JP4558838B1 - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 粒体がスライド壁の先端縁を含む下面に干渉しないように空気を吹き込むことができるようにしスライド壁をはじめ装置内壁の摩耗を抑制して装置の摩耗耐久性を向上させるとともに空気を粒体に均一に吹き込んで粒体と空気との熱交換効率の向上を図る。
【解決手段】 上側の供給口１４ａから加熱された粒体を供給して下側の排出口１４ｂに向けて流下させ下側の給気口２４ａから給気された空気を粒体に吹き込んで粒体と空気との熱交換を行ない空気を上側の排気口１７ａから排気する熱交換部１を備え、熱交換部１を先端縁１５ａが熱交換室１０の中間に位置する上側スライド壁１５及び上側スライド壁１５の下方に設けられる下側スライド壁１６を有し粒体をスライド流下させる傾斜した底壁１２を備えた熱交換室１０を複数連設して構成し、空気を上側スライド壁１５の下面１５ｄに沿って先端縁１５ａに向けて噴射させ先端縁１５ａから上側に向けて噴出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、スラグ粒等の加熱された粒体と空気との熱交換を行なう熱交換装置に係り、特に、上側の供給口から供給された粒体を下側の排出口に向けて流下させるとともに流下する粒体に下から空気を吹き込んで粒体と空気との熱交換を行なう熱交換装置に関する。

従来、この種の熱交換装置としては、例えば、本願出願人が先に提案したものが知られている（特開２００４−５７８８５号公報に掲載）。図１０に示すように、この熱交換装置Ｓａは、上側の供給口１０１から供給された加熱された粒体Ｒａを下側の排出口１０２に向けて流下させるとともにブロア１０３から供給されて下側の給気口１０４から給気された空気を流下する粒体Ｒａに吹き込んで粒体Ｒａと空気との熱交換を行ない空気を上側の排気口１０５から排気する筒状で塔状の熱交換部１００と、熱交換部１００の上部に設けられ供給口１０１から熱交換部１００内に加熱された粒体Ｒａを供給する粒体供給部１１０と、熱交換部１００の下部に設けられ排出口１０２から熱交換後の粒体Ｒａを排出する粒体排出部１２０とを備えて構成されている。
熱交換部１００は、内部空間を部分的に仕切るとともに上面１０６ｂで粒体Ｒａをスライドさせて流下させる傾斜したスライド壁１０６を複数備えて構成されている。このスライド壁１０６は、筒状の熱交換部１００の対向する内壁面１０８から交互に突出し、重なる先端縁１０６ａ間に形成される開口を粒体Ｒａが通過する通過口１０７として構成するとともに、先端縁１０６ａが重なる一方の内壁面１０８側の空間部分と他方の内壁面１０８側の空間部分とを夫々仕切るように形成されている。

この熱交換装置Ｓａを用いて加熱された粒体Ｒａと空気との熱交換を行なうときは、加熱された粒体Ｒａを粒体供給部１１０から供給口１０１を通して熱交換部１００内に供給する。この供給された粒体Ｒａは、供給口１０１から下側に向かって流下し、最上位のスライド壁１０６の上面１０６ｂで受けられてスライドして先端縁１０６ａから流下し、下位のスライド壁１０６の上面１０６ｂで受けられてスライドし通過口１０７を通過して先端縁１０６ａから流下していき、同様に下位のスライド壁１０６に順次流下して最下位のスライド壁１０６から粒体排出部１２０に至る。これにより、複数のスライド壁１０６の上面１０６ｂには、スライド壁１０６の先端縁１０６ａを転換点とした蛇行した粒体層が形成されるようになる。この状態で、ブロア１０３から空気を供給して給気口１０４から熱交換部１００内に空気を供給する。空気が供給されると、最下位のスライド壁１０６の下方に形成された粒体層に空気が吹き込まれ、この空気により粒体Ｒａが吹き上げられるようになる。この吹き上げにより、粒体Ｒａと空気とが熱交換し、粒体Ｒａが冷却されるとともに空気が加熱される。このとき、粒体Ｒａの吹き上げにより、吹き上げられた粒体層部分よりも上部に位置する粒体層が僅かに下降する。そして、最下位のスライド壁１０６の下方に形成された粒体層を通過した空気は、粒体層を通って上昇して通過口１０７を通過し、通過口１０７から上位の空間に形成された粒体層に吹き込まれて粒体Ｒａを吹き上げ、同様に上位の空間に順次吹き込まれて、最上位のスライド壁１０６の上方に形成された粒体層を通過して高温の空気となって排気口１０５から排気される。これにより、各空間で粒体Ｒａが吹き上げられて粒体Ｒａが流動化されて流動層が発生し、粒体Ｒａが徐々に下降して粒体排出部１２０に向かっていく。即ち、複数のスライド壁１０６で仕切られた各空間で粒体Ｒａと空気との熱交換を行なうので、粒体排出部１２０から排出される粒体Ｒａを極めて低温にすることができるとともに、排気口１０５から排気される空気を極めて高温にすることができる。

