JP2620281B2 - 回転式熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主としてシャーベット状の氷を製造するた
めに用いられる回転式熱交換器に関する。

（従来の技術） 最近、電力需要の平均化を図るため、需要の少ない夜
間にシャーベット状の氷を予め製造して蓄えておき、昼
間にその蓄えた氷で室内冷房を行うという冷房技術が開
発されつつある。

しかしてシャーベット状の氷を製造する熱交換器の例
として、従来、例えば日経メカニカル（1986年11月17日
号，第77頁）に記載され、又、第７図に示すように、被
熱交換媒体となる製氷用溶液の流入口（Ｘ）と流出口
（Ｙ）とをもつ縦長状ケーシング（Ｋ）の内部に、複数
本の伝熱管（Ｐ）・・・・を上下方向に支持し、該各伝
熱管（Ｐ）周りに、取入口（Ｚ）及び取出口（Ｗ）を介
して熱交換媒体である冷媒を流通させて、各伝熱管
（Ｐ）を流下する製氷用溶液を冷媒で冷却して、該各伝
熱管（Ｐ）の内部でシャーベット状の氷を製造し、この
氷を流出口（Ｙ）から外部に取出すようにしたものがあ
る。

所が、上記のものでは、各伝熱管（Ｐ）の内壁面に氷
が付着し易く、この氷が徐々に成長して、該各伝熱管
（Ｐ）を閉塞し、シャーベット状氷の製造効率が著しく
困難となる問題があり、別のタイプの熱交換器として、
第６図に示すように、軸方向一側に被熱交換媒体たる溶
液の流入口（11）を、又、他側に流出口（12）をもつ内
管（１）と、熱交換媒体たる冷媒の取入口（21）と取出
口（22）をもつ外管（２）とを備え、内管（１）に、該
内管（１）の内周面（1a）に摺接するブレード（３）を
備えた回転ドラム（４）を回転自由に内装して、内周面
（1a）で発生する氷を、ブレード（３）で掻取るように
した所謂回転式のものがある。

（発明が解決しようとする課題） 以上のごとき回転式熱交換器では、内周面（1a）に付
着した氷による凍結防止が図れるのであるが、内管
（１）と回転ドラム（４）との間に形成される溶液流通
経路の軸方向長さに沿って、流入口（11）近くと、流出
口（12）の近くとでは大きな温度勾配が生じ、流出口
（12）近くではシャーベット状の氷を製造するのに余り
ある低温状態となるが、流入口（11）の近くでは、未だ
十分に冷やされていない溶液が次々に供給されて内周面
（1a）の温度は比較的高く、氷の生成は全く行われな
い。従って、伝熱面となる内周面（1a）の面積が有効利
用されずに熱交換効率は悪いものであった。

本発明は係る回転式熱交換器での特有の問題を解消す
るために発明したもので、その目的は、流入口から流入
される被熱交換媒体を内管と回転ドラムとの間に、被熱
交換媒体の流通前後方向に分散させた状態で供給するこ
とにより、前記内管の伝熱内周面を有効利用して、熱交
換率を高めることができる回転式熱交換器を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、図面の実施例に示したごとく、被熱交換媒
体を流通させる内管（１）と、熱交換媒体を流通させる
外管（２）とを備え、前記内管（１）に、該内管（１）
の内周面（1a）に摺接するブレード（３）を備えた回転
ドラム（４）を内装し、前記内周面（1a）を伝熱面とし
て前記被熱交換媒体の熱交換を行うようにした回転式熱
交換器であって、前記回転ドラム（４）の内部を中空状
に形成すると共に、前記内管（１）と回転ドラム（４）
との間の空間に、該回転ドラム（４）の軸方向一側に位
置する被熱交換媒体の導入室（Ｃ）と軸方向他側に位置
する熱交換室（Ａ）とを仕切る仕切板（43）を設ける一
方、前記導入室（Ｃ）側に、被熱交換媒体が内管（１）
内へ流入する流入口（11）と回転ドラム（４）内へ導入
する導入孔（41）とを開口し、かつ、前記熱交換室
（Ａ）側に、被熱交換媒体が回転ドラム（４）外に吐出
する該ドラム（４）の軸方向に沿う多数の吐出孔（42）
・・・と内管（１）外へ流出する流出口（12）とを開口
していることを特徴とするものである。

