JPH1047810A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水垢等の除去されにくい汚れが付着した管を容
易に掃除することができ、熱交換能力を高く維持するこ
とができると共に、設計の際にも熱交換能力を高く設定
できるので、装置のコンパクト化を図ることができる。 【解決手段】胴体部２４内に熱交換されるフロンガス２
３を流すと共に、管３２内に熱交換する空気２５を流
し、３２の内面を水２９で濡らすようにしたので、管３
２の外面は汚れずに内面が汚れる。そして、管３２の内
面の汚れは、胴体部２４内に管群３４を有する場合で
も、管３２の一方端からブラシ等の掃除具を管３２内に
挿入して擦る物理的な掃除ができるので、管群３４の内
面を容易且つ確実に掃除することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換装置に係り、
特に冷凍設備用の蒸発式疑縮器或いは密閉式冷却塔の熱
交換に用いられ、熱交換する側のガスで管群を濡らした
水を気化させることにより水の気化熱を利用して冷却能
力を高めるようにした熱交換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に示すように、従来のこの種の熱交
換装置１は、筒状の胴体２内に蛇管群３が配設され、蛇
管群３の一方端に冷媒４、例えばフロンガスの流入口５
が形成されると共に、他方端に流出口６が形成される。
一方、胴体２の上部には、ファン７が配設され、ファン
７が回転することによりエア吸込口８から吸引された空
気９は、胴体２の下方から蛇管群３の間を通って上方か
ら排気される。また、蛇管群３の上方には、スプレーノ
ズル１０が配設されて蛇管群３の外面に散水され、散水
された水は受水槽１２に回収され、循環ポンプ１３によ
りスプレーノズル１０に循環される。そして、熱交換す
る場合には、熱交換されて冷却される冷媒、例えば、温
かいフロンガスが、流入口５から蛇管群３の管内に流さ
れて排出口６から排出される。一方、胴体２内には、フ
ァン７により熱交換するガス、例えば空気が流されると
共に、蛇管群３の外面を濡らした水を空気で気化させる
ことにより気化熱を利用して蛇管群３の管内を流れるフ
ロンガスを冷却する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の熱交
換装置１は、蛇管群３の外面を水で濡らすために、長期
間の使用により蛇管群３の外面には水垢等の除去されに
くい汚れが付着して熱伝導度が悪くなり冷却能力が低下
する。しかしながら、図６から分かるように、胴体２内
に管が略１０ｍｍ間隔で密集して蛇管群３を形成してい
るために、胴体２に掃除用の開閉蓋１１を形成して蛇管
群３の外面に付着した汚れを除去しようとしても胴体２
に近い管しか掃除できない。特に、管が図６の場合のよ
うに蛇管配列の場合には、胴体２を径方向で切断した時
の蛇管群３の断面が千鳥配列になるために、胴体の中心
部の管はその周囲の管が邪魔になり清掃が一層困難にな
る。そして、薬品洗浄を行っても汚れは殆ど除去されな
い。

【０００４】従って、従来の熱交換装置１は、蛇管群３
の外面が汚れて冷却能力が低下しても、低下したまま運
転しているのが現状である。また、熱交換装置１を設計
する際の装置のキャパシティーを決める場合にも、蛇管
群３がある程度汚れた状態での冷却能力で計算せざるを
得ないために、装置が大型化するという欠点があった。

【０００５】更には、管の修理が必要になった場合にも
修理が難しいために、長期間に渡って運転を停止しなく
てはならないという欠点があった。本発明は、このよう
な事情に鑑みてなされたもので、水垢等の除去されにく
い汚れが付着した管を容易に掃除することができ、熱交
換能力を高く維持することができると共に、設計の際に
も熱交換能力を高く設定できるので、装置の高効率化及
びコンパクト化を図ることができる熱交換装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
る為に、筒状胴体部の両端部を閉塞する一対の支持板の
略全面に形成された支持穴に管の両端を支持させて前記
胴体部内に管群を形成すると共に、前記管の内面を水で
濡らす水供給手段を設け、前記管内面を水で濡らした状
態で前記管の内側に熱交換するガスを流して水を気化さ
せると共に、前記管の外側の前記胴体部内に熱交換され
る冷媒を流し、前記水が気化する気化熱を利用して前記
冷媒を冷却することを特徴とする。

