JP2007163077A - 熱輸送方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エマルジョンを循環流路により循環させて排熱の回収と被加熱流体の加熱とを効果的に行うことができ、且つ相変化物質の分散を良好に保持してエマルジョンによる安定した熱輸送を可能にする。
【解決手段】水に相変化物質を分散した流動性のエマルジョンを排熱源の排熱と熱交換して熱回収する熱回収側熱交換器１９と、熱回収したエマルジョンを輸送する輸送流路２１ａと、輸送流路２１ａからのエマルジョンを被加熱流体と熱交換して被加熱流体を加熱する放熱側熱交換器２０と、被加熱流体を加熱したエマルジョンを熱回収側熱交換器１９に輸送する戻し流路２１ｂとを備えた循環流路２１に不活性ガス供給装置２４を接続し、戻し流路２１ｂにエマルジョン中に生成した成長固形物を除去する固形物分離装置３０，３２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エマルジョンを循環流路により熱交換器に循環させて排熱の回収と被加熱流体の加熱とを効果的に行い、且つエマルジョンによる熱輸送を安定して行えるようにした熱輸送方法及び装置に関する。

従来から、種々のプラント、装置等における排熱源の排熱を回収して排熱を有効利用することが図られており、例えば石炭火力発電所の石炭焚ボイラにおいては、排ガスの排熱を利用した白煙防止装置を設けている。

図４は石炭焚ボイラの排ガス系路の一例を示したもので、図中１はボイラ本体であり、該ボイラ本体１から出た排ガスは、脱硝装置２、空気予熱器３（エアヒータ）、電気集塵器４、誘引通風機５（ＩＤＦ）、吸収塔６、前記空気予熱器３の出口に設けた蓄熱型回転式熱交換器９、脱硫通風機７を介して煙突８に導かれている。

大型の石炭焚ボイラでは、湿式脱硫装置による吸収塔６が多く採用されており、この吸収塔６は排ガスに吸収液を散水と接触させて脱硫・脱塵を行うようにしている。このため、前記空気予熱器３出口の排ガスが例えば１３３℃程度の温度を有していても、この排ガスは電気集塵器４及び誘引通風機５（ＩＤＦ）を通り且つ吸収塔６で吸収液と接触する際に冷却され、吸収塔６出口の排ガスは例えば４６．１℃程度まで温度が低下する。

そして、このように４６．１℃程度まで温度が低下した排ガスを煙突８から大気に排出すると、煙突８から白煙が生じることがあり、また、排ガス中のＳＯ₂は吸収塔６によって低下されているが、排ガスの温度が低いと煙突８から出た排ガスが上昇しないために、排ガス中のＳＯ₂が大気に拡散され難いという問題がある。

この問題に対処するために、従来より、前記空気予熱器３の出口に蓄熱型回転式熱交換器９（ユングストローム）を設け、前記吸収塔６出口の排ガスを排ガスダクト１０により前記蓄熱型回転式熱交換器９に導いて熱交換するようにしている。蓄熱型回転式熱交換器９は蓄熱体が回転しており、この蓄熱体に空気予熱器３出口排ガスと、吸収塔６出口排ガスを交互に接触させて熱交換する構造を有している。図４の構成によれば、空気予熱器３出口の例えば１３３℃の排ガスは、蓄熱型回転式熱交換器９において吸収塔６出口の例えば４６．１℃の排ガスと熱交換して、吸収塔６出口の排ガス温度を例えば９３℃に高めて煙突８に導くようにしている。

このように煙突８に導く排ガスの温度が例えば９３℃まで高められると、煙突８から白煙が生じる問題を防止することができ、且つ、温度が高いことによって煙突８から排出された排ガスが高く上昇するのでＳＯ₂を大気に効果的に拡散させることができる。

また、前記蓄熱型回転式熱交換器９を備えることに代えて、図５に示す如く、前記空気予熱器３出口に、煙管式や気管式或いはプレートフィン式等の熱交換器１１を設け、該熱交換器１１に吸収塔６出口の排ガスを導いて排ガスを加熱するようにしたダクト１３を設けたものがある。図５の構成では、熱交換器１１で空気予熱器３出口の排ガスと吸収塔６出口の排ガスとを熱交換することにより吸収塔６出口の排ガスを加熱し、これにより煙突８に導く排ガスの温度を例えば９３℃に高めている。

