JPS599830B2 - 流体により冷却される空気分配板組立体を有する流動床式熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動床式熱交換器に関し、特に、流動化可能
な粒状物質を支持するための手段として改良された流体
冷却式空気分配板組立体を有する熱交換器に関する。

流動床の使用は、熱を発生させるための効率的な方法と
して古くから認められている。

代表的な流動床構造においては、通常、不活性物質と、
高硫黄分歴青炭の如き燃料と、燃料の燃焼の結果として
放出される硫黄を吸収する吸着剤との混合物を含む粒状
物質の床を通して空気を吹込む。

空気が床内を通ることにより床は、あたかも沸騰する液
体の如くに動作し、燃料の燃焼を促進する。

このような流動床構成の基本的な利点は、比較的熱伝達
率が高いこと、床の温度が実質的に均一であること、燃
焼温度が比較的低いこと、燃料の搬送が容易であること
、腐蝕を減少させ、ボイラの煙道の汚れを減少させるこ
と、ボイラのサイズを小型化することができることなど
である。

流動床式燃焼過程においては、燃料の燃焼により放出さ
れる硫黄の、吸着剤による収着を確実にするために、床
の温度を比較的高いしベル（通常１５００°〜１５５０
°Ｆ＝８１６°〜８４２°Ｃ）に維持しなければならな
い。

そのために、床支持・板をそのような高温に耐えるステ
ンレス鋼のような高価な材料で構成しなければならない
。

しかしながら、たとえステンレス鋼のような素材を使用
したとしても、支持板の表裏表面間に生じる大きな熱勾
配および熱膨脹の差により支持板の寿命が相当に短縮さ
れてしまう。

その結果、支持板を頻繁に交換しなければならず、従っ
て材料および手間の両面からみてコスト高となり、装置
の休止時間も相当に増大する。

また、水冷壁を使用した流動床構成の場合には、水冷壁
と床支持板との温度差により、両者の間の結合部のシー
ルの問題が生じる。

従って、本発明の目的は、低合金材で形成することがで
き、しかも、従来技術の流動床熱交換器において使用さ
れる同様な素材またはより高価な素材で形成された床支
持板に比べて長い有効寿命を享受することができる床支
持板組立体を備えた流動床式熱交換器を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、温度を下げるために冷却流体を通
流させるようにした複数の管によって構成した床支持板
組立体を備えた流動床式熱交換器を提供することである
。

本発明の更に他の目的は、床支持板組立体を床の高い作
動温度から隔絶する空気分配装置を有する上記形式の流
動床式熱交換器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、床支持板組立体を床内の高い
作動温度に対して隔絶するために該床支持板組立体の直
ぐ上に粒状物質の滞留区域を設けるようにした上記形式
の流動床式熱交換器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、床支持板の直ぐ上に隔絶空間
を形成するように床流動化用空気を床支持板の平面より
上方に延在する区域において導入するようにした上記形
式の流動床式熱交換器を提供することである。

略述すれば、本発明の流動床式熱交換器は、冷却用流体
を通す複数の管によって構成され、粒状物質の床を支持
するようになされた板組立体を備えている。

上記各管は、板組立体の平面に対して垂直に複数の細長
い中空の空気分配部材を受容するために複数の貫通開口
を有する細長いフィンによって相互に結合されている。

各空気分配部材はその一端に空気を受入れる入口を有し
、他端には空気を床内へ上向きに噴出するための噴出口
を有している。

これらの空気分配部材は、上記板を床の高い温度から隔
絶するのに充分な長さたけ該板から突出させてある。

本発明の上記およびその他の目的ならびに利点は、添付
図を参照して記述した以下の説明から一層明らかになろ
う。

第１図を参照すると、例えばボイラーまたは燃焼器とし
て構成することができる流動床式熱交換器の大部分を形
成する囲包体１０が示されている。

囲包体１０は、前壁１２と、後壁１４と、両側壁１６（
図には一方の側壁だけが示されている）とから成ってお
り、各壁は、複数の互いに平行に並置された垂直管１８
と、それらの各垂直管の両側面に管の全長に亘って連結
されており、かつ、各隣接管を結合するようにした複数
の慣用の細長いフイン２０とによって形成されている。

囲包体１０の上方部分は、図を簡略にするために省略さ
れているが、対流部分と、頂壁と、燃焼ガスを排出させ
るための排出口を有しており、いずれも慣用の構成であ
る。

粒状物質の床２２は、囲包体１０の内部に収容され、囲
包体の下方部分に水平に延設した空気分配板組立体２４
上に座着する。

床２２は、例えば不活性物質と、歴青炭の如き燃料と、
燃料の燃焼によって放出される硫黄を吸着するための吸
着剤の粒状体の混合体とすることができる。

分配板組立体２４の真下に充気室２６を設け、外部供給
源（図示せず）から室２６へ空気を供給するために後壁
１４の下方部分を貫通して室２６に連通ずる空気導入口
２８を設ける。

