JP4932941B2 - 遠心分離機アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、流動層反応器のプロセス・ガス及び生成ガスから固体粒子を分離するための遠心分離機に関し、特に、燃料材料の燃焼又はガス化のために使用される循環流動層反応器に関する。

本発明は特に、請求項１の前提部分に記載の、実質的に気密の構造を提供するように互いに接合された平坦な壁区域から形成された多角形分離機チャンバを有する遠心分離機アセンブリであって、このチャンバは、少なくとも４対の平坦な向かい合う壁区域を有し、またチャンバは、壁区域のそれぞれに第１の内方向曲折部を設けることによって形成される先細り部分を含み、先細り部分は、分離された粒子用の放出チャネルとして、分離機チャンバから延び、放出チャネルは、互いに垂直な第１及び第２の対の向かい合う壁によって形成されている遠心分離機アセンブリに関する。

流動層反応器の円筒形サイクロンを、平行な水管から形成され、円錐形の底部を有する冷却式構造として製造することが知られている。円筒形状の水管壁構成を提供し、その水管壁構成を周囲の構成につなぐには、かなりの手作業が必要であり、この作業は、実質的に平坦な壁を使用することによって最小限にすることができる。

米国特許公開第２００７／０７９７７３号は、管壁から形成された流動層反応器に関連した長方形サイクロンを開示している。このサイクロンの円錐形部分の構成は、各壁区域の幅が狭まっていき、すなわち三角形状であり、各壁区域の縁部が他の壁区域の隣接する縁部に接合されるようになっている。

国際公開第２００４／０６３６２６号は、単純な水管パネルを備えた５側面以上の多角形垂直熱交換チャンバの先細り部分を備えたエンクロージャを有する熱交換チャンバであって、様々な先細り部分が、２以上の水平方向に内側に同時に先細りしていてもよく、且つすべての水管パネルの幅が、先細り部分で実質的に均一であるような熱交換チャンバを示す。チャンバが流動層反応器のサイクロン分離機である用途では、分離された固体用の出口は、断面積がかなり広い。また、先細り部分の形状を改良してもよいことが指摘されている。

米国特許公開第２００７／０７９７７３号 国際公開第２００４／０６３６２６号

本発明の目的は、先細り部分と、分離機から分離された粒子を放出するためのチャネルとを有し、それによりあまり場所を取らず、且つ流動層反応器及びその付属品内で固体材料を取り扱うための要件により良く適合できる遠心分離機アセンブリを提供することである。

本発明の目的は、実質的に、請求項１に開示されるようにして達成される。他の請求項は、本発明の様々な実施例のさらなる詳細を提示する。

本発明の１つの好ましい実施例によれば、遠心分離機アセンブリが、実質的に気密の構造を提供するように互いに接合された平坦な壁区域から形成された多角形分離機チャンバであって、少なくとも４対の平坦な向かい合う壁区域を有する多角形分離機チャンバを有し、このチャンバは、壁区域それぞれに第１の内方向曲折部を設けることによって形成される先細り部分を含み、先細り部分は、分離された粒子用の放出チャネルとして、分離機チャンバから延び、放出チャネルは、互いに実質的に垂直な第１及び第２の対の向かい合う壁区域によって形成される。本発明の１つの特徴は、分離された粒子用の放出チャネル内において、第１の対の壁区域が、第２の対の壁区域の間の領域内へと延びていることである。

したがって放出チャネルの領域内において、第１の対の向かい合う壁区域の間の距離は、第２の対の向かい合う壁区域の幅よりも小さい。好ましくは、第１の対の壁区域は、先細り方向に、第２の対の壁区域の間の領域内へと延びている。

これは、かなり小さな断面積の放出チャネルを有することを可能にし、分離された粒子の取扱いを容易にする。

好ましくは、ガス・シール構成と、流動化ガスを導入するための手段とが、第１の対の向かい合う壁区域の下側部分に関連して提供される。このようにすると、分離された粒子用の放出部と戻りダクト内のガス・シールとの間の空間がかなり小さくなり、したがって、蓄積される固体の量も少なくなる。この構成は、粒子の重量が構造に及ぼす負荷がより小さいという利益をもたらす。