しかし、前記図４に示した蓄熱型回転式熱交換器９を備えた装置では、吸収塔６出口の排ガスを空気予熱器３出口の蓄熱型回転式熱交換器９まで導くために、大径の排ガスダクト１０を引き回す必要があり、このために構造が非常に大型になると共に、レイアウト上の問題がある。また、蓄熱型回転式熱交換器９では、蓄熱体と排ガスダクト１０とのシール部を通して高温側排ガスと低温側排ガスが混合し、脱硫前の排ガスが煙突８に漏出するという問題がある。

また、図５に示した煙管式や気管式或いはプレートフィン式等の熱交換器１１を備えた装置では、熱交換器１１はガス同志が熱交換する構造であるために、熱交換効率が低く、更に熱交換器１１に排ガスを循環させるための大径のダクト１３が必要となって構造が大型化し、前記と同様のレイアウト上の問題も生じる。更に、大量の排ガスを煙管式や気管式或いはプレートフィン式等の熱交換器１１に流動させるために圧力損失が増大する欠点がある。

このような問題から、石炭焚ボイラにおける白煙防止装置には、図６に示すように空気予熱器３出口と吸収塔６出口に水管方式の熱交換器１５，１６を備えたものがある。水管方式の熱交換器１５，１６は、例えば比熱が大きい水による熱媒を管内に流し、管外に排ガスを流すようにしたもので、熱交換器１５，１６間に熱媒（水）を循環させるための配管１７を設け、ポンプ１８によって熱媒を循環搬送するようにしている。図６では排ガスの流れを細い実線で表わし、水の熱媒の流れを太い実線で表わしている。この装置では、核沸騰を防ぐため（サブクール沸騰については一部発生する場合もある）加圧水を用いるのが一般的である。

しかし、図６に示したように、水の熱媒を用いた水管方式の熱交換器１５，１６においても、次のような問題を有していた。

即ち、前記石炭焚ボイラによる石炭火力発電所においては、白煙防止装置のための熱媒（水）をポンプ１８で輸送するのに、発電量の約０．１％（６００ＭＷの発電所で６００ＫＷ程度）ものポンプ動力が消費されている。更に、熱媒の移動量を確保するために、熱交換器１５，１６の伝熱管（フィンチューブ）の主管径を例えば３０〜４０ｍｍの太い径とする必要があり、このために、熱交換器１５，１６内部の排ガス側の流路が狭められることになってガス側の圧力損失が増加し、これによってガス側のファン動力も大幅に増加していた。即ち、ガス側の誘引通風機５及び脱硫通風機７のファン動力は発電量の１％（６００ＭＷの発電所で６０００ＫＷ程度）にも達していた。更に、伝熱管の主管径が大きいために、管への汚れの付着が多くなる問題も有する。このように、水を熱媒とした熱交換においても種々の課題を有していた。

一方、熱交換を行う際の熱交換媒体として、水に界面活性剤を介して相変化物質を分散させたエマルジョンを用いることが従来から考えられており、エマルジョンは、水の熱媒に比して更に高密度の熱輸送が可能である。この時、エマルジョン（蓄熱材）の分散状態を良好に保持させることによって安定した熱交換を図るようにした方法が特許文献１、特許文献２に示されている。特許文献１は、蓄熱槽上部のエマルジョンの濃度を測定し、高濃度となった場合に、水スプレーや攪拌機作動によって濃度を調節することを示している。また、特許文献２は、蓄熱槽よりエマルジョンを輸送する配管、又はその一部を蓄熱層に戻す配管にラインミキサーを設け、ラインミキサーで再乳化することで乳液の安定性（分散性）を保つことを示している。
特許第３６５２９９１号公報 特開２００４−２１０８５９号公報

前記したように水に界面活性剤を介して相変化物質を分散させたエマルジョンは、水に比して高密度熱輸送が可能であるために、エマルジョンの輸送量を減少させることができ、これに伴う種々の有益な効果を発揮できる利点があるが、特許文献１、２にも指摘されているように、相変化物質の凝固／融解の繰り返しにより、エマルションが崩壊（油性物質と水が分離）し、長期的に使用できない問題点があり、このために、相変化物質の良好な分散状態を常時保持しておく必要がある。このため、特許文献１では水スプレーや攪拌機作動によって、また、特許文献にではラインミキサーによって、エマルジョンの再乳化を行っている。

