加圧高温ガス冷却器
【課題】良好な熱交換性能を備えたコンパクトで経済性にも優れた加圧高温ガス冷却器を提供すること。
【解決手段】圧力容器１内に高温ガスを流す煙道２を形成し、該煙道２内に熱交換器を設置するとともに、煙道２の内部断面を分割する隔壁３を設けて圧力容器１の底部または頂部で導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とする。煙道２の内部断面を分割する断面積分割割合は、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定する。
【解決手段】圧力容器１内に高温ガスを流す煙道２を形成し、該煙道２内に熱交換器を設置するとともに、煙道２の内部断面を分割する隔壁３を設けて圧力容器１の底部または頂部で導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とする。煙道２の内部断面を分割する断面積分割割合は、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧高温ガス冷却器に関するものであり、たとえば、石炭ガス化炉・油ガス化炉・バイオマスガス化炉など、圧力容器内に設置される加圧高温ガス冷却器に適用することが可能である。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）においては、たとえば図９に示すように、石炭等の燃料をガス化炉でガス化して高温のガスを発生させる石炭ガス化炉設備が知られている。
この石炭ガス化炉設備は、石炭供給設備１００、ガス化炉２００、加圧高温ガス冷却器（熱交換器）３００及びチャー回収設備４００等を主要な構成要素としている。
【０００３】
ここで、加圧高温ガス冷却器３００は、たとえば図８に示すように、ガス化炉２００からチャーを含有する約１１００℃の高温ガス（生成ガス）の供給を受け、この高温ガスをガス化炉設備の後流に設置されたガス精製設備（不図示）に適した温度である約４５０℃まで冷却すると共に、高温ガスから熱エネルギーを回収する装置である。また、この加圧高温ガス冷却器３００は、圧力容器３５０の内部に形成されて高温ガスの流路となる煙道３０１内に、蒸発器（ＥＶＡ）３１０、２次過熱器（２ＳＨ）３２０、１次過熱器（１ＳＨ）３３０及び節炭器（ＥＣＯ：エコノマイザー）３４０の各熱交換器を上から順に配置し、煙道３０１内を上から下向きに流れる高温ガスから吸熱して冷却するように構成されている。
なお、加圧流動床ボイラの構造として、従来より特許文献１，２，３に示すものが知られている。
【特許文献１】実開平５−７１６０２号公報
【特許文献２】特許第３１０６６８９号
【特許文献３】特開平１１−２２９０５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、上述した従来構造では、図８に示す従来構成では、加圧高温ガス冷却器３００に設けられた圧力容器３５０及び煙道３０１の高温ガス出口が下側にある。一方、この加圧高温ガス冷却器３００の下流に接続されるチャー回収設備４００は、高温ガスの入口が上側に配置された構成となる。このため、加圧高温ガス冷却器３００とチャー回収設備４００との間を接続し、加圧高温ガス冷却器３００で冷却された高温ガスをチャー回収設備４００に導くための生成ガス配管は、下方の高温ガス出口から上方の高温ガス入口まで上下方向に長くなるという問題を有している。
【０００５】
また、上述した従来構造では、煙道３０１内のガス流速が低いため伝熱効率は低く、十分な熱交換能力を得るためには熱交換器に必要な伝熱面積が大きくなるので、伝熱管により形成されるパネルの必要枚数も多くなってコストアップの要因となる。もし仮に、ガス流速を上げて伝熱効率を増す場合には、煙道３０１の断面積を絞ることにより加圧高温ガス冷却器３００が細長い形状になるので、圧力容器の長さ（高さ）が過剰に大きくなって好ましくない。
また、上述した従来技術においては、図１０（ａ）に示すように、圧力容器３５０の断面が円形であるのに対し、圧力容器３５０内に収納設置されて熱交換器を構成する煙道３０１の断面形状が四角形（正方形）のため、断面効率（熱交換器の断面積／圧力容器の断面積）が低いという問題もある。
【０００６】
このような背景から、熱交換に必要な煙道の長さを確保して圧力容器の長さを抑え、しかも、伝熱効率の低下を抑制して良好な熱交換（冷却）性能を確保するとともに、コンパクトで経済性にも優れた加圧高温ガス冷却器の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、良好な熱交換性能を備えたコンパクトで経済性にも優れた加圧高温ガス冷却器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る加圧高温ガス冷却器は、圧力容器内に高温ガスを流す煙道を形成し、該煙道内に熱交換器を設置するとともに、前記煙道の内部断面を分割する隔壁を設けて前記圧力容器の底部または頂部で導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とし、前記煙道の内部断面を分割する断面積分割割合が、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような加圧高温ガス冷却器によれば、圧力容器内に形成した煙道の内部断面を分割する隔壁を設けて導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とし、煙道の内部断面を分割する断面積分割割合は、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されているので、流速の低下を抑制して必要となる伝熱面積を低減するとともに、圧力容器の長さ（高さ）を短く（低く）することができる。
【０００９】
上記の加圧高温ガス冷却器において、前記リターンフロー型構造は、前記圧力容器の頂部に設けたガス入口から導入した高温ガスを折り返して上部に設けたガス出口から流出させ、該ガス出口と加圧高温ガス冷却器上部に配設されるチャー回収設備のガス入口とを接続する生成ガス配管を最短化したものが好ましい。
【００１０】
上記の加圧高温ガス冷却器において、前記リターンフロー型構造は、導入した高温ガスを上から下向きに流す下降部分の断面積分割割合が、前記圧力容器の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分の断面積割合より大きいことが好ましく、これにより、相対的に温度の高い高温ガスが流れる下降部分の断面積分割割合を、温度低下した高温ガスが流れる上昇部分より大きくして、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速を略一致させることができる。また、冷却した高温ガスを次工程へ供給する高温ガス出口を、加圧高温ガス冷却器の上方に配置することができる。
