(57)【要約】【課題】熱交換ロータが蓄熱と放熱を行なう回転式熱交換器において、簡便な機構により、２流体間の差圧に関わりなく、許容できない方向の漏洩を確実に防止することが可能な回転式熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換ロータ１２の外周部とケーシング１１の間に密閉形成される環状空間１４と、熱交換ロータ１２とパージセクタ１５の間に密閉形成されるパージ空間１６とに、流体Ａへの漏洩が許容されている流体Ｂが流体Ａより高圧の状態でパージ流体として供給される。【選択図】図１
2009024905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体が流れる第１流路と、第２の流体が流れる第２流路と、回転軸を中心に回転駆動されることにより第１流路と第２流路を交互に移動する熱交換ロータと、該熱交換ロータを囲うケーシングとを備えた回転式熱交換器において、
前記熱交換ロータを回転軸方向で両側から挟むように一対のパージセクタが設けられているとともに、前記熱交換ロータの外周部と前記ケーシングの間にシールにて密閉形成される空間と、前記熱交換ロータと前記パージセクタの間にシールにて密閉形成される空間とに、他方の流体が流れる流路への漏洩が許容されるいずれか一方の流体を他方の流体より高圧の状態で供給するようになっていることを特徴とする回転式熱交換器。
【請求項２】
他方の流体が流れる流路への漏洩が許容されるいずれか一方の流体を他方の流体より高圧の状態で供給するための加圧手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転式熱交換器に関し、特に回転式熱交換器における２流体間の漏洩を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の回転軸方向の貫通孔を有する回転体（熱交換ロータ）が蓄熱と放熱を行う回転式熱交換器では、熱交換ロータが高温の流体が流れる流路に位置した際に、高温の流体によってロータが加熱されて、熱交換ロータへの蓄熱が行なわれ、熱交換ロータが回転駆動されて低温の流体が流れる流路に位置すると、熱交換ロータが低温の流体に接触して放熱が行なわれ、低温の流体が加熱される。これによって高温の流体と低温の流体の間で熱交換が行なわれる。
【０００３】
このような回転式熱交換器においては、それぞれの流体が流れる２流路間での漏洩（リーク）が問題となる。この漏洩には、シール漏れと移送漏れの２種類がある。
【０００４】
まず、シール漏れは、２流路間を仕切るシール部分からの漏洩であり、２流体間の圧力差に起因し、その漏洩方向は高圧の流体側から低圧の流体側へとなる。
【０００５】
一方、移送漏れは、流体がその流路となる熱交換ロータの貫通孔にトラップされて他方の流路に移送されることに起因し、漏洩方向は圧力差に依らず双方向となる。
【０００６】
上記のようなシール漏れの抑制には、以下のような技術が開示されている。
【０００７】
例えば、特許文献１、２には、２流路間のシール構造を工夫したものが示されている。
【０００８】
また、特許文献３には、２流体の圧力差を制御するものが示されている。
【０００９】
また、特許文献４には、処理流量当たりのシール部の長さを短くし、２流体流路間距離を大きくし、さらに２流路間に存在する空間に低圧側流体を加圧・供給するものが示されている。
【００１０】
一方、移送漏れの抑制には、以下のような技術が開示されている
例えば、特許文献５には、３流体を熱交換・処理する場合に流路の相対位置を工夫したものが示されている。
【００１１】
また、特許文献６には、熱交換ロータが回転により一方の流路から他方の流路に移行する境界部分に沿ってパージセクタを設け、パージ流体を供給して熱交換ロータの貫通孔にトラップされている流体をパージする技術が示されている。
【特許文献１】特開２０００−０３９２７７号公報
【特許文献２】特開平０７−１０３６７６号公報
【特許文献３】特開２００２−２１１９０２号公報
【特許文献４】特開昭５３−０６８４５５号公報
【特許文献５】特開２００３−３２７４０３号公報
【特許文献６】特開昭６４−０５８３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
