JP2023122257A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3以上の温熱源や冷熱源を利用できるようにした熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger that can utilize three or more hot and cold heat sources.
従来、特許文献1のように融雪や空調機、冷凍機等の熱源(温熱源および冷熱源を含む)として用いられる地下水を汲み上げ、地下水脈と地上の間で往還させるようにした地下水往還装置があった。 Conventionally, as in Patent Document 1, there is a groundwater circulation device that pumps up groundwater used as a heat source (including a heat source and a cold heat source) for melting snow, air conditioners, refrigerators, etc., and causes it to flow back and forth between the groundwater vein and the ground. there were.
夏季では、冷凍装置などで使われている冷媒(熱交換部)を冷やすためには、外気温より低い地下水が適している。しかし、冬季では、冷凍装置などで使われている冷媒(熱交換部)を冷やすためには地下水より外気の方が低温であるため、外気の方が適している。このように、効率の良い冷熱源や温熱源は季節や設備の稼働状態によって変わり得るが、それを切り替えることは容易なことではなかった。
本発明は、1つの熱交換器の利用できる熱源を多様化することを課題とする。
In summer, groundwater, which is cooler than the outside air temperature, is suitable for cooling the refrigerant (heat exchange part) used in refrigeration equipment and the like. However, in winter, outside air is more suitable for cooling the refrigerant (heat exchange part) used in refrigeration equipment and the like because the temperature of outside air is lower than that of ground water. In this way, efficient cold heat sources and hot heat sources can change depending on the season and the operating conditions of the equipment, but it was not easy to switch between them.
An object of the present invention is to diversify the heat sources that can be used by one heat exchanger.
このような課題に鑑みて、本発明は、熱交換系と操作部を備えた熱交換器であって、前記熱交換器は、内部に主熱媒体を溜めており、前記熱交換系は、3以上あり、前記熱交換器内の前記主熱媒体と熱交換するものであり、前記操作部は、前記3以上の熱交換系の内から、1つの熱交換系を利用する熱交換系として選ぶものであり、残った熱交換系の内から、熱源として使用する熱交換系を1つ選ぶことを特徴とする熱交換器とすることで課題を解決した。 In view of such problems, the present invention provides a heat exchanger comprising a heat exchange system and an operation unit, wherein the heat exchanger stores a main heat medium inside, and the heat exchange system comprises: There are three or more, and heat is exchanged with the main heat medium in the heat exchanger, and the operation unit is a heat exchange system that uses one heat exchange system from among the three or more heat exchange systems The problem was solved by providing a heat exchanger characterized by selecting one heat exchange system to be used as a heat source from among the remaining heat exchange systems.
複数の冷熱源や温熱源を1つの熱交換器にまとめることで、利用する熱媒体や熱源を簡単に切り替え利用できるようになった。 By integrating multiple cold and hot heat sources into a single heat exchanger, it has become possible to easily switch between the heat medium and heat source to be used.
以下、図面を参照して本発明の実施例1を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。 Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals in different figures denote portions having the same function, and duplication of description in each figure will be omitted as appropriate.
(実施例1)
実施例1は、冷やされまたは温められた空気を施設や設備へ送る空調に関する例である。必要に応じ、本発明の熱交換器4で冷やされまたは温められた空気は、さらにヒートポンプなどで冷やされ、または、温められてもよい。
(Example 1)
Example 1 is an example relating to air conditioning that sends cooled or warmed air to facilities and equipment. If necessary, the air cooled or warmed by the
図1は実施例1の熱交換器4の説明図である。中央の平面図に付した、a~dは方向を示している。図1の「a側」は、平面図に付したa側から観た図を意味する。平面図を基準として上の図は、背面方向であるa側から観た図であり、集合部19を図示していないため、「a側 部分背面図」としている。
平面図を基準として下の図は、正面方向であるc側から観た図であり、集合部19を図示していないため、「c側 部分正面図」としている。
平面図を基準として右の図は、d側、すなわち、右側面図である。
また、右下に図示した「ファン内部構造図」は、ファンケーシング131の一部を取り外して内部にあるファン13が見えるようにした図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the
Based on the plan view, the bottom view is a view seen from the c side, which is the front direction, and does not show the
The figure on the right side of the plan view is the d side, that is, the right side view.
