(57)【要約】【課題】  ダウンカマー及び高速層間のシール性能の向上を図り、例えば固体反応物をガス化して得られる生成ガスを効率よく取り出すことの可能な反応器一体型サイフォンを提供する。【解決手段】  ダウンカマーから高速層へ移動する粒子を一旦貯留しダウンカマー及び高速層間をシールするサイフォン(30)は、固体反応物を上記粒子の作用により化学反応させる反応器部(70)と、上端側がダウンカマーと連通するとともに下端側が反応器部の下部と連通するダウンカマーシール部(40)と、該ダウンカマーシール部から離間するよう設けられて上端側が高速層と連通するとともに下端側が反応器部の下部と連通する粒子出口シール部(50)と、反応器部の上方に形成されたフリーボード部(76)とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダウンカマーと高速層との間に設けられ、前記ダウンカマーから前記高速層へ移動する粒子を一旦貯留することで前記ダウンカマー及び前記高速層間のガス流動をシールする反応器一体型サイフォンであって、
供給された固体反応物を前記粒子の作用により化学反応させる反応器部と、
上端側が前記ダウンカマーと連通するとともに下端側が前記反応器部の下部と連通して設けられ、前記ダウンカマーから前記反応器部へ前記粒子を循環させるダウンカマーシール部と、
該ダウンカマーシール部から離間した位置に、上端側が前記高速層と連通するとともに下端側が前記反応器部の下部と連通して設けられ、前記反応器部から前記高速層へ前記粒子を循環させる粒子出口シール部と、
前記反応器部の上方に位置して形成され、前記固体反応物から前記化学反応により生成されるガスの反応をさらに促進させるフリーボード部と、
を備えたことを特徴とする反応器一体型サイフォン。
【請求項２】
前記ダウンカマーシール部は、前記反応器部及び前記フリーボード部内のガスが前記ダウンカマーへ流れないようにシールすることを特徴とする、請求項１記載の反応器一体型サイフォン。
【請求項３】
前記粒子出口シール部は、前記反応器部及び前記フリーボード部内のガスが前記高速層へ流れないようにシールすることを特徴とする、請求項１または２記載の反応器一体型サイフォン。
【請求項４】
前記反応器部内の圧力と前記粒子出口シール部内の圧力との圧力差を調整する圧力調整器をさらに備え、該圧力調整器で前記圧力差を調整することにより前記粒子の輸送量を調節することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の反応器一体型サイフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器一体型サイフォンに係り、詳しくは、ダウンカマー及び高速層間のシール性能の向上を図りつつ、ダウンカマーから高速層へ移動する粒子の作用により例えば固体反応物を反応させ、生成ガスを取り出す技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダウンカマー及び高速層間に設けられるサイフォン（シールポットともいう）は、一般に、ダウンカマーから高速層への粒子流動を制御する機能とともに、高速層を流動する高速流体がサイフォン或いはダウンカマーへ偏流することを防止する機能、即ちダウンカマー及び高速層間をシールする機能を有している（特許文献１等参照）。
このようなサイフォンでは、通常、流動する粒子がダウンカマーから自重でサイフォンに落下するように構成されている。
【０００３】
そして、近年では、このようなサイフォンにおいて、例えば固体反応物を供給し、当該固体反応物を上記粒子の有するエネルギ（熱エネルギ等）を利用して化学反応させてガス化し、当該ガス化して得られる生成ガスを製品ガスとして回収することが行われつつある。
【特許文献１】特開２００２−２０６７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１等に開示されたサイフォンでは、サイフォン内において同時に固体反応物の化学反応を行うと、反応により生成された生成ガスが高速層側に流れてしまうという問題がある。また、ダウンカマーの下部の仕切壁が十分でない場合には、生成ガスがダウンカマー側に流れてしまうという問題もある。
つまり、上記特許文献１等に開示されたサイフォンでは、ダウンカマー及び高速層間のシール性能が低く、同時に固体反応物をガス化しようとした場合において、生成ガスだけを効率よく取り出すことができないという問題がある。