特開２００４−５７８８５号公報

しかしながら、この従来の熱交換装置Ｓａにおいては、流動層はスライド壁１０６の先端縁１０６ａを転換点として蛇行して形成されるようになり、空気が、この蛇行した粒体層に沿って通過し、この粒体層の粒体Ｒａを吹き上げながら通過口１０７を通って各空間を移動するので、装置内壁に粒体Ｒａが激しく衝突し、特に、先端縁１０６ａを含むスライド壁１０６の下面に粒体Ｒａが激しく衝突し、そのため、スライド壁１０６をはじめ装置内壁が短時間で摩耗しやすく、特に、粒体Ｒａの温度が８００℃以上にも及ぶとその摩耗も益々顕著になり、それだけ、装置Ｓａの摩耗耐久性が低いという問題があった。このため、スライド壁１０６をはじめ装置内壁の寿命が短くなることから、交換頻度が増し、管理が煩雑になっているという問題があった。
また、空気が蛇行した粒体層に沿って通過するので、粒体Ｒａの抵抗が大きくなって空気流が不安定になり、そのため、空気が滞留して粒体層内に均一に吹き込まれないことがあり、装置全体の圧力損失が大きくなり、粒体Ｒａの排出調整、空気吹き込み量の調整といった運転管理が難しく、それだけ、粒体Ｒａと空気との熱交換効率が悪いという問題もあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、粒体がスライド壁の先端縁を含む下面に干渉しないように空気を吹き込むことができるようにし、スライド壁をはじめ装置内壁の摩耗を抑制して装置の摩耗耐久性を向上させるとともに、安定した粒体層形態が出来るように空気を粒体に均一に吹き込んで粒体と空気との熱交換効率の向上を図った熱交換装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の熱交換装置は、上側の供給口から供給された加熱された粒体を下側の排出口に向けて流下させるとともにブロアから供給されて下側の給気口から給気された空気を上記流下する粒体に吹き込んで該粒体と空気との熱交換を行ない該空気を上側の排気口から排気する熱交換部を備えた熱交換装置において、上記熱交換部を、上壁と、上面で上記粒体をスライドさせて流下させる傾斜した底壁と、該底壁の上面が臨み上記粒体が通過する通過口を該粒体の流下方向上流側及び下流側に夫々有した側壁とで囲繞された熱交換室を、上記粒体の流下方向に沿って複数連設して構成し、上記各熱交換室の底壁を、先端縁が上記熱交換室の中間に位置する上側スライド壁と、該上側スライド壁の下方に設けられ下端縁が隣接する下位の熱交換室の上側スライド壁の上端縁に面一に連続する下側スライド壁とで構成し、上記各熱交換室の上側スライド壁の下面側に、空気を上記上側スライド壁の下面に沿わせて該上側スライド壁の先端縁に向けて噴射する噴射口を有し、該噴射口から噴射した空気を該上側スライド壁の先端縁から当該上側スライド壁のある熱交換室の上側に向けて噴出させる空気室を設け、該空気室に空気が流入する流入口を設け、上記各熱交換室の上壁側に、上記噴射口から噴射された空気が流出する流出口を設け、上記下位の熱交換室の流出口と隣接する上位の熱交換室の流入口とを接続し該流出口から流出した空気を該流入口に送給する空気送給管を設け、上記最下位の熱交換室の流入口を上記給気口として構成し、上記最上位の熱交換室の流出口を上記排気口として構成し、上記最上位の熱交換室の上流側通過口を上記供給口として構成し、上記最下位の熱交換室の下流側通過口を上記排出口として構成している。

これにより、加熱された粒体と空気との熱交換を行なうときは、加熱された粒体を供給口から熱交換部内に供給する。この供給された粒体は、最上位の熱交換室において、上側スライド壁の上面をスライドして上側スライド壁の先端縁から流下し、下側スライド壁の上面で受けられて下側スライド壁の上面をスライドして流下していく。この粒体は、通過口から下位の熱交換室に至り、同様に流下して最下位の熱交換室の排出口に至る。これによって、各熱交換室の上側スライド壁の上面及び下側スライド壁の上面に粒体層が形成されるようになる。

この状態で、ブロアから空気を供給して給気口から空気室内に空気を給気する。この給気された空気は、最下位の空気室の噴射口から上側スライド壁の下面に沿って上側スライド壁の先端縁に向けて噴射される。この噴射された空気は、上側スライド壁の先端縁から当該上側スライド壁のある熱交換室の上側に向けて噴出され、この噴出によって粒体を吹き上げる。この吹き上げにより粒体と空気とが熱交換し、粒体が冷却されるとともに空気が加熱される。このとき、粒体の吹き上げにより、吹き上げられた粒体層部分よりも上部に位置する粒体層の粒体が流動して僅かに下降する。そして、最下位の熱交換室内の粒体を吹き上げて通過した空気は、最下位の熱交換室内の上壁側に至り流出口から流出して空気送給管を通って隣接する上位の熱交換室の流入口から上位の熱交換室の空気室内に流入し、同様に熱交換室を通過して順次上位の熱交換室に吹き込まれ、高温の空気となって最上位の熱交換室の排気口から排気される。これによって、各熱交換室で粒体が吹き上げられて粒体が流動化されて流動層が発生し、粒体が徐々に下降して排出口に向かっていく。

この場合、空気室は上側スライド壁の下面側に設けられ、空気は上側スライド壁の下面に沿って噴射されて上側スライド壁の先端縁から熱交換室内の上側に向けて噴出されるので、従来のように空気が粒体層に沿って吹き上がるのではなく、空気が上側スライド壁の先端縁を含む下面を覆いながら粒体層を横切って吹き上がるので、粒体が上側スライド壁の先端縁を含む下面に衝突することがなく、そのため、上側スライド壁の摩耗を抑制することができ、装置の摩耗耐久性を向上させることができる。
特に、上側スライド壁の先端縁には空気の気流の層が生じ、この空気層により粒体が上側スライド壁の先端縁に接触しなくなるので、この先端縁が確実に保護されて摩耗が防止される。
その結果、上側スライド壁の寿命が長くなることから、交換時期が長くなり、それだけ、装置の管理が容易になる。また、空気が上側スライド壁の先端縁から熱交換室の上側に向けて噴出されるので、側壁への粒体の衝突も極めて少なくなり、そのため、側壁の寿命も長くなることから、この点でも、装置の摩耗耐久性を向上させることができる。

