JP2790223B2 - 流動床式伝熱装置 - Google Patents
流動床式伝熱装置Info
- Publication number
- JP2790223B2 JP2790223B2 JP3318717A JP31871791A JP2790223B2 JP 2790223 B2 JP2790223 B2 JP 2790223B2 JP 3318717 A JP3318717 A JP 3318717A JP 31871791 A JP31871791 A JP 31871791A JP 2790223 B2 JP2790223 B2 JP 2790223B2
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- JP
- Japan
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- transfer tube
- fluidized bed
- tube
- fluidized
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- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は流動床ボイラや流動床反
応器等の伝熱管と流動媒体とを接触させて相互間で伝熱
を行うようにした流動床式伝熱装置に係り、詳しくは伝
熱能力を向上させることのできる流動床式伝熱装置に関
する。
応器等の伝熱管と流動媒体とを接触させて相互間で伝熱
を行うようにした流動床式伝熱装置に係り、詳しくは伝
熱能力を向上させることのできる流動床式伝熱装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、流動床ボイラや流動床反応器
等の流動床式伝熱装置においては、流動室内で空気等の
ガスで流動媒体を流動化させて流動床を形成させると共
に伝熱管を該流動床の内部、又は、上部に位置するよう
に配列、設置して、該流動床の流動媒体と伝熱管とを接
触させて相互間で伝熱させるようにしている。このよう
な流動床式伝熱装置は伝熱効率が良いという特徴を有し
ている。
等の流動床式伝熱装置においては、流動室内で空気等の
ガスで流動媒体を流動化させて流動床を形成させると共
に伝熱管を該流動床の内部、又は、上部に位置するよう
に配列、設置して、該流動床の流動媒体と伝熱管とを接
触させて相互間で伝熱させるようにしている。このよう
な流動床式伝熱装置は伝熱効率が良いという特徴を有し
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
流動床式伝熱装置では伝熱効率はよいものの、流動床の
流動媒体と伝熱管との接触による伝熱特性としての伝熱
係数は管周においてかなりのばらつきを生じる。例え
ば、流動床の上部のフリーボードに伝熱管を水平に配置
した場合の伝熱特性は図5に示すグラフの如くである。
なお、図5のグラフは伝熱管の左半分のみの伝熱係数
(正確には管外局所伝熱係数)Hの分布を示すものであ
る。右半分の分布も対称的に生じる。このようにばらつ
いた分布を示すのは、図4に示すように流動媒体の粒子
の運動特性によるものと考えられる。即ち、伝熱管に当
たる流動媒体が上から落ちてくる場合は伝熱管上を滑っ
て下に落ちて行くため、伝熱管との接触時間も長く、図
4中、A点付近が伝熱係数Hが最大になり伝熱量が最大
になる。伝熱管の頂上付近は流動媒体が溜まるために断
熱されるようになり、伝熱係数Hは小さく伝熱量は僅か
に小さくなる。
流動床式伝熱装置では伝熱効率はよいものの、流動床の
流動媒体と伝熱管との接触による伝熱特性としての伝熱
係数は管周においてかなりのばらつきを生じる。例え
ば、流動床の上部のフリーボードに伝熱管を水平に配置
した場合の伝熱特性は図5に示すグラフの如くである。
なお、図5のグラフは伝熱管の左半分のみの伝熱係数
(正確には管外局所伝熱係数)Hの分布を示すものであ
る。右半分の分布も対称的に生じる。このようにばらつ
いた分布を示すのは、図4に示すように流動媒体の粒子
の運動特性によるものと考えられる。即ち、伝熱管に当
たる流動媒体が上から落ちてくる場合は伝熱管上を滑っ
て下に落ちて行くため、伝熱管との接触時間も長く、図
4中、A点付近が伝熱係数Hが最大になり伝熱量が最大
になる。伝熱管の頂上付近は流動媒体が溜まるために断
熱されるようになり、伝熱係数Hは小さく伝熱量は僅か
に小さくなる。
【0004】A点は、流動床静置高さ、伝熱管までの距
離によって影響されるが、角度にして120°〜150
°付近にある。A点からB点までは、流動媒体が伝熱管
に接触し難くなるために伝熱係数Hは小さくなり伝熱量
は小さく、B点で最小となる。B点はほぼ60°付近と
なる。B点から0°までは順次流動媒体が伝熱管に接触
する頻度も高くなるが、接触時間は瞬時で短いため伝熱
