熱交換装置
【課題】用水路を有効活用し得る熱交換装置を提供する。
【解決手段】熱交換装置１０は、用水路に取り付けられる配管２０と、配管２０の内部に設けられ、水密に隔離された中空の熱交換モジュール３０と、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の導入管４０Ａ・４０Ｂと、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させる被冷却媒体循環ポンプ５０とを備える。
【解決手段】熱交換装置１０は、用水路に取り付けられる配管２０と、配管２０の内部に設けられ、水密に隔離された中空の熱交換モジュール３０と、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の導入管４０Ａ・４０Ｂと、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させる被冷却媒体循環ポンプ５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工場における機械などを冷却したり洗浄したりするために工業用水等が利用されている。
【０００３】
工業用水は、一般の水道水と比較すると、単位流量当たりの冷却性能は劣るが、１ｍ３当たりの単価は安い。そのため、冷却用途や洗浄用途に関しては、一般の水道水より工業用水が利用されることが多い。
【０００４】
工業用水を冷却用途に用いる場合には、工業用水路から配管を引き込み、工業用水を冷却用の熱交換器等に供給する。熱交換器等では、供給された工業用水を用いることにより、冷媒を冷却する。一方、冷媒を冷却した工業用水は昇温する。そこで、昇温した工業用水を冷却塔（クーリングタワー）で放熱する。放熱により工業用水は冷えるので、冷却用途に再利用することができる。なお、工業用水は、数回再利用された後、最終的には、下水や河川などに放流される。以下、具体例を挙げる。
【０００５】
図２６は従来の空調／冷房システム１の構成を示す模式図である。
【０００６】
空調／冷房システム１は、蒸発器２・圧縮機３・凝縮器４・減圧器５を備え、冷却対象流通管６と低沸点媒体流通管７と被冷却媒体流通管８との間の熱交換を行なう。蒸発器２では、冷却対象流通管６と低沸点媒体流通管７とが熱交換し、凝縮器４では、低沸点媒体流通管７と被冷却媒体流通管８とが熱交換する。
【０００７】
詳しくは、低沸点媒体流通管７には低沸点媒体が流れており、蒸発器２において、冷却対象流通管６を流れる水や空気などの冷却対象物質から低沸点媒体が熱を奪って蒸発する。また、低沸点媒体流通管７内の蒸発した低沸点媒体は、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８を流れる工業用水等に熱を放出して液化する。なお被冷却媒体流通管８は冷却塔９と接続しており、被冷却媒体が冷却塔９を経由する際に放熱する。要するに、低沸点媒体流通管７を流れる低沸点媒体が状態変化することにより、冷却対象流通管６を流れる水や空気などの冷却対象物質が冷却される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の空調／冷房システムにおいては、工業用水等を引き込み、冷却塔を用いるなどして、冷却対象物質を冷却する。
【０００９】
しかしながら、従来の空調／冷房システムのように冷却塔などの設備を用いると、大量の廃熱によって「ヒートアイランド現象」を引き起こすことがある。それゆえ、冷却塔を用いないで、工業用水を冷却用途に有効活用することが望まれている。
【００１０】
また、工場の減少などにより工業用水の利用が減少する地域等においては、工業用水が利用されていないにもかかわらず、工業用水路に水が流れていることになる。そのため、工業用水路が有効活用されていないことも多い。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために以下の手段を講じる。
【００１３】
請求項１に対応する発明は、工業用水あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、前記熱交換モジュールを支持するとともに、前記配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、前記各導入管および前記熱交換モジュールの内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた熱交換装置である。
【００１４】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールは、前記導入管に接続され、前記配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、前記各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管とを備えた熱交換装置である。
【００１５】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールは、前記配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、前記仕切り板の両端部と前記配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁とを備えた熱交換装置である。
【００１６】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えた熱交換装置である。
【００１７】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュール内の平均流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である熱交換装置である。
【００１８】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、前記配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材を備えた熱交換装置である。
【００１９】
請求項７に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記伝熱管の外壁に、フィンを備えた熱交換装置である。
【００２０】
請求項８に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記配管内壁と前記伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材を備えた熱交換装置である。
【００２１】
請求項９に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、前記各伝熱管が配置される熱交換装置である。
【００２２】
請求項１０に対応する発明は、用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、前記被覆管の両端部と前記配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、前記被覆管の内壁、前記配管の外壁及び前記各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、前記被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、前記各導入管および前記隔離領域の内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた熱交換装置である。
【００２３】
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する熱交換装置において、前記配管の内壁に、凹凸部材を備えた熱交換装置である。
【００２４】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０または請求項１１に対応する熱交換装置において、前記隔離領域の流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である熱交換装置である。
【００２５】
＜作用＞
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、以下の作用を有する。
【００２６】
請求項１に対応する発明は、工業用水配管あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、熱交換モジュールを支持するとともに、配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、各導入管および熱交換モジュールの内部に被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた構成により、工業用水配管等から工業用水等を引き出さずに被冷却媒体を冷却することができ、工業用水等を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。
【００２７】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、熱交換モジュールが、導入管に接続され、配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管とを備えているので、配管内部を流れる工業用水等と伝熱管の外壁との接触効率を高めることにより、伝熱管内部を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００２８】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、熱交換モジュールが、配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、仕切り板の両端部と該配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁とを備えており、配管内部を流れる水に仕切り板全体が接触するので、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００２９】
請求項４に対応する発明は、請求項１〜３のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えているので、配管内部を流れる水と熱交換モジュールとの接触効率を高めることができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３０】
請求項５に対応する発明は、請求項１〜４のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールの内部の平均流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内であるので、配管を流れる工業用水等の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができる。
【００３１】
請求項６に対応する発明は、請求項１〜５のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材を備えているので、攪拌部材の設置位置よりさらに下流に熱交換モジュールが設けられた場合、その下流に設けられた熱交換モジュールに流入する水温を均一化することができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３２】
請求項７に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、伝熱管の外壁に、フィンを備えているので、配管内部を流れる工業用水等と伝熱管との接触効率を高めることができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３３】
請求項８に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、配管内壁と伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材を備えており、配管を流れる工業用水等を伝熱管の近傍に導くことができ、伝熱管を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３４】
請求項９に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、各伝熱管が配置されるので、用水路のポンプ動力に対する、工業用水等と被冷却媒体との熱交換量を最大化することができる。
【００３５】