【０００５】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ダウンカマー及び高速層間のシール性能の向上を図り、例えば固体反応物をガス化して得られる生成ガスを効率よく取り出すことの可能な反応器一体型サイフォンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１の反応器一体型サイフォンは、ダウンカマーと高速層との間に設けられ、前記ダウンカマーから前記高速層へ移動する粒子を一旦貯留することで前記ダウンカマー及び前記高速層間のガス流動をシールする反応器一体型サイフォンであって、供給された固体反応物を前記粒子の作用により化学反応させる反応器部と、上端側が前記ダウンカマーと連通するとともに下端側が前記反応器部の下部と連通して設けられ、前記ダウンカマーから前記反応器部へ前記粒子を循環させるダウンカマーシール部と、該ダウンカマーシール部から離間した位置に、上端側が前記高速層と連通するとともに下端側が前記反応器部の下部と連通して設けられ、前記反応器部から前記高速層へ前記粒子を循環させる粒子出口シール部と、前記反応器部の上方に位置して形成され、前記固体反応物から前記化学反応により生成されるガスの反応をさらに促進させるフリーボード部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
即ち、サイフォンにおいて、ダウンカマー側のダウンカマーシール部と高速層側の粒子出口シール部とがそれぞれ離間して独立に設けられ、これらダウンカマーシール部及び粒子出口シール部間に反応器部及びフリーボード部が形成される。
従って、ダウンカマーシール部、粒子出口シール部及び反応器部にそれぞれ粒子が貯留されてダウンカマー及び高速層間のシール性能が向上し、反応器部でダウンカマーから高速層へ移動する粒子の作用により例えば固体反応物をガス化した場合において、当該ガス化して得られる生成ガスの反応がフリーボード部でさらに促進されるとともに、当該生成ガスがダウンカマー側や高速層側へ偏流することが防止される。
【０００８】
請求項２の反応器一体型サイフォンでは、請求項１において、前記ダウンカマーシール部は、前記反応器部及び前記フリーボード部内のガスが前記ダウンカマーへ流れないようにシールすることを特徴とする。
これより、生成ガスのダウンカマーへの偏流が確実に防止される。
請求項３の反応器一体型サイフォンでは、請求項１または２において、前記粒子出口シール部は、前記反応器部及び前記フリーボード部内のガスが前記高速層へ流れないようにシールすることを特徴とする。
【０００９】
これより、生成ガスの高速層への偏流が確実に防止される。
請求項４の反応器一体型サイフォンでは、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記反応器部内の圧力と前記粒子出口シール部内の圧力との圧力差を調整する圧力調整器をさらに備え、該圧力調整器で前記圧力差を調整することにより前記粒子の輸送量を調節することを特徴とする。
【００１０】
即ち、粒子はダウンカマーシール部から反応器部を介して粒子出口シール部に移動することでダウンカマーから高速層へ移動するが、反応器部に貯留された粒子は当該ダウンカマーから高速層へ移動する粒子のバッファとなり、粒子の輸送量は主として反応器部内の圧力と粒子出口シール部内の圧力との圧力差によって決まるため、圧力調整器により反応器部内の圧力と粒子出口シール部内の圧力との圧力差を調整することで粒子の輸送量が良好に調節される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の反応器一体型サイフォンによれば、ダウンカマー及び高速層間のシール性能の向上を図ることができ、反応器部でダウンカマーから高速層へ移動する粒子の作用により例えば固体反応物をガス化して得られる生成ガスの反応をフリーボード部においてさらに促進できるとともに、生成ガスのダウンカマー側や高速層側への偏流を防止することができる。これにより、生成ガスを製品ガスとして効率よく取り出すことができる。
【００１２】
請求項２の反応器一体型サイフォンによれば、生成ガスを確実にダウンカマーへ偏流させないようにできる。
請求項３の反応器一体型サイフォンによれば、生成ガスを確実に高速層へ偏流させないようにできる。
請求項４の反応器一体型サイフォンによれば、反応器部内の圧力と粒子出口シール部内の圧力との圧力差を調整することにより粒子の輸送量を容易にして適切に調節することができる。これにより、例えば生成ガスの生成量等を容易に調整でき、生成ガスをより一層効率よく取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明の第１実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成が概略図で示されており、以下、同図に基づき説明する。
