专利名称：热交换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够有效地利用工业用水或自来水的热交换装置。
技术背景以往，在工厂中为了冷却或洗净机械等使用工业用水等。 工业用水与普通的自来水相比每单位流量的冷却性能差，但每立 方米的价钱便宜。因此，在冷却用途和洗净用途中多用工业用水而不 用普通的自来水。在将工业用水用于冷却用途的情况下，从工业用水管路引来配管 将工业用水提供给冷却用的热交换器等。热交换器等用所供给的工业 用水冷却制冷剂。冷却过制冷剂后的工业用水温度上升。升温后的工 业用水在冷却塔(CoolingTower)中散热。由于通过散热工业用水冷 却，因此能够再用于冷却用途。另外，工业用水在多次再利用后最终 排放到下水(污水)或河川等中。下面举具体例。图26为表示现有技术的空调/冷气设备系统1的结构的示意图。 空调/冷气设备系统l具备蒸发器2、压縮机3、冷凝器4和减压 器5，在冷却对象流通管6、低沸点介质流通管7与被冷却介质流通 管8之间进行热交换。蒸发器2中冷却对象流通管6与低沸点介质流 通管7进行热交换，冷凝器4中低沸点介质流通管7与被冷却介质流 通管8进行热交换。详细为，低沸点介质在低沸点介质流通管7中流动，低沸点介质在蒸发器2中从在冷却对象流通管6中流动的水或空气等冷却对象物 质中吸取热量而蒸发。并且，在低沸点介质流通管7内蒸发的低沸点 介质在冷凝器4中将热量放出给被冷却介质流通管8中流动的工业用 水等而液化。另外，被冷却介质流通管8与冷却塔9相连，被冷却介 质在经过冷却塔9时散热。总之，利用低沸点介质流通管7中流动的 低沸点介质的状态变化冷却冷却对象流通管6中流动的水或空气等 冷却对象物质(参照例如日本特开2002-174438号公报)。如上所述，现有技术的空调/冷却系统中引入工业用水等，使用 冷却塔等冷却冷却对象物质。但是，如果像现有技术的空调/冷却系统这样使用冷却塔等设备 的话，存在大量的废热引起"热岛现象"的情况。因此希望不使用冷 却塔而有效地将工业用水用于冷却用途。并且，在由于工厂减少等使工业用水的使用减少的地域等中，尽 管不使用工业用水，但工业用水管路中仍在流动水。因此，多数情况 下没有有效地利用工业用水管路。发明内容本发明就是鉴于上述情况，其目的是要提供一种能够有效地利用 工业用水或自来水的热交换装置。为了解决上述问题，本发明提供一种热交换装置，其特征在于，具备设置在工业用水配管或自来水配管内部的热交换模块；支持热交换模块并且连通配管的外部与该热交换模块的内部、导入被冷却介 质的至少一组导入管；以及，使被冷却介质在各导入管和热交换模块的内部循环的被冷却介质循环机构。本发明的优点将在以下的叙述中阐明，并且其中的一部分从叙述 中显而易见或者可以从实践中学到。本发明的优点可以通过下文中详 细指出的实施方式及其组合认识到和获得。
下面的附图并入说明书中并构成说明书的一部分，图解说明本发 明的实施方式，结合以上的简要叙述和后面的实施例的详细叙述，用 来说明本发明的原理。图1是表示本发明的第1实施方式的热交换装置10的结构的示 意图。图2是表示第1实施方式的热交换模块30的一例的示意图。 图3是表示第1实施方式的热交换模块30的一例的示意图。 图4是表示第1实施方式的热交换模块30的一例的示意图。 图5是用于说明第1实施方式的热交换装置10的作用的流程图。 图6是表示本发明的第2实施方式的热交换装置10S的结构的示 意图。图7是表示第2实施方式的热交换模块30S的整体的示意图。 图8是表示将第2实施方式的热交换模块30S的各部件分解开来的状态的示意图。图9是表示本发明的第3实施方式的热交换装置10T的结构的示意图。图10是表示第3实施方式的热交换模块30T的整体的示意图。 图11是表示将第3实施方式的热交换模块30T的各部件分解开来的状态的示意图。图12A是表示本发明的第4实施方式的将散热片37设置在外壁上的传热管32的结构的示意图。