請求項１０に対応する発明は、用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、被覆管の両端部と配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、被覆管の内壁、配管の外壁及び各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、各導入管および隔離領域の内部に被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた構成により、工業用水配管等から工業用水等を引き出さずに被冷却媒体を冷却することができ、工業用水等を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。
【００３６】
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する作用に加え、配管の内壁に、凹凸部材を備えているので、配管内部を流れる水と配管の内壁との接触効率を高めることができ、隔離領域を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３７】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０・１１に対応する作用に加え、隔離領域の流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内であるので、配管を流れる水の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００４０】
＜第1の実施形態＞
（１−１．構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置１０の構成を示す模式図である。
【００４１】
ここでは、熱交換装置１０が、工業用水配管あるいは水道水配管（以下、工業用水配管等という）の内部を流れる工業用水Ｗあるいは水道水（以下、工業用水等という）に、空調／冷房システム１からの廃熱を排出するための構成例を示している。
【００４２】
なお、既に説明した部分と同一の部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態についても同様にして重複した説明を省略する。
【００４３】
熱交換装置１０は、熱交換モジュール３０・導入管４０・被冷却媒体循環ポンプ５０とを備え、空調／冷房システム１の凝縮器４に被冷却媒体流通管８を介して接続される。
【００４４】
熱交換装置１０を工業用水配管あるいは水道水配管に取り付ける際には、例えば工業用水配管等の一部を配管２０に交換して取り付けても良い。
【００４５】
熱交換モジュール３０は、配管２０の内部に設けられ、本実施形態においては、図２〜４に示すような熱交換モジュール３０が用いられる。すなわち、熱交換モジュール３０は、後述する導入管４０Ａ・４０Ｂに接続され、配管２０の管軸に沿って互いに向き合うような開口部Ｈを複数有する少なくとも一組の集合管３１Ａ・３１Ｂと、各集合管３１Ａ・３１Ｂの互いに向き合った開口部Ｈに水密に設けられた複数の伝熱管３２とを備えている。それゆえ、各伝熱管３２は、配管２０の内部を工業用水等が流れる方向と平行に設けられることになる。
【００４６】
導入管４０は、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の管状部材である。ここでは、一組の導入管４０Ａと４０Ｂとにより、複数の集合管３１を介して伝熱管３２に被冷却媒体Ｃが導入される。
【００４７】
被冷却媒体循環ポンプ５０は、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させるものである。ここでは、空調／冷却システム１の凝縮器４と各伝熱管３２とを通過するように被冷却媒体Ｃを循環させる。
【００４８】
（１−２．作用）
次に本実施形態に係る熱交換装置１０の作用について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
本実施形態では、熱交換装置１０は、空調／冷房システム１に取り付けられている。
【００５０】
空調／冷房システム１では、蒸発器２において、低沸点媒体流通管７を流れる低沸点媒体を蒸発させることにより、冷却対象流通管６を流れる空気あるいは水などの冷却対象物質から熱を奪って、冷風や冷水にする。一方、蒸発されて気体となった低沸点媒体は圧縮機３で昇圧されてから凝縮器４に送られる。そして、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８を流れる被冷却媒体Ｃにより低沸点媒体流通管７の低沸点媒体が冷却される。すなわち、低沸点媒体流通管７から被冷却媒体流通管８へ、空調／冷房システム１の廃熱が放出される（ステップＳ１）。
【００５１】
ここで、被冷却媒体流通管８の両端は、導入管４０Ａ・４０Ｂとそれぞれ接続されている。それゆえ、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動することにより、熱を受け取った被冷却媒体Ｃを一方向に移動して、熱交換モジュール３０へ供給することができる（ステップＳ２）。
【００５２】
熱交換モジュール３０は、配管２０の内部に設置されている。それゆえ、熱交換モジュール３０の集合管３１や伝熱管３２の内部を被冷却媒体Ｃが通過すると、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等に廃熱が放出される（ステップＳ３）。この結果、被冷却媒体Ｃが冷却される。
【００５３】
冷却された被冷却媒体Ｃは、再度、凝縮器４に流入する（ステップＳ４）。そして、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８が低沸点媒体流通管７から廃熱を受け取る。
【００５４】
この後、被冷却媒体循環ポンプ５０が稼動している間、上述したステップＳ１〜Ｓ４の動作が繰り返される（ステップＳ５）。これにより、空調／冷房システム１の廃熱が、熱交換装置１０を介して工業用水配管等に放出される。
【００５５】
（１−３．効果）
以上説明したように、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水配管あるいは水道水配管に取り付けられる配管２０と、配管２０の内部に設けられた熱交換モジュール３０と、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の導入管４０Ａ・４０Ｂと、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させる被冷却媒体循環ポンプ５０とを備えた構成により、工業用水配管あるいは水道水配管から工業用水Ｗ等を引き出さずに被冷却媒体Ｃを冷却することができ、工業用水あるいは水道水を有効活用することができる。
【００５６】
すなわち、導入管４０は、被冷却媒体Ｃを、工業用水配管等の内部に導く複数の集合管３１に繋がっている。さらに各集合管３１は、工業用水Ｗ等の流れる方向と平行に設けられた複数の伝熱管３２に繋がっている。そのため、被冷却媒体Ｃは、これら伝熱管３２の内部を流通する間に、伝熱管３２の外部を流れる、より低温の工業用水Ｗ等と熱交換して冷却される。
【００５７】
なお、被冷却媒体Ｃは、一組の集合管３１Ａ・３１Ｂを介して、導入管４０Ａ・４０Ｂから各伝熱管３２に導入される。この際、被冷却媒体循環ポンプ５０によって、被冷却媒体流通管８から、導入管４０Ａ・集合管３１Ａ・伝熱管３２・集合管３１Ｂ・導入管４０Ｂ・被冷却媒体流通管８と循環するように被冷却媒体Ｃに圧力が加えられる。
【００５８】
なお、熱交換装置１０によれば、工業用水Ｗ等と被冷却媒体Ｃとが混ざらずに熱交換される。そのため、工業用水Ｗ等の品質劣化を引き起こすことなく、工業用水Ｗ等を冷却用途に用いることができる。
【００５９】
また、熱交換装置１０は、冷却塔を用いていない。そのため、都市部のビルの屋上に数多く設置されている冷却塔からの大量の廃熱によって引き起こされる「ヒートアイランド現象」を軽減できる。
【００６０】
なお、本実施形態では、空調／冷房システム１の廃熱を放出する熱交換装置１０を例として説明したが、これに限らず、発生した熱を外部に廃棄する必要があるものであれば、熱交換装置１０を他のシステムと組み合わせても良いことは言うまでもない。
【００６１】
また、本実施形態では、被冷却媒体Ｃを、工業用水Ｗ等の流れの下流側から導入したが、上流側から導入しても良いことは言うまでもない。
【００６２】
また、導入管４０を配管２０に挿入する位置は、図１に示すものには限られない。すなわち、導入管４０は、上面や下面・側面のいずれの方向から挿入してもよいものである。
【００６３】
また、本実施形態に係る熱交換装置１０においては、熱交換モジュール３０の自重を支える為に、配管２０の内部にスペーサが設置される場合がある。
【００６４】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０では、伝熱管３２を複数本設置する多管式の熱交換モジュール３０について述べているが、管状ではなく板状の隔壁を用いるプレートフィン式の熱交換モジュール３０を採用しても良い。
【００６５】
（低コスト化）
また、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水Ｗ等を低コストで使用することに、資するものである。以下、この点について説明する。
【００６６】
工業用水Ｗを使用する場合、一般的には、需要者は、工業用水の供給事業者と契約時に「責任水量」を決め、これに応じて一定の使用料金を支払う。しかし、使用量が「責任水量」未満でも支払う料金は同じである。逆に、責任水量を超えてしまった場合は、超過料金を支払う必要がある。
【００６７】
また、地域冷暖房や未利用エネルギー利用のプロジェクトにおいては、冷却用途のために一旦、工業用水Ｗを引き込んでから使用し、その後で元の工業用水配管に戻すことがある。しかし、元の工業用水配管に工業用水を戻したとしても、使用料金が変わることはない。なぜならば、一旦、需要者側に引き込まれた工業用水を元の配管に戻されたとしても、品質劣化のリスクが生ずることに変わりはないため、供給事業者の立場からすると、使用料金を変える要因とはなりえないからである。
【００６８】
いずれにしても、需要者にとっては、実使用量に対応した料金より過大な料金を支払う必要がある。そのため、過大な料金を支払う必要のない低コスト化を実現し得る熱交換システムが望まれている。
【００６９】
ところで、工業用水配管の内部には、比較的低温の水が、常に一定流速以上で流れているという現状がある。さらに、工業用水の供給事業者には、各需要者の消費量にかかわらず、ある一定量以上の水を常に配水する義務が課せられている。また、水道水配管では水道水が需要者に到達するまでに、残留塩素が抜けてしまわないように、配管内を一定時間内に通過させる必要がある。
【００７０】
一方、公共事業の民営化が進むにつれて、工業用水等の供給事業者として、地方治体等の公共事業体だけでなく、民間事業者も参入してきている。民間事業者が供給事業者である場合、水の供給形態や規制に縛られることがないので、需要者の料金負担が少なく、実使用量に見合った料金体系の設定をすることにより、需要を喚起することが可能となる。
【００７１】
かかる背景から、本実施形態に係る熱交換システム１０を用いれば、工業用水Ｗ等を配管外部に取り出さず、かつ工業用水Ｗ等と混ざること無しに被冷却媒体Ｃを冷却できるので、水質劣化のリスクは生じず、需要者に工業用水路を低コストで提供できるようになる。すなわち、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水Ｗ等を低コストで使用することに、資するものである。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
図６は本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置１０Ｓの構成を示す模式図である。
【００７３】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｓは、第１の実施形態の熱交換モジュール３０とは異なる熱交換モジュール３０Ｓを用いたものである。
【００７４】
熱交換モジュール３０Ｓは、仕切り板３３と隔壁３４Ａ・３４Ｂとを備えている。具体的には、熱交換モジュール３０Ｓの全体は図７のように示される。また、各部材を分解した状態は、図８のように示される。
【００７５】
仕切り板３３は、配管２０の管軸に沿って、該配管２０の内部を水密に仕切る部材である。ここでは、工業用水Ｗ等の流れと平行に設置される。
【００７６】
隔壁３４Ａ・３４Ｂは、仕切り板３３の両端部と配管２０の内壁２０Ｗとの間をそれぞれ塞ぐ一組の部材である。ここでは、配管２０の管軸と垂直に円弧状の部材が用いられる。
【００７７】
上述したように、熱交換モジュール３０Ｓは、仕切り板３３と、仕切り板３３の両端部を閉塞する隔壁３４Ａ・３４Ｂとを備えているので、配管２０の内部に、工業用水Ｗ等と隔離した隔離領域を有している。
【００７８】
そこで、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動して、凝縮器４を経由した被冷却媒体Ｃを、上記隔離領域に導入管４０Ａから導入し、導入管４０Ｂから排出させて循環させれば、工業用水Ｗ等を工業用水配管等から外部に取り出さず、かつ被冷却媒体Ｃと混ぜないように熱交換させることができる。
