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WO2019074084A1 - 粉粒体の熱交換装置 - Google Patents

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WO2019074084A1
WO2019074084A1 PCT/JP2018/038047 JP2018038047W WO2019074084A1 WO 2019074084 A1 WO2019074084 A1 WO 2019074084A1 JP 2018038047 W JP2018038047 W JP 2018038047W WO 2019074084 A1 WO2019074084 A1 WO 2019074084A1
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WO
WIPO (PCT)
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heat exchange
pipe
tank
tube
header tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/038047
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝弘 高居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nara Machinery Co Ltd
Original Assignee
Nara Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nara Machinery Co Ltd filed Critical Nara Machinery Co Ltd
Priority to JP2019548251A priority Critical patent/JPWO2019074084A1/ja
Publication of WO2019074084A1 publication Critical patent/WO2019074084A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/04—Tubular elements of cross-section which is non-circular polygonal, e.g. rectangular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/06—Tubular elements of cross-section which is non-circular crimped or corrugated in cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchange device for granular material, and more particularly to a heat exchange device for heating or cooling granular material by conductive heat transfer (indirect heating) with a heat exchange medium.
  • an object of the present invention is to provide a heat exchange device including a heat exchanger which can be easily matched to the size of the heat exchange container and the characteristics of the granular material to be treated.
  • the heat exchange device for powder and granular material includes a heat exchange container having a treated material supply port for supplying powder and granular material from above and a treated material discharge port for discharging powder and granular material from below, and a heat exchange container. And a heat exchange portion provided inside the heat exchange portion, the heat exchange portion having a heat exchange pipe including an outer pipe constituted by a hollow torsion pipe extending in the vertical direction.
  • the piston flow property of the granular material is maintained and compared to the heat exchange pipe constituted by the straight pipe.
  • a heat exchanger having a large heat transfer area can be formed.
  • the outer pipe of the heat exchange pipe can be formed by twisting the straight pipe, etc.
  • a heat exchange pipe in which a part of the straight pipe is squeezed to form a substantially spherical convex portion or a spiral pipe is used.
  • the form which uses the heat exchange pipe constituted by the heat exchange pipe constituted by the pipe of the triangular wave shape using the heat exchange pipe constituted by the size of the heat exchange container and the characteristic of the granular material to be treated easily (In particular, a heat exchange pipe adapted to a small diameter heat exchange vessel) can be prepared. Further, the processing of the heat exchange pipe and the production of the heat exchange section are easy, and the cost can be reduced.
  • the heat exchange unit has a plurality of heat exchange pipes.
  • the outer pipe of the heat exchange pipe constituted by the hollow torsion pipe has a positional relationship with the adjacent heat exchange pipe compared with the form provided with a plurality of heat exchange pipes constituted by a spiral pipe or a triangular pipe. It can be easily arranged so that no interference occurs. Therefore, since the heat exchange pipes can be disposed densely as compared with the case where the above three types of heat exchange pipes are used, a heat exchanger having a larger heat transfer area can be formed.
  • the heat exchange pipe further includes a tank for supplying a heat exchange medium to the plurality of heat exchange pipes, the heat exchange pipe including an inner pipe inserted into the outer pipe, and the tank is provided with an upper portion of the heat exchange pipe
  • One end of the lower part, the end of the outer pipe on which the tank is provided is open and connected to the second tank, the other end is closed, the both ends of the inner pipe are open
  • the end on the same side as the outer pipe is connected to the first tank, and the other end extends near the closed end of the outer pipe, and the heat exchange medium supplied from the first tank is the inner side of the inner pipe After passing between the outer pipe and the inner pipe, it is returned to the second tank.
  • the tank is provided at the upper portion of the heat exchange pipe, and a dispersion member for dispersing the powder particles is provided at the lower portion of the treatment material supply port, and the tank is a supply passage extending downward from the treatment material supply port.
  • the dispersing member is provided with a projecting member extending outward and obliquely downward from the dispersing member.
  • At least the outer wall of the inner pipe is formed of a member having a lower thermal conductivity than the outer pipe.
  • the inner pipe or the member covering the inner pipe has a low thermal conductivity
  • heat exchange is performed between the outer pipe and the heat exchange medium passing between the inner pipe.
  • the temperature of the heat exchange medium hardly changes.
  • the heat exchange medium is supplied to (the passage of) between the outer pipe and the inner pipe while maintaining the temperature at the time of supply substantially, the temperature difference with the processed material (powder and particle) there is large, the efficiency Good heat exchange can be performed.
  • the hollow torsion tube constituting the outer tube has a polygonal cross-section or an elliptical cross-section.
  • the hollow torsion tube constituting the outer tube has a shape provided with a protrusion on the outer surface thereof.
  • the outer tube of the hollow torsion tube is configured by twisting the cylindrically shaped object without shifting the central axis, and the cylindrically shaped object is provided with fins at corners of a substantially rectangular horizontal cross section. It has a straight shape in the vertical direction, and the fin extends in a curvilinear shape from the corner.
  • the inclination angle of the spiral formed on the surface of the torsion tube constituting the outer tube is larger than a value obtained by subtracting 5 degrees from the repose angle of the granular material.
  • a heat exchange device including a heat exchanger that can be easily matched to the size of the heat exchange container and the characteristics of the powder particles to be treated.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a line CC in FIG. 4 and showing a longitudinal cross section and the like of the heat exchange unit. It is a perspective view of a 2nd straight pipe.
  • FIG. 10 is a perspective view of a dispersing member provided with first to fourth projecting members.
  • the heat exchange device for powder and granular material in the first embodiment includes a heat exchange container 1, a constant amount supply device 7, a constant amount discharge device 8, a load cell 9, a first bellows type expansion pipe joint 11a, a second bellows type expansion pipe joint 11b, A heat exchange unit 20 is provided (see FIG. 1).
  • the heat exchange container 1 has a cylindrical main body 2, a lid 3 at the upper part thereof, and a conical part 4 formed at the lower part of the main body 2.
  • the lid 3 has a frusto-conical shape (also referred to as a substantially frusto-conical shape) whose upper portion is narrow and whose lower portion is wide, and the upper end is opened as the treatment material supply port 5.
  • the pyramidal portion 4 has a frusto-conical shape (also referred to as a generally frusto-conical shape) in which the upper portion is wide and the lower portion is narrow, and the lower end is opened as the treated material outlet 6.
  • the half apex angle ⁇ of the pyramidal portion 4 is preferably 60 degrees or less.
  • the quantitative supply device 7 is a device for quantitatively supplying the processed material (particulate matter) into the heat exchange container 1, and for example, a screw feeder is used.
  • the metering discharge device 8 is a device for metering the processed material out of the heat exchange container 1, and for example, a rotary valve is used.
  • the load cell 9 is used to measure the weight of the heat exchange vessel 1.
  • the quantitative supply device 7 is connected to the processing material supply port 5 via the first bellows type expansion joint 11a so that the weight measurement of the heat exchange container 1 is not affected, and the quantitative discharge device 8 is the second one.
  • the treatment object outlet 6 is connected via a bellows type expansion joint 11b.
  • the heat exchange unit 20 includes a heat exchange pipe 21 extending in the vertical direction, and a header tank 24 (first header tank 24 a, second header tank 24 b) in which the upper ends of the heat exchange pipe 21 are connected.
  • the heat exchange medium flows, and the heat exchange medium heats or cools the particles in the heat exchange container 1.
  • the heat exchange portion 20 in the first embodiment includes a heat exchange pipe 21 having a double structure of an outer pipe 21a and an inner pipe 21b, and a first header tank 24a connected to the upper end of the inner pipe 21b of the heat exchange pipe 21.
  • the second header tank 24 b is connected to the upper end of the outer pipe 21 a of the heat exchange pipe 21.