（作用） しかして前記流入口（11）から内管（１）の内部へと
流入された被熱交換媒体は、前記回転ドラム（４）の軸
方向一側に設けた導入孔（41）を経て前記回転ドラム
（４）内の導入され、この回転ドラム（４）の内部を軸
方向他方側へと流通されながら、該回転ドラム（４）に
形成した多数の吐出孔（42）から、軸方向にほぼ均一に
分散された状態で前記回転ドラム（４）と内管（１）と
の間に供給されるのであり、従って前記被熱交換媒体の
熱交換時に伝熱面となる前記内管（１）の内周面（1a）
で、その軸方向前後に、温度差が発生しにくくなって、
前記内周面（1a）の軸方向における温度がほぼ均等化さ
れ、この内周面（1a）の全体が前記被熱交換媒体に対し
て均等な熱交換作用を及ぼすこととなって、前記内周面
（1a）の全体が有効利用され、熱交換効率が高められる
のである。

（実施例） 第５図に示した回転式熱交換器は、被熱交換媒体たる
製氷用溶液の流入口（11）と流出口（12）とをもった横
長筒状をなす内管（１）と、熱交換媒体たる冷媒の取入
口（21）及び取出口（22）をもった横長筒状の外管
（２）とを備え、該外管（２）を前記内管（１）の外周
部位に套嵌すると共に、前記内管（１）の内部側に、該
内管（１）の内周面（1a）に常時摺接する複数のブレー
ド（３）を揺動自由に支持した回転ドラム（４）を、回
転自由に内装している。

斯くして前記内管（１）の内周面（1a）と、この内管
（１）の内部側に回転自由に支持した前記回転ドラム
（４）の外周面（4a）との間に、前記溶液の熱交換室
（Ａ）を形成し、また前記内管（１）と該内管（１）の
外部側に挿嵌させた前記外管（２）との間に、冷媒の循
環室（Ｂ）を形成して、前記流入口（11）から前記熱交
換室（Ａ）に供給された溶液を、前記内管（１）の内周
面（1a）を伝熱面として、前記循環室（Ｂ）で循環され
る冷媒で冷却することにより、前記溶液をシャーベット
状の氷となし、前記熱交換室（Ａ）から前記流出口（1
2）を介して外部に取出すようにしている。

しかして以上のごとき回転式熱交換器において、前記
内管（１）の軸方向一端側で外周下部側に前記溶液の流
入口（11）を、また軸方向他端側で外周上部側に前記溶
液の流出口（12）をそれぞれ設けると共に、前記外管
（２）の外周下部側で複数箇所に冷媒の取入口（21）
を、また外周上部側で複数箇所に前記冷媒の取出口（2
2）をそれぞれ設ける。

そして、前記回転ドラム（４）を内部中空状に形成し
て、該回転ドラム（４）の外周面（4a）で、前記流入口
（11）と対向する軸方向一端側に、複数の導入孔（41）
を設け、この各導入孔（41）を介して前記流入口（11）
から前記内管（１）内に流入された溶液を、前記回転ド
ラム（４）の内部へと導入させるごとくなすと共に、こ
の回転ドラム（４）の外周面（4a）で、前記導入孔（4
1）の形成部位を除く外周面（4a）に、多数の吐出孔（4
2）・・・を設け、該各吐出孔（42）から前記回転ドラ
ム（４）内に導入された前記溶液を、この回転ドラム
（４）と前記内管（１）との間に形成される前記熱交換
室（Ａ）へと吐出させるごとくなすのである。

具体的には、第１図乃至第３図に詳しく示したごと
く、前記回転ドラム（４）の軸方向一側部で外周部位
に、半径方向外方に向けて延びる円板状の仕切壁（43）
を一体に取付けて、この仕切壁（43）により、前記内管
（１）の軸方向一側内部で前記流入口（11）の接続部位
近くに、前記熱交換室（Ａ）と画成された溶液の導入室
（Ｃ）を形成すると共に、この導入室（Ｃ）に位置され
る前記内管（１）の外周面（1a）に前記各導入孔（41）
を設け、該各導入孔（41）を介して前記導入室（Ｃ）内
の溶液を前記回転ドラム（４）の内部へと導入させるご
とくなす。

