JP2012246884A - Method of installing exhaust heat recovery system having vibration source and exhaust heat recovery facilities - Google Patents

Method of installing exhaust heat recovery system having vibration source and exhaust heat recovery facilities Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method which enables an exhaust heat recovery system to be installed without reducing heat-transfer performance of a heat exchanger even in a terribly dirty environment and damaging a wall body, and an exhaust heat recovery facilities.SOLUTION: This method of installing the exhaust heat recovery system 10 having a vibration source is the method of installing the same having the vibration source wherein the heat source-side heat exchanger 9a is attached to the wall body 20 of a gas duct or a furnace in order to recover exhaust heat in the interior of the wall body 20 by means of the heat source-side heat exchanger 9a. An opening part 21 is formed in the wall body 20. In the opening part 21, a bottomed tubular cover 30 is disposed with its bottom part 32 being in the interior of the wall body 20. The heat source-side heat exchanger 9a is disposed in the interior of the bottomed tubular cover 30. A first heat conduction body 41 in the form of a liquid, a powder or a grain is filled into a gap in the interior of the bottomed tubular cover 30 with the heat source-side heat exchanger 9a disposed therein.

Description

本発明は、煙道や窯業炉等の炉から排熱を回収する排熱回収装置の設置方法及び排熱回収設備に関する。   The present invention relates to an installation method and an exhaust heat recovery facility for an exhaust heat recovery apparatus that recovers exhaust heat from a furnace such as a flue or a ceramic furnace.

排熱やバイオマスや冷熱などの熱源を有効に活用することは、環境問題及びエネルギー問題の解決に繋がる。スターリングエンジンは、熱源を選ばず、温度差があれば運転できるという特徴を持つことから、それら熱源の有効活用に適している。
特に煙道を流れる排気ガスからの熱回収は、排熱利用として注目されているが、複数のスターリングエンジンを多段化して有効に排熱を回収できる排熱回収装置が提案されている(特許文献1)。
特許文献1では、上流側に配置するスターリングエンジンと下流側に配置するスターリングエンジンでは、入熱量が異なるため、この入熱量の違いを考慮してトータルとして発電出力を高めている。
Effective use of heat sources such as exhaust heat, biomass, and cold energy leads to the solution of environmental problems and energy problems. The Stirling engine is suitable for effective use of heat sources because it has the feature that it can be operated if there is a temperature difference regardless of the heat source.
Heat recovery from exhaust gas flowing through the flue is particularly attracting attention as waste heat utilization, but a waste heat recovery device that can effectively recover waste heat by multi-stage multiple Stirling engines has been proposed (Patent Document) 1).
In Patent Document 1, since the heat input amount is different between the Stirling engine disposed on the upstream side and the Stirling engine disposed on the downstream side, the power generation output is increased in consideration of the difference in the heat input amount.

特開2006−118406号公報JP 2006-118406 A

しかし、焼却炉を含めて多くの場合には、炉内は極めて汚れが激しく、この汚れにより熱交換器の伝熱性能が使用により著しく低下する。
また、耐火性や断熱性を確保するために、窯業炉等の炉などの壁体には、煉瓦材・粘度、モルタルなどの耐火材が使われることが多い。特に、煉瓦材は、局部的な繰り返し振動に対して脆く、壁体の損傷によって高温ガスが噴き出すなどの重要な問題を引き起こすことも考えられる。
However, in many cases including an incinerator, the inside of the furnace is extremely dirty, and the heat transfer performance of the heat exchanger is significantly reduced by use due to this dirt.
In addition, in order to ensure fire resistance and heat insulation, brick materials, viscosity, mortar, and other refractory materials are often used for walls of furnaces such as ceramic furnaces. In particular, brick materials are fragile to local repetitive vibrations and may cause important problems such as ejection of high-temperature gas due to damage to the wall.

