JP3010207B2 - Gas and particle contact separation device - Google Patents

Gas and particle contact separation device

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JP3010207B2
JP3010207B2 JP9245412A JP24541297A JP3010207B2 JP 3010207 B2 JP3010207 B2 JP 3010207B2 JP 9245412 A JP9245412 A JP 9245412A JP 24541297 A JP24541297 A JP 24541297A JP 3010207 B2 JP3010207 B2 JP 3010207B2
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particles
separation
flow
particle
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昭比古 清水
健彦 横峯
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九州大学長
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスと固体粒子と
の固気混相流型の熱交換器、粉体燃料の燃焼装置、また
はガスと固体粒子との化学的な反応装置等、ガスと固体
粒子とを混合して接触させるとともに接触後の固体粒子
を分離するガスと固体粒子との接触分離装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas-solid multi-phase heat exchanger, a gas fuel combustion apparatus, or a gas-solid chemical reaction apparatus. The present invention relates to an apparatus for contacting and separating solid particles with a gas that mixes and contacts solid particles and separates the solid particles after contact.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、たとえばセメント製造設備、
製鉄設備、塵芥焼却設備、流動層ボイラ等、高温の固体
粒子が排出される設備、装置が多くある。したがって、
これらの設備から排出される高温の粒子をガスと熱交換
させ、その廃熱を回収することにより、エネルギの節減
を達成することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, cement production facilities,
There are many facilities and devices that emit high-temperature solid particles, such as steelmaking facilities, garbage incineration facilities, and fluidized bed boilers. Therefore,
Energy can be saved by exchanging hot particles discharged from these facilities with gas and recovering the waste heat.

【0003】しかしながら、従来のガスと粒子との間の
熱交換器は、効率が低く、また構造が複雑かつ大形であ
り、その設置に多大な費用を必要とする等の理由で、こ
れら高温の粒子からの廃熱回収は実用化されたものが少
ない。
However, conventional gas-particle heat exchangers are not efficient because of their low efficiency, complicated structure, large size, and high cost for installation. The recovery of waste heat from particles has not been put to practical use.

【0004】また、上記のような既存の設備に限らず、
各種の熱機関等において、ガスと粒子との間の効率的な
熱交換器の開発が要望されている。たとえば、将来実用
化が予想される核融合炉では、冷却材としてガスと固体
微粒子とを混合したいわゆる固気混相流の使用が検討さ
れている。
[0004] In addition to the above-mentioned existing facilities,
There is a demand for the development of an efficient heat exchanger between gas and particles in various heat engines and the like. For example, in a fusion reactor expected to be put into practical use in the future, the use of a so-called solid-gas multiphase flow in which gas and solid fine particles are mixed as a coolant is being studied.

【0005】すなわち、既存の軽水炉や高速増殖炉では
軽水または液体ナトリウムによる冷却方式で十分対応可
能であるが、核融合炉、特に炉内プラズマ対向機器では
軽水炉と比較して数倍の熱負荷がかかるため、これを水
冷却で行うならば高圧のサブクール沸騰で対応すること
になり、エネルギー回収は放棄せざるを得ないばかり
か、高温と強い中性子照射環境下での過大な加圧は構造
材料の選択の余地を大幅に狭める。このため、加圧する
ことなく高いエネルギー回収効率が得られる固気混相流
を冷却材として使用することが望ましい。
[0005] That is, in the existing light water reactor or fast breeder reactor, a cooling method using light water or liquid sodium can sufficiently cope with the problem, but in a fusion reactor, particularly in a plasma facing device in the reactor, the heat load is several times larger than that of the light water reactor. For this reason, if this is performed by water cooling, it will be handled by high-pressure subcooled boiling, and energy recovery must be abandoned, and excessive pressurization under high temperature and strong neutron irradiation environment will be a structural material Greatly reduces the choices available. For this reason, it is desirable to use a solid-gas mixed-phase flow from which high energy recovery efficiency can be obtained without pressurization as the coolant.

【0006】また、将来の核融合動力炉では、一次側単
相ガスタービンサイクル、二次側蒸気タービンによるラ
ンキンサイクルで構成される複合発電システムの採用が
有望視されている。このシステムに固気混相流を冷却材
として用いる場合には、炉の出力密度が非常に高いため
混相流の固相濃度を上げざるを得なくなり、これを直接
ガスタービンに導く可能性は固体粒子によるタービン翼
の摩耗損傷という問題から殆どない。したがって、ター
ビン翼保護のためにタービン上流で混相冷却材を高温粒
子とタービンに導入される単相ガスとに確実に分離する
必要がある。
In the future nuclear fusion power reactor, it is expected that a combined power generation system composed of a primary-side single-phase gas turbine cycle and a Rankine cycle with a secondary-side steam turbine will be used. When a solid-gas multiphase flow is used as a coolant in this system, the power density of the furnace is so high that the solid phase concentration of the multiphase flow must be increased, and the possibility of directing this to the gas turbine is not high. From turbine blade wear and damage due to the Therefore, it is necessary to reliably separate the multi-phase coolant into hot particles and single-phase gas introduced into the turbine upstream of the turbine to protect the turbine blades.

【0007】ところで、粒子とガスとの間の熱交換の方
式は、分離型と混合型に大別できる。前者の分離型のも
のは、たとえば伝熱管を介して粒子とガス間の熱交換を
行うもので、粒子とガスとは直接接触しないので、当然
ながらガス中に粒子が混入することはない。しかしこの
方式の伝熱機構は、ガス側では単相ガスの強制対流、粒
子側では粒子層が形成する多孔質体中の実効熱伝導であ
り、伝熱抵抗が大きく、効率が低い。また、粒子を伝熱
管の外側領域で移動させる必要があり、この粒子の移動
機構が複雑となるとともに、この伝熱管の管壁への粒子
の付着等の問題があり、信頼性が低い。また、この粒子
をガスと混合して移動させる方式もあるが、粒子側の熱
抵抗を改善するだけの効果しかなく、全体としてはやは
り伝熱効率が低い。
[0007] The method of heat exchange between particles and gas can be roughly classified into a separation type and a mixed type. The former separation type performs heat exchange between particles and gas through, for example, a heat transfer tube, and does not directly contact particles and gas, so that particles do not naturally enter the gas. However, the heat transfer mechanism of this method is a forced convection of a single-phase gas on the gas side and effective heat conduction in the porous body formed by the particle layer on the particle side, and has a large heat transfer resistance and low efficiency. In addition, it is necessary to move the particles in the outer region of the heat transfer tube, which complicates the moving mechanism of the particles, and causes problems such as adhesion of particles to the tube wall of the heat transfer tube, which is low in reliability. There is also a method of moving the particles by mixing them with a gas. However, this method only has an effect of improving the thermal resistance of the particles, and the heat transfer efficiency as a whole is also low.

