JPS5827275Y2 - 回転式ヒ−トパイプ熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、１次流体と２次流体との間に熱の交換を行な
う熱交換部がヒートパイプを備えかつ回転する回転式ヒ
ートパイプ熱交換器に関するものである。

従来、工場設備や炉などから排出される温度の高い燃焼
ガス、空気、廃蒸気などの廃ガスはその１１捨てられる
ことが多くエネルギー経済上も熱汚染公害上も問題があ
り、これを防ぐため、熱交換器によりこれら廃熱を回収
して他に利用することが行なわれているが、熱交換器内
の伝熱部分は固定しているので熱受授の伝熱効果が比較
的低く熱交換器が大きくなる欠点があった。

また伝熱管と流体との接触を良好にするには相対的に活
発に移動せしめればよいが伝熱管群を動かす機構は複雑
かつ高価なるゆえ大型になると実用的でない。

これを改良したものとして管板を貫通するフィン付きの
ヒートパイプ群により管板の両側の室の流体間の熱交換
を行なうヒートパイプ熱交換方式が用いられ、さらに流
体とヒートパイプとの伝熱効果を高める為にヒートパイ
プ群を回転せしめる回転式ヒートパイプ熱交換器が提案
されている。

従来のものの一例を第１図に示せば、２（ｖＡのケーシ
ング１，２はそれぞれ吸込口３，４、渦巻室５゜６、吐
出ロア、８を有し、管板９により互に仕切られている。

ケーシング１，２は固定されているが、管板９は軸１０
、軸受１１，１２により支えられてケーシング１，２の
中で回転可能に備えられている。

管板９には複数本のヒートパイプ１３が管板９を貫通し
て備えられ両ケーシング１，２内を通過する流体の熱交
換を行なう。

管板９はケ−シンク１及び２に対して相対的に回転運動
を行なうので相対運動部分である第１図Ａ部にはガスの
漏洩、外気の吸入などを防ぐためシールを必要とする。

このシールに機械式のシールを用いる場合には、管板９
の外周部Ａ部をシールする場合は装置が大型になると熱
交換流体間の混合及びリークを防止するシール技術に高
度のものが要求さへ機械的シールは製作上、精度保持上
大型のものは実用化が非常に困難でかつ高価なものとな
り、保守も容易なものではない。

本考案は、相対的に回転運動を行なうケーシングと管板
との間に液封部を設け、且つ管板に昇圧機構を設けるこ
とにより、従来のものの上記の欠点を除き、かつあらゆ
る回転軸の姿勢に対して有効に作用し、簡単な構造にて
大型の装置に対しても容易に確実にシールが行なえ製作
、組立及び保守が極めて容易でかつ安価な回転式ヒート
パイプ熱交換器を提供することを目的とするものである
。

本考案は、ヒートパイプを貫通せしめかつ回転可能に支
えられた管板を備え、該管板にて互に仕切られかつ周囲
を静止したケーシングによって区画された２個の流体室
を有し、該管板の回転により管板とケーシング周壁との
間に液の保持を可能とする液封部を備え、且つ管板に昇
圧機構を備えたことを特徴とする回転式ヒートパイプ熱
交換器である。

本考案を実施例につき図面を用いて説明する。

第２図は本考案による回転式ヒートパイプ熱交換器の一
実施例であり、第３図は第２図における液封部（Ｂ部）
詳細図である。

２個のケーシング１゜２はそれぞれ吸込口３，４、渦巻
室５，６、吐出ロア、８を有し、管板９により互に仕切
られている。

ケーシング１，２は固定されているが、管板９は軸１０
、軸ｉ１１．１２により支えられてケーシング１，２の
中で回転可能に備えられている。

管板９には複数本のヒートパイプ１３が管板９を貫通し
て備えられ両ケーシング１，２内を通過する流体の熱交
換を行なうようになっている。

液封部は複数のヒートパイプ１３を貫通せしめた管板９
と１次・２次流体室ケーシング側壁１４，１５及びケー
シング周壁１６で構成され、管板９の回転により封入さ
れたシール液１７が液封部全周にわたって保持されるこ
とによって１次流体と２次流体とは遮断されシールされ
る。

このときの作用は円板摩擦ポンプと同様のもので、管板
９の回転によってシール液１７には粘性に基づくせん断
力が作用し第４図に示すような管板９の径方向に圧力分
布を生じる。

このときの液封部の圧力・くランスは第４図の記号を用
いて以下のように示される。

ここに、ρ：シール液の密度、ω：管板の角速度、Ｒ：
管板の半径、 Ｐ□、Ｐ２：液体の圧力 Ｒ１，Ｒ２：液体とシール液との界面の半径に１．に２
：角速度係数（シール液の角速度／管板の角速度） 添字０，２はそれぞれ１次流体、２次流体を示す。

