JP2011257037A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱効率を向上させることができ，熱媒体の漏れ等が生じ難い中空ロータを備えた熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器の中空ロータを，シャフトの外周に中空ディスク３２を多数取り付けた構成と為す。そして，この中空ディスク３２を，前記２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂを接合することにより形成し，ディスク半体３２ａ，３２ｂ間に形成された熱媒体の流路３７を複数箇所で半径方向に仕切るバッフルプレート４を設け，このバッフルプレート４の少なくとも一部を，一方のディスク半体３２ａに固着された結合子と，他方のディスク半体３２ｂに固着された結合子とを噛合させて組み合わせた結合体４０によって構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は，材料等の加熱，冷却及び乾燥等に使用する熱交換器に関し，より詳細には，熱媒体（冷却媒体を含む）が循環可能な流路を内部に備えた中空ロータと，加熱，冷却，乾燥等の対象とする材料等が投入されるドラムとを備え，前記ドラム内で前記中空ロータを回転させることにより前記材料等と中空ロータとの接触により伝熱操作を行う熱交換器に関する。

図１１に示すように，被処理物が投入されたドラム１２０内で，内部に熱媒体を循環可能な流路が形成された中空ロータ１３０を回転させることで，この中空ロータ１３０と前記材料等との接触により伝熱を行う熱交換器１００が，原材料などの加熱，冷却，乾燥等に際して使用されている。

そして，前述の中空ロータ１３０として，中空シャフト１３１の外周に，外周方向に突出する中空ディスク１３２を長手方向に多数配置した構成を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の中空ロータ１３０は，中空シャフト１３１の一端１３１ａより加熱又は冷却用の熱媒体を導入すると，この熱媒体が中空ディスク１３２内を順次通過して中空シャフト１３１の他端１３１ｂより排出，回収することができるように，中空シャフト１３１内の流路と，中空ディスク１３２内に形成された流路１３７とが連通されていると共に，各中空ディスク１３２の流路１３７同士が連通されており，これにより中空ロータ１３０全体に熱媒体を循環させて，中空ロータ１３０の全長に亘って接触した材料等との間で伝熱を行うことができるように構成されている。

ここで，上記構成の中空ロータ１３０における各中空ディスク１３２は，図１２に示すように，２枚のディスク半体１３２ａ，１３２ｂを接合することにより形成されており，このディスク半体１３２ａ，１３２ｂのそれぞれを，中央に前記中空シャフト１３１の外径に対応した開口が形成された円形の金属板等によって形成すると共に，これらを外周縁から内周縁に向かって膨出する形状に形成することで，このディスク半体１３２ａ，１３２ｂを２枚１組とし，２枚のディスク半体の外周縁が重なり合うように組み合わせて中空シャフト１３１の外周に取り付けることで，ディスク半体１３２ａ，１３２ｂ間に，熱媒体の流路１３７を形成することができるようになっている。

なお，このようなディスク半体同士の接合は，一例として，図１２中に拡大図で示すように一方のディスク半体１３２ａの肉厚を貫通して形成された貫通孔１３４内にステーボルト１３５の一端を挿入した状態で溶着すると共に，前記一方のディスク半体１３２ａに対して他方のディスク半体１３２ｂを，両者の外周縁が接するように接合し，他方のディスク半体１３２ｂに設けた貫通孔１３６に，前記ステーボルト１３５の他端を挿入すると共に，この貫通孔１３６とステーボルト１３５間の隙間に，中空ディスク１３２の外周側より（例えばＴＩＧ）溶接等によって何層にも肉盛り１３８を行うことで，２枚のディスク半体間の結合を行っている。

そして，このようにして接合された各ディスク半体１３２ａ，１３２ｂの内周縁を中空シャフト１３１の外周に溶着すると共に，２枚のディスク半体１３２ａ，１３２ｂの外周縁同士を溶着することで，中空シャフト１３１に対する中空ディスク１３２の取り付けと，中空ディスク１３２内に形成された流路１３７の封止が行われている。

米国特許３，８００，８６５号公報

以上のように構成された中空ロータ１３０の構成において，熱媒体と被処理物との伝熱は，中空ディスク１３２を介して行われることから，伝熱の効率を高めるためには，中空ディスク１３２が熱媒体の熱を効率良く被処理物に伝えることができる構造を備えていることが必要となる。

このような伝熱効率の向上を得るためには，熱媒体を中空ディスク１３２内で，乱流とし，効率的に移動させることができれば有利であり，また，中空ディスク１３２の外表面全体がむら無く均一に加熱されていることが有利である。

そして，このような熱媒体を中空ディスク１３２内で，乱流とし，効率的な移動や，中空ディスク１３２に生じる温度むらを解消する方法としては，例えば，中空ディスク１３２内に形成した熱媒体の流路１３７内にフィンやバッフルプレート等を配置して，熱媒体を中空ディスク１３２内で効率的に移動させると共に，熱媒体の流れをこれらのフィンやバッフルプレートとの接触により流路１３７内全体に拡散させ，これにより中空ディスク１３２の流路１３７内における温度差の発生を解消することが考えられる。

しかし，このようなフィンやバッフルプレートを別途取り付ける構成を採用した場合，熱交換器の構造が複雑なものとなると共に，これらを取り付けるための製造工程を別途設ける必要があり，コスト高となる。

一方，図１２を参照して説明した従来の中空ディスク１３２の構造にあっては，前述したステーボルト１３５により２枚のディスク半体１３２ａ，１３２ｂ同士の接合を行っているために，ステーボルト１３５は，一方のディスク半体１３２ａに対しては予め取り付けておくことができたとしても，他方のディスク半体１３２ｂに対しては，２枚のディスク半体１３２ａ，１３２ｂを重ね合わせた後，すなわち中空ディスク１３２の組み立てを行いながらでなければ取り付けることができないために，組み立ての際の作業性が悪いものとなっている。