【０００７】また、前記目的を達成する為に、胴体部の
両端部を閉塞する一対の支持板の略全面に形成された支
持穴に管の両端を支持させて前記胴体部内に形成する管
群と、前記胴体部内を前記管群に対して直交する方向に
仕切って複数の区画室を形成する仕切板と、前記仕切板
に形成され、前記胴体部内の一端側の区画室から他端側
の区画室にかけて蛇行状の流路を形成する開口と、前記
管群の一方側に設けられ、前記管内に水を供給して管の
内面を濡らす水供給手段と、前記管群の他方側に設けら
れ、前記管内に供給された余剰の水を受ける受水槽と、
前記受水槽の水を前記水供給手段に循環させる循環手段
と、から成り、前記管内面を水で濡らした状態で前記管
の内側に熱交換するガスを流して水を気化させると共
に、前記管の外側の前記胴体部内に熱交換される冷媒を
流し、前記水が気化する気化熱を利用して前記冷媒を冷
却することを特徴とする。

【０００８】本発明は、水の気化熱を利用した熱交換装
置の管群に付着する汚れの原因は、熱交換される冷媒や
熱交換するガスではなく、管面を濡らす水に含まれるシ
リカ等が析出して固着したり、汚泥等が固着したもので
極めて除去されにくいものであることと、胴体内に管群
を有する管式の熱交換装置の構造とに着目して成された
ものである。即ち、胴体内に熱交換する水及びガスを流
し、管内に熱交換される冷媒を流すという従来の熱交換
装置の既成概念を発想転換すると共に、熱交換の性能を
向上できるようにしたものである。

【０００９】本発明によれば、胴体部内に熱交換される
冷媒を流すと共に、管内に熱交換するガスを流し、管の
内面を水で濡らすようにしたので、管の外面は汚れずに
内面が汚れる。そして、管の内面の汚れは、胴体部内に
管群を有する場合でも、例えば、管の一方端からブラシ
を管内に挿入して擦る物理的な掃除ができるので、全て
の管の内面を容易且つ確実に掃除することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る熱交換装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明の熱交換装置２０の第１の実施の形態を
説明する断面図で、縦型の密閉式冷却塔の例である。図
２は、本発明の熱交換装置２０を理解し易いように示し
た模式図である。また、熱交換される側の冷媒としてフ
ロンガス２３の例で、また、熱交換する側のガスとして
空気２５の例で以下に説明する。

【００１１】図１及び図２に示すように、上端に開放口
２２を有する略中空筒状の胴体部２４の上部と下部に、
胴体部２４を横方向に仕切る上側支持板２６と下側支持
板２８が設けられ、この一対の支持板２６、２８の略全
面に支持穴３０が形成される。支持板同士２６、２８の
支持穴３０には、上下端が開放された管３２が支持され
て胴体部２４内に縦方向の管群３４が形成されると共
に、管３２の上端は、上側支持板２６から上に突出させ
た状態で支持される。支持穴３０と管３２との支持機構
は特に示さないが、管３２を支持穴３０から着脱できる
機構にしておくと、管３２の修理等において便利であ
る。尚、図１及び図２では管３２が一列のみ描かれてい
るが、実際には、筒状の胴体部２４内に多数の管３２が
密集した状態で縦方向に配列されている。

【００１２】また、上側支持板２６と下側支持板２８の
間には、胴体部２４を横方向に仕切る複数の仕切板３
６、３６…が等間隔で配設され、胴体部２４内の縦方向
に複数の区画室３８、３８…が多段形成される。最下段
の区画室３８の胴体部２４側面には、熱交換されるフロ
ンガス２３の流出口４０が形成されると共に、最上段の
区画室３８の胴体部２４側面には流入口４２が形成され
る。更に、各仕切板３６には、流入口４２から流入した
フロンガス２３が最上段の区画室３８から最下段の区画
室３８にかけて蛇行状の流路を形成して流出口４０から
排出されるように開口４４が形成される。即ち、図１に
示すように、最下段の仕切板３６の右端に開口４４を形
成したら、次の段の仕切板３６には左端に開口４４を穿
設されるように仕切板３６の左右に交互に形成する。

【００１３】また、胴体部２４の底部には、水を貯留す
る受水槽４６が設けられると共に、受水槽４６の水２９
は循環ポンプ４８により循環配管５０を介して上側支持
板２６の上側の上部スペース５２に供給される。上部ス
ペース５２に供給される水量は、循環ポンプ４８により
管３２の上端開口３２Ａから管３２内に越流して管３２
の内面に水膜が形成される程度に制御される。これによ
り、受水槽４６から循環ポンプ４８で上部スペース５２
に供給された水２９は、管３２の内面に水膜２９Ａ（図
３参照）を形成しながら落下し、管３２の下端開口３２
Ｂから水滴となって受水槽４６に戻る。受水槽４６の水
は、水供給配管５４を介して適宜補充される。

