(57)【要約】【課題】伝熱撹拌装置拌装置として、プロセス流体と熱媒流体との伝熱効率に優れ、攪拌槽内のプロセス流体の全体に均等に伝熱でき、エネルギー損失が少なく、攪拌翼の故障や損傷を生じにくく耐久性に優れるものを提供する。【解決手段】伝熱撹拌槽１内が両側の流通室１１，１２と中間の熱交換室１０とに区画され、両流路室１１，１２の一方にプロセス流体ＰＬの流入口２ａが、他方に同流出口２ｂが設けられ、熱交換室１０内には各々両端を両側の流通室１１，１２に連通した多数本の熱交換パイプ３…が並設され、熱交換室１０内の熱交換パイプ間３…で構成される熱媒流路１０ａに熱媒流体ＨＬを流通させる熱媒流通口４ａ，４ｂを備え、片側の流通室１１内には攪拌翼５を有する。【選択図】　　　　　　　　図１
2004020096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱撹拌槽内が両側の流通室と中間の熱交換室とに区画され、両流路室の一方にプロセス流体の流入口が、他方に同流出口が設けられ、熱交換室内には各々両端を両側の流通室に連通した多数本の熱交換パイプが並設されると共に、該熱交換室内の熱交換パイプ間で構成される熱媒流路に熱媒流体を流通させる熱媒流通口を備え、片側の流通室内には攪拌翼を有し、
前記流入口より伝熱撹拌槽内に供給されたプロセス流体が、攪拌翼の回転推力により、撹拌槽内の中央側にある熱交換パイプ群と、同周辺側にある熱交換パイプ群とを互いに反方向流路として両側の流通室間を循環する過程で、熱交換室内の熱媒流路を流れる熱媒流体との間で熱交換するように構成されてなる多管式伝熱撹拌装置。
【請求項２】
前記攪拌翼を有する流通室内に、該攪拌翼を取囲む環状堰壁を有し、この環状堰壁の内側に位置する熱交換パイプ群と外側に位置する熱交換パイプ群とを互いに反方向流路としてプロセス流体が循環する請求項１記載の多管式伝熱撹拌装置。
【請求項３】
前記熱交換室内に、熱交換パイプ群の管軸方向に対して直交する面に沿う邪魔板が設けられ、熱媒流体が該邪魔板を介して熱交換室内を蛇行状に流れるように構成されてなる請求項１又は２に記載の多管式伝熱撹拌装置。
【請求項４】
竪型の伝熱撹拌槽内の上下両側に前記流通室を有し、上側流通室に前記攪拌翼が配置すると共に、下側流通室に前記プロセス流体の流出口が設けられてなる請求項１〜３のいずれかに記載の多管式伝熱撹拌装置。
【請求項５】
前記攪拌翼が回転軸方向の回転推力を発生する羽根形状を有して可逆回転する請求項１〜４のいずれかに記載の多管式伝熱撹拌装置。
【請求項６】
前記下側流通室に多段状にバッフルを設け、熱交換室から下側流通室に流通するプロセス流体が下側流通室で更に攪拌混合されるようになっている請求項１〜５のいずれかに記載の多管式伝熱撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を攪拌しつつ加熱又は冷却する多管式伝熱撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
従来、流体の伝熱撹拌装置として、例えば、撹拌槽の外周に熱媒流体の流通ジャケットを設けたもの、撹拌槽内に熱媒流体の流通コイルを装填したもの、撹拌されるプロセス流体を外部循環させて熱交換を行うもの等がある。そして、これら伝熱撹拌装置における攪拌手段には、複数枚の羽根を備えたプロペラ型の攪拌翼が多用されている。
【０００３】
