JPH11153388A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏流を防止して高粘度材料を効果的に冷却す
る。 【解決手段】 高粘度材料が軸方向に沿って内部を貫流
可能な熱交換用パイプ１０と、熱交換用パイプの内部で
軸方向に沿って配設された複数の冷却液パイプ１２と、
熱交換用パイプ内の途中箇所に配置された複数のプレー
ト１６と、熱交換用パイプの外周部を覆う冷却液ジャケ
ット１４と、を含んで熱交換装置５を構成する。プレー
ト１６は、全ての冷却液パイプが貫通する複数の孔を有
しており、冷却液パイプと該孔との間、及びプレート外
周と熱交換用パイプ内壁との間に隙間を設ける。高粘度
材料が、これらの隙間を流れるとき、冷却液パイプ及び
冷却液ジャケットの近傍を強制的に流れるので、効果的
に冷却される。そして、プレート通過後に、乱流が発生
するので、偏流を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却配管が配設さ
れた材料配管内に高粘度材料を貫流させることにより、
該高粘度材料を冷却する熱交換装置に係り、より詳しく
は、材料配管内に流れ断面積を小さくする部材を設置す
ることにより、偏流などを防止して冷却効率を高めた熱
交換装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、高粘度流体材料（非ニュートン
流体）を冷却するための様々な熱交換装置が、国内及び
国外において提案・実施されている。このような熱交換
装置の中には、例えば、多管式熱交換装置で多管内に静
止型混合器を設置した熱交換装置、単一管でジャケット
と管内とに静止型混合器を設置した熱交換装置、及び単
一管にジャケットを外周に設置し冷却水を向流方向に内
部を機械式液体移送することによる熱交換装置等があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の熱交換装置では、非ニュートン流体の高粘度材料を
用いているため、配管パイプ内の高粘度材料全体の流れ
が滞り、部分的な偏った流路を通って流れる、いわゆる
偏流と呼ばれる現象又は高粘度材料に機械的シェアーが
発生するおそれがある。一旦、偏流が発生すると、冷却
水パイプや冷却水ジャケットの近傍を流れた高粘度材料
のみが冷却され、他はあまり冷却されず、全体的な冷却
効率が低下する、という問題が生じる。

【０００４】本発明は、上記事実に鑑みなされたので、
簡単な構成により、偏流を防止して冷却効率を向上させ
た熱交換装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、高粘度材料が軸方向に沿
って内部を貫流可能な材料配管と、前記軸方向に沿って
前記材料配管内に配設された、前記高粘度材料を冷却す
るための冷却配管と、前記高粘度材料が少なくとも前記
冷却配管の周囲近傍に集中して流れるように、前記高粘
度材料の流れ断面積を前記材料配管内の途中箇所で小さ
くする絞り部材と、を含んで構成したものである。

【０００６】ここで、高粘度材料には、高粘度液や、シ
ーリング材、接着剤及びコーティング材などの高粘度液
を成分とする組成物などがある。

【０００７】請求項１の発明では、比較的高温の高粘度
材料を材料配管を通して貫流させたとき、材料配管内に
配設された冷却配管により、高粘度材料が冷却される。
そして、材料配管の途中箇所において、高粘度材料が絞
り部材を通過するとき、流れ断面積が小さくなって、冷
却配管の周囲近傍に集中して流れる。なお、ここでいう
流れ断面積とは、貫流方向に垂直な断面での高粘度材料
の流れる領域の面積をいう。

【０００８】このように本発明では、高粘度材料が、絞
り部材を通過するとき冷却配管の近傍に強制的に集めら
れて流れるので、むらなく、より効果的に冷却される。
また、絞り部材を通過するとき、流れ断面積が小さくな
るので、流速が増加し、絞り部材を通過した後の高粘度
材料の流れは、乱流状態となる。この乱流状態により、
絞り部材を配置していない箇所でも高粘度材料をほぼ均
等に冷却することができる。さらに、乱流の発生によ
り、偏流や機械的シェアーの発生を回避することがで
き、冷却効率を向上することができる。また、本発明で
は、絞り部材と材料配管とのクリアランス面積を材料配
管数により調整できるので、高粘度材料を流す手段とし
てのポンプ等の圧力を大幅に増加させることなく、上記
効果を達成することができる。

【０００９】また、請求項２の発明のように、前記冷却
配管を、複数、設置するのが望ましい。これにより、伝
熱面積が増加し、高粘度材料を、より効果的に冷却する
ことができる。なお、絞り部材も複数の冷却配管に対応
して、高粘度材料が絞り部材を通過するとき、複数の冷
却配管の近傍を集中して流れるように構成される。