图12B是表示第4实施方式的将散热片37设置在外壁上的传热管32的截面的示意图。图13A是表示第4实施方式的凹凸部件38A的外观的示意图。 图13B是表示第4实施方式的凹凸部件38B的外观的示意图。 图14是表示本发明的第5实施方式的热交换装置10V的结构的示意图。图15是表示第5实施方式的抑制板70的结构的示意图。 图16是表示本发明的第6实施方式的热交换装置10W的结构的 示意图。图17是表示第6实施方式的导流叶片的一例的示意图。 图18是表示第6实施方式的导流叶片的一例的示意图。 图19是表示第6实施方式的导流叶片的一例的示意图。 图20是用来说明第6实施方式的热交换装置10W的作用的示意图。图21是用来说明第6实施方式的热交换装置10W的作用的示意图。图22是表示本发明的第7实施方式的传热管32的排列状态的示 意图。图23是表示第7实施方式的分析计算结果的图。 图24A是表示本发明的第8实施方式的热交换装置10Y的结构 的示意图。图24B是表示第8实施方式的热交换装置10Y的结构的示意图。 图25是表示本发明的第9实施方式的热交换装置10Z的结构的 示意图。图26是表示现有技术的空调/冷气设备系统1的结构的示意图。
具体实施方式
下面参照
本发明的实施方式。 〈第1实施方式〉 (1-1.结构)图1为表示本发明的第1实施方式的热交换装置10的结构的示 意图。这里表示的是热交换装置10将从空调/冷气设备系统1排出的废热排放给在工业用水配管或自来水配管(以下称为"工业用水配管等")的内部流动的工业用水w或自来水(以下称为"工业用水等")的结构例。另外，对于与已经说明过的部分相同的部分添加相同的附图标 记，省略其重复说明。并且，在以下的各个实施方式中也同样省略重 复的说明。热交换装置10具备热交换模块30、导入管40和被冷却介质循环 泵50，通过被冷却介质流通管8与空调/冷气设备系统1的冷凝器4 相连。当将热交换装置10安装到工业用水配管或自来水配管中时，可 以例如将工业用水配管等的一部分换成配管20安装。热交换模块30设置在配管20的内部，在本实施方式中，使用图 2 4所示的热交换模块30。即，热交换模块30具有至少一组与后述 的导入管40A、 40B相连，具有多个沿配管20的管轴彼此相向的开 口部H的汇聚管31A、 31B;以及水密性地设置在各汇聚管31A、 31B 的彼此相向的开口部H上的多根传热管32。其中，各传热管32与工 业用水等在配管20的内部流动的方向平行地设置。导入管40为支持热交换模块30并且连通配管20的外部和该热 交换模块30的内部、导入被冷却介质C的至少一组管状部件。这里 利用一组导入管40A、 40B通过多根汇聚管31将被冷却介质C导入 传热管32。被冷却介质循环泵50为使被冷却介质C在各导入管40A、 40B 和热交换模块30的内部循环的部件。这里使被冷却介质C通过空调 /冷气设备系统1的冷凝器4和各传热管32地进行循环。 (1-2.作用)下面用图5的流程图说明本实施方式的热交换装置10的作用。本实施方式中热交换装置10安装在空调/冷气设备系统1中。空调/冷气设备系统1使低沸点介质流通管7中流动的低沸点介 质在蒸发器2中蒸发，由此从冷却对象流通管6中流过的空气或水等 冷却对象物质吸取热量，使冷却对象物变成冷风或冷水。另一方面， 蒸发后变成气体的低沸点介质被压縮机3升压后输送给冷凝器4。然 后，低沸点介质流通管7中的低沸点介质在冷凝器4中被在被冷却介 质流通管8中流过的被冷却介质C冷却。g卩，空调/冷气设备系统l 的废热从低沸点介质流通管7向被冷却介质流通管8放出(步骤Sl )。这里，被冷却介质流通管8的两端分别连接有导入管40A、 40B。 所以，通过使被冷却介质循环泵50工作，能够使接收了热量的被冷 却介质C向一个方向移动，提供给热交换模块30 (步骤S2)。热交换模块30配置在配管20的内部。