WO2010053035A1 - 粉粒体の熱交換装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

　従来の楔形の中空回転体を用いた装置が有する高い熱効率、ピストンフロー性等の利点を備えつつ、しかも被処理物の付着・堆積が生じ難く、且つその製作工数（時間）を短縮できる粉粒体の熱交換装置を提供することを目的とする。そして、この目的を達成するため、シャフト１３に配設される多数の熱交換器の内少なくとも一部の熱交換器３０を、円周縁から中心方向に向けた切欠き凹部３１を有し、該切欠き凹部の一側縁３１ａから次の切欠き凹部の他側縁３１ｂまでの板面が、該板面間の距離を漸次広くすることにより楔状板面３２に形成されているとともに、中央部に側面視左右方向に滑らかに膨出する突出部３３を有し、該突出部の先端に開口部３４が形成された略中空円盤形状とし、前記開口部に前記シャフトを挿通することにより該熱交換器がシャフトに配置されている構成の装置とした。

Description

粉粒体の熱交換装置及びその製造方法

　本発明は、粉粒体を乾燥、加熱又は冷却する、熱交換装置とその製造方法に関するものである。

　各種粉粒体を乾燥、加熱又は冷却する熱交換装置として、伝導伝熱式の溝型攪拌乾燥装置が知られている。
　かかる装置としては、日本国特公昭４８−４４４３２号公報（以下、特許文献１）に開示されたものがある。
　この特許文献１に開示された装置は、横長のケーシング内にシャフトを軸架し、該シャフトに多数の熱交換器を所定の間隔を隔てて配置し、前記シャフトを介して、前記熱交換器内に熱交換媒体を供給するとともに、前記熱交換器をケーシング内において回転させる構成とし、粉粒体をこのシャフト、熱交換器等からの伝導伝熱によって乾燥（加熱、冷却）する構造のものである。
　ここで、上記特許文献１に開示された熱交換器は、第１１図に示した構造のものである。この熱交換器は、楔形の中空回転体５０であって、該楔形の中空回転体５０は、２枚の扇形板材５１，５１を、一端は接触させ、他端は間隙をおいて配設し、その周囲を板材５２，５３で閉塞することにより形成されている。そして、これにより、この中空回転体５０は、回転方向の先端となる前端部５４は線状に、後端となる後端部５５は面状となる楔形に形成されている。特許文献１に開示された装置は、かかる楔形の中空回転体５０を、２個を一組として使用する。即ち、第１２図に示したように、２個の楔形の中空回転体５０を、シャフト６０の対称位置に一定の間隙Ａ，Ａを開けてそれぞれ配置する。そして、シャフト６０の軸方向に、この２個一組の楔形の中空回転体５０を、複数組、所定の間隔を隔てて配置した構造のものである。
　この特許文献１に開示された伝導伝熱式の溝型攪拌乾燥装置は、次の優れた特徴を有するものであった。
　（１）据付け面積が小さく、装置がコンパクトである。
　（２）伝熱係数が大きく、熱効率がよい。
　（３）楔形の中空回転体同士による、セルフクリーニング効果がある。
　（４）被処理物の温度と処理時間のコントロールが容易である。
　（５）高含水率の粉粒体の処理も可能である。
　（６）被処理物のピストンフロー性（移送性）が良好である。
　しかしながら、上記特許文献１に記載された装置は、次の問題点を有するものであった。
　（ａ）熱交換器の楔形の斜面を構成する板面以外の角部、特にシャフトと該楔形の熱交換器との取付け部分に、被処理物が付着・堆積することが生じていた。この被処理物の付着・堆積は、熱交換器の熱伝導面積を減少させ、装置としての熱効率を低下させるものであった。また、付着・堆積した被処理物が、熱交換器から時節剥がれ落ち、熱履歴、場合によっては種類の異なる塊状物が被処理物に混じる危険性を生じさせるものであった。
　（ｂ）楔形の中空回転体を備えたシャフトの製作には、多大な時間を要するものであった。即ち、楔形の中空回転体５０は、２枚の扇形板材５１，５１、二等辺三角形板材５２及び台形板材５３とを、第１３図に示したように配置し、それぞれの当接する部分を全周溶接することで作られている。従って、熱交換器一つを作るにおいても、その溶接過程だけをみても複数の過程があり、しかもその溶接作業の自動化は困難なものであった。また、作製した熱交換器をシャフト６０に固定するにあたっては、それぞれの熱交換器のシャフト６０と接する部分（開口部）と略同形の切欠き穴が形成された板材６１をシャフト６０の外周面全体にライニング（溶接）した後、該板材６１とシャフト６０に熱交換器の当接部位の全周において溶接する必要があった。更にそれに加えて、その溶接は、溶接方法を変えて多層盛りをする必要があった。これらのことから、特許文献１に記載された装置は、その作製には多大な時間を要するという問題があった。