【００１０】また、絞り部材の設置数も、偏流防止効果
を考慮して、材料配管の軸方向の長さ等に応じて任意好
適に設定することができ、請求項３の発明のように、絞
り部材を、複数、設置してもよい。

【００１１】前記絞り部材は、例えば、請求項４の発明
のように、該絞り部材が前記材料配管内に配置された状
態で前記冷却配管が貫通可能な孔を有すると共に、該孔
の内周径を、前記冷却配管の外周径よりも大きくするこ
とで構成することができる。これにより、冷却配管と孔
との間に隙間ができ、この隙間を高粘度材料が通過する
ことができる。すなわち、絞り部材の設置個所におい
て、高粘度材料を冷却配管の近傍に集中して流すことが
できる。

【００１２】このとき、請求項５の発明のように、前記
絞り部材の孔と前記冷却配管との間のクリアランスを、
前記冷却配管の外周径と比較して小さくすることが望ま
しい。これにより、冷却配管による冷却効果の十分及ぶ
範囲の冷却配管近傍領域を、高粘度材料が通過すること
ができる。また、乱流を生じやすくすることもできる。

【００１３】なお、請求項６の発明のように、請求項１
乃至請求項５のいずれか１項の前記冷却配管には、冷却
液が流れるようにすることにより、簡単な構成で高粘度
材料を冷却することができる。ここで、冷却液とは、冷
媒であって、水、液化ガス、オイルなどがある。

【００１４】請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６
のいずれか１項に記載の発明において、前記材料配管の
外周部に、前記高粘度材料を冷却するための冷却手段を
さらに設けたことを特徴とする。

【００１５】請求項７の発明では、材料配管を流れる高
粘度材料が、前記冷却手段により材料配管の外周部から
も冷却されるので、冷却効率を向上することができる。
このとき、請求項８の発明のように、冷却手段が材料配
管の外部側面をすべて覆うようにすることにより、伝熱
面積を広くして、冷却効率をさらに向上することができ
る。

【００１６】請求項７又は請求項８の前記絞り部材は、
請求項９の発明のように、前記高粘度材料が、前記冷却
配管の周囲近傍及び前記材料配管の内壁周囲近傍に集中
して流れるように、前記高粘度材料の流れ断面積を前記
材料配管内の途中箇所で小さくする部材として構成する
ことができる。

【００１７】請求項９の発明では、高粘度材料が絞り部
材を通過するとき、冷却配管の近傍のみならず、材料配
管の内壁周囲近傍すなわち冷却手段の近傍に、強制的に
集められて流れるので、むらなく、さらに効果的に冷却
される。

【００１８】請求項９の前記絞り部材を構成するため、
例えば、請求項１０の発明のように、該絞り部材の外周
径が前記材料配管の内壁径よりも小さく、かつ該絞り部
材が前記材料配管内に配置された状態で前記冷却配管が
貫通可能な孔を有すると共に、前記孔の内周径は、前記
冷却配管の外周径よりも大きくすることで実現できる。

【００１９】これにより、冷却配管と孔との間及び絞り
部材と材料配管の内壁との間に隙間ができ、これらの隙
間を高粘度材料が通過することができる。すなわち、絞
り部材の設置個所において、高粘度材料を、冷却配管の
近傍と、冷却手段の冷却効果が十分及ぶ範囲の材料配管
の内壁近傍と、にそれぞれ集中して流すことができる。

【００２０】このとき、請求項１１の発明のように、前
記絞り部材の孔と前記冷却配管との間の第１クリアラン
スは、前記冷却配管の外周径と比較して小さく、かつ前
記絞り部材と前記材料配管の内壁との間の第２クリアラ
ンスは、前記絞り部材の外周径と比較して小さくするの
が望ましい。これにより、冷却配管による冷却効果の十
分及ぶ範囲の冷却配管近傍領域と、冷却手段による冷却
効果の十分及び範囲の材料配管内壁とを、高粘度材料が
それぞれ通過することができる。また、第１及び第２ク
リアランスを小さくすることにより乱流を生じやすくす
ることもできる。

【００２１】なお、請求項１２の発明のように、請求項
７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の前記冷却手段
の内部に、冷却液が流れるようにしてもよい。これによ
り、簡単な構成で高粘度材料を冷却することができる。
また、冷却配管にも冷却液を流す場合には、冷却設備と
冷却液の配送設備を共有化することができる。

【００２２】請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に
記載の絞り部材は、例えば、以下のように構成すること
ができる。

【００２３】請求項１３の発明は、前記絞り部材が、外
周部が前記材料配管の内壁と同形状であり、実質的な平
面を有する平板状部材であることを特徴とする。

【００２４】請求項１４の発明は、請求項１３の前記平
板状部材が、前記平面が前記軸方向に対して略直角とな
るように前記材料配管内の途中に配置されていることを
特徴とする。

