(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状形状を有し、導入管から当該内部に流入するガスを冷却するための減温塔であって、
側面に前記導入管が接続された導入部と、
前記導入部よりも下流側に設けられ、前記減温塔の軸線方向に垂直な平面における流路面積が前記導入部よりも大きい胴部と、
前記導入部と前記胴部との間に設けられ、前記導入部から前記胴部に向かうにつれて前記流路面積が大きくなるように拡がる拡大部と、
前記胴部に設けられ、前記ガスに対して液滴を噴霧するノズルと、
を備え、
前記拡大部の内面と前記減温塔の軸線とのなす角は、前記導入部において前記導入管が設けられた側面の側よりも前記導入管が設けられた側面に対向する側面の側のほうが大きい
ことを特徴とする減温塔。
【請求項２】
前記拡大部の内面は、前記導入部側に設けられた第１傾斜部と、前記第１傾斜部の下流側に連続するように設けられた第２傾斜部と、を備え、
前記第１傾斜部と前記減温塔の軸線とのなす角は、前記第２傾斜部と前記減温塔の軸線とのなす角よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の減温塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減温塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば廃棄物焼却施設等において、ダイオキシンの生成の防止を目的として、ガスを冷却するための減温塔が用いられている。減温塔では、塔内を流れるガスに対して液滴を噴霧することによって液滴を蒸発させることにより、温度を低下させている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４３１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の減温塔では、その内部へのガスを供給する際のガスの流路等に起因して、偏流が発生する可能性が増大する。例えば偏流が発生すると、ガス流速の偏りに応じてガス冷却を十分に行うことができない領域が形成されるおそれがある。また、減温塔内部におけるガスの主流から外れた領域で形成される渦流が原因となって、ノズルから噴霧される液滴の蒸発が不十分となり、液滴が塔内のダストと混合して減温塔の内壁等に付着し、減温塔の冷却性能が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、冷却性能の低下を抑制できる減温塔の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る減温塔は、筒状形状を有し、導入管から当該内部に流入するガスを冷却するための減温塔であって、側面に導入管が接続された導入部と、導入部よりも下流側に設けられ、減温塔の軸線方向に垂直な平面における流路面積が導入部よりも大きい胴部と、導入部と胴部との間に設けられ、導入部から胴部に向かうにつれて流路面積が大きくなるように拡がる拡大部と、胴部に設けられ、ガスに対して液滴を噴霧するノズルと、を備え、拡大部の内面と減温塔の軸線とのなす角は、導入部において導入管が設けられた側面の側よりも導入管が設けられた側面に対向する側面の側のほうが大きいことを特徴とする。
【０００７】
上記の減温塔では、導入管から導入部内部に導入されたガスは、減温塔の軸線に対して導入管とは反対側にガス流の主流を形成して下流側へ流れる。このとき、導入管側の拡大部の内面とガス流の主流との間に渦流が形成され、この渦流が液滴の蒸発を妨げ減温塔における冷却性能の低下を導いていることを本発明者らは発見した。そこで、上記の減温塔のように、導入管が設けられた側面の側における拡大部の内面と軸線とがなす角を、導入管が設けられた側面に対向する側面の側の拡大部の内面と軸線とがなす角よりも大きくすることで、導入管側の拡大部の内面近傍での渦流の発生を抑制することができる。この結果、偏流により形成される大きな渦流に由来する冷却性能の低下を抑制することができる。
【０００８】
ここで、上記実施形態を効果的に奏する構成として、具体的には、前記拡大部の内面は、導入部側に設けられた第１傾斜部と、第１傾斜部の下流側に連続するように設けられた第２傾斜部と、を備え、第１傾斜部と減温塔の軸線とのなす角は、第２傾斜部と減温塔の軸線とのなす角よりも小さい態様が挙げられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷却性能の低下を抑制できる減温塔が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】減温塔について説明する概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る減温塔の軸線Ｘに沿った断面図である。
【図３】変形例に係る減温塔の図２に対応する断面図である。
【図４】図３の減温塔のIV-IV断面図である。
【図５】減温塔の内面の形状を変更した例を説明する図４に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は減温塔について説明する概略構成図である。図２は、本実施形態に係る減温塔の軸線Ｘに沿った断面図である。