　なお、熱交換器として単なる中空の円盤をシャフトに取り付けた装置もある。しかし、このような形状の熱交換器では、上記特許文献１に開示された楔形の中空回転体が有する優れた特徴である被処理物のピストンフロー性を確保することはできない。即ち、第１２図に示したように、シャフト６０に取り付けられた２個の楔形の中空回転体５０，５０の間隙Ａ，Ａを、被処理物が定期的に通過することによって、初めて被処理物のピストンフロー性が確保されるためである。ここで、ピストンフロー性は、被処理物の先入れ先出し現象を実現し、一粒一粒の粉・粒が均一な滞留時間、熱履歴、反応時間等を持つために必要な要因である。そして、このピストンフロー性は、熱交換装置においては被処理物の均一な品質を維持するための重要な装置属性である。
　上記特許文献１における間隙Ａ，Ａは、装置内の直近（上流側）の粉粒体層を、シャフトの回転に伴って回る楔形の中空回転体５０が切り取るようにして原料投入口側から製品排出側へ移送する。この際、楔形の中空回転体５０それ自体には、スクリューのような押し出し力がないため、純粋に粉体圧により間隙Ａ，Ａでスライスされるように粉粒体は一回転につき２回、定期的に切り取られる状態で移送される。従って、粉粒体に対するバックミキシングやショートパスが生じ難く、「先入れ先出し現象」が確保される。これにより、被処理物のピストンフロー性が実現する。これに対し、単なる中空の円盤である場合には、ケーシングと該回転体との隙間から被処理物が下流側に移送されることとなる。そのため、粉粒体層のうちシャフト近傍の部分はその場に居残り、ケーシングに近い部分は速やかに移動するというバックミキシングやショートパス現象が発現する。そのため、単なる中空の円盤である場合には、被処理物のピストンフロー性が実現できない。

　本発明は、上述した背景技術が有する実状に鑑み成されたものであって、その目的は、従来の楔形の中空回転体を用いた装置が有する高い熱効率、ピストンフロー性等の利点を備えつつ、しかも被処理物の付着・堆積が生じ難く、且つその製作工数（時間）を短縮できる粉粒体の熱交換装置及びその製造方法を提供することにある。
　上記した目的を達成するため、本発明に係る粉粒体の熱交換装置は、横長のケーシング内にシャフトを軸架し、該シャフトに多数の熱交換器を所定の間隔を隔てて配置し、前記シャフトを介して、前記熱交換器内に熱交換媒体を供給するとともに、前記熱交換器を前記ケーシング内において回転させる構成とした粉粒体の熱交換装置であって、前記多数の熱交換器の内少なくとも一部の熱交換器を、円周縁から中心方向に向けた切欠き凹部を有し、該切欠き凹部の一側縁から次の切欠き凹部の他側縁までの板面が、該板面間の距離を漸次広くすることにより楔状板面に形成されているとともに、中央部に側面視左右方向に滑らかに膨出する突出部を有し、該突出部の先端に開口部が形成された略中空円盤形状とし、該楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器の前記開口部に前記シャフトを挿通することにより、該熱交換器が前記シャフトに配置されている構成の装置とした。
　ここで、上記本発明において、上記熱交換器の切欠き凹部が略台形状に形成されていることは、本発明の好ましい実施の形態である。また、上記熱交換器の切欠き凹部が円周縁の対称位置に２個設けられ、その２個の切欠き凹部のそれぞれの間の板面が上記楔状板面に形成されている装置とすることは、本発明の好ましい実施の形態である。
　また、上記した目的を達成するため、本発明に係る粉粒体の熱交換装置の製造方法は、上記本発明の装置において用いる楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器を厚み方向中央で２分割した形状の部材をそれぞれプレス成形する過程と、前記プレス成形された２枚の部材を周縁部が当接する方向に突き合わせ、その当接した周縁部において溶接することにより楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器を作製するとともに、熱交換器をその突出部先端の開口部周縁においてシャフトに溶接することにより該熱交換器をシャフトに固定する過程とからなる方法とした。