また、従来のように空気が粒体層に沿って吹き上がって粒体の抵抗により空気流が不安定になるのと比較して、空気が上側スライド壁の先端縁を含む下面を覆いながら粒体層を横切って吹き上がるので、空気流が安定し、そのため、安定した粒体層形態が出来るように空気を粒体に均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体と空気との熱交換効率を向上させることができる。即ち、装置全体の圧力損失が小さくなるので、粒体の排出調整、空気吹き込み量の調整といった運転管理が極めて容易になる。

そして、必要に応じ、上記空気室の噴射口を、上記上側スライド壁の幅方向に沿い該上側スライド壁の下面と上記下側スライド壁の上面との間隔よりも狭い間隔の偏平状に形成した構成としている。ここで、上側スライド壁の幅方向とは、粒体の流下方向に直交する左右方向のことをいう。
これにより、噴射口が偏平状に形成されているので、流入口から流入した空気は、その流速が増して噴射口から噴射されるとともに、噴射口の幅方向に沿って均一に噴射されるようになる。そのため、より一層空気流が安定し、空気を粒体により一層均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体と空気との熱交換効率をより一層向上させることができる。

また、必要に応じ、上記噴射口を、幅方向に列設される複数のノズルの集合で構成している。
これにより、流入口から流入した空気は、複数のノズルごとに噴射されるので、噴射口の幅方向に沿ってより一層均一に噴射されるようになる。そのため、より一層空気流が安定し、空気を粒体により一層均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体と空気との熱交換効率をより一層向上させることができる。

更に、必要に応じ、上記上側スライド壁に相対して設けられ、上記上位の熱交換室から上記通過口を通過してきた粒体を堰き止めるとともに、上記上側スライド壁上を流下する粒体の厚さを規制する堰板を備えた構成としている。
これにより、上位の熱交換室から通過口を通過して流下してきた粒体は、堰板により堰き止められ、粒体は堰板の下端と上側スライド壁の上面との間で形成される開口から上側スライド壁の先端縁側に向けて流下するようになる。そのため、粒体が堰板よりも上側スライド壁の先端縁側に大量に流下して堆積しにくくなり粒体が詰まる事態を防止でき、それだけ、粒体の流動状態を安定させることができるとともに、噴出した空気の圧力損失を低減させて確実に粒体を吹き上げることができる。また、粒体の厚さを一定に保持することができるので、空気を粒体により一層確実に均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体と空気との熱交換効率をより一層向上させることができる。

更にまた、必要に応じ、上記堰板の上端を、上記通過口を構成する側壁の下端部と略同位に位置させた構成としている。
これにより、上位の熱交換室から通過口を通過して流下してきた粒体が堰板で堰き止められても、通過口を構成する側壁の下端部よりも上に堆積することがなくなり、堰板の下端と上側スライド壁の上面との間で形成される開口からの粒体の流下を円滑に行なわせることができる。また、粒体を吹き上げた空気は、粒体の壁により熱交換室の内部側に向けて吹き上がるので、吹き上げられた粒体は、落下して再び上側スライド壁及び下側スライド壁に至って流下していくようになるが、一部の粒体は、堰板を飛び越えて再び上側スライド壁に至り繰り返し空気に吹き上げられて空気と熱交換され、そのため、熱交換効率が向上させられる。

そして、また、必要に応じ、上記通過口を構成する側壁の下端部を、上記上側スライド壁の先端縁よりも下位に位置させた構成としている。
これにより、噴射口から噴射された空気により、粒体は通過口を構成する側壁の下端部に受け止められて粒体の壁を形成することができ、そのため、この粒体の壁により空気流は上向きになるので、確実に上側スライド壁の先端縁から当該上側スライド壁のある熱交換室内の上側に向けて粒体を吹き上げることができるとともに、粒体が側壁に衝突する事態が防止され、それだけ、側壁が摩耗しにくくなり、装置の摩耗耐久性を向上させることができる。

更に、必要に応じ、上記上側スライド壁の先端縁の少なくとも下側を断面弧状に形成した構成としている。
これにより、噴射口からの空気が弧状面に沿って噴出するので、それだけ抵抗が小さくなり、空気を熱交換室の上側に向けて確実に噴出させることができる。

また、上記目的を達成するため、本発明の熱交換装置に係る熱交換方法は、傾斜したスライド壁の上面に加熱された粒体をスライドさせて該スライド壁の先端縁から流下させ、該流下する粒体に下から空気を吹き込んで該粒体と空気との熱交換を行なう熱交換方法において、上記空気を上記スライド壁の下面に沿わせて上記スライド壁の先端縁に流入させ、該空気を上記先端縁から上側に向けて噴出する構成としている。

これにより、空気はスライド壁の下面に沿ってスライド壁の先端縁に流入し、この流入した空気が先端縁から上側に向けて噴出するので、従来のように空気が粒体層に沿って吹き上がるのではなく、空気がスライド壁の先端縁を含む下面を覆いながら粒体層を横切って吹き上がるので、粒体がスライド壁の先端縁を含む下面に衝突することがなく、そのため、スライド壁の摩耗を抑制することができ、装置の摩耗耐久性を向上させることができる。特に、スライド壁の先端縁には空気の気流の層が生じ、この空気層により粒体がスライド壁の先端縁に接触しなくなるので、この先端縁が確実に保護されて摩耗が防止される。その結果、スライド壁の寿命が長くなることから、交換時期が長くなり、それだけ、装置の管理が容易になる。