【0008】また、後者の混合型のものは、ガス流中に
粒子を混合し、ガスと粒子を直接接触させて熱交換をな
し、この後にサイクロン等で粒子を分離するものであ
る。このものは、粒子がその大きな比表面積でガスと接
触するため、瞬時に熱交換がなされ、またこのガスと粒
子の混相流の移動等の機構も簡単で、信頼性が高い。し
かし、この混合型のものは、粒子とガスとが上記のよう
に瞬時に最終平衡温度に達し、熱交換後のガスの温度と
粒子の温度は等しい温度となる。したがって、並行流型
熱交換器と同等の効率しか得られない。
In the latter mixing type, particles are mixed in a gas stream, heat is exchanged by bringing the gas into direct contact with the particles, and then the particles are separated by a cyclone or the like. Since the particles come into contact with the gas at a large specific surface area, heat is exchanged instantaneously, and the mechanism for moving the multiphase flow of the gas and the particles is simple and highly reliable. However, in this mixed type, the particles and the gas instantaneously reach the final equilibrium temperature as described above, and the temperature of the gas after heat exchange is equal to the temperature of the particles. Therefore, only the same efficiency as that of the parallel flow heat exchanger can be obtained.

【0009】なお、混合型の熱交換器において、ガス中
での粒子の重力沈降速度より遅い速度でガスを上向きに
流通させ、この中で粒子を自由落下させれば、向流型の
熱交換器と同等の効率が得られる。しかし、この場合の
ガスの速度は極めて低速となり、その容器が極めて大形
となるため、到底実用化はできない。
In a mixed heat exchanger, the gas is allowed to flow upward at a speed lower than the gravitational sedimentation speed of the particles in the gas. Efficiency equivalent to a vessel can be obtained. However, in this case, the speed of the gas becomes extremely low, and the container becomes extremely large, so that it cannot be put to practical use at all.

【0010】上述のように、従来のガスと粒子との間の
熱交換器では、高熱交換効率、高信頼性、小形化等の好
ましい特徴を兼備したものが得られていない。このた
め、上述したような設備における高温の固体粒子からの
廃熱回収、または将来の熱機関等におけるガスと粒子と
の間の熱交換等において、上記のような高熱交換効率、
高信頼性、小形化等の好ましい特徴を兼備した熱交換器
が要望されている。
As described above, a conventional heat exchanger between gas and particles has not been obtained which has the desirable characteristics such as high heat exchange efficiency, high reliability and miniaturization. For this reason, waste heat recovery from high-temperature solid particles in the equipment as described above, or in heat exchange between gas and particles in a future heat engine or the like, the high heat exchange efficiency as described above,
There has been a demand for a heat exchanger having desirable features such as high reliability and miniaturization.

【0011】また、上述したような混合型の熱交換器の
場合のようなガスと粒子との接触および分離の問題は、
熱交換器には限らず、たとえば微粉体燃料の燃焼器、ガ
スと固体粒子との間で化学反応を行う装置等においても
共通している。すなわち、このような粒子はガス中に浮
遊した状態となり、この粒子と周囲のガスとの間の相対
的な速度が瞬時に実質的に零となるため、微粉体燃料の
燃焼や粒子とガスとの反応の効率が低下する等の問題を
生じることになる。
[0011] Further, the problem of contact and separation between gas and particles as in the case of the mixed type heat exchanger as described above is as follows.
The present invention is not limited to a heat exchanger, but is common to, for example, a combustor for fine powder fuel, a device for performing a chemical reaction between gas and solid particles, and the like. That is, such particles are suspended in the gas, and the relative velocity between the particles and the surrounding gas instantaneously becomes substantially zero. This causes problems such as a reduction in the efficiency of the reaction.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の事情に
基づいてなされたもので、ガス中に粒子を混合してこれ
らを直接接触させ、これらの間の熱交換や化学反応をお
こない、かつこの後に粒子を分離する装置において、熱
交換や化学反応の効率が高く、また信頼性が高いととも
に構造が簡単で小形化が容易なガスと粒子との接触分離
装置を提供するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made based on the above circumstances, and is intended to mix particles in a gas, bring them into direct contact, and perform heat exchange and chemical reaction between them. An object of the present invention is to provide a device for separating particles from a gas, which has high efficiency of heat exchange and chemical reaction, has high reliability, has a simple structure, and is easy to miniaturize.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は、中心軸線を略鉛直方向に向けて配置された下部に絞
り部を有する分離筒と、この分離筒内にその上端部の周
辺部のガス入口から下方に向けてガスの旋回流を下方に
向けて噴出する旋回流供給機構と、上記の分離筒の上端
部の中心部に連通し上記のガス入口から下向きに噴出さ
れたガスの旋回流をこの分離筒内で上向きに反転させて
排出するガス出口と、上記の分離筒の上端部の中心部に
開口し固体粒子をこの分離筒の中心部に供給する粒子入
口とを具備したものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a separation cylinder having a throttle portion at a lower portion arranged with a central axis directed substantially vertically, and an upper end of the separation cylinder in the separation cylinder. A swirling flow supply mechanism for ejecting a downward swirling flow of gas downward from a gas inlet in a peripheral portion, and a swirling flow supply mechanism that communicates with a center portion of an upper end portion of the separation cylinder and is ejected downward from the gas inlet. A gas outlet for reversing the swirling flow of gas upward in the separation cylinder and discharging the same, and a particle inlet opening at the center of the upper end of the separation cylinder and supplying solid particles to the center of the separation cylinder. It is provided.

【0014】したがって、粒子入口から分離筒内の上端
の中心部に供給された粒子は、まず上記のガス出口に上
向きに向かうガスの旋回流中に混合され、このガスに接
触するとともにこの旋回流により回転し、遠心力により
外側に移動し、次にガス入口から噴出される下向きのガ
スの旋回流に接触するとともに、さらに遠心力により外
側かつ下側に移動し、この分離筒の内周面に達し、ガス
から分離される。
Therefore, the particles supplied from the particle inlet to the central portion of the upper end in the separation cylinder are first mixed into the upwardly flowing gas into the above-mentioned gas outlet in a swirling flow of the gas. , And move outward by centrifugal force, and then come into contact with the swirling flow of downward gas ejected from the gas inlet, and further move outward and downward by centrifugal force. And separated from the gas.

【0015】この場合に、たとえば熱交換器にあって
は、ガス入口から供給された低温のガスは、分離筒内を
移動してきた低温の粒子と接触して熱交換された後に、
ガス出口の近傍において高温の粒子と接触するので、向
流型の熱交換器と同等の高い熱交換効率が得られる。ま
た、ガスと粒子との燃焼や化学反応を行う装置では、粒
子入口から供給された粒子は、ガス出口に向かう上向き
の旋回流中を旋回しながら径方向外側に移動するため、
この領域においては粒子とガスの相対速度が大きく、こ
れらの間の燃焼や化学反応が効率的に行われる。
In this case, for example, in a heat exchanger, the low-temperature gas supplied from the gas inlet is brought into contact with the low-temperature particles moving in the separation cylinder and heat-exchanged.
Since it comes into contact with high-temperature particles in the vicinity of the gas outlet, high heat exchange efficiency equivalent to a countercurrent heat exchanger can be obtained. Further, in a device that performs combustion and chemical reaction between gas and particles, the particles supplied from the particle inlet move radially outward while swirling in an upward swirling flow toward the gas outlet.
In this region, the relative velocities of the particles and the gas are large, and the combustion and chemical reaction therebetween are efficiently performed.