因此当被冷却介质C流经 热交换模块30的汇聚管31和传热管32的内部时，将废热放出给在 配管20的内部流动的工业用水W等(步骤S3)。结果被冷却介质C 被冷却。冷却后的被冷却介质C再次流入冷凝器4 (步骤S4)。然后被冷 却介质流通管8在冷凝器4中从低沸点介质流通管7接收废热。此后，在被冷却介质循环泵50工作期间，反复进行上述步骤Sl S4的动作(步骤S5)。由此，空调/冷气设备系统1的废热通过热交 换装置IO放出给工业用水配管等。 (1-3.效果)如上所述，本实施方式的热交换装置10通过采用具有以下单元 的结构，不用从工业用水配管或自来水配管中引出工业用水W等就 能够冷却被冷却介质C，能够有效利用工业用水或自来水。这些单元 是安装到工业用水配管或自来水配管中的配管20;设置在配管20 内部的热交换模块30;支持热交换模块30并连通配管20的外部和 该热交换模块30的内部，导入被冷却介质C的至少一组导入管40A、40B;以及，使被冷却介质C在各导入管40A、 40B及热交换模块30 的内部循环的被冷却介质循环泵50。艮P，导入管40连接在将被冷却介质C导入工业用水配管等内部 的多个汇聚管31上。而且各汇聚管31连接在与工业用水W等的流 动方向平行设置的多个传热管32上。因此，被冷却介质C在这些传 热管32内部流通的期间与在传热管32的外部流动的、温度更低的工 业用水W等进行热交换而被冷却。另外，被冷却介质C通过一组汇聚管31A、 31B从导入管40A、 40B导入各传热管32中。此时，通过被冷却介质循环泵50给被冷却 介质C加压，使其从被冷却介质流通管8到导入管40A、汇聚管31A、 传热管32、汇聚管31B、导入管40B和被冷却介质流通管8这样地 循环。另外，如果采用热交换装置IO，工业用水W等不与被冷却介质 C混合地进行热交换。因此，不会引起工业用水W等品质恶化，能 够将工业用水W等用于冷却用途。并且，热交换装置10不使用冷却塔。因此，能够减轻大量设置 在城市大楼屋顶上的冷却塔散发的大量废热引起的"热岛"现象。另外，虽然本实施方式以放出空调/冷气设备系统1的废热的热 交换装置10为例进行说明，但并不局限于此，只要是需要将产生的 热量废弃到外部的装置，当然也可以是热交换装置IO与其他系统的 组合。并且，虽然本实施方式从工业用水W等流向的下游一侧导入被 冷却介质C，但当然也可以从上游一侧导入。并且，将导入管40插入配管20中的位置并不局限于图1所示的 位置。即，导入管40可以从上面、下面、侧面任何一个方向插入。在本实施方式的热交换装置10中，为了支持热交换模块30的自 重，也有在配管20的内部设置档撑(spacer)的情况。另外，虽然本实施方式的热交换装置10叙述的是设置了多根传 热管32的多管式热交换模块30，但也可以采用非管状而是使用板状 隔壁的散热板式热交换模块30。 (降低成本)本实施方式的热交换装置10有助于低成本地使用工业用水W 等。下面说明这一点。在使用工业用水W时， 一般是需要者在与工业用水的供给业者 签约时确定"额定水量"，与额定水量相对应支付一定的使用费。但 是，使用量即使不到"额定水量"支付的费用也相同。反之，当超过 额定水量时需要支付超额费用。并且，区域冷暖气设备或未利用能量的利用项目中，为了冷却用 途有可能临时引出工业用水W来使用，然后送回原来的工业用水配 管中。但是，即使将工业用水送回原来的工业用水配管中，使用费用 也不会改变。原因是一旦引到需要者一侧的工业用水即使送回原来的 配管中也没有改变产生品质恶化的危险，因此在供给业者的立场来 看，不能成为改变使用费的理由。总之，对需要者来说，都需要支付比与实际使用量相对应的费用 多的费用。因此，希望有能够实现不需要支付过多的费用的低成本化 的热交换系统。伹是，目前的现状是工业用水配管内部总是以一定流速以上的速 度流过温度比较低的水。而且，工业用水的供给业者承担着不管各需 要者的消耗量如何总是配给一定量以上的水的义务。