　ここで、上記本発明において、上記熱交換器を作製するとともに熱交換器をシャフトに固定する過程を、上記プレス成形された２枚の部材を周縁部が当接する方向に突き合わせ、その当接した周縁部において溶接する過程と、前記溶接によって作製された楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器の開口部にシャフトを挿通し、多数の熱交換器をシャフトに配設する過程と、前記配設された熱交換器をその突出部先端の開口部周縁においてシャフトに溶接する過程とすることは、本発明の好ましい実施の形態である。あるいは、上記本発明において、上記熱交換器を作製するとともに熱交換器をシャフトに固定する過程を、上記プレス成形された２枚一組の部材を順次その開口部にシャフトを挿通し、多数組のプレス成形された部材をシャフトに配設する過程と、前記配設された部材の当接する周縁部における溶接、及び突出部先端の開口部周縁におけるシャフトとの溶接を順次行なう溶接過程とすることは、本発明の好ましい実施の形態である。
　上記した本発明に係る粉粒体の熱交換装置によれば、シャフトに配置した熱交換器が、円周縁から中心方向に向けた切欠き凹部を有し、該切欠き凹部の一側縁から次の切欠き凹部の他側縁までの板面が徐々に厚くなる楔状板面に形成されている。このため、この熱交換装置によれば、隣り合う２つの熱交換器において、その楔状板面間の間隔は、熱交換器の一側縁から他側縁に向けて漸次狭くなることとなり、熱交換器はシャフトの回転に伴ってこの状態で被処理物層に切り込んでいくため、漸次狭くなる楔状板面間において被処理物層に徐々に圧縮力を作用させることができ、また、他側縁を通過した時点で切欠き凹部において一気にその圧縮力を開放させることができる。そのため、被処理物である粉粒体層に回転に伴って圧縮と膨張とを繰り返し作用させることができ、粉粒体の効率的な加熱、或いは冷却が可能な装置となる。即ち、漸次狭くなる楔状板面間における粉粒体層の圧縮は、内包する空気層の圧縮を意味し、その結果、断熱効果を低減してより高い熱移動性を実現することができる。一方、楔状板面の終端に位置する切欠き凹部において粉粒体層は圧縮から開放されて膨張することとなり、粉粒体間に内包された蒸発物等を速やかに系外に放出させることができる。このような効果を奏する圧縮と膨張を繰り返し粉粒体層に作用させることができる本発明に係る装置は、高い熱効率を有する装置となる。また、本発明において用いる熱交換器は、上記したように円周縁から中心方向に向けた切欠き凹部を有するものである。このため、この熱交換装置によれば、この熱交換器の切欠き凹部から被処理物を通過させることができ、被処理物のピストンフロー性が確保された装置となる。
　また、本発明に係る粉粒体の熱交換装置によれば、熱交換器の中央部に側面視左右方向に滑らかに膨出する突出部を有し、該突出部の先端に開口部を形成し、該開口部にシャフトを挿通することにより熱交換器とシャフトとが固定されている。このため、この熱交換装置によれば、熱交換器とシャフトとの取付け部は滑らかな曲面となり、被処理物の付着・堆積が生じ難いものとなる。このため、熱交換器とシャフトとにより広い熱移動面積を確保することができ、熱効率の高い装置を実現することができる。また、付着・堆積した被処理物が剥がれ落ちて混じることがないため、信頼性の高い粉粒体の熱交換操作を実現することができる装置となる。
　更に、本発明に係る粉粒体の熱交換装置によれば、熱交換器の構成は全体として略中空円盤形状のシンプルなものである。このため、この熱交換装置によれば、製造工数（時間）を大幅に短縮することができ、また溶接の自動化も容易なものとなる。
　また、上記した本発明に係る粉粒体の熱交換装置の製造方法によれば、熱交換器を作るに当たって、溶接は、プレス成形された２枚の部材の当接する周縁部のみの一箇所（溶接線が１本）で済む。そのため、短時間でその作業を行うことができ、また溶接の自動化も極めて容易なものとなる。また、シャフトに熱交換器を固定するに当たっても、熱交換器に形成された開口部にシャフトを挿通し、その開口部周縁においてシャフトに溶接すればよい。そのため、その溶接作業は単純なものとなり、大幅に溶接時間を短縮することができる。また、この場合においても、溶接線は１本なので、その自動化が極めて容易なものとなる。

