JPH0619979Y2 - 流動層式熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、流動層式熱交換器の改良に関するものであ
る。

従来の技術 従来のこの種の流動層式熱交換器は、例えば、第２図に
示すように、下側部にガス入口(20a)および上端部にガ
ス出口(20b)を備えた縦長の容器(20)と、容器(20)中
に、容器(20)内部を仕切るように水平に配置された多孔
板(22)と、前記容器(20)内における多孔板(22)上に適当
な厚さに形成された砂層(23)とを有している。また、容
器(20)には、略Ｕ字形のパイプからなり、被加熱流体と
しての水を移送する電熱管(24)が、その湾曲部(24c)が
容器(20)の外部に露出し、２つの平行部(24a),(24b)が
容器(20))を貫通し、その先端部分が容器(20)の外部に
突出するように取付けられるとともに、一方の平行部(2
4a)が砂層(23)内に配置され、他方の平行部(24b)が前記
砂層(23)の上方に配置される。そして、前記一方の平行
部(24a)の先端が水取入口(25)、他方の平行部(24b)の先
端が水取出口(26)として形成され、これら水取入口(25)
および水取出口(26)は、例えば（図示されない）ボイラ
ーの温水または蒸気循環系に接続される。また、平行部
(24a),(24b)の外側面には、効率の良い熱交換を図るた
めに多数のフィン(27),(27)が取付けられている。

さらに、ガス入口(20a)には、導出管(28)が接続され、
この導出管(28)は、例えば（図示されない）ディーゼル
機関の排気ガス放出系に連結される。さらに、この導出
管(28)の内部には、排気ガスの供給量を制御するダンパ
(29)が設けられている。一方、ガス出口(20b)には、内
部に排気ガスの放出量を制御するダンパ(31)を備えた導
出管(30)が接続される。

こうして、流動層式熱交換器の通常運転時には、ダンパ
(29)、(31)が、それぞれ導出管(28),(30)を開放するよう
に動作し、高温の排気ガスが、容器(20)内をガス入口(2
0a)からガス出口(20b)へ向かって通過する。そして、前
記排気ガスが、多孔板(22)下側から砂層(23)中に噴出
し、砂層(23)がガス流によって激しく攪拌および加熱さ
れて流動層が形成される。このとき、伝熱管(24)の２つ
の平行部(24a),(24b)は、共にこの流動層内にあり、水
取入口(25)から伝熱管(24)に流入した水は、伝熱管(24)
内を通過しながら流動層によって加熱された後、水取出
口(26)から流出する。

一方、停止時には、ダンパ(29),(31)が、それぞれ導出
管(28),(30)を閉鎖するように作動する。

考案が解決しようとする課題 かかる流動層式熱交換器において、ガンパ(29),(31)が
導出管(28),(30)を開放するように作動している時に
は、高温の排気ガスによる攪拌によって砂層(23)の温度
はかなり上昇し、砂粒子の流動状態が維持されている
が、ダンパ(29),(31)が導出管(28),(30)を閉鎖するよう
に作動したときには、容器(20)内を通過する排気ガス流
量がゼロとなり、熱交換器の温度が低下する。そして、
砂層(23)内の温度が、容器(20)内、特に砂層(23)内に残
存する排気ガスの酸露点よりも低くなると、排気ガス中
に含まれるイオン分、特にイオウ酸化物（ＳＯ_Ｘ）が、
同じく排気ガス中の水蒸気と結びつき、無水硫酸となっ
て凝結し始め、これによって砂粒子が互いに結着した
り、伝熱管(24)表面に固着するようになる。

かかる状態を放置すれば、排気ガスによって砂層(23)の
流動化が適当に行われなくなり、その結果、熱交換効率
が著しく低下し、さらには、再起動時に排気ガスがガス
流路に流入してきたとき、用意に流動化しない砂層(23)
が、排気ガス流に対して負荷を加え、そのためシステム
破損等を導くおそれがある。

従来、熱交換器運転中の無水硫酸、水蒸気等の凝結を防
止するために、ガス流路のガス出口に温度センサを配置
し、当該温度センサからの検出信号に応じて伝熱管の水
取出口から流出する水の一定量を再び水取入口に供給す
る手段を設けることによって、砂層の温度低下を防ぐよ
うにした流動層式熱交換器があったが、熱交換器停止時
に、砂層内の無水硫酸等の凝結を確実に防止する従来技
術はなかった。

したがって、本考案の課題は、熱交換器の低負荷運転時
または停止時に、砂層内に外気を送り込むことにより、
砂層中に残存する排気ガスを除去してポストパージ的作
用を行い、酸露点温度を下げ、無水硫酸、水蒸気等の凝
結を防止し、よって熱交換器の再起動時に砂層が確実に
流動化される流動層式熱交換器を提供することである。

