JPH05126479A - 回転型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パーキンス管を用いた回転型熱交換器の効率
を向上させる。 【構成】 パーキンス管３６をその蒸発部（７２，８
４，９２）が凝結部（７４、８６、９４）より半径方向
外方にくるようにした。これは蒸発部が凝結部に対し片
寄るようにしても、また、前者が後者に対し傾くように
しても、またこの片寄りと傾斜を共に用いるようにして
実施してもよい。これによって蒸発部は作用流体により
充分占拠され一方凝結部には作用流体が実質的に存在し
ない状態が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高重力場において作動
する一般的な、例えば１９８０年２月３０日付でミルト
ン・エフ・ブラヴダ（Ｍｉｌｔｏｎ Ｆ．Ｐｒａｖｄ
ａ）に発行した米国特許Ｎｏ．４，６４０，３４４に記
述されている如き回転型熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここで取上げる回転熱交換器は広く行き
わたっておりその用途は重要である。例えば洗濯乾燥
機、穀類乾燥機、アスファルトの骨材混合機、又は、織
物、食料、繊維板、その他、製造工業の各種加工機械等
の汚染された排気流出から熱エネルギを回収することは
有益な事である。熱交換機能のためその構造に多数のパ
ーキンス管を用いている。

【０００３】本発明の一般目的はこの部類の目新しい熱
交換器で簡単であり比較的に製造値段が安くしかも大き
な改良効果を提供することである。そのためこの発明を
多方面に応用することは結果的に熱エネルギとともに運
営原価の節約を可能にしている。

【０００４】簡単に述べて、ここで取扱う回転熱交換器
はその構成において蒸発室と凝結室を取囲む回転子を含
めている。多数のパーキンス管は回転子に据え付けてい
る蒸発部と凝結部を所有している。蒸発部のパーキンス
管は蒸発室内に延びており凝結部は凝結室内に延びてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】蒸発部毛細管作用手段
を利用し作用流体を周方向に分布して熱交換器の効率を
改良することは不可能であると考えられている。それは
回転により大きな力が生じそれが毛細管作用を抑制して
この機能を役に立たないものとするからである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】毛細現像の欠乏による不
利を避ける為、この発明は上記構造の簡単で便利なパー
キンス管を用いてその中の管蒸発部を回転子の回転軸に
対し凝結部から半径方向に変位させ、またパーキンス管
に含んでいる作用流体を流体が蒸発部を最適に占有して
実質的にその間凝結部から流体の存在を取り除くように
することで前者の蒸発循環と後者の凝結循環効果が大き
く向上することの発見に基づく。この結果は重要なエネ
ルギーの、 従って熱交換器の操作の経済的な節約をもた
らす。

【０００７】特定な熱伝達理論を論ずることなく、この
ことはパーキンス管に含まれている作用流体が蒸発部の
管で蒸発され、凝結部の管で凝結される効率を改良する
結果であることが理解される。各パーキンス管の蒸発部
の全体的内部表面は排出ガスによって熱され、この全内
部表面は作用流体を蒸発し熱する能力を有する。最適な
伝達状態は作用流体が直接全内部表面に接する時に可能
である。しかしながら気体流動に備え空間があたえられ
る必要があるので作動流体は蒸発部の全内部表面に接触
する如く完全に占めることは出来ない。最適な伝達と気
体流動領域はその作用流体が最大限な程に内部表面範囲
に接触し同時に必要な気体流動空間を提供する如き状態
で得られる。

【０００８】凝結部の各パーキンス管の全内部表面はガ
ス供給によって冷却される。そして、その全内部表面は
作用流体蒸気の冷却と凝結が可能である。最適な伝達状
態は作用流体蒸気が全内部表面に直接接触する時のみ獲
得出来る。この状態は凝結部の各パーキンス管に事実上
作用流体がない時に得られる。全体的な結果は熱交換器
の重要な効果改良である。