【００１１】
上記の加圧高圧ガス冷却器において、前記煙道内の折り返し部に、高温ガス中のチャーを粗分離させるチャー分離手段を設けることが好ましく、これにより、下流に設置されるチャー分離装置の負荷を低減することができる。
この場合、前記チャー分離手段としては、前記折り返し部に断面積拡大部を設けて高温ガスの流速を低下させたり、あるいは、前記折り返し部に慣性分離機構を設けて高温ガスの流れに慣性力を発生させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明によれば、煙道の内部断面を隔壁で分割する断面積分割割合が、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されたリターンフロー型構造の加圧高温ガス冷却器としたので、流速の低下を抑制して必要となる伝熱面積を低減するとともに、圧力容器の長さ（高さ）を短く（低く）することができ、この結果、コンパクトで経済性に優れた加圧高温ガス冷却器を提供することができる。
すなわち、本発明の加圧高温冷却器は、伝熱効率が高く、必要な伝熱面積が少なくてすみ、コストダウンを図れる利点がある。
また、加圧高温冷却器のガス出口を上部に配設したリターンフロー型構造は、このガス出口から、加圧高温ガス冷却器の上部にガス入口が設けられているチャー回収系まで、高温ガスを導くために必要な生成ガス配管の長さを最短化して短くできるというメリットがある。
また、煙道及び熱交換器を断面六角形とすれば、圧力容器の断面積に対する熱交換器の断面積の割合（断面効率）が矩形の場合に比較して向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を図１に示す。
加圧高温ガス冷却器１０は、円形断面とした圧力容器１内に断面六角形の煙道２を形成し、この煙道２の内部断面を隔壁３により分割したリターンフロー型構造とされる。このリターンフロー型構造は、煙道２を隔壁３で分割して形成された第１煙道２ａ及び第２煙道２ｂを備え、圧力容器１の底部または頂部において、圧力容器１の反対側（頂部または底部）から導入した高温ガス（生成ガス）が折り返して逆向きに流れるものであるから、圧力容器１の高さを低くすることができる。すなわち、圧力容器１の高さを低くするリターンフロー型構造は、高温ガス導入が圧力容器１の頂部または底部のいずれでもよい。
【００１４】
図１に示す構成例では、たとえば圧力容器１の頂部から高温ガスを導入し、導入した高温ガスを上から下向きに流すガス下向流れの第１煙道２ａと、圧力容器１の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流すガス上向流れの第２煙道２ｂとを備えたリターンフロー型構造とされる。ここで、第１煙道２ａと第２煙道２ｂとの断面積分割割合は、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定され、導入した高温ガスを上から下向きに流す下降部分である第１煙道２ａの断面積分割割合が、圧力容器１の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分である第２煙道２ｂの断面積割合より大きな値とされる。
なお、従来のリターンフロー型熱交換器では、高温ガスの上昇部分及び下降部分の断面積が同じ値に設計されていたため、ガス低温部ではガス流速が低下し、伝熱効率が低下する問題を有している。
【００１５】
第１煙道２ａは、たとえば断面積分割割合が２／３に設定されており、煙道２の中心に対する角度が２４０°となるように隔壁３で分割され、隔壁３を２辺とし、煙道２の六角形周壁を４辺とする相互に平行な６面に囲まれた部分である。
第２煙道２ｂは、たとえば断面積分割割合が１／３に設定されており、煙道２の中心に対する角度が１２０°となるように隔壁３で分割され、隔壁３を２辺とし、煙道２の六角形周壁を２辺とする平行四辺形の４面に囲まれた部分である。
すなわち、第１煙道２ａ及び第２煙道２ｂは、煙道２の内部断面を隔壁３で２：１に分割して形成したものであるが、この断面積分割割合は、たとえば高温ガスの温度条件等の諸条件に応じて適宜変更可能である。
【００１６】
この結果、図１０（ｂ）に示すように、煙道２を断面六角形としたことにより、円形断面形状である圧力容器１の断面積に対する煙道２の断面積割合（断面効率）は向上していることが判る。たとえば、煙道の対角長さＬを５ｍとした場合、従来構造である図１０（ａ）の断面効率３７％を、約４０％の断面効率まで向上させることができる。
もちろん、煙道２の断面形状が圧力容器１の円形断面に近づくように、より多角形とすれば断面効率はさらに向上するが、六角形を超えた多角形とすると、煙道２内に収容される熱交換器のパネル（伝熱面）を複雑な構造とする必要があり、製造コストの面から不利になる。
つまり、製造コストを抑えつつ、断面効率を向上させるためには、煙道２の断面を六角形とすることが最適である。しかし、煙道２は断面六角形に限定されることはなく、諸条件に応じて矩形や多角形としてもよい。
【００１７】
＜第１実施例＞
本発明の第１実施例に係る加圧高温ガス冷却器を図２及び図３に示す。本実施例は、石炭ガス化複合発電システム用の石炭ガス化炉設備に適用したものである。
ここで、加圧高温ガス冷却器１０は、ガス化炉２００で生成されたチャーを含有する約１１００℃の高温ガスを導入し、この高温ガスを後工程の精製に適するガス温度である４５０℃程度まで冷却するとともに、高温ガスが保有する熱エネルギーを回収するための装置である。圧力容器１１の内周面には断熱材１２が取り付けられ、断面形状を六角形とした煙道２０が圧力容器１１の内部空間に形成されている。この煙道２０は高温ガスを流す流路となり、隔壁３０により断面積分割割合が２：１となるように二分割されている。すなわち、六角断面形状の煙道２０は、断面積分割割合の大きい第１煙道２１と、断面積分割割合の小さい第２煙道２２とに二分割されたリターンフロー型構造とされる。
また、第１煙道２１及び第２煙道２２には、それぞれ冷媒を流すパネル５０が配設されて熱交換器４０を構成している。
【００１８】
高温ガスを上から下向きに流す下降部分の第１煙道２１内には、たとえば図３に示すように、熱交換器４０として機能する蒸発器（ＥＡＶ）４１、２次加熱器（２ＳＨ）４２、１次加熱器（１ＳＨ）４３が上から順に配置される。また、底面で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分の第２煙道２２内には、熱交換器４０として機能する節炭器（ＥＣＯ；エコノマイザー）４４が配置される。すなわち、この場合のリターンフロー型構造では、圧力容器の頂部に設けたガス入口から導入した高温ガスを折り返して、上部に設けたガス出口から流出させるように構成されている。
