ダイナミックスクレイピング表面熱交換器

ダイナミックスクレープ サーフェス ヒート エクスチェンジャー(DSSHE) は、主に食品などの流体から熱を除去または追加するために使用されるタイプの熱交換器ですが、その他の工業製品にも使用されます。これらは、効率的な熱伝達を妨げる特定の問題に対処するために設計されています。DSSHE は、汚れの層を除去し、高粘度の流れの場合に乱流を増加させ、結晶やその他のプロセス副産物の生成を回避することで、効率を向上させます。DSSHE には、熱伝達壁から製品を定期的に除去する内部メカニズムが組み込まれています。側面は、スクレープされた表面の損傷を防ぐために、硬質プラスチック材料で作られたブレードでスクレープされます。

間接熱伝達に適用可能な技術では、チューブ（シェルアンドチューブ式熱交換器）または平面（プレート式熱交換器）を使用します。これらの技術の目的は、所定のポンピング電力制限以下で可能な限り多くの乱流を発生させることによって、単位面積あたりの熱量を最大限交換することです。これを実現するための一般的な方法は、チューブまたはプレートを波形にするか、フィンを使用して表面を拡張することです。ただし、汚れが発生すると、これらの形状適合技術、最適な質量流量の計算、およびその他の乱流関連要因が減少するため、設計者は大幅に大きな熱伝達領域を適合させる必要があります。汚れには、粒子の蓄積、沈殿（結晶化）、堆積、氷層の生成など、 いくつかの種類があります。

熱伝達を困難にするもう 1 つの要因は粘度です。高粘度の流体は深い層流を生成する傾向があり、この状態になると熱伝達率が非常に低くなり、圧力損失も大きくなり、かなりのポンプ動力が必要となり、交換器の設計限界を超えることがよくあります。この問題は、非ニュートン流体を 処理するときに頻繁に悪化します。

DSSHE は、前述の問題に対処するために設計されました。汚れの層を取り除き、高粘度の流れの場合に乱流を増加させ、氷やその他のプロセス副産物の生成を回避することで、熱伝達を向上させます。

動的掻き取り式熱交換器には、熱伝達壁から製品を定期的に除去する内部機構が組み込まれています。製品側は、可動シャフトまたはフレームに取り付けられたブレードによって掻き取られます。ブレードは、掻き取られた表面の損傷を防ぐために、硬質プラスチック材料で作られています。この材料は、食品用途の場合、 FDA承認済みです。

DSSHE には、ブレードの配置に応じて基本的に 3 つのタイプがあります。

1. 回転する管状の DSSHE。シャフトは管軸と平行に配置されますが、必ずしも一致している必要はなく、数十rpmから1000 rpm を超えるさまざまな周波数で回転します。ブレードの数は 1 から 4 の間で変動し、遠心力を利用して管の内面をこすり落とします。例としては、Waukesha Cherry-Burrell Votator II、Alfa Laval Contherm、Terlet Terlotherm、Kelstream のスクレーピング表面熱交換器があります。別の例としては、HRS Heat Exchangers R シリーズまたは Sakura Seisakusho Ltd. Japan Onlator があります。
2. 往復運動する管状の DSSHE。シャフトは管と同心で、回転せずに縦方向に移動します。頻度は 1 分あたり 10 ～ 60 ストロークです。ブレードの数と形状は、バッフルのような配置から穴あきディスク構成までさまざまです。例として、HRS 熱交換器 Unicus があります。
3. 回転プレート DSSHE。ブレードは、シェル内に直列に配置された円形プレートの外面を拭きます。加熱/冷却流体はプレート内を流れます。周波数は数十 rpm 程度です。例として、HRS Spiratube T-Sensation があります。

数値流体力学(CFD) 技術は、熱交換器や類似の機器を分析および評価するための標準的なツールです。ただし、迅速な計算を目的として、DSSHE の評価は通常、バッキンガムの π 定理に基づくアドホック(半)経験的 相関関係を利用して実行されます。

Fa = Fa(Re, Re', n, ...)

圧力損失と

Nu = Nu(Re, Re', Pr, Fa, L/D, N, ...)

熱伝達の場合、Nuはヌッセルト数、Reはチューブの内径に基づく標準レイノルズ数、 Re'はワイピング周波数に基づく特定のレイノルズ数、Prはプラントル数、Faはファニング摩擦係数、Lはチューブの長さ、Dはチューブの内径、n はブレードの数であり、点はその他の関連する無次元パラメータを表します。

用途の範囲は、食品、化学、石油化学、製薬など、多くの業界をカバーしています。DSSHE は、汚れがつきやすい、非常に粘性が高い、粒子状、熱に敏感、または結晶化しやすい製品に適しています。

• ポンプ式氷技術

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