JP3426675B2 - 整流装置 - Google Patents
整流装置Info
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Classifications
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/4314—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor with helical baffles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01F25/4315—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being deformed flat pieces of material
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- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
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-
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- B01J2219/326—Mathematical modelling
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、排ガスの脱硝・脱硫装
置や化学反応器など流体流路の一定の区間内に均一な流
れを得る必要のある装置に適用する、整流装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】排ガスの脱硝・脱硫装置や化学反応器な
ど、流体の流れの中において化学反応プロセスを必要と
する装置の場合、効率よく目的の反応を生じさせるため
には、流体の速度・温度・反応物質の濃度分布を一定範
囲内に制御する必要のある場合が多い。 【０００３】しかしながら、通常これらの装置は、複雑
なダクト系や３次元的な配管の中に位置している場合が
多く、このためダクトや配管の曲り、拡大・縮小などに
より流れに大きなアンバランスが発生し、結果として反
応性能が低下しているケースが多く見受けられる。 【０００４】この対策として従来は、反応装置の上流側
に乱流格子や多孔板などを設置して流れを攪拌・混合
し、整流効果を高めようとする方式が一般に用いられて
いる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来方式で
は、下記のような問題点があった。ダクトや配管内の流
れの中で流速・温度分布及び濃度分布を均一とするため
には、エネルギー・温度・物質の混合・拡散を促進する
必要があり、流れの中に、極力大きな乱れ（渦）を作る
必要がある。 【０００６】しかし、従来からよく利用されている円柱
または角柱を組み合わせた乱流格子では発生する乱れの
大きさは格子構成要素の大きさに規定されるので、大き
な乱れを得ようとすれば格子構成部材（円柱や角柱）及
び格子間隔を大きくしなければならないためスケールに
物理的に制約があり、かつ圧力損失が増加する欠点があ
った。 【０００７】一方、多孔板は一種の抵抗整流器であるた
め、孔の大きさや間隔を充分考慮することにより流速分
布の均一化には大きな性能を発揮するものの拡散の促進
はあまり期待できず、また圧力損失が大きい欠点があっ
た。 【０００８】圧力損失とは、流れが流体抵抗などにより
失うエネルギーのことで、式−１で定義されるものであ
る。 Δp＝ＣD ・p D ＝ＣD ・r／２g・v2 ・・・・・・・・・・・式−１ ここで Δp ：圧力損失（Kg／ｍ2またはmmＨ2 ０） ＣD ：圧力損失係数 pD ：流体の動圧（Kg／ｍ2またはmmＨ2 ０） g ：重力加速度（＝９．８m/s2） r ：流体の密度（Kg／m3） v ：流体の速度（m/s） 【０００９】格子や多孔板の圧力損失係数ＣD は主とし
て、開口率（流路全体の断面積に対する格子間または孔
部分の流体が通過する面積の占める割合）により定まる
もので、一般的に用いられている開口率４０〜３０％程
度の格子、多孔板の圧力損失係数は３〜６と、かなり大
きい値である。 【００１０】これは、図４に示すように、格子や多孔板
１０は流体の流れを構成部材により一部閉塞し、その後
流に渦を発生させる機構であるために生じる欠点であ
る。 【００１１】本発明はこれら従来方式の欠点を克服し、
エネルギー・温度及び濃度の拡散を同時に促進し、かつ
圧力損失の少ない、高性能整流装置を提供することを目
的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の、本発明に係る整流装置は、流体流路内に設置して、
同流体の流速分布を均一に整流する格子型の整流装置に
おいて、前記流体流れの下流側に頂点を持った４角錐の
対向２面を形成するよう配置された２枚の３角板と、前
記頂点と頂点を接し、前記流体流れの下流側に底面が位
置する４角錐の対向２面で、前記上流側の対向２面と９
０度向きが捩られた対向２面を形成する３角板とによっ
て構成された格子要素を、流体流路内に配置された全て
の格子要素において隣接する格子要素の向きを９０度ず
つ変えて流体流れに直角方向に並設し、前記４角錐の底