【００１３】
図１に示す減温塔１は、塔内を流通する高温ガスを急速に冷却することでダイオキシンの発生を抑制するものであり、主に廃棄物焼却施設等において焼却炉の後段に設けられ、焼却炉からの排ガスの処理等に運用される。減温塔１は、筒状形状であってその軸線Ｘが垂直方向に伸びるように竪型に設置される。この減温塔１は導入部１０、導入管１１、拡大部２０、胴部３０、ノズル３１、排ガス出口管３２、排出管３３を備えている。このうち、導入部１０、拡大部２０及び胴部３０は減温塔１の内部のガスの流路を形成するものであり、導入管１１は減温塔１の内部へガスを供給するための配管である。また、排ガス出口管３２は、減温塔１の内部を流通したガスを排出するための配管であって、排出管３３は、減温塔１のダスト等の残渣を適宜排出するための配管である。なお、減温塔１においてガスが流れる領域の内面は高温になるため、耐火キャスタ等の所謂耐火物によって形成されている。
【００１４】
減温塔１の上方に設けられる導入部１０は、筒状形状を有し、減温塔１の内部のガス流路において最も上流となる。導入部１０はその上端部が閉じていて、所謂有底円筒形状をなしている。
【００１５】
導入部１０の側面には、ガスを導入部１０の内部に導入させる導入管１１が設けられている。導入管１１はその内部が導入部１０の内部と連通するとともに、減温塔１の軸線Ｘに対して交差する方向に延びている。
【００１６】
拡大部２０は、導入部１０の下方、すなわち導入部１０の下流側において導入部１０に連続するように設けられる。図２に示すように、拡大部２０は、上流側の端部の内径は導入部１０と同じである。したがって、拡大部２０の上流側端部における軸線Ｘに垂直な面での流路面積は導入部１０と同じである。そして、導入部１０と接続する部分から下流側に進むにつれて軸線Ｘを中心として内径が徐々に大きくなり、軸線Ｘに垂直な面における流路面積が徐々に大きくなるように拡がる形状を有している。
【００１７】
胴部３０は、拡大部２０の下方、すなわち拡大部２０の下流側には、拡大部２０に連続して設けられ、下流側の端部となる底面が閉じている所謂有底円筒状形状をなしている。胴部３０は、筒状形状を有していて、内径及び軸線Ｘに垂直な面における断面積は、拡大部２０の下流側の端部と同じである。
【００１８】
胴部３０の下端、すなわち、減温塔１の内部のガス流路の下流側端部には排ガス出口管３２及び排出管３３が設けられる。排ガス出口管３２は、減温塔１の内部と連通し、減温塔１の内部を通過したガスを排出する管である。また、排出管３３は、減温塔１の胴部３０の底部に設けられ、ダスト等の残渣を適宜排出するために接続されている。
【００１９】
ノズル３１は、減温塔１の胴部３０内を流通するガスに対して液滴を噴霧する機能を有する。ノズル３１は、拡大部２０よりも下方側であって胴部３０の上端近傍の内面に取り付けられ、胴部３０の内側方向に液滴を噴霧可能に複数取り付けられている。ノズル３１からは、例えば冷却水の微小粒が噴霧される。
【００２０】
ここで、本実施形態の減温塔１において特徴をなす拡大部２０の形状についてさらに説明する。拡大部２０は、減温塔１の軸線Ｘに沿った断面において、その内面が非対称となっている。具体的には、図２に示すように、減温塔１の軸線Ｘと導入部１０への接続位置での導入管１１の軸線Ｙとが含まれる断面において、導入管１１が設けられた側面の側の内面２１と軸線Ｘとのなす角（傾斜角）を角Ａとし、導入管１１が設けられた側面に対向する側面の側（対向面側）の内面２２と軸線Ｘとのなす角（傾斜角）を角Ｂとすると、「Ａ＜Ｂ」の関係を有している。すなわち、導入管１１側の内面２１の傾斜角が対向面側の内面２２の傾斜角よりも小さい。
【００２１】
上記の減温塔１では、高温のガスが導入部１０の側面に設けられた導入管１１から導入部１０の内部へ導入される。そして、減温塔１内の導入部１０内でガスの流れが図示横方向から下方向へと変えられ、導入部１０、拡大部２０、胴部３０を通過する。ここで、ノズル３１から減温塔１の内部へ液滴が噴霧される。このとき、ノズル３１から噴霧された液滴が減温塔１の内部で蒸発することによって、気化熱により内部のガス温度が急速に低下し、所定温度以下まで低下したガスが排ガス出口管３２より減温塔１の外部へ排出される。
【００２２】
このとき、本実施形態に係る減温塔１では、導入部１０におけるガスの流れ方向の変化に由来して、ガス偏流が発生する。具体的には、図１に示すように、導入管１１から導入部１０内に供給されたガスの主流Ｌは軸線Ｘに沿って垂直に下方に向かうのではなく、減温塔１の軸線Ｘに対して導入管１１とは反対側に流れる。この偏流は、導入管１１からのガス流量が大きいときほど顕著であり、導入管１１とは反対側の内面近傍に主流が向かう。
【００２３】
また、導入部１０の下方に設けられた拡大部２０は、下流である下方に向かうにつれてその内径が大きく外方へ拡がる形状を有しているため、拡大部２０の下方側の内面付近及びその下方の胴部３０の上方側の内面付近、すなわち、ノズル３１が設けられる位置の近傍において、主流Ｌから外れたガスによる渦流（図１における渦流Ｐ，Ｑ）が形成される。
【００２４】
ここで、導入部１０においてガスの偏流が発生している場合、導入管１１側とその対向面側とにおいて、拡大部２０の下方で形成される渦流の大きさが異なってくる。具体的には、ガスの主流Ｌが導入管１１側とは反対側において下方に流れている場合、導入管１１側とは反対側の対向面側に設けられたノズル３１付近に形成される渦流Ｐは小さくさり、導入管１１側のノズル３１付近に形成される渦流Ｑは大きくなる。このようなガスの流れが形成されている状態で、ノズル３１から液滴を噴霧すると、液滴の一部は渦流Ｐ，Ｑに乗って減温塔１内を移動する。
【００２５】
このとき、渦流Ｐ，Ｑは胴部３０上方と拡大部２０との間で循環する流れであるため、この渦流に乗っている液滴は蒸発しづらい。特に、導入管１１側のノズル３１付近に形成される渦流Ｑは大きな流れであるため、渦流Ｑに乗って減温塔１内を移動する液滴の割合が高くなる。また、渦流は拡大部２０及び胴部３０の内面際に形成されるため、この渦流に乗っている液滴が減温塔１の内面に付着する可能性も高い。仮に液滴が減温塔１の内面に付着すると、その近傍の温度が低下することから、液滴の蒸発が阻害される。さらに、上記のような液滴が蒸発しづらい状況においてダストと混合すると、ノズル３１やその近傍の内面にも付着しやすくなる。このように、導入管１１側の内面近傍で形成される大きな渦流は、ノズル３１からの液滴の蒸発を阻害し、この結果、減温塔１内のガスの冷却性能を低下させるおそれがあった。
【００２６】
そこで、本実施形態の減温塔１では、図２に示すように、拡大部２０において、偏流が生じている側とは反対側である導入管１１側の内面２１の傾斜角Ａを、対向面側の内面２２の傾斜角Ｂよりも小さくすることで、主流から分岐して形成される渦流を小さくする。渦流を小さくすることで、渦流に乗って循環する液滴を減らすことができ、この結果、ノズル３１及びその近傍へのダストの付着を抑制することができるという効果を奏する。
【００２７】
渦流を抑制するための導入管１１側の内面２１及び対向面側の内面２２の傾斜角の関係については、減温塔１の大きさ、導入管１１からのガスの流量、導入部１０、拡大部２０及び胴部３０の形状等に依存するので、ガス流の流体シミュレーション等を用いて適宜選択することが好ましい。
【００２８】
次に、本実施形態に係る減温塔の変形例について説明する。上述したように、本実施形態に係る減温塔では、拡大部２０のうち導入管１１側の内面の傾斜角を反対側（対向する側面側）の傾斜角よりも小さくすることで、ガスの主流から分岐した渦流の形成を抑制する構造とした。すなわち、拡大部２０のうち導入管１１側の内面近傍において大きな渦流が形成されないように、導入管１１側の内面の形状を変更することが重要である。ここでは、変形例として、減温塔１の軸線Ｘと導入管１１の軸線Ｙとが含まれる断面において、導入管１１側の拡大部２０の内面が第１傾斜部２３と第２傾斜部２４とにより形成されている構成について説明する。図３は、変形例に係る減温塔の図２に対応する断面図であり、図４は、図３に示す減温塔のIV-IV線に沿った断面図である。また、図５は、減温塔の内面の形状を変更した例を示す図４に対応する断面図である。
【００２９】
図３に示すように、変形例に係る減温塔では、導入管１１側の拡大部２０の内面は、導入部１０側に設けられた第１傾斜部２３と、第１傾斜部２３の下流側に連続するように設けられた第２傾斜部２４とにより形成された張り出し部２５により構成される。このとき、第１傾斜部２３と第２傾斜部２４との接続部は内面の軸線方向に向かって張り出した形状となっている。第１傾斜部２３と軸線Ｘとのなす角をＣとし、第２傾斜部２４と軸線Ｘとのなす角をＤとすると、「Ｃ＜Ｄ」の関係となっている。このような構成とすることで、拡大部２０における導入管１１側の内面が軸線Ｘ側に近付けられ、導入管１１の下方における大きな渦流の形成を抑制することができる。
【００３０】
変形例として示した第１傾斜部２３及び第２傾斜部２４により形成される張り出し部２５は、図３に示すように、従来の減温塔の拡大部を形成する内面上に張り出し部２５を形成するための耐火物を固定することにより形成することができる。したがって、拡大部２０の内面の形状が導入管１１の位置に関係なく対称であった従来の減温塔からの改造も容易である。
【００３１】
図４は、図３のIV-IV断面図である。軸線Ｘに沿って上方から見た場合、図４に示すように、拡大部２０の内周のうち導入管１１に対応する側の一部を切り欠くように直線状に張り出し部２５を形成してもよいし、図５に示すように、導入管１１側の内周を弓形に区切るように曲線状に形成することもできる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく種々の変更を行うことができる。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、導入管１１側の拡大部の内面が連続するように設けられた２つの傾斜部によって形成された張り出し部について説明したが、張り出し部の形状は、流路面積が大きくなるように拡がる形状の範囲で適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…減温塔、１０…導入部、１１…導入管、２０…拡大部、２１，２２…内面、２３…第１傾斜部、２４…第２傾斜部、３０…胴部、３１…ノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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