　第１図は、本発明に係る粉粒体の熱交換装置の一部を切り欠いて示した側面図である。
　第２図は、第１図のＸ−Ｘ線に沿う部分の拡大断面図である。
　第３図は、熱交換器を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
　第４図は、熱交換器を示した斜視図である。
　第５図は、シャフトに配置された熱交換器の縦断面図である。
　第６図は、熱交換器を作製するプレス成形部材を示した斜視図である。
　第７図は、熱交換器を作製するプレス成形部材を示した側断面図である。
　第８図は、プレス成形部材を溶接する状態を示した側断面図である。
　第９図は、熱交換器をシャフトに溶接する状態を示した側断面図である。
　第１０図は、熱交換器が配置されたシャフトをケーシング内に配設した状態を示した平面図である。
　第１１図は、従来の熱交換器の斜視図である。
　第１２図は、シャフトに配置された従来の熱交換器の正面図である。
　第１３図は、従来の熱交換器の構成部品を分解して示した斜視図である。

　以下、上記した本発明に係る粉粒体の熱交換装置及びその製造方法の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
　第１図、第２図において、１は、比較的横に長い容器からなる熱交換装置のケーシングである。このケーシング１は、支持台２によって必要に応じてやや傾斜して設けられている。ケーシング１の横断面は、第２図に示したように、二つの円弧によって画かれた碗型であって、その中央底部には前記円弧によって形成される隆起体３が凸条となってケーシング１の前後に走っている。そして、ケーシング１の底面及び側面の略全面にわたって、熱交換用ジャケット４が設けられている。
　上記熱交換用ジャケット４には、第１図に示したように、熱交換媒体の供給管５及び排出管６が接続されている。またケーシング１の後端底部には、被処理物の排出口７が設けられており、ケーシング１の上面には、カバー８がボルト等によって取り付けられている。そして、カバー８の前端部には、被処理物の投入口９が設けられている。また、カバー８の前端部と後端部には、キャリアガスの送入口１０，１１、そしてカバー８の中央部には、キャリアガスの排出口１２がそれぞれ設けられている。
　また、ケーシング１の前後には、２本の中空シャフト１３，１３が並列に貫通している。この２本の中空シャフト１３，１３は、ケーシング１の前後部に設けられた軸受１４，１４及び１５，１５によって、それぞれ回転自在に支持されている。また、各シャフト１３，１３の前部には、それぞれギヤー１６，１６が設けられている。そして、このギヤー１６，１６が噛み合わされ、シャフト１３，１３が互いに反対方向に回転するように構成されている。また、シャフト１３の一方には、スプロケット１７が設けられている。そして、このスプロケット１７に噛合したチェーン（図示セズ）を介して、モーター（図示セズ）の回転がシャフト１３，１３に伝達されるように構成されている。
　上記各シャフト１３，１３の前端には、ロータリージョイント１８，１８を介して、それぞれ熱交換媒体の供給管１９，１９が接続されている。また、各シャフト１３，１３の後端には、同様にロータリージョイント２０，２０を介して、それぞれ熱交換媒体の排出管２１，２１が接続されている。また、各シャフト１３，１３には、第２図に示したように、軸方向に内部を真二つに仕切る仕切り板２２，２２がそれぞれ設けられている。そして、この仕切り板２２によって、各シャフト１３の内部は一次室２３、二次室２４に分割されている。そして、一次室２３はシャフト１３の前部に、二次室２４はシャフト１３の後部に、それぞれ連通されている。この状態は特には図示してないが、シャフト１３の前部では二次室２４の前端を、シャフト１３の後部では一次室２３の後端を、それぞれ半月形の端板で密閉すれば、上記構成を実現することができる。
　また、上記各シャフト１３，１３には、それぞれ多数の熱交換器３０，３０・・・が、第２図及び第１０図に示したように、互いに一部入り込む（重なる）ように所定の間隔を隔てて配置されている。
　上記熱交換器３０は、第３図及び第４図に示したように、円周縁から中心方向に向けた２つの略台形状の切欠き凹部３１，３１を対称位置に有している。そして、一方の切欠き凹部３１の一側縁３１ａから他方の切欠き凹部３１の他側縁３１ｂまでの板面が、該板面間の距離を漸次広くすることにより楔状板面３２，３２に形成されている。また、この熱交換器３０は、中央部に側面視左右方向に滑らかに膨出する突出部３３，３３を有している。そして、その突出部３３，３３のそれぞれの先端に、開口部３４，３４が形成されている。また、この熱交換器３０は、全体として略中空円盤形状に形成されている。