  • the heat exchange section 20 is the inside of the main body 2 or the lid 3.
  • a louver or other dispersing device may be provided in the upper part of the in order to disperse and drop the processed material.
  • the heat exchange container 1 (main body 2, lid 3, cone 4) has a jacket structure (not shown), and the same heat exchange medium as flowing in the heat exchange pipe 21 flows inside, and the heat exchange container It is preferred to heat or cool 1 from its outer surface. Moreover, it may replace with the said jacket structure, and may be a form which provides a heat retention apparatus or cold storage apparatus in the outer side of the heat exchange container 1, and may be a form which provides a heat retention apparatus or cold storage apparatus outside the said jacket structure. .
  • the upper end of the heat exchange pipe 21 is held by the main body 2 via the header tank 24, and the lower end of the heat exchange pipe 21 is held by the main body 2 via the mounting bracket 25.
  • the lower end of the heat exchange pipe 21 is not held in the main body 2 via the mounting bracket 25, but the heat exchanging pipe 21 is integrated (at the lower end) by fixing the lower end to the mounting bracket 25. May be.
  • the outer tube 21a is made of a stainless steel (for example, SUS304, SUS316), a metal such as titanium or hastelloy, and is formed of a hollow cylindrical torsion tube.
  • the upper end of the outer pipe 21a is open and communicates with the hole provided in the second header tank 24b.
  • the lower end of the outer tube 21a is sealed by welding a sealing plate 21d. If the plug is screwed into the lower end (sealing portion), the drain accumulated in the heat exchange pipe 21 can be easily drained.
  • the hollow twisted tube constituting the outer tube 21a is formed by twisting a straight tube having a square horizontal cross section (the first straight tube 22a, see FIG. 2) without shifting the central axis (FIG. 3). reference).
  • the hollow torsion tube is not limited to the above shape, and is formed by twisting a cylindrical shaped object having a horizontal cross section having a triangular, rectangular, pentagonal or more substantially polygonal shape or a substantially elliptical shape, It is also good. For this reason, the horizontal cross section of the outer tube 21a has a substantially polygonal or substantially elliptical shape.
  • the inner pipe 21b is disposed inside the outer pipe 21a, and at least the outer wall is made of a member having a low thermal conductivity such as polyvinyl chloride (at least a thermal conductivity lower than the outer pipe 21a), or a metal such as stainless steel
  • the tube is coated with a low thermal conductivity material and is configured in the form of a hollow cylinder.
  • the entire inner pipe 21b may be a hose made of resin such as polyvinyl chloride, silicone, polytetrafluoroethylene or the like.
  • the upper end and the lower end of the inner pipe 21b are open.
  • the upper end of the inner pipe 21b communicates with the hole provided in the first header tank 24a.
  • the lower end of the inner pipe 21b is located inside the outer pipe 21a and near the lower end.
  • the inner pipe 21b is interposed with a buffer member 21c such as a spacer. It is desirable that the outer tube 21a be held by the outer tube 21a (see FIG. 6).
  • FIGS. 5 and 7 show an example in which the buffer member 21c is provided only to the heat exchange pipe 21 at the left end, the buffer member 21c is similarly provided to the other heat exchange pipes 21 (not shown). Shown).
  • the inner pipe 21b be configured to the outer pipe 21a formed of a hollow torsion pipe so that the distance between the inner wall of the outer pipe 21a and the outer wall of the inner pipe 21b changes in the height direction.
  • the inner pipe 21b is configured in a cylindrical shape that has an outer diameter different in the height direction with respect to the outer pipe 21a configured by a hollow twisted pipe.
  • the heat exchange medium supplied from the first pipe 26a through the first header tank 24a flows downward inside the inner pipe 21b, enters the lower end of the heat exchange pipe 21, and the heat exchange medium reaching the lower end is: It flows upward between the outer pipe 21a and the inner pipe 21b, and is discharged from the upper end of the heat exchange pipe 21 through the second header tank 24b and the second pipe 26b (see FIG. 7).
  • the above is an apparatus configuration in the case of using a liquid (cold water, warm water, heat medium oil, etc.) as a heat exchange medium, and when using a gas such as steam as the heat exchange medium, It is preferable to place the case upside down. That is, it is preferable to arrange the header tank 24 below the main body 2 of the heat exchange container 1 and connect the lower end portion of the heat exchange pipe 21 extending in the vertical direction to the upper surface of the header tank 24.
  • the configuration of the outer pipe 21a and the inner pipe 21b and their connection with the header tank 24 are also the same as the above except that the arrangement is upside down. .
  • the inner pipe 21b or the member covering the inner pipe 21b has a low thermal conductivity, when the heat exchange medium passes through the inner side of the inner pipe 21b, the heat exchange medium passes between the outer pipe 21a and the inner pipe 21b. Heat exchange is difficult, and the temperature of the heat exchange medium hardly changes. Then, the heat exchange medium is supplied to (the passage of) between the outer pipe 21a and the inner pipe 21b while maintaining the temperature at the time of supply substantially, so the temperature difference with the processed material (particulate matter) there is large , Efficient heat exchange can be performed.
  • the inclination angle (lead angle) ⁇ of the spiral formed on the surface of the torsion pipe constituting the outer pipe 21a is the repose angle of the powder or granular material to be treated by the heat exchange device (when the powder or granular material is poured freely on the horizontal surface
  • the base angle of the mountain formed by the granular material is larger than ⁇ 5 degrees of JIS Industrial Term Dictionary 5th Edition (Japan Standards Association) (see FIG. 7).
  • tilt angle (theta) of a helix is 50 degrees or more.
  • the inclination angle ⁇ of the spiral When the inclination angle ⁇ of the spiral is made larger than the repose angle ⁇ 5 degrees of the granular material or larger than 50 degrees, the space between the lower part of the spiral formed on the surface of the torsion tube and the granular material layer It is difficult to form an air gap, and heat exchange can be performed efficiently using the entire heat exchange pipe 21.
  • the inclination angle ⁇ of the spiral When the inclination angle ⁇ of the spiral is small, an air gap is formed between the lower portion of the spiral and the granular material layer, and efficient heat exchange with the heat exchange medium flowing in the heat exchange pipe 21 is difficult to be performed.
  • the inclination angle may be changed depending on the position of the outer pipe 21a in the vertical direction, and the direction of the inclination may be reversed in the middle of the outer pipe 21a.
  • the heat exchange pipe 21 may be configured as a single pipe, or may be configured as two or more pipes.
  • a cylindrical shaped object (second straight pipe 22b (see FIG. 8) having a shape having a fin (protrusion) provided by bending a corner having a substantially square horizontal cross section and linearly extending in the vertical direction
  • the hollow torsion tube which comprises the outer tube 21a may be formed (refer FIG. 9, FIG. 15).
  • the fin 22b1 in the second straight pipe 22b has a shape extending linearly from the substantially square corner that constitutes the horizontal cross section.
  • the straight line of the linearly extending portion is parallel to (on the same straight line as) a side in contact with the linearly extending portion of the substantially square sides forming the horizontal cross section when viewed in the vertical direction.
  • Four fins 22b1 in the second straight pipe 22b are provided and extend from each of the substantially square sides forming the horizontal cross section.
  • the fins 22c1 in the third straight pipe 22c have a shape extending in a curvilinear manner from corners of a substantially square forming a horizontal cross section.
  • the curve of the portion extending in the curvilinear form has a tangent line 22c2 of a portion in contact with the corner of the substantially square forming the horizontal cross section in the curve, as viewed from the up and down direction, of the sides of the substantially square forming the horizontal cross section Parallel to the side in contact with the part extending in the shape (colinear).
