JP4312942B2

JP4312942B2 - 熱交換装置

Info

Publication number: JP4312942B2
Application number: JP2000312801A
Authority: JP
Inventors: 正義原田
Original assignee: Tlv Co Ltd
Current assignee: Tlv Co Ltd
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: JP2002122370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換室内を吸引手段により低圧状態として、比較的低温度で加熱あるいは冷却する熱交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱交換装置として例えば回転式冷却装置としては、特開平６−２３８６７７号公報に示されているものが用いられていた。これは、回転部を有したロールと、ロール内部に冷却液を供給する冷却液供給部と、内部から冷却液を排出するサイフォン管及び吸引手段とから成る冷却液排出部から成るもので、ロール内部で冷却液を気化させることによって大きな熱通過率でもって被冷却物を気化冷却し、冷却ムラの発生を防止することができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の熱交換装置でも未だ確実に冷却ムラを防止することができない問題があった。これは、ロール内部で冷却液が気化した気化蒸気を、サイフォン管と冷却液排出管を介して吸引手段で吸引する場合に、これらの管路径が小さいために気化蒸気の発生量が変動して増加すると管路抵抗が大きくなり、気化蒸気の増加量を確実に吸引することができず、ロール内部の圧力が変動してしまい、結果として熱交換室としてのロール内部の温度が変動して冷却ムラを生じてしまうのである。
【０００４】
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、管路径を大きくすることなく、熱交換室内から吸引手段までの管路抵抗を極力小さくすることによって、熱交換室内の圧力変動を押さえて温度ムラを防止することのできる熱交換装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、熱交換室と、当該熱交換室に熱交換流体を供給する流体供給管を接続すると共に、吸引手段を連通したものにおいて、吸引手段を少なくともエゼクタで形成して、当該エゼクタを熱交換室内に配置し、エゼクタの入口側を熱交換流体供給管に接続すると共に、エゼクタの出口側を熱交換流体排出管に接続した熱交換装置である。
【０００６】
エゼクタを熱交換室内に配置したことにより、熱交換室内と吸引手段としてのエゼクタとの間をサイフォン管や連通管路で接続する必要がなく、両者の間の管路抵抗を最小のものとすることができる。
【０００７】
エゼクタの入口側を熱交換流体供給管に接続すると共に、エゼクタの出口側を熱交換流体排出管に接続したことにより、エゼクタに吸引された熱交換室内の流体は、エゼクタの入口から出口に流下する間に熱交換流体と混合されて流体排出管から排出される。
【０００８】
熱交換室内の流体が冷却水の気化した気化蒸気の場合、エゼクタに吸引された気化蒸気は、熱交換流体としての冷却水に混合されて凝縮し、容積が減少して流体排出管から熱交換室外に排出される。
【０００９】
このように容積の大きな蒸気を熱交換室の内部から排出することなく、凝縮させて容積の小さな冷却水として熱交換室の外部に排出することにより、熱交換室の内外を連通する管路径を大きなものとする必要がなく、且つ、管路抵抗も小さなものとすることができ、熱交換室内の圧力変動を押さえて温度ムラを防止することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の実施にあたり、熱交換室に供給する熱交換流体として冷却水又は冷媒等の冷却流体を供給するものである。
【００１１】
熱交換流体として冷却流体を用いることにより、被熱交換物を冷却することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、同じく請求項１に係る発明の実施にあたり、熱交換流体として蒸気又は熱媒等の加熱流体を供給するものである。