【0016】また、この装置は、分離筒内に形成される
途中で上下に反転した旋回流中で粒子とガスの接触およ
び分離が全て終了するので、構造が簡単で信頼性が高
く、またこの分離筒等が小形化され、装置全体の小形化
が容易である。
In addition, this device completes all contact and separation of particles and gas in a swirling flow that has been turned upside down while being formed in the separation cylinder, so that the structure is simple and highly reliable. The separation cylinder and the like are miniaturized, and the miniaturization of the entire apparatus is easy.

【0017】また、請求項2に記載の本発明は、前記の
分離筒内には、前記の粒子入口の下方に配置されこの粒
子入口から供給される粒子を径方向外側に分散する粒子
分散体が設けられているものである。したがって、粒子
入口から供給された粒子は、この粒子分散体により径方
向外側に分散され、ガスの旋回流中に確実に混合され、
この供給された粒子がそのまま分離筒の中心部を通って
下方に移動してしまうことが防止される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a particle dispersion in which the particles supplied from the particle inlet are disposed radially outside the particle inlet in the separation cylinder. Is provided. Therefore, the particles supplied from the particle inlet are dispersed radially outward by the particle dispersion, and are surely mixed into the gas swirl flow,
This prevents the supplied particles from moving downward through the center of the separation cylinder as it is.

【0018】また、請求項3に記載の本発明は、前記の
旋回流供給機構は、前記のガス出口の周囲に配置された
複数の螺旋形のベーンを備えているものである。したが
って、構造が簡単であるとともに、信頼性が高く、また
装置を小形に形成することができる。
According to a third aspect of the present invention, the swirling flow supply mechanism includes a plurality of spiral vanes disposed around the gas outlet. Therefore, the structure is simple, the reliability is high, and the device can be formed small.

【0019】また、請求項4に記載の本発明は、前記の
粒子入口から供給される粒子と前記のガス入口から供給
されるガスとの間で熱交換作用をなす熱交換器として構
成されているものである。したがって、上述のように、
高熱交換効率、高信頼性、小形化など、好ましい特徴を
全て兼備した熱交換器が得られる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger configured to perform a heat exchange operation between particles supplied from the particle inlet and gas supplied from the gas inlet. Is what it is. Therefore, as described above,
It is possible to obtain a heat exchanger that has all the desirable features such as high heat exchange efficiency, high reliability, and downsizing.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す一実施形
態を参照して説明する。この実施形態のものは、本発明
をガスと粒子との固気混相流型の熱交換器として適用し
た場合のものである。なお、この実施形態の熱交換器
は、本発明の要旨たる特徴を備えているが、試験的に製
作した小形の装置であり、前述したような各種の設備や
装置において使用される実機の熱交換器にあっては、そ
れらの仕様に対応して各部の構造、形状等の変更、また
は付加的な機器の追加等、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で各種の変更が可能であることはもちろんである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to an embodiment shown in the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a gas-particle solid-gas multiphase flow type heat exchanger. Although the heat exchanger of this embodiment has the features that are the gist of the present invention, it is a small device manufactured experimentally, and the heat of the actual machine used in the various facilities and devices described above. In the case of the exchanger, it is possible that various changes can be made without departing from the scope of the present invention, such as changing the structure, shape, etc. of each part, or adding additional equipment in accordance with those specifications. Of course.

【0021】まず、図1を参照して本発明の熱交換器の
全体を概略的に説明する。図中の1はこの熱交換器の主
要部分である本体部であり、この本体部1においてガス
と粒子とが混合され、これらの間で熱交換がなされ、ま
た熱交換が終了した後にガスと粒子が分離される。この
本体部1の構成については、後に詳述する。
First, the entire heat exchanger of the present invention will be schematically described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a main body which is a main part of the heat exchanger. In the main body 1, gas and particles are mixed, heat is exchanged between them, and after the heat exchange is completed, gas and particles are mixed. The particles are separated. The configuration of the main body 1 will be described later in detail.

【0022】この本体部1には、たとえばブロア2によ
りガス供給管3を介して低温のガスが供給される。な
お、4はガスの流量検出器、5は制御用の弁機構であ
り、図示しない制御装置に信号を送り、またこの制御装
置により制御される。また、この本体部1内で熱交換さ
れた高温のガスは、ガス排出管6を介して排出される。
なお、このガス排出管6の途中には。サイクロンセパレ
ータ7が設けられ、このガス中に粒子が不所望に混入し
た場合には、この粒子を確実に分離する。
A low-temperature gas is supplied to the main body 1 through a gas supply pipe 3 by, for example, a blower 2. Reference numeral 4 denotes a gas flow detector, and reference numeral 5 denotes a control valve mechanism, which sends a signal to a controller (not shown) and is controlled by the controller. The high-temperature gas that has undergone heat exchange in the main body 1 is discharged via a gas discharge pipe 6.
In the middle of the gas discharge pipe 6. A cyclone separator 7 is provided, and when particles are undesirably mixed into the gas, the particles are reliably separated.

【0023】また、図中の8は、高温の粒子を一時的に
貯蔵するホッパである。このホッパ8内には、たとえば
高温の粒子を排出する設備、または核融合炉の冷却材の
固気混相流から分離された高温の粒子等が供給される。
そして、このホッパ8内に貯溜された高温の粒子は、図
示しない供給機構により上記の本体部1内に供給され
る。なお、このホッパ8の下部には、高温の粒子の供給
量を制御する弁機構9が設けられている。
Reference numeral 8 in the figure denotes a hopper for temporarily storing high-temperature particles. The hopper 8 is supplied with, for example, equipment for discharging high-temperature particles or high-temperature particles separated from a solid-gas multiphase flow of a coolant of a fusion reactor.
The high-temperature particles stored in the hopper 8 are supplied into the main body 1 by a supply mechanism (not shown). In addition, a valve mechanism 9 for controlling the supply amount of high-temperature particles is provided below the hopper 8.

【0024】また、この本体部1の下部には、粒子回収
タンク10が接続され、熱交換後に分離された低温の粒
子を回収する。なお、回収された低温の粒子は、図示し
ない移動機構により、この制御弁機構11を介して処理
設備または核融合炉の冷却材中等に送られる。
A particle recovery tank 10 is connected to a lower portion of the main body 1 to recover low-temperature particles separated after heat exchange. The collected low-temperature particles are sent by a moving mechanism (not shown) through the control valve mechanism 11 into the processing equipment or the coolant of the nuclear fusion reactor.

