JP5113259B2 - Method for controlling transmission via one or more transmission elements - Google Patents

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Description

本発明は、とりわけ、流体処理装置中、一つまたは複数の伝達要素を通過する、または一つまたは複数の伝達要素からのエネルギー、放射線および/または質量の伝達を制御する方法であって、処理が、一つまたは複数の流体、好ましくは液体への/液体からのエネルギー、熱、放射線、物質などの追加または削減を含む方法に関する。   The present invention, inter alia, is a method for controlling the transfer of energy, radiation and / or mass through or through one or more transmission elements in a fluid treatment device, comprising: Relates to a method comprising the addition or reduction of energy, heat, radiation, substances, etc. to / from one or more fluids, preferably liquids.

発明の背景
本発明は広い意味で適用可能であるが、本発明の背景は、主に熱交換器を参照しながら開示される。本発明の他の適用は、たとえば、流体への物質および放射線の伝達を含む。
BACKGROUND OF THE INVENTION Although the present invention is applicable in a broad sense, the background of the present invention is disclosed primarily with reference to a heat exchanger. Other applications of the invention include, for example, the transfer of substances and radiation to a fluid.

今日、熱交換器のような多くの伝達装置は、プレートまたはチューブとして形成され、そのプレートまたはチューブの各側を異なる温度の流体が流れて、プレートまたはチューブを介する流体間の熱の伝達を生じさせるようになっている。そのような熱交換器は、熱交換器を通過する流量を変化させることなしには局所速度を変化させることができないようなやり方で熱交換器内部の局所速度が交換器を通過する流量(m3/h)に相関するように設計されている。 Today, many transfer devices, such as heat exchangers, are formed as plates or tubes, with different temperature fluids flowing on each side of the plate or tube, resulting in the transfer of heat between the fluids through the plate or tube. It is supposed to let you. Such heat exchangers have a flow rate where the local velocity inside the heat exchanger passes through the exchanger in a way that the local velocity cannot be changed without changing the flow rate through the heat exchanger (m 3 / h) is designed to correlate.

特に、加熱システム中の熱交換器は、従来、ピーク負荷条件を満たす流量(m3/h)に合わせて設計されている。部分負荷状況においては、熱交換器内部の速度を高く維持するために、熱交換器を通過するピーク負荷流量を維持することが必要である。そうしなければ、流量の減少が熱伝達の低下を生じさせ、それにより、冷却または加熱の要件を満たすことができなくなる。したがって、熱伝達を実質的に一定または同様なスケールに維持しながらも熱交換器を通過する流量を減らすことができるならば、加熱システム中、部分負荷状況において圧力損失の減少を達成することができる。 In particular, the heat exchanger in the heating system has been conventionally designed for a flow rate (m 3 / h) that satisfies the peak load condition. In partial load situations, it is necessary to maintain the peak load flow rate through the heat exchanger in order to keep the speed inside the heat exchanger high. Otherwise, the decrease in flow rate will cause a decrease in heat transfer, thereby failing to meet the cooling or heating requirements. Thus, if the flow through the heat exchanger can be reduced while maintaining heat transfer at a substantially constant or similar scale, a reduction in pressure loss can be achieved in a partial load situation during the heating system. it can.

米国特許出願2003/0209343(特許文献1)をそのような例として見ることができる。この参考文献は、流体入口および流体出口を備えたポンプチャンバを有する、熱交換用途において使用するためのポンプシステムを開示している。冷却される面上で流体を動かすための回転装置がポンプチャンバ内に含まれている。面は、流体が、回転装置を通過するとき、面上をも通過して、面と流体との間で熱伝達を生じさせるようなやり方で、ポンプチャンバの一体部分を形成している。この発明のもう一つの局面は、冷却される面がポンプチャンバと一体的に接続されており、熱交換用途の流体回路を乱すことなくポンプチャンバが冷却される面から切り離し可能であることを含む。また、回転装置を駆動するための手段が、流体を冷却するための手段をも駆動するように構成されることもできる。米国特許出願2003/0209343(特許文献1)の図3の態様においては、冷却のための流体を通路に通して、冷却される面上で流体を誘導するための羽根を有するインペラに入れることができることが開示されている。目的が、熱交換用途のためのコンパクトかつ効率的なポンプを設計することであることを考慮すると、インペラの回転スピードと流量(および事実上、得られる冷却)との間の最適な相関または依存性が望ましいかもしれない。しかし、インペラの回転スピードをとりわけ流量に依存させることができるということは短く述べられているだけであり、この依存性がいかなるものでありうるのかの具体的な記述はない。   US patent application 2003/0209343 can be seen as such an example. This reference discloses a pump system for use in heat exchange applications having a pump chamber with a fluid inlet and a fluid outlet. A rotating device for moving the fluid over the surface to be cooled is included in the pump chamber. The face forms an integral part of the pump chamber in such a way that when the fluid passes through the rotating device, it also passes over the face and causes heat transfer between the face and the fluid. Another aspect of the invention includes that the surface to be cooled is integrally connected with the pump chamber and is separable from the surface to be cooled without disturbing the fluid circuit for heat exchange applications. . Also, the means for driving the rotating device can be configured to drive the means for cooling the fluid. In the embodiment of FIG. 3 of US Patent Application 2003/0209343, the cooling fluid is passed through the passage and into the impeller having vanes for guiding the fluid on the surface to be cooled. It is disclosed that it can be done. Optimum correlation or dependence between impeller rotational speed and flow rate (and in effect cooling available), considering that the objective is to design a compact and efficient pump for heat exchange applications Sex may be desirable. However, the fact that the rotation speed of the impeller can be made dependent on the flow rate is only briefly described, and there is no specific description of what this dependency can be.

従来の熱交換器は、熱伝達が、熱交換器を通過する流体の流量と強く相関するという欠点を抱えていると思われることがわかった。たとえば、流量の変化は熱伝達の変化を生じさせ、それが他方で、熱伝達を有意に変化させることなく熱交換器を通過する流量が変更可能である状況と比べ、所与の熱交換器の作動寿命を制限する結果を招く。   It has been found that conventional heat exchangers appear to have the disadvantage that heat transfer is strongly correlated with the flow rate of fluid passing through the heat exchanger. For example, a change in flow rate causes a change in heat transfer, which, on the other hand, compared to a situation where the flow rate through the heat exchanger can be changed without significantly changing the heat transfer. Results in limiting the operating life of the.

したがって、本発明の目的は、たとえば熱、物質および/または放射線のより制御しやすい伝達を得るために、流量と局所速度との間の強い相関が少なくとも緩和される、装置のための方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for an apparatus in which the strong correlation between flow rate and local velocity is at least relaxed, for example to obtain a more controllable transfer of heat, matter and / or radiation It is to be.

米国特許出願2003/0209343US patent application 2003/0209343

発明の開示
したがって、第一の局面において、本発明は、装置中、少なくとも第一の流体への、または第一の流体からの熱、物質、放射線などの伝達を制御する方法に関し、装置は、一つの伝達要素および回転可能なインペラを含む少なくとも一つのステージを含み、インペラは、インペラから流れ出る第一の流体が伝達要素の面に沿って流れるように配設されており、伝達要素の面に沿う第一の流体の流れは、半径方向速度成分(Vr)および接線速度成分(Vt)を含むらせん流パターンを含み、装置はさらに、装置を通過する第一の流体の流れを絞るための一つまたは複数の絞り手段を含み、インペラの回転スピードおよび絞りは、
i)伝達量が半径方向速度成分(Vr)の関数および接線速度成分(Vt)の関数であり、ならびに
ii)半径方向速度成分(Vr)と接線速度成分(Vt)とが実質的に独立する
ように相互に制御される。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, in a first aspect, the present invention relates to a method for controlling the transfer of heat, material, radiation, etc., at least to or from a first fluid in the device, the device comprising: At least one stage including a transmission element and a rotatable impeller, the impeller being arranged such that a first fluid flowing out of the impeller flows along the plane of the transmission element; The first fluid flow along includes a spiral flow pattern that includes a radial velocity component (Vr) and a tangential velocity component (Vt), and the device is further configured to throttle the first fluid flow through the device. Including one or more throttle means, the rotational speed and throttle of the impeller
i) the transmission is a function of radial velocity component (Vr) and tangential velocity component (Vt), and
ii) The radial velocity component (Vr) and the tangential velocity component (Vt) are mutually controlled so as to be substantially independent.

本発明の方法の使用により、伝達量ATは、
AT=f1(Vr)+f2(Vt)
として表すことができ、
式中、f1およびf2は、それぞれ接線速度Vtおよび半径方向速度Vrと伝達量ATとの間の相関を示すために使用される関数である。
By using the method of the present invention, the transmission amount AT is
AT = f 1 (Vr) + f 2 (Vt)
Can be represented as
In the equation, f 1 and f 2 are functions used to show the correlation between the tangential velocity Vt and the radial velocity Vr and the transmission amount AT, respectively.

伝達量は、インペラの回転スピードを変化させることにより、装置を通過する処理される第一の流体の流量に実質的に影響することなく、変更可能であることができる。   The amount of transmission can be varied by substantially changing the rotational speed of the impeller without substantially affecting the flow rate of the first fluid being processed through the device.

流量は、インペラの回転スピードを変化させることにより、装置中の第一の流体の伝達量に実質的に影響することなく、変更可能であることができる。   The flow rate can be changed by changing the rotational speed of the impeller without substantially affecting the transmission amount of the first fluid in the apparatus.

これに関連して、絞りとは抑制に等しい。パイプ中の流れは圧力差によって駆動されるため、絞りは、相応に、出口側で逆圧を発生させる、すなわち入口圧を下げることを要する。したがって、絞り手段は、絞り弁、絞りのための一つまたは複数の専用キャビティ、ダイヤフラム、第一の流体のパイプの狭窄部、逆流または粘度制御手段を含むことができる。物理的遮断または障害物の配置により、流れの運動エネルギーが受動的に逆圧に移される。したがって、能動的な絞り方法は専用ポンプによって逆圧を提供することができるであろうが、エネルギーを消費する。特殊な場合として、たとえばエレクトロレオロジーによって液体の性質を変化させて絞り効果を生じさせることもできる。   In this context, aperture is equal to suppression. Since the flow in the pipe is driven by a pressure difference, the restriction accordingly requires that a counter pressure is generated on the outlet side, i.e. the inlet pressure is reduced. Accordingly, the throttling means can include a throttling valve, one or more dedicated cavities for throttling, a diaphragm, a constriction of the first fluid pipe, a backflow or viscosity control means. Physical blockage or obstacle placement passively transfers the kinetic energy of the flow to back pressure. Thus, an active throttling method could provide back pressure with a dedicated pump, but consumes energy. As a special case, the squeezing effect can also be produced by changing the properties of the liquid, for example by electrorheology.

インペラの回転スピードを増減させることによって接線速度を増減させることもできる。インペラの回転スピードの増減は圧力増減を生じさせることができ、それが、半径方向速度成分、ひいては装置を通過する流量を増減させることができる。本発明において、流量は、半径方向速度成分とは相関するが、接線速度成分とは、相関するとしてもわずかにしか相関しないと考えられる。通常、インペラの回転スピードの変化による接線速度の変化は、流量の変化を無視することができるほど大きい。   The tangential speed can also be increased or decreased by increasing or decreasing the impeller rotation speed. An increase or decrease in impeller rotational speed can cause an increase or decrease in pressure, which can increase or decrease the radial velocity component and thus the flow rate through the device. In the present invention, the flow rate is correlated with the radial velocity component, but is considered to be slightly correlated with the tangential velocity component. Usually, the change in the tangential speed due to the change in the rotation speed of the impeller is so large that the change in the flow rate can be ignored.