係数Hは小さく伝熱量は小さい。なお、流動媒体として
は例えば粒径が0.3〜1.0mmの硅砂等の砂が用い
られる。
離によって影響されるが、角度にして120°〜150
°付近にある。A点からB点までは、流動媒体が伝熱管
に接触し難くなるために伝熱係数Hは小さくなり伝熱量
は小さく、B点で最小となる。B点はほぼ60°付近と
なる。B点から0°までは順次流動媒体が伝熱管に接触
する頻度も高くなるが、接触時間は瞬時で短いため伝熱
係数Hは小さく伝熱量は小さい。なお、流動媒体として
は例えば粒径が0.3〜1.0mmの硅砂等の砂が用い
られる。
【0005】このように従来の流動床式伝熱装置におい
ては、流動媒体と伝熱管との接触時間が短いことの理由
により伝熱管の下部から60°付近を中心に管外局所伝
熱係数Hが極小値を示すこと等によって伝熱管全体の総
伝熱係数を低下させていた。本発明には、このような問
題点に鑑みてなされたものであり、伝熱管と流動媒体の
接触時間を長くして伝熱管全体の総伝熱係数をアップし
うる流動床式伝熱装置を提供することを目的としてい
る。
ては、流動媒体と伝熱管との接触時間が短いことの理由
により伝熱管の下部から60°付近を中心に管外局所伝
熱係数Hが極小値を示すこと等によって伝熱管全体の総
伝熱係数を低下させていた。本発明には、このような問
題点に鑑みてなされたものであり、伝熱管と流動媒体の
接触時間を長くして伝熱管全体の総伝熱係数をアップし
うる流動床式伝熱装置を提供することを目的としてい
る。
【0006】
【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、本発明は、流動室を横断して水平状に取付けられ
た伝熱管と流動媒体とを接触させて相互間で伝熱を行う
ようにした流動床式伝熱装置において、該伝熱管の外周
面部に、伝熱管の長手方向に沿って延び、伝熱管の長手
方向に直交する面の中心に対してほぼ上下の対称な位置
に対向させてそれぞれ周方向に所要の幅を有して伝熱管
の長手方向に沿って開口部を形成した保護管を取付け、
該保護管と伝熱管との間であり、かつ、対向するそれぞ
れの開口部との間で伝熱管の管周に沿って連通する隙間
を形成し、該隙間は伝熱管の該中心を通る水平面に対し
て上下両側にそれぞれ所要の距離を有しかつ連続して形
成した構成としたものである。
めに、本発明は、流動室を横断して水平状に取付けられ
た伝熱管と流動媒体とを接触させて相互間で伝熱を行う
ようにした流動床式伝熱装置において、該伝熱管の外周
面部に、伝熱管の長手方向に沿って延び、伝熱管の長手
方向に直交する面の中心に対してほぼ上下の対称な位置
に対向させてそれぞれ周方向に所要の幅を有して伝熱管
の長手方向に沿って開口部を形成した保護管を取付け、
該保護管と伝熱管との間であり、かつ、対向するそれぞ
れの開口部との間で伝熱管の管周に沿って連通する隙間
を形成し、該隙間は伝熱管の該中心を通る水平面に対し
て上下両側にそれぞれ所要の距離を有しかつ連続して形
成した構成としたものである。
【0007】
【作用】伝熱管の頂部付近から下方に沿って落ち伝熱管
から離れて行こうとする流動媒体が保護管の上部の開口
部の端部から流入して伝熱管と保護管の間の隙間を通っ
て下部の開口部の端部から流出する。このため、伝熱管
への流動媒体の接触時間が長くなり、伝熱係数が飛躍的
に上昇し、伝熱量が飛躍的に上昇する。
から離れて行こうとする流動媒体が保護管の上部の開口
部の端部から流入して伝熱管と保護管の間の隙間を通っ
て下部の開口部の端部から流出する。このため、伝熱管
への流動媒体の接触時間が長くなり、伝熱係数が飛躍的
に上昇し、伝熱量が飛躍的に上昇する。
【0008】
【実施例】次に、図面に示した実施例により本発明を詳
細に説明する。図3は本発明の保護管を取付けた伝熱管
を配置した流動床伝熱装置としての流動床反応器の実施
例を示す概略縦断面図である。流動床反応器1は周囲を
炉壁1aで囲まれて形成され、下方に高温空気室10が
位置し、その上部に空気分散板11を介して流動室20
が位置して構成されている。高温空気室10には高温空
気発生用の燃焼バーナ12が取付けられており、この燃
焼バーナ12には重油等の燃料供給管と空気供給管が接
続されている。空気分散板11には多数の空気ノズル1
1aが設けられ、上方の流動室20に高温空気を供給す
るように形成されている。
細に説明する。図3は本発明の保護管を取付けた伝熱管
を配置した流動床伝熱装置としての流動床反応器の実施
例を示す概略縦断面図である。流動床反応器1は周囲を
炉壁1aで囲まれて形成され、下方に高温空気室10が
位置し、その上部に空気分散板11を介して流動室20
が位置して構成されている。高温空気室10には高温空
気発生用の燃焼バーナ12が取付けられており、この燃
焼バーナ12には重油等の燃料供給管と空気供給管が接
続されている。空気分散板11には多数の空気ノズル1
