(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリージョイント部を介して回転する熱交換器に、熱交換用流体を供給する熱交換用流体供給路と、熱交換した熱交換用流体を外部に排出する熱交換用流体排出路を設け、当該熱交換用流体排出路に熱交換器の回転位置に応じて開閉弁する弁手段を設けたものにおいて、熱交換器に連通管を介して熱交換用流体排出路と連通し、当該熱交換用流体排出路に取り付ける弁手段を、入口と出口の間に弁体と弁座と質量体としての重りを配置して構成し、弁体をコイルバネにより弁座側に付勢して配置し、重りが下端位置にあり弁体に接する場合にその重力によって弁体を弁座から離座することにより入口と出口を連通し、一方、重りが出口側へ転がり、重りの重力が弁体に作用しなくなると、弁体はコイルバネのバネ力で弁座へ付勢されることによって入口と出口を遮断することにより、熱交換器の回転角度に応じて開閉弁することを特徴とする回転式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種粉粒体や液体、食品や医薬品、あるいは、紙・パルプ工場や繊維工場等において生産物を加熱したり殺菌したり乾燥等をするために用いられる回転式熱交換器に関し、特に、回転している熱交換器中の中から排出すべく任意の熱交換用流体を、熱交換器の回転位置に応じて速やかに外部へ排出することのできる回転式熱交換器に関する。
【０００２】
回転式熱交換器においては、加熱効率を高めたり、殺菌物や乾燥物としての製品の品質を一定に維持するために、熱交換器内部で発生したガスや低温流体はできるだけ速やかに外部に排出しなければならない。熱交換用流体として蒸気を用いる場合は、熱交換器中に滞留している凝縮水としてのドレンが、蒸気の保有潜熱による熱交換を妨げて熱伝達率の低下を来すために、発生したドレンは極力速やかに外部へ排除することが望ましい。
【０００３】
【従来の技術】
従来の回転式熱交換器としては、例えば特公平６−３６８６５号公報に示されたものがある。これは、加熱流体室に減圧弁を介して減圧蒸気を供給し、加熱流体室の復水排出路に回転上方において閉弁し回転下方において開弁する逆止弁を設けたもので、加熱流体室の上方に溜まった蒸気は吸引排除することがなく、加熱流体室の下方に溜まった蒸気の凝縮水としてのドレンを速やかに外部へ排除することができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のものでは、熱交換器の回転角度によっては、本来排出すべきでない加熱用の蒸気を外部へ排出してしまい、多量の熱エネルギーの損失を来す問題があった。これは、逆止弁として鋼球を自由状態で配置したものを用いているために、熱交換器の回転角度が例えば垂直上方から４５度を超えると鋼球が弁座から離座して開弁してしまい、復水排出路に本来排出すべきでない蒸気が流入していても逆止弁の開弁によりその蒸気を外部へ吸引排除してしまうためである。
【０００５】
従って本発明の課題は、熱交換器の回転角度に応じて熱交換用流体排出路の弁手段を開閉弁できるようにして、本来排出すべくドレン等の熱交換用流体は外部へ速やかに排出すると共に、本来排出すべきでない蒸気等の熱交換用流体の外部への排出を防止して、エネルギー損失の少ない回転式熱交換器を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた本発明の手段は、ロータリージョイント部を介して回転する熱交換器に、熱交換用流体を供給する熱交換用流体供給路と、熱交換した熱交換用流体を外部に排出する熱交換用流体排出路を設け、当該熱交換用流体排出路に熱交換器の回転位置に応じて開閉弁する弁手段を設けたものにおいて、熱交換器に連通管を介して熱交換用流体排出路と連通し、当該熱交換用流体排出路に取り付ける弁手段を、入口と出口の間に弁体と弁座と質量体としての重りを配置して構成し、弁体をコイルバネにより弁座側に付勢して配置し、重りが下端位置にあり弁体に接する場合にその重力によって弁体を弁座から離座することにより入口と出口を連通し、一方、重りが出口側へ転がり、重りの重力が弁体に作用しなくなると、弁体はコイルバネのバネ力で弁座へ付勢されることによって入口と出口を遮断することにより、熱交換器の回転角度に応じて開閉弁するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
