JPH11264680A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的な熱交換を実現することができるコン
パクトな外形寸法の熱交換器を提供する。 【解決手段】 容器胴１内に液体８を収容するととも
に、熱交換流体９を上部軸５ａを介して上部円盤４ａ内
へ導き、熱交換チューブ３および下部円盤４ｂを通って
下部軸５ｂを介して排出する。このとき、モータ７によ
りモータ用ギア７ａおよび軸用ギア６を介して上部軸５
ａを回転させることにより、上部軸５ａに連結された熱
交換チューブ３、上部円盤４ａおよび下部円盤４ｂから
なる熱交換体１０を容器胴１内にて回転させる。そし
て、このようにして熱交換体１０（特に熱交換チューブ
３）を回転させながら容器胴１内に収容された液体８と
熱交換チューブ３内を流れる熱交換流体９との間で熱交
換を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般産業または発電
プラント等にて使用される熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、温度の異なる２種類の流体を
直接的または間接的に接触させて熱交換を行わせる装置
として熱交換器が知られている。図４は従来の円筒形熱
交換器を示す断面図である。図４に示すように、従来の
円筒形熱交換器は、円筒状の容器胴１および蓋２と、容
器胴１の内壁に沿って支持材１６を介してスパイラル状
に取り付けられた熱交換チューブ３とを備え、容器胴１
内に収容された液体８と、熱交換チューブ３内を流れる
冷却水または温水（蒸気）等の熱交換流体との間で熱交
換が行われるようになっている。なお、容器胴１内には
軸１５ａを介してモータ７に接続された羽根（インペラ
ー）１５が配置され、羽根１５の回転により熱交換チュ
ーブ３に接触する液体８が攪拌されるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の円筒形熱交換器においては、容器胴１内にて羽根１５
の回転により攪拌された液体８と、この液体８に接触す
る熱交換チューブ３内を流れる熱交換流体との間で熱交
換が行われるようになっている。

【０００４】しかしながら、従来の円筒形熱交換器で
は、羽根１５による攪拌が容器胴１内で均一に行われな
いので、液体８が熱交換チューブ３に対して均一速度で
接触せず、効率的な熱交換を実現することができないと
いう問題がある。

【０００５】また、羽根１５を配置するためのスペース
を容器胴１内に確保しなければならないので、容器胴１
の寸法が必然的に大きくなるという問題がある。

【０００６】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、効率的な熱交換を実現することができるコ
ンパクトな外形寸法の熱交換器を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１流体を収
容する容器と、前記容器内に配置されるとともにその内
部に第２流体が流れる熱交換体と、前記容器内にて前記
熱交換体を回転させる駆動軸とを備え、前記駆動軸によ
り前記熱交換体を回転させながら前記容器内に収容され
た第１流体と前記熱交換体内を流れる第２流体との間で
熱交換を行うことを特徴とする熱交換器を提供する。

【０００８】本発明によれば、容器内にて熱交換体を回
転させながら容器内に収容された第１流体と熱交換体内
を流れる第２流体との間で熱交換を行うので、容器内に
収容された第１流体を熱交換体に対して均一速度で接触
させることができ、このため効率的な熱交換を実現する
ことができる。また、熱交換体の回転により容器内に収
容された第１流体に旋回流が生じるので、攪拌用の羽根
等を別途設けることなく容器内に収容された第１流体を
攪拌することができ、このためコンパクトな外形寸法の
熱交換器であって第１流体の十分な攪拌によりさらに効
率的な熱交換を実現することができる。さらに、容器に
対して熱交換体を固定する必要がなくなるので、熱交換
体による熱応力が直接容器へ加わらないようにすること
ができ、また熱交換体を容器に取り付けるための支持材
を不要とすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明
する。図１（ａ）（ｂ）は本発明による熱交換器の第１
の実施の形態を示す図である。ここで、図１（ａ）は円
筒形熱交換器を示す断面図、図１（ｂ）は図１（Ａ）に
示す円筒形熱交換器のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【００１０】図１（ａ）（ｂ）に示すように、円筒形熱
交換器は、液体（第１流体）８を収容する円筒状の容器
胴１および蓋２と、容器胴１内に配置されるとともにそ
の内部に熱交換流体（第２流体）９が流れる熱交換体１
０とを備えている。

【００１１】ここで熱交換体１０は、直線状に延びる複
数の熱交換チューブ３と、この各熱交換チューブ３と連
通するよう各熱交換チューブ３の両端にそれぞれ取り付
けられた中空状の上部円盤（第１板状体）４ａおよび下
部円盤（第２板状体）４ｂとを有している。なお、上部
円盤４ａおよび下部円盤４ｂにはそれぞれ中空状の上部
軸（駆動軸）５ａおよび下部軸５ｂが連結され、熱交換
流体９が上部軸５ａを介して上部円盤４ａ内へ導かれ、
熱交換チューブ３および下部円盤４ｂを通って下部軸５
ｂを介して排出されるようになっている。また、上部軸
５ａには軸用ギア６が固着され、モータ７によりモータ
用ギア７ａおよび軸用ギア６を介して上部軸５ａを回転
させることにより、上部軸５ａに連結された熱交換チュ
ーブ３、上部円盤４ａおよび下部円盤４ｂからなる熱交
換体１０を容器胴１内にて回転させることができるよう
になっている。

【００１２】なお、熱交換体１０を構成する複数の熱交
換チューブ３は、図１（ｂ）に示すように、上部円盤４
ａおよび下部円盤４ｂに対する取付け位置（図１（ｂ）
の点線で示された位置）が渦巻状となるよう上部円盤４
ａおよび下部円盤４ｂに取り付けられている。

【００１３】次に、このような構成からなる本発明の第
１の実施の形態の作用について説明する。

【００１４】容器胴１内に液体８を収容するとともに、
熱交換流体９を上部軸５ａを介して上部円盤４ａ内へ導
き、熱交換チューブ３および下部円盤４ｂを通って下部
軸５ｂを介して排出する。このとき、モータ７によりモ
ータ用ギア７ａおよび軸用ギア６を介して上部軸５ａを
回転させることにより、上部軸５ａに連結された熱交換
チューブ３、上部円盤４ａおよび下部円盤４ｂからなる
熱交換体１０を容器胴１内にて回転させる。そして、こ
のようにして熱交換体１０（特に熱交換チューブ３）を
回転させながら容器胴１内に収容された液体８と熱交換
チューブ３内を流れる熱交換流体９との間で熱交換を行
う。

【００１５】このように本発明の第１の実施の形態によ
れば、容器胴１内にて熱交換チューブ３を回転させなが
ら容器胴１内に収容された液体８と熱交換チューブ３内
を流れる熱交換流体９との間で熱交換を行うので、容器
胴１内に収容された液体８を熱交換チューブ３に対して
均一速度で接触させることができ、このため効率的な熱
交換を実現することができる。また、熱交換チューブ３
の回転により容器胴１内に収容された液体８に旋回流が
生じるので、攪拌用の羽根等を別途設けることなく容器
胴１内に収容された液体８を攪拌することができ、この
ためコンパクトな外形寸法の熱交換器であっても液体８
の十分な攪拌によりさらに効率的な熱交換を実現するこ
とができる。なお、このようにして液体８を攪拌させつ
つ熱交換チューブ３に対して均一速度で接触させるの
で、液体８の粘性が高くまたは熱交換チューブ３内を流
れる熱交換流体９が高温である場合等に発生する熱交換
チューブ３の焦げ付き等を効果的に防止することができ
る。さらに、容器胴１に対して熱交換チューブ３を固定
する必要がなくなるので、熱交換チューブ３による熱応
力が直接容器胴１へ加わらないようにすることができ、
また熱交換チューブ３を容器胴１に取り付けるための支
持材を不要とすることができる。

【００１６】また本発明の第１の実施の形態によれば、
熱交換流体９が上部軸５ａを介して上部円盤４ａ内へ導
かれ、熱交換チューブ３および下部円盤４ｂを通って下
部軸５ｂを介して排出されるようになっているので、上
部円盤４ａ、熱交換チューブ３および下部円盤４ｂから
なる熱交換体１０に対して熱交換流体９を供給および排
出するための特別な機構を別途設ける必要がない。

【００１７】さらに本発明の第１の実施の形態によれ
ば、上部円盤４ａおよび下部円盤４ｂに対する取付け位
置が渦巻状となるよう各熱交換チューブ３が上部円盤４
ａおよび下部円盤４ｂに取り付けられているので、容器
胴１内に収容された液体８を熱交換チューブ３に対して
均一速度で接触させつつ、より適切な攪拌を実現するこ
とができる。

【００１８】なお上述した第１の実施の形態において
は、上部円盤４ａに連結される上部軸５ａを駆動軸とし
たが、これに限らず、下部円盤４ｂに連結される下部軸
５ｂを駆動軸としてもよい。また、熱交換流体９を上部
軸５ａ側から供給して下部軸５ｂ側から排出するように
したが、これに限らず、熱交換流体９を下部軸５ｂ側か
ら供給して上部軸５ａ側から排出するようにしてもよ
い。さらに、上部円盤４ａおよび下部円盤４ｂに対する
取付け位置が渦巻状となるよう各熱交換チューブ３を上
部円盤４ａおよび下部円盤４ｂに取り付けているが、適
切な攪拌を実現することができればこれ以外の任意の配
置、例えば各熱交換チューブ３の上部円盤４ａおよび下
部円盤４ｂに対する取付け位置が円周状となるようにし
たり、各熱交換チューブ３の上部円盤４ａまたは下部円
盤４ｂのいずれか一方に対する取付け位置のみが渦巻き
状となるようにしたり、各熱交換チューブ３の上部円盤
４ａまたは下部円盤４ｂに対する取付け位置が不規則と
なるようにしてもよい。

【００１９】第２の実施の形態 次に、図２（ａ）（ｂ）により、本発明による熱交換器
の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の
実施の形態は、熱交換体を構成する熱交換チューブの上
部円盤に対する取付け間隔と、下部円盤に対する取付け
間隔とが異なる点を除いて、他は図１（ａ）（ｂ）に示
す第１の実施の形態と略同一である。本発明の第２の実
施の形態において、図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施
の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省
略する。

【００２０】図２（ａ）（ｂ）に示すように、円筒形熱
交換器の熱交換体１０は、例えば上部円盤４ａに対する
各熱交換チューブ３の取付け間隔が下部円盤４ｂに対す
る各熱交換チューブ３の取付け間隔よりも広くなるよう
にしたり（図２（ａ）参照）、上部円盤４ａに対する各
熱交換チューブ３の取付け間隔が下部円盤４ｂに対する
各熱交換チューブ３の取付け間隔よりも狭くなるように
することにより（図２（ｂ）参照）、熱交換チューブ３
が全体として円錐状となるように配置するとよい。

【００２１】本発明の第２の実施の形態によれば、容器
胴１内に収容された液体８と熱交換チューブ３との抵抗
が上下方向で異なるので、液体８の旋回流とともに上方
から下方へ、または下方から上方への流れを作り出すこ
とができ、このため液体８が比重の異なる２種類以上の
液体を混合したようなものである場合でも効果的に攪拌
することができる。なおこのとき、図１（ｂ）に示すよ
うに、上部円盤４ａおよび下部円盤４ｂに対する取付け
位置が渦巻状となるよう各熱交換チューブ３が上部円盤
４ａおよび下部円盤４ｂに取り付けられているような場
合には、熱交換チューブ３の回転方向を変えることによ
り液体８の上下方向への流れの向きを変えることができ
る。

【００２２】第３の実施の形態 次に、図３により、本発明による熱交換器の第３の実施
の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態
は、二重管構造の上部軸を介して熱交換体に対する熱交
換流体の供給および排出が行われる点を除いて、他は図
１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態と略同一であ
る。本発明の第３の実施の形態において、図１（ａ）
（ｂ）に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号
を付して詳細な説明は省略する。

【００２３】図３に示すように、円筒形熱交換器の上部
軸５ａは外軸１１および内軸１２からなる二重管構造を
なし、内軸１２に連結される内部隔壁１３により上部円
盤４ａ内を２つの空間に仕切られるようになっている。
そして、上部軸５ａの内軸１２内を通って供給された熱
交換流体９は上部円盤４ａの一方の空間および熱交換チ
ューブ３を介して下部円盤４ｂに至り、下部円盤４ｂか
ら熱交換チューブ３および上部円盤４ａの他方の空間を
介して外軸１１と内軸１２との間を通って排出される。

【００２４】本発明の第３の実施の形態によれば、下部
円盤４ｂに下部軸５ｂを連結する必要がなくなるので、
容器胴１の下部における下部軸５ｂの貫通孔をなくすこ
とができ、このため容器胴１の下部からの液体８の漏洩
を防止することができる。

【００２５】なお上述した第１乃至第３の実施の形態に
おいては、駆動軸である上部軸５ａの回転中心軸が鉛直
方向に沿って延びるように円筒形熱交換器を縦置きにし
た場合を例にとり説明したが、駆動軸である上部軸５ａ
の回転中心軸が鉛直方向に対して傾くよう円筒形熱交換
器を傾けて設置したり、横置きにしてもよい。このよう
にすることにより、例えば液体８が比重の異なる２種類
以上の液体を混合したようなものである場合に、これら
の比重の異なる液体同士の液面間を横切るよう熱交換チ
ューブ３が回転するので、これらの比重の異なる液体を
効果的に混合させつつ熱交換を行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、容
器内に収容された第１流体を熱交換体に対して均一速度
で接触させることができ、このため効率的な熱交換を実
現することができる。また、攪拌用の羽根等を別途設け
ることなく容器内に収容された第１流体を攪拌すること
ができ、このためコンパクトな外形寸法の熱交換器であ
っても第１流体の十分な攪拌によりさらに効率的な熱交
換を実現することができる。さらに、熱交換体による熱
応力が直接容器へ加わらないようにすることができ、ま
た熱交換体を容器に取り付けるための支持材を不要とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱交換器の第１の実施の形態を示
す図。

【図２】本発明による熱交換器の第２の実施の形態にお
ける熱交換チューブの配置例を示す図。

【図３】本発明による熱交換器の第３の実施の形態を示
す図。

【図４】従来の円筒形熱交換器を示す断面図。

【符号の説明】

１ 容器胴 ２ 蓋 ３ 熱交換チューブ ４ａ 上部円盤（第１板状体） ４ｂ 下部円盤（第２板状体） ５ａ 上部軸（駆動軸） ５ｂ 下部軸 ６ 軸用ギア ７ モータ ７ａ モータ用ギア ８ 液体（第１流体） ９ 熱交換流体（第２流体） １０ 熱交換体 １１ 外軸 １２ 内軸 １３ 内部隔壁 １５ 羽根 １５ａ 駆動軸 １６ 支持材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１流体を収容する容器と、 前記容器内に配置されるとともにその内部に第２流体が
   流れる熱交換体と、 前記容器内にて前記熱交換体を回転させる駆動軸とを備
   え、 前記駆動軸により前記熱交換体を回転させながら前記容
   器内に収容された第１流体と前記熱交換体内を流れる第
   ２流体との間で熱交換を行うことを特徴とする熱交換
   器。
2. 【請求項２】前記熱交換体は複数の熱交換チューブと、
   この各熱交換チューブと連通するよう各熱交換チューブ
   の両端にそれぞれ取り付けられた中空状の第１板状体お
   よび第２板状体とを有し、前記駆動軸は前記第１板状体
   または前記第２板状体に連結されていることを特徴とす
   る請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】前記駆動軸は前記第１板状体または前記第
   ２板状体内へ第２流体を導くよう中空状となっているこ
   とを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】前記各熱交換チューブは前記第１板状体お
   よび前記第２板状体の少なくとも１つに対する取付け位
   置が渦巻状となるよう前記第１板状体および前記第２板
   状体に取り付けられていることを特徴とする請求項２記
   載の熱交換器。
5. 【請求項５】前記第１板状体に対する前記各熱交換チュ
   ーブの取付け間隔と、前記第２板状体に対する前記各熱
   交換チューブの取付け間隔とが異なることを特徴とする
   請求項記載の熱交換器。
6. 【請求項６】前記駆動軸はその回転中心軸が鉛直方向に
   対して傾いていることを特徴とする請求項１乃至５のい
   ずれか記載の熱交換器。