【００１３】
熱交換流体として加熱流体を用いることにより、被熱交換物を加熱することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか1項に係る発明の実施にあたり、熱交換室内に配置したエゼクタの吸引部の少なくとも1箇所を、熱交換室の内側近傍に開口したものである。
【００１５】
エゼクタの吸引部を熱交換室の内側近傍に開口したことにより、熱交換室の内側の流体はこのエゼクタの吸引部に吸引され、熱交換室の内側に過度の流体を滞留することがない。
【００１６】
熱交換室内に冷却水を供給して気化冷却を実施する場合、熱交換室の内側に過度の冷却水を滞留することがなく、気化冷却温度を所定の一定値に維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施例においては、熱交換装置としてロール１を用いた例を示す。図１において、回転自在なロール１と、熱交換流体供給管としての冷却流体供給管２と、流体排出管４と、ロール１の内部に配置したエゼクタ５，６と、流体排出管４と供給管２の間に配設したタンク７と流体ポンプ８とで熱交換装置を構成する。
【００１８】
ロール１は中空円筒状で左右の中央部にロータリージョイント９，１０を設け、このロータリージョイント９，１０を中心にしてロール１が連続回転できるように配置する。図示しない被熱交換物はロール１の外表面に接触して熱交換されるものである。
【００１９】
中空円筒状のロール１の内部を熱交換室１１としてエゼクタ５，６を配置する。エゼクタ５，６は、図示しないノズルを内蔵した吸引部１４，１５とディフューザ１６，１７とで構成する。エゼクタ５，６の入口側としての吸引部１４，１５を、熱交換流体噴射部１２と連通管路１３を介して、熱交換流体供給管としての冷却流体供給管２に接続する。
【００２０】
エゼクタ５，６の吸引部１４，１５にそれぞれパイプ１８，１９を取り付ける。パイプ１８の下端開口部２０は、熱交換室１１の内側に僅かに隙間を介して配置する。一方、パイプ１９の上部開口部２１，２２は、熱交換室１１の内側で熱交換室１１の内周から離して配置する。
【００２１】
エゼクタ５，６のディフューザ１６，１７は、連通管路２３を介して流体排出管４と接続する。流体排出管４はタンク７を介して流体ポンプ８の吸入部２４と接続する。流体ポンプ８の吐出部２５は、冷却流体供給管２と連通してエゼクタ５，６と接続する。
【００２２】
タンク７の上部には、冷却流体補給管２６を接続すると共に、オーバーフロー管２７を接続する。流体ポンプ８は、タンク７内の流体を吸引して、冷却流体供給管２に吐出するものである。
【００２３】
冷却流体供給管２とエゼクタ５，６の間に配置した熱交換流体噴射部１２は、中空円筒状で外周に多数の流体噴射ノズル２８を設ける。熱交換流体噴射部１２の内部に溜まった流体がノズル２８から熱交換室１１の内部に噴射されるものである。
【００２４】
ロール１の外表面で図示しない被冷却物を冷却する場合、ロール１を回転させながら、流体ポンプ８を駆動して冷却流体供給管２から熱交換流体噴射部１２の複数のノズル２８を介して、ロール１内に冷却流体を供給する。
【００２５】
熱交換流体噴射部１２の残余の冷却流体は、エゼクタ５，６に供給され、吸引部１４，１５で吸引力を生じる。この吸引力は、エゼクタ５，６内を流下する冷却流体の温度によって決定されるために、流体温度を適宜に制御することにより、吸引力を調節することができる。流体温度を１００度Ｃ以上とすることにより大気圧以上の圧力とし、あるいは、１００度Ｃ以下の温度とすることにより大気圧以下の減圧状態とすることができる。
【００２６】
熱交換室１１の内部圧力は、エゼクタ５，６で発生する圧力とほぼ等しくなる。熱交換室１１の内部圧力を大気圧以下の減圧状態とした場合、供給された冷却流体が被冷却物の熱を奪って直ちに蒸発気化することによって、被冷却物は１００度Ｃ以下の温度に冷却される。
【００２７】
熱を奪って気化した蒸気は主にエゼクタ６のパイプ１９から吸引部１５に吸引され、冷却流体と混合されて液体となってタンク７に至る。一方、気化することなく熱交換室１１の内側に位置する冷却流体は、エゼクタ５のパイプ１８から吸引されてタンク７に至る。
