JPH06506762A - 熱または質量を移送する方法および装置 - 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】 熱または質量を移送する方法および装置本発明は回転面によって熱または質量を 移送する方法に関する。本発明はまたこの方法を実施する装置にも関する。

面に隣接する流れを撹乱することにより、流体と前記面の間の熱移送を改善する ことは公知であり、このことはいわゆる平板型熱交換器の場合に伝熱面を波状に することによりまたはこれらの面に乱流発生装置を設けることによって達成され る。

このことは面に隣接する媒体流を撹乱または攪拌するけれども、流体を面に隣接 してまたは連続して流すように誘導することはなく、熱移送を改善するが、その 代わり流体は熱移送面に隣接した静止層のままであり、この層は熱移送工程にお いて断熱効果を有する。

熱移送を改善する別の方法は、回転式熱交換器の場合におけるように、流体を狭 い限定された通路を通って流れさせることであり、流体と壁の間の短い距離が熱 移送を改善するための努力において利用された。この解決法の欠点の一つは、通 路の狭さにも係わらず、流体の大部分が溝または通路の中心を貫流し、熱移送工 程において僅かな役割しか波じないことである。他の欠点は閉塞し易く、しばし ば通路の閉塞を防止するため処置を講する必要があり、それによって装置が一層 高価になることである。

上記二つの場合において、熱または質量移送を改善するためとられる処置は、あ る状態で流れようとする流体流の本来の傾向に逆らう効果を無理に生じさせよう とする試みを含んでいる。

米国特許第　４．０４４．８２４号は、流体適合ベロー状ポケットを有する回転 式熱交換器において、互いに熱交換関係において伝送される二つの流体流の間の 熱交換方法を開示している。冷却される流体と加熱される流体の間に生ずる密度 差は、熱交換および流体の輸送を促進することを意図する乱流状態を発生するた め利用される。しかしながら、この公知の方法の一つの欠点は、全流体流がベロ ー状ポケットにまったく同じ通路を通って出入りすることであり、そのことは熱 交換器の容量を制限しその熱移送に対する能力を損う。その訳は上記のように流 体流の大部分が溝または通路の中心を通るからである。

英国特許第９３６．０５９号はベロー状の外側要素、内側要素および中間要素を 有し、これら三つの要素はその間に媒体が貫流する二つの通路を画定し、その間 で熱交換が起こる熱交換方法および熱交換器を開示している。この方法および図 示された熱交換器は、前記米国特許に対し上記欠点を有している。

上記公知の方法および装置とは異なり、本発明の主な目的は、流体流を撹乱また は流れに不自然な運動を強制することな（、熱移送の指数または回数が流れ力学 の自然現象を利用することにより、熱または質量移送の方法を改善することであ る。この目的に基づき、きわめて高い移送指数または回数が達成される質量およ び熱移送方法が提供される。

本発明の別の目的は、移送作用が容易に所望値まで調節しうる熱および質量移送 方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、熱および質量移送が移送面の大きさ以外の要因に関 連するため、えられる移送回数または指数に比較してコンパクトな熱および質量 移送方法を提供することである。

これらのおよび他の目的は請求の範囲に記載される特徴を有する方法および装置 によって達成される。

以下、本発明をいくつかの例示的実施例および添付図面を参集して一層詳細に説 明する。図面中、第１図は本発明方法を実施する装置の断面図である。

第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ線に沿う本発明装置の断面図である。

第３図は静止流体中で回転する円板付近の速度分布を示す図である。

第４図は流体が円板の中心に供給されるときの円板の対応する流れパターンを示 す図である。

第５図は流体が全速回転中の円板の周辺に供給されたときの対応する流れパター ンを示す図である。

ｊ１６１１！＋は本発明の別の実施例の垂直断面図である。

宵７図は第６図に示された実施例の原理を略示する図である。

第８図は第７図に示された実施例の層流および乱流を示す図である。

第９図は本発明の原理に従って作用する熱交換器の一実施例の部分断面斜視図で ある。

第１０図は第９図のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

箪１１図は第９図のＸＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

第１２図は本発明の原理に従う質量移送装置の断面図である。

第１５１１に示す装置は、回転軸１０にスリーブ１２によって取付けられ、かつ 適当な速度で輪１０ともに回転するように構成された多数の平らな円板を有する 。

輸１０および円板１４は円筒形ハウジング内で回転し、その外壁１６は多数の平 らな円板１８を支持し、円板１８は前記璧に取付けられかつ前記第１の円板１４ の間に突出し軸１０の付近に終り、円板１８と軸１０の間に空間を形成している 。紬１０に取付けられスリーブ１２に嵌合する円板の自由端は、璧１６に設けら れた凹所内にそれぞれ延長している。凹所内にはたとえばラビリンスシールまた は、流体シールのため、軸方向シールが設置され、それらは円板１４と璧１６の 間に確実に漏洩が起こらないようにしている。