  • Four fins 22c1 in the third straight pipe 22c are provided and extend from each of the substantially square sides forming the horizontal cross section.
  • the outer tube 21a may be formed by twisting a deformed tube having asperities such as a horizontal cross section.
  • the projection may be provided on the straight pipe before applying the twist, but the projection is provided after the twist is applied to the straight pipe without the projection (the first straight pipe 22a). May be
  • a plurality of heat exchange pipes 21 arranged in a straight line in the horizontal direction are respectively connected to one header tank 24 (first header tank 24a and second header tank 24b) (see FIGS. 7 and 10).
  • the header tank 24 is a straight pipe whose vertical cross section has an oval shape (long oval shape), the upper part constitutes a first header tank 24 a, and the lower part constitutes a second header tank 24 b.
  • the header tank 24 has a two-layer structure of upper and lower layers, but may be independent header tanks 24a and 24b.
  • the direction of the major axis is vertically arranged so as to be vertically long.
  • the upper surface of the header tank 24 may be formed in a triangular shape in cross section with a pointed upper portion.
  • the first pipe 26a is connected to one end of the first header tank 24a, and the other end is closed.
  • the second pipe 26b is connected to one end of the second header tank 24b, and the other end is closed.
  • the piston flow property of the granular material is maintained while maintaining the straight pipe (first straight pipe 22a, 22 It is possible to form a heat exchanger having a large heat transfer area as compared with the heat exchange pipe constituted by the second straight pipe 22b and the third straight pipe 22c).
  • the outer pipe 21a of the heat exchange pipe 21 can be formed by twisting the straight pipe or the like, a heat exchange pipe in which a substantially spherical convex portion is formed by squeezing a part of the straight pipe or a spiral
  • the size of the heat exchange vessel 1 and the characteristics of the granular material to be treated are easily compared to the case of using a heat exchange pipe composed of a tube or using a heat exchange pipe composed of a triangular wave tube. It is possible to prepare a suitable one (in particular, the heat exchange pipe 21 matched to the small diameter of the heat exchange vessel 1).
  • the heat transfer area can be easily increased by arranging a plurality of heat exchange pipes 21, and by using the inclination of the spiral formed on the surface of the torsion pipe, the lateral direction (horizontal ) Can be promoted, and uniform treatment of the powder can be achieved.
  • the inclination direction of all the heat exchange pipes 21 was the same was shown in FIG.1, FIG.7, FIG.10, you may arrange
  • the heat exchange pipe 21 has a double structure of the outer pipe 21a and the inner pipe 21b, and the heat exchange medium passing through the inner side of the inner pipe 21b inserted in the outer pipe 21a is the same as the inner side of the outer pipe 21a. As it passes between the tubes 21b, heat exchange is performed with the powder particles flowing down in the heat exchange vessel 1, and the powder particles are heated or cooled. Therefore, the header tank for supplying the heat exchange medium to the heat exchange pipe 21 (first header tank 24a) and the header tank for discharging the heat exchange medium from the heat exchange pipe 21 (second header tank 24b) It becomes possible to arrange collectively in the upper part or the lower part of the exchange pipe 21.
  • the inner pipe 21b is formed of a member having a low thermal conductivity, when the heat exchange medium passes through the inside of the inner pipe 21b, the heat exchange medium passes between the outer pipe 21a and the inner pipe 21b. Heat exchange is difficult to be performed, and when flowing between the outer pipe 21a and the inner pipe 21b, efficient heat exchange with the granular material can be performed.
  • the operator uses a pump (not shown) or the like to supply cooling water (heat exchange medium) of a constant temperature from the heat exchange medium source to the heat exchange medium supply pipe (first pipe 26a).
  • the heat exchange unit 20 is quantitatively supplied via
  • the heat exchange medium is described as water, the same applies to other liquids such as heat carrier oil.
  • the cooling water supplied to the heat exchange unit 20 passes from the heat exchange medium supply pipe (first pipe 26a) to the inner pipe 21b of each heat exchange pipe 21 via the first header tank 24a, and the outer pipe 21a and the inner pipe 21b. , And then return to the heat exchange medium source via the second header tank 24b and the heat exchange medium discharge pipe (second pipe 26b) and cooled again to a constant temperature.
  • the operator activates the quantitative supply device 7 to continuously supply the processed material (raw material, powder and particles) into the heat exchange vessel 1.
  • the operator activates the metering discharge device 8 to continuously process the processed material from the heat exchange container 1. Let it drain.
  • the operator controls the rotational speed of the metering discharge device 8 so that the weight of the processed material in the heat exchange container 1 becomes constant.
  • the temperature of the processing object is continuously measured by a thermometer (not shown) installed in the pyramidal portion 4 located below the heat exchange unit 20, and the operator can measure the temperature of the processing object based on the measurement result. Perform temperature control.
  • the operator stops the quantitative discharge device 8 and also stops the supply of the cooling water.
  • the present invention is not limited to a configuration in which a plurality of header tanks 24 connected to a plurality of heat exchange pipes 21 disposed in a straight line in the horizontal direction are provided (first embodiment, see FIGS. 1 to 10). May be connected to all the heat exchange pipes 21.
  • a substantially cylindrical header tank 24 may be provided on the radially arranged heat exchange pipes 21 and may be connected to the heat exchange pipes 21 (second embodiment) Form).
  • the heat exchange container 1 has a cylindrical main body 2 and a conical portion (not shown) formed in the lower part of the main body 2, and the header tank 24 is flanged or the like in the upper part of the main body 2. It is connected.
  • the header tank 24 includes three hollow disk-shaped upper plates 24c, a middle plate 24d and a lower plate 24e, a substantially cylindrical supply pipe 5a fixed to the inner side surface thereof, and the lower surface or the outer surface thereof. It is comprised by the substantially cylindrical outer cylinder 24f fixed.
  • a portion surrounded by the upper plate 24c, the middle plate 24d, the supply pipe 5a and the outer cylinder 24f is the first header tank 24a, and is surrounded by the middle plate 24d, the lower plate 24e, the supply pipe 5a and the outer cylinder 24f.
  • the portion is the second header tank 24b.
  • a feed hopper 13 is connected to an upper portion of the feed pipe 5a by a flange joint or the like.
  • a dispersing member 14 is provided at a central portion of the main body 2 located at the lower part of the header dunk 24.
  • the dispersing member 14 extends in the vertical direction throughout the main body 2 and has a lower end closed and an upper end opened by the inner cylindrical tube 14a and a conical portion 14b connected to the upper end of the inner cylindrical tube 14a. Configured The dispersion member 14 is connected to the lower portion of the supply pipe 5a via a plurality of support plates 14c.
  • the same heat exchange medium as that flowing into the heat exchange pipe 21 may be flowed inside the dispersion member 14 and may be heated or cooled.
  • the heat exchange pipe 21 is comprised by the outer pipe
  • a sealing plate 21d is fixed to the lower end of the outer tube 21a, and a fixed guide 21e engaged with the opening of the mounting bracket 25 is fixed to the lower portion of the sealing plate 21d.
  • One nipple 21f is fixed.
  • a ring-shaped buffer member 21c made of, for example, silicone rubber is attached to the inner pipe 21b at a plurality of locations including the lower end, thereby preventing the swing of the inner pipe 21b.
  • a flexible hose made of polyvinyl chloride or the like is used for the inner pipe 21b, it is preferable to attach a relatively large number of buffer members 21c around the lower side.
  • the heat exchange pipe 21 is attached to the header tank 24 by the following method.
  • the middle plate 24d and the lower plate 24e are provided with a plurality of concentric through holes, and the through holes of the lower plate 24e are larger in diameter than the through holes of the middle plate 24d, and the through holes of the lower plate 24e Is threaded.
