(57)【要約】【課題】本発明は、高効率の省エネルギーが可能、コンパクト且つ設計製作が容易な省エネルギー型熱処理装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は上記の課題を解決するために、熱交換部としてスパイラル式熱交換器を用い、その中心空隙部３に電気ヒータ４などの熱源を組み込む。即ち、２枚の伝熱板１、２を渦巻状に巻きつけて、それらの伝熱板の間に向流式に熱交換可能な２つの流路７、８を構成したスパイラル式熱交換器を用い、その中心部に熱処理に必要な寸法の円柱状もしくは角柱状の空隙部３を設け、その中心空隙部に電気ヒータ、冷却用伝熱管等の加熱源もしくは冷却源を組み込む。処理対象流体を周辺部に設けられた処理対象流体入口５より、一方の流路７を経て、中心空隙部に導いて熱処理した後、他方の流路８を経て周辺部に導いて処理済流体出口６より取り出す。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を加熱処理するための熱処理装置であって、次の条件を兼ね備えたもの。
（ａ）２枚の伝熱板１、２を渦巻状に巻きつけて、それらの伝熱板１、２の間隙に周辺部と中心部の間を通じる２つの流路７、８が構成されたスパイラル式熱交換器を備える。
（ｂ）前記（ａ）のスパイラル式熱交換器の中心部に円柱状もしくは角柱状の空隙部３（以下中心空隙部とする）を備える。
（ｃ）前記（ｂ）の中心空隙部３の内部に電気ヒータ４が組み込まれている。
（ｄ）処理対象流体を周辺部に設けられた入口５より一方の流路７を経て、中心空隙部に導いて加熱した後、他方の流路８を経て中心空隙部３より周辺部に設けられた出口６に導いて処理済流体を取り出す方法で使用される。
（ｅ）前記（ｄ）の周辺部入口５より中心空隙部３に導かれる処理対象流体と、中心空隙部３より周辺部出口６へ導かれる処理済流体との間で、伝熱板１、２を介して向流型の熱交換が行われることにより、処理対象流体は加熱され、処理済流体は冷却される。
【請求項２】
流体を加熱処理するための熱処理装置であって、次の条件を兼ね備えたもの。
（ａ）２枚の伝熱板１、２を渦巻状に巻きつけて、それらの伝熱板１、２の間隙に周辺部と中心部の間を通じる２つの流路７、８が構成されたスパイラル式熱交換器を備える。
（ｂ）前記（ａ）のスパイラル式熱交換器の中心部に充填物１０の充填された円柱状もしくは角柱状の空間部（以下充填部）を備える。
（ｃ）前記（ｂ）の充填部の内部に赤外線ヒータ９が組み込まれている。
（ｄ）処理対象流体を周辺部に設けられた入口５より一方の流路７を経て、中心空隙部に導いて加熱した後、他方の流路８を経て中心空隙部３より周辺部に設けられた出口６に導いて処理済流体を取り出す方法で使用される。
（ｅ）前記（ｄ）の周辺部入口５より中心空隙部３に導かれる処理対象流体と、中心空隙部３より周辺部出口６へ導かれる処理済流体との間で、伝熱板１、２を介して向流型の熱交換が行われることにより、処理対象流体は加熱され、処理済流体は冷却される。
（ｆ）前記（ｂ）の充填物１０はガラス、シリカゲル等赤外線に対して半透明な性質を有する材料で作られたものである。
【請求項３】
水分、揮発性有機物等一定温度以下に冷却することにより凝縮する性質を持つ成分（以下凝縮性成分）を含む気体を冷却し、その気体中より凝縮性成分を除去するための熱処理装置であって、次の条件を兼ね備えたもの。
（ａ）２枚の伝熱板１、２を渦巻状に巻きつけて、それらの伝熱板１、２の間隙に周辺部と中心部の間を通じる２つの流路７、８が構成され、中心軸を垂直にして配置されたスパイラル式熱交換器を備える。
（ｂ）前記（ａ）のスパイラル式熱交換器の中心部に円柱状もしくは角柱状の空隙部３（以下中心空隙部とする）を備える。
（ｃ）前記（ｂ）の中心空隙部３の内部に冷媒によりあるいはペルチェ素子などの冷却用素子により前記凝縮性成分の凝縮する温度以下に冷却可能な冷却用伝熱管１１が組み込まれている。
