JPH0361115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （目的及び背景） 本発明は流動層を用いる高温物体の冷却方法に
関するものであり、冷却効率が良く安定操業が可
能な、流動層を用いる高温流体の冷却方法を提供
することを目的とする。

流動層は伝熱性が良いことから、その中に物体
を導入して、物体を冷却したり加熱したりするこ
とに用いられている。この場合一般に流動化粒子
としては砂やガラスビーズなどが用いられている
が、これらの粒子は何れも粒子内部に細孔が殆ん
ど存在しない非多孔質粒子である。

このような非多孔質粒子の流動層を用いる高温
物体の冷却においては、多量の熱を除去するため
には、かなり多量の低温ガスを流動化ガスとして
使用したり、流動層内に冷却管を設けたりするな
どの方法が用いられているが、それでも冷却にか
なりの時間を必要とする。

このような問題点に関しては、流動層中に直接
蒸発性の液体を供給する方法が用いられており、
その蒸発潜熱によつて急速な冷却が可能になり、
前記のような多量の冷却ガスや冷却管の使用が不
要になる。

しかしながら、流動層中に蒸発性液体を充分に
供給した場合には、供給した液体が粒子表面を濡
らして粒子を相互に付着させてしまうので、流動
層内に局部的に流動不良部が生成し、遂には流動
層全体が凝集して流動停止というような現象が発
生し操作不能になり易い。従つて非多孔質粒子の
流動層を用いる場合には、充分な蒸発性液体の供
給は困難である。

本発明は上記の点に解決を与えることを目的と
し、流動層を用いて高温流体を冷却するのに当り
蒸発性液体を細孔内に保持する多孔質粒子の流動
層を用いることによつてこの目的を達成しようと
するものである。

（構成及び効果） 本発明による流動層を用いる高温物体の冷却方
法は、蒸発性液体を細孔内に保持する多孔質粒子
をガスで流動化させた流動層中に被冷却物体を導
入することを特徴とするものである。

このように本発明では高温物体の冷却は、蒸発
性液体を細孔内に保持する多孔質粒子を使用する
流動層により行なう。

いわゆる多孔質粒子は、通常、直径が１〜１万
オングストローム（0.1〜1000nm）程度の細孔を
多数内蔵している。このような多孔質粒子は、表
面張力に基づく毛細管圧によつて、供給された液
体と接触して瞬間的にその液体を細孔内に吸蔵し
てしまうので、液体が細孔容積をほゞ満たすまで
は粒子表面を全く濡らさず、粒子は乾燥状態と殆
ど変らない極めてさらさらした状態に保たれる。

本発明の方法では、以上のような多孔質粒子の
特性に着目し、多孔質粒子を流動化粒子として用
いることによつて、該粒子の細孔内に吸蔵された
蒸発性液体を蒸発させながら冷却を実施するもの
である。従つて、非多孔質粒子を用いる場合のよ
うに蒸発性液体により粒子が相互に付着するとい
うことがなく、供給された蒸発性液体が直ちに流
動化粒子の細孔内に吸蔵されてしまうので、粒子
の表面を全く濡らすことがなく、常に乾燥状態と
殆んど同様な極めてさらさらした状態に保たれる
ので、常に安定した流動状態が保持される。

本発明によれば、流動化多孔質粒子内の液体の
蒸発潜熱を該粒子を介在させて高温物体の冷却に
直接利用できるので、次のような利点を生じる。

イ） 高温物体を急速に冷却できる。

ロ） 流動化ガスを特に冷却したり、多量に送入
したりする必要がない。

ハ） 流動層内に冷却管などを設ける必要がな
い。

ニ） 流動層温度がほゞ一定に保たれるので、高
温物体の冷却温度の微調節ができる。

本発明による冷却は流動層によつて行なわれ、
そしてこの流動層は前記のように蒸発性液体を細
孔内に保持する多孔質粒子からなる。

本発明で使用する粒子は、多孔質体であること
並びに使用する蒸発性液体、該液体の蒸気及び流
動化ガスと接触した際に物理的及び化学的に安定
であることが要求されるが、それら以外にはその
基質が制限されるものではない。

通常多孔質粒子は直径１〜10000Åの細孔を多
数有していて、10〜1000m²/ｇという莫大な表面
積と0.1〜２cm³/ｇの細孔容積をもつており、本発
明においてもこのような粒子が用いられる。