２流体Ａ、Ｂ間で熱交換を行わせる場合、流体Ａから流体Ｂへの漏洩は許容できないが、反対方向の流体Ｂから流体Ａへの漏洩は許容できるという場合も多い。この場合、流体Ｂの方が流体Ａより圧力が高ければシール漏れは問題とならないが、現実には流体Ａの方が流体Ｂより高圧となっているケースも多い。
【００１３】
これに対して、特許文献１、２に記載されている、流路間のシール構造を工夫したものは、シール漏れによる漏洩量を低減することは可能であるが、完全にゼロにすることは不可能である。
【００１４】
また、特許文献３に記載されている、２流体の圧力差を制御するものは、シール漏れによる漏洩量を完全にゼロとすることが可能であるが、回転式熱交換器を通過する２流体の内、少なくとも１方の流体の全量を圧力制御する必要があるため、その圧力制御装置（昇圧・減圧装置など）は熱交換流量に応じた容量のものを必要とし、容積・コストが大きくなる。上述した例では、流体Ｂ全量を流体Ａより高圧となるように昇圧・圧力制御する必要がある。
【００１５】
また、特許文献４に記載されている技術は、処理流量当たりのシール部の長さを短くし、２流体流路間距離を大きくしているが、この方法ではシール漏れによる漏洩量を完全にゼロとすることは不可能である。ただ、２流路間に存在する空間に低圧側流体を加圧・供給・循環させる方法も開示されており、これによりシール漏れによる漏洩量をほぼゼロとすることは可能であるが、２流路間に存在する空間への移送漏れが考慮されておらず、低圧側流体を循環させることによる低圧側流体への移送漏れが依然として問題となる。
【００１６】
また、特許文献５に記載されている、３流体を熱交換・処理する場合に流路の相対位置や面積を工夫するものは、本発明のように２流体を扱う場合には適用できない。また、シール漏れに対してはなんら効果が得られない。
【００１７】
また、特許文献６に記載されている、パージセクタを設け、パージ流体を供給するものは、パージ流体を噴流にしてロータに吹き付けるものであり、パージが不確実になるだけでなく、パージ流体の供給量も大量となる。さらに、シール漏れに対してはなんら効果が得られない。
【００１８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、熱交換ロータが蓄熱と放熱を行う回転式熱交換器において、簡便な機構により、２流体間の差圧に関わりなく、許容できない方向の漏洩を確実に防止することが可能な回転式熱交換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００２０】
［１］第１の流体が流れる第１流路と、第２の流体が流れる第２流路と、回転軸を中心に回転駆動されることにより第１流路と第２流路を交互に移動する熱交換ロータと、該熱交換ロータを囲うケーシングとを備えた回転式熱交換器において、
前記熱交換ロータを回転軸方向で両側から挟むように一対のパージセクタが設けられているとともに、前記熱交換ロータの外周部と前記ケーシングの間にシールにて密閉形成される空間と、前記熱交換ロータと前記パージセクタの間にシールにて密閉形成される空間とに、他方の流体が流れる流路への漏洩が許容されるいずれか一方の流体を他方の流体より高圧の状態で供給するようになっていることを特徴とする回転式熱交換器。
【００２１】
［２］他方の流体が流れる流路への漏洩が許容されるいずれか一方の流体を他方の流体より高圧の状態で供給するための加圧手段を備えていることを特徴とする前記［１］に記載の回転式熱交換器。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の回転式熱交換器においては、２流体間の差圧に関わりなく、許容できない方向の漏洩を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施形態の図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１、図２は本発明の一実施形態に係る回転式熱交換器を示すものであり、図１は側面図、図２は正面図である。
【００２５】
図１、図２に示すように、本実施形態に係る回転式熱交換器１０は、第１の流体Ａが流れる第１流路（流路ＡＡ）と、第２の流体Ｂが流れる第２流路（流路ＢＢ）と、回転軸１３方向に貫通する多数の貫通孔（図示せず）を有し、回転軸１３を中心に回転駆動されることにより流路ＡＡと流路ＢＢを交互に移動する熱交換ロータ１２と、熱交換ロータ１２を囲うケーシング１１とを備えている。