Also, the "fan internal structure diagram" shown in the lower right is a diagram in which a part of the
以下の実施例1の説明は、「第2のポンプ23」や「第3のポンプ33」、「第2の流入口25」や「第3の流入口35」等、「第1」、「第2」、「第3」などの序数を使って部材などの説明が行われる。本明細書において、序数は、熱交換系と関連付けられて用いられている。例えば、「第2のポンプ23」は、第2の熱交換系2で使われているポンプを意味する。実施例1は、第1の熱交換系1にポンプを使っていないため第1のポンプは存在しない。
In the following description of the first embodiment, "
本発明で「熱源」という場合は、温熱源と冷熱源の双方を意味する。本明細書でいう、温と冷の区別は、熱交換器4を通る前の利用する熱交換系の熱媒体(実施例1では空気)の温度に対して、温度が低いか高いかで決まる。
In the present invention, the term "heat source" means both a hot heat source and a cold heat source. As used herein, the distinction between hot and cold is determined by whether the temperature is lower or higher than the temperature of the heat medium (air in Example 1) of the heat exchange system to be used before passing through the
また、図2は熱交換回路の説明図である。熱交換器4は、内部に不凍液ブラインである主熱媒体41が溜められている。熱交換器4の形状は、円筒形や箱形など適宜でよい。熱交換器4の外壁は、熱効率を上げるため断熱材で覆われていることが好ましい。図1の熱交換器4の内部に図示された数々の点は、第1の熱交換系1、第2の熱交換系2および第3の熱交換系3のそれぞれに設けられたフィンを表している。フィンは熱伝導性の高いアルミニウムの薄板などで構成され熱交換効率を上げる機能を有する。
Moreover, FIG. 2 is explanatory drawing of a heat exchange circuit. The
(利用する熱交換部)
利用する熱交換系とは、熱交換系を出た熱媒体が施設や設備(機器類)で利用される熱交換系をいう。利用される熱交換系は、3以上ある熱交換系の中から1つ選ばれる。
実施例1は、操作部5(制御部51)を操作することで、第1の熱交換系1が利用する熱交換系として選ばれており、第1の熱交換系1で温められたり、冷やされたりした空気が、施設や設備(機器類)へと送られる。
(Heat exchange part to be used)
The heat exchange system to be used refers to a heat exchange system in which the heat medium exiting the heat exchange system is used in facilities and equipment (equipment). One heat exchange system to be used is selected from three or more heat exchange systems.
In Example 1, by operating the operation unit 5 (control unit 51), the first heat exchange system 1 is selected as the heat exchange system to be used, and the first heat exchange system 1 is warmed, Cooled air is sent to facilities and equipment (equipment).
(熱源として使用する熱交換系)
他方、熱源として使用する熱交換系は、上記利用する交換系に選ばれず残った熱交換系の中から操作部5により1つ選ばれる。選ばれた熱交換系を通る熱媒体は、熱交換器4内の主熱媒体41を介して、利用する熱交換系を通る熱媒体を冷やしたり、温めたりする。
(Heat exchange system used as a heat source)
On the other hand, one heat exchange system to be used as a heat source is selected by the
(第1の熱交換系・利用する熱交換系)
実施例1の第1の熱交換系1は、操作部5を作業者が操作し、利用する熱交換系として選ばれている。第1の熱交換系1は、熱媒体を空気とするものである。ファン13の吸気口18から吸い込まれる空気は、外気でも室内の空気でもよい。図1のファン内部構造図で示すように、ファンケーシング131内に収められた遠心式のファン13は、熱媒体である空気を熱交換器4へと送るものである。第1の熱交換系1を通って温められた、または、冷やされた空気は、そのまま室内に導かれてもよい。また、第1の熱交換系1で温められたり、冷やされたりした空気は、別の熱交換器やヒートポンプなどに送られ、熱源として使用されてもよい。
(First heat exchange system/heat exchange system to be used)
The first heat exchange system 1 of Example 1 is selected as a heat exchange system to be used by an operator operating the
空気は、ファン13の吸気口18から吸入され、遠心型のファン13の中心部へ吸い込まれる。吸入された空気は、モータ14により回転するファン13ファン13の外周に設けられた多数の羽根により、ファン13の内側から羽根の外側へ送られ、そして、吸入された空気は、ファンケーシング131の出口を経由して、熱交換器4へと送られる。熱交換器4内の第1の熱交換部12は、多数の通気パイプ17で構成されている。これら多数の通気パイプ17にファン13から送られた空気を通すため、熱交換器4に設けられた第1の流入口15は熱交換器4のd側の側面全体に広がっている。
Air is drawn from the
