(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能な槽に、回転軸が、槽内の密閉性を保持し得るように槽の側壁を貫通して槽内に挿入され、回転軸は槽外から回転駆動され、また回転軸は槽内となる部分に熱交換部を有し、回転軸が貫通する部分を含む槽の側壁部分が、回転軸と一体的に槽の他の部分と着脱自在であり、側壁部分の大きさが、回転軸の槽内となる部分が通過可能な孔を槽に開口させ得る大きさであって、かつ、
前記熱交換部は、回転軸の外側に設けられた伝熱管路であって、回転軸の内部には、伝熱管路の一端に接続され槽外からの熱媒体の供給路となる供給管路と、伝熱管路の他端に接続され槽外への熱媒体の排出路となる排出管路とが設けられており、
該伝熱管路が、回転軸の中心軸線を中心として管を螺旋状に旋回させて形成されたコイル状管であり、供給管路と回収管路とが、回転軸内に同軸状に設けられた大径の管と、該大径の管内に同軸状に設けられた小径の管とからなる２重管として設けられたものであることを特徴とする伝熱装置。
【請求項２】
回転軸が、回転軸が貫通する側壁部分の貫通部に設けられた軸受け、および／または、槽外に設けられた軸受けによって、槽内に片持ち状態で水平に支持されるものである請求項１記載の伝熱装置。
【請求項３】
回転軸の槽内となる部分が、回転軸の他の部分と分離結合自在である請求項１記載の伝熱装置。
【請求項４】
回転軸が槽の側壁を貫通する部分における槽内の密閉性の保持が、その貫通する部分において回転軸の周囲に設けられたメカニカルシールによるものであって、該メカニカルシールの消耗部品が、回転軸の槽内となる部分と他の部分とが分離された部分を抜けて交換され得るものである請求項３記載の伝熱装置。
【請求項５】
上記回転軸が槽外において駆動装置と連結され、回転軸および駆動装置が一体的に配置される架台がさらに設けられ、側壁部分と回転軸とが一体的に槽と着脱されるときに、当該伝熱装置が設置される設置面に対して槽は不動であり、側壁部分、回転軸、駆動装置、架台が一体的に設置面上の一定軌道を移動し得るものであって、架台と設置面との間に、ころがり摩擦を生じさせるころがり部材が介在するものである請求項１記載の伝熱装置。
【請求項６】
ころがり部材が架台に設けられた車輪であって、この車輪が、設置面に設けられた軌道上を移動するものである請求項５記載の伝熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を密閉可能な槽内にて加熱・冷却し、濃縮などを行なう伝熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工すべき流体を密閉可能な槽内に収容して、適当な加圧・減圧、加熱・冷却、さらには必要な物質の添加などを行ない、流体の濃縮や凝縮、流体からの溶媒の回収などを行なう装置として、伝熱装置が知られている。伝熱装置の槽は、温度、圧力の設定が自在であって、この槽に流体や添加材料などを供給、排出するための種々の配管が接続されている。
【０００３】
特に、槽内において流体の温度を調整する方法としては、槽外の加熱・冷却装置に接続された伝熱管を槽内に導入し、伝熱管内に熱媒体を循環させて熱交換を行ない、加熱・冷却し温度調整する方法が知られている。
【０００４】
このような伝熱管を用いるタイプの伝熱装置のなかでも、伝熱管を槽内において回転させながら槽内の流体との熱交換を行なう構造のものが知られている。伝熱管を槽内において回転させることによって、流体は絶えず伝熱管自体によって攪拌され、流体全体が均等に伝熱管と接触し加熱・冷却されるので、伝熱管は小さい表面積でありながら、大きな熱交換作用を示すものとなり、また、伝熱管の表面に流体中の成分が付着することが抑制されるという利点がある。
【０００５】
上記のように伝熱管を槽内において回転させる構造を有する装置は、さらに、槽内に支持される回転軸の方向によって、縦型と横型に分けることができる。
縦型は、回転軸が槽内に上部から下方へつり下げられて鉛直方向を向いた状態で回転するものである。また、横型は、回転軸が槽内に水平に支持された状態で回転するものである。
これらのなかでも横型のものは、回転軸を槽内に水平に支持するという点から、軸受けや軸シールが縦型の場合に比べてより複雑となる傾向がある。
【０００６】