【００１４】また、下側支持板２８と受水槽４６との間
に形成される下部スペース５７の胴体部２４側面には、
熱交換する側の空気２５の取入口５６が形成されると共
に、取入口５６には金網５８が設けられる。一方、胴体
部２４上端の開放口２２にはファン６０が配設され、こ
のファン６０は胴体部２４内の空気２５を開放口２２か
ら排気する方向に回転する。これにより、取入口５６か
ら胴体部２４内に取り込まれた空気２５は、管３２内を
流れて開放口２２から排出される。

【００１５】次に、上記の如く構成された本発明の第１
の実施の形態の熱交換装置２０の使い方を説明する。熱
交換される側の温かいフロンガス２３は、流入口４２か
ら最上段の区画室３８に流入する。最上段の区画室３８
に流入したフロンガス２３は、仕切板３６に形成された
開口４４を通って順次下の区画室３８に流れることによ
り、蛇行しながら胴体部２４内を流れて流出口４０から
排出される。一方、熱交換する側の空気２５は、ファン
６０の作動により取入口５６から胴体部２４内の下部ス
ペース５７に取り込まれ、管群３４を形成する各管３２
の下端開口３２Ｂから管３２内に流入する。管３２内を
流れた空気は、管３２の上端開口３２Ａから上部スペー
ス５２を介して開放口２２から排出される。これによ
り、胴体部２４内を流れるフロンガス２３と管３２内を
流れる空気２５との間で管３２を介して熱交換が行わ
れ、フロンガス２３が冷却される。

【００１６】この熱交換において、図３に示すように、
受水槽４６から上部スペース５２に供給された水２９
は、管３２の上端開口３２Ａを越流して管３２内に流れ
込み、管３２の内面に水膜２９Ａを形成し、余剰の水は
水滴となって受水槽４６に戻る。従って、管３２内を流
れる空気２５は、水膜２９Ａに接触して一部の水２９を
気化させて周囲の熱を奪うために管３２を冷却し、フロ
ンガス２３の冷却効率を高める。

【００１７】水２９の気化熱を利用したこの種の管式の
熱交換装置２０は、管３２に水垢等の除去されにくい汚
れが付着して熱交換能力が低下する。しかしながら、本
発明の熱交換装置２０では、胴体部２４内に熱交換され
る側の冷媒であるフロンガス２３を流すと共に、管３２
内に熱交換する側の水や、ガスである空気２５を流すと
共に、管３２の内面に水膜２９Ａを形成するようにした
ので、管３２の外面は汚れずに内面が汚れる。そして、
管３２の内面が汚れたら、管３２の上端開口３２Ａか
ら、例えば、ブラシ等の掃除具を挿入することができ
る。従って、掃除具で管３２の内面を掃除具で擦ること
により掃除ができるので、管３２の内面を容易且つ確実
に掃除することができ、一方、管３２の外面は、フロン
ガス等の冷媒が流れるので汚れることはない。尚、掃除
具としては、ブラシに限定されるものではなく、スクレ
ーパや高圧水スプレイ洗浄装置等でもよい。

【００１８】即ち、本発明によれば、上記構成にしたこ
とにより、胴体部２４内に管群が密集されていても、管
３２の上端から掃除具を挿入するのは、胴体部２４に近
い位置にある管３２も胴体部２４の中心部にある管３２
も同じであるから、管群３４を均等に掃除することがで
きる。ちなみに、従来の熱交換装置のように、管３２の
外面に水を散布して管３２の外面が汚れた場合には、胴
体部２４の複数箇所に掃除用蓋を設けても、胴体部２４
に近い位置にある管３２は掃除できるが、胴体部２４の
中心部にある管３２を掃除することはできない。特に、
管３２が蛇管配列の場合には、胴体部２４を径方向で切
断した時の管群３４の断面が千鳥配列になるために、胴
体部２４内の中心部の管３２はその周囲の管３２が邪魔
になり清掃が一層困難になる。この為、従来のこの種の
熱交換装置は、寿命になるまで管３２の掃除をしないの
が一般的である。