ここで、上述した熱交換器４０のパネル５０は、たとえば冷媒を流す銅管等の冷媒配管５１が略平面上で規則正しく往復するよう略Ｕ字状に成形されて多数配列されたものであり、各冷媒配管５１の両端部は、管寄せ５２の冷媒入口部及び冷媒出口部にそれぞれ接続されている。従って、このパネル５０を煙道２０内の適所に収納設置することにより、冷媒配管５１の表面が伝熱面となり、煙道２０内を流れる高温ガスから冷媒配管５１内を循環する冷媒が吸熱するので、高温ガスの冷却及び高温ガスから熱回収を行う熱交換器４０が構成される。
【００１９】
図示の例では、第１煙道２１の断面積分割割合が２／３に設定されている。この第１煙道２１は、隔壁３０により煙道２０の中心に対する角度が２４０°となるように分割されている。この結果、第１煙道２０は、隔壁３０の２辺と、煙道２０を形成する六角形周壁２３の４辺とを有し、対向する辺が相互に平行な６面により囲まれている。
一方、第２煙道２２の断面積分割割合は、１／３に設定されている。この第２煙道２２は、隔壁３０により煙道２０の中心に対する角度が１２０°となるように分割され、隔壁４０の２辺と、煙道２０を形成する六角形周壁２３の２辺とを有し、これらの４辺が形成する平行四辺形の４面により囲まれている。
【００２０】
本実施例のように、断面六角形とした煙道２０の内部が、断面積分割割合を２：１にして隔壁３０により上述したように二分割されると、第１煙道２１及び第２煙道２２に配設するパネル５０を同形状の組合せにすることができる。すなわち、第１煙道２１は、第２煙道２２の平行四辺形を二つ繋ぎ合わせた形状となるので、図２に示すように、同形状とした３つのパネル５０を用意すればよく、従って、量産化により製造コストの低減が可能となる。
また、本実施例においては、第１煙道２１の上部より入った高温ガスが下向きに流れ、底部で折り返した後、第２煙道２２を上向きに流れて冷却されるリターンフロー型構造であるため、図８に示す直列配置の従来構造と比較して、圧力容器の高さを低くするコンパクト化が可能となり、この点でもコストダウンに有利である。
また、加圧高温ガス冷却器１０のガス出口が上部に設けられているので、加圧高温ガス冷却器１０の上部に存在するチャー回収設備のガス入口まで高温ガスを導く生成ガス配管は、特に上下方向の管路長を短くすることができる。
【００２１】
しかも、第１煙道２１及び第２煙道２２の断面積分割割合は、ガス低温部となる第２煙道２２の断面積分割割合が小さいためガス流速を速くでき、下向き／上向きガスの入口流速がほぼ同じとなる。すなわち、第１煙道２１及び第２煙道２２の断面積分割割合は、上向き及び下向きに流れる高温ガスの流速が略一致するように設定されているので、第１煙道２１で冷却されて温度低下した高温ガスを流す第２煙道２２側の断面積が小さく設定される。従って、第２煙道２２内のガス流速を速くして伝熱効率を高くすることができるので、パネル５０に必要な伝熱面積を小さくすることが可能になる。
【００２２】
具体的には、下降部分である第１煙道２１の上端部から導入するガス入口温度が１１００℃、上昇部分である第２煙道２２の下端部から上向きに流れるガス入口（下降部分から上昇部分に折り返す地点）温度が５５０〜６００℃、第２煙道２２の上端部となる上向きガス出口温度が４５０℃となる。従って、上昇部分である第２煙道２２がガス低温部となり、高温ガスが冷却されて体積が収縮するものの、断面積が下降部分である第１煙道２１の半分に設定されているため流速が下がらず、そのため、下向き／上向きガスの入口流速が略一致するという利点がある。
【００２３】
たとえば、従来では煙道の入口から出口までの間で、煙道の断面積が一定であるため、ガス温度の低下に伴い、流速が１／２まで低下する。一般に、管群における熱伝達率がＲｅ数（流速×代表長さ／動粘性係数）の０．６乗で表されることより伝熱効率が約１．２倍となり、断面積効率が４０％／３７％≒１．１倍となるので、その結果おおよそ１．３倍以上の伝熱効率に向上する。
このように、本実施例は、熱交換器４０を断面六角形とし、さらに、六角形断面の断面積分割割合を２：１に分割するように隔壁３０を設けたので、断面効率を向上させることができた。また、高温ガスは加圧高温ガス冷却器１０の上部より導入され、断面積分割割合が２／３の第１煙道２１側を下向きに流れ、底部で折り返した後、断面積分割割合が１／３の第２煙道２２側を上向きに流れて冷却されるリターンフロー型構造としたので、圧力容器の高さを抑えつつ、流速を高めて、伝熱効率を向上させることができた。
【００２４】
＜第２実施例＞
本発明の第２実施例に係る加圧高温ガス冷却器１０Ａを図４に示す。本実施例は、石炭ガス化複合発電システム用の石炭ガス化炉設備に適用したものであり、上述した第１実施例と同様の部材には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施例では、六角断面形状の煙道２０に代えて、矩形断面の煙道２５が採用されている。図示の例では、煙道２５を二分割する隔壁３５が設けられ、断面積分割割合が２：１の第１煙道２６及び第２煙道２７が形成されたリターンフロー型とされる。なお、この場合の第１煙道２６及び第２煙道２７は、矩形の一辺を２：１に分割したものである。
【００２５】
このような構成とすれば、第１煙道２６及び第２煙道２７の内部に配設されるパネル５０は、同じ直径の圧力容器１１内に形成した六角断面の煙道２０を採用した場合と比較すれば、直管部の長い冷媒配管５１を使用できる。このため、冷媒配管５１の使用本数を低減することが可能となり、断面効率は若干劣るものの、冷媒配管５１の曲げ加工や管寄せ５２への接続作業など、製造時の作業工数を低減して安価に製造することができる。
なお、図示の例では、第１煙道２６と第２煙道２７とで大きさの異なるパネル５０を使用しているが、この場合も、第２煙道２７内に設置するパネル５０を基本形とし、第１煙道２６側で基本形のパネル５０を２枚使用して全てを共通化することも可能である。
【００２６】
＜第３実施例＞
本発明の第３実施例に係る加圧高温ガス冷却器について、要部（底部）を図５ないし図７に示して説明する。本実施例は、石炭ガス化複合発電システム用の石炭ガス化炉設備に適用したものであり、上述した第１及び第２実施例と同様の部材には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施例では、隔壁３０で二分割された煙道２０の下部で連通する折り返し部に、高温ガス中のチャーを粗分離させるチャー分離手段を設けてある。
【００２７】