らせん流パターンは固定式のフローガイドによって発生させることができるが、本発明は、インペラがらせん流パターンを発生させるという他ならぬ利点を有する。   Although the spiral flow pattern can be generated by a stationary flow guide, the present invention has the unique advantage that the impeller generates a spiral flow pattern.

しかし、半径方向速度成分に影響することなく接線速度を増減させることを望むならば、絞りを適用して、インペラの回転スピードの増減による圧力の増減を補正してもよい。   However, if it is desired to increase or decrease the tangential velocity without affecting the radial velocity component, a throttle may be applied to correct the pressure increase or decrease due to the increase or decrease of the impeller rotation speed.

このように、本発明は、装置を通過する流量を変化させることなく、たとえば熱交換器である装置内部の局所速度を変化させ、それにより、装置を通過する流量を変化させることなく、たとえば熱伝達の変化を可能にする方法を提供すると考えられる。
[本発明101]
装置中で、少なくとも第一の流体へのまたは少なくとも第一の流体からの、熱、物質、放射線などの伝達を制御する方法であって、
該装置が、一つの伝達要素(2)および回転可能なインペラ(3)を含む少なくとも一つのステージを含み、該インペラが、該インペラから流れ出る該第一の流体が該伝達要素(2)の面に沿って流れるように配設されており、該伝達要素の該面に沿う該第一の流体の流れが、半径方向速度成分(Vr)および接線速度成分(Vt)を有するらせん流パターンを含み、
該装置がさらに、該装置を通過する該第一の流体の流れを絞るための一つまたは複数の絞り手段を含み、
該インペラの回転スピードおよび該絞りが、
i)伝達量が該半径方向速度成分(Vr)の関数および該接線速度成分(Vt)の関数であり、かつ
ii)該半径方向速度成分(Vr)と該接線速度成分(Vt)とが実質的に独立する
ように相互に制御される、方法。
[本発明102]
伝達量ATが、
AT=f 1 (Vr)+f 2 (Vt)
として表すことができ、
式中、f 1 およびf 2 は、接線速度Vtおよび半径方向速度Vrのそれぞれと、伝達量ATとの間の相関を示すために使用される関数である、
本発明101の方法。
[本発明103]
インペラの回転スピードを変化させることにより、装置を通過する処理される第一の流体の流量に実質的に影響することなく、伝達量が変更可能である、本発明101の方法。
[本発明104]
インペラの回転スピードを変化させることにより、装置中の第一の流体の伝達量に実質的に影響することなく、流量が変更可能である、本発明101の方法。
[本発明105]
絞り手段が、絞り弁、絞りのための一つまたは複数の専用キャビティ、ダイヤフラム、第一の流体のパイプの狭窄部、向流または粘度制御手段を含む、本発明101〜103のいずれかの方法。
[本発明106]
伝達の要求の増大に応答してインペラの回転スピードを上げ、伝達の要求の減少に応答してインペラの回転スピードを下げる、本発明101の方法。
[本発明107]
伝達の要求の増大に応答してインペラの回転スピードを下げ、伝達の要求の増大に応答してインペラ回転スピードを下げる、本発明101の方法。
[本発明108]
装置が、第二の流体が通過して流れる一つまたは複数のチャネルを含み、該チャネルが、第一の流体と第二の流体との間で伝達要素を介して伝達が起こるように配設されている、本発明101〜107のいずれかの方法。
[本発明109]
第二の流体が通過して流れる一つまたは複数のチャネルが伝達要素中に設けられている、本発明108の方法。
[本発明110]
装置が、第一の流体のためのインペラおよび第二の流体のためのインペラを含み、方法が、所与の伝達の要求に応答して、該第一および第二の流体のための該インペラの回転スピードを制御する工程を含む、本発明108または109の方法。
[本発明111]
第一および第二の流体のためのインペラの回転スピードが独立して制御可能である、本発明110の方法。
[本発明112]
第一および第二の流体のためのインペラの回転スピードが、共通のドライブシャフトに配設されるなどして、共通に回転させられる、本発明110の方法。
[本発明113]
装置が、第三の流体が通過して流れる一つまたは複数のチャネルを含み、該チャネルが、伝達要素を介して流体間の伝達が起こるように配設されている、本発明108〜112のいずれかの方法。
[本発明114]
装置が、各流体のためのインペラを含み、方法が、所与の伝達の要求に応答して、各流体のための該インペラの回転スピードを制御する工程を含む、本発明108〜113のいずれかの方法。
[本発明115]
装置がさらに、一つまたは複数の絞り手段、たとえば該装置を通過する第一の流体および/または、本発明108〜112に従属する場合、第二の流体および/または、本発明113〜114に従属する場合、第三の流体の流れを絞るための一つまたは複数の絞り弁を含み、方法がさらに、伝達の要求の増大または減小に応答して該絞り手段によって該流れの絞りを増大または減小させて、それにより、該絞り手段にかかる圧力低下を増大または減小させる工程を含む、本発明108〜114のいずれかの方法。
[本発明116]
インペラの回転スピードの増大に応答して絞りを増す、本発明115の方法。
[本発明117]
インペラの回転スピードの増大の結果として、装置を通過する流体の一つまたは複数の流量が実質的に変化しない、たとえば5%未満しか変化しないように絞りの増大を制御する、本発明116の方法。
[本発明118]
インペラの回転スピードの低下に応答して絞りを減らす、本発明115の方法。
[本発明119]
インペラの回転スピードの減少の結果として、装置を通過する流体の一つまたは複数の流量が実質的に変化しない、たとえば5%未満しか変化しないように絞りの減少を選択する、本発明118の方法。
[本発明120]
伝達要素が、一定の粒径よりも小さい粒子のみをフィルタ要素中に通過させる孔を有する該フィルタ要素を含む、本発明1〜119のいずれかの方法。
[本発明121]
伝達要素が熱伝達要素を含む、本発明101〜119のいずれかの方法。
[本発明122]
熱伝達要素が、冷却/加熱流体が通過して流れることができる内部チャネルを含む、本発明121の方法。
[本発明123]
伝達要素が、放射線源を含む、または、放射線が該伝達要素の面から一つまたは複数の流体に放出されるような放射線ガイドを含む、本発明101〜119のいずれかの方法。
[本発明124]
装置が複数のステージを含む、本発明101〜123のいずれかの方法。
[本発明125]
ステージの伝達要素が互いに類似している、たとえば互いに同一である、本発明124の方法。
[本発明126]
ステージの伝達要素が異なる伝達に適合されている、本発明124の方法。
Thus, the present invention does not change the flow rate through the device, for example, changes the local velocity inside the device, which is a heat exchanger, for example, without changing the flow rate through the device. It is thought to provide a way to enable changes in transmission.
[Invention 101]
A method for controlling the transfer of heat, material, radiation, etc. in or to at least a first fluid in an apparatus comprising:
The apparatus includes at least one stage including a transmission element (2) and a rotatable impeller (3), wherein the impeller causes the first fluid flowing out of the impeller to face the transmission element (2). The first fluid flow along the face of the transfer element includes a spiral flow pattern having a radial velocity component (Vr) and a tangential velocity component (Vt). ,
The device further comprises one or more restricting means for restricting the flow of the first fluid through the device;
The rotational speed of the impeller and the aperture are
i) the amount of transmission is a function of the radial velocity component (Vr) and the tangential velocity component (Vt), and
ii) The radial velocity component (Vr) and the tangential velocity component (Vt) are substantially independent.
So that they are mutually controlled.
[Invention 102]
Transmission amount AT is
AT = f 1 (Vr) + f 2 (Vt)
Can be represented as
Where f 1 and f 2 are functions used to show the correlation between each of the tangential velocity Vt and the radial velocity Vr and the transmission amount AT,
The method of the invention 101.
[Invention 103]
101. The method of invention 101, wherein the amount of transmission can be changed by changing the rotational speed of the impeller without substantially affecting the flow rate of the first fluid being processed through the device.
[Invention 104]
101. The method of invention 101, wherein the flow rate can be varied by changing the rotational speed of the impeller without substantially affecting the transmission of the first fluid in the device.
[Invention 105]
The method of any of the invention 101-103, wherein the throttling means comprises a throttling valve, one or more dedicated cavities for throttling, a diaphragm, a constriction of the first fluid pipe, a countercurrent or viscosity control means .
[Invention 106]
101. The method of invention 101, wherein the impeller rotational speed is increased in response to increased transmission requirements and the impeller rotational speed is decreased in response to decreased transmission requirements.
[Invention 107]
101. The method of invention 101, wherein the impeller rotational speed is decreased in response to an increase in transmission demand and the impeller rotational speed is decreased in response to an increase in transmission demand.
[Invention 108]
The apparatus includes one or more channels through which the second fluid flows, the channels arranged such that transmission occurs between the first fluid and the second fluid via the transmission element. A method according to any one of the inventions 101 to 107.
[Invention 109]
109. The method of the present invention 108, wherein one or more channels through which the second fluid flows are provided in the transmission element.
[Invention 110]
An apparatus includes an impeller for a first fluid and an impeller for a second fluid, and a method is responsive to a given transmission request for the impeller for the first and second fluids. 108. The method of claim 108 or 109, comprising the step of controlling the rotational speed of
[Invention 111]
The method of the present invention 110, wherein the rotational speeds of the impellers for the first and second fluids are independently controllable.
[Invention 112]
The method of the present invention 110, wherein the rotational speeds of the impellers for the first and second fluids are rotated in common, such as disposed on a common drive shaft.
[Invention 113]
The present invention 108-112, wherein the device comprises one or more channels through which a third fluid flows, the channels being arranged such that communication between the fluids takes place via a transmission element Either way.
[Invention 114]
Any of the present inventions 108-113, wherein the apparatus includes an impeller for each fluid and the method includes controlling the rotational speed of the impeller for each fluid in response to a given transmission requirement. That way.
[Invention 115]
If the device further depends on one or more throttling means, for example a first fluid passing through the device and / or the present invention 108-112, the second fluid and / or the present invention 113-114 If subordinate, includes one or more throttle valves to throttle the third fluid flow, and the method further increases the flow restriction by the throttle means in response to an increase or decrease in transmission demand Or the method of any of claims 108-114, comprising the step of decreasing to thereby increase or decrease the pressure drop across the throttling means.
[Invention 116]
115. The method of claim 115, wherein the aperture is increased in response to an increase in impeller rotational speed.
[Invention 117]
The method of the present invention 116 for controlling the increase in throttle so that the flow rate of one or more of the fluid passing through the device does not substantially change, for example, changes less than 5%, as a result of an increase in impeller rotational speed. .
[Invention 118]
115. The method of claim 115, wherein the aperture is reduced in response to a decrease in impeller rotational speed.
[Invention 119]
The method of the present invention 118, wherein the reduction of the restriction is selected such that as a result of the reduction in impeller rotational speed, the flow rate of one or more of the fluids passing through the device does not change substantially, for example less than 5%. .
[Invention 120]
The method of any of the invention 1-119, wherein the transmission element comprises a filter element having pores that allow only particles smaller than a certain particle size to pass through the filter element.
[Invention 121]
120. The method of any of the present invention 101-119, wherein the transfer element comprises a heat transfer element.
[Invention 122]
The method of 121, wherein the heat transfer element comprises an internal channel through which the cooling / heating fluid can flow.
[Invention 123]
The method of any of the invention 101-119, wherein the transmission element comprises a radiation source or a radiation guide such that the radiation is emitted from the face of the transmission element into one or more fluids.
[Invention 124]
The method of any of the present invention 101-123, wherein the apparatus comprises a plurality of stages.
[Invention 125]
The method of the invention 124, wherein the transfer elements of the stages are similar to each other, for example identical to each other.
[Invention 126]
124. The method of claim 124, wherein the stage transfer elements are adapted for different transmissions.