即ち、１次・２次流体間の差圧は、液封部構造、シール
液の種類及び運転条件が決１れば、シール液界面半径の
差（△Ｒ）にてバランスされ、１次２次流体間の漏洩を
防ぐことができる。

ここで、１次流体を排ガス等の高温のガス状流体、２次
流体を低温のガス状流体とする場合を考えると、一般に
両流体は下記の様な性質を有する。

１次流体は一般に （１）ダストを含有する腐食性流体であることが多（ゝ
０ （２）入口部で２００℃以上の高温であることが多い○ （３）低温腐食の見地よりブロワ−を熱交換器の上流側
に配置するゆえ、比較的高い圧力を持つことが多い。

又、２次流体は一般に （１）空気で代表され、比較的クリーンな流体であるこ
とが多い。

（２）入口部の温度が常温であることが多い。

（３）ブロワ−を熱交換器の上流側又は下流側のいずれ
にも配置できるゆえ、熱交換器内の圧力に設計的な配慮
が可能である。

従って、特に１次流体についてダストの除去、材料腐食
、熱膨張、シール方法等に設計的な配慮が必要である。

第１表は回転式ビートパイプ熱交換器の管板部のシール
を機械式と液封式とで比較したもので、液封シールを用
いた場合、熱膨張の逃ケ、シール部へのダストの悪影響
の点で有利であるが、許容シール圧が比較的小さく、シ
ール液の蒸発、濃縮による１次・２次流体の組成変動、
腐食等の欠点がある。

許容シール圧が小さいことについては機械的にシールす
る方法の技術的な不確かさ及びシール構造に要するコス
トを液封式と比較するとき、１ 水塊上の比重を持つ水
溶液を使用する（たとえば第２表に示すような液体） ２ 液封部の深さを比較的深くする。

等の手段をとっても液封式の方が有利となる場合が多く
１実用に供することができる。

また前記管板９としては、第５図に示すように管板９の
低圧流体側側面（ここでは２次流体側）にポンプ羽根の
作用を有するラジアルベー７２０などを設置したもので
ある。

これによって第４図の破損で示されるように低圧流体側
の液封部属力分布が改善さへ許容シール圧力レベルを高
めることができる。

１８は１次流体側液封部、１９は２次流体側液封部であ
る。

第６図は別の実施ｆ＆示す。

これは起動、停止又は負荷の異常変動などの場合の差圧
上昇に関して改良されたものである。

即ち、起動、停止、負荷の異常変動等による「短時間の
差圧」が連続運転時の阪時間の差田変動巾よりも圧倒的
に大きい場合、液封部の寸法を「短時間の差圧」で考え
ることは、第４図において液封部内の圧力バランスが前
述の爽１）で与えられることから、液封部構造、シール
液の種類及び運転条件が決まれば、シール液界面半径の
差（△Ｒ）にてバランスさせる必要から液封部深さを充
分に大きくしなければならず、液封シールでは経済的に
困難な場合がある。

本実施例は、液封シールを圧力差の大きな場合にも適用
可能とするためのもので、低圧側流体室にシール液及び
低圧側流体に影響の少ない補助流体を導入して、液封部
内のシール液界面半径の差（△Ｒ）を許容値内にバラン
スさせるものである。

補助流体としては低圧側流体又は空気を外部のプロワ−
で昇圧する場合の他Ｎ２ボンベ等のガス等が考えられる
。

以下第６図について説明する。１次・２次流体の圧力差
とバライスするシール液界面半径の差（△Ｒ）を許容値
内に保つために補助流体を供給口２２より、２次流体側
（低圧側）の液封部１９に導入する。

このとき、補助流体の２次流体室への漏れを流体ガス溜
り２６に設置したラビリンス２４などの抵抗シールによ
り抑える。

補助流体ガス溜り２６の圧力の保持はラビリンス２４な
どからの補助流体の漏れ量を補給するだけで容易に行な
える。

この場合の液封部内の圧力のバランスはラビリンス２４
等で仕切られた補助流体ガス溜り２６の圧力をＰ３ と
すると、で、補助流体の消費量Ｑは Ｑ＝Ｆ（Ｐ３−Ｐ２）２ここで、Ｆ：定数・・・・・・
・・・（３）となる。

このとき、シール液界面半径の差△Ｒは任意に選べるが
許容限界値△ＲｍａＸにとればＰ３−Ｐ２が小さくなり
補助流体の供給量を最小にできる。

又、１次・２次流体室間の差圧の変動に対しては、１次
流体室の圧力Ｐ１と補助流体ガス溜り２６の圧力Ｐ３と
の差圧ｆ＝ａ容限界値ΔＲｍａｘとなるように差圧検出
器２７及び調節弁２８によってコントロールすれば容易
に制御が可能となる。

又、ラビリンス２４等の抵抗シールは、シール液の蒸発
防止にも有効である。

２５は補助流体ガス溜りである。

第７図は１次・２次流体室の圧力の逆転が予想され、し
かもその差圧が許容値を超える場合の一実施例である。

補助流体供給口２１，２２及びガス溜り内のラビリンス
２３，２４等の抵抗シール機構を液封部の１次・２次両
流体側に設置し、１次・２次流体室の圧力の大小に応じ
て、切換弁３０によって低圧側ガス溜りへの補助流体の
供給を可能としたものである。

切換弁３０の作動は差圧検出器２９によって行なわれ、
調節弁２８は前記（第６図）の場合と同様に作動して液
封部内のシール液界面半径の差△Ｒを許容限界値△Ｒｍ
ａｘに保持することにより予想外の圧力変動に対しても
安全な運転が可能となる。

第８図はシール液１７の循環を行なわせるべく、液封部
にシール液循環口としてシール液入口３１゜３２、シー
ル液出口３３を備えたもので、シール液１７の排出、供
給を連続もしくはパンチで行なうことによってシール液
１７の温度上昇及び蒸発の防止を可能としている。

排出されたシール液は冷却及び不純物の除去等適当な処
理をした後、再使用することもできるし、使い捨ても可
能である。

本考案はヒートパイプを貫通せしめかつ回転可能に支え
られた管板を備え、該管板にて互に仕切られかつ周囲を
静止したケーシングによって区画された２個の流体室を
有し、該管板の回転により管板とケーシング周壁との間
に液の保持を可能とする液封部を備え、且つ管板に昇圧
機構を備えたことにより、あらゆる回転軸の姿勢に対し
て有効に作用し簡単な構造にして大型の装置に対しても
容易にかつ確実にシールが行なえ、製作、組立及び保守
が極めて容易な構造であり、かつ安価な回転式ヒートパ
イプ熱交換器を提供することができ実用上極めて大なる
効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、ａ及びｂは従来の例のそれぞれ正面図及び側面
図、第２図以下は本考案の実施例を示し、第２図ａ及び
ｂはそれぞれ正面図、側面図、第３図は第２図における
Ｂ部（液封部）詳細図、第４図は本実施例の液封 作用
説明図、第５図は管板形状図、第６．７．ａ図はそれぞ
れ別の実施例の液封作用説明図である。 １．２・・・・・・ケーシング、３，４・・・・・・吸
込口、５゜６・・・・・・渦巻室、７，８・・・・・吐
出口、９・・・・・・管板、１０・・・・・−軸、１１
．１２・・・・・・軸受、１３・・・・・・ヒートパ
イプ、１４ 、１５・・−・・−ケーシング側壁、１６
・・・・・・ケーシング周壁、１７・・・・・・シール
液、１８・・・・・・１次流体側液封部、１９・・・・
・・２次流体側液封部、２０・・・・・・ベーン、２１
，２２・・・・・・補助流体供給口、２３．２４・・・
・・・ラビリンス、２５，２６・・・・・・補助流体ガ
ス溜り、２７，２９・・・・・・差圧検出器、２８・・
・・・・調節弁、３０・・・・・・切換弁、３１，３２
・・・・・・シール液入口、３３・・・・・・シール液
出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １．ヒートパイプを貫通せしめかつ回転可能に支えられ
   た管板を備え、該管板にて互に仕切られかつ周囲を静止
   したケーシングによって区画された２個の流体室を有し
   、該管板の回転により管板とケーシング周壁との間に液
   の保持を可能とする液封部を備え、且つ管板に昇圧機構
   を備えたことを特徴とする回転式ヒートパイプ熱交換器
   。 ２、前記昇圧機構が、ラジアル方向のベーン状体で管板
   の少なくとも一側面に形成されているものである実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の熱交換器。 ３、前記液封部が、前記流体室との間に抵抗シールを備
   えた実用新案登録請求の範囲第１項又は第２項記載の熱
   交換器。 ４、前記液封部が、その低圧側に、シール液体及び低圧
   側流体に対し影響の少ない補助流体を保有する実用新案
   登録請求の範囲第３項記載の熱交換器。 ５、前記液封部が、その低圧側と高圧側との差圧を検出
   し、補助流体の供給量を制御する制御機構を有する実用
   新案登録請求の範囲第３項又は第４項記載の熱交換器。 ６、前記液封部が、シール液の循環口を備えた実用新案
   登録請求の範囲第３項、第４項又は第５項記載の熱交換
   器。