(57)【要約】      （修正有）【課題】電気ヒーターを用いた流体加熱装置で流体を加熱する際に、バッフル板背面の渦流を抑制し、流体の局所的な滞留による高温領域の生成を防止する。【解決手段】流体入口６と流体出口７とを設けた筒状ケーシング１内に、ケーシングの流体３を加熱する電気ヒーター２を、ケーシングの長さ方向に沿って内装すると共に、これら電気ヒーターを複数の下向き開口のバッフル板４と上向き開口のバッフル板５とにより支持し、流体入口からケーシング内に流入する流体を流体出口に向かって蛇行状に流通させるようにした流体加熱装置を用いて流体を加熱する際に、ケーシング内径Ｄｓ［ｍｍ］とバッフルピッチＢｐ［ｍｍ］の比率Ｄｓ／Ｂｐが２以上であり、バッフルピッチＢｐ［ｍｍ］と流速ｕ［ｃｍ／ｓ］の比率Ｂｐ／ｕ［ｍｍ・ｓ／ｃｍ］を０．３＞Ｂｐ／ｕ＞０の範囲とすることを特徴とする流体の加熱方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口と流体出口とを設けた筒状ケーシング内に、該ケーシングの流体を加熱する電気ヒーターを、前記ケーシングの長さ方向に沿って内装すると共に、これら電気ヒーターを複数の下向き開口のバッフル板と上向き開口のバッフル板とにより支持し、流体入口から前記ケーシング内に流入する流体を流体出口に向かって蛇行状に流通させるようにした流体加熱装置を用いて流体を加熱する際に、前記ケーシング内径Ｄｓ［ｍｍ］とバッフルピッチＢｐ［ｍｍ］の比率Ｄｓ／Ｂｐが２以上であり、バッフルピッチＢｐ［ｍｍ］と流速ｕ［ｃｍ／ｓ］の比率Ｂｐ／ｕ  ［ｍｍ・ｓ／ｃｍ］を０．３＞Ｂｐ／ｕ＞０の範囲とすることを特徴とする流体の加熱方法。
【請求項２】
流体が液体であることを特徴とする請求項１記載の流体の加熱方法。
【請求項３】
流体が塩素化芳香族炭化水素化合物であることを特徴とする請求項１または２記載の流体の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ヒーターを用いた流体加熱装置で流体を加熱する方法に関するものである。さらに詳しくは、流体入口と流体出口とを設けた筒状ケーシング内に、該ケーシングの流体を加熱する電気ヒーターを前記ケーシングの長さ方向に沿って内装すると共に、これら電気ヒーターを複数の下向き開口のバッフル板と上向き開口のバッフル板とにより支持し、流体入口から前記ケーシング内に流入する流体を流体出口に向かって蛇行状に流通させるようにした流体加熱装置を用いて流体を加熱するに際し、流体の密度差による浮力を抑制して、局所的な流体の滞留を防止し、高温領域の生成による電気ヒーター焼損を回避する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学工業においては、流体を反応あるいは分離・精製等に供するために加熱する場合に、図１に示したような流体加熱装置がしばしば用いられている。このような流体加熱装置によれば、蒸気加熱では到達困難な高温（例えば３００℃以上）まで流体を加熱することが可能であり、また熱媒を用いる場合のような加熱炉が不要で設備費が安価という特徴がある。
【０００３】
図１に示した流体加熱装置の一例において、符号１はケーシング（シェル）、２はこのケーシング１内に複数設けた電気ヒーター、３は前記ケーシング１内を流れる液体や気体等の流体、４は下向き開口のバッフル板、５は上向き開口のバッフル板、６は流体入口、７は流体出口である。
【０００４】
このような従来の流体加熱装置においては、流体３は流体入口６から流体出口７に向かって電気ヒーター２によって加熱されながら、バッフル板４、５の作用で流体管１内を上下のバッフル板４、５の間および切り欠き部を蛇行状に流れるため、  電気ヒーター２によって効果的に加熱される。
【０００５】
しかるに、このよう流体加熱装置における加熱量は、一般に以下の数式１で示されることが知られている。
（数式１）  
Ｑ＝ｈ・Ａ・（Ｔ１−Ｔ２）
Ｑ：加熱量
ｈ：境膜伝熱係数
Ａ：伝熱面積
Ｔ１：電気ヒーター表面温度
Ｔ２：流体温度
【０００６】
つまり、上記のバッフル板４、５により、流体管１内を流れる流体３の流速（線速度）が大きくなり、電気ヒーター２表面近傍の境膜伝熱係数ｈが向上するため、加熱の効率がアップするのである。
【０００７】
しかしながら、このような従来の流体加熱装置において、流体３の流速が非常に大きい場合は、バッフル板４の背面に渦流が生成し流体の滞留部が生成する。この滞留部は流速が小さいため境膜伝熱係数ｈが低下し、電気ヒーター２の表面温度と流体温度の差が非常に大きくなる場合があり、局所的に高温領域が生じる。このような局所的な高温領域が発生すると、流体が有機物の場合には、熱分解を引き起こして電気ヒーター２の表面に炭化物が蓄積し、境膜伝熱係数が悪化して電気ヒーター２の表面温度がますます上昇し、炭化物の生成を促進する悪循環を引き起こし、その結果電気ヒーター２の焼損を招くという不具合があった。