  • the inner pipe 21b is inserted and fixed to the L-shaped bracket 21h attached to the upper surface of the middle plate 24d by bolts, nuts, etc. by U-shaped bolts 21g etc. Ru.
  • the outer pipe 21a is inserted into the opening of the upper end (one nipple 21f), the lower end of the inner pipe 21b is lifted, and the single nipple 21f (male screw) in the through hole (female screw) of the lower plate 24e which is threaded Screw in).
  • the attachment to the lower plate 24e of the outer tube 21a may use a one-touch type joint connected by one-touch operation (not shown).
  • the one end of the one-touch joint having an external thread cut at one end is screwed into the through hole (female screw) of the lower plate 24e from below, and the socket portion of the other end of the one-touch joint By inserting the upper end, the outer pipe 21a can be easily fixed to the lower plate 24e.
  • the material to be treated (particulate matter) is fed from the feeding hopper 13 into the heat exchange vessel 1 and dispersed radially by the conical portion 14 b at the top of the dispersing member 14.
  • the stagnation of the processed material does not occur in the upper portion of the header tank 24.
  • the heat exchange pipes 21 are concentrically attached at equal intervals and in multiple rows (2 to 3 rows) to the header tank 24. However, when the heat exchanger is large, they are staggered. It is preferable to attach in an array, since more heat exchange pipes 21 can be attached.
  • a protruding member 14 d may be provided on the surface of the inner cylindrical tube 14 a or the like (see FIG. 16) for promoting the movement of the powder particles in the horizontal direction.
  • the projecting member 14d extends outward and obliquely downward from the inner cylindrical tube 14a.
  • the projecting member 14d may have various shapes. For example, the lower end portion of a substantially columnar shape such as the first projecting member 14d1 and the first projecting member 14d1 having a substantially cylindrical shape may be obliquely lower toward the inner cylindrical portion 14a.
  • the second projecting member 14d2 extends in the direction and contacts the inner cylindrical portion 14a, and has a substantially V-shaped second projecting member 14d2 viewed from the side, a third projecting member 14d3 having a substantially triangular pole shape pointed upward, and a substantially trapezoidal shape pointed upward
  • a fourth projecting member 14d4 or the like may be considered.
  • the inclination angle (inclination angle ⁇ of the projecting member) of the portion of the projecting member 14 d that extends obliquely downward from the inner cylindrical tube 14 a toward the outer direction is the repose angle ⁇ 5 of the powder material processed by the heat exchange device. Preferably it is greater than
  • the projecting member 14d provided on the surface of the inner cylindrical tube 14a may be configured to include all four types (first to fourth projecting members 14d1 to 14d4), or any one type or two or more types may be included. It may be included. Further, although the first projecting member 14d1 to the fourth projecting member 14d4 are exemplified as the projecting members 14d provided on the surface of the inner cylindrical tube 14a, the present invention is not limited to these, and other shapes may be adopted.

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Abstract