【００７９】
また、本実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｓでは、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等に仕切り板３３全体が接触するので、被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
【００８０】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｓでは、一組の隔壁３４Ａ・３４Ｂによって、工業用水Ｗ等と隔離した１つの隔離領域を示しているが、複数組の隔壁を用いて、複数の隔離領域を形成しても良いことは言うまでもない。
【００８１】
また、各隔壁３４Ａ・３４Ｂの取り付け角度は、流れ方向に対して、厳密に平行である必要は無い。例えば、工業用水Ｗ等の流動抵抗を減らすために、上流側に設置される隔壁３４Ａは上流側に向かって斜めに設置し、下流側に設置される隔壁３４Ｂは下流側に向かって斜めに設置してもよい。
【００８２】
＜第３の実施形態＞
図９は本発明の第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔの構成を示す模式図である。
【００８３】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔは、配管２０の内部ではなく、工業用水路等の配管２０’の外部に被冷却媒体Ｃを循環させる。すなわち、熱交換装置１０Ｔでは、工業用水配管等の外部に熱交換モジュール３０Ｔを備えている。
【００８４】
熱交換モジュール３０Ｔは、被覆管３５と閉塞部材３６とを備えている。具体的には、熱交換モジュール３０Ｔの全体は図１０のように示される。また、各部材を分解した状態は、図１１のように示される。
【００８５】
被覆管３５は、工業用水路等の配管２０’の径より大きい径を有し、該配管２０’を内部に収容する部材である。ここでは、被覆管３５は、工業用水配管等と同心円上に、工業用水配管等の外径より大きな内径を有している。
【００８６】
閉塞部材３６Ａ・３６Ｂは、被覆管３５の両端部と配管２０’の外壁との間をそれぞれ閉塞する一組の部材である。ここでは、閉塞部材３６Ａ・３６Ｂは、配管軸と垂直に設置されるリング状の部材である。
【００８７】
上述したように、熱交換モジュール３０Ｔは、被覆管３５と、被覆管３５の両端部と配管２０’の外壁との間を閉塞する閉塞部材３６Ａ・３６Ｂとを備えているので、配管２０’の外壁面に隔離領域を形成する。
【００８８】
そこで、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動して、凝縮器４を経由した被冷却媒体Ｃを、上記隔離領域に導入管４０Ａから導入し、導入管４０Ｂから排出させて循環すれば、工業用水Ｗ等を工業用水配管等から外部に取り出さず、かつ被冷却媒体Ｃと混ぜないように熱交換することができる。
【００８９】
このように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔによれば、用水路から工業用水Ｗ等を引き出さずに被冷却媒体Ｃを冷却することができ、用水路を有効活用することができる。
【００９０】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔでは、同心円状の被覆管３５を設けているが、同心円状のものに限る必要は無い。すなわち、工業用水配管等との間に、被冷却媒体Ｃが流れる隔離領域が確保できる形状であればよい。例えば、被覆管３５の断面形状が多角形状のものであってもよい。
【００９１】
なお、工業用水配管等は、一般的には地中に埋設されているが、地上に設置されているものもある。このような地上に設置された工業用水配管等に対して、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔであれば、被覆管３５を備えるだけでよく、配管２０’等を取り替える必要がないので、建設作業等の負荷を格段に軽減することができる。
【００９２】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態に係る熱交換装置１０Ｕは、熱交換モジュール３０・３０Ｓ・３０Ｔに、工業用水等と接触する接触部材を設けている。
【００９３】
具体的には、図１２に示すように、第１の実施形態に係る伝熱管３２の外壁にフィン３７を設けている。なお、図１２（Ａ）は伝熱管３２の外観を示す模式図であり、図１２（Ｂ）は伝熱管３２の断面形状を示す模式図である。
【００９４】
また、図１３（Ａ）・図１３（Ｂ）に示すような凹凸部材３８Ａや３８Ｂを、第１の実施形態に係る配管２０の内壁や、第２の実施形態に係る配管２０の内壁および仕切り板３３の表面や、第３の実施形態に係る被覆管３５の内壁および工業用水配管２０’の外壁などに設けている。なお凹凸部材３８Ａは山と谷とが直線的に形成され、凹凸部材３８Ｂは山と谷とが蛇行して形成される。
【００９５】
このようなフィン３７や凹凸部材３８Ａ・３８Ｂを、工業用水等と接触する位置に設けることにより、配管２０や伝熱管３２・仕切り板３３・被覆管３５などにおける単位長さ当たりの熱交換面積を増加することができる。また、工業用水Ｗ等や被冷却媒体Ｃの流れに乱れを生起することができる。
【００９６】
上述したように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｕでは、配管２０の内壁や熱交換モジュール３０・３０Ｓ・３０Ｔの外壁にフィン３７や凹凸部材３８Ａ・３８Ｂを備えているので、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等と熱交換モジュールとの接触効率を高めることができ、被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
【００９７】
また、工業用水W等と被冷却媒体Ｃとの間の熱交換効率が高まるので、必要な熱交換量に対して、伝熱管３２の総延長（長さ×本数）や、仕切り板３３、被覆管３５の長さを短くすることもできる。結果として、熱交換モジュール３０等の設置コストの軽減に資することにもなる。
【００９８】
また、工業用水Ｗ等の流れの圧力損失を少なくできるので、工業用水Ｗ等の送水ポンプの動力費の増加を抑えることもできる。さらに、送水ポンプの増設・取替え等の作業も抑えることができる。
【００９９】
＜第５の実施形態＞
図１４は本発明の第５の実施形態に係る熱交換装置１０Ｖの構成を示す模式図である。
【０１００】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖでは、第１の実施形態に係る熱交換装置１０において、配管２０の内壁と伝熱管３２が設けられた領域との間の側面間隙部に、工業用水Ｗ等の流れを、せき止めたり、抑制したりするための抑制板７０を設けている。
【０１０１】
すなわち、抑制板７０は、配管２０の内壁と伝熱管３２の外壁との間の領域の流動抵抗を大きくするための抵抗部材であり、例えば図１５に示すように、四角く中央をくりぬいたメッシュ形状のものが設置される。
【０１０２】
これにより、工業用水Ｗ等が、伝熱管３２が設置された領域を通らずに、配管２０の内壁近傍を通って下流へ抜けてしまうことを防止することができる。
【０１０３】
すなわち、一般的には、複数の伝熱管３２が設置された領域は流動抵抗が大きいため、伝熱管３２が設置されていない側面間隙部の方を工業用水等は流れることになる。そのため、工業用水Ｗ等と伝熱管３２との熱交換効率が低くなる場合がある。
【０１０４】
これに関し、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖは、抑制板７０を備えているので、配管２０を流れる工業用水Ｗ等を伝熱管３２の近傍に導くことができ、熱交換のロスを最小に抑えることができる。結果として、熱交換装置１０Ｖは、伝熱管３２を流れる被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
【０１０５】
但し、抑制板７０により側面間隙部を塞ぎすぎると、圧力損失が過大となり、用水路のポンプ動力を上げる必要が生じる。そこで、抑制板７０は、孔を開けてメッシュ状にしたり、配管２０の内壁との間に隙間を設けたりすることが望ましい。換言すれば、適切な開孔率を有する抑制板７０を設置することによって、熱交換効率と圧力損失とのバランスを最適化することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖでは、環状の抑制板７０を設けたが、側面間隙部における工業用水Ｗ等の流れを抑制する機能を有するものであれば、他の形状であってもよい。また、抑制板７０として、分割した複数の構造物からなるものを用いてもよい。
【０１０７】
また、抑制板７０は一箇所だけに設置するのではなく、複数個所に設置してもてよい。
【０１０８】
＜第６の実施形態＞
図１６は本発明の第６の実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの構成を示す模式図である。
【０１０９】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗでは、第１の実施形態に係る熱交換モジュール３０が設けられた位置より下流の位置に、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等を撹拌するためのガイドベーン７１を設けている。
【０１１０】
具体的には、ガイドベーン７１として、図１７に示すような、工業用水Ｗ等の流れ方向に沿って径が小さくなる楕円柱形状の構造体７１Ａや、図１８に示すような、流れ方向と対向して頂点を有する円錐形状の構造体７１Ｂ、図１９に示すような捩り板状の構造体７１Ｃが挙げられる。なお、図１７〜図１９の添え字である（Ａ）と（Ｂ）とは、それぞれ側面図と正面図とを示すものである。
【０１１１】
上述したように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗは、熱交換モジュール３０が設けられた位置より下流の位置に、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等を攪拌するためのガイドベーン７１を備えているので、ガイドベーン７１よりさらに下流に熱交換モジュール３０が設けられた場合、その下流に設けられた熱交換モジュール３０に流入する水温を均一化することができ、効率よく冷却することができる。
【０１１２】
補足すると、熱交換モジュール３０と接触した工業用水Ｗ等は、被冷却媒体Ｃと熱交換するため、熱交換モジュール３０が設置された位置より下流の位置では昇温幅が大きい。
【０１１３】
一方、側面間隙部を通るなどして、熱交換モジュール３０と殆ど熱交換しない工業用水等は、熱交換モジュール３０が設置された位置より下流の位置では昇温幅が小さい。
【０１１４】
ここで、工業用水Ｗ等がそのまま下流に流れた場合には、図２０に示すように、更に下流に設置された熱交換モジュール３０’においては、昇温幅が大きい工業用水Ｗ１等と熱交換し、昇温幅の小さい工業用水等Ｗ２とは殆ど熱交換しないことになる。
【０１１５】
この場合、昇温幅が大きい工業用水Ｗ１等と熱交換したとしても、被冷却媒体Ｃとの温度差が小さいため、十分な冷却効果が発揮されないことになる。
【０１１６】
これに対し、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗであれば、図２１に示すように、２つの熱交換モジュール３０と３０’との間にガイドベーン７１が設けられているので、熱交換モジュール３０を通過後の昇温幅の大きい工業用水Ｗ１等と、昇温幅の小さい工業用水Ｗ２等とを混ぜあわされた、温度分布が均一な工業用水Ｗ３等にすることができる。
【０１１７】
これにより、下流に設ける別の熱交換モジュール３０’において、工業用水等と被冷却媒体Ｃとの温度差を大きくすることができ、冷却性能の劣化を抑えることができる。
【０１１８】
なお、本実施形態では、円環状のもの、円錐状のもの、あるいは板を捩った形状のスワラーを設けたが、工業用水等の流れの方向を変える機能を有するものであれば、上記形状に限定するものではない。例えば、これ以外にも、配管の管軸付近から内壁近傍に工業用水等を導く多角錘状の構造体なども用いられる。
【０１１９】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態に係る熱交換装置１０Ｘは、第１の実施形態に係る熱交換装置１０において、伝熱管３２の配列ピッチを最適化したものである。
【０１２０】
本実施形態においては、熱交換装置１０Ｘは、図２２に示すように、各伝熱管３２の中心間距離Ｐが一定間隔になるように形成されている。
【０１２１】
ここで、中心間距離Ｐを小さくした場合、一定の領域においては、より多くの伝熱管３２を収納できるので、伝熱面積は増加する。しかし、この場合、工業用水Ｗ等が流れる隙間が狭くなるので、流動抵抗は大きくなる。その結果、工業用水Ｗ等が、熱交換モジュール３０の設置領域の外側の側面間隙部を流れるようになり冷却性能が劣化する場合が生じる。また、圧力損失が増大して、送水ポンプの動力が過大になる場合が生じる。