図５に示すチャー分離手段は、煙道２０の折り返し部２４の断面積Ｓを拡大した断面積拡大部２８である。この断面積拡大部２８は、第１煙道２１及び第２煙道２２が形成された上部領域の合計断面積Ｓａより煙道２０の断面積Ｓを大きく設定した部分であり、第１煙道２１からこの断面積拡大部２８に流入した高温ガスは、流路断面積の増大により流速が低下する。このため、下向き流れから上向き流れに流れ方向が逆向きとなる際に、流速低下により質量の大きいチャーは上向きとなる高温ガスの流れから分離し、下方へ落下して回収される。従って、加圧高温ガス冷却器から送出される高温ガスに含まれるチャーを減少させる粗分離を実施することができるため、後工程に設けられて高温ガスから本格的にチャーを除去するチャー回収設備の負荷を軽減することができる。
【００２８】
図６及び図７に示すチャー分離手段は、煙道２０の折り返し部２４に慣性分離機構を設けた変形例である。この慣性分離機構は、高温ガスの流れにより発生する慣性力を有効に利用し、質量が異なるガス成分（主に生成ガス）と粒子成分（主にチャー）とを粗分離させて後工程に送られるチャーを減少させるものである。
【００２９】
図６に示す第１変形例の慣性分離機構では、第１煙道２１の出口を絞るようにして、隔壁３０の下端部に傾斜板６０を取り付けてある。この傾斜板６０は、第１煙道２１を流れてきた高温ガスの流路断面積を徐々に減少させるとともに、煙道２０の壁面側へ高温ガスの流れを導くものである。
この結果、高温ガスの流速が一時的に増すため、下向き流れから上向き流れに変わる時点で外向きの大きな慣性力が作用し、質量の大きいチャーが分離して壁面側へ集まるとともに、下方へ落下して回収される。
【００３０】
さらに、傾斜板６０に加えて、折り返した高温ガスの流れを上向きに導く導風板６１を設けてもよく、これにより、壁面側に集まったチャーの流れを分離させるとともに、折り返し後の流速低下により分離して落下したチャーを下方へ導く機能も有している。
なお、図示の例では、折り返し部２４に断面積拡大部２８を形成して傾斜板６０を取り付けてあるが、断面積拡大部２８を設けることなく傾斜板６０を取り付けてもよい。
【００３１】
図７に示す第２変形例の慣性分離機構は、折り返し部２４にサイクロン７０を形成したものである。このサイクロン７０は、第２煙道２２に連通するガス流路７１を形成し、このガス流路７１を煙道２０の略軸中心位置まで延長した先端部に入口開口７２を設けたものである。この結果、第１煙道２１から流出したチャーを含む高温ガスは、ガス流路７１の周囲を旋回して流れた後、入口開口７２から第２煙道２２に流れ込むサイクロン７０が形成されるので、ガス流路７１の周囲を流れる際の旋回流により慣性力が発生し、質量の大きいチャーを外周側へ分離させることができる。また、外周側へ分離したチャーは、下方へ落下して回収される。
なお、図示の例では、折り返し部２４にサイクロン７０設けてあるが、断面積拡大部２８を設けることなくサイクロン７０を設置してもより。
【００３２】
ところで、上述した各実施例において、熱交換器４０として機能する蒸発器（ＥＡＶ）４１、２次加熱器（２ＳＨ）４２、１次加熱器（１ＳＨ）４３、節炭器（ＥＣＯ；エコノマイザー）４４の配置については、特に限定されることはなく自由に変更することが可能である。
また、上記実施例では、石炭ガス化複合発電システムに適用したものであるが、これに限定されることはなく、たとえば石炭ガス化炉、油ガス化炉及びバイオマスガス化炉等のように、圧力容器の内部に形成した煙道内に設置される高温ガス冷却器（熱交換器）に適用することが可能である。
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、石炭ガス化炉、油ガス化炉及びバイオマスガス化炉等のように、圧力容器内に設置される高温ガス冷却器（熱交換器）に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の最適な実施態様に係る加圧高温ガス冷却器の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る加圧高温ガス冷却器の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る石炭ガス化複合発電システムの概略図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る加圧高温ガス冷却器の断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る加圧高温ガス冷却器の要部断面図である。
【図６】図５に示した第３実施例の第１変形例を示す要部断面図である。
【図７】図５に示した第３実施例の第２変形例を示す要部断面図である。
【図８】従来技術に係る石炭ガス化複合発電システムの概略図である。
【図９】石炭ガス化複合発電システムにおける石炭ガス化炉設備のフロー図である。
【図１０】従来の加圧高温ガス冷却器と本発明の加圧高温ガス冷却器の断面効率を比較するための説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，１１ 圧力容器
２，２０，２５ 煙道
３，３０，３５ 隔壁
１０，１０Ａ 加圧高温ガス冷却器
２１，２６ 第１煙道
２２，２７ 第２煙道
２４ 折り返し部
２８ 断面積拡大部
４０ 熱交換器
５０ パネル
５１ 冷媒配管
６０ 傾斜板
６１ 導風板
７０ サイクロン
７１ ガス流路
７２ 入口開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧高温ガス冷却器に関するものであり、たとえば、石炭ガス化炉・油ガス化炉・バイオマスガス化炉など、圧力容器内に設置される加圧高温ガス冷却器に適用することが可能である。
【背景技術】
【０００２】
石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）においては、たとえば図９に示すように、石炭等の燃料をガス化炉でガス化して高温のガスを発生させる石炭ガス化炉設備が知られている。
この石炭ガス化炉設備は、石炭供給設備１００、ガス化炉２００、加圧高温ガス冷却器（熱交換器）３００及びチャー回収設備４００等を主要な構成要素としている。
【０００３】
ここで、加圧高温ガス冷却器３００は、たとえば図８に示すように、ガス化炉２００からチャーを含有する約１１００℃の高温ガス（生成ガス）の供給を受け、この高温ガスをガス化炉設備の後流に設置されたガス精製設備（不図示）に適した温度である約４５０℃まで冷却すると共に、高温ガスから熱エネルギーを回収する装置である。また、この加圧高温ガス冷却器３００は、圧力容器３５０の内部に形成されて高温ガスの流路となる煙道３０１内に、蒸発器（ＥＶＡ）３１０、２次過熱器（２ＳＨ）３２０、１次過熱器（１ＳＨ）３３０及び節炭器（ＥＣＯ：エコノマイザー）３４０の各熱交換器を上から順に配置し、煙道３０１内を上から下向きに流れる高温ガスから吸熱して冷却するように構成されている。
なお、加圧流動床ボイラの構造として、従来より特許文献１，２，３に示すものが知られている。
【特許文献１】実開平５−７１６０２号公報
【特許文献２】特許第３１０６６８９号