【０００９】

【実施例】図１と２は発明者が改良した回転熱交換器の
１つの実施例における全体構造と配置を図解する。

【００１０】図示の通り、交換器は外部容器１０を含ん
でおり、それは長形であり、望ましくは円筒状である。

【００１１】容器の端は部分的に閉じて開口は軸上に位
置する。

【００１２】回転子がその全体を１２で示され容器に収
容されている。

【００１３】その中心部で容器の全長に延ばされた中心
軸１４は回転子を据え付けている。この軸はベアリング
１６に回転すべく支持されている。此等は支柱１８に支
えられ容器１０に固定される。

【００１４】可変速電動機２０が回転子を駆動する。こ
のモーターは可撓性続ぎ手２２手段により回転子に連結
する。

【００１５】軸１４は半径方向に広げた仕切板即ちバリ
ア板２４を２４を中心に支持している。この板は溶接等
で堅固に軸１４に据え付ける。その直径は容器１０の内
面直径よりやや小さくする。その外縁は中央シール２６
によって受けられる。

【００１６】容器１０の内部は仕切板２４によって二つ
の室に分けられる。第一室２８は以下蒸発室又は、排気
ガス室と名付ける。それはその中でパーキンス管３６の
作用流体が洗濯乾燥機、或は他の電気器具の排気ガスか
らの熱い不純な空気又はガスとの熱交換によって蒸発す
るからである。

【００１７】第二室３０は凝結室又は、供給ガス室と名
付ける。それは室２８内のパーキンス管３６で生じた蒸
発気体が冷却供給ガス、例えば外部の冷たい空気と熱交
換されパーキンス管３６で凝結されるからである。

【００１８】回転子アセンブリには１対の端板も含まれ
ていて、これは中央開口１９を有し、該中央開口は中心
の軸１４に固定されたスパイダー２１によってのみ不連
続となっている。

【００１９】シール３３と組合わせた端板３２と供にシ
ール２６と組合せた仕切板２４は蒸発室２８を形成す
る。シール３５と組合わせた端板３４と供にシール２６
と組合わせた仕切板２４は凝結室３０を形成する。

【００２０】板２４、３２及び３４に据え付けるのは一
連のパーキンス管でその全体を図１、図２の３６で示さ
れ、特に図３−６ではその４つの実施例、すなわち、３
６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを示す。パーキンス管は
後に詳細に記述する。これらは中空の管即ちパイプで、
両端を密封して内部表面は平坦又は溝がついていて、平
行に間隔をつめて据え付けた半径方向の熱吸収、或いは
熱放散板を取り付けている。

【００２１】通常パーキンス管は“パーキンス管作用流
体”又は“作用流体”或いは、単に“流体〃と称する適
切な熱交換液体６６をある程度満たしている。この流体
はここでの目的のためによく知られている水、メタノ
ル、アンモニア液、液体金属、フレオンガス、即ち液体
炭化弗素、例えば、デイフルオロデイクロロメタン等の
液体を含んでいる。

【００２２】多数のパーキンス管は二つの同心列にした
輪状配列にすることができる。図２に示す通り構成部分
の一列は他方の列に対して片より即ち互い違いになるよ
う配列する。しかし、他の配列も可能である。大規模な
直径の熱交換器で二つ以上の輪状配列を使用できる。

【００２３】以下によって十分説明するようにパーキン
ス管３６は蒸発部と凝結部を含んでいる。管の蒸発部は
蒸発室２８の中に延びるものと定義され凝結部は凝結室
３０中に延びるものと定義される。

【００２４】機械の操作にあたり作用流体は蒸発室２８
にある蒸発部のパーキンス管内で蒸発して蒸発気体とな
り冷却凝結室３０にある凝結部のパーキンス管にまで流
れそこで凝結する。