【0025】次に、図2ないし図4を介して上記の本体
部1の構成を説明する。この本体部1は、ガスと粒子を
接触させかつ分離する分離筒20と、その上部に設けら
れこの分離筒内に低温のガスを旋回流として供給する旋
回流供給機構23から構成されている。
Next, the structure of the main body 1 will be described with reference to FIGS. The main body 1 includes a separation tube 20 for bringing gas and particles into contact with each other and separating the gas and particles, and a swirling flow supply mechanism 23 provided at an upper portion thereof and supplying a low-temperature gas into the separation tube as a swirling flow.

【0026】上記の分離筒20は、円筒型の接触筒21
と、この接触筒21の下部に接続され下方に向けて径の
縮小した絞り部22とから構成されている。この分離筒
20は、その中心軸線が略鉛直方向に沿って竪型に設置
されている。また、上記の絞り筒22の下端部すなわち
この分離筒20の下端部は、前記の粒子回収タンク10
の上端部に連通している。
The separation cylinder 20 is a cylindrical contact cylinder 21
And a throttle portion 22 connected to the lower portion of the contact cylinder 21 and having a diameter reduced downward. The separation cylinder 20 is installed vertically with its central axis substantially along the vertical direction. Further, the lower end of the above-described restriction tube 22, that is, the lower end of the separation tube 20 is connected to the particle collection tank 10.
It communicates with the upper end.

【0027】また、上記の接触筒21は、硬質かつ耐熱
性のガラス材料等の透明な材料で形成され、この内部で
の粒子およびガスの挙動を測定できるように構成されて
いる。なお、このような構造は、この実施形態の装置が
試験的な装置であるために採用された構造である。した
がって実機では、この分離筒20は、粒子の寸法や性
状、ガスの種類、粒子の温度、粒子やガスの供給量等の
各種の条件および使用に対応し、後述するようなガスと
粒子の接触および分離が最も効率的に行われるような形
状、寸法に設計されることはもちろんである。
The contact cylinder 21 is made of a transparent material such as a hard and heat-resistant glass material, and is configured so that the behavior of particles and gas inside the contact cylinder 21 can be measured. Note that such a structure is a structure adopted because the device of this embodiment is a trial device. Therefore, in an actual machine, the separation cylinder 20 is adapted to various conditions and uses such as the size and properties of particles, the type of gas, the temperature of particles, and the supply amount of particles and gas. It is needless to say that the shape and dimensions are designed so that the separation is most efficiently performed.

【0028】また、上記の旋回流供給機構23は、この
実施形態の場合には外筒24と内筒25とから構成され
ており、この内筒25は外筒24の内周面に気密をもっ
て密嵌している。そして、この内筒25の外周には、溝
状のガス供給通路26が形成されており、このガス供給
通路26は周方向に連続し、また周方向にわたってその
断面積が連続的に減少するような形状をなしている。ま
た、このガス供給通路26の始端部は、上記の外筒24
の周壁に接線方向に形成された供給口39に接続され、
この供給口39は供給ノズル37を介して前記のガス供
給管3に接続されている。
In the case of this embodiment, the above-mentioned swirling flow supply mechanism 23 is composed of an outer cylinder 24 and an inner cylinder 25. The inner cylinder 25 is airtightly attached to the inner peripheral surface of the outer cylinder 24. They are tightly fitted. A groove-shaped gas supply passage 26 is formed on the outer periphery of the inner cylinder 25. The gas supply passage 26 is continuous in the circumferential direction, and its cross-sectional area is continuously reduced in the circumferential direction. Shape. The start end of the gas supply passage 26 is connected to the outer cylinder 24.
Is connected to a supply port 39 formed tangentially on the peripheral wall of
The supply port 39 is connected to the gas supply pipe 3 via a supply nozzle 37.

【0029】また、このガス供給通路26の下方に位置
する内筒25の外周には、複数の螺旋状のベーン30が
一体に形成されている。また、この内筒24の中心部に
は、ガス出口27が形成されており、このガス出口27
は上記の分離筒20内の上端中心部に下向きに開口して
いる。また、このガス出口27の外側と上記の外筒24
の内周との間には、環状のガス入口28が形成されてお
り、このガス入口28は、上記のガス出口27の外側を
囲んで、上記の分離筒20内の上端部に下向きに開口し
ている。
A plurality of spiral vanes 30 are integrally formed on the outer periphery of the inner cylinder 25 located below the gas supply passage 26. A gas outlet 27 is formed at the center of the inner cylinder 24.
Is opened downward at the center of the upper end in the separation tube 20. The outside of the gas outlet 27 and the outer cylinder 24
An annular gas inlet 28 is formed between the inner periphery of the gas outlet 27 and the gas inlet 28. The gas inlet 28 surrounds the outside of the gas outlet 27 and opens downward at the upper end in the separation tube 20. are doing.

【0030】そして、上記のガス供給通路26内に供給
された低温のガスは、上記のベーン30より旋回流とな
り、上記のガス入口28から下向きに分離筒20内に噴
出される。このように噴出されたガスの旋回流れは、こ
の分離筒20内で上下に反転し、上向きの旋回流となっ
て上記のガス出口27から上方に排出される。なお、こ
の場合に、ガスの旋回流は上記のように上下に反転はす
るが、旋回の方向は同じ方向であることはもちろんであ
る。
The low-temperature gas supplied into the gas supply passage 26 is swirled by the vane 30 and is ejected downward from the gas inlet 28 into the separation cylinder 20. The swirling flow of the gas ejected in this manner is turned upside down in the separation tube 20, becomes an upward swirling flow, and is discharged upward from the gas outlet 27. In this case, the swirling flow of the gas is inverted up and down as described above, but the swirling direction is of course the same.

【0031】また、上記のガス出口27の下端開口部の
内周には、所定の形状で拡径したカスプ部38が形成さ
れている。このカスプ部38では、上記のガス入口28
から噴出した下向きのガス流と、上記のガス出口27内
に流入する上向きのガス流が隣接しているため、この部
分にガスの渦が発生する。そして、このカスプ部38
は、このような渦が強く、かつ安定して形成されるよう
な形状に設定されているものである。
A cusp portion 38 having a predetermined shape and an enlarged diameter is formed on the inner periphery of the lower end opening of the gas outlet 27. In the cusp portion 38, the gas inlet 28
Since the downward gas flow ejected from the nozzle and the upward gas flow flowing into the gas outlet 27 are adjacent to each other, a gas vortex is generated in this portion. And this cusp part 38
Is set in such a shape that such a vortex is formed strongly and stably.

【0032】また、上記のガス出口27は、この内筒2
5内を貫通して上方に延長され、この内筒25の上端か
らは筒状のガス出口筒31が一体に突出されている。そ
して、このガス出口筒31の上端部には上昇筒32が接
続され、この上昇筒32は略鉛直上方に延長されてい
る。そして、この上昇筒32の上端部は、縮径ノズル3
6を介して前述のガス排出管6に接続されている。
The gas outlet 27 is connected to the inner cylinder 2.
5 and extends upward, and a cylindrical gas outlet tube 31 projects integrally from the upper end of the inner tube 25. An ascending cylinder 32 is connected to the upper end of the gas outlet cylinder 31, and the ascending cylinder 32 extends substantially vertically upward. The upper end of the ascending tube 32 is
6 is connected to the above-described gas discharge pipe 6.

