JP2729339B2 - 粒子流動熱交換装置 - Google Patents
粒子流動熱交換装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
-
- 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
- F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気流と高温流体あるい
は気流と低温流体の熱交換を行う熱交換装置に関し、特
に使用する固体粒子の性状に係るものである。
は気流と低温流体の熱交換を行う熱交換装置に関し、特
に使用する固体粒子の性状に係るものである。
【０００２】
（従来技術１）この種の熱交換装置としては、例えば特
開昭６１−７６８８２に従来例として開示されている浮
遊型がある。この熱交換装置は、図３の如く、ケーシン
グ１と、ケーシング１内に配設された熱交換器２と、固
体粒子３と、固体粒子３の落下を防止する固体粒子落下
防止板４と、固体粒子３の飛散流出を防止する流出防止
板５と、送風機６とで構成されている。
開昭６１−７６８８２に従来例として開示されている浮
遊型がある。この熱交換装置は、図３の如く、ケーシン
グ１と、ケーシング１内に配設された熱交換器２と、固
体粒子３と、固体粒子３の落下を防止する固体粒子落下
防止板４と、固体粒子３の飛散流出を防止する流出防止
板５と、送風機６とで構成されている。
【０００３】上記構成において、送風機６により気流
は、図の矢印のごとく流れる。気流により浮遊流動した
固体粒子３は熱交換器２内を流動する流体と熱交換を行
う。この際、固体粒子３は、気流速度が小さい時は伝熱
面との接触により熱交換し、気流速度の増加に伴い伝熱
面との衝突が激しくなり、気流の温度境界層を破壊し熱
伝達率を著しく向上させる。
は、図の矢印のごとく流れる。気流により浮遊流動した
固体粒子３は熱交換器２内を流動する流体と熱交換を行
う。この際、固体粒子３は、気流速度が小さい時は伝熱
面との接触により熱交換し、気流速度の増加に伴い伝熱
面との衝突が激しくなり、気流の温度境界層を破壊し熱
伝達率を著しく向上させる。
【０００４】（従来技術２）図４は、粒子循環型の熱交
換装置を示し、例えば特開昭６１−１５０８５の実施例
として開示されている。この図において、図３に示す構
成部品と同一の機能部品は同一符号で示す。図４におい
て、送風機６で発生される重力方向の気流と、この気流
中を浮遊流動する多数の固体粒子３は、ケース１に内接
された熱交換器２の周囲に流動層を形成し熱伝達を促進
する。熱交換器２を流過した固体粒子３は、傾斜した落
下防止板４で固体粒子循環装置８へ入り、固体粒子供給
装置７を通つてケース１内の熱交換器２の上部へ還流さ
れる。
換装置を示し、例えば特開昭６１−１５０８５の実施例
として開示されている。この図において、図３に示す構
成部品と同一の機能部品は同一符号で示す。図４におい
て、送風機６で発生される重力方向の気流と、この気流
中を浮遊流動する多数の固体粒子３は、ケース１に内接
された熱交換器２の周囲に流動層を形成し熱伝達を促進
する。熱交換器２を流過した固体粒子３は、傾斜した落
下防止板４で固体粒子循環装置８へ入り、固体粒子供給
装置７を通つてケース１内の熱交換器２の上部へ還流さ
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図３，４で示した粒子
流動熱交換装置に利用される固体粒子３としては、特開
昭６０−５７１９９（シリカ、アルミナ）、特開平２−
１７３８８（ポリスチレン、アルミナ）が開示されてお
り、また研究論文では、ガラス、川砂、銅、鉄などの直
径０.１〜１ｍｍの球状粒子の検討例が紹介されてい
る。
流動熱交換装置に利用される固体粒子３としては、特開
昭６０−５７１９９（シリカ、アルミナ）、特開平２−
１７３８８（ポリスチレン、アルミナ）が開示されてお
り、また研究論文では、ガラス、川砂、銅、鉄などの直
径０.１〜１ｍｍの球状粒子の検討例が紹介されてい
る。
【０００６】しかし、上記の動作原理からも分かるよう
に、この熱交換装置は、固体粒子３が流動することが前