当該第１実施例では、反応器一体型サイフォンは主としてサイフォン３０からなり、当該サイフォン３０は、流動熱媒体（粒子、砂等）が低速で流動するダウンカマー１０と流動熱媒体が加熱されて高速で流動する高速層２０との間に設けられ、これらダウンカマー１０及び高速層２０間をシールする機能を有して構成されている。
【００１４】
サイフォン３０には、上壁３１から下方に向けて延びる仕切壁３４に仕切られてダウンカマーシール部４０が形成されており、当該ダウンカマーシール部４０の上端側は上壁３１を貫通してダウンカマー１０と連通している。詳しくは、仕切壁３４はダウンカマー１０と一体に円筒状をなしてサイフォン３０の底壁３２の近傍まで延びており、仕切壁３４の下端、即ちダウンカマーシール部４０と底壁３２との間には一定の隙間３５が設けられている。
【００１５】
一方、ダウンカマーシール部４０から離間（分離）した位置には、サイフォン３０の側壁３３の上部から下方に向けて延びる仕切壁３６に仕切られて粒子出口シール部５０が形成されており、当該粒子出口シール部５０の上端側はサイフォン３０の高さ方向で視て側壁３３の中央部において連通路６０を介し高速層２０と連通している。詳しくは、仕切壁３６は上記仕切壁３４と同様にサイフォン３０の底壁３２の近傍まで延びており、仕切壁３６の下端、即ち粒子出口シール部５０と底壁３２との間には一定の隙間３７が設けられている。
【００１６】
サイフォン３０のダウンカマーシール部４０と粒子出口シール部５０との間には、一定の空間を有して反応器部７０が形成されている。そして、当該反応器部７０の下部は、上記隙間３５を介してダウンカマーシール部４０の下端側と連通し、上記隙間３７を介して粒子出口シール部５０の下端側と連通している。
ここで、図２を参照すると、図１のＡ−Ａ線に沿うサイフォンの断面図が示されている。同図に示すように、サイフォン３０の断面形状、ダウンカマーシール部４０と粒子出口シール部５０の位置関係等については種々考えられ、ここでは、サイフォン３０の断面形状を方形としてダウンカマーシール部４０と粒子出口シール部５０とを対角に設定した場合（ａ）、サイフォン３０の断面形状を方形として粒子出口シール部５０をサイフォン３０の幅寸法一杯に設定した場合（ｂ）、サイフォン３０の断面形状を円形とした場合（ｃ）及びサイフォン３０の断面形状を粒子出口シール部５０側が窄まるように設定した場合（ｄ）の４パターンが例示されている。
【００１７】
これより、流動熱媒体がダウンカマー１０から供給（粒子供給）されてダウンカマーシール部４０に溜まると、当該流動熱媒体は隙間３５を通って反応器部７０に流れ込み、当該反応器部７０に貯留される。また、流動熱媒体は同時に隙間３７を通って粒子出口シール部５０にも貯留される。そして、流動熱媒体の貯留高さが側壁３３の中央部の連通路６０の位置まで達すると、粒子出口シール部５０内の流動熱媒体は連通路６０を介して高速層２０に供給され、これに伴い、反応器部７０内の流動熱媒体の貯留高さ（レベル）が反応器部７０内の圧力に応じて所定位置に安定する。
【００１８】
サイフォン３０には反応器部７０に位置して固体反応物の投入口７２が設けられており、当該投入口７２からは固体反応物（石炭、バイオマス、廃棄物等）が反応器部７０に適宜供給される。このように供給された固体反応物は、流動熱媒体の有するエネルギ（主として熱エネルギ）及び反応器部７０に底壁３２側から供給される反応ガス（例えば、水蒸気、ＣＯ２等）によって化学反応（例えば、熱分解）が生起されてガス化され、当該ガス化により得られた生成ガスは反応器部７０の上部に移動する。詳しくは、反応器部７０内の流動熱媒体のレベル面より上方の空間はフリーボード（フリーボード部）７６を形成しており、生成ガスは当該フリーボード７６においてさらにその反応が促進される。
【００１９】
サイフォン３０の上壁３１には、フリーボード７６から生成ガスを取り出すための生成ガス取出口７８が開口しており、フリーボード７６を通過した生成ガスは当該生成ガス取出口７８から製品ガスとして外部に取り出される（生成ガス排出）。なお、生成ガス取出口７８からは流動熱媒体や固体反応物の粒子の一部が生成ガスとともに飛び出すことがあるが（粒子飛出し）、これらの粒子はサイクロン（図示せず）を介して再び反応器部７０内に戻される。
【００２０】