しかも，少なくとも一方のディスク半体（１３２ａ又は１３２ｂ）に対するステーボルト１３５の固着は，前述のように２枚のディスク半体１３２ａ，１３２ｂ同士を重ね合わせた状態で行わなければならないことから，必然的に中空ディスク１３２の外側からの作業となる。

その結果，このような外側からの作業を可能とするために，少なくとも一方のディスク半体（１３２ａ又は１３２ｂ）に形成する貫通孔（１３４及び／又は１３６）を，中空ディスク１３２の外側から内側に向かって径を減少するすり鉢状に形成しておき，溶接の際，ステーボルト１３５の外周と開孔１３４，１３６の端縁部にスミ肉溶接を施し，かつ，ステーボルト１３５の外周と開孔１３４，１３６間に形成されたくさび状の穿設孔部間に，１層を１〜３mmとし，何層にも肉盛り１３８溶接を充填し，かつ，ステーボルト１３５頭部を被覆するように溶接することにより固着しており，その結果，外側からの溶接作業によるディスク半体の内側の溶接強度は低いものとならざるを得ない。

更に，このようなステーボルト１３５による接合では，耐圧強度の関係で，一例として直径２mの中空ディスク１３２で１枚あたり,強度計算から，１５０〜２００箇所の固定が必要で，熱交換器１台あたりこのような中空ディスクを５０〜７０枚備えていることから，組み立て作業に際しては多大な労力が必要となっている。

そして，前記極めて多数の溶接部は，肉盛りの層間に生じる巣ないしブローホールからの熱媒体の漏出をもたらす。この漏出は，通常使用において，約１万時間の経過により発生していた。

一部重複するが，被処理物と接触しながら回転する中空ディスクには大きな負荷がかかると共に，加熱乃至は冷却に伴う膨張，収縮を繰り返すことから，各ディスク半体１３２ａ，１３２ｂに設けた貫通孔１３４，１３６内にステーボルト１３５を固着している肉盛１３８に亀裂が生じ易く，このような亀裂が生じた場合，ステーボルト１３５はディスク半体１３２ａ，１３２ｂの肉厚を貫通して取り付けられているために，中空ディスク１３２内に導入された熱媒体がこの亀裂を介して漏出することになり，比較的短期間で中空ロータ１３０が寿命を迎えるという問題があった。

そこで本発明は，上記従来技術における欠点を解消するために為されたものであり，熱媒体と材料等との伝熱効率を向上させることができ，しかも，２枚のディスク半体同士の接合を効率良く接合することができると共に，熱媒体の漏れ等が生じ難い中空ロータを備えた熱交換器を提供することを目的とする。

以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本願発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。

上記目的を達成するために，本発明の熱交換器１は，
伝熱の対象となる被処理物が投入されるドラム２（図１，２参照）と，前記ドラム２内で前記被処理物と接触しながら回転する中空ロータ３（図３，１０参照）を備え，前記中空ロータ３が，シャフト３１と，前記シャフト３１の外周に多数取り付けられた中空ディスク３２を有すると共に，前記各中空ディスク３２が，２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂの外周縁３２２を重ね合わせた状態で接合〔図４（Ｂ）参照〕されて，該ディスク半体３２ａ，３２ｂ間に熱媒体の流路３７を形成した熱交換器１において，
前記流路３７内に，前記２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂ間を前記中空ディスク３２の外周縁３２２から内周縁３２３に亘って半径方向に仕切る隔壁５と〔図４（Ａ），図７，図８，図９〕，前記中空ディスク３２の外周縁３２２と内周縁３２３間の一部分において前記流路３７を複数箇所で半径方向に仕切るバッフルプレート４を設けると共に，
前記流路３７に前記熱媒体を導入する入口３８と，前記流路３７内を通過した前記熱媒体の出口３９をそれぞれ設け，
複数の前記バッフルプレート４のうちの少なくとも一部を，少なくともその一部分が，前記２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂの一方３２ａに固着された結合子４１と，他方３２ｂに固着された結合子４２とを組合せて構成された結合体４０によって構成されたものとし（図５参照），
前記各組の結合子４１，４２のそれぞれを，幅方向の断面において前記ディスク半体３２ａ，３２ｂと平行に突出する係止片４１ａ，４２ａを備えた，例えば，略Ｌ字状に形成すると共に，
一方の結合子４１の前記係止片４１ａと，該結合子４１が固着された一方のディスク半体３２ａ間の間隔に，他方の結合子４２の前記係止片４２ａを挿入ないし係合することにより前記結合体４０が構成されていることを特徴とする（請求項１）。

上記構成の熱交換器１において，前記隔壁５の少なくとも一部分を前記結合体４０によって構成するものとしても良い（請求項２）。

更に，上記構成の熱交換器１において，中空ディスク３２の外周縁３２２に至るバッフルプレート４ａと，前記中空ディスク３２の内周縁３２３に至るバッフルプレート４ｂとを，前記中空ディスク３２の周方向に交互に配置した構成とすることもできる（請求項３：図７，９参照）。

更に，前記隔壁５を前記中空ディスク３２の周方向に所定の角度毎に複数設け，前記流路３７内を複数の室（実施形態において２つの室３７ａ，３７ｂ）に分割し，
分割された前記流路３７の各室３７ａ，３７ｂに連通する前記入口３８及び出口３９をそれぞれ設けた構成とすることもできる（請求項４：図８，９参照）。

更に，前記各中空ディスク３２の流路３７を隣接する中空ディスク３７の流路３７に連通し，前記中空ディスク３２のうちのいずれか１の中空ディスク３２に熱媒体を導入することで，隣接する中空ディスク３２の流路３７内に順次，前記熱媒体を導入可能に構成することもできる（請求項５：図３参照）。