熱交換用流体排出路に取り付けて開閉弁する弁手段を、熱交換器の回転角度に応じて開弁あるいは閉弁できるようにすることにより、熱交換器の回転角度によって熱交換用流体排出路に流下してきた排出すべき流体だけを開弁して排出したり、あるいは、排出すべきではない流体が流下してきた場合は閉弁して外部への排出を防止することができる。
【０００８】
例えば、熱交換器で生じるドレン量は、供給される蒸気量や被加熱物の温度や量や比熱等によって異なり、ドレン発生量が異なれば熱交換用流体排出路に流入してくるドレン量もその回転角度によって異なる。従って、熱交換用流体排出路に流入してくる排出すべき流体あるいは排出すべきでない流体に応じて、弁手段を開閉弁することにより、エネルギー損失を最少限に押さえることができる。
【０００９】
熱交換器の回転角度によって弁手段を開閉弁させるためには、所定の回転角度を超えると弁手段の弁体に質量体の重力が作用して開弁あるいは閉弁させることにより、機械的に弁手段を開閉弁することができる。
【００１０】
【実施例】
図１に回転式熱交換器１の一部断面構成図を示す。縦長円筒状の熱交換器１にロータリージョイント部２を介して、熱交換用流体供給路としての蒸気供給管３と熱交換用流体排出路としてのドレン排出管５を設ける。蒸気供給管３は図示しない蒸気源と接続する。蒸気供給管３は、ロータリージョイント部２内の通路６を介して熱交換器１の内部と連通する。熱交換器１はロータリージョイント部２中心にして上下に連続的に回転するが、蒸気供給管３とドレン排出管５は固定されて回転しないものである。
【００１１】
熱交換器１は、縦長の熱交換器本体７の上下端部を除くほぼ全周にジャケット部８を設けて、このジャケット部８内に通路６から熱交換用の蒸気を供給して、熱交換器本体７内の図示しない被熱交換物を加熱したり殺菌したりするものである。
【００１２】
ジャケット部８の上下に連通管９、１０を接続する。連通管９，１０は、ロータリージョイント部２内の通路１１を介してドレン排出管５と連通する。また、連通管９，１０のジャケット部８と通路１１の間に、熱交換器１の回転角度に応じて開閉弁する弁手段１２，１３を取り付ける。
【００１３】
弁手段１２，１３の一実施例を図２乃至図４に示す。図２から図４に示す弁手段１２，１３は、熱交換器１が上下に回転して所定角度に達すると開弁あるいは閉弁するもので、図１における下部の弁手段１３を図２と図３で説明する。弁手段１３の下方の入口１４を連通路１０と接続して熱交換器１のジャケット部８と連通する。一方、上方の出口１５は同じく連通路１０を介してロータリージョイント部２の通路１１と接続する。入口１４と出口１５の間に、鋼球の弁体１６と弁座１７及び質量体としての円柱状の重り１８をそれぞれ配置する。
【００１４】
弁体１６は円錐コイルバネ１９により弁座１７側に付勢して配置する。弁座１７の中央部に弁孔２０を設けて、弁体１６が離座すると図２に示すように弁孔２０が開孔して入口１４と出口１５を連通し、弁体１６が着座すると入口１４と出口１５を遮断するものである。
【００１５】
弁座１７の上部に円柱状の重り１８を自由状態で配置する。重り１８の下部に重り１８の下端部位置と転がり位置を定める調節ねじ２１，２２を取り付ける。調節ねじ２１，２２を図２に示す状態よりも中心側に更にねじ込めば、重り１８の下端部位置が上昇すると共に、後述するように重り１８の転がり位置角度を小さくすることができるものである。また、重り１８の下端部位置と転がり位置角度は、調節ねじ２１，２２の締め込み量を調整する以外に、調節ねじ２１，２２の取り付け位置を変えることにより、上下あるいは大小を調整することができる。重り１８の外周の空間２３を介して入口１４と出口１５は連通する。
【００１６】
図３に図２の側面断面図を示すように、弁手段１３の内部の重り１８の動きを外部から目視することができるように、透明の耐熱強化ガラス２５，２６を、ボルト２７、２８で固着して取り付ける。
【００１７】
図２と図３に示す弁手段１３の弁部の変形例を図４に示す。図４は弁手段１３の弁体２９を平板状としてコイルバネ１９で弁座３０側に付勢するものであり、弁体２９の上部の凸部３１が重り１８と接触して開弁することができるものである。
【００１８】
図２に示す状態は、重り１８が下端位置で調節ねじ２１，２２に接すると共に、球状の弁体１６にも接して、その重力によって弁体１６をコイルバネ１９のバネ力に抗して弁座１７から離座した状態であり、弁手段１３の入口１４と出口１５が連通して図１に示す熱交換器１のジャケット部８とドレン排出管５が連通するものである。
【００１９】
