JP3664632B2 - 熱交換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒状の熱媒体を外部から循環させて、高温気体の顕熱を低温気体に回収する熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
直径１〜３ｍｍ程度の粒状熱媒体を外部から循環させて、排ガス等の高温気体から顕熱を回収し、この回収した顕熱で常温空気等の低温気体を加熱する熱交換装置の例としては、特開昭５４−１３９１６０号公報に開示されたものがある。
【０００３】
この熱交換装置は、図５に示すように、高温気体４１が流通する上部熱交換室４２と、低温気体４３が流通する下部熱交換室４４とが上下に配置され、これらの熱交換室４２、４４が小断面の連通部４５で連通され、各熱交換室４２、４４にそれぞれ多孔板のトレイ４６、４７が複数段に設けられている。粒状の熱媒体４８は、上部熱交換室４２に設けられた投入口４９から投入され、上部熱交換室４２の各トレイ４６、連通部４５、下部熱交換室４４の各トレイ４７へ順次落下し、上部熱交換室４２で高温気体４１から回収した顕熱を、下部熱交換室４４で低温気体４３に放出して、低温気体４３を加熱する。下部熱交換室４４の底に落下した熱媒体４８は排出口５０から外部に取り出され、搬送路５１を通して上部熱交換室４２の投入口４９へ戻されて循環使用される。
【０００４】
この熱交換装置では、前記高温気体４１の排気口５２が、上部熱交換室４２の天井部に５つ設けられている。このため、排気口５２に向かって上昇する高温気体４１の上部熱交換室４２上部における流速分布は比較的均一なものとなり、熱媒体４８が高温気体４１の部分的な強い上昇流で、排気口５２から外部に飛散する恐れは少ない。しかしながら、高温気体４１に燃焼排ガス等を用いる場合は、煤塵や有害ガスを除去処理する必要があり、この処理のためには、高温気体４１の排気口５２を一つにした方が便利である。
【０００５】
前記高温気体の排気口を一つにすると、後述する実施形態の比較例である図４（ｂ）に示すように、上部熱交換室５３の上部における高温気体１は、上部熱交換室５３の中央部で強い上昇流となり、最上段のトレイ５４上で流動する熱媒体が天井に設けられた排気口５５から飛散しやすくなる。この熱媒体の飛散を防止するためには、図に示すように、空塔高さを高くしてトレイ５４から天井までの距離を長くする必要があり、設備費が高くなる問題がある。
【０００６】
この問題に対して、特開昭５８−１４２１９１号公報に開示された熱交換装置では、図６に示すように、熱交換室５６の上部に配された伝熱管５７を利用して、伝熱管５７に傾斜フィン５８を設け、このフィン５８に熱媒体５９を衝突させて、天井排気口６０からの熱媒体５９の飛散を防止するようにしている。しかしながら、図４（ｂ）に示したように、熱源となる高温気体は熱交換室５６の中央部で強い上昇流となるので、熱媒体５９がこの強い上昇流に乗って、中央部のフィン５８の間を通って排気口６０から飛散する恐れがある。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、熱媒体が上部熱交換室の天井排気口から飛散しない熱交換装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、高温気体が流通する上部熱交換室と、低温気体が流通する下部熱交換室とが上下に設けられ、上部熱交換室の下部と下部熱交換室の上部が小断面の連通部で連通され、各熱交換室にトレイが複数段に設けられ、前記上部熱交換室に設けられた熱媒体の投入口から投入される熱媒体を、前記上部熱交換室の各トレイ、連通部、下部熱交換室の各トレイ、下部熱交換室の底へと順次落下させて、前記各熱交換室を流通する気体と熱交換させ、熱交換した熱媒体を外部経路から循環させる熱交換装置において、前記高温気体が廃棄物を処理したときに生じる高温排ガスであり、前記上部熱交換室の天井部に前記高温気体の排気口を一つ設け、この排気口の下方に、前記熱媒体の飛散を防止する飛散防止板を設けた構成を採用したのである。
【０００９】