【特許文献３】特開平１１−２２９０５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、上述した従来構造では、図８に示す従来構成では、加圧高温ガス冷却器３００に設けられた圧力容器３５０及び煙道３０１の高温ガス出口が下側にある。一方、この加圧高温ガス冷却器３００の下流に接続されるチャー回収設備４００は、高温ガスの入口が上側に配置された構成となる。このため、加圧高温ガス冷却器３００とチャー回収設備４００との間を接続し、加圧高温ガス冷却器３００で冷却された高温ガスをチャー回収設備４００に導くための生成ガス配管は、下方の高温ガス出口から上方の高温ガス入口まで上下方向に長くなるという問題を有している。
【０００５】
また、上述した従来構造では、煙道３０１内のガス流速が低いため伝熱効率は低く、十分な熱交換能力を得るためには熱交換器に必要な伝熱面積が大きくなるので、伝熱管により形成されるパネルの必要枚数も多くなってコストアップの要因となる。もし仮に、ガス流速を上げて伝熱効率を増す場合には、煙道３０１の断面積を絞ることにより加圧高温ガス冷却器３００が細長い形状になるので、圧力容器の長さ（高さ）が過剰に大きくなって好ましくない。
また、上述した従来技術においては、図１０（ａ）に示すように、圧力容器３５０の断面が円形であるのに対し、圧力容器３５０内に収納設置されて熱交換器を構成する煙道３０１の断面形状が四角形（正方形）のため、断面効率（熱交換器の断面積／圧力容器の断面積）が低いという問題もある。
【０００６】
このような背景から、熱交換に必要な煙道の長さを確保して圧力容器の長さを抑え、しかも、伝熱効率の低下を抑制して良好な熱交換（冷却）性能を確保するとともに、コンパクトで経済性にも優れた加圧高温ガス冷却器の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、良好な熱交換性能を備えたコンパクトで経済性にも優れた加圧高温ガス冷却器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る加圧高温ガス冷却器は、圧力容器内に高温ガスを流す煙道を形成し、該煙道内に熱交換器を設置するとともに、前記煙道の内部断面を分割する隔壁を設けて前記圧力容器の底部または頂部で導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とし、前記煙道の内部断面を分割する断面積分割割合が、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような加圧高温ガス冷却器によれば、圧力容器内に形成した煙道の内部断面を分割する隔壁を設けて導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とし、煙道の内部断面を分割する断面積分割割合は、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されているので、流速の低下を抑制して必要となる伝熱面積を低減するとともに、圧力容器の長さ（高さ）を短く（低く）することができる。
【０００９】
上記の加圧高温ガス冷却器において、前記リターンフロー型構造は、前記圧力容器の頂部に設けたガス入口から導入した高温ガスを折り返して上部に設けたガス出口から流出させ、該ガス出口と加圧高温ガス冷却器上部に配設されるチャー回収設備のガス入口とを接続する生成ガス配管を最短化したものが好ましい。
【００１０】
上記の加圧高温ガス冷却器において、前記リターンフロー型構造は、導入した高温ガスを上から下向きに流す下降部分の断面積分割割合が、前記圧力容器の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分の断面積割合より大きいことが好ましく、これにより、相対的に温度の高い高温ガスが流れる下降部分の断面積分割割合を、温度低下した高温ガスが流れる上昇部分より大きくして、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速を略一致させることができる。また、冷却した高温ガスを次工程へ供給する高温ガス出口を、加圧高温ガス冷却器の上方に配置することができる。
【００１１】
上記の加圧高圧ガス冷却器において、前記煙道内の折り返し部に、高温ガス中のチャーを粗分離させるチャー分離手段を設けることが好ましく、これにより、下流に設置されるチャー分離装置の負荷を低減することができる。
この場合、前記チャー分離手段としては、前記折り返し部に断面積拡大部を設けて高温ガスの流速を低下させたり、あるいは、前記折り返し部に慣性分離機構を設けて高温ガスの流れに慣性力を発生させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明によれば、煙道の内部断面を隔壁で分割する断面積分割割合が、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されたリターンフロー型構造の加圧高温ガス冷却器としたので、流速の低下を抑制して必要となる伝熱面積を低減するとともに、圧力容器の長さ（高さ）を短く（低く）することができ、この結果、コンパクトで経済性に優れた加圧高温ガス冷却器を提供することができる。
すなわち、本発明の加圧高温冷却器は、伝熱効率が高く、必要な伝熱面積が少なくてすみ、コストダウンを図れる利点がある。
また、加圧高温冷却器のガス出口を上部に配設したリターンフロー型構造は、このガス出口から、加圧高温ガス冷却器の上部にガス入口が設けられているチャー回収系まで、高温ガスを導くために必要な生成ガス配管の長さを最短化して短くできるというメリットがある。
また、煙道及び熱交換器を断面六角形とすれば、圧力容器の断面積に対する熱交換器の断面積の割合（断面効率）が矩形の場合に比較して向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を図１に示す。
加圧高温ガス冷却器１０は、円形断面とした圧力容器１内に断面六角形の煙道２を形成し、この煙道２の内部断面を隔壁３により分割したリターンフロー型構造とされる。このリターンフロー型構造は、煙道２を隔壁３で分割して形成された第１煙道２ａ及び第２煙道２ｂを備え、圧力容器１の底部または頂部において、圧力容器１の反対側（頂部または底部）から導入した高温ガス（生成ガス）が折り返して逆向きに流れるものであるから、圧力容器１の高さを低くすることができる。すなわち、圧力容器１の高さを低くするリターンフロー型構造は、高温ガス導入が圧力容器１の頂部または底部のいずれでもよい。
【００１４】