（ｄ）凝縮性成分含有気体を周辺部に設けられた入口５より一方の流路７を経て、中心空隙部に導いて冷却し、凝縮性成分を除去した後、他方の流路８を経て中心空隙部３より周辺部に設けられた出口６に導いて凝縮性成分除去済み気体を取り出す方法で使用される。
（ｅ）前記（ｄ）の周辺部入口１４より中心空隙部３に導かれる凝縮性成分含有気体と、中心空隙部３より周辺部出口１５へ導かれる凝縮性成分除去済み気体との間で、伝熱板１、２を介して向流型の熱交換が行われることにより、凝縮性成分含有気体は冷却され、凝縮性成分除去済み気体は加熱される。
【請求項４】
液体を加熱蒸発させて液体中の成分を蒸気圧の差異により蒸発成分と非蒸発成分に分離するための蒸留装置であって、次の条件を兼ね備えたもの。
（ａ）２枚の伝熱板１、２を渦巻状に巻きつけて、それらの伝熱板１、２の間隙に周辺部と中心部の間を通じる２つの流路７、８が構成され、中心軸を垂直にして配置されたスパイラル式熱交換器を備える。
（ｂ）前記（ａ）のスパイラル式熱交換器の中心部に中心空隙部３を備える。
（ｃ）前記（ｂ）の中心空隙部３の内部に電気ヒータ２１が組み込まれている。
（ｄ）原液を周辺部に設けられた入口１６より一方の流路７を経て、中心空隙部に導いて加熱蒸発した後、非蒸発成分を蒸発成分を中心空隙部の下部から外部に取り出し、蒸発成分を流路８を経て中心空隙部３より周辺部に設けられた出口１７に導いて取り出す方法で使用される。
（ｅ）前記（ｄ）の周辺部入口１６より中心空隙部３に導かれる原液と、中心空隙部３より周辺部出口１７へ導かれる処理済流体との間で、伝熱板１、２を介して向流型の熱交換が行われることにより、原液は加熱され、蒸発成分は冷却されて凝縮液化する。
【請求項５】
流体を加熱された触媒と接触させて、流体中の成分に化学反応を生ぜしめるための化学反応装置であって、次の条件を兼ね備えたもの。
（ａ）２枚の伝熱板１、２を渦巻状に巻きつけて、それらの伝熱板１、２の間隙に周辺部と中心部の間を通じる２つの流路７、８が構成されたスパイラル式熱交換器を備える。
（ｂ）前記（ａ）のスパイラル式熱交換器の中心部に触媒２５の充填された円柱状もしくは角柱状の空間部（以下触媒充填部）を備える。
（ｃ）前記（ｂ）の触媒充填部の内部に電気ヒータ２６が組み込まれている。
（ｄ）処理対象流体を周辺部に設けられた入口５より一方の流路７を経て、触媒充填部に導いて加熱された触媒と接触させ化学反応を生ぜしめた後、他方の流路８を経て触媒充填部より周辺部に設けられた出口６に導いて処理済流体を取り出す方法で使用される。
（ｅ）前記（ｄ）の周辺部入口５より中心空隙部３に導かれる処理対象流体と、中心空隙部３より周辺部出口６へ導かれる処理済流体との間で、伝熱板１、２を介して向流型の熱交換が行われることにより、処理対象流体は加熱され、処理済流体は冷却される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は流体を対象に殺菌、化学反応、成分分離等の作用を起こさせるための加熱あるいは冷却処理を伴う産業分野に関連した省エネルギー型熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体を対象とした省エネルギー型熱処理の方法としてエコノマイザを用いた方法が知られている。  エコノマイザは一種の熱交換器であり、加熱あるいは冷却後の流体を加熱あるいは冷却前の流体と熱交換し、熱を回収する機能を持つ。
【０００３】
そのようなエコノマイザを熱処理部と一体化することによって、配管等による熱ロスを減少した省エネルギー型熱処理装置も考案されている。その例は特開２０００−１２１２６２に示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エコノマイザとして機能する熱交換部と熱処理部を一体化した省エネルギー型熱処理装置であって、高効率の省エネルギーが可能、コンパクト且つ設計製作が容易な省エネルギー型熱処理装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するために、熱交換部としてスパイラル式熱交換器を用い、その中心空隙部に熱処理部を組み込む。