課題を解決するための手段 上記の目的を達成するために、本考案は、ガスを実質
上、下方から上方に向かって通過させるガス流路と、前
記ガス流路中にこれを遮るように配置された多孔板と、
前記ガス流路内における前記多孔板上に形成され、その
頂面が開放状態であってガスの通過時に流動状態となり
得る固体粒子層と、前記多孔板の上流側に設けられた、
ガスの流量を制御するダンパ手段と、流動状態において
の前記固体粒子層に接触することができるように前記ガ
ス流路内に配置され、かつ両端部分が前記ガス流路外部
に突出しそれぞれ流体取入口および流体取出口として形
成された伝熱管とを有する流動層式熱交換器において、
前記ガス流路の前記多孔板と前記ダンパ手段との間に、
連通路を介して外気供給手段を接続し、前記連通路内に
前記外気供給手段の空気供給量を制御するスロットル弁
を設けたことを特徴とする流動層式熱交換器を構成した
ものである。

また、前記流動層式熱交換器において、前記伝熱管の流
体取入口および流体取出口にバルブ手段を設けた流動層
式熱交換器を構成したものである。

作用 上記の構成において、ガス流路が、例えばディーゼル機
関等の排気ガス放出系に接続され、伝熱管の流体取入口
および流体取出口が、例えばボイラーの温水または蒸気
循環系に接続される。

そして、流動式熱交換機が通常運転され、ダンパ手段が
ガス流路を開放するように作動している時、排気ガスが
ガス流路内を実質上、下方から上方に向かって通過する
が、このとき、前記排気ガスが多孔板から固体粒子層内
へ噴出することによって、前記固体粒子層が激しく攪拌
および加熱され、流動状態となり、いわゆる流動層が形
成される。これと同時に、伝熱管は、この流動層と接触
するとともに、流体取入口から伝熱管内に流入した被加
熱流体が、流動層によって加熱された後、流体取出口か
ら流出する。

一方、停止時等においてダンパ手段がガス流路を閉鎖す
るように作動したとき、外気供給手段を作動させると同
時に、スロットル弁を適度に開放して、ガス流路内に外
気を送り込み、一定時間経過後、外気供給手段を停止さ
せるとともに、スロットル弁を閉鎖する。これによっ
て、ガス流路内、特に固体粒子層内に残存する排気ガス
が除去され、酸露点が低下し、固体粒子層の温度が低下
しても前記固体粒子層内で無水硫酸、水蒸気等の凝結が
生じない。

また、伝熱管の流体取入口および流体取出口にバルブ手
段を設けた場合には、停止時に、これらのバルブ手段を
閉鎖し、伝熱管を他の被加熱流体循環系から独立させる
ことによって、上記循環系の急激な温度低下を防止する
ことができる。

実施例 以下、図面を参照しながら本考案の実施例について説明
する。

第１図に示したように、本考案による流動層式熱交換器
は、下部側面にガス入口(1a)および上端面にガス出口(1
b)を備えた縦長の容器(1)と、容器(1)内のガス入口(1a)
の少し上方に水平に配置された、多数の通気孔が形成さ
れた多孔板(3)と、前記容器(1)内における多孔板(3)上
に砂粒子を適当な厚さに集積して形成された固体粒子層
(4)とを有している。前記固体粒子層(4)の頂面は開放状
態となっており、容器(1)内部の該頂面と容器(1)上端面
との間には、適当な大きさの空洞が形成されている。

そして、ガス入口(1a)には、導出管(5)が接続され、こ
の導出管(5)は、さらに例えば（図示されない）ディー
ゼル機関の排気ガス放出系に接続される。導出管(5)の
内部には、排気ガスの供給量を制御するダンパ(6)が設
けられる。一方、ガス出口(1b)には、内部に排気ガスの
放出量を制御するダンパ(8)を備えた導出管(7)が接続さ
れる。こうして、導出管(5)から容器(1)を通って導出管
(7)に至るガス流路が形成される。

さらに、容器(1)の下端部に、送風機(9)が連通管(10)を
介して接続され、容器(1)内に外気が供給され得るよう
になっている。さらに、連通管(10)内には、前記送風機
(9)による外気の供給量を制御するスロットル弁(11)が
設けられる。