本発明で使用する多孔質粒子は、細孔容積が約
0.1〜約２cm³/ｇであることが好ましく、約0.2〜
約1.5cm³/ｇであることがより好ましい。細孔容積
が約0.1cm³/ｇより小さい場合には、液体の供給量
が多くなると細孔が満杯となり、粒子表面まで溢
れ出てしまうので、粒子間付着による流動状態不
良などを起し易く、本発明の特徴を生かしにくく
なる。一方細孔容積が約２cm³/ｇより大きくなる
と、一般に粒子の機械的強度が低下するので好ま
しくない。

本発明で使用する多孔質粒子の粒径は、特に制
限されるものではなく、その粒子に応じた流動化
ガス速度を選ぶことによつて流動化させることが
できる。しかしながら、同一粒子密度では、粒径
が小さいほど流動化ガスの使用量が少くて済むの
で、重量平均径が約0.04〜約１mmの範囲で実質的
に球状のものが好ましく、特に約0.04〜約0.1mm
の範囲で実質的に球状のものが好ましい。粒径約
0.04〜約0.1mmの球形粒子を用いた場合には、流
動化ガス量が少なくて済むばかりでなく、いわゆ
る微粉流動層と呼ばれる著しく均一な流動状態が
形成され、伝熱係数も著しく大きな値になつて効
率的な冷却が行なわれ得る。

本発明で使用するに適した粒子の具体例として
は、石油の流動接触分解用触媒として用いられて
いるシリカ−アルミナ粒子又は接触分解能を失つ
たシリカ−アルミナ粒子（即ち廃触媒）並びに流
動触媒の担体として用いられているシリカ及びア
ルミナ粒子などが挙げられ、その他廃水・廃ガス
処理に用いられる、ないし用いられた微粉状活性
炭などが挙げられる。

本発明で使用する蒸発性液体は、特に制限され
るものではなく、流動層の温度を高めに保持した
い場合には沸点の高いものが、又流動層の温度を
低めに保持したい場合には沸点の低いものが、適
宜選択される。特に液体として水は、その蒸発潜
熱が大きく冷却効率が大であること、安価である
こと及び取扱いが容易であることから、本発明に
最も適している。

本発明の実施に当つては、蒸発性液体は予め多
孔質粒子に添加して吸蔵せておいてもよいし、又
流動層に連続ないし断続的に供給してもよく、あ
るいは流動層内の多孔質粒子を外部へ抜き出し蒸
発性液体を含浸させた後流動層へ循環使用しても
よく、更にこれらを併用してもよい。

本発明で使用する流動化ガスは特に制限される
ものではなく、流動層を還元性雰囲気に保ちたい
場合にはH₂、COなどを、不活性雰囲気に保ちた
い場合にはCO₂、N₂、CH₄などを、酸化性雰囲
気に保ちたい場合にはO₂、空気などを、夫々そ
れらの混合ガスを含めて適宜使用することができ
る。空気は安価であり且つ取扱いが容易であるの
で、通常の場合は本発明の実施に最も適してい
る。

本発明において、流動層に導入される高温の被
冷却物体は原則として固体であるが、流体を冷却
したい場合には管状体を流動層に導入し、その中
を高温の流体を流通させることにより間接的に効
率よく冷却することができる。

被冷却物体が固体である場合には、該固体は流
動化粒子、蒸発性液体及びその蒸気並びに流動化
ガスと接触して物理的ないし化学的に悪影響を受
けない材質のものであつて且つ粒子の流動化を阻
害しない形状のものであればよく、それら以外に
は何ら制限を受けるものではない。

該固体は流動層内に導入され、適当な時間層内
に滞留し所望の温度まで冷却された後、系外へ取
出される。該固体の流動層内への導入は連続又は
回分の何れの方式も採用される。

被冷却物体が液状ないしガス状の流体である場
合には、該流体は流動層内に設置された管状体、
例えば細管の中に送入され、適当な時間層内に滞
留し所望の温度まで冷却された後、系外へ取出さ
れる。即ち間接冷却方式が用いられる。