【００２５】請求項１５の発明は、請求項１３又は請求
項１４の前記平板状部材が、前記材料配管内で前記軸方
向に沿って延設された支持部材に固定されていることを
特徴とする。

【００２６】請求項１５の発明では、支持部材を、例え
ば絞り部材の中央部で該絞り部材を固定する軸方向に延
びるシャフト等で構成することにより、材料配管内での
冷却配管の配設を容易にすることができる。

【００２７】請求項１６の発明は、請求項１乃至請求項
１５のいずれか１項に記載の発明において、前記材料配
管内で前記絞り部材を前記軸方向に沿って摺動可能な摺
動手段と、をさらに有することを特徴とする。

【００２８】請求項１６の発明では、たとえ偏流や機械
的シェアーが発生したとしても、摺動手段が、材料配管
内で絞り部材を軸方向に沿って摺動するため、流れの状
態を変えて偏流を消滅させることができ、これにより、
さらに冷却効率を高めることができる。また、材料配管
の内壁への高粘度材料の付着を少なくすることができ
る。

【００２９】請求項１６の摺動手段は、例えば、請求項
１７の発明のように、前記材料配管を前記軸方向に沿っ
て貫通し、かつ前記絞り部材を支持するシャフトと、前
記材料配管の外部で該シャフトの端部に取り付けられ、
かつ前記シャフトを前記軸方向に往復駆動する駆動手段
と、を有する手段として構成することができる。

【００３０】請求項１７の発明では、駆動手段がシャフ
トを軸方向に往復駆動するため、該シャフトに支持され
た絞り部材が、材料配管内で軸方向に摺動する。

【００３１】なお、請求項１８の発明のように、複数の
前記絞り部材を、前記シャフトに所定間隔で取り付ける
ことができる。この場合、複数の絞り部材が同時に材料
配管内を往復移動する。

【００３２】また、摺動手段による絞り部材の往復移動
を開始するときの条件として、例えば、請求項１９の発
明のように、前記摺動手段が、所定の開始条件が成立し
たとき、或いは所定の開始指示があったときに、前記絞
り部材を前記軸方向に沿って摺動する。

【００３３】上記所定の開始条件として、予め定められ
た時刻となったとき、或いは、高粘度材料の温度、圧
力、流量などを監視し、所定の基準を比較して異状にな
った可能性が高いときなどが、考えられる。また、所定
の開始指示とは、オペレータによる所定の入力などを指
す。

【００３４】一方、摺動手段による絞り部材の往復移動
を終了するときの条件として、例えば、請求項２０の発
明のように、前記摺動手段が、所定の終了条件が成立し
たとき、或いは所定の終了指示があったときに、前記絞
り部材の摺動を停止する。

【００３５】上記所定の終了条件として、絞り部材が所
定回数往復したとき、往復運動を開始してから所定時間
が経過したとき、及び偏流が消滅したと判定されたとき
などが考えられる。また、所定の終了指示とは、オペレ
ータによる所定の入力などを指す

【００３６】

【発明の実施の形態】図１には、本発明の実施形態に係
る熱交換装置の構造を示す断面正面図が示されている。
同図に示すように、本実施形態に係る熱交換装置５は、
高粘度材料を流して熱交換を行うための材料配管とし
て、径の太い円柱状の熱交換用パイプ１０を備えてい
る。この熱交換用パイプ１０の図の上側及び下側のパイ
プ端部は、それぞれ上端部材３０及び下端部材３１によ
って覆われている。

【００３７】熱交換用パイプ１０の側面下部には、比較
的高温の高粘度材料が供給される高粘度材料供給ポート
２２Ａが設けられており、熱交換用パイプ１０の側面上
部には、該熱交換用パイプ内を流れてきた高粘度材料が
排出される高粘度材料排出ポート２２Ｂが設けられてい
る。すなわち、高粘度材料供給ポート２２Ａから供給さ
れた高粘度材料は、全体的には、熱交換用パイプ１０内
を図の貫流方向Ｓに沿って流れ、最終的に高粘度材料排
出ポート２２Ｂから排出される。

【００３８】また、上端部材３０及び下端部材３１の中
央部には、熱交換用パイプ１０の軸線１５方向に沿って
配置されたシャフト２０が貫通している。このシャフト
２０は、上端部材３０及び下端部材３１の中央付近にそ
れぞれ設けられた上側シャフト軸受け部３３及び下側シ
ャフト軸受け部３５により支持されている。これらの上
側シャフト軸受け部３３及び下側シャフト軸受け部３５
は、熱交換用パイプ１０の軸方向に沿ってシャフト２０
が上下（図のＱ方向）に摺動可能なように構成されてい
る。なお、シャフト２０は、下端部材３１及び上端部材
３０を貫通するが、高粘度材料が漏れないように、シャ
フトと部材との間はシール（軸封）されている。