図１に示す構成例では、たとえば圧力容器１の頂部から高温ガスを導入し、導入した高温ガスを上から下向きに流すガス下向流れの第１煙道２ａと、圧力容器１の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流すガス上向流れの第２煙道２ｂとを備えたリターンフロー型構造とされる。ここで、第１煙道２ａと第２煙道２ｂとの断面積分割割合は、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定され、導入した高温ガスを上から下向きに流す下降部分である第１煙道２ａの断面積分割割合が、圧力容器１の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分である第２煙道２ｂの断面積割合より大きな値とされる。
なお、従来のリターンフロー型熱交換器では、高温ガスの上昇部分及び下降部分の断面積が同じ値に設計されていたため、ガス低温部ではガス流速が低下し、伝熱効率が低下する問題を有している。
【００１５】
第１煙道２ａは、たとえば断面積分割割合が２／３に設定されており、煙道２の中心に対する角度が２４０°となるように隔壁３で分割され、隔壁３を２辺とし、煙道２の六角形周壁を４辺とする相互に平行な６面に囲まれた部分である。
第２煙道２ｂは、たとえば断面積分割割合が１／３に設定されており、煙道２の中心に対する角度が１２０°となるように隔壁３で分割され、隔壁３を２辺とし、煙道２の六角形周壁を２辺とする平行四辺形の４面に囲まれた部分である。
すなわち、第１煙道２ａ及び第２煙道２ｂは、煙道２の内部断面を隔壁３で２：１に分割して形成したものであるが、この断面積分割割合は、たとえば高温ガスの温度条件等の諸条件に応じて適宜変更可能である。
【００１６】
この結果、図１０（ｂ）に示すように、煙道２を断面六角形としたことにより、円形断面形状である圧力容器１の断面積に対する煙道２の断面積割合（断面効率）は向上していることが判る。たとえば、煙道の対角長さＬを５ｍとした場合、従来構造である図１０（ａ）の断面効率３７％を、約４０％の断面効率まで向上させることができる。
もちろん、煙道２の断面形状が圧力容器１の円形断面に近づくように、より多角形とすれば断面効率はさらに向上するが、六角形を超えた多角形とすると、煙道２内に収容される熱交換器のパネル（伝熱面）を複雑な構造とする必要があり、製造コストの面から不利になる。
つまり、製造コストを抑えつつ、断面効率を向上させるためには、煙道２の断面を六角形とすることが最適である。しかし、煙道２は断面六角形に限定されることはなく、諸条件に応じて矩形や多角形としてもよい。
【００１７】
＜第１実施例＞
本発明の第１実施例に係る加圧高温ガス冷却器を図２及び図３に示す。本実施例は、石炭ガス化複合発電システム用の石炭ガス化炉設備に適用したものである。
ここで、加圧高温ガス冷却器１０は、ガス化炉２００で生成されたチャーを含有する約１１００℃の高温ガスを導入し、この高温ガスを後工程の精製に適するガス温度である４５０℃程度まで冷却するとともに、高温ガスが保有する熱エネルギーを回収するための装置である。圧力容器１１の内周面には断熱材１２が取り付けられ、断面形状を六角形とした煙道２０が圧力容器１１の内部空間に形成されている。この煙道２０は高温ガスを流す流路となり、隔壁３０により断面積分割割合が２：１となるように二分割されている。すなわち、六角断面形状の煙道２０は、断面積分割割合の大きい第１煙道２１と、断面積分割割合の小さい第２煙道２２とに二分割されたリターンフロー型構造とされる。
また、第１煙道２１及び第２煙道２２には、それぞれ冷媒を流すパネル５０が配設されて熱交換器４０を構成している。
【００１８】
高温ガスを上から下向きに流す下降部分の第１煙道２１内には、たとえば図３に示すように、熱交換器４０として機能する蒸発器（ＥＡＶ）４１、２次加熱器（２ＳＨ）４２、１次加熱器（１ＳＨ）４３が上から順に配置される。また、底面で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分の第２煙道２２内には、熱交換器４０として機能する節炭器（ＥＣＯ；エコノマイザー）４４が配置される。すなわち、この場合のリターンフロー型構造では、圧力容器の頂部に設けたガス入口から導入した高温ガスを折り返して、上部に設けたガス出口から流出させるように構成されている。
ここで、上述した熱交換器４０のパネル５０は、たとえば冷媒を流す銅管等の冷媒配管５１が略平面上で規則正しく往復するよう略Ｕ字状に成形されて多数配列されたものであり、各冷媒配管５１の両端部は、管寄せ５２の冷媒入口部及び冷媒出口部にそれぞれ接続されている。従って、このパネル５０を煙道２０内の適所に収納設置することにより、冷媒配管５１の表面が伝熱面となり、煙道２０内を流れる高温ガスから冷媒配管５１内を循環する冷媒が吸熱するので、高温ガスの冷却及び高温ガスから熱回収を行う熱交換器４０が構成される。
【００１９】
図示の例では、第１煙道２１の断面積分割割合が２／３に設定されている。この第１煙道２１は、隔壁３０により煙道２０の中心に対する角度が２４０°となるように分割されている。この結果、第１煙道２０は、隔壁３０の２辺と、煙道２０を形成する六角形周壁２３の４辺とを有し、対向する辺が相互に平行な６面により囲まれている。
一方、第２煙道２２の断面積分割割合は、１／３に設定されている。この第２煙道２２は、隔壁３０により煙道２０の中心に対する角度が１２０°となるように分割され、隔壁４０の２辺と、煙道２０を形成する六角形周壁２３の２辺とを有し、これらの４辺が形成する平行四辺形の４面により囲まれている。
【００２０】
本実施例のように、断面六角形とした煙道２０の内部が、断面積分割割合を２：１にして隔壁３０により上述したように二分割されると、第１煙道２１及び第２煙道２２に配設するパネル５０を同形状の組合せにすることができる。すなわち、第１煙道２１は、第２煙道２２の平行四辺形を二つ繋ぎ合わせた形状となるので、図２に示すように、同形状とした３つのパネル５０を用意すればよく、従って、量産化により製造コストの低減が可能となる。
また、本実施例においては、第１煙道２１の上部より入った高温ガスが下向きに流れ、底部で折り返した後、第２煙道２２を上向きに流れて冷却されるリターンフロー型構造であるため、図８に示す直列配置の従来構造と比較して、圧力容器の高さを低くするコンパクト化が可能となり、この点でもコストダウンに有利である。
また、加圧高温ガス冷却器１０のガス出口が上部に設けられているので、加圧高温ガス冷却器１０の上部に存在するチャー回収設備のガス入口まで高温ガスを導く生成ガス配管は、特に上下方向の管路長を短くすることができる。
【００２１】
しかも、第１煙道２１及び第２煙道２２の断面積分割割合は、ガス低温部となる第２煙道２２の断面積分割割合が小さいためガス流速を速くでき、下向き／上向きガスの入口流速がほぼ同じとなる。すなわち、第１煙道２１及び第２煙道２２の断面積分割割合は、上向き及び下向きに流れる高温ガスの流速が略一致するように設定されているので、第１煙道２１で冷却されて温度低下した高温ガスを流す第２煙道２２側の断面積が小さく設定される。従って、第２煙道２２内のガス流速を速くして伝熱効率を高くすることができるので、パネル５０に必要な伝熱面積を小さくすることが可能になる。