又は，上記構成に代え，前記シャフトを内部に熱媒体の流路３１ａが形成された中空シャフト３１と成すと共に，前記中空シャフト３１の前記流路３１ａと前記各中空ディスク３２に形成した前記入口３８及び出口３９にそれぞれ連通する熱媒又は冷媒の流路（熱媒パイプ３１６）をそれぞれ設けた構成としても良い（請求項６：図１０参照）。

以上説明した本発明の構成により，本発明の熱交換器１によれば，中空ディスク３２内に形成された流路３７内に，バッフルプレート４を多数設けたことにより，熱媒体を中空ディスク１３２内で，乱流となって，効率的に移動させ伝熱の効率を向上させることができると共に，流路の入口から出口に至る熱媒体の流れがこのバッフルプレート４と衝突することにより拡散されて，熱媒体が中空ディスク３２内の隅々迄循環する結果，中空ディスク３２内における熱媒体の循環に偏りが生じることによる温度差の発生を防止して，伝熱効率の高い熱交換器１を提供することができた。

しかも，このような熱媒体の拡散や，熱媒体を中空ディスク３２内で効率的に移動させるバッフルプレート４の少なくとも一部〔図４（Ａ），図８に示す例ではその全部を，図７，図９に示す例ではその一部分〕を前述した結合子４１，４２の組合せによって構成された結合体４０によって構成しており，ディスク半体３２ａ，３２ｂ同士の接合を行う構成に熱媒体を中空ディスク３２内で，乱流とし，効率的に移動させ，拡散を行わせるバッフルプレートとしての機能を付加することができると共に，この結合体４０を介して２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂ間の接合を行うことで，ディスク半体３２ａ，３２ｂに貫通孔等を設けることなく両者の接合を行うことができ，その結果，高強度で，耐圧性に優れ，熱媒体の漏出等が生じ難い耐久性の高い熱交換器１を得ることができた。

ちなみに，熱媒での一般的な使用温度域による有機物の乾燥の場合，例えば２００℃は蒸気圧では１５．８５kg/cm^２に相当し，同様の温度域を得る熱媒体油では，４〜５kg/cm^２で足りる。これにより，耐圧構造が要求される熱交換器の製造コストを大幅に軽減できた。

上記構成の熱交換器１において，前記中空ディスク３２の外周縁３２２に至るバッフルプレート４ａと，前記中空ディスク３２の内周縁３２３に至るバッフルプレート４ｂとを，前記中空ディスク３２の周方向に交互に配置した構成にあっては，入口３８を介して中空ディスク３２内に導入された熱媒体は，出口３９を介して排出される迄の間に，バッフルプレート４ａ，４ｂ間を縫うように蛇行し（図７，図９参照），これにより中空ディスク３２内における熱媒体の分散がより確実に行われ，一層の伝熱効率の向上を得ることができた。

また，前記中空ディスク３２の外周３２２位置から内周３２３位置に至り前記流路３７を半径方向に分断する隔壁５を複数設けて，前記中空ディスク３２内の流路３７を複数の室３７ａ，３７ｂに分割した構成（図８）にあっては，各中空ディスク３２内における熱媒体の流動距離を短くすることができ，中空ディスク３２に対する熱媒体の循環効率を高めることにより，伝熱の効率を向上させることができた。

上記各構成において，前記各中空ディスク３２の流路３７を隣接する中空ディスク３２の流路３７に連通し，前記中空ディスク３２のうちのいずれか１の中空ディスク３２に熱媒体を導入することで，隣接する中空ディスク３２の流路３７内に順次，前記熱媒体を導入可能に構成した熱交換器１にあっては，シャフト３１を介することなく直接中空ディスク３２間で熱媒体の受け渡しを行うことで熱損失を減少することができ，効率的に伝熱を行うことができる熱交換器１を提供することができた。

これに対し，前記シャフトを内部に熱媒又は冷媒を循環させる流路を備えた中空シャフト３１と成すと共に，前記中空シャフト３１の肉圧を貫通して前記各中空ディスク３２内の流路３７に連通する熱媒又は冷媒の流路（実施形態において「熱媒パイプ３１６」）をそれぞれ設けた構成にあっては，各中空ディスク３２間で発生する温度差を減少させることができ，シャフト３１の一端側から他端側に至る迄中空ディスク３２の温度を略均一にすることができた。

本発明の熱交換器の（Ａ）は正面図，（Ｂ）は平面図。 本発明の熱交換器の（Ａ）は右側面図，（Ｂ）は左側面図。 中空ロータの断面図。 中空ディスクの（Ａ）は透視図，（Ｂ）は（Ａ）のB-B線断面図。 図４（Ａ）のV-V線断面図であり，（Ａ）は結合子の結合状態，（Ｂ）は結合子が分離した状態をそれぞれ示す。 隣接する中空ディスク間における出入口の配置を説明した説明図であり，（Ａ）は図３の紙面最左端に配置された第１中空ディスク，（Ｂ）は，図３において前記第１中空ディスクの右隣に配置された第２中空ディスクをそれぞれ図３の紙面左側より見た透視図である。 中空ディスクの変形例を示す透視図。 中空ディスクの変形例を示す透視図。 中空ディスクの変形例を示す透視図。 中空ロータの変形例を示す（Ａ）は，全体の断面図，（Ｂ）は，（Ａ）のB-B線断面図。 従来の熱交換器の説明図（特許文献１の図１に対応）。 従来の中空ディスクの接合方法の説明図。

