專利名稱：熱交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠有效地利用工業(yè)用水或自來水的熱交換裝置。
技術(shù)背景以往，在工廠中為了冷卻或洗凈機械等使用工業(yè)用水等。 工業(yè)用水與普通的自來水相比每單位流量的冷卻性能差，但每立 方米的價錢便宜。因此，在冷卻用途和洗凈用途中多用工業(yè)用水而不 用普通的自來水。在將工業(yè)用水用于冷卻用途的情況下，從工業(yè)用水管路引來配管 將工業(yè)用水提供給冷卻用的熱交換器等。熱交換器等用所供給的工業(yè) 用水冷卻制冷劑。冷卻過制冷劑后的工業(yè)用水溫度上升。升溫后的工 業(yè)用水在冷卻塔(CoolingTower)中散熱。由于通過散熱工業(yè)用水冷 卻，因此能夠再用于冷卻用途。另外，工業(yè)用水在多次再利用后最終 排放到下水(污水)或河川等中。下面舉具體例。圖26為表示現(xiàn)有技術(shù)的空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)的示意圖。 空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)l具備蒸發(fā)器2、壓縮機3、冷凝器4和減壓 器5，在冷卻對象流通管6、低沸點介質(zhì)流通管7與被冷卻介質(zhì)流通 管8之間進行熱交換。蒸發(fā)器2中冷卻對象流通管6與低沸點介質(zhì)流 通管7進行熱交換，冷凝器4中低沸點介質(zhì)流通管7與被冷卻介質(zhì)流 通管8進行熱交換。詳細為，低沸點介質(zhì)在低沸點介質(zhì)流通管7中流動，低沸點介質(zhì)在蒸發(fā)器2中從在冷卻對象流通管6中流動的水或空氣等冷卻對象物 質(zhì)中吸取熱量而蒸發(fā)。并且，在低沸點介質(zhì)流通管7內(nèi)蒸發(fā)的低沸點 介質(zhì)在冷凝器4中將熱量放出給被冷卻介質(zhì)流通管8中流動的工業(yè)用 水等而液化。另外，被冷卻介質(zhì)流通管8與冷卻塔9相連，被冷卻介 質(zhì)在經(jīng)過冷卻塔9時散熱。總之，利用低沸點介質(zhì)流通管7中流動的 低沸點介質(zhì)的狀態(tài)變化冷卻冷卻對象流通管6中流動的水或空氣等 冷卻對象物質(zhì)(參照例如日本特開2002-174438號公報)。如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的空調(diào)/冷卻系統(tǒng)中引入工業(yè)用水等，使用 冷卻塔等冷卻冷卻對象物質(zhì)。但是，如果像現(xiàn)有技術(shù)的空調(diào)/冷卻系統(tǒng)這樣使用冷卻塔等設(shè)備 的話，存在大量的廢熱引起"熱島現(xiàn)象"的情況。因此希望不使用冷 卻塔而有效地將工業(yè)用水用于冷卻用途。并且，在由于工廠減少等使工業(yè)用水的使用減少的地域等中，盡 管不使用工業(yè)用水，但工業(yè)用水管路中仍在流動水。因此，多數(shù)情況 下沒有有效地利用工業(yè)用水管路。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是鑒于上述情況，其目的是要提供一種能夠有效地利用 工業(yè)用水或自來水的熱交換裝置。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種熱交換裝置，其特征在于，具備設(shè)置在工業(yè)用水配管或自來水配管內(nèi)部的熱交換模塊；支持熱交換模塊并且連通配管的外部與該熱交換模塊的內(nèi)部、導(dǎo)入被冷卻介 質(zhì)的至少一組導(dǎo)入管；以及，使被冷卻介質(zhì)在各導(dǎo)入管和熱交換模塊的內(nèi)部循環(huán)的被冷卻介質(zhì)循環(huán)機構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點將在以下的敘述中闡明，并且其中的一部分從敘述 中顯而易見或者可以從實踐中學(xué)到。本發(fā)明的優(yōu)點可以通過下文中詳 細指出的實施方式及其組合認識到和獲得。


下面的附圖并入說明書中并構(gòu)成說明書的一部分，圖解說明本發(fā) 明的實施方式，結(jié)合以上的簡要敘述和后面的實施例的詳細敘述，用 來說明本發(fā)明的原理。圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的熱交換裝置10的結(jié)構(gòu)的示 意圖。圖2是表示第1實施方式的熱交換模塊30的一例的示意圖。 圖3是表示第1實施方式的熱交換模塊30的一例的示意圖。 圖4是表示第1實施方式的熱交換模塊30的一例的示意圖。 圖5是用于說明第1實施方式的熱交換裝置10的作用的流程圖。 圖6是表示本發(fā)明的第2實施方式的熱交換裝置10S的結(jié)構(gòu)的示 意圖。圖7是表示第2實施方式的熱交換模塊30S的整體的示意圖。 圖8是表示將第2實施方式的熱交換模塊30S的各部件分解開來的狀態(tài)的示意圖。