【００２８】
パイプ８の下端開口２０を、ロール１内周に僅かな距離だけ離して配置したことにより、熱交換室１１内側の冷却流体の膜厚をこの距離と等しく一定の膜厚とすることができ、ロール１全体の冷却温度を均一に維持することができる。
【００２９】
つぎに他の実施例を図２に示す。なお図１と同一部材には同一符号を付す。図２において、熱交換流体供給管としての加熱流体供給管３には、自動調節弁２９とバルブ３０を介して図示しない蒸気等の加熱流体源と連通する。加熱流体供給管３は、連通管路１３を介してエゼクタ３１の吸引部３２と接続する。
【００３０】
連通管路１３には、開度調整バルブ３３を介して加熱流体噴射管３４を取り付ける。加熱流体供給管３から供給される蒸気等の加熱流体が、バルブ３３で量を調整されて熱交換室１１内に噴射されるものである。
【００３１】
エゼクタ３１の吸引部３２にはパイプ３６を連通してその下端開口をロール１の内周から僅かに距離をおいて配置する。エゼクタ３１のディフューザ３５は、連通管路２３を介して排出管４と接続する。
【００３２】
ロール１において被熱交換物を加熱する場合は、加熱流体供給管３から例えば蒸気を所望圧力あるいは温度に調節して、噴射管３４から熱交換室１１内へ供給することにより行うことができる。加熱を行って熱を奪われた蒸気は凝縮して復水となって熱交換室１１の底部に溜まる。
【００３３】
連通管路１３から供給される蒸気の残分はエゼクタ３１に供給されて吸引力を発生し、パイプ３６から復水を吸引すると共に、熱交換室１１内を所定の大気圧以下の減圧状態に維持する。従って、図１に示した冷却の場合と同様にロール１内を減圧状態にして、減圧蒸気による１００度Ｃ以下の低温加熱を行うことができる。
【００３４】
本実施例においては、冷却流体を熱交換室１１内に噴射する熱交換流体噴射部１２を連通管路１３に設けた例を示したが、連通管路１３に噴射孔を設けて噴射することもできる。また、この噴射孔をエゼクタ５，６の出口側の連通管路２３に設けることもできる。
【００３５】
また本実施例においては、エゼクタ５，６，３１に設けたパイプ１８，１９，３６をそれぞれ１本の例を示したが、複数本を設けることもできる。
【００３６】
また図１に示す本実施例においては、タンク７と流体ポンプ８を用いた例を示したが、エゼクタ５，６に所定温度の冷却流体を供給することができれば、タンク７と流体ポンプ８は必ずしも必要ではない。
【００３７】
タンク７に代えて間接熱交換器を配置して、エゼクタ５，６に供給する冷却流体の温度を適宜調節することもできる。
【００３８】
また本実施例においては、加熱又は冷却の熱交換を行う温度を、１００度Ｃ以下の例を示したが、エゼクタ５，６，３１での発生圧力を大気圧以上とすることによって、１００度Ｃ以上の熱交換温度とすることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、熱交換室内に吸引手段としてのエゼクタを配置することにより、熱交換室内から吸引手段までの管路抵抗をほぼ零とすることができ、熱交換室内の圧力変動を押さえて温度ムラを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換装置の実施例を示す一部断面構成図。
【図２】本発明の熱交換装置の他の実施例を示す一部断面構成図。
【符号の説明】
１ロール
２冷却流体供給管
３加熱流体供給管
４熱交換流体排出管
５，６，３１エゼクタ
８流体ポンプ
１１熱交換室
１３連通管路
１４，１５，３２吸引部
１８，１９，３６パイプ
２３連通管路
３４加熱流体噴射管

Claims

被熱交換物と熱交換する熱交換室と、当該熱交換室に熱交換流体を供給する流体供給管を接続し、熱交換室を吸引手段と連通したものにおいて、吸引手段を少なくともエゼクタで形成して、当該エゼクタを熱交換室内に配置し、エゼクタの入口側を熱交換流体供給管に接続すると共に、エゼクタの出口側を熱交換流体排出管に接続したことを特徴とする熱交換装置。
前記熱交換流体として冷却水又は冷媒等の冷却流体を供給する請求項１に記載した熱交換装置。
熱交換流体として蒸気又は熱媒等の加熱流体を供給する請求項１に記載した熱交換装置。
熱交換室内に配置したエゼクタの吸引部の少なくとも1箇所を、当該熱交換室の内側近傍に開口した請求項１〜３のいずれか1項に記載した熱交換装置。