しかし、特許文献１、２に示すように、大気開放の蓄熱槽を備えた構成において、水スプレーや攪拌機作動、或いはラインミキサーによりエマルジョンの再乳化を行うようにした装置では、界面活性剤及び相変化物質が空気酸化によって劣化するためにエマルジョンの崩壊が経時的に進行することになり、従って攪拌機作動、或いはラインミキサーを継続して運転する必要があり、このために運転エネルギーが増加する問題がある。また、前記水スプレーによって再乳化する方式では、エマルジョンの相変化物質の濃度が水スプレーによって変化してしまうために、熱密度が変化するという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、エマルジョンを循環流路により循環させて排熱の回収と被加熱流体の加熱とを効果的に行うことができ、且つ相変化物質の分散を良好に保持してエマルジョンによる安定した熱輸送を可能にした熱輸送方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、水に相変化物質を分散した流動性のエマルジョンを熱回収側熱交換器に導き排熱源の排熱と熱交換して熱回収し、熱回収したエマルジョンを放熱側熱交換器に輸送し、該放熱側熱交換器においてエマルジョンを被加熱流体と熱交換して被加熱流体を加熱し、被加熱流体を加熱したエマルジョンを再び前記熱回収側熱交換器に戻すようにした循環流路を非酸化性雰囲気に保持し、且つ循環流路を循環するエマルジョンの相変化物質の粒子径を０．０１〜１０μｍに保持したことを特徴とする熱輸送方法、に係るものである。

上記熱輸送方法において、前記循環流路が閉回路を形成していることは好ましい。

上記熱輸送方法において、前記放熱側熱交換器で被加熱流体を加熱したエマルジョンを前記熱回収側熱交換器に戻す流路において、エマルジョン中に生成した成長固形物を除去することは好ましい。

上記熱輸送方法において、前記エマルジョンは、同一種類で融点が異なる複数の相変化物質を水に分散していることは好ましい。

上記熱輸送方法において、前記エマルジョンは、相変化物質を２０〜４５ｗｔ％の範囲で水に分散していることは好ましい。

上記熱輸送方法において、前記相変化物質は、高、低密度ポリエチレンワックスとすることができる。

上記熱輸送方法において、前記相変化物質は、シラン架橋ポリオレフィンとすることができる。

上記熱輸送方法において、前記相変化物質は、合成ワックスとすることができる。

上記熱輸送方法において、前記相変化物質は、ノルマルパラフィンとすることができる。

本発明は、水に相変化物質を分散した流動性のエマルジョンを排熱源の排熱と熱交換して熱回収する熱回収側熱交換器と、該熱回収側熱交換器で熱回収したエマルジョンを輸送する輸送流路と、該輸送流路からのエマルジョンを被加熱流体と熱交換して被加熱流体を加熱する放熱側熱交換器と、該放熱側熱交換器で被加熱流体を加熱したエマルジョンを前記熱回収側熱交換器に輸送する戻し流路とを備えた循環流路に該循環流路内を非酸化性雰囲気に保持するための不活性ガス供給装置を接続し、前記放熱側熱交換器で被加熱流体を加熱したエマルジョンを前記熱回収側熱交換器に戻す戻し流路に、エマルジョン中に生成した成長固形物を除去する固形物分離装置を備えたことを特徴とする熱輸送装置、に係るものである。

上記熱輸送装置において、前記固形物分離装置は、前記戻し流路の上部に設けた立上り部に備えて浮上した成長固形物を除去する浮上物分離装置であることは好ましい。

上記熱輸送装置において、前記固形物分離装置は、前記戻し流路に備えて成長固形物を濾し取るストレーナであることは好ましい。

石炭焚ボイラの排ガス系路に備えられる空気予熱器の出口に前記熱回収側熱交換器を配置し、前記排ガス系路の湿式脱硫装置の出口に前記放熱側熱交換器を配置しすることは好ましい。