第１の対の向かい合う壁区域と第２の対の向かい合う壁区域は、先細り部分を形成するための第１の曲折部及び第２の曲折部を含む。本発明の１つの好ましい実施例によれば、第１の対の壁区域での第１の曲折部と第２の曲折部の間の距離は、第２の対の壁区域での第１の曲折部と第２の曲折部の間の距離よりも長い。

好ましくは、各壁区域は、分離機チャンバの長さにわたって一定の幅を有する。これは、壁区域におけるすべての管が、壁区域の全長を通って延びてもよいという利益、すなわち壁区域が先細りしている場合のように管を抜き出す必要がないという利益をもたらす。

本発明の一実施例によれば、第１の対の壁区域が対称的な曲折部を備える。このようにして、分離機の先細り部分に必要とされる垂直な空間が最小化される。

好ましくは、壁区域は、使用時に壁区域を通る伝熱媒体の流れを構成するための、実質的に均等に離隔された管を有する。

すべての壁区域が等しい幅であると有利である。このようにすると、構成がより簡単になり、モジュール化製造に寄与する。

本発明により、実質的に一定の幅の平坦な壁のサイクロン分離機を構成すること、および壁構造の実質的にすべての管が全長を通って延びるようにすることが可能である。

以下、本発明を、添付の概略図面を参照して説明する。

本発明の一実施例による遠心分離機アセンブリを示す図である。 図１の水平断面ＩＩ−ＩＩを示す図である。 図１の水平断面ＩＩＩ−ＩＩＩを示す図である。 図１の水平断面ＩＶ−ＩＶを示す図である。 図１の水平断面Ｖ−Ｖを示す図である。 図１の垂直断面ＶＩ−ＶＩを示す図である。 本発明の別の実施例による遠心分離機アセンブリを示す図である。 図１の詳細１００を示す図である。

図１〜６は、本発明の一実施例による遠心分離機アセンブリ１０を示す。この分離機アセンブリは、平坦な壁区域２０によって取り囲まれた分離機チャンバ１５を有する。分離機チャンバの断面は、４対の向かい合う壁区域２０．１１、２０．１２；２０．２１、２０．２２；２０．３１、２０．３２；２０．４１、２０．４２を有する八角形である。壁区域は、例えば、隣接する管２５を互いに、それ自体知られているフィン３０によって間隔を空けて接合させて、気密構成を形成することによって製造される。好ましくは、各壁区域は、分離機チャンバ１５の長さにわたって一定の幅Ｗを有する。このようにすると、壁区域は、簡単に同じように、前もって製造することができる。

各壁区域は、その端部にマニホールド４０を備え、マニホールド４０に管が接続される。複数の壁区域に関して共通のマニホールドが設けられることもあるが、各壁区域が個別のマニホールド（入口及び出口）を備えることが好ましい。壁区域は、その時々に設計されて、パワー・プラント（図示せず）の媒体循環に接続される。そのような媒体循環は、典型的には、プラントの蒸気サイクルである。

上端部である分離機の第１の端部で、隣接する壁区域２０は、中心軸線に向けて内方向に曲げられ、それにより、分離機チャンバ１５の断面積よりも小さい断面積のガス出口開口３５が提供される。壁区域の内面は、好ましくは、適切な耐熱性及び耐摩耗性ライニング２６でライニングされて、ガス空間の断面が実質的に円形にされ、又は、内面を実質的に滑らかにするために、少なくとも、隣接する壁区域を互いに接続するときに形成された角が丸められる。

分離機はガス入口４５を備え、ガス入口４５を通して、高温ガス及びそれと同伴される粒子を、使用時にサイクロンのガス・チャンバ１５内に導入することができる。

遠心分離機チャンバ・アセンブリはまた、内方向に曲げられた壁区域２０の部分によって形成されるその第２の端部に、先細り部分５０を含む。先細り部分は、分離機チャンバ５０の八角形断面から、分離された粒子用の放出チャネルの長方形状への移行部を提供する。図１の線ＩＩ−ＩＩでの断面を示す図２から分かるように、第１の曲折部２２の前では、すなわち曲折線よりも上の壁区域の領域内では、チャンバの断面領域は八角形である。見やすくするために壁区域を主に実線で示すが、実際には、壁は、典型的には間にフィン３０がある隣接する管２５から製造される。

各壁区域２０は、曲折線が同じ高さとなるように、同じ長手方向（垂直）位置に第１の曲折部２２を備えている。間に第３及び第４の対の平坦な向かい合う壁区域２０．３１、２０．３２；２０．４１、２０．４２が位置付けられた第１及び第２の対の平坦な向かい合う壁区域２０．１１、２０．１２；２０．２１、２０．２２は、第３及び第４の対の平坦な向かい合う壁区域が曲げられる角度よりも大きな角度で、分離機チャンバ１５の中心線ＣＬに向けて曲げられる。第３及び第４の対の壁区域は、第１及び第２の対の壁区域の縁部に当たるように曲げられて、第１及び第２の対の壁区域の縁部の間の楔形領域を覆っている。図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩでの断面を示し、第１及び第２の対の平坦な向かい合う壁区域２０．１１、２０．１２；２０．２１、２０．２２が分離機チャンバの中心軸線により近いことを示す。

少なくとも、第１及び第２の対の平坦な向かい合う壁区域２０．１１、２０．１２；２０．２１、２０．２２は、第２の曲折部２３、２３’を備え、そこで、壁区域は、分離機チャンバの中心線から再び外方向に離れるように曲げられる。図１の線ＩＶ−ＩＶでの断面を示す図４は、第１及び第２の対の壁区域の縁部が互いに届く直前の状況を示し、第２の対の壁区域２０．２１、２０．２２が第２の曲折部２３を備えている。好ましくは、第１の曲折部の前、及び第２の曲折部の後の壁区域は、平行な平面上にある。すなわち、曲折部の間の領域以外の領域は、平行な平面上にある。第１の対の壁区域２０．１１、２０．１２の第１の曲折部２２と第２の曲折部２３’の間の距離は、第２の対の壁区域２０．２１、２０．２２の第１の曲折部２２と第２の曲折部２３の間の距離よりも長くされる。したがって第１の対の壁区域２０．１１、２０．１２は、先細り方向に、第２の対の壁区域２０．２１、２０．２２の間の領域内に延びている。これは、図５に示される。第１の対の壁区域２０．１１、２０．１２は、第２の対の壁区域２０．２１、２０．２２の間に延び、間に長方形チャネルを形成する。第１の対の壁区域の縁部２４は、第２の対の壁区域の表面２６に実質的に気密に接合される。このようにすると、チャネルの断面領域は、用途ごとに適宜に寸法設定することができる。

第１及び第２の対の平坦な壁区域は、先細り部分の延長部として、分離された粒子用の放出チャネルを形成する。第３及び第４の対の平坦な壁２０．３１、２０．３２；２０．４１、２０．４２は、第２の対の壁区域と同じ位置に第２の曲折部２３を有することがあり、さらに下方向に延びるが、これは、分離機チャンバの先細り部分の内側形状に関与しない。

図１、及び図１の線ＶＩ−ＶＩでの断面を示す図６は、第１及び第２の対の向かい合う壁区域が、第１の対の向かい合う壁区域の第２の曲折部２３’からさらに下方向に延び、それにより長方形の放出チャネル５２を形成することを示す。第１の対の壁区域２０．１１、２０．１２は、ほぼその端部領域で、第２の対の壁区域２０．２１、２０．２２の間でつなげられて、底部５５を形成する。底部５５は、ガス・シール６０と、チャネルの端部領域内に流動化ガスを導入するための手段６５であって、ウィンドボックス及びガス・ノズルを有する手段６５とを備える。図８に、底部５５の詳細１００がより詳細に示される。ガス・シールは、それ自体知られているように、壁の全体的な平面から壁６０．１を曲げることによって、壁区域２１．１１に開いた領域を構成することによって提供される。ガス・シールを通る分離された粒子の流れが、図８に矢印Ｓによって示される。底部５５と先細り部分の間の長方形チャネルの高さは、好ましくは、ガス・シールが機能及び存在できるようにするのに十分な高さに制限され、これは、実際上は、底部５５で粒子を流動化させることができる能力を意味する。

また、図７に示されるように、ガス・シールを有さない分離機を提供することも可能である。図７での遠心分離機アセンブリ１０は、第１及び第２の対の壁区域の曲折部がそれらの下端部にあるという点で、図１のものとは異なる。また、第１の対の壁区域は、例えば流動層反応器（図示せず）の下部へと延びる戻りダクトの２つの壁も形成する。第２の対の壁区域２０．２１、２０．２２の一部分が戻りダクトの２つの他の壁を形成し、戻り抱くとは、戻りダクトに沿って曲げられた管を有している。

本発明は、上述した例に限定されず、本発明の考え方の範囲内で多くの異なる実施例で実施することができることが明らかである。また可能であれば、一実施例に関連付けて言及した詳細を別の実施例で使用することができることも明らかである。

Claims (12)

1. 実質的に気密の構造を提供するように互いに接合された平坦な壁区域から形成された多角形分離機チャンバ（１５）を有する遠心分離機アセンブリ（１０）であって、前記チャンバは、少なくとも４対の平坦な向かい合う壁区域（２０．１１、２０．１２；２０．２１、２０．２２；２０．３１、２０．３２；２０．４１、２０．４２）を有し、また前記チャンバは、前記壁区域のそれぞれに第１の内方向曲折部（２２）を設けることによって形成される先細り部分（５０）を含み、前記先細り部分は、分離された粒子用の放出チャネル（５２）として、前記分離機チャンバ（１５）から延び、前記放出チャネルは、互いに垂直な第１及び第２の対の向かい合う壁区域（２０．１１、２０．１２；２０．２１、２０．２２）によって形成されている遠心分離機アセンブリ（１０）において、
   分離された粒子用の前記放出チャネル（５２）内において、前記第１の対の壁区域（２０．１１、２０．１２）が、前記第２の対の壁区域（２０．２１、２０．２２）の間の領域内へと延びていることを特徴とする遠心分離機アセンブリ（１０）。
2. 前記放出チャネルの領域内における前記第１の対の向かい合う壁区域（２０．１１、２０．１２）の間の距離が、前記第２の対の向かい合う壁区域（２０．２１、２０．２２）の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ（１０）。
3. ガス・シール構成（６０）と、流動化ガスを導入するための手段（６５）とが、前記第１の対の向かい合う壁区域（２０．１１、２０．１２）の下側部分に関連して提供されることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ（１０）。
4. 前記第１の対の向かい合う壁区域と前記第２の対の向かい合う壁区域とが第２の曲折部（２３）を含み、前記第１の対の壁区域（２０．１１、２０．１２）での第１の曲折部（２２）と第２の曲折部（２３）の間の距離が、前記第２の対の壁区域（２０．２１、２０．２２）での第１の曲折部と第２の曲折部の間の距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ。
5. 各壁区域が、前記分離機チャンバの長さにわたって一定の幅（Ｗ）を有することを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ。
6. 前記第１の対の壁区域（２０．１１、２０．１２）が、先細り方向に、前記第２の対の壁区域（２０．２１、２０．２２）の間の領域内へと延びていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ。
7. 前記第１の対の壁区域（２０．１１、２０．１２）の前記壁区域が、対称的な第１の曲折部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ。
8. 前記壁区域が、使用時に該壁区域を通る伝熱媒体の流れを配置するための、実質的に均等に離隔された複数の管（２５）を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の遠心分離機アセンブリ。
9. すべての前記壁区域（２０．１１、２０．１２；２０．２１、２０．２２；２０．３１、２０．３２；２０．４１、２０．４２）が等しい幅（Ｗ）であることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ。
10. 前記放出チャネル（５２）において、前記第１の対の壁区域の縁部（２４）が、前記第２の対の壁区域の表面（２６）に実質的に気密に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ。
11. 各壁区域での前記第１の曲折部（２２）が同一平面上にあることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機アセンブリ。
12. 前記第１の対の向かい合う壁区域と前記第２の対の向かい合う壁区域とが第２の曲折部（２３）を含み、前記第１の曲折部の前、及び前記第２の曲折部の後の壁区域が平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離機アセンブリ。

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