【０１２２】
そこで、最適な中心間距離Ｐの値を求めるための解析計算を行なうと、図２３に示すような結果が得られる。
【０１２３】
解析計算の条件は、配管２０の内径を４３ｃｍ，配管２０の内部を流れる工業用水の流量を１時間当たり４７５．３ｍ３，伝熱管３２の外径Ｄを２７．２ｃｍ，伝熱管３２の長さを３．６ｍ， 伝熱管３２の内部を流れる被冷却媒体の流量を４７．５ｍ３とする。
【０１２４】
解析計算の結果、伝熱管配列ピッチ比に対する単位圧力損失当たりの熱交換量（単位はＷ／Ｐａ）は、図２３の線Ｌ１に示す値となる。なお、「伝熱管配列ピッチ比」とは、互いに隣接する伝熱管３２の中心間距離Ｐと伝熱管３２の外径Ｄとの比のことである。また、伝熱管配列ピッチ比に対する圧力損失（単位はＰａ）は、線Ｌ２のように表される。伝熱管配列ピッチ比に対する熱交換量（単位はｋＷ）は、線Ｌ３のように表される。
【０１２５】
図２３の線Ｌ１によると、伝熱管配列ピッチ比（横軸）の値が、１．３以下と２．４以上の領域で、縦軸の単位圧力損失当り、即ち、単位ポンプ動力当りの熱交換量が、大幅に低下することがわかる。
【０１２６】
そこで、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｘは、伝熱管配列ピッチ比（Ｐ／Ｄ）の値が１．３〜２．４の領域になるように伝熱管３２を配置する。これにより、熱交換装置１０Ｘは、最小限のポンプ動力で最大の熱交換量を実現できるようになる。
【０１２７】
なお、本実施形態では、伝熱管３２を正方形状に配置しているが、これに限定するものではなく、正三角形状等、他の配置においても適用できる。
【０１２８】
＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態に係る熱交換装置１０Ｙは、第１および第２の実施形態に係る熱交換装置１０・１０Ｓにおいて、被冷却媒体Ｃが流通するための断面積の大きさを最適化したものである。
【０１２９】
熱交換装置１０Ｙにおいて、熱交換モジュール３０の内部を流れる被冷却媒体Ｃが配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等から受ける熱量Ｑｃは、下式（１）で表される。但し、ｕｃは被冷却媒体Ｃの流速、Ａｃは流路断面積、ΔＴｃは入口温度差、ρｃは密度、Ｃｐｃは比熱である。
【０１３０】
Ｑｃ＝ρｃ・Ｃｐｃ・ｕｃ・Ａｃ・ΔＴｃ ・・・・・・（１）
一方、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等が熱交換モジュール３０の内部を流れる被冷却媒体Ｃから受ける熱量Ｑｗは、下式（２）で表される。但し、ｕｗは工業用水Ｗ等の流速、Ａｗは流路断面積、ΔＴｗは入口温度差、ρｗは密度、Ｃｐｗは比熱である。
【０１３１】
Ｑｗ＝ρｗ・Ｃｐｗ・ｕｗ・Ａｗ・ΔＴｗ ・・・・・・（２）
ここで、密度ρや比熱Ｃｐは変化量が小さいので同じ値となる。よって、Ｑｃ＝Ｑｗとなるときの状態においては、下式（３）・（４）が成り立つ。
【０１３２】
ｕｃ・Ａｃ・ΔＴｃ＝ｕｗ・Ａｗ・ΔＴｗ ・・・・・・（３）
（Ａｃ／Ａｗ）＝（ｕｗ・ΔＴｗ）／（ｕｃ・ΔＴｃ） ・・・・・・（４）
ところで、実際の工業用水Ｗ等の流速ｕｗは約１ｍ／ｓ（秒速１ｍ）である。
【０１３３】
また、熱交換装置１０Ｙを工業用水路等に設置するためには、工業用水Ｗ等の温度上昇を１Ｋ未満に抑える必要がある。
【０１３４】
そのためには、空調／冷房システム１において、被冷却媒体Ｃを冷却する時の出入口の温度差ΔＴｃが５Ｋ〜６Ｋとなるようにする必要がある。また、被冷却媒体Ｃの流速ｕｃは、熱伝達効率を少なくとも工業用水Ｗ等と同等以上にするために、工業用水Ｗ等の流速ｕｗである１ｍ／ｓ以上にする必要がある。すなわち、下式（５）を満たすようにする必要がある。
【０１３５】
（Ａｃ／Ａｗ）＜（１・１）／（１・５）＝０．２ ・・・・・・（５）
そこで、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｙでは、図２４（Ａ），（Ｂ）に示すように、熱交換モジュール３０の内部の平均流路断面積Ａｃを、配管２０の管軸に垂直な面の流路断面積Ａｗの２０％以内となるようにする。これにより、熱交換装置１０Ｙは、配管２０を流れる水の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができ、複数の熱交換システムを工業用水配管等に設置することができるようになる。
【０１３６】
＜第９の実施形態＞
本発明の第９の実施形態に係る熱交換装置１０Ｚは、第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔにおいて、被冷却媒体Ｃが流通するための断面積の大きさを最適化したものである。
【０１３７】
本実施形態では、図２５に示すように、被冷却媒体Ｃが流れる領域の流路断面積をＡｃとし、工業用水等が流れる領域の流路断面積をＡｗとすると、ＡｃのＡｗに対する比（Ａｃ／Ａｗ）が０．２以下になるように被覆管３５を設置する。
【０１３８】
すなわち、本実施形態においても、第８の実施形態で述べたのと同様の理由により、隔離領域の流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内になるように、被覆管３５の内径を設定する。
【０１３９】
詳しくは、被覆管３５の内径をＤｉｃ、工業用水配管等の外径をＤｏｗ、内径をＤｉｗと表記すると、下式（６），（７）が成り立つ。
【０１４０】
Ａｃ＝π（Ｄｉｃ２−Ｄｏｃ２）／４ ・・・・・・（６）
Ａｗ＝π Ｄｉｗ２／４ ・・・・・・（７）
そこで、下式（８）が成り立つように、被覆管３５の内径Ｄｉｗを決定する。
【０１４１】
（Ａｃ／Ａｗ）＝（Ｄｉｃ２−Ｄｏｗ２）／Ｄｉｗ２ ＜０．２ ・・・・・・（８）
これにより、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｚでは、隔離領域の流路断面積Ａｃを、配管２０’の管軸に垂直な面の流路断面積Ａｗの２０％以内となるようにする。これにより、熱交換装置１０Ｚは、配管２０’を流れる工業用水等の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができ、複数の熱交換システムを工業用水配管等に設置することができるようになる。
【０１４２】
＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る熱交換モジュール３０の一例を示す模式図である。
【図３】同実施形態に係る熱交換モジュール３０の一例を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係る熱交換モジュール３０の一例を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係る熱交換装置１０の作用について説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置１０Ｓの構成を示す模式図である。
【図７】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｓの全体を示す模式図である。
【図８】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｓの各部材を分解した状態を示す模式図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔの構成を示す模式図である。
【図１０】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｔの全体を示す模式図である。
【図１１】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｔの各部材を分解した状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るフィン３７を伝熱管３２の外壁に設けた状態を示す模式図である。
【図１３】同実子形態に係る凹凸部材３８Ａや３８Ｂの外観を示す模式図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る熱交換装置１０Ｖの構成を示す模式図である。
【図１５】同実施形態に係る抑制板７０の構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの構成を示す模式図である。
【図１７】同実施形態に係るガイドベーンの一例を示す模式図である。
【図１８】同実施形態に係るガイドベーンの一例を示す模式図である。
【図１９】同実施形態に係るガイドベーンの一例を示す模式図である。
【図２０】同実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの作用を説明するための模式図である。
【図２１】同実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの作用を説明するための模式図である。
【図２２】本発明の第７の実施形態に係る伝熱管３２の配列状態を示す模式図である。
【図２３】同実施形態に係る解析計算の結果を示す図である。
【図２４】本発明の第８の実施形態に係る熱交換装置１０Ｙの構成を示す模式図である。
【図２５】本発明の第９の実子形態に係る熱交換装置１０Ｚの構成を示す模式図である。
【図２６】従来の空調／冷房システム１の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１・・・空調／冷房システム、２・・・蒸発器、３・・・圧縮機、４・・・凝縮器、５・・・減圧器、６・・・冷却対象流通管、７・・・低沸点媒体流通管、８・・・被冷却媒体流通管、９・・・冷却塔、１０・・・熱交換装置、２０・・・配管、３０・・・熱交換モジュール、３１Ａ・３１Ｂ・・・集合管、３２・・・伝熱管、３３・・・仕切り板、３４Ａ・３４Ｂ・・・隔壁、３５・・・被覆管、３６・・・閉塞部材、３７・・・フィン、３８・・・凹凸部材、４０Ａ・４０Ｂ・・・導入管、５０・・・被冷却媒体循環ポンプ、７０・・・抑制板、７１・・・ガイドベーン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工場における機械などを冷却したり洗浄したりするために工業用水等が利用されている。
【０００３】
工業用水は、一般の水道水と比較すると、単位流量当たりの冷却性能は劣るが、１ｍ３当たりの単価は安い。そのため、冷却用途や洗浄用途に関しては、一般の水道水より工業用水が利用されることが多い。
【０００４】
工業用水を冷却用途に用いる場合には、工業用水路から配管を引き込み、工業用水を冷却用の熱交換器等に供給する。熱交換器等では、供給された工業用水を用いることにより、冷媒を冷却する。一方、冷媒を冷却した工業用水は昇温する。そこで、昇温した工業用水を冷却塔（クーリングタワー）で放熱する。放熱により工業用水は冷えるので、冷却用途に再利用することができる。なお、工業用水は、数回再利用された後、最終的には、下水や河川などに放流される。以下、具体例を挙げる。
【０００５】
図２６は従来の空調／冷房システム１の構成を示す模式図である。
【０００６】
空調／冷房システム１は、蒸発器２・圧縮機３・凝縮器４・減圧器５を備え、冷却対象流通管６と低沸点媒体流通管７と被冷却媒体流通管８との間の熱交換を行なう。蒸発器２では、冷却対象流通管６と低沸点媒体流通管７とが熱交換し、凝縮器４では、低沸点媒体流通管７と被冷却媒体流通管８とが熱交換する。
【０００７】
詳しくは、低沸点媒体流通管７には低沸点媒体が流れており、蒸発器２において、冷却対象流通管６を流れる水や空気などの冷却対象物質から低沸点媒体が熱を奪って蒸発する。また、低沸点媒体流通管７内の蒸発した低沸点媒体は、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８を流れる工業用水等に熱を放出して液化する。なお被冷却媒体流通管８は冷却塔９と接続しており、被冷却媒体が冷却塔９を経由する際に放熱する。要するに、低沸点媒体流通管７を流れる低沸点媒体が状態変化することにより、冷却対象流通管６を流れる水や空気などの冷却対象物質が冷却される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の空調／冷房システムにおいては、工業用水等を引き込み、冷却塔を用いるなどして、冷却対象物質を冷却する。
【０００９】
しかしながら、従来の空調／冷房システムのように冷却塔などの設備を用いると、大量の廃熱によって「ヒートアイランド現象」を引き起こすことがある。それゆえ、冷却塔を用いないで、工業用水を冷却用途に有効活用することが望まれている。
【００１０】
また、工場の減少などにより工業用水の利用が減少する地域等においては、工業用水が利用されていないにもかかわらず、工業用水路に水が流れていることになる。そのため、工業用水路が有効活用されていないことも多い。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために以下の手段を講じる。
【００１３】