【００１９】上記したように、本発明の熱交換装置２０
では、管群３４の掃除を容易且つ確実に行うことができ
るので、管３２を適宜掃除することにより熱交換能力の
指標となる熱伝導率を、新しい管３２の熱伝導率に近い
状態に維持することができる。これにより、本発明の熱
交換装置は、装置の設計を行う際の熱伝導率の設計点
を、従来の熱交換装置に比べて高く設定することができ
る。従って、装置のコンパクト化を図ることができるの
で、熱交換装置を作製する際のイニシャルコストを大幅
に削減することができる。

【００２０】更に、本発明では、装置の胴体部２４内を
複数の区画室３８で区画して、熱交換される側の冷媒を
胴体部２４内を蛇行するように流すことにより、熱交換
経路を長くとることができるので、熱交換効率を高める
ことができる。また、熱伝導率を高く設定できることか
ら、管３２内に流す空気２５の量や管３２内を濡らす水
の量を、従来の熱交換装置に比べて削減することができ
るので、ランニングコストを大幅に削減することができ
る。

【００２１】即ち、本発明の熱交換装置は、装置を設計
する際に必要な熱伝導率、風量、水量等の因子を設計限
界ぎりぎりの数値で設計することができるので、装置の
限界設計が可能となる。図４は、本発明の熱交換装置
と、従来の熱交換装置の熱交換能力の比較を経時的に調
査したグラフである。

【００２２】縦軸に熱交換能力の指標として管３２の熱
伝導率を示し、横軸に熱交換装置の商品ライフを示し
た。縦軸のＫ₃ は新品状態での熱伝導率の値である。本
発明の熱交換装置は、１シーズン毎（約１年）に管３２
の内面をブラシで掃除しながら熱伝導率の推移を調べ、
ａの位置が管３２の掃除した時点を示す。一方、従来の
熱交換装置は、管３２の汚れ面である外面の掃除が実質
的にできないため、管３２の掃除を行わないで熱伝導率
の推移を調べた。

【００２３】この結果、図４から分かるように、本発明
の熱交換装置の熱伝導率は、曲線Ａで示されるように、
熱交換装置の使用開始から１シーズンで熱伝導率がＫ₃
からＫ₁ に約１０％程度低下するが、管３２の汚れ面で
ある内面の掃除により再びＫ ₃ まで復活した。同様に、
１シーズンごとに管３２の内面を掃除することにより、
熱伝導率はＫ₁ を維持した。これにより、本発明の熱交
換装置は、熱交換能力を高く維持することができると共
に、熱伝導率をＫ₁ に設定して熱交換装置のキャパシテ
ィーを決めることができるので、装置の大幅なコンパク
ト化を図ることができる。

【００２４】一方、従来の熱交換装置の熱伝導率は、曲
線Ｂで示されるように、約１０年で熱伝導率がＫ₃ から
Ｋ₂ に、当初の熱交換能力が半減した。従って、熱交換
装置のキャパシティーを決める場合にも、Ｋ₂ で設計し
なくてはならず、装置が大型化してしまい装置コストの
大幅のアップになる。また、本発明の熱交換装置と従来
の熱交換装置との熱伝導率の経時変化の違いは、経年と
ともに大きくなり、従来の熱交換装置は、結局、装置全
体を更新しなくてはならなくなる。

【００２５】図５は、本発明の熱交換方法及び装置の第
２の実施の形態を説明する断面図で、横型の密閉式冷却
塔の例である。第１の実施の形態と同じ装置や部材は、
第１の実施の形態が縦型で第２の実施の形態が横型で上
下、左右の位置関係は、異なるが、装置、部材の機能は
同一であるので、同符号を付して説明すると共に、重複
する説明は省略する。

【００２６】図５に示すように、管３２の内面を水で濡
らす装置として、複数のノズル６６Ａを備えた水噴射装
置６６が管群３４の図中左端位置とファンとの間に形成
される。このノズル６６Ａは、各管３２の開口を臨んで
配設され、ノズル６６Ａから噴射された水が管３２内に
供給される。この場合、装置が横型であることから、水
を噴霧する方向と同方向に、熱交換する側のガス、例え
ば空気を管３２内に流すようにファン６０を回転させる
ことが望ましい。この理由は、水の噴霧方向と空気の流
れ方向とを同じにすることにより、管３２内に噴射され
た水が空気の流れに乗って管の一端から他端まで運ばれ
る平行流を形成することができ、これにより空気の通り
を良くするためである。

【００２７】また、受水槽４６は、胴体部２４の図中右
下に配設されると共に、胴体部２４の右側面には、管３
２内の通り抜けた空気の排出口６８が形成される。 上
記の如く構成された本発明の第２の実施の形態の場合
も、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。尚、管内に供給する水は、第１の実施の形態のよう
に管の内面に水膜を形成してもよく、第２の実施の形態
のように管内に噴射した水を管内を流す空気に乗せて運
んでも良く、要は、気化熱を最も効率的に利用できるよ
うにすれば良い。