圖9是表示本發(fā)明的第3實施方式的熱交換裝置10T的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖10是表示第3實施方式的熱交換模塊30T的整體的示意圖。 圖11是表示將第3實施方式的熱交換模塊30T的各部件分解開來的狀態(tài)的示意圖。圖12A是表示本發(fā)明的第4實施方式的將散熱片37設(shè)置在外壁上的傳熱管32的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖12B是表示第4實施方式的將散熱片37設(shè)置在外壁上的傳熱管32的截面的示意圖。圖13A是表示第4實施方式的凹凸部件38A的外觀的示意圖。 圖13B是表示第4實施方式的凹凸部件38B的外觀的示意圖。 圖14是表示本發(fā)明的第5實施方式的熱交換裝置10V的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖15是表示第5實施方式的抑制板70的結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖16是表示本發(fā)明的第6實施方式的熱交換裝置10W的結(jié)構(gòu)的 示意圖。圖17是表示第6實施方式的導(dǎo)流葉片的一例的示意圖。 圖18是表示第6實施方式的導(dǎo)流葉片的一例的示意圖。 圖19是表示第6實施方式的導(dǎo)流葉片的一例的示意圖。 圖20是用來說明第6實施方式的熱交換裝置10W的作用的示意圖。圖21是用來說明第6實施方式的熱交換裝置10W的作用的示意圖。圖22是表示本發(fā)明的第7實施方式的傳熱管32的排列狀態(tài)的示 意圖。圖23是表示第7實施方式的分析計算結(jié)果的圖。 圖24A是表示本發(fā)明的第8實施方式的熱交換裝置10Y的結(jié)構(gòu) 的示意圖。圖24B是表示第8實施方式的熱交換裝置10Y的結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖25是表示本發(fā)明的第9實施方式的熱交換裝置10Z的結(jié)構(gòu)的 示意圖。圖26是表示現(xiàn)有技術(shù)的空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式
下面參照

本發(fā)明的實施方式。 〈第1實施方式〉 (1-1.結(jié)構(gòu))圖1為表示本發(fā)明的第1實施方式的熱交換裝置10的結(jié)構(gòu)的示 意圖。這里表示的是熱交換裝置10將從空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1排出的廢熱排放給在工業(yè)用水配管或自來水配管(以下稱為"工業(yè)用水配管等")的內(nèi)部流動的工業(yè)用水w或自來水(以下稱為"工業(yè)用水等")的結(jié)構(gòu)例。另外，對于與已經(jīng)說明過的部分相同的部分添加相同的附圖標 記，省略其重復(fù)說明。并且，在以下的各個實施方式中也同樣省略重 復(fù)的說明。熱交換裝置10具備熱交換模塊30、導(dǎo)入管40和被冷卻介質(zhì)循環(huán) 泵50，通過被冷卻介質(zhì)流通管8與空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1的冷凝器4 相連。當將熱交換裝置10安裝到工業(yè)用水配管或自來水配管中時，可 以例如將工業(yè)用水配管等的一部分換成配管20安裝。熱交換模塊30設(shè)置在配管20的內(nèi)部，在本實施方式中，使用圖 2 4所示的熱交換模塊30。即，熱交換模塊30具有至少一組與后述 的導(dǎo)入管40A、 40B相連，具有多個沿配管20的管軸彼此相向的開 口部H的匯聚管31A、 31B;以及水密性地設(shè)置在各匯聚管31A、 31B 的彼此相向的開口部H上的多根傳熱管32。其中，各傳熱管32與工 業(yè)用水等在配管20的內(nèi)部流動的方向平行地設(shè)置。導(dǎo)入管40為支持熱交換模塊30并且連通配管20的外部和該熱 交換模塊30的內(nèi)部、導(dǎo)入被冷卻介質(zhì)C的至少一組管狀部件。這里 利用一組導(dǎo)入管40A、 40B通過多根匯聚管31將被冷卻介質(zhì)C導(dǎo)入 傳熱管32。被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵50為使被冷卻介質(zhì)C在各導(dǎo)入管40A、 40B 和熱交換模塊30的內(nèi)部循環(huán)的部件。這里使被冷卻介質(zhì)C通過空調(diào) /冷氣設(shè)備系統(tǒng)1的冷凝器4和各傳熱管32地進行循環(huán)。 (1-2.作用)下面用圖5的流程圖說明本實施方式的熱交換裝置10的作用。本實施方式中熱交換裝置10安裝在空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1中。