以下、添付図面を参照しながら本発明、特にその好ましい態様をさらに詳細に開示する。
図1aは、本発明の装置の第一の態様の略断面図である。 図1bは、図1bにおけるインペラを離れる流体のらせん流を概略的に示す。 図1cは、本発明の作動原理を示す、典型的なインペラのヘッドフロー特性の概略グラフである。 図1dは、本発明の利点を示すための、ポンプの摩擦損失を流量の関数として示すグラフである。 本発明の態様の熱交換ユニットの熱伝達要素を示す。熱伝達要素は、それぞれ斜め上(図2a)および斜め下(図2b)から示されている。 図2に示す熱伝達要素を三つ備えた熱処理ユニットのチャネル中を流れる第一の流体の流路を示す。わかりやすく示すため、要素は、離間した状態で示されているが、実際には、図5に示すように互いに当接する。さらには、熱伝達要素を見せるために、ケーシングの一部が切り欠かれている。 図2に示す熱伝達要素の間を流れる第二の流体の流路を示す。わかりやすく示すため、要素は、離間した状態で示されているが、実際には、図5に示すように互いに当接する。さらには、熱伝達要素を見せるために、ケーシングの一部が切り欠かれている。 熱交換ユニットの好ましい態様の一部を概略的に示す。図5aは平面図であり、図5bは図5aのA-A線から見た断面図である。 本発明の熱交換ユニットの側面を概略的に示す。 流体の一つを熱交換ユニットに通してポンピングするための加圧ステージを備えた本発明の熱交換ユニットの一部の断面図を概略的に示す。 いずれもインペラによって流れが提供される二つの流体の間で熱交換するための熱交換器の好ましい態様を概略的に示す。 インペラによって流れが提供される三つの流体の間で熱交換するための熱交換器の好ましい態様を概略的に示す。 流体から粒子、物質などをろ過するための本発明の伝達要素を概略的に示す。 放射線を流体に放出するための本発明の態様を概略的に示す。図1aは断面図であり、図11bは態様のいくつかの部品の三次元図である。 伝達要素がチューブ形状である本発明の態様を概略的に示す。
Hereinafter, the present invention, particularly preferred embodiments thereof, will be disclosed in more detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1a is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of the device of the present invention. FIG. 1b schematically shows the spiral flow of the fluid leaving the impeller in FIG. 1b. FIG. 1c is a schematic graph of the head flow characteristics of a typical impeller, illustrating the working principle of the present invention. FIG. 1d is a graph showing the friction loss of the pump as a function of flow rate to illustrate the advantages of the present invention. 2 shows a heat transfer element of a heat exchange unit of an embodiment of the present invention. The heat transfer elements are shown from diagonally above (Figure 2a) and diagonally below (Figure 2b), respectively. 3 shows a flow path of a first fluid flowing in a channel of a heat treatment unit including three heat transfer elements shown in FIG. For clarity, the elements are shown spaced apart, but in practice they abut one another as shown in FIG. Furthermore, a part of the casing is cut away to show the heat transfer element. 3 shows a second fluid flow path flowing between the heat transfer elements shown in FIG. For clarity, the elements are shown spaced apart, but in practice they abut one another as shown in FIG. Furthermore, a part of the casing is cut away to show the heat transfer element. A part of preferable aspect of a heat exchange unit is shown roughly. 5a is a plan view, and FIG. 5b is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5a. The side of the heat exchange unit of this invention is shown schematically. Fig. 2 schematically shows a cross-sectional view of a part of the heat exchange unit of the present invention with a pressure stage for pumping one of the fluids through the heat exchange unit. Both schematically illustrate a preferred embodiment of a heat exchanger for exchanging heat between two fluids provided with flow by an impeller. 1 schematically illustrates a preferred embodiment of a heat exchanger for exchanging heat between three fluids provided with flow by an impeller. 1 schematically illustrates a transmission element of the present invention for filtering particles, substances, etc. from a fluid. 1 schematically illustrates an embodiment of the present invention for emitting radiation into a fluid. FIG. 1a is a cross-sectional view and FIG. 11b is a three-dimensional view of some parts of the embodiment. Fig. 3 schematically shows an embodiment of the invention in which the transmission element is tube-shaped.

発明の好ましい態様の詳細な説明
図1は、本発明の装置1の好ましい態様を概略的に示す。装置1は、一つまたは複数の伝達要素2(図1には二つの伝達要素が示されている)、一つまたは複数のインペラ3(二つが示されている)およびその回転がインペラ3の回転を生じさせるようにインペラ3が配設されているシャフト4を含む。図2に開示された装置は、伝達要素2およびインペラ3をそれぞれ含む二つのステージを有し、処理される流体がインペラから吐出されて伝達要素2の面を通過して流れると考えられる。装置1は円柱形であり、入口要素6および出口要素7を含む円柱形のケーシング5を含む。伝達要素2は円形である。図1に示すように、ケーシング5の内面と伝達要素2の縁との間には通路が残されており、二つの伝達要素2の間にはフロア要素8が配設されている。
DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. 1 schematically shows a preferred embodiment of the device 1 of the present invention. The device 1 comprises one or more transmission elements 2 (two transmission elements are shown in FIG. 1), one or more impellers 3 (two are shown) and the rotation of the impeller 3 It includes a shaft 4 on which an impeller 3 is disposed to cause rotation. The apparatus disclosed in FIG. 2 has two stages each including a transmission element 2 and an impeller 3, and it is considered that the fluid to be treated is discharged from the impeller and flows through the surface of the transmission element 2. The device 1 is cylindrical and includes a cylindrical casing 5 containing an inlet element 6 and an outlet element 7. The transmission element 2 is circular. As shown in FIG. 1, a passage is left between the inner surface of the casing 5 and the edge of the transmission element 2, and a floor element 8 is disposed between the two transmission elements 2.

処理される流体は、入口要素6を介して装置に流れ込み、回転するインペラ3に向かって流れる。処理される流体はインペラを離れ、伝達要素2の一つの面に沿って伝達要素2の縁に向かって流れ、伝達要素2の縁とケーシング5の内面との間の通路を通過する。縁とケーシング5との間の通路に代えて、またはそれに加えて、流体が通過して流れることができる一つまたは複数の貫通孔が伝達要素2に設けられてもよい。   The fluid to be treated flows into the device via the inlet element 6 and flows towards the rotating impeller 3. The fluid to be treated leaves the impeller and flows along one surface of the transmission element 2 toward the edge of the transmission element 2 and passes through a passage between the edge of the transmission element 2 and the inner surface of the casing 5. Instead of or in addition to the passage between the edge and the casing 5, one or more through-holes through which fluid can flow can be provided in the transmission element 2.

フロア要素8の存在のおかげで、流体5は、縁とケーシングとの間を通過したのち、第二のインペラに向かって流れる。第二のインペラ3を通過したのち、流体は、第二の伝達要素2の面に沿って縁に向かって流れ、縁とケーシング8との間の通路を通過し、最後に出口要素7に向かい、それを通って装置1を離れる。流路は矢印で概略的に示されている。   Thanks to the presence of the floor element 8, the fluid 5 flows between the edge and the casing and then flows towards the second impeller. After passing through the second impeller 3, the fluid flows along the surface of the second transmission element 2 towards the edge, passes through the passage between the edge and the casing 8, and finally towards the outlet element 7. Leave the device 1 through it. The flow path is schematically indicated by arrows.

伝達要素2は、処理される流体へとまたは処理される流体から、熱が伝達されるときに通過する熱伝達要素、処理される流体へとまたは処理される流体から、質量が伝達されるときに通過する質量伝達要素、放射線を流体に放出する、または放射線が流体に放出されるときに通過する放射要素またはそれらの組み合わせであることができる。伝達要素2の面に沿って流れるときの処理される流体の流れパターンは、図1bに示すように、伝達要素2の半径方向の半径方向速度成分Vrおよび伝達要素2の接線方向の接線速度成分Vtを含むらせん流パターンである。当然、VrおよびVtに対して垂直な速度成分が存在してもよい。下面(図中の向きに関して)の流れパターンもまた、一般にらせん動を含むが、上面のらせん動とは異なるかもしれない。Vrは、装置を通過する流量(m3/h)と相関し、とりわけ、装置1を通しての圧力損失に依存する。Vtはインペラの回転スピードと相関する。圧力損失とインペラの回転スピードとが相関してもよいということを述べておくべきである。 Transfer element 2 is a heat transfer element that passes when heat is transferred to or from the fluid to be processed, when mass is transferred to or from the fluid to be processed A mass transfer element that passes through, a radiation element that emits radiation into the fluid, or a radiation element that passes through when radiation is emitted into the fluid, or a combination thereof. The flow pattern of the fluid to be processed as it flows along the surface of the transfer element 2 is shown in FIG.1b as follows: radial radial velocity component Vr of transfer element 2 and tangential tangential velocity component of transfer element 2 It is a spiral flow pattern including Vt. Of course, there may be velocity components perpendicular to Vr and Vt. The flow pattern on the bottom surface (with respect to the orientation in the figure) also generally includes a spiral motion, but may differ from the spiral motion on the top surface. Vr correlates with the flow rate (m 3 / h) through the device and depends inter alia on the pressure loss through the device 1. Vt correlates with impeller rotation speed. It should be mentioned that pressure loss and impeller rotational speed may be correlated.

流体から伝達要素2への(またはその逆の)たとえばエネルギーおよび物質の伝達は、とりわけ、伝達要素2の面の境界流および流体が伝達要素2の面に沿って流れるときの処理される流体の滞留時間、すなわち流量によって支配される。同様に、放射線が放出されて伝達要素2から伝達要素2の面に沿って流れるならば、とりわけ、境界層流および滞留時間が、処理される流体に放出される線量を支配する。   For example, the transfer of energy and matter from the fluid to the transmission element 2 (or vice versa) includes, inter alia, the boundary flow of the surface of the transmission element 2 and the fluid to be processed when the fluid flows along the surface of the transmission element 2 It is governed by residence time, ie flow rate. Similarly, if radiation is emitted and flows from the transmission element 2 along the surface of the transmission element 2, inter alia boundary layer flow and residence time dominate the dose emitted to the fluid to be treated.

少なくとも、伝達要素2を通過する渦流に関連して(図1に関連して説明したとおり)、伝達要素への(またはその逆の)エネルギー、物質などの伝達の一般伝達式は、
伝達量=K*滞留時間
として表すことができ、
式中、「伝達量」とは、処理される流体から伝達要素(またはその逆)に伝達される量であり、Kは、
K[ε/m2s]
として表される。
At least in relation to the vortex flow through the transmission element 2 (as explained in connection with FIG. 1), the general transfer equation for the transfer of energy, matter, etc. to the transmission element (or vice versa) is
Transmission amount = K * dwell time can be expressed as
In the formula, “transmission amount” is an amount transmitted from the fluid to be processed to the transmission element (or vice versa), and K is
K [ε / m 2 s]
Represented as:

εは、たとえばQ(熱)またはm(質量)である。εは、主に伝達要素2の面に近い境界層における、たとえば温度、濃度などの勾配に相関し、Kのε/m2は、Vtのみと相関すると考えられる。滞留時間/流量は、Vrのみと相関すると考えられる。 ε is, for example, Q (heat) or m (mass). ε correlates mainly with gradients such as temperature and concentration in the boundary layer close to the surface of the transfer element 2, and ε / m 2 of K is considered to correlate only with Vt. Residence time / flow rate is considered to correlate with Vr only.

したがって、VrとVtとは非相関であると考えられるため、伝達量は、
伝達量=f1(Vr)+f2(Vt)
として表すことができる。
Therefore, since Vr and Vt are considered to be uncorrelated, the transmission amount is
Transmission amount = f 1 (Vr) + f 2 (Vt)
Can be expressed as

f1およびf2は、接線速度および半径方向速度と伝達量との間の相関を示すために使用される関数である。したがって、本発明にしたがって、伝達量は、インペラの回転スピードを変化させることにより、処理装置を通過する処理される流体の流量に影響することなく、変更することができる。 f 1 and f 2 are functions used to show the correlation between tangential and radial velocities and transmission. Therefore, according to the present invention, the transmission amount can be changed by changing the rotation speed of the impeller without affecting the flow rate of the processed fluid passing through the processing device.