本発明の熱交換装置によれば、加熱された粒体を供給口から供給して複数の熱交換室の上側スライド壁及び下側スライド壁上を排出口に至るまで流下させて粒体層を形成した後、空気を上側スライド壁の下面に沿わせてスライド壁の先端縁に向けて噴射させ、この空気をスライド壁の先端縁から熱交換室の上側に向けて噴出させて流下する粒体に下から空気を吹き込んで粒体を吹き上げることにより粒体と空気とを熱交換させ、熱交換後の空気を流出口から流出させて空気送給管を通って隣接する上位の熱交換室の流入口から流入させて同様に熱交換室を通過させ、高温になった空気を排気口から排気させる。この場合、空気室は上側スライド壁の下面側に設けられ、空気は上側スライド壁の下面に沿って噴射されて上側スライド壁の先端縁から熱交換室内の上側に向けて噴出されるので、従来のように空気が粒体層に沿って吹き上がるのではなく、空気が上側スライド壁の先端縁を含む下面を覆いながら粒体層を横切って吹き上がるので、粒体が上側スライド壁の先端縁を含む下面に衝突することがなく、そのため、上側スライド壁の摩耗を抑制することができ、装置の摩耗耐久性を向上させることができる。特に、上側スライド壁の先端縁には空気の気流の層が生じ、この空気層により粒体が上側スライド壁の先端縁に接触しなくなるので、この先端縁を確実に保護して摩耗を防止することができる。その結果、上側スライド壁の寿命が長くなることから、交換時期が長くなり、それだけ、装置の管理を容易にすることができる。また、空気が上側スライド壁の先端縁から熱交換室の上側に向けて噴出されるので、側壁への粒体の衝突も極めて少なくなり、そのため、側壁の寿命も長くなることから、この点でも、装置の摩耗耐久性を向上させることができる。更に、従来のように空気が粒体層に沿って吹き上がって粒体の抵抗により空気流が不安定になるのと比較して、空気が上側スライド壁の先端縁を含む下面を覆いながら粒体層を横切って吹き上がるので、空気流が安定し、そのため、空気を粒体に均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体と空気との熱交換効率を向上させることができる。即ち、装置全体の圧力損失が小さくなるので、粒体の排出調整、空気吹き込み量の調整といった運転管理が極めて容易になる。その結果、排出口の排出量に準じて熱交換室内の粒体移動及び滞留時間をスライドさせやすくなり、そのため、熱交換時間や温度管理も容易にコントロールすることができる。

本発明の実施の形態に係る熱交換装置を空気の流路とともに示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換装置を示す右側面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換室を粒体の移動経路とともに示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係る上側スライド壁の先端縁を示し、（Ａ）は上側及び下側を弧状に形成した図、（Ｂ）は下側のみを弧状に形成した図、（Ｃ）は参考図である。 本発明の実施の形態に係る噴射口を示し、（Ａ）は矩形状に形成した図、（Ｂ）は三角形状に形成した図、（Ｃ）は円形状に形成した図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換装置を、粒体を供給した状態で示す図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換室を、空気を粒体に吹き込んだ状態で示す図である。 本発明の別の実施の形態に係る熱交換装置を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は右側面図である。 従来の熱交換装置の一例を示す図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係る熱交換装置について詳細に説明する。
図１乃至図８には、本発明の実施の形態に係る熱交換装置Ｓを示している。この熱交換装置Ｓは、上側の供給口１４ａから供給された加熱された粒体Ｒを下側の排出口１４ｂに向けて流下させるとともにブロア２から供給されて下側の給気口２４ａから給気された空気Ｋを流下する粒体Ｒに吹き込んで粒体Ｒと空気Ｋとの熱交換を行ない空気Ｋを上側の排気口１７ａから排気する熱交換部１と、熱交換部１の上部に設けられ供給口１４ａから熱交換部１内に加熱された粒体Ｒを供給する粒体供給部３０と、熱交換部１の下部に設けられ排出口１４ｂから熱交換後の粒体Ｒを排出する粒体排出部４０とを備えて構成されている。本実施の形態では、加熱された粒体Ｒとして８００℃〜１０００℃の高温に加熱されたスラグ粒を用いている。

熱交換部１は、矩形状の上壁１１と、上面１２ａで粒体Ｒをスライドさせて流下させる傾斜した底壁１２と、底壁１２の上面１２ａが臨み粒体Ｒが通過する通過口１４を粒体Ｒの流下方向Ｆの上流側及び下流側に夫々有した側壁１３とで囲繞された熱交換室１０を、粒体Ｒの流下方向Ｆに沿って複数連設して構成されている。実施の形態では、熱交換部１を、熱交換室１０を５つ連設して構成している。この複数連設された熱交換室１０の通過口１４のうち、最上位の熱交換室１０の上流側通過口１４が供給口１４ａとして構成され、最下位の熱交換室１０の下流側通過口１４が排出口１４ｂとして構成されている。

この各熱交換室１０の上壁１１には、上壁１１を貫通し後述する噴射口２１から噴射された空気Ｋが流出する円形状の流出口１７が設けられている。この各熱交換室１０に設けられた流出口１７のうち、最上位の熱交換室１０の流出口１７が排気口１７ａとして構成されている。この排気口１７ａには、排気口１７ａからの空気Ｋを熱交換部１外に排気する筒状の排気筒１８が設けられている。