空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1使低沸點介質(zhì)流通管7中流動的低沸點介 質(zhì)在蒸發(fā)器2中蒸發(fā)，由此從冷卻對象流通管6中流過的空氣或水等 冷卻對象物質(zhì)吸取熱量，使冷卻對象物變成冷風(fēng)或冷水。另一方面， 蒸發(fā)后變成氣體的低沸點介質(zhì)被壓縮機3升壓后輸送給冷凝器4。然 后，低沸點介質(zhì)流通管7中的低沸點介質(zhì)在冷凝器4中被在被冷卻介 質(zhì)流通管8中流過的被冷卻介質(zhì)C冷卻。g卩，空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)l 的廢熱從低沸點介質(zhì)流通管7向被冷卻介質(zhì)流通管8放出(步驟Sl )。這里，被冷卻介質(zhì)流通管8的兩端分別連接有導(dǎo)入管40A、 40B。 所以，通過使被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵50工作，能夠使接收了熱量的被冷 卻介質(zhì)C向一個方向移動，提供給熱交換模塊30 (步驟S2)。熱交換模塊30配置在配管20的內(nèi)部。因此當被冷卻介質(zhì)C流經(jīng) 熱交換模塊30的匯聚管31和傳熱管32的內(nèi)部時，將廢熱放出給在 配管20的內(nèi)部流動的工業(yè)用水W等(步驟S3)。結(jié)果被冷卻介質(zhì)C 被冷卻。冷卻后的被冷卻介質(zhì)C再次流入冷凝器4 (步驟S4)。然后被冷 卻介質(zhì)流通管8在冷凝器4中從低沸點介質(zhì)流通管7接收廢熱。此后，在被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵50工作期間，反復(fù)進行上述步驟Sl S4的動作(步驟S5)。由此，空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1的廢熱通過熱交 換裝置IO放出給工業(yè)用水配管等。 (1-3.效果)如上所述，本實施方式的熱交換裝置10通過采用具有以下單元 的結(jié)構(gòu)，不用從工業(yè)用水配管或自來水配管中引出工業(yè)用水W等就 能夠冷卻被冷卻介質(zhì)C，能夠有效利用工業(yè)用水或自來水。這些單元 是安裝到工業(yè)用水配管或自來水配管中的配管20;設(shè)置在配管20 內(nèi)部的熱交換模塊30;支持熱交換模塊30并連通配管20的外部和 該熱交換模塊30的內(nèi)部，導(dǎo)入被冷卻介質(zhì)C的至少一組導(dǎo)入管40A、40B;以及，使被冷卻介質(zhì)C在各導(dǎo)入管40A、 40B及熱交換模塊30 的內(nèi)部循環(huán)的被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵50。艮P，導(dǎo)入管40連接在將被冷卻介質(zhì)C導(dǎo)入工業(yè)用水配管等內(nèi)部 的多個匯聚管31上。而且各匯聚管31連接在與工業(yè)用水W等的流 動方向平行設(shè)置的多個傳熱管32上。因此，被冷卻介質(zhì)C在這些傳 熱管32內(nèi)部流通的期間與在傳熱管32的外部流動的、溫度更低的工 業(yè)用水W等進行熱交換而被冷卻。另外，被冷卻介質(zhì)C通過一組匯聚管31A、 31B從導(dǎo)入管40A、 40B導(dǎo)入各傳熱管32中。此時，通過被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵50給被冷卻 介質(zhì)C加壓，使其從被冷卻介質(zhì)流通管8到導(dǎo)入管40A、匯聚管31A、 傳熱管32、匯聚管31B、導(dǎo)入管40B和被冷卻介質(zhì)流通管8這樣地 循環(huán)。另外，如果采用熱交換裝置IO，工業(yè)用水W等不與被冷卻介質(zhì) C混合地進行熱交換。因此，不會引起工業(yè)用水W等品質(zhì)惡化，能 夠?qū)⒐I(yè)用水W等用于冷卻用途。并且，熱交換裝置10不使用冷卻塔。因此，能夠減輕大量設(shè)置 在城市大樓屋頂上的冷卻塔散發(fā)的大量廢熱引起的"熱島"現(xiàn)象。另外，雖然本實施方式以放出空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1的廢熱的熱 交換裝置10為例進行說明，但并不局限于此，只要是需要將產(chǎn)生的 熱量廢棄到外部的裝置，當然也可以是熱交換裝置IO與其他系統(tǒng)的 組合。并且，雖然本實施方式從工業(yè)用水W等流向的下游一側(cè)導(dǎo)入被 冷卻介質(zhì)C，但當然也可以從上游一側(cè)導(dǎo)入。并且，將導(dǎo)入管40插入配管20中的位置并不局限于圖1所示的 位置。即，導(dǎo)入管40可以從上面、下面、側(cè)面任何一個方向插入。