上記考察はどうにか理想的な状況を反映するが、たとえばインペラスピードの増大は、インペラを通過するときの流体の全圧を増大させる傾向を有する。他の手段が処理装置1に組み込まれていないならば、この全圧の増大はより高い流量を生じさせて、より短い滞留時間を与えることができる。これを考慮に入れるために、例えば入口要素6および/または出口要素7の中に配設された絞り弁6aおよび7aにより、処理される流体の流れの絞りを適用することができる。さらには、通常、処理装置を通過する実流量を測定するために、一つまたは複数の流量センサが絞り弁と接続されて配設されて、たとえばインペラの回転スピードの増大が流量の望まれない増大を生じさせるならば、装置を絞って流量を減らすことができるようにする。   While the above discussion somehow reflects an ideal situation, for example, increasing impeller speed tends to increase the total pressure of the fluid as it passes through the impeller. If no other means are incorporated into the processing apparatus 1, this increase in total pressure can result in higher flow rates and give shorter residence times. To take this into account, a restriction of the flow of the fluid to be treated can be applied, for example by means of throttle valves 6a and 7a arranged in the inlet element 6 and / or the outlet element 7. In addition, one or more flow sensors are usually connected to the throttle valve to measure the actual flow rate through the processing device, for example increasing the rotational speed of the impeller is undesirable for the flow rate. If there is an increase, the device can be throttled to reduce the flow rate.

絞りが適用される場合、制御法は、インペラの回転スピードを維持しながら絞りを増減するステップを含むことができる。   If a diaphragm is applied, the control method can include increasing or decreasing the diaphragm while maintaining the rotational speed of the impeller.

図1cは、本発明の作動原理を示す典型的なインペラのヘッドフロー特性w1およびw2の概略グラフである。曲線Pはポンプ曲線を示す。水平スケールに流量Qが示され、垂直スケールはヘッドまたは対応する測度全圧を示す。インペラ3がはじめに指定流量Q2で作動し、流量を流量Q1まで減らすことが望まれる場合、それを実行する二つの方法がある。   FIG. 1c is a schematic graph of typical impeller head flow characteristics w1 and w2 illustrating the working principle of the present invention. Curve P shows the pump curve. The horizontal scale shows the flow rate Q, and the vertical scale shows the head or the corresponding measure total pressure. If the impeller 3 is initially operating at the specified flow rate Q2 and it is desired to reduce the flow rate to the flow rate Q1, there are two ways to do so.

まず、実線の矢印Aによって示すように、回転スピード(インペラ3の)を下げることによって単にインペラを通過する流量Qを減らすことが可能である。しかし、これは、作動曲線w1をたどるとき、対応するヘッドが低めの流量Q1でいくぶん減少するという欠点を抱えている。   First, as indicated by the solid arrow A, it is possible to reduce the flow rate Q passing through the impeller simply by reducing the rotational speed (of the impeller 3). However, this has the disadvantage that when following the operating curve w1, the corresponding head is somewhat reduced at a lower flow rate Q1.

第二に、矢印Bによって示すように、絞りを使用して流れを値Q1まで減らすことが可能である。これは、このプロセスBによるさらなるヘッド(ひいてはエネルギー損失)を補償するために必要である比較的大きな圧力損失という欠点を抱えている。   Second, as indicated by arrow B, it is possible to reduce the flow to the value Q1 using a restriction. This has the disadvantage of the relatively large pressure loss that is required to compensate for the additional head (and hence energy loss) from this process B.

本発明は、半径方向速度成分(Vr)と接速度成分(Vt)とが実質的に独立するように流量Qおよび絞りが相互に制御されて、その結果、ヘッドの比較的小さな変化(増減)で流量Qを変化させる(Q2からQ1まで)ことを容易にする。これが矢印Cによって示されている。   In the present invention, the flow rate Q and the throttle are mutually controlled so that the radial velocity component (Vr) and the contact velocity component (Vt) are substantially independent, and as a result, a relatively small change (increase / decrease) of the head. Makes it easy to change the flow rate Q (from Q2 to Q1). This is indicated by arrow C.

本発明は、半径方向速度成分(Vr)と接線速度成分(Vt)とが実質的に独立するように流量Qおよび絞りが相互に制御されて、その結果、クロスフロー速度、すなわち伝達面上の速度の比較的小さな変化(増減)、ひいては面への、または面からの伝達率の比較的小さな変化で流量Qを変化させることを容易にする。よりさらに好ましくは、クロスフロー速度および/または伝達率の変化は実質的に変化なしであってもよい。たとえば、生じるクロスフロー速度または伝達率を実質的に変化させることなく、流量を少なくとも×10、少なくとも×5または少なくとも×2.5の率で変化させることができる。これまで公知であった解決手段に比べて、これは、出願人の知識の及ぶ限りでは前例がない。   In the present invention, the flow rate Q and the throttle are mutually controlled so that the radial velocity component (Vr) and the tangential velocity component (Vt) are substantially independent, so that the cross flow velocity, i.e. on the transmission surface, is controlled. It makes it easy to change the flow rate Q with a relatively small change (increase / decrease) in speed, and thus with a relatively small change in the transmission rate to or from the surface. Even more preferably, the change in crossflow rate and / or transmission rate may be substantially unchanged. For example, the flow rate can be changed at a rate of at least x10, at least x5, or at least x2.5 without substantially changing the resulting crossflow rate or transmission rate. Compared to previously known solutions, this is unprecedented to the best of the applicant's knowledge.

図1dは、本発明の利点を示すための、典型的なポンプの摩擦損失を流量(水平スケール)の関数として示すグラフである。曲線上に示された二つの値、2370RPMおよび1230RPMは、二つの終点状況における毎分回転数(RPM)として記されたインペラの回転スピードである。ポンプは、一定の乱流レベルを発生させるように作動する。乱流は、流体の速度Vに比例し、レイノルズ数Reにより、
Re=V/(d・ny)
として求められ、
式中、dは、ポンプの作用面間の典型的な距離であり、nyは粘度であり、Vは、
V=sqrt(Vr2+Vt2
によって求められる速度である。
FIG. 1d is a graph showing friction loss of a typical pump as a function of flow rate (horizontal scale) to illustrate the advantages of the present invention. The two values shown on the curve, 2370 RPM and 1230 RPM, are the impeller rotational speeds noted as RPM per minute (RPM) in the two end point situations. The pump operates to generate a constant turbulence level. Turbulence is proportional to the velocity V of the fluid, and Reynolds number Re
Re = V / (d ・ ny)
Sought as
Where d is the typical distance between the working surfaces of the pump, ny is the viscosity, and V is
V = sqrt (Vr 2 + Vt 2 )
The speed required by

図1dのグラフから、接線速度成分(Vt)と半径方向速度成分(Vr)との指定の比、Vt/Vrで、インペラを備えたポンプが最低のパワー損失のための最適な値で非常に有利に作動するということが明らかである。本発明を用いると、半径方向速度成分(Vr)と接線速度成分(Vt)とが実質的に独立するようなやり方でポンプを作動させることができるため、これはより容易に達成されることができる。   From the graph in Figure 1d, the pump with the impeller at the specified ratio of tangential velocity component (Vt) and radial velocity component (Vr), Vt / Vr, is very optimal at the lowest power loss. It is clear that it works advantageously. With the present invention, this can be achieved more easily because the pump can be operated in such a way that the radial velocity component (Vr) and the tangential velocity component (Vt) are substantially independent. it can.

また、図1dから、本発明にしたがって、実質的に変化のないクロスフロー速度または伝達率を維持しながらも、インペラの回転スピードをおよそ×2の率で変化させることができることが注目されるべきである。   It should also be noted from FIG. 1d that, according to the present invention, the impeller rotational speed can be changed at a rate of approximately x2 while maintaining a substantially unchanged crossflow speed or transmission rate. It is.

以下、上記に開示した制御戦略を適用する場合に特に有用であることが証明された態様のいくつかを開示する。   The following are some of the aspects that have proven particularly useful when applying the control strategy disclosed above.

本発明の適用は、流体が、少なくとも熱伝達が始まるところでは異なる温度を有する別の流体からの熱伝達によって冷却または加熱される熱交換器のための適用である。図2aおよび図2bは、熱伝達要素2の形態の伝達要素の態様を示す。熱伝達要素2は、それぞれ斜め上および斜め下から示され、「上」および「下」とは、図5の熱交換ユニットの向きに関する。熱伝達要素2は、チャネル14の内面であり、したがってこの図では直接は見えない第一の流体接触面に沿って第一の流体を誘導するためのチャネル14を有する。図から見てとれるように、チャネル14は、一つの幾何学面でカーブしながら延びる。各チャネル14は、第一の流体がチャネル14に入るときに通過するチャネル入口9および第一の流体がチャネル14を出るときに通過するチャネル出口12を含む。チャネル出口12およびチャネル入口9は、熱伝達要素2が積み重ね可能であるように接続可能である接続スタブ17(図3を参照)の形態の流体ガイドを含み、第一の流体は、一つの熱伝達要素2のチャネル14から続いて配設された熱伝達要素2のチャネル14に流れることができる。これを以下さらに詳細に説明する。熱伝達要素2は、好ましくは、支持ボス10で互いに当接し、それによって互いを支持するが、チャネル入口9およびチャネル出口12のみで当接することも本発明の範囲内で可能である。熱伝達要素2は、インペラ3を配置するための中央の穴11(図3を参照)を含み、その機能を以下に説明する。   The application of the present invention is for a heat exchanger where the fluid is cooled or heated by heat transfer from another fluid having a different temperature at least where heat transfer begins. FIGS. 2 a and 2 b show an embodiment of a transfer element in the form of a heat transfer element 2. The heat transfer element 2 is shown obliquely from above and obliquely below, respectively, and “upper” and “lower” relate to the orientation of the heat exchange unit in FIG. The heat transfer element 2 has a channel 14 for directing a first fluid along a first fluid contact surface that is the inner surface of the channel 14 and is therefore not directly visible in this view. As can be seen from the figure, the channel 14 extends while curving in one geometric plane. Each channel 14 includes a channel inlet 9 through which the first fluid enters the channel 14 and a channel outlet 12 through which the first fluid exits the channel 14. The channel outlet 12 and the channel inlet 9 include a fluid guide in the form of a connection stub 17 (see FIG. 3) that can be connected so that the heat transfer element 2 can be stacked, the first fluid being a single heat It can flow from the channel 14 of the transfer element 2 to the channel 14 of the heat transfer element 2 subsequently arranged. This will be described in more detail below. The heat transfer elements 2 preferably abut each other at the support bosses 10 and thereby support each other, but abutment only at the channel inlet 9 and the channel outlet 12 is also possible within the scope of the present invention. The heat transfer element 2 includes a central hole 11 (see FIG. 3) for placing the impeller 3, the function of which will be described below.

