JPH0645167Y2 - 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、流動層式熱交換器に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、下端にガス入口（20a）、および上端にガ
ス出口（20b）を備えた略垂直にのびるガス流路（20）
と、ガス流路（20）中に水平に配置された、多数の通気
孔が形成された多孔板（22）と、前記ガス流路（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、ガス流路（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
する伝熱管（24）が、その湾曲部（24c）がガス流路（2
0）の外部に露出し、２つの平行部（24a），（24b）が
ガス流路（20）を貫通し、その先端部分がガス流路（2
0）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（24a）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（2
5）、他方の平行部（24b）の先端が水取出口（26）とし
て形成される。また、平行部（24a），（24b）の外側面
には、効率の良い熱交換作用を図るために多数のフィン
（27），（27）が取付けられる。

そして、ガス入口（20a）が、例えばディーゼル機関の
排気ガス放出系に接続され、また、伝熱管（24）の水取
入口（25）および水取出口（26）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。

こうして、流動層式熱交換器の運転時には、高温の排気
ガスがガス流路（20）内をガス入口（20a）からガス出
口（20b）に向かって通過するが、このとき、排気ガス
が多孔板（22）下側から砂層（23）内へ噴出するため、
砂層（23）が激しく攪拌および加熱され、流動層が形成
される。一方、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）内に流入した水は、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）から出ていく。

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、通常運転時には、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、砂粒子の流動性が維持されているが、低負
荷運転時、並びに停止時には、排気ガス流量が減少し、
または排気ガスの流過が行われなくなり、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
ウ分、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、容易に流動化しない砂層
（23）が、排気ガス流に大して負荷を加え、そのためシ
ステムの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、低負荷運転時、並びに停
止時において、砂層内の温度低下による、無水硫酸、水
蒸気等の凝結の発生を確実に防止することができる流動
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、少なくとも１部分が前記固体粒子層
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、前記伝導
熱管内に温度検出手段と加熱手段とを間隔をおいて配置
し、前記温度検出手段からの信号を受けて前記加熱手段
を制御する制御手段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、さらに、制御手
段がバルブ手段の開閉を制御するようにした流動層式熱
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、流動層式熱交換器の通常運転時には、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、多孔板から固体粒子層内へのガスの噴出
により、前記固体粒子層が激しく攪拌および加熱されて
流動状態となり、いわゆる流動層が形成される。一方、
伝熱管はこの流動層と接触するとともに、伝熱管のバル
ブ手段は開放してあり、流体取入口から伝導管内に流入
した被加熱流体が、流動層によって加熱された後、流体
取出口から出ていく。

低負荷運転時において、ガス流路内のガス流量が減少し
て固体粒子層内の温度がガスの酸露点により低下した場
合には、それに対応して伝熱管内の流体の温度が所定値
以下になる。そして、この所定値以下の温度低下が温度
検出手段を通じて制御手段に検出され、制御手段が加温
手段を作動させる。その結果、伝熱管内の流体の温度、
すなわち伝熱管の温度が上昇し、それに伴って固体粒子
層内の温度がガスの酸露点より上昇するため、無水硫
酸、水蒸気等の凝結が生じない。

停止時には、バルブ手段を閉鎖しておく。この場合に
も、前記低負荷運転時の場合と同様に、温度検出手段を
通じて、伝熱管内の被加熱流体の温度が所定値低下とな
ったことが検出されると、制御手段が加熱手段を作動さ
せ、伝熱管内の温度、およびこれに接触する固体粒子層
の温度がガスの酸露点以上に保持され、固体粒子層内で
の無水硫酸、水蒸気等の凝結が防止される。

バルブ手段の開閉が、温度検出手段からの信号に応じ
て、制御手段によって制御されるようにした場合には、
上記バルブ手段の開閉操作が自動的に行われる。

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、下端にガス入口（1a）、および上端にガス出口（1
b）を備えた略垂直にのびるガス流路（１）と、ガス流
路（１）中にこれを遮るよう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、前記ガス流路
（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、ガス流路（１）内における該頂面とガス出口（1b）
との間には、適当な大きさの空洞が形成されている。

ガス流路（１）には、略Ｕ字形のパイプからなり、水か
らなる被加熱流体を移送する伝熱管（５）が、その湾曲
部（5c）がガス流路（１）の外部に露出し、２つの平行
部（5a），（5b）がガス流路（１）を横方向に貫通し、
かつ前記平行部（5a），（5b）の先端部分がガス流路
（１）の外部に突出するように取付けられるとともに、
伝熱管（５）の一方の平行部（5a）が固体粒子層（４）
内に配置され、他方の平行部（5b）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
（5a）の先端が水取入口（６）、他方の平行部（5b）の
先端が水取出口（７）として形成され、かつ水取入口
（６）および水取出口（７）は、共に電磁弁からなるバ
ルブ手段（８），（８）を備えている。