熱交換容器の大きさや処理対象の粉粒体の特性に合わせやすい熱交換器を含む熱交換装置を提供する。　粉粒体の熱交換装置は、粉粒体を上方から供給する処理物供給口と、粉粒体を下方から排出する処理物排出口とを有する熱交換容器と、熱交換容器の内部に設けられた熱交換部と、複数の熱交換パイプに熱交換媒体を供給するヘッダータンクとを備える。熱交換部は、上下方向に延びる中空ねじり管で構成された外管を含む熱交換パイプを有する。熱交換パイプは、外管内に装入された内管を含む。外管における上方の端部は開口して第２ヘッダータンクに連接され、下方の端部は閉じられる。内管における両端部は開口して、上方の端部は第１ヘッダータンクに連接され、下方の端部は外管の下方の端部近傍まで延びる。第１ヘッダータンクから供給された熱交換媒体は、内管の内側を通った後、外管と内管の間を通って、第２ヘッダータンクに戻される。

Description

粉粒体の熱交換装置
　本発明は、粉粒体の熱交換装置に関し、特に、粉粒体を熱交換媒体との伝導伝熱（間接加熱）によって加熱又は冷却する熱交換装置に関する。
　従来、粉粒体の熱交換装置として、特許文献に記載のものがあった。
特開２０００－７１２８５号公報
　しかしながら、１つの螺旋状の管で、熱交換容器内部の熱交換を行うため、一部がテーパー状になっており、熱交換容器の大きさに合わせて且つ処理対象の粉粒体の特性に合わせて、特別の熱交換パイプを用意する必要がある。
　したがって本発明の目的は、熱交換容器の大きさや処理対象の粉粒体の特性に合わせやすい熱交換器を含む熱交換装置を提供することである。
　本発明に係る粉粒体の熱交換装置は、粉粒体を上方から供給する処理物供給口と、粉粒体を下方から排出する処理物排出口とを有する熱交換容器と、熱交換容器の内部に設けられた熱交換部とを備え、熱交換部は、上下方向に延びる中空ねじり管で構成された外管を含む熱交換パイプを有する。
　上下方向に延びる中空ねじり管で構成された熱交換パイプの外管を熱交換容器内に設けることにより、粉粒体のピストンフロー性を保ちつつ、直管で構成された熱交換パイプに比べて大きな伝熱面積を有する熱交換器を形成することが出来る。
　直管を捻るなどして熱交換パイプの外管を形成することが出来るため、直管の一部を絞って略球形状の凸部が形成された熱交換パイプを用いたり、螺旋状の管で構成された熱交換パイプを用いたり、三角波形状の管で構成された熱交換パイプを用いたりする形態に比べて、容易に熱交換容器の大きさや処理対象の粉粒体の特性に合うもの（特に、熱交換容器の径が小さいものに合わせた熱交換パイプ）を用意することが出来る。
　また、熱交換パイプの加工及び熱交換部の製作が簡単で、コストを安くすることが出来る。
　好ましくは、熱交換部は、熱交換パイプを複数有する。
　熱交換パイプを複数配置することで、容易に伝熱面積を増やすことが出来、且つ、ねじり管の表面に形成された螺旋の傾斜を使って、粉粒体の横方向（水平方向）の移動を促すことが出来、粉粒体の均一な処理が可能になる。
　また、中空ねじり管で構成された熱交換パイプの外管は、螺旋状の管や三角波形状の管で構成された熱交換パイプを複数設けた形態に比べて、隣接する熱交換パイプと位置的な干渉が起きないように配置することを容易に出来る。
　そのため、上記３種類の熱交換パイプを用いた場合に比べても熱交換パイプを密に配置することが出来るので、より大きな伝熱面積を有する熱交換器を形成することが出来る。
　さらに好ましくは、複数の熱交換パイプに熱交換媒体を供給するタンクを更に備え、熱交換パイプは、外管内に装入された内管を含むものであり、タンクは、熱交換パイプの上部と下部のいずれか一方に設けられ、外管における、タンクが設けられる方の端部は開口して第２タンクに連接され、他の端部は閉じられ、内管における、両端部は開口して、外管と同じ側の端部は第１タンクに連接され、他の端部は外管の閉じた端部の近傍まで延び、第１タンクから供給された熱交換媒体は、内管の内側を通った後、外管と内管の間を通って、第２タンクに戻される。
　外管内に装入された内管の内側を通った熱交換媒体が、外管と内管の間を通る際に、熱交換器内を流下する粉粒体との間で熱交換が行われ、粉粒体は加熱又は冷却される。
　このため、熱交換パイプへの熱交換媒体供給用のタンクと、熱交換パイプからの熱交換媒体排出用のタンクとを熱交換パイプの上部又は下部にまとめて配置することが可能になる。
　さらに好ましくは、タンクは、熱交換パイプの上部に設けられ、処理物供給口の下部には、粉粒体を分散させる分散部材が設けられ、タンクは、処理物供給口から下方に延びる供給路の周囲に設けられる。
　タンクの上部に処理物（粉粒体）が通らないため、タンクの上部に処理物の滞留は起きない。
　さらに好ましくは、分散部材には、分散部材から外側方向に向かって、且つ斜め下方向に延びる突出部材が設けられる。
　また、好ましくは、内管の少なくとも外壁は、外管よりも熱伝導率が低い部材で構成される。
　内管又は内管を覆う部材は熱伝導率が低いため、熱交換媒体が内管の内側を通る際に、外管と内管の間を通る熱交換媒体との間での熱交換が行われにくく、熱交換媒体の温度はほとんど変化しない。
　そして、熱交換媒体は、ほぼ供給時の温度を保って外管と内管との間（の通路）に供給されるので、そこでの処理物（粉粒体）との温度差が大きく、効率よい熱交換を行うことが出来る。
　また、好ましくは、外管を構成する中空ねじり管は、水平断面が多角形又は楕円形のいずれかの形状を有する。
　このため、処理物の物性（大きさ、形状等）によって、最適な中空ねじり管を選択することが出来る。
　また、好ましくは、外管を構成する中空ねじり管は、その外面に突起が設けられた形状を有する。
　当該突起を設けることにより、当該突起を設けない形態に比べて、大きな伝熱面積を有する熱交換器を形成することが出来る。
　また、好ましくは、中空ねじり管の外管は、筒形状物について、中心軸をずらさずに捻りを加えることにより、構成され、筒形状物は、水平断面が略矩形の角部にフィンが設けられた形状を有し、上下方向に直線状に延びるものであり、フィンは、角部から曲線状に延びる。
　また、好ましくは、外管を構成するねじり管の表面に形成された螺旋の傾斜角度は、粉粒体の安息角から５度引いた値よりもよりも大きい。
　ねじり管の表面に形成された螺旋の下部と粉粒体層の間に空隙が出来にくく、熱交換パイプの全体を使って効率良く熱交換を行うことが可能になる。
　以上のように本発明によれば、熱交換容器の大きさや処理対象の粉粒体の特性に合わせやすい熱交換器を含む熱交換装置を提供することができる。
第１実施形態における粉粒体の熱交換装置の一部破断構成図である。 第１直管の斜視図である。 第１直管を捻って形成された外管の斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面で、熱交換部の上面などを示す図である。 図１のＢ－Ｂ線断面で、熱交換部の水平断面などを示す図である。 図５における緩衝部材が設けられた熱交換パイプの拡大した図である。 図４のＣ－Ｃ線断面で、熱交換部の縦断面などを示す図である。 第２直管の斜視図である。 第２直管を捻って形成された外管の斜視図である。 水平方向の一直線上に並べられた４つの熱交換パイプと第１ヘッダータンクと第２ヘッダータンクの位置関係を示す斜視図である。 第２実施形態におけるヘッダータンク、熱交換パイプ、投入ホッパー及び分散部材の位置関係を示す斜視断面図である。 熱交換パイプの詳細な構成を示す斜視図である。 第３直管の斜視図である。 第３直管の水平断面図である。 第３直管を捻って形成された外管の斜視図である。 第１突出部材～第４突出部材が設けられた分散部材の斜視図である。
　以下、第１実施形態について、図を用いて説明する（図１～図１０、図１３～図１５参照）。
　第１実施形態における粉粒体の熱交換装置は、熱交換容器１、定量供給装置７、定量排出装置８、ロードセル９、第１ベローズ形伸縮管継ぎ手１１ａ、第２ベローズ形伸縮管継ぎ手１１ｂ、熱交換部２０を備える（図１参照）。
　熱交換容器１は、円筒状の本体２と、その上部の蓋体３と、本体２の下部に形成された錐状部４とを有する。
　蓋体３は、上部が狭く、下部が広い切頭円錐形状（略円錐台形状ともいう）を有し、上端部は処理物供給口５として開口する。
　錐状部４は、上部が広く、下部が狭い切頭円錐形状（略円錐台形状ともいう）を有し、下端部は処理物排出口６として開口する。なお、錐状部４の半頂角φは６０度以下であることが好ましい。
　定量供給装置７は、処理物（粉粒体）を熱交換容器１内に定量供給する装置で、たとえば、スクリューフィーダーが用いられる。