璧１６には交互に、二つの円板１４と中間円板１８の間に画定された溝または通 路に流体を供給する入口２０および出口２２が配置されている。各通路は入口２ ０からスリーブ１２と出口２２の後方の間に画定された各凹所まで伸びているこ とが分かるであろう。二つの互いに異なった流体Ｆ　およびＦ２が通路に供給さ れたとき、流体が混合することなしに、交換または移送たとえば熱移送が流体間 に発生する。

第１図の実施例の場合、入口２０および出口２２は装置のハブおよびハウジング 壁に交互に設置されている。この配置は、流体間に対向流効果を生じ、各円板１ ４．１８の面に交換が起こる。

円板１４．１８を異なった速度で回転することにより、たとえば輸１０および輪 と一緒に円板１４を回転することにより、流体の最大半径方向速度成分が円板面 に近い境界層に存在するとき、きわめて有効な移送が得られる。またこの回転は 円板のポンプ作用を発生し、しかも、それは円板１４に適当な形状のまた適当な 角度のブレードまたはベーン２４を設置し、一方円板１８に案内ベーン２６を設 けることによって増幅される。ハウジング壁１６および円板１８を回転すること もうけ入れうることは当然であるが、しかしながら円板１４および１８を相対的 に異なった速度でまた１よ同じ速度で回転することもできる。

第２図は二つの流体Ｆ　およびＦ２の各通路への供給を示す。静止ハウジング１ ６は殻体１１によって囲まれ、殻体１１は隔壁１３によって流体入口および出口 を形成する多数の垂直通路１５に分割されて％する。

図示の実施例の場合、三つの入口２０および三つの出口２２が円板１４の間の各 円板空間に接続され、前記入口および出口は対象とする流体の最大可能なまでに 均一な供給がえられるように、通路の周囲に均一に分配されている。入口および 出口の数ならびに垂直通路の数を所望により変更しうろことが分かるであろう。

第２１！ＩＩは装置全体の断面図であるが、第１図は装置の右半分を示している に過ぎない。

第３図は円板から離れた回転しない流体中の無限の（ｉｎｆｉｎｉｔｅ）回転円 板の流れ機構を示し、また円板近くの速度分布を示している。

流れパターンまたは流れの場は第４図および第５図に示され、第４図は流体が円 板の中心に供給されるときの状態を示し、第５図は円板の周辺に供給された流体 がすでに全速回転し円板の中心に向かって流れる状態を示し、これらは第１図と 同様である。

第６図に示された実施例はその上にスリーブ３２が取付けられた輪３０を宵し、 これらのスリーブ（よ第１図に示された実施例と同様に板３４を支持し、板の外 側の自由端は周囲の７−ウジングの璧３６に終り、前記のようにラビリンスシー ル、軸方向シールまた（↓他の適当なシールに支持されている。同様に、板３８ 　ｉｔ　／％ウジング璧３６に設けられ、輸３０とスリーブ３２の近くで終って いる。

第１図の実施例における円板１４．１８と１嘘異なって、板３４．３８は曲折し て全体的に垂直な円筒面を形成し、それらの間に各通路を通る二つの媒体の全体 的に垂直な通路を形成している。紬３０が回転しそれとともに板３４も回転する とき、ｂｌわゆるティラー流（丁ａｙｌｏｒ　ｆｉａｔ）が板３４．３８の間の 通路１こ発生し、すなわち渦および乱流が発生し、通路内の媒体に通路面の間を 移動させて、二つの互いに分離された流れ媒体間の移送効果たとえば熱移送効果 を改善する。この効果は板３４が回転し、板３８が静止して−）るとき最大であ るが、軸３０に対して璧３６を回転させることもうけ入れ可能で、回転は板３４ ．３８の異なった速度でまたはまったく同じ速度で実施することができる。

また、第６図に示された実施例は流体人口４０および流体出口４２を有し、板３ ４．３８＋よ媒体の案内および給送用のブレードまたはベーン４４，４６を備え ている。第１図に示された実施例と同様に入口４０および出口４２は、通路内を 流れる流体間番二対向流効果を生ずるために、交互に装置のＩ＼ブにまた／Ｘウ ジング璧３６に設けられている。

第６図に示された実施例にお（１て、（１わゆるティラー渦または渦流が第７図 に示すように板３４．３８の垂直部分の間に発生する。測定によれば、レイノル ズ数によって表示しつる軸方向正味流量！１ティラー渦の状態に影１を及ぼし、 箪７１５Ｈに示された線図に従ってティラー数で表示することができ、図にはテ ィラー数がレイノルズ数に対してプロットされている。もつとも良い移送回数ま たは指数は線図のｂとＣの間にある。