本発明の熱輸送方法及び装置によれば、水に相変化物質を分散したエマルジョンを、排熱部の排熱を回収する熱回収側熱交換器と、回収した排熱で被加熱流体を加熱する放熱側熱交換器との間に循環流路を介して循環させ、且つ循環流路を循環するエマルジョンの相変化物質の粒子径が０．０１〜１０μｍを保持するようにしたので、エマルジョンの二相流によって熱交換器の管内熱伝達率を高めることができ、更に、エマルジョンによる高熱密度輸送が可能になるため、循環流路におけるエマルジョンの循環流量を減少することができ、よってエマルジョンを循環させるポンプ動力を大幅に低減できる効果がある。

更に、前記したように、熱交換器の管内熱伝達率を高めることができるので、熱交換器の伝熱管の主管径を小径にすることができ、よって熱交換器のガス側の流路断面積を増大できるため、ガス側のファン動力を大幅に低減できる効果がある。

また、前記循環流路を非酸化性雰囲気に保持したことにより、エマルジョンの相変化物質及び界面活性剤の酸化を防止してエマルジョンが劣化するのを防止することができ、更に、エマルジョン中に成長固形物が生成しても、戻し流路において成長固形物を除去するようにしたので、成長固形物が管壁等に付着するといった問題を防止でき、よって、相変化物質の分散が良好に保持されたエマルジョンにより常に安定した熱輸送が可能になる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明を石炭焚ボイラの白煙防止装置に適用した形態の一例を示すもので、図６の水の熱媒に代えてエマルジョンを用いており、図６と同一の構成には同じ符号を付して説明の重複を省略している。図１では排ガスの流れを細い実線で表わし、エマルジョンの流れを太い実線で表わしている。

図１に示す如く、前記空気予熱器３出口（排熱部）に排ガスの排熱を回収する水管方式の熱回収側熱交換器１９を配置すると共に、吸収塔６の出口に排ガス（被加熱流体）の加熱を行う水管方式の放熱側熱交換器２０を配置し、前記熱回収側熱交換器１９と放熱側熱交換器２０との間を、輸送流路２１ａと戻し流路２１ｂにより接続して閉回路とした循環流路２１を構成する。そして、該循環流路２１にはエマルジョン供給装置２２により相変化物質の粒子径が調整されたエマルジョンを充填する。前記放熱側熱交換器２０で低温となったエマルジョンを熱回収側熱交換器１９に戻す戻し流路２１ｂにはポンプ２３を配置し、該ポンプ２３の駆動によって循環流路２１にエマルジョンを循環させるようにする。

前記エマルジョンは、水に、界面活性剤を介して相変化物質を分散したものであり、前記相変化物質としては、高、低密度ポリエチレンワックス、シラン架橋ポリオレフィン、合成ワックス、ノルマルパラフィン等を用いることができる。この時、前記相変化物質を水に分散させる界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤を用いることができる。

上記各相変化物質の融点は表１の如くである。
［表１］
相変化物質 融点
高、低密度ポリエチレンワックス ９０〜１５０℃
シラン架橋ポリオレフィン ８０〜２００℃
合成ワックス ８０〜１１０℃
ノルマルパラフィン −１０〜９０℃

上記各相変化物質には、融点の異なるものが夫々存在しており、表１の各相変化物質の融点は、同一種類の相変化物質の中で融点が最も低いものと最も高いものの範囲を表わしており、例えば高、低密度ポリエチレンワックスでは、最も融点が低いものは９０℃であり、最も融点が高いものは１５０℃である。各相変化物質は、排熱源の排熱で融解する融点を有するものを単独で用いてもよいし、或いは同一種類の複数の相変化物質を混合しても用いてもよい。

ここで、図２は１種類の相変化物質を水に分散したエマルジョン（細い実線）と、２種類混合の相変化物質を水に分散したエマルジョン（太い実線）と、水を単独で用いた場合（破線）とにおける温度と熱輸送量の関係を比較して示したものである。図２から明らかなように、複数種類の相変化物質を混合して分散させたエマルジョンによれば、水単独の場合、１種類の相変化物質を水に分散した場合に比して、非常に高い熱輸送量を得ることができる。