【０００６】
スパイラル式熱交換器は複数枚の伝熱板を渦巻き状に巻きつけ熱交換を行う方式の熱交換器であるが、特開２０００−０７４５７７、特願平０９−０７６６３１、特開平０８−２６１６８１等種々の形式のものが考案もしくは実用化されている。
【０００７】
本発明においては２枚の伝熱板を渦巻状に巻きつけて、それらの伝熱板の間に２つの流路を構成し、一方の流路に周辺部より中心部に至る流れを形成し、他方の流路に中心部から周辺部に至る流れを形成してそれら２つの流れの間に向流式に熱交換を行わせるスパイラル式熱交換器の形式を採用する。
【０００８】
また、本発明においては前記形式のスパイラル式熱交換器の中心部に熱処理に必要な寸法の円柱状もしくは角柱状の空隙部（以下中心空隙部とする）を設けその部分に電気ヒータ、冷却用伝熱管等の加熱源もしくは冷却源を組み込み、流体を前記の一方の流路を経て、周辺部より中心空隙部に導いて熱処理した後、他方の流路を経て中心空隙部より周辺部に導いて取り出す。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態１〜５を実施例を示す図により説明する。尚、これらの実施の形態は請求項１〜５に対応している。
【００１０】
実施の形態１．図１は２枚の伝熱板１、２を渦巻き状に巻きつけ、その２枚の伝熱板の間に周辺部より中心部に至る流入側流路７および流出側流路８を構成したスパイラル式熱交換器の中心空隙部３に線状、管状もしくはフィン付き管状の電気ヒータ４を挿入し、流体を加熱処理するために用いられる実施の形態１による省エネルギー型熱処理装置の実施例を示すものである。
【００１１】
スパイラル式熱交換器は円柱状もしくは角柱状の形状を持たしてあり、その外周部に流入側流路７に流体を導くための流体入口５および流出側流路８より流体を取り出す流体出口６が設けられている。
【００１２】
熱処理の対象とされる流体は、流体入口５より流入し、流入側流路７を通過して、中心空隙部に達し、電気ヒータ４にて加熱された後、流出側流路８を通過し、流体出口６より排出される。
【００１３】
流入側流路を流れる流体は流出側流路を流れる流体と伝熱板１，２を通じて熱交換し、流入側流体は加熱され、流出側流体は冷却される。
【００１４】
実施の形態２．図２は実施の形態２による実施例を示す。２枚の伝熱板１、２を渦巻き状に巻きつけ、その２枚の伝熱板の間に流入側流路７および流出側流路８を形成したスパイラル式熱交換器を用いることなどは実施の形態１と同様であるが、加熱の方法が異なっている。
【００１５】
本実施例においては中心空隙部に充填材１０を充填し且つ赤外線ヒータ９を挿入し、流体を加熱する。充填材１０としては特にガラス、シリカゲル等の赤外線に対して半透明であり、耐熱性のある材質の球形、円筒形、円柱形等の細粒状充填材を用いている。
【００１６】
実施の形態３．図３は軸方向を垂直に配置されたスパイラル式熱交換器の中心空隙部３に冷却用伝熱管１１を挿入し、気体中の水分など凝縮性成分を除去する用途に用いられる実施の形態３による省エネルギー型熱処理装置の実施例を示すものである。
【００１７】
熱処理の対象とされる凝縮性成分含有流体は、流体入口１４より流入し、流入側流路７を通過して、中心空隙部に達し、冷却用伝熱管にて冷却され、凝縮性成分を除去された後、流出側流路８を通過し、流体出口１５より排出される。
【００１８】
凝縮性成分含有気体より除去された凝縮性成分は、中心空隙部３の下部より外部に取り出される。
【００１９】
冷却用伝熱管の温度は冷媒を用いあるいはペルチェ素子などの冷却機構を用いて凝縮性成分が凝縮可能な温度に保持されている。
【００２０】
実施の形態４．図４は軸方向を垂直に配置されたスパイラル式熱交換器の中心空隙部３に電気ヒータを挿入し、液体中の蒸発成分を精製し、もしくは液体中の非蒸発成分を濃縮する用途に用いられる実施の形態４による省エネルギー型熱処理装置の実施例を示すものである。
【００２１】