図５は、従来の横型の伝熱装置の構造の一例を示す模式図である。同図では、槽内の必要部分だけを槽の壁面を破断して見せている。また、伝熱管は回転軸の回りに形成されたコイル状管であるが、鋸刃状の線をもって省略して描いている。同図に示すように、従来の横型の伝熱装置では、流体を収容する槽２１の内部に、伝熱管路２４を外周に有する回転軸２２が水平に支持されている。この回転軸２２は、両側の側壁２３ａ、２３ｂを貫通し、この貫通部分に設けられた軸受けＢ３、Ｂ４によって両持ち支持されている。この軸受け部分には軸シールが施されており、槽内の密閉性が保たれている。回転軸２２は、槽外の駆動源Ｍによって回転駆動される。また、伝熱管に対する熱媒体の槽外からの供給と槽外への排出とは、回転軸の内部を通じて行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すように、従来の横型の伝熱装置の構造では、伝熱管を水平に軸受け支持し、かつ、十分な軸シールＳ１、Ｓ２を施す必要があることから、伝熱管は、槽を組み立てる際に、槽内に封じ込められる状態となり、槽外に出すことは困難である。即ち、仮に、槽を組み立てる際に、槽内に伝熱管を入れるための開口があったとしても、そのような開口は、装置を組み立てる際にだけ使用され、軸受けや軸シール、駆動源や動力伝達系が接続された状態で閉鎖される。従って、そのような開口を再び利用するには、装置の組み立て工程と逆の工程にて、装置を完全に分解しなければならない。このため例えば、槽の内部・伝熱管の洗浄や補修をするためには、槽の壁部にマンホールを設け、そこから作業者が槽内に入って作業を行なっていた。しかし、伝熱管が配置された状態の槽内では、槽内壁や伝熱管面の細部の十分な洗浄や補修は困難であった。また、側壁に設けられた軸受けや軸シールなどの交換は、装置を全て分解するに等しい工程が必要であるため困難であった。
【０００８】
本発明の課題は、上記問題を解決し、槽内壁や伝熱管面の細部の洗浄や補修を、容易に、十分に行なうことができ、さらには、軸受けや軸シールなどの交換も容易に行なうことも可能となる、横型の伝熱装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の伝熱装置は、次の特徴を有するものである。
（１）密閉可能な槽に、回転軸が、槽内の密閉性を保持し得るように槽の側壁を貫通して槽内に挿入され、回転軸は槽外から回転駆動され、また回転軸は槽内となる部分に熱交換部を有し、回転軸が貫通する部分を含む槽の側壁部分が、回転軸と一体的に槽の他の部分と着脱自在であり、側壁部分の大きさが、回転軸の槽内となる部分が通過可能な孔を槽に開口させ得る大きさであって、かつ、
前記熱交換部は、回転軸の外側に設けられた伝熱管路であって、回転軸の内部には、伝熱管路の一端に接続され槽外からの熱媒体の供給路となる供給管路と、伝熱管路の他端に接続され槽外への熱媒体の排出路となる排出管路とが設けられており、
該伝熱管路が、回転軸の中心軸線を中心として管を螺旋状に旋回させて形成されたコイル状管であり、供給管路と回収管路とが、回転軸内に同軸状に設けられた大径の管と、該大径の管内に同軸状に設けられた小径の管とからなる２重管として設けられたものであることを特徴とする伝熱装置。
（２）回転軸が、回転軸が貫通する側壁部分の貫通部に設けられた軸受け、および／または、槽外に設けられた軸受けによって、槽内に片持ち状態で水平に支持されるものである上記（１）記載の伝熱装置。
（３）回転軸の槽内となる部分が、回転軸の他の部分と分離結合自在である上記（１）記載の伝熱装置。
（４）回転軸が槽の側壁を貫通する部分における槽内の密閉性の保持が、その貫通する部分において回転軸の周囲に設けられたメカニカルシールによるものであって、該メカニカルシールの消耗部品が、回転軸の槽内となる部分と他の部分とが分離された部分を抜けて交換され得るものである上記（３）記載の伝熱装置。
（５）上記回転軸が槽外において駆動装置と連結され、回転軸および駆動装置が一体的に配置される架台がさらに設けられ、側壁部分と回転軸とが一体的に槽と着脱されるときに、当該伝熱装置が設置される設置面に対して槽は不動であり、側壁部分、回転軸、駆動装置、架台が一体的に設置面上の一定軌道を移動し得るものであって、架台と設置面との間に、ころがり摩擦を生じさせるころがり部材が介在するものである上記（１）記載の伝熱装置。
（６）ころがり部材が架台に設けられた車輪であって、この車輪が、設置面に設けられた軌道上を移動するものである上記（５）記載の伝熱装置。
【００１７】