提となり、固体粒子３とケース１または熱交換器２との
衝突や接触が繰り返され、騒音、固体粒子の粉化、熱交
換器の摩耗などが生じ、実用化の最大の課題となつてい
た。
に、この熱交換装置は、固体粒子３が流動することが前
提となり、固体粒子３とケース１または熱交換器２との
衝突や接触が繰り返され、騒音、固体粒子の粉化、熱交
換器の摩耗などが生じ、実用化の最大の課題となつてい
た。
【０００７】本発明は、上記に鑑み、柔軟性があり、か
つ熱伝導性能も良好な粒子により、騒音の低減、粒子の
粉化防止、および熱交換効率の向上を図り得る粒子流動
熱交換装置を提供しようとするものである。
つ熱伝導性能も良好な粒子により、騒音の低減、粒子の
粉化防止、および熱交換効率の向上を図り得る粒子流動
熱交換装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、固体粒子１２として、柔軟性粒子を利用
したことである。
題解決手段は、固体粒子１２として、柔軟性粒子を利用
したことである。
【０００９】この柔軟性粒子は、ゴムを基材として高熱
伝導性の充填材で形成するか、プラスチツクを基材とし
て高熱伝導性の充填材で形成する。
伝導性の充填材で形成するか、プラスチツクを基材とし
て高熱伝導性の充填材で形成する。
【００１０】また、高熱伝導性の充填材は、銅、アルミ
ニウム等の金属から構成するか、グラフアイトから構成
する。
ニウム等の金属から構成するか、グラフアイトから構成
する。
【００１１】
【作用】上記課題解決手段において、柔軟性粒子は、ケ
ースまたは熱交換器に衝突しても、その柔軟性により、
騒音の発生を低減する。
ースまたは熱交換器に衝突しても、その柔軟性により、
騒音の発生を低減する。
【００１２】また、熱交換器に接触した時に粒子の変形
により、熱交換面積が大きくなり、伝熱効果を促進でき
る。
により、熱交換面積が大きくなり、伝熱効果を促進でき
る。
【００１３】また、柔軟性粒子は、ケースまたは熱交換
器に衝突しても、その柔軟性により、粒子の粉化も低減
する。
器に衝突しても、その柔軟性により、粒子の粉化も低減
する。
【００１４】さらに、粒子自体も高い熱伝導度を持って
いるから、高い熱交換効率を得ることができる。
いるから、高い熱交換効率を得ることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１，２に基づい
て説明する。図１は本発明の粒子流動熱交換装置の一実
施例を示す。
て説明する。図１は本発明の粒子流動熱交換装置の一実
施例を示す。
【００１６】本実施例は、熱交換器１１と、該熱交換器
１１中を浮遊流動する固体粒子１２と、気流を通過させ
る気流通過路１３と、気流を発生させる送風機１４とを
備えている。
１１中を浮遊流動する固体粒子１２と、気流を通過させ
る気流通過路１３と、気流を発生させる送風機１４とを
備えている。
【００１７】前記熱交換器１１は、伝熱管群１１ａとフ
ィン群１１ｂとから構成され、伝熱管内に高温流体また
は低温流体を流通させ、前記固体粒子１２と熱交換を行
なうものである。
ィン群１１ｂとから構成され、伝熱管内に高温流体また
は低温流体を流通させ、前記固体粒子１２と熱交換を行
なうものである。
【００１８】前記固体粒子１２は、直径０．１ｍｍ〜１
ｍｍのもので、これに柔軟性を持たせるための基材とし
て、ゴムまたはプラスチツクがある。例えば、ゴムは各
種材料の配合、混練、加硫という工程で加工されるが、
配合材料や加工条件を調節することで、適度な柔軟性を
持たせることができる。ここで、柔軟性とは、弾性も含
めた広い意味であり、図２の如く、衝突時に粒子自体が
変形して衝突力を緩和できる機能を指している。プラス
チツクの場合も同様である。
ｍｍのもので、これに柔軟性を持たせるための基材とし
て、ゴムまたはプラスチツクがある。例えば、ゴムは各
種材料の配合、混練、加硫という工程で加工されるが、
配合材料や加工条件を調節することで、適度な柔軟性を
持たせることができる。ここで、柔軟性とは、弾性も含
めた広い意味であり、図２の如く、衝突時に粒子自体が
変形して衝突力を緩和できる機能を指している。プラス
チツクの場合も同様である。