【0033】また、上記のガス出口27および上昇筒3
2の中心部には、これらの軸方向に沿って略鉛直に粒子
供給管33が設けられている。この粒子供給管33の上
端部は、前述のホッパ8に接続され、高温の粒子が供給
される。また、この粒子供給管33の下端部は、上記の
ガス出口27の開口の中心部において分離筒20内に下
向きに開口し、この下端開口が粒子入口34として形成
されている。なお、この実施形態では、この粒子入口3
4、ガス出口27およびガス入口28は、略同一の高さ
位置に開口しているが、前述の如く、各種の条件に対応
してこれらの開口の高さ位置は適宜設定できるものであ
る。
The gas outlet 27 and the rising cylinder 3
The particle supply pipe 33 is provided substantially vertically along the axial direction at the center of the second. The upper end of the particle supply pipe 33 is connected to the hopper 8 to supply high-temperature particles. The lower end of the particle supply pipe 33 opens downward into the separation tube 20 at the center of the opening of the gas outlet 27, and the lower end opening is formed as a particle inlet 34. In this embodiment, the particle inlet 3
4. The gas outlet 27 and the gas inlet 28 are opened at substantially the same height, but as described above, the height of these openings can be set appropriately according to various conditions.

【0034】また、上記の分離筒20内の中心部には、
上記の粒子出口34の下方にこれとと同心状に粒子分散
体35が設けられている。なお、図示はされていない
が、この粒子分散体はガスおよび粒子の流動を妨げない
適宜のステーにより、所定の位置に保持されている。
In the center of the above-mentioned separation cylinder 20,
Below the particle outlet 34, a particle dispersion 35 is provided concentrically with the particle outlet. Although not shown, the particle dispersion is held at a predetermined position by an appropriate stay that does not hinder the flow of gas and particles.

【0035】この粒子分散体35は、たとえば図4に示
すように、上端および下端部が円錐型に形成され略紡錘
型のものである。そして、この粒子分散体35は、上記
の粒子入口34から下方に放出された粒子の流れを径方
向外側に偏向する。なお、この粒子分散体35は、下端
部も円錐型に形成されているので、この分離筒20内の
中心部の上向きのガスの旋回流を妨げないように構成さ
れている。
As shown in FIG. 4, for example, the particle dispersion 35 has a substantially spindle-shaped upper end and a lower end formed in a conical shape. Then, the particle dispersion 35 deflects the flow of the particles discharged downward from the particle inlet 34 radially outward. Since the lower end of the particle dispersion 35 is also formed in a conical shape, the particle dispersion 35 is configured so as not to hinder the swirling flow of the upward gas in the center of the separation tube 20.

【0036】次に、上記のような熱交換器の作用を説明
する。図5には、この分離筒20内でのガスおよび粒子
の流れの状態を模式的に示す。なお、図5中で矢印線は
ガスの流れ、黒い丸Pは粒子の移動軌跡を示す。上述し
たように、上記のガス供給通路26内に供給された低温
のガスは、この旋回流供給機構のベーン30によって強
い旋回流となり、ガス入口28から分離筒20内に下向
きに噴出し、下降流領域Aを形成する。一方、ガス出口
27はこの分離筒20内の上部に下向きに開口している
ので、このガスはこの分離筒20内の中間部で軸方向す
なわち上下方向の流れら方向が反転し、この分離筒20
の中心部では、ガス出口27に向かう上向きの旋回流が
生じ、上昇流領域が形成される。なお、前述したよう
に、この下降流領域および上昇流領域での旋回流の旋回
方向は同じ方向である。
Next, the operation of the above-described heat exchanger will be described. FIG. 5 schematically shows the state of the flow of gas and particles in the separation cylinder 20. In FIG. 5, the arrow lines indicate the gas flow, and the black circles P indicate the trajectories of the particles. As described above, the low-temperature gas supplied into the gas supply passage 26 is turned into a strong swirling flow by the vane 30 of the swirling flow supply mechanism, and is ejected downward from the gas inlet 28 into the separation cylinder 20 to descend. A flow region A is formed. On the other hand, since the gas outlet 27 is opened downward at the upper part in the separation tube 20, the gas flows in the middle part of the separation tube 20 in the axial direction, that is, the flow direction in the vertical direction is reversed. 20
In the central portion of, an upward swirling flow toward the gas outlet 27 is generated, and an upward flow region is formed. As described above, the swirling direction of the swirling flow in the downward flow region and the upward flow region is the same.

【0037】そして、この分離筒20の上端部の中央に
開口した粒子入口34から下向きに高温の粒子が上昇流
領域B中に供給され、この高温の粒子とガスが接触して
熱交換作用が開始される。また、これとともに、これら
の粒子は、このガスの旋回流とともに旋回し、その遠心
力により径方向外側に移動する。なお、前記の粒子分散
体35によって、これら粒子は、径方向外側にさらに効
率的に偏向される。
Then, high-temperature particles are supplied downward into the upward flow region B from the particle inlet 34 opened at the center of the upper end of the separation tube 20, and the high-temperature particles come into contact with the gas to cause heat exchange. Be started. At the same time, these particles swirl together with the swirling flow of the gas, and move radially outward due to the centrifugal force. The particles are more efficiently deflected radially outward by the particle dispersion 35 described above.

【0038】これらの粒子は、径方向外側に移動し、さ
らに下降流領域Aに移動する。この下降流領域Aでも、
旋回方向は同じであるため、これら粒子Pはこの下降流
領域Aにおいてもガスと接触して熱交換をしつつさらに
旋回を続け、遠心力により分離筒20の内周面まで到達
する。そして、これら粒子はこの分離筒20の内周面に
沿って旋回を続け、重力および下降流領域Aの下向きの
ガス流れにより次第に下方に移動し、前述した粒子回収
タンク10内に回収される。
These particles move outward in the radial direction, and further move to the downflow region A. In this downward flow region A,
Since the swirling direction is the same, these particles P also continue to swirl in the downflow region A while contacting the gas and exchanging heat, and reach the inner peripheral surface of the separation tube 20 by centrifugal force. Then, these particles continue to swirl along the inner peripheral surface of the separation cylinder 20, and gradually move downward by gravity and the downward gas flow of the descending flow area A, and are collected in the above-described particle collection tank 10.