第９図はたとえば熱交換器として作用しうる装置を有する本発明の実施例を示し ている。ハウジング５０にはハウジング内の中心スタブ（短管）５４とハウジン グの内周面の間にのびる多数の円板５２が取付けられている。円板５２の各隣接 対は壁５６．５８によって互いに分離され、図示の実施例では四つの部分に、ま た側壁６０によって互いに半径方向に分割されている。また連結スタブ管５４も その二つがそれぞれ６２゜６４で示された、四つの部分もしくは通路に分割され 、それらはスタブの輪方向に延長する互いに交差する壁６６．６８によって分割 されている。装置はまた垂直側壁６５．６７を有し、それらは璧５６．５８と同 様に円板空間を中心の流れから分離している。このようにして、四つの垂直通路 ６２．６４が形成され、それらは下記に一層詳細に記載するように二つの流体Ｆ ｌ　。

Ｆ　を装置を通って別々に輸送する。二つの／１ウジング部分は外壁７０によっ てハウジング周囲から分離され、一方他の二つのハウジング部分は７６において ／＼ウジング周囲に開放している。

黒の矢印で示された第１の流れＦｌは中心スタブ管５４に通路６４内に導入され 、通路６２が開いた円板上に流出し、ついで外向きに開いた７〜ウジング部分の 周囲７６を通ってハウジングから排出する。箪２の流体流Ｆ２は第１のスタブ管 ５４と同心の別のスタブ管７２を通って導入され、ノーウジング内の最上端の円 板５２に流下し、璧５６．’７０の間の空間を過って前記空間に開いた通路上に 分割され、その後垂直通路６４を過ってまたスタブ出ロア４を通ってノ）ウジン グから中心に移送される。装置全体はたとえば３０００　ｒ／鳳の高速で回転す るようになっている。中心から装置の外方に通過する流体Ｆ　１および反対方向 に通過する流体Ｆ　は円板５２上に達するとき一緒に回転され移送効果を増大す る。中心から通過する流体Ｆ１はポンプブレードまたはベーンのように作用する 入口５４のために回転され、一方流体Ｆ２は円板の周囲に進入する際回転され、 この流体は円板５２上に位置する流体より一層高速で回転する。

理解しつるように、第９図の実施例における円板（±第６図に示された装置の円 板と同じ波状構造を備えることができる。

第１２図は質量移送装置、たとえば蒸気または水蒸気を塩溶液にまたは塩溶液か ら、また空気流から移送するｉ置を示している。

中心軸８２を有する回転／Ｘウジング８０内には円板８４の集合体が設置され、 そこに塩溶液が静止供給管８６によって供給され、そこから塩溶液は円周方向の 、山形リング９４を通され、）１ウジレグ外周に設置されハウジングとともに回 転するいくつかの分配管８８内に流下し、前記管は塩溶液を円板３４上に分配す る。

空気がハウジング内に開口９０を通ってそして円板集合体８４上に吹込まれ、そ こで交換が空気と円板上に分配された塩溶液との間で行われる。円板から排出す る塩溶液はたとえばらせんの形状を有する静止フード９２の底部に収集され、静 止フード９２は空気をハウジング８０および円板８４から排出し、また塩溶液も 排出する。

本発明の図示されたすべての実施例、すなわち平らな面および回転円筒面を有す る実施例は、移送特性が表面寸法よりもむしろ速度によって一層よく達成される 、一層コンパクトな接触体を製造することを可能にしている。流れが平行に供給 されるため、大容積流を適当数の円板上に境界層の流れ容量によって許される量 まで分配することができ、流れは最良の効果に達するまで最適化され、もっとも 良い移送能力または移送効果を実施される回転機械的条件に対して提供すること ができる。

以上、熱または質量の移送が二流体間の熱移送として記載されたが、本発明の概 念は第１２図を参照して記載した質量移送のような、他の移送形式にも適用しう ることは明らかである。回転円筒面または円板面は、たとえば、触媒を備えるか または間隙を通る流体の一つ以上の成分に化学的／物理的または他の作用を奏す る液体または固体または同様のコンシスチン／−の物質を備えることができる。

円板面または円筒面付近の間隙において実施される良い移送作用は、流体から面 へのまたは面から流体への成分の移送を促進する。また本発明の図示しかつ説明 された実施例は本発明の範囲を限定するものでなく、また変形または変更が請求 範囲の記載範囲内で実施しうることは明らかである。