【００２２】
具体的には、下降部分である第１煙道２１の上端部から導入するガス入口温度が１１００℃、上昇部分である第２煙道２２の下端部から上向きに流れるガス入口（下降部分から上昇部分に折り返す地点）温度が５５０〜６００℃、第２煙道２２の上端部となる上向きガス出口温度が４５０℃となる。従って、上昇部分である第２煙道２２がガス低温部となり、高温ガスが冷却されて体積が収縮するものの、断面積が下降部分である第１煙道２１の半分に設定されているため流速が下がらず、そのため、下向き／上向きガスの入口流速が略一致するという利点がある。
【００２３】
たとえば、従来では煙道の入口から出口までの間で、煙道の断面積が一定であるため、ガス温度の低下に伴い、流速が１／２まで低下する。一般に、管群における熱伝達率がＲｅ数（流速×代表長さ／動粘性係数）の０．６乗で表されることより伝熱効率が約１．２倍となり、断面積効率が４０％／３７％≒１．１倍となるので、その結果おおよそ１．３倍以上の伝熱効率に向上する。
このように、本実施例は、熱交換器４０を断面六角形とし、さらに、六角形断面の断面積分割割合を２：１に分割するように隔壁３０を設けたので、断面効率を向上させることができた。また、高温ガスは加圧高温ガス冷却器１０の上部より導入され、断面積分割割合が２／３の第１煙道２１側を下向きに流れ、底部で折り返した後、断面積分割割合が１／３の第２煙道２２側を上向きに流れて冷却されるリターンフロー型構造としたので、圧力容器の高さを抑えつつ、流速を高めて、伝熱効率を向上させることができた。
【００２４】
＜第２実施例＞
本発明の第２実施例に係る加圧高温ガス冷却器１０Ａを図４に示す。本実施例は、石炭ガス化複合発電システム用の石炭ガス化炉設備に適用したものであり、上述した第１実施例と同様の部材には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施例では、六角断面形状の煙道２０に代えて、矩形断面の煙道２５が採用されている。図示の例では、煙道２５を二分割する隔壁３５が設けられ、断面積分割割合が２：１の第１煙道２６及び第２煙道２７が形成されたリターンフロー型とされる。なお、この場合の第１煙道２６及び第２煙道２７は、矩形の一辺を２：１に分割したものである。
【００２５】
このような構成とすれば、第１煙道２６及び第２煙道２７の内部に配設されるパネル５０は、同じ直径の圧力容器１１内に形成した六角断面の煙道２０を採用した場合と比較すれば、直管部の長い冷媒配管５１を使用できる。このため、冷媒配管５１の使用本数を低減することが可能となり、断面効率は若干劣るものの、冷媒配管５１の曲げ加工や管寄せ５２への接続作業など、製造時の作業工数を低減して安価に製造することができる。
なお、図示の例では、第１煙道２６と第２煙道２７とで大きさの異なるパネル５０を使用しているが、この場合も、第２煙道２７内に設置するパネル５０を基本形とし、第１煙道２６側で基本形のパネル５０を２枚使用して全てを共通化することも可能である。
【００２６】
＜第３実施例＞
本発明の第３実施例に係る加圧高温ガス冷却器について、要部（底部）を図５ないし図７に示して説明する。本実施例は、石炭ガス化複合発電システム用の石炭ガス化炉設備に適用したものであり、上述した第１及び第２実施例と同様の部材には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施例では、隔壁３０で二分割された煙道２０の下部で連通する折り返し部に、高温ガス中のチャーを粗分離させるチャー分離手段を設けてある。
【００２７】
図５に示すチャー分離手段は、煙道２０の折り返し部２４の断面積Ｓを拡大した断面積拡大部２８である。この断面積拡大部２８は、第１煙道２１及び第２煙道２２が形成された上部領域の合計断面積Ｓａより煙道２０の断面積Ｓを大きく設定した部分であり、第１煙道２１からこの断面積拡大部２８に流入した高温ガスは、流路断面積の増大により流速が低下する。このため、下向き流れから上向き流れに流れ方向が逆向きとなる際に、流速低下により質量の大きいチャーは上向きとなる高温ガスの流れから分離し、下方へ落下して回収される。従って、加圧高温ガス冷却器から送出される高温ガスに含まれるチャーを減少させる粗分離を実施することができるため、後工程に設けられて高温ガスから本格的にチャーを除去するチャー回収設備の負荷を軽減することができる。
【００２８】
図６及び図７に示すチャー分離手段は、煙道２０の折り返し部２４に慣性分離機構を設けた変形例である。この慣性分離機構は、高温ガスの流れにより発生する慣性力を有効に利用し、質量が異なるガス成分（主に生成ガス）と粒子成分（主にチャー）とを粗分離させて後工程に送られるチャーを減少させるものである。
【００２９】
図６に示す第１変形例の慣性分離機構では、第１煙道２１の出口を絞るようにして、隔壁３０の下端部に傾斜板６０を取り付けてある。この傾斜板６０は、第１煙道２１を流れてきた高温ガスの流路断面積を徐々に減少させるとともに、煙道２０の壁面側へ高温ガスの流れを導くものである。
この結果、高温ガスの流速が一時的に増すため、下向き流れから上向き流れに変わる時点で外向きの大きな慣性力が作用し、質量の大きいチャーが分離して壁面側へ集まるとともに、下方へ落下して回収される。
【００３０】
さらに、傾斜板６０に加えて、折り返した高温ガスの流れを上向きに導く導風板６１を設けてもよく、これにより、壁面側に集まったチャーの流れを分離させるとともに、折り返し後の流速低下により分離して落下したチャーを下方へ導く機能も有している。
なお、図示の例では、折り返し部２４に断面積拡大部２８を形成して傾斜板６０を取り付けてあるが、断面積拡大部２８を設けることなく傾斜板６０を取り付けてもよい。
【００３１】
図７に示す第２変形例の慣性分離機構は、折り返し部２４にサイクロン７０を形成したものである。このサイクロン７０は、第２煙道２２に連通するガス流路７１を形成し、このガス流路７１を煙道２０の略軸中心位置まで延長した先端部に入口開口７２を設けたものである。この結果、第１煙道２１から流出したチャーを含む高温ガスは、ガス流路７１の周囲を旋回して流れた後、入口開口７２から第２煙道２２に流れ込むサイクロン７０が形成されるので、ガス流路７１の周囲を流れる際の旋回流により慣性力が発生し、質量の大きいチャーを外周側へ分離させることができる。また、外周側へ分離したチャーは、下方へ落下して回収される。
なお、図示の例では、折り返し部２４にサイクロン７０設けてあるが、断面積拡大部２８を設けることなくサイクロン７０を設置してもより。
【００３２】