第1の流入口15を通って熱交換器4の内部に入った空気は、通気パイプ17に送られる。通気パイプ17の周囲には熱交換を促すフィンが多数設けられている。ファン13から送られた空気は、多数の通気パイプ17を通過するうちに、熱交換器4内の主熱媒体41により冷やされる、または、温められる。通気パイプ17を通過した空気は、次いで、第1の流出口16を通って熱交換器4のb側に出る。第1の流出口16は、熱交換器4のb側の側面全体に広がっている。第1の流出口16から出た空気は、図1に記載のように集合部19で集められ、送風管191を通って利用される施設や設備へと送られる。
Air entering the
(冷熱源または温熱源として使う熱交換系)
実施例1の第2の熱交換系2は、井戸6の地下水(井水を含む)を熱源とする熱交換系である。地下水の水温は、1年を通してほぼ一定であり、冬は暖かく、夏は冷たく感じる水温を保つ。したがって、地下水は、冬季には温熱源として、また、夏季は冷熱源として使うことができる。
また、地下水(井水を含む)の他にも、湖水、河川水、温泉水等の自然水でもよい。特に、湖水は、水深によって温度が変わり、夏でも水深が深い層では温度が低い。自然水の熱源としての特性を活用することは好ましい態様である。また、自然水でなくてもよい。例えば、生ごみなどの発酵槽や浄化槽に不凍液ブラインを通す配管を設け、発酵熱を不凍液ブラインと熱交換して、加温された不凍液ブラインを温熱源としてもよい。冷熱源や温熱源の種類は多様であることが好ましい。
(Heat exchange system used as a source of cold or hot heat)
The second
In addition to ground water (including well water), natural water such as lake water, river water, and hot spring water may be used. In particular, the temperature of the lake water changes depending on the depth of the water, and even in summer, the temperature is low in the deep layer. It is a preferred embodiment to utilize the properties of natural water as a heat source. Moreover, it does not have to be natural water. For example, a pipe through which the antifreeze brine passes is provided in a fermentation tank or a septic tank for raw garbage, heat of fermentation is exchanged with the antifreeze brine, and the heated antifreeze brine may be used as a heat source. It is preferable that the types of cold heat sources and hot heat sources are diverse.
第2の熱交換系2の熱媒体である地下水は、第2のポンプ23で汲み上げられ、第2の流入口25を通って、熱交換器4内の第2の熱交換部22に送られる。その後、地下水は、第2の流出口26から熱交換器4の外に出て、再び井戸6に戻される。第2の熱交換部22は、管で構成されており、管の周囲には熱交換を促す多数のフィンが設けられている。熱交換器4の内部には、主熱媒体41が蓄えられており、第2の熱交換部2を流れる熱媒体(地下水)の冷熱または温熱は、主熱媒体41を介して、第1の熱交換系1の熱媒体(空気)と熱交換される。これにより、利用する熱交換系として選ばれた第1の熱交換系1の熱媒体(空気)は、温められるまたは冷やされる。
Groundwater, which is the heat medium of the second
実施例1の第3の熱交換系3は、太陽熱温水器で作られる温水や設備や施設(工場)から排水される冷水を温熱源や冷熱源としている。第3の切換弁34は、温熱源または冷熱源を選択するものである。第3の熱交換系3の熱媒体は、第3のポンプ33により、熱交換器4へと送られる。熱媒体は、熱交換器4の第3の流入口35から熱交換器4の内部に入り第3の熱交換部32を通り熱交換され、第3の流出口36から熱交換器4の外に出る。
The third
実施例1では、3つの熱交換系を有する熱交換器4としたが、さらに熱交換系を増やして4つ、5つとすることも可能である。熱交換器4に接続される熱交換系が増える程、熱交換器4の構造が複雑になりコストがかかる。第3の切換弁34で熱源を切り替えられる第3の熱交換系3は、実質的に2系統の熱交換系として働き、コスト面で有利である。
In the first embodiment, the
(第2の熱交換系と第3の熱交換系)
第3の熱交換系3は、操作部5で第3の切換弁34を操作することにより温熱源または冷熱源とするのか選ぶことができるのは前述したとおりである。また、第2の熱交換系2の熱媒体である地下水は、冬季には温熱源として夏季には冷熱源として使うことができる。作業者は、第1の熱交換系1が利用する熱交換系として選ばれているため、残りの第2の熱交換系2と第3の熱交換系3のどちらかを熱源として使用する熱交換系として1つ選ぶ。この選択は、操作部5を操作することで行われる。
(Second heat exchange system and third heat exchange system)
As described above, the third
操作部5は、自動的に操作を行う制御部51であってもよい。作業者は、季節、冷凍機、給湯器の稼働状況、温排水や冷排水の温度などを参酌して、第2の熱交換系2と第3の熱交換系3のいずれかを選ぶことができるが、これを制御部51に任せることができる。
The
第2の熱交換系2の熱媒体を井戸6から汲んだ地下水としたのは、前述したように季節に依らず年間をとおして水温がほとんど変化しない。第2の熱交換系2は、年間をとおして冷熱源または温熱源として使われる。
これに対して、第3の熱交換系3は、実施例1では、太陽熱温水器(図示せず)を温熱源として使用している。太陽熱温水器は、日中に限り冬季でも地下水より温度の高い温水が得られる。操作部5または制御部51は、第3の切換弁34を温熱源側に切り替えると同時に第3の熱交換系3を熱源として使用する熱交換系として選ぶ。
The groundwater pumped from the well 6 is used as the heat medium of the second
On the other hand, in the first embodiment, the third
操作部5を操作する作業者や、制御部51は、夜間になると、冬季に温熱源として有利な地下水を使用すべく、第2の熱交換系2を熱源として使用する熱交換系として選択する。