以下に，本発明の好適な実施形態につき添付図面を参照しながら説明する。

〔全体構成〕
図１において，符号１は本発明の熱交換器である。

この熱交換器１は，内部に加熱，冷却，或いは乾燥の対象とする被処理物を収容可能に構成されたドラム２と，このドラム２内で回転する中空ロータ３（図３参照）とを備えており，ドラム２内に加熱，冷却，或いは乾燥対象とする被処理物を投入した状態で前記中空ロータ３を前記ドラム２内で回転させると，この中空ロータ３に設けられた中空ディスク３２がドラム２内の被処理物と接触すると共に被処理物を攪拌し，これにより被処理物の加熱，冷却，乾燥を行うことができるようになっている。

〔ドラム〕
本発明の熱交換器１の構成要素である前述のドラム２は，筒状に形成された本体２１の両端開口部をいずれ共に側壁２２ａ，２２ｂによって閉塞して形成された内部空間を有しており，この内部空間内に投入された前述の被処理物を，加熱，冷却乃至は乾燥させることができるように構成されている。

前述の本体２１の一端側における上端には，被処理物の投入口２３が設けられており，この投入口２３に，例えば連続供給機構等を備えた図示せざるホッパの下端部等を連結して，加熱，冷却，あるいは乾燥対象とする被処理物を連続してドラム２内に導入できるように構成されている。

そして，このようにしてドラム２内に導入された被処理物は，後述する中空ロータ３の中空ディスク３２の外周縁に取り付けられたパドル３３（図３参照）によって攪拌されると共に，中空ディスク３２との接触によって伝熱されながらドラム２の他端側（図１中，紙面右側）に移動され，該ドラム２の他端側における底部に設けた排出口２４より，伝熱の完了した被処理物を排出することができるように構成されている。

このドラム本体２１の両端を塞ぐ前述の側壁２２ａ，２２ｂの外方には，中空ロータ３を回転可能に支承するためのベアリング機構等を備えた軸受２５ａ，２５ｂが設けられており，両側壁２２ａ，２２ｂを貫通させてドラム２外に突出させた中空ロータ３の両端に取り付けた支軸３１２ａ，３１２ｂを，前述の軸受２５ａ，２５ｂによって回転可能に支承している。

そして前述のドラム２外において，該ドラム２の一方の側壁２２ａ外方には後述の中空ロータ３を回転させるモータＭ等の駆動源と，該モータＭ等の駆動源の回転駆動力を前記中空ロータ３に伝達する動力伝達機構（図示せず）が設けられており，前述のモータＭ等の駆動源により中空ロータ３を前記ドラム２内で回転させることができるようになっている。

なお，前述のドラム２の一端側には，後述する中空ロータ３に対する熱媒体の導入を可能とするために，前記中空ロータ３の一端を図示せざる熱媒体の供給源（例えばヒーターやチラー等）に連通可能と成す連結部３５が設けられていると共に，前記ドラム２の他端側には，中空ロータ３内を循環した熱媒体を回収して，前述した図示せざる熱媒体の供給源に戻す回収流路に前記中空ロータの他端を連結するための連結部３６が設けられており，ドラム２内で回転する中空ロータ３に対する熱媒体の導入と回収を行うことができるように構成されており，中空ロータ３の他端より回収された熱媒体を再加熱乃至は再冷却して前記中空ロータの一端側より再度導入する熱媒体の循環系が形成されている。

〔中空ロータ〕
前述したドラム２内で回転する中空ロータ３の構成例を図３〜６に示す。

この中空ロータ３は，回転軸となるシャフト３１と，このシャフト３１の外周に多数取り付けた中空ディスク３２によって構成されており，図示の実施形態にあっては前述のシャフトとして，中空シャフト３１を使用している。

この中空シャフト３１の外周に多数取り付けられた前述の中空ディスク３２は，それぞれ２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂの組み合わせによって構成されている。

各ディスク半体３２ａ，３２ｂは，本実施形態にあっては中央に前記中空シャフト３１の外径に対応した直径の開口３２１が形成された円形の金属板であり，図４（Ｂ）に示すようにディスク半体３２ａ，３２ｂの外周縁３２２から内周縁３２３に向かって徐々に膨出した形状とすることで，中空シャフト３１に外嵌した２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂを，外周縁３２２同士が重なり合うように接合することで，２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂ間に，熱媒体が通過する流路３７を形成することができるようになっている。

このような２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂの接合は，各ディスク半体３２ａ，３２ｂの対向面間を，一組の結合子４１，４２の組合せによって構成される結合体４０によって連結することにより行っている。

この結合体４０を構成する各結合子４１，４２は，図５（Ａ），（Ｂ）に示すように幅方向の断面において，ディスク半体３２ａ，３２ｂと平行に突出した係止片４１ａ，４２ａを備えた略Ｌ字状の断面形状を有し，両結合子４１，４２に設けた係止片４１ａ，４２ａの突出端が向き合うように，一方の結合子４１の基端部４１ｂを一方のディスク半体３２ａに，他方の結合子４２の基礎端部４２ｂを他方のディスク半体３２ｂにそれぞれ溶着，その他の方法によって固着すると共に，一方の結合子４１の係止片４１ａとこの結合子４１を固着した一方のディスク半体３２ａ間に，他方の結合子４２の係止片４２ａを挿入して噛合させることで〔図５（Ａ），（Ｂ）〕，２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂ同士を結合することができるように構成されている。

図示の実施形態において，各結合体４０は，中空ディスク３２の内周縁３２３と外周縁３２２間の間隔よりも短い長さに形成されており〔図４（Ａ）参照〕，各結合体４０の長さ方向の両端を共に中空ディスク３２の内周縁３２３及び外周縁３２２から離間した状態となるように各中空ディスク３２の半径方向に取り付けられている。