【００２５】凝結部にある凝結蒸発気体（液体）はそこ
で回転子の回転による遠心力で再循環を開始すべく蒸発
部に送り戻される。

【００２６】静止の容器１０はダクトに組合わせた５つ
の開口即ちポートを有する。

【００２７】第一ポートは入口４８で、回転子の半径方
向に配すことが望ましく、連結された家電機器から熱く
して汚染されたガスを導入して蒸発室２８に送る。

【００２８】第二ポートは出口５０で、回転子の軸方向
に向き、排気ガス室即ち蒸発室２８から冷却排気を逃が
す。

【００２９】第二入口ポート５２は回転子の軸方向に向
き、冷たい新鮮な空気または、ガスを凝結室３０に導入
する。

【００３０】第二出口ポート５４はガス供給室即ち凝結
室３０の半径方向に向き、室から加熱した外部空気を排
気する。

【００３１】第五開口は図１及び図２に示す清浄ポート
５４で清浄導管５７と連通する。これは羽根５９を結合
わされているが該羽根は必須ではない。蒸発室２８で冷
却された排気ガスの一部をそれに連行された微粒子また
は凝結された汚染物蒸発気体と供に排出する。

【００３２】すべて前に述べた組立での原理は先述の同
じ発明者の米国特許第４，６４０，３４４号に述べてい
る。

【００３３】本発明の新規な点は、回転子１２と結合し
てパーキンス管３６を使用し、そして、以下に説明する
ように約３０−３００の重力を生ずる遠心力を利用す
る。蒸発と凝結部を持つ三つの実施例が設計されそれぞ
れ蒸発と凝結室２８、３０に据え付けて蒸発部は蒸発室
に延ばし凝結部は凝結室に延ばす。しかし、蒸発部は凝
結部から半径方向外方にづらす。

【００３４】高遠心力は汚染機器や汚染流体に好結果の
操作を与える。その力は毛細管現象を抑制し、そこで熱
交換器改良の為の一般的な解決をを妨げるが、この力は
幾つかの他の点で有利である。それはパーキンス管内で
作用流体の正確な配置を可能にする。本質的に半径方向
に最も遠く置かれているパーキンス管が最初に作用流体
によって占められる。結果としてパーキンス管の種々の
部分の半径方向に関する配置を調節することによって、
又、パーキンス管に充填する作用流体の量を制御するこ
とによって作用流体の配置は容易に調節出来る。

【００３５】さらに一定の量の作用流体を充填されたパ
ーキンス管の熱移動能力は、回転速度に正比例して又は
遠心力の平方根に応じ増加するのが知られている。これ
を考慮すると蒸気流動に必要な空間は普通許容できると
考えられるよりも一層少ない。最後に遠心力が増すに従
がい蒸発部パーキンス管の内部熱伝達係数及び、凝結部
の内部凝結熱伝達係数両方とも増加し、それによってユ
ニットの熱伝達効率が増加する。

【００３６】この考慮を利用してこのユニットのパーキ
ンス管は通常の作動について予め決めた量まで作用流体
６６を満たし、蒸発部でその多くを占有するよう、そし
て凝結部の主要部分から多くの流体を除去するようにす
る。それによって前者の蒸発循環と後者の凝結循環の効
率を大きく増大させる。

【００３７】蒸発部はその容量の５０％から１００％ま
で作用流体が充たされ又、容量の５０％から１００％ま
で流体から生じた気体が充たされる。

【００３８】一方、凝結部では容量の０％から２２％ま
で作用流体が充たされ残りは流体から生じた気体で充た
される。

【００３９】このような配置は、図４Ｂ−４Ｄと６Ｂ−
６Ｄで見る通り蒸発部の管を凝結部に相対的に片よるよ
う或いは傾斜するよう置くことにより得ることが出来
る。

【００４０】図４Ａと６Ａは比較のため示されている。
これらは特許第４，６４０，３４４号の熱交換機に使用
されるような先行技術によるフィン付きパーキンス管３
６Ａを図解する。管全体の縦軸が回転子１４の回転軸に
平行で凝結部管の縦軸は蒸発部管の縦軸と同軸である。

【００４１】管組立体は従って細長い密封した管５８を
含む。この管は蒸発部６０とそれに連通する凝結部６２
に中央仕切２４で分かれている。図面６Ａと同じくすべ
ての図面６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄの例では蒸発部で長さＬｅ
と直径Ｄｅ、凝結部では長さＬｃと直径Ｄｃを有する。

【００４２】外部フィン６４は熱交換機の機能を助け
る。

【００４３】管は通常パーキンス管作用流体６５が５０
％容量で充たされている。上に説明した通りこの流体は
水、液体アンモニア、メチルアルコール、フレオン等で
成るものでよい。