【００３９】熱交換用パイプ１０の上側には、油圧シリ
ンダー１８が収容されたハウジング１１が設けられてい
る。この油圧シリンダー１８は、上側シャフト軸受け部
３３から突出したシャフト２０に、取り付け部材１９を
介して連結されており、入力指令に応じてシャフト２０
を所定の上限及び下限の位置範囲内で上下に摺動させ
る。また、ハウジング１１内の所定の２箇所に、それぞ
れ取り付け部材の通過を検知するための上限リミットス
イッチ２８及び下限リミットスイッチ２９が設置されて
いる。これらのリミットスイッチは、後述する制御装置
に接続されており、該制御装置は、各々のリミットスイ
ッチ出力信号に基づいて、シャフト２０の上限位置及び
下限位置の判定を行う。

【００４０】また、熱交換用パイプ１０の下端部材３１
には、冷却液供給ポート２４Ａから供給された冷却液を
一時的に貯めておく冷却液供給室３４Ａと、冷却液排出
ポート２４Ｂから排出するための冷却液を一時的に貯め
ておく冷却液排出室３４Ｂと、が取り付けられている。
そして、冷却液供給室３４Ａ及び冷却液排出室３４Ｂか
ら、熱交換用パイプ１０の軸線１５と平行な方向に沿っ
て、該熱交換用パイプ内に複数（本実施形態の例では、
５４個）の冷却液パイプ１２が延設されている。

【００４１】これらの冷却液パイプ１２は、熱交換用パ
イプ１０の上端部材３０を貫通し、該部材上に設けられ
た、冷却液を一時的に貯めておくための冷却液室３２に
接続されている。なお、冷却液パイプは、下端部材３１
及び上端部材３０を貫通するが、高粘度材料が漏れない
ように、パイプと部材との間はシール（軸封）されてい
る。

【００４２】このように本実施形態では、冷却液供給ポ
ート２４Ａから供給された冷却液が、冷却液供給室３４
Ａに一旦貯まり、そこから延設された冷却液パイプ１２
を通って、上端部の冷却液室３２に流入する。冷却液室
３２に貯まった冷却液は、冷却液排出室３４Ｂに接続さ
れた他の冷却液パイプを通って流れた後、冷却液排出室
３４Ｂに流入し、冷却液排出ポート２４Ｂから排出され
る。すなわち、冷却液は、熱交換用パイプ１０内を往復
しながら、その周囲の高粘度材料を冷却する。

【００４３】さらに、本実施形態では、熱交換用パイプ
１０の側面外周を覆うように、冷却液ジャケット１４が
取り付けられている。この冷却液ジャケット１４は、内
部が中空となっており、冷却液が供給される冷却液供給
ポート２６Ａを側面下部に、冷却液が排出される冷却液
排出ポート２６Ｂを側面上部に、有している。冷却液供
給ポート２６Ａに供給された冷却液は、冷却液ジャケッ
ト１４の内部を満たし、最終的に冷却液排出ポート２６
Ｂから排出される。すなわち、冷却液ジャケット１４
は、外側から熱交換用パイプ１０内の高粘度材料を冷却
する。

【００４４】また、熱交換用パイプ１０内には、複数
（本実施形態の例では、４個）の薄い円板状のプレート
１６が設置されている。これらのプレート１６は、隣接
するプレート間隔が所定間隔となるように、取り付け具
１７を介してシャフト２０に各々固定されている。

【００４５】ここで、プレート１６の上面図及び側面図
を図３に示す。同図に示すように、プレート１６は、互
いに平行な２つの平面部４１を有しており、その輪郭形
状は、熱交換用パイプ１０の内壁断面円の直径よりも、
わずかに小さい半径を有する円とされている。また、プ
レート１６には、すべての冷却液パイプ１２を貫通させ
るための複数（本実施形態の例では５４個）の孔４０が
２つの平面部４１を貫通して設けられている。これらの
孔４０は、その直径が、冷却液パイプ１２の断面直径よ
りもわずかに大きい直径を有しており、その平面部４１
が軸線１５に対して垂直に配置された状態で、すべての
孔４０にすべての冷却液パイプが貫通するように、位置
決めされている。

【００４６】実際にプレート１６を熱交換用パイプ１０
内に配置した状態の概念図を、図４に示す。同図に示す
ように、プレート１６は、すべての孔４０にすべての冷
却液パイプ１２が貫通するように（図では一部のみ記
載）、シャフト２０上の所定位置に固定される。そし
て、このとき、プレート１６の平面部４１と、軸線１５
とは略垂直に交わっている。