　定量排出装置８は、処理物を熱交換容器１内から定量排出する装置で、たとえば、ロータリーバルブが用いられる。
　ロードセル９は、熱交換容器１の重量を測定するために使用される。
　熱交換容器１の重量測定に影響を及ぼさないように、定量供給装置７は、第１ベローズ形伸縮管継ぎ手１１ａを介して、処理物供給口５に連接され、定量排出装置８は、第２ベローズ形伸縮管継ぎ手１１ｂを介して、処理物排出口６に連接される。
　熱交換部２０は、上下方向に延びる熱交換パイプ２１と、当該熱交換パイプ２１の上端部が連接されたヘッダータンク２４（第１ヘッダータンク２４ａ、第２ヘッダータンク２４ｂ）を有し、内部に熱交換媒体が流れ、当該熱交換媒体により、熱交換容器１内の粉粒体が加熱されたり冷却されたりする。
　第１実施形態における熱交換部２０は、外管２１ａと内管２１ｂの二重構造を有する熱交換パイプ２１と、熱交換パイプ２１の内管２１ｂの上端に連接される第１ヘッダータンク２４ａと、熱交換パイプ２１の外管２１ａの上端に連接される第２ヘッダータンク２４ｂを有する。
　熱交換容器１の本体２の内径が比較的大きく、蓋体３に処理物供給口５が１つだけ設けられる形態の場合は、本体２又は蓋体３の内部であって、熱交換部２０の上部に、処理物を分散落下させるために、ルーバーなど分散装置（不図示）を設ける形態であってもよい。
　熱交換容器１（本体２、蓋体３、錐状部４）は、ジャケット構造（不図示）を有し、内部に熱交換パイプ２１内に流すものと同じ熱交換媒体を流し、熱交換容器１をその外面から加熱又は冷却することが好ましい。
　また、当該ジャケット構造に代えて、熱交換容器１の外側に保温装置又は保冷装置を設ける形態であってもよいし、当該ジャケット構造の外側に保温装置又は保冷装置を設ける形態であってもよい。
　第１実施形態において、熱交換パイプ２１の上端は、ヘッダータンク２４を介して本体２に保持され、熱交換パイプ２１の下端は、取付金具２５を介して本体２に保持される。
　なお、熱交換パイプ２１の下端を、取付金具２５を介して本体２に保持せず、取付金具２５にその下端を固定することにより、各熱交換パイプ２１を（その下端において）一体化するだけでもよい。
　外管２１ａは、ステンレス（たとえば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）や、チタン、ハステロイ等の金属製で、且つ中空筒形状のねじり管で構成される。
　外管２１ａの上端は開口し、第２ヘッダータンク２４ｂに設けられた孔と連通する。
　外管２１ａの下端は封止プレート２１ｄを溶接することによって封止される。
　なお、当該下端（封止部）にプラグをねじ込む構造にすれば、熱交換パイプ２１内に溜まったドレーンを容易に排出することが出来る。
　外管２１ａを構成する中空ねじり管は、水平断面が正方形の直管（第１直管２２ａ、図２参照）を、中心軸をずらさずに捻りを加えて形成されるものである（図３参照）。
　なお、中空ねじり管は、上記の形状のものに限らず、水平断面が三角形、長方形、五角形以上の略多角形又は略楕円形状を有する筒形状物に捻りを加えて形成されるものであってもよい。
　このため、外管２１ａの水平断面は、略多角形又は略楕円形状を有する。
　内管２１ｂは、外管２１ａの内側に配置され、少なくとも外壁がポリ塩化ビニルなど熱伝導率の低い（少なくとも、外管２１ａよりも熱伝導率が低い）部材で構成され、又はステンレスなどの金属管に熱伝導性の低い材質が被覆され、且つ中空筒形状で構成される。
　また、内管２１ｂ全体がポリ塩化ビニル、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂製ホースであってもよい。
　内管２１ｂの上端と下端は開口する。
　内管２１ｂの上端は、第１ヘッダータンク２４ａに設けられた孔と連通する。
　内管２１ｂの下端は、外管２１ａの内側で且つ下端近傍に位置する。
　内管２１ｂの内側、及び外管２１ａと内管２１ｂの間に熱交換媒体が流れる際に、内管２１ｂが振れるのを防止するために、内管２１ｂは、スペーサーなどの緩衝部材２１ｃを介して、外管２１ａに保持される形態であるのが望ましい（図６参照）。
　なお、図５と図７では、左端の熱交換パイプ２１にだけ緩衝部材２１ｃが設けられた例を示したが、他の熱交換パイプ２１にも同様に緩衝部材２１ｃが設けられている（不図示）。
　外管２１ａの内壁と内管２１ｂの外壁の間の距離が高さ方向で変化するように、中空ねじり管で構成された外管２１ａに対して、内管２１ｂが構成されるのが望ましい。
　例えば、中空ねじり管で構成された外管２１ａに対して、高さ方向で外径が異なる円筒形状で内管２１ｂが構成される形態が考えられる。
　第１配管２６ａから第１ヘッダータンク２４ａを通って供給された熱交換媒体は、内管２１ｂの内側を下方に流れて、熱交換パイプ２１の下端に入り、下端に到達した熱交換媒体は、外管２１ａと内管２１ｂの間を上方に向かって流れ、熱交換パイプ２１の上端から、第２ヘッダータンク２４ｂ及び第２配管２６ｂを通って排出される（図７参照）。
　上記は、熱交換媒体に液体（冷水、温水、熱媒油など）を使用する場合の装置構成であって、熱交換媒体に水蒸気などの気体を使用する場合は、熱交換部２０を上記の場合と上下反対に配置することが好ましい。
　すなわち、ヘッダータンク２４を熱交換容器１の本体２の下方に配置し、上下方向に延びる熱交換パイプ２１の下端部を当該ヘッダータンク２４の上面に連接した構造とすることが好ましい。外管２１ａと内管２１ｂの構成や、それらのヘッダータンク２４（第１ヘッダータンク２４ａ、第２ヘッダータンク２４ｂ）との接続も、配置が上下逆になるだけで、上記の場合と同じである。
　内管２１ｂ又は内管２１ｂを覆う部材は熱伝導率が低いため、熱交換媒体が内管２１ｂの内側を通る際に、外管２１ａと内管２１ｂの間を通る熱交換媒体との間での熱交換が行われにくく、熱交換媒体の温度はほとんど変化しない。
　そして、熱交換媒体は、ほぼ供給時の温度を保って外管２１ａと内管２１ｂとの間（の通路）に供給されるので、そこでの処理物（粉粒体）との温度差が大きく、効率よい熱交換を行うことが出来る。
　外管２１ａを構成するねじり管の表面に形成された螺旋の傾斜角度（リード角度）θが、当該熱交換装置で処理する粉粒体の安息角（水平面に粉粒体を自由に注いだときに、当該粉粒体によって形成される山の底角：ＪＩＳ工業用語大辞典第５版（財団法人日本規格協会））±５度よりも大きいことが好ましい（図７参照）。
　また、処理する粉粒体の物性によっても異なるが、螺旋の傾斜角度θが５０度以上であることが好ましい。
　螺旋の傾斜角度θを、粉粒体の安息角±５度よりも大きくしたり、５０度以上に大きくしたりすると、ねじり管の表面に形成された螺旋の下部と粉粒体層の間に空隙が出来にくく、熱交換パイプ２１の全体を使って効率良く熱交換を行うことが可能になる。
　螺旋の傾斜角度θが小さい場合は、当該螺旋の下部と粉粒体層との間に空隙が出来、熱交換パイプ２１の中を流れる熱交換媒体との効率良い熱交換が行われにくくなる。
　なお、外管２１ａの上下方向の位置によって傾斜角度を変えてもよく、また、外管２１ａの途中で傾斜の方向を反対にしてもよい。
　熱交換パイプ２１は、１本で構成される形態であってもよいが、２本以上で構成される形態であってもよい。
　なお、たとえば、水平断面が略正方形の角部を折り曲げてフィン（突起）が設けられた形状を有し上下方向に直線状に延びる筒形状物（第２直管２２ｂ（図８参照）、第３直管２２ｃ（図１３、図１４参照））や、直管の外面に各種形状の突起（例えば、傘形状の突起）を設けた筒形状物について、中心軸をずらさずに捻りを加えて、外管２１ａを構成する中空ねじり管が形成される形態であってもよい（図９、図１５参照）。
　当該突起を設けることにより、当該突起を設けない形態に比べて、大きな伝熱面積を有する熱交換器を形成することが出来る。
　第２直管２２ｂにおけるフィン２２ｂ１は、水平断面を構成する略正方形の角部から直線状に延びる形状を有する。
　当該直線状に延びる部分の直線は、上下方向から見て、水平断面を構成する略正方形の辺のうち当該直線状に延びる部分と接する辺と平行である（同一直線上にある）。
　第２直管２２ｂにおけるフィン２２ｂ１は４つ設けられ、水平断面を構成する略正方形の辺のそれぞれから延びる。