そこで本発明は、汚れの激しい環境下でも熱交換器の伝熱性能を低下させず、また壁体に損傷を与えることなく、排熱回収装置を取り付けることができる設置方法、及び排熱回収設備を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an installation method and an exhaust heat recovery facility in which an exhaust heat recovery device can be attached without deteriorating the heat transfer performance of the heat exchanger even in a heavily contaminated environment and without damaging the wall. The purpose is to provide.

請求項1記載の本発明の振動源を有する排熱回収装置の設置方法は、熱源側熱交換器を煙道や炉の壁体に設置して、前記壁体の内部の排熱を前記熱源側熱交換器で回収する、振動源を有する排熱回収装置の設置方法であって、前記壁体に開通部を形成し、前記開通部に、有底筒状のカバーを、底部が前記壁体の内部となるように配置し、前記熱源側熱交換器を、前記カバーの内部に配置し、前記熱源側熱交換器を配置した前記カバーの内部の隙間に、粒状、粉状、又は液状の第1の熱伝導体を充填することを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、前記開通部の前記壁体の内部側に、前記カバーとの隙間を埋める第2の熱伝導体を設けることを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、前記開通部の前記壁体の外部側に、前記カバーとの隙間を埋める断熱材を設けることを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、前記カバーの中心軸を前記壁体の外部が前記壁体の内部よりも高くして、前記カバーを配置することを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、前記第1の熱伝導体として、粒状又は粉状のグラファイト材を用いることを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、前記第2の熱伝導体として、熱硬化性モルタル・気硬性モルタル及び水ガラス等の接着材を用いることを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1から請求項6のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、前記カバーとして、炭化珪素材、リン酸アルミニウム、若しくはリン酸マグネシウムなどの耐酸化材、又は前記耐酸化材でコーティングしたグラファイト、ボイラー・熱交換器用炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、若しくは銅を用いることを特徴とする。
請求項8記載の本発明の排熱回収設備は、請求項1から請求項7のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法によって設置した排熱回収設備であって、前記排熱回収装置として、スターリングエンジンを用いて前記壁体の内部の排熱から蓄電又は給電を行うことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for installing an exhaust heat recovery apparatus having a vibration source, wherein a heat source side heat exchanger is installed on a wall of a flue or a furnace, and the exhaust heat inside the wall is transferred to the heat source. An installation method of an exhaust heat recovery apparatus having a vibration source that is recovered by a side heat exchanger, wherein an opening is formed in the wall body, a bottomed cylindrical cover is formed in the opening, and a bottom is the wall Arranged to be inside the body, the heat source side heat exchanger is arranged inside the cover, and the gap inside the cover where the heat source side heat exchanger is arranged is granular, powdery, or liquid The first heat conductor is filled.
According to a second aspect of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first aspect, a second gap is formed by filling a gap with the cover on the inner side of the wall body of the opening portion. A heat conductor is provided.
According to a third aspect of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first or second aspect, a gap between the opening and the cover is provided outside the wall body. A heat insulating material for filling is provided.
According to a fourth aspect of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to any one of the first to third aspects, a center axis of the cover is arranged outside the wall body. The cover is arranged to be higher than the inside.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first heat conductor is granular or powdery graphite. It is characterized by using a material.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to any one of the first to fifth aspects, wherein the second heat conductor is a thermosetting mortar / gas. An adhesive material such as hard mortar and water glass is used.
According to a seventh aspect of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to any one of the first to sixth aspects, the cover includes a silicon carbide material, aluminum phosphate, or phosphoric acid. An oxidation resistant material such as magnesium, or graphite coated with the oxidation resistant material, carbon steel for boiler / heat exchanger, stainless steel, aluminum, or copper is used.
An exhaust heat recovery facility of the present invention according to claim 8 is an exhaust heat recovery facility installed by the installation method of the exhaust heat recovery device having the vibration source according to any one of claims 1 to 7, wherein As a waste heat recovery device, a Stirling engine is used to store or feed power from waste heat inside the wall.