図示の実施形態にあっては，各結合体４０を１５°毎の等角度で計２４組取り付けているが，結合体４０の取り付け個数はこれに限定されず，中空ディスク３２のサイズ，使用条件等に対応して図示の例よりも多く，又は少なく形成しても良い。

このようにして２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂ間の接合に使用された結合体４０は，中空ディスク３２内の流路３７を流れる熱媒体を中空ディスク３２内で，乱流とし，効率的に移動させ，熱媒体の流れを拡散し，伝熱効率を増大する機能を発揮するバッフルプレート４となる。

以上のようにして形成される中空ディスク３２の流路３７には，更に，中空ディスク３２の内周縁３２３から外周縁３２２に至り，前記流路３７を半径方向に分割する隔壁５を設け，この隔壁５によって周方向における流路３７の端部が画定されている。

そして，この隔壁５を介して流路３７に対する熱媒体の導入口となる入口３８と，この流路３７内より熱媒体を排出する排出口となる出口３９とを隣接して設けることで，入口３８及び出口３９が流路３７の周方向における両端部に形成され，入口３８より導入された熱媒体が，中空ディスク３２内を１周した後，出口３９より排出されるように構成している。

なお，図示の実施形態にあっては，この入口３８及び出口３９を，ディスク半体３２ａ，３２ｂに設ける構成としているが，この入口３８及び出口３９は，各中空ディスク３２に対する熱媒体の導入，排出構造に従って，図示の位置に代え，例えば中空シャフト３１の肉厚を貫通して設けるものとしても良い。

図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態にあっては，この隔壁５を，複数ある結合体４０のうちの１つと，この結合体４０を中空ディスク３２の内周縁３２３迄延長する延長子４３，及び外周縁３２２迄延長する延長子４４との組み合わせによって形成し，結合体４０によって隔壁５の一部分が形成されるように構成しているが，この隔壁５は，結合体４０とは別個独立したものとして設けるものとしても良い。

以上のように構成した中空ディスク３２において，入口３８を介して中空ディスク３２内の流路３７に導入された熱媒体は，中空ディスク３２内の流路３７を１周して出口３９に至る。

この際，熱媒体は，中空ディスク３２を構成するディスク半体３２ａ，３２ｂによって構成された内壁面と接触するのみならず，結合体４０によって構成されたバッフルプレート４とも接触することとなるために，熱媒体を中空ディスク３２内で，乱流とし，効率的に移動させて，効率的な伝熱を行うことができると共に，入口３８から出口３９に向かって移動する熱媒体は，結合体４０によって構成されたバッフルプレート４と衝突して拡散されることにより，中空ディスク３２内の全体に行き渡り，これにより中空ディスク３２内に生じる温度差の発生が抑制されて，効率的な伝熱を行うことができるものとなっている。

なお，図４（Ａ），（Ｂ）に示す実施形態にあっては，前述したバッフルプレート４を，前述した結合体４０によって形成するものとして説明したが，例えば図７に示すように，各結合体４０に対して，これを延長する延長子４３，４４を更に取り付けて，結合体４０と延長子（４３又は４４）との組み合わせによってバッフルプレート４（４ａ，４ｂ）を形成するものとしても良い。

図７に示す実施形態にあっては，各結合体４０に対して隔結合体で，すなわち１つおきに，結合体４０と中空ディスク３２の外周縁３２２に至る延長子４４との組合せによって構成されたバッフルプレート４ａと，結合体４０と中空ディスク３２の内周縁３２３に至る延長子４３によって構成されたバッフルプレート４ｂとを交互に設け，入口３８を介して中空ディスク３２内の流路３７内に導入された熱媒体が，バッフルプレート４ａ，４ｂ間を縫うように蛇行しながら出口３９に向かう流れを生じるように構成している。

なお，このようなバッフルプレート４ａ，４ｂは，熱媒体が図７に矢印で示すように中空ディスク内を蛇行して移動するように配置されていれば良く，図７を参照して説明したように延長子４３，４４によって結合体４０を延長する構成に代え，例えば結合体４０自体を中空ディスク３２の内周縁３２３又は外周縁３２２迄延長して，前述した形状のバッフルプレート４を設けるようにしても良い。

また，延長体４３，４４は，必ずしも全ての結合体４０に設ける必要はなく，所定数毎の結合体４０に設けるものとしても良い。

このようなバッフルプレート４を形成した中空ディスク３２にあっては，図７中に矢印で示すように中空ディスク３２の流路３７内を流れる熱媒体を確実に中空ディスク３２の全体に循環させることができ，中空ディスク３２に生じる温度差を解消して効率的な伝熱を行うことができるようになっている。

なお，図７に示すように，結合体４０を延長する延長子４３，４４を設け，結合子４１，４２と延長子（４３又は４４）との組合せによってバッフルプレート４を形成した構成にあっては，延長子４１，４２は，中空ディスク３２内を仕切ることができるものであれば２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂの双方に固着されている必要はなく，予め一方のディスク半体に溶着等によって延長子４３，４４を固着しておき，２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂを組み合わせた際に，延長子４３，４４の側縁部が他方のディスク半体と接触した状態となるようにすれば良い。

但し，延長子４３，４４の溶接による固着には，厳密な気密性は要求されない。

なお，図４（Ａ）及び図７を参照して説明した中空ディスク３２にあっては，各中空ディスク３２内に単一の隔壁５のみを設ける構成について説明したが，この隔壁５は，各中空ディスク３２内に複数設け，各中空ディスク３２内の流路３７を複数の室（３７ａ，３７ｂ）に分割するように構成しても良い（図８参照）。

