JPS6124637B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大気開放型熱交換装置に関する。最
近、地熱発電所から排出される地熱々水を河川水
又は井戸水等と熱交換して得られる温水を農業、
牧畜等に利用するいわゆる多目的利用が行なわれ
ている。

この様な多目的に利用まれる熱交換装置は、地
熱々水温度が100℃下の場合では、メインテナン
スの容易さから第１図に示す様な大気開放型の熱
交換装置が使用されている。

第１図に示す従来の大気開放型熱交換装置のメ
カニズムを簡単に説明すると、熱水槽１は複数個
の仕切板２ａ，２ｂ，２ｃ……によつて複数個の
熱交換室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ……に区画さ
れ、各熱交換室内には多数の冷却管から構成され
た管巣４が設置され、また仕切板は１個置きごと
に熱水槽１の底部との間に流出口５ａ，５ｂ，…
を形成している。そして、発電所からの地熱々水
は入口管６を通して第１段の熱交換室３ａに導び
かれ、その後第２段の熱交換室３ｂとの水頭差に
応じた速度で熱水は流出口５ａを通つて第２段の
熱交換室３ｂへ流れるため、第１段の熱交換室３
ａでは熱水は下降流となる。第２段の如交換室３
ｂに入つた熱水は、上昇流となり、第２段の仕切
板２ｂ（第１段仕切板２ａの高さよりも低い）の
上縁を越えて、第３段の熱交換室３ｃに入る。第
３段の熱交換室３ｃに入つた熱水は、第１段の熱
交換室３ａにおける場合と同様、第４段の熱交換
室３ｄとの水頭差により下降流となつて流出口５
ｂを通つて第４段の熱交換室３ｄへ流れる。以下
同様な作用が繰り返しおこなわれ、地熱々水の温
度がかなり低くなつた所で熱水槽１より出口管７
を通して排出される。

一方、熱交換水（河川水又は井戸水等）は、地
熱々水とは逆に最終段の熱交換室より入り、各段
の熱交換室内の管巣４の冷却管内を流過して地
熱々水との間で熱交換をして温度を上昇してい
き、第１段の熱交換室３ｃで所要の温度となつた
熱交換水が熱水槽１より出て養鰻等に利用される
所まで輸送される。

このような従来の大気開放型熱交換装置におい
ては、しかし、地熱々水を用いる熱交換としては
避けられない問題として管巣の冷却管へのスケー
ル付着による熱伝達率の低下があり、このため従
来の熱交換装置では３〜３ケ月に一度冷却管を取
り出して付着したスケールを落さなければ利用出
来ない不便があつた。

この為、スケール付着防止法として、流動床型
熱交換装置が考えられている。

この流動床型熱交換装置は、第２図に示すよう
に、冷却管１０が設置されている胴体１１内に地
熱々水の上昇流によりシリカ結晶の核となりやす
い砂等の粒子１２を浮遊させることにより流動床
１３を形成し、冷却管１０の外表面と浮遊粒子１
２との接触によりシリカスケールの付着を防仕し
ようとするものである。なお、第２図において、
１４は地熱々水入口、１５は地熱々水出口、１６
は整流板をそれぞれ示す。

冷却管へのスケール付着を防止する従来のこの
流動床型熱交換装置は、しかし、次の様な欠点が
ある。

流同床をを形成するためには、熱水の流速は粒
径によつて決まる終末速度（第３図参照）以下に
しなければならない。冷却管と浮遊粒子との接触
による清浄作用を考えると、浮遊粒子の径は0.5
〜1.0mm程度が適当であると考えられる。砂の粒
子径を0.5mm程度にすると、第３図より地熱々水
の流速は0.6〜0.1ｍ／ｓとなる。熱伝達の面より
考えると、冷却管外の熱伝達率は管外の地熱々水
の流速を上げさ方が熱伝達率が良く伝熱面積が小
さくしてすみ、又冷却管表面の清浄作用も良くな
る。このため、地熱々水の流速を終末速度以上に
する必要がある。

しかし、従来の流動床型熱交換装置では、地
熱々水の流速を粒子の終末速度以上にすると、粒
子が地熱熱水と共に熱交換器の外へ流出してしま
うため、連続的に粒子を熱交換装置入口から投入
する装置及び流出した粒子を回収する装置が必要
となつてくる。

本発明は、したがつて、メインテナンスの容易
な大気開放型の流動床型熱交換とし、熱交換装置
の外へ流出した砂の回収装置及び砂の連続投入装
置を設けることなくスケールの付着を防止して熱
伝達率を良くし、これにより従来と同じ熱伝達率
を得る場には熱交換装置の伝熱面積を小さくする
ことができるようにしたものである。

以下第４図を参照して本発明の好適な一実施例
について詳述する。

第４図において、２０は熱水槽を示し、この熱
水槽内には複数個の本発明に係る熱交換装置２１
ａ，２１ｂ…が設置されている。

各熱交換装置は、３つの室すなわち導入室３
１、熱交換室２２及びリターン室２５を有してい
る。導入室３１は、その上部から入口管２９を通
して管外流体となる熱交換する前のスケール付着
成分を含んだ地熱々水が導入される。また、熱交
換室２２の底部は導入室３１の底部に流出口３３
および整流板３２を通して連通されている。