該流体としては、流動層内に設置される細管の
材質を選択することにより、如何なる種類のもの
をも使用され得る。

本発明は金属材料の急速冷却や一般高温材料の
冷却に工業的に非常に有利に実施される。

第１図は本発明による高温固体の冷却を実施す
るための一例を示す図である。

第１図において、１が流動層装置であり、流動
化ガスが送入管４を通つて流動層装置の底部に送
入され、ガス分散板３から噴出し、流動層装置内
に充填された多孔質粒子を流動化して流動層２を
形成している。流動層装置の上部には流動層上部
から飛出してきた微粒子を捕集するためのサイク
ロン６が設けられ、捕集粒子は戻り管７を経て流
動層へ戻され、ガスは排出管７を径て系外へ排出
される。

蒸発性液体は供給管５を経て高温固体導入時又
はそれ以前に流動層内へ供給される。そして高温
固体９が流動層内へ導入され、該固体は流動層内
で冷却され所望温度になつたところで系外へ取出
される。

第２図は本発明による高温流体の冷却を実施す
るための一例を示す図であり、高温流体１１が流
動層内に設けた細管１０の内部に送入され、間接
冷却されて系外へ取出される点が第１図と異なる
のみである。

実施例 １ 添付第１図で略示される構造を有する内径が８
cmの鋼管製流動層装置に、多孔質粒子として流動
触媒担体用の多孔質アルミナ粒子（細孔容積約
1.2cm³/ｇ、重量平均径約0.05mm）を750ｇ充填し
た。流動化ガスとして常温空気1.0Nm³／hrを送
入し、有効高さ50cmの流動層を形成させた。

この流動層中へ、高温物体として約500℃に加
熱された内径1.5cm、長さ25cmの鋼管を流動層装
置上部より導入し、同時に水約170c.c.を供給した。

鋼管の表面温度は、水を供給してから約30秒後
に250℃、約１分後に150℃、約２分後に100℃ま
で低下した。この間、流動層は約１分後に90℃ま
で上昇し、以後その温度でほぼ一定に保たれ、且
つ常時均一な流動状態を示した。

実施例 ２ 添付第２図で略示される構造を有する、内径
0.9cm、有効長さ2mの冷却用細管を備えた内径８
cmの鋼管製流動層装置に、多孔質粒子として実施
例１で使用したと同様のアルミナ粒子を充填し、
流動化ガスとして常温空気1.8Nm³／hrを送入し
て有効高さ50cmの流動層を形成させた。冷却用細
管へ高温流体として175℃、９Kg/cm²Ｇの高圧水を
約10Kg／hrの流量で送入し、同時に蒸発性液体供
給管へ常温水を約0.7Kg／hrの流量で供給した。

流動層の温度は約70℃で一定となり、高温流体
の出口温度は約130℃に低下し、以後その温度が
維持された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高温固体の冷却を実施す
るための一例を示す図であり、第２図は本発明に
よる高温流体の冷却を実施するための一例を示す
図である。 １……流動層装置、２……流動層、３……ガス
分散板、４……ガス送入管、５……（蒸発性液
体）供給管、６……サイクロン、７……（粒子）
戻り管、８……（ガス）排出管、９……高温固
体、１０……（冷却用）細管、１１……高温流
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸発性液体を細孔内に保持する多孔質粒子を
   ガスで流動化させた流動層中に、被冷却物体を導
   入することを特徴とする、多孔質粒子の流動層を
   用いる高温物体の冷却方法。 ２ 蒸発性液体を細孔内に保持する多孔質粒子を
   ガスで流動化した流動層中に、蒸発性液体を連続
   的又は断続的に供給しつつ、被冷却物体を導入す
   ることよりなる、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 流動層内の多孔質粒子を外部へ抜き出し、蒸
   発性液体を含浸させた後、流動層へ循環使用する
   ことよりなる、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ４ 蒸発性液体として水を用いる、特許請求の範
   囲第１〜３項の何れか１項に記載の方法。 ５ 多孔質粒子の流動化のガスとして空気を用い
   る、特許請求の範囲第１〜４項の何れか１項に記
   載の方法。 ６ 多孔質粒子として細孔容積が約0.1〜約２cm³/
   ｇの粒子を用いる、特許請求の範囲第１〜５項の
   何れか１項に記載の方法。 ７ 多孔質粒子として重量平均径が約0.04〜約１
   mmの実質的に球状である粒子を用いる、特許請求
   の範囲第１〜６項の何れか１項の記載の方法。 ８ 被冷却物体が固体である、特許請求の範囲第
   １〜７項の何れか１項に記載の方法。 ９ 被冷却物体が内部に高温流体を流通させた管
   状体である、特許請求の範囲第１〜８項の何れか
   １項に記載の方法。