JP4312942B2 - 熱交換装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換室内を吸引手段により低圧状態として、比較的低温度で加熱あるいは冷却する熱交換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の熱交換装置として例えば回転式冷却装置としては、特開平6−238677号公報に示されているものが用いられていた。これは、回転部を有したロールと、ロール内部に冷却液を供給する冷却液供給部と、内部から冷却液を排出するサイフォン管及び吸引手段とから成る冷却液排出部から成るもので、ロール内部で冷却液を気化させることによって大きな熱通過率でもって被冷却物を気化冷却し、冷却ムラの発生を防止することができるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の熱交換装置でも未だ確実に冷却ムラを防止することができない問題があった。これは、ロール内部で冷却液が気化した気化蒸気を、サイフォン管と冷却液排出管を介して吸引手段で吸引する場合に、これらの管路径が小さいために気化蒸気の発生量が変動して増加すると管路抵抗が大きくなり、気化蒸気の増加量を確実に吸引することができず、ロール内部の圧力が変動してしまい、結果として熱交換室としてのロール内部の温度が変動して冷却ムラを生じてしまうのである。
【0004】
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、管路径を大きくすることなく、熱交換室内から吸引手段までの管路抵抗を極力小さくすることによって、熱交換室内の圧力変動を押さえて温度ムラを防止することのできる熱交換装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、熱交換室と、当該熱交換室に熱交換流体を供給する流体供給管を接続すると共に、吸引手段を連通したものにおいて、吸引手段を少なくともエゼクタで形成して、当該エゼクタを熱交換室内に配置し、エゼクタの入口側を熱交換流体供給管に接続すると共に、エゼクタの出口側を熱交換流体排出管に接続した熱交換装置である。
【0006】
エゼクタを熱交換室内に配置したことにより、熱交換室内と吸引手段としてのエゼクタとの間をサイフォン管や連通管路で接続する必要がなく、両者の間の管路抵抗を最小のものとすることができる。
【0007】
エゼクタの入口側を熱交換流体供給管に接続すると共に、エゼクタの出口側を熱交換流体排出管に接続したことにより、エゼクタに吸引された熱交換室内の流体は、エゼクタの入口から出口に流下する間に熱交換流体と混合されて流体排出管から排出される。
【0008】
熱交換室内の流体が冷却水の気化した気化蒸気の場合、エゼクタに吸引された気化蒸気は、熱交換流体としての冷却水に混合されて凝縮し、容積が減少して流体排出管から熱交換室外に排出される。
【0009】
このように容積の大きな蒸気を熱交換室の内部から排出することなく、凝縮させて容積の小さな冷却水として熱交換室の外部に排出することにより、熱交換室の内外を連通する管路径を大きなものとする必要がなく、且つ、管路抵抗も小さなものとすることができ、熱交換室内の圧力変動を押さえて温度ムラを防止することができる。
【0010】
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明の実施にあたり、熱交換室に供給する熱交換流体として冷却水又は冷媒等の冷却流体を供給するものである。
【0011】
熱交換流体として冷却流体を用いることにより、被熱交換物を冷却することができる。
【0012】
請求項3に係る発明は、同じく請求項1に係る発明の実施にあたり、熱交換流体として蒸気又は熱媒等の加熱流体を供給するものである。
【0013】
熱交換流体として加熱流体を用いることにより、被熱交換物を加熱することができる。
【0014】
請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれか1項に係る発明の実施にあたり、熱交換室内に配置したエゼクタの吸引部の少なくとも1箇所を、熱交換室の内側近傍に開口したものである。
