(57)【要約】【課題】熱交換装置に別途の駆動機構を設けることなく、熱媒体の表面に付着した金属塩化物を効果的に除去することである。【解決手段】エアリフト１４のリフト管１４ａから吹き上げられてその上端縁の周りで縦向き筒状のホッパ８内に堆積する熱媒体９の堆積高さを安息角θ以上に制御して、リフト管１４ａから吹き上げられる搬送空気でホッパ８内を噴流状態とし、この噴流状態のホッパ８内に吹き上げられる熱媒体９を流動させて、熱媒体９同士の衝突機会を多くすることにより、別途の駆動機構を設けることなく、熱媒体９の表面に付着した粘性の高い金属塩化物を効果的に剥離、除去できるようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホッパから投入される粒状の熱媒体を、高温気体が流通する上部熱交換室から、低温気体が流通する下部熱交換室へと通して熱交換させ、前記下部熱交換室の底部に溜まる熱交換した熱媒体を、前記ホッパにエアリフトで戻して循環使用し、前記高温気体として高温排ガスを用いる熱交換装置において、前記ホッパを縦向きの筒状とし、その底から前記エアリフトのリフト管が挿入され、前記上部熱交換室への熱媒体の投入口が前記リフト管の上端よりも低い位置に設けられたものとし、前記投入口に前記上部熱交換室への熱媒体の投入量を制御する制御弁を設け、前記リフト管の上端から前記ホッパ内に吹き上げられて、その上端縁の周りに堆積する熱媒体の堆積高さを検出する手段を設け、このリフト管の上端縁の周りに堆積する熱媒体の堆積高さを安息角以上に制御するようにしたことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記ホッパを円筒状のものとし、その側壁からホッパ内に略水平方向の旋回流を形成する旋回空気を供給するようにした請求項１に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒状の熱媒体を循環使用して、高温気体の顕熱を低温気体に回収する熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒状の熱媒体を循環使用して、高温気体の顕熱を低温気体に回収する熱交換装置では、高温気体に溶融炉等で発生する高温排ガスを用いることが多く、高温排ガス中に含まれる金属塩化物が循環使用される熱媒体の表面に付着する。金属塩化物は粘着性が高いので熱媒体同士を凝集させ、凝集した熱媒体が熱交換装置内の狭い通路等を閉塞させることがある。
【０００３】
このように熱媒体の表面に付着する金属塩化物を除去する手段を設けた熱交換装置としては、エアリフトにより熱媒体が戻されるホッパを、熱媒体と搬送空気を分離する分離器とし、この分離器の中に熱媒体の流入口と対向する衝突板を設けて、熱媒体と衝突板との衝突や、衝突板で方向が変化する熱媒体同士の衝突により、付着する金属塩化物を剥離させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４６５７３号公報（第２−３頁，第２，４，５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した分離機（ホッパ）内の衝突板に熱媒体を衝突させて金属塩化物を剥離させる方法は、熱媒体と衝突板との衝突回数は１回以下であり、熱媒体同士の衝突機会も片道のみで回数が少ないので、十分な剥離効果を得られない。このため、熱媒体同士の凝集を十分に防止できない問題がある。
【０００６】
また、熱媒体が流入口と対向する衝突板と直角に衝突する場合は、熱媒体の表面に圧縮力が加わるのみで、表面に付着する金属塩化物を剥離させる作用はあまりなく、かつ、衝突板との衝突で熱媒体自体が破損する恐れもある。
【０００７】
本発明者らは、熱媒体表面からの金属塩化物の除去手段として、熱媒体の戻し経路に熱媒体同士を容器内で擦り合わせる手段を設けたり（特願２００２−０２５２０５号）、下部熱交換室の底部に溜まる熱媒体を撹拌する手段を設けたり（特願２００２−０２５２１３号）する方法を先に提案している。しかしながら、これらの方法は、別途の擦り合わせ手段や撹拌手段等の駆動機構を必要とするので、熱交換装置の構成が複雑になる難点がある。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、熱交換装置に別途の駆動機構を設けることなく、熱媒体の表面に付着した金属塩化物を効果的に除去することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、ホッパから投入される粒状の熱媒体を、高温気体が流通する上部熱交換室から、低温気体が流通する下部熱交換室へと通して熱交換させ、前記下部熱交換室の底部に溜まる熱交換した熱媒体を、前記ホッパにエアリフトで戻して循環使用し、前記高温気体として高温排ガスを用いる熱交換装置において、前記ホッパを縦向きの筒状とし、その底から前記エアリフトのリフト管が挿入され、前記上部熱交換室への熱媒体の投入口が前記リフト管の上端よりも低い位置に設けられたものとし、前記投入口に前記上部熱交換室への熱媒体の投入量を制御する制御弁を設け、前記リフト管の上端から前記ホッパ内に吹き上げられてその上端縁の周りに堆積する熱媒体の堆積高さを検出する手段を設け、このリフト管の上端縁の周りに堆積する熱媒体の堆積高さを安息角以上に制御する構成を採用した。