請求項１に対応する発明は、工業用水あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、前記熱交換モジュールを支持するとともに、前記配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、前記各導入管および前記熱交換モジュールの内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた熱交換装置である。
【００１４】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールは、前記導入管に接続され、前記配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、前記各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管とを備えた熱交換装置である。
【００１５】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールは、前記配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、前記仕切り板の両端部と前記配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁とを備えた熱交換装置である。
【００１６】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えた熱交換装置である。
【００１７】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュール内の平均流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である熱交換装置である。
【００１８】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に対応する熱交換装置において、前記熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、前記配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材を備えた熱交換装置である。
【００１９】
請求項７に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記伝熱管の外壁に、フィンを備えた熱交換装置である。
【００２０】
請求項８に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記配管内壁と前記伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材を備えた熱交換装置である。
【００２１】
請求項９に対応する発明は、請求項２に対応する熱交換装置において、前記各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、前記各伝熱管が配置される熱交換装置である。
【００２２】
請求項１０に対応する発明は、用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、前記被覆管の両端部と前記配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、前記被覆管の内壁、前記配管の外壁及び前記各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、前記被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、前記各導入管および前記隔離領域の内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた熱交換装置である。
【００２３】
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する熱交換装置において、前記配管の内壁に、凹凸部材を備えた熱交換装置である。
【００２４】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０または請求項１１に対応する熱交換装置において、前記隔離領域の流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である熱交換装置である。
【００２５】
＜作用＞
従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより、以下の作用を有する。
【００２６】
請求項１に対応する発明は、工業用水配管あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、熱交換モジュールを支持するとともに、配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、各導入管および熱交換モジュールの内部に被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた構成により、工業用水配管等から工業用水等を引き出さずに被冷却媒体を冷却することができ、工業用水等を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。
【００２７】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、熱交換モジュールが、導入管に接続され、配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管とを備えているので、配管内部を流れる工業用水等と伝熱管の外壁との接触効率を高めることにより、伝熱管内部を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００２８】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、熱交換モジュールが、配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、仕切り板の両端部と該配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁とを備えており、配管内部を流れる水に仕切り板全体が接触するので、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００２９】
請求項４に対応する発明は、請求項１〜３のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えているので、配管内部を流れる水と熱交換モジュールとの接触効率を高めることができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３０】
請求項５に対応する発明は、請求項１〜４のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールの内部の平均流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内であるので、配管を流れる工業用水等の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができる。
【００３１】
請求項６に対応する発明は、請求項１〜５のいずれか１項に対応する作用に加え、熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材を備えているので、攪拌部材の設置位置よりさらに下流に熱交換モジュールが設けられた場合、その下流に設けられた熱交換モジュールに流入する水温を均一化することができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３２】
請求項７に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、伝熱管の外壁に、フィンを備えているので、配管内部を流れる工業用水等と伝熱管との接触効率を高めることができ、被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３３】
請求項８に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、配管内壁と伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材を備えており、配管を流れる工業用水等を伝熱管の近傍に導くことができ、伝熱管を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３４】
請求項９に対応する発明は、請求項２に対応する作用に加え、各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、各伝熱管が配置されるので、用水路のポンプ動力に対する、工業用水等と被冷却媒体との熱交換量を最大化することができる。
【００３５】
請求項１０に対応する発明は、用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、被覆管の両端部と配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、被覆管の内壁、配管の外壁及び各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、各導入管および隔離領域の内部に被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段とを備えた構成により、工業用水配管等から工業用水等を引き出さずに被冷却媒体を冷却することができ、工業用水等を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。
【００３６】
請求項１１に対応する発明は、請求項１０に対応する作用に加え、配管の内壁に、凹凸部材を備えているので、配管内部を流れる水と配管の内壁との接触効率を高めることができ、隔離領域を流れる被冷却媒体を効率よく冷却することができる。
【００３７】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０・１１に対応する作用に加え、隔離領域の流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内であるので、配管を流れる水の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、工業用水あるいは水道水を有効活用し得る熱交換装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００４０】
＜第1の実施形態＞
（１−１．構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置１０の構成を示す模式図である。
【００４１】
ここでは、熱交換装置１０が、工業用水配管あるいは水道水配管（以下、工業用水配管等という）の内部を流れる工業用水Ｗあるいは水道水（以下、工業用水等という）に、空調／冷房システム１からの廃熱を排出するための構成例を示している。
【００４２】
なお、既に説明した部分と同一の部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態についても同様にして重複した説明を省略する。
【００４３】
熱交換装置１０は、熱交換モジュール３０・導入管４０・被冷却媒体循環ポンプ５０とを備え、空調／冷房システム１の凝縮器４に被冷却媒体流通管８を介して接続される。
【００４４】
熱交換装置１０を工業用水配管あるいは水道水配管に取り付ける際には、例えば工業用水配管等の一部を配管２０に交換して取り付けても良い。
【００４５】
熱交換モジュール３０は、配管２０の内部に設けられ、本実施形態においては、図２〜４に示すような熱交換モジュール３０が用いられる。すなわち、熱交換モジュール３０は、後述する導入管４０Ａ・４０Ｂに接続され、配管２０の管軸に沿って互いに向き合うような開口部Ｈを複数有する少なくとも一組の集合管３１Ａ・３１Ｂと、各集合管３１Ａ・３１Ｂの互いに向き合った開口部Ｈに水密に設けられた複数の伝熱管３２とを備えている。それゆえ、各伝熱管３２は、配管２０の内部を工業用水等が流れる方向と平行に設けられることになる。
【００４６】
導入管４０は、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の管状部材である。ここでは、一組の導入管４０Ａと４０Ｂとにより、複数の集合管３１を介して伝熱管３２に被冷却媒体Ｃが導入される。
【００４７】
被冷却媒体循環ポンプ５０は、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させるものである。ここでは、空調／冷却システム１の凝縮器４と各伝熱管３２とを通過するように被冷却媒体Ｃを循環させる。
【００４８】
（１−２．作用）