本発明によれば、カバー内部に熱源側熱交換器を配置し、熱源側熱交換器を直接壁体内に露出させないために、汚れの激しい環境下でも熱源側熱交換器の伝熱性能を低下させることがない。
また、本発明によれば、排熱回収装置で発生する振動を、第1の熱伝導体によって吸収してカバーに伝達しない。従って、壁体に振動が伝わることがなく、排熱回収装置で発生する振動によって壁体が損傷することがない。
According to the present invention, the heat source side heat exchanger is disposed inside the cover, and the heat source side heat exchanger is not directly exposed to the wall, so that the heat transfer performance of the heat source side heat exchanger is lowered even in a heavily contaminated environment. I will not let you.
Moreover, according to this invention, the vibration which generate | occur | produces in an exhaust heat recovery apparatus is absorbed by the 1st heat conductor, and is not transmitted to a cover. Therefore, the vibration is not transmitted to the wall body, and the wall body is not damaged by the vibration generated in the exhaust heat recovery device.

本発明の一実施例による排熱回収装置の設置状態を示す断面図Sectional drawing which shows the installation state of the exhaust heat recovery apparatus by one Example of this invention 本発明の他の実施例による排熱回収装置の設置状態を示す断面図Sectional drawing which shows the installation state of the waste heat recovery apparatus by other Example of this invention.

本発明の第1の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法は、壁体に開通部を形成し、開通部に、有底筒状のカバーを、底部が壁体の内部となるように配置し、熱源側熱交換器を、カバーの内部に配置し、熱源側熱交換器を配置したカバーの内部の隙間に、粒状、粉状、又は液状の第1の熱伝導体を充填するものである。本実施の形態によれば、カバー内部に熱源側熱交換器を配置し、熱源側熱交換器を直接壁体内に露出させないために、汚れの激しい環境下でも熱源側熱交換器の伝熱性能を低下させることがない。また、排熱回収装置で発生する振動を、第1の熱伝導体によって吸収してカバーに伝達しない。従って、壁体に振動が伝わることがなく、排熱回収装置で発生する振動によって壁体が損傷することがない。   An installation method of an exhaust heat recovery apparatus having a vibration source according to a first embodiment of the present invention includes forming an opening in a wall, a bottomed cylindrical cover at the opening, and a bottom inside the wall. The heat source side heat exchanger is disposed inside the cover, and the granular, powdery, or liquid first heat conductor is disposed in the gap inside the cover where the heat source side heat exchanger is disposed. Is to be filled. According to the present embodiment, the heat source side heat exchanger is arranged inside the cover, and the heat source side heat exchanger is not directly exposed in the wall, so that the heat transfer performance of the heat source side heat exchanger even in a heavily contaminated environment Is not reduced. Further, the vibration generated in the exhaust heat recovery device is absorbed by the first heat conductor and is not transmitted to the cover. Therefore, the vibration is not transmitted to the wall body, and the wall body is not damaged by the vibration generated in the exhaust heat recovery device.

本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、開通部の壁体の内部側に、カバーとの隙間を埋める第2の熱伝導体を設けるものである。本実施の形態によれば、第1の実施の形態によってカバーが振動しないために、カバーと壁体との間を埋めることができ、カバーと壁体との間を第2の熱伝導体で埋めることで、壁体の内部側の高温排熱をカバーに伝達することができる。更に、この第2の熱伝導体を開通部の壁体の内部側に設けることで、壁体の外部側の低温による影響を受けないため、壁体の内部側の高温排熱をカバーに有効に伝達することができる。   According to a second embodiment of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first embodiment, a second gap that fills a gap with the cover on the inner side of the wall of the opening portion is provided. A heat conductor is provided. According to the present embodiment, since the cover does not vibrate according to the first embodiment, the space between the cover and the wall body can be filled with the second heat conductor between the cover and the wall body. By burying, high-temperature exhaust heat on the inner side of the wall can be transmitted to the cover. Furthermore, by providing this second heat conductor on the inside of the wall of the opening portion, it is not affected by the low temperature on the outside of the wall, so the high temperature exhaust heat on the inside of the wall is effective for the cover. Can be communicated to.