【００４４】パーキンス管組立体（図４Ｂで３６Ｂで示
す）は熱交換器に組込まれるとその蒸発部の管が凝結部
と片よりそれに対し半径方向外方に置かれる形式であ
る。

【００４５】今の論議で用語“片より”は蒸発部のパー
キンス管の軸中央線と凝結部のそれとの半径方向の変位
に“エプシロン”“ε”で定義される。片よりの状態で
蒸発及び凝結部の軸中央線は相変わらず熱交換器の回転
の軸に平行である。

【００４６】そこで図面４Ｂと６Ｂのパーキンス管の組
立体は７０で示すように分割されたパーキンス管から成
り立っている。それは蒸発部７２と凝結部７４を含んで
いる。

【００４７】蒸発部７２が凝結部７４より半径方向に片
よるように中空の傾斜連結管７６でつながれている。両
部の軸中央線はけれども相変わらず熱交換器の回転軸に
対して平行である。

【００４８】蒸発部７２の管は半径方向のフィン７８を
支持し凝結部は半径方向フィン８０を支持する。フィン
７８はフィン８０より広く間隔を取り熱交換器の蒸発室
が不潔な側にあるので汚染ガス操作に適するようになっ
ている。管は一定量の作用流体６６を含んでいる。この
量は熱交換器の操作中蒸発部の管が流体でほぼ充たされ
一方凝結部は実質的に空になる如きものである。けれど
も、両部が中空傾斜連結管７６で連結されている通路は
凝結部から蒸発部へ、または逆に必要な流体と蒸気の流
れを許容する為開いている。

【００４９】片よりの大きさは図３、４Ｂと６Ｂのε
（エプシロン）で示されている。実施における片よりの
大きさは、蒸発部と凝結部の内径が同じ時、その内径の
約１／２から１５／１６、望ましくは３／４である。

【００５０】片よりの実施例で作用流体充填はその操作
中で凝結部は実質的に空いている一方蒸発部は概略的に
言って５０％から９７％の容量まで占有される。

【００５１】より詳しくは、例えば片よりがその内径の
１／２であれば流体は蒸発部容量の約５０％程度が操作
中作用流動で占有される程度に充填される。この状態の
下では５０％の蒸発部の内表面が作用流体により濡れ
る。もし、片よりが管内径の３／４であれば充分な流体
が管内に充たされ操作中約７５％から８５％までの蒸発
部容量が作用流体により占有される。もし、充填率が８
０．５％の場合６６．７％の蒸発部内表面が作用流体に
より濡れる。

【００５２】管内径の１／２片寄りにおいて蒸発気体流
動領域は管の断面面積の５０％である。片寄りが管内径
の３／４においては蒸発気体流動領域は管の断面面積の
１９．５％であり或いは、係数２．５６だけ減少する。
熱移送能力はこのような係数により減少される。もし、
必要ならば、この移送能力の減少は係数２．５６だけ熱
交換の回転速力を増加して補う事が出来る。

【００５３】図４Ｃ及び６Ｃの実施例では蒸発部のパー
キンス管の半径方向外方への変位は一律に全管を傾斜す
ることにより達成する。「傾斜」の用語は蒸発部の軸及
びこの実施例では凝結部の軸も同じ角度（シータ）傾斜
して熱交換機回転の軸に対して平行でないことを意味す
る。それは半径方向外側に蒸発室端末板３２に向かって
傾斜する。

【００５４】傾斜の目的は凝結部の中で充填量を最小限
にし蒸発部の中の充填量を最大限にすると同時に蒸発気
体の流動に対して空間を供給する為である。適正な角度
（シータ）とパーキンス管内部容量の５０％充填の作用
流体によって図６Ｃは端末板３４（外面板）の位置にお
いて管は事質上空いてることを示し、そして、端末板３
２（他の外面板）の位置ではその管は事質的に充たされ
ているのを示す。これは作用流体の最適な使用である。