また、各熱交換室１０の底壁１２は、先端縁１５ａが熱交換室１０の中間に位置する上側スライド壁１５と、上側スライド壁１５の下方に設けられ下端縁１６ａが隣接する下位の熱交換室１０の上側スライド壁１５の上端縁１５ｂに面一に連続する下側スライド壁１６とで構成されている。実施の形態では、上側スライド壁１５及び下側スライド壁１６は、その傾斜角度が粒体Ｒの安息角により適度な角度に設定されて平行に設けられている。

この上側スライド壁１５の先端縁１５ａは、その少なくとも下側が断面弧状に形成されている。その形状としては、例えば、図５（Ａ）に示すように、上側スライド壁１５の先端縁１５ａの上側及び下側が円弧状に形成されたもの、図５（Ｂ）に示すように、上側スライド壁１５の先端縁１５ａの下側のみが円弧状に形成され、上側が直線状に形成されたものが挙げられる。
尚、図５（Ｃ）は、参考程度に挙げたものであるが、このように、上側スライド壁１５の先端縁１５ａが断面弧状に形成されていなくても、上側スライド壁１５の先端縁１５ａが当該上側スライド壁１５のある熱交換室１０の上側に向けて形成される壁面を有していれば良く、適宜変更して差し支えない。

更に、各熱交換室１０の通過口１４を構成する側壁１３の下端部１３ａは、上側スライド壁１５の先端縁１５ａよりも下位に位置されている。

更に、各熱交換室１０内には、下端１９ｂが上側スライド壁１５の上面１５ｃに所定距離離間して相対して設けられ、上位の熱交換室１０から通過口１４を通過してきた粒体Ｒを堰き止めるとともに、上側スライド壁１５上を流下する粒体Ｒの厚さを規制する堰板１９が設けられている。この堰板１９は、通過口１４が形成されていない一対の側壁１３に支持されて、通過口１４が形成された側壁１３と平行に設けられており、その上端１９ａが通過口１４を構成する側壁１３の下端部１３ａと略同位に位置されている。また、この堰板１９は、その下端１９ｂと上側スライド壁１５の上面１５ｃとの間で形成される開口１９ｃの高さＨｓと、通過口１４の高さＨｔとが同じ若しくはそれ以下（Ｈｓ≦Ｈｔ）になるように位置されている。

また、各熱交換室１０には、上側スライド壁１５の下面１５ｄ側に、空気Ｋを上側スライド壁１５の下面１５ｄに沿わせて上側スライド壁１５の先端縁１５ａに向けて噴射する噴射口２１を有し、噴射口２１から噴射した空気Ｋを上側スライド壁１５の先端縁１５ａから当該上側スライド壁１５のある熱交換室１０の上側に向けて噴出させる空気室２０が設けられている。この空気室２０は、上側スライド壁１５と、下側スライド壁１６と、下側スライド壁１６の上端縁１６ｃに上側スライド壁１５及び下側スライド壁１６間に垂設される後側壁２２と、後側壁２２から噴射口２１側に向けて延びて上側スライド壁１５及び下側スライド壁１６間に垂設される一対の側部壁２３と、噴射口２１とで囲繞されて構成されており、後側壁２２には、後側壁２２を貫通し空気室２０に空気Ｋが流入する円形状の流入口２４が設けられている。この各熱交換室１０に設けられた流入口２４のうち、最下位の熱交換室１０の流入口２４が給気口２４ａとして構成されている。この給気口２４ａにブロア２が接続されている。このブロア２には、開時にブロア２から給気口２４ａへの空気Ｋの供給を許容し閉時にブロア２から給気口２４ａへの空気Ｋの供給を不能にする空気供給弁３が設けられている。

また、この空気室２０の噴射口２１は、上側スライド壁１５の幅方向に沿い上側スライド壁１５の下面１５ｄと下側スライド壁１６の上面１６ｂとの間隔よりも狭い間隔の偏平状に形成されており、この噴射口２１は、幅方向に列設される複数のノズル２５の集合で構成されている。

このノズル２５は、その形状が、例えば、図６（Ａ）に示すように矩形状に形成されたもの、図６（Ｂ）に示すように三角形状に形成されたもの、図６（Ｃ）に示すように円形状に形成されたものが挙げられる。

また、この熱交換部１には、下位の熱交換室１０の流出口１７と隣接する上位の熱交換室１０の流入口２４とを接続し流出口１７から流出した空気Ｋを流入口２４に送給する空気送給管４が設けられている。この空気送給管４は、熱交換部１の外部にバイパス状に設けられている。

粒体供給部３０は、加熱された粒体Ｒが貯留される粒体供給ホッパ３１と、粒体供給ホッパ３１と最上位の熱交換室１０との間に設けられ粒体供給ホッパ３１からの粒体Ｒを受けて供給口１４ａから最上位の熱交換室１０内に粒体Ｒを供給する粒体供給室３２と、開時に粒体供給ホッパ３１から粒体供給室３２への粒体Ｒの供給を許容し閉時に粒体供給ホッパ３１から粒体供給室３２への粒体Ｒの供給を不能にする粒体供給弁３３とを備えて構成されている。

粒体排出部４０は、最下位の熱交換室１０に隣接して設けられ排出口１４ｂから排出された熱交換後の冷却された粒体Ｒを受けて貯留する粒体排出ホッパ４１と、開時に粒体排出ホッパ４１からの粒体Ｒの排出を許容し閉時に粒体排出ホッパ４１からの粒体Ｒの排出を不能にする粒体排出弁４２とを備えて構成されている。