前記エマルジョンは、前記循環流路２１を循環する運転時における相変化物質の粒子径が０．０１〜１０μｍになるように、水に対して相変化物質を分散したものである。前記相変化物質は粒子径が０．０１μｍ以下であると熱交換器１９，２０における管内熱伝達率が著しく低下する問題があり、また、相変化物質は粒子径が１０μｍ以上であると相変化物質の粒子が結合して成長固形物を生成し、この成長固形物が管壁等に付着堆積して伝熱効率を低下したり閉塞の問題を生じるために、運転時における相変化物質の粒子径が０．０１〜１０μｍに保持されるように調整する。即ち、相変化物質を水に分散する際に相変化物質の粒子径が０．０１μｍ以下になるように混合を調整すると共に、供給する界面活性剤の量を調整して予めエマルジョンを製造しておき、このエマルジョンを循環流路２１に充填して循環運転することによって、相変化物質の粒子径が０．０１〜１０μｍに保持されるようにしている。

また、前記エマルジョンは、水に対して相変化物質を２０〜４５ｗｔ％の範囲で分散させるようにしている。水に対する相変化物質の分散を２０〜４５ｗｔ％の範囲としたのは、分散割合が２０ｗｔ％以下では、水に相変化物質を分散したエマルジョンを用いることによる十分な管内熱伝達率の向上効果が期待できなく、また、分散割合が４５ｗｔ％以上では、エマルジョンの粘度が上昇し流動抵抗が増加することによってエマルジョンの輸送動力を低減する目的が達成できないためである。

図１の装置では、前記エマルジョンを循環流路２１に循環する際に、水に対する界面活性剤の分散状態を安定に保って高い管内熱伝達率を保持するために、前記閉回路とした循環流路２１に、窒素等の不活性ガスを充填するための不活性ガス供給装置２４を接続している。該不活性ガス供給装置２４によって窒素等の不活性ガスを循環流路２１に供給すると、循環流路２１内部が非酸化性雰囲気に保持されるので、界面活性剤や相変化物質の酸化を防止でき、配管の酸化腐蝕も防止でき、水の核沸騰も防止できる。この時、前記不活性ガス供給装置２４を備えることに代えて、或いは不活性ガス供給装置２４の設置と共に、エマルジョンに脱酸素剤を混入することも可能である。

更に、前記循環流路２１における戻し流路２１ｂの最も高くなっている上部位置には、立上り部２５を介して膨張タンク２６が接続してあり、該膨張タンク２６によって循環流路２１におけるエマルジョンの熱による膨張を吸収するようにしている。

しかし、前記したように、エマルジョンの性状を調整し、循環流路２１に不活性ガス等を充填して非酸化性雰囲気を形成しても、運転を継続すると前記エマルジョンの相変化物質の粒子が一部大径化して成長固形物を生成し、この成長固形物が管壁等に付着堆積して伝熱効率を低下させたり閉塞を起こすという問題を生じることが判明した。

このため、本発明者らは、前記エマルジョン中に生成する成長固形物を装置の運転中に有効に分離・除去する方法について種々検討した結果、前記循環流路２１の戻し流路２１ｂにおいてエマルジョン中に生成した成長固形物を分離・除去する方法及び装置を実施した。

図１では、前記戻し流路２１ｂの最も高い上部位置に設けている膨張タンク２６の立上り部２５を太い径の立上り管とすると共に、該立上り部２５に排出管２７を接続し、前記立上り部２５と排出管２７とに開閉弁２８，２９を設けることにより、浮上物分離式の固形物分離装置３０を構成している。

また、前記浮上分離式の固形物分離装置３０に代えて、或いは浮上分離式の固形物分離装置３０と共に、前記戻し流路２１ｂに成長固形物を濾し取るようにしたストレーナ３１による固形物分離装置３２を設けている。この固形物分離装置３２は、戻し流路２１ｂに配置したストレーナ３１を前後に挟むように下流側（ポンプ２３側）の開閉弁３３と上流側（熱交換器２０側）の開閉弁３４を配置すると共に、ストレーナ３１の出口管３５に開閉弁３６を設け、前記戻し流路２１ｂにおける下流側の開閉弁３３より下流位置と、上流側の開閉弁３４の上流位置との間をバイパス管３７で接続した構成としている。