次に本実施形態に係る熱交換装置１０の作用について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
本実施形態では、熱交換装置１０は、空調／冷房システム１に取り付けられている。
【００５０】
空調／冷房システム１では、蒸発器２において、低沸点媒体流通管７を流れる低沸点媒体を蒸発させることにより、冷却対象流通管６を流れる空気あるいは水などの冷却対象物質から熱を奪って、冷風や冷水にする。一方、蒸発されて気体となった低沸点媒体は圧縮機３で昇圧されてから凝縮器４に送られる。そして、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８を流れる被冷却媒体Ｃにより低沸点媒体流通管７の低沸点媒体が冷却される。すなわち、低沸点媒体流通管７から被冷却媒体流通管８へ、空調／冷房システム１の廃熱が放出される（ステップＳ１）。
【００５１】
ここで、被冷却媒体流通管８の両端は、導入管４０Ａ・４０Ｂとそれぞれ接続されている。それゆえ、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動することにより、熱を受け取った被冷却媒体Ｃを一方向に移動して、熱交換モジュール３０へ供給することができる（ステップＳ２）。
【００５２】
熱交換モジュール３０は、配管２０の内部に設置されている。それゆえ、熱交換モジュール３０の集合管３１や伝熱管３２の内部を被冷却媒体Ｃが通過すると、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等に廃熱が放出される（ステップＳ３）。この結果、被冷却媒体Ｃが冷却される。
【００５３】
冷却された被冷却媒体Ｃは、再度、凝縮器４に流入する（ステップＳ４）。そして、凝縮器４において、被冷却媒体流通管８が低沸点媒体流通管７から廃熱を受け取る。
【００５４】
この後、被冷却媒体循環ポンプ５０が稼動している間、上述したステップＳ１〜Ｓ４の動作が繰り返される（ステップＳ５）。これにより、空調／冷房システム１の廃熱が、熱交換装置１０を介して工業用水配管等に放出される。
【００５５】
（１−３．効果）
以上説明したように、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水配管あるいは水道水配管に取り付けられる配管２０と、配管２０の内部に設けられた熱交換モジュール３０と、熱交換モジュール３０を支持するとともに、配管２０の外部と該熱交換モジュール３０の内部とを連通して、被冷却媒体Ｃを導入する少なくとも一組の導入管４０Ａ・４０Ｂと、各導入管４０Ａ・４０Ｂおよび熱交換モジュール３０の内部に被冷却媒体Ｃを循環させる被冷却媒体循環ポンプ５０とを備えた構成により、工業用水配管あるいは水道水配管から工業用水Ｗ等を引き出さずに被冷却媒体Ｃを冷却することができ、工業用水あるいは水道水を有効活用することができる。
【００５６】
すなわち、導入管４０は、被冷却媒体Ｃを、工業用水配管等の内部に導く複数の集合管３１に繋がっている。さらに各集合管３１は、工業用水Ｗ等の流れる方向と平行に設けられた複数の伝熱管３２に繋がっている。そのため、被冷却媒体Ｃは、これら伝熱管３２の内部を流通する間に、伝熱管３２の外部を流れる、より低温の工業用水Ｗ等と熱交換して冷却される。
【００５７】
なお、被冷却媒体Ｃは、一組の集合管３１Ａ・３１Ｂを介して、導入管４０Ａ・４０Ｂから各伝熱管３２に導入される。この際、被冷却媒体循環ポンプ５０によって、被冷却媒体流通管８から、導入管４０Ａ・集合管３１Ａ・伝熱管３２・集合管３１Ｂ・導入管４０Ｂ・被冷却媒体流通管８と循環するように被冷却媒体Ｃに圧力が加えられる。
【００５８】
なお、熱交換装置１０によれば、工業用水Ｗ等と被冷却媒体Ｃとが混ざらずに熱交換される。そのため、工業用水Ｗ等の品質劣化を引き起こすことなく、工業用水Ｗ等を冷却用途に用いることができる。
【００５９】
また、熱交換装置１０は、冷却塔を用いていない。そのため、都市部のビルの屋上に数多く設置されている冷却塔からの大量の廃熱によって引き起こされる「ヒートアイランド現象」を軽減できる。
【００６０】
なお、本実施形態では、空調／冷房システム１の廃熱を放出する熱交換装置１０を例として説明したが、これに限らず、発生した熱を外部に廃棄する必要があるものであれば、熱交換装置１０を他のシステムと組み合わせても良いことは言うまでもない。
【００６１】
また、本実施形態では、被冷却媒体Ｃを、工業用水Ｗ等の流れの下流側から導入したが、上流側から導入しても良いことは言うまでもない。
【００６２】
また、導入管４０を配管２０に挿入する位置は、図１に示すものには限られない。すなわち、導入管４０は、上面や下面・側面のいずれの方向から挿入してもよいものである。
【００６３】
また、本実施形態に係る熱交換装置１０においては、熱交換モジュール３０の自重を支える為に、配管２０の内部にスペーサが設置される場合がある。
【００６４】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０では、伝熱管３２を複数本設置する多管式の熱交換モジュール３０について述べているが、管状ではなく板状の隔壁を用いるプレートフィン式の熱交換モジュール３０を採用しても良い。
【００６５】
（低コスト化）
また、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水Ｗ等を低コストで使用することに、資するものである。以下、この点について説明する。
【００６６】
工業用水Ｗを使用する場合、一般的には、需要者は、工業用水の供給事業者と契約時に「責任水量」を決め、これに応じて一定の使用料金を支払う。しかし、使用量が「責任水量」未満でも支払う料金は同じである。逆に、責任水量を超えてしまった場合は、超過料金を支払う必要がある。
【００６７】
また、地域冷暖房や未利用エネルギー利用のプロジェクトにおいては、冷却用途のために一旦、工業用水Ｗを引き込んでから使用し、その後で元の工業用水配管に戻すことがある。しかし、元の工業用水配管に工業用水を戻したとしても、使用料金が変わることはない。なぜならば、一旦、需要者側に引き込まれた工業用水を元の配管に戻されたとしても、品質劣化のリスクが生ずることに変わりはないため、供給事業者の立場からすると、使用料金を変える要因とはなりえないからである。
【００６８】
いずれにしても、需要者にとっては、実使用量に対応した料金より過大な料金を支払う必要がある。そのため、過大な料金を支払う必要のない低コスト化を実現し得る熱交換システムが望まれている。
【００６９】
ところで、工業用水配管の内部には、比較的低温の水が、常に一定流速以上で流れているという現状がある。さらに、工業用水の供給事業者には、各需要者の消費量にかかわらず、ある一定量以上の水を常に配水する義務が課せられている。また、水道水配管では水道水が需要者に到達するまでに、残留塩素が抜けてしまわないように、配管内を一定時間内に通過させる必要がある。
【００７０】
一方、公共事業の民営化が進むにつれて、工業用水等の供給事業者として、地方治体等の公共事業体だけでなく、民間事業者も参入してきている。民間事業者が供給事業者である場合、水の供給形態や規制に縛られることがないので、需要者の料金負担が少なく、実使用量に見合った料金体系の設定をすることにより、需要を喚起することが可能となる。
【００７１】
かかる背景から、本実施形態に係る熱交換システム１０を用いれば、工業用水Ｗ等を配管外部に取り出さず、かつ工業用水Ｗ等と混ざること無しに被冷却媒体Ｃを冷却できるので、水質劣化のリスクは生じず、需要者に工業用水路を低コストで提供できるようになる。すなわち、本実施形態に係る熱交換装置１０は、工業用水Ｗ等を低コストで使用することに、資するものである。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
図６は本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置１０Ｓの構成を示す模式図である。
【００７３】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｓは、第１の実施形態の熱交換モジュール３０とは異なる熱交換モジュール３０Ｓを用いたものである。
【００７４】
熱交換モジュール３０Ｓは、仕切り板３３と隔壁３４Ａ・３４Ｂとを備えている。具体的には、熱交換モジュール３０Ｓの全体は図７のように示される。また、各部材を分解した状態は、図８のように示される。
【００７５】
仕切り板３３は、配管２０の管軸に沿って、該配管２０の内部を水密に仕切る部材である。ここでは、工業用水Ｗ等の流れと平行に設置される。
【００７６】
隔壁３４Ａ・３４Ｂは、仕切り板３３の両端部と配管２０の内壁２０Ｗとの間をそれぞれ塞ぐ一組の部材である。ここでは、配管２０の管軸と垂直に円弧状の部材が用いられる。
【００７７】
上述したように、熱交換モジュール３０Ｓは、仕切り板３３と、仕切り板３３の両端部を閉塞する隔壁３４Ａ・３４Ｂとを備えているので、配管２０の内部に、工業用水Ｗ等と隔離した隔離領域を有している。
【００７８】
そこで、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動して、凝縮器４を経由した被冷却媒体Ｃを、上記隔離領域に導入管４０Ａから導入し、導入管４０Ｂから排出させて循環させれば、工業用水Ｗ等を工業用水配管等から外部に取り出さず、かつ被冷却媒体Ｃと混ぜないように熱交換させることができる。
【００７９】
また、本実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｓでは、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等に仕切り板３３全体が接触するので、被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
【００８０】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｓでは、一組の隔壁３４Ａ・３４Ｂによって、工業用水Ｗ等と隔離した１つの隔離領域を示しているが、複数組の隔壁を用いて、複数の隔離領域を形成しても良いことは言うまでもない。
【００８１】
また、各隔壁３４Ａ・３４Ｂの取り付け角度は、流れ方向に対して、厳密に平行である必要は無い。例えば、工業用水Ｗ等の流動抵抗を減らすために、上流側に設置される隔壁３４Ａは上流側に向かって斜めに設置し、下流側に設置される隔壁３４Ｂは下流側に向かって斜めに設置してもよい。
【００８２】
＜第３の実施形態＞
図９は本発明の第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔの構成を示す模式図である。
【００８３】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔは、配管２０の内部ではなく、工業用水路等の配管２０’の外部に被冷却媒体Ｃを循環させる。すなわち、熱交換装置１０Ｔでは、工業用水配管等の外部に熱交換モジュール３０Ｔを備えている。
【００８４】
熱交換モジュール３０Ｔは、被覆管３５と閉塞部材３６とを備えている。具体的には、熱交換モジュール３０Ｔの全体は図１０のように示される。また、各部材を分解した状態は、図１１のように示される。
【００８５】
被覆管３５は、工業用水路等の配管２０’の径より大きい径を有し、該配管２０’を内部に収容する部材である。ここでは、被覆管３５は、工業用水配管等と同心円上に、工業用水配管等の外径より大きな内径を有している。
【００８６】
閉塞部材３６Ａ・３６Ｂは、被覆管３５の両端部と配管２０’の外壁との間をそれぞれ閉塞する一組の部材である。ここでは、閉塞部材３６Ａ・３６Ｂは、配管軸と垂直に設置されるリング状の部材である。
【００８７】
上述したように、熱交換モジュール３０Ｔは、被覆管３５と、被覆管３５の両端部と配管２０’の外壁との間を閉塞する閉塞部材３６Ａ・３６Ｂとを備えているので、配管２０’の外壁面に隔離領域を形成する。
【００８８】
そこで、被冷却媒体循環ポンプ５０を稼動して、凝縮器４を経由した被冷却媒体Ｃを、上記隔離領域に導入管４０Ａから導入し、導入管４０Ｂから排出させて循環すれば、工業用水Ｗ等を工業用水配管等から外部に取り出さず、かつ被冷却媒体Ｃと混ぜないように熱交換することができる。
【００８９】
このように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔによれば、用水路から工業用水Ｗ等を引き出さずに被冷却媒体Ｃを冷却することができ、用水路を有効活用することができる。
【００９０】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔでは、同心円状の被覆管３５を設けているが、同心円状のものに限る必要は無い。すなわち、工業用水配管等との間に、被冷却媒体Ｃが流れる隔離領域が確保できる形状であればよい。例えば、被覆管３５の断面形状が多角形状のものであってもよい。
【００９１】
なお、工業用水配管等は、一般的には地中に埋設されているが、地上に設置されているものもある。このような地上に設置された工業用水配管等に対して、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｔであれば、被覆管３５を備えるだけでよく、配管２０’等を取り替える必要がないので、建設作業等の負荷を格段に軽減することができる。