従って、この実施の形態に係る熱交換装置Ｓを用いて、加熱された粒体Ｒと空気Ｋとの熱交換を行なうときは、以下のようにする。
粒体供給弁３３及び粒体排出弁４２を閉にした状態で、８００℃〜１０００℃の高温に加熱した粒体Ｒとしてのスラグ粒を、粒体供給ホッパ３１に貯留する。この状態で、粒体供給弁３３を開にすると、粒体供給ホッパ３１に貯留された粒体Ｒが、粒体供給ホッパ３１から粒体供給室３２に供給され、この粒体Ｒが粒体供給室３２から供給口１４ａを通過して熱交換部１の最上位の熱交換室１０に供給されるようになる。

この供給された粒体Ｒは、図７に示すように、最上位の熱交換室１０において、上側スライド壁１５の上面１５ｃをスライドして堰板１９の下端１９ｂと上側スライド壁１５の上面１５ｃとの間で形成される開口１９ｃを通過し、上側スライド壁１５の先端縁１５ａから流下して下側スライド壁１６の上面１６ｂで受けられて下側スライド壁１６の上面１６ｂをスライドして流下していく。この粒体Ｒは、通過口１４から下位の熱交換室１０に至り、同様に流下して最下位の熱交換室１０の排出口１４ｂに至る。排出口１４ｂに至った粒体Ｒは、排出口１４ｂから排出されて粒体排出ホッパ４１に貯留される。

このとき、供給口１４ａから供給された粒体Ｒは、上側スライド壁１５及び下側スライド壁１６により安息角で自然に流下していき、堰板１９によって所定の厚さに規制される。詳しくは、上位の熱交換室１０から通過口１４を通過して流下してきた粒体Ｒは、堰板１９により堰き止められ、粒体Ｒは堰板１９の下端１９ｂと上側スライド壁１５の上面１５ｃとの間で形成される開口１９ｃから上側スライド壁１５の先端縁１５ａ側に向けて流下するようになる。
これによって、各熱交換室１０の上側スライド壁１５の上面１５ｃ及び下側スライド壁１６の上面１６ｂに粒体層が形成されるようになる。

この状態で、空気供給弁３を開にして、ブロア２から空気Ｋを供給して給気口２４ａから空気室２０内に空気Ｋを給気する。この給気された空気Ｋは、最下位の空気室２０に入り込んで噴射口２１に向かい、噴射口２１から上側スライド壁１５の下面１５ｄに沿って上側スライド壁１５の先端縁１５ａに向けて噴射される。このとき、噴射口２１が偏平状に形成されているので、流入口２４から流入した空気Ｋは、その流速が増して噴射口２１から噴射されるとともに、噴射口２１の幅方向に沿って均一に噴射されるようになる。また、噴射口２１を複数のノズル２５を集合させて構成しているので、流入口２４から流入した空気Ｋは、複数のノズル２５ごとに噴射されるので、噴射口２１の幅方向に沿ってより一層均一に噴射されるようになる。

この噴射された空気Ｋは、図８に示すように、上側スライド壁１５の先端縁１５ａから当該上側スライド壁１５のある熱交換室１０の上側に向けて噴出される。この場合、噴射口２１から噴射された空気Ｋにより、粒体Ｒは通過口１４を構成する側壁１３の下端部１３ａに受け止められて粒体Ｒの壁を形成することができ、そのため、この粒体Ｒの壁により空気流は上向きになるので、確実に上側スライド壁１５の先端縁１５ａから当該上側スライド壁１５のある熱交換室１０内の上側に向けて噴出させることができる。また、上側スライド壁１５の先端縁１５ａの少なくとも下側を断面弧状に形成したので、噴射口２１からの空気Ｋが弧状面に沿って噴出するようになり、そのため、抵抗が小さくなって空気Ｋを熱交換室１０の上側に向けて確実に噴出させることができる。

この噴出された空気Ｋは、図８に示すように、粒体Ｒに吹き込まれて粒体Ｒを吹き上げ、この吹き上げにより、粒体Ｒと空気Ｋとが熱交換し、粒体Ｒが冷却されるとともに空気Ｋが加熱される。このとき、粒体Ｒの吹き上げにより、吹き上げられた粒体Ｒ部分よりも上部に位置する粒体Ｒが流動して僅かに下降する。この場合、粒体Ｒを吹き上げた空気Ｋは、粒体Ｒの壁により熱交換室１０の内部側に向けて吹き上がるので、吹き上げられた粒体Ｒは、落下して再び上側スライド壁１５及び下側スライド壁１６に至って流下していくようになるが、一部の粒体Ｒは、堰板１９を飛び越えて再び上側スライド壁１５に至り繰り返し空気Ｋに吹き上げられて空気Ｋと熱交換され、そのため、熱交換効率が向上させられる。また、通過口１４を構成する側壁１３の下端部１３ａを上側スライド壁１５の先端縁１５ａよりも下位に位置させたので、噴射口２１から噴射された空気Ｋにより、粒体Ｒは通過口１４を構成する側壁１３の下端部１３ａに受け止められて粒体Ｒの壁を形成することができ、そのため、この粒体Ｒの壁により空気流は上向きになるので、確実に上側スライド壁１５の先端縁１５ａから当該上側スライド壁１５のある熱交換室１０内の上側に向けて粒体Ｒを吹き上げることができるとともに、粒体Ｒが側壁１３に衝突する事態が防止され、それだけ、側壁１３が摩耗しにくくなり、装置Ｓの摩耗耐久性を向上させることができる。

そして、最下位の熱交換室１０内の粒体Ｒを吹き上げて通過した空気Ｋは、最下位の熱交換室１０内の上壁１１側に至り、流出口１７から流出して空気送給管４を通って隣接する上位の熱交換室１０の流入口２４から上位の熱交換室１０の空気室２０内に流入する。この熱交換室１０においても、最下位の熱交換室１０と同様に、空気Ｋが噴射口２１から噴射して粒体Ｒに吹き込まれて熱交換室１０を通過し、順次上位の熱交換室１０に吹き込まれていき、最上位の熱交換室１０に至る。

最上位の熱交換室１０で粒体Ｒを吹き上げて通過した空気Ｋは、最上位の熱交換室１０内の上壁１１側に至り、高温の空気Ｋとなって排気口１７ａから排気筒１８を通って排気される。これによって、各熱交換室１０で粒体Ｒが吹き上げられて粒体Ｒが流動化されて流動層が発生し、粒体Ｒが徐々に下降して排出口１４ｂに向かっていく。

このとき、粒体排出弁４２を適時に開閉し、粒体排出ホッパ４１から空気Ｋと熱交換して冷却された粒体Ｒを適時に排出して取り出す。粒体排出ホッパ４１から粒体Ｒが排出されると、粒体供給ホッパ３１から適宜の量の加熱された粒体Ｒが粒体供給室３２に供給されて熱交換部１に供給されるようになる。

この場合、空気室２０は上側スライド壁１５の下面１５ｄ側に設けられ、空気Ｋは上側スライド壁１５の下面１５ｄに沿って噴射されて上側スライド壁１５の先端縁１５ａから熱交換室１０の上側に向けて噴射されるので、従来のように空気Ｋが粒体層に沿って吹き上がるのではなく、空気Ｋが上側スライド壁１５の先端縁１５ａを含む下面１５ｄを覆いながら粒体層を横切って吹き上がるので、粒体Ｒが上側スライド壁１５の先端縁１５ａを含む下面１５ｄに衝突することがなく、そのため、上側スライド壁１５の摩耗を抑制することができ、装置Ｓの摩耗耐久性を向上させることができる。

特に、上側スライド壁１５の先端縁１５ａには空気Ｋの気流の層が生じ、この空気層により粒体Ｒが上側スライド壁１５の先端縁１５ａに接触しなくなるので、この先端縁１５ａが確実に保護されて摩耗が防止される。その結果、上側スライド壁１５の寿命が長くなることから、交換時期が長くなり、それだけ、装置Ｓの管理が容易になる。また、空気Ｋが上側スライド壁１５の先端縁１５ａから熱交換室１０の上側に向けて噴出されるので、側壁１３への粒体Ｒの衝突も極めて少なくなり、そのため、側壁１３の寿命も長くなることから、この点でも、装置Ｓの摩耗耐久性を向上させることができる。

また、従来のように空気Ｋが粒体層に沿って吹き上がって粒体Ｒの抵抗により空気流が不安定になるのと比較して、空気Ｋが上側スライド壁１５の先端縁１５ａを含む下面１５ｄを覆いながら粒体層を横切って吹き上がるので、空気流が安定し、そのため、安定した粒体層形態が出来るように空気Ｋを粒体Ｒに均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体Ｒと空気Ｋとの熱交換効率を向上させることができる。即ち、装置全体の圧力損失が小さくなるので、粒体Ｒの排出調整、空気Ｋの吹き込み量の調整といった運転管理が極めて容易になる。

更に、噴射口２１を偏平状に形成して複数のノズル２５を集合させて構成したので、より一層空気流が安定し、空気Ｋを粒体Ｒにより一層均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体Ｒと空気Ｋとの熱交換効率をより一層向上させることができる。また、ノズル２５の形状を変えることで、空気Ｋの噴射範囲を可変させることができる。

更にまた、各熱交換室１０内に堰板１９を設けたことにより、粒体Ｒが堰板１９よりも上側スライド壁１５の先端縁１５ａ側に大量に流下して堆積しにくくなり粒体Ｒが詰まる事態を防止でき、そのため、粒体Ｒの流動状態を安定させることができるとともに、噴出した空気Ｋの圧力損失を低減させて確実に粒体Ｒを吹き上げることができる。また、粒体Ｒの厚さを一定に保持することができるので、空気Ｋを粒体Ｒにより一層確実に均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体Ｒと空気Ｋとの熱交換効率をより一層向上させることができる。また、堰板１９の上端１９ａを、通過口１４を構成する側壁１３の下端部１３ａと略同位に位置させたので、上位の熱交換室１０から通過口１４を通過して流下してきた粒体Ｒが堰板１９で堰き止められても、通過口１４を構成する側壁１３の下端部１３ａよりも上に堆積することがなくなり、堰板１９の下端１９ｂと上側スライド壁１５の上面１５ｃとの間で形成される開口１９ｃからの粒体Ｒの流下を円滑に行なわせることができる。

図９には、本発明の別の実施の形態に係る熱交換装置Ｓを示している。この熱交換装置Ｓは、空気送給管４で接続される流入口２４及び流出口１７の組が粒体Ｒの流下方向Ｆ両側に夫々設けられて構成されており（実施の形態では２組）、この組に対応して空気送給管４が設けられている（実施の形態では４本）。

この熱交換装置Ｓにおいては、空気送給管４で接続される流入口２４及び流出口１７の組を粒体Ｒの流下方向Ｆ両側に夫々設けているので、各熱交換室１０の上壁１１側に至った空気Ｋを滞留させることなく流出口１７から流出させることができ、そのため、空気Ｋを空気送給管４に勢い良く流入させることができるので、空気室２０の噴射口２１から空気Ｋを勢い良く噴射させることができ、上側スライド壁１５の先端縁１５ａにより一層確実に空気層を生じさせ、そのため、上側スライド壁１５の摩耗をより一層抑制することができ、装置Ｓの摩耗耐久性をより一層向上させることができる。また、各熱交換室１０の上壁１１側に至った空気Ｋが滞留しないことから、より一層空気流が安定し、そのため、安定した粒体層形態が出来るように空気Ｋを粒体Ｒにより一層確実に均一に吹き込むことができ、それだけ、粒体Ｒと空気Ｋとの熱交換効率をより一層向上させることができる。

尚、上記実施の形態において、熱交換部１を、熱交換室１０を５つ連設して構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、熱交換室１０を幾つ連設しても良く、適宜変更して差支えない。例えば、使用する粒体Ｒの性質や供給時の粒体Ｒの温度によって、熱交換室１０の数を増減させて良く、この場合、粒体Ｒと空気Ｋとの熱交換時間をコントロールすることができるので、排出口１４ｂから排出される粒体Ｒの温度や排気口１７ａから排気される空気Ｋの温度をコントロールすることができる。

尚また、上記実施の形態において、粒体Ｒを上側スライド壁１５の上面１５ｃ及び下側スライド壁１６の上面１６ｂを流下させたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、上側スライド壁１５の上面１５ｃ及び下側スライド壁１６の上面１６ｂに、例えば、レンガ等の耐熱材を載置して上側スライド壁１５及び下側スライド壁１６を被覆し、粒体Ｒを耐熱材の上面を流下させるようにしても良く、適宜変更して差支えない。
また、上記実施の形態において、粒体Ｒをスラグ粒で構成したが、必ずしもこれに限定されるものではないことは勿論である。

Ｓ 熱交換装置
Ｒ 粒体
Ｋ 空気
Ｆ 流下方向
１ 熱交換部
２ ブロア
３ 空気供給弁
４ 空気送給管
１０ 熱交換室
１１ 上壁
１２ 底壁
１３ 側壁
１４ 通過口
１４ａ 供給口
１４ｂ 排出口
１５ 上側スライド壁
１５ａ 先端縁
１６ 下側スライド壁
１７ 流入口
１７ａ 排気口
１８ 排気筒
１９ 堰板
２０ 空気室
２１ 噴射口
２２ 後側壁
２３ 側部壁
２４ 流入口
２４ａ 給気口
２５ ノズル
３０ 粒体供給部
３１ 粒体供給ホッパ
３２ 粒体供給室
３３ 粒体供給弁
４０ 粒体排出部
４１ 粒体排出ホッパ
４２ 粒体排出弁

Claims (7)

1. 上側の供給口から供給された加熱された粒体を下側の排出口に向けて流下させるとともにブロアから供給されて下側の給気口から給気された空気を上記流下する粒体に吹き込んで該粒体と空気との熱交換を行ない該空気を上側の排気口から排気する熱交換部を備えた熱交換装置において、
   上記熱交換部を、上壁と、上面で上記粒体をスライドさせて流下させる傾斜した底壁と、該底壁の上面が臨み上記粒体が通過する通過口を該粒体の流下方向上流側及び下流側に夫々有した側壁とで囲繞された熱交換室を、上記粒体の流下方向に沿って複数連設して構成し、
   上記各熱交換室の底壁を、先端縁が上記熱交換室の中間に位置する上側スライド壁と、該上側スライド壁の下方に設けられ下端縁が隣接する下位の熱交換室の上側スライド壁の上端縁に面一に連続する下側スライド壁とで構成し、
   上記各熱交換室の上側スライド壁の下面側に、空気を上記上側スライド壁の下面に沿わせて該上側スライド壁の先端縁に向けて噴射する噴射口を有し、該噴射口から噴射した空気を該上側スライド壁の先端縁から当該上側スライド壁のある熱交換室の上側に向けて噴出させる空気室を設け、
   該空気室に空気が流入する流入口を設け、上記各熱交換室の上壁側に、上記噴射口から噴射された空気が流出する流出口を設け、上記下位の熱交換室の流出口と隣接する上位の熱交換室の流入口とを接続し該流出口から流出した空気を該流入口に送給する空気送給管を設け、
   上記最下位の熱交換室の流入口を上記給気口として構成し、上記最上位の熱交換室の流出口を上記排気口として構成し、
   上記最上位の熱交換室の上流側通過口を上記供給口として構成し、上記最下位の熱交換室の下流側通過口を上記排出口として構成したことを特徴とする熱交換装置。
2. 上記空気室の噴射口を、上記上側スライド壁の幅方向に沿い該上側スライド壁の下面と上記下側スライド壁の上面との間隔よりも狭い間隔の偏平状に形成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
3. 上記噴射口を、幅方向に列設される複数のノズルの集合で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換装置。
4. 上記上側スライド壁に相対して設けられ、上記上位の熱交換室から上記通過口を通過してきた粒体を堰き止めるとともに、上記上側スライド壁上を流下する粒体の厚さを規制する堰板を備えたことを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の熱交換装置。
5. 上記堰板の上端を、上記通過口を構成する側壁の下端部と略同位に位置させたことを特徴とする請求項４記載の熱交換装置。
6. 上記通過口を構成する側壁の下端部を、上記上側スライド壁の先端縁よりも下位に位置させたことを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の熱交換装置。
7. 上記上側スライド壁の先端縁の少なくとも下側を断面弧状に形成したことを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の熱交換装置。

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