すなわち、上部熱交換室の天井排気口の下方に飛散防止板を設けることにより、排気口の下方に生じる高温気体の強い上昇流を飛散防止板の周囲に迂回させ、熱媒体がこの強い上昇流によって、排気口から外部に飛散しないようにしたのである。すなわち、高温気体は飛散防止板の周囲を迂回してから、排気口に向かって上昇するが、飛散防止板の周囲に向かう上昇流に乗る熱媒体は、その慣性力のために、そのまま上部熱交換室の内壁に向かって斜めに上昇し、内壁に当たって落下する。なお、高温気体は、一般廃棄物や産業廃棄物等の廃棄物を、焼却炉で焼却、溶融炉で溶融、または熱分解炉で分解させたときに発生する、タールや塩化物等の付着性物質を含む、高温の排ガスである。
【００１０】
また、前記飛散防止板の板面に多数の貫通孔を設けることにより、高温気体はこの貫通孔からも上昇するので、高温気体の上昇流の強さを緩和することができる。
【００１１】
さらに、前記飛散防止板の板面における前記貫通孔で占められる貫通面積比率を、前記上部熱交換室の内壁側に近い部位ほど大きくすることにより、前記高温気体の上昇流の強さの分布をより均一にすることができる。貫通面積比率を大きくする手段としては、貫通孔の孔径を大きくする方法、貫通孔の配置ピッチを小さくする方法、これら両者を組み合わせる方法等を採用することができ、これら貫通孔の孔径や配置ピッチを飛散防止板の板面内で異なったものとすればよい。
【００１２】
なお、例えば特開昭５６−１１９８９号公報に開示されたような、熱媒体を内部循環させる噴流層式熱交換装置では、図７に示すように、熱交換室６１の中にドラフトチューブ６２と衝突板６３が設けられる。熱媒体６４は通気口６５から供給される高温気体６６により、ドラフトチューブ６２の中を上昇しながら加熱され、陣笠状の衝突板６３に衝突して、ドラフトチューブ６２の周囲に分散落下し、伝熱管６７の中を流れる水に熱を伝達する。この衝突板６３は、熱媒体６４に付着する高温気体６６中のタールが炭化したものを剥離させる効果もあるとしている。熱を放出した熱媒体６４は、ドラフトチューブ６２の下端からドラフトチューブ６２の中に入って、熱交換室６１内を循環する。熱交換室６１の外に設けられた熱媒体６４の抜出管６８と導入管６９、およびサイクロン７０は、熱交換室６１内の熱媒体６４の量を調節するためのものであり、温度センサ７１で排気口７２での高温気体６６の温度を検出し、制御装置７３でこの検出結果に基づいて抜出管６８と導入管６９のバルブ７４、７５を開閉するものである。
【００１３】
前記衝突板６３は、結果として排気口７２の下方に位置しているが、上述したように、熱媒体をドラフトチューブ６２の周囲に分散落下させるための必須部材であり、上述した本発明の飛散防止板とは、目的、機能とも異なる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４に基づき、この発明の実施形態を説明する。この熱交換装置は、図１に示すように、燃焼排ガスの高温気体１が流通する上部熱交換室２と、低温気体３が流通する下部熱交換室４が上下に配置され、これらの熱交換室２、４が連通管（連通部）５で連通され、各熱交換室２、４に、それぞれ多孔板のトレイ６、７が複数段に設けられている。粒状の熱媒体８は、上部熱交換室２の上部に設けられた投入口９から投入され、上部熱交換室２の各トレイ６、連通管５、下部熱交換室４の各トレイ７、下部熱交換室４の底へと順次落下し、上部熱交換室２を通気口１０から排気口１１へと流通する高温気体１との接触で顕熱を回収し、下部熱交換室４を通気口１２から排気口１３へと流通する低温気体３に回収した顕熱を放出して、低温気体３を加熱する。
【００１５】
前記下部熱交換室４の底に落下した熱媒体８は、底部に設けられた排出口１４からエゼクタ１５に排出され、ブロア１６で送風される空気で搬送管１７を通してホッパ１８に戻され、前記投入口９から再び上部熱交換室２に投入される。
【００１６】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記上部熱交換室２は円形断面を有し、天井部に一箇所設けられた排気口１１の下方に、熱媒体８の飛散を防止する円板状の飛散防止板１９が配置されている。高温気体１は、図２（ａ）中に実線の矢印で示すように、飛散防止板１９の周囲を迂回してから、排気口１１に向かって上昇し、この上昇流に乗る熱媒体８は、一点鎖線の矢印で示すように、上部熱交換室２の内壁２０に向かって斜めに上昇し、内壁２０に当たって最上段のトレイ６上へ落下する。
【００１７】