弁手段１３が、図２に示す状態から徐々に反時計方向に傾いて行くと、即ち、図１の熱交換器１が上下に回転すると、重り１８は調節ネジ２１の先端を支点にして出口１５側への回転モーメントを受けて、弁手段１３の傾きが図２に示すものにおいては垂直から約４５度を超えると出口１５側へ転がり、重り１８の重力が弁体１６に作用しなくなり、弁体１６はコイルバネ１９のバネ力で弁座１７へ付勢され弁孔２０を塞いで入口１４と出口１５を遮断する。
【００２０】
一旦遮断された弁体１６は閉弁を維持して、弁手段１３が更に反時計方向へ回転して９０度と１８０度と２７０度を超えて、残り４５度の位置即ち３１５度の位置を超えると、重り１８が調節ねじ２２の先端を支点にして入口１４側に転がり、その重力によって弁体１６を弁座１７から離座して再度入口１４と出口１５を連通する。
【００２１】
図１の熱交換器１の上部の弁手段１２は、図２に示す状態を１８０度回転して取り付けたもので、図１の位置では閉弁しており、熱交換器１が回転して下方垂直を中心としてプラス・マイナス４５度の位置で開閉弁するものである。
【００２２】
図１のドレン排出管５には、スチームトラップ３２と開閉弁３３を取り付ける。スチームトラップ３２は、流入してきたドレンだけを出口から外部へ排出して、蒸気は排出することのない自動弁の一種である。本実施例におけるスチームトラップ３２は、外部へ蒸気を排出しないための二重の弁として機能するものである。
【００２３】
熱交換器１内の図示しない被熱交換物を蒸気で加熱する場合、熱交換器１をロータリージョイント部２を中心に上下に回転させながら、蒸気供給管３から所定圧力又は温度の蒸気を、ジャケット部８に供給する。ジャケット部８で熱を奪われた蒸気は凝縮してドレンとなり、ジャケット部８の底部に溜まる。一方、弁手段１３は、下方垂直を中心としてプラス・マイナス４５度の範囲では開弁しているために、ジャケット部８内のドレンをこの角度位置の範囲で通路１１とドレン排出管５を経て、スチームトラップ３２又は開閉弁３３から外部へ排出することができる。この場合、もう一方の弁手段１２は、閉弁を維持したままである。
【００２４】
熱交換器１が更に回転して、弁手段１３の角度が４５度を超えると、弁手段１３は閉弁することにより、ドレンの排出を停止すると共に、ジャケット部８内の蒸気が排出されることを防止する。熱交換器１が回転を続けることにより、弁手段１３に代わって弁手段１２が下方に至り開弁することによって、ジャケット部８内のドレンだけを外部へ排出する。このように弁手段１２，１３が交互に開閉弁を繰り返すことにより、ジャケット部８内の排出すべく流体としてのドレンだけを外部へ排出し、排出すべきでない流体としての蒸気の排出は防止する。
【００２７】
本実施例においては、熱交換用流体排出路としての連通管９，１０及び弁手段１２，１３をそれぞれ２ケ設けた例を示したが、被熱交換物や熱交換用流体の種類によっては、１ケとすることも、あるいは２ケ以上とすることもできる。
【００２８】
本実施例においては、熱交換用流体として蒸気を用いた例を示したが、その他の熱媒や液体やガス体であっても同様に実施することができる。
【００２９】
また、本実施例においては、熱交換器１としてジャケット部８を設けた間接熱交換器の例を示したが、熱交換器内に直接に熱交換用流体を供給して直接熱交換するものも同様に実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
上記のように本発明の回転式熱交換器では、熱交換器の回転角度に応じて熱交換用流体排出路の弁手段を開閉弁できるようにしたことにより、本来排出すべくドレン等の熱交換用流体は外部へ排出して伝熱効率の向上を図ると共に、本来排出すべきでない蒸気等の熱交換用流体の外部への排出を確実に防止して、エネルギー損失の極めて少ない回転式熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転式熱交換器の実施例を示す一部断面構成図。
【図２】図１における弁手段の断面図。
【図３】図２の弁手段の側面断面図。
【図４】図２，３の弁手段の弁部の他の実施例を示す部分拡大図。
【符号の説明】
１  熱交換器
２  ロータリージョイント部
３  蒸気供給管
５  ドレン排出管
８  ジャケット部
９、１０  連通管
１２、 １３  弁手段
１４  入口
１５  出口
１６、２９  弁体
１７、３０  弁座
１８  重り
２１、２２  調節ねじ
３２  スチームトラップ
【図１】
0004101359.tif 000002
【図２】
0004101359.tif 000003
【図３】
0004101359.tif 000004
【図４】
0004101359.tif 000005