　なお、上記熱交換器３０に形成された切欠き凹部３１は、２つに限らない。即ち、切欠き凹部３１は、被処理物の通過に充分な開口面積を有していればよい。具体的には、この切欠き凹部３１の面積〔第３図（ｂ）において点斜線を施した部分〕が、第１２図に示した従来技術におけるシャフト６０の同一垂直面に取り付けられた２つの楔形の中空回転体５０，５０の間の２つの扇形の間隙Ａ，Ａの面積とほぼ同じであればよい。そして、この切欠き凹部３１の数は、１つでも、また３つ以上であってもよい。但し、切欠き凹部３１が２つ以上の場合には、円周方向に等間隔に配置され、その切欠き凹部３１，３１・・のそれぞれ間の板面が、上記楔状板面３２に形成されていることが好ましい。また、上記熱交換器３０に形成された楔状板面３２は、その傾斜面が左右対称であることが好ましい。そして、この楔状板面３２の頂角の角度〔第３図（ｃ）においてα〕は、４~８度が適当である。
　上記した構成の熱交換器３０が、各シャフト１３にその切欠き凹部３１が同じ方向に並ぶように一定の間隔をもって多数配置されている。この熱交換器同士の間隔は、熱交換器３０の上記開口部３４にシャフト１３を挿通したとき、隣り合う熱交換器３０，３０の上記突出部３３，３３の先端同士が当接することにより確保されるものとしてもよい。またこの熱交換器同士の間隔は、別体のスリーブを隣り合う熱交換器３０，３０の間に介在させることにより確保されるものとしてもよい。そして、２本のシャフト１３，１３は、熱交換器３０の切欠き凹部３１の数が２つの場合は、第２図に示したように、熱交換器３０の切欠き凹部３１，３１の位置が９０度ずれるように、かつ熱交換器３０が互いに一部入り込む（重なる）ように、ケーシング１に配設される。なお、シャフト１３の本数は、２本に限定されず、例えば４本、或いはそれ以上であってもよい。逆に、シャフト１３の本数は、１本（単軸）であってもよい。また、シャフト１３に配置する熱交換器は、その全てが上記した楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器３０としてもよい。更には、被処理物の物性に応じて、他の構造の熱交換器と適宜組み合わせて、上記した楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器３０をシャフト１３に取り付けた構造としてもよい。
　熱交換器３０の楔状板面３２の後端側に位置する切欠き凹部３１の側縁３１ｂ付近には、第４図等に示したように、掻き上げ羽根３５が取り付けられる。この掻き上げ羽根３５は、各熱交換器３０に全て取り付けてもよい。また、この掻き上げ羽根３５は、被処理物の物性によっては、一つ置き或いは複数個置きに取り付けてもよく、場合によっては、まったく取り付けない場合があってもよい。
　また、熱交換器３０の内部には、第５図に示したように、仕切り板３６が取り付けられる。そして、この仕切り板３６によって、熱交換器３０の内部空間３７が仕切られ、上記したシャフト１３の一次室２３から連通孔２５を介して熱交換器３０の内部空間３７内に流入した熱交換媒体が、内部空間３７内を一定方向に循環して連通孔２６を介してシャフト１３の二次室２４に流出する流れが形成されるように構成されている。なお、比較的小さな装置の場合は、上記仕切り板３６は、一つでもよい。逆に、大きな装置の場合は、熱交換器３０の内部空間３７を複数の仕切り板３６によって更にこまかく仕切り、前記と同様にそれぞれの内部空間３７とシャフトの一次室２３、二次室２４とを連通する連通孔２５，２６をそれぞれ設けてもよい。
　上記した構成の熱交換器３０は、次のようにして作製することができる。
　先ず、板材からプレス成形によって、第６図及び第７図に示したように、上記楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器３０を厚み方向中央で２分割した形状の部材４０ａ，４０ｂをそれぞれ作製する。このプレス成形は、一組の金型で一度に行ってもよい。また、このプレス成形は、周縁部、板面部、中央部等をそれぞれ別々の金型を用いて分けて行ってもよい。更には、このプレス成形は、各部分を多段で徐々に成形することとしてもよい。但し、部材４０ａ，４０ｂを正確に歪みなく成形するには、少なくとも複数段に分けて徐々に成形することが好ましい。また、最初に熱交換器３０の仕上がり形状及び寸法を考慮して板材を切断し、この切断した板材をプレス成形することとしてもよい。また、切断機能付きのプレス成形機を用い、成形と同時に周縁の切断及び中央部の穴抜き等を行うこととしてもよい。