【００５５】なるべく作用流体充填量はその操作中蒸発
部の容量は約７５％から８５％まで、凝結部の容量は１
５％から２５％まで流体が占有するようにする。

【００５６】気体蒸発に備える領域は操作中管内部表面
の５０％にある仕切板２４の部分に対して０にある端末
板３２の位置から操作中漸進的に増大する。同様に蒸気
流量も増大する。これはＬｅ＝Ｌｃの時に得られる。そ
して、もし、Ｌｅ＞Ｌｃであれば仕切板２４における蒸
気流動領域は５０％より多く、もしＬｅ＜Ｌｃであれば
５０％より少ない。

【００５７】傾斜は管の全長を通じて連続するようにし
ても、または、蒸発部についてのみ存在するようにして
もよい。図４Ｃと６Ｃの実施例では蒸発室端末板３２に
対して凝結室端末板３４から連続して一律的に存在す
る。

【００５８】熱交換機の回転軸に対するパーキンス管縦
軸の角度偏差（傾斜）は操作と設計の異なるパラメータ
に依り幾らか可変であるが、一律的に傾斜したパーキン
ス管に対する望ましい角度の変位（角シータ）は前に述
べた最適流体配置に対して下記のように表現される。：
即ちパーキンス管平均内径をパーキンス管の長さで割っ
た比の値のアークタンジェントである。両数値は同じ単
位で表わす。

【００５９】例えば、もし、パーキンス管が９６インチ
長さで（図６ＡでＬｅ＋Ｌｃ＝９６インチ）あり、平均
内径が１インチ（図６ＡでＤｅ＝Ｄｃ＝１インチ）であ
る時、シータの正接（タンジェント）は１／９６であり
シータは０．５９７度である。もし、パーキンス管が９
６インチのかわりに４８インチ長さであればシータの正
接は１／４８で、シータは１．１９度である。

【００６０】このように図４Ｃと６Ｃのパーキンス管組
立体３６Ｃは蒸発室２８の中の蒸発部８４と凝結室３０
の中の凝結部８６とを有する連続管８２より成る。この
管は上に記述した目的の為、フィン８５、８７を備えて
いる。パーキンス管はパーキンス管用の作用流体６６を
充填されている。

【００６１】発明の目的を達成する為、この流体充填は
なるべくパーキンス管の内部容量の５０％にすべきで、
その結果は熱交換機の操作中パーキンス管蒸発部の端末
に十分に流体充填され一方それの凝結部の端末は事質的
に空となる。Ｌｅ＝Ｌｃ、Ｄｅ＝Ｄｃであり最初の充填
は５０％である場合蒸発部は７８．５％の作用流体を、
凝結部は２１．５％の作用流体をパーキンス管内に含ん
でいる。

【００６２】図３、４Ｄ、５及び６Ｄの（そして全体を
示す図１図２にも示した）実施例では凝結部に対して蒸
発部のパーキンス管の要望される半径方向外方への変位
は傾斜と片よりの利得の組み合わせによって達成出来
る。これは望ましい例であり、操作中その凝結部は実質
的に作用流体がなく蒸気流動の為の領域は蒸発部の軸方
向に流動する蒸気の量の可変性に順応し、その結果蒸発
部の中での濡れる範囲が最大限になる。

【００６３】この実施例でパーキンス管組立て体３６Ｄ
は分割されたパーキンス管を含んでその全体が９０で示
される。それは蒸発部９２と凝結部９４から成り立って
おり、中空の傾斜連結管９６によって共に連結され連通
する。

【００６４】半径方向のフィン９８は蒸発部９２に据え
付け類似のフィン１００は凝結部９４に据え付ける。

【００６５】蒸発部９２は作用流体６６を含んでおりそ
の量は熱交換機操作中蒸気１０１に要求される部分を除
き蒸発部内の全容量を占有する如きものである。凝結部
９４は実質的に作用流体がないままである。両部の連通
は中空の連結管９６により維持されている。

【００６６】図５に示す断面５−５を端末板３２に向か
って移動するに従って作用流体区域６６は増加し蒸気流
動区域１０１は減少する。これは得られた蒸気流動の不
随的減少に一致する。断面５−５が仕切板２４に向かっ
て移動する場合を考えると、仕切板２４位置の望ましい
状態は作用流体区域６６が蒸気流動区域１０１と同等で
あり、またこの望ましい状態においてその片より状態ε
（エプシロン）が蒸発部９２の管内径Ｄｅの１／２と等
しい。