しかるに、撹拌槽外周に前記流通ジャケットを設けたものでは、撹拌槽の周壁を介した熱交換になるため、伝熱効率に劣る上、撹拌槽内のプロセス流体に均等に伝熱しにくいという難点があった。また、撹拌槽内に前記流通コイルを装填したものは、該コイルによって撹拌効率が低下することに加え、稼働後の内部洗浄が難しいという問題がある。更に、前記の外部循環で熱交換を行うものは、外部循環のために多大な配管スペースを必要とし、装置のコンパクト化が困難である共に、エネルギー損失も多くなるという欠点があった。一方、これら伝熱撹拌装置に多用されるプロペラ型の攪拌翼は、その槽内に長く延出した回転軸の先に羽根を有する形態であることから、攪拌に伴う負荷が大きく、故障や損傷を生じ易いという問題点もあった。
【０００４】
本発明は、上述の情況に鑑み、プロセス流体を攪拌しつつ加熱又は冷却する伝熱撹拌装置拌装置として、プロセス流体と熱媒流体との伝熱効率に優れると共に、攪拌槽内のプロセス流体の全体に均等に伝熱でき、しかもエネルギー損失が少ない上、攪拌翼の故障や損傷を生じにくく耐久性に優れるものを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る多管式伝熱撹拌装置は、図面の参照符号を付して示せば、伝熱撹拌槽１内が両側の流通室１１，１２と中間の熱交換室１０とに区画され、両流路室１１，１２の一方にプロセス流体ＰＬの流入口２ａが、他方に同流出口２ｂが設けられ、熱交換室１０内には各々両端を両側の流通室１１，１２に連通した多数本の熱交換パイプ３…が並設されると共に、該熱交換室１０内の熱交換パイプ間３…で構成される熱媒流路１０ａに熱媒流体ＨＬを流通させる熱媒流通口４ａ，４ｂを備え、片側の流通室１１内には攪拌翼５を有し、前記流入口２ａより伝熱撹拌槽１内に供給されたプロセス流体ＰＬが、攪拌翼５の回転推力により、撹拌槽１内の中央側にある熱交換パイプ３…群と、同周辺側にある熱交換パイプ群３…とを互いに反方向流路として両側の流通室１１，１２間を循環する過程で、熱交換室１０内の熱媒流路１０ａを流れる熱媒流体ＨＬとの間で熱交換するように構成されてなるものとしている。
【０００６】
請求項２の発明は、上記請求項１の多管式伝熱撹拌装置において、前記攪拌翼５を有する流通室１１内に、該攪拌翼５を取囲む環状堰壁６を有し、この環状堰壁６の内側に位置する熱交換パイプ３…群と外側に位置する熱交換パイプ群３…とを互いに反方向流路としてプロセス流体ＰＬが循環するものとしている。
【０００７】
請求項３の発明は、前記請求項１又は２の多管式伝熱撹拌装置において、前記熱交換室１０内に、熱交換パイプ３…群の管軸方向に対して直交する面に沿う邪魔板７ａ，７ｂが設けられ、熱媒流体ＨＬが該邪魔板７ａ，７ｂを介して熱交換室１０内を蛇行状に流れるように構成されてなるものとしている。
【０００８】
請求項４の発明は、前記請求項１〜３のいずれかの多管式伝熱撹拌装置において、竪型の伝熱撹拌槽１内の上下両側に前記流通室１１，１２を有し、上側流通室１１に前記攪拌翼５が配置すると共に、下側流通室１２に前記プロセス流体ＰＬの流出口２ｂが設けられてなるものとしている。
【０００９】
請求項５の発明は、前記請求項１〜４のいずれかの多管式伝熱撹拌装置において、前記攪拌翼５が回転軸方向の回転推力を発生する羽根形状を有して可逆回転するものとしている。
【００１０】
請求項６の発明は、前記請求項１〜５のいずれかの多管式伝熱撹拌装置において、前記下側流通室に多段状にバッフルを設け、熱交換室から下側流通室に流通するプロセス流体が下側流通室で更に攪拌混合されるようになっている構成を採用してなるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多管式伝熱撹拌装置について、図面を参照して具体的に説明する。図１は同多管式伝熱撹拌装置全体の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線の断面矢視図、図３は同Ｂ−Ｂ線の断面矢視図である。
【００１２】