図3は、伝達要素2が図2に関連して開示されたような熱伝達要素である、本発明の熱交換装置の部分を示す。図3に示す装置は、熱伝達要素2どうしが離間した状態で示されているが、実際には、熱伝達要素は、図5に示すように互いに当接している。各熱伝達要素2は、第一の流体が通過して流れるチャネル14を含む。熱伝達要素14は、第一の流体が一つの熱伝達要素のチャネル14から流れ出し、隣接する熱伝達要素2のチャネルに流れ込むように隣接する二つの熱伝達要素2のチャネル14を互いに接続する接続スタブ17を含む。この部分は、部分の内部を見せるために図3には一部分しか示されていないケーシング22によって封入されている。   FIG. 3 shows a part of the heat exchange device according to the invention, in which the transfer element 2 is a heat transfer element as disclosed in connection with FIG. The apparatus shown in FIG. 3 is shown in a state where the heat transfer elements 2 are separated from each other, but actually, the heat transfer elements are in contact with each other as shown in FIG. Each heat transfer element 2 includes a channel 14 through which the first fluid flows. The heat transfer element 14 is a connection that connects the channels 14 of two adjacent heat transfer elements 2 together so that the first fluid flows out of the channel 14 of one heat transfer element and flows into the channels of the adjacent heat transfer element 2 Includes stub 17. This part is enclosed by a casing 22 which is shown only partially in FIG. 3 to show the interior of the part.

熱交換ユニット1を通過する第一の流体の流路が図3に破線によって示されている。入口パイプ15の形態の入口を通過して熱交換装置1に入り、その入口から、絞り弁15aを通過して流れて、一つまたは複数の接続スタブ17を介して上の熱伝達要素2のチャネル14に到達する。第一の流体は、図示するように連続する熱伝達要素2を通過して流れ、最後の熱伝達要素2から、出口パイプ16の形態の出口から絞り弁16aを通過して流れ出る。第一の流体の流れは、通常、熱交換ユニット1に対して外部に配置されたポンプ(図示せず)によって引き起こされるが、ポンプはまた、たとえば図7に開示されるやり方(加圧ステージ29)と同様なやり方で熱交換ユニット1に統合されてもよい。第一の流体は、熱伝達要素2の間を流れる、すなわちそれらの第二の流体接触面に沿って流れる第二の流体とで熱/エネルギーを交換する。   The flow path of the first fluid passing through the heat exchange unit 1 is indicated by a broken line in FIG. Passes through the inlet in the form of an inlet pipe 15 and enters the heat exchange device 1, from which it flows through the throttle valve 15a and passes through one or more connecting stubs 17 of the upper heat transfer element 2 Reach channel 14. The first fluid flows through a continuous heat transfer element 2 as shown, and flows out of the last heat transfer element 2 from an outlet in the form of an outlet pipe 16 through a throttle valve 16a. The first fluid flow is usually caused by a pump (not shown) arranged external to the heat exchange unit 1, but the pump can also be used in the manner disclosed in FIG. ) May be integrated into the heat exchange unit 1 in the same manner. The first fluid exchanges heat / energy with the second fluid flowing between the heat transfer elements 2, i.e., along their second fluid contact surfaces.

第二の流体の流路が図4に概略的に示されている。図4に示す態様は、図3に示すものと同じであるが、見る角度が異なり、ケーシングが図面から完全に除かれている。第二の流体が、たとえばモータ駆動シャフト(図示せず。図6、7を参照)によって回転可能である第一のインペラ3の中央領域に入る。シャフトの中心軸はインペラ3の中心軸と合致し、第二の流体は、好ましくは、シャフトの全周に沿ってインペラ3に向かって流れる。これは、図中、説明のためだけに、一つの中央の矢印で示されている。縁35がケーシングに対してシールされて、隣接する二つの熱伝達要素2の間にチャネルを画定する。   A second fluid flow path is schematically illustrated in FIG. The embodiment shown in FIG. 4 is the same as that shown in FIG. 3, but the viewing angle is different and the casing is completely removed from the drawing. The second fluid enters the central region of the first impeller 3 which can be rotated, for example by a motor drive shaft (not shown, see FIGS. 6 and 7). The central axis of the shaft coincides with the central axis of the impeller 3, and the second fluid preferably flows toward the impeller 3 along the entire circumference of the shaft. This is indicated by a single central arrow in the figure for illustrative purposes only. An edge 35 is sealed to the casing to define a channel between two adjacent heat transfer elements 2.

インペラ3は、第二の流体へのエネルギーを誘発し、そのエネルギーが第二の流体を熱伝達要素2の縁35に向けて流れさせる。ここから、第二の流体は、ガイドプレート36(図2には示さず)によって部分的に画定された空間に流れ込む。この流れは、主に、連続する熱伝達要素2の中に配置されたインペラ3からの引き込みによって得られ、そこから流れパターンが繰り返される。   The impeller 3 induces energy to the second fluid, which causes the second fluid to flow toward the edge 35 of the heat transfer element 2. From here, the second fluid flows into the space partially defined by the guide plate 36 (not shown in FIG. 2). This flow is mainly obtained by drawing from the impeller 3 arranged in the continuous heat transfer element 2, from which the flow pattern is repeated.

上記図は、第一および第二の流体が全体的に反対の方向、すなわち図に関して上方向および下方向に流れることを示す。しかし、二つの流体を全体的に同じ方向に流れさせることもまた、本発明の範囲内で可能である。   The above figure shows that the first and second fluids generally flow in opposite directions, i.e. upward and downward with respect to the figure. However, it is also possible within the scope of the invention for the two fluids to flow in the same general direction.

図5は、本発明の熱交換ユニット1の態様の部分を示す。図5aには、熱交換ユニット1の部分が上から示されており、図5bは、図5aのA-A線から見た断面図である。最後の熱伝達要素2のチャネル14は、図5bに示すように出口パイプ16に接続されるため、他のものよりもわずかに長い。第二の流体接触面に沿う第二の流体の流れは、半径方向速度成分および接線速度成分を有する。さらには、インペラから流れ出る第二の流体は、第二の流体接触面と直接接触し、面と流体との間の接触が起こる前に動的圧力が静的圧力に変換されることはない。   FIG. 5 shows a part of an embodiment of the heat exchange unit 1 of the present invention. FIG. 5a shows a portion of the heat exchange unit 1 from above, and FIG. 5b is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5a. The channel 14 of the last heat transfer element 2 is slightly longer than the others because it is connected to the outlet pipe 16 as shown in FIG. 5b. The second fluid flow along the second fluid contact surface has a radial velocity component and a tangential velocity component. Furthermore, the second fluid flowing out of the impeller is in direct contact with the second fluid contact surface and the dynamic pressure is not converted to a static pressure before contact between the surface and the fluid occurs.

このように、上記で概説した制御法を適用することにより、インペラの回転スピードを変化させ、それにより、少なくとも第二の流体の接線速度を変化させることにより、熱伝達係数を変化させることができる。装置を通過する流量はさらに、絞りによって、たとえば、熱交換ユニットの出口および/または入口に絞り弁を配設することによって制御することができる。   Thus, by applying the control method outlined above, the heat transfer coefficient can be changed by changing the rotational speed of the impeller and thereby changing at least the tangential speed of the second fluid. . The flow rate through the device can further be controlled by throttling, for example by arranging throttling valves at the outlet and / or inlet of the heat exchange unit.

図6は、本発明の熱交換ユニットの好ましい態様を示す。熱交換ユニット1は、三つのケーシング要素、すなわち第一のケーシング要素21、中間ケーシング要素22および第二のケーシング要素23を有するケーシングを含む。「中間」とは、要素の場所、すなわち第一のケーシング要素21と第二のケーシング要素23との間を指すために使用される。   FIG. 6 shows a preferred embodiment of the heat exchange unit of the present invention. The heat exchange unit 1 includes a casing having three casing elements: a first casing element 21, an intermediate casing element 22 and a second casing element 23. “Intermediate” is used to refer to the location of the element, ie, between the first casing element 21 and the second casing element 23.

熱伝達要素2は、両端が開口した円柱として形成されている中間ケーシング要素22の内部に配設される。第一の流体を熱伝達要素2に導く入口パイプ15および第一の流体を熱伝達要素2から導く出口パイプ16が、図6に示すように、第一のケーシング要素21の壁を貫通して延びている。第一のケーシング要素21はさらに、第一のケーシング要素21の第一の突出部24に配設された、第二の流体のための出口20を含む。モータ26をユニットに接続するための取付け具25が第一の突出部24に配置されている。モータ26は、熱交換ユニット1の内部に配設されたインペラ3を駆動するために使用され、インペラ3は、モータ26から突出部24の壁を貫通して通常は第二のケーシング要素23に入る(貫通はしない)シャフト27に配設されている。   The heat transfer element 2 is arranged inside an intermediate casing element 22 which is formed as a cylinder open at both ends. An inlet pipe 15 that leads the first fluid to the heat transfer element 2 and an outlet pipe 16 that leads the first fluid from the heat transfer element 2 penetrate the wall of the first casing element 21 as shown in FIG. It extends. The first casing element 21 further includes an outlet 20 for a second fluid disposed on the first protrusion 24 of the first casing element 21. A fixture 25 for connecting the motor 26 to the unit is disposed on the first protrusion 24. The motor 26 is used to drive the impeller 3 disposed inside the heat exchange unit 1, and the impeller 3 passes through the wall of the protruding portion 24 from the motor 26 and normally becomes the second casing element 23. It is disposed on a shaft 27 that enters (does not penetrate).

第二のケーシング要素23は、図6に示すように、第二の流体のための入口19を含み、第二の流体を、中間ケーシング要素22中に配設された熱伝達要素2に導く。第二のケーシング要素23の中には、第二の流体を絞るための絞り弁が配設されてもよい。   The second casing element 23 includes an inlet 19 for the second fluid, as shown in FIG. 6, and directs the second fluid to the heat transfer element 2 disposed in the intermediate casing element 22. A throttle valve for restricting the second fluid may be disposed in the second casing element 23.

図6に示す熱交換ユニットは、図7に示すように、中間ケーシング要素22を第一および第二のケーシング要素21、23に挿入することによって組み立てられる。中間ケーシング要素22と第一および第二のケーシング要素21、23それぞれとの間のシールは、Oリングのようなシール(図示せず)を互いに当接する面中の溝(図示せず)の中に配設することによって達成することができる。   The heat exchange unit shown in FIG. 6 is assembled by inserting the intermediate casing element 22 into the first and second casing elements 21, 23, as shown in FIG. The seal between the intermediate casing element 22 and each of the first and second casing elements 21, 23 is in a groove (not shown) in the face where the seals (not shown) such as O-rings abut each other. It can be achieved by disposing in the above.

本発明の好ましい態様において、ケーシングは、熱交換ユニット1内の流体の圧力と周囲圧、すなわち熱交換ユニット1の外の圧力との間の圧力差に抵抗するように適合された耐圧ケーシングである。   In a preferred embodiment of the invention, the casing is a pressure-resistant casing adapted to resist the pressure difference between the pressure of the fluid in the heat exchange unit 1 and the ambient pressure, ie the pressure outside the heat exchange unit 1. .

望むならば、第二の流体が熱伝達要素2を通過する前に、第二の流体の圧力が熱交換ユニット1内で増大することを保証することが本発明の範囲内で可能である。そのような圧力の増大は、たとえば、本発明の熱交換ユニット1の詳細の断面図を示す図7に示すようにして確立することができる。図示される詳細は、中間ケーシング要素22の一部、第二のケーシング要素23および積み重ねられた四つのインペラ3付き熱伝達要素2を含む。第二のケーシング要素23は、三つのインペラ3およびすべてのインペラ3が配設されているシャフト27を有する加圧ステージ29を含む第二の突出部28を有する。シャフト27は、図6に示すように配設されたモータ26によって回転させられる。加圧ステージは、好ましくは、熱交換ユニットを通過する流れによる損失に打ち勝つために必要であるよりも強く流体を加圧するために使用されることができる。   If desired, it is possible within the scope of the invention to ensure that the pressure of the second fluid increases in the heat exchange unit 1 before the second fluid passes through the heat transfer element 2. Such an increase in pressure can be established, for example, as shown in FIG. 7 which shows a detailed cross-sectional view of the heat exchange unit 1 of the present invention. The details shown include a part of the intermediate casing element 22, a second casing element 23 and a heat transfer element 2 with four impellers 3 stacked. The second casing element 23 has a second protrusion 28 comprising a pressure stage 29 having three shafts 3 and a shaft 27 on which all the impellers 3 are arranged. The shaft 27 is rotated by a motor 26 arranged as shown in FIG. The pressurization stage can preferably be used to pressurize the fluid more strongly than is necessary to overcome losses due to the flow through the heat exchange unit.