【００１９】固体粒子１２の熱伝導度の向上は、従来あ
まり重視されていなかつた。即ち、浮遊性と機械的衝突
力を重視するため、熱伝導度としては低いスチロールや
ガラス、アルミナなどが検討されていた。係る材料は機
械的衝突による温度境界層の破壊という点では優れてい
るが、反面、前記課題の解決が困難である。また、気流
速度が小さく、熱交換器の周囲の粒子密度が大きい場合
には、粒子と熱交換器の伝熱は接触による熱伝導が支配
的となり、前記粒子では、むしろ熱交換器を断熱してし
まうという不具合がある。そのため、粒子流動熱交換装
置を広範囲な使用条件で効果的に利用するには、粒子の
熱伝導度の改善も重要となる。
まり重視されていなかつた。即ち、浮遊性と機械的衝突
力を重視するため、熱伝導度としては低いスチロールや
ガラス、アルミナなどが検討されていた。係る材料は機
械的衝突による温度境界層の破壊という点では優れてい
るが、反面、前記課題の解決が困難である。また、気流
速度が小さく、熱交換器の周囲の粒子密度が大きい場合
には、粒子と熱交換器の伝熱は接触による熱伝導が支配
的となり、前記粒子では、むしろ熱交換器を断熱してし
まうという不具合がある。そのため、粒子流動熱交換装
置を広範囲な使用条件で効果的に利用するには、粒子の
熱伝導度の改善も重要となる。
【００２０】熱伝導度の改善は、前述の基材に熱伝導度
の高いアルミニウム、銅の微粉末を充填して達成でき
る。
の高いアルミニウム、銅の微粉末を充填して達成でき
る。
【００２１】また、充填材として、炭素を約３０００℃
近い高温で熱処理したグラフアイトを用いてもよい。こ
のグラファイトで構成すると、アルミニウムより軽く熱
伝導度も同等なものができるなどのメリツトを持つ。
近い高温で熱処理したグラフアイトを用いてもよい。こ
のグラファイトで構成すると、アルミニウムより軽く熱
伝導度も同等なものができるなどのメリツトを持つ。
【００２２】下の表に熱伝導度を改善するための充填材
の物性を参考として示す。
の物性を参考として示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】前記気流通過路１３は、図１の如く、側面
視コ字形に形成され、下部の始端部に前記送風機１４が
配され、その下流側に順次落下チャンバ１５、これに連
続する上昇ダクト１６、および上昇ダクトの上部に連続
する上部チャンバ１７が形成されている。
視コ字形に形成され、下部の始端部に前記送風機１４が
配され、その下流側に順次落下チャンバ１５、これに連
続する上昇ダクト１６、および上昇ダクトの上部に連続
する上部チャンバ１７が形成されている。
【００２５】そして、前記固体粒子１２を熱交換器１１
の周辺で貯溜させる粒子貯溜部１８が、前記気流通過路
１３とは別の流路１９中に設けられている。この粒子貯
溜部１８の下部に、前記気流通過路１３の落下チャンバ
１５に連通し前記固体粒子１２を気流通過路１３に落下
させる多数の孔２０ａが形成された粒子供給板２０が設
けられている。
の周辺で貯溜させる粒子貯溜部１８が、前記気流通過路
１３とは別の流路１９中に設けられている。この粒子貯
溜部１８の下部に、前記気流通過路１３の落下チャンバ
１５に連通し前記固体粒子１２を気流通過路１３に落下
させる多数の孔２０ａが形成された粒子供給板２０が設
けられている。
【００２６】また、前記気流通過路１３の上部チャンバ
１７の下流側に、気流を外部に排出し固体粒子が外部へ
流出するのを防止する多数の孔２１ａが形成された流出
防止板２１が設けられている。この流出防止板２１は、
気流と共に運ばれてきた粒子１２を下部へ落下させ易い
ように、傾斜して配されている。そして、その多数の孔
２１ａの径は、固体粒子１２の径よりも小とされる。
１７の下流側に、気流を外部に排出し固体粒子が外部へ
流出するのを防止する多数の孔２１ａが形成された流出
防止板２１が設けられている。この流出防止板２１は、
気流と共に運ばれてきた粒子１２を下部へ落下させ易い
ように、傾斜して配されている。そして、その多数の孔
２１ａの径は、固体粒子１２の径よりも小とされる。
【００２７】この流出防止板２１よりも気流通過路１３
の上流側の上部チャンバ１７に、前記粒子貯溜部１８の