　第３直管２２ｃにおけるフィン２２ｃ１は、水平断面を構成する略正方形の角部から曲線状に延びる形状を有する。
　当該曲線状に延びる部分の曲線は、上下方向から見て、当該曲線における水平断面を構成する略正方形の角部と接する部分の接線２２ｃ２が、水平断面を構成する略正方形の辺のうち当該曲線状に延びる部分と接する辺と平行である（同一直線上にある）。
　第３直管２２ｃにおけるフィン２２ｃ１は４つ設けられ、水平断面を構成する略正方形の辺のそれぞれから延びる。
　第３直管２２ｃにおけるフィン２２ｃ１のように、曲線状に延びる形状を有することにより、直線状に延びる形状を有する形態に比べて、粉粒体を外側方向に押し出しやすく出来る。
　また、水平断面が星形のように、凹凸を有する異形管に捻りを加えて外管２１ａとしてもよい。
　また、突起は、捻りを加える前の直管に設けられている形態であってもよいが、突起が無い直管（第１直管２２ａ）に捻りを加えた後に、突起を設ける形態であってもよい。
　水平方向の一直線上に配置された複数の熱交換パイプ２１が、各々１つのヘッダータンク２４（第１ヘッダータンク２４ａと第２ヘッダータンク２４ｂ）に連接される（図７、図１０参照）。
　ヘッダータンク２４は、垂直断面が小判形状（縦長長円形状）を有する直管で、上部が第１ヘッダータンク２４ａを構成し、下部が第２ヘッダータンク２４ｂを構成する。
　なお、図７では、ヘッダータンク２４を上下二層構造としたが、各々独立したヘッダータンク２４ａ、２４ｂとしてもよい。
　ヘッダータンク２４の上面に乗った処理物が滞留するのを防止するため、縦長になるように長径の方向を上下方向に配置している。なお、ヘッダータンク２４の上面を、上部が尖った断面三角形状に形成しても良い。
　第１ヘッダータンク２４ａの一方の端部には、第１配管２６ａが連接され、他方の端部は閉じる。第２ヘッダータンク２４ｂの一方の端部には、第２配管２６ｂが連接され、他方の端部は閉じる。
　上下方向に延びる中空ねじり管で構成された熱交換パイプ２１の外管２１ａを熱交換容器１内に設けることにより、粉粒体のピストンフロー性を保ちつつ、直管（第１直管２２ａ、第２直管２２ｂ、第３直管２２ｃ）で構成された熱交換パイプに比べて大きな伝熱面積を有する熱交換器を形成することが出来る。
　直管を捻るなどして熱交換パイプ２１の外管２１ａを形成することが出来るため、直管の一部を絞って略球形状の凸部が形成された熱交換パイプを用いたり、螺旋状の管で構成された熱交換パイプを用いたり、三角波形状の管で構成された熱交換パイプを用いたりする形態に比べて、容易に熱交換容器１の大きさや処理対象の粉粒体の特性に合うもの（特に、熱交換容器１の径が小さいものに合わせた熱交換パイプ２１）を用意することが出来る。
　また、熱交換パイプ２１を複数配置することで、容易に伝熱面積を増やすことが出来、且つ、ねじり管の表面に形成された螺旋の傾斜を使って、粉粒体の横方向（水平方向）の移動を促すことが出来、粉粒体の均一な処理が可能になる。
　なお、図１、図７、図１０では、全ての熱交換パイプ２１の傾斜方向が同じ場合について示したが、例えば、反対方向に捻った熱交換パイプ２１を交互に配置してもよい。
　また、中空ねじり管で構成された熱交換パイプ２１の外管２１ａは、螺旋状の管や三角波形状の管で構成された熱交換パイプを複数設けた形態に比べて、隣接する熱交換パイプと位置的な干渉が起きないように配置することを容易に出来る。
　また、熱交換パイプ２１は、外管２１ａと内管２１ｂの二重構造を有し、外管２１ａ内に装入された内管２１ｂの内側を通った熱交換媒体が、外管２１ａと内管２１ｂの間を通る際に、熱交換容器１内を流下する粉粒体との間で熱交換が行われ、当該粉粒体は加熱又は冷却される。
　このため、熱交換パイプ２１への熱交換媒体供給用のヘッダータンク（第１ヘッダータンク２４ａ）と、熱交換パイプ２１からの熱交換媒体排出用のヘッダータンク（第２ヘッダータンク２４ｂ）とを熱交換パイプ２１の上部又は下部にまとめて配置することが可能になる。
　また、内管２１ｂは熱伝導率が低い部材で構成されるため、熱交換媒体が内管２１ｂの内部を通る際に、外管２１ａと内管２１ｂの間を通る熱交換媒体との間での熱交換は行われにくく、外管２１ａと内管２１ｂの間に流れ込んだ時に、粉粒体との効率よい熱交換を行うことが可能になる。
　次に、本発明の粉粒体の熱交換装置を用いて粉粒体を冷却する方法について説明する。
　定量排出装置８を停止した状態で、操作者は、不図示のポンプなどを使って熱交換媒体源から一定温度の冷却水（熱交換媒体）を、熱交換媒体供給管（第１配管２６ａ）を介して、熱交換部２０に定量供給させる。
　なお、ここでは、熱交換媒体が水であるとして説明するが、熱媒油などの他の液体の場合も同様である。
　熱交換部２０に供給された冷却水は、熱交換媒体供給管（第１配管２６ａ）から第１ヘッダータンク２４ａを経て各熱交換パイプ２１の内管２１ｂに入り、外管２１ａと内管２１ｂの間を通り、その後、第２ヘッダータンク２４ｂ、熱交換媒体排出管（第２配管２６ｂ）を介して、熱交換媒体源に戻り、再度一定温度に冷却される。
　次に、操作者は、定量供給装置７を起動し、熱交換容器１内に連続的に処理物（原料、粉粒体）を供給させる。
　ロードセル９によって熱交換容器１内の処理物の重量が連続的に測定され、所定の重量になると、操作者は、定量排出装置８を起動し、熱交換容器１内から連続的に処理物を排出させる。
　熱交換容器１内の処理物の重量が一定になるように、操作者が、定量排出装置８の回転速度を制御する。
　また、熱交換部２０の下方に位置する錐状部４内に設置された温度計（不図示）で処理物の温度を連続的に測定し、操作者が、測定結果に基づいて処理物の温度管理を行う。
　定量供給装置７内の処理物がなくなるか、又は定量供給装置７を停止させて熱交換容器１内への処理物の供給が終わった後も、引き続き処理物の冷却処理は続けられる。
　熱交換容器１内の処理物が全量排出された後、操作者は、定量排出装置８を停止し、冷却水の供給も停止させる。
　なお、水平方向の一直線上に配置された複数の熱交換パイプ２１と連接したヘッダータンク２４が複数設けられる形態（第１実施形態、図１～図１０参照）に限らず、一つのヘッダータンク２４がすべての熱交換パイプ２１と連接する形態であってもよい。
　例えば、図１１に示すように、放射状に並べられた熱交換パイプ２１の上に略円柱形状のヘッダータンク２４が設けられ、これらの熱交換パイプ２１と連接される形態が考えられる（第２実施形態）。
　この場合、熱交換容器１は、円筒状の本体２と、本体２の下部に形成された錐状部（不図示）とを有し、本体２の上部にはヘッダータンク２４がフランジ継手などによって連接されている。
　このヘッダータンク２４は、３枚の中空円板状の上部プレート２４ｃ、中部プレート２４ｄ及び下部プレート２４ｅ、それらの内側面に固定される略筒形状の供給管５ａ、並びにそれらの下面又は外側面に固定される略筒形状の外筒２４ｆによって構成されている。
　そして、上部プレート２４ｃ、中部プレート２４ｄ、供給管５ａ及び外筒２４ｆで囲まれた部分が第１ヘッダータンク２４ａであり、中部プレート２４ｄ、下部プレート２４ｅ、供給管５ａ及び外筒２４ｆで囲まれた部分が第２ヘッダータンク２４ｂである。
　供給管５ａの上部には投入ホッパー１３が、フランジ継手などによって連接されている。
　ヘッダーダンク２４の下部に位置する本体２の中央部には、分散部材１４が設けられる。
　分散部材１４は、本体２の全体にわたって上下方向に延びる、下方端部が閉じ、上方端部は開口した内筒管１４ａと、当該内筒管１４ａの上方端部に連接された円錐部１４ｂによって構成される。当該分散部材１４は、複数のサポートプレート１４ｃを介して、供給管５ａの下部に連接されている。
　なお、分散部材１４の内部に熱交換パイプ２１内に流すものと同じ熱交換媒体を流し、加熱又は冷却してもよい。
　熱交換パイプ２１は、図１２に詳細にその構成を示す通り、外管２１ａと、当該外管２１ａ内に装入される内管２１ｂとによって構成される。外管２１ａの下方端部には封止プレート２１ｄが、当該封止プレート２１ｄの下部には取付金具２５の開孔に掛合する固定ガイド２１ｅが各々固定され、外管２１ａの上方端部には片ニップル２１ｆが固定されている。