【0015】
エゼクタの吸引部を熱交換室の内側近傍に開口したことにより、熱交換室の内側の流体はこのエゼクタの吸引部に吸引され、熱交換室の内側に過度の流体を滞留することがない。
【0016】
熱交換室内に冷却水を供給して気化冷却を実施する場合、熱交換室の内側に過度の冷却水を滞留することがなく、気化冷却温度を所定の一定値に維持することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本実施例においては、熱交換装置としてロール1を用いた例を示す。図1において、回転自在なロール1と、熱交換流体供給管としての冷却流体供給管2と、流体排出管4と、ロール1の内部に配置したエゼクタ5,6と、流体排出管4と供給管2の間に配設したタンク7と流体ポンプ8とで熱交換装置を構成する。
【0018】
ロール1は中空円筒状で左右の中央部にロータリージョイント9,10を設け、このロータリージョイント9,10を中心にしてロール1が連続回転できるように配置する。図示しない被熱交換物はロール1の外表面に接触して熱交換されるものである。
【0019】
中空円筒状のロール1の内部を熱交換室11としてエゼクタ5,6を配置する。エゼクタ5,6は、図示しないノズルを内蔵した吸引部14,15とディフューザ16,17とで構成する。エゼクタ5,6の入口側としての吸引部14,15を、熱交換流体噴射部12と連通管路13を介して、熱交換流体供給管としての冷却流体供給管2に接続する。
【0020】
エゼクタ5,6の吸引部14,15にそれぞれパイプ18,19を取り付ける。パイプ18の下端開口部20は、熱交換室11の内側に僅かに隙間を介して配置する。一方、パイプ19の上部開口部21,22は、熱交換室11の内側で熱交換室11の内周から離して配置する。
【0021】
エゼクタ5,6のディフューザ16,17は、連通管路23を介して流体排出管4と接続する。流体排出管4はタンク7を介して流体ポンプ8の吸入部24と接続する。流体ポンプ8の吐出部25は、冷却流体供給管2と連通してエゼクタ5,6と接続する。
【0022】
タンク7の上部には、冷却流体補給管26を接続すると共に、オーバーフロー管27を接続する。流体ポンプ8は、タンク7内の流体を吸引して、冷却流体供給管2に吐出するものである。
【0023】
冷却流体供給管2とエゼクタ5,6の間に配置した熱交換流体噴射部12は、中空円筒状で外周に多数の流体噴射ノズル28を設ける。熱交換流体噴射部12の内部に溜まった流体がノズル28から熱交換室11の内部に噴射されるものである。
【0024】
ロール1の外表面で図示しない被冷却物を冷却する場合、ロール1を回転させながら、流体ポンプ8を駆動して冷却流体供給管2から熱交換流体噴射部12の複数のノズル28を介して、ロール1内に冷却流体を供給する。
【0025】
熱交換流体噴射部12の残余の冷却流体は、エゼクタ5,6に供給され、吸引部14,15で吸引力を生じる。この吸引力は、エゼクタ5,6内を流下する冷却流体の温度によって決定されるために、流体温度を適宜に制御することにより、吸引力を調節することができる。流体温度を100度C以上とすることにより大気圧以上の圧力とし、あるいは、100度C以下の温度とすることにより大気圧以下の減圧状態とすることができる。
【0026】
熱交換室11の内部圧力は、エゼクタ5,6で発生する圧力とほぼ等しくなる。熱交換室11の内部圧力を大気圧以下の減圧状態とした場合、供給された冷却流体が被冷却物の熱を奪って直ちに蒸発気化することによって、被冷却物は100度C以下の温度に冷却される。
【0027】
熱を奪って気化した蒸気は主にエゼクタ6のパイプ19から吸引部15に吸引され、冷却流体と混合されて液体となってタンク7に至る。一方、気化することなく熱交換室11の内側に位置する冷却流体は、エゼクタ5のパイプ18から吸引されてタンク7に至る。
【0028】
パイプ8の下端開口20を、ロール1内周に僅かな距離だけ離して配置したことにより、熱交換室11内側の冷却流体の膜厚をこの距離と等しく一定の膜厚とすることができ、ロール1全体の冷却温度を均一に維持することができる。
【0029】