在本實施方式的熱交換裝置10中，為了支持熱交換模塊30的自 重，也有在配管20的內(nèi)部設(shè)置檔撐(spacer)的情況。另外，雖然本實施方式的熱交換裝置10敘述的是設(shè)置了多根傳 熱管32的多管式熱交換模塊30，但也可以采用非管狀而是使用板狀 隔壁的散熱板式熱交換模塊30。 (降低成本)本實施方式的熱交換裝置10有助于低成本地使用工業(yè)用水W 等。下面說明這一點。在使用工業(yè)用水W時， 一般是需要者在與工業(yè)用水的供給業(yè)者 簽約時確定"額定水量"，與額定水量相對應(yīng)支付一定的使用費。但 是，使用量即使不到"額定水量"支付的費用也相同。反之，當超過 額定水量時需要支付超額費用。并且，區(qū)域冷暖氣設(shè)備或未利用能量的利用項目中，為了冷卻用 途有可能臨時引出工業(yè)用水W來使用，然后送回原來的工業(yè)用水配 管中。但是，即使將工業(yè)用水送回原來的工業(yè)用水配管中，使用費用 也不會改變。原因是一旦引到需要者一側(cè)的工業(yè)用水即使送回原來的 配管中也沒有改變產(chǎn)生品質(zhì)惡化的危險，因此在供給業(yè)者的立場來 看，不能成為改變使用費的理由。總之，對需要者來說，都需要支付比與實際使用量相對應(yīng)的費用 多的費用。因此，希望有能夠?qū)崿F(xiàn)不需要支付過多的費用的低成本化 的熱交換系統(tǒng)。伹是，目前的現(xiàn)狀是工業(yè)用水配管內(nèi)部總是以一定流速以上的速 度流過溫度比較低的水。而且，工業(yè)用水的供給業(yè)者承擔(dān)著不管各需 要者的消耗量如何總是配給一定量以上的水的義務(wù)。此外，在自來水 配管中，為了使自來水在到達需要者之前不失去殘留的氯，需要使其 在一定的時間內(nèi)通過配管。另一方面，隨著公共事業(yè)民營化的推進，作為工業(yè)用水等的供給 業(yè)者，不僅有地方政府等公共事業(yè)者，民營業(yè)者業(yè)也參與進來。由于 民營業(yè)者為供給業(yè)者時不受水的供給形態(tài)或規(guī)章的束縛，因此通過設(shè)定需要者費用負擔(dān)少、與實際使用量相稱的費用體系，有可能喚起需 求。在這樣的背景下，如果使用本實施方式的熱交換裝置10，由于不用將工業(yè)用水w等取出到配管外部，并且不用與工業(yè)用水w等混合 就能夠冷卻被冷卻介質(zhì)c，因此不會產(chǎn)生水質(zhì)惡化的危險，能夠以低 成本給需要者提供工業(yè)用水?？傊?，本實施方式的熱交換裝置10有助于低成本地使用工業(yè)用水w等?！吹?實施方式〉圖6為表示本發(fā)明的第2實施方式的熱交換裝置10S的結(jié)構(gòu)的示 意圖。本實施方式的熱交換裝置10S為使用了與第1實施方式的熱交換 模塊30不同的熱交換模塊30S的裝置。熱交換模塊30S具備隔板33和隔壁34A、 34B。具體為，熱交換 模塊30S的整體如圖7所示。并且，各部件分解的狀態(tài)如圖8所示。隔板33為沿配管20的管軸水密地分隔該配管20的內(nèi)部的部件。 這里，與工業(yè)用水W等的流向平行配置。隔壁34A、 34B為分別堵塞在隔板33的兩端部與配管20的內(nèi)壁 20W之間的一組部件。這里使用與配管20的管軸垂直的圓弧狀部件。如上所述，由于熱交換模塊30S具備隔板33和閉塞隔板33兩端 部的隔壁34A、 34B，因此在配管20的內(nèi)部具有與工業(yè)用水W等隔 離的隔離區(qū)域。因此，如果使被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵50工作，將經(jīng)由冷凝器4的被 冷卻介質(zhì)C從導(dǎo)入管40A導(dǎo)入上述隔離區(qū)域內(nèi)，從導(dǎo)入管40B排出 地進行循環(huán)的話，則能夠不用從工業(yè)用水配管等中將工業(yè)用水W等 取出到外部、并且使其不與被冷卻介質(zhì)C混合地進行熱交換。并且，本實施方式的熱交換模塊30S由于整個隔板33與在配管 20的內(nèi)部流動的工業(yè)用水W等接觸，因此能夠效率良好地冷卻被》令卻介質(zhì)c。另外，雖然本實施方式的熱交換裝置ios描述的是用一組隔壁34A、 34B與工業(yè)用水W等隔離的1個隔離區(qū)域，但當然也可以用多 組隔壁形成多個隔離區(qū)域。并且，各隔壁34A、 34B的安裝角度不必嚴格地與流向平行。例 如，為了減少工業(yè)用水W等的流動阻力，也可以是設(shè)置在上游的隔 壁34A向上游一側(cè)傾斜地設(shè)置，設(shè)置在下游的隔壁34B向下游一側(cè) 傾斜地配置。〈第3實施方式〉圖9為表示本發(fā)明的第3實施方式的熱交換裝置10T的結(jié)構(gòu)的示 意圖。本實施方式的熱交換裝置10T不是使被冷卻介質(zhì)C在配管20的 內(nèi)部循環(huán)，而是使其在工業(yè)用水管路等配管20'的外部循環(huán)。艮P， 熱交換裝置10T在工業(yè)用水配管等的外部具備熱交換模塊30T。熱交換模塊30T具備包覆管35和閉塞部件36。