導入口２８の有効開口を変更させ、それによって充気室
２６への空気の流れを制御するために外部制御器（図示
せず）の作動に応じて中心軸線の周りに駆動するように
した１対の空気ダンパー３０を導入口２８内に適当に取
付ける。

これらのダンパーは慣用構造のものであるから、これ以
上詳しく説明しない。

始動に当って床２２に点火するための点火用バーナ３２
を分配板２４の直ぐ上方のところで前壁１２を貫通して
装着する。

側壁１６を貫通して複数の床万供給管３４ ， ３６．
３８を配設する。

これらの供給管は、導入ダクト等から比較的微細な粒状
石炭を受取り、それを慣用の態用で床２２の上面へ供給
するようになされ・ている。

供給管３４，３６．３８は、床２２の上面より下方に位
置させてもよく、またそれらと同様な供給管を前壁１２
、後壁１４および他方の側壁にも必要に応じて適宜設け
ることができる。

分配板組立体２４の細部構造は第２および３図に示され
ている。

分配板組立体２４は、壁１２，１４および１６の間に水
平に延設された複数の平行な並置管４０と、それらの管
の全長に亘って延長し、各管の１８０゜対向した両側面
に連接された複数の板またはフイン４２とから成ってい
る。

第２図に示されるように、後壁１４を構成するフイン２
０から複数の水平支持板４４を突設し、それらの端部に
板組立体２４の最外端のフイン４２を連結する。

板組立体２４を図示の位置に支持するために壁１２およ
び１４にも同様に支持板を突設する。

各フイン４２と管４０との間、支持板４４・と最外端の
フイン４２との間および支持板４４とフイン２０との間
の結合は、図示のように溶接によるか、．あるいはキー
止め、圧延、ろう付け、ピン止め、鋲留めなどの任意の
適当な手段によって行うことができる。

板組立体２４の各フィンに間隔を置いて穿設した複数の
開口を通して各々１つの空気分配部材５０を装着する。

これらの空気分配部材は、フイン４２に溶接し、該フィ
ンの面から上向きに粒状物質床２２内へ所定の距離たけ
突出させた直立管状部材．であり、管状部材の下端は、
第２図にみられるようにフイン４２の下面から僅かに突
出させて室２６から空気を受入れるようにする。

空気は、空気分配部材５０内を通り、板組立体２４から
所定距離たけ上方に離れたところで流動床内へ噴出する
。

従って、板組立体の上面と分配部材５０の上端との間に
は粒状物質の休止帯域（流動化しない、停滞した状態の
帯域）が形成される。

この目的については後で説明する。

再び第１図を参照して説明すると、前壁１２を構成する
管１８および後壁１４を構成する管１８にそれぞれ水平
ヘッダ−４６が接続されている。

図には示゛されていないが、これらの管の上端にも、ま
た両側壁１６の管の上下両端にもそれぞれ同様なヘツダ
ーを接続する。

かくして、加熱すべき流体は、順次に、あるいは同時に
壁１２．１４および１６を通して通流せしめられ、慣用
の態様で流動床から熱を吸収する。

各側壁１６に近接させて、板組立体２４の各管４０のそ
れぞれの端部に連通ずるヘソダー４８を配設し、各管４
０を通して冷却用流体を通流させることができるように
する。

ヘッダ−４８への冷却用流体は、壁１２．１４．１６へ
通す流体と同じ供給源から供給してもよく、あるいは別
の供給源から供給してもよい。

作動に当っては、空気導入口２８のダンパー（資）が開
放され、空気が充気室２６を通り板組立体２４に向って
導入され、各分配部材５０の入口端に流入し、該分配部
材を通ってその噴出端から該板組立体の平面より上方の
平面において床２２内へ噴出される。

かくして、床２２内の粒状物質のうち分配部材５０の噴
出端より上方の部分が流動化され、該噴出端と板組立体
２４の上面との間に存在する粒状物質は休止、即ち停滞
したままである。

次いで、点火バーナ３２を点火して床内の粒状物質を所
定の温度に達するまで加熱し、所定の温度に達した時点
で粒状燃料を供給管３４ ， ３６ ．３８から床２２
の上面・＼落下させる。

この燃料は、燃焼した燃料を常時補給するように必要な
たけ供給する。

上述のようにして床２２が流動化され、所定の温度に達
したならば、点火バーナ３２は消されるが、供給管３４
，３６．３８は、粒状燃料を所定の供給割合で床の上面
へ供給しつづける。

