JPS62123288A - 熱交換方法およびその熱交換器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換される流体の急速な冷却または加熱を行
うことを可能とする熱交換方法およびその熱交換器に関
するものである。

〔従来技術〕

従来、各種の工業において、熱交換は重要な操作であり
、工業用装置の中では随所に各種の熱交換方法が採用さ
れ、また熱交換を行う熱交換器が多数採用されている。

これらの熱交換方法及び熱交換器においては、その単位
面積当たりの伝熱速度または伝熱流速を増大させること
が、工業用装置や熱交換器の設備コストの生産原価への
跳ね返りを少なくするためにも、また急速な発熱反応な
どの場合に円滑に反応熱を除去して反応の暴走を防止す
るだめの安全の点でも重要な問題である。

また、通常のこれらの熱交換方法として用いられている
方法を加熱に適用する場合には、伝熱面上の層流底層に
含まれる流体は伝熱面上により接近して存在し、伝熱面
上における滞留時間も長いため、流体本流の平均温度よ
り若干温度が高くなり、加熱時間も長くなるため、この
部分の流体の品質の熱的低下、劣化は流体本流より大き
く、平均すれば全体の製品の品質の若干の低下、劣化が
起こり、正確な制御ができにくいという問題を有してい
る。

従来、これらの工業用装置内の熱交換や熱交換器におけ
る伝熱速度や伝熱流束の増大の目的には流体の流速を増
大して層流底層の厚さを薄くしたり、伝熱面にフィンや
突起物を設けて伝熱有効面積を大きくすることが一般に
行なわれており、さらに伝熱面近傍を撹拌したり、伝熱
面上の流体をかき取ることによる方法も採用されてきた
。

しかしながら、これらの内、ポンプ容量を大きくして流
速を上げる方法では、ポンプ動力に消費されるエネルギ
ーが配管の途中の管路で消費される割合が大きく、伝熱
流速や伝熱流束を増大するためにそのエネルギーが使用
される割合が必ずしも太き（ない欠点があり、必ずしも
常に目的を達することはできなかった。

また、伝熱面にフィンや突起物を設ける方法では、フィ
ンや突起物の間に影や流れの停滞域を生じやすく、比較
的粘度の高い流体には特に有効にその目的を達しえなか
った。

さらに、伝熱面近傍を攪拌する方法では、伝熱面近傍を
均一に攪拌することが困難であるために、伝熱面全体に
その効果を及ぼしにくいという欠点があり、以上の従来
の方法では一般に層流底層の厚さを薄くする効果はすく
ながった。

また、伝熱面近傍の流体をかき取る方法は、層流底層の
厚さを薄くする効果は大きいものの、その消費動力が比
較的大きく、さらにかきとり羽根と伝熱面の摩耗が比較
的大きく、故障しやすいという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は前記従来の熱交換技術の欠点を解消するために
なされたものであり、特殊な回転体により、伝熱面上に
交互に吐出旋回流と吸込み旋回流とを生ぜしめ、伝熱面
上の層流底層の厚さをできるだけ薄くシ、かつ伝熱面か
ら流体へ伝えられた熱をすみやかに流体本流中へ輸送す
ることによって、伝熱速度および伝熱流束を増大させる
ことを目的としたものである。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明の熱交換方法は、円
筒形の伝熱面の内面、または外面、または内面と外面に
対して吐出旋回流と吸込み旋回流とを交互に生じさせる
機能を有する複数の回転円板と案内羽根とを備え、かつ
円筒形の伝熱面の中心軸を回転軸とする回転体の回転に
より上記伝熱面の内面、または外面、または内面と外面
を介して熱交換される流体の急速な冷却または加熱を行
うことを特徴としたものであり、その方法を適用する熱
交換器は、円筒形の伝熱面の内面、または外面、または
内面と外面に対して吐出旋回流と吸込み旋回流とを交互
に生じさせる機能を有する複数の回転円板と案内羽根と
を備え、かつ円筒形の伝熱面の中心軸を回転軸とする回
転体を内蔵すると共に、該回転体を回転する手段を持た
せることにより構成される。

〔発明の実施例〕

以下図面に基づいて本発明の熱交換方法及びその熱交換
器の実施例を説明するが、第１図は本発明の熱交換方法
を適用した熱交換器の円筒形伝熱面の内側にのみ回転体
を有する実施例１の縦断面図であり、第２図は第１図の
Ａ−Ａ方向の平断面図である。

この熱交換器は円筒形本体からなり、この円筒形本体内
には、円筒形の伝熱面２が形成されており、この伝熱面
２の外面側に媒体Ｙを通過させるための媒体通路９及び
７が設けられると共に、この伝熱面２の内面側に、熱交
換される流体Ｘを通過させるための流体通路８及び６が
設けられている。

次に、この円筒形の伝熱面２の中心軸０−０には回転軸
１が設けられ、この回転軸ｌには第５図に示す８個の回
転円板５と、第２図に示す３Ｍ１の案内羽根３とが備え
られ、これら回転輪■、回転円板５及び案内羽根３によ
り構成される回転体が、この伝熱面２の内面側に内蔵さ
れており、この回転軸ｌは図示されていないモータ等の
駆動手段により矢印Ｒ方向に回転されるようになってい
る。

上記の回転体においては、各回転円板５の間に案内羽根
３を有する部分と、有しない部分とを交互に設けている
ので、回転体を回転することにより伝熱面２の内面に対
して吐出旋回流と吸込み旋回流とを交互に生じさせる機
能をもつことになり、それにより熱交換される流体Ｘが
伝熱面２を介して媒体Ｙにより急速に冷却、または加熱
されうるようになっている。

以上の構成からなる実施例１の熱交換器の回転体を回転
軸ｌを中心として矢印Ｒ方向に回転することにより、伝
熱面２の内面において、案内羽根３を有する部分では吐
出旋回流を生じ、案内羽根３を有さない部分では逆に吸
込み旋回流を生じることになり、吐出旋回流により伝熱
面２上の層流底層は極度に薄くなり、すみやかに伝熱面
２と流体Ｘとの間に熱交換が行なわれ、案内羽根３を有
しない部分の吸込み旋回流に巻き込まれて伝熱面２の近
傍から遠ざかるとともに、流体Ｘの本流と混合する。

流体Ｘは全体としては流体管路８から流体管路６へ向け
て流れ、流入から流出の間に案内羽根３を有する回転体
により何回かの吐出旋回流と吸込み旋回流とを経験し、
伝熱面２を介して媒体管路９から流入し、媒体管路７か
ら流出する媒体Ｙと熱交換を行う。

勿論、これらの回転円板５と案内羽根３の個数、直径、
間隔、回転数などは、使用する目的や、流体Ｘの物性に
合わせて適宜選定できるが、また伝熱面２は反応を行う
反応器壁、その他の装置の壁であってもよい。

なお、第１図にて１２で示すのは回転軸ｌのシールであ
る。

第３図は第１図の実施例１の機能のほかに、円筒形の伝
熱面２の外面側にも円筒部の中心軸０−０を中心として
回転する回転体を備えた実施例２を示すものであり、実
施例１と同じ部品は同じ部品番号で示したものであり、
第４図は第３図のＢ−Ｂ方向の平断面図である。

第３図、第４図では、伝熱面２の外面側に設けた回転体
を矢印Ｒ′方向に回転させる駆動部分は簡単にするため
に図面では省略しているが、通常の機械的な駆動方式で
容易に駆動することができる。

第３図および第４図に示されている伝熱面２の外面側の
回転体の構成及び機能は、実施例１で説明した伝熱面２
の内面側に内蔵した回転体とほぼ同様であり、この回転
体を回転することにより伝熱面２の外面に対して吐出旋
回流および吸込み旋回流を生じさせることができる。

勿論、これらの図において、回転円板５と案内羽根３の
個数、直径、間隔、回転数などは使用目的や流体Ｘ及び
媒体Ｙの物性に合わせて適宜選定できる。

また、伝熱面２の内面側に対する吐出旋回流の位置と外
面側に対する吐出旋回流の位置をずらしてもよく、さら
に、これらの実施例の他に伝熱面２の外面側にのみ回転
体を有する実施例は、第３図、第４図の実施例２におい
て伝熱面２の内面側の回転体を取り外すことにより得ら
れる。

なお、第５図に示す回転円板５は流体Ｘが上下に流通す
る部分の形状を任意の形状とし、上下流に流通抵抗の小
さいものを保用するとよい。

〔発明の効果〕

以上に説明した本発明の熱交換器によれば、回転体の製
作コストが熱交換器の製作コストに加わることになるが
、一方、操作条件によっても異なるが、伝熱面における
伝熱係数は従来の方法の２〜３倍以上の値が得られるの
で、所要伝熱面積が少なくなり、熱交換器をコンパクト
に形成でき、全体としての製作費は低下する。

また、ポンプ容量を大きくして伝熱面近傍の流速を増大
させて伝熱促進をはかる従来の場合と比較すれば、エネ
ルギーの大部分が吸込み流、の発生及び循環に消費され
、配管途中の圧力損失に消費される割合は少ないので、
伝熱促進のために要するエネルギーの有効利用率は筒い
という利点がある。

また、本発明を伝熱面で急速に加熱または冷却しなけれ
ばならない工業用装置内の熱交換方法および熱交換器と
して適用すれば、適用すべき温度差と所要熱交換時間は
最小ですみ、かつ、より正確に制御可能となり、製品の
熱的劣化を最小にでき、工業用装置のより正確な熱的制
御が可能となり、製品の品質の向上がはかれる。

更に、本発明は反応や吸収とともに熱交換を行なわなけ
ればならない化学装置内の熱交換にそのまま適用できる
など経済的及び工業的利益が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は内側にのみ伝熱促進のための回転体を有する本
発明の実施例１における熱交換器の縦断面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ方向の平断面図、第３図は内側および外
側に伝熱促進のための回転体を有する本発明の実施例２
における熱交換器の縦断面図、第４図は第３図Ｂ−Ｂ方
向の平断面図、第５図は上記実施例１及び２に通用され
る回転円板の平面図の一例である。 ■・・・回転軸、２・・・伝熱面、３・・・案内羽根、
５・・・回転円板、０−０・・・中心軸、Ｒ，Ｒ’・・
・回転方向、Ｘ・・・流体、Ｙ・・・媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円筒形の伝熱面の内面、または外面、または内面と
   外面に対して吐出旋回流と吸込み旋回流とを交互に生じ
   させ得る複数の回転円板と案内羽根とを備え、かつ円筒
   形の伝熱面の中心軸を回転軸とする回転体の回転により
   上記伝熱面の内面、または外面、または内面と外面を介
   して熱交換される流体の急速な冷却または加熱を行う熱
   交換方法。 ２、円筒形の伝熱面の内面、または外面、または内面と
   外面に対して吐出旋回流と吸込み旋回流とを交互に生じ
   させ得る複数の回転円板と案内羽根とを備え、かつ円筒
   形の伝熱面の中心軸を回転軸とする回転体を内蔵すると
   共に、該回転体を回転する手段を持たせた熱交換器。