上部で、気流通過路１３で放熱または受熱した固体粒子
１２を重力作用で回収する連通口２３が形成されてい
る。また、流出防止板２１の下側から連通口２３に至る
部分に、粒子回収部２４が形成される。
の上流側の上部チャンバ１７に、前記粒子貯溜部１８の
上部で、気流通過路１３で放熱または受熱した固体粒子
１２を重力作用で回収する連通口２３が形成されてい
る。また、流出防止板２１の下側から連通口２３に至る
部分に、粒子回収部２４が形成される。
【００２８】上記構成において、熱交換器１１が凝縮器
として使用された場合、粒子貯溜部１８の粒子１２は、
熱交換器１１から受熱して高温状態になるが、下端にあ
る粒子供給板２０に多数の孔２０ａがあり、粒子１２が
その孔２０ａから下部の落下チャンバ１５に落ちるに従
つて、粒子貯溜部１８内の粒子１２も熱交換器１１から
受熱しながら順次下方へ移動する。
として使用された場合、粒子貯溜部１８の粒子１２は、
熱交換器１１から受熱して高温状態になるが、下端にあ
る粒子供給板２０に多数の孔２０ａがあり、粒子１２が
その孔２０ａから下部の落下チャンバ１５に落ちるに従
つて、粒子貯溜部１８内の粒子１２も熱交換器１１から
受熱しながら順次下方へ移動する。
【００２９】落下チャンバ１５に落ちた粒子１２は、送
風機１４からの気流２６によつて浮遊状態になり、上昇
ダクト１６内を上昇するが、その途上において高温状態
の粒子１２から気流２６に放熱され、粒子１２は元の定
常温度に戻る。
風機１４からの気流２６によつて浮遊状態になり、上昇
ダクト１６内を上昇するが、その途上において高温状態
の粒子１２から気流２６に放熱され、粒子１２は元の定
常温度に戻る。
【００３０】上部チャンバ１７に達した粒子１２は、多
孔状の流出防止板２１に衝突するが、流出防止板２１の
孔２１ａは粒子径より小さいため、粒子１２は装置外に
出ずに重力作用で粒子回収部２４に落下し、高温状態の
気流のみが装置外に排出される。
孔状の流出防止板２１に衝突するが、流出防止板２１の
孔２１ａは粒子径より小さいため、粒子１２は装置外に
出ずに重力作用で粒子回収部２４に落下し、高温状態の
気流のみが装置外に排出される。
【００３１】粒子回収部２４に落下した粒子１２は、粒
子貯溜部１８の上部連通口２３に達し、当初の状態とな
る。
子貯溜部１８の上部連通口２３に達し、当初の状態とな
る。
【００３２】このとき、固体粒子１２として、柔軟性粒
子を利用しているので、粒子１２が熱交換器１１に衝突
しても、その柔軟性により、騒音の発生を低減する。
子を利用しているので、粒子１２が熱交換器１１に衝突
しても、その柔軟性により、騒音の発生を低減する。
【００３３】また、図２の如く、熱交換器１１に接触し
た時に粒子１２の変形により、熱交換面積が大きくな
り、伝熱効果を促進できる。しかも、その柔軟性によ
り、粒子の粉化も低減する。
た時に粒子１２の変形により、熱交換面積が大きくな
り、伝熱効果を促進できる。しかも、その柔軟性によ
り、粒子の粉化も低減する。
【００３４】さらに、粒子自体も高い熱伝導度を持って
いるから、高い熱交換効率を得ることができる。
いるから、高い熱交換効率を得ることができる。
【００３５】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、上
記実施例では、熱交換器を凝縮器として説明したが、蒸
発器であっても同様の効果が期待できる。また、柔軟性
粒子は上記実施例に示した熱交換装置のみでなく、固体
粒子を利用した粒子流動熱交換装置にはすべて有効であ
ることは勿論である。
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、上
記実施例では、熱交換器を凝縮器として説明したが、蒸
発器であっても同様の効果が期待できる。また、柔軟性
粒子は上記実施例に示した熱交換装置のみでなく、固体
粒子を利用した粒子流動熱交換装置にはすべて有効であ
ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、請求項１
の発明によると、固体粒子として、柔軟性粒子を利用し
ているので、粒子が熱交換器等に衝突しても、その柔軟