【００６７】この望ましい実施例では、蒸発部９２は仕
切板２４のところで始まる角度シータの傾きを凝結部９
４に対して有し、このシータは、作用流体６６が操作中
蒸発部９２を端末板３２の位置で実質的に充たし、又、
仕切板２４の位置で５０％の蒸発部容量を占有する如き
ものである。この状態の下で作用流体は蒸発部の内部容
量の７８．５％（広く述べれば７５％から９９％まで）
を占有するのに対して凝結部は事実上作用流体がない。
傾斜及び片寄り組み合わせを用いたときの望ましい角度
シータは下記により表現される。

【００６８】即ち、パーキンス管平均内径と片寄りの差
を全部蒸発部の長さＬｅで割った比の値のアークタンジ
ェントである。

【００６９】例えば、もし、パーキンス管内径平均値が
１インチで片寄りが１／２インチであり蒸発部の長さが
４８インチであれば、そこでシータの正接は０．５／４
８に等しく、角度は０．５９７度である。

【００７０】操作 回転熱交換器の作動は拡大した図解式立面図６Ａ−Ｄに
よく説明されている。

【００７１】この種類の熱交換器の一般的なものに図６
Ａに見られる外形を持つパーキンス管３６ａの配列を取
り付ける。管はその中心線が熱交換器回転子の回転軸に
平行した連続的なものとする。管は収容力の約半分まで
管の内部容量を占有するよう、充分な量の作用流体６６
を含んでいる。

【００７２】図６Ａパーキンス管配置についてはこれは
最適な充填である事が分かっている。より大きい充填は
より多くの流体を蒸発部に提供し、それは熱伝達を改良
しまたより多くの流体を凝結部に提供して熱伝達を低下
させる。より少ない充填は逆になる。全体的な熱伝達の
最大値は正確に５０％充填で得られることが容易に分か
る。

【００７３】熱交換器の作動遠心力作用の下で作用流体
６６は図６Ａで示すような管の中の配置を見せるがこれ
は一応効果のある配置ではあるが二つの理由で比較的非
能率的である。

【００７４】先ず、パーキンス管の蒸発部６０に配置さ
れている作用流体６６の部分はただ約半分の蒸発部表面
を覆い濡らす。残りの１／２の表面は従って、相対的に
役に立たなく効果的な熱交換機能を実行しない。

【００７５】同様にパーキンス管の凝結部６２では約半
分の凝結部内部表面が流体６６で覆われている。流体が
絶縁体の様に作用するから覆われた凝結部の１／２区域
は相対的に役に立たない。

【００７６】これらの不利は図６Ｂの片よりパーキンス
管３６ｂにより大きく克服される。ここで望ましい実施
例のイプシロンは管内直径の約３／４である。

【００７７】凝結部７４から蒸発部７２を半径方向外方
に片寄らせ、又、使用すべき作用流体６６の量を予め定
めることに依って蒸発部は気体流動の為に必要な空間の
提供はあるが実質的に作用流体に占有される。凝結部は
事実上空いておりなおかつ充分な熱伝達の為の両部の蒸
気連通が維持される。

【００７８】類似する状態が傾斜した図６Ｃの管３６Ｃ
の形状に現われるが、その中の蒸発部８４は傾斜により
回転子上で半径方向外方に向かって変位する。

【００７９】この場合傾斜は凝結室３０の外側の端で開
始し蒸発室２８の外側の端まで一様な角度シータで続
く。

【００８０】作用流体６６が管８２の内部容量の５０％
を占有する条件で、図６Ｃで示す状態は回転子の回転中
得られる：パーキンス管の蒸発部８４は実質上作用流体
が占有すると同時に蒸発部の中で最適の気体流動空間を
提供しその間凝結部の中にある作用流体の量は大きく減
少する。

