JPS6042874B2 - ヒ−トパイプ式熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二つの換熱室内に夫々温度の異る二流体を導
き両換熱室を貫通するヒートパイプによつて熱交換を行
うヒートパイプ式熱交換器に関するものである。

近年省エネルギの必要性に鑑み、鉄鋼業、プロセス工業
などに於ける高温廃ガスの熱利用或は地熱水の利用など
の計画が進められつつあり、かかる場合に伝熱性能の優
れたヒートパイプの適用が多く試みられているが、前記
の廃ガスが熱水は多くの場合各種の不純物を多量に含有
しているため、熱交換器のヒートパイプの外面に塵埃や
スケールが付着し、よごれによる伝熱性能の低下を免れ
なかつた。

これに対し在来はスチームなどによるストーブローが行
われるが、ブローノズルからの距離が離れている部分や
ヒートパイプの裏側部分は除去が容易でなく特に固着性
スケールの完全な除去は困難であつた。かかる塵埃やス
ケールの付着は伝熱性能の低下のみならず、物質によつ
てはヒートパイプ外面の腐蝕促進の原因となるなど、上
記の廃熱利用の推進を妨げる最大の原因の一つであつた
。本発明は、かかるヒートパイプ式熱交換器の換熱室内
に砂又は金属球などの固体粒子を一定量充填保持せしめ
ると共に、該換熱室を水平に回転せしめることによつて
、従来の方式の上記の欠点を除き、固体粒子のタップリ
ング作用に基づく洗浄効果により、ヒートパイプ外面の
よごれを完全に除去せしめて廃熱利用時の障害を除き得
るヒートパイプ式熱交換器を提供することを目的とする
ものである。

本発明は、水平軸を中心として回転可能に支承された円
筒又は円錐台状の換熱室を隔壁で仕切つて二つの換熱室
を形成し、夫々の換熱室には流体が出入し得る回転接手
を設けると共に、両換熱室に多数のヒートパイプを貫通
せしめ、且つ換熱室の片方又は双方に砂又は金属球など
の固体粒子を一定量充填保持せしめたことを特徴とする
ヒート・パイプ式熱交換器である。

本発明を実施例につき図面を用いて、高温の廃ガスと空
気（又は水）との熱交換を、例によつて説明する。

円錐台状の外套３と隔壁２とによつて高温側換・熱室４
及び低温側換熱室４’とが形成され、両換熱室を貫通し
てヒートパイプ１が固定されている。

両換熱室への流体導管として、水平軸、レＡ一４に対し
て同心的に配備された内側円筒６、６’及び外？円筒５
，５″とが夫々の換熱室４，４″に取付け？れている。
一方、水平軸中・υ８−３上には固定士亭円筒を形成し
ている内側円筒８．８″と外側円節７，７″が設けられ
、内側円筒６と８，６″と些″、外側円筒５と７、５″
と７″とは互にシール１０，１『及び９，９″を介して
回転可能かつ気密に接続されている。即ちこれらの回転
二重円筒と固定二重円筒とはシールを介して流体の気密
な回転継手を形成している。外套３にはタイヤ１１，１
「を設けてローラー１２，１２″に設置すると共に、駆
動装置１３によつて本体は水平軸・ら［有］一４を中心
として矢印Ｒの方向に回転せしめられるようになつてい
る。換熱室４内には第２図に示すように、適当な粒径の
砂１４が適当量保持されている。砂１４の粒径は、換熱
室４内に固定されたバッフル１５を縫つて通過する高温
廃ガス１６の流速によつて飛散しない大きさを選び、又
、砂の充填量はタンプリング時に各ヒートバイブ１が全
て砂と接触し得る量で且つ換熱室４外に流出しない範囲
に選定される。砂１４の逸散流出を防ぐために換熱室４
の下流側の外側円筒５に通する出口部に多孔板１７や網
を設ければ一層効果的である。この場合多孔板１７の孔
径は砂の粒径よりも必らずしも小さくする必要はない。
図中１８は高温廃ガスの入口、１９は同出口、−２０は
空気（又は水）の入口、２１は同出口を夫々示し、流体
の給排口となり、高温廃ガスは入口１８から高温換熱室
４内に入りヒートバイブ１を加熱して出口１９から排出
され、また入口２０から低温換熱室４″内に入つた空気
（又は水）は４バッフル１５″を縫つて通過する間にヒ
ートバイブ１によつて加熱されて出口２１から排出され
る。ヒートバイブ１の外面によごれが蓄積して実質的な
障害となる時間間隔及び之を除去して復元し！得る時間
間隔を予めタイマに設定して、該タイマの自動指令によ
つて駆動装置１３を起動、停止せしめる。

換熱室４の回転運動により砂１４は第２図に示すように
タンプリングを行い、砂１４とヒートバイブ１との相互
の衝突及び摩擦作用に基づ・く洗浄効果によつてヒート
バイブ１の外側の塵埃やスケールは剥離・細化され、微
粒子となつて廃ガスに同伴して出口１９から排出され、
更にサイクロンなどの集じん装置２２によつて捕捉集じ
んされる。洗浄操作の他の方法として、熱交換器の出口
又は入口１８，１９，２０，２１に夫々温度検出・演算
器を設け、ヒートバイブ外面のよごれに基づく平均温度
差の低下および復元値を夫々設定して該指令により駆動
装置１３を起動停止せしめてもよい。