1aが設けられ、上方の流動室20に高温空気を供給す
るように形成されている。
【0009】流動室20内では例えば粒径が0.3〜
1.0mmの硅砂等の砂からなる流動媒体21が空気分
散板11の多数の空気ノズル11aから供給された高温
空気によって流動化されて流動床22が形成されてい
る。流動床22の上方には多数の伝熱管23が配置され
ており、伝熱管23は流動室20を横断して水平状に取
付けられ、その下方は原料供給管26に接続され、上方
は生成物排出管27に接続されている。流動室20の上
部には排ガス排出用の排気口28が設けられている。
1.0mmの硅砂等の砂からなる流動媒体21が空気分
散板11の多数の空気ノズル11aから供給された高温
空気によって流動化されて流動床22が形成されてい
る。流動床22の上方には多数の伝熱管23が配置され
ており、伝熱管23は流動室20を横断して水平状に取
付けられ、その下方は原料供給管26に接続され、上方
は生成物排出管27に接続されている。流動室20の上
部には排ガス排出用の排気口28が設けられている。
【0010】しかして、各伝熱管23には詳細を図1及
び図2に示すようにその周囲の外周面部に管状の保護管
24が伝熱管23と所定の隙間を開けて伝熱管23の長
手方向に沿って延長されて伝熱管23に固定されて取付
けられており、保護管24には図1に示すように長手方
向に直交する面の中心に対して上下対称な位置において
周方向に所要の幅(角度α)を有し、図2に示すように
長手方向に沿って真っ直ぐに若しはやや真っ直ぐな状態
で切り掛かれて形成された開口部25が設けられてい
る。開口部25の周囲は伝熱管23との間を開口されて
おり、上部の開口部25においては流動媒体流入口25
aが形成され、下部の開口部25においては流動媒体流
出口25bが形成され、保護管24と伝熱管23との間
の隙間に流動媒体が流入しうるように形成されている。
保護管24と伝熱管23の間の該隙間は、図1に示すよ
うに、伝熱管23の中心を通る水平面に対して上下両側
にそれぞれ所要の距離を有して形成され、かつ、その上
下両側の隙間は伝熱管23と保護管24により連続して
形成されている。
び図2に示すようにその周囲の外周面部に管状の保護管
24が伝熱管23と所定の隙間を開けて伝熱管23の長
手方向に沿って延長されて伝熱管23に固定されて取付
けられており、保護管24には図1に示すように長手方
向に直交する面の中心に対して上下対称な位置において
周方向に所要の幅(角度α)を有し、図2に示すように
長手方向に沿って真っ直ぐに若しはやや真っ直ぐな状態
で切り掛かれて形成された開口部25が設けられてい
る。開口部25の周囲は伝熱管23との間を開口されて
おり、上部の開口部25においては流動媒体流入口25
aが形成され、下部の開口部25においては流動媒体流
出口25bが形成され、保護管24と伝熱管23との間
の隙間に流動媒体が流入しうるように形成されている。
保護管24と伝熱管23の間の該隙間は、図1に示すよ
うに、伝熱管23の中心を通る水平面に対して上下両側
にそれぞれ所要の距離を有して形成され、かつ、その上
下両側の隙間は伝熱管23と保護管24により連続して
形成されている。
【0011】保護管24と伝熱管23との間の隙間は例
えば半径で5〜10mmとされる。なお、この隙間は流
動媒体21の粒子径や流動媒体の種類による安息角の違
い等によって選び、粒子が円滑に流通可能な大きさを選
ぶようにする。開口部25は、本実施例では図1に示す
ように長手方向に直交する面の中心に対して上下方向の
対称な位置(角度180°隔てた位置)において2箇所
にそれぞれ周方向に角度α=90°の幅を有して形成さ
れている。そして、保護管24は図示していないが保護
管24の両端部でスリーブとブッシング等の固定部材に
よって伝熱管23に固定支持されている。
えば半径で5〜10mmとされる。なお、この隙間は流
動媒体21の粒子径や流動媒体の種類による安息角の違
い等によって選び、粒子が円滑に流通可能な大きさを選
ぶようにする。開口部25は、本実施例では図1に示す
ように長手方向に直交する面の中心に対して上下方向の
対称な位置(角度180°隔てた位置)において2箇所
にそれぞれ周方向に角度α=90°の幅を有して形成さ
れている。そして、保護管24は図示していないが保護
管24の両端部でスリーブとブッシング等の固定部材に
よって伝熱管23に固定支持されている。
【0012】このような構成の流動床反応器1におい
て、流動室20内おいては高温空気室10から空気分散
板11の多数の空気ノズル11aから供給される高温空
気によって流動媒体21が流動化されて流動床22が形
成されている。流動媒体は高温空気によって高温に加熱
されている。加熱された流動媒体21は流動床21から
跳び出して流動床21の上方のフリーボードのスプラッ
シュゾーンにある伝熱管23周囲に撥ね上げられ上下運
動を繰り返し、保護管24の開口部25に入り込み、開
