡潔な熱交換技術
の開発が不可欠である。

【０００５】本発明の目的は下水、下水処理水、河川
水、海水などの環境流水資源を熱源として活用する為の
熱交換に際し、これら流水熱源を浄化する必要なく活用
可能な熱交換装置を提供する事にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の所定温
度を有する第１の流体が流通する第１の流路と、第２の
所定温度を有する第２の流体が流通する第２の流路と、
高熱伝導率材から成る蓄熱部材と、この蓄熱部材を第１
の流路の下流から上流へ向けて第１の流体中を移動させ
るとともに第２の流路の上流から下流へ向けて第２の流
体中を連続的に移動させる移動システムとを備えて成る
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】以上の構成により、環境流水資源と蓄熱部材と
の熱交換は直接接触であることから極めて高効率に熱の
交換が行われる。従って蓄熱部材および熱搬送流体を介
しての熱移動であるが、伝熱面を介したものでは無く熱
交換効率は極めて高いものである。

【０００８】また、環境流水の汚れが蓄熱部材表面に付
着しても、汚れは蓄熱部材の流路間移動時に落下し、熱
搬送流体の汚れを抑えて環境流水資源を浄化することな
く熱源として活用できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明による生下水からの熱回収システ
ムの構成図である。下水本流１よりフィルター２を介し
て熱交換セクション３に取り込まれた熱源下水４は下水
流路３Ａを流下し放流口５より再び下水本流１へ放流さ
れる。熱源下水４の循環は自然流動による熱交換セクシ
ョン３の水位的条件によってポンプ６の使用もある。

【００１０】一方、熱搬送流体７の循環系８には熱交換
セクション３に於いて、下水流路３Ａに平行し、下水と
は逆の方向に流れる様に熱搬送流体流路３Ｂが設置され
ている。

【００１１】熱交換セクション３での両流体流路は互い
に近い位置に設置される。両流路間を蓄熱体９を吊り下
げた鎖９Ｂはロープウエイ10に接続され、モータ11によ
り一定の速度循環運動を行う。循環速度は一定であるが
モータ11の回転速度を調節する事により熱回収能力を変
更する事が可能である。（モータ11は図示されていな
い）蓄熱体９および鎖９Ｂは下水４あるいは熱搬送流体
７から浮上する時点で夫々の流体の温度に近くなってい
る。両流路間の空中を横切る場合に蓄熱体９は空気と熱
交換し性能を低下する恐れがあるので、蓄熱体９の空間
経路12には防風板13が設置される。（防風板13は図示さ
れていない）また、下水流路３Ａより蓄熱体９が浮上す
る場合には、蓄熱体９に付着する下水やゴミ異物を払い
落とすブラシ14が設置されており、熱源下水４の汚れの
熱搬送流体７への移動を防止する。（ブラシ14は図示さ
れていない）次に、以上の様に構成された一実施例の作
用を説明する。

【００１２】熱交換セクション３に於いて蓄熱体９は十
分に各流体と熱交換し、それら流体のセクション流入温
度となる。この状態で熱交換セクション３より浮上し空
中を横断した後、反対側の流体流路に入る。空中での熱
損失は蓄熱量に比して殆ど無視可能である為、例えば熱
源下水４より熱搬送流体７への熱移動量はほぼ両流体の
温度差と一定時間内に循環する蓄熱体の個数と熱容量
（体積×比熱：潜熱蓄熱体を用いる時は潜熱×体積を加
算）により決定される。

【００１３】勿論、熱源下水４および熱搬送流体７の流
量はこの熱移動量に比して十分に大きく設定する。熱源
下水４は生下水ゆえ、大きな固形異物や繊維異物は入り
口のフィルター２にて除去されるものの汚れ、微小異
物、微生物が大量に含まれており、これらは蓄熱体９や
鎖９Ｂに付着する。このまま熱搬送流体７に蓄熱体９お
よび鎖９Ｂを移動させた場合、それらの汚れが熱搬送流
体７に移動し、閉ループで循環する熱搬送流体７を汚
す。この防止の為、蓄熱体９が熱源下水４より浮上する
位置にブラシなどにて汚れを落とす洗浄装置14を設置す
る。

【００１４】これにより、熱搬送流体の汚れを最小限に
とどめる事が可能となる。また、熱搬送流体は閉ループ
内での循環であるため薬品の注入が可能であり、熱交換
器伝熱面の保護が可能となる。

【００１５】この様に、従来の熱交換器では汚れのひど
い熱源水を直接ヒートポンプへ導入する事は出来ず、仕
方なく処理を行い、汚れを低下させ、かつ熱交換器の伝
熱面を洗浄する手段を設ける事で対応していた。本発明
では、汚れのひどい熱源水より熱エネルギーのみを専用
の熱搬送流体に転移させ、ヒートポンプへ送り込む為、
熱的には間接的であるが、高効率に熱の回収や排出を実
施できる。また、専用の熱搬送流体を使用する事から、
熱交換器伝熱面の保護が理想的に実施可能であり、従来
システムの様に、複雑でスペースを必要とする水処理装
置が省略でき、熱回収プラントの設置条件が大幅に改善
できる。この事は間接的であるが下水処理水の移送ライ
ンなどコストの多くを占める配管作業を低減し、経済性
を改善する要因となっている。

