JP2000084387A - 加熱混合槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、被加熱流体を熱対流による循環流に
よって伝熱管内の伝熱効率を高め，且つ加熱混合槽内部
の被加熱流体の混合効果が得られる加熱攪拌槽を提供す
るものである。 【解決手段】本発明では、加熱混合槽の熱交換器は胴体
部剛体の被加熱流体側の接液面に支持剛体を取り付け，
該支持剛体の先に熱交換器の胴体部剛体と隙間を有しな
がら，熱交換器同部の剛体を囲んで，円筒形状の邪魔板
を取り付けた構造が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続的に供給される
流体を加熱混合する加熱混合槽に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特加熱混合槽では、槽内部に設置された
熱交換器によって加熱し，所定の温度まで上昇，もしく
は化学反応させた後に連続的に槽外へ流出させる。この
とき槽内の液密度の差によって熱対流を生ぜしめ流体を
混合し，且つ熱交換器の接液面から隙間を設けて設置さ
れた邪魔板によって熱対流の循環を良好ならしめ，熱交
換器の伝熱管内を流れる流体の速度を増すことによって
熱交換器の伝熱効率を高めることが例えば、特願平８−
２４９７６９号明細書に記載されている。従来、槽内に
熱交換器を設置した熱対流を利用した加熱混合槽におい
て，熱交換器円筒剛体の鉛直方向の接液面で，被加熱流
体が加熱または蒸発することによって，熱対流の流れが
乱されることを防止する有効な手段はなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の槽内に円筒状も
しくは中空ドーナツ円筒状熱交換器を有する加熱混合槽
において、以下のような課題が生じた。

【０００４】円筒状もしくは中空ドーナツ円筒状の管板
式熱交換器の，比加熱流体と接する胴体部剛体接液面に
おいて，被加熱流体が加熱することにより流体密度が低
下し，もしくは蒸発することによって上方すなわち液面
方向への流体流れが生じる。一方，伝熱管内部で加熱さ
れ，伝熱管上部から流出した被加熱流体が放熱によって
温度低下し液密度が低下することによって生じる下方す
なわち液底方向への流れが生じる。これら上方向の流れ
と下方向の流れとが衝突することによって互いの流速を
減じ，熱対流による循環流れを妨げていた。

【０００５】（２）上記（１）項記述の現象により，熱
対流による循環流れの速度が低下することにより，伝熱
管内の上方向流れの速度が低下し，伝熱管内側表面での
伝熱効率が低下していた。これにより，加熱混合槽内の
被加熱流体を目的の温度まで上昇するための時間が長く
なり，且つ化学反応を伴う場合において該化学反応の速
度が低下し，目的の化学反応が終了するまでの時間が長
くなっていた。且つ熱対流による循環流れ不良により被
加熱流体の混合性能が著しく低下していた。

【０００６】（３）上記（２）項記述の現象を防止する
ため，従来加熱混合槽内に動力付き攪拌装置を設置し，
強制的に循環流を生ぜしめ，伝熱管における伝熱効率の
低下と，被加熱流体の混合性能低下を防止していた。こ
のため，該攪拌機を駆動するために動力発生装置が必要
となり，加熱攪拌槽の製造コスト及び加熱攪拌槽を運転
するための運転コストが増加していた。

【０００７】本発明の目的は、動力付き攪拌装置を有し
ない，管板式熱交換器を槽内部に有する加熱攪拌槽にお
いて，被加熱流体を熱対流による循環流によって伝熱管
内の伝熱効率を高め，且つ加熱混合槽内部の被加熱流体
の混合効果が得られる加熱攪拌槽を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱混合槽は上
記目的を達成するため以下のような構造を有することを
特徴とする。

【０００９】（１）該加熱混合槽の熱交換器は胴体部剛
体の被加熱流体側の接液面に支持剛体を取り付け，該支
持剛体の先に熱交換器の胴体部剛体と隙間を有しなが
ら，熱交換器同部の剛体を囲んで，円筒形状の邪魔板を
取り付けた構造である。

【００１０】（２）該加熱混合槽内部の熱交換器に取り
付けた邪魔板は熱交換器の胴体部剛体との間に隙間を有
し，この隙間の間を熱交換器胴体部から伝播される熱に
よって加熱または蒸発したひ加熱流体が上方向に流れ
る。一方，邪魔板の反熱交換器側の被加熱流体は該邪魔
板によって熱の伝導を阻害されるため，被加熱流体の保
有する熱は加熱混合槽外へ放出し，温度が低下すること
によって流体の密度が上昇し，下方向への流が生じる。
さらに，邪魔板と熱交換器の隙間を上方向に流れる被加
熱流体と，邪魔板の反熱交換器側を下方向へ流れる被加
熱流体は，該邪魔板によって隔絶されているために，互
いの流れが衝突することなく，加熱混合槽内の熱対流に
よる循環流れが阻害されることはない。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施例１ 本発明の実施例１を図１，２，５，６により説明する。
本実施例は、液体と固体の混合流体を加熱して化学反応
を行わせ、反応副生成物及び液体の一部ををガス化させ
た状態で系外へ排出することによって、逆反応を抑制
し、反応が促進される反応系に用いられる加熱混合槽で
ある。