　次に、作製した２つの部材４０ａ，４０ｂを、第８図に示したように、周縁部４１ａ，４１ｂが当接する方向に突き合わせる。そして、その当接した周縁部４１ａ，４１ｂの全周を溶接し、第４図に示した楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器３０を作る。このときに、熱交換器３０の内部空間３７を仕切る上記仕切り板３６、必要に応じて補強のために設けるスティ（図示セズ）等も、溶接等の手段によりその内部に取り付ける。
　続いて、作製した熱交換器３０の開口部３４に、シャフト１３を挿通する。そして、熱交換器３０の間隔を決定するスリーブ３８をシャフト１３に挿通する。このようにして、多数の熱交換器３０，３０・・をシャフト１３に配設する。そして、シャフト１３に配設した熱交換器３０の突出部３３とスリーブ３８の端部との当接部において、第９図に示したように、その全周を溶接する。これらの作業によって、シャフト１３の表面に、熱交換器３０を溶接固定する。そして、掻き上げ羽根３５を、熱交換器３０の適所に溶接等の手段により取り付ける。そして、多数の熱交換器３０，３０・・が、所定の間隔を隔てて配置されたシャフト１３を、第１０図に示したように、ケーシング１内に配設し、熱交換装置を作製する。
　なお、上記とは異なり、プレス成形された２枚一組の部材４０ａ，４０ｂを溶接することなく、その開口部３４にシャフト１３を挿通する。そして、多数組のプレス成形された部材４０ａ，４０ｂをシャフト１３に配設した後、該シャフト１３に配設された部材４０ａ，４０ｂの当接する周縁部４１ａ，４１ｂにおける溶接、及び突出部先端の開口部３４の周縁におけるシャフト１３との溶接を順次行なう。これによって、楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器３０の作製と、該熱交換器３０のシャフト１３への固定とを、行なう製造方法としてもよい。
　上記した本発明の熱交換器３０を作るに当たっての溶接は、プレス成形された２つの部材４０ａ，４０ｂの当接する周縁部４１ａ，４１ｂのみの一箇所（溶接線が１本）で済む。そのため、短時間でその作業を行うことができるとともに、溶接の自動化が極めて容易なものとなる。また、シャフト１３に熱交換器３０を固定するに当たっても、熱交換器３０の突出部３３の先端となる開口部３４の周縁にそって溶接すれば、熱交換器３０をシャフト１３に溶接固定することができる。そのため、大幅に溶接時間を短縮することができる。また、この場合においても、溶接線は１本なので、その自動化が極めて容易なものとなる。更に、従来の楔形の熱交換器５０を手作業でシャフト６０に溶接する場合は、前述したように溶接方法を変えて多層盛りをする必要があったが、本発明の熱交換器３０をシャフト１３に自動溶接する場合は、適切な溶接条件を選択することにより１層のみの溶接で完了できる。そのため、さらに溶接時間を短縮することができる。また、従来の楔形の熱交換器５０そのものの作製においても、各板材の当接する部分の溶接も上記と同様に多層盛りであったが、本発明の熱交換器３０の作製においては、自動溶接とすることにより１層のみの溶接で完了できる。そのため、同様に溶接時間を短縮することができる。また、従来の楔形の熱交換器５０をシャフト６０に取り付ける場合においては必要であった板材（ライニング）６１の役割を、本発明の場合は熱交換器３０の突出部３３が果たし、材料を削減できるとともに、加工工数を低減することができる。
　次に、上記した本発明に係る熱交換装置を使って、粉粒体を乾燥する場合について説明する。
　先ず、被処理物である粉粒体（粉体でも粒体でもよい）を、本発明に係る熱交換装置の投入口９よりケーシング１内に連続的に定量供給する。この際、ジャケット４には所定の温度の加熱媒体、例えば蒸気、温水等を循環させ、ケーシング１を一定温度に加熱しておく。また、二本のシャフト１３，１３は、モーターによりスプロケット１７、ギヤー１６，１６を介して回転させる。さらに、熱交換媒体の供給管１９，１９よりロータリージョイント１８，１８を介して各シャフト１３，１３に加熱媒体、例えは蒸気又は温水等を送る。シャフト１３に送られた加熱媒体は、シャフト１３の一次室２３より熱交換器３０の内部空間３７に流入し、熱交換器３０を加熱する。そして、熱交換器３０の加熱に利用された加熱媒体は、シャフト１３の二次室２４を経て、シャフト後部のロータリージョイント２０を介して熱交換媒体の排出管２１より排出される。