この熱交換室２２は、導入室３１と水頭差を有
して設けられ、この水頭差により導入室３１にの
上部から入つた地熱々水がこの導入室内を下向き
に流れ、それから流出口３３および整流板２を通
して熱交換室２２内を上向きに流れるようにされ
ている。そして、熱交換室２２内の地熱々水中に
は固形粒子２６が浮遊し、この固形粒子は後述す
るように地熱々水に乗つて熱交換室２２とリター
ン室２５との間を循環するものである。

熱交換室２２の中には、また、多数の熱交換管
（冷却管）より成る管巣２３が設けられている。
これら熱交換管の内部を管内流体となる河川水又
は井戸水等の熱交換水が流れてその管外を上向き
に流れる地熱々水と熱交換するようにされてい
る。

なお、管巣２３の部分での熱交換管の配置は、
多数の熱交換管を単独で或いはパネル状に入り込
ませ、必要に応じ蛇行させて熱交換効率を高める
ように構成されている。

リターン室２５は熱交換室２２と上部および底
部を除いて仕切壁２４により仕切られ、その内部
を熱交換室２２で熱交換し終つた地熱々水が下向
きに流れ、流出口２７を通して熱交換室２２の底
部へ戻るようにされている。そして、このリター
ン室２５を限定する溢流堰２８が設けられ、リタ
ーン室上部の地熱々水がこの堰２８を越えて溢流
できるようにされている。

次に、その作用について説明する。管外流体と
なるスケール付着成分を含んだ地熱水が入口管２
９を通して第１段の熱水導入室３１にその上部か
ら導入されると、第１段の熱交換室２２との間の
水頭差により下降流となり、流出口３３および整
流板３２を通して熱交換室２２の下部に入る。地
熱々水は、それから、この熱交換室内で地熱々水
中に浮遊している固形粒子２６を伴なつて上昇流
となつて管巣２３を通つて、管巣２３の熱交換管
（冷却管）内を流過する管内流となる河川水等の
熱交換水と熱交換を行なう。このようにして熱交
換を終つた地熱々水は、仕切壁２４の上縁を越え
てリターン室２５に入て減速され、熱水に伴なわ
れた粒子２６はこのリターン室２５内で沈殿した
後流出口２７に送られる。この流出口２７に送ら
れた粒子２６は、それから、整流板３２を流過す
る地熱々水により引張られて地熱々水と共に熱交
換室２２内を上昇する。このようにして、粒子２
６は熱交換室２２のリターン室２５との間を自動
的に循環するものである。他方、リターン室２５
の上部において、粒子２６と分離された地熱々水
は溢流堰２８を越えて第２段の熱水導入室に流れ
る。このようにして地熱々水は、数段の熱交換装
置を流れて熱交換を行なつた後、出口管３０を通
して熱水槽２０から排出される。

なお、熱交換水（河川水又は井戸水等）は、第
１図に示した従来例と同様に、地熱々水とは逆に
最終段の熱交換室より入り、各段の熱交換室内の
管巣の熱交換管内を流過して地熱々水との間で熱
交換をして温度を上昇していき、第１段の熱交換
室２２で所要の温度となつた熱交換水が熱水槽２
０より出て養鰻、給湯等に利用される所まで輸送
される。

以上述べたように、本発明によれば、熱交換管
の外表面と接触してスケール付着を防止する粒子
が熱交換室との間を自動的に循環する構成とした
ので、粒子を終末速度以上の速度で流動させ、熱
交換表面の清浄効果を高めて熱伝達率を良くする
ことができ、したがつて従来と同じ熱伝達率を得
る場合には伝熱面積を小さくすることができる。

また熱交換装置の外へ流出した粒子の回収装置
および粒子を連続的に投入する装置などが一切不
要となり、したがつて装置の簡略化およびコスト
低減など種々の実用的効果を有するものである。
更に、本発明は、地熱々水を利用する熱交換装置
のみならず、溶解固形物を含む高温熱水を利用す
ず熱交換装置など熱交換装置一般に広くできるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の大気開放型熱交換装置を説明す
るための図、第２図は従来の流動床型熱交換装置
を説明するための図、第３図は熱交換管の外表面
と接触してスケール付着を防止する粒子の直径と
地熱々水の終末速度との関係を示すグラフ、第４
図は本発明の一実施例を説明するための図であ
る。 ２０…熱水槽、２１ａ，２１ｂ…熱交換装置、
２２…熱交換室、２３…管巣（熱交換管）、２４
…仕切壁、２５…リターン室、２６…粒子、２７
…粒子流出口、２８…溢堰、２９…入口管、30…
出口管、３１…熱水導入室、３２…整流板、３３
…熱水流出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上部から熱交換する前の管外流体が導入され
   る導入室と、底部がこの導入室の底部に連通され
   該導入室と水頭差を有して該導入室内を下向きに
   流れてきた管外流体が内部を上向きに流れる熱交
   換室と、この熱交換室の中に設けられ内部を前記
   管外流体と熱交換する管内流体が流れる多数の熱
   交換管より成る管巣と、前記熱交換室と上部及び
   底部を除いて仕切壁により仕切られ内部を該熱交
   換室で熱交換し終つた管外流体が下向きに流れて
   該熱交換室の底部へ戻るリターン室と、このリタ
   ーン室を限定してその上部の管外流体が溢流する
   溢流堰と、前記熱交換室内の管外流体中に浮遊
   し、、この管外流体に乗つて前記熱交換室と前記
   リターン室との間を循環する固形粒子とを具備し
   てなる大気開放型熱交換装置。