JPH0289992A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱交換装置に係り、詳しくは、特に高粘性の
流体を均一に加熱或いは冷却でき、且つピストンフロー
性に優れた熱交換装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の熱交換器は、ドラム内に細管群をおさめたシェル
アンドチューブ型のものや、或いはひれ付板型など各種
の方式が知られている。しかし、かかる熱交換器は、高
粘性の流体を均一に加熱したり、或いは冷却する必要が
ある場合等には、単位容積当りの伝熱面積をそれ程大き
くとれないために装置が大型化したり。

或いは局部的に滞留部分が生じ易くなり、高粘性原体の
加熱又は冷却が不均一となって０部分的な熱履歴の差異
が生じて品質の安定したものが得られ難い、従って、特
に高粘性の流体を取り扱う系内においては、滞留部分の
生じないピストンフローに近い方式で、かつ均一に加熱
又は冷却できる熱交換装置が従来から望まれ各種の提案
もなされている。

例えば、米国特許第２７２７８８４号には断面が方形状
の容器内で回転軸に複数段にわたり設けである攪拌翼の
各々の間で、複数の熱交換用パイプを平行に配列して、
外周のジャケットから冷媒を該パイプに通すことによっ
て、攪拌、流下する流体の熱を除去する方法が記載され
ている。また、特開昭５７−１２５２０２号公報には１
円筒型容器の内部に付設した回転軸に。

複数個の二重らせん帯型の撹拌翼が取付けられ、且つ各
攪拌翼の間には仕切り効果を有する邪魔板又は多管式熱
交換器を設けた重合装置が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の方法においては熱交換手段として
、平行に配列した複数のパイプを利用するために。

単位容積当りの伝熱面積を大きくとれないし、又攪拌が
不充分の場合には高粘性流体の流れ方向に格子状の偏流
（チャンネリング）や、滞留部分が生じ易いために望ま
しいピストンフロー性や均一冷却を図るという面で問題
が残されている。後者の場合は邪魔板や縦型多管式熱交
換器を利用することで、ピストンフロー性はある程度改
善されているが、縦型多管式熱交換器では単位容積当り
の伝熱面積もそれ程大きくとれない欠点がある。

本発明の目的は、前記した公知技術における諸欠点を解
決することであり、特に高粘性流体において望まれてい
るピストンフロー性に優れ、且つ単位容積当りの（云熱
面積が大きく、シかも均−冷却又は加熱効果の大きい熱
交換装置を提供する、ごとにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は２両端部に流体の入口と出口を備えた筒状容器
と、該容器の内部に付設した回転軸とからなり。

該回転軸には所定間隔毎にほぼ直角方向に延びた攪拌翼
が複数段設置され、各段攪拌翼の間の容器空間部には、
外壁部に設けた環状通路から流入し且つ流出する他の流
体の通路を備えた多数のプレート状熱交換体が回転軸の
周囲に放射状に容器の内壁から突設して配列されている
ことを特徴とする熱交換装置である。

以下本発明の熱交換装置について詳細に説明する。

本発明でいう筒状容器とは９両端がフランジ止めの蓋で
閉塞され、一端の蓋部に、加熱又は冷却されるべき流体
４例えば高粘性の流体の入口を、他端の蓋部に該流体の
出口を設けたものであって、縦型でもよいし。

横型にしてもよい、高粘性の流体としては、高分子溶液
やスラリー、或いはチョコレートマヨネーズ等の食品類
その他のものがあげられる。また５発熱或いは吸熱反応
を行う反応液であってもよい、筒状容器の外周には、一
端に１例えばスチームその他のガスや液状存機化合物、
水、温水等の熱媒体の流入口を、他端に該熱媒体の出口
を有するジャケット等の環状通路が設けられている。そ
の他に、熱交換すべき軽質油１重質油等も利用できる。

更に筒状容器の内部には回転軸が両端の蓋部を貫通して
軸受部で支持されて付設され、適宜、電動モータに係合
されて回転自在とされている。該回転軸には。

所定間隔毎にほぼ直角方向に延びた１個又は複数個の攪
拌翼を複数段設置する。ここで言う攪拌翼とは棒状。

傾斜した板状、ブレード状、アングル状、らせん翼状等
同一水平面内の流体をバックミキシングの生じないよう
に攪拌できるものが好ましい、また、筒状容器を縦型方
式にした場合は、特に攪拌翼の配列は、各段毎に１枚ず
つ又は複数枚ずつを全て同一方向に取付けてもよいが、
上下の奇数段と偶数段で突出方向を９０’ぐらいづつ変
えて異なるように取付けることによって。