口部25に面した伝熱管23と接触する。伝熱管23に
は被反応原料が供給されて伝熱管23が流動媒体21か
ら熱を吸収して反応し所定の生成物が得られる。
て、流動室20内おいては高温空気室10から空気分散
板11の多数の空気ノズル11aから供給される高温空
気によって流動媒体21が流動化されて流動床22が形
成されている。流動媒体は高温空気によって高温に加熱
されている。加熱された流動媒体21は流動床21から
跳び出して流動床21の上方のフリーボードのスプラッ
シュゾーンにある伝熱管23周囲に撥ね上げられ上下運
動を繰り返し、保護管24の開口部25に入り込み、開
口部25に面した伝熱管23と接触する。伝熱管23に
は被反応原料が供給されて伝熱管23が流動媒体21か
ら熱を吸収して反応し所定の生成物が得られる。
【0013】しかして、このような状態において、図1
に示すように、上部開口部25内の伝熱管23の頂部に
は一部の流動媒体21が山状に溜まるが、この山やこの
部分の管周に沿って下降する流動媒体21粒子は流動媒
体流入口25aから伝熱管23と保護管24との間に導
かれて通過して下降し下部開口部25の流動媒体流出口
25bから下方へ流出する。この間において加熱された
流動媒体21が伝熱管23と接触することになり、伝熱
管23と流動媒体21との接触時間が長く確保される。
に示すように、上部開口部25内の伝熱管23の頂部に
は一部の流動媒体21が山状に溜まるが、この山やこの
部分の管周に沿って下降する流動媒体21粒子は流動媒
体流入口25aから伝熱管23と保護管24との間に導
かれて通過して下降し下部開口部25の流動媒体流出口
25bから下方へ流出する。この間において加熱された
流動媒体21が伝熱管23と接触することになり、伝熱
管23と流動媒体21との接触時間が長く確保される。
【0014】従って、本実施例のように開口部25の開
口角度αを90°とした場合には、従来、最も伝熱係数
Hが小さかった60°付近を含む45°〜135°の範
囲の角度位置の局所伝熱係数が上昇し、従って伝熱管2
3の総伝熱係数が上昇して伝熱量が上昇する。この場
合、伝熱量を10〜20%上昇させることができる。こ
のため、加熱源燃料を節約することが可能となり、ま
た、伝熱部や伝熱装置を小さくすることができる。
口角度αを90°とした場合には、従来、最も伝熱係数
Hが小さかった60°付近を含む45°〜135°の範
囲の角度位置の局所伝熱係数が上昇し、従って伝熱管2
3の総伝熱係数が上昇して伝熱量が上昇する。この場
合、伝熱量を10〜20%上昇させることができる。こ
のため、加熱源燃料を節約することが可能となり、ま
た、伝熱部や伝熱装置を小さくすることができる。
【0015】なお、本実施例では、流動床式伝熱装置が
化学反応等を行う流動床反応器である場合を示したが、
本発明は流動床ボイラ等の伝熱装置であっても好適に用
いることができる。流動床ボイラにあっては、図3に示
すものにおいて、石炭等の燃料の供給管が流動床22中
において空気分散板11の上部分に開口されて取付けら
れて燃料が流動床中に供給されることにより、燃料が流
動床22中で燃焼されて加熱流動床22が形成される。
また、伝熱管の原料供給管26の代わりに水または飽和
水の供給管が設けられ、生成物排出管27の代わりに蒸
気排出管が設けられる。そして、高温空気室10に取付
けられる燃料バーナ12は点火用などの補助バーナとし
て用いられ、高温空気室10には燃焼用兼流動化用空気
の供給口が設けられる。
化学反応等を行う流動床反応器である場合を示したが、
本発明は流動床ボイラ等の伝熱装置であっても好適に用
いることができる。流動床ボイラにあっては、図3に示
すものにおいて、石炭等の燃料の供給管が流動床22中
において空気分散板11の上部分に開口されて取付けら
れて燃料が流動床中に供給されることにより、燃料が流
動床22中で燃焼されて加熱流動床22が形成される。
また、伝熱管の原料供給管26の代わりに水または飽和
水の供給管が設けられ、生成物排出管27の代わりに蒸
気排出管が設けられる。そして、高温空気室10に取付
けられる燃料バーナ12は点火用などの補助バーナとし
て用いられ、高温空気室10には燃焼用兼流動化用空気
の供給口が設けられる。
【0016】また、以上の実施例では保護管24の開口
部25の開口幅αを角度90°とした場合を示したが、
流動床の流動媒体21の静置高さ、伝熱管23の高さ、
流動床22の膨張高さ等、伝熱条件が異なる反応器に対
しては開口幅αを適宜異ならせて、流動媒体21と伝熱
管23との接触時間の短い個所に流動媒体21がなるべ
く長く接触しうるよう保護管24の開口部25の開口幅
や開口長さ等を決めるようにすることができる。また、
以上の実施例では全ての伝熱管23に保護管24を取付
けた場合を示したが、必要な伝熱管23のみに取付けて
伝熱条件を異ならせるようにすることもできる。