駆動装置１３を常時連続運転せしめることは、ヒートバ
イブ外面の摩耗を必要以上に生ぜしめる・結果となつて
好ましくないが、廃ガス中の不純物が著しく多く、かつ
固着性のある場合及び腐蝕性のある場合には、綜合的見
地からむしろ連続回転せしめる方がよい場合もある。

此の場合には回転数は若干低く選定される。以上は高温
の汚染廃ガスと空気（又は水）との熱交換の場合につい
て説明したが、地熱水利用のようにシルトや各種の金属
塩を含んだ汚染熱水と清水との熱交換についても上記と
同様である。

此の場合熱流体の比重や粘度の関係上、換熱室４内に充
填する固体粒子は粒径を大きくし（数ミリ程度）、且つ
ステンレスなどの金属球とする。汚染熱水と清水は夫々
入口１８，２０から入り、出口１９，２１から排出され
、ヒートバイブ１の外側に付着するシルトや析出金属塩
などのスケールは、換熱室４の回転運動による金属球と
ヒートバイブとの相互の衝突及び摩擦作用により剥離・
細化されて廃熱水に同伴して排出される。一方、金属球
は多孔板１７の網目を金属球径よりも小さく選定するこ
とによつて、換熱室４外への流出が完全に防止される。
以上の説明に於て、汚染流体が高温側のみの場合につい
て説明を行つたが、例えば含塵高温排ガスと海水との熱
交換の場合のように、低温側に於てもスケール付着を生
ずる場合には低温換熱室４″内にも固体粒子を充填する
ことによつてヒートバイブ外面を洗浄し得ることは勿論
である。

この場合夫々の流体に適した固体粒子の物質、粒径など
を適宜選定しかつ、洗浄時間は高・低温側夫々が必要と
する時間のうちで長い方を選定すればよい。尚、実施例
の説明図に於て、換熱室４，４″を円錐台状とし高温側
を大径にし、且つヒートバイブ１をこの円錐に沿わせて
設けてあるが、この理由はヒートバイブ１内に封じ込め
た熱媒体（例えば水）が低温側で凝縮して液状となつた
際に６一３軸を中心としてヒートバイブが回転すること
によつて遠心力効果により凝縮液が高温側に移動し易く
する為の配慮である。

このような配慮によつてヒートバイブの洗浄の為の回転
運動は同時にヒートバイブ１の熱移動に利することにも
なるという利点もある。換熱室を円筒状としヒートバイ
ブを４一３軸に平行に設けることも出来ることは勿論で
ある。本発明は、水平軸を中心として回転可能に支承さ
れた円筒又は円錐台状の換熱室を隔壁で仕切つて二つの
換熱室を形成し、夫々の換熱室には流体が出入し得る回
転接手を設けると共に、両換熱室に多数のヒートバイブ
を貫通せしめ、且つ換熱室の片方又は双方に砂又は金属
球などの固体粒子を一定量充填保持せしめたことにより
、各種の不純物を多量に含有する高温廃ガスや熱水など
と空気や水等との熱交換に際して、ヒートバイブへの塵
埃やスケール付着の防止が可能となる為、伝熱性能の低
下を防ぎ得ること及び場合によつてはヒートバイブの防
蝕にも役立つなどにより、在来技術では実質的に困難で
あつた領域に対しても廃熱利用が可能となるヒートバイ
ブ式熱交換器を提供することができ、実用上省エネルギ
ー上極めて大なる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は縦断面図、第２
図はそのＸ−Ｘ線における横断面図である。 １・・・・・・ヒートバイブ、２・・・・・・隔壁、３
・・・・・・外套、４，４″・・・・換熱室、５，５″
・・外側円筒、６，６″ ・・内側円筒、７，７″・
・・・外側円筒、８，８″ ・・内側円筒、９，９″，
１０，１『・・・・・シール、１１，１「・・・・・・
タイヤ、１２，１２″・・・・・・ローラ、１３・・・
・・・駆動装置、１４・・・砂、１５・・・・・・バッ
フル、１６・・・・・・高温廃ガス、１７・・・・・・
多孔板、１８・・・・・・入口、１９・・・・・・出口
、２０・・・・・・入口、２１・・・・・・出口、２２
・・・・・・集じん装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水平軸を中心として回転可能に支承された円筒又は
   円錐台状の換熱室を隔壁で仕切つて二つの換熱室を形成
   し、夫々の換熱室には流体が出入し得る回転接手を設け
   ると共に、両換熱室に多数のヒートパイプを貫通せしめ
   、且つ換熱室の片方又は双方に砂又は金属球などの固体
   粒子を一定量充填保持せしめたことを特徴とするヒート
   パイプ式熱交換器。