熱処理の対象とされる原液を、流体入口１６より導入し、流入側流路７を経て、中心空隙部に達せしめ、電気ヒータにて加熱して、蒸発した成分を流出側流路８を経て出口１７より取り出す。
【００２２】
原液より蒸発した成分は流出側流路８を通過する間に流入側流路７を流れる原液と伝熱板１，２を通じて熱交換することにより冷却され、凝縮液し、液化した状態で出口１７より取り出される。
【００２３】
中心空隙部で蒸発しないで残った成分は中心空隙部の下部より取り出される。
【００２４】
実施の形態５．図５ははスパイラル式熱交換器の中心空隙部３に触媒２５を充填し且つ電気ヒータ２６を挿入し、流体中の成分に触媒により促進された化学反応を生ぜしめるために用いられる実施の形態５による省エネルギー型熱処理装置の実施例を示すものである。
【００２５】
熱処理の対象とされる流体は、流体入口５より導入し、流入側流路７を通過させて、中心空隙部に達せしめ、電気ヒータ２６により加熱された触媒に接触させて、流体中の反応性成分の間に化学反応を生ぜしめた後、流出側流路８を通過させて、流体出口６より排出する。
（ｄ）流入側流路を流れる流体は流出側流路を流れる流体と伝熱板１，２を通じて熱交換し、流入側流体は加熱され、流出側流体は冷却される。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば流体の加熱もしくは冷却に要する熱エネルギーをスパイラル式熱交換器の部分において回収でき、高効率の省エネルギー加熱処理が実現する。
【００２７】
熱エネルギーの回収率はスパイラル式熱交換器の部分の設計に依存するが、一般に加熱に要する熱エネルギーの９０％以上の回収が可能となる。
【００２８】
また、中心空隙部３の寸法の設定の自由度が高いために、種々の流体および処理温度に対応した熱処理部を容易に設計、製作することが可能である。
【００２９】
さらに、スパイラル式熱交換器を熱交換部に採用したことにより、多管型熱交換器を用いた場合に比してコンパクトな熱処理装置が実現する。
【００３０】
次に各実施の形態における特徴的な効果を述べる。
実施の形態１．高効率の省エネルギー型殺菌装置が実現する。
実施の形態２．ガラス、シリカゲルなど赤外線に対して半透過性があり、大きな比表面積を有する細粒状充填材が赤外線を吸収し、それにより発生する熱を流体に伝えるために、実施の形態１よりも更にコンパクトな熱処理装置が実現する。
実施の形態３．空気中の水分、ＶＯＰなどを高効率に凝縮可能な、凝縮器が実現する。
実施の形態４．廃液の濃縮減容、蒸留水の製造等において大幅な熱エネルギーの削減が実現する。
実施の形態５．空気中の触媒酸化による有害物質の酸化その他、触媒を用いた熱処理において大幅な省エネルギー化が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の実施例を示す図である。
【図２】実施の形態２の実施例を示す図である。
【図３】実施の形態３の実施例を示す図である。
【図４】実施の形態４の実施例を示す図である。
【図５】実施の形態５の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１  伝熱板
２  伝熱板
３  中心空隙部
４  電気ヒータ
５  処理対象流体入口
６  処理済流体出口
７  流入側流路
８  流出側流路
９  赤外線ヒータ
１０  充填材
１１  冷却用伝熱管
１２  凝縮液貯槽
１３  凝縮液
１４  凝縮性成分含有気体入口
１５  凝縮性成分除去済み気体出口
１６  原液入口
１７  蒸発成分凝縮液出口
１８  非蒸発成分濃縮液一時貯槽
１９  非蒸発性成分濃縮液
２０  非蒸発性成分濃縮液出口
２１  蒸発成分気泡
２２  電気ヒータ
２３  中心空隙部への原液入口
２４  中心空隙部からの蒸発成分出口
２５  触媒
２６  電気ヒータ
【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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