【００４７】ここで、プレート１６は、その直径が、熱
交換用パイプ１０の内壁直径よりもわずかに小さくなる
ように製作されているため、図５（ａ）に示すように、
配管用パイプ１０の内壁１３とプレート１６の外周との
間に、ほぼ一様なクリアランスＣ２（例えば約５ｍｍ）
が生じる。また、プレート１６の孔４０の直径は、冷却
液パイプ１２の直径よりもわずかに大きいため、図５
（ｂ）に示すように、孔４０の内壁と冷却液パイプ１２
の外周との間に、ほぼ一様なクリアランスＣ１（例えば
約１ｍｍ）が生じる。

【００４８】なお、上記の熱交換装置５は、例えば、図
２に示すような熱交換システムに適用される。同図に示
すように、この熱交換システムは、システム全体を制御
・管理する制御装置５０と、高粘度材料を供給する高粘
度材料供給装置５７と、冷却液を供給する冷却液供給装
置６１と、冷却された高粘度材料を貯留する貯留タンク
６５と、を有している。

【００４９】このうち高粘度材料供給装置５７は、冷却
対象となる比較的高温（例えば、６０℃〜８０℃）の高
粘度材料を貯蔵しておく高粘度材料タンク５６と、該タ
ンクの高粘度材料を熱交換装置５に供給するときの供給
路となる高粘度材料供給パイプ６２と、該パイプの途中
に設けられたポンプ５８と、を備えている。

【００５０】高粘度材料供給パイプ６２は、高粘度材料
タンク５６から延設されており、熱交換装置５の高粘度
材料供給ポート２２Ａに連結されている。また、ポンプ
５８は、高粘度材料供給パイプ６２を介して、高粘度材
料タンク５６から高粘度材料を汲み上げ、所定圧力で熱
交換装置５へ吐出する。

【００５１】また、冷却液供給装置６１は、熱交換装置
５の内部及び外部を通って循環する冷却液を冷却するた
めの冷却装置６０と、該冷却装置により冷却された冷却
液を熱交換装置５に供給するときの供給路となる冷却液
供給パイプ６７と、熱交換装置５から冷却装置６０へ冷
却液を排出するときの排出路となる冷却液排出パイプ７
０と、冷却液供給パイプ６７の途中に設けられたポンプ
６８と、を備えている。

【００５２】冷却装置６０は、冷却液排出パイプ７０を
通って流入した冷却液を、冷却液供給パイプ６７に流出
する途中で、装置内部を流れる冷却液を冷却するための
図示しない冷却手段を有している。この冷却手段は、例
えば、冷媒（例えばフロンガス）を凝縮させる工程及び
蒸発させる工程の繰り返しからなる冷凍サイクルを用
い、該冷媒の蒸発課程で冷却液から熱を吸収することに
より実現できる。

【００５３】例えば、熱交換装置５に供給すべき冷却液
の温度が約１０℃のとき、熱交換装置５から排出された
冷却液の温度が１２℃〜１３℃に上昇しても、この冷却
装置６０により、約１０℃にまで温度が下げられ、再び
熱交換装置５に供給される。なお、冷却装置６０は、制
御装置５０と接続されており、該制御装置５０の指令に
より運転制御される。例えば、１０℃の冷却液を常に供
給するように制御される。

【００５４】冷却液供給パイプ６７は、途中で２つのパ
イプに分岐し、一方は、冷却液パイプ１２の冷却液供給
ポート２４Ａに連結され、他方は、冷却液ジャケット１
４の冷却液供給ポート２６Ａに連結される。また、冷却
液排出パイプ７０も途中で２つのパイプに分岐し、一方
は、冷却液パイプ１２の冷却液排出ポート２４Ｂに連結
され、他方は、冷却液ジャケット１４の冷却液排出ポー
ト２６Ｂに連結される。

【００５５】また、ポンプ６８は、所定圧力で冷却液を
吐出することにより、熱交換装置５と冷却装置６０とを
循環する冷却液の流れを生成する。

【００５６】熱交換装置５の高粘度材料排出ポート２２
Ｂは、高粘度材料排出パイプ６４を介して貯留タンク６
５と連結されている。貯留タンク６５には、熱交換装置
５から排出された、冷却後の高粘度材料が貯留される。
貯留タンク６５に貯留された高粘度材料は、例えば充填
機などに送られ、所定の収容物に充填される。

【００５７】また、制御装置５０は、オペレータから該
制御装置に情報を入力する手段としての入力部５２と、
該入力部からの入力結果や本熱交換システムの各種測定
量（高粘度材料の温度、圧力及び流量、冷却液の温度、
圧力及び流量）等を表示するための表示部５４と、を備
えている。この制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯ
Ｍなどを有し、所定のプログラムに従ってシステム全体
を制御・管理するパーソナルコンピュータとして構成す
ることができる。