一方、前記循環流路２１では、ポンプ２３の異常等によって前記熱回収側熱交換器１９或いは放熱側熱交換器２０に核沸騰が生じることが考えられ、このために圧力を逃がすための安全弁を設ける必要がある。このとき、安全弁の作動によるエマルジョンの損失量を減らすために、安全弁３８は高温側の熱回収側熱交換器１９の上部位置に設置している。また、戻し流路２１ｂにおける熱回収側熱交換器１９とポンプ２３との間には逆止弁３９を設けて異常な圧力がポンプ２３に作用するのを防止している。

また、ポンプ２３からエマルジョンが漏出することによるエマルジョンの損失を減らすため、及び、漏出したエマルジョンの水が乾燥して相変化物質が乾燥することで生じる火災の可能性を防止するため、前記ポンプ２３には密閉式のものを用いることが好ましいが、非密閉式のポンプ２３を用いた場合には、ポンプドレンを回収する回収タンク４０を設置することが望ましい。

次に、上記図示例の作動を説明する。

図１に示す如く、水に相変化物質を分散したエマルジョンを循環流路２１に充填し、ポンプ２３を運転してエマルジョンを空気予熱器３出口（排熱部）の排ガスの排熱を回収する熱回収側熱交換器１９と、回収した排熱で被加熱流体（吸収塔６出口の排ガス）を加熱する放熱側熱交換器２０との間に循環させる。このエマルジョンは、予め相変化物質の粒子径が０．０１μｍ以下になるように調整し、且つ界面活性剤の供給量を調整して製造しておき、このエマルジョンを循環流路２１の供給して循環させることによって相変化物質の粒子径が０．０１μｍ〜１０μｍに保持されるようにする。

循環流路２１を循環するエマルジョンは、水と相変化物質による固液二相流であり、相変化物質の相変化による潜熱と水及び相変化物質の顕熱とによって熱回収側熱交換器１９及び放熱側熱交換器２０での管内熱伝達率を大幅に高めることができ、これによってエマルジョンの高熱密度輸送が可能になるため、循環流路２１におけるエマルジョンの循環流量を減少することができ、よってポンプ２３の容量を下げて消費電力を低減することができる。

例えば、熱媒に水を用いた場合と比較して、エマルジョンの熱密度が２倍であった場合には、見掛けの粘度が水より高くても、輸送量が減少することによって１０〜５０％の省エネ効果が期待できる。石炭火力発電所では、発電量の約０．１％（６００ＭＷの発電所で６００ＫＷ程度）を熱媒輸送のポンプ動力として消費しているため、約０．０１〜０．０５％（６００ＭＷの発電所で最大３００ＫＷ程度）の削減効果が期待できる。

更に、前記したように、熱回収側熱交換器１９及び放熱側熱交換器２０の管内熱伝達率を高められることによりエマルジョンの輸送量を減少できるので、熱回収側熱交換器１９及び放熱側熱交換器２０の伝熱管の主管径を小径にすることができ、よって熱回収側熱交換器１９及び放熱側熱交換器２０のガス側の流路断面積が増大でき、ガス側の誘引通風機５及び脱硫通風機７のファン動力を大幅に低減することができる。

例えば、熱媒に水を用いた場合と比較して、エマルジョンの熱密度が２倍であった場合には、伝熱管の主管径を約２／３にすることができる。この場合、熱回収側熱交換器１９及び放熱側熱交換器２０におけるガス側流路投影面積を管ピッチや管配列にもよるが１０〜３０％広げることができる。これにより、熱回収側熱交換器１９及び放熱側熱交換器２０のガス側圧力損失を１０〜４０％削減することができる。誘引通風機５及び脱硫通風機７のファン動力は、発電量の約１％（６００ＭＷの発電所で６０００ＫＷ程度）であるため、発電量の約０．１〜０．４％（６００ＭＷの発電所で最大２０００ＫＷ程度）の削減効果が期待できる。

前記循環流路２１には不活性ガス供給装置２４を接続して、循環流路２１内部を非酸化性雰囲気に保持するようにしたので、エマルジョンの相変化物質及び界面活性剤の酸化を防止してエマルジョンが劣化するのを防止することができ、これによってエマルジョン中に成長固形物が生成する問題を低減することができる。