面が格子を形成するよう接続すると共に、当該格子要素
の流体流れに直角方向の幅（Ｂ）と流体流れに平行方向
の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）が１．５〜２．０の範囲に
あることを特徴とする。 【００１３】 【００１４】 【作用】３角板を組み合わせた整流器の場合、上流から
の流れは整流器内部を通過する際に、４角錐の開口面方
向に斜めに曲げられ、かつ開口面が９０度ずつ方向が異
なっていることから流れと直角方向の旋回成分が与えら
れ、斜めに配置された３角板の後流側に渦が発生し、結
果として大きな乱れを得ることができる。 【００１５】 【００１６】このような、流れを旋回させることによっ
て発生する渦流は、３角板が構成する４角錐の流れ方向
への高さが低い場合には強い乱れとなって混合効果は大
きいが、４角錐の高さが高い場合には渦流は弱く混合効
果も小さい。 【００１７】但し、圧力損失も発生する渦の強さに比例
するため、低い圧力損失で大きな混合効果を得ようとす
るには、格子構成要素の流れに直角方向の幅（Ｂ）と３
角板格子の場合には構成する２個の４角錐の流れ方向の
長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）をある特定の範囲内に設定す
る必要がある。 【００１８】ここで、流速の整流効果及び温度や濃度の
混合効果を式−２のように定義する。 Ｋ＝Ｌmax−Ｌmin／Ｇmax−Ｇmin ・・・・・・・・・・・・式−２ ここでＫ ：流速・温度・濃度の均一効果の指標 Ｇmax ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度
の最大値 Ｇmin ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度
の最小値 Ｌmax ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最
大値 Ｌmin ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最
小値 【００１９】３角板（４角錐）格子について、Ｌ／Ｂを
種々変化させ、均一効果指標Ｋを実験により求めた結果
を図５に示す。図３のように、３角板（４角錐）格子の
Ｌ／Ｂが１．５以下では圧力損失係数ＣＤが大きく、ま
たＬ／Ｂが２．０以上では混合性能（均一効果の指標の
逆数１／Ｋ）が急激に低下するため、低い圧力損失と高
い混合性能を満足する範囲はＬ／Ｂ＝１．５〜２．０の
範囲である。この範囲での圧力損失係数は、３角板（４
角錐）格子では１．１と、従来の多孔板などに比べて極
めて小さい値であり、低圧力損失と高い混合性能の両者
が同時に満足されることがわかる。 【００２０】 【実施例】以下添付図面に基づいて、本発明の一実施例
を説明する。図１は本発明に係る整流装置の第一実施例
の要部構成図で、図２はその全体構成図である。 【００２１】図１は３角板（４角錐）格子の整流器の構
成要素を示すもので、上流側に２枚の３角板１で４角錐
の２対向面を形成し、さらに下流側には上流の４角錐と
頂点を接し、かつ９０度方向をずらして２枚の３角板２
で４角錐の２対向面を形成しており、格子の幅と長さの
比（Ｌ／Ｂ）は１．５〜２．０の範囲とされている（図
５参照）。 【００２２】図２は図１の格子構成要素を、隣接する格
子構成要素の向きを９０度ずつ変えて並設して、１６個
組み合わせた整流器の１例であり、このように構成要素
を組み合わせてゆくことにより、任意の断面積を有した
整流器を形成することができる。 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は、格子構成要素の幅（Ｂ）と長さ（Ｌ）の比（Ｌ／
Ｂ）を１．５〜２．０の範囲とすることを特徴としたも
のであり、それ以外は上記実施例に限定されるものでは
ない。 【００２７】例えば、格子構成要素の絶対寸法は任意で
あり、ダクトや配管の大きさによって種々の大きさの整
流装置を選定することができ、また、本発明の整流装置
を流れ方向に２段以上配置することによって、種々の性
能を有した整流装置を得ることができる。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、格
子板の後流側に大きな渦流が発生するように構成したの
で、エネルギー・温度及び濃度の拡散を同時に促進し、
かつ圧力損失の少ない、高性能整流装置を提供すること
ができる。
置や化学反応器など流体流路の一定の区間内に均一な流
れを得る必要のある装置に適用する、整流装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】排ガスの脱硝・脱硫装置や化学反応器な
ど、流体の流れの中において化学反応プロセスを必要と
する装置の場合、効率よく目的の反応を生じさせるため
には、流体の速度・温度・反応物質の濃度分布を一定範
囲内に制御する必要のある場合が多い。 【０００３】しかしながら、通常これらの装置は、複雑
なダクト系や３次元的な配管の中に位置している場合が
多く、このためダクトや配管の曲り、拡大・縮小などに
より流れに大きなアンバランスが発生し、結果として反
応性能が低下しているケースが多く見受けられる。 【０００４】この対策として従来は、反応装置の上流側
に乱流格子や多孔板などを設置して流れを攪拌・混合
し、整流効果を高めようとする方式が一般に用いられて
いる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上述した従来方式で
は、下記のような問題点があった。ダクトや配管内の流
れの中で流速・温度分布及び濃度分布を均一とするため
には、エネルギー・温度・物質の混合・拡散を促進する
必要があり、流れの中に、極力大きな乱れ（渦）を作る
必要がある。 【０００６】しかし、従来からよく利用されている円柱
または角柱を組み合わせた乱流格子では発生する乱れの
大きさは格子構成要素の大きさに規定されるので、大き
な乱れを得ようとすれば格子構成部材（円柱や角柱）及
び格子間隔を大きくしなければならないためスケールに
物理的に制約があり、かつ圧力損失が増加する欠点があ
った。 【０００７】一方、多孔板は一種の抵抗整流器であるた
め、孔の大きさや間隔を充分考慮することにより流速分
布の均一化には大きな性能を発揮するものの拡散の促進
はあまり期待できず、また圧力損失が大きい欠点があっ
た。 【０００８】圧力損失とは、流れが流体抵抗などにより
失うエネルギーのことで、式−１で定義されるものであ
る。 Δp＝ＣD ・p D ＝ＣD ・r／２g・v2 ・・・・・・・・・・・式−１ ここで Δp ：圧力損失（Kg／ｍ2またはmmＨ2 ０） ＣD ：圧力損失係数 pD ：流体の動圧（Kg／ｍ2またはmmＨ2 ０） g ：重力加速度（＝９．８m/s2） r ：流体の密度（Kg／m3） v ：流体の速度（m/s） 【０００９】格子や多孔板の圧力損失係数ＣD は主とし
て、開口率（流路全体の断面積に対する格子間または孔
部分の流体が通過する面積の占める割合）により定まる
もので、一般的に用いられている開口率４０〜３０％程
度の格子、多孔板の圧力損失係数は３〜６と、かなり大
きい値である。 【００１０】これは、図４に示すように、格子や多孔板
１０は流体の流れを構成部材により一部閉塞し、その後
流に渦を発生させる機構であるために生じる欠点であ
る。 【００１１】本発明はこれら従来方式の欠点を克服し、
エネルギー・温度及び濃度の拡散を同時に促進し、かつ
圧力損失の少ない、高性能整流装置を提供することを目
的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の、本発明に係る整流装置は、流体流路内に設置して、
同流体の流速分布を均一に整流する格子型の整流装置に
おいて、前記流体流れの下流側に頂点を持った４角錐の
対向２面を形成するよう配置された２枚の３角板と、前
記頂点と頂点を接し、前記流体流れの下流側に底面が位
置する４角錐の対向２面で、前記上流側の対向２面と９
０度向きが捩られた対向２面を形成する３角板とによっ
て構成された格子要素を、流体流路内に配置された全て
の格子要素において隣接する格子要素の向きを９０度ず
つ変えて流体流れに直角方向に並設し、前記４角錐の底
面が格子を形成するよう接続すると共に、当該格子要素
の流体流れに直角方向の幅（Ｂ）と流体流れに平行方向
の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）が１．５〜２．０の範囲に
あることを特徴とする。 【００１３】 【００１４】 【作用】３角板を組み合わせた整流器の場合、上流から
の流れは整流器内部を通過する際に、４角錐の開口面方
向に斜めに曲げられ、かつ開口面が９０度ずつ方向が異
なっていることから流れと直角方向の旋回成分が与えら
れ、斜めに配置された３角板の後流側に渦が発生し、結
果として大きな乱れを得ることができる。 【００１５】 【００１６】このような、流れを旋回させることによっ
て発生する渦流は、３角板が構成する４角錐の流れ方向
への高さが低い場合には強い乱れとなって混合効果は大
きいが、４角錐の高さが高い場合には渦流は弱く混合効
果も小さい。 【００１７】但し、圧力損失も発生する渦の強さに比例
するため、低い圧力損失で大きな混合効果を得ようとす
るには、格子構成要素の流れに直角方向の幅（Ｂ）と３
角板格子の場合には構成する２個の４角錐の流れ方向の
長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｂ）をある特定の範囲内に設定す
る必要がある。 【００１８】ここで、流速の整流効果及び温度や濃度の
混合効果を式−２のように定義する。 Ｋ＝Ｌmax−Ｌmin／Ｇmax−Ｇmin ・・・・・・・・・・・・式−２ ここでＫ ：流速・温度・濃度の均一効果の指標 Ｇmax ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度
の最大値 Ｇmin ：整流器が無い場合の流路内の流速・温度・濃度
の最小値 Ｌmax ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最
大値 Ｌmin ：整流器設置後の流路内の流速・温度・濃度の最
小値 【００１９】３角板（４角錐）格子について、Ｌ／Ｂを
種々変化させ、均一効果指標Ｋを実験により求めた結果
を図５に示す。図３のように、３角板（４角錐）格子の
Ｌ／Ｂが１．５以下では圧力損失係数ＣＤが大きく、ま
たＬ／Ｂが２．０以上では混合性能（均一効果の指標の
逆数１／Ｋ）が急激に低下するため、低い圧力損失と高
い混合性能を満足する範囲はＬ／Ｂ＝１．５〜２．０の
範囲である。この範囲での圧力損失係数は、３角板（４
角錐）格子では１．１と、従来の多孔板などに比べて極