本発明の第3の実施の形態は、第1又は第2の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、開通部の壁体の外部側に、カバーとの隙間を埋める断熱材を設けるものである。本実施の形態によれば、開通部の壁体の外部側には断熱材を設けることで、壁体の内部側の高温排熱をカバーに有効に伝達することができる。   According to a third embodiment of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first or second embodiment, a gap with the cover is filled on the outer side of the wall of the opening portion. A heat insulating material is provided. According to the present embodiment, by providing the heat insulating material on the outer side of the wall of the opening portion, the high-temperature exhaust heat on the inner side of the wall can be effectively transmitted to the cover.

本発明の第4の実施の形態は、第1から第3の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、カバーの中心軸を壁体の外部が壁体の内部よりも高くして、カバーを配置するものである。本実施の形態によれば、カバーの内部の隙間に充填する第1の熱伝導体が、振動にともなって、カバー外部に流出することを防止できる。   According to a fourth embodiment of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first to third embodiments, the center axis of the cover is set so that the outside of the wall body is more than the inside of the wall body. The cover is placed at a high level. According to the present embodiment, it is possible to prevent the first thermal conductor filling the gap inside the cover from flowing out of the cover due to vibration.

本発明の第5の実施の形態は、第1から第4の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、第1の熱伝導体として、粒状又は粉状のグラファイト材を用いるものである。本実施の形態によれば、400度程度の排熱にも耐え、酸素雰囲気にいて、酸化により、グラファイト材が消失しても、簡便に定期時に補充することができるため、排熱を熱源側熱交換器に有効に伝達することができる。また、半導体製造装置等の無酸素雰囲気では、さらに、超高温状態でも、効率よく、熱源側熱交換器に熱を取り込むこことができる。   According to a fifth embodiment of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first to fourth embodiments, a granular or powdery graphite material is used as the first heat conductor. It is what is used. According to the present embodiment, it can withstand exhaust heat of about 400 degrees, and can be easily replenished at regular intervals even if the graphite material disappears due to oxidation in an oxygen atmosphere. It can be effectively transferred to the heat exchanger. Further, in an oxygen-free atmosphere such as a semiconductor manufacturing apparatus, heat can be efficiently taken into the heat source side heat exchanger even in an ultrahigh temperature state.

本発明の第6の実施の形態は、第1から第5の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、第2の熱伝導体として、熱硬化性モルタル・気硬性モルタル及び水ガラス等の接着材を用いるものである。本実施の形態によれば、カバーを壁体に固定することができるとともに、壁体の排熱を熱源側熱交換器に有効に伝達することができる。   According to a sixth embodiment of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first to fifth embodiments, as the second heat conductor, a thermosetting mortar and an air-hardening mortar In addition, an adhesive such as water glass is used. According to the present embodiment, the cover can be fixed to the wall body, and the exhaust heat of the wall body can be effectively transmitted to the heat source side heat exchanger.

本発明の第7の実施の形態は、第1から第6の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、カバーとして、炭化珪素材、リン酸アルミニウム、若しくはリン酸マグネシウムなどの耐酸化材、又は前記耐酸化材でコーティングしたグラファイト、ボイラー・熱交換器用炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、若しくは銅を用いるものである。また、半導体製造装置等の無酸素雰囲気では、さらに、超高温状態でも、効率よく、熱源側熱交換器に熱を取り込むことができる。第1から第6の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、カバーとして、ボイラー・熱交換器用炭素鋼やステンレス鋼を用いることで、ボイラー等で使われる腐食雰囲気においても、安価なカバー材料で、有効に熱源側熱交換器に熱を取り込むこことができる。本実施の形態によれば、400度を超える排熱にも耐え、排熱を熱源側熱交換器に有効に伝達することができる。   In the seventh embodiment of the present invention, in the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first to sixth embodiments, as a cover, silicon carbide material, aluminum phosphate, magnesium phosphate, etc. Or graphite coated with the oxidation resistant material, carbon steel for boiler / heat exchanger, stainless steel, aluminum, or copper. Further, in an oxygen-free atmosphere such as a semiconductor manufacturing apparatus, heat can be efficiently taken into the heat source side heat exchanger even in an ultrahigh temperature state. In the installation method of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source according to the first to sixth embodiments, by using carbon steel or stainless steel for boiler / heat exchanger as the cover, even in a corrosive atmosphere used in boilers, etc. With an inexpensive cover material, heat can be effectively taken into the heat source side heat exchanger. According to the present embodiment, the exhaust heat exceeding 400 degrees can be endured, and the exhaust heat can be effectively transmitted to the heat source side heat exchanger.