【0039】また、図5に示すように、この下降流領域
Aと上昇流領域Bとの間には、前述した渦が発生し、こ
の渦に捕捉された粒子が、カスプ部38の内面またはガ
ス出口27の内面に衝突して下方外側に流れる境界点す
なわち壁面への再付着点Rが形成され、この再付着点R
より下方の領域まで移動した粒子は、最終的にこの分離
筒20の内周面に沿って下方に移動して粒子回収タンク
10に回収される。したがって、粒子入口34、ガス出
口27、ガス入口28等の位置や寸法、分離筒20の形
状寸法等を各種の条件に対応して適切に設定することに
より、粒子入口34から供給された粒子が確実にこの再
付着点Rより下方まで移動するように設定すれば、粒子
をほぼ完全に分離することも可能である。
As shown in FIG. 5, the above-mentioned vortex is generated between the descending flow region A and the ascending flow region B, and the particles trapped by the vortex cause the inner surface of the cusp portion 38 or A boundary point that collides with the inner surface of the gas outlet 27 and flows downward and outward, that is, a reattachment point R to the wall surface is formed.
The particles that have moved to a lower region eventually move downward along the inner peripheral surface of the separation tube 20 and are collected in the particle collection tank 10. Therefore, by appropriately setting the positions and dimensions of the particle inlet 34, the gas outlet 27, the gas inlet 28, etc., and the shape and size of the separation tube 20 in accordance with various conditions, the particles supplied from the particle inlet 34 can be reduced. If it is set so as to surely move below the reattachment point R, the particles can be almost completely separated.

【0040】なお、上記のような粒子の分離特性は、上
記のような再付着点Rにのみ影響されるものではない。
一般に上記のベーン30の角度を浅くして、より浅い角
度でガスを噴出したり、また分離筒20の径を大きくす
れば、この粒子の分離効率は向上する。
The above-described particle separation characteristics are not affected only by the reattachment point R as described above.
Generally, if the angle of the vane 30 is made shallow and gas is ejected at a shallower angle, or if the diameter of the separation tube 20 is increased, the efficiency of separating these particles is improved.

【0041】次に、この熱交換器の熱交換の特性を説明
する。図6には、ガスおよび粒子の移動量たとえば粒子
入口34からの距離と、これらの温度の変化を示す。図
中、pは粒子の温度変化特性、gはガスの温度変化特性
を示す。この図から明らかなように、ガス入口から流入
して粒子と熱交換を開始したガスの温度は、下降流領域
では並行流型の特性であるが、上昇流領域では直交流型
の特性を示し、ガスは最後に供給された直後の高温の粒
子に接触して排出される。なお、この実施形態ではガス
流が反転する領域ではガスと粒子は接触しないので、ガ
スの温度は図中のq点からq´点まで移行する。
Next, the heat exchange characteristics of the heat exchanger will be described. FIG. 6 shows the amount of movement of the gas and the particles, for example, the distance from the particle inlet 34 and the change in the temperature thereof. In the figure, p indicates the temperature change characteristics of the particles, and g indicates the temperature change characteristics of the gas. As is clear from this figure, the temperature of the gas flowing from the gas inlet and starting to exchange heat with the particles has a parallel flow type characteristic in the downflow region, but shows a cross-current type characteristic in the upflow region. The gas is discharged in contact with the hot particles just after the last supply. In this embodiment, since the gas and the particles do not come into contact with each other in the region where the gas flow is reversed, the temperature of the gas shifts from point q to point q ′ in the drawing.

【0042】この熱交換器の特性は、上述の如く純粋な
向流型ではないが、純粋な並行流型より不可逆損失の少
ない熱交換体系であり、向流型に近い熱交換効率が達成
可能である。
Although the heat exchanger is not a pure countercurrent type as described above, it is a heat exchange system with less irreversible loss than a pure parallel flow type, and a heat exchange efficiency close to the countercurrent type can be achieved. It is.

【0043】また、この熱交換器における熱交換性能に
ついて一般的に示すと、粒子およびガスの質量流量をG
s,Gg[kg/s]、これらの比熱をCs,Cg[J
/kgK]、これらの入口および出口の温度差をΔT
s,ΔTg[K]とすれば、これらの交換熱量は GsCsΔTs=GgCgΔTg (1) となる。微細な粒子とガスとの間の伝熱は良好で通常の
熱通過抵抗に相当する不可逆損失は小さいから、理想的
な向流型熱交換器の場合に不可逆損失を最小にするに
は、ΔTs=ΔTgが必要で、(1)式と併せて Γth=(GsCs)/(GgCg)=Γ(Cs/Cg) =ΔTg/ΔTs=1 (2) となる。ここで混合熱ローディング比Γthは、吹き込
みガス熱容量流量[J/s・K]と単位時間あたりの供
給粒子熱容量[J/s・K]の比で定義される。すなわ
ち、混合熱ローディング比が1近傍での使用が熱交換性
能の点からは好ましい。
In general, the heat exchange performance of this heat exchanger is described as follows.
s, Gg [kg / s], and these specific heats are converted to Cs, Cg [J
/ KgK], and the temperature difference between these inlet and outlet is ΔT
Assuming that s and ΔTg [K], these exchanged heat amounts are as follows: GsCsΔTs = GgCgΔTg (1) Since the heat transfer between the fine particles and the gas is good and the irreversible loss corresponding to the normal heat passage resistance is small, in order to minimize the irreversible loss in an ideal countercurrent heat exchanger, ΔTs = ΔTg is required, and together with the expression (1), Γth = (GsCs) / (GgCg) = Γ (Cs / Cg) = ΔTg / ΔTs = 1 (2) Here, the mixed heat loading ratio Δth is defined as the ratio of the heat capacity of the blown gas [J / s · K] to the heat capacity of the supplied particles per unit time [J / s · K]. That is, use at a mixed heat loading ratio of around 1 is preferable from the viewpoint of heat exchange performance.

【0044】さらに、粒子が高濃度(混合熱ローディン
グ比が1以上)の条件下でこの熱交換装置を使用する場
合には、粒子入口34から供給された粒子は高濃度を保
ったまま、ほぼ直線的に粒子回収タンク10に落下して
しまう。このため、ガス入口28から導入されたガスは
この粒子の高濃度領域には接触せず、導入直後に粒子と
わずかに接触するだけでガス出口27に流れ、これらの
混合が十分に行われなくなる。
Further, when this heat exchange apparatus is used under the condition of high particle concentration (mixing heat loading ratio is 1 or more), particles supplied from the particle inlet 34 are maintained at a high concentration while maintaining a high concentration. It falls into the particle collection tank 10 linearly. For this reason, the gas introduced from the gas inlet 28 does not come into contact with the high concentration region of the particles, but flows into the gas outlet 27 with only slight contact with the particles immediately after the introduction, and the mixing thereof is not sufficiently performed. .

【0045】このような不具合を改善するには、前述し
た粒子分散体35を備えることが好ましい。上記の粒子
入口34から供給された高濃度の粒子は、この粒子分散
体35により径方向外側に偏向されてガス中に稀薄な雲
状に拡散され、ガスと良好に接触し、これら粒子の大き
な比表面積により高効率の熱伝達が達成される。なお、
この実施形態の粒子分散体35は、上端部および下端部
がテーパ状の円錐型をなしているので、上記のように粒
子の流れを確実に径方向外側に拡散できるとともに、下
方からのガス流を妨げないという利点がある。
In order to improve such disadvantages, it is preferable to provide the above-mentioned particle dispersion 35. The high-concentration particles supplied from the particle inlet 34 are deflected radially outward by the particle dispersion 35 and diffused in a gas into a thin cloud, and come into good contact with the gas. High specific efficiency is achieved by the specific surface area. In addition,
In the particle dispersion 35 of this embodiment, since the upper end and the lower end have a tapered conical shape, the flow of particles can be reliably diffused radially outward as described above, and the gas flow There is an advantage of not hindering.