【作用】
槽の側壁のうち、回転軸が貫通する部分を含む側壁部分が、回転軸を貫通させた状態のまま一体となって槽の側壁に対して着脱自在であり、その側壁部分の大きさが、回転軸の槽内となる部分が通過可能な孔を槽に開口させ得る大きさであることによって、回転軸の槽内部分、即ち、熱交換部が付帯する部分を容易に槽外に引き抜くことができるようになる。
【００１８】
さらに、回転軸の槽内となる部分が、回転軸の残りの本体部分と分離・結合自在とすることによって、槽から回転軸を分離させた後に、さらに、伝熱管の部分を回転軸から分離させることができるようになる。このことによって、貫通孔部分に設けられたシール部材や軸受け部材を、回転軸の分断部分から抜いて、容易に交換できるようになる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の伝熱装置を実施例を挙げながら詳細に説明する。
図１は、本発明による伝熱装置の構造の一実施例を示す模式図である。同図では、槽内の必要部分だけを槽の壁面を破断して見せている。また、側壁部分３Ａが、回転軸と一体的に槽の他の部分から脱した状態を示している。同図の例では、密閉可能な槽１に、回転軸２が、槽内の密閉性を保持し得るように槽の側壁３を貫通して槽内に水平に挿入され回転可能に軸受け支持されている。同図の例では、回転軸は槽外の軸受けによる片持ち支持である。回転軸２は槽外から回転駆動され、また回転軸は槽内となる部分に熱交換部４を有する。槽の側壁のうち、回転軸２が貫通する部分３ａを含む槽の側壁部分３Ａが、回転軸と一体的に槽の他の部分と着脱自在である。側壁部分３Ａの大きさは、回転軸の槽内となる部分が通過可能な孔３ｃを槽に開口させ得る大きさである。
この構造によって、図１に示すように、側壁部分３Ａを槽壁から外すだけで、回転軸の槽内となる部分が側壁部分３Ａと一体的に、槽外へ容易に引き出すことができるようになる。
【００２０】
槽は、圧力の設定が自在であって、この槽に対して流体や添加材料などを供給、排出するための種々の配管が接続され得るものであればよく、公知の態様のものは、全て利用可能である。槽の形状は限定されないが、槽内の圧力を気密に変化させる点から、円筒状や球状などを基本とする形状が簡単で大きな強度が得られ好ましい。図１の例における槽の形状は、中心軸を鉛直方向とする円筒と、水平方向とする円筒とが互いに交わった立体形状の例である。
【００２１】
側壁部分の大きさは、これを槽の側壁から除去したときに、回転軸の第一部分が通過できる貫通孔が側壁に開口する大きさであればよい。
側壁部分と槽との接合構造は、接合時には槽内の密閉性を保ち、かつ、槽側壁面に対して着脱自在であればよく、図１に示すような、フランジＦ１、Ｆ２による接合構造が簡単で安全、確実な構造として例示され、その他、側壁部分の外周に雄ねじを形成し槽側壁の貫通孔内に形成した雌ねじにねじ込む構造などが挙げられる。フランジやねじを用いた接合には、接合面にガスケットなど公知のシール材を介在させることが好ましい。
【００２２】
回転軸は、槽内に水平に支持されるのであれば、図１に例示するような片持ち支持であっても、図２に示すような、両持ち支持であってもよい。本発明でいう水平とは、ラジアル軸受けをもって支持すべき範囲内のものを意味する。
図２は回転軸の支持を両持ち支持とする場合の実施例を示す図であり、図２（ａ）に示すように、回転軸が側壁部分３Ａの対向側の壁面３Ｂを貫通せず槽内面で軸受け支持される例や、図２（ｂ）に示すように、回転軸が対向側の壁面３Ｂを貫通し、その貫通部分で軸受け支持される例が挙げられる。図２に示すような両持ち支持であっても、回転軸は壁面３Ｂの方向へ容易に抜ける構造とする。
回転軸の支持の態様は、装置の規模にもよるが、図１の例のような片持ち支持とすることが、回転軸の着脱を容易とし、本発明の有用性を最も顕著とする態様である。
回転軸を片持ち支持とする場合、支持は、図１に示すような槽外の軸受けによるものでよいが、側壁部分の貫通部に軸受けを設けてもよく、また、側壁部分の貫通部に設けたシール部材に軸受け機能を期待してもよい。
【００２３】
回転軸が側壁部分を貫通する部分には、槽内の密閉性を保持すべく、シール構造が付与される。シール構造は、回転軸が回転可能であって、かつ、槽内の密閉性が保持し得るものであればよく、Ｏリングや、オイルシールだけの簡単な構造から、メカニカルシールを用いたより複雑な構造まで、公知のシール構造が利用可能である。