本発明の第8の実施の形態による排熱回収設備は、第1から第7の実施の形態による振動源を有する排熱回収装置の設置方法において、排熱回収装置として、スターリングエンジンを用いて壁体の内部の排熱から蓄電又は給電を行うものである。本実施の形態によれば、スターリングエンジンにおけるわずかな振動の影響も壁体に与えることなく、排熱を有効に電力として利用することができる。   The exhaust heat recovery facility according to the eighth embodiment of the present invention uses a Stirling engine as the exhaust heat recovery device in the installation method of the exhaust heat recovery device having the vibration source according to the first to seventh embodiments. Electric power is stored or supplied from the exhaust heat inside the wall. According to the present embodiment, the exhaust heat can be effectively used as electric power without giving the wall the influence of slight vibration in the Stirling engine.

以下本発明の一実施例による振動源を有する排熱回収装置の設置方法について説明する。
図1は、本実施例による排熱回収装置の設置状態を示す断面図である。
本実施例の排熱回収装置10に用いるスターリングエンジンは、ディスプレーサピストン1とパワーピストン2とを有し、ディスプレーサピストン1によって分離される一方の空間を高温空間3、他方の空間を低温空間4とし、高温空間3と低温空間4との間で作動ガスを移動させる。ここで、ディスプレーサピストン1とパワーピストン2とが排熱回収装置10の振動源となる。
Hereinafter, a method for installing an exhaust heat recovery apparatus having a vibration source according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an installed state of the exhaust heat recovery apparatus according to the present embodiment.
The Stirling engine used in the exhaust heat recovery apparatus 10 of the present embodiment has a displacer piston 1 and a power piston 2, and one space separated by the displacer piston 1 is a high temperature space 3, and the other space is a low temperature space 4. The working gas is moved between the high temperature space 3 and the low temperature space 4. Here, the displacer piston 1 and the power piston 2 serve as vibration sources of the exhaust heat recovery device 10.

加熱部(熱源側熱交換器)9aは高温空間3を挟んでディスプレーサピストン1と対向する位置に、再生部5及び冷却部6はディスプレーサピストン1の外周に配置している。ここで加熱部9aは、高温作動ガスを移動させる伝熱管により構成している。
ディスプレーサピストン1及びパワーピストン2は、それぞれクランクシャフト7に連結され、クランクシャフト7の一端には、発電機用シャフト8が接続される。
再生部5は筒状に形成され、再生部5の内部には、オーステナイト系ステンレス鋼や黄銅等の金網の蓄熱材が設けられ、この蓄熱材によって、高温作動ガスから吸熱し低温作動ガスに放熱する。
冷却部6も筒状に形成され、冷却部6の内部は、冷却水が流れる通路と作動ガスが流れる通路に区分され、作動ガスは冷却水で冷却される。
加熱部9aは再生部5と接続され、再生部5は冷却部6と接続される。加熱部9aは高温空間3と連通し、冷却部6は低温空間4と連通している。
The heating unit (heat source side heat exchanger) 9 a is disposed at a position facing the displacer piston 1 with the high-temperature space 3 interposed therebetween, and the regeneration unit 5 and the cooling unit 6 are disposed on the outer periphery of the displacer piston 1. Here, the heating unit 9a is constituted by a heat transfer tube that moves the high-temperature working gas.
The displacer piston 1 and the power piston 2 are connected to a crankshaft 7, and a generator shaft 8 is connected to one end of the crankshaft 7.
The regeneration unit 5 is formed in a cylindrical shape, and a heat storage material such as austenitic stainless steel or brass is provided inside the regeneration unit 5, and the heat storage material absorbs heat from the high-temperature working gas and dissipates heat to the low-temperature working gas. To do.
The cooling unit 6 is also formed in a cylindrical shape, and the inside of the cooling unit 6 is divided into a passage through which cooling water flows and a passage through which working gas flows, and the working gas is cooled by the cooling water.
The heating unit 9 a is connected to the regeneration unit 5, and the regeneration unit 5 is connected to the cooling unit 6. The heating unit 9 a communicates with the high temperature space 3, and the cooling unit 6 communicates with the low temperature space 4.