【０００８】
上記のような滞留部分をなくすための流体加熱装置としては、螺旋形の連続したバッフル板を用いたもの（例えば、特許文献１参照）が提案されているが、この場合でもなお浮力を抑制するには不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１９６４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来技術における問題点の解決を課題として検討した結果達成されたものである。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、電気ヒーターを用いた流体加熱装置で流体を加熱する方法において、バッフル板背面の渦流を抑制し、流体の局所的な滞留による高温領域の生成を防止する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明によれば、流体入口と流体出口とを設けた筒状ケーシング内に、該ケーシングの流体を加熱する電気ヒーターを、前記ケーシングの長さ方向に沿って内装すると共に、これら電気ヒーターを複数の下向き開口のバッフル板と上向き開口のバッフル板とにより支持し、流体入口から前記ケーシング内に流入する流体を流体出口に向かって蛇行状に流通させるようにした流体加熱装置を用いて流体を加熱する際に、前記ケーシング内径Ｄｓ［ｍｍ］とバッフルピッチＢｐ［ｍｍ］の比率Ｄｓ／Ｂｐが２以上であり、バッフルピッチＢｐ［ｍｍ］と流速ｕ［ｃｍ／ｓ］の比率Ｂｐ／ｕ  ［ｍｍ・ｓ／ｃｍ］を０．３＞Ｂｐ／ｕ＞０の範囲とすることを特徴とする流体の加熱方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の流体の加熱方法においては、流体が液体であること、特に塩素化芳香族炭化水素化合物であることが、好ましい態様として挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流体加熱装置におけるケーシング内径Ｄｓ［ｍｍ］とバッフルピッチＢｐ［ｍｍ］の比率Ｄｓ／Ｂｐと、バッフルピッチＢｐ［ｍｍ］と流速ｕ［ｃｍ／ｓ］の比率Ｂｐ／ｕとを一定比率に調整することにより、バッフル板背面の渦流を抑制し、局所的な滞留による高温領域の生成による電気ヒーターの焼損を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明で使用する流体加熱装置の一例を示す模式断面図。
【図２】比較例１の結果（流体加熱装置における流体速度ベクトル）を示す説明図。
【図３】比較例１の結果（流体加熱装置の流体出口近傍における電気ヒーター表面の温度分布）を示す説明図。
【図４】実施例１の結果（流体加熱装置流における体速度ベクトル）を示す説明図。
【図５】実施例１の結果（流体加熱装置の流体出口近傍における電気ヒーター表面の温度分布）を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の典型的な実施形態について記載するが、本記載に限定されるものではない。
【００１７】
本発明における流体加熱装置は、液体または気体を加熱する場合に好適に使用される。棒状の電気ヒーター２としては、Ｕ字形に曲げたシーズヒーターが好適に使用される。シーズヒーターは金属管の内部にニクロム線などの電熱線を有し、その周囲に酸化マグネシウムなどの絶縁粉末が充填され、圧縮成形されたものが好適に使用され、流体加熱装置のケーシング１内に１本または複数本設置されている。流体加熱装置の胴管体内部には、１枚または複数枚のバッフル板４，５が設置されている。バッフル板４，５は電気ヒーター２が貫通する孔および、その一部に半円状の切り欠き部を有し、上下交互に設置されている。ケーシング１の断面に対するバッフル板４，５の切り欠き部の面積は、一般に２０％〜５０％である。また、バッフル板４，５に設けられた電気ヒーター２の貫通孔の隙間、およびバッフル板４，５とケーシング１との隙間は、流体３のショートパスを防止するため、極力小さくすることが望ましい。またバッフル板４，５の間隔は、流体３の線流速を大きくするために出来るだけ小さくとることが望ましい。
【００１８】