国際調査報告 情’ｔＰ’ｔｌ１ｍ−＾−１ｃｍ＋１艶軸仇ＰＣＴ／ＳＥ　９２１００２５４国 際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、’ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、　Ｍ Ｇ、　ＭＮ、　ＮｉＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＳ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．回転面によって熱または質量移送を実施する方法であって、媒体またはその 間で移送が発生する媒体を間に形成されるいくつかの平行な間隙に回転面の周辺 または中心において導入し、それぞれがもっとも良い移送能力を発生するのに適 した流れを有すること、および流れる媒体の大部分を層流または乱流として回転 する移送面に隣接する回転する流れ力学的境界層を通過させ、ついで媒体を前記 回転面の中心または周辺において間隙から排出させることを特徴とする前記回転 面によって熱または質量を移送する方法。
2. ２．前記媒体を回転面の周辺に導入し媒体がすでに前記面の回転方向においてす でに回転していることを特徴とする請求項１に記載の回転面によって熱または質 量を移送する方法。
3. ３．媒体を間隙の中心において導入しかつ媒体を回転面の周辺において排出する こと、またはその反対に導入、排出することを特徴とする請求項１に記載の回転 面によって熱または質量を移送する方法。
4. ４．回転面を互いに同じ速度で回転させることを特徴とする請求項１ないし３の いずれか一項に記載の回転面によって熱または質量を移送する方法。
5. ５．移送効果を制御するように回転面の速度を調節することを特徴とする請求項 １ないし４のいずれか一項に記載の回転面によって熱または質量を移送する方法 。
6. ６．媒体を連続していくつかの互いに隣接する間隙に伝送することを特徴とする 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の回転面によって熱または質量を移送す る方法。
7. ７．媒体を回転円板面の間に画定された一つ以上の間隙に導入することを特徴と する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の回転面によって熱または質量を移 送する方法。
8. ８．媒体を回転円筒面の間に画定された一つ以上の間隙に導入することを特徴と する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の回転面によって熱または質量を移 送する方法。
9. ９．媒体を円筒面と交互に円筒面の間に画定された一つ以上の間隙に導入するこ とを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の回転面によって熱また は質量を移送する方法。
10. １０．媒体を波状の、交互に円板状面と円筒面または円くした面の間に画定され た一つ以上の間隙に導入することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項 に記載の回転面によって熱または質量を移送する方法。
11. １１．いくつかの回転面を互いに異なった速度で駆動することを特徴とする請求 項１ないし９のいずれか一項に記載の回転面によって熱または質量を移送する方 法。
12. １２．いくつかの媒体の間で移送を実施するとき、媒体を隣接する間隙において 対向流として伝送することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載 の回転面によって熱または質量を移送する方法。
13. １３．媒体を静止または回転円板面の回転方向とは反対方向に回転させることを 特徴とする請求項７ないし１２のいずれか一項に記載の回転円板面によって熱ま たは質量を移送する方法。
14. １４．熱を移送するかまたは質量を移送する請求項１ないし９のいずれか一項に 記載の方法を実施する装置であって、前記装置が回転移送面を有し、回転軸（１ ０，３０，８２）に軸支され、かつ互いに隣接する多数の移送面（１４，３４， ５２，８４）、および一つ以上の媒体を平行に通路または移送面の間に形成され た空間に供給する入口（２０，４０，５４，７２，８３）および出口（２２，４ ２，７６，７４，９２）を備えた少なくとも一つの回転体（１６，３６，５０， ８０）を有することを特徴とする熱を移送するかまたは質量を移送する装置。
15. １５．移送面（１４，３４）はハウジング（１６，３６）内で回転する軸（１０ ，３０）に固定され、ハウジングはその周辺に第１の移送面（１４，１８）の間 に延びる別の移送面（１８，３８）を支持し、入口（２０，４０）および出口（ ２２，４２）は軸にまたハウジングの外周にまたはその双方に設けられているこ とを特徴とする請求項１４に記載の熱を移送するかまたは質量を移送する装置。
16. １６．伝達面は平らな円板よりなることを特徴とする請求項１４または１５に記 載の熱を伝達するかまたは質量を移送する装置。
17. １７．移送面は円筒面を形成するため波状であり。円筒面は円板の軸方向に延び 、円板の間に画定された通路は本質的に軸方向にあることを特徴とする請求項１ ４または１５に記載の熱を伝達するかまたは質量を移送する装置。
18. １８．回転体（５０）は隔壁（５６，５８，６０，６５，６７，６６，６８，７ ０）によって部分に分割された多数の円板（５２）を有し、その部分のあるもの は続いて円板を通過し回軸体（５０）からその周辺において排出する媒体（Ｆ１ ）中央入口（５４）に接線され、残りの部分は第２媒体（Ｆ２）が中央入口（５ ４）から別れて回転体（５０）の周辺に供給されついで円板面をこえて中央に設 置された出口（２４）を通り回転体（５０）から排出することを特徴とする請求 項１４に記載の熱を伝達するかまたは質量を移送する装置。