各攪拌翼で攪拌される高粘性流体には上下方向のパルス
振動が生じ、撹拌翼に近接する上下の伝熱部分での伝熱
効率が向上する効果があり、より好ましい。

これら各段攪拌翼の間の容器空間部には、それぞれ外周
の環状通路の一室から流入し且つ環状通路の別室へ流出
する熱媒体の通路を備えた多数のプレート状熱交換体を
１回転軸の周囲に放射状に、容器の内壁から突設して配
列させる。外周の環状通路とは、筒状容器の外周全体を
ジャケット方式で包囲して該ジャケットの環状ｉｌ路を
各段のプレート状熱交換体群毎に仕切板で区分けさせる
か、或いは各段プレート状熱交換体群毎に筒状容器の外
周にそれぞれ帯状の熱媒体を通過させるジャケットや配
管その他の通路を設けてもよい。

プレート状熱交換体は、筒状容器の内壁からの熱媒体の
流入口と流出口を形成する導管で根元が固定され。

回転軸に近接するまで突設させるが、各プレート状熱交
換体の隣接間隔は、流体の通過速度を一定にするために
はほぼ一定となるように先細り状とするのが好ましい、
また、プレート状熱交換体の内部は、適宜一部仕切板を
設けて熱媒体の通路を形成させるのがよい。

なお１本発明の熱交換装置では通常、高粘性の処理流体
を筒状容器内を通過させ、熱媒体を外周のジャケットか
らプレート状熱交換体へ通過させるが、場合によっては
この反対に通過させてもよい。

〔実施例〕

以下、添付図面に示す本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す熱交換装置の縦断面図
、第２図は、第１図の■−■矢視断面図、第３図は第１
図及び第２図に示されるプレート状熱交換体を示す部分
断面斜視図である０図において、１は縦型の筒状容器で
あり、この両端の蓋部の例えば上部中央に設けたノズル
の側壁に、加熱又は冷却処理すべき高粘性の流体の入口
２が、また、下部中央ノズルにはその流体の出口３が設
けられ、且つ外壁部には熱媒体の入口４．出口５を有す
るジャケット６を備えている。なお、流体の人口２．出
口３を逆にし、入口を下部に出口を上部に設けてもよい
し、或いは、中央ノズル部以外の蓋部に人口と出口を設
けてもよい。

筒状容器１は、途中をフランジ等で連結することによっ
て、縦長の任意の長さにすることが出来ると共にその断
面も円形状が最も望ましいが、方形状としてもよい。

７は容器ｌの内部に１好ましくは中心部に、縦方向に設
けられる回転軸であって、その両端から突出させた小径
軸８及び９を容器の両端蓋部の中央ノズルに設けた軸受
部１０．１１で保持させ１片方を図示されていない減速
機を介して電動機に連結されて回転されるようになって
いる。

なお３回転軸７の外径ｄは、特に限定するものではない
が、半径方向の流体に対する撹拌効果に差異を生じさせ
ないためには、容器ｌの内径をＤとすれば。

ｄ／Ｄ−０，３〜０．６の範囲内で、より好ましくは。

０．５前後が望ましい、ｄが０．３より小さいと回転軸
の周辺に流体の滞留部分が生じ易く、且つ容器断面の半
径方向の内外部で攪拌翼によるせん断力の差異が大きく
なり、均一な高粘性流体のピストンフロー性が弱くなる
。一方、ｄ／Ｄが０．６より大きくなると、ピストンフ
ロー性は良いが、設備が大型化して好ましくない。

１２は回転軸７から容器ｌの内壁近くまで直角方向に延
びた傾斜した板状攪拌翼であり９所定の間隔毎に２枚ず
つが１段毎に突出方向を９０°づつ変えて複数段（図面
では５段）にわたり設置されている。攪拌翼１２は回転
軸７を中空体で形成させた場合回転軸７の内部から水平
に突出させて固定させれば後述するプレート状熱交換体
群の存在下でも取付が簡単となる。攪拌翼１２はその他
棒状、ブレード状、アングル状、らせん翼状環、同−水
平面内の流体をバックミキシングの生しないように攪拌
できるものが好ましい。

