JPH1089864A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スケールおよびスライムに対する特別な対策
が不要で、環境汚染、安全性等の問題の無い熱交換装置
を提供する。 【解決手段】 環境水の入口管および出口管と空気の入
口管および出口管を有し、環境水と空気の直接接触によ
り熱交換を行わせる直接接触式熱交換器４と、環境水の
流路１から環境水を直接接触式熱交換器に供給する環境
水供給手段と、直接接触式熱交換器から環境水を環境水
流路に戻す戻し手段と、直接接触式熱交換器に空気を供
給する空気ブロワ５と、直接接触式熱交換器で熱交換し
た後の空気を導入し、冷媒と熱交換させる熱交換器７
と、冷媒を供給するヒートポンプ６と、熱交換器で熱交
換した空気を空気ブロワに送気する配管とからなる熱交
換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水（処理水、ま
たは未処理水）、河川水、海水等都市およびその近郊に
存在する水（以下、環境水という）が保有する熱を地域
冷暖房等に利用するための熱交換装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境水の保有熱はビルの冷暖房、
あるいは、地域冷暖房等に利用され始めている。これら
の利用において、環境水からその熱（温熱、または冷
熱）を取り出すために、従来は、シェルアンドチューブ
（ Shell and tube ) 型熱交換器等の固体伝熱面を有す
る熱交換器を用いて、ヒートポンプの冷媒、あるいは中
間熱媒体である清水と熱交換を行っていた。

【０００３】また、下水等の環境水からその保有熱を回
収する技術が、特開平０７−１５９０５９号に開示され
ている。これは、下水等の環境水と高比重非水溶性の液
状中間熱媒体とを固体壁伝熱面を介さず、直接接触させ
て熱交換を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】シェルアンドチューブ
（ Shell and tube ) 型熱交換器等の固体伝熱面を有す
る熱交換器では、伝熱面に囲まれた流路が狭いため、熱
交換器に流入する前にストレーナを設置し、一般の環境
水中に存在する固形分（ゴミ）を取り除く必要がある。
さらに、ストレーナを通過した小さいゴミ、液状夾雑
物、および溶解成分等が熱交換器に流入し、伝熱面にス
ケールやスライムが付着、堆積して伝熱性能を低下させ
るため、それらを除去するための装置（例えば、スポン
ジボール循環装置、ブラシ洗浄装置等）等が必要であっ
た。

【０００５】これらの問題は、熱交換器内に固体伝熱面
が存在することに起因するものであるため、特開平０７
−１５９０５９号では、その解決手段として、直接接触
式熱交換器を提案している。この方法は、高比重非溶水
性の液状熱媒体の顕熱を利用するものであるが、非水溶
性といえども、微量の媒体が環境水中に溶け込むことは
不可避であり、新たな環境汚染や安全性、下水処理の負
荷増大等の問題を引き起こす恐れがある。

【０００６】これを解決するためには、環境水に溶解し
ても環境汚染、安全性等の問題がなく、且つ環境水に対
する溶解度が実用上充分に小さい流体を中間熱媒体とし
て、用いる必要がある。

【０００７】本発明は、ゴミ、スケールおよびスライム
に対する特別な対策が不要で、環境汚染、安全性等の問
題の無い熱交換装置により上記問題を解決することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を以下
の装置により達成する。

【０００９】第１の装置は、環境水の入口管および出口
管と空気の入口管および出口管を有し、環境水と空気の
直接接触により熱交換を行わせる直接接触式式熱交換器
と、環境水の流路から環境水を前記直接接触式熱交換器
に供給する環境水供給手段と、前記直接接触式熱交換器
から環境水を環境水流路に戻す戻し手段と、前記直接接
触式熱交換器に空気を供給する空気供給手段と、前記直
接接触式熱交換器で熱交換した後の空気を導入し、冷媒
と熱交換させる熱交換器と、前記冷媒を供給するヒート
ポンプと、前記熱交換器で熱交換した空気を前記空気供
給手段に送気する配管とからなる熱交換装置である。