また、容器(1)には、略Ｕ字形のパイプからなり、被加
熱流対としての水を移送する伝熱管(12)が、その湾曲部
(12c)が容器(1)の外部に露出し、２つの平行部(12a),(1
2b)が容器(1)を横方向に貫通し、かつ前記平行部(12a),
(12b)の先端部分が容器(1)の外部に突出するように取付
けられるとともに、一方の平行部(12a)が固体粒子層(4)
内に配置され、他方の平行部(12b)が前記固体粒子層(4)
の上方に配置される。そして、前記一方の平行部(12a)
の先端が水取入口(13)、他方の平行部(12b)の先端が水
取出口(14)として形成される。また、平行部(12a),(12
b)の外側面には、効率の良い熱交換を図るため多数のフ
ィン(15),(15)が取付けられている。

前記水取入口(13)および水取出口(14)は、それぞれ、電
磁弁からなるバルブ手段(16),(17)を備えており、例え
ばボイラーの温水または蒸気循環系に接続される。

こうして、熱交換機が通常運転され、ダンパ(6),(8)が
ガス流路を開放するように作動する時、高温のガス流の
多孔板(3)から固体粒子層(4)内への噴出によって、前記
固体粒子層(4)が激しく攪拌および加熱され、流動状態
となり、いわゆる流動層が形成される。これと同時に、
伝導管(12)の平行部(12a),(12b)はこの流動層内にあっ
てこれと接触しており、また、バルブ手段(16),(17)は
開放され、水取入口(13)から伝熱管(12)内に流入した水
は、流動層によって加熱された後、水取出口(14)から流
出する。

一方、熱交換器の停止時等において、ダンパ(6)がガス
流路を閉鎖するように作動したとき（このとき、ダンパ
(8)はガス流路を開放するように作動している。）、送
風機(9)を作動させると同時に、スロットル弁(11)を開
放して、容器(1)内に外気を送り込む。そして、一定時
間経過後、送風機(9)を停止させるとともに、スロット
ル弁(11)を閉鎖する。これによって、ガス流路内、特に
固体粒子層(4)内に残存する排気ガスが除去され、固体
粒子層(4)内の排気ガスの酸露点が低下する。したがっ
て、固体粒子層(4)の温度が低下しても、同固体粒子層
(4)内に無水硫酸、水蒸気等の凝結が生じない。加え
て、熱交換器の停止時に、バルブ手段(16),(17)を閉鎖
し、伝熱管(12)をボイラーの温水または蒸気循環系から
独立させることによって、前記ボイラーの温水または蒸
気循環系が急激に温度低下しないので好ましい。

なお、この実施例では、連通管(10)を容器(1)の下端面
に接続したが、連通管(10)は、ガス流路における多孔板
(3)とダンパ(6)との間であればどの位置に取付けてもよ
い。

このように、本考案によれば、再起動時に、固体粒子層
の流動化が確実に行われ、よって、運転・停止を容易に
繰り返すことできるので、熱交換の効率が極めて良く、
利用範囲の広い、実用的な流動層式熱交換器を提供する
ことができる。

考案の効果 以上のように、本考案によれば、停止時等、ガス流路内
をガス流が通過しなくなったとき、外気をガス流路内に
供給して、ガス流路内、特に固体粒子層内の残存ガスを
除去することにより、固体粒子層内で無水硫酸等の凝結
が生じないようにしたので、再起動時に固体粒子層のガ
ス流による流動化が確実に行われ、したがって、容易に
運転・停止の繰り返しでき、適用範囲が広く実用的な流
動層式熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本考案による流動層式熱交換器の構成を示す
概略図、 第２図は、従来例を示す概略図である。 (1)……容器 (3)……多孔板 (4)……固体粒子層 (5)……導出管 (6)……ダンパ (9)……外気供給手段 (10)……連通管 (11)……スロットル弁 (12)……伝熱管 (13)……水取入口 (14)……水取出口 (16),(17)……バルブ手段

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスを実質上、下方から上方に向かって通
   過させるガス流路と、前記ガス流路中にこれを遮るよう
   に配置された多孔板と、前記ガス流路内における前記多
   孔板上に形成され、その頂面が開放状態であってガスの
   通過時に流動状態となり得る固体粒子層と、前記多孔板
   の上流側に設けられた、ガスの流量を制御するダンパ手
   段と、流動状態においての前記固体粒子層に接触するこ
   とができるように前記ガス流路内に配置され、かつ両端
   部分が前記ガス流路外部に突出しそれぞれ流体取入口お
   よび流体取出口として形成された伝熱管とを有する流動
   層式熱交換器において、 前記ガス流路の前記多孔板と前記ダンパ手段との間に、
   連通路を介して外気供給手段を接続し、前記連通路内に
   前記外気供給手段の空気供給量を制御するスロットル弁
   を設けたことを特徴とする流動層式熱交換器。
2. 【請求項２】前記伝熱管の流体取入口および流体取出口
   にバルブ手段を設けたことを特徴とする第１請求項に記
   載の流動層式熱交換器。