図８に示す実施形態にあっては，この隔壁５を中空ディスク３２の周方向に１８０°毎に２箇所設け，中空ディスク３２内の流路を二室３７ａ，３７ｂに分割した構成としているが，この構成に代え，例えば隔壁５を中空ディスク３２の周方向に１２０°毎の等角度で３箇所設け，中空ディスク３２の流路内を３つの室に分割するものとしても良く，更には，中空ディスク３２のサイズによっては４つ以上の室に分割するものとしても良い。

そして，このようにして各中空ディスク３２の流路３７内には，各室３７ａ，３７ｂに連通する前述の入口３８，及び出口３９をそれぞれ設け，各室３７ａ，３７ｂ毎に熱媒体の導入及び排出を行うことができるように構成する。

図示の実施形態にあっては，いずれか１の室３７ａに設けた入口３８を，この室と隣接する他の室３７ｂに設けた出口３９と隔壁５を介して隣接する位置に設けることで，入口３８及び出口３９を，各室３７ａ，３７ｂの周方向における両端部に設けることで，入口３８より導入された熱媒体が，各室３７ａ，３７ｂ内を周方向の全長に亘り移動することができるように構成している。

なお，図８に示す実施形態にあっても，図４（Ａ）及び図７を参照して説明した実施形態同様，各隔壁５を前述した結合体４０と，この結合体４０を延長する延長子４３，４４との組合せによって構成するものとして説明したが，これらの隔壁５は，いずれも接合体４０とは別個独立して設けるものとしても良い。

以上のように，中空ディスク３２内の流路３７を複数の室，図示の実施形態にあっては二室３７ａ，３７ｂに分割すると共に，分割された各室３７ａ，３７ｂ毎に入口３８及び出口３９を設けた構成にあっては，各室３７ａ，３７ｂ毎に熱媒体の導入及び排出を行うことで，中空ディスク３２内における熱媒体の流動距離が１／２となることから，各中空ディスク３２における熱媒体の通過時間を短縮することができた。

その結果，熱媒体の循環サイクルを短縮することができ，伝熱の効率を向上させることができ，効率的に伝熱を行うことが可能な熱交換器を得ることができるものとなる。

なお，図８を参照して説明したように，中空ディスク３２の流路３７内を複数の室３７ａ，３７ｂに分割した構成において，更に，図９に示すように，結合体４０と中空ディスク３２の内周縁３２３に至る延長子４３との組合せから成るバッフルプレート４ａと，結合体４と中空ディスク３２の外周縁３２２に至る延長子４４の結合から成るバッフルプレート４ｂとを交互に配置して，中空ディスク３２内に導入された熱媒体が中空ディスク３２内に形成された各流路３７内を蛇行するように構成するものとしても良い。

このように構成することで，中空ディスク３２内の各室３７ａ，３７ｂ内に導入された熱媒体が中空ディスク３２内を満遍なく移動することで，中空ディスク３２に部分的な温度差が発生することを防止でき，これにより効率的に被処理物との伝熱を行うことができるものとなっている。

以上のように構成された各中空ディスク３２は，前述した結合体４０によって２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂを接合させた状態で，ディスク半体３２ａ，３２ｂの外周縁３２２同士の溶着を行い，また，各ディスク半体３２ａ，３２ｂの内周縁３２３を中空シャフト３１の外周に溶着して（図３の拡大図参照），中空シャフト３１と一体となって中空ディスク３２が回転するように構成されていると共に，２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂ間に形成された流路３７内に導入された熱媒体が，流路外に漏れないようになっている。

〔中空ディスクに対する熱媒体の給排出路〕
以上のように構成された中空ディスク３２の流路３７に対する熱媒体の給・排出は，隣接配置された中空ディスクの流路３７を相互に連通し，いずれか１つの中空ディスク３２の流路３７内に熱媒体を導入すると，この熱媒体を，隣接する中空ディスク３２の流路３７内に順次導入することができるように構成しても良く（図３参照），又は，中空シャフト３１内に形成された流路３１ａ内に各中空ディスク３２内に形成された流路３７をそれぞれ連通しておき，中空シャフト３１の流路３１ａ内に熱媒体を導入すると，この中空シャフト３１内の流路３１ａを介して各中空ディスク３２内に形成された流路３７内に熱媒体が導入できるように構成しても良い（図１０参照）。

前述したように，隣接する中空ディスク３２の流路３７を相互に連通して，１つの中空ディスク３２に対する熱媒体の導入によって，隣接する中空ディスク３２の流路３７に対して順次熱媒体を導入可能に構成する場合には，一例として図３中の拡大図に示すように，中空シャフト３１の一端側（図３において紙面左側）における最端部に設けられている第１の中空ディスク３２に設けた熱媒体の出口３９を，第１の中空ディスクに対して中空シャフトの他端側（図３において紙面右側）で隣接する第２の中空ディスク３２に設けた熱媒体の入口３８に連通し，同様に，このような流路３７相互の連通を，第２，第３中空ディスク間，第３，第４中空ディスク間・・・第ｎ−１，第ｎ中空ディスク間（ｎは中空ディスクの設置数を示す整数であり図３の実施形態では５４）で順次行い，これにより，隣接する中空ディスク３２の流路３７が中空シャフト３１の長手方向に全て連通されている。

なお，図３の拡大図では，便宜上，いずれの中空ディスク３２の出口３９及び入口３８間の連通は，共に，中空シャフト３１の上部位置において行われているように記載されているが，出口３９，入口３８間を連通する連通路３４の形成は，本実施形態にあっては図６（Ａ），（Ｂ）に示すように中空ディスクの周方向に１５°ずつ，ずれた位置に設けられることになる。

