JPH031593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換される流体の急速な冷却または
加熱を行うことを可能とする熱交換方法およびそ
の熱交換器に関するものである。

〔従来技術〕

従来、各種の工業において、熱交換は重要な操
作であり、工業用装置の中では随所に各種の熱交
換方法が採用され、また熱交換を行う熱交換器が
多数採用されている。

これらの熱交換方法及び熱交換器においては、
その単位面積当たりの伝熱速度または伝熱流速を
増大させることが、工業用装置や熱交換器の設備
コストの生産原価への跳ね返りを少なくするため
にも、また急速な発熱反応などの場合に円滑に反
応熱を除去して反応の暴走を防止するための安全
の点でも重要な問題である。

また、通常のこれらの熱交換方法として用いら
れている方法を加熱に適用する場合には、伝熱面
上の層流低層に含まれる流体は伝熱面上により接
近して存在し、伝熱面上における滞留時間も長い
ため、流体本流の平均温度より若干温度が高くな
り、加熱時間も長くなるため、この部分の流体の
品質の熱的低下、劣化は流体本流より大きく、平
均すれば全体の製品の品質の若干の低下、劣化が
起こり、正確な制御ができにくいという問題を有
している。

従来、これらの工業用装置内の熱交換や熱交換
器における伝熱速度や伝熱流束の増大の目的には
流体の流速を増大して層流底層の厚さを薄くした
り、伝熱面にフインや突起物を設けて伝熱有効面
積を大きくすることが一般に行なわれており、さ
らに伝熱面近傍を撹拌したり、伝熱面上の流体を
かき取ることによる方法も採用されてきた。

しかしながら、これらの内、ポンプ容量を大き
くして流速を上げる方法では、ポンプ動力に消費
されるエネルギーが配管の途中の管路で消費され
る割合が大きく、伝熱流速や伝熱流束を増大する
ためにそのエネルギーが使用される割合が必ずし
も大きくない欠点があり、必ずしも常に目的を達
することはできなかつた。

また、伝熱面にフインや突起物を設ける方法で
は、フインや突起物の間に影や流れの停滞域を生
じやすく、比較的粘度の高い流体には特に有効に
その目的を達しえなかつた。

さらに、伝熱面近傍を撹拌する方法では、伝熱
面近傍を均一に撹拌することが困難であるため
に、伝熱面全体にその効果を及ぼしにくいという
欠点があり、以上の従来の方法では一般に層流底
層の厚さを薄くする効果はすくなかつた。

また、伝熱面近傍の流体をかき取る方法は、層
流底層の厚さを薄くする効果は大きいものの、そ
の消費動力が比較的大きく、さらにかきとり羽根
と伝熱面の摩耗が比較的大きく、故障しやすいと
いう問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明は前記従来の熱交換技術の欠点を解消す
るためになされたものであり、特殊な回転体によ
り、伝熱面上に交互に吐出旋回流と吸込み旋回流
とを生ぜしめ、伝熱面上の層流底層の厚さをでき
るだけ薄くし、かつ伝熱面から流体へ伝えられた
熱をすみやかに流体本流中へ輸送することによつ
て、伝熱速度および伝熱流束を増大させることを
目的としたものである。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明の熱交換方
法は、円筒形の伝熱面の内面、または外面、また
は内面と外面に対して吐出旋回流と吸込み旋回流
とを交互に生じさせる機能を有する複数の回転円
板と案内羽根とを備え、かつ円筒形の伝熱面の中
心軸を回転軸とする回転体の回転により上記伝熱
面の内面、または外面、または内面と外面を介し
て熱交換される流体の急速な冷却または加熱を行
うことを特徴としたものであり、その方法を適用
する熱交換器は、円筒形の伝熱面の内面、または
外面、または内面と外面に対して吐出旋回流と吸
込み旋回流とを交互に生じさせる機能を有する複
数の回転円板と案内羽根とを備え、かつ円筒形の
伝熱面の中心軸を回転軸とする回転体を内蔵する
と共に、該回転体を回転する手段を持たせること
により構成される。

〔発明の実施例〕

以下図面に基づいて本発明の熱交換方法及びそ
の熱交換器の実施例を説明するが、第１図は本発
明の熱交換方法を適用した熱交換器の円筒形伝熱
面の内側にのみ回転体を有する実施例１の縦断面
図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ方向の平断面
図である。

この熱交換器は円筒形本体からなり、この円筒
形本体内には、円筒形の伝熱面２が形成されてお
り、この伝熱面２の外面側に媒体Ｙを通過させる
ための媒体通路９及び７が設けられると共に、こ
の伝熱面２の内面側に、熱交換される流体Ｘを通
過させるための流体通路８及び６が設けられてい
る。

次に、この円筒形の伝熱面２の中心軸Ｏ−Ｏに
は回転軸１が設けられ、この回転軸１には第５図
に示す８個の回転円板５と、第２図に示す３組の
案内羽根３とが備えられ、これら回転軸１、回転
円板５及び案内羽根３により構成される回転体
が、この伝熱面２の内面側に内蔵されており、こ
の回転軸１は図示されていないモータ等の駆動手
段により矢印Ｒ方向に回転されるようになつてい
る。

上記の回転体においては、各回転円板５の間に
案内羽根３を有する部分と、有しない部分とを交
互に設けているので、回転体を回転することによ
り伝熱面２の内面に対して吐出旋回流と吸込み旋
回流とを交互に生じさせる機能をもつことにな
り、それにより熱交換される流体Ｘが伝熱面２を
介して媒体Ｙにより急速に冷却、または加熱され
うるようになつている。