【００２６】
そして、この回転式熱交換器１０では、流体Ａが流路ＢＢに漏洩するのは許容されていないが、流体Ｂが流路ＡＡに漏洩するのは許容されており、熱交換ロータ１０が回転により一方の流路から他方の流路に移行する境界部分に沿って取り付けられて、流路ＡＡから流路ＢＢに移行する境界部分では中心角θの扇形になっている一対のパージセクタ１５、１５が熱交換ロータ１２を回転軸１３方向に両側から挟むように設けられているとともに、熱交換ロータ１２の外周部とケーシング１１の間にシール１９にて密閉形成される環状の空間（環状空間）１４と、熱交換ロータ１２とパージセクタ１５の間にシール１９にて密閉形成される空間（パージ空間）１６とに、パージ流体供給管２１を介してパージ流体としての流体Ｂが流体Ａより高圧の状態で供給されるようになっている。パージ空間１６に供給されたパージ流体（流体Ｂ）は熱交換ロータ１２の貫通孔を通過した後、パージ流体放出管２２を介して流路ＡＡ側に放出されるようになっている。
【００２７】
なお、環状空間１４およびパージ空間１６に供給する流体Ｂの圧力が流体Ａの圧力より低い場合には、別途設けられている加圧手段（圧縮機等）により流体Ｂを流体Ａの圧力以上に加圧して、環状空間１４とパージ空間１６に供給するようになっている。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る回転式熱交換器１０におけるパージ流体の供給フローの一例を示す図である。図３では、回転式熱交換器１０に供給される前の流体Ｂを流路ＢＢから分岐し、その分岐配管上に設けられた加圧手段２５によって流体Ａより高い圧力に加圧して、環状空間１４とパージ空間１６にパージ流体として供給するようになっている。もちろん、分岐直後の流体Ｂの圧力が流体Ａの圧力より高い場合には、加圧手段２５は不要である。
【００２９】
ちなみに、図３では回転式熱交換器１０に供給される前の流体Ｂを流路ＢＢから分岐してパージ流体として供給しているが、回転式熱交換器１０を通過した後の流体Ｂを流路ＢＢから分岐してパージ流体として供給してもよい。あるいは、流路ＢＢとは別の流路を流れる流体Ｂをパージ流体として供給してもよい。
【００３０】
図４は、本実施形態に係る回転式熱交換器１０におけるパージ流体の供給フローの他の例を示す図である。図４では、回転式熱交換器１０を通過した流体Ｂを加圧手段２６によって加圧して任意の処理装置２９に供給し、処理装置２９で利用されて低圧状態で排出される流体を流体Ａとして回転式熱交換器１０に供給するようになっており、その際に、加圧手段２６によって加圧された後の流体Ｂを流路ＢＢから分岐して環状空間１４とパージ空間１６にパージ流体として供給するようになっている。
【００３１】
そして、上記のように構成された本実施形態に係る回転式熱交換器１０においては、許容できない方向である流体Ａ側から流体Ｂ側へのシール漏れと移送漏れが以下のようなメカニズムによって確実に防止される。
【００３２】
（１）シール漏れの防止メカニズム
流路ＡＡと流路ＢＢは双方がシール１９のみを介して直接接している部分はなく、それぞれ環状空間１４およびパージ空間１６を介在して接している。その環状空間１４およびパージ空間１６に供給される流体Ｂは流体Ａより必ず高圧となっているので、流体Ａが環状空間１４もしくはパージ空間１６へ漏れることはない。このように、流体Ａが環状空間１４およびパージ空間１６へ漏れることがないため、必ず環状空間１４およびパージ空間１６を介在して接している流路ＢＢへ流体Ａが漏れこむことはない。従って、流体Ａ側から流体Ｂ側へのシール漏れは完全に防止される。
【００３３】
（２）移送漏れの防止メカニズム
移送漏れは熱交換ロータ１２の貫通孔内に保持された流体Ａが流路ＢＢ側に持ち込まれることによって発生する。図５に示すように、パージセクタ１５の設置によって、流路ＡＡ側から流路ＢＢ側に移行する間に形成されたパージ空間１６において、熱交換ロータ１２の貫通孔内の流体Ａがパージ空間１６に供給された流体Ｂで置換される。これによって、パージ空間１６から流路ＢＢへ回転移動した熱交換ロータ１２の貫通孔内には置換した流体Ｂのみが存在するため、流体Ａ側から流体Ｂ側への移送漏れも完全に防止される。
【００３４】
ここで、本実施形態に係る回転式熱交換器１０と比較するために、従来のパージセクタ付き回転式熱交換器を図６に示す。
【００３５】