また、例えばガス化して残ったチャーは流動熱媒体とともに連通路６０を介して高速層２０に輸送され、高速層２０に下方から供給される反応ガス（空気等）によって燃焼する。これにより、高速層２０では、チャーの燃焼により発生する燃焼ガスにより流動熱媒体が加熱されながら高速流動化される（固気混合流）。
以上説明したように、本発明に係る反応器一体型サイフォンでは、サイフォン３０内においてダウンカマー１０側のダウンカマーシール部４０と高速層２０側の粒子出口シール部５０とが離間して独立に設けられており、これより、上記従来の構造に比べ、ダウンカマー１０及び高速層２０間のシール性能が向上することになる。
【００２１】
また、当該反応器一体型サイフォンでは、ダウンカマーシール部４０と粒子出口シール部５０との間を反応器部７０として利用して固体反応物をガス化し、これにより生成された生成ガスの反応をフリーボード７６においてさらに促進させて取り出すようにしているが、フリーボード７６は反応器部７０の上方に位置し、ダウンカマーシール部４０や粒子出口シール部５０とは完全に分けられているため、反応器部７０で生成される生成ガスは全てフリーボード７６を通過し、生成ガスのダウンカマー１０や高速層２０への偏流が確実に防止される。同時に、高速層２０から燃焼ガスが反応器部７０内に逆流することも好適に防止される。これより、反応器部７０内で生成された生成ガスの全てを製品ガスとして効率よく取り出すことができる。
【００２２】
ところで、このようにサイフォン３０内においてダウンカマーシール部４０と粒子出口シール部５０とが離間して独立に設けられ、反応器部７０内に流動熱媒体が貯留されると、当該反応器部７０に貯留された流動熱媒体はダウンカマー１０から高速層２０へ移動する流動熱媒体のバッファとして機能し、ダウンカマー１０から高速層２０への流動熱媒体の輸送量については、主として反応器部７０内の圧力と粒子出口シール部５０内の圧力との圧力差によって決まることになる。
【００２３】
つまり、反応器部７０内の圧力と粒子出口シール部５０内の圧力との圧力差を調整することにより流動熱媒体の輸送量を容易にして適切に調節することが可能である。
従って、ここでは、反応器部７０内の圧力と粒子出口シール部５０内の圧力との圧力差を調整し、流動熱媒体の輸送量を適宜調節するようにしている。具体的には、サイフォン３０には圧力調整器（例えば、ＩＤＦや電磁弁）８０が設置されており、当該圧力調整器８０を反応器部７０内の圧力と粒子出口シール部５０内の圧力との圧力差が流動熱媒体の所望の輸送量に対応した圧力差となるよう調整する。
【００２４】
これにより、例えば反応器部７０内で生成される生成ガスの生成量等を容易に調整でき、生成ガスをより一層効率よく取り出すことができる。
次に、第２実施例を説明する。
図３を参照すると、本発明の第２実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成が概略図で示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、上記第１実施例に係るサイフォンと同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
第２実施例では、ダウンカマーシール部４０から離間した位置に粒子出口シール部５０’が設けられており、当該粒子出口シール部５０’は、サイフォン３０の上壁３１から下方に向けて延びる仕切壁３６’に仕切られて形成されている。
このような構成であっても、サイフォン３０内においてダウンカマー１０側のダウンカマーシール部４０と高速層２０側の粒子出口シール部５０’とが離間して独立に設けられており、上記第１実施例と同様、ダウンカマー１０及び高速層２０間のシール性能が向上する。
【００２６】
そして、フリーボード７６はダウンカマーシール部４０や粒子出口シール部５０’と完全に分けられていることから、上記第１実施例と同様、生成ガスがダウンカマー１０や高速層２０に偏流することが確実に防止され、反応器部７０内で生成された生成ガスを製品ガスとして効率よく取り出すことができる。
次に、第３実施例を説明する。
【００２７】
図４を参照すると、本発明の第３実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成が概略図で示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、やはり上記第１実施例に係るサイフォンと同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
第３実施例では、底壁３２’がダウンカマーシール部４０側から粒子出口シール部５０側に向けて下方に傾斜して構成されている。
【００２８】
このような構成にすると、上記第１実施例と同様の効果を奏しながら、サイフォン３０内において流動熱媒体やチャーが滞りなく滑らかにダウンカマーシール部４０側から粒子出口シール部５０側に輸送されるという効果を得ることができる。
次に、第４実施例を説明する。
図５を参照すると、本発明の第４実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成が概略図で示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、やはり上記第１実施例に係るサイフォンと同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
第４実施例では、円筒状のダウンカマーシール部４０に代えてダウンカマーシール部４０’が設けられており、当該ダウンカマーシール部４０’は、例えばサイフォン３０の一角部においてサイフォン３０の上壁３１から下方に向けて延びる仕切壁３４’に仕切られて形成されている。
このような構成であっても、サイフォン３０内においてダウンカマー１０側のダウンカマーシール部４０’と高速層２０側の粒子出口シール部５０とが離間して独立に設けられており、上記第１実施例と同様、ダウンカマー１０及び高速層２０間のシール性能が向上する。
【００３０】
そして、フリーボード７６はダウンカマーシール部４０’や粒子出口シール部５０と完全に分けられていることから、上記第１実施例と同様、生成ガスがダウンカマー１０や高速層２０に偏流することが確実に防止され、反応器部７０内で生成された生成ガスを製品ガスとして効率よく取り出すことができる。
なお、図５において固体反応物の投入口７２がダウンカマーシール部４０’に設けられているように見えるが、第１実施例と同様、投入口７２はダウンカマーシール部４０’から外れた位置で反応器部７０に設けられている。
【００３１】
次に、第５実施例を説明する。
図６を参照すると、本発明の第５実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成が概略図で示されており、以下、同図に基づき説明する。なお、やはり上記第１実施例に係るサイフォンと同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
第５実施例では、ダウンカマーシール部４０から離間した位置に粒子出口シール部１５０が設けられている。当該粒子出口シール部１５０は、反応器部７０から完全に独立して塔状に設けられ、連通路１５２を介して反応器部７０の下部と連通するよう構成されている（Ｌ字型シール）。
【００３２】
このような構成であっても、サイフォン３０内においてダウンカマー１０側のダウンカマーシール部４０と高速層２０側の粒子出口シール部１５０とが離間して独立に設けられており、上記第１実施例と同様、ダウンカマー１０及び高速層２０間のシール性能が向上する。
そして、フリーボード７６はダウンカマーシール部４０や粒子出口シール部１５０と完全に分けられていることから、上記第１実施例と同様、生成ガスがダウンカマー１０や高速層２０に偏流することが確実に防止され、反応器部７０内で生成された生成ガスを製品ガスとして効率よく取り出すことができる。
【００３３】
以上で本発明に係る反応器一体型サイフォンの実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿うサイフォンの断面図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成を示す概略図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第４実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第５実施例に係る反応器一体型サイフォンの全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ダウンカマー
２０  高速層
３０  サイフォン
３４  仕切壁
３６  仕切壁
４０  ダウンカマーシール部
５０  粒子出口シール部
７０  反応器部
７２  投入口
７６  フリーボード
７８  生成ガス取出口
８０  圧力調整器
【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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【図６】
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