　ケーシング１内に供給された粉粒体は、ケーシング１及び熱交換器３０によって加熱される。そして、粉粒体から蒸発した揮発分は、キャリアガスに同伴されて排出される。キャリアガスは、例えば空気、不活性ガス等が使用され、送入口１０，１１より供給されたキャリアガスは、ケーシング１内の上層部を通過し、粉粒体より蒸発した揮発分（水蒸気、有機溶剤等）を伴って、排出口１２より排出される。そして、この粉粒体より蒸発した揮発分を伴ったキャリアガスは、系外で適宜処理される。揮発分が有機溶剤である場合は、キャリアガスとして窒素ガス等の不活性ガスが使われ、排出口１２は溶剤凝縮器に連結され、有機溶剤はそこで回収される。そして、凝縮器を通ったキャリアガスは、再び送入口１０，１１よりケーシング１内に入り、キャリアガスは循環使用される。
　粉拉体が投入口９よりケーシング１内に入る時に、機械的攪拌操作をすることによって粉粒体は流動性を持つことになる。そして、粉粒体は、投入口９における充填高さによる圧力と、必要に応じて設けられたケーシング１の傾斜によって、次第にケーシング１内を流下し、熱交換器３０の切欠き凹部３１を通過して排出口７へと移動する。
　この際、粉粒体は、進行方向と直交する略中空円盤形状の熱交換器３０の回転によってかき分けられ、そのかき分けと同時に熱の交換が行われ、粉粒体は乾燥される。特に、本発明において用いる熱交換器３０は、円周縁から中心方向に向けた切欠き凹部３１を有し、該切欠き凹部３１の一側縁３１ａから次の切欠き凹部３１の他側縁３１ｂまでの板面が徐々に厚くなる楔状板面３２に形成されている。このため、隣り合う２つの熱交換器３０，３０において、その楔状板面３２，３２間の間隔は、熱交換器３０の一側縁３１ａから他側縁３１ｂに向けて漸次狭くなることとなる。熱交換器３０は、シャフト１３の回転に伴ってこの状態で粉粒体層に切り込んでいくため、漸次狭くなる楔状板面３２，３２間において粉粒体層に徐々に圧縮力を作用させることができ、また、他側縁３１ｂを通過した時点で切欠き凹部３１において一気にその圧縮力を開放させることができる。そのため、粉粒体層に回転に伴って圧縮と膨張とを繰り返し作用させることができ、粉粒体の効率的な乾燥が可能となる。即ち、漸次狭くなる楔状板面３２，３２間における粉粒体層の圧縮は、内包する空気層の圧縮を意味し、その結果、断熱効果を低減してより高い熱移動性を実現することができる。一方、楔状板面の終端に位置する切欠き凹部３１において粉粒体層は圧縮から開放されて膨張することとなり、粉粒体間に内包された蒸発物等を速やかに系外に放出させることができる。このような粉粒体層に圧縮と膨張を繰り返し作用させることができる本発明に係る装置は、高い熱効率を有する装置となる。更に、実施の形態に係る装置においては、上記作用・効果を奏する楔状板面３２と切欠き凹部３１とを有する熱交換器３０を、第２図及び第１０図に示したように、互いに一部入り込む（重なる）ようにケーシング１に配設したため、上記粉粒体層への圧縮と膨張の繰り返し作用はより向上したものとなり、更に高い熱効率を有する装置となる。また、熱交換器３０は、上記したように切欠き凹部３１を有するものである。そのため、該切欠き凹部３１から粉粒体を通過させることができ、ピストンフロー性が確保される。そして、均一な滞留時間を経て乾燥された粉粒体は、排出口７方向にスムースに送られ、排出口７より排出される。
　また、本発明において用いる熱交換器３０は中央部に側面視左右方向に滑らかに膨出する突出部３３を有し、該突出部の先端に開口部３４を形成し、該開口部３４にシャフト１３を挿通することにより熱交換器３０とシャフト１３とが固定されている。そのため、該熱交換器３０とシャフト１３との取付け部は滑らかな曲面となり、被処理物である粉粒体の付着・堆積が生じ難いものとなる。これによって、熱交換器３０とシャフト１３とにより広い熱移動面積を確保することができ、熱効率のより高い装置を実現することができる。また、付着・堆積した被処理物が剥がれ落ちて混じることがないため、信頼性の高い粉粒体の熱交換操作を実現することができる装置となる。