【００１０】第２の装置は、環境水の入口管および出口
管と空気の入口管および出口管を有し、環境水と空気の
直接接触により熱交換を行わせる直接接触式熱交換器
と、環境水の流路から環境水を前記直接接触式熱交換器
に供給する環境水供給手段と、前記直接接触式熱交換器
から環境水を環境水流路に戻す戻し手段と、前記直接接
触式熱交換器に空気を供給する空気供給手段と、前記直
接接触式熱交換器で熱交換した後の空気を導入し、第２
の中間熱媒体と熱交換させる熱交換器と、第２の中間熱
媒体と冷媒とを熱交換させる第２の熱交換器と、前記冷
媒を供給するヒートポンプと、前記熱交換器で熱交換し
た空気を前記空気供給手段に送気する配管とからなる熱
交換装置である。

【００１１】第３の装置は、第１または第２の装置にお
いて、直接接触式熱交換器に高圧空気を供給する空気圧
縮機を設けた熱交換装置である。

【００１２】「作用」 第１および第２の装置：直接接触式熱交換器において、
取水した下水と中間熱媒体としての空気とを熱交換させ
るから、伝熱面の汚れ対策が不要であり、また環境汚染
や安全性の問題が無い。 第３の装置：空気圧縮機により高圧空気を直接接触式熱
交換器に送気することにより、空気の体積流量を低減す
ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて以下に説明する。図１は、本発明装置の説明図であ
る。１は環境水の流路、図において管路として示してあ
るが、場合によってはこの管路は、河川、海等の水域と
なる。４は直接接触式熱交換器で、環境水の入口管４ａ
および出口管４ｂと、中間熱媒体としての空気の入口管
４ｃおよび出口管４ｄを有している。この直接接触式熱
交換器４において、上部に設けられた環境水の入口管４
ａから器内に入った環境水Ｗは降下し、出口管４ｂから
器外に排出される。一方、下部に設けられた空気の入口
管４ｃから、器内底部に複数本のパイプのそれぞれに多
数の散気孔を空けた散気管（図示せず）または、直方体
の風箱の上面に多数の散気孔を空けた散気盤（図示せ
ず）を介して器内に供給され、気泡Ｂとなって環境水中
を上昇しつつ、環境水Ｗと直接接触して熱交換を行う。
熱交換し終えた空気は器内上部の空間Ｓを経由し、上部
の空気出口管４ｄから器外に排出される。

【００１４】２ａは環境水の取水管、２はポンプ、２ｂ
は入口管４ａに接続された吐出管であり、これらは環境
水の供給手段を構成する。３ａは出口管４ｂに接続され
た吸入管、３はポンプ、３ｂは吐出管であり、これらは
環境水を環境水流路１に戻す戻し手段を構成する。

【００１５】５ａは空気の入口管４ｃに接続された吐出
管、５は空気ブロワ（または、空気圧縮機）であり、こ
れらは空気供給手段を構成する。

【００１６】７ａは空気出口管４ｄに接続し、熱交換器
７に熱交換を終えた空気を供給する配管である。熱交換
器７は、ヒートポンプ６の冷媒と環境水と熱交換を終え
た空気との熱交換を行う。ヒートポンプの冷媒との熱交
換は、図に示した方式以外に、空気と冷媒の間にさら
に、清水等の第２の中間熱媒体を用いて行うこともでき
る。この場合は、第２の中間熱媒体とヒートポンプの冷
媒との熱交換器（図示せず）を設ける。７ｂは、ヒート
ポンプ６の冷媒と熱交換を終えた空気を空気ブロワ５
（または、空気圧縮機）に送気する配管である。

【００１７】空気ブロワ５（または、空気圧縮機）によ
って直接接触式熱交換器４、熱交換器７等からなる空気
循環系を循環する空気は、循環している間に、微量の空
気が環境水に溶解して装置系外に排出される。この排出
された分の補充のために、空気圧縮機８が設けられてい
る。８ａは空気圧縮機の吐出配管で、空気ブロワ５（ま
たは、空気圧縮機）の吐出管５ａに接続されている。

【００１８】この実施の形態における装置系内の空気圧
力は、任意に選択できるが、空気の単位体積当たりの熱
容量を増加させ、所要熱量を回収するために必要な空気
流量を低減するためには、圧力を極力高くすることが望
ましい。

【００１９】そのためには、空気補充用の空気圧縮機８
の吐出圧力を高圧にすればよい。例えば、空気の圧力を
２０ｋｇ／ｃｍ² とすれば、その単位体積当たりの熱容
量は大気圧の場合の約２０倍となり、その分だけ空気流
量を低減することができる。この場合、ポンプ２を系内
の圧力に見合う高揚程のものにする必要があるが、逆
に、循環水を戻すためのポンプ３は多くの場合不要とな
る。また、このように、系内の圧力を高圧にしても、循
環用の空気ブロワ５（または、空気圧縮機）は特別、圧
力比（または、昇圧比）の高いものにする必要はなく、
系内の循環に伴う圧力損失をカバーできればよい。