なお、撹拌は、熱交換装置にとっては、容器断面内での
偏流による不均一流れや、滞留を防止するだけでなく２
伝熱効率を高めるためにも必須要件である。

１３は流体を容器内へ均一に流入させ、或いは均一に流
出させる目的で適宜回転軸７の上端又は下端から突出し
ている小径軸８及び９に設けた分散用攪拌板であって、
４枚設置されている。

１４は各段毎の撹拌翼１２の間の容器空間部に設けたプ
レート状熱交換体であり２図面から明らかな如く。

これらはそれぞれが、外壁部のジャケット部からの熱媒
体通路１５を備えて、しかも回転軸７の周囲に所定の間
隔で放射状に配列されている。これらプレート状熱交換
体１４は、容器１の内壁面で、外部ジャケット部６内に
設けた環状仕切壁１６の一室から流入する熱媒体入口ノ
ズル１７と、仕切壁１６の他室への出口ノズル１８を介
して突設されている。なお、プレート状熱交換体１４内
の熱媒体通路１５を流れる熱媒体は。

プレート状熱交換体１４の外部を流れる流体を加熱又は
冷却するための熱媒体であるが、これはジャケット部に
流す熱媒体とは別途に配管したものから流入させてもよ
い。

プレート状熱交換体１４の突設部先端は回転軸７に近接
させる０回転軸７との間隙と、放射状に配列している熱
交換体１４の各隙間を流体が、ピストンフロー性を維持
しながら円滑に通過するためには、これらの隙間が、半
径方向であまり差異のないことが望ましい。

かかる見地からはプレート状熱交換体１４の水平断面は
、第２図から明らかな如く、容器１の内壁部から回転軸
７に近接する位置まで、容器の中心方向に向けて先細り
の形状とするのが望ましい。

〔作用〕

以上詳細に説明した如く１本発明の熱交換装置は特に回
転軸に設けた水平に延びる攪拌翼の各段空間部に。

プレート状熱交換体を２回転軸の周囲に放射状に配列し
たことに最大の特徴を有する。これによってプレート状
熱交換体の枚数や、縦方向の長さを増やすことによって
単位容積当りので伝熱面積は飛躍的に大きくなる。各段
攪拌翼の空間部が狭くできる結果、攪拌所要動力はそれ
程増加せず、しかも攪拌効果を該放射状に配列させたプ
レート状熱交換体群へ直接作用させることも容易となり
９均一な加熱或いは冷却効果を高められる。また、容器
の各断面が放射状に配列させたプレート状熱交換体群で
均一に仕切られている結果。

デッドスペースによる滞留が生ぜず上下方向での系内の
流体はピストンフロー性が著しく向上する。

（発明の効果〕 本発明によれば高粘性流体の均一な加熱或いは均一な冷
却と、ピストンフロー性を改善し得る点で、汎用性が広
く、工業的な規模の熱交換装置として特に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す熱交換装置の縦断面図
、第２図は第１図のｎ−ｎ矢視断面図、第３図は第１図
及び第２図に示されているプレート状熱交換体を示す部
分断面斜視図である。 図において。 １−・筒状容器、２−流体の人０．３−・流体の出口２
６・−ジャケット、７　・回転軸、１２−・・攪拌翼。 １３−分散用攪拌板、１４・・−プレート状熱交換体。 １５−・−熱媒体通路、１６−・・仕切壁。 である。 代理人　弁理士　乗　松　恭　三 ＦＩＧ、　１ １−筒状容器 ２・・−人口 ３−・−出口 ６−・・ジャケット ７−・−回転軸 １２−攪拌翼 １３・・−分散用攪拌板 ＦＩＧ、２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端部に流体の入口と出口を備えた筒状容器と、
   該容器の内部に付設した回転軸とからなり、該回転軸に
   は所定間隔毎にほぼ直角方向に延びた撹拌翼が複数段設
   置され、各段攪拌翼の間の容器空間部には、外壁部に設
   けた環状通路から流入し且つ流出する他の流体の通路を
   備えた多数のプレート状熱交換体が回転軸の周囲に放射
   状に容器の内壁から突設して配列されていることを特徴
   とする熱交換装置。
2. （２）請求項（１）記載の熱交換装置において、撹拌翼
   の配列方向が奇数段と偶数段で異なって設置されている
   ことを特徴とする熱交換装置。