【００２８】また、管内において水を空気に対して対向
流とするか平行流とするかも、気化熱を最も効率的に利
用できるようにするかで決められる。また、熱交換され
るガスを上から下に流すか、下から上に流すかは熱交換
の効率の良い方を選択することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱交換装
置によれば、胴体部内に熱交換される側のガスを流すと
共に、管内に熱交換する側のガスを流し、管の内面を水
で濡らすようにしたので、管の外面は汚れずに内面が汚
れる。そして、管の内面の汚れは、胴体部内に管群が密
集する場合でも、管の一方端からブラシを管内に挿入し
て擦る物理的な掃除ができるので、全ての管の内面を容
易且つ確実に掃除することができる。

【００３０】これにより、管群の掃除を容易且つ確実に
行うことができるので、管を適宜掃除することにより熱
交換能力の指標となる熱伝導率を、新しい管の熱伝導率
に近い状態に維持することができる。従って、装置の設
計を行う際の熱伝導率の設計点を、従来の熱交換装置に
比べて高く設定することができる。従って、装置のコン
パクト化を図ることができるので、熱交換装置を作製す
る際のイニシャルコストを大幅に削減することができ
る。更に、本発明では、装置の胴体部内を複数の区画室
で区画して、熱交換される側の冷媒を胴体部内を蛇行す
るように流すことにより、熱交換経路を長くとることが
できるので、熱交換効率を高めることができる。

【００３１】また、熱伝導率を高く設定できることか
ら、管内に流す空気の量や管内を濡らす水の量を、従来
の熱交換装置に比べて削減することができるので、ラン
ニングコストを大幅に削減することができる。即ち、本
発明の熱交換装置は、装置を設計する際に必要な熱伝導
率、風量、水量等の因子を設計限界ぎりぎりの数値で設
計することができるので、装置の限界設計が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換装置の第１の実施の形態を説明
する断面図

【図２】本発明の熱交換装置の第１の実施の形態を説明
する模式図

【図３】本発明の熱交換装置の第１の実施の形態におい
て管内に水膜を形成する方法を説明する要部断面図

【図４】本発明の熱交換装置の効果を説明するグラフ

【図５】本発明の熱交換装置の第２の実施の形態を説明
する断面図

【図６】従来の熱交換装置を説明する断面図

【符号の説明】

２０…熱交換装置 ２３…フロンガス（冷媒） ２５…空気（ガス） ２４…胴体部 ２６…上側支持板 ２８…下側支持板 ３０…支持穴 ３２…管 ３４…管群 ３６…仕切板 ３８…区画室 ４０…フロンガスの流入口 ４２…フロンガスの流出口 ４４…仕切板の開口 ４６…受水槽 ４８…循環ポンプ ５６…空気の取入口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状胴体部の両端部を閉塞する一対の支持
   板の略全面に形成された支持穴に管の両端を支持させて
   前記胴体部内に管群を形成すると共に、前記管の内面を
   水で濡らす水供給手段を設け、 前記管内面を水で濡らした状態で前記管の内側に熱交換
   するガスを流して水を気化させると共に、前記管の外側
   の前記胴体部内に熱交換される冷媒を流し、前記水が気
   化する気化熱を利用して前記冷媒を冷却することを特徴
   とする熱交換装置。
2. 【請求項２】胴体部の両端部を閉塞する一対の支持板の
   略全面に形成された支持穴に管の両端を支持させて前記
   胴体部内に形成する管群と、 前記胴体部内を前記管群に対して直交する方向に仕切っ
   て複数の区画室を形成する仕切板と、 前記仕切板に形成され、前記胴体部内の一端側の区画室
   から他端側の区画室にかけて蛇行状の流路を形成する開
   口と、 前記管群の一方側に設けられ、前記管内に水を供給して
   管の内面を濡らす水供給手段と、 前記管群の他方側に設けられ、前記管内に供給された余
   剰の水を受ける受水槽と、 前記受水槽の水を前記水供給手段に循環させる循環手段
   と、 から成り、前記管内面を水で濡らした状態で前記管の内
   側に熱交換するガスを流して水を気化させると共に、前
   記管の外側の前記胴体部内に熱交換される冷媒を流し、
   前記水が気化する気化熱を利用して前記冷媒を冷却する
   ことを特徴とする熱交換装置。