具體為，熱交換 模塊30T的整體如圖10所示。并且，各部件分解的狀態(tài)如圖11所示。包覆管35的直徑比工業(yè)用水管路等配管20'的直徑大，為將該 配管20'收容到內(nèi)部的部件。其中，包覆管35的內(nèi)徑在工業(yè)用水配 管等的同心圓上，比工業(yè)用水配管等的外徑大。閉塞部件36A、 36B為分別堵塞在包覆管35的兩端部與配管20' 的外壁之間的一組部件。其中，閉塞部件36A、 36B為與配管軸垂直 設(shè)置的環(huán)狀部件。如上所述，由于熱交換模塊30T具有包覆管35和堵塞在包覆管 35的兩端部與配管20'的外壁之間的閉塞部件36A、 36B，因此在 配管20'的外壁面上形成隔離區(qū)域。因此，通過使被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵50工作，將經(jīng)由冷凝器4的被 冷卻介質(zhì)C從導(dǎo)入管40A導(dǎo)入上述隔離區(qū)域內(nèi)，從導(dǎo)入管40B/排出地循環(huán)，能夠不用從工業(yè)用水配管等中將工業(yè)用水w等取出到外部、 并且不與被冷卻介質(zhì)c混合地進行熱交換。這樣一來，如果采用本實施方式的熱交換裝置IOT，不用從用水 管路引出工業(yè)用水W等就能夠冷卻被冷卻介質(zhì)C，能夠有效地利用 用水管路。另外，雖然本實施方式的熱交換裝置IOT設(shè)置同心圓狀的包覆管 35，但不必局限于同心圓形狀的包覆管。艮P，只要是能夠確保與工業(yè) 用水配管等之間有被冷卻介質(zhì)C流動的隔離區(qū)域的形狀就可以。例 如，包覆管35的截面形狀也可以是多邊形。另外，工業(yè)用水配管等一般被埋設(shè)在地下，但有時也設(shè)置在地上。 對于這樣設(shè)置在地上的工業(yè)用水配管等，如果是本實施方式的熱交換 裝置IOT，只要具備包覆管35就可以?？傊绻捎帽緦嵤┓绞?的熱交換裝置10T,由于不需要更換配管20'等，因此具有建設(shè)作業(yè) 等的負擔(dān)少就可以的優(yōu)點。 〈第4實施方式〉本發(fā)明的第4實施方式的熱交換裝置10U在熱交換模塊30、30S、 30T中設(shè)置與工業(yè)用水等接觸的接觸部件。具體如圖12A、如12B所示，在第1實施方式的傳熱管32的外 壁設(shè)置有散熱片37。另外，圖12A為表示傳熱管32的外觀的示意圖， 圖12B為表示傳熱管32的截面形狀的示意圖。并且，將圖13A、圖13B所示的凹凸部件38A或38B設(shè)置在第 1實施方式的配管20的內(nèi)壁或第2實施方式的配管20的內(nèi)壁和隔板 33的表面,或者第3實施方式的包覆管35的內(nèi)壁和工業(yè)用水配管20' 的外壁等處。另外，凹凸部件38A將凸起和凹陷形成為直線形狀， 凹凸部件38B將凸起和凹陷形成為彎曲形狀。通過在與工業(yè)用水等接觸的位置上設(shè)置這種散熱片37或凹凸部 件38A、 38B,能夠增加配管20或傳熱管32、隔板33、包覆* 35等中每單位長度的熱交換面積。并且，能夠在工業(yè)用水w等和被冷 卻介質(zhì)c中產(chǎn)生紊流。如上所述，由于本實施方式的熱交換裝置10U在配管20的內(nèi)壁 和熱交換模塊30、 30S、 30T的外壁具有散熱片37或凹凸部件38A、 38B,因此能夠提高在配管20的內(nèi)部流動的工業(yè)用水W等與熱交換 模塊的接觸效率，能夠效率良好地冷卻被冷卻介質(zhì)C。并且，由于工業(yè)用水W等與被冷卻介質(zhì)C之間的熱交換效率提 高，因此對于必要的熱交換量能夠縮短傳熱管32的總長(長度X根 數(shù))或隔板33、包覆管35的長度。結(jié)果，有助于降低熱交換模塊30 等的設(shè)置成本。并且，由于能夠降低工業(yè)用水W等流動的壓力損失，因此也能 夠抑制工業(yè)用水W等的送水泵的動力消耗的增加。而且也能夠抑制 送水泵的增設(shè)、更換等的作業(yè)。 〈第5實施方式〉圖14為表示本發(fā)明的第5實施方式的熱交換裝置10V的結(jié)構(gòu)的 示意圖。本實施方式的熱交換裝置10V在第1實施方式的熱交換裝置10 的配管20的內(nèi)壁與設(shè)置了傳熱管32的區(qū)域之間的側(cè)面間隙部中，設(shè) 置了堵住或抑制工業(yè)用水W等流動的抑制板70。艮口，抑制板70為增加配管20的內(nèi)壁與傳熱管32的外壁之間的 區(qū)域中的流動阻力的阻力部件，例如圖15所示設(shè)置了挖空四邊形中 央的網(wǎng)孔形狀的部件。由此，能夠防止工業(yè)用水W等不通過設(shè)置了傳熱管32的區(qū)域而 通過配管20的內(nèi)壁附近流向下游。如果補充說明，由于一般情況下設(shè)置了多個傳熱管32的區(qū)域流 動阻力大，因此工業(yè)用水等流經(jīng)沒有設(shè)置傳熱管32的側(cè)面間隙部。 因此，工業(yè)用水W等與傳熱管32的熱交換效率有可能降低。