At night, the operator who operates the
(操作部)
第2の熱交換系2(地下水)を使う、第3の熱交換系3(冷熱源または温熱源)を使うかの選択は、操作部5で行うことができる。操作部5は、自動的な制御部51とすることも可能である。本発明の操作部5は、操作を手動操作とするものも、制御部51により自動操作するものも両方包含する。
図2の点線は、操作部5から延びる配線を示している。操作部5は、作業者が操作することで、ファン13のスイッチ132、第2のポンプ23、第3のポンプ33、第3の切換弁34が操作可能に接続されていることを示している。
(operation unit)
The selection of whether to use the second heat exchange system 2 (groundwater) or the third heat exchange system 3 (cold heat source or hot heat source) can be made using the
Dotted lines in FIG. 2 indicate wires extending from the
(制御部)
操作部5を制御部51とすることは、大きな利点をもたらす、温度センサなどの検出器52を熱源に設け、熱源の質が良いときには、第3の熱交換系3を選び、地下水の方が有利なときには第2の熱交換系2を自動的に選択できるからである。
熱源の選択は、季節、設備や施設の稼働状態などで常に変化するが、制御部51は、検出器52などの情報を総合して最適な熱交換系を選ぶようにされており、省エネ効率を高めることができる。
(control part)
Using the
The selection of the heat source always changes depending on the season, the operating state of the equipment and facilities, etc., but the
(実施例2)
いずれの熱交換系も、熱媒体は、液体と気体のいずれでもよい。実施例2は、第3の熱交換系3の熱媒体を気体とし、第2の熱交換系2に施設や機器で作られるまたは廃棄される温水や冷水を熱媒体とする副流路27を加えた例である。
図3は、実施例2の熱交換回路の説明図である。熱媒体は、液体と気体では、機器の構造が異なる。実施例1では、熱媒体が液体であるため、第3のポンプ33が使われている。しかし、第3の熱交換系3の熱媒体として気体を採用する場合は、第3のポンプ33は第3の送風機37などに置き換わるし、様々な部材を気体に適したものとする必要がある。
(Example 2)
In any heat exchange system, the heat medium may be either liquid or gas. In the second embodiment, the heat medium of the third
FIG. 3 is an explanatory diagram of a heat exchange circuit of Example 2. FIG. The heat medium is different in the structure of the device depending on whether it is a liquid or a gas. In Example 1, the
また、様々な設備から排出される温水や冷水、太陽熱温水器で作られる温水などを第2の熱交換系2で使えるようにしている。地下水に代えて、温水か冷水を使用する場合、副流路27を用いる。副流路27には、温水と冷水を切り替える第2の副流路切換弁241が備えられている。作業者は、操作部5を使い第2の副流路切換弁241の流路を温水か冷水か選択する。第2の主流路切換弁24は、地下水を熱媒体とするか、副流路27を使うか切り替える弁である。作業者は、操作部5を使い第2の主流路切換弁24を副流路27側のポートに切り替える。次いで作業者は、第2の排水切換弁28を副排水路29側のポートに切り替え、井戸6に様々な設備等から排出される温水や冷水が流れないようにする。これらの操作は、操作部5として制御部51を採用することで、自動的に行うことができる。
In addition, the second
副排水路29から排水され、熱交換を終えた温水や冷水は廃棄されてもよい。また、太陽熱温水器などの機器を使っている場合は、熱交換を終えた温水を再び太陽熱温水器へ戻し、循環させてもよい。
Hot water or cold water that has been drained from the
(変形例1)
実施例1および実施例2は、利用する熱交換系として、空気を熱媒体とする第1の熱交換系1を選択したものであった。利用する熱交換系を、液体を熱媒体とする熱交換系としてもよい。例えば、工場で排出される排気ガスを第1の熱交換系1を使って、熱交換器4内の主熱媒体41を温め、第2の熱交換系2に水道水を熱媒体として流し、温水を作るなどの使い方ができる。
(Modification 1)
In Examples 1 and 2, the first heat exchange system 1 using air as the heat medium was selected as the heat exchange system to be used. The heat exchange system to be used may be a heat exchange system using a liquid as a heat medium. For example, using the first heat exchange system 1, the exhaust gas discharged from the factory is used to warm the
また、利用する熱交換系から得られた、温められるか冷やされた熱媒体をさらにヒートポンプの熱媒体として利用することもできる。外気温より温度が高いまたは低い熱媒体を使うことにより、ヒートポンプのエネルギー効率は高まる。 Also, the heated or cooled heat transfer medium obtained from the heat exchange system used can be further used as the heat transfer medium for the heat pump. The energy efficiency of the heat pump is increased by using a heat transfer medium with a temperature higher or lower than the ambient temperature.