【００２０】次に、本発明装置における環境水の保有熱
の回収作用について説明する。環境水流路１（または、
河川、海域等）の環境水は、取水管２ａ、ポンプ２、お
よび吐出管２ｂを経由して直接接触式熱交換器４の上部
から入り、器内を降下し、吸入管３ａ、ポンプ３および
吐出管３ｂを経由して環境水流路１の下流に排出され
る。一方、空気が空気ブロワ５（または、空気圧縮機）
から吐出管５ａを経由して、直接接触式熱交換器４の下
部から器内に吹き込まれる。吹き込まれた空気は気泡Ｂ
となって器内を降下する循環水Ｗに拡散しつつ上昇す
る。この間に、循環水と空気の間で、直接的に熱交換が
行われる。熱交換を終えた空気は、器内の上部空間Ｓ、
配管７ａを経由して熱交換器７に入る。一方、熱交換器
７内に配設された伝熱管内をヒートポンプ６からの冷媒
が流れており、空気と冷媒との間で熱交換が行われ、冷
媒は空気を介して環境水の保有熱を回収する。冷媒が回
収した保有熱は、地域冷暖房等に利用される。熱交換を
終えた空気は、配管７ｂを経由して、空気ブロワ５（ま
たは、空気圧縮機）に吸入され、加圧されて再び、吐出
管５ａを経由して、直接接触式熱交換器４に吹き込まれ
る。上述したように、空気が系を循環する間、直接接触
式熱交換器４で、空気の一部が環境水に溶解して系外に
排出されるので、排出される分を空気圧縮機８が吐出配
管８ａを経由して系内に補充する。

【００２１】

【発明の効果】本発明装置は、空気を中間熱媒体とし、
環境水との熱交換に直接接触式熱交換器を使用するか
ら、伝熱面の汚れ対策が不要であり、かつ環境汚染、安
全性の問題の無い環境水保有熱回収用熱交換装置が実現
できる。また、中間熱媒体である空気を高圧とすること
により、その所要体積流量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 環境水流路 ２ ポンプ ３ ポンプ ４ 直接接触式熱交換器 ５ 空気ブロワ（または、空気圧縮機） ６ ヒートポンプ ７ 熱交換器 ８ 空気圧縮機 Ｂ 空気気泡 Ｗ 環境水

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環境水の入口管および出口管と空気の入
   口管および出口管を有し、環境水と空気の直接接触によ
   り熱交換を行わせる直接接触式熱交換器と、環境水の流
   路から環境水を前記直接接触式熱交換器に供給する環境
   水供給手段と、前記直接接触式熱交換器から環境水を環
   境水流路に戻す戻し手段と、前記直接接触式熱交換器に
   空気を供給する空気供給手段と、前記直接接触式熱交換
   器で熱交換した後の空気を導入し、冷媒と熱交換させる
   熱交換器と、前記冷媒を供給するヒートポンプと、前記
   熱交換器で熱交換した空気を前記空気供給手段に送気す
   る配管とからなる熱交換装置。
2. 【請求項２】 環境水の入口管および出口管と空気の入
   口管および出口管を有し、環境水と空気の直接接触によ
   り熱交換を行わせる直接接触式熱交換器と、環境水の流
   路から環境水を前記直接接触式熱交換器に供給する環境
   水供給手段と、前記直接接触式熱交換器から環境水を環
   境水流路に戻す戻し手段と、前記直接接触式熱交換器に
   空気を供給する空気供給手段と、前記直接接触式熱交換
   器で熱交換した後の空気を導入し、第２の中間熱媒体と
   熱交換させる熱交換器と、第２の中間熱媒体と冷媒とを
   熱交換させる第２の熱交換器と、前記冷媒を供給するヒ
   ートポンプと、前記熱交換器で熱交換した空気を前記空
   気供給手段に送気する配管とからなる熱交換装置。
3. 【請求項３】 請求項１または、２において、さらに、
   前記直接接触式熱交換器に高圧空気を供給する空気圧縮
   機を設けた熱交換装置。