また、エマルジョン中に成長固形物が生成した場合にも、戻し流路２１ｂに設けた浮上分離式の固形物分離装置３０或いはストレーナ３１による固形物分離装置３２によって成長固形物を効果的に除去することができる。前記浮上分離式の固形物分離装置３０の膨張タンク２６にトラップされた成長固形物、或いはストレーナ３１による固形物分離装置３２にトラップされた成長固形物は、開閉弁２８，２９、或いは開閉弁３３，３４，３６の開閉操作によって、排出管２７或いは出口管３５から定期的又は連続的に取り出すことができる。また、浮上分離式の固形物分離装置３０或いはストレーナ３１による固形物分離装置３２から取出された成長固形物は、再分散又は乳化を行った後にエマルジョン供給装置２２から循環流路２１に再充填することもできる。

前記成長固形物の除去などによって、循環流路２１内部のエマルジョンの相変化物質の濃度が変化した場合には、エマルジョン供給装置２２により濃度調整用のエマルジョンを充填することで調整する。このとき、調整用のエマルジョンは相変化物質の粒子径が０．０１μｍ以下になるように予め調整しておく。

また、前記浮上分離式の固形物分離装置３０或いはストレーナ３１による固形物分離装置３２から取出された成長固形物の再分散又は乳化が不可能な場合には、界面活性剤を不活性化することによって油である相変化物質を効率的に分離して燃料として利用することも可能である。

上記したように、不活性ガス供給装置２４による窒素等の不活性ガスの供給によって循環流路２１内部を非酸化性雰囲気に保持することによりエマルジョンの相変化物質及び界面活性剤の酸化を防止し、且つエマルジョン中に生成する成長固形物を浮上分離式の固形物分離装置３０或いはストレーナ３１による固形物分離装置３２によって効果的に分離するようにしたので、相変化物質が良好に分散された状態を保持するエマルジョンによって常に安定した高熱密度輸送が可能になる。

従って、図１のように石炭焚ボイラの白煙防止装置に本発明を適用すると、白煙防止装置の構成を簡略化することができると共に、エマルジョンを循環させるポンプ２３のポンプ動力及び排ガスを搬送するファン（誘引通風機５及び脱硫通風機７）のファン動力を低減して、白煙防止装置の運転エネルギを大幅に削減することができ、よって大幅な節電効果が達成できる。

前記石炭焚ボイラの白煙防止装置における運転温度は図３の如くである。図３に示すように、空気予熱器３出口（排熱部）の排ガスの排熱温度は１３３℃であり、この排熱を熱回収側熱交換器１９においてエマルジョンに熱回収し、この熱回収したエマルジョンを放熱側熱交換器２０に循環し、吸収塔６出口の４６．１℃に温度が低下した排ガスを加熱することにより９３℃に温度を高めて煙突８に導くようにしており、このときの熱回収側熱交換器１９出口のエマルジョンの温度は１０５．５℃であり、また放熱側熱交換器２０出口のエマルジョンの温度は８０℃であり、エマルジョンの使用温度幅は２５．５℃である。前記表１に示した全ての相変化物質は、前記エマルジョンの使用温度の１０５．５℃と８０℃の範囲にあるため使用することができる。

例えばノルマルパラフィンの１つであるＣ４４Ｈ９０（テトラコンタン＝融点約９０℃のピーク値）を主剤とした油を乳化させたエマルジョンを用いることができ、Ｃ４４Ｈ９０は約９０℃で融解して排熱を潜熱により効率良く回収する。この時、約９０℃以外の温度範囲においては水と相変化物質の固液二相流による顕熱によっても排熱を回収するので熱交換効率が高められる。また、前記したようにエマルジョンの使用温度幅は２５．５℃であるため、前記ノルマルパラフィンのＣ４４Ｈ９０を主体として、Ｃ４３Ｈ８８やＣ４５Ｈ９２等の混合物を用いてもよい。

尚、本発明は、上記した石炭焚ボイラの白煙防止装置以外にも、排熱源の排熱を回収して別の場所まで輸送し、回収した排熱を別の場所で有効利用する種々の装置に適用することができ、例えば車のラジエータに適用することによってラジエータファンの容量削減の効果が期待できるなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。