図8は、内部に配置されたインペラ3の使用によって両流体がユニット1に通してポンピングされるさらなる態様を示す。この図は、この態様を、熱交換ユニットの内部が見えるようにするために熱伝達要素2どうしが離間し、ケーシング(末端ケーシング部品34a、34b以外)が除かれた状態の分解図で示す。熱交換ユニット1は、図示するように、隣接する要素2の間にチャネル31を提供するために積み重ねられたディスクとして形成された多数の熱伝達要素2を含む。この構成により、チャネルに面する熱伝達要素2の面が、第一および第二の流体それぞれのための流体接触面を構成する。   FIG. 8 shows a further embodiment in which both fluids are pumped through the unit 1 by the use of an impeller 3 arranged therein. This figure shows this embodiment in an exploded view with the heat transfer elements 2 spaced apart and the casing (except for the end casing parts 34a, 34b) removed to allow the interior of the heat exchange unit to be seen. The heat exchange unit 1 includes a number of heat transfer elements 2 formed as disks stacked to provide a channel 31 between adjacent elements 2 as shown. With this configuration, the surface of the heat transfer element 2 facing the channel constitutes a fluid contact surface for each of the first and second fluids.

流体を一つのチャネル31から隣接するチャネルの上流に位置する別のチャネル31に導く接続スタブ32が設けられている。これらは、図示するように、要素のいくつかの上に配設されてもよいし、要素2に設けられた嵌め合い接続部に嵌め込まれる別個の部品であってもよい。各熱伝達要素2は縁33でケーシングに当接する。縁33は、好ましくは、ケーシングに対してシールされる。   A connecting stub 32 is provided that directs fluid from one channel 31 to another channel 31 located upstream of the adjacent channel. These may be disposed on some of the elements, as shown, or they may be separate parts that fit into a mating connection provided on the element 2. Each heat transfer element 2 abuts the casing at the edge 33. The edge 33 is preferably sealed against the casing.

二つの流体の流路が図8に示され、図中、第一の流体が、入口スタブを介して下から(図8の向きに関して)熱交換ユニット13に入り、接続スタブ32を通ってチャネル31に流れ込む。チャネル31は接続スタブ32を介してインペラ3に接続されている。インペラ3によって第一の流体中の全圧が増大したのち、流体は、渦動として接続スタブ32に向かって流れ、それを通過し(接続スタブ32を通過するとき流れが直線的になることができることに留意すべきである)、次のチャネル31に入る。この次のチャネル中で、流体は、インペラに通じる次の接続スタブ32に向かって流れ、それを通過する。より多くの熱伝達要素2を積み重ねることによってこのパターンが何度も繰り返されたのち、第一の流体が出口スタブを介してユニットから流れ出ることができる。   Two fluid flow paths are shown in FIG. 8, in which the first fluid enters the heat exchange unit 13 from below (with respect to the orientation of FIG. 8) via the inlet stub and passes through the connection stub 32 to the channel. Flow into 31. The channel 31 is connected to the impeller 3 via a connection stub 32. After the total pressure in the first fluid is increased by the impeller 3, the fluid flows as a vortex towards the connection stub 32 and passes through it (the flow can be linear when passing through the connection stub 32) Into the next channel 31. In this next channel, the fluid flows towards and through the next connection stub 32 leading to the impeller. After this pattern has been repeated many times by stacking more heat transfer elements 2, the first fluid can flow out of the unit via the outlet stub.

第二の流体は、入口スタブを介して上から熱交換ユニットに流れ込み、接続スタブ32を介してインペラ3に到達する。インペラ3ののち、第二の流体は、渦動しながらチャネル31に流れ込み、流体を次のチャネル31に導く接続スタブに向かって流れる。流体は次のチャネル31を通過して、流体をインペラ3に導く接続スタブ32に向かって流れ、それを通過する。より多くの熱伝達要素を積み重ねることによってこのパターンが何度も繰り返されたのち、第二の流体が出口スタブを通ってユニットから流れ出ることができる。   The second fluid flows into the heat exchange unit from above via the inlet stub and reaches the impeller 3 via the connection stub 32. After the impeller 3, the second fluid flows into the channel 31 while swirling and flows toward the connecting stub that guides the fluid to the next channel 31. The fluid passes through the next channel 31 and flows towards and through the connecting stub 32 that directs the fluid to the impeller 3. After this pattern has been repeated many times by stacking more heat transfer elements, the second fluid can flow out of the unit through the outlet stub.

図8から理解することができるように、第一の流体が中を流れるチャネルは、第二の流体が通過して流れるチャネル31どうしの間に配設されており(または、どちからの流体から状況を見るかに依存して逆も同様)、両流体は異なる温度を有するため、熱伝達要素2を介して流体間で熱交換が起こる。   As can be seen from FIG. 8, the channel through which the first fluid flows is disposed between the channels 31 through which the second fluid flows (or from either fluid). Depending on whether the situation is viewed or vice versa), both fluids have different temperatures, so that heat exchange takes place between the fluids via the heat transfer element 2.

図8に示す態様は、上から見たとき八角形の断面を有するように示されている。しかし、断面は、他の形状、たとえば正方形または円形を与えられてもよい。外ケーシングは、好ましくは、チューブとして作られ、図8で34aおよび34bとして示すようなプレートの形態の末端ケーシング部品がチューブの両端に配設される。末端ケーシング部品は、第一および第二の流体がユニットに送り込まれ、ユニットから流れ出るときに通過する入口/出口として働く接続スタブを含み、たとえば図6に示すような形状であることができる。末端ケーシング部品34aはまた、インペラが配設されるシャフト27が通過して延びる貫通孔を含む。シャフト27の懸垂は、末端ケーシング中に配設されたベアリング(図示せず)によって提供されることができ、シャフト27と、シャフト27が通過して延びる末端ケーシングとの間には、ユニットからの流体の漏れを避けるために、シールが提供される。   The embodiment shown in FIG. 8 is shown having an octagonal cross section when viewed from above. However, the cross section may be given other shapes, for example square or circular. The outer casing is preferably made as a tube and end casing parts in the form of plates as shown as 34a and 34b in FIG. 8 are arranged at both ends of the tube. The end casing part includes a connecting stub that acts as an inlet / outlet through which the first and second fluids are pumped into and out of the unit, and can be shaped as shown, for example, in FIG. The end casing part 34a also includes a through hole through which the shaft 27 on which the impeller is disposed extends. Suspension of the shaft 27 can be provided by a bearing (not shown) disposed in the end casing, between the shaft 27 and the end casing through which the shaft 27 extends from the unit. A seal is provided to avoid fluid leakage.

図9は、内部に配置されたインペラ3の使用によって三つの流体がユニット1に通してポンピングされる態様を示す。この図は、この態様を、熱伝達ユニットの内部が見えるようにするために熱伝達要素2どうしが離間し、ケーシング(末端ケーシング部品34a、34b以外)が除かれた状態の分解図で示す。末端ケーシング部品34a、34bは、たとえば図6に示すような形状であることができる。熱交換ユニット1は、図示するように、隣接する要素2の間にチャネル31を提供するために積み重ねられた、縁33のあるディスクとして形成された多数の熱伝達要素2を含む。熱伝達要素2は、その縁33がケーシングに対してシールされている。この構成により、チャネルに面する熱伝達要素2の面が流体のための流体接触面を構成する。   FIG. 9 shows an embodiment in which three fluids are pumped through the unit 1 by use of an impeller 3 arranged therein. This figure shows this embodiment in an exploded view with the heat transfer elements 2 spaced apart and the casing (except for the end casing parts 34a, 34b) removed to allow the inside of the heat transfer unit to be seen. The end casing parts 34a, 34b can be shaped as shown in FIG. 6, for example. The heat exchange unit 1 includes a number of heat transfer elements 2 formed as disks with edges 33, stacked to provide a channel 31 between adjacent elements 2, as shown. The edge 33 of the heat transfer element 2 is sealed with respect to the casing. With this configuration, the surface of the heat transfer element 2 facing the channel constitutes a fluid contact surface for the fluid.

また、この態様において、熱伝達ユニットは、流体がユニット1に流れ込み、ユニット1から流れ出るときに通過する入口および出口スタブを含む。この図には、三つの流体の流路が示されている。図8と同様に、ユニットは、インペラを回転させるためのモータに接続されたシャフト27を含み、これらのシャフトはベアリングによってユニット中に配設されている。   Also in this embodiment, the heat transfer unit includes inlet and outlet stubs through which fluid flows into and out of unit 1. In this figure, three fluid flow paths are shown. Similar to FIG. 8, the unit includes shafts 27 connected to a motor for rotating the impeller, these shafts being arranged in the unit by bearings.

インペラ3が二つ以上のシャフト27に配設される場合、それらのシャフト27は、同じまたは異なるモータ26によって駆動することができる。   If the impeller 3 is arranged on more than one shaft 27, these shafts 27 can be driven by the same or different motors 26.

もう一つの態様において、本発明はろ過装置に関する。この態様において、伝達要素2は、図10に示すようなディスク形状の質量伝達要素である。図10aは、上から見た質量伝達要素2を示し、図10bは、図10aのA-A線から見た断面を示す。質量伝達要素2は、所与の粒径未満の粒子が内部チャネル37に流れ込むことを許す多孔性材料でできている。内部チャネル37は、外面に沿って流れる流体とチャネル37に沿って流れる流体との間で圧力差を提供するために、ポンプのような吸引装置に接続されている。図では矢印によって示すように、これは、所与の粒径未満の粒子を有する流体の、チャネル37中への流れおよびチャネルを出てポンプに向かう流れを提供する。流体は、インペラ3によって加圧され、らせん流パターンでインペラから流れ出して伝達要素2の縁に向かう。   In another embodiment, the present invention relates to a filtration device. In this embodiment, the transmission element 2 is a disk-shaped mass transmission element as shown in FIG. FIG. 10a shows the mass transfer element 2 seen from above, and FIG. 10b shows a cross section seen from the line AA in FIG. 10a. The mass transfer element 2 is made of a porous material that allows particles of less than a given particle size to flow into the internal channel 37. Inner channel 37 is connected to a suction device, such as a pump, to provide a pressure differential between the fluid flowing along the outer surface and the fluid flowing along channel 37. As indicated by the arrows in the figure, this provides a flow of fluid having particles less than a given particle size into channel 37 and out of the channel towards the pump. The fluid is pressurized by the impeller 3 and flows out of the impeller in a spiral flow pattern toward the edge of the transmission element 2.

このような伝達要素2は、先の図に示した熱伝達要素に代わることができ、そのような場合、チャネル37の開口38が、粒子を含む流体をポンプに誘導するフローチャネルに接続される。たとえば図3に示す熱伝達装置に関連して開示したように、インペラ3を中央貫通孔38に配設することにより、ろ過される流体はろ過装置に通してポンピングされる。さらには、図1に関連して開示したように、ケーシングと質量伝達要素2の縁との間に通路を残しておくことができる。   Such a transfer element 2 can replace the heat transfer element shown in the previous figure, in which case the opening 38 of the channel 37 is connected to a flow channel that directs the fluid containing the particles to the pump. . For example, as disclosed in connection with the heat transfer device shown in FIG. 3, by disposing the impeller 3 in the central through hole 38, the fluid to be filtered is pumped through the filtration device. Furthermore, as disclosed in connection with FIG. 1, a passage can be left between the casing and the edge of the mass transfer element 2.