この多管式伝熱式撹拌装置は、竪型で略繭形の外形を有する撹拌槽１を備えており、この撹拌槽１の内部が上下の仕切り板８ａ，８ｂを介して中間の熱交換室１０と上下両側の流通室１１，１２とに区画されている。熱交換室１０には、上部と下部に熱媒流通口４ａ，４ｂが設けられると共に、垂直方向に沿う多数本の熱交換パイプ３…が並設され、これら熱交換パイプ３…の各両端部が仕切り板８ａ，８ｂを貫通して上下両側の流通室１１，１２に開口している。そして、上側流通室１１は、下側流通室１２よりも上下に広く設定され、その内部には攪拌翼５が上部仕切り板８ａに近接して配置すると共に、該攪拌翼５を取囲む環状堰壁６が上部仕切り板８ａに下端を固着して設けられ、上部の離心位置に設けたプロセス流体ＰＬの流入口２ａをなす管体２０が斜めに突入し、その開口内端２０ａが環状堰壁６の内側に臨んでいる。また、下側流通室１２には、その底部中央にプロセス流体ＰＬの流出口２ｂが設けてある。
【００１３】
熱交換室１０内における熱交換パイプ３…の間の空間は、熱媒流通口４ａ，４ｂに連通する熱媒流路１０ａを構成しており、この熱媒流路１０ａには水平面に沿う上下の邪魔板７ａ，７ｂが撹拌槽１の内周の一側方から反対側途中まで互いに逆方向に延出する形で設けられている。これにより、熱媒流通口４ａ，４ｂの一方から流入した熱媒流体ＨＬは、熱交換室１０内を蛇行状に２回方向転換して熱媒流通口４ａ，４ｂの他方に至ることになる。なお、熱交換パイプ３…の各両端部は上下の仕切り板８ａ，８ｂに対して貫通部分で溶接等によって液密に固着されており、もって熱媒流路１０ａは上下両側の流通室１１，１２に対して完全に隔絶されている。
【００１４】
撹拌槽１は、円筒状の胴部１３と椀形の上蓋１４及び底蓋１５とからなり、胴部１３の両端の開口周縁に設けたフランジ部１３ａ，１３ｂに、上蓋１４及び底蓋１５の開口周縁のフランジ部１４ａ，１５ａをそれぞれガスケット１６を介して合接してボルトで締め付けることにより、一体の密閉容器を構成すると共に、支持フレーム１７…によって竪型に固定されている。また、上蓋１４上には、架台１８を介して減速機付き可逆転モータ１９が設置され、該モータ１９にて回転駆動される回転シャフト３０が撹拌槽１の垂直中心線に沿って上側流通室１１内に垂下し、この回転シャフト３０の下端に前記攪拌翼５が取り付けられている。しかして、攪拌翼５は、平面視概略扇型で回転軸方向に対して傾斜した４枚の羽根５ａ…を備えており、その回転によって回転軸方向の推力を発生する。
【００１５】
２１は回転シャフト３０の上蓋１４貫通部分に介在させたブシュ、２２は上蓋１４に設けた覗き窓である。また、胴部１３には、温度変化に伴う伸縮を吸収させるために、下方向中間位置に環状膨出部１３ｃが設けられている。なお、下側流通室１２の底部の流出口２ｂは、図示省略した開閉バルブによって開閉するようになっている。
【００１６】
上記構成の多管式伝熱撹拌装置による伝熱撹拌処理を行うには、流出口２ｂを閉止した状態で、化学薬品等の伝熱攪拌すべきプロセス流体ＰＬを流入口２ａから撹拌槽１内に少なくとも攪拌翼５が浸るレベルまで注入する一方、熱媒流通口４ａ，４ｂの一方から他方へ熱媒流体ＨＬを一定流量で流通させると共に、攪拌翼３を所要の回転速度で回転させればよい。これにより、例えば攪拌翼５が正転（平面視で右回転）の場合、その回転推力により、上側流通室１１内のプロセス流体ＰＬが環状堰壁６の内側に位置する熱交換パイプ３…群を通して下側流通室１２へ送り込まれ、これに伴って下側流通室１２内のプロセス流体ＰＬが環状堰壁６の外側にある熱交換パイプ３…群を通して上側流通室１１内へ送られ、もって撹拌槽１内のプロセス流体ＰＬの全体が熱交換室１０の中央側を下降して周辺側で上昇する形で循環し、この過程で熱交換室１０内の熱媒流路１０ａを蛇行状に流れる熱媒流体ＨＬとの間で熱交換することになる。しかして、所定時間が経過してプロセス流体ＰＬの全体が所要の温度に達すれば、攪拌翼５を停止し、流出口２ｂを開放して当該プロセス流体ＰＬを外部へ導出する。