従来のパージセクタ付き回転式熱交換器４０では、他方の流体の漏洩を抑止して純度を保ちたい流体（ここでは、流体Ｂ）の熱交換ロータ４２下流側のみに図６に示すようなパージセクタ４５が設置されている。そして、図６から分かるように、そのパージセクタ４５は流路ＡＡと流路ＢＢを短絡している構造となっている。なお、図６中の４９はシールである。
【００３６】
このような構造の従来のパージセクタ付き回転式熱交換器４０においては、完全なセパレート（リークゼロ）をするためには、純度を保ちたい流体（流体Ｂ）全量の静圧を他方の流体（流体Ａ）より高圧とすることが必須である。例えば、１００Ｐａ以上高圧とすることが求められる。
【００３７】
もし、逆の圧力状態（流体Ａの方が流体Ｂより高圧）となっている場合、パージセクタ４５を設置することによって、却って流体Ａから流体Ｂへの漏洩が増大してしまう。
【００３８】
また、流体Ｂが流体Ａより高圧という圧力状態を保っていたとしても、許容される方向とはいえ、流体Ｂから流体Ａへの漏洩量は両流体の圧力差（例えば１００Ｐａ以上）に応じて非常に大きなものとなりうる。
【００３９】
これに対して、本実施形態に係る回転式熱交換器１０においては、環状空間１４およびパージ空間１６に供給される流体Ｂの圧力（加圧量）を適正に保つことにより、許容される方向である流体Ｂから流体Ａへの漏洩量も適正にコントロールすることが可能である。
【００４０】
なお本発明は、吸湿性物質を塗布するなどして熱交換ロータに吸湿性を持たせ、温度と湿度の両方（全熱）を蓄放熱可能な全熱交換ロータとしたものにも適用可能である。
【実施例１】
【００４１】
上記の実施形態に係る回転式熱交換器１０においては、パージセクタは以下のようにして設計される。
【００４２】
いま、熱交換ロータの径をＤ（ｍ）、熱交換ロータの厚さをＬ（ｍ）、熱交換ロータの回転数をω（ｒｐｍ）、パージ流体の熱交換ロータ貫通孔の通過流速をｖ（ｍ／ｓ）とすると、
パージ流体の熱交換ロータの通過時間ｔ＝Ｌ／ｖ（ｓ）
パージセクタの必要中心角θ＞（ω／６０）×３６０×ｔ（度）
パージ流体の必要流量（扇形の部分のみとして）Ｖ＝（πＤ２）／４×（θ／３６０）×ｖ（ｍ３／ｓ）
となる。
【００４３】
したがって、例えば、熱交換ロータ径Ｄ＝１ｍ、熱交換ロータ厚さＬ＝０．２ｍ、熱交換ロータ回転数ω＝１２ｒｐｍ、パージ流体の熱交換ロータ貫通孔通過流速ｖ＝２ｍ／ｓとした場合には、
パージ流体の熱交換ロータ通過時間ｔ＝０．２／２＝０．１ｓ
パージセクタの必要中心角θ＞（１６／６０）×３６０×０．１＝９．６度
パージ流体の必要流量Ｖ＝（π×１２）／４×（９．６／３６０）×２＝０．０４１９ｍ３／ｓ＝１５１ｍ３／ｈ
となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転式熱交換器の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る回転式熱交換器の正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回転式熱交換器におけるパージ流体の供給フローの一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る回転式熱交換器におけるパージ流体の供給フローの他の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る回転式熱交換器における移送漏れ防止のメカニズムを説明するための図である。
【図６】従来のパージセクタ付き回転式熱交換器を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  回転式熱交換器
１１  ケーシング
１２  熱交換ロータ
１３  回転軸
１４  環状空間
１５  パージセクタ
１６  パージ空間
１９  シール
２１  パージ流体供給管
２２  パージ流体放出管
２５  加圧手段
２６  加圧手段
２９  処理装置
４０  回転式熱交換器
４２  熱交換ロータ
４５  パージセクタ
４９  シール
【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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【図６】
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