【0046】なお、上記の粒子分散体35の効果を確認
するために行った試験の結果を図7ないし図10に示
す。この試験では、上述の実施形態の装置において、粒
子として粒径56μmのガラスビーズを使用し、試験を
通して低温のガスの吹き込み速度を12m/sに、熱混
合ローデイング比は1近傍に維持した。また、粒子およ
びガスの入口および出口にそれぞれ2個の熱電対温度計
を設けて、また装置内の温度分布を測定するために各箇
所に6個の熱電対温度計を設け、温度の時系列データを
収集し、伝熱性能を求めた。
The results of a test performed to confirm the effect of the above particle dispersion 35 are shown in FIGS. In this test, glass beads having a particle diameter of 56 μm were used as the particles in the apparatus of the above-described embodiment, the blowing speed of the low-temperature gas was maintained at 12 m / s, and the hot-mixing loading ratio was kept close to 1 throughout the test. In addition, two thermocouple thermometers are provided at the inlet and the outlet of the particles and the gas, respectively, and six thermocouple thermometers are provided at each location to measure the temperature distribution in the apparatus. Data was collected and heat transfer performance was determined.

【0047】図7および図8は、上記の粒子分散体35
を取外し、混合熱ローディング比Γthが1.1の高濃
度で粒子を供給した場合のものである。この場合には、
図7に示すように、時間が経過しても供給した粒子と回
収した粒子との温度差、およびガス入口の温度とガス出
口の温度差があまり大きくならず、図8に示すように粒
子温度が210°Cから100°Cまでしか低下せず、
またガス温度も35°Cから65°Cまでしか上昇せ
ず、このガス出口の温度が回収した粒子温度よりはるか
に低く、十分な熱交換が行われていない。
FIGS. 7 and 8 show the particle dispersion 35 described above.
Is removed, and particles are supplied at a high concentration with a mixed heat loading ratio Δth of 1.1. In this case,
As shown in FIG. 7, the temperature difference between the supplied particles and the recovered particles even after a lapse of time, and the temperature difference between the gas inlet and the gas outlet did not increase so much. Decreases only from 210 ° C to 100 ° C,
The gas temperature also rises only from 35 ° C. to 65 ° C., and the temperature at the gas outlet is much lower than the temperature of the recovered particles, and sufficient heat exchange is not performed.

【0048】これに対して、上述の粒子分散体35を設
けた場合には、図9および図10に示すように、混合熱
ローディング比Γthが1.0の高濃度で粒子を供給し
た場合、図9に示すように、時間が経過とともに供給し
た粒子と回収した粒子との温度差、およびガス入口の温
度とガス出口の温度差が大きくなり、図10に示すよう
に粒子温度が210°Cから70°Cまで低下し、また
ガス温度も30°Cから120°Cまで上昇し、ガス出
口の温度が回収した粒子の温度より大幅に上昇し、高い
効率で熱交換されている。
On the other hand, when the above-mentioned particle dispersion 35 is provided, as shown in FIGS. 9 and 10, when the mixed heat loading ratio Δth is supplied at a high concentration of 1.0, As shown in FIG. 9, the temperature difference between the supplied particles and the recovered particles over time, and the difference between the gas inlet temperature and the gas outlet temperature increases, and as shown in FIG. From 70 ° C. to 70 ° C., the gas temperature also increases from 30 ° C. to 120 ° C., the temperature at the gas outlet rises significantly from the temperature of the recovered particles, and heat exchange is performed with high efficiency.

【0049】なお、上記の試験において、上記の粒子分
散体35を設けた場合、この装置は高い熱交換効率を達
成した。この熱交換装置の熱効率は η=ガスが受け取った熱量/粒子によって供給された熱
量 で定義されるが、上記の装置でも約50%の高い値が得
られた。この実施形態の装置は、前述のように試験的な
小形の装置であり、この装置への流入熱量に対する装置
の熱損失すなわちヒートロスは約25%と高い値であ
る。この装置の熱損失を零として補正計算すると、熱効
率が約86%という高い値が得られた。なお、従来の単
純混合、固気再分離型の固気熱交換器の場合には、装置
への熱損失が実質的に零という条件の場合でも、その熱
効率は50%程度であり、これと比較して本発明の熱交
換器の効率は極めて高いことが明らかである。
In the above test, when the above particle dispersion 35 was provided, this apparatus achieved high heat exchange efficiency. The heat efficiency of this heat exchange device is defined as η = heat received by gas / heat supplied by particles, and the above device also obtained a high value of about 50%. The apparatus of this embodiment is a small test apparatus as described above, and the heat loss, that is, the heat loss of the apparatus with respect to the amount of heat flowing into the apparatus is as high as about 25%. Correction calculation with the heat loss of this device as zero gave a high value of thermal efficiency of about 86%. Incidentally, in the case of the conventional simple mixing, solid-gas re-separation type solid-gas heat exchanger, even under the condition that the heat loss to the apparatus is substantially zero, the heat efficiency is about 50%. In comparison, it is clear that the efficiency of the heat exchanger according to the invention is very high.

【0050】なお、本発明は上記の実施形態には限定さ
れない。前述したように、本発明の熱交換器の実機にお
いては、ガスや粒子の性状、装置の容量および寸法等の
各種の条件に対応して適宜設計されるものである。よっ
て、上記の分離筒、粒子分散体、旋回流発生機構、粒子
やガスの入口および出口の形状および配置等は、これら
の条件に対応して適宜設定され、上記の実施形態には限
定されはない。
The present invention is not limited to the above embodiment. As described above, the actual heat exchanger of the present invention is appropriately designed in accordance with various conditions such as the properties of gas and particles, the capacity and size of the device, and the like. Therefore, the shape and arrangement of the separation cylinder, the particle dispersion, the swirling flow generating mechanism, and the inlet and outlet of the particles and gas are appropriately set according to these conditions, and are not limited to the above embodiment. Absent.

【0051】さらに、本発明は上述のような粒子とガス
との間の熱交換装置には限定されない。本発明は、粒子
とガスを効率的に接触させるとともに、この粒子を確実
かつ効率的に分離できるものであり、この特性により各
種の装置に適用が可能である。たとえば、微粉固体燃料
を燃焼させる燃焼器、粒子とガスとを化学的に反応させ
る各種の化学装置等にも本発明を適用できる。
Furthermore, the present invention is not limited to a heat exchange device between particles and gas as described above. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible to efficiently bring particles and gas into contact with each other and to separate these particles reliably and efficiently. This characteristic allows application to various devices. For example, the present invention can be applied to a combustor that burns fine solid fuel, various chemical devices that chemically react particles and gas, and the like.