【００９２】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態に係る熱交換装置１０Ｕは、熱交換モジュール３０・３０Ｓ・３０Ｔに、工業用水等と接触する接触部材を設けている。
【００９３】
具体的には、図１２に示すように、第１の実施形態に係る伝熱管３２の外壁にフィン３７を設けている。なお、図１２（Ａ）は伝熱管３２の外観を示す模式図であり、図１２（Ｂ）は伝熱管３２の断面形状を示す模式図である。
【００９４】
また、図１３（Ａ）・図１３（Ｂ）に示すような凹凸部材３８Ａや３８Ｂを、第１の実施形態に係る配管２０の内壁や、第２の実施形態に係る配管２０の内壁および仕切り板３３の表面や、第３の実施形態に係る被覆管３５の内壁および工業用水配管２０’の外壁などに設けている。なお凹凸部材３８Ａは山と谷とが直線的に形成され、凹凸部材３８Ｂは山と谷とが蛇行して形成される。
【００９５】
このようなフィン３７や凹凸部材３８Ａ・３８Ｂを、工業用水等と接触する位置に設けることにより、配管２０や伝熱管３２・仕切り板３３・被覆管３５などにおける単位長さ当たりの熱交換面積を増加することができる。また、工業用水Ｗ等や被冷却媒体Ｃの流れに乱れを生起することができる。
【００９６】
上述したように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｕでは、配管２０の内壁や熱交換モジュール３０・３０Ｓ・３０Ｔの外壁にフィン３７や凹凸部材３８Ａ・３８Ｂを備えているので、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等と熱交換モジュールとの接触効率を高めることができ、被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
【００９７】
また、工業用水W等と被冷却媒体Ｃとの間の熱交換効率が高まるので、必要な熱交換量に対して、伝熱管３２の総延長（長さ×本数）や、仕切り板３３、被覆管３５の長さを短くすることもできる。結果として、熱交換モジュール３０等の設置コストの軽減に資することにもなる。
【００９８】
また、工業用水Ｗ等の流れの圧力損失を少なくできるので、工業用水Ｗ等の送水ポンプの動力費の増加を抑えることもできる。さらに、送水ポンプの増設・取替え等の作業も抑えることができる。
【００９９】
＜第５の実施形態＞
図１４は本発明の第５の実施形態に係る熱交換装置１０Ｖの構成を示す模式図である。
【０１００】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖでは、第１の実施形態に係る熱交換装置１０において、配管２０の内壁と伝熱管３２が設けられた領域との間の側面間隙部に、工業用水Ｗ等の流れを、せき止めたり、抑制したりするための抑制板７０を設けている。
【０１０１】
すなわち、抑制板７０は、配管２０の内壁と伝熱管３２の外壁との間の領域の流動抵抗を大きくするための抵抗部材であり、例えば図１５に示すように、四角く中央をくりぬいたメッシュ形状のものが設置される。
【０１０２】
これにより、工業用水Ｗ等が、伝熱管３２が設置された領域を通らずに、配管２０の内壁近傍を通って下流へ抜けてしまうことを防止することができる。
【０１０３】
すなわち、一般的には、複数の伝熱管３２が設置された領域は流動抵抗が大きいため、伝熱管３２が設置されていない側面間隙部の方を工業用水等は流れることになる。そのため、工業用水Ｗ等と伝熱管３２との熱交換効率が低くなる場合がある。
【０１０４】
これに関し、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖは、抑制板７０を備えているので、配管２０を流れる工業用水Ｗ等を伝熱管３２の近傍に導くことができ、熱交換のロスを最小に抑えることができる。結果として、熱交換装置１０Ｖは、伝熱管３２を流れる被冷却媒体Ｃを効率よく冷却することができる。
【０１０５】
但し、抑制板７０により側面間隙部を塞ぎすぎると、圧力損失が過大となり、用水路のポンプ動力を上げる必要が生じる。そこで、抑制板７０は、孔を開けてメッシュ状にしたり、配管２０の内壁との間に隙間を設けたりすることが望ましい。換言すれば、適切な開孔率を有する抑制板７０を設置することによって、熱交換効率と圧力損失とのバランスを最適化することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｖでは、環状の抑制板７０を設けたが、側面間隙部における工業用水Ｗ等の流れを抑制する機能を有するものであれば、他の形状であってもよい。また、抑制板７０として、分割した複数の構造物からなるものを用いてもよい。
【０１０７】
また、抑制板７０は一箇所だけに設置するのではなく、複数個所に設置してもてよい。
【０１０８】
＜第６の実施形態＞
図１６は本発明の第６の実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの構成を示す模式図である。
【０１０９】
本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗでは、第１の実施形態に係る熱交換モジュール３０が設けられた位置より下流の位置に、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等を撹拌するためのガイドベーン７１を設けている。
【０１１０】
具体的には、ガイドベーン７１として、図１７に示すような、工業用水Ｗ等の流れ方向に沿って径が小さくなる楕円柱形状の構造体７１Ａや、図１８に示すような、流れ方向と対向して頂点を有する円錐形状の構造体７１Ｂ、図１９に示すような捩り板状の構造体７１Ｃが挙げられる。なお、図１７〜図１９の添え字である（Ａ）と（Ｂ）とは、それぞれ側面図と正面図とを示すものである。
【０１１１】
上述したように、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗは、熱交換モジュール３０が設けられた位置より下流の位置に、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等を攪拌するためのガイドベーン７１を備えているので、ガイドベーン７１よりさらに下流に熱交換モジュール３０が設けられた場合、その下流に設けられた熱交換モジュール３０に流入する水温を均一化することができ、効率よく冷却することができる。
【０１１２】
補足すると、熱交換モジュール３０と接触した工業用水Ｗ等は、被冷却媒体Ｃと熱交換するため、熱交換モジュール３０が設置された位置より下流の位置では昇温幅が大きい。
【０１１３】
一方、側面間隙部を通るなどして、熱交換モジュール３０と殆ど熱交換しない工業用水等は、熱交換モジュール３０が設置された位置より下流の位置では昇温幅が小さい。
【０１１４】
ここで、工業用水Ｗ等がそのまま下流に流れた場合には、図２０に示すように、更に下流に設置された熱交換モジュール３０’においては、昇温幅が大きい工業用水Ｗ１等と熱交換し、昇温幅の小さい工業用水等Ｗ２とは殆ど熱交換しないことになる。
【０１１５】
この場合、昇温幅が大きい工業用水Ｗ１等と熱交換したとしても、被冷却媒体Ｃとの温度差が小さいため、十分な冷却効果が発揮されないことになる。
【０１１６】
これに対し、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｗであれば、図２１に示すように、２つの熱交換モジュール３０と３０’との間にガイドベーン７１が設けられているので、熱交換モジュール３０を通過後の昇温幅の大きい工業用水Ｗ１等と、昇温幅の小さい工業用水Ｗ２等とを混ぜあわされた、温度分布が均一な工業用水Ｗ３等にすることができる。
【０１１７】
これにより、下流に設ける別の熱交換モジュール３０’において、工業用水等と被冷却媒体Ｃとの温度差を大きくすることができ、冷却性能の劣化を抑えることができる。
【０１１８】
なお、本実施形態では、円環状のもの、円錐状のもの、あるいは板を捩った形状のスワラーを設けたが、工業用水等の流れの方向を変える機能を有するものであれば、上記形状に限定するものではない。例えば、これ以外にも、配管の管軸付近から内壁近傍に工業用水等を導く多角錘状の構造体なども用いられる。
【０１１９】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態に係る熱交換装置１０Ｘは、第１の実施形態に係る熱交換装置１０において、伝熱管３２の配列ピッチを最適化したものである。
【０１２０】
本実施形態においては、熱交換装置１０Ｘは、図２２に示すように、各伝熱管３２の中心間距離Ｐが一定間隔になるように形成されている。
【０１２１】
ここで、中心間距離Ｐを小さくした場合、一定の領域においては、より多くの伝熱管３２を収納できるので、伝熱面積は増加する。しかし、この場合、工業用水Ｗ等が流れる隙間が狭くなるので、流動抵抗は大きくなる。その結果、工業用水Ｗ等が、熱交換モジュール３０の設置領域の外側の側面間隙部を流れるようになり冷却性能が劣化する場合が生じる。また、圧力損失が増大して、送水ポンプの動力が過大になる場合が生じる。
【０１２２】
そこで、最適な中心間距離Ｐの値を求めるための解析計算を行なうと、図２３に示すような結果が得られる。
【０１２３】
解析計算の条件は、配管２０の内径を４３ｃｍ，配管２０の内部を流れる工業用水の流量を１時間当たり４７５．３ｍ３，伝熱管３２の外径Ｄを２７．２ｃｍ，伝熱管３２の長さを３．６ｍ， 伝熱管３２の内部を流れる被冷却媒体の流量を４７．５ｍ３とする。
【０１２４】
解析計算の結果、伝熱管配列ピッチ比に対する単位圧力損失当たりの熱交換量（単位はＷ／Ｐａ）は、図２３の線Ｌ１に示す値となる。なお、「伝熱管配列ピッチ比」とは、互いに隣接する伝熱管３２の中心間距離Ｐと伝熱管３２の外径Ｄとの比のことである。また、伝熱管配列ピッチ比に対する圧力損失（単位はＰａ）は、線Ｌ２のように表される。伝熱管配列ピッチ比に対する熱交換量（単位はｋＷ）は、線Ｌ３のように表される。
【０１２５】
図２３の線Ｌ１によると、伝熱管配列ピッチ比（横軸）の値が、１．３以下と２．４以上の領域で、縦軸の単位圧力損失当り、即ち、単位ポンプ動力当りの熱交換量が、大幅に低下することがわかる。
【０１２６】
そこで、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｘは、伝熱管配列ピッチ比（Ｐ／Ｄ）の値が１．３〜２．４の領域になるように伝熱管３２を配置する。これにより、熱交換装置１０Ｘは、最小限のポンプ動力で最大の熱交換量を実現できるようになる。
【０１２７】
なお、本実施形態では、伝熱管３２を正方形状に配置しているが、これに限定するものではなく、正三角形状等、他の配置においても適用できる。
【０１２８】
＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態に係る熱交換装置１０Ｙは、第１および第２の実施形態に係る熱交換装置１０・１０Ｓにおいて、被冷却媒体Ｃが流通するための断面積の大きさを最適化したものである。
【０１２９】
熱交換装置１０Ｙにおいて、熱交換モジュール３０の内部を流れる被冷却媒体Ｃが配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等から受ける熱量Ｑｃは、下式（１）で表される。但し、ｕｃは被冷却媒体Ｃの流速、Ａｃは流路断面積、ΔＴｃは入口温度差、ρｃは密度、Ｃｐｃは比熱である。
【０１３０】
Ｑｃ＝ρｃ・Ｃｐｃ・ｕｃ・Ａｃ・ΔＴｃ ・・・・・・（１）
一方、配管２０の内部を流れる工業用水Ｗ等が熱交換モジュール３０の内部を流れる被冷却媒体Ｃから受ける熱量Ｑｗは、下式（２）で表される。但し、ｕｗは工業用水Ｗ等の流速、Ａｗは流路断面積、ΔＴｗは入口温度差、ρｗは密度、Ｃｐｗは比熱である。
【０１３１】
Ｑｗ＝ρｗ・Ｃｐｗ・ｕｗ・Ａｗ・ΔＴｗ ・・・・・・（２）
ここで、密度ρや比熱Ｃｐは変化量が小さいので同じ値となる。よって、Ｑｃ＝Ｑｗとなるときの状態においては、下式（３）・（４）が成り立つ。
【０１３２】
ｕｃ・Ａｃ・ΔＴｃ＝ｕｗ・Ａｗ・ΔＴｗ ・・・・・・（３）
（Ａｃ／Ａｗ）＝（ｕｗ・ΔＴｗ）／（ｕｃ・ΔＴｃ） ・・・・・・（４）
ところで、実際の工業用水Ｗ等の流速ｕｗは約１ｍ／ｓ（秒速１ｍ）である。
【０１３３】
また、熱交換装置１０Ｙを工業用水路等に設置するためには、工業用水Ｗ等の温度上昇を１Ｋ未満に抑える必要がある。
【０１３４】
そのためには、空調／冷房システム１において、被冷却媒体Ｃを冷却する時の出入口の温度差ΔＴｃが５Ｋ〜６Ｋとなるようにする必要がある。また、被冷却媒体Ｃの流速ｕｃは、熱伝達効率を少なくとも工業用水Ｗ等と同等以上にするために、工業用水Ｗ等の流速ｕｗである１ｍ／ｓ以上にする必要がある。すなわち、下式（５）を満たすようにする必要がある。
【０１３５】
（Ａｃ／Ａｗ）＜（１・１）／（１・５）＝０．２ ・・・・・・（５）