ところで、上述した各実施例において、熱交換器４０として機能する蒸発器（ＥＡＶ）４１、２次加熱器（２ＳＨ）４２、１次加熱器（１ＳＨ）４３、節炭器（ＥＣＯ；エコノマイザー）４４の配置については、特に限定されることはなく自由に変更することが可能である。
また、上記実施例では、石炭ガス化複合発電システムに適用したものであるが、これに限定されることはなく、たとえば石炭ガス化炉、油ガス化炉及びバイオマスガス化炉等のように、圧力容器の内部に形成した煙道内に設置される高温ガス冷却器（熱交換器）に適用することが可能である。
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、石炭ガス化炉、油ガス化炉及びバイオマスガス化炉等のように、圧力容器内に設置される高温ガス冷却器（熱交換器）に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の最適な実施態様に係る加圧高温ガス冷却器の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る加圧高温ガス冷却器の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る石炭ガス化複合発電システムの概略図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る加圧高温ガス冷却器の断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る加圧高温ガス冷却器の要部断面図である。
【図６】図５に示した第３実施例の第１変形例を示す要部断面図である。
【図７】図５に示した第３実施例の第２変形例を示す要部断面図である。
【図８】従来技術に係る石炭ガス化複合発電システムの概略図である。
【図９】石炭ガス化複合発電システムにおける石炭ガス化炉設備のフロー図である。
【図１０】従来の加圧高温ガス冷却器と本発明の加圧高温ガス冷却器の断面効率を比較するための説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，１１ 圧力容器
２，２０，２５ 煙道
３，３０，３５ 隔壁
１０，１０Ａ 加圧高温ガス冷却器
２１，２６ 第１煙道
２２，２７ 第２煙道
２４ 折り返し部
２８ 断面積拡大部
４０ 熱交換器
５０ パネル
５１ 冷媒配管
６０ 傾斜板
６１ 導風板
７０ サイクロン
７１ ガス流路
７２ 入口開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内に高温ガスを流す煙道を形成し、該煙道内に熱交換器を設置するとともに、前記煙道の内部断面を分割する隔壁を設けて前記圧力容器の底部または頂部で導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とし、
前記煙道の内部断面を分割する断面積分割割合が、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されていることを特徴とする加圧高温ガス冷却器。
【請求項２】
前記リターンフロー型構造は、前記圧力容器の頂部に設けたガス入口から導入した高温ガスを折り返して上部に設けたガス出口から流出させ、該ガス出口と加圧高温ガス冷却器上部に配設されるチャー回収設備のガス入口とを接続する生成ガス配管を最短化したことを特徴とする請求項１に記載の加圧高温ガス冷却器。
【請求項３】
前記リターンフロー型構造は、導入した高温ガスを上から下向きに流す下降部分の断面積分割割合が、前記圧力容器の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分の断面積割合より大きいことを特徴とする請求項１に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【請求項４】
前記煙道内の折り返し部に、高温ガス中のチャーを粗分離させるチャー分離手段を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【請求項５】
前記チャー分離手段が、前記折り返し部の断面積拡大部であることを特徴とする請求項４に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【請求項６】
前記チャー分離手段が、前記折り返し部に設けた慣性分離機構であることを特徴とする請求項４に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【請求項１】
圧力容器内に高温ガスを流す煙道を形成し、該煙道内に熱交換器を設置するとともに、前記煙道の内部断面を分割する隔壁を設けて前記圧力容器の底部または頂部で導入した高温ガスが折り返して流れるリターンフロー型構造とし、
前記煙道の内部断面を分割する断面積分割割合が、相互に逆向きの流れとなる高温ガスの流速が略一致するように設定されていることを特徴とする加圧高温ガス冷却器。
【請求項２】
前記リターンフロー型構造は、前記圧力容器の頂部に設けたガス入口から導入した高温ガスを折り返して上部に設けたガス出口から流出させ、該ガス出口と加圧高温ガス冷却器上部に配設されるチャー回収設備のガス入口とを接続する生成ガス配管を最短化したことを特徴とする請求項１に記載の加圧高温ガス冷却器。
【請求項３】
前記リターンフロー型構造は、導入した高温ガスを上から下向きに流す下降部分の断面積分割割合が、前記圧力容器の底部で折り返した高温ガスを下から上向きに流す上昇部分の断面積割合より大きいことを特徴とする請求項１に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【請求項４】
前記煙道内の折り返し部に、高温ガス中のチャーを粗分離させるチャー分離手段を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【請求項５】
前記チャー分離手段が、前記折り返し部の断面積拡大部であることを特徴とする請求項４に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【請求項６】
前記チャー分離手段が、前記折り返し部に設けた慣性分離機構であることを特徴とする請求項４に記載の加圧高圧ガス冷却器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２１４７１２（Ｐ２００６−２１４７１２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７８７２４（Ｐ２００５−３７８７２４）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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