また、前記回転ドラム（４）の外周部位に、該回転ド
ラム（４）の軸方向に向けて延びる２枚の前記ブレード
（３）を対向状に取付けて、該各ブレード（３）間にお
ける前記回転ドラム（４）の外周面（1a）で、前記導入
室（Ｃ）と画成される前記熱交換室（Ａ）との対向部位
に、軸方向に所定間隔をおいて前記各吐出孔（42）を等
間隔に形成し、この各吐出孔（42）を介して前記回転ド
ラム（４）内の導入された前記溶液を、該回転ドラム
（４）の軸方向全体にわたって、ほぼ均等に前記熱交換
室（Ａ）に供給させるごとくなす。

しかして以上の構成とすることにより、前記流入口
（11）から前記導入室（Ｃ）に流入された前記溶液は、
第１図の矢印で示したごとく、前記導入室（Ｃ）から前
記各導入孔（41）を介して前記回転ドラム（４）内へと
導入され、さらに該回転ドラム（４）の内部を軸方向他
方側へと流通されながら、この回転ドラム（４）の内部
から前記各吐出孔（42）を経て前記熱交換室（Ａ）へ
と、前記回転ドラム（４）の軸方向にほぼ均一に分散さ
れた状態で供給されるのであり、従って前記溶液の熱交
換時に伝熱面となる前記内管（１）の内周面（1a）で、
その軸方向前後側に、温度差が発生しにくくなって、前
記内周面（1a）の軸方向における温度がほぼ均等化さ
れ、この内周面（1a）の全体が前記溶液に対して均等な
冷却作用を及ぼすこととなるのである。

また、前記回転ドラム（４）にブレード（３）を取付
けるにあたっては、第４図に示したごとく、４枚の第１
〜第４ブレード（3a）〜（3d）を使用し、このうち第1,
第２ブレード（3a）（3b）を所定間隔あけて前記回転ド
ラム（４）の外周面（4a）に取付け、かつ第3,第４ブレ
ード（3c）（3d）を、所定間隔あけて前記第1,第２ブレ
ード（3a）（3b）と対向状に前記外周面（4a）に取付け
ると共に、この外周面（4a）の第1,第２ブレード（3a）
（3b）間との対向部位と、第3,第４ブレード（3c）（3
d）間との対向部位に、それぞれ前記回転ドラム（４）
の内部を前記熱交換室（Ａ）に連通させる前記吐出孔
（42）を形成する一方、前記回転ドラム（４）の回転方
向後方側に位置される前記第２ブレード（3b）と第４ブ
レード（3d）とに、それぞれ連通孔（3e）を形成するよ
うにしてもよいのである。

斯くするときには、前記回転ドラム（４）内の溶液
は、前記各吐出孔（42）から前記熱交換室（Ａ）の内部
で、前記第1,第２ブレード（3a）（3b）間と、前記第3,
第４ブレード（3c）（3d）間とに一旦導入された後に、
前記各連通孔（3e）を経て前記熱交換室（Ａ）における
回転ドラム（４）の回転方向後方側に供給されることと
なるため、前記回転ドラム（４）の内部に導入された比
較的暖かい溶液で、前記第1,第２ブレード（3a）（3b）
間と、前記第3,第４ブレード（3c）（3d）間に位置され
る前記内管（１）の内周面（1a）が暖められ、この内周
面（1a）での結氷などを阻止して、該内周面（1a）によ
る熱交換効率を良好となし得るのである。

前記各図の実施例では、前記回転ドラム（４）の外周
面（4a）に前記ブレード（３）を揺動自在に支持するに
あたって、前記ドラム（４）の外周面（4a）に、取付片
（５）を半径方向外方に向けて一体に設けて、該取付片
（５）と前記ブレード（３）とに、長尺の１本のシャフ
ト（６）を挿通させることにより、前記ブレード（３）
を前記取付片（５）を介して前記回転ドラム（４）に揺
動自在に支持させるようにしている。

また、前記取付片（５）とブレード（３）との間に
は、コイルスプリング（７）を介装させて、該スプリン
グ（７）で前記ブレード（３）の先端部を前記内管
（１）の内周面（1a）に常時接触させ、前記熱交換媒体
の熱交換時に前記内周面（1a）に発生する氷を効率良く
掻取るようにしている。

更に、前記内管（１）の長さ方向両側で開放端部側に
は、第１及び第２鍔部（13）（14）をそれぞれ一体に取
付けると共に、前記回転ドラム（４）の長さ方向両側
に、それぞれ軸受やシール部材などを内装した第１及び
第２軸受ハウジング（44）（45）を一体に設け、この第
１ハウジング（44）にモータ（図示せず）に連結される
駆動軸（46）を突設させている。