【００１７】
このような伝熱攪拌によれば、撹拌槽１内のプロセス流体ＰＬは、攪拌翼５による攪拌混合作用を受けつつ、強制的に撹拌槽１内を上下方向に連続的に循環させられるから、全体の温度が常に均等化する上、熱交換室１０内に配置した多数本の熱交換パイプを介して非常に大きな伝熱面積で熱交換が行われるから、熱交換効率が極めて高くなり、短時間で所要の温度まで加熱又は冷却することができ、高い処理能率が得られる。
【００１８】
しかして、この多管式伝熱撹拌装置では、攪拌翼３を取囲む環状堰壁６の存在により、上側流通室１１内におけるプロセス流体ＰＬの上昇流と下降流とが干渉せず、もって循環流が安定したものになると共に、熱交換室１０内の熱媒流路１０ａを熱媒流体ＨＬが蛇行状に流れるため、より高い熱交換効率が得られる。また、この撹拌装置は、攪拌翼５以外に可動部分がない上、該攪拌翼５は撹拌槽１の上部に配置して回転シャフト３０が短く、それだけ攪拌に伴う負荷が軽減されて故障や損傷を生じにくいため、優れた耐久性を示す。
【００１９】
図４及び図５は、本発明の他の実施形態を示すもので、底蓋１５の内部の下側流通室１２に同心状に上下に多段状に取付板４３によって、中心部から周縁部にかけて下り勾配の環状円板からなるバッフル４０〜４２を設け、それぞれ中心部に最下段のバッフル４０の流通孔４０ａが最も小径で上段程大径になる流通孔４１ａ，４２ａが設けられている。
【００２０】
上記のように、熱交換室１０の下方の下側流通室１２にバッフル４０〜４２を設けることによって、熱交換室１０から下側流通室１２に矢印に示すように流通するプロセス流体ＰＬはバッフル４０〜４２によって更に混合攪拌され、それより矢印で示すように上方に送り込まれ、さらに上側流通室１２から熱交換室１０に循環を繰り返すことによって、より一層良好に均一に伝熱攪拌され、極めて良質の熱交換されたプロレス流体ＰＬを取り出すことができる。
【００２１】
なお、攪拌翼５は可逆回転式であり、逆転（平面視で左回転）させれば、プロセス流体ＰＬの循環流は熱交換室１０の中央側を上昇して周辺側で下降することになる。従って、必要に応じて数分〜数時間といった間隔で正転と逆転を切替えることにより、伝熱攪拌効率を更に高めることが可能である。また、上記の伝熱攪拌はバッジ方式であるが、プロセス流体ＰＬの種類及び処理目的によっては、絞り弁等を介してプロセス流体ＰＬの流入口２ａからの注入量と流出口２ｂからの流入量が等しくなるように制御し、連続方式にる伝熱攪拌を行うことも可能である。この連続方式の場合、流入口２ａの管体２０の開口内端２０ａが環状堰壁６の内側に臨んでいるから、プロセス流体ＰＬが注入直後に攪拌を受けて槽内の液と混じり合うことになり、伝熱攪拌の均等化の上で好都合である。
【００２２】
熱媒流体の種類は特に制約されないが、加熱用ではスチーム、高温エアー、熱水、高温油等、冷却用では冷水や低温ガス等が使用される。しかして、熱媒流体として気体を用いる場合は図１の矢印で示すように上部の熱媒流通口４ａを入口とし、また液体を用いる場合は逆に下部の熱媒流通口４ｂを入口とするのが一般的である。
【００２３】
