JPS625094A - 熱交換器の伝熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 脈聚五へ秤また腎 本発明は、蓄熱式熱交換器の伝熱要素に付着したダスト
を、伝熱要素を運動させることによって除去する伝熱体
に関するものである。

従来の技術 熱交換器の伝熱要素に付着したダストを除去する装置と
して、気体または水を噴射する流体噴射式のスートブロ
ワが一般的に使用されている。ダストの付着力が弱い場
合には気体噴射のスートブロワは有効であるが、強い場
合１こけ除去効果を得られない場合が多い。このような
場合、水噴射のスートブロワは気体噴射のそれよりも有
効であるが、運転中に水噴射を行うと熱交換器の下流の
プロセスに水分による悪影響を与える恐れがあって、熱
交換器をプラントの運転系統から切離すか、該プラント
の停止中に熱交換器を水洗しなければならないという不
便がある。

熱交換器の運転中に、強固に付着したダストを除去する
装置として、伝熱面の形状が簡単な場合、例えば裸管の
場合には、伝熱面に付着したダストを機械的に掻き取る
伝熱面摺動型のダスト除去装置が使用されている。しか
し、伝熱面が拡大伝熱面などの複雑な形状をしている場
合には、拡大伝熱面に付着したダストを掻き取ることは
できない。

蓄熱式の熱交換器において、一般に、伝熱要素間の流路
は狭く且つ拡大伝熱面等によって複雑な形状をしている
ため、前述のような流体噴射装置および機械的掻取摺動
装置以外に、該熱交換器の流路に付着したダストを該熱
交換器の運転中に有効に除去する手段（よ未だ開発され
ていない。

明が　７　しようとする出題弘 現状のダスト除去手段では、プラントに組込まれた蓄熱
式熱交換器の伝熱面に付着したダストを該熱交換器の運
転中に十分に除去することが困難である。従って、蓄熱
式熱交換器をプラントの運転系統から切り離すか、プラ
ント全体の運転を停止するかして、十分なダスト除去を
行はなければならず、該熱交換器またはプラントの停止
による運転損失を避けることができない。

特に蓄熱式熱交換器においては、伝熱要素間の流路が狭
く且つ拡大伝熱面等によって複雑な形状であるという特
性を持っているため、該流路が割合短期間に閉塞して、
プラントを長期間に互って定常的な運転を継続すること
が困難である。

現今のプラントにおいては、運転効率を向上させるため
１乃至２年の長期に亙って定常運転を継続する必要性が
仝々増加してきており、蓄熱式熱交換器の伝熱面に強固
に付着したダストをプラントの定常運転中に効果的にし
かも経済的に除去できる手段の開発が強く要請されてい
る。

本発明はこの要請に応えるためになされたもので、その
目的とするところは、該熱交換器の運転中に伝熱面を構
成する個々の伝熱要素の相互間に、相対的運動を外力を
利用して起こさせることによって、伝熱面に付着したダ
ストの堆積成長を防止する手段を提供することにある。

［発明の構成］ ヴを解ンするための　父とイ用 一定の期間、伝熱面が高温流体に接触して伝熱要素が蓄
熱され、その後の一定の期間、蓄熱された伝熱面が低温
流体に接触して、該伝熱要素が低温流体に蓄熱された熱
を放熱して低温流体を加熱し、高温流体と低温流体間で
熱交換する蓄熱式熱交換器に内Ｍされる伝熱要素として
、拡大伝熱面を有する又は有しない伝熱要素、例えば板
状体、棒状体、ブロック状体等の伝熱要素を、個々の伝
熱要素が相互に相対運動することが可能な程度に、相互
にゆるやかな接近状態として遊動間隙を持たせて簸熱交
換器内に積層充填する。