特に、Ｏリング、オイルシール、メカニカルシールにおけるシールリング等、上記シール構造における消耗部品を、側壁部分から槽内側に抜いて交換する構成とし、かつ、回転軸の槽内となる部分と、回転軸の他の部分とを分離結合自在とすることによって、本発明において、槽内から回転軸を側壁部分と共に引き抜いた後に初めて有用となる特徴が現れる。即ち、図３にその実施例を示すように、槽内から回転軸を側壁部分と共に引き抜いた後に、さらに、回転軸の槽内となる部分を回転軸から分離し、この分離部分を利用して、シール部の消耗部品Ｓを極めて容易に交換し得るという特徴である。
【００２４】
回転軸の槽内となる部分と、回転軸の他の部分とを分離可能に結合する構造は、後述の回転軸内部に設けられる供給管路や排出管路を漏れなく接続し得る構造であればよく、フランジ、ねじ込み、ハメアイなどが挙げられる。特に、図３のように、フランジＦ３、Ｆ４を用いた構造は、高い強度、接合・分離における良好な作業性、構造が簡単であるなどの点で好ましいが、貫通部側のフランジＦ４を、回転軸２から着脱可能として、シールリングを矢印方向に交換可能とするのがよい。
【００２５】
熱交換部は、槽内に保持される流体を加熱・冷却すべく熱交換を行なう部分である。熱交換部は発熱体であってもよいが、回転軸の外側に伝熱管路を設け、回転軸内を通じて槽内外の熱伝達を行う態様が好ましい。即ち、回転軸の内部に、伝熱管路の一端に接続され槽外からの熱媒体の供給路となる供給管路と、伝熱管路の他端に接続され槽外への熱媒体の排出路となる排出管路とが設けられた態様である。以下、この態様について説明する。
【００２６】
伝熱管は、槽内の流体と熱交換するために、回転軸の外側に設けられる。伝熱管の態様は公知のものが全て利用可能である。特に、伝熱管路が、回転軸の回りに、または、回転軸が片持ち支持ならば回転軸の先端からさらに延長された中心軸の回りに、管を螺旋状に旋回させて形成されたコイル状管とすることが好ましい。伝熱管の材料は、熱伝導性、強度、耐食性に優れた金属が用いられ、例えば、鋼管用材料、ステンレス鋼、銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ニッケルまたはニッケル合金、チタンまたはチタン合金、ジルコニウム合金、その他、公知の高級耐食材料が利用可能である。
【００２７】
図１の例では、槽内の回転軸の先端部は、伝熱管路４の管材が中心軸として用いられ、軽量化が図られている。また同図では、伝熱管路４はコイル状管であるが、鋸刃状の太線で略して表している。
回転軸のうちトルク伝達可能な太い部分の内部には、熱媒体の供給管路と排出管路とが設けられ、回転軸内部を通って槽壁部を貫通している。供給管路は、伝熱管路の一端に接続され、槽外からの熱媒体の供給路となる。排出管路は、伝熱管路の他端に接続され、槽外への熱媒体の排出路となる。この構成によって、伝熱管路が回転軸と共に回転しながら、その内部には熱媒体が外部の熱媒体循環装置との間で循環し、槽内の流体を攪拌しながらの熱交換が可能となる。
【００２８】
熱媒体の供給管路と回収管路は、回転軸内部に確保されればよいが、図４において、回転軸２の一部を切り欠いて内部を示すように、回転軸内に同軸状に設けられた大径の管と、該大径の管内に同軸状に設けられた小径の管とからなる２重管として設けられる態様が好ましい。
【００２９】
供給管路と排出管路は槽外において熱媒体循環装置に接続される。その接続には、回転軸の回転を妨げないように自らの一部を回転軸と共に回転させながら、回転軸内の両管路と外部の固定管とを接続できる公知の接続器具（所謂、ロータリージョイント）が利用できる。
熱媒体は限定されないが、水および／または水蒸気が主に用いられる。
【００３０】
次に挙げるような細部の仕様は、公知技術を参照し決定してよい。▲１▼伝熱管をコイル状管とする場合のコイルの巻き方向、その他のコイル仕様、▲２▼コイルの巻き方向・ロータリージョイントの配管ねじを締めるときの回転方向・その時の回転軸の回転方向との関係、▲３▼コイル状管に対する供給管路と排出管路の接続場所、などである。
【００３１】
槽と側壁部分・回転軸とを着脱する場合には、どちらを移動させてもよい。実使用上では、槽には、流体や他の材料の供給・排出のための配管や、内圧を制御するための配管などが接続されるので、移動させることが困難な場合が多い。従って、槽を当該装置の設置面に対して不動とし、側壁部分・回転軸を可動とし移動させて着脱することが好ましい。
