JPS5941791A - 液−液熱交換器を操作する方法 - 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】 本発明は、粒状物質を第１熱交換媒体により複数の上向
外に向けられた管内で流動化せしめながら該第１熱交換
媒体の上向き運動のだめの複数の上向きに向けられた管
と肢管のまわりにあって第２熱交換媒体が下向きに通過
するためのチャンバとを有する液−液熱交換器を操作す
る方法に関する。

この種の液−液燃交換器はオランダ公開特許出願第７７
０３９３９（ＧＢ　　１，５９２．２３２）に開示され
ている。これによれば、操作期間中管の各／Ｚにおける
粒状物質め運動及び／又は運搬は殆んど同一である条件
がつくり出され得るように該装置の寸法をいかにすれば
″よいかが説明されている。

管中の流動化された粒状物質によって、管の内壁へのよ
り有効な熱移動が達成され、それによって、流動化粒状
物質のない場合の同じ容量の熱交換器と比較して熱交換
器の構造及び操作のコストを減少させる。これは、特に
管壁に対して高度に汚染作用を有する液体が管を貫流す
る場合にあてはまる。何故ならば、流動化された粒状物
質が管壁に対して僅かに摩耗作用を及ぼしそれにより汚
染を制限しそして多くの場合にそれを除去すらするから
である。

実際の試験は、管中に流動化された粒状物質を備えてい
る熱交換器は、流動化された粒状物質を使用しない慣用
の熱交換器より５倍も高い熱伝達係数（Ｋ値）を有する
ことができることを示した。

多くの場合【こ、管中の流動化された粒子を有する熱交
換器は、慣用の熱交換器が一般には使用することができ
ない状況において依然として使用することができること
も示された。たとえば、熱交換器を使用することができ
ないならば、直接のスチーム注入によってのみ加熱する
ことしかできずそれは凝縮物の損失及びプロセス流の希
釈の如きこのすべての好ましくない結果を伴なう。

故に、管中に流動化された粒状物質を有する熱交換器は
第１熱交換媒体の低い又は非常に低い速度においてすら
優れた熱移動を達成すること及１管の問題になる程の汚
染はそれによって非常に効果的に克服され得ると言える
。

第１熱交換液体の低い速度（流速）での非常に良好な熱
移動は設計者が管に対する短かい長さを使用しそして多
数の平行な管を使用するように導く。

多くの場合に、これは好ましいが、成る場合にはこの低
い流速は多数の管が大きい管プレート直径及び多量のド
リルによる穴あけ作業を伴なう故に好ましくないことが
ある。低い流速は管の外側にｔｔＳ２熱換液体のための
大きい流れ断面が設けられることも意味する。これは＠
２熱交換液体が管の外側に沿って遅い速度でしか流れる
ことができす、その結果として管のこの外側への熱移動
は減少して熱交換器の熱伝達係数に対する好ましくない
効、　　果を伴なうことを意味する。

第２熱交換媒体の流速は、たとえば、管の外側に多数の
邪魔板を使用することによって増加させることができる
が、これはやはり熱交換器のコスト価格を相当増加させ
、従って望ましくない。

管中の流動化された粒状物質を使用する熱交換はオラン
ダ特許出願第８１０２０２４号（ＥＰ　８２２００４３
７０）にも記ａされており、両者は優先権主張の後〆告
された。しかしなが呟この場合に、ｆＩＳ２媒体の低い
流速の上記した欠点は、管の外側における第２媒体の流
下液体フィルムを使用することにより回避される。これ
は第２媒体の低い全物質流にもかかわらず非常に良好な
熱移動をもたらす。しかしながら、これの１つの欠点は
、多くの場合に、！＠２媒体を排出するのに別々のポン
プが必要であるということである。第２媒体がフィルム
の形態で管に沿って流れるにつれてガスが管の外側の容
積から第２媒体中へ溶解する危険もある。かかる溶解し
たガスは、もし第２媒体が特定のプロセスにおいて再使
用されなければならないならば、たとえばもしボイラー
供給水が第２媒体であるならば望ましくないことがしば
しば゛である。

本発明の目的は、第２媒体の低い流速から生じる欠点を
滅じ又は回避しながら第１媒体により管内で流動化され
た粒状物質を有する液−液熱交換器を操作する方法を提
供することである。特に、第２媒体の低い流速において
すら、管の外側での良好な熱移動を達成せんと試みられ
る。

本発明は、＠２Ｗ体のためのチャンバが、管のまわりに
及び管の開に、ゆるく詰められた固体粒状充填物質を含
むこと及び肢管の間の第２媒体の縦方向表面速度（ｌｏ
ｎｇｉＬｔ＋ｄｉｎａｌ　５ｕｐｅｒｒｉｃｉａｌ　ｖ
ｅｌｏ−ｃｉｔｙ）が条件０．０５＜ｔＪ、、ｓ　＜　
０　、２５　ｍ／ｓｅｃを満足することがら成る。

縦方向表面速度Ｕ３、Ｓは充填物質により引起こされる
その面積の減少を無視して、管の間及び管のまわりのチ
ャンバの断面積にわたる管の方向における液体の平均速
度として定義される。

驚くべきことに、これらの手段は管の外側への熱移動を
相当改良することが示された。これは部分的には管間の
大軽く減少した間隙によるものであり、管の間を流れる
高い割合の液体を管壁と接触せしめると考えられる。更
に、この媒体の流速は充填物質の存在により局部的に相
当増加されそして寸法及び方向において局部的に高度に
可撓性であるけれども第２媒体の低い全流速と保持する
ことができる。これは高度の６Ｌ流及び管壁からの熱の
激しい移動をもたらし、これが大きく改良された熱移動
に対するすべての理由である。

本発明の方法では、第２媒体は必要とされる圧力下に管
の外側に保持することができ、そして管のまわりのチャ
ンバ内の空間はこの第２媒体で完全に充填されることが
できる。これは熱交換器から１２媒体を排出するのにポ
ンプは必要としないことを意味する。更に、この熱交換
媒体中のガスの溶解は回避することかできる。

もし、充電物質の粒子の寸法が余りにも小さすぎると、
この充填物質の液体流れに対する低抗は相当増加して、
第２媒体のボンピングの必要をもたらし、又は必要なボ
ンピング仕事を増加させる。

他方、もし粒子の寸法が余りにも大き過ぎると、管間の
間隙の高度に不規則な充填の危険があり、その結果所望
の効果は部分的にしか達成されないであろう。充填物質
の粒子の寸法が実質的にチャンバ内の管間の最短距離の
１０％乃、至９０％であるならば良好な結果が得られる
。

これらの寸法は好ましくは管間の該最短距離の２５％乃
至７５％に選ばれるべきである。熱移動速度に対しては
、この粒径は、液体の均一な物質流れが保持されている
場合には特に重要ではない。

全体として充填物質は管との小さい接触面積しか持たな
いことが望ましい。何故ならば管から液体への熱移動の
可能性はこの接触面積によって制限されるであろうから
。故に、ボール、リング又はシリング−の１つ又はそれ
より多くの形態にある充填物質が好ましい。

良好な結果は一般にセラミック材料から成る充填物質に
関して得られた。たとえば、触媒物質の支持要素がこの
目的に好適に使用され得る。

充填物質がチャンバの排出出口を通して第２熱交換媒体
により同伴されるのを防止することは重要である。これ
は、たとえばこの出口にストレーナ−プレートを設ける
ことにより達成することができる。しかしながら、好ま
しい態様においては、充填物質に対する開口つ各支持プ
レートが出口の上に配置される。

本発明に従う熱交換器を操作する好ましい方法を添付図
面を参照して非限定的例により説明する。

添付図面は本方法を実施するに好適な液−液熱交換器の
略鉛直断面図である。

図に示された熱交換器は、入口チャンバ２へと開口して
いる第１液体熱交換媒体のための入口１を有する。これ
から、液体は、分配プレート３を径由して粒状物質で部
分的に充填されている下部チャンバ３へと流れる。複数
の管５が下部チャンバ４へと開口している。その上端で
はこれらの管５は上部チャンバ６へと開口しており、出
ロアは上部チャンバ６から与えられる。操作期間中、下
部チャンバ４中の粒状物質は第１熱交換媒体によリ同伴
され、そして管５の内側で且つ成る程度で上部ナヤンバ
６の内側で流動化された状態に保持される。

それらの下端近くで及びそれらの上端で、管は管プレー
ト１６及び１７に取１＝１けられている。管５の・まわ
りの空間は管プレート１６及び１７によって上下に並び
にチャンバ壁９によっても境界を定められて第２熱交換
媒体が下向きに流れるためのチャンバを形成し、管５は
間隔を置いて位置し且つ相互に平行に該チャンバを通っ
て延びる。第２媒体のためのチャンバ９の頂部に入口８
がそして底部に出口１３が配置されている。故にこの第
２媒体は第１熱交換媒体と向流で熱交換器を通っている
。

チャンバ内の管の開の及び管のまわりの開いた空間１０
は固体粒状充填物質１１を大抵は充填され、粒状物質１
１は出口１３のすく上の支持プレート１２により支持さ
れる。例示された場合には、隣接した管間の最短距離は
約１８鵜であり、そして充填物質は約８ルの直径を有す
るセラミック球又はボールから成る。ボールはゆるく詰
められる。

支持プレート１２及びチャンバ９内の充填物質は別とし
て、上記装置は本質的に前記したオランダ特許出願第７
９０３９３９号の熱交換器に相当する。

充填物質をチャンバに充填するための別の充填開口１４
が設けられ、一方この充填物質は開口１５を通して除去
することができる。開口１４及び１５の両方共熱交換器
の操作期間中盲フランジでシールされる。

充填物質は使用するのが非常に簡単であり、そして余分
のコストはほんの少ししか伴なわない。

充填物質の粒子の形状及び寸法が適当に選択されると、
液体流れに対する認め得る程の追加の抵抗は生しない。

更に、管間の液体の分配は実質的に改良され得る。

第１及び第２熱交換媒体として水を使用する実験におい
て、寸法及び充填物質を適当に選択すると、３０００Ｗ
／ｍ２°Ｋ及びそれ以上の熱伝達係数が達成され得る。

その人口８及び出口１３を有する１個のチャンバのみが
図に示されている。しかしながら、熱交換器は、必要な
らば種々の異なった液体を加熱することができるように
、管に沿って１つが他方の土に位置したいくつかの別々
のかかるチャンバを有することができる。かがる横方向
の分割の代わりに、容器を縦方向に分割して、多数の管
を管の残りがそれのために使用される液体以外の液体を
加熱するために使用するようにすることら可能である。

本発明の原理を具体化するこれらの変更及びその他のす
べては本発明の求める保護内にある。

ステンレス鋼からつくられ、そして４８＋ｎｍの内径と
５１　ｎｕ＋＋の外径を有する１７本の管５並ひ゛に前
記した８■の球を充填されたチャンバ９を有する添付図
面に示された装置においては、２０　℃の水は１１　ｌ
／ｓｅｃの流速（全体で）で管５を上向きに辿りそして
１００°Ｃの水はチャンバ９を下向きに通過した。管５
内の流動化された粒状物質は２　ｍｌｌ＋の直径を有す
るガラスボールから成っていた。チャンバ９内の流速は
０．０８ｍ／ｓｅｃの本明細書において定義された縦方
向表面速度Ｕ＋、ｓに相当する。

２１００Ｗ／ｍ２°にの熱伝達係数が達成された。

【図面の簡単な説明】

添イリ第１田は本発明の方法を実施するのに好適な液−
液熱交換器の略鉛直断面図である。 図において　１・・・第１液体熱交換媒体の入口２・・
・入口チャンバ、３・・・分配プレート、４・・・下部
チャンバ、５・・・複数の管、６・・・上部チャンバ、
７・・・第１媒体出口、訃・・＠２２媒入口、９・・・
チャンバ、１１・・・固体粒状充填物質、１２・・・支
持プレート、１３・・・第２媒本出口、１４・・・充填
開口、１５・・・充填物除去開口、１６．１７・・・管
プレートである。 手続補正闇Ｃｔ天） 昭和５８３「９月２９１１ 特許庁長官　　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５８年特Ｃ′［願第８７８３４号 ２、発明の名称 液−液熱交換器を操作する方法 ３、補正をづる者 事件との関係　　　１寺ｈ′Ｆ出願人 住所　オランダ国アムステルタム・１００８エイ］−イ
・ビーオーボックス７８１１ 名称　ニスミル・ぺ−・ブイ 昭和５８年８　Ｊ１３０日（光送日） ６、補正の対象 図面 ４５５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃交換器が第１熱交換媒体に対して複数の上向きに
   向けられた管（５）を具備し、該第１媒体は管（５）を
   上向きに通過し且つ管（５）において該第１媒体の流れ
   によって粒状物質が流動化され、そして該熱交換器が、
   第２熱交換媒体に対してチャンバ（９）を具備し、肢管
   （５）は開隔を置いて位置し且つ相互に平行にチャンバ
   （９）を通って延びており、そして該第２媒体は下向き
   にチャンバ（９）を通過し、熱交換が該管壁を通して行
   なわれるようになっている液−液熱交換器を操作する方
   法において、 該チャンバ（９）は肢管（５）のまわりに且つ肢管（５
   ）の開に、ゆるく詰められた固体粒状充填物質（１１）
   を含み、該第２媒体は該充填物質（１１）を通って流れ
   ることと、肢管の間の第２媒体の縦方向表面速度（Ｕ、
   、Ｓ）が０．０５　＜Ｕ、、ｓ＜０．２５ｍ／ｓｅｅな
   る関係を満足することを特徴とする方法。 ２、該充填物質の粒子の寸法が、実質的に該チャンバ内
   の肢管の開の最短間隔の１０％乃至９（）％である特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３、該粒子の寸法が該管間の該最短距離の２５％乃至７
   ５％である特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４、　該充填物質がボール、リング及びシリングの少な
   くとも１つの形態にある特許請求の範囲第１〜３項の何
   れかに記載の方法。 ５、該充填物質がセラミック材料から成る特許請求の範
   囲第１〜４項の何れかに記載の方法。 ６、該充填物質に対する開口つき支持プレー）（１２）
   が該第２媒体のためのチャンバの排出出口（１３）より
   上で該チャンバ内に配置されている特許請求の範囲第１
   〜５項の何れかに記載の方法。