與此相對，本實施方式的熱交換裝置10V由于具備抑制板70， 因此能夠?qū)⒃谂涔?0內(nèi)流動的工業(yè)用水W等導(dǎo)向傳熱管32附近， 能夠?qū)峤粨Q的損失抑制到最小。結(jié)果，熱交換裝置10V能夠效率 良好地冷卻在傳熱管32中流動的被冷卻介質(zhì)C。但是，如果抑制板70過于堵塞側(cè)面間隙，則壓力損失過大，產(chǎn) 生提高用水管路的泵動力的必要。因此，希望使抑制板70為開了孔 的網(wǎng)孔狀或在與配管20的內(nèi)壁之間設(shè)置間隙。換言之，通過設(shè)置具 有適當?shù)拈_孔率的抑制板70能夠使熱交換率與壓力損失之間的平衡 最合適化。另外，雖然本實施方式的熱交換裝置10V設(shè)置環(huán)形抑制板70， 但只要是具有抑制側(cè)面間隙部中工業(yè)用水W等流動的功能的形狀， 也可以是其他的形狀。并且，作為抑制板70也可以使用由分割的多 個結(jié)構(gòu)體構(gòu)成的部件。并且，抑制板70不僅可以設(shè)置在一個地方，也可以設(shè)置在多個 地方?！吹?實施方式〉圖16為表示本發(fā)明的第6實施方式的熱交換裝置10W的結(jié)構(gòu)的 示意圖。本實施方式的熱交換裝置10W在第1實施方式的設(shè)置了熱交換 模塊30的位置的下游的位置上設(shè)置了攪拌在配管20的內(nèi)部流動的工 業(yè)用水W等的導(dǎo)流葉片71。具體為，作為導(dǎo)流葉片71可以列舉圖17所示那樣的直徑沿工業(yè) 用水W的流動方向變小的橢圓柱形狀的結(jié)構(gòu)體71A，或者圖18所示 那樣的具有與流動方向相對的頂點的圓錐形狀的結(jié)構(gòu)體71B，或者圖 19所示那樣的扭轉(zhuǎn)板狀的結(jié)構(gòu)體71C。另外，圖17 圖19表示側(cè)視 圖和主視圖。如上所述，本實施方式的熱交換裝置10W由于在設(shè)置了熱交換模塊30的位置的下游的位置上具有攪拌在配管20的內(nèi)部流動的工業(yè) 用水W等的導(dǎo)流葉片71，因此在比導(dǎo)流葉片71更下游的地方設(shè)置 熱交換模塊30的情況下，能夠使流入該下游設(shè)置的熱交換模塊30中 的水的溫度均勻化，能夠效率良好地進行冷卻。如果補充說明，由于與熱交換模塊30接觸的工業(yè)用水W等與被 冷卻介質(zhì)C進行熱交換，因此在比設(shè)置了熱交換模塊30的位置靠下 游的位置水溫上升的幅度大。另一方面，對于通過側(cè)面間隙部等幾乎不與熱交換模塊30進行 熱交換的工業(yè)用水W等，在比設(shè)置了熱交換模塊30的位置靠下游的 位置處水溫上升的幅度小。因此，如果工業(yè)用水W等就這樣流向下游的話，則如圖20所示 在更下游設(shè)置的熱交換模塊30'中幾乎不與水溫上升幅度大的工業(yè) 用水W1等進行熱交換。此時，即使與水溫上升幅度大的工業(yè)用水W1等進行熱交換，由 于與被冷卻介質(zhì)C的溫度差小，因此不能發(fā)揮充分的冷卻效果。與此相對，如果是本實施方式的熱交換裝置10W的話，如圖21 所示在2個熱交換模塊30與30'之間設(shè)置了導(dǎo)流葉片71。由此，通 過熱交換模塊30后水溫下降幅度大的工業(yè)用水W等與下降幅度小的 工業(yè)用水W2等混合，通過導(dǎo)流葉片71后的工業(yè)用水W3等的溫度 分布變得均勻。結(jié)果，能夠增大設(shè)置在下游的另外的熱交換模塊30'中工業(yè)用水 等與被冷卻介質(zhì)C的溫度差，能夠抑制冷卻性能的惡化。另外，雖然在本實施方式中設(shè)置了圓環(huán)形狀的旋流器(7!7，一)、 圓錐形狀的旋流器或扭轉(zhuǎn)板形狀的旋流器，但只要是具有改變工業(yè)用 水等流動方向的功能的形狀，并不局限于上述形狀。例如，除此以外 還可以使用將工業(yè)用水等從水管的管軸附近導(dǎo)向內(nèi)壁附近的多f錘 狀的結(jié)構(gòu)體等?！吹?實施方式〉本發(fā)明的第7實施方式的熱交換裝置10X為使第1實施方式的熱 交換裝置10中傳熱管32的排列間距最合適化的形態(tài)。本實施方式中熱交換裝置IOX如圖22所示使各傳熱管32的中心 間距離P為一定的間隔。這里，如果縮小中心間距離P，由于能夠在一定的區(qū)域內(nèi)收納更 多的傳熱管32，因此傳熱面積增加。但是，由于此時工業(yè)用水W等 流動的間隙變窄，因此流動阻力變大。結(jié)果，工業(yè)用水W等在設(shè)置 熱交換模塊30的區(qū)域外側(cè)的側(cè)面間隙部中流動，有冷卻性能惡化的 可能。并且，壓力損失增大，送水泵的動力也有可能變得過大。因此，如果進行求出最合適的中心間距離P的值的分析計算的 話，能夠獲得圖23所示的結(jié)果。假設(shè)分析計算的條件為配管20的內(nèi)徑為43cm、每一小時在配 管20的內(nèi)部流動的工業(yè)用水的流量為475.3m3,傳熱管32的外徑D 為27.2cm、傳熱管32的長度為3.6m、在傳熱管32的內(nèi)部流動的被 冷卻介質(zhì)的流量為47.5m3。分析計算的結(jié)果，每單位壓力損失的熱交換量(單位為W/Pa) 對傳熱管排列間距比為圖23的曲線L1所示的值。