　以上、本発明に係る粉粒体の熱交換装置及びその製造方法の実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、更に種々の変形及び変更を加えることができることは当然である。
　また、被処理物の乾燥度を増強する必要がある場合等においては、上記装置を直列に複数台連結使用してもよい。また、処理量を増大させたい場合等には、熱交換器を配置したシャフトを更に並列に増設した構成とすることもできる。
　本発明の装置は、被処理物として湿潤粉体、粒体、及び脱水ケーキ等の塊状物質の乾燥に使用することができる。例えば水酸化アルミニウム、酸化チタン、カーボングラファイト等の無機物、小麦粉、コーンスターチ等の食品有機物、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン等の合成樹脂の脱水品を乾燥する工程で使用でき、更にはトリポリ燐酸ソーダのように乾燥後に反応を伴う物質の加熱、反応の工程に使用することができる。

　本発明に係る粉粒体の熱交換装置は、合成樹脂、食品、化成品等の幅広い分野において、粉粒体材料の乾燥、加熱、冷却、反応等に利用できる。

Claims (6)

1. 　横長のケーシング内にシャフトを軸架し、該シャフトに多数の熱交換器を所定の間隔を隔てて配置し、前記シャフトを介して、前記熱交換器内に熱交換媒体を供給するとともに、前記熱交換器を前記ケーシング内において回転させる構成とした粉粒体の熱交換装置であって、前記多数の熱交換器の内少なくとも一部の熱交換器を、円周縁から中心方向に向けた切欠き凹部を有し、該切欠き凹部の一側縁から次の切欠き凹部の他側縁までの板面が、該板面間の距離を漸次広くすることにより楔状板面に形成されているとともに、中央部に側面視左右方向に滑らかに膨出する突出部を有し、該突出部の先端に開口部が形成された略中空円盤形状とし、該楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器の前記開口部に前記シャフトを挿通することにより、該熱交換器が前記シャフトに配置されていることを特徴とする、粉粒体の熱交換装置。
2. 　上記熱交換器の切欠き凹部が略台形状に形成されていることを特徴とする、請求の範囲１に記載の粉粒体の熱交換装置。
3. 　上記熱交換器の切欠き凹部が円周縁の対称位置に２個設けられ、その２個の切欠き凹部のそれぞれの間の板面が上記楔状板面に形成されていることを特徴とする、請求の範囲１に記載の粉粒体の熱交換装置。
4. 　請求の範囲１~３のいずれかに記載の楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器を厚み方向中央で２分割した形状の部材をそれぞれプレス成形する過程と、前記プレス成形された２枚の部材を周縁部が当接する方向に突き合わせ、その当接した周縁部において溶接することにより楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器を作製するとともに、熱交換器をその突出部先端の開口部周縁においてシャフトに溶接することにより該熱交換器をシャフトに固定する過程とからなることを特徴とする、粉粒体の熱交換装置の製造方法。
5. 　上記熱交換器を作製するとともに熱交換器をシャフトに固定する過程を、上記プレス成形された２枚の部材を周縁部が当接する方向に突き合わせ、その当接した周縁部において溶接する過程と、前記溶接によって作製された楔状板面を有する略中空円盤形状の熱交換器の開口部にシャフトを挿通し、多数の熱交換器をシャフトに配設する過程と、前記配設された熱交換器をその突出部先端の開口部周縁においてシャフトに溶接する過程としたことを特徴とする、請求の範囲４に記載の粉粒体の熱交換装置の製造方法。
6. 　上記熱交換器を作製するとともに熱交換器をシャフトに固定する過程を、上記プレス成形された２枚一組の部材を順次その開口部にシャフトを挿通し、多数組のプレス成形された部材をシャフトに配設する過程と、前記配設された部材の当接する周縁部における溶接、及び突出部先端の開口部周縁におけるシャフトとの溶接を順次行なう溶接過程としたことを特徴とする、請求の範囲４に記載の粉粒体の熱交換装置の製造方法。

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