【００１６】図２は本発明の他の実施例を示す構成図で
ある。鎖状の蓄熱体９Ｃを弛ませて使用し、弛みの部分
で下水あるいは熱搬送流体と熱交換させる構成としてい
る。

【００１７】次に、この他の実施例の作用について説明
する。鎖状の蓄熱体９Ｃである事からその循環には駆動
歯車20の回転を使用した機構を利用する事が可能であ
り、また、蓄熱体の各流体への浸漬に於いても鎖に弛み
を与える事により達成可能である為、第一の実施例に比
して簡潔な蓄熱体循環機構を達成できる。

【００１８】本発明に伴なう追加構成設置は主に保守が
容易なオープン状態での運転を基本とし、個々の装置な
ども微妙な調整や制御を必要としない為、保守性に優れ
た効果を発揮する事が特徴である。

【００１９】この様に蓄熱体は下水および熱搬送流体に
直接接触し、極めて高効率に熱の交換を行う作用を有す
る。これにより間接的ではあるが下水などの汚れた熱源
水から熱搬送流体に高効率に熱エネルギーを移動させる
事が可能となる。

【００２０】熱搬送流体と下水などの熱源水は両者とも
オープンな平行流路でかつ互いに反対方向に流れる構成
とし、両流体の流れ方向の逆方向に蓄熱体を液中に埋没
させながら流路中を進行させる事から相対速度差が大き
くとれ熱の伝達が良好となる。この作用で蓄熱体を流路
中に没しながら移動させる熱交換区間の距離を短くな
る。

【００２１】この様にして下水などの熱源水より熱エネ
ルギーを回収（逆に冷房時などは熱エネルギーを捨てる
場合も同様である）し、これを同様な手段でヒートポン
プあるいは冷凍機などへ熱エネルギーを搬送する熱搬送
流体へ移す事が可能となる。

【００２２】従って、熱搬送流体は常に汚れの少ない状
態でヒートポンプなどの熱源機内を循環する事ができ、
熱源器の熱交換器伝熱面を極めて清浄に保つ事が可能で
ある。

【００２３】また、熱搬送流体はそれ自身は常に閉ルー
プを循環する熱媒体である事から微生物の発生を抑制す
る薬品の注入や汚れ状態の監視などを容易に行う事が可
能である。この様に、蓄熱体を循環させる間接的熱回収
手段を用いる事により熱交換器の伝熱面の汚れ発生を最
小限に抑え、かつ高効率に熱を回収する事が可能とな
る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によればヒー
トポンプ等の熱交換器洗浄装置や汚れ防止フィルターな
どの熱源機保護装置を使用する事なく、汚れや異物を多
量に含む熱源流体を利用する事が可能となる。これによ
り、従来の様に機器のメイテナンスに多大な労力とエネ
ルギーやコストをかけずに長期に亘りヒートポンプ等の
熱源機を高効率で使用できる効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の熱交換装置の構成図

【図２】本発明の他の実施例の熱交換装置の構成図

【符号の説明】

１…下水本流 ２…フィルター ３…熱交換セクション
３Ａ…下水流路 ３Ｂ…熱搬送流体流路 ４…熱源下水（冷熱源も含む）
５…放流口 ６…ポンプ ７…熱搬送流体 ８…循環
系 ９…蓄熱体 ９Ａ，９Ｂ…鎖 ９Ｃ…鎖状蓄熱体
10…ロープウエイ 11…モータ 12…空間流路 13…防
風板 14…ブラシ（洗浄装置） 20…駆動歯車

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の所定温度を有する第１の流体が流
   通する第１の流路と、第２の所定温度を有する第２の流
   体が流通する第２の流路と、高熱伝導率材から成る蓄熱
   部材と、この蓄熱部材を第１の流路の下流から上流へ向
   けて第１の流体中を移動させるとともに第２の流路の上
   流から下流へ向けて第２の流体中を連続的に移動させる
   移動システムとを備えて成る熱交換装置。
2. 【請求項２】 前記蓄熱部材は複数の金属球である請求
   項１記載の熱交換装置。
3. 【請求項３】 前記蓄熱部材は鎖状形状を成す請求項１
   記載の熱交換装置。
4. 【請求項４】 前記移動システムの移動速度は可変であ
   る請求項１記載の熱交換装置。
5. 【請求項５】 前記蓄熱部材の第１流路から第２の流路
   へ移動する空間に前記蓄熱部材の変温度を抑制する覆い
   を設置して成る請求項１乃至請求項４記載の熱変換装
   置。