【００８１】この望ましい結果はやはり図６Ｄの管３６
ｄに示す形体で最大の度合まで得られる。

【００８２】この場合パーキンス管の凝結部９４に対す
る蒸発部９２の半径方向の変位は片寄りと傾斜の組み合
わせにより得られる。それは傾斜が凝結室端末板３４の
外部板よりもむしろ、仕切板２４で開始する点で図６Ｃ
の形体と異なる。けれども望ましい結果は得られ、熱交
換器操作中蒸発部のパーキンス管の実質的に全体に作用
流体６６が流れ込む。図６Ｄの場合の熱伝達能力は図６
Ｃ及び、６Ａのそれと同じである。

【００８３】上の状態で内部熱伝達係数が無限であり内
部蒸発部と凝結部の全体が有効である場合、理論的有益
な効果は以下に定義する熱交換器の例の有効性の改良で
あり７５％にまで上げることである。

【００８４】この目標に対して図４Ａと６Ａの従来の熱
交換器の有効性は４６．５％である。

【００８５】図４Ｂ及び、６Ｂの片寄り型の熱交換器の
有効性は５８．５％である。

【００８６】図４Ｃ及び、６Ｃの単純傾斜型の熱交換器
の有効性は５４．５％である。

【００８７】図４Ｄ、６Ｄの片寄りと傾斜を合わせたも
のの有効性は５８．５％である。

【００８８】比較による研究で図４Ａと６Ａの従来技術
の熱交換器のエネルギー回収は、時間当り４１２，５６
０ＢＴＵを示す。けれども、図４Ｄと６Ｄの改良された
傾斜及び、片寄りの熱交換器は時間当り５１９，０３０
ＢＴＵを示す。

【００８９】同様の条件で金銭上の価値に換算すれば、
従来技術による熱交換器の一年間２０００時間運転する
ものは１００万ＢＴＵ当り燃料コスト１０ドルの場合毎
年エネルギーコスト８，５２１ドルを節約することにな
る。対応する本発明の改良熱交換器は１０，３８１ドル
節約出来るだろう。

【００９０】さらに、この発明の熱交換器は従来の熱交
換器がはたすよりも低い水準まで蒸発室の排気ガスの温
度を減少するから、排気ガスから効果的により広い種類
の凝結出来る汚染物を凝結する。これらは本発明によら
なけらば凝結しなかったものも含む。それらは従ってよ
り多く効果的に取り除くことが出来る。

【００９１】片寄り傾斜、又は、その組み合わせから生
じる熱交換器の有効性の改良の程度をはかる為、典型的
な熱交換器の設計を、典型的なガス温度、流動率で又、
図４Ａと６Ａ、４Ｂと６Ｂ、４Ｃと６Ｃ、４Ｄと６Ｄに
示すパーキンス管の配置、設計及び作用流体充填をもっ
て操作して、またあてはめ得る原理を用いて評価した。
熱交換器設計と操作状態を示す適切なパラメータは前に
述べた評価の結果を要約する継ぎの一覧表の対応させて
注釈１−９に記載されている。

【００９２】

【表１】 １． 米国特許４，６４０，３４４（作用流体フレオン
−ＩＩ）の図１の従来技術を用い、基本的な改良は本発
明の図１のもの（作用流体はフレオン−ＩＩ）とした。

【００９３】２． 排出ガス流動率＝供給ガス流動率＝
１２，３２２．７ポンド／時間 ３． 入口４８における排出ガス温度＝華氏３６８度 ４． 入口５２における供給ガス温度＝華氏 ６８度 ５． パーキンス管（ウルボリントルフィン型Ｈ／Ａ
６１−０９１６０５８） 寸法４２（Ｌｅ）＝寸法４４（Ｌｃ）＝４フィート ６． 入口４８寸法＝出口寸法＝４フィート（軸方向）
×１．１１７フィート（半径方向） ７． パーキンス３６の列毎の数＝３９（２列） ８． 回転速度＝３４０回転／分当り ９． パーキンス管の排出及び、供給ガス側の熱伝達係
数＝１８Ｂｔｕ／時間 − フィート − 華氏 上のエネルギ回数と効率の値は、ここに表す改良された
形体を持つパーキンス管を含んでいる熱交換器に対し大
きく増大されていることを示す。一覧表に表した４例の
熱交換器の熱性能変化は図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに示
すように、もっぱら操作中作用流体の配置が変化するこ
とによる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転熱交換器の縦断面図である。