そして，中空シャフト３１の両端より所定の長さ位置に，中空シャフト３１内の空間を仕切る仕切壁３１３ａ,３１３ｂをそれぞれ設け，中空シャフト３１の両端に，無端環状のプレート３１１ａ，３１１ｂを介して中空の支軸３１２ａ，３１２ｂをそれぞれ連結し，この支軸３１２ａ，３１２ｂを，前述したドラム２の両側壁２２ａ，２２ｂの外部に設けた軸受２５ａ，２５ｂに回転可能に支承すると共に，ドラム２外に突出した前記支軸３１２ａ，３１２ｂのうちの一方３１２ａを，熱媒体の供給源に連通すると共に，他方の支軸３１２ｂに排出流路を連通する。

そして，前述の仕切壁３１３ａ,３１３ｂによって仕切られた位置よりも端部寄りの位置には，中空シャフトの肉圧を貫通して開孔３１４ａ，３１４ｂ（図３参照）を設け，この開孔３１４ａ，３１４ｂを介して該開孔３１４ａ，３１４ｂの外周に設けた中空ディスク３２の流路３７と中空シャフト３１内の流路３１ａとを連通させ，このうち，熱媒体の供給源に対する連通側の端部（図３において紙面左側の端部側）に形成された開孔３１４ａが，第１中空ディスクに対する熱媒体の入口となると共に，熱媒体の回収流路に対する連通側の端部（図３において紙面右側の端部）に形成された開孔３１４ｂが，この位置に設けられた中空ディスク（図示の例において第５４中空ディスク）の出口となり，第１中空ディスクの入口である開孔３１４ａより導入された熱媒体が，順次，隣接する中空ディスク３２の流路３７内に導入されると共に，最右端の中空ディスク（第５４中空ディスク）の出口として設けられた開孔３１４ｂより排出されて回収流路を介して回収され，この回収された熱媒体を，図示せざるヒーター，又はチラー等の熱媒体の供給源に回収して再度加熱乃至は冷却した後，中空シャフト３１の一端側より再度，中空ロータ３内に導入して循環を繰り返すことができるようになっている。

なお，図８及び図９に示すように，各中空ディスク３２の流路３７を２つの室３７ａ，３７ｂに分割し，それぞれの室３７ａ，３７ｂに連通する入口３８と出口３９とをそれぞれ設けた構成にあっては，前述の中空シャフト３１の一端側には，第１中空ディスク内の各室３７ａ，３７ｂに熱媒体を導入する入口となる開孔３１４ａをそれぞれ設けると共に，中空シャフト３１の他端側には，最端部の中空ディスク（第５４中空ディスク）内の各室３７ａ，３７ｂにそれぞれ連通する，熱媒体の出口となる開孔３１４ｂをそれぞれ形成すると共に，各中空ディスク３７の一方の室３７ａに連通する出口３９と，これに隣接する中空ディスク３２の一方の室３７ａに連通する入口３８を連通し，且つ，各中空ディスク３２の他方の室３７ｂに連通する出口と，これに隣接する中空ディスク３２の他方の室３７ｂに連通する入口３８とをそれぞれ連通し，各中空ディスク３２の一方の室３７ａと他方の室３７ｂとで，それぞれ独立して熱媒又は冷媒の流路が形成されるように構成する。

なお，図３を参照して説明した構成にあっては，隣接する中空ディスク３２内に形成された流路３７同士を連通して，第１の中空ディスクに導入した熱媒体が隣接する中空ディスクに順次導入されるように構成した例を説明したが，各中空ディスク３２の流路３７に対する熱媒体の導入は，この構成に代え，例えば中空シャフト３１内の流路３１ａに導入された熱媒体を，各中空ディスク３２に形成した流路３７内に同時に行われるように形成しても良く，この様な構成例を一例として図１０に示す。

図１０に示す実施形態において，図３を参照して説明した実施形態において中空シャフト３１の流路３１ａ内に設けられていた仕切壁３１３ａ，３１３ｂを設けず，中空シャフト３１の一端側より導入した熱媒体を，中空シャフト３１内に形成された流路３１ａを介して他端側より回収可能に構成した。

そして，各中空ディスク３２に形成された入口３８及び出口３９と，前記中空シャフト３１内に形成された流路３１ａとを連通する熱媒パイプ３１６を，前記中空シャフト３１の肉厚を貫通してそれぞれ設けている。

この熱媒パイプ３１６は，各中空ディスク３２の流路３７内を分割して複数の室３７ａ，３７ｂを形成した場合には，各室３７ａ，３７ｂの入口３８及び出口３９に連通して設けられており，中空シャフト３１に対して熱媒体を導入すると，各中空ディスク３２内の各室の入口３８に連通された熱媒パイプ３１６を介して流路３７内に熱媒体の導入が行われると共に，出口３９に連通された熱媒パイプ３１６を介して中空シャフト３１１内に形成された流路３１ａに回収できるようになっている。

〔作用乃至は使用方法〕
以上のように構成された本発明の熱交換器１は，熱媒体，一例として，加熱，乾燥用途では加熱した水や油等の液体，空気や水蒸気等のガス，冷却用途では，冷却した前述の液体や気体の他，液化窒素，不凍液等の液体，アンモニア，二酸化炭素等のガス冷媒を導入する。

本実施形態にあっては，一例として熱交換器１を乾燥用途で使用するものであり，このような乾燥用途では，被処理物を加熱することができるように，熱交換器１の中空ロータ３に熱媒体として熱したオイル等を導入しながらこの中空ロータ３を前述のドラム２内で回転させる。

このように熱媒体の導入を行いながら中空ロータ３を回転させた状態でドラム２に設けた投入口２３より被処理物を所定量ずつ投入すると，このようにしてドラム２内に投入された被処理物はドラム２内で回転する中空ロータ３に設けられた中空ディスク３２と接触すると共に，中空ディスク３２の外周に設けられたパドル３３によって攪拌され，この攪拌によってドラム２内を，前述の投入口２３側の端部（図１中の紙面左側）から排出口２４側の端部（図１中紙面右側）に向かって移動する。