かくして、板組立体２４の上面と分配部材５０の噴出端
との間に存在する粒状物質の休止層は、板組立体２４を
床２２の高温から隔絶するための隔絶体の役割を果す。

主として灰の形となった燃焼ずみ燃料は、板組立体から
壁１２．１４または１６の１つを通して延長させた出口
（図示せず）から排出させることができる。

冷却用流体（好ましくは水）をヘッダ−４８，４８の間
で板組立体２４の各管４０を通して通流させ、板組立体
の温度を低下させる。

一方、加熱すべき流体は、壁１２，１４．１６を構成し
ている管１８内を同時に、または順次に通されて流動床
から熱を吸収した後、外部の装置へ送られ、更に処理さ
れる。

管４０と、フイン４２と、空気分配部材５０を備えた本
発明の独特の構成による板組立体２４は、比較的安価な
、低合金材で形成することができ、しかも、本発明の構
成におけるように熱から隔絶されておらず、冷却作用も
施されていない、より高価な耐熱材で形成された板に比
べて長い有効寿命を享受することができる。

第４〜８図は、各々、本発明の板組立体２４に使用する
ことができる空気分配部材の変型実施例を示す。

第４図に示された空気分配部材５４は、フイン４２の開
口を通して装着された真直ぐな管５６と、管５ｑの上端
に連通させ、該上端の上に水平に延長させた別個の分岐
管５８によって構成されている。

従って、この分配部材は、空気をその管５８の互いに反
対向きの両端から床２２内へ水平に噴出する。

第５図の実補例は、第４図のものと類似しているが、単
一部片の丁字形分配部材であり、垂直部分６２と、それ
に連通した水平部分６４とから成る。

第６図の実施例は、第５図のものと類似しており、垂直
管６８と、それと一体に形成した山形ヘッド部分７０と
から成る。

ヘッド部分７０は、垂直部分６８の上端から空気を受取
り、僅かに下向きの互いに反対方向に噴出する。

第７図の実施例の分配部材７２は、垂直管７４と、その
上端に連結された円弧状管７６とから成るダブルエルボ
付Ｔ字形の管であり、第６図の実施例のものと同様のパ
ターンで空気を噴出する。

第８図の実施例の努配部材は、上端を屈曲されている、
あるいは水平方向に、かつ、僅かに下向きに湾曲されて
いる単一の一体的な管によって構成されており、水平か
ら僅かに下向きの単一の空気噴出パターンを呈する。

この形態の分配部材は、床の粒状物質に循環流れを生じ
させることができ、あるいは、粒状物質を床内へ拡散さ
せるか、比較的大きい粒子または灰を移動させることが
できる方向性を有するように設計することができる。

本発明の変型実施例として、休止状態の粒状物質層が形
成されるようにする代りに、例えば、各分配部材５０の
噴出端によって画定される平面と板組立体２４の上面と
の間の区域に断熱物質または耐熱物質を配設してもよい
。

その場合、分配部材５０は、そのような断熱または耐熱
物質を定着するための定着具の役割を果すようにするこ
とができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、いろいろな変型および変更が
可能であることは当業者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動床式熱交換器の垂直断面図、第２
図は第１図の熱交換器の床支持板組立体の部分断面図、
第３図は床支持板組立体の部分平面図、第４乃至８図は
第１図の熱交換器に使用する空気分配部材の各種変型実
施例の断面図である。 図中、２２は粒状物質の床、２４は板組立体、２６は充
気室、２８は空気導入口、４０は管、４２はフィン、４
８はヘツダー、５０は空気分配部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流動床式熱交換器において、複数の間隔を置いて並
   置された平行な管とそれらの各隣接する管と管の間に延
   設されて該各管に連結された細長いフィンとによって形
   成されており、粒状物質の床を支持するように水平平面
   内に配置された板組立体と、該板組立体の該各管内を通
   して冷却用流体を通流させるための手段と、該板組立体
   に穿設された複数の穴と、該各穴と整合する空気入口と
   少くとも１つの空気噴出口を有しており、該板組立体に
   対して垂直に延長した複数の空気分配部材と、該各空気
   分配部材の噴出口より上方にある粒状物質を流動化させ
   るために該空気分配部材を通してその噴出口から空気を
   噴出させるべく各分配部材の入口に空気を導入する手段
   とを備えており、前記各空気分配部材の噴出口は、該噴
   出口より下にある粒状物質が前記板組立体を前記床内の
   比較的高い温度から隔絶する役割を果すのに十分な距離
   たけ該板組立体から離隔されていることを特徴とする流
   動床式熱交換器。