斯くして前記回転式熱交換器の組立時には、第１図及
び第５図で明らかなごとく、前記回転ドラム（４）を前
記内管（１）の内部へと、前記第１ハウジング（44）側
から挿入させて、該第１ハウジング（44）を前記第１鍔
部（13）の中心部に設けた開口部に係合させた状態で、
前記内管（１）の他方側に配置される取付蓋（15）と前
記第２鍔部（14）との間に、複数の締付ボルト（16）を
螺締することにより、前記内管（１）の内部に前記回転
ドラム（４）を組込み、この回転ドラム（４）と前記内
管（１）との間に、前記溶液の熱交換室（Ａ）を確保す
るようにしている。

また、前記外管（２）の長さ方向両側で、該外管
（２）と前記内管（１）との間には、これら内，外管
（１）（２）を所定間隔に保持する保持部材（17）を設
けて、この保持部材（17）で前記内，外管（１）（２）
間に冷媒の循環室（Ｂ）を確保するようにしている。

尚、第５図中、（19）は前記外管（２）の複数箇所に
取付けた液面計である。

（発明の効果） 以上説明したごとく本発明にかかる回転式熱交換器で
は、前記回転ドラム（４）の内部を中空状に形成すると
共に、前記内管（１）と回転ドラム（４）との間の空間
に、該回転ドラム（４）の軸方向一側に位置する被熱交
換媒体の導入室（Ｃ）と軸方向他側に位置する熱交換室
（Ａ）とを仕切る仕切板（43）を設ける一方、前記導入
室（Ｃ）側に、被熱交換媒体が内管（１）内へ流入する
流入口（11）と回転ドラム（４）内へ導入する導入孔
（41）とを開口し、かつ、前記熱交換室（Ａ）側に、被
熱交換媒体が回転ドラム（４）外に吐出する該ドラム
（４）の軸方向に沿う多数の吐出孔（42）・・・と内管
（１）外へ流出する流出口（12）とを開口しているか
ら、被熱交換媒体の伝熱面となる前記内管（１）の内周
面（1a）で、その軸方向に、温度勾配を発生するのを低
減でき、前記内周面（1a）の軸方向における温度をほぼ
均等化できて、該内周面（1a）の全体で前記被熱交換媒
体に対して均等な熱交換作用を及ぼすことが可能とな
り、従って前記内周面（1a）の全体を有効利用できて、
熱交換効率が高め得るに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる回転式熱交換器の要部を示す一
部切欠正面図、第２図は同要部の側断面図、第３図は同
要部の拡大斜視図、第４図は他の実施例を示す側断面
図、第５図は回転式熱交換器の全体構造を示す一部切欠
正面図、第６図及び第７図は従来技術の説明図である。 （１）……内管 （1a）……内周面 （11）……流入口 （12）……流出口 （２）……外管 （３）……ブレード （４）……回転ドラム （41）……導入孔 （42）……吐出孔

フロントページの続き (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工 業株式会社堺製作所金岡工場内 (56)参考文献 特開 昭61−187752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−49056（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被熱交換媒体を流通させる内管（１）と、
   熱交換媒体を流通させる外管（２）とを備え、前記内管
   （１）に、該内管（１）の内周面（1a）に摺接するブレ
   ード（３）を備えた回転ドラム（４）を内装し、前記内
   周面（1a）を伝熱面として前記被熱交換媒体の熱交換を
   行うようにした回転式熱交換器であって、前記回転ドラ
   ム（４）の内部を中空状に形成すると共に、前記内管
   （１）と回転ドラム（４）との間の空間に、該回転ドラ
   ム（４）の軸方向一側に位置する被熱交換媒体の導入室
   （Ｃ）と軸方向他側に位置する熱交換室（Ａ）とを仕切
   る仕切板（43）を設ける一方、前記導入室（Ｃ）側に、
   被熱交換媒体が内管（１）内へ流入する流入口（11）と
   回転ドラム（４）内へ導入する導入孔（41）とを開口
   し、かつ、前記熱交換室（Ａ）側に、被熱交換媒体が回
   転ドラム（４）外に吐出する該ドラム（４）の軸方向に
   沿う多数の吐出孔（42）・・・と内管（１）外へ流出す
   る流出口（12）とを開口していることを特徴とする回転
   式熱交換器。