部25の開口幅αを角度90°とした場合を示したが、
流動床の流動媒体21の静置高さ、伝熱管23の高さ、
流動床22の膨張高さ等、伝熱条件が異なる反応器に対
しては開口幅αを適宜異ならせて、流動媒体21と伝熱
管23との接触時間の短い個所に流動媒体21がなるべ
く長く接触しうるよう保護管24の開口部25の開口幅
や開口長さ等を決めるようにすることができる。また、
以上の実施例では全ての伝熱管23に保護管24を取付
けた場合を示したが、必要な伝熱管23のみに取付けて
伝熱条件を異ならせるようにすることもできる。
【0017】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、伝熱管と流動媒体との接触時間を長くして伝
熱管の総伝熱係数を上昇させることができる。このた
め、流動床式伝熱装置を小型化することができる。ま
た、流動床の加熱源燃料の節約を図ることができる。
によれば、伝熱管と流動媒体との接触時間を長くして伝
熱管の総伝熱係数を上昇させることができる。このた
め、流動床式伝熱装置を小型化することができる。ま
た、流動床の加熱源燃料の節約を図ることができる。
【図1】本発明の実施例に係る保護管の拡大縦断面図で
ある。
ある。
【図2】本発明の実施例に係る保護管の斜視図である。
【図3】本発明の実施例に係る流動床反応器の概略縦断
面図である。
面図である。
【図4】従来の流動床式伝熱装置の伝熱管と流動媒体と
の接触状態を説明する伝熱管の縦断面図である。
の接触状態を説明する伝熱管の縦断面図である。
【図5】伝熱管の管外局所伝熱係数を示すグラフ及びそ
のグラフを説明する図である。
のグラフを説明する図である。
1 流動床反応器 10 高温空気室 11 空気分散板 20 流動室 21 流動媒体 23 伝熱管 24 保護管 25 開口部 25a 流動媒体流入口 25b 流動媒体流出口
Claims (1)
- 【請求項1】 流動室を横断して水平状に取付けられた
伝熱管と流動媒体とを接触させて相互間で伝熱を行うよ
うにした流動床式伝熱装置において、該伝熱管の外周面
部に、伝熱管の長手方向に沿って延び、伝熱管の長手方
向に直交する面の中心に対してほぼ上下の対称な位置に
対向させてそれぞれ周方向に所要の幅を有して伝熱管の
長手方向に沿って開口部を形成した保護管を取付け、該
保護管と伝熱管との間であり、かつ、対向するそれぞれ
の開口部との間で伝熱管の管周に沿って連通する隙間を
形成し、該隙間は伝熱管の該中心を通る水平面に対して
上下両側にそれぞれ所要の距離を有しかつ連続して形成
したことを特徴とする流動床式伝熱装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3318717A JP2790223B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 流動床式伝熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3318717A JP2790223B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 流動床式伝熱装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0587471A JPH0587471A (ja) | 1993-04-06 |
JP2790223B2 true JP2790223B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=18102187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3318717A Expired - Lifetime JP2790223B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 流動床式伝熱装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2790223B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07109281B2 (ja) * | 1986-12-22 | 1995-11-22 | バブコツク日立株式会社 | 流動層内伝熱管のカバ−構造 |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP3318717A patent/JP2790223B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0587471A (ja) | 1993-04-06 |
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