【００５８】この制御装置５０は、少なくとも油圧シリ
ンダー１８の図示しない駆動装置、上限リミットスイッ
チ２８及び下限リミットスイッチ２９と接続されてい
る。制御装置５０は、所定条件が成立したと判定したと
き、又はオペレータからの指示を受けたときに油圧シリ
ンダー１８を上下に動かすように駆動装置を制御すると
共に、各々のリミットスイッチ出力信号に基づいて、シ
ャフト２０の上限位置及び下限位置を越えないように油
圧シリンダーの往復運動を制限する。

【００５９】また、制御装置５０は、ポンプ５８、ポン
プ６８及び冷却装置６０と接続されており、高粘度材料
の流量、冷却液の流量、冷却温度等を制御することがで
きる。

【００６０】例えば、高粘度材料供給パイプ６２、冷却
液供給パイプ７０等にパイプ内の圧力を測定する圧力計
（図示せず）をそれぞれ設け、制御装置５０が測定圧力
を監視できるようにしてもよい。この場合、測定圧力が
所定圧力又は入力部５２から入力された圧力となるよう
に、制御装置５０がポンプ５８及びポンプ６８を制御す
ることも可能である。

【００６１】さらに、熱交換用パイプ１０の内部や冷却
液供給パイプ７０の内部に温度計（図示せず）を設け、
高粘度材料が所定の温度まで温度低下するように、制御
装置５０が冷却液の温度、高粘度材料の流量、冷却液の
流量等を制御することもできる。

【００６２】なお、各パイプの所定箇所に、逆流防止
弁、制御装置５０により制御可能な制御弁等を設けても
よい。

【００６３】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００６４】冷却液供給装置６１から冷却液が供給され
ると、熱交換装置５の冷却液供給ポート２４Ａ、２６Ａ
に至り、それぞれ供給室３４Ａと接続された複数の冷却
液パイプ１２と、冷却液ジャケット１４に流入する。複
数の冷却液パイプ１２へ流入した冷却液は、該冷却パイ
プ内を熱交換用パイプ１０の下端部から上端部まで上昇
し、冷却液室３２で一旦、合流した後、排出室３４Ｂと
接続された複数の冷却液パイプ１２を通って、熱交換用
パイプ１０の上端部から下端部まで下降し、冷却液排出
ポート２４Ｂから冷却液排出パイプ７０を通って冷却装
置６０に排出され、所定温度に冷却された後、再び熱交
換装置５へ供給される。

【００６５】また、冷却液ジャケット１４へ供給された
冷却液は、該ジャケット内を満たした後、冷却液排出ポ
ート２６Ｂから冷却液排出パイプ７０を通って冷却装置
６０に排出され、所定温度に冷却された後、再び熱交換
装置５へ供給される。

【００６６】一方、高粘度材料供給装置５７から高粘度
材料が供給されると、熱交換装置５の高粘度材料供給ポ
ート２２Ａに至り、熱交換用パイプ１０内を下端部から
上端部へ向かって（図１のＳ方向）流れる。このとき、
冷却液が流れて温度の低下した冷却パイプ１２及び冷却
液ジャケットの近傍を流れた高粘度材料は、冷却され
る。本実施形態では、多数の冷却パイプ１２と、熱交換
用パイプ１０の側面部を覆っている冷却液ジャケット１
４とを、冷却手段として用いているため、伝熱面積が大
きくなり、冷却効果を向上することができる。

【００６７】通常の場合、油圧シリンダー１８を駆動せ
ず、シャフト２０を所定位置に固定しておくので、高粘
度材料は、熱交換用パイプ１０内に配置された４枚のプ
レート１６が所定位置に固定された状態で熱交換用パイ
プ１０内を貫流する。

【００６８】高粘度材料がこれらのプレート１６を通過
するとき、高粘度材料は、冷却液パイプ１２とプレート
１６の孔４０との間の隙間（図５（ｂ）のクリアランス
Ｃ１）及び熱交換用パイプ１０の内壁１３とプレート１
６の外周部との間の隙間（図５（ｂ）のクリアランスＣ
２）を通って流れる。このとき、プレート１６を通過す
るすべての高粘度材料は、冷却液パイプ１２と冷却液ジ
ャケット１４のきわめて近傍を強制的に流されることに
なるので、高粘度材料がむらなく冷却され、冷却効率が
向上する。

【００６９】さらに、図４に示すように、小さなクリア
ランスＣ１、Ｃ２を通ってプレート１６を通過した高粘
度材料の流れは、乱流状態（図４では流線の乱れとして
表している）となるので、偏流の発生を回避することが
できる。このように乱流を発生させ、偏流を防止するこ
とにより、すべての高粘度材料をほぼ均等に冷却して、
冷却効率を向上させることができる。

【００７０】乱流状態となった高粘度材料の流れは、上
段にあるプレートを順次通過し、強制冷却及び乱流発生
を繰り返しながら冷却効率をさらに高め、最終的に熱交
換用パイプ１０の上端部に達した高粘度材料は高粘度材
料排出ポートから排出され、貯留タンク６５に貯留され
る。

【００７１】また、制御装置５０は、所定の開始条件が
成立したとき、或いはオペレータからの開始指示があっ
たとき、油圧シリンダー１８を駆動させることにより、
シャフト２０を所定の上限位置から所定の下限位置まで
の範囲内で図１のＱ方向に沿って往復移動させる。これ
に伴い、シャフト２０に固定されたプレート１６も、図
４のＰ方向に沿って上下に往復移動する。

【００７２】制御装置５０は、所定の終了条件が成立し
たとき、或いはオペレータからの終了指示があったと
き、シャフト２０が任意位置（例えば図１の上限位置）
にきたところで油圧シリンダーを停止させる。

【００７３】たとえ熱交換用パイプ内で高粘度材料の偏
流が発生したとしても、本実施形態のようにプレート１
６を往復移動させることによって、流れの状態を変える
ことができ、偏流を消滅させることができる。また、偏
流が発生していなくてもプレート１６の往復移動により
乱流状態が強くなるので、偏流が発生する前段階の流れ
を変え、偏流の発生を未然に防止することができる。ま
た、内壁への高粘度材料の付着を少なくすることができ
る。

【００７４】なお、プレート１６の往復運動を開始する
ための開始条件として、例えば、予め定められた時刻と
なったとき、或いは、高粘度材料の温度、圧力、流量な
どを監視し、所定の基準を比較して異状になった可能性
が高いときに、往復運動を開始することなどが考えられ
る。また、プレート１６の往復運動を終了するための終
了条件として、例えば、プレートが所定回数往復したと
き、或いは往復運動を開始してから所定時間が経過した
ときに、往復運動を終了することなどが考えられる。さ
らに、高粘度材料温度を監視し、所定の基準値と比較し
て合格と判定されたときに往復運動を終了するようにし
てもよい。

【００７５】以上が本発明の実施形態であるが、本発明
は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において任意好適に変更可能であ
る。

【００７６】例えば、熱交換用パイプ１０内に配置され
たプレート１６や該プレートに設けられた孔の個数は、
各種条件が許す限り任意の個数を選択することが可能で
ある。また、プレート１６、孔４０、冷却液パイプ１
２、冷却液ジャケット１４及び熱交換用パイプ１０に関
する形状、寸法、及び配置方法も、本発明の効果を奏す
る限り、変更可能である。

【００７７】また、図２の熱交換システムにおいて、熱
交換用パイプ１０の数を、複数、設けることもできる。
この場合、プレート１６と熱交換用パイプ１０との間の
クリアランス面積を熱交換用パイプの数により調整でき
るので、ポンプ５８の吐出圧力を大幅に増加させる必要
がなくなる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至請求
項２０の発明によれば、高粘度材料が冷却配管等の近傍
に集中して流れるように、高粘度材料の流れ断面積を材
料配管内の途中箇所で小さくする絞り部材を配置すると
いうきわめて簡単な構成により、より効果的に高粘度材
料を冷却することができると共に、偏流や機械的シェア
ーの発生を防止して冷却効率を向上することができる、
という優れた効果が得られる。

【００７９】特に、請求項１６乃至請求項２０の発明に
よれば、材料配管内で絞り部材を軸方向に沿って摺動す
る摺動手段を設けたため、たとえ偏流が発生したとして
も、流れの状態を変えて偏流を消滅させることができ、
これにより、さらに冷却効率を高めることができる、と
いう効果が得られる。また、材料配管の内壁への高粘度
材料の付着を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る熱交換装置の構造を示
す断面正面図である。

【図２】本発明の実施形態に係る熱交換装置が適用され
る熱交換システムの概要図である。

【図３】本発明の実施形態に係る熱交換装置で用いられ
るプレートの上面図及び側面図である。

【図４】図３のプレートを本発明の実施形態に係る熱交
換装置に配置した状態を示す概念図である。

【図５】クリアランスを説明するための図であって、
（a)は、プレートと熱交換用パイプとの間のクリアラン
スＣ２ 、（ｂ）は、冷却液パイプとプレートの孔との
間のクリアランスＣ１を示す図である。

【符号の説明】

５ 熱交換装置 １０ 熱交換用パイプ（材料配管） １２ 冷却液パイプ（冷却配管） １４ 冷却液ジャケット（冷却手段） １６ プレート（絞り部材） １８ 油圧シリンダー（駆動手段） ２０ シャフト ４０ 孔 ５０ 制御装置

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高粘度材料が軸方向に沿って内部を貫流
   可能な材料配管と、 前記軸方向に沿って前記材料配管内に配設された、前記
   高粘度材料を冷却するための冷却配管と、 前記高粘度材料が少なくとも前記冷却配管の周囲近傍に
   集中して流れるように、前記高粘度材料の流れ断面積を
   前記材料配管内の途中箇所で小さくする絞り部材と、 を含む熱交換装置。
2. 【請求項２】 前記冷却配管を、複数、設置したことを
   特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
3. 【請求項３】 前記絞り部材を、複数、設置したことを
   特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換装置。
4. 【請求項４】 前記絞り部材は、該絞り部材が前記材料
   配管内に配置された状態で前記冷却配管が貫通可能な孔
   を有すると共に、該孔の内周径は、前記冷却配管の外周
   径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３
   のいずれか１項に記載の熱交換装置。
5. 【請求項５】 前記絞り部材の孔と前記冷却配管との間
   のクリアランスは、前記冷却配管の外周径と比較して小
   さいことを特徴とする請求項４に記載の熱交換装置。
6. 【請求項６】 前記冷却配管には、冷却液が流れること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記
   載の熱交換装置。
7. 【請求項７】 前記材料配管の外周部に、前記高粘度材
   料を冷却するための冷却手段をさらに設けたことを特徴
   とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱
   交換装置。
8. 【請求項８】 前記冷却手段は、前記材料配管の外部側
   面をすべて覆っていることを特徴とする請求項７に記載
   の熱交換装置。
9. 【請求項９】 前記絞り部材は、前記高粘度材料が、前
   記冷却配管の周囲近傍及び前記材料配管の内壁近傍に集
   中して流れるように、前記高粘度材料の流れ断面積を前
   記材料配管内の途中箇所で小さくする部材であることを
   特徴とする請求項７又は請求項８の熱交換装置。
10. 【請求項１０】 前記絞り部材は、該絞り部材の外周径
    が前記材料配管の内壁径よりも小さく、かつ該絞り部材
    が前記材料配管内に配置された状態で前記冷却配管が貫
    通可能な孔を有すると共に、 前記孔の内周径は、前記冷却配管の外周径よりも大きい
    ことを特徴とする請求項９に記載の熱交換装置。
11. 【請求項１１】 前記絞り部材の孔と前記冷却配管との
    間の第１クリアランスは、前記冷却配管の外周径と比較
    して小さく、かつ前記絞り部材と前記材料配管の内壁と
    の間の第２クリアランスは、前記絞り部材の外周径と比
    較して小さいことを特徴とする請求項１０に記載の熱交
    換装置。
12. 【請求項１２】 前記冷却手段の内部に、冷却液が流れ
    ることを特徴とする請求項７乃至請求項１１のいずれか
    １項に記載の熱交換装置。
13. 【請求項１３】 前記絞り部材は、外周部が前記材料配
    管の内壁と同形状であり、実質的な平面を有する平板状
    部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の
    いずれか１項に記載の熱交換装置。
14. 【請求項１４】 前記平板状部材は、前記平面が前記軸
    方向に対して略直角となるように前記材料配管内の途中
    に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の
    熱交換装置。
15. 【請求項１５】 前記平板状部材は、前記材料配管内で
    前記軸方向に沿って延設された支持部材に固定されてい
    ることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の
    熱交換装置。
16. 【請求項１６】 前記材料配管内で前記絞り部材を前記
    軸方向に沿って摺動可能な摺動手段と、 をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項１
    ５のいずれか１項に記載の熱交換装置。
17. 【請求項１７】 前記摺動手段は、 前記材料配管を前記軸方向に沿って貫通し、かつ前記絞
    り部材を支持するシャフトと、前記材料配管の外部で該
    シャフトの端部に取り付けられ、かつ前記シャフトを前
    記軸方向に往復駆動する駆動手段と、 を有することを特徴とする請求項１６の熱交換装置。
18. 【請求項１８】 複数の前記絞り部材が、前記シャフト
    に所定間隔で取り付けられていることを特徴とする請求
    項１７の熱交換装置。
19. 【請求項１９】 前記摺動手段は、所定の開始条件が成
    立したとき、或いは所定の開始指示があったときに、前
    記絞り部材を前記軸方向に沿って摺動することを特徴と
    する請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載の
    熱交換装置。
20. 【請求項２０】 前記摺動手段は、所定の終了条件が成
    立したとき、或いは所定の終了指示があったときに、前
    記絞り部材の摺動を停止することを特徴とする請求項１
    ９に記載の熱交換装置。