(変形例2)
実施例1および実施例2の熱交換器4は、3系統の熱交換系を備えたものであった。必要に応じて、本発明の熱交換機4は、3より多い熱交換系を備えてもよい。
(Modification 2)
The
(実施例の効果)
本発明の多熱源を利用可能な熱交換器4は、3以上の多数の熱交換系を備えており、多様な熱源と予め接続しておくことができる。本発明は、多様な熱源の温度などを検出する検出器52を備えてもよく、操作部5の制御部51は、最適な熱源を選択するように熱交換系を切り替えることができる。さらに、熱媒体を気体とする熱交換系と、熱媒体を液体とする熱交換系を熱交換器4に備えておくことで、利用する熱媒体として液体を選ぶこともできるし気体を選ぶこともできる。
(Effect of Example)
The
それぞれの熱交換系は、切換弁を付加することで多数の熱源からの熱媒体を通すことができ、無数の多様な熱源と予め接続しておくこともできる。最適な熱源の選択に多様性が生まれるため、本発明の熱交換器4は、省エネに寄与することができる。
Each heat exchange system can pass the heat medium from many heat sources by adding a switching valve, and can be connected in advance with countless various heat sources. The
以上、本発明に係る実施の態様を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施の態様に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、前述の各実施の態様は、その目的および構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
Although the embodiments according to the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and can be designed without departing from the gist of the present invention. is included in the present invention.
In addition, each of the embodiments described above can be combined by using each other's techniques unless there is a particular contradiction or problem in the purpose, configuration, or the like.
1 第1の熱交換系
12 第1の熱交換部(通気パイプ)
13 ファン
131 ファンケーシング
132 スイッチ
14 モータ
15 第1の流入口
16 第1の流出口
17 通気パイプ
18 吸気口
19 集合部
191 送風管
2 第2の熱交換系
22 第2の熱交換部
23 第2のポンプ
24 第2の主流路切換弁
241 第2の副流路切換弁
25 第2の流入口
26 第2の流出口
27 副流路
28 第2の排水切換弁
29 副排水路
3 第3の熱交換系
32 第3の熱交換部
33 第3のポンプ
34 第3の切換弁
35 第3の流入口
36 第3の流出口
37 第3の送風機
4 熱交換器
41 主熱媒体
5 操作部
51 制御部
52 検出器
6 井戸
1 first
13
Claims (3)
前記熱交換器は、内部に主熱媒体を溜めており、
前記熱交換系は、3以上あり、前記熱交換器内の前記主熱媒体と熱交換するものであり、
前記操作部は、
前記3以上の熱交換系の内から、1つの熱交換系を利用する熱交換系として選ぶものであり、
残った熱交換系の内から、熱源として使用する熱交換系を1つ選ぶことを特徴とする熱交換器。
A heat exchanger comprising a heat exchange system and an operating unit,
The heat exchanger stores a main heat medium inside,
The heat exchange system has three or more and exchanges heat with the main heat medium in the heat exchanger,
The operation unit is
A heat exchange system that utilizes one heat exchange system from among the three or more heat exchange systems,
A heat exchanger characterized by selecting one heat exchange system to be used as a heat source from among the remaining heat exchange systems.
2. The heat exchanger according to claim 1, wherein the three or more heat exchange systems include a heat exchange system using air as a heat medium.
制御部は、前記検出された温度に基づき熱源として使用する熱交換系を1つ選ぶことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項記載の熱交換器。 Having a detector that detects the temperature of the heat medium of the three or more heat exchange systems,
3. The heat exchanger according to claim 1, wherein the controller selects one heat exchange system to be used as the heat source based on the detected temperature.
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2022
- 2022-02-22 JP JP2022025854A patent/JP2023122257A/en active Pending
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