【００３２】
回転軸の槽外部分には、駆動源、該駆動源に付帯する伝達機構や軸受けなどが組み付けられるので、これら駆動系も回転軸と共に移動させることが好ましい。図４はその実施例を示す図であって、側壁部分３Ａ・回転軸２、駆動源Ｍ１、駆動のために付帯する伝達機構Ｍ２、外部軸受けＢ１、Ｂ２などが架台Ｄ上に搭載され、これらが一体的に設置面Ｇ上を移動する態様である。図４では、槽の本体部分を支持する架台は省略している。
【００３３】
側壁部分・回転軸などを架台と共に移動させ着脱する場合、着脱時の接触による部品の破損を防止する点や、再度装着するときの位置決めなどの点から、一定の軌道をもって着脱の往復移動を行なうことが好ましい。
一定の軌道は、ガイド、線路、溝など、移動のコースを限定しえるものであればどのようなものであってもよい。
また、架台を移動するときの架台と設置面との間の摩擦は、滑り摩擦であってもよいが、車輪やコロなどのころがり部材を介在させ、ころがり摩擦をもって移動させることによって、よりスムーズに着脱できるようになる。
これらの点から、図４に示すように、ころがり部材として架台側に車輪を設け、この車輪Ｗをもって、設置面に設けられた直線軌道Ｒ上を移動し、回転軸から架台に至るまでを一体的に槽に対して着脱する態様が好ましい。
【００３４】
ころがり部材は、架台側、設置面側のいずれに設けてもよい。例えば、図４の例の他に、ころがり部材を設置面側に設けたローラーコンベアとしてもよい。
また、軌道は、架台側、設置面側のいずれに設けてもよく、また、架台の下面、側面のいずれを利用してもよい。例えば、軌道を架台の側面を利用したガイドとしてもよい。さらには、ガイド専用のころがり部材を介在させてもよい。
【００３５】
また、さらに架台側と設置面との間に、コンベア装置など、移動のための駆動力を別途有する移動用装置を設けてもよい。
【００３６】
図４に示す実施例における、装置の主な使用などを示す。槽における水平方向の筒状部分の内径φ１０００ｍｍ、伝熱管コイルの平均径φ８００ｍｍ、伝熱管コイルの有効巻き数９回、槽容量１０００リットル。槽壁面と側壁部分との着脱は、フランジとフランジロックハンドルを用いてワンタッチでロックと解除を可能とした。
【００３７】
本発明による伝熱装置の用途としては、単純な加熱・冷却だけではなく、あらゆる分野における流体の濃縮、乾燥、晶析、流体からの溶媒の回収、蒸留、流体の反応などが挙げられる。
各分野における流体としては、漢方生薬の抽出エキス、医薬品、魚介類の煮汁、糖液、酵素、タンパク質液、色素、香料、廃液、パルプ製造工程で発生する黒液などが挙げられる。
【００３８】
【発明の効果】
伝熱管を用いた横型の伝熱装置を本発明による構造とすることによって、槽内から回転軸を容易に引き出すことができるようになり、槽内、特に伝熱管を細部まで常に十分に洗浄できるようになった。このことによって、流体の種類を変えたときの先の流体成分の残存量をより減少させることができた。また、伝熱管の表面が、従来の装置に比べて容易にしかもより清浄な状態に維持され得ることから、伝熱管表面が常により十分に流体と接触でき、熱交換効率の低下を容易に抑制できるようになった。また、槽内において生じる機械的なトラブルに対しても常に綿密に補修でき、軸受けや軸シールなどの交換も容易に行なうことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による伝熱装置の構造の一実施例を示す模式図である。
【図２】本発明の伝熱装置において、回転軸の支持を両持ち支持とする場合の実施例を示す模式図である。
【図３】本発明の伝熱装置において、シール部の消耗部品を容易に交換し得る好ましい態様例を示す模式図である。
【図４】本発明の伝熱装置において、回転軸から駆動系に至るまでを架台と共に一体的に移動させる態様例を示す模式図である。
【図５】従来の横型の伝熱装置の構造の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１    槽
２    回転軸
３    槽の壁部
３ａ  貫通部
３Ａ  側壁部分
４    熱交換部
【図１】
0003795577.tif 000002
【図２】
0003795577.tif 000003
【図３】
0003795577.tif 000004
【図４】
0003795577.tif 000005
【図５】
0003795577.tif 000006