【００１０】
すなわち、リフト管から吹き上げられてその上端縁の周りで縦向き筒状のホッパ内に堆積する熱媒体の堆積高さを安息角以上に制御することにより、リフト管から吹き上げられる搬送空気でホッパ内を噴流状態とし、この噴流状態のホッパ内に吹き上げられる熱媒体を流動させて、熱媒体同士の衝突機会を多くし、熱媒体の表面に付着した金属塩化物を効果的に剥離、除去できるようにした。
【００１１】
前記熱媒体の堆積高さを検出する手段としては、ホッパの側壁内面に接触する堆積熱媒体の存在を検知するセンサを、ホッパの側壁に上下間隔を開けて配設する方法を採用することができる。センサの具体例としては、搬送空気よりも高温の熱媒体を検知する温度センサや、側壁内面を覆う堆積熱媒体による圧力低下を検知する圧力センサを用いることができる。これらの上下に配設されたセンサで検出されるホッパ側壁内面での熱媒体の堆積高さと、側壁内面からリフト管上端縁までの距離とから、熱媒体の堆積高さが安息角以上であるか否かを検知することができる。
【００１２】
前記ホッパを円筒状のものとし、その側壁からホッパ内に略水平方向の旋回流を形成する旋回空気を供給することにより、熱媒体の流動状態をより長く維持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。この熱交換装置は、図１に示すように、高温排ガス１が流通する上部熱交換室２と、低温気体３が流通する下部熱交換室４とが連通部５で連通され、各熱交換室２、４に、それぞれ多孔板のトレイ６、７が複数段に設けられている。ホッパ８から上部熱交換室２の上部に投入される粒状の熱媒体９は、上部熱交換室２の各トレイ６、連通部５、下部熱交換室４の各トレイ７、下部熱交換室４の底部へと順次落下し、上部熱交換室２を通気口１０から排気口１１へと流通する高温排ガス１との接触で顕熱を回収し、下部熱交換室４を通気口１２から排気口１３へと流通する低温気体３に回収した顕熱を放出して熱交換する。熱交換して下部熱交換室４の底部から排出される熱媒体９は、エアリフト１４により上方のホッパ８へ戻されて循環使用される。
【００１４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記ホッパ８は縦向きの円筒状とされ、その底からエアリフト１４のリフト管１４ａが挿入され、上部熱交換室２への熱媒体９の投入量を制御する制御弁１５が設けられた投入口１６が、リフト管１４ａの上端よりも低い位置に設けられている。ホッパ８の上部にはエアリフト１４の搬送空気を排出する排気口１７が設けられ、天井には排気口１７からの熱媒体９の流出を防止する下向き拡径状のバッフル１８が設けられている。また、ホッパ８の側壁には、水平方向の旋回流を形成する旋回空気用の複数の噴出口１９が設けられている。各噴出口１９は排気口１７からの熱媒体９の流出を確実に防止するために、水平方向よりもやや下向きに向けられている。
【００１５】
前記ホッパ８の側壁には、その内面側の温度を検出する温度センサ２０が、上下３段に間隔を開けて配設されている。各温度センサ２０の出力はコントローラ（図示省略）に入力され、コントローラはこれらの温度センサ２０の出力に基づいて、投入口１６の制御弁１５の開度を調節し、リフト管１４ａの上端縁の周りに堆積する熱媒体９の堆積高さを、安息角θ以上に制御するようになっている。
【００１６】
すなわち、エアリフト１４でホッパ８に戻される熱媒体９の温度は約３００℃程度で、搬送空気よりもかなり高温であるので、ホッパ８の側壁内面側に熱媒体９が堆積している否かにより、温度センサ２０の出力が大きく変化する。したがって、これらの上下に配設された温度センサ２０で検出されるホッパ８の側壁内面での熱媒体の堆積高さと、側壁内面からリフト管１４ａの上端縁までの距離とから、熱媒体９の堆積高さが安息角θ以上であるか否かを検知することができる。
【００１７】
このように、熱媒体９の堆積高さを安息角θ以上に制御して、リフト管１４ａから吹き上げられる搬送空気でホッパ８内を噴流状態とするとともに、各噴出口１９から噴出される旋回空気で水平方向の旋回流を形成することにより、リフト管１４ａから吹き上げられる熱媒体９を長時間ホッパ８内で流動させ、熱媒体９同士の衝突機会を多くして、その表面に付着した金属塩化物を効果的に剥離、除去できるようにした。すなわち、熱媒体９の堆積高さが安息角θ以上であれば、リフト管１４ａから吹き上げられた熱媒体９は、上昇力を失ったのち落下して、熱媒体９の堆積により形成される斜面を転がり落ち、リフト管１４ａから吹き上げられる別の熱媒体９と衝突する機会が与えられる。また、斜面を転がり落ちた熱媒体９は、リフト管１４ａより吹き上げる搬送空気により再び上昇するので、空中での熱媒体９同士が衝突する機会も多くなる。
【００１８】
なお、前記熱媒体９の堆積高さがあまり高くなると、エアリフト１４の圧力損失が大きくなるので、この実施形態では、熱媒体９の堆積高さが安息角θよりも高い下段と中段の温度センサ２０の配設位置の間の高さになるように、制御弁１５の開度を制御している。
【００１９】
【実施例】
図１に示した熱交換装置と同様の構成で、内径３００ｍｍのホッパを備えた実験機を用いて負荷運転を行って、直径１．２ｍｍの熱媒体に金属塩化物を付着させたのち、上部熱交換室を流通させる高温気体を、高温排ガスから清浄な８００℃の加熱空気に切り換えて、前記ホッパ内の熱媒体の堆積高さを安息角θ以上に制御した連続運転実験を行った。比較例として、熱媒体の堆積高さを安息角θよりも低くした連続運転実験も行い、実施例と比較例の各実験について、熱媒体に付着する金属塩化物の塩素量を３０分毎に測定した。塩素量の測定は、クロム酸を指示薬とする硝酸銀滴定（ＪＩＳ  ０４００−３５−１０）で行い、熱媒体１ｋｇ当りの塩素付着量で評価した。なお、各実験に用いた負荷運転後の熱媒体１ｋｇ当りの塩素付着量は２８０ｍｇであった。
【００２０】
図３は、上記実施例と比較例の各実験における時間経過に伴う塩素付着量の変化を示す。この結果からも分かるように、熱媒体の堆積高さを安息角θ以上に制御した実施例では、時間経過に伴って塩素付着量が比較例の２倍以上減少している。また、この実験では、ホッパに覗き窓を設けて内部を観察したが、比較例の場合はリフト管から吹き上げられる熱媒体が直ぐにその上端縁に落下するのに対して、実施例の場合は熱媒体が噴流状態で長時間流動することが確認された。したがって、この噴流状態における熱媒体の流動により、熱媒体同士の衝突機会が多くなって、その表面に付着した金属塩化物が効果的に剥離、除去されたものと考えられる。
【００２１】
上述した実施形態では、ホッパ内の熱媒体の堆積高さの検出に、上下に配設した温度センサを用いたが、ホッパの側壁内面を覆う堆積熱媒体による圧力低下を検知する圧力センサを用いることもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明の熱交換装置は、リフト管から吹き上げられてその上端縁の周りで縦向き筒状のホッパ内に堆積する熱媒体の堆積高さを安息角以上に制御することにより、リフト管から吹き上げられる搬送空気でホッパ内を噴流状態とし、この噴流状態のホッパ内に吹き上げられる熱媒体を流動させて、熱媒体同士の衝突機会を多くするようにしたので、別途の駆動機構を設けることなく、熱媒体の表面に付着した粘性の高い金属塩化物を効果的に剥離、除去して、熱媒体同士の凝集を防止することができる。
【００２３】
また、前記ホッパを円筒状のものとし、その側壁からホッパ内に略水平方向の旋回流を形成する旋回空気を供給することにより、熱媒体の流動状態をより長く維持して、熱媒体同士の衝突機会をより多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換装置の実施形態を示す概略縦断正面図
【図２】ａは図１の熱交換装置のホッパ部を拡大して示す縦断面図、ｂはａのＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った断面図
【図３】実施例と比較例の実験機での連続運転実験における熱媒体の塩素付着量の時間変化を示すグラフ
【符号の説明】
１  高温排ガス
２  上部熱交換室
３  低温気体
４  下部熱交換室
５  連通部
６、７  トレイ
８  ホッパ
９  熱媒体
１０  通気口
１１  排気口
１２  通気口
１３  排気口
１４  エアリフト
１４ａ  リフト管
１５  制御弁
１６  投入口
１７  排気口
１８  バッフル
１９  噴出口
２０  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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