上記構成において、スタート時には発電機を動力源としてディスプレーサピストン1を動作させることで、高温空間3と低温空間4とを作動ガスが移動する。作動ガスは、加熱部9aで加熱・膨張して高温空間3に導入され、冷却部6で冷却・収縮して低温空間4に導入されることで、高温空間3及び低温空間4に圧力変動が生じる。この圧力変動によってパワーピストン2が動作することで出力を得ることができる。
すなわち、加熱部9aで加熱されることによって、封入されている作動ガスが膨張して、差圧を受けることで、ディスプレーサピストン1を下方へ移動させる。ディスプレーサピストン1の下方への移動によって、ディスプレーサピストン1とパワーピストン2との間の低温空間4にある作動ガスが圧縮されてパワーピストン2を下方へ移動させる。パワーピストン2の下方への移動によって、作動ガスはディスプレーサピストン1の上部(高温空間3)から、加熱部9a、再生部5、及び冷却部6を通過してディスプレーサピストン1の下部(低温空間4)に移動する。そしてディスプレーサピストン1の上方への移動によって、ディスプレーサピストン1とパワーピストン2との間の低温空間4が低圧になることで、パワーピストン2は上方へ移動する。ディスプレーサピストン1の下部に移動した作動ガスは、パワーピストン2の上方への移動によって、冷却部6、再生部5、及び加熱部9aを通過して、ディスプレーサピストン1の上部に移動する。
このように、加熱部9aでの加熱と冷却部6での冷却によって、作動ガスは膨張収縮を行いながらディスプレーサピストン1の上部と下部を往復することで、ディスプレーサピストン1を移動させるとともに、パワーピストン2を移動させて発電を行うことができる。
In the above configuration, the working gas moves between the high temperature space 3 and the low temperature space 4 by operating the displacer piston 1 using the generator as a power source at the start. The working gas is heated and expanded by the heating unit 9 a and introduced into the high temperature space 3, and cooled and contracted by the cooling unit 6 and introduced into the low temperature space 4, whereby pressure fluctuation occurs in the high temperature space 3 and the low temperature space 4. Arise. An output can be obtained by operating the power piston 2 by this pressure fluctuation.
That is, when heated by the heating unit 9a, the sealed working gas expands and receives the differential pressure, thereby moving the displacer piston 1 downward. By the downward movement of the displacer piston 1, the working gas in the low temperature space 4 between the displacer piston 1 and the power piston 2 is compressed, and the power piston 2 is moved downward. Due to the downward movement of the power piston 2, the working gas passes from the upper part of the displacer piston 1 (high temperature space 3), passes through the heating part 9 a, the regeneration part 5, and the cooling part 6, and is below the displacer piston 1 (low temperature space 4). ) As the displacer piston 1 moves upward, the low temperature space 4 between the displacer piston 1 and the power piston 2 becomes low pressure, so that the power piston 2 moves upward. The working gas that has moved to the lower part of the displacer piston 1 passes through the cooling unit 6, the regeneration unit 5, and the heating unit 9 a due to the upward movement of the power piston 2, and moves to the upper part of the displacer piston 1.
In this way, the working gas reciprocates between the upper part and the lower part of the displacer piston 1 while being expanded and contracted by the heating in the heating part 9a and the cooling in the cooling part 6, thereby moving the displacer piston 1 and the power piston. 2 can be moved to generate electricity.