以上の構成からなる実施例１の熱交換器の回転
体を回転軸１を中心として矢印Ｒ方向に回転する
ことにより、伝熱面２の内面において、案内羽根
３を有する部分では吐出旋回流を生じ、案内羽根
３を有さない部分では逆に吸込み旋回流を生じる
ことにな、吐出旋回流により伝熱面２上の層流底
層は極度に薄くなり、すみやかに伝熱面２と流体
Ｘとの間に熱交換が行なわれ、案内羽根３を有し
ない部分の吸込み旋回流に巻き込まれて伝熱面２
の近傍から遠ざかるとともに、流体Ｘの本流と混
合する。

流体Ｘは全体としては流体管路８から流体管路
６へと向けて流れ、流入から流出の間に案内羽根
３を有する回転体により何回かの吐出旋回流と吸
込み旋回流とを経験し、伝熱面２を介して媒体管
路９から流入し、媒体管路７から流出する媒体Ｙ
と熱交換を行う。

勿論、これらの回転円板５と案内羽根３の個
数、直径、間隔、回転数などは、使用する目的
や、流体Ｘの物性に合わせて適宜選定できるが、
また伝熱面２は反応を行う反応器壁、その他の装
置の壁であつてもよい。

なお、第１図にて１２で示すのは回転軸１のシ
ールである。

第３図は第１図の実施例１の機能のほかに、円
筒形の伝熱面２の外面側にも円筒部の中心軸Ｏ−
Ｏを中心として回転する回転体を備えた実施例２
を示すものであり、実施例１と同じ部品は同じ部
品番号で示したものであり、第４図は第３図のＢ
−Ｂ方向の平断面図である。

第３図、第４図では、伝熱面２の外面側に設け
た回転体を矢印R′方向に回転させる駆動部分は
簡単にするために図面では省略しているが、通常
の機械的な駆動方式で容易に駆動することができ
る。

第３図および第４図に示されている伝熱面２の
外面側の回転体の構成及び機能は、実施例１で説
明した伝熱面２の内面側に内蔵した回転体とほぼ
同様であり、この回転体を回転することにより伝
熱面２の外面に対して吐出旋回流および吸込み旋
回流を生じさせることができる。

勿論、これらの図において、回転円板５と案内
羽根３の個数、直径、間隔、回転数などは使用目
的や流体Ｘ及び媒体Ｙの物性に合わせて適宜選定
できる。

また、伝熱面２の内面側に対する吐出旋回流の
位置と外面側に対する吐出旋回流の位置をずらし
てもよく、さらに、これらの実施例の他に伝熱面
２の外面側にのみ回転体を有する実施例は、第３
図、第４図の実施例２において伝熱面２の内面側
の回転体を取り外すことにより得られる。

なお、第５図に示す回転円板５は流体Ｘが上下
に流通する部分の形状を任意の形状とし、上下流
に流通抵抗の小さいものを採用するとよい。

〔発明の効果〕 以上に説明した本発明の熱交換器によれば、回
転体の製作コストが熱交換器の製作コストに加わ
ることになるが、一方、操作条件によつても異な
るが、伝熱面における伝熱係数は従来の方法の２
〜３倍以上の値が得られるので、所要伝熱面積が
少なくなり、熱交換器をコンパクトに形成でき、
全体としての製作費は低下する。

また、ポンプ容量を大きくして伝熱面近傍の流
速を増大させて伝熱促進をはかる従来の場合と比
較すれば、エネルギーの大部分が吸込み流の発生
及び循環に消費され、配管途中の圧力損失に消費
される割合は少ないので、伝熱促進のために要す
るエネルギーの有効利用率は高いという利点があ
る。

また、本発明を伝熱面で急速に加熱または冷却
しなければならない工業用装置内の熱交換方法お
よび熱交換器として適用すれば、適用すべき温度
差と所要熱交換時間は最小ですみ、かつ、より正
確に制御可能となり、製品の熱的劣化を最小にで
き、工業用装置のより正確な熱的制御が可能とな
り、製品の品質の向上がはかれる。

更に、本発明は反応や吸収とともに熱交換を行
なわなければならない化学装置内の熱交換にその
まま適用できるなど経済的及び工業的利益が大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は内側にのみ伝熱促進のための回転体を
有する本発明の実施例１における熱交換器の縦断
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ方向の平断面図、
第３図は内側および外側に伝熱促進のための回転
体を有する本発明の実施例２における熱交換器の
縦断面図、第４図は第３図Ｂ−Ｂ方向の平断面
図、第５図は上記実施例１及び２に適用される回
転円板の平面図の一例である。 １……回転軸、２……伝熱面、３……案内羽
根、５……回転円板、Ｏ−Ｏ……中心軸、Ｒ，
R′……回転方向、Ｘ……流体、Ｙ……媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒形の伝熱面の内面、または外面、または
   内面と外面に対して吐出旋回流と吸込み旋回流と
   を交互に生じさせ得る複数の回転円板と案内羽根
   とを備え、かつ円筒形の伝熱面の中心軸を回転軸
   とする回転体の回転により上記伝熱面の内面、ま
   たは外面、または内面と外面を介して熱交換され
   る流体の急速な冷却または加熱を行う熱交換方
   法。 ２ 円筒形の伝熱面の内面、または外面、または
   内面と外面に対して吐出旋回流と吸込み旋回流と
   を交互に生じさせ得る複数の回転円板と案内羽根
   とを備え、かつ円筒形の伝熱面の中心軸を回転軸
   とする回転体を内蔵すると共に、該回転体を回転
   する手段を持たせた熱交換器。