【００１２】図１は該実施例の加熱混合槽の内部に設置
した円筒形の管板式熱交換器に，該熱交換器と隙間を保
ちながら該熱交換器の胴体部の鉛直方向に円筒形状の邪
魔板を支持剛体によって取り付けた場合の構成を示す側
面図であり、図２は該実施例の加熱混合槽の平面図であ
る。図５は、邪魔板を有しない加熱混合槽の熱交換器胴
体部から，加熱混合槽内壁面までの水平方向の温度勾配
と，加熱混合槽内部の被加熱流体の流れ方向を示す図で
ある。さらに図６は図５のケースにおいて熱交換器の胴
体部の鉛直方向に邪魔板を設置した場合の温度勾配と加
熱混合槽内部の被加熱流体の流れ方向を示す図である。

【００１３】図１において，加熱混合槽1の内部に剛体
によって取り付けられた円筒形の管板式熱交換器には，
熱交換器の胴体壁6から隙間を開けて円筒状邪魔板3が邪
魔板の支持剛体4によって取り付けられている。１には
被加熱流体が好ましくは熱交換器上部管板以上の高さに
張り込まれており，被加熱流体入り口8から連続的に被
加熱流体が供給されるとともに，所定の加熱または化学
反応を終えた被加熱流体は，１内の張込み量をほぼ一定
に保持しながら被加熱流体出口9より取り出される。こ
のとき，被加熱流体の加熱または化学反応により発生す
るガス成分は１の圧力をほぼ一定に保持しながら蒸気出
口12より取り出している。一方熱交換器内部は加熱流体
で満たされており，伝熱管5の表面での被加熱流体との
熱交換によって失われた熱量を補うために，加熱流体入
り口10より所定温度の加熱流体を供給し，供給した加熱
流体と同じ量だけ，熱量を失った加熱流体を加熱流体出
口11から取り出している。以上記述の条件下での１内に
おける被加熱流体の流れ方向及び温度勾配については図
５，６を利用して記述する。

【００１４】図６において，伝熱管3aの下方開口部より
3a内に流入した温度T5の被加熱流体5aは3aの内側で加熱
され，5aの密度が低下もしくは一部が蒸発してガスかす
ることにより上方向の流れが生ずる。また熱交換器と邪
魔板との隙間10aにおいても同様に，熱交換器の胴体部
接液面で加熱及び蒸発される5aが上方向に流れる。これ
により5aが3aの下方開口部から上方開口部へ，もしくは
10aの下方開口部から上方開口部へ至るまでに5aの温度
はT5からT6まで昇温且つ一部気化し，さらに3aの上部開
口部から流出した5aは放熱によって温度を減じることに
よって密度が増大し，加熱混合槽1aの下部へ向かう流れ
となり，再び3aの下方開口部より3aへ流入するにいた
る。このとき邪魔板4aによって10aと，1aの内壁と4aと
の隙間が仕切られているために，1a内の水平方向の温度
勾配が9aに表した曲線のようになる。すなわち熱交換器
の胴体壁2aの温度T1の熱が10a部の5aに伝播し，該5aは
加熱される。該5aは4aと接する表面付近では被加熱流体
がほとんど加熱されない，もしくは蒸発しない温度T3と
なっており，このため1aの内壁と4aとの隙間の5aはほと
んど熱を受け取らず，寧ろ1a表面から1aの外へ熱を伝播
して温度が低下して,1aの槽内側胴体壁面付近では温度T
4となり密度が増大する。さらに4aは10a内の上方向の流
れと，4aの反10a側の下方流れが混じることを防止して
いる。これらの現象が連続的に起こっているために1a内
では熱対流による循環流れが生じ，且つその循環流れが
妨げられることがないために，3a内での伝熱効率の増大
及び5aの効果的な混合が行われるのである。

【００１５】比較例 実施例１の比較例を図５により記述する。該加熱撹拌槽
1aは邪魔板が設置されていないこと以外は全て実施例１
と同じである。

【００１６】熱交換器の胴体壁2aと被加熱流体5aとが接
する表面では熱交換によって5aが加熱もしくは蒸発さ
れ，上方向の流れが生じる。この上方向への流れは伝熱
感3a内で加熱され3aの上方開口部から流出し，さらに放
熱によって下方流れとなる5aと混じり合う。このため，
1a内の熱対流による循環流れに乱れが生じ，循環流れの
速度が減じ或いは消失し，2a内の伝熱効率が低下すると
ともに，5aの混合効果が低下するのである。

