JPS5914716B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、伝熱管の表面に付着するスケールを流動床を
使って除去するようにした熱交換器に係り、特に、気体
を含んだ液体の場合でも良好な機能を発揮させることが
できるようにした熱交換器に関する。

熱交換器には、種々の型式のものがあるが、そのなかに
、伝熱管の表面に付着するスケールを流動床を使って自
動的に除去するようにした熱交換器がある。

この流動床を用いた熱交換器は、通常、一次流体を反重
力方向・＼案内する案内胴と、この案内胴内を横断して
設けられた複数の小孔を有する仕切体と、この仕切体よ
り下流に設けられ前記−次流体の流れに伴なって流動す
る粒状物質からなる流動床と、この流動床の流動範囲を
貫通して設けられ内部に二次流体が通流する伝熱管とを
主体にして構成されている。

したがって、この型式の熱交換器にあっては、流動床を
構成する粒状物質が常に流動して伝熱管の表面をいわゆ
る擦るので伝熱面が常に清浄に保たれ、たとえば、産業
廃ガスのように伝熱面を汚す物質が含まれている廃ガス
から熱回収を行なうときなどに適している。

ところで、たとえば地熱水を利用して、その熱だけを取
り出す場合、地熱水には通常、硅酸等のスケールとなり
得る物質が含まれていることからして、上述した流動床
を用いた熱交換器の使用が考えられる。

しかしながら、一次流体として地熱水等の液体を通流さ
せて実際に熱交換させてみると、次のような理由で流動
床の効果が半減され、実用に供しないことが判明した。

すなわち、流動床を構成する粒状物質としては、２０〜
３０メツシユのシリカサンド等が適している。

したがって、仕切体に設けられる小孔の孔径は、粒状物
質の粒径より小さめに設定される必要がある。

また、一次流体の流れによって流動床を構成する粒状物
質が押し流されないためには、案内胴内へ流入する一次
流体の圧力を比較的低くして案内胴内の流速を遅くする
必要がある。

このような条件を保って、一次流体として液体を通流さ
せてみると、液体中に含まれている少量の気体が小気泡
となって仕切体の下部に溜まり、これらの小気泡は仕切
体の小孔を通り抜けることができず合体して次第に大き
くなり、やがて仕切体の下面のある部分を完全に覆うよ
うになる。

気泡で覆われた部分には、一次液体が流れ込まないので
、流動床の流動が不均一となり、この結果、熱交換器と
しての性能が低下するばかりか伝熱管にスケール等が付
着し、流動床の効果が半減したものとなる。

そこで、このような不具合を解消するために、熱交換器
の一次流体入口に気液分離装置を設け、含まれている気
体成分を除去することが考えられるが、地熱水のような
高圧液体中には各種のガス成分が多量に溶存しているの
で、これらを除去するには大掛りな気液分離装置を用意
しなければならず、経済的な不利益を免れ得ないことに
なる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、一次流体として液体を使用した
場合であっても気体を使用した場合と同様に良好な機能
を発揮でき、しかも全体の高価格化や複雑化を招（虞れ
のない流動床使用の熱交換器を提供することにある。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図ａ、ｂにおいて、図中１は、一次流体を案内する
案内胴であり、この案内胴１は、たとえば軸心線が水平
になるように配置された筒体２と、この筒体２の両端を
閉塞する端板３ａ、３ｂとで構成されている。

そして、筒体２のいわゆる下壁には、一次流体導入口４
が設けてあり、また、土壁には排出口５が設けである。

しかして、案内胴１内の下部には、この案内胴１内を水
平に横断する関係に仕切板６が設けられている。

この仕切板６は第１図ａに示すように頂部を上方に向け
た屋根形に形成されている。

そして、この仕切板６には、後述する流動床１２を構成
する粒状物質１１の粒径より若干小径な孔７が規則正し
く無数に設けられている。

また、仕切板６の頂部には、上記孔７より大径な孔８が
、たとえば３個所に亘って設けてあり、これら孔８の上
縁部には、それぞれバイパス管９の一端側がたとえば溶
接などによって接続されている。

バイパス管９は、上記孔７の径の数倍の内径のもので、
その他端側は筒体２のいわゆる土壁近傍まで延びている
。

しかして、案内胴１内で、かつ仕切板６とバイパス管９
の上端との間には、前記端板３ａ 、 ３ｂを液密に貫
通する形に伝熱管１０が複数設けられており、さらに、
仕切板６の上面には、たとえば２０〜３０メツシユのシ
リカサンド等の粒状物質１１からなる流動床１２が置か
れている。

また、端板３ｂには、伝熱管１０内に二次流体を導くた
めのフランジ１３ａが固定してあり、端板３ａには伝熱
管１０内を通った二次流体を導くためのフランジ１３ｂ
が固定されている。

このような構成であると、今、液体状の一次流体と、同
じく液体状の二次流体とを熱交換させた場合の作用は次
のようになる。

すなわち、案内胴１の導入口４から一次流体である。

たとえば地熱水を導入し、これを排出口５から排出させ
るようにするとともにフランジ１３ａ、１３ｂを介して
各伝熱管１０内に二次流体である、たとえば清水を通流
させるようにする。

案内胴１内に導入された地熱水の多くは仕切板６に設け
られた孔７を通って上昇し、残りはバイパス管９を通っ
て上昇する。

このとき、仕切板６の孔７を通って上昇した地熱水は、
仕切板６上に置かれている流動床１２を構成する粒状物
質１１を押し上げるとともに伝熱管１０の外表面に接し
て熱を伝える。

そして、押し上げられた粒状物質１１がバイパス管９の
上端部より上昇しない範囲の流量に設定されているもの
とすると、粒状物質１１は伝熱管１０の回りを常に流動
し、この流動過程で伝熱管１０の外表面に接触して伝熱
管１０の外表面に付着しようとするスケール等を除去す
る。

したがって、伝熱管１０の外表面は常に清浄に保たれる
ことになり、結局、地熱水にスケールとなり得る物質が
含まれていても長期に亘って良好な熱交換機能を発揮す
る。

ところで、地熱水に少量の気体が含まれていると、この
気体は気泡となって仕切板６０丁面に溜ろうとする。

しかし、この場合には、仕切板６の頂部が前記孔７より
十分大きい径の孔８およびバイパス管９を介して流動床
１２より下流側に通じているので、上述した気泡は、大
きな気泡に発展する前に上記孔８およびバイパス管９を
通して流動床１２より下流側へ流れ去る。

したがって、含まれている気体によって流動床１２の流
動が不均一になるのを防止でき、結局、一次流体として
液体を用いた場合であっても気体の場合と同様に良好に
機能させることができる。

そして、この場合には、バイパス路と云った極めて簡単
な手段で気泡の影響を除去するようにしているので、全
体の複雑化や高価格化を抑えることができる。

また、バイパス管９の上端部を流動床１２の流動範囲よ
り下流側に位置させているので、このバイパス管９の存
在によって流動床１２の流動が乱されるようなこともな
い。

また、発明者の実験によると、一次流体の全流量の０．
１〜１係をバイパス管９を通してバイパスさせるだけで
気泡を良好に流し去ることができるので、バイパス管９
の存在による交換熱量の低下分をほとんど無視し得る値
に抑えることができる。

また、実施例に示すように仕切板６を屋根形に形成し、
その頂部からバイパスさせるようにすると、気泡をより
速やかに流し去ることができる。

第２図は、本発明の他の実施例に係る熱交換器を示すも
ので、第１図と同一部分は同一符号で示しである。

したがって、重複する部分の説明は省略する。

この実施例は、仕切板６をゆるやかなＶ字形に設けると
ともに上記仕切板６の直下に位置する端板３ａ 、３ｂ
の内面部分をフランジ１３ａ、１３ｂ内に設けられたバ
イパス管９ａ、９ｂを介して流動床１２の流動範囲より
下流側に位置する上記端板３ａ、３ｂの内面部分・＼通
じさせたものである。

このように構成しても第１図に示したものと全く同じ原
理で気泡の影響を除去することができる。

そして、この場合には伝熱管１０が設けられている場所
以外の場所にバイパス管９ａ、９ｂを設けているので、
伝熱管１０を千鳥形に配設でき、これによって熱交換量
の増大化を図れ、しかもバイパス管９ａ 、９ｂの外面
を二次流体に接触させることができるので、なお一層熱
交換量の増大化を図ることができる。

なお仕切板を屋根形あるいはゆるやかなＶ字形に設けて
いるが、フラットに設けるようにしてもよい。

以上詳述したように、本発明によれば、たとえ一次流体
として液体を用いた場合であっても流動床の特徴を最大
限に発揮させ得、長期に亘って安定した機能を発揮する
流動床を用いた熱交換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例に係る熱交換器の横断面図
、同図すは同熱交換器をａにおけるＡ−Ａ線に沿って切
断し矢印方向に見た図、第２図は本発明の他の実施例に
係る熱交換器の縦断面図である。 １・・・・・・案内胴、６・・・・・・仕切板、７，８
・・・・・・孔、９．９ａ 、９ｂ・・・・・・バイパ
ス管、１０・・・・・・伝熱管、１２・・・・・・流動
床。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一次流体を反重力方向・＼案内する案内胴と、この
   案内胴内を横断して設けられた複数の小孔を有する仕切
   体と、この仕切体より下流に設けられ前記−次流体の流
   れに伴なって流動する粒状物質からなる流動床と、この
   流動床の流動範囲を貫通して設けられ内部に二次流体が
   通流する伝熱管と、一端側が前記仕切体の下面近傍に位
   置し、他端側か前記流動床の流動範囲より下流側に位置
   するように設けられた前記仕切体の孔径より大きい内径
   のバイパス管とを具備してなることを特徴とする熱交換
   器。