排熱回収装置10は、排気ガスが流れる煙道や炉の壁体20に設置して、壁体20の内部の排熱を加熱部9aで回収する。壁体20には通常、耐火材として煉瓦材・粘度、モルタルなどの耐火材が用いられるが、耐火ボード材やセメントが用いられる場合もある。   The exhaust heat recovery device 10 is installed on a flue through which exhaust gas flows or a wall 20 of the furnace, and recovers the exhaust heat inside the wall 20 by the heating unit 9a. The wall body 20 is generally made of a refractory material such as a brick material, viscosity, or mortar as a refractory material, but a refractory board material or cement may be used.

次に、この排熱回収装置10の設置方法について説明する。
まず、壁体20に開通部21を形成する。このとき、開通部21の軸を壁体20の外部が壁体20の内部よりも高くなるように形成する。
開通部21には、有底筒状のカバー30を配置する。
カバー30は、開通部21の内径よりも小さな外径で加熱部9aの外径より大きな内径からなる筒部31と、筒部31の一端に形成された底部32と、筒部31の他端に形成された開口部33とからなる。カバー30には、炭化珪素材、リン酸アルミニウム、若しくはリン酸マグネシウムなどの耐酸化材、又は前記耐酸化材でコーティングしたグラファイト、ボイラー・熱交換器用炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、若しくは銅を用いる。
カバー30は、底部32が壁体20の内部となるように配置する。カバー30は、中心軸を壁体20の外部が壁体20の内部よりも高くして配置する。
Next, a method for installing the exhaust heat recovery apparatus 10 will be described.
First, the opening part 21 is formed in the wall body 20. At this time, the axis of the opening portion 21 is formed so that the outside of the wall body 20 is higher than the inside of the wall body 20.
A bottomed cylindrical cover 30 is disposed in the opening portion 21.
The cover 30 includes a cylindrical portion 31 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the opening portion 21 and an inner diameter larger than the outer diameter of the heating portion 9a, a bottom portion 32 formed at one end of the cylindrical portion 31, and the other end of the cylindrical portion 31. And an opening 33 formed in the outer periphery. The cover 30 is made of an oxidation resistant material such as silicon carbide, aluminum phosphate, or magnesium phosphate, or graphite coated with the oxidation resistant material, carbon steel for boiler / heat exchanger, stainless steel, aluminum, or copper. .
The cover 30 is disposed such that the bottom 32 is inside the wall body 20. The cover 30 is arranged such that the center axis of the cover 30 is higher on the outside of the wall body 20 than on the inside of the wall body 20.

フランジ34を壁体20に当接させるが、カバー30を、中心軸を壁体20の外部が壁体20の内部よりも高くして配置するため、フランジ34と壁体20の外壁面との隙間には部材35を設けている。部材35はセラミックウールのような柔らかい繊維状のものを開口部21に詰めることでも、同様な効果を得ることができる。
カバー30の内部には、加熱部9aが配置される。そして加熱部9aを配置したカバー30の内部の隙間には、粒状、粉状、又は液状の第1の熱伝導体41を充填する。
第1の熱伝導体41は、粒状又は粉状のグラファイト材を用いる。また、液状の第1の熱伝導体41としては、熱伝導性の高いイオン液体(溶融塩)やシリコンオイルを用いる。
カバー30と開通部21の壁体20の内部側との間は、必要に応じて第2の熱伝導体42で埋める。
Although the flange 34 is brought into contact with the wall body 20, the cover 30 is arranged so that the center axis of the cover 30 is higher on the outside of the wall body 20 than on the inside of the wall body 20. A member 35 is provided in the gap. The same effect can be obtained by filling the opening 35 with a soft fibrous material such as ceramic wool.
A heating unit 9 a is disposed inside the cover 30. And the clearance inside the cover 30 which has arrange | positioned the heating part 9a is filