JPS64636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は材料を加熱、乾燥、冷却する熱交換器
とくに材料を低温で間接的に加熱、乾燥する熱交
換器に関する。

【従来技術及び問題点】

従来から、湿潤、粘着性材料を乾燥する熱交換
器には、直接加熱方式の欠点を補うものとして、
大略二つの方式がある。一は、スクリユーコンベ
ア方式で、ロータの中空部に加熱媒体を供給し、
該ロータの外周に設けた中空のスパイラル状連続
羽根により材料を回転軸方向に送給しながら熱交
換を行うものであり、他は、ロータ上の断面が三
角形の中空デイスクをロータに多数並設し、中空
デイスク内に供給した熱媒により材料と熱交換を
行うサーマルデイスク方式である。 前者のスクリユーコンベア方式は、ハウジング
単位容積当りの熱交換面積が小さくなり、処理能
力が小さいという欠点を有する。 また後者のサーマルデイスク方式は中空デイス
クそのものが大型となり材料を収容する有効面積
が減少し、また断面がソロバン玉状の中空デイス
クは原料が有機物等湿潤、粘着なものとなるほ
ど、原料の撹拌、移送が効果的に行われず、中空
デイスク表面に付着し、中空デイスク間におおき
な固まりとなつて滞留し、原料が局部的に加熱さ
れることとなり、効率的な熱交換が行われないこ
とはいうまでもなく、原料の品質劣化をもたら
し、同時に回転する中空デイスク内の外周側の三
角形の空間に遠心力によりいわゆるエア（デイス
ク内の残留空気、非凝縮性ガス）およびドレイン
（凝縮物）が回収されずに、残留し、従つて、熱
媒体が充分供給されず、また、これら残留物によ
り、熱交換が妨げられるという欠点を有するもの
であつた。さらに、中空デイスク表面の付着物に
より熱伝導度が落ち、熱伝達係数が低下すると共
に、中空デイスク内には大きな圧力の熱媒が供給
されるため、強度上、略称ボイラー則の圧力容器
としての安全基準に適合させるためにも、中空デ
イスク内に多数の支柱を溶接、固定しなければな
らない。このため、熱交換に最も寄与すべき中空
デイスク外周縁側に伝熱されない部分が生じ、熱
効率を低下せしめ、さらに、この伝熱のない部分
からデイスクに腐蝕が生じ、ついには熱媒体が外
部に洩れるなどの事態を招いていた。 そこで、特公昭52−41501号には、かような従
来の熱交換器の欠点を除去するため、ロータ外周
に金属板から切り出した環状のリブを設け、この
リブの一側面に外端が閉止された螺旋状のダクト
を形成し、このダクト内を長手方向に分割して熱
媒体の往復路と成すか、あるいは、前記ダクトの
閉止された外端からリブ半径方向に設けた通路を
経てダクト内を周回した熱媒体及び凝縮水を回収
する熱交換器が開示されている。 しかしながら、この方式の熱交換器には次の如
く多くの欠点が見出だされた。 螺旋状ダクトの外周閉止端からの熱媒体及び凝
縮水の回収をリブの回転による遠心力に抗して周
速の早い外周端からその中心方向のロータに回収
しようとする無理があり、エアおよびドレインの
充分な回収が行えないこと、このため熱媒体を可
能な限り高い圧力によりダクト内へ供給しなくて
はならないこと。 また、ダクトの閉止端とリブ外周に伝熱の無い
部分が発生し、しかも熱交換に最も寄与するリブ
周縁部に伝熱の無い部分が広く存在することとな
り、熱効率が悪く、また公知のごとくリブは、非
伝熱面から腐食が発生するため、ついにはダクト
の閉止端部が腐食し、該部より熱媒体が洩れると
いう事態が生じることである。

【目的】

本発明は、上記従来技術の欠点を解消すべく開
発されたものでその目的とするところは、ハウジ
ング単位容積当たりの熱交換面積を大きくし、処
理能力を増大せしめ、また、材料を収容する有効
面積を増大し、スケールの付着を少なくして熱伝
導度、熱伝達係数を高め、効率の良い熱交換を行
うと共に、基盤両面の全面に非伝熱の部分を無く
し、該部から腐食が生ずる事態を防ぎ、また原料
の充分な撹拌効果とそれによる的確な原料の移送
を可能とし、原料の撹拌、移送を効果的に行い、
基盤、及びダクト表面にスケールが付着したり、
原料が基盤間に滞留して原料が局部的に加熱、冷
却されることを防止して短時間に行うことを可能
とし、また、加熱、冷却媒体の供給及びダクト内
の残留空気、ないし非凝縮性ガスおよびドレイン
（凝縮物）回収が、高い圧力を加えずに基盤の回
転方向と反対方向のいわば一方通行で行われ、良
好な熱伝達を得ることが出来る熱交換器を提供す
ることにある。

【構成】

本発明においては上記目的を達成すべく、加
熱、冷却媒体の入口及び該媒体あるいはその凝縮
物の出口を備える中空ロータと、該中空ロータに
取り付けられたケーシング内を回転する熱交換器
とから成り、 該熱交換器は複数の円板状の基盤と、該基盤の
両面にそれぞれ突設した複数の円状ダクトとから
成り、 該ダクトは、前記入口及び出口に連通する通路
を形成し、基盤内周縁から外周縁に至り基盤表裏
で、順次その一部が重合するよう配設され、該重
合位置のダクト内に、該ダクトを遮蔽する仕切板
をそれぞれ設けると共に表裏のダクトを連通する
挿孔を基盤に穿設したことを特徴とする。

【作用】

従つて、本発明によれば、加熱、冷却媒体の入
口から中空ロータを経て円板状の基盤内周縁の円
状ダクト内の仕切板で仕切られた空間へ前記媒体
が送られ、前記ロータの回転により前記媒体に高
い圧力を加えるまでもなく基盤の回転方向と反対
方向の一方通行で、前記ダクト内の挿孔を経て、
順次その一部が重合するよう基盤表裏すなわち基
盤両面に配設された円状ダクトの仕切板で仕切ら
れた空間を挿孔を介して通過し外周縁のダクトへ
至り、次いで、外周縁のダクトの挿孔を経て、順
次その一部が重合するよう基盤表裏に配設された
各円状ダクトの挿孔を介して内周縁のダクトへ移
送され、中空ロータの出口へ回収され、前記ダク
トが基盤表裏全面を回転軌跡として、原料と熱交
換を行い、かつ、基盤表裏に配設された円状ダク
トが原料を充分撹拌、移送する。

【実施例】

以下、本発明の詳細を図示の実施例にもとづき
説明する。 第１図は本発明にかかる熱交換装置としての乾
燥機を示す部分断面図で、材料の入口及び出口を
有する図示せざるハウジング内に、熱交換器１０
が所定間隔を介して中空のロータ４０の外周に軸
直交方向に取り付けられ、ハウジング内を駆動機
構によりロータ４０と共に回転自在に軸承されて
いる。 熱交換器１０は基盤２０の両側、すなわち表裏
１１，１２それぞれに、２本づつ断面切欠円弧状
で、平面円状を成す４本のダクト２１〜２４が突
設され、内周縁のダクト２１が中空ロータ４０の
加熱媒体の入口及び該媒体あるいはその凝縮物の
出口に連通すると共に、後述のように各ダクトが
順次連通している。 中空のロータ４０は内部を二室に分割する中空
軸４１が装着され、該中空軸４１の外周とロータ
４０の内壁間が、ロータ４０の一端に設けた加
熱、冷却媒体の入口４６と連通する一次室４２を
形成し、一端が開口している中空軸４１内部はロ
ータ４０の他端に設けた加熱、冷却媒体あるいは
その凝縮物の出口４７と連通する二次室４３を形
成している。中空軸４１の外周には、後述熱交換
器１０の加熱媒体あるいは凝縮物の出口を有する
ダクト２１に連通する配管４４が挿着されその一
端が中空軸４１の二次室４３内に突出している。 ４５は熱交換器１０を成すダクト２１内に連通
する加熱、冷却媒体の入口で、ロータ４０の外周
に穿設された開口から成る。 尚、図中矢印は材料の移送方向を示し、３５は
リング状の補強部材でロータ４０への熱交換器１
０の溶接固着に際し基盤２０の内周縁及びダクト
２１の片側内周縁が固設され、適宜位置に前掲加
熱媒体の入口４５に連通する開口３６及び出口を
なす配管４４に臨む開口３７が設けられている。 第２図〜第６図は熱交換器１０の詳細を示すも
ので、第２図〜第３図により明らかなとおり、金
属製円板状の基盤２０は、ロータ外周に嵌装自在
の孔２５を有するドーナツ状扁平円板で、例えば
ステンレスなどの金属板から成り、プレスによる
打抜きで、容易に製作され、内周端縁はリング状
補強部材３５の外周に固設されている。 ダクト２１〜２４は、成型を容易にするため、
全て、半円以下の切欠き円弧状断面を呈し、基盤
２０と略同径の面積を有する金属板から一度にド
ーナツ状に打ち抜き、プレス成型される。 すなわち、ダクト２１は、基盤２０と同心円
で、一側縁を補強部材３５に他側縁を基盤２０表
面１１に溶接固着され、基盤２０と補強部材３５
外周間で通路を形成し、このダクト２１の外径
は、ダクト２２の内径に等しい。そしてダクト２
２〜２４は基盤２０に円弧の端縁を溶接により固
着して通路を形成し、ダクト２２は基盤２０の裏
側、第２図紙面手前側に設けられ、その中心は基
盤２０の中心から同図において水平の直径上をや
や右に寄つた位置にあり、従つてこのダクト２２
はダクト２１と前記直径上、同図左方で基盤２０
を介して重合する。そしてこのダクト２２の外径
は、ダクト２３の内径に等しい。ダクト２３は基
盤２０の表側に設けられ、中心は前記直径上の基
盤２０の中心よりやや左方に寄つた位置にある。
したがつてダクト２３は基盤２０を介して前記ダ
クト２２と前記直径上の同図右方で重合する。次
いでこのダクト２３はその外径と等しい内径を有
するダクト２４と重合するよう配設される。すな
わち、ダクト２４は基盤２０の裏側に配設され、
該基盤２０と略同心円でその外径は基盤２０の略
外周縁に至り、前記直径上左方でダクト２３と重
合している。 また、第２図において、２６〜３２は仕切板、
１４〜１９は挿孔である。 第４図〜第６図は上記仕切板２６〜３１及び挿
孔１４〜１９の配置構成を明らかにするものでこ
れら仕切板２６〜３１は、配置されるダクトの断
面形状に対応した上辺の形状を備えており、下辺
は直線を成している。仕切板２６，２７は後端が
前記開口３６，３７に臨むよう基盤２０に取り付
けられダクト２１を遮蔽して二室に分割し、仕切
板２６と２７間のダクト２１の略1/4を占める一
次室に、ロータ４０に設けた入口４５より加熱媒
体が供給される。仕切板３２は三日月形の切欠円
弧状を成し、ダクト２２内で、ダクト２１との重
合部に、前記仕切板２７の第４図略直上に取り付
けられており、該部でダクト２２を分割すると共
に、同図右方の直径上にも仕切板２８が設けられ
る。この仕切板２８は、ダクト２２の円弧と対応
する曲線部と該曲線部分の端部からそれぞれ略直
角に延設された直線部で形成されている。又、前
記仕切板２７及び３２を介して対峙する位置にダ
クト２１の二室とそれぞれ連通する挿孔１４及び
１９が基盤２０に穿設され、又、前記仕切板２８
の曲線部に沿つて且つこの仕切板２８及び後述仕
切板３１を介して対峙する位置の基盤２０に挿孔
１５，１８が穿設され、ダクト２３の二室とそれ
ぞれ連通するよう構成されている。ダクト２３の
仕切板２９，３１は、共に切欠円弧状で基盤２０
の直径上に設けられ、仕切板２９はダクト２４と
の重合部に、仕切板３１はダクト２２との重合部
にそれぞれ設けられ、該ダクト２３を二室に分割
している。ダクト２４の仕切板３０は、前記仕切
板２８と同様曲線部及び直線部から成り、ダクト
２３内の仕切板２９上に配設され、仕切板２９及
び３０を介して二室に分割されたダクト２３とそ
れぞれ連通する挿孔１６及び１７が基盤２０に形
成されている。 かように構成された基盤２０が複数、中空ロー
タ４０外周に対し、開口３６，３７の位置を適宜
変化させながら、軸直交方向に適宜間隔を介して
溶接固着され、熱交換器１０を構成する（第１
図）。 以上の実施例について、加熱媒体あるいは、該
加熱媒体とその凝縮物の流れを中心にその作用に
ついて次に説明する。 第１図において、加熱媒体たとえばスチーム
が、中空ロータ４０の端部に設けた入口４６から
中空ロータ４０の一次室４２へ所定圧で供給さ
れ、材料が同図左方（矢印）から投入されてい
る。前記スチームはロータ４０の外周に穿設した
入口４５より、各基盤２０のダクト２１へ開口３
６を介して送り込まれる。 第２図において、基盤２０は同図時計回り方向
へ回転している。前記開口３６より紙面後方のダ
クト２１の一次室２１ａへ供給されたスチーム
は、仕切板２６から２７へ至り、ここで、挿孔１
４から紙面前方で、ダクト２１と重合するダクト
２２の一次室２２ａへ入る。ダクト２２の仕切板
３２によりスチームは仕切板２８へ至り該部で重
合する紙面後方のダクト２３の一次室２３ａへ挿
孔１５を介して送られ、該部の仕切板３１により
同図左方の仕切板２９へ至り、第６図に示すよう
に、ここで重合する紙面前方のダクト２４へ挿孔
１６を介して供給される。ダクト２４には仕切板
３０が設けられ、スチームはこのダクト２４を一
周して再び、仕切板３０へ至る。そして、ダクト
２３の仕切板２９により遮蔽された二次室２３ｂ
へ供給される。この二次室２３ｂへ供給されたス
チームはダクト２３内の仕切板３１へ至り、該部
で挿孔１８を介してダクト２２内の仕切板２８で
遮蔽された二次室２２ｂへ進入する。次いで、ス
チームはダクト２２の仕切板３２へ至り、挿孔１
９を介して重合連通するダクト２１のドレイン溜
まりを成す二次室２１ｂへ凝縮物と共に回収さ
れ、補強部材３５の開口３７を介して、配管４４
を通過し中空ロータ４０内の中空軸４１が形成す
る二次室４３へ至り、出口４７を経て外部へ回収
される。 この間のスチームの流れを示すと、第２図に於
て、裏ダクト２１ａ→表ダクト２２ａ→裏ダクト
２３ａ→表ダクト２４→裏ダクト２３ｂ→表ダク
ト２２ｂ→裏ダクト２１ｂ となる。 すなわち加熱媒体は基盤の回転により、その反
対方向へ撹拌される原料と向流状に基盤全面に均
等に送られ、材料との充分な熱交換が行われるこ
ととなる。

【効果】

以上のように本発明は加熱、冷却媒体の入口及
び該媒体あるいはその凝縮物の出口を備える中空
ロータと、該中空ロータに取り付けられたケーシ
ング内を回転する熱交換器とから成り、該熱交換
器は複数の円板状の基盤と、該基盤の両面にそれ
ぞれ突設した複数の円状ダクトとから成り、該ダ
クトは、前記入口及び出口に連通する通路を形成
し、基盤内周縁から外周縁に至り基盤表裏で、順
次その一部が重合するよう配設され、該重合位置
のダクト内に、該ダクトを遮蔽する仕切板をそれ
ぞれ設けると共に、表裏のダクトを連通する挿孔
を基盤に穿設したから、円板状基盤によりハウジ
ング単位容積当たりの熱交換面積を大きくし、処
理能力を増大せしめ、また、基盤の両面に円状の
ダクトを穿設し、基盤そのものを扁平に形成して
材料を収容する有効面積を増大し、スケールの付
着を少なくすることが可能であり、熱伝導度、熱
伝達係数を高め、効率の良い熱交換が得られると
共に、基盤の非伝熱の部分を無くし、該部から腐
食が生ずる事態を防ぐことが可能である。またダ
クトは円状のためその成型が容易であり、且つダ
クト材料の歩どまりが良く、円状のダクトを基盤
表裏で順次その一部を重合配設し、挿孔を介して
連通するため、原料の充分な撹拌効果とそれによ
る的確な原料の移送を可能とし、原料が有機物等
湿潤、粘着なものであつても、原料の撹拌、移送
が効果的に行われ、基盤、及びダクト表面にスケ
ールが付着したり、原料が基盤間に滞留すること
なく、原料が局部的に加熱されることを防止で
き、効率的な熱交換を可能にして、高温乾燥に不
向きな有機物等の原料をも低温乾燥により短時間
に行うことを可能とし、また、ダクト内の残留空
気、ないし非凝縮性ガスおよびドレイン（凝縮
物）が回収されずに、ダクト内に残留することが
なく、加熱、冷却媒体の供給及び回収が基盤の回
転方向と反対方向のいわば一方通行で原料と向流
的に無理なく円滑に行われ、良好な熱伝達を得る
ことが出来る。 さらに、基盤内周縁から外周縁に至り順次基盤
表裏に配設される一のダクトの外径が次のダクト
の内径に等しい断面切欠円弧状にすれば、螺旋状
のダクトに比しダクトの成型、基盤への取付け精
度および強度の維持に極めて有効であり、かつ、
ダクト材料の歩留まりが良く、自動化に適する構
造とし、製造コストを低廉にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる熱交換器を装着したハ
ウジング内の全体を示す中央概略断面図、第２図
は熱交換器の全体を示す平面図、第３図は第２図
−線断面図、第４図はダクトを取り外した状
態の基盤の平面図、第５図は仕切板を示す第４図
−線概略断面図、第６図はダクト２３及び２
４の重合部を示す切欠断面図である。 １０……熱交換器、１１……基盤の表面、１２
……基盤の裏面、１４〜１９……挿孔、２０……
基盤、２１〜２４……ダクト、２５……孔、２６
〜３２……仕切板、３５……補強部材、３６……
開口部（入口）、３７……開口部（出口）、４０…
…ロータ、４１……中空軸、４２……一次室、４
３……二次室、４４……配管、４５，４６……入
口、４７……出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱、冷却媒体の入口及び該媒体あるいはそ
   の凝縮物の出口を備える中空ロータと、該中空ロ
   ータに取り付けられたケーシング内を回転する熱
   交換器とから成り、 該熱交換器は複数の円板状の基盤と、該基盤の
   両面にそれぞれ突設した複数の円状ダクトとから
   成り、 該ダクトは、前記入口及び出口に連通する通路
   を形成し、基盤内周縁から外周縁に至り基盤表裏
   で、順次その一部が重合するよう配設され、該重
   合位置のダクト内に、該ダクトを遮蔽する仕切板
   をそれぞれ設けると共に、表裏のダクトを連通す
   る挿孔を基盤に穿設したことを特徴とする熱交換
   器。 ２ 前記ダクトは断面切欠円弧状を成す特許請求
   の範囲第１項記載の熱交換器。 ３ 前記基盤は補強部材を介して中空ロータ外周
   に溶接固着されている特許請求の範囲第１項記載
   の熱交換器。 ４ 前記ダクトは基盤表裏にそれぞれ２本づつ形
   成され、基盤内周縁から外周縁に至り順次基盤表
   裏に配設される一のダクトの外径が次のダクトの
   内径に等しい特許請求の範囲第１項記載の熱交換
   器。 ５ 前記基盤内周縁のダクトは、一側縁が基盤
   に、他側縁を補強部材に溶接固着した特許請求の
   範囲第３項記載の熱交換器。 ６ 前記基盤内周縁のダクトは基盤と同心円で前
   記中空ロータ外周に穿設した二の開口を介して中
   空ロータの加熱、冷却媒体の入口及び該媒体ある
   いはその凝縮物の出口にそれぞれ連通する二室に
   形成されている特許請求の範囲第１項記載の熱交
   換器。 ７ 前記基盤内周縁に配設されるダクトは二の仕
   切板を介して1/4円に仕切られた一次室と残余の
   二次室から成る特許請求の範囲第１項記載の熱交
   換器。 ８ 前記基盤の外周縁に位置するダクトは、一の
   仕切板を備え、基盤と同心円の一室から成り、該
   ダクトと順次重合配設され、基盤内周縁のダクト
   と重合する他のダクトは二の仕切板をそれぞれ備
   え、該ダクトを二室に分割している特許請求の範
   囲第１項記載の熱交換器。 ９ 前記基盤内周縁と外周縁のダクト間に配設さ
   れたダクトは、基盤中心を介して直径上で相互に
   反対方向に偏心している特許請求の範囲第１項記
   載の熱交換器。 １０ 前記ロータに穿設した二の開口が、それぞ
   れ前記基盤内周縁のダクトの一次室に臨み、該ダ
   クトの二次室が前記配管の一端に臨む、特許請求
   の範囲第６項記載の熱交換器。 １１ 前記ロータは、内部に中空軸を有し、ロー
   タ内部が二室に分割されている特許請求の範囲第
   １項記載の熱交換器。 １２ 前記中空軸は、前記ロータの加熱、冷却媒
   体あるいはその凝縮物の出口に連通し、該中空軸
   に、前記基盤内周縁のダクトに一端が臨み、他端
   が中空軸内に臨む配管を挿着して成る特許請求の
   範囲第６項又は第１１項記載の熱交換器。