本発明を石炭焚ボイラの白煙防止装置に適用した形態の一例を示す概略系統図である。 １種類の相変化物質を水に分散したエマルジョンと、２種類混合の相変化物質を水に分散したエマルジョンと、水単独の場合における温度と熱輸送量の関係を比較して示した線図である。 石炭焚ボイラの白煙防止装置における運転温度を説明するための概略図である。 石炭焚ボイラの排ガス系路に備えた従来の白煙防止装置の一例を示す概略系統図である。 石炭焚ボイラの排ガス系路に備えた従来の白煙防止装置の他の例を示す概略系統図である。 石炭焚ボイラの排ガス系路に備えた従来の白煙防止装置の更に他の例を示す概略系統図である。

符号の説明

１ ボイラ本体
３ 空気予熱器
６ 吸収塔
１９ 熱回収側熱交換器
２０ 放熱側熱交換器
２１ 循環流路
２１ａ 輸送流路
２１ｂ 戻し流路
２２ エマルジョン供給装置
２３ ポンプ
２４ 不活性ガス供給装置
２５ 立上り部
２６ 膨張タンク
３０ 固形物分離装置
３１ ストレーナ
３２ 固形物分離装置

Claims (13)

1. 水に相変化物質を分散した流動性のエマルジョンを熱回収側熱交換器に導き排熱源の排熱と熱交換して熱回収し、熱回収したエマルジョンを放熱側熱交換器に輸送し、該放熱側熱交換器においてエマルジョンを被加熱流体と熱交換して被加熱流体を加熱し、被加熱流体を加熱したエマルジョンを再び前記熱回収側熱交換器に戻すようにした循環流路を非酸化性雰囲気に保持し、且つ循環流路を循環するエマルジョンの相変化物質の粒子径を０．０１〜１０μｍに保持したことを特徴とする熱輸送方法。
2. 前記循環流路が閉回路を形成していることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送方法。
3. 前記放熱側熱交換器で被加熱流体を加熱したエマルジョンを前記熱回収側熱交換器に戻す流路において、エマルジョン中に生成した成長固形物を除去することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱輸送方法。
4. 前記エマルジョンは、同一種類で融点が異なる複数の相変化物質を水に分散していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の熱輸送方法。
5. 前記エマルジョンは、相変化物質を２０〜４５ｗｔ％の範囲で水に分散していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱輸送方法。
6. 前記相変化物質は、高、低密度ポリエチレンワックスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱輸送方法。
7. 前記相変化物質は、シラン架橋ポリオレフィンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱輸送方法。
8. 前記相変化物質は、合成ワックスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱輸送方法。
9. 前記相変化物質は、ノルマルパラフィンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱輸送方法。
10. 水に相変化物質を分散した流動性のエマルジョンを排熱源の排熱と熱交換して熱回収する熱回収側熱交換器と、該熱回収側熱交換器で熱回収したエマルジョンを輸送する輸送流路と、該輸送流路からのエマルジョンを被加熱流体と熱交換して被加熱流体を加熱する放熱側熱交換器と、該放熱側熱交換器で被加熱流体を加熱したエマルジョンを前記熱回収側熱交換器に輸送する戻し流路とを備えた循環流路に該循環流路内を非酸化性雰囲気に保持するための不活性ガス供給装置を接続し、前記放熱側熱交換器で被加熱流体を加熱したエマルジョンを前記熱回収側熱交換器に戻す戻し流路に、エマルジョン中に生成した成長固形物を除去する固形物分離装置を備えたことを特徴とする熱輸送装置。
11. 前記固形物分離装置は、前記戻し流路の上部に設けた立上り部に備えて浮上した成長固形物を除去する浮上物分離装置であることを特徴とする請求項１０に記載の熱輸送装置。
12. 前記固形物分離装置は、前記戻し流路に備えて成長固形物を濾し取るストレーナであることを特徴とする請求項１０に記載の熱輸送装置。
13. 石炭焚ボイラの排ガス系路に備えられる空気予熱器の出口に前記熱回収側熱交換器を配置し、前記排ガス系路の湿式脱硫装置の出口に前記放熱側熱交換器を配置して白煙防止装置を構成したことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の熱輸送装置。
    

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