図３（ａ）、（ｂ）は、前記飛散防止板１９の変形例を示す。図３（ａ）の飛散防止板２１は、円形の板面に多数の貫通孔２２が設けられ、これらの貫通孔２２の孔径が外周側ほど大きく形成されたものである。図３（ｂ）の飛散防止板２３は、同じく円形の板面に多数の貫通孔２４が設けられ、これらの貫通孔２４の配置ピッチが外周側ほど小さく形成されたものである。これらの飛散防止板２１、２３では、高温気体１が各貫通孔２２、２４からも上昇し、貫通孔２２、２４を通る高温気体１の流量は、各飛散防止板２１、２３の外周側ほど多くなる。
【００１８】
図４（ａ）は、前記貫通孔２４を有する飛散防止板２３を上部熱交換室２に配置したときの、高温気体１の上昇流の分布を示す。図４（ｂ）は、比較例として、飛散防止板がない場合の高温気体１の上昇流の分布を示す。前述したように、飛散防止板がない場合は、上部熱交換室５３の中央部で高温気体１は強い上昇流となり、この上昇流による熱媒体の飛散を防止するために、空塔高さを高くする必要がある。飛散防止板２３を配置した図４（ａ）の場合は、前記貫通孔２４を通る高温気体１の流量が上部熱交換室２の中央部ほど少なくなるので、高温気体１が周囲へ逃げ、図中に矢印で示すように、高温気体１の上昇流の分布は均一化される。
【００１９】
上述した実施形態では、飛散防止板を平坦な円板状のものとしたが、上部熱交換室や高温気体の排気口の断面形状に応じて、矩形や長円形等の飛散防止板とすることもでき、平坦ではなく陣笠形状等の立体形状のものとすることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、この発明の熱交換装置は、上部熱交換室の天井排気口の下方に飛散防止板を設け、排気口の下方に生じる高温気体の強い上昇流を飛散防止板の周囲に迂回させるようにしたので、空塔高さを高くすることなく、熱媒体が排気口から飛散するのを防止することができる。また、前記飛散防止板の板面に多数の貫通孔を設けることにより、高温気体の上昇流の強さを緩和することができ、さらに、この貫通孔で占められる貫通面積比率を、上部熱交換室の内壁側に近い部位ほど大きくすることにより、上昇流の強さの分布をより均一にすることができ、熱媒体の飛散をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換装置の実施形態を示す概略縦断正面図
【図２】ａは図１の要部を拡大して示す縦断面図、ｂはａのII−II線に沿った断面図
【図３】ａ、ｂは、それぞれ図２の飛散防止板の変形例を示す縦断面図
【図４】ａ、ｂは、実施形態と比較例における高温気体上昇流の分布の違いを説明する縦断面図
【図５】従来の熱交換装置を示す概略縦断正面図
【図６】他の従来の熱交換装置を示す概略縦断正面図
【図７】異なる形式の従来の熱交換装置を示す概略縦断正面図
【符号の説明】
１ 高温気体
２ 熱交換室
３ 低温気体
４ 熱交換室
５ 連通管
６、７ トレイ
８ 熱媒体
９ 投入口
１０ 通気口
１１ 排気口
１２ 通気口
１３ 排気口
１４ 排出口
１５ エゼクタ
１６ ブロア
１７ 搬送管
１８ ホッパ
１９ 飛散防止板
２０ 内壁
２１ 飛散防止板
２２ 貫通孔
２３ 飛散防止板
２４ 貫通孔

Claims (2)

1. 高温気体が流通する上部熱交換室と、低温気体が流通する下部熱交換室とが上下に設けられ、上部熱交換室の下部と下部熱交換室の上部が小断面の連通部で連通され、各熱交換室にトレイが複数段に設けられ、前記上部熱交換室に設けられた熱媒体の投入口から投入される熱媒体を、前記上部熱交換室の各トレイ、連通部、下部熱交換室の各トレイ、下部熱交換室の底へと順次落下させて、前記各熱交換室を流通する気体と熱交換させ、熱交換した熱媒体を外部経路から循環させる熱交換装置において、前記高温気体が廃棄物を処理したときに生じる高温排ガスであり、前記上部熱交換室の天井部に前記高温気体の排気口を一つ設け、この排気口の下方に、前記熱媒体の飛散を防止する飛散防止板を設け、この飛散防止板の板面に多数の貫通孔を設けたことを特徴とする熱交換装置。
2. 前記飛散防止板の板面における前記貫通孔で占められる貫通面積比率を、前記上部熱交換室の内壁側に近い部位ほど大きくした請求項１に記載の熱交換装置。

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