ドラム２内で回転する中空ロータ３に設けられた中空ディスク３２内の流路３７には，前述したように高温に熱せられたオイル等の熱媒体が導入できるようになっており，これにより中空ディスク３２は高温となっていることから，中空ディスク３２と接触した被処理物はこの中空ディスク３２との接触により熱媒体と伝熱を行って加熱され，この加熱に伴い乾燥されて徐々にドラム２に設けられた排出口２４側に向かって搬送され，乾燥した被処理物は，やがてドラム２の排出口２４に至りドラム２外に排出される。

前述したように，各中空ディスク３２は２枚のディスク半体３２ａ，３２ｂ間を結合体４０によって連結した構成となっており，中空ディスク３２内に形成された流路３７内には，この結合体４０によって構成されたバッフルプレート４〔図４（Ａ），図８参照〕，又は，この結合体４０と延長子（４３又は４４）との組み合わせによって形成されたバッフルプレート４ａ，４ｂ〔図７，図９参照〕が存在することから，各中空ディスク３２の流路３７内を流れる熱媒体は，これらのバッフルプレート４，４ａ，４ｂとの接触によって拡散されて，中空ディスク３２内に満遍なく行き渡ると共に，前述したバッフルプレート４，４ａ，４ｂの存在により，中空ディスク３２と熱媒体を中空ディスク３２内で，乱流とし，効率的に移動させて伝熱の効率が向上する。

また，中空ディスク３２の流路３７内を複数の隔壁５によって複数の室（図８，図９に示す例では２室）に分割した構成にあっては，各中空ディスク３２内における熱媒体の循環サイクルを必要充分に短くすることができ，これにより伝熱を更に効率的に行うことができるものとなっている。

このように，本発明の熱交換器１によれば，対象物質との伝熱を短時間で効率的に行うことができるものとなっている。

１ 熱交換器
２ ドラム
２１ 本体
２２ａ，２２ｂ 側壁
２３ 投入口
２４ 排出口
２５ａ，２５ｂ 軸受
３ 中空ロータ
３１ （中空）シャフト
３１ａ 流路
３１１ａ，３１１ｂ プレート
３１２ａ，３１２ｂ 支軸
３１３ａ，３１３ｂ 仕切壁
３１４ａ，３１４ｂ 開孔
３１６ 熱媒パイプ
３２ 中空ディスク
３２ａ，３２ｂ ディスク半体
３２１ 開口
３２２ 外周縁
３２３ 内周縁
３３ パドル
３４ 連通路
３５，３６ 連結部
３７（３７ａ，３７ｂ） 流路
３８ 入口
３９ 出口
４（４ａ，４ｂ） バッフルプレート
４０ 結合体
４１，４２ 結合子
４１ａ，４２ａ 係止片
４１ｂ，４２ｂ 基端部
４３ 延長子（内周側）
４４ 延長子（外周側）
５ 隔壁
Ｍ モータ
１００ 熱交換器
１２０ ドラム
１３０ 中空ロータ
１３１ 中空シャフト
１３１ａ 一端（中空シャフト１３１の）
１３１ｂ 他端（中空シャフト１３１の）
１３２ 中空ディスク
１３２ａ，１３２ｂ ディスク半体
１３４，１３６ 貫通孔
１３５ ステーボルト
１３７ 流路
１３８ 肉盛

Claims (6)

1. 伝熱の対象となる被処理物が投入されるドラムと，前記ドラム内で前記被処理物と接触しながら回転する中空ロータを備え，前記中空ロータが，シャフトと，前記シャフトの外周に多数取り付けられた中空ディスクを有すると共に，前記各中空ディスクが，２枚のディスク半体の外周縁を重ね合わせた状態で接合されて，該ディスク半体間に熱媒体の流路を形成した熱交換器において，
   前記流路内に，前記２枚のディスク半体間を前記中空ディスクの外周縁から内周縁に亘って半径方向に仕切る隔壁と，前記中空ディスクの外周縁と内周縁間の一部分において前記流路を複数箇所で半径方向に仕切るバッフルプレートを設けると共に，
   前記流路に前記熱媒体を導入する入口と，前記流路内を通過した前記熱媒体の出口をそれぞれ設け，
   複数の前記バッフルプレートのうちの少なくとも一部を，少なくともその一部分が，前記２枚のディスク半体の一方に固着された結合子と，他方に固着された結合子とを組合せて構成された結合体によって構成されたものとし，
   前記各組の結合子のそれぞれを，幅方向の断面において前記ディスク半体と平行に突出する係止片を形成すると共に，
   一方の結合子の前記係止片と，該結合子が固着された一方のディスク半体間の間隔に，他方の結合子の前記係止片を係合することを特徴とする熱交換器。
2. 前記隔壁の少なくとも一部分を前記結合体によって構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記中空ディスクの外周縁に至るバッフルプレートと，前記中空ディスクの内周縁に至るバッフルプレートとを，前記中空ディスクの周方向に交互に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記隔壁を前記中空ディスクの周方向に所定の角度毎に複数設け，前記流路内を複数の室に分割し，
   分割された前記流路の各室に連通する前記入口及び出口をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の熱交換器。
5. 前記各中空ディスクの流路を隣接する中空ディスクの流路に連通し，前記中空ディスクのうちのいずれか１の中空ディスクに熱媒体を導入することで，隣接する中空ディスクの流路内に順次，前記熱媒体を導入可能に構成したことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の熱交換器。
6. 前記シャフトを，内部に熱媒体の流路が形成された中空シャフトと成すと共に，前記中空シャフトの前記流路と前記各中空ディスクに形成した前記入口及び出口にそれぞれ連通する熱媒又は冷媒の流路をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の熱交換器。

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