(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温排ガスの流通する上部熱交換室の底部がコーン状に縮径されて、小断面の連通部で低温ガスの流通する下部熱交換室と連通され、粒状の熱媒体を上部熱交換室から前記連通部で下部熱交換室へと通して、これらの各熱交換室を流通するガスと熱交換させ、この熱交換した熱媒体を、下部熱交換室の底部から上部熱交換室の上部へ戻し搬送して循環使用する媒体式熱交換器において、前記熱媒体を、小さい質量の標準粒子に、この標準粒子の４倍以上の質量を有する重量粒子を混合したものとし、この重量粒子の混合比率を５質量％以上としたことを特徴とする媒体式熱交換器。
【請求項２】
前記重量粒子が前記標準粒子よりも比重の大きなものである請求項１に記載の媒体式熱交換器。
【請求項３】
前記重量粒子が前記標準粒子よりも粒径の大きなものである請求項１または２に記載の媒体式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒状の熱媒体を用いて、溶融炉等の高温排ガスから廃熱を回収する媒体式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融炉等の高温排ガスから廃熱を回収する媒体式熱交換器には、高温排ガスの流通する上部熱交換室の底部が円錐や角錐等のコーン状に縮径されて、小断面の連通部で低温ガスの流通する下部熱交換室と連通され、粒状熱媒体を上部熱交換室から連通部で下部熱交換室へと通して各熱交換室で熱交換させる型式のものがある。なお、熱交換した熱媒体は、下部熱交換室の底部から上部熱交換室の上部へ戻し搬送され、循環使用されるようになっている。
【０００３】
前記粒状熱媒体には、その総体積に対する総伝熱面積の比を大きくして熱交換効率を高く確保するために、粒径が１〜２ｍｍ程度で小さな質量のアルミナ（比重ρ＝３．６５）の粒子が多く用いられている。アルミナの粒子を多く用いるのは、粒子そのものが安価であるためと、比較的比重が小さいので、上方の上部熱交換室へ戻し搬送するコストも安価になるからである。
【０００４】
前記溶融炉等からの高温排ガス中にはガス化した金属塩化物が含まれており、このガス化した金属塩化物は温度が低下すると、６００〜７００℃前後で液化して高い粘着性を帯び、粒状熱媒体の表面に粘着する。この熱媒体表面への金属塩化物の粘着は、丁度このような６００〜７００℃前後となる上部熱交換室と下部熱交換室の連通部近傍でよく生じる。
【０００５】
このため、このような断面積の狭い部位で金属塩化物が熱媒体表面に粘着すると、上述したような小さい質量の粒状熱媒体が上部熱交換室のコーン状の底部に付着し、この付着が進行して断面積の狭い連通部の入口を閉塞する問題がある。このような閉塞状態が生じたときは、熱交換器の運転を停止して、これらの付着した熱媒体を除去する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の課題は、熱交換効率を低下させることなく、上部熱交換室と下部熱交換室の連通部入口の閉塞を防止することである。
【０００７】
【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、高温排ガスの流通する上部熱交換室の底部がコーン状に縮径されて、小断面の連通部で低温ガスの流通する下部熱交換室と連通され、粒状の熱媒体を上部熱交換室から前記連通部で下部熱交換室へと通して、これらの各熱交換室を流通するガスと熱交換させ、この熱交換した熱媒体を、下部熱交換室の底部から上部熱交換室の上部へ戻し搬送して循環使用する媒体式熱交換器において、前記熱媒体を、小さな質量の標準粒子に、この標準粒子の４倍以上の質量を有する重量粒子を混合したものとし、この重量粒子の混合比率を５質量％以上とした構成を採用した。
【０００８】
すなわち、粒状熱媒体を、小さな質量の標準粒子に、この標準粒子の４倍以上の質量を有する重量粒子を５質量％以上混合したものとすることにより、金属塩化物の粘着力で上部熱交換室のコーン状の底部に付着しようとする標準粒子を、質量の大きい重量粒子の動きに巻き込んで連通部へスムーズに流入させ、連通部の入口を閉塞することなく、熱媒体を下部熱交換室へ落下させるようにした。
【０００９】
前記重量粒子の質量を標準粒子の４倍以上で、その混合比率を５質量％以上としたのは、重量粒子個々の質量が４倍未満で、かつ、混合比率が５質量％未満では、重量粒子の動きによる標準粒子の巻き込みが不十分となるからである。なお、この重量粒子の混合比率は、熱交換効率や循環使用のための戻し搬送効率を高く確保するために、２０質量％以下とするのが望ましい。
【００１０】
前記重量粒子の質量を標準粒子の４倍以上とする手段としては、重量粒子の比重または粒径を標準粒子よりも大きくする手段を採用することができる。勿論、比重と粒径の両方を大きくしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態である。この媒体式熱交換器は、図１に示すように、溶融炉（図示省略）からの高温排ガス１が流通する上部熱交換室２と、大気などの低温ガス３が流通する下部熱交換室４が上下に配置され、上部熱交換室２の底部がコーン状に縮径されて、小断面の連通部５で下部熱交換室４と連通されている。各熱交換室２、４にはそれぞれトレイ６、７が複数段に設けられており、ホッパ８の投入口９から上部熱交換室２の上部に投入される粒状の熱媒体１０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へと順次落下し、上部熱交換室２で通気口１１から排気口１２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で通気口１３から排気口１４へと流通する低温ガス３に回収した顕熱を放出して熱交換する。なお、連通部５の下方には、熱媒体１０の下部熱交換室４への落下流量を調節する流量調節板１５が設けられている。