また、伝熱管（５）内の水取入口（６）付近には電気ヒ
ータからなる加温手段（９）が、水取出口（７）付近に
は温度センサからなる温度検出手段（10）がそれぞれ取
付けられている。

前記加温手段（９）および温度検出手段（10）、並びに
バルブ手段（８），（８）は、制御手段（11）と電気的
に接続されており、加熱手段（９）の作動、バルブ手段
（８），（８）の開閉が、温度検出手段（10）からの信
号に応じて、制御手段（11）によって制御されるように
なっている。

伝熱管（５）の平行部（5a），（5b）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（12），（1
2）が取付けられている。

そして、ガス入口（1a）が、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、そしてガス
出口（1b）が外部空気中に配置され、また、伝熱管
（５）の水取入口（６）および水取出口（７）が、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。

こうして、熱交換器の通常運転時には、高温の排気ガス
が、ガス流路（１）内をガス入口（1a）からガス出口
（1b）に向かって通過するが、このとき、前記排気ガス
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
て流動状態となり、いわゆる流動層が形成される。一
方、伝熱管（５）の２つの平行部（5a），（5b）は共に
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（８），（８）は制御手段（11）によって開放さ
れており、水取入口（６）から伝熱管（５）内に流入し
た水が、伝熱管（５）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（７）から流出し、ボイラーの
温水または蒸気循環系内を循環する。

低負荷運転時において、ガス流路（１）内のガス流量が
減少して固体粒子層（４）内の温度が排気ガスの酸露点
以下となった場合には、それに対応して、伝熱管（５）
内の水温が所定温度以下となったことが温度検出手段
（10）が通じて制御手段（11）に検出され、前記制御手
段（11）は加温手段（９）を作動させる。その結果、伝
熱管（５）内の被加熱流体の温度、すなわち伝熱管
（５）の温度が上昇し、固体粒子層（４）内での、無水
硫酸、水蒸気等の凝結が防止される。

停止時には、バルブ手段（８），（８）が制御手段（1
1）によって閉鎖されるとともに、前記低負荷運転時と
同様に、伝熱管（５）内の水温が所定温度以下となった
ことが検出されると、制御手段（11）が加熱手段（９）
を作動させる。その結果、伝熱管（５）内の温度が上昇
し、これに接触する固体粒子層（４）内の温度が排気ガ
スの酸露点以上に保持されるため、固体粒子層（４）内
において、無水硫酸、水蒸気等の凝結が発生しない。

このように、本考案による流動層式熱交換器において
は、低負荷運転時または停止時に、固体粒子層（４）内
に無水硫酸、水蒸気等の凝結が発生せず、したがって固
体粒子の相互結着、、固体粒子の伝熱管（５）表面への
固着が生じない。このため、再起動時に固体粒子層
（４）の排気ガスによる流動化が確実に行われ、極めて
効率の良い熱交換が達成される。加えて、運転・停止の
繰り返しを容易に行うことができる、これによって流動
層式熱交換器の利用範囲が拡大される。

また、熱交換器の停止時において、バルブ手段（８），
（８）を閉鎖し、伝熱管（５）をボイラーの温水または
蒸気循環系から独立させた状態で加熱し、固体粒子層
（４）の温度を所定温度に保持するようにしたので、消
費電力が少なくてすみ、しかも、従来の伝熱管にわずか
な変更を加えるのみでよく、製作コストを低く抑えるこ
とができる。

考案の効果 以上のように、本考案によれば、流動層式熱交換器の低
負荷運転時および停止時に、固体粒子層の温度を常にガ
スの酸露点以上に保持するようにしたので、固体粒子層
内に無水硫酸、水蒸気等の凝結が発生せず、固体粒子の
相互結着、固体粒子の伝熱管表面への固着が生じない。
このため、再起動時に固体粒子層のガスによる流動化が
確実に行われ、効率の良い熱交換が達成される。さら
に、運転・停止の繰り返しを容易に行うことができ、流
動層式熱交換器の利用範囲の拡大を図ることができる。

また、熱交換器の停止時において、バルブ手段を閉鎖
し、伝熱管をこれに接続される被加熱流体循環系から独
立させた状態で、伝熱管の温度を所定温度に保持するこ
とによって固体粒子層の温度保持を行うようにしたの
で、消費電力が少なくてすみ、また、従来の伝熱管にわ
ずかに変更を加えるのみでよいので、製作コストも低く
抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の１実施例を示す概略図、第２図は、
従来例を示す概略図である。 （１）……ガス流路 （３）……多孔板 （４）……固体粒子層 （５）……伝熱管 （６）……流体取入口 （７）……流体取出口 （８）……バルブ手段 （９）……加熱手段 （10）……温度検出手段 （11）……制御手段

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、少なくとも
   １部分が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、前記伝熱管内に温度検出手段と加熱手段とを間
   隔をおいて配置し、前記温度検出手段からの信号を受け
   て前記加熱手段を制御する制御手段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】前記制御手段が、前記バルブ手段の開閉を
   制御する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。