此外，在自来水 配管中，为了使自来水在到达需要者之前不失去残留的氯，需要使其 在一定的时间内通过配管。另一方面，随着公共事业民营化的推进，作为工业用水等的供给 业者，不仅有地方政府等公共事业者，民营业者业也参与进来。由于 民营业者为供给业者时不受水的供给形态或规章的束缚，因此通过设定需要者费用负担少、与实际使用量相称的费用体系，有可能唤起需 求。在这样的背景下，如果使用本实施方式的热交换装置10，由于不用将工业用水w等取出到配管外部，并且不用与工业用水w等混合 就能够冷却被冷却介质c，因此不会产生水质恶化的危险，能够以低 成本给需要者提供工业用水。总之，本实施方式的热交换装置10有助于低成本地使用工业用水w等。〈第2实施方式〉图6为表示本发明的第2实施方式的热交换装置10S的结构的示 意图。本实施方式的热交换装置10S为使用了与第1实施方式的热交换 模块30不同的热交换模块30S的装置。热交换模块30S具备隔板33和隔壁34A、 34B。具体为，热交换 模块30S的整体如图7所示。并且，各部件分解的状态如图8所示。隔板33为沿配管20的管轴水密地分隔该配管20的内部的部件。 这里，与工业用水W等的流向平行配置。隔壁34A、 34B为分别堵塞在隔板33的两端部与配管20的内壁 20W之间的一组部件。这里使用与配管20的管轴垂直的圆弧状部件。如上所述，由于热交换模块30S具备隔板33和闭塞隔板33两端 部的隔壁34A、 34B，因此在配管20的内部具有与工业用水W等隔 离的隔离区域。因此，如果使被冷却介质循环泵50工作，将经由冷凝器4的被 冷却介质C从导入管40A导入上述隔离区域内，从导入管40B排出 地进行循环的话，则能够不用从工业用水配管等中将工业用水W等 取出到外部、并且使其不与被冷却介质C混合地进行热交换。并且，本实施方式的热交换模块30S由于整个隔板33与在配管 20的内部流动的工业用水W等接触，因此能够效率良好地冷却被》令却介质c。另外，虽然本实施方式的热交换装置ios描述的是用一组隔壁34A、 34B与工业用水W等隔离的1个隔离区域，但当然也可以用多 组隔壁形成多个隔离区域。并且，各隔壁34A、 34B的安装角度不必严格地与流向平行。例 如，为了减少工业用水W等的流动阻力，也可以是设置在上游的隔 壁34A向上游一侧倾斜地设置，设置在下游的隔壁34B向下游一侧 倾斜地配置。〈第3实施方式〉图9为表示本发明的第3实施方式的热交换装置10T的结构的示 意图。本实施方式的热交换装置10T不是使被冷却介质C在配管20的 内部循环，而是使其在工业用水管路等配管20'的外部循环。艮P， 热交换装置10T在工业用水配管等的外部具备热交换模块30T。热交换模块30T具备包覆管35和闭塞部件36。具体为，热交换 模块30T的整体如图10所示。并且，各部件分解的状态如图11所示。包覆管35的直径比工业用水管路等配管20'的直径大，为将该 配管20'收容到内部的部件。其中，包覆管35的内径在工业用水配 管等的同心圆上，比工业用水配管等的外径大。闭塞部件36A、 36B为分别堵塞在包覆管35的两端部与配管20' 的外壁之间的一组部件。其中，闭塞部件36A、 36B为与配管轴垂直 设置的环状部件。如上所述，由于热交换模块30T具有包覆管35和堵塞在包覆管 35的两端部与配管20'的外壁之间的闭塞部件36A、 36B，因此在 配管20'的外壁面上形成隔离区域。因此，通过使被冷却介质循环泵50工作，将经由冷凝器4的被 冷却介质C从导入管40A导入上述隔离区域内，从导入管40B/排出地循环，能够不用从工业用水配管等中将工业用水w等取出到外部、 并且不与被冷却介质c混合地进行热交换。这样一来，如果采用本实施方式的热交换装置IOT，不用从用水 管路引出工业用水W等就能够冷却被冷却介质C，能够有效地利用 用水管路。另外，虽然本实施方式的热交换装置IOT设置同心圆状的包覆管 35，但不必局限于同心圆形状的包覆管。