【００１７】実施例２ 本発明の実施例２を図３，図４により説明する。本実施
例は、液体と固体の混合流体を加熱して化学反応を行わ
せ、反応副生成物及び液体の一部ををガス化させた状態
で系外へ排出することによって、逆反応を抑制し、反応
が促進される反応系に用いられる加熱混合槽である。

【００１８】図３は該実施例の加熱混合槽の内部に設置
した中空ドーナツ円筒形熱交換器に，該熱交換器と隙間
を保ちながら該熱交換器の胴体部の鉛直方向に円筒形状
の邪魔板を支持剛体によって取り付けた場合の構成を示
す側面図であり、図４は該実施例の加熱混合槽の平面図
である。本実施例の実施形態は実施例１と全く同様であ
る。

【００１９】実施例３ 本発明の実施例３を図７により説明する。本実施例は、
液体と固体の混合流体を加熱して化学反応を行わせ、反
応副生成物及び液体の一部ををガス化させた状態で系外
へ排出することによって、逆反応を抑制し、反応が促進
される反応系に用いられる加熱混合槽の熱交換器部分で
ある。

【００２０】図７は該実施例の加熱混合槽の内部に設置
される円筒形熱交換器1bに，1bと隙間を保ちながら1bの
胴体部の鉛直方向に円筒形状の邪魔板2bを整流板3bによ
って取り付けた場合の構成を示す側面図である。本実施
例の実施形態は実施例１と全く同様である。このとき1b
と3bとの隙間を上方向に流れる被加熱流体は3bによって
整流されることによって，加熱混合槽内の熱対流による
循環流れが整えられるため，伝熱効率の増大及び被加熱
流体の効果的な混合が行われるのである。

【００２１】実施例４ 本発明の実施例４を図８により説明する。本実施例は、
液体と固体の混合流体を加熱して化学反応を行わせ、反
応副生成物及び液体の一部ををガス化させた状態で系外
へ排出することによって、逆反応を抑制し、反応が促進
される反応系に用いられる加熱混合槽の熱交換器部分で
ある。

【００２２】図８は該実施例の加熱混合槽の内部に設置
される円筒形熱交換器1bに，1bと隙間を保ちながら1bの
胴体部の鉛直方向に複数の短冊状邪魔板2cを支持剛体に
よって取り付けた場合の構成を示す側面図である。本実
施例の実施形態は実施例１と全く同様である。該2cは円
筒形状の邪魔板と比べ取付が容易であるため，低コスト
で製造することが可能である。且つ隣り合う2cの隙間の
間隔を任意に設ける，或いは無くすことにより，邪魔板
表面付近の被加熱流体が滞留もしくは澱むことを防止す
るものである。

【００２３】実施例５ 本発明の実施例５を図９により説明する。本実施例は、
液体と固体の混合流体を加熱して化学反応を行わせ、反
応副生成物及び液体の一部ををガス化させた状態で系外
へ排出することによって、逆反応を抑制し、反応が促進
される反応系に用いられる加熱混合槽の熱交換器部分で
ある。

【００２４】図９は該実施例の加熱混合槽の内部に設置
される円筒形熱交換器1bに，1bと隙間を保ちながら1bの
胴体部の鉛直方向に円筒形状の邪魔板2bを支持剛体によ
って取り付けた場合の構成を示す側面図である。2bの鉛
直方向の長さを任意に，熱交換器の鉛直方向の長さより
も短く，もしくは長くして設置することにより，熱対流
による循環流れの状態を調整するものである。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、動力付き攪拌装置を有
しない，管板式熱交換器を槽内部に有する加熱攪拌槽に
おいて，被加熱流体を熱対流による循環流によって伝熱
管内の伝熱効率を高め，且つ加熱混合槽内部の被加熱流
体の混合効果が得られる加熱攪拌槽によって，被加熱流
体を効率よく加熱，蒸発及び化学反応させることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加熱混合槽槽の一実施例を示す側
面図である。

【図２】図１に示す加熱混合槽の平面図である。

【図３】本発明による加熱混合槽槽の他の実施例を示す
側面図である。

【図４】図３に示す加熱混合槽の平面図である。

【図５】加熱混合槽に円筒状の邪魔板を設けない円筒形
の管板式熱交換器を設置し，加熱混合槽内部に被加熱流
体を張り込み，且つ熱交換器内部に加熱流体を張り込ん
だときの，被加熱流体の流れ方向と水平方向の温度勾配
を示す側面図である。