另外，"傳熱管排 列間距比"為彼此相鄰的傳熱管32的中心間距離P與傳熱管32的外 徑D之比。并且，壓力損失(單位為Pa)對傳熱管排列間距比表示 為曲線L2。熱交換量(單位為kW)對傳熱管排列間距比表示為曲線 L3。根據(jù)圖23的曲線L1可以知道，在傳熱管排列間距比(橫軸)的 值為1.3以下、2.4以上的區(qū)域，縱軸的每單位壓力損失——即每單 位泵動力的熱交換量大幅度地降低。因此，本實施方式的熱交換裝置10X使傳熱管排列間距比(P/D) 的值在1.3 2.4的區(qū)域內(nèi)地配置傳熱管32。由此，熱交換裝置10X能夠以最小限度的泵動力實現(xiàn)最大的熱交換量。另外，雖然本實施方式將傳熱管32配置成正方形，但并不局限 于此，也可以用于等邊三角形等其他的配置。 〈第8實施方式〉本發(fā)明的第8實施方式的熱交換裝置10Y為使第1和第2實施方 式的熱交換裝置10、 10S中供被冷卻介質(zhì)C流通用的截面積的大小 最合適化的形態(tài)。在熱交換裝置10Y中，在熱交換模塊30的內(nèi)部流動的被冷卻介 質(zhì)C從在配管20的內(nèi)部流動的工業(yè)用水W等接收的熱量Qc用下述 公式(1)表示。其中，uc為被冷卻介質(zhì)C的流速，Ac為流路截面 積，ATc為入口溫度差，Pc為密度，Cpc為比熱。<formula>formula see original document page 19</formula>............ (1)另一方面，在配管20的內(nèi)部流動的工業(yè)用水W等從在熱交換模 塊30的內(nèi)部流動的被冷卻介質(zhì)C接收的熱量Qw用下述公式(2)表 示。其中，uw為工業(yè)用水W等的流速，Aw為流路截面積，ATw為 入口溫度差，Pw為密度，Cpw為比熱。<formula>formula see original document page 19</formula>............ (2)其中，密度P和比熱Cp由于變化量小，因此成為相同的值。因 此，在Qc-Qw時的狀態(tài)下，下述公式(3)、 (4)成立。<formula>formula see original document page 19</formula>............ (3)<formula>formula see original document page 19</formula> ............ (4)但是，實際的工業(yè)用水W等的流速uw約為lm/s (秒速l米)。并且，為了將熱交換裝置IOY設(shè)置到工業(yè)用水管路等中，有必要 將工業(yè)用水W等的溫度上升抑制在1K以下。因此，在空調(diào)/冷氣設(shè)備系統(tǒng)1中，需要使冷卻被冷卻介質(zhì)C時 出入口的溫度差A(yù)Tc為5K 6K。并且，被冷卻介質(zhì)C的流速uc， 為了使熱傳遞效率至少與工業(yè)用水W等相等或超過工業(yè)用水^等，有必要使工業(yè)用水W等的流速uw在lm/s以上。即，有必要滿足下 述公式(5)。(Ac/Aw) < (1 1) / (1 5) =0.2............ (5)因此，本實施方式的熱交換裝置IOY如圖24A、圖24B所示使 熱交換模塊30內(nèi)部的平均流路截面積Ac在與配管20的管軸垂直的 面上的流路的截面積Aw的20%以內(nèi)。由此，熱交換裝置10Y能夠 將在配管20中流動的水的溫度上升抑制在1K以下。結(jié)果，能夠?qū)?多個熱交換系統(tǒng)設(shè)置在工業(yè)用水配管等中。 <第9實施方式〉本發(fā)明的第9實施方式的熱交換裝置10Z為使第3實施方式的熱 交換裝置10T中供被冷卻介質(zhì)C流通用的截面積的大小最合適化的 形態(tài)。本實施方式如圖25所示那樣，當假設(shè)被冷卻介質(zhì)C流動的區(qū)域 的流路截面積為Ac、工業(yè)用水等流動的區(qū)域的流路截面積為Aw時， 使Ac與Aw之比(Ac/Aw)在0.2以下地設(shè)置包覆管35。艮P，在本實施方式中，由于與第8實施方式敘述過的理由相同的 理由，使隔離區(qū)域的流路截面積在與配管的管軸垂直的面上的流路的 截面積的20%以內(nèi)地設(shè)定包覆管35的內(nèi)徑。詳細為，當將包覆管35的內(nèi)徑記為Dic，工業(yè)用水配管等的外徑 記為Dow、內(nèi)徑記為Diw時，下述公式(6)、 (7)成立。Ad (Dic2_Doc2) /4............ (6)Aw= JtDiw2/4........................ (7)因此，使下式(8)成立地決定包覆管35的內(nèi)徑Diw。 (Ac/Aw) = (Dic2_Dow2) /Diw2<0.2............ (8)如此這般，本實施方式的熱交換裝置IOZ使隔離區(qū)域的流路截面 積Ac在與配管20'的管軸垂直的面上的流路的截面積Aw , 20%以 內(nèi)。由此，熱交換裝置10Z能夠?qū)⒃谂涔?0'中流動的工業(yè)用水等的溫度上升抑制在1K以下。結(jié)果，能夠?qū)⒍鄠€熱交換系統(tǒng)設(shè)置在工 業(yè)用水配管等中。 〈其他〉另外，本發(fā)明并不原封不動地局限于上述實施方式，在實施階段 能夠在不超出其宗旨的范圍內(nèi)改變構(gòu)成要素來具體實施。并且可以適 當?shù)亟M合上述實施方式公開的多個構(gòu)成要素形成各種發(fā)明。例如，可 以從實施方式公開的所有構(gòu)成要素中刪除幾個構(gòu)成要素。而且，也可 以適當組合不同實施方式中的構(gòu)成要素。對于精通上述發(fā)明技術(shù)的人能容易地想到其他特征和改進。所 以，本發(fā)明更寬的形態(tài)并不局限于這里詳細的描述和有代表性的實施 方式。因此，在不超出附加的權(quán)利要求及其相當?shù)囊蟮闹家夂头秶?內(nèi)可以進行種種改進。
權(quán)利要求
1.一種熱交換裝置，其特征在于，具備設(shè)置在工業(yè)用水配管或自來水配管內(nèi)部的熱交換模塊；支持上述熱交換模塊并且連通上述配管的外部與該熱交換模塊的內(nèi)部、導(dǎo)入被冷卻介質(zhì)的至少一組導(dǎo)入管；以及，使上述被冷卻介質(zhì)在上述各導(dǎo)入管和上述熱交換模塊的內(nèi)部循環(huán)的被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于，上述熱交換 模塊具備與上述導(dǎo)入管相連、具有多個沿上述配管的管軸彼此相向 的開口部的至少一組匯聚管；以及，設(shè)置在上述各匯聚管的彼此相向 的開口部的多個傳熱管。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于，上述熱交換 模塊具備沿上述配管的管軸分隔該配管的內(nèi)部的隔板；以及，分別 堵塞在上述隔板的兩端部與上述配管的內(nèi)壁之間的一組隔壁。
4. 如權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于，在上述熱交 換模塊的外壁具有凹凸部件。
5. 如權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于，上述熱交換 模塊內(nèi)的平均流路截面積在與上述配管的管軸垂直的面的流路截面 積的20%以內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，其特征在于，在設(shè)置了上 述熱交換模塊的位置的下游的位置上具有用于攪拌在上述配管內(nèi)流 動的水的導(dǎo)流葉片。
7. 如權(quán)利要求2所述的熱交換裝置，其特征在于，在上述傳熱 管的外壁具有散熱片。
8. 如權(quán)利要求2所述的熱交換裝置，其特征在于，在上述配管 內(nèi)壁與設(shè)置了上述傳熱管的區(qū)域之間，具有用于增大流動阻力的抑制 板。
9. 如權(quán)利要求2所述的熱交換裝置，其特征在于，使上述各傳 熱管中心之間的距離與該傳熱管的外徑之比為從1.3到2.4的某一個 值地配置上述各傳熱管。
10. —種熱交換裝置，其特征在于，具備直徑比用水管路的配 管的直徑大、包覆該配管的包覆管；分別堵塞在上述包覆管的兩端部 與上述配管的外壁之間、并且支持該包覆管的一組閉塞部件；連通由 上述包覆管的內(nèi)壁、上述配管的外壁和上述各閉塞部件形成的隔離區(qū) 域的內(nèi)部與上述包覆管的外部，導(dǎo)入被冷卻介質(zhì)的至少一組導(dǎo)入管； 以及，使上述被冷卻介質(zhì)在上述各導(dǎo)入管和上述隔離區(qū)域的內(nèi)部循環(huán) 的被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵。
11. 如權(quán)利要求IO所述的熱交換裝置，其特征在于，在上述配 管的內(nèi)壁具有凹凸部件。
12. 如權(quán)利要求10所述的熱交換裝置，其特征在于，上述隔離 區(qū)域的流路截面積在與上述配管的管軸垂直的面的流路截面積的 20%以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明的熱交換裝置(10)具備安裝到用水管路中的配管(20)；設(shè)置在配管(20)的內(nèi)部，被水密性地隔離的中空熱交換模塊(30)；支持熱交換模塊(30)并連通配管(20)的外部與該熱交換模塊(30)的內(nèi)部、導(dǎo)入被冷卻介質(zhì)(C)的至少一組導(dǎo)入管(40A、40B)；以及，使被冷卻介質(zhì)(C)在各導(dǎo)入管(40A、40B)和熱交換模塊(30)的內(nèi)部循環(huán)的被冷卻介質(zhì)循環(huán)泵(50)。
文檔編號F24F13/30GK101240939SQ20081000212
公開日2008年8月13日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者佐野方俊, 大橋幸夫, 巖下榮, 湯川敦司 申請人:株式會社東芝