性により、騒音の発生を低減でき、また、熱交換器に接
触した時に粒子の変形により、熱交換面積が大きくな
り、伝熱効果を促進できる。しかも、その柔軟性によ
り、粒子自体の粉化も低減できる。
の発明によると、固体粒子として、柔軟性粒子を利用し
ているので、粒子が熱交換器等に衝突しても、その柔軟
性により、騒音の発生を低減でき、また、熱交換器に接
触した時に粒子の変形により、熱交換面積が大きくな
り、伝熱効果を促進できる。しかも、その柔軟性によ
り、粒子自体の粉化も低減できる。
【００３７】請求項２ないし請求項５の発明によると、
粒子自体も高い熱伝導度を持っているから、高い熱交換
効率を得ることができる。
粒子自体も高い熱伝導度を持っているから、高い熱交換
効率を得ることができる。
【図１】本発明の一実施例の粒子流動熱交換装置の構成
図
図
【図２】同じく柔軟性粒子の衝突モデルを示す図
【図３】従来技術１の粒子流動熱交換装置の構成図
【図４】従来技術２の粒子流動熱交換装置の構成図
１１ 熱交換器 １２ 固体粒子 １３ 気流通過路 １４ 送風機 １５ 落下チャンバ １６ 上昇ダクト １７ 上部チャンバ １８ 粒子貯溜部 １９ 流路 ２０ 粒子供給板 ２１ 流出防止板 ２３ 連通口 ２４ 粒子回収部 ２６ 気流
Claims (5)
- 【請求項１】 固気二相流を利用した粒子流動熱交換装
置において、柔軟性粒子を利用したことを特徴とする粒
子流動熱交換装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の柔軟性粒子は、ゴムを基
材として高熱伝導性の充填材で形成することを特徴とす
る粒子流動熱交換装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の柔軟性粒子は、プラスチ
ツクを基材として高熱伝導性の充填材で形成することを
特徴とする粒子流動熱交換装置。 - 【請求項４】 請求項２または請求項３記載の高熱伝導
性の充填材は、銅、アルミニウム等の金属から構成され
たことを特徴とする粒子流動熱交換装置。 - 【請求項５】 請求項２または請求項３記載の高熱伝導
性の充填材は、グラフアイトから構成されたことを特徴
とする粒子流動熱交換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4052307A JP2729339B2 (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 粒子流動熱交換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4052307A JP2729339B2 (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 粒子流動熱交換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05256587A JPH05256587A (ja) | 1993-10-05 |
| JP2729339B2 true JP2729339B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=12911133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4052307A Expired - Fee Related JP2729339B2 (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 粒子流動熱交換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2729339B2 (ja) |
-
1992
- 1992-03-11 JP JP4052307A patent/JP2729339B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05256587A (ja) | 1993-10-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |