JPS5919792Y2 - エネルギ−回収装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、動力回収装置に関し、特に、高濃度の固形物
を含有した通常は廃棄される比較的高温のガスを処理し
、そのガスを例えばタービンのような動力回収装置内に
おいて作動流体として使用するのに適したものにするた
めのガス膨張および浄化用遠心装置を備えたエネルギー
回収装置に関する。

エネルギー不足問題が重大化している今田従来廃棄され
ていたエネルギーを回収する方法が潜在的エネルギー源
として見直されている。

通常は廃棄される多大のエネルギーを出す代表的な工程
は、石炭気化産業にみられる。

石炭気化工程においては、その副産物として高温の排気
ガスが発生する。

この工程の性質からして、この高温ガスは、飛散灰、苦
仄石等の極めて高濃度の固形廃棄物を含有している。

この潜在的に高いエネルギー源をタービンなどの動力回
収装置に使用することは、従来不適当であるとされてい
る。

なぜなら、動力回収装置は、固形廃棄粒状物の作用によ
るブレードの浸食及び／又は高い作動温度による材料疲
労に基因する決定的な破損を受けるがらである。

更に、この問題を複雑にするのは、上記の浸食の進行度
がガスの温度の上昇とともに急激に加速されることであ
る。

従って、本考案の目的は、動力回収装置と、従来使用で
きなかった廃棄ガスを動力回収装置内の作動流体として
使用するのに適した清浄なガスにするためのガス膨張遠
心機とから戒るエネルギー回収装置を提供することであ
る。

本考案のエネルギー回収装置の特徴は、例えばタービン
のような動力回収装置のタービンブレードなどの重要な
部品がタービンを作動させるための作動流体に含まれて
いる固形粒子による浸食作用および作動流体の高温によ
る材料疲労に基因した破損を受けることがないように動
力回収装置より上流に、該動力回収装置へ通す作動流体
から固゛形粒子を分離・除去し、作動流体の温度を低下
させるための独立したガス膨張遠心機を配置したことに
ある。

このガス膨張遠心機は、それより上流の処理プラントか
ら高温の汚染された、通常は廃棄されるガス生成物を受
取るための遠心回転子を有する。

該回転子は、軸方向に流入してくる上記廃棄ガスの流れ
を受取り、その流れを実質的に半径方向に転向させるた
めの先細の羽根車通路（羽根車の羽根と羽根の間に形成
される通路）を有する。

処理プラントから軸方向に回転子の羽根車内に流入した
廃棄ガスは、回転する各羽根に衝突してその羽根の形状
により半径方向に偏向せしめられて膨張する。

それによってガスは、羽根に追加の回転力を与えるとと
もに、みずからは半径方向に膨張しながら温度が低下す
るとともに、羽根の回転により遠心作用を受け、その結
果、ガス流内の固形粒子が遠心分離され、固形粒子を除
去された清浄な主ガス流と、この主ガス流とは画然と区
別された、固形粒子濃度の高い副ガス流が形成される。

この副ガス流に含有された固形廃棄粒状物を捕捉するた
めの捕集室を回転子の排出口のところに設け、比較的清
浄な主ガス流を下流の動力回収装置へ送給するための手
段を設ける。

本考案の別の実施例においては、比較的高温の処理ガス
を冷却し、回転子軸の周りに高圧シールを設定する冷却
流体を上記遠心機内へ導入する。

添附図、特に第１図を参照すると、本考案の原理を具体
化したガス膨張遠心機１０を使用した廃棄エネルギー回
収装置の概略図が示されている。

膨張遠心機１０は、上流処理プラント１１．例えば石炭
気化プラントから通常は廃棄されている排気ガスを受取
るように構成されている。

この明細書においては、「廃棄ガス」という用語は、そ
のガスを在来の動力回収装置に使用するのを不適当なも
のとしている高濃度の固形廃棄粒状物を含有した比較的
高温及び／又は高圧の流体を意味する。

後に詳述するように、上記通常は廃棄されるガスが、本
考案の膨張遠心機１０に通され、そこにおいてガスは膨
張冷却され、遠心分離により固形粒子を除去され浄化さ
れた後、下流の動力回収装置、例えばタービン１３へ送
給され、該タービン内においてガスは作動流体として使
用され動力を発生させる。

この膨張遠心機１０とタービン１３とは、いずれも共通
の軸１５に連結されており、該軸１５は、例えば圧縮機
又は発電機等の動力吸収装置１４を駆動するために使用
される。

廃棄ガスは、例えば処理プラント１１の排出部から直接
膨張遠心機１０の軸方向の吸込通路１６へ送給される。

第２図に明示されているように、吸込通路１６は、環状
の外側ケーシング１７を有し、その内部の中央に複数個
の支持バー１９に支持された軸方向に整列した円錐形の
流れ案内部材１８を具備する。

流れ案内部材１８の下流には、ケーシング１７の内壁に
慣用の態様で取付けられた複数個の環状配列の固定子ブ
レード２１から成るノズル段２０が配設される。

これらのノズルは、単一の遠心回転子２２に対して慣用
の態用で渦巻状の軸流を提供するように形作られている
。

実際には、回転子２２は、例えば溶接によって円盤２４
に固設された一連の羽根２３を有する羽根車である。

円盤２４はねじ２５又はその他の慣用の手段によって軸
１５に固定される。

（軸１５は、先に述べたように第１図に示されるタービ
ン１３にも連結されている。

）ガスの漏出を防止するためにラビリンスシール２６の
ような慣用の閉鎖及び密封材が膨張遠心機内に設けられ
る。

回転子即ち羽根車の各羽根２３は、ノズル段２０の固定
子ブレード２１．２１・・・によって形成されるノズル
通路から軸方向の渦巻状の軸方向のガス流を受容しその
ガス流を実質的に半径方向外方に転向させるように構成
されており、それによってガスは排出室２９内へ送られ
る。

羽根車２２の各羽根２３は、受入れた廃棄ガス流を確実
な反動出力流れとして流出させることのできる先細通路
を形成するように賦形され、それによって軸１５に駆動
動力を付与する。

又、この先細ノズル通路は更にガスの温度及び圧力を低
下させる作用をも有する。

それによる利点は以下の記述から明らかになるであろつ
。

羽根車２２は、ノズル段２０がら該羽根車への軸方向の
入力ガス流を実質的に半径方向の出力ガス流に転向させ
ることによって、実際上、被処理ガスに対して遠心機と
しての機能を果す。

即ち、ガス流は各羽根２３に衝突して半径方向外方へ偏
向せしめられ、回転中の羽根２３によって遠心作用を受
ける。

（膨張遠心機１０から排出されたガス流は第１図に流れ
図として示されるように動力回収装置即ちタービン１３
へ作動流体として送給され、タービンブレードが回転さ
れ、従って軸１５が回転されるが、遠心機１０の羽根２
３に衝突するガス流は、羽根２３従って軸１５の回転を
助成する働きをする。

）円周方向に離隔して配置された各ブレード２１と２１
の間に形成されるノズル通路の長さと羽根車２２の回転
速度は、ガス流内の比較的重い物質、特に固形の廃棄粒
状物が第２図に示されるように遠心力により各羽根車通
路の羽根２３の両側縁のうち曲率半径の小さい方の側縁
３１（第２図で上側の側縁）の方へ押しやられ固形粒子
濃度の高い副流れを形成するように調整する。

各羽根２３の尖端から離れるガスの速度は、音速（マツ
バ１）又は好ましくはそれ以下に維持され、羽根車内に
層流形成条件を設定するようにする。

即ち、層流内に発生する遠心力は、この回転子通路即ち
羽根車通路を通過する比較的重い物質を副流れ２７内へ
押しやる。

この副流れは、その中に発生する抗力の故に非汚染ガス
よりは比較的低い速度で回転子通路内を流れ、その結果
副流れを非汚染ガス流（固形粒子を含まない汚染されて
いない主ガス流）との間に識別しうる傾斜境界線３３を
形成する。

第７図を参照すると、第２図に図示された半径方向出力
流形成膨張遠心機のための速度線図が示されている。

ブレード２１および羽根２３の許容しうる耐浸食寿命を
得るためには、膨張遠心機がピーク速度比又はそれに近
い速度比で作動しているとき、ノズルブレード２１を離
れるガス流の絶対速度並びに回転子羽根２３の尖端を離
れる清浄なガス流の相対速度は、いずれも、ブレード２
１及び羽根２３の喉のところで測定して０．８５マツバ
に等しいか、それより低くなければならない。

ここ１「ピーク速度比」とは、ピーク効率が得られるニ
ントロピ速度比を意味する。

ノズル２０及び回転子２２のピッチ線直径ｄ１．ｄ（第
７図）を調整することによってノズル及びＥ転子のそれ
ぞれのピッチ線速度ｕ１． ｕ２を所望の童囲内に制御
することができる。

ノズル２０のピッづ線直径ｄ１を回転子２２のピッチ線
直径ｄ２の０５〜０．９倍に抑えれば、ノズル２０の絶
対流出速だ及び羽根車即ち回転子２２の尖端を離れる清
浄イガスの相対速度は、マツバ０．８５又はそれ以下に
くることが判明している。

即ち、 ミニで、「ピッチ線」とは、第７図に線ＰＬで示される
ように、ノズルブレード２１および回転子羽根２３によ
って画定されるガス通路の任意の断面における高さＨの
中間点を結ぶ線、即ちそのようなガス通路の中心流れ線
のことである。

「ピッチ線直径」とは、ピッチ線上の任意の点における
ノズルおよび羽根の直径のことである。

第７図においてｄｏは、ノズルブレード２１のガス排出
喉のところで測定したピッチ線直径であり、ｄ２は羽根
２３のガス排出喉のところで測定したピッチ線直径であ
る。

「ピッチ線速度」とは、ピッチ直径のところにおけるホ
イールの線速度のことである。

第７図において、Ｕｌはピッチ線直径ｄ１におけるホイ
ールの線速度であり、Ｕ２はピッチ線直径ｄ２における
ホイールの線速度である。

第７図において、Ｃ１およびＣ２は、それぞれノズルの
排出喉のピッチ線直径ｄ１のところでブレード２１を離
れるガス流の絶対速度、および回転子羽根の排出喉のピ
ッチ線直径ｄ２のところで羽根２３を離れるガス流の絶
対速度である。

ＷｌおよびＷ２は、それぞれピッチ線直径ｄ１のところ
でブレード２１を離れるガス流の相対速度、およびピッ
チ線直径ｄ２のところで羽根２３を離れるガス流の相対
速度である。

Ｔｄｌはピッチ線直径ｄ１のところで測定したノズルブ
レード２１の喉寸法であり、Ｔａ２はピッチ線直径ｄ２
のところで測定した羽根２３の喉寸法である。

ここに示された速度線図は、膨張遠心機１０内を通る清
浄なガスの速度に関するものであり、汚染された副流れ
は、その中に含まれる固形粒子が抗力（前進抵抗）を呈
するために清浄な主流れより僅かに低い速度で流れる。

第２図に示されるように、ケーシング１７に溶接又は鋳
造によって環状の円筒形収集部材４０が固設される。

収集部材４０の内部には捕集室４１が形成され、該室へ
羽根車の尖端からの副ガス流（固形粒子濃度の高いガス
流）が自由に流入する。

収集部材４０の下方壁には羽根車の羽根２３の尖端に近
接する環状開口４３が形威され、ガスはその開口を通し
て捕集室４１内へ流入する。

開口４３の一端を画成する捕集室の右側壁（第２図でみ
て）は、唇部４５に終端する。

唇部４５は、副流れの画然とした傾斜境界線３３を実質
的に包含するのに十分な距離だけ羽根車の羽根２３の曲
率半径の小さい方の側縁３１の上方のかどより軸方向前
方に位置され、それによって羽根２３からの副流れ全体
が捕集室４１内へ流入するように構成される。

第３図に明示されるように、環状の捕集室４１は、ケー
シング１７の外周縁を越えて外方に突出する接線方向の
排出導管４８に連通ずる。

この排出導管は、第１図に示されるように導管４７を介
してサイクロ′ン分離器５０に連結される。

汚染ガスは、羽根車２２の作用によって相当大きな旋回
速度で羽根２３の尖端を離れ、捕集室４１内に渦流を創
生じ、ガスを排出導管４８内へ圧送する。

捕集室４１の過度の浸食を防止するために渦流抑止羽根
４９が設けられる。

汚染ガスを捕集室４１から排出させるための導管４８内
の圧力は、清浄ガスのための室２９内の圧力より僅かに
低い圧力に維持され、その僅かな圧力差によって汚染ガ
スが排出導管４８を通して容易に引出されるようにされ
、かつ、捕集室４１内の汚染ガスか゛室２９へ引戻され
ないようにされる。

固形の廃棄汚染物粒子は、サイクロン分離器５０内にお
いて汚染ガスから除去され、残りのガスは、タービン１
３の吸入口より下流の適当な地点においてタービン１３
内へ導入される。

この導入点は、分離器５０から出るガスの状態に応じて
定められる。

本考案の膨張遠心機１０は、更に、膨張遠心機の摩耗部
品の使用寿命を延長させ、かつ、ガス温度を在来のター
ビン即ち動力回収装置１３に使用するのに適するレベル
にまで低下させるための手段を有する。

第１，２図にみられるように、タービン１３内を通る作
動流体からその入口より下流の成る段階において導管６
７を通して冷却流体が抽出される。

タービンから冷却流体を抽出する地点は、廃棄ガス生成
物の状態と冷却の必要量とに応じて異る。

図には示されていないが、例えばポンプ等によって冷却
流体の圧力をガス膨張遠心機１０内の動作圧力より僅か
に高い圧力にまで高めるのが好ましい。

冷却流体は、アダプタ５２（第２図）を通して膨張遠心
機１０内へ入り、ラビリンスシール２６を貫通して送入
される。

この冷却流体は、膨張遠心機内の廃棄ガスより圧力が高
いので、ラビリンスシール２６と軸１５との間のクリア
ランスに遮壁を形威し処理ガスが軸１５の周りから周囲
の低圧領域へ逃出するのを防止する。

冷却流体は、シール２６を貫通した後、供給口５３を通
して環状高圧室５５内へ送られ、そこに一時的に貯留さ
れて回転子２２のバブ構造体を冷却するための放熱部を
形成する。

回転子の端板５８内には半径方向に上方へ貫通する一連
の排出穴５６が設けられ、調量された量の冷却流体を回
転子羽根２３より前方の地点のガス入口領域５９内へ流
出させる。

ここで冷却流体は、比較的高温の廃棄ガスと混合される
。

冷却流体の量は、廃棄ガスの温度を所望の温度にまで低
下させるのに十分な量である。

ガスの作動温度は、特定の応用例に適する熱バランスに
応じて定められる。

ここに示した特定の応用例における冷却用流体は、下流
の動力回収装置１３から直接抽出されているが、そのよ
うな冷却流体は任意の独立した供給源から抽出すること
ができ、冷却流体の膨張遠心機１０への導入時の状態と
膨張遠心機内へ通される流量を加減することによってガ
ス密閉用の金属部品の温度を所望のレベルに低下させ、
その特定の応用例の熱交換率に応じて膨張遠心機内を通
る廃棄ガスの所望の冷却を確保するようにすればよい。

又、膨張遠心機１０の構造体に及ぼされる高温廃棄ガス
の作用を更に減少させるために第２冷却装置が設けられ
る。

第２図にみられるように、膨張遠心機の囲壁構造体には
、水等の冷却流体をポンプによって流動させる相互に連
関された通路６０−６４を有する中空の冷却用ジャケッ
トが設けられる。

このジャケットを構成する各通路は、第２図には示され
ていない膨張遠心機の下方部分において共通の導入口６
５（第１図）に連通している。

この連通態様は、特別なものではなく任意の適当な態様
であってよく、ここに詳しく示す必要はない。

冷却流体は、ポンプ６６（第１図）によって溜め６８か
らこの導入口６５を通してジャケット内へ供給される。

ポンプの作用によって流体はジャケット内を循環され、
膨張遠心機の構造体の温度を許容し得る作動レベルにま
で低下させる。

次いで冷却流体は、ジャケットから共通の排出点６９（
第１図）において排出され、導管７０を通して熱交換器
７１へ送られ、そこがら溜め６８へ戻される。

第４図には、本考案の第２実施例が示されている。

この実施例においては、装置の信頼性を高めるため、そ
して回転子羽根２３の耐浸食特性を増大するために回転
子羽根車２２に可動囲い板７２が付加されている。

囲い板７２は、又、固定囲包壁に対する汚染物含有副流
れの相対速度を更に低下させるための回転境壁を構成す
る。

これによって囲い板表面の浸食及び臨界的領域における
羽根の浸食を防止するとともに、系内に層流状態を維持
する。

固形廃棄粒状物に接触する囲い板表面に比較的硬い被覆
材を施すこともでき、それによって浸食率を大幅に低下
させ、回転子の寿命を延長させることか′できる。

第５図に示された本考案の第３実施例においては、羽根
車の羽根２３に回転スプリッタ囲い板７３が付設される
。

このスプリッタ囲い板は、羽根車の羽根に固着され、該
羽根から回転子通路内に突出する突出板を有し、それに
よって汚染ガスを更に明確な副流れに分離し、その副流
れを捕集室４１へ導くように構成される。

又、膨張遠心機のケーシング１７には、静止部分囲い板
７４が押えねじ７５によって取外し自在に固定される。

この静止部分囲い板７４は、捕集室４１への比較的大き
い開口アロを画定するように構成される。

かくして、スプリッタ囲い板７３と静止部分囲い板７４
との協同によって、比較的低速の副流れを処理すること
を可能にする。

又、スプリッタ囲い板７３を追加することにより、主要
羽根２３と２３の間に部分羽根２３ ａを支持すること
を可能にし、それによって羽根車の流出角を小さくする
ことができ、羽根車の全体性能を高める。

第６図は、本考案の更に他の実施例を示す。

この実施例では、膨張遠心機の排出室２９内に渦巻形の
捕集室８０が配設される。

（捕集室８０は膨張遠心機の中心軸線を取巻いてらせん
状に漸次拡大する渦巻形であるが、その形態については
詳しく図示しない。

）室８０は、排出室２９の頂壁に付設された半径方向の
垂下壁８１によって画定され、下方即ち半径方向内方に
環状の入口８２を有する。

即ち、捕集室８０は、その下方の環状人口８２において
開放しており、壁８１が室８０を室２９から分離してい
る。

この構成においては、副流れは、羽根車通路内における
よりもむしろ羽根車通路の排出喉（互いに隣接する羽根
２３と、ケーシングにボルト８６によって固定された取
換自在の静止囲い板８５とによって画定される）のとこ
ろに生じる。

羽根２３の先端から捕集室８０の方に向って排出される
ガスに含まれた比較的重い固形粒子は、はとんどすべて
が遠心作用により人口８２を通して半径方向外方へ真直
ぐに捕集室８０内へ送り込まれるので、垂下壁８１を越
えて室２９へ流入することがない。

一方、比較的軽い清浄なガスは、壁８１を越えて排出室
２９内へ自由に流れる。

この実施例においても、汚染ガスをサイクロン分離器５
０へ送給するために、第３図に示されたものと同様の汚
染ガス排出装置が設けられる。

この実施例においては、固形粒子のほとんどすべてが遠
心力により半径方向外方へ真直ぐに捕集室８０内へ送り
込まれるので、羽根車通路内に副流れの境界を能率的に
設定することができない場合にも、回転子羽根２３の半
径方向外方にも副流れを形成することにより極めて密度
の小さい比較的軽い粒状物を分離することができる。

以上本考案を特定の構造に関連して説明したが、本考案
はここに記載された細部に限定されるものではなく、本
考案の範囲内においているいろな変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の膨張遠心機を使用した動力回収装置
を示すフローチャートである。 第２図は、本発明の原理を具体化した膨張遠心機を示す
拡大部分断面図であり、更に、膨張遠心機内を通る固形
廃棄汚染物を捕捉するための手段、及び、高圧冷却流体
を処理ガス内へ導入するための手段を示す。 第３図は、第２図の線３−３に沿ってみた断面図であり
、固形廃棄物捕集室の構造を示す。 第４図は、固形廃棄汚染物を捕集室へ導くための可動囲
い板を有する膨張遠心機の拡大部分断面図である。 第５図は、本考案の他の実施例であり、固形廃棄汚染物
を捕集室内へ導くためのスプリッタ囲い板を回転子羽根
車の通路内に配設した構成を示す。 第６図は、廃棄汚染物を膨張遠心機の排出区域に取付け
た渦巻形の室内に捕集するようにした本考案の他の実施
例であり、回転子はそこを通過するガスを封じこめるた
めの静止囲い板を具備する。 第７図は、第２図に示された形式の半径方向流出流れ型
膨張遠心機のための代表的な清浄ガス速度線図を示す。 １０・・・・・・膨張遠心機、１１・・・・・・処理プ
ラント、１３・・・・・・タービン、１５・・・・・・
共通軸、１７・・・・・・外側ケーシング、２０・・・
・・・ノズル段、２１・・・・・・固定子ブレード、２
２・・・・・・遠心回転子、２３・・・・・・羽根、２
４・・・・・・円盤、２７・・・・・・副流れ、２９・
・・・・・排出室、３１・・・・・・羽根２３の曲率半
径の小さい方の側縁、３３・・・・・・傾斜境界線、４
０・・・・・・収集部材、４１・・・・・・捕集室、４
３・・・・・・開口、５０・・・・・・サイクロン分離
器、５３・・・・・・供給口、５５・・・・・・環状高
圧室、５６・・・・・・排出穴、５８・・・・・・回転
子端板、６０．６１．６２゜６３、６４・・・・・・通
路、６７・・・・・・導管、７２・・・・・・囲い板、
７３・・・・・・囲い板。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 粒状物で汚染されたエネルギーガスの流れがらエネルギ
   ーを回収するための装置であって、動力回収タービン１
   ３と、 前記汚染されたガス流を受取り、該ガス流がら汚染物粒
   子を分離し、汚染物粒子を除去された比較的清浄なガス
   流を該タービンの入口へ送給するようになされたガス膨
   張遠心機１０とがら成り、該ガス膨張遠心機は、軸方向
   に流入してくる汚染されたガス流を半径方向外方へ偏向
   させ膨張させつつ、該ガスに遠心作用を及ぼしそれによ
   って主ガス流内に汚染物粒子濃度の高い、画然と区別さ
   れた副流れを創生ずるように、前記タービンの軸に連結
   された軸１５上に取付けた半径方向の羽根２３を備えた
   回転羽根車２２と、該羽根車の軸１５に関して半径方向
   に配置されており、前記汚染されたガス流を受取り、該
   羽根車へ通すように羽根車の上流に配置された一連の固
   定子ブレード２１を有するノズル段２０と、前記汚染物
   粒子濃度の高い副流れを捕捉するように前記羽根車の排
   出口のところに配置された開口４３を有する捕集室４１
   と、前記汚染物を除去された比較的清浄なガス流を受入
   れるために前記捕集室の開口４３の近くで羽根車の前記
   排出口のところに配置された入口および該比較的清浄な
   ガスを前記動力回収タービンへ導くための出口を有する
   排出室２９とから戊り、前記ノズル段のブレード２１の
   ピッチ線直径ｄ１を前記羽根車の羽根２３のピッチ線直
   径ｄ２の０６５〜０．９倍の大きさとしたことを特徴と
   するエネルギー回収装置。