【図６】加熱混合槽に円筒状の邪魔板を有する円筒形の
管板式熱交換器を設置し，加熱混合槽内部に被加熱流体
を張り込み，且つ熱交換器内部に加熱流体を張り込んだ
ときの，被加熱流体の流れ方向と水平方向の温度勾配を
示す側面図である。

【図７】本発明による加熱混合槽槽の他の実施例を示す
斜視図である。

【図８】本発明による加熱混合槽槽の他の実施例を示す
斜視図である。

【図９】本発明による加熱混合槽槽の他の実施例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

1,1,1a,…加熱混合槽，2,2…加熱混合槽の胴体壁，3,3,
4a,2b…円筒状邪魔板，4,4…邪魔板の支持剛体，5,5,3
a,…伝熱管，6,6,2a…熱交換器の胴体壁，7,7,10a…熱
交換器と邪魔板との隙間，8,8…被加熱流体入り口，9,9
…被加熱流体出口，10,10…加熱流体入り口，11,11…加
熱流体出口，12,12…蒸気出口，5a…被加熱流体，6a…
加熱流体，7a…被加熱流体の流れ方向，8a…蒸気の流れ
方向，9a…加熱混合槽内の温度勾配曲線，1b…熱交換
器，2c…短冊状邪魔板，3b…整流板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 進 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 小田 親生 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 中元 英和 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 Ｆターム(参考） 3L103 AA37 AA39 BB26 CC18 DD08 DD19 DD38 DD62 4G035 AB37 AC06 AC50 AE15 4G037 CA13 EA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縦形槽内部に複数の伝熱管を円筒内部もし
   くはドーナツ状の中空円筒内部に有し，伝熱管の管内側
   に被加熱流体が流入して加熱または蒸発され，かつ伝熱
   管の管外側に被加熱流体の温度よりも高い温度の加熱流
   体が流れる熱交換器を該縦形槽の鉛直方向に，伝熱管の
   長手方向に鉛直に設置することを特徴とする加熱混合
   槽。
2. 【請求項２】請求項１記載の加熱混合槽において，該加
   熱混合槽内部に設置された熱交換器の伝熱管内部に該伝
   熱管の下方開口部から被加熱流体が流れ込み，伝熱管内
   を上昇するにつれ温度が上昇且つまたは蒸発し，伝熱管
   の上方開口部から流出する。さらに加熱され温度が上昇
   した被加熱流体は熱交換器上面から熱交換器と加熱混合
   槽内壁との間に移動し，温度が下がるに従って下方へ流
   れ，再び熱交換器伝熱管の下方開口部に流れ込み循環流
   れを生ぜしめる。また，加熱流体は熱交換器で熱を消費
   した後に該加熱槽の外に流出した後，加熱装置によって
   再加熱され，再び該加熱槽に流入することを特徴とする
   加熱混合槽。
3. 【請求項３】請求項１記載の加熱混合槽において，該加
   熱槽内部に設置された熱交換器の鉛直方向に，該熱交換
   器円筒から隙間を設けて円筒状の邪魔板を熱交換器の鉛
   直方向に設置することを特徴とする加熱混合槽。
4. 【請求項４】請求項１記載の加熱混合槽において，請求
   項２記載の円筒状の邪魔板は，熱交換器鉛直方向の被加
   熱流体と接する接液面によって加熱される被加熱流体
   を，温度上昇に伴う流体密度の低下もしくは蒸発によっ
   て発生した蒸気によって，上方へ向かう流れとして整え
   るように設置されることを特徴とする加熱混合槽。
5. 【請求項５】請求項１記載の加熱混合槽において、請求
   項２記載の円筒状の邪魔板は請求項３記載の効果と伴
   に，熱交換器の鉛直方向の接液面と邪魔板との隙間を上
   方向に流れる被加熱流体と，邪魔板の反熱交換器側を下
   方項に流れる被加熱流体とが，互いの流れ方向を大きく
   乱すことがないように設置されることを特徴とする加熱
   混合槽。
6. 【請求項６】請求項１記載の加熱混合槽において，熱交
   換器の伝熱管外側を流れる加熱流体の温度が熱交換器円
   筒板の剛体に伝熱して，熱交換器円筒の剛体は加熱流体
   の温度に比べてやや低い温度まで加熱される。さらに同
   熱交換器鉛直方向の接液面で円筒の剛体に伝播した熱は
   熱交換器の接液面と邪魔板との間の被加熱流体を加熱し
   て，昇温且つまたは蒸発させる。そして邪魔板の剛体は
   反熱交換器側の被加熱流体とほぼ同じ温度となり，反熱
   交換器側の被加熱流体の温度を著しく上昇させない，且
   つ蒸発させないことを特徴とする加熱混合槽。