蓄熱式熱交換器の伝熱要素を内蔵する空間が大きい場合
には、相互に隣接する伝熱要素間に本来均等に分布され
るべき間隙が、伝熱要素が該空間の局部に片寄って集積
されると、該間隙が局部に集中することになり、熱交換
流体の素通りを起こす。伝熱要素の適当な数量の一群を
一つの区分とし、個々の一群の端部に伝熱要素の過剰変
位を防止するための案内装置を装備することによって該
間隙の集中を防止する。

このように積層充填された個々の伝熱要素に相互に相対
運動を与えるための外力を与える。外力を与える装置と
しては、流体を伝熱要素に噴射するスートブロワを採用
するのが好ましいが、これに限定されることなく、伝熱
要素に外力を与える装置であればいずれの手段でもよい
。例えば、個々の伝熱要素をリンクｆｉｈＭで連結し、
りンク磯構を駆動して機械的に伝熱要素に運動を与える
装置、蓄熱体が回転する回転再生式熱交換器の回転によ
って伝熱要素に振動を与える回転駆動装置、熱交換器に
流入する流体の流体力学的な力によって伝熱要素に運動
を与える熱交換流体等がある。

伝熱要素の相互間の相対運動の変位方向は、熱交換流体
の流入方向に対し、直角の方向の場合もあれば、流入方
向と同一の方向の場合もあり、また直角の方向と流入方
向との合成された方向の場合もある。

熱交換流体が伝熱要素間の流路を通過中に、伝熱面には
ダストが付着して、そのダストは徐々に成長する。外力
によって振動または揺動する伝熱要素によってダスト付
着の初期の状態においては、ダストは振り落とされ、更
にダストが成長してその厚みを増すと、相互に隣接する
伝熱要素上にそれぞれ付着したダストの一部は相互に接
触してその衝突及び摩擦力によって掻き落とされる。厚
みを増したダストが更に成長すると、相互に隣接する伝
熱要素上にそれぞれ付着したダストの一部は相互に結合
して流路を狭めるが、相互に隣接する伝熱要素の相対変
位によって、結合面が剪断され、剪断面でダストは、相
互に接触して摩擦力によって掻き落とされる。

前述のダスト脱落機構はダスト成長の各段階のダスト脱
落の主たる機構について分解して述べたものであるが、
実際の脱落機構においてはこれら主機能が複合して作用
している。これらの脱落機構によって、ダストの成長速
度は、強固に積層されて、相互に相対変位することので
きない伝熱要素中において堆積成長するダストの成長速
度に比し、着しく減少する。

及１九 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は回転再生式熱交換器の断面図であり、第２図は
第１図の平面図である。

ケーシング１内で縦軸式の回転柱２を中心として回転す
るロータ３は、内部に伝熱要素である拡大伝熱面を有す
る板状体である伝熱板４を積層してなる伝熱体を蓄熱体
として内蔵している。ロータ３の右側は高温流体が矢印
の方向に流下し、左側は低温流体が矢印の方向に上昇す
る流体流路を構成する。

ロータ３は扇形状体に複数に区画され、個々の区画は積
層された伝熱板４を収納する扇形状体のバスケット５を
構成する。バスケット５内に収納された伝熱板４は個々
にゆるやかな相互接近状態でバスケット５の円周方向に
積層されているため、個々の伝熱板４は外力によって相
対的に変位することが可能である。

一つのバスケット５の容積即ち空間が伝熱板４が個々に
相接合しで配置された時に占める容積即ち空間に対して
して大き過ぎる場合には、伝熱板群がバスケット５の回
転軸側、円周端側等にそれぞれ集積されて位置すること
が起り得るため、その結果、熱交換流体が素通りする伝
熱板４が存在しない自由空間がＩＩ！ｉ所またはそれ以
上の箇所に集中する場合が生ずる。この集中を防止して
、できるだけ伝熱板４相互間に間隙が均等に配分される
ように、適当な数量の伝熱板４が１群となって所定位置
に積層されるように案内板６を装備する。

この案内板６はバスケット５内を円周方向に横切る一枚
の板、もしくは、伝熱板の端部のみを案内する複数の帯
板であり、同様の目的をもった案内装置があれば一枚の
板もしくは帯板に限定されるものではない。

ロータ３の上端面および／または下端面にはロータ３の
放射方向に移動可能な蒸気、空気または水等の流体を噴
射するスートブロワ７を装備する。

ロータ３を矢印の方向に回転させながら、スートブロワ
７を矢印の方向に前後に移動せしめて、流体を噴射する
。噴射された流体は伝熱板４間の流体流路を通過中に、
個々の伝熱板４の一方の面と、その裏側の面との間に渦
流の発生等による圧力差を生じ、伝熱板４のロータ３の
放射方向に交番する外力を与える。伝熱板４は相互に隣
接する伝熱板４との間に若干の間隙を有するようにゆる
やかな相互接近状態を持って配置されているため、該外
力によって放射方向に振動し、その結果、個々の伝熱板
４は隣接する伝熱板４と相対的変位を生ずる。

特にロータ３の下端面から噴射された流体によっては、
個々の伝熱板４を前述の放射方向に振動または揺動させ
る以外に、噴射流体によって第３図に示すように与える
上向きの圧力によって浮き上らされ、噴射流体の圧力が
減じれば下降して上下運動し、その結果、個々の伝熱板
４は隣接する伝熱板４と相対的変位を与えられる。

ロータ３の上端面には、下部からの噴射流体の圧力によ
る伝熱板４の過剰な浮き上りを制限するため制限バ′−
８が装４ａされている。ロータ３の下端面には伝熱板４
の下方への落下を防止するため、図示しないが落下防止
装置としてグレーティングが装備されていることは勿論
である。

第３図は板状の拡大伝熱面を有する伝熱板４をバスケッ
ト５に納めた状態を示す図である。

伝熱板４がバスケット５内で一方に片寄ることによって
、伝熱要素間に均等に配分されるべき流体流路の空間が
１箇所に集中して存在するようになることを防止するた
め、板状の案内板６または帯状の帯板６′で、適当な枚
数の伝熱板群に区画されていることを、示す。更に放射
方向の矢印Ｘは、外力によって伝熱板４が熱交換流体の
流れ方向に対して直角の方向に、また上下方向の矢印Ｙ
は流れ方向に対して同一の方向に振動または揺動する状
態を示す。

第４図は標準型伝熱板と本発明の改良型伝熱板とがそれ
ぞれ積層された状態の断面を示す図である。

標準型伝熱板は（Ａ）型および（Ｂ）型が交互にそれぞ
れ隣接する伝熱板と相接して積層されており、隣接する
伝熱板が相互に相対変位することは不可能である。

改良型伝熱板は（Ｃ）型および（Ｄ）型交互にそれぞれ
隣接する伝熱板との間に若干の間隙を有して積層されて
おり、外力を受けることによって、隣接する伝熱板が相
互に相対変位することが可能である。

本図においては、標準型伝熱板（Ａ）型、（Ｂ）型の厚
みはそれぞれａ、ｂであり、改良型伝熱板（Ｃ）型、（
Ｄ）型の厚みはそれぞれ０，９４ａ、０，９４ｂであっ
て、それぞれ６％低減されており、この６％に相当する
間隙は相隣接する改良型伝熱板間に存在し、該伝熱板間
に均等に配分されて存在することが好ましい。

改良型伝熱板は、拡大伝熱面の波のピッチ、形状などを
標準型伝熱板のそれらとは変更して伝熱面積を標準型伝
熱板と略等しくし、また、熱伝達率を標準型伝熱板のそ
れより増加して伝熱量を標準型伝熱板のそれと同等とし
て作られている。

第５図は標準伝熱板と改良型伝熱板との圧力損失を比較
したグラフである。

グラフに示すダスト付着前の圧力損失を示す曲線は、標
準型および改良型のそれぞれの伝熱板を同一型状のバス
ケット即ち同一の容積のバスケット内に積層し、該バス
ケットを実機に着装する前に該バスケットに空気を流通
せしめて、計測した時の圧力損失を示す。Ｅは標準型の
、Ｆは改良型の伝熱板の圧力損失を示す。

グラフに示すダスト付着後の圧力損失を示す曲線は、前
述のバスケットを実機に着装して３ケ月間継続して運献
に供し、その間開−のスートブロワで同一の回数流体を
噴射し、その後実機より取り外して、該バスケットに空
気を流通せしめて、計測した時の圧力損失を示す。Ｇは
標準型の、Ｈは改良型の伝熱板の圧力損失を示す。

このグラフから、例へば空気流速７　ｍ／ｓの時の圧力
損失を検討すると、標準型伝熱板のダスト付着前の圧力
損失に対するダスト付着後のそれを比較するとその圧力
上昇は約６４０％に達するが、改良型伝熱板のダスト付
着前の圧力損失に対するダスト付着後のそれを比較する
とその圧力上昇は約２００％に過ぎないことを理解でき
る。

第６図は、改良型伝熱板に付着したダストの脱落機構を
説明する図である。

伝熱板■とＪとが、熱交換流体中で外力によって相対変
位を生じる場合、その相対変位は多くの場合一定位置を
中心とする振動的変位に近似する変位であり、その主要
なダストの脱落機構を説明すると、伝熱板に付着直後の
ダストは個々の伝熱板の相対変位によって振り落され、
この時振り落されなかったダストは更にダストを追加付
着されてダストの厚みを増加し塊状となり、個々の伝熱
板の相対変位または、相隣接する伝熱板にそれぞれ付着
した塊状のダストとの接触摩擦力によって脱落し、この
時脱落されなかったダストは、更にダストを追加付着さ
れて、流体流路の断面に対して、相隣接する伝熱板にそ
れぞれ付着して厚みを増した塊状のダストとなり、相互
に接合し合って環状体を呈し、次第に流路断面を狭めて
行くが、相隣接する伝熱板は外力によって相対変位を起
こすため、相隣接する伝熱板の中間に存在する仮想の剪
断面に近似する面に沿って、ダストは剪断され、剪断後
の剪断面で相互に摺動し合って、粉状または塊状となっ
て脱落し、ダストの成長の進行速度を者しく減じて、流
体流路の閉塞を防止する。

伝熱板（こ外力を支える手段について次に説明する。

スートブロワにより流体を噴射する場合には、伝熱板の
相対変位によって、脱落が容易な状態となっているダス
トを更に該流体で吹き飛ばす１ことによって、脱落効、
朱を促進することは勿論である。

スートブロワによって支える外力では、伝熱板に与える
力が不足する場合には、流体的外力に代えて伝熱板を１
枚置きに共通のリンク装置を有する駆動機構に連結し、
残された他の伝熱板を１枚置きに共通に他のリンク装置
を有する駆動機構に連結し、合わせて２組の駆動機構に
よって、それぞれの組の伝熱板をそれぞれ相対的に変位
せしめる機械的外力を与える装置を採用してもよい。

更に、熱交換器に自動的に付帯される外力、即ちロータ
に内蔵された伝熱体が回転する第１図に示す縦軸型の回
転再生式熱交換器においてはロータを駆動する回転装置
による回転振動力、横軸型の回転再生式熱交換器におい
ては、伝熱体に作用する作用方向が交番する重力、伝熱
体に流入する熱交換流体の流体力学的な力を外力として
利用できる。

以上の説明においては伝熱要素として、伝熱板を使用す
ることについて述べたが、伝熱板に限定するものではな
く、相隣接する伝熱要素が相対変位することが可能な伝
熱要素であれば、どのような形状のものでもよい。

第７図は伝熱要素の他の実施例を示す図である。

゛　伝熱要素が棒状体９の場合には、板状体の場合に比
し、伝熱要素がバスケットの容積内の局部への集積度が
増すため、案内板を増設する必要がある。

伝熱要素がブロック状体１０の場合には板状体の場合に
比し、伝熱要素がバスケット容積内の局部への集積度が
少ないため案内板は少なくすることができる。

更に以上の説明においては、伝熱体を内蔵するロータが
回転する方式の回転再生式熱交換器について述べたが、
伝熱体が固定式で伝熱体に流体を導くダストが回転する
方式の回転再生式熱交換器および回転部分を有しない固
定方式の蓄熱式熱交換器についても、本発明の主旨を逸
覗しない範囲で適用することができる。

［発明の効果１ 伝熱要素の流体流路に付着したダストは、熱交換器の運
転中にスートブロワによってその除去を行っても、徐々
にその付着量を増して成長して行き、逐には流体流路を
閉塞し、熱交換器の運転継続を割合短期間に不能に至ら
しめ、また、伝熱面摺動型のダスト除去装置によってダ
スト除去を行う場合には、複雑な形状の拡大伝熱面を有
する伝熱要素には適用不可能である。しかし、個々の伝
熱要素と、これに隣接する個々の伝熱要素とを相互に変
位可能な状態に積層した伝熱体を装備し、伝熱要素に相
対変位を起せしめる外力を与えることによって、熱交換
器の運転中に伝熱要素に付、着したダストを脱落させる
本発明によれば、伝熱要素の拡大伝熱面の形状に関係な
く、ダストの付着成長を着しく低減し、該熱交換器の運
転継続を相当長期間に互って可能ならしめることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転再生式熱交換器の断面図、第２図はその平
面図、＄３図は板状体の伝熱体をバスケットに納めた状
態を示す図、第４図は標準型伝熱板と改良型伝熱板との
積層された状態を示す図、第５図は伝熱板の圧力損失を
示すグラフ、第６図は伝熱板のダスト脱落機構を説明す
る図、＃１．７図は伝熱要素の他の実施例を示す図であ
る。 １・・・ケーシング、２・・・回転柱、３・・・ロータ
、４・・・伝熱板、５・・・バスケ・ント、６・・・案
内板、６′・・・帯板、７・・・スートブロワ、８・・
・制限バー、９・・・棒状体、１０・・・ブロック状体
。 第１図 第３図 第４図 第５図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器の流体流路を形成する複数の伝熱要素が
   積層されてなる伝熱体において、該複数の伝熱要素が外
   力により相互に相対変位をなすことができることを特徴
   とする熱交換器の伝熱体。
2. （２）複数の伝熱要素が相隣接する他の伝熱要素との間
   に遊動間隙を有することを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項記載の熱交換器の伝熱体。
3. （３）複数の伝熱要素が流体流れ方向に対し、直角の方
   向に相互に相対変位をなすことができるように積層され
   ていることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の熱交換器の伝熱体。
4. （４）複数の伝熱要素が流体流れ方向と同一の方向に相
   互に相対変位をなすことができるように積層されている
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の熱交換器の伝熱体。
5. （５）複数の伝熱要素の相対変位の方向を案内する案内
   装置を装備することを特徴とする前記特許請求の範囲第
   １項ないし第４項記載の熱交換器の伝熱体。
6. （６）複数の伝熱要素に外力を与える装置を備えること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項ないし第５項記
   載の熱交換器の伝熱体。
7. （７）複数の伝熱要素に備えられた外力を与える装置が
   スートブロワであることを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項ないし第６項記載の熱交換器の伝熱体。
8. （８）複数の伝熱要素が板状体であることを特徴とする
   前記特許請求の範囲第１項ないし第７項記載の熱交換器
   の伝熱体。
9. （９）複数の伝熱要素が棒状体であることを特徴とする
   前記特許請求の範囲第１項ないし第７項記載の熱交換器
   の伝熱体。
10. （１０）複数の伝熱要素がブロック状体であることを特
    徴とする前記特許請求の範囲第１項ないし第７項記載の
    熱交換器の伝熱体。