　一方、内管２１ｂには、下方端部を含む複数箇所に例えばシリコーンゴム製のリング状の緩衝部材２１ｃが取り付けられ、内管２１ｂの振れを防止している。
　特に、内管２１ｂにポリ塩化ビニル製などの可撓性ホースを用いた場合は、下方を中心に、比較的多くの緩衝部材２１ｃを取り付けることが好ましい。
　ヘッダータンク２４に対する熱交換パイプ２１の取付けは、以下の方法で行う。
　中部プレート２４ｄと下部プレート２４ｅには、複数の同心の貫通孔が設けられていて、下部プレート２４ｅの貫通孔の方が中部プレート２４ｄの貫通孔よりも径が大きく、さらに下部プレート２４ｅの貫通孔にはネジが切られている。
　そして内管２１ｂは、その上端部を両貫通孔に下方より挿通して、中部プレート２４ｄの上面にボルト・ナットなどにより取り付けられたＬ字ブラケット２１ｈに、Ｕ字ボルト２１ｇなどにより取り付け、固定される。
　外管２１ａは、その上端（片ニップル２１ｆ）の開口部に、内管２１ｂの下端を挿通して持ち上げ、ネジが切られた下部プレート２４ｅの貫通孔（雌ネジ）に片ニップル２１ｆ（雄ネジ）を螺合する。
　なお、外管２１ａの下部プレート２４ｅへの取り付けは、ワンタッチ操作で連結するワンタッチ式継手を用いても良い（不図示）。
　この場合、一端に雄ネジが切られたワンタッチ式継手の当該一端を、下部プレート２４ｅの貫通孔（雌ネジ）に下方より螺合し、ワンタッチ式継手の他端のソケット部に外管２１ａの上端を差し込むことにより、容易に外管２１ａを下部プレート２４ｅに固定することが出来る。
　処理物（粉粒体）は、投入ホッパー１３から熱交換容器１内に投入され、分散部材１４上部の円錐部１４ｂによって放射状に分散せしめられる。
　この場合には、ヘッダータンク２４の上部に処理物（粉粒体）が通らないため、ヘッダータンク２４の上部に処理物の滞留は起きない。
　熱交換器が比較的小型の場合は、熱交換パイプ２１はヘッダータンク２４に対して同心円上に等間隔かつ複数列（２～３列）取り付けられるが、熱交換器が大型の場合は、千鳥配列で取り付けた方がより多くの熱交換パイプ２１を取り付けることが出来るので、好ましい。
　熱交換器が大型の場合には、供給管５ａをヘッダータンク２４の中央部に１つ設けられるだけでなく、複数箇所に設けられることが好ましい。また、各供給管５ａの下部に、各々分散部材１４を連接することが好ましい。
　なお、分散部材１４には、粉粒体の水平方向の移動を促進させるための突出部材１４ｄが、内筒管１４ａの表面などに設けられてもよい（図１６参照）。
　突出部材１４ｄは、内筒管１４ａから、外側方向に向かって、且つ斜め下方向に延びる。
　突出部材１４ｄは、様々な形状が考えられ、例えば、略円柱形状を有する第１突出部材１４ｄ１、第１突出部材１４ｄ１のような略柱形状の下端部から更に内筒部１４ａに向かって斜め下方向に延びて内筒部１４ａと接し、側面から見て略Ｖ字形状を有する第２突出部材１４ｄ２、上方が尖った略三角柱形状を有する第３突出部材１４ｄ３、上方が尖った略台形形状を有する第４突出部材１４ｄ４などが考えられる。
　突出部材１４ｄにおける、内筒管１４ａから、外側方向に向かって斜め下方向に延びる部分の傾斜角度（突出部材の傾斜角度λ）は、当該熱交換装置で処理する粉粒体の安息角±５度よりも大きいことが好ましい。
　内筒管１４ａの表面に設けられる突出部材１４ｄは、４種類（第１突出部材１４ｄ１～第４突出部材１４ｄ４）全てが含まれる形態であってもよいし、いずれか１種類若しくは２種類以上が含まれる形態であってもよい。
　また、内筒管１４ａの表面に設けられる突出部材１４ｄとして、第１突出部材１４ｄ１～第４突出部材１４ｄ４を挙げたが、これらに限定される訳ではなく、他の形状であってもよい。
 
　１　熱交換容器
　２　本体
　３　蓋体
　４　錐状部
　５　処理物供給口
　５ａ　供給管
　６　処理物排出口
　７　定量供給装置
　８　定量排出装置
　９　ロードセル
　１１ａ　第１ベローズ形伸縮管継ぎ手
　１１ｂ　第２ベローズ形伸縮管継ぎ手
　１３　投入ホッパー
　１４　分散部材
　１４ａ　内筒管
　１４ｂ　円錐部
　１４ｃ　サポートプレート
　１４ｄ　突出部材
　１４ｄ１　第１突出部材
　１４ｄ２　第２突出部材
　１４ｄ３　第３突出部材
　１４ｄ４　第４突出部材
　２０　熱交換部
　２１　熱交換パイプ
　２１ａ　外管
　２１ｂ　内管
　２１ｃ　緩衝部材
　２１ｄ　封止プレート
　２１ｅ　固定ガイド
　２１ｆ　片ニップル
　２１ｇ　Ｕ字ボルト
　２１ｈ　Ｌ字ブラケット
　２２ａ　第１直管
　２２ｂ　第２直管
　２２ｂ１　第２直管のフィン
　２２ｃ　第３直管
　２２ｃ１　第３直管のフィン
　２２ｃ２　接線
　２４　ヘッダータンク
　２４ａ　第１ヘッダータンク
　２４ｂ　第２ヘッダータンク
　２４ｃ　上部プレート
　２４ｄ　中部プレート
　２４ｅ　下部プレート
　２４ｆ　外筒
　２５　取付金具
　２６ａ　第１配管
　２６ｂ　第２配管
　θ　螺旋の傾斜角度
　φ　錐状部の半頂角
　λ　突出部材の傾斜角度

Claims (10)

  1. 　粉粒体を上方から供給する処理物供給口と、前記粉粒体を下方から排出する処理物排出口とを有する熱交換容器と、
    　前記熱交換容器の内部に設けられた熱交換部とを備え、
    　前記熱交換部は、上下方向に延びる中空ねじり管で構成された外管を含む熱交換パイプを有することを特徴とする粉粒体の熱交換装置。
  2. 　前記熱交換部は、前記熱交換パイプを複数有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
  3. 　前記複数の熱交換パイプに熱交換媒体を供給するタンクを更に備え、
    　前記熱交換パイプは、前記外管内に装入された内管を含むものであり、
    　前記タンクは、前記熱交換パイプの上部と下部のいずれか一方に設けられ、
    　前記外管における、前記タンクが設けられる方の端部は開口して第２タンクに連接され、他の端部は閉じられ、
    　前記内管における、両端部は開口して、前記外管と同じ側の端部は第１タンクに連接され、他の端部は外管の閉じた端部の近傍まで延び、
    　前記第１タンクから供給された前記熱交換媒体は、前記内管の内側を通った後、前記外管と前記内管の間を通って、前記第２タンクに戻されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
  4. 　前記タンクは、前記熱交換パイプの上部に設けられ、
    　前記処理物供給口の下部には、前記粉粒体を分散させる分散部材が設けられ、
    　前記タンクは、前記処理物供給口から下方に延びる供給路の周囲に設けられることを特徴とする請求項３に記載の熱交換装置。
  5. 　前記分散部材には、前記分散部材から外側方向に向かって、且つ斜め下方向に延びる突出部材が設けられることを特徴とする請求項４に記載の熱交換装置。
  6. 　前記内管の少なくとも外壁は、前記外管よりも熱伝導率が低い部材で構成されることを特徴とする請求項３に記載の熱交換装置。
  7. 　前記外管を構成する中空ねじり管は、水平断面が多角形又は楕円形のいずれかの形状を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
  8. 　前記外管を構成する中空ねじり管の外面に突起が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の熱交換装置。
  9. 　前記中空ねじり管の前記外管は、筒形状物について、中心軸をずらさずに捻りを加えることにより、構成され、
    　前記筒形状物は、水平断面が略矩形の角部にフィンが設けられた形状を有し、上下方向に直線状に延びるものであり、
    　前記フィンは、前記角部から曲線状に延びることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
  10. 　前記外管を構成するねじり管の表面に形成された螺旋の傾斜角度は、前記粉粒体の安息角から５度引いた値よりもよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
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