本発明の多管式伝熱撹拌装置にあっては、例えば、流入口２ａを複数にし、これらから異種の液体を注入して撹拌槽１内で反応させたり、混合液を調製することも可能である。また、攪拌翼５は、下側流通室１２内に配置してもよいが、上側流通室１１内に配置する方が駆動モーターを含めて装置構成的に簡素で機能的になり、装置の組立製作も容易になる。なお、撹拌槽１は、横型でもよいが、横型では重力による循環流の偏りを生じ易いため、竪型が推奨される。その他、本発明においては、熱交換パイプ３の本数や径及び配置間隔、攪拌翼５の羽根形状及び羽根枚数等、細部構成については実施例以外に種々設計変更可能である。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、プロセス流体を攪拌しつつ加熱又は冷却する伝熱撹拌装置として、多管式であり、プロセス流体を攪拌翼にて攪拌しつつ伝熱撹拌槽内の熱交換室に並設した多数本の熱交換パイプを通して強制的に循環させることから、プロセス流体と熱媒流体との伝熱効率に優れると共に、攪拌槽内のプロセス流体の全体に均等に伝熱でき、しかもエネルギー損失が少ない上、攪拌翼の故障や損傷を生じにくく耐久性に優れるものが提供される。
【００２５】
請求項２の発明によれば、上記の多管式伝熱撹拌装置において、攪拌翼を有する流通室内に該攪拌翼を取囲む環状堰壁を有することから、プロセス流体の循環流が安定し、より効率のよい伝熱撹拌を行える。
【００２６】
請求項３の発明によれば、上記の多管式伝熱撹拌装置において、熱媒流体が邪魔板によって熱交換室内の熱媒流路を蛇行状に流れるため、より高い熱交換効率が得られる。
【００２７】
請求項７の発明によれば、上記の多管式伝熱撹拌装置において、竪型の伝熱撹拌槽内の上下両側に流通室を有し、上側流通室に攪拌翼が配置し、下側流通室にプロセス流体の流出口を設けていることから、プロセス流体の循環流に偏りを生じず、それだけ伝熱撹拌効率がよくなると共に、処理後のプロセス流体を流出口から自然に導出でき、また装置構成も簡素で機能的になる。
【００２８】
請求項５の発明によれば、上記の多管式伝熱撹拌装置において、攪拌翼が回転軸方向の回転推力を発生する羽根形状を有して可逆回転するものであるから、適当な時間間隔で正転と逆転を切替えることにより、プロセス流体の循環流を反転させて伝熱攪拌効率を更に高めることができる。
【００２９】
請求項６の発明によれば、前記下側流通室に多段状にバッフルを設け、熱交換室から下側流通室に流通するプロセス流体が下側流通室で更に攪拌混合されるようになっているため、より一層均一にプロセス流体を伝熱攪拌し、極めて良質の熱交換されたプロセス流体を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る多管式伝熱撹拌装置の全体の縦断面図で
ある。
【図２】図１のＡ−Ａ線の断面矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線の断面矢視図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す要部縦断面図である。
【図５】図４のＣーＣ線断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　撹拌槽
２ａ　　　　流入口
２ｂ　　　　流出口
３　　　　　熱交換パイプ
４ａ，４ｂ　熱媒流通口
５　　　　　攪拌翼
６　　　　　環状堰壁
７ａ，７ｂ　邪魔板
８ａ，８ｂ　仕切り板
１０　　　　熱交換室
１０ａ　　　熱媒流路
１１　　　　上側流通室
１２　　　　下側流通室
１９　　　　可逆転モーター
２０　　　　筒体
ＰＬ　　　　プロセス流体
ＨＬ　　　　熱媒流体
４０　　　　バッフル
４１　　　　バッフル
４２　　　　バッフル
【図１】
2004020096.tif 000003
【図２】
2004020096.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004020096.tif 000006
【図５】
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