【0052】[0052]

【発明の効果】上述のように本発明によれば、分離筒内
に形成される途中で上下に反転した旋回流中で粒子とガ
スの接触および分離が全て終了するので、構造が簡単で
信頼性が高く、またこの分離筒等が小形化され、装置全
体の小形化もが容易となる。そして、たとえば熱交換器
にあっては、ガス入口から供給された低温のガスは、分
離筒内を移動してきた低温の粒子と接触して熱交換され
た後に、ガス出口の近傍において高温の粒子と接触する
ので、向流型の熱交換器と同等の高い熱交換効率が得ら
れる。また、ガスと粒子との化学反応を行う装置では、
粒子入口から供給された粒子は、ガス出口に向かう上向
きの旋回流中を旋回しながら径方向外側に移動するた
め、この領域においては粒子とガスの相対速度が大き
く、これらの間の燃焼や化学反応が効率的に行われる
等、その効果は大である。
As described above, according to the present invention, all the contact and separation of particles and gas are completed in a swirling flow that is turned upside down while being formed in the separation tube, so that the structure is simple and reliable. In addition, the separation cylinder and the like are downsized, and the size of the entire apparatus can be easily reduced. In a heat exchanger, for example, the low-temperature gas supplied from the gas inlet contacts the low-temperature particles that have moved inside the separation tube and undergoes heat exchange, and then the high-temperature particles near the gas outlet. As a result, high heat exchange efficiency equivalent to that of the countercurrent heat exchanger can be obtained. Also, in a device that performs a chemical reaction between gas and particles,
The particles supplied from the particle inlet move radially outward while swirling in an upward swirling flow toward the gas outlet, so that the relative velocity between the particles and the gas is high in this region, and combustion and chemical The effect is great, such as efficient reaction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態の熱交換装置の概略図。FIG. 1 is a schematic diagram of a heat exchange device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の2−2線に沿う要部の縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part along line 2-2 in FIG. 1;

【図3】一実施形態の熱交換装置の要部の分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of a main part of the heat exchange device according to the embodiment.

【図4】粒子分散体の側面図。FIG. 4 is a side view of the particle dispersion.

【図5】分離筒内の粒子およびガスの流れを模式的に示
す図。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the flow of particles and gas in a separation cylinder.

【図6】熱交換性能を示す線図。FIG. 6 is a diagram showing heat exchange performance.

【図7】粒子分散体の無い場合の粒子およびガスの温度
変化を時系列で示す線図。
FIG. 7 is a diagram showing a time series of temperature changes of particles and gas in the case where there is no particle dispersion.

【図8】粒子分散体の無い場合の粒子およびガスの温度
変化を空間的に示す線図。
FIG. 8 is a diagram spatially showing temperature changes of particles and gas in the case where no particle dispersion is provided.

【図9】粒子分散体のある場合の粒子およびガスの温度
変化を時系列で示す線図。
FIG. 9 is a diagram showing a time series of temperature changes of particles and gas in the case where a particle dispersion is present.

【図10】粒子分散体のある場合の粒子およびガスの温
度変化を空間的に示す線図。
FIG. 10 is a diagram spatially showing temperature changes of particles and gas in the case where there is a particle dispersion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 本体部 2 ブロア 8 ホッパ 10 粒子回収タンク 20 分離筒 23 旋回流供給機構 27 ガス出口 28 ガス入口 30 ベーン 33 粒子供給管 34 粒子入口 35 粒子分散体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body part 2 Blower 8 Hopper 10 Particle recovery tank 20 Separation cylinder 23 Swirling flow supply mechanism 27 Gas outlet 28 Gas inlet 30 Vane 33 Particle supply pipe 34 Particle inlet 35 Particle dispersion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F28C 3/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F28C 3/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中心軸線を略鉛直方向に向けて配置され
下部に絞り部を有する分離筒と、この分離筒内にその上
端部の周辺部のガス入口から下方に向けてガスの旋回流
を噴出しこの分離筒内の周辺部に下向きの旋回流の下降
流領域を形成する旋回流供給機構と、上記の分離筒の上
端部の中心部に連通し上記の下降流領域のガスの流れを
反転させてこの分離筒内の中心部に上向きの旋回流の上
昇流領域を形成してこのガスを排出するガス出口と、上
記の分離筒の上端部の中心部に開口し固体粒子を上記の
上昇流領域に供給する粒子入口とを具備し、上記の上昇
流領域に供給された固体粒子はガスと接触して遠心力に
より上記の下降流領域を通過して上記の分離筒の内面ま
で到達して分離されることを特徴とするガスと粒子との
接触分離装置。
1. A separation cylinder arranged with a central axis directed substantially vertically and having a throttle portion at a lower portion, and a swirling flow of gas flowing downward from a gas inlet at a peripheral portion of an upper end portion into the separation cylinder. A swirl flow supply mechanism that forms a downward swirl flow downflow region in the peripheral portion of the separation tube, and communicates with the center of the upper end of the separation tube to flow the gas in the downflow region. A gas outlet for inverting and forming an upward flow region of an upward swirling flow in the center portion of the separation tube to discharge the gas, and opening the center portion of the upper end portion of the separation tube to allow the solid particles to A particle inlet for supplying the ascending flow region, and the solid particles supplied to the ascending flow region contact the gas and pass through the descending flow region by centrifugal force to reach the inner surface of the separation cylinder. A contact separation apparatus for separating gas and particles, wherein the separation is performed by separation.
【請求項2】 前記の分離筒内には、前記の粒子入口の
下方に配置されこの粒子入口から供給される粒子を径方
向外側に分散する粒子分散体が設けられていることを特
徴とする請求項1のガスと粒子との接触分離装置。
2. A particle dispersion, which is disposed below the particle inlet and disperses particles supplied from the particle inlet radially outward in the separation cylinder. An apparatus for separating gas and particles according to claim 1.
【請求項3】 前記の旋回流供給機構は、前記のガス出
口の周囲に配置された複数の螺旋形のベーンを備えてい
るものであることを特徴とする請求項1のガスと粒子と
の接触分離装置。
3. A gas and particle as claimed in claim 1, wherein said swirling flow supply mechanism comprises a plurality of spiral vanes arranged around said gas outlet. Contact separation device.
【請求項4】 前記の上昇流領域に供給された固体粒子
はガスと接触して遠心力により前記の下降流領域を通過
しこのガスと向流形の熱交換をしつつ前記の分離筒の内
面まで到達して分離される熱交換器として構成されてい
ることを特徴とする請求項1のガスと粒子との接触分離
装置。
4. The solid particles supplied to the upward flow region contact the gas, pass through the downward flow region by centrifugal force, and exchange heat with the gas in a counter-current type to form the separation cylinder. 2. The apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is configured as a heat exchanger that reaches the inner surface and is separated therefrom.
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