艮P，只要是能够确保与工业 用水配管等之间有被冷却介质C流动的隔离区域的形状就可以。例 如，包覆管35的截面形状也可以是多边形。另外，工业用水配管等一般被埋设在地下，但有时也设置在地上。 对于这样设置在地上的工业用水配管等，如果是本实施方式的热交换 装置IOT，只要具备包覆管35就可以。总之，如果采用本实施方式 的热交换装置10T,由于不需要更换配管20'等，因此具有建设作业 等的负担少就可以的优点。 〈第4实施方式〉本发明的第4实施方式的热交换装置10U在热交换模块30、30S、 30T中设置与工业用水等接触的接触部件。具体如图12A、如12B所示，在第1实施方式的传热管32的外 壁设置有散热片37。另外，图12A为表示传热管32的外观的示意图， 图12B为表示传热管32的截面形状的示意图。并且，将图13A、图13B所示的凹凸部件38A或38B设置在第 1实施方式的配管20的内壁或第2实施方式的配管20的内壁和隔板 33的表面,或者第3实施方式的包覆管35的内壁和工业用水配管20' 的外壁等处。另外，凹凸部件38A将凸起和凹陷形成为直线形状， 凹凸部件38B将凸起和凹陷形成为弯曲形状。通过在与工业用水等接触的位置上设置这种散热片37或凹凸部 件38A、 38B,能够增加配管20或传热管32、隔板33、包覆* 35等中每单位长度的热交换面积。并且，能够在工业用水w等和被冷 却介质c中产生紊流。如上所述，由于本实施方式的热交换装置10U在配管20的内壁 和热交换模块30、 30S、 30T的外壁具有散热片37或凹凸部件38A、 38B,因此能够提高在配管20的内部流动的工业用水W等与热交换 模块的接触效率，能够效率良好地冷却被冷却介质C。并且，由于工业用水W等与被冷却介质C之间的热交换效率提 高，因此对于必要的热交换量能够縮短传热管32的总长(长度X根 数)或隔板33、包覆管35的长度。结果，有助于降低热交换模块30 等的设置成本。并且，由于能够降低工业用水W等流动的压力损失，因此也能 够抑制工业用水W等的送水泵的动力消耗的增加。而且也能够抑制 送水泵的增设、更换等的作业。 〈第5实施方式〉图14为表示本发明的第5实施方式的热交换装置10V的结构的 示意图。本实施方式的热交换装置10V在第1实施方式的热交换装置10 的配管20的内壁与设置了传热管32的区域之间的侧面间隙部中，设 置了堵住或抑制工业用水W等流动的抑制板70。艮口，抑制板70为增加配管20的内壁与传热管32的外壁之间的 区域中的流动阻力的阻力部件，例如图15所示设置了挖空四边形中 央的网孔形状的部件。由此，能够防止工业用水W等不通过设置了传热管32的区域而 通过配管20的内壁附近流向下游。如果补充说明，由于一般情况下设置了多个传热管32的区域流 动阻力大，因此工业用水等流经没有设置传热管32的侧面间隙部。 因此，工业用水W等与传热管32的热交换效率有可能降低。与此相对，本实施方式的热交换装置10V由于具备抑制板70， 因此能够将在配管20内流动的工业用水W等导向传热管32附近， 能够将热交换的损失抑制到最小。结果，热交换装置10V能够效率 良好地冷却在传热管32中流动的被冷却介质C。但是，如果抑制板70过于堵塞侧面间隙，则压力损失过大，产 生提高用水管路的泵动力的必要。因此，希望使抑制板70为开了孔 的网孔状或在与配管20的内壁之间设置间隙。换言之，通过设置具 有适当的开孔率的抑制板70能够使热交换率与压力损失之间的平衡 最合适化。另外，虽然本实施方式的热交换装置10V设置环形抑制板70， 但只要是具有抑制侧面间隙部中工业用水W等流动的功能的形状， 也可以是其他的形状。并且，作为抑制板70也可以使用由分割的多 个结构体构成的部件。并且，抑制板70不仅可以设置在一个地方，也可以设置在多个 地方。〈第6实施方式〉图16为表示本发明的第6实施方式的热交换装置10W的结构的 示意图。本实施方式的热交换装置10W在第1实施方式的设置了热交换 模块30的位置的下游的位置上设置了搅拌在配管20的内部流动的工 业用水W等的导流叶片71。具体为，作为导流叶片71可以列举图17所示那样的直径沿工业 用水W的流动方向变小的椭圆柱形状的结构体71A，或者图18所示 那样的具有与流动方向相对的顶点的圆锥形状的结构体71B，或者图 19所示那样的扭转板状的结构体71C。另外，图17 图19表示侧视 图和主视图。如上所述，本实施方式的热交换装置10W由于在设置了热交换模块30的位置的下游的位置上具有搅拌在配管20的内部流动的工业 用水W等的导流叶片71，因此在比导流叶片71更下游的地方设置 热交换模块30的情况下，能够使流入该下游设置的热交换模块30中 的水的温度均匀化，能够效率良好地进行冷却。如果补充说明，由于与热交换模块30接触的工业用水W等与被 冷却介质C进行热交换，因此在比设置了热交换模块30的位置靠下 游的位置水温上升的幅度大。另一方面，对于通过侧面间隙部等几乎不与热交换模块30进行 热交换的工业用水W等，在比设置了热交换模块30的位置靠下游的 位置处水温上升的幅度小。因此，如果工业用水W等就这样流向下游的话，则如图20所示 在更下游设置的热交换模块30'中几乎不与水温上升幅度大的工业 用水W1等进行热交换。此时，即使与水温上升幅度大的工业用水W1等进行热交换，由 于与被冷却介质C的温度差小，因此不能发挥充分的冷却效果。与此相对，如果是本实施方式的热交换装置10W的话，如图21 所示在2个热交换模块30与30'之间设置了导流叶片71。由此，通 过热交换模块30后水温下降幅度大的工业用水W等与下降幅度小的 工业用水W2等混合，通过导流叶片71后的工业用水W3等的温度 分布变得均匀。结果，能够增大设置在下游的另外的热交换模块30'中工业用水 等与被冷却介质C的温度差，能够抑制冷却性能的恶化。另外，虽然在本实施方式中设置了圆环形状的旋流器(7!7，一)、 圆锥形状的旋流器或扭转板形状的旋流器，但只要是具有改变工业用 水等流动方向的功能的形状，并不局限于上述形状。例如，除此以外 还可以使用将工业用水等从水管的管轴附近导向内壁附近的多f锤 状的结构体等。〈第7实施方式〉本发明的第7实施方式的热交换装置10X为使第1实施方式的热 交换装置10中传热管32的排列间距最合适化的形态。本实施方式中热交换装置IOX如图22所示使各传热管32的中心 间距离P为一定的间隔。这里，如果縮小中心间距离P，由于能够在一定的区域内收纳更 多的传热管32，因此传热面积增加。但是，由于此时工业用水W等 流动的间隙变窄，因此流动阻力变大。结果，工业用水W等在设置 热交换模块30的区域外侧的侧面间隙部中流动，有冷却性能恶化的 可能。并且，压力损失增大，送水泵的动力也有可能变得过大。因此，如果进行求出最合适的中心间距离P的值的分析计算的 话，能够获得图23所示的结果。假设分析计算的条件为配管20的内径为43cm、每一小时在配 管20的内部流动的工业用水的流量为475.3m3,传热管32的外径D 为27.2cm、传热管32的长度为3.6m、在传热管32的内部流动的被 冷却介质的流量为47.5m3。分析计算的结果，每单位压力损失的热交换量(单位为W/Pa) 对传热管排列间距比为图23的曲线L1所示的值。另外，"传热管排 列间距比"为彼此相邻的传热管32的中心间距离P与传热管32的外 径D之比。并且，压力损失(单位为Pa)对传热管排列间距比表示 为曲线L2。热交换量(单位为kW)对传热管排列间距比表示为曲线 L3。根据图23的曲线L1可以知道，在传热管排列间距比(横轴)的 值为1.3以下、2.4以上的区域，纵轴的每单位压力损失——即每单 位泵动力的热交换量大幅度地降低。因此，本实施方式的热交换装置10X使传热管排列间距比(P/D) 的值在1.3 2.4的区域内地配置传热管32。由此，热交换装置10X能够以最小限度的泵动力实现最大的热交换量。另外，虽然本实施方式将传热管32配置成正方形，但并不局限 于此，也可以用于等边三角形等其他的配置。 〈第8实施方式〉本发明的第8实施方式的热交换装置10Y为使第1和第2实施方 式的热交换装置10、 10S中供被冷却介质C流通用的截面积的大小 最合适化的形态。在热交换装置10Y中，在热交换模块30的内部流动的被冷却介 质C从在配管20的内部流动的工业用水W等接收的热量Qc用下述 公式(1)表示。其中，uc为被冷却介质C的流速，Ac为流路截面 积，ATc为入口温度差，Pc为密度，Cpc为比热。<formula>formula see original document page 19</formula>............ (1)另一方面，在配管20的内部流动的工业用水W等从在热交换模 块30的内部流动的被冷却介质C接收的热量Qw用下述公式(2)表 示。其中，uw为工业用水W等的流速，Aw为流路截面积，ATw为 入口温度差，Pw为密度，Cpw为比热。<formula>formula see original document page 19</formula>............ (2)其中，密度P和比热Cp由于变化量小，因此成为相同的值。因 此，在Qc-Qw时的状态下，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，实际的工业用水W等的流速uw约为lm/s (秒速l米)。并且，为了将热交换装置IOY设置到工业用水管路等中，有必要 将工业用水W等的温度上升抑制在1K以下。因此，在空调/冷气设备系统1中，需要使冷却被冷却介质C时 出入口的温度差ATc为5K 6K。并且，被冷却介质C的流速uc， 为了使热传递效率至少与工业用水W等相等或超过工业用水^等，有必要使工业用水W等的流速uw在lm/s以上。即，有必要满足下 述公式(5)。(Ac/Aw) < (1 1) / (1 5) =0.2............ (5)因此，本实施方式的热交换装置IOY如图24A、图24B所示使 热交换模块30内部的平均流路截面积Ac在与配管20的管轴垂直的 面上的流路的截面积Aw的20%以内。由此，热交换装置10Y能够 将在配管20中流动的水的温度上升抑制在1K以下。结果，能够将 多个热交换系统设置在工业用水配管等中。 <第9实施方式〉本发明的第9实施方式的热交换装置10Z为使第3实施方式的热 交换装置10T中供被冷却介质C流通用的截面积的大小最合适化的 形态。本实施方式如图25所示那样，当假设被冷却介质C流动的区域 的流路截面积为Ac、工业用水等流动的区域的流路截面积为Aw时， 使Ac与Aw之比(Ac/Aw)在0.2以下地设置包覆管35。艮P，在本实施方式中，由于与第8实施方式叙述过的理由相同的 理由，使隔离区域的流路截面积在与配管的管轴垂直的面上的流路的 截面积的20%以内地设定包覆管35的内径。详细为，当将包覆管35的内径记为Dic，工业用水配管等的外径 记为Dow、内径记为Diw时，下述公式(6)、 (7)成立。Ad (Dic2_Doc2) /4............ (6)Aw= JtDiw2/4........................ (7)因此，使下式(8)成立地决定包覆管35的内径Diw。 (Ac/Aw) = (Dic2_Dow2) /Diw2<0.2............ (8)如此这般，本实施方式的热交换装置IOZ使隔离区域的流路截面 积Ac在与配管20'的管轴垂直的面上的流路的截面积Aw , 20%以 内。由此，热交换装置10Z能够将在配管20'中流动的工业用水等的温度上升抑制在1K以下。结果，能够将多个热交换系统设置在工 业用水配管等中。 〈其他〉另外，本发明并不原封不动地局限于上述实施方式，在实施阶段 能够在不超出其宗旨的范围内改变构成要素来具体实施。并且可以适 当地组合上述实施方式公开的多个构成要素形成各种发明。例如，可 以从实施方式公开的所有构成要素中删除几个构成要素。而且，也可 以适当组合不同实施方式中的构成要素。对于精通上述发明技术的人能容易地想到其他特征和改进。所 以，本发明更宽的形态并不局限于这里详细的描述和有代表性的实施 方式。因此，在不超出附加的权利要求及其相当的要求的旨意和范围 内可以进行种种改进。
权利要求
1.一种热交换装置，其特征在于，具备设置在工业用水配管或自来水配管内部的热交换模块；支持上述热交换模块并且连通上述配管的外部与该热交换模块的内部、导入被冷却介质的至少一组导入管；以及，使上述被冷却介质在上述各导入管和上述热交换模块的内部循环的被冷却介质循环泵。
2. 如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，上述热交换 模块具备与上述导入管相连、具有多个沿上述配管的管轴彼此相向 的开口部的至少一组汇聚管；以及，设置在上述各汇聚管的彼此相向 的开口部的多个传热管。
3. 如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，上述热交换 模块具备沿上述配管的管轴分隔该配管的内部的隔板；以及，分别 堵塞在上述隔板的两端部与上述配管的内壁之间的一组隔壁。
4. 如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，在上述热交 换模块的外壁具有凹凸部件。
5. 如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，上述热交换 模块内的平均流路截面积在与上述配管的管轴垂直的面的流路截面 积的20%以内。
6. 如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，在设置了上 述热交换模块的位置的下游的位置上具有用于搅拌在上述配管内流 动的水的导流叶片。
7. 如权利要求2所述的热交换装置，其特征在于，在上述传热 管的外壁具有散热片。
8. 如权利要求2所述的热交换装置，其特征在于，在上述配管 内壁与设置了上述传热管的区域之间，具有用于增大流动阻力的抑制 板。
9. 如权利要求2所述的热交换装置，其特征在于，使上述各传 热管中心之间的距离与该传热管的外径之比为从1.3到2.4的某一个 值地配置上述各传热管。
10. —种热交换装置，其特征在于，具备直径比用水管路的配 管的直径大、包覆该配管的包覆管；分别堵塞在上述包覆管的两端部 与上述配管的外壁之间、并且支持该包覆管的一组闭塞部件；连通由 上述包覆管的内壁、上述配管的外壁和上述各闭塞部件形成的隔离区 域的内部与上述包覆管的外部，导入被冷却介质的至少一组导入管； 以及，使上述被冷却介质在上述各导入管和上述隔离区域的内部循环 的被冷却介质循环泵。
11. 如权利要求IO所述的热交换装置，其特征在于，在上述配 管的内壁具有凹凸部件。
12. 如权利要求10所述的热交换装置，其特征在于，上述隔离 区域的流路截面积在与上述配管的管轴垂直的面的流路截面积的 20%以内。
全文摘要
本发明的热交换装置(10)具备安装到用水管路中的配管(20)；设置在配管(20)的内部，被水密性地隔离的中空热交换模块(30)；支持热交换模块(30)并连通配管(20)的外部与该热交换模块(30)的内部、导入被冷却介质(C)的至少一组导入管(40A、40B)；以及，使被冷却介质(C)在各导入管(40A、40B)和热交换模块(30)的内部循环的被冷却介质循环泵(50)。
文档编号F24F13/30GK101240939SQ20081000212
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月15日 优先权日2007年2月7日
发明者佐野方俊, 大桥幸夫, 岩下荣, 汤川敦司 申请人:株式会社东芝