めて小さい値であり、低圧力損失と高い混合性能の両者
が同時に満足されることがわかる。 【００２０】 【実施例】以下添付図面に基づいて、本発明の一実施例
を説明する。図１は本発明に係る整流装置の第一実施例
の要部構成図で、図２はその全体構成図である。 【００２１】図１は３角板（４角錐）格子の整流器の構
成要素を示すもので、上流側に２枚の３角板１で４角錐
の２対向面を形成し、さらに下流側には上流の４角錐と
頂点を接し、かつ９０度方向をずらして２枚の３角板２
で４角錐の２対向面を形成しており、格子の幅と長さの
比（Ｌ／Ｂ）は１．５〜２．０の範囲とされている（図
５参照）。 【００２２】図２は図１の格子構成要素を、隣接する格
子構成要素の向きを９０度ずつ変えて並設して、１６個
組み合わせた整流器の１例であり、このように構成要素
を組み合わせてゆくことにより、任意の断面積を有した
整流器を形成することができる。 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は、格子構成要素の幅（Ｂ）と長さ（Ｌ）の比（Ｌ／
Ｂ）を１．５〜２．０の範囲とすることを特徴としたも
のであり、それ以外は上記実施例に限定されるものでは
ない。 【００２７】例えば、格子構成要素の絶対寸法は任意で
あり、ダクトや配管の大きさによって種々の大きさの整
流装置を選定することができ、また、本発明の整流装置
を流れ方向に２段以上配置することによって、種々の性
能を有した整流装置を得ることができる。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、格
子板の後流側に大きな渦流が発生するように構成したの
で、エネルギー・温度及び濃度の拡散を同時に促進し、
かつ圧力損失の少ない、高性能整流装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る整流装置の第一実施例の要部構成
図である。 【図２】同じく全体構成図で同図（ａ）は正面図、
（ｂ）はＡ−Ａ線矢視図である。 【図３】本発明の格子要素と混合性能と圧力損失特性の
実験データを示すもので、（ａ）は３角板の（４角錐）
格子要素の寸法比率図、（ｂ）は混合性能（均一効果指
標）と圧力損失係数の実験データを示す図である。 【図４】従来の格子や多孔板整流装置の渦流発生の概念
図である。 【符号の説明】 １ ３角板 ２ ３角板 ３ 格子板
図である。 【図２】同じく全体構成図で同図（ａ）は正面図、
（ｂ）はＡ−Ａ線矢視図である。 【図３】本発明の格子要素と混合性能と圧力損失特性の
実験データを示すもので、（ａ）は３角板の（４角錐）
格子要素の寸法比率図、（ｂ）は混合性能（均一効果指
標）と圧力損失係数の実験データを示す図である。 【図４】従来の格子や多孔板整流装置の渦流発生の概念
図である。 【符号の説明】 １ ３角板 ２ ３角板 ３ 格子板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 守井 淳
長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重
工業株式会社 長崎造船所内
(72)発明者 内藤 治
長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重
工業株式会社 長崎造船所内
(56)参考文献 特開 平３−241290（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−119355（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−110321（ＪＰ，Ａ)
実開 昭59−150525（ＪＰ，Ｕ)
特表 平３−505303（ＪＰ，Ａ)
西独国特許654827（ＤＥ，Ｂ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F15D 1/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 流体流路内に設置して、同流体の流速分
布を均一に整流する格子型の整流装置において、前記流
体流れの下流側に頂点を持った４角錐の対向２面を形成
するよう配置された２枚の３角板と、前記頂点と頂点を
接し、前記流体流れの下流側に底面が位置する４角錐の
対向２面で、前記上流側の対向２面と９０度向きが捩ら
れた対向２面を形成する３角板とによって構成された格
子要素を、流体流路内に配置された全ての格子要素にお
いて隣接する格子要素の向きを９０度ずつ変えて流体流
れに直角方向に並設し、前記４角錐の底面が格子を形成
するよう接続すると共に、当該格子要素の流体流れに直
角方向の幅（Ｂ）と流体流れに平行方向の長さ（Ｌ）の
比（Ｌ／Ｂ）が１．５〜２．０の範囲にあることを特徴
とした整流装置。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP32697093A JP3426675B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 整流装置 |
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Family Applications (1)
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