また、質量伝達要素2およびインペラに関連して、質量伝達要素2の面に沿う流れは、接線速度成分および半径方向速度成分を含むらせん動である。質量伝達要素2を介する質量伝達は、質量伝達要素2の外面に沿う流体流の圧力とチャネル37中の圧力との間の圧力差ならびに質量伝達要素2の外面に沿う流体の半径方向および接線速度成分と相関する。したがって、インペラのスピードによって接線および半径方向速度を制御する制御法ならびに場合によっては絞りを使用することにより、質量伝達を制御することができる。   Further, in relation to the mass transfer element 2 and the impeller, the flow along the surface of the mass transfer element 2 is a spiral motion including a tangential velocity component and a radial velocity component. Mass transfer through the mass transfer element 2 is the difference between the pressure of the fluid flow along the outer surface of the mass transfer element 2 and the pressure in the channel 37 and the radial and tangential velocities of the fluid along the outer surface of the mass transfer element 2 Correlate with components. Therefore, mass transfer can be controlled by using a control method that controls the tangential and radial velocities according to the speed of the impeller and possibly a restriction.

または、チャネル14(図2を参照)を画定する材料が、所与の粒径未満の粒子がチャネル14に流れ込むことを許す多孔性材料でできているならば、たとえば図2に示す熱伝達要素を質量伝達要素2として使用することもできる。したがって、この構成においては、たとえば図5に示す熱交換ユニットをろ過ユニットとして使用することができる。   Or, if the material defining the channel 14 (see FIG. 2) is made of a porous material that allows particles of less than a given particle size to flow into the channel 14, for example, the heat transfer element shown in FIG. Can also be used as the mass transfer element 2. Therefore, in this configuration, for example, the heat exchange unit shown in FIG. 5 can be used as the filtration unit.

さらなる態様において、制御法は、放射線、特に紫外線を流体に放出することに関する。そのような態様が図11に概略的に示されている。図11aは、図1および6に示すユニットとして配設されることができる処理部分の断面図を示す。たとえば、図1および6の伝達要素のスタックに代えて図11に示す構造を用いてもよい。図11bは、四つのフロア要素および放射線源の周囲の処理部分で処理される流体の流路の三次元図である。   In a further aspect, the control method relates to emitting radiation, particularly ultraviolet light, into the fluid. Such an embodiment is shown schematically in FIG. FIG. 11a shows a cross-sectional view of a processing portion that can be arranged as the unit shown in FIGS. 1 and 6. FIG. For example, the structure shown in FIG. 11 may be used instead of the stack of transfer elements shown in FIGS. FIG. 11b is a three-dimensional view of the fluid flow path being processed in the processing portion around the four floor elements and the radiation source.

処理部分は、その長手軸(図11の向きに関して垂直)に沿って円柱形であり、チューブ状かつ円柱形の外ケーシング18を含み、その内側に多数の要素が配設されている。処理部分の内側では、三つのインペラ3がシャフト23に配設されている。また、フロア要素39、40が処理部分中に配設され、これらのフロア要素39、40が、たとえばインペラ3と組み合わさって、処理部分を通過する流れ通路を画定する。流れ通路を通過する流路は図11aで点線によって示されている。   The processing portion is cylindrical along its longitudinal axis (perpendicular to the orientation of FIG. 11) and includes a tubular and cylindrical outer casing 18 with a number of elements disposed therein. Three impellers 3 are disposed on the shaft 23 inside the processing portion. Also, floor elements 39, 40 are disposed in the processing portion, and these floor elements 39, 40, for example in combination with the impeller 3, define a flow passage through the processing portion. The flow path through the flow passage is indicated by a dotted line in FIG. 11a.

放射線源41が放射線源シールド42の内側に配設されている。放射線源41は、好ましくは、UV線を放出するUV線源であり、放射線源シールド42は、好ましくは、UV線にとって透過可能であるチューブ状部材である。好ましくは石英でできている。放射線源41および放射線源シールド42は、図11に示すように、フロア要素に正接して配設されているが、放射線源およびシールドの数多くの他の構成が本発明の範囲内で考えられる。   A radiation source 41 is disposed inside the radiation source shield 42. The radiation source 41 is preferably a UV radiation source that emits UV radiation, and the radiation source shield 42 is preferably a tubular member that is transparent to UV radiation. Preferably it is made of quartz. Although the radiation source 41 and the radiation source shield 42 are disposed tangent to the floor element, as shown in FIG. 11, many other configurations of the radiation source and shield are contemplated within the scope of the present invention.

フロア要素39、40は、二つの異なる形状である。フロア要素39は、その縁と外ケーシング18との間に通路を残し、フロア要素40は、その縁がケーシング18に対してシールされ、流体をインペラ3に向けて流し、インペラに流れ込ませるための中央の貫通孔を含む。したがって、この構造は、図1に示す構造に類似している。したがって、シャフト23が回転すると、インペラ3が流体をポンピングして、流体が入口から流れ、処理部分中、入口に向けてもっとも上流に位置するインペラである第一のインペラ3に入る流れパターンで処理部分に通す。流体は、第一のインペラ3を離れ、第一のフロア要素39の縁に向かって流れ、縁を越えたのち、第一のインペラ3の下流に位置する第二のインペラ3に向かって流れる。流体が処理部分を離れるまでこのパターンが繰り返される。   The floor elements 39, 40 are two different shapes. The floor element 39 leaves a passage between its edge and the outer casing 18, and the floor element 40 has its edge sealed to the casing 18 to allow fluid to flow towards the impeller 3 and into the impeller. Includes a central through hole. Therefore, this structure is similar to the structure shown in FIG. Therefore, when the shaft 23 rotates, the impeller 3 pumps the fluid, and the fluid flows from the inlet and is processed in a flow pattern that enters the first impeller 3, which is the impeller located most upstream toward the inlet in the processing portion. Pass through the part. The fluid leaves the first impeller 3, flows toward the edge of the first floor element 39, passes the edge, and then flows toward the second impeller 3 located downstream of the first impeller 3. This pattern is repeated until the fluid leaves the processing portion.

流体が処理部分を通過する間、流体は、放射線源シールド42中に位置するUV線源のすぐ近くを流れる。さらには、フロア要素39、40は、好ましくは、UV線にとって透過可能である材料、たとえば石英でできており、放射線は、流体の減衰特性に依存しながら、放射線源シールド42に近接して位置しない処理部分の領域に透過する。処理部分は、多数の接続されたチャネルがフロア要素39、40によって画定されるように設計されており、そのうち、チャネル44は、放射線源が放射線を直接その中に放出する直接曝露チャネルであり、チャネル43は、放射線が一つまたは複数のフロア要素39、40を通過したとき放射線源が放射線を間接的にその中に放出する間接曝露チャネルである。これに関して、放射線源は、チャネル44の中に直接放出すると考えられるが、放射線源は放射線源シールド42によってシールドされる。   While the fluid passes through the processing portion, the fluid flows in the immediate vicinity of the UV radiation source located in the radiation source shield 42. Furthermore, the floor elements 39, 40 are preferably made of a material that is transparent to UV radiation, for example quartz, and the radiation is located close to the radiation source shield 42, depending on the attenuation characteristics of the fluid. It penetrates to the area of the processing part that does not. The treatment portion is designed such that a number of connected channels are defined by the floor elements 39, 40, of which channel 44 is a direct exposure channel through which the radiation source emits radiation directly into it, Channel 43 is an indirect exposure channel through which the radiation source indirectly emits radiation as it passes through one or more floor elements 39,40. In this regard, the radiation source is believed to emit directly into the channel 44, but the radiation source is shielded by the radiation source shield 42.

間接曝露チャネルが放射線を受けるかどうかは、とりわけ、流体の減衰特性に依存するということが留意されるべきである。たとえば、流体が放射線を高度に減衰させるならば、放射線は流体を透過せず、間接曝露チャネルに入ることはできない。しかし、処理部分は、流体からの減衰が無視しうる程度であるとき、UV線源からの放射線が間接曝露チャネル43に入るように設計されている。   It should be noted that whether the indirect exposure channel receives radiation depends inter alia on the damping characteristics of the fluid. For example, if the fluid highly attenuates radiation, the radiation will not penetrate the fluid and cannot enter the indirect exposure channel. However, the treatment portion is designed so that the radiation from the UV source enters the indirect exposure channel 43 when the attenuation from the fluid is negligible.

インペラ3を出た流体は、上記態様に関連して開示したらせん流パターンで流れる。この態様において、放射線シールドは、放射線源とともに、本発明の伝達要素であると考えられる。さらには、一つまたは複数のフロア要素39、40が、放射線源から放出される放射線に対して透過性である場合、これらの要素は放射線を流体に伝達するものと考えられるため、これらの要素もまた、本発明の伝達要素であると考えられる。したがって、放射線シールド、ひいては放射線源および伝達要素(放射線透過性材料でできている場合)を通過する流体もまた、半径方向速度成分Vrおよび接線速度成分Vtを含むらせん流パターンで流れる。本発明の制御法は、半径方向および接線速度を制御するように適用されることができる。 The fluid leaving the impeller 3 flows in a spiral pattern disclosed in connection with the above embodiment. In this aspect, the radiation shield, along with the radiation source, is considered the transmission element of the present invention. Furthermore, if one or more floor elements 39, 40 are transparent to the radiation emitted from the radiation source, these elements are considered to transmit radiation to the fluid, so these elements Is also considered a transfer element of the present invention. Thus, the fluid passing through the radiation shield and thus the radiation source and the transmission element (if made of a radiolucent material) also flows in a spiral flow pattern comprising a radial velocity component V r and a tangential velocity component V t . The control method of the present invention can be applied to control the radial and tangential velocities.

上記の制御法は、半径方向および接線速度成分の大きさを互いに独立して制御することができるという利点を有する。この制御法を使用することにより、接線速度成分の大きさを維持しながらも、装置を通過する流量をたとえば増減させることができる。または、流量を変化させることなく、接線速度成分の大きさを増すことができる。この制御法を使用することにより、放射線源に対する汚損を除くことができ、接線速度成分を増すことによってテーリング効果(粒子が互いを遮る)を小さくすることができるという利点を得ることができる。   The above control method has the advantage that the magnitude of the radial and tangential velocity components can be controlled independently of each other. By using this control method, the flow rate passing through the apparatus can be increased or decreased, for example, while maintaining the magnitude of the tangential velocity component. Alternatively, the magnitude of the tangential velocity component can be increased without changing the flow rate. By using this control method, contamination to the radiation source can be eliminated, and the advantage that the tailing effect (particles block each other) can be reduced by increasing the tangential velocity component.

本制御法は、インペラの回転速度と、たとえば熱、物質または放射線の伝達との間の関係に関する情報の使用を含むことができる。この情報は、流体の接線速度との相関に関する定量的または定性的情報を含むことができ、その相関は流体の物性に依存することができる。情報は、たとえば、実験またはコンピュータシミュレーションから得ることができる。通常、データベースまたは他のコンピュータ読み取り可能媒体に記憶され、そこから、本発明の制御法の適用で使用される制御システムによって検索されることができる。また、制御法の一部としてマニュアル式の対話を必要とする方法で記憶されてもよい。制御法は、一つの流体または二つ以上の流体に関連するインペラの速度の制御を含むことができる。制御法は、追加的または代替的に、一つまたは複数の絞り手段、たとえば絞り弁の制御を含むことができる。   The control method can include the use of information regarding the relationship between impeller rotational speed and, for example, heat, material or radiation transfer. This information can include quantitative or qualitative information regarding the correlation with the tangential velocity of the fluid, and the correlation can depend on the physical properties of the fluid. Information can be obtained, for example, from experiments or computer simulations. Typically stored in a database or other computer readable medium from which it can be retrieved by a control system used in the application of the control method of the present invention. Alternatively, it may be stored in a way that requires manual interaction as part of the control method. The control method can include controlling the speed of the impeller associated with one fluid or two or more fluids. The control method can additionally or alternatively include control of one or more throttle means, eg throttle valves.