本発明で取り扱う流体としては液体、気体を問わないが、好ましくは液体であり、さらに好ましくは炭化水素化合物であり、さらに好ましくは塩素化芳香族炭化水素化合物であり、例えばクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、テトラクロロベンゼン、ペンタクロロベンゼン、ヘキサクロロベンゼン、クロロトルエン、ジクロロトルエン、ジクロロキシレン、クロロフェノールなど、塩素を置換基とする芳香族化合物である。
【００１９】
本発明でいうケーシング内径Ｄｓ［ｍｍ］とバッフルピッチＢｐ［ｍｍ］の比率Ｄｓ／Ｂｐは、小さい場合に目的とする効果が得られ易く、特にＤｓ／Ｂｐを２以下とすることが好ましい。
【００２０】
本発明でいう流速とは、バッフル切り欠き部面積を流体が通過するときの流速である。平滑管におけるバッフル切り欠き部面積を下記数式２により求め、流体流量を除したものが流速となる。
【００２１】
この流速は熱交換器設計ハンドブック（工学図書株式会社版  尾形英朗著）第２版、４３７項の式１１．９ａより算出する。
（数２）
ＳＢ＝Ｋ１Ｄｓ２−ｎｗ２・（π／４）・Ｄｏ２
ＳＢ：バッフル板切り欠き部の流路面積
Ｋ１：バッフル板切り欠き高さによる補正係数
Ｄｓ：胴内径
ｎｗ２：バッフル板切り欠き部に存在する電気ヒーター数
Ｄｏ：電気ヒーター外径
【００２２】
本発明におけるバッフルピッチＢｐ［ｍｍ］と流速ｕ［ｃｍ／ｓ］の比率Ｂｐ／ｕは、小さい方がよく、好ましくは０．３＞  Ｂｐ／ｕ＞０の範囲であることが望ましく、さらに好ましくは０．２＞  Ｂｐ／ｕ  ＞０の範囲であることが望ましい。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明の比較例・実施例を具体的に説明する。
【００２４】
［比較例１］
加熱ヒーター（ケーシング内径１３６．６ｍｍバッフル径１３５ｍｍ、バッフルの切り欠き高さ４５．５ｍｍ、バッフル管孔径１４．３ｍｍ、バッフルピッチ５３ｍｍ、先端バッフルピッチ１０３ｍｍ、チューブ外径１２．３ｍｍ、バッフル板の枚数２３枚、発熱長さ１１００ｍｍ）のケーシング内側に、ジクロロベンゼン２６８４ｋｇ／ｈを９ＭＰａの加圧下、３２０℃で液体として供給し３５１℃まで加熱した場合のケーシング内径とバッフルピッチの比率及びバッフルピッチと流速の比率を算出した。
ヒーター先端部分：Ｄｓ／Ｂｐ＝１．３２、Ｂｐ／ｕ＝０．３３
ヒーター先端以外：Ｄｓ／Ｂｐ＝２．５７、Ｂｐ／ｕ＝０．１７
【００２５】
ＣＡＥ解析（株式会社シー・ディー・アダプコ、ＳＴＡＲ−ＣＣＭ＋ｖｅｒ５．０４）により計算した速度ベクトルを図２に示す。バッフル先端部では渦流により流れが不均一であることがわかる。また、電気ヒーター表面の温度を図３に示す。図３より先端バッフルル区間が他区間より高いことが分かる。
【００２６】
［実施例１］
加熱ヒーター（ケーシング内径１３６．６ｍｍ、バッフル径１３５ｍｍ、バッフルの切り欠き高さ４５．５ｍｍ、バッフル管孔径１４．３ｍｍ、バッフルピッチ５３ｍｍ、先端バッフルピッチ５３ｍｍ、チューブ外径１２．３ｍｍ、バッフル板の枚数２３枚、発熱長さ１１００ｍｍ）のケーシング内側に、ジクロロベンゼン２６８４ｋｇ／ｈを５ＭＰａの加圧下、３２０℃で液体として供給し３５１℃まで加熱した場合のケーシング内径とバッフルピッチの比率及びバッフルピッチと流速の比率を算出した。
ヒーター先端部分：Ｄｓ／Ｂｐ＝２．５７、  Ｂｐ／ｕ＝０．２５
ヒーター先端以外：Ｄｓ／Ｂｐ＝２．５７、  Ｂｐ／ｕ＝０．２５
【００２７】
ＣＡＥ解析により計算した流体の速度ベクトルを図４に示す。バッフル先端部では比較例１と比較すると渦流が小さく流れが均一であることがわかる。また、電気ヒーター表面の温度を図５に示す。比較例１と比較すると先端バッフル区間の高温領域が小さくなっていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したとおり、本発明によれば、流体加熱装置におけるケーシング内径Ｄｓ［ｍｍ］とバッフルピッチＢｐ［ｍｍ］の比率Ｄｓ／Ｂｐと、バッフルピッチＢｐ［ｍｍ］と流速ｕ［ｃｍ／ｓ］の比率Ｂｐ／ｕとを一定比率に調整することにより、バッフル板背面の渦流を抑制し、局所的な滞留による高温領域の生成による電気ヒーターの焼損を防止することが可能となるため、化学工業において流体を反応あるいは分離・精製等の処理へ供する分野などに対し貢献するところが大きい。
【符号の説明】
【００２９】
１  ケーシング
２  電気ヒーター
３  流体
４  下向き開口のバッフル板
５  上向き開口のバッフル板
６  流体入口
７  流体出口
８  流体の流れ
９  上向き浮力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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