つぎに他の実施例を図2に示す。なお図1と同一部材には同一符号を付す。図2において、熱交換流体供給管としての加熱流体供給管3には、自動調節弁29とバルブ30を介して図示しない蒸気等の加熱流体源と連通する。加熱流体供給管3は、連通管路13を介してエゼクタ31の吸引部32と接続する。
【0030】
連通管路13には、開度調整バルブ33を介して加熱流体噴射管34を取り付ける。加熱流体供給管3から供給される蒸気等の加熱流体が、バルブ33で量を調整されて熱交換室11内に噴射されるものである。
【0031】
エゼクタ31の吸引部32にはパイプ36を連通してその下端開口をロール1の内周から僅かに距離をおいて配置する。エゼクタ31のディフューザ35は、連通管路23を介して排出管4と接続する。
【0032】
ロール1において被熱交換物を加熱する場合は、加熱流体供給管3から例えば蒸気を所望圧力あるいは温度に調節して、噴射管34から熱交換室11内へ供給することにより行うことができる。加熱を行って熱を奪われた蒸気は凝縮して復水となって熱交換室11の底部に溜まる。
【0033】
連通管路13から供給される蒸気の残分はエゼクタ31に供給されて吸引力を発生し、パイプ36から復水を吸引すると共に、熱交換室11内を所定の大気圧以下の減圧状態に維持する。従って、図1に示した冷却の場合と同様にロール1内を減圧状態にして、減圧蒸気による100度C以下の低温加熱を行うことができる。
【0034】
本実施例においては、冷却流体を熱交換室11内に噴射する熱交換流体噴射部12を連通管路13に設けた例を示したが、連通管路13に噴射孔を設けて噴射することもできる。また、この噴射孔をエゼクタ5,6の出口側の連通管路23に設けることもできる。
【0035】
また本実施例においては、エゼクタ5,6,31に設けたパイプ18,19,36をそれぞれ1本の例を示したが、複数本を設けることもできる。
【0036】
また図1に示す本実施例においては、タンク7と流体ポンプ8を用いた例を示したが、エゼクタ5,6に所定温度の冷却流体を供給することができれば、タンク7と流体ポンプ8は必ずしも必要ではない。
【0037】
タンク7に代えて間接熱交換器を配置して、エゼクタ5,6に供給する冷却流体の温度を適宜調節することもできる。
【0038】
また本実施例においては、加熱又は冷却の熱交換を行う温度を、100度C以下の例を示したが、エゼクタ5,6,31での発生圧力を大気圧以上とすることによって、100度C以上の熱交換温度とすることもできる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、熱交換室内に吸引手段としてのエゼクタを配置することにより、熱交換室内から吸引手段までの管路抵抗をほぼ零とすることができ、熱交換室内の圧力変動を押さえて温度ムラを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱交換装置の実施例を示す一部断面構成図。
【図2】本発明の熱交換装置の他の実施例を示す一部断面構成図。
【符号の説明】
1 ロール
2 冷却流体供給管
3 加熱流体供給管
4 熱交換流体排出管
5,6,31 エゼクタ
8 流体ポンプ
11 熱交換室
13 連通管路
14,15,32 吸引部
18,19,36 パイプ
23 連通管路
34 加熱流体噴射管
Claims (4)
- 被熱交換物と熱交換する熱交換室と、当該熱交換室に熱交換流体を供給する流体供給管を接続し、熱交換室を吸引手段と連通したものにおいて、吸引手段を少なくともエゼクタで形成して、当該エゼクタを熱交換室内に配置し、エゼクタの入口側を熱交換流体供給管に接続すると共に、エゼクタの出口側を熱交換流体排出管に接続したことを特徴とする熱交換装置。
- 前記熱交換流体として冷却水又は冷媒等の冷却流体を供給する請求項1に記載した熱交換装置。
- 熱交換流体として蒸気又は熱媒等の加熱流体を供給する請求項1に記載した熱交換装置。
- 熱交換室内に配置したエゼクタの吸引部の少なくとも1箇所を、当該熱交換室の内側近傍に開口した請求項1〜3のいずれか1項に記載した熱交換装置。
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