そこで、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｙでは、図２４（Ａ），（Ｂ）に示すように、熱交換モジュール３０の内部の平均流路断面積Ａｃを、配管２０の管軸に垂直な面の流路断面積Ａｗの２０％以内となるようにする。これにより、熱交換装置１０Ｙは、配管２０を流れる水の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができ、複数の熱交換システムを工業用水配管等に設置することができるようになる。
【０１３６】
＜第９の実施形態＞
本発明の第９の実施形態に係る熱交換装置１０Ｚは、第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔにおいて、被冷却媒体Ｃが流通するための断面積の大きさを最適化したものである。
【０１３７】
本実施形態では、図２５に示すように、被冷却媒体Ｃが流れる領域の流路断面積をＡｃとし、工業用水等が流れる領域の流路断面積をＡｗとすると、ＡｃのＡｗに対する比（Ａｃ／Ａｗ）が０．２以下になるように被覆管３５を設置する。
【０１３８】
すなわち、本実施形態においても、第８の実施形態で述べたのと同様の理由により、隔離領域の流路断面積が、配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内になるように、被覆管３５の内径を設定する。
【０１３９】
詳しくは、被覆管３５の内径をＤｉｃ、工業用水配管等の外径をＤｏｗ、内径をＤｉｗと表記すると、下式（６），（７）が成り立つ。
【０１４０】
Ａｃ＝π（Ｄｉｃ２−Ｄｏｃ２）／４ ・・・・・・（６）
Ａｗ＝π Ｄｉｗ２／４ ・・・・・・（７）
そこで、下式（８）が成り立つように、被覆管３５の内径Ｄｉｗを決定する。
【０１４１】
（Ａｃ／Ａｗ）＝（Ｄｉｃ２−Ｄｏｗ２）／Ｄｉｗ２ ＜０．２ ・・・・・・（８）
これにより、本実施形態に係る熱交換装置１０Ｚでは、隔離領域の流路断面積Ａｃを、配管２０’の管軸に垂直な面の流路断面積Ａｗの２０％以内となるようにする。これにより、熱交換装置１０Ｚは、配管２０’を流れる工業用水等の温度上昇を１Ｋ未満に抑えることができ、複数の熱交換システムを工業用水配管等に設置することができるようになる。
【０１４２】
＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係る熱交換モジュール３０の一例を示す模式図である。
【図３】同実施形態に係る熱交換モジュール３０の一例を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係る熱交換モジュール３０の一例を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係る熱交換装置１０の作用について説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置１０Ｓの構成を示す模式図である。
【図７】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｓの全体を示す模式図である。
【図８】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｓの各部材を分解した状態を示す模式図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る熱交換装置１０Ｔの構成を示す模式図である。
【図１０】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｔの全体を示す模式図である。
【図１１】同実施形態に係る熱交換モジュール３０Ｔの各部材を分解した状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るフィン３７を伝熱管３２の外壁に設けた状態を示す模式図である。
【図１３】同実子形態に係る凹凸部材３８Ａや３８Ｂの外観を示す模式図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る熱交換装置１０Ｖの構成を示す模式図である。
【図１５】同実施形態に係る抑制板７０の構成を示す模式図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの構成を示す模式図である。
【図１７】同実施形態に係るガイドベーンの一例を示す模式図である。
【図１８】同実施形態に係るガイドベーンの一例を示す模式図である。
【図１９】同実施形態に係るガイドベーンの一例を示す模式図である。
【図２０】同実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの作用を説明するための模式図である。
【図２１】同実施形態に係る熱交換装置１０Ｗの作用を説明するための模式図である。
【図２２】本発明の第７の実施形態に係る伝熱管３２の配列状態を示す模式図である。
【図２３】同実施形態に係る解析計算の結果を示す図である。
【図２４】本発明の第８の実施形態に係る熱交換装置１０Ｙの構成を示す模式図である。
【図２５】本発明の第９の実子形態に係る熱交換装置１０Ｚの構成を示す模式図である。
【図２６】従来の空調／冷房システム１の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１・・・空調／冷房システム、２・・・蒸発器、３・・・圧縮機、４・・・凝縮器、５・・・減圧器、６・・・冷却対象流通管、７・・・低沸点媒体流通管、８・・・被冷却媒体流通管、９・・・冷却塔、１０・・・熱交換装置、２０・・・配管、３０・・・熱交換モジュール、３１Ａ・３１Ｂ・・・集合管、３２・・・伝熱管、３３・・・仕切り板、３４Ａ・３４Ｂ・・・隔壁、３５・・・被覆管、３６・・・閉塞部材、３７・・・フィン、３８・・・凹凸部材、４０Ａ・４０Ｂ・・・導入管、５０・・・被冷却媒体循環ポンプ、７０・・・抑制板、７１・・・ガイドベーン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業用水配管あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、
前記熱交換モジュールを支持するとともに、前記配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、
前記各導入管および前記熱交換モジュールの内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールは、
前記導入管に接続され、前記配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、
前記各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールは、
前記配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、
前記仕切り板の両端部と前記配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュール内の平均流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、前記配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項７】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記伝熱管の外壁に、フィンを備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項８】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記配管内壁と前記伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項９】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、前記各伝熱管が配置される
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１０】
用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、
前記被覆管の両端部と前記配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、
前記被覆管の内壁、前記配管の外壁及び前記各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、前記被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、
前記各導入管および前記隔離領域の内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の熱交換装置において、
前記配管の内壁に、凹凸部材を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の熱交換装置において、
前記隔離領域の流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１】
工業用水配管あるいは水道水配管の内部に設けられた熱交換モジュールと、
前記熱交換モジュールを支持するとともに、前記配管の外部と該熱交換モジュールの内部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、
前記各導入管および前記熱交換モジュールの内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールは、
前記導入管に接続され、前記配管の管軸に沿って互いに向き合うような開口部を複数有する少なくとも一組の集合管と、
前記各集合管の互いに向き合った開口部に設けられた複数の伝熱管と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールは、
前記配管の管軸に沿って、該配管の内部を仕切る仕切り板と、
前記仕切り板の両端部と前記配管の内壁との間をそれぞれ塞ぐ一組の隔壁と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールの外壁に、凹凸部材を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュール内の平均流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱交換装置において、
前記熱交換モジュールが設けられた位置より下流の位置に、前記配管内を流れる水を攪拌するための攪拌部材
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項７】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記伝熱管の外壁に、フィンを備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項８】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記配管内壁と前記伝熱管が設けられた領域との間に、流動抵抗を大きくするための抵抗部材
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項９】
請求項２に記載の熱交換装置において、
前記各伝熱管の中心間距離と該伝熱管の外径との比が、１．３から２．４までのいずれかの値となるように、前記各伝熱管が配置される
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１０】
用水路の配管の径より大きい径を有し、該配管を被覆する被覆管と、
前記被覆管の両端部と前記配管の外壁との間をそれぞれ閉塞するとともに、該被覆管を支持する一組の閉塞部材と、
前記被覆管の内壁、前記配管の外壁及び前記各閉塞部材により形成される隔離領域の内部と、前記被覆管の外部とを連通して、被冷却媒体を導入する少なくとも一組の導入管と、
前記各導入管および前記隔離領域の内部に前記被冷却媒体を循環させる被冷却媒体循環手段と
を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の熱交換装置において、
前記配管の内壁に、凹凸部材を備えたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の熱交換装置において、
前記隔離領域の流路断面積が、前記配管の管軸に垂直な面の流路断面積の２０％以内である
ことを特徴とする熱交換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００８−１９０８２７（Ｐ２００８−１９０８２７Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８４０１（Ｐ２００７−２８４０１）
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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