【００１２】
前記熱交換して下部熱交換室４の底部に溜まった熱媒体１０は、排出口１６から戻し経路１７を通してエアリフタ１８により上方のホッパ８へ戻し搬送され、循環使用される。
【００１３】
この熱媒体１０は、平均粒径１．２ｍｍ、比重３．６５のアルミナの標準粒子１０ａに、平均粒径１．５ｍｍ、比重７．８のクロム系合金鋼の重量粒子１０ｂを５質量％混合したものである。ちなみに、重量粒子１０ｂの質量は標準粒子１０ａの約４．２倍である。
【００１４】
図２に示すように、前記上部熱交換室２の縮径された底部と小断面の連通部５には、標準粒子１０ａと重量粒子１０ｂが混合した熱媒体１０が充満する。これらの充満した熱媒体１０は、上部熱交換室２と下部熱交換室４のマテリアルシールともなり、徐々に下方へ移動して連通部５の下端から抜け出る。連通部５から抜け出た熱媒体１０は、陣笠状の流量調節板１５で周囲へ分散されて、下部熱交換室４へ落下する。
【００１５】
前述したように、この連通部５近傍の温度は６００〜７００℃前後となり、高温排ガス１中に含まれる金属塩化物が液化して粘着性を帯び、熱媒体１０の表面に粘着する。このため、上部熱交換室２の底部を下降移動する熱媒体１０のうち、質量の小さい標準粒子１０ａは、金属塩化物の粘着力が重力よりも大きいために、コーン状の底部に付着しようとする。しかしながら、この実施形態では、質量の大きい重量粒子１０ｂがこの底部に付着しようとする標準粒子１０ａを巻き込んで連通部５へスムーズに流入させるので、各熱媒体１０が底部に付着したり、連通部５の入口を閉塞したりすることなく、連通部５から下部熱交換室４へ落下する。
【００１６】
なお、熱媒体１０に粘着した金属塩化物は、さらに温度が低下すると固化して粘着性を失うため、図１に示したように、熱交換して下部熱交換室４の底部に溜まった熱媒体１０は、その表面に付着した金属塩化物の粘着性がなくなっている。この実施形態では、標準粒子１０ａと重量粒子１０ｂとの間に大きな質量差があるので、前記排出口１６までの移動時にこれらの粒子間に速度差が生じ、各粒子間の擦り合わせ効果で、表面に付着固化した金属塩化物を剥離させる作用も生じる。この剥離した金属塩化物は、熱媒体１０とともにエアリフタ１８で戻し経路１７を搬送されてホッパ８から上部熱交換室２に入るが、この剥離物は軽いので熱交換済の高温排ガス１と一緒に排気口１２から排出され、排気経路に設けられたバグフィルタ（図示省略）で捕集される。
【００１７】
図３は、第２の実施形態である。この媒体式熱交換器の構造は、図１に示した第１の実施形態のものと同じであり、熱媒体１０の構成のみが異なる。この実施形態の熱媒体１０は、平均粒径１．２ｍｍ、比重３．６５のアルミナの標準粒子１０ａに、平均粒径３．０ｍｍの同じアルミナの重量粒子１０ｂを１０質量％混合したものであり、重量粒子１０ｂの質量は標準粒子１０ａの約１５．６倍である。
【００１８】
この実施形態でも、質量の大きい重量粒子１０ｂが、上部熱交換室２のコーン状の底部に付着しようとする質量の小さい標準粒子１０ａを巻き込んで連通部５へスムーズに流入させるので、各熱媒体１０が底部に付着したり、連通部５の入口を閉塞したりすることなく、連通部５から下部熱交換室４へ落下する。
【００１９】
また、この実施形態では、標準粒子１０ａと重量粒子１０ｂとの間に大きな粒径差があるので、前記下部熱交換室４の底部に溜まった熱媒体１０の排出口１６までの移動時にこれらの質量差で粒子間に速度差が生じるのみでなく、この移動時の回転による周速差も大きくなり、前記各粒子間の擦り合わせ効果がさらに増大して、表面に付着固化した金属塩化物がより多く剥離される。
【００２０】
上述した各実施形態では、熱媒体の標準粒子にアルミナを用いたが、標準粒子は比較的比重の小さなものであればよく、アルミナに限定されることはない。また、比重の違いで質量を大きくする場合の重量粒子についても、第１の実施形態で用いたクロム系合金鋼に限定されることはない。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明の媒体式熱交換器は、粒状熱媒体を、小さな質量の標準粒子に、この標準粒子の４倍以上の質量を有する重量粒子を５質量％以上混合したものとしたので、金属塩化物の粘着力で上部熱交換室のコーン状の底部に付着しようとする標準粒子を、質量の大きい重量粒子の動きに巻き込んで連通部へスムーズに流入させ、連通部の入口を閉塞することなく熱媒体を下部熱交換室へ落下させて、熱交換器を長時間安定して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の媒体式熱交換器を示す縦断面図
【図２】図１の要部拡大縦断面図
【図３】第２の実施形態の媒体式熱交換器の要部拡大縦断面図
【符号の説明】
１  高温排ガス
２  上部熱交換室
３  低温ガス
４  下部熱交換室
５  連通部
６、７  トレイ
８  ホッパ
９  投入口
１０  熱媒体
１０ａ  標準粒子
１０ｂ  重量粒子
１１  通気口
１２  排気口
１３  通気口
１４  排気口
１５  流量調節板
１６  排出口
１７  戻し経路
１８  エアリフタ
【図１】
0003860050.tif 000002
【図２】
0003860050.tif 000003
【図３】
0003860050.tif 000004