【図２】図１の２−２に沿った横断面図である。

【図３】拡大図解方式で熱交換器のパーキンス管の構成
要素中で蒸発部を半径方向に片寄らせる所望の態様を示
す図である。

【図４】Ａは米国特許４，６４０，３４４に記述した先
行技術のパーキンス管の図式側面図である。本発明のＢ
−Ｄは熱交換器の対応する図でパーキンス管構成要素の
中で凝結部管に対し蒸発部管の変位を達成する種々の態
様を示す。

【図５】図４Ｄの５−５に沿った横断面図である。

【図６】Ａ−Ｄは図４Ａ−Ｄに類似した拡大図式側面図
であり、先行技術を含めており、また、凝結部管に対す
る蒸発部のパーキンス管の変位関係を図解式に示してい
る。

【符号の説明】 １２・・・回転子、 ２８・・・蒸発室、 ３０
・・・凝結室、３０・・・パーキンス管 ７２・・
・蒸発部、７４・・・凝結部。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子１２、蒸発室２８、凝結室３０を
   有し、これら室には蒸発部７２、８４、９２と凝結部７
   ４、８６、９４を備えた複数のパーキンス管３６が設け
   られている回転型熱交換器において、蒸発部が凝結部よ
   り半径方向外方に変位するようにパーキンス管を据え付
   け、作用流体が実質的に完全に蒸発部を占めかつ流体か
   らの蒸気の流動の為に最小限の空間は残しそして、凝結
   部の作用流体の存在を実質的になくすように管に作用流
   体６６を充填することを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 凝結部７４から蒸発部７２の外方への変
   位は凝結部に対し蒸発部を半径方向に片寄らせることに
   よって得られることを特徴とする請求項１の熱交換器。
3. 【請求項３】 片よりの大きさはパーキンス管３６ｂ内
   径の約１／２から約１５／１６まであり作用流体６６の
   充填は操作中蒸発部７２が約５０％から約９７％の範囲
   で流体６６が充たされ、一方凝結部７４は実質的に流体
   がないことを特徴とする請求項２の熱交換器。
4. 【請求項４】 凝結部８６からの蒸発部８４の外方への
   変位状態はパーキンス管３６ｃを回転子１２の軸に対し
   ある角度で傾斜させることによって得られる請求項１の
   熱交換器。
5. 【請求項５】 パーキンス管３６ｃはパーキンス管３６
   ｃの全長の実質的に全範囲に沿って回転子１２の軸に対
   し傾斜している請求項４の熱交換器。
6. 【請求項６】 傾斜の角度は概ね、平均パーキンス管内
   径割るパーキンス管全長のアークタンジェントによって
   表現される請求項５の熱交換器。
7. 【請求項７】 作用流体６６の充填は、操作中蒸発部８
   ４の容量が約７５％から８５％範囲で流体６６により充
   たされ、そして、凝結部８６の容量は約１５％から２５
   ％範囲で流体に占有される請求項４の熱交換器。
8. 【請求項８】 凝結部９４の軸は回転子１２の回転軸に
   対して大体平行であり蒸発部９２の軸は同時に外方に片
   よりまた半径方向に傾斜し、そして、最初の流体充填は
   熱交換器の操作中蒸発部９２の容量が最大限範囲まで流
   体で満たされ凝結部９４の容量は実質的に空である如き
   ものである請求項４の熱交換器。
9. 【請求項９】 傾斜の角度は概ねパーキンス管３６ｄの
   平均内径と片より寸法間の差を蒸発部９２の長さで割っ
   た比のアークタンジェントによって決定される請求項８
   の熱交換器。
10. 【請求項１０】 片よりの大きさはパーキンス管３６ｄ
    内径の約１／２から１５／１６まであり、最初の作用流
    体６６の充填は蒸発部の操作中蒸発部９２の容量の約７
    ５％から９９％の範囲が流体で充たされ凝結部９４の容
    量は実質的に空である請求項９の熱交換器。