上記態様において、半径方向および接線速度は、伝達要素の面に対して平行な平面にあるとみなすことができる。図12は、伝達要素2がチューブ形状である態様を示す。第一の流体が伝達要素2の内側を流れ、第二の流体が伝達要素2の外側かつケーシング18の内側を流れる。両流体は、らせん流パターンで流れるように示されており、図示するように、接線速度成分Vtが流れの回転部分であると考えられ、半径方向速度成分Vrが縦方向の速度成分(図中、rと標識した矢印によって示す)であると考えられる。半径方向成分を、流量と相関する成分と見なすことができ、接線速度成分を、流量とは相関しない成分とみなすことができるため、この構成は上記と合致する。 In the above aspect, the radial and tangential velocities can be considered to be in a plane parallel to the plane of the transmission element. FIG. 12 shows an embodiment in which the transmission element 2 has a tube shape. The first fluid flows inside the transmission element 2, and the second fluid flows outside the transmission element 2 and inside the casing 18. Both fluids are shown to flow in a spiral flow pattern, and as shown, the tangential velocity component V t is considered to be the rotating portion of the flow, and the radial velocity component V r is the longitudinal velocity component ( This is considered to be indicated by an arrow labeled r in the figure. Since the radial component can be regarded as a component that correlates with the flow rate, and the tangential velocity component can be regarded as a component that does not correlate with the flow rate, this configuration matches the above.

本発明の好ましい態様にしたがって、装置を通過して流れる流体の一つまたは複数に再循環を適用してもよい。そのような再循環は、装置の出口から流れ出す流体のすべてまたは一部を装置の入口に導くことによって具現化することができる。   In accordance with a preferred embodiment of the present invention, recirculation may be applied to one or more of the fluids flowing through the device. Such recirculation can be implemented by directing all or part of the fluid flowing from the outlet of the device to the inlet of the device.

Claims (26)

装置中で、少なくとも第一の流体へのまたは少なくとも第一の流体からの、熱、物質、放射線などの伝達を制御する方法であって、
該装置が、一つの伝達要素(2)および回転可能なインペラ(3)を含む少なくとも一つのステージを含み、該インペラが、該インペラから流れ出る該第一の流体が該伝達要素(2)の面に沿って流れるように配設されており、該伝達要素の該面に沿う該第一の流体の流れが、半径方向速度成分(Vr)および接線速度成分(Vt)を有するらせん流パターンを含み、
該装置がさらに、該装置を通過する該第一の流体の流れを絞るための一つまたは複数の絞り手段を含み、
該インペラの回転スピードおよび該絞りが、
i)伝達量が該半径方向速度成分(Vr)の関数および該接線速度成分(Vt)の関数であり、かつ
ii)該半径方向速度成分(Vr)と該接線速度成分(Vt)とが実質的に独立する
ように相互に制御される、方法。
A method for controlling the transfer of heat, material, radiation, etc. in or to at least a first fluid in an apparatus comprising:
The apparatus includes at least one stage including a transmission element (2) and a rotatable impeller (3), wherein the impeller causes the first fluid flowing out of the impeller to face the transmission element (2). The first fluid flow along the face of the transfer element includes a spiral flow pattern having a radial velocity component (Vr) and a tangential velocity component (Vt). ,
The device further comprises one or more restricting means for restricting the flow of the first fluid through the device;
The rotational speed of the impeller and the aperture are
i) the amount of transmission is a function of the radial velocity component (Vr) and the tangential velocity component (Vt), and
ii) A method in which the radial velocity component (Vr) and the tangential velocity component (Vt) are mutually controlled to be substantially independent.
伝達量ATが、
AT=f1(Vr)+f2(Vt)
として表すことができ、
式中、f1およびf2は、接線速度Vtおよび半径方向速度Vrのそれぞれと、伝達量ATとの間の相関を示すために使用される関数である、
請求項1記載の方法。
Transmission amount AT is
AT = f 1 (Vr) + f 2 (Vt)
Can be represented as
Where f 1 and f 2 are functions used to show the correlation between each of the tangential velocity Vt and the radial velocity Vr and the transmission amount AT,
The method of claim 1.
インペラの回転スピードを変化させることにより、装置を通過する処理される第一の流体の流量に実質的に影響することなく、伝達量が変更可能である、請求項1記載の方法。  The method of claim 1, wherein the amount of transmission can be changed by changing the rotational speed of the impeller without substantially affecting the flow rate of the first fluid being processed through the device. インペラの回転スピードを変化させることにより、装置中の第一の流体の伝達量に実質的に影響することなく、流量が変更可能である、請求項1記載の方法。  2. The method according to claim 1, wherein the flow rate can be changed by changing the rotational speed of the impeller without substantially affecting the amount of transmission of the first fluid in the apparatus. 絞り手段が、絞り弁、絞りのための一つまたは複数の専用キャビティ、ダイヤフラム、第一の流体のパイプの狭窄部、向流または粘度制御手段を含む、請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。  The throttle means comprises a throttle valve, one or more dedicated cavities for throttling, a diaphragm, a constriction of a first fluid pipe, a counterflow or viscosity control means. The method described. 伝達の要求の増大に応答してインペラの回転スピードを上げ、伝達の要求の減少に応答してインペラの回転スピードを下げる、請求項1記載の方法。  2. The method of claim 1, wherein the impeller rotational speed is increased in response to an increase in transmission demand and the impeller rotational speed is decreased in response to a decrease in transmission demand. 伝達の要求の増大に応答してインペラの回転スピードを下げ、伝達の要求の増大に応答してインペラ回転スピードを下げる、請求項1記載の方法。  The method of claim 1, wherein the impeller rotational speed is decreased in response to an increase in transmission demand and the impeller rotational speed is decreased in response to an increase in transmission demand. 装置が、第二の流体が通過して流れる一つまたは複数のチャネルを含み、該チャネルが、第一の流体と第二の流体との間で伝達要素を介して伝達が起こるように配設されている、求項1〜7のいずれか一項記載の方法。The apparatus includes one or more channels through which the second fluid flows, the channels arranged such that transmission occurs between the first fluid and the second fluid via the transmission element. is, any one process according Motomeko 1-7. 第二の流体が通過して流れる一つまたは複数のチャネルが伝達要素中に設けられている、請求項8記載の方法。  9. The method of claim 8, wherein one or more channels through which the second fluid flows are provided in the transmission element. 装置が、第一の流体のためのインペラおよび第二の流体のためのインペラを含み、方法が、所与の伝達の要求に応答して、該第一および第二の流体のための該インペラの回転スピードを制御する工程を含む、請求項8または9記載の方法。  An apparatus includes an impeller for a first fluid and an impeller for a second fluid, and a method is responsive to a given transmission request for the impeller for the first and second fluids. 10. The method according to claim 8 or 9, further comprising the step of controlling the rotational speed of. 第一および第二の流体のためのインペラの回転スピードが独立して制御可能である、請求項10記載の方法。  11. The method of claim 10, wherein the rotational speeds of the impellers for the first and second fluids are independently controllable. 第一および第二の流体のためのインペラの回転スピードが、共通のドライブシャフトに配設されるなどして、共通に回転させられる、請求項10記載の方法。  11. The method of claim 10, wherein the rotational speeds of the impellers for the first and second fluids are rotated in common, such as disposed on a common drive shaft. 装置が、第三の流体が通過して流れる一つまたは複数のチャネルを含み、該チャネルが、伝達要素を介して流体間の伝達が起こるように配設されている、請求項8〜12のいずれか一項記載の方法。  13. The device of claims 8-12, wherein the device comprises one or more channels through which a third fluid flows, the channels being arranged such that communication between the fluids occurs via the transmission element. The method according to any one of the above. 装置が、各流体のためのインペラを含み、方法が、所与の伝達の要求に応答して、各流体のための該インペラの回転スピードを制御する工程を含む、請求項8〜13のいずれか一項記載の方法。  The apparatus of any of claims 8-13, wherein the apparatus includes an impeller for each fluid and the method includes controlling the rotational speed of the impeller for each fluid in response to a given transmission requirement. The method according to claim 1. 装置がさらに、一つまたは複数の絞り手段、たとえば該装置を通過する第一の流体および/または、請求項8〜12に従属する場合、第二の流体および/または、請求項13〜14に従属する場合、第三の流体の流れを絞るための一つまたは複数の絞り弁を含み、方法がさらに、伝達の要求の増大または減小に応答して該絞り手段によって該流れの絞りを増大または減小させて、それにより、該絞り手段にかかる圧力低下を増大または減小させる工程を含む、求項8〜14のいずれか一項記載の方法。If the device is further dependent on one or more throttling means, for example a first fluid passing through the device and / or claims 8-12, a second fluid and / or claims 13-14 If subordinate, includes one or more throttle valves to throttle the third fluid flow, and the method further increases the flow restriction by the throttle means in response to an increase or decrease in transmission demand or by reducing small, thereby comprising the step of increasing or decreasing small the pressure drop according to the restrictor means, the method of any one claim of Motomeko 8-14. インペラの回転スピードの増大に応答して絞りを増す、請求項15記載の方法。  16. The method of claim 15, wherein the aperture is increased in response to an increase in impeller rotational speed. インペラの回転スピードの増大の結果として、装置を通過する流体の一つまたは複数の流量が実質的に変化しない、たとえば5%未満しか変化しないように絞りの増大を制御する、請求項16記載の方法。  17. The restriction increase is controlled such that as a result of an increase in impeller rotational speed, the flow rate of one or more fluids passing through the device does not substantially change, for example, changes less than 5%. Method. インペラの回転スピードの低下に応答して絞りを減らす、請求項15記載の方法。  16. The method of claim 15, wherein the aperture is reduced in response to a decrease in impeller rotational speed. インペラの回転スピードの減少の結果として、装置を通過する流体の一つまたは複数の流量が実質的に変化しない、たとえば5%未満しか変化しないように絞りの減少を選択する、請求項18記載の方法。  19. The throttle reduction is selected such that, as a result of the reduction in impeller rotational speed, the flow rate of one or more of the fluids passing through the device does not change substantially, e.g., changes less than 5%. Method. 伝達要素が、一定の粒径よりも小さい粒子のみをフィルタ要素中に通過させる孔を有する該フィルタ要素を含む、求項1〜19のいずれか一項記載の方法。Transmission element, said containing filter elements, any one process according Motomeko 1 to 19 having a hole to pass only particles smaller than a certain particle size in the filter element. 伝達要素が熱伝達要素を含む、請求項1〜19のいずれか一項記載の方法。  20. A method according to any one of the preceding claims, wherein the transfer element comprises a heat transfer element. 熱伝達要素が、冷却/加熱流体が通過して流れることができる内部チャネルを含む、請求項21記載の方法。  23. The method of claim 21, wherein the heat transfer element includes an internal channel through which cooling / heating fluid can flow. 伝達要素が、放射線源を含む、または、放射線が該伝達要素の面から一つまたは複数の流体に放出されるような放射線ガイドを含む、請求項1〜19のいずれか一項記載の方法。  20. A method according to any one of the preceding claims, wherein the transmission element comprises a radiation source, or a radiation guide such that the radiation is emitted from the face of the transmission element into one or more fluids. 装置が複数のステージを含む、求項1〜23のいずれか一項記載の方法。Device comprises a plurality of stages, any one process according Motomeko 1-23. ステージの伝達要素が互いに類似している、たとえば互いに同一である、請求項24記載の方法。  25. A method according to claim 24, wherein the transfer elements of the stage are similar to each other, for example identical to each other. ステージの伝達要素が異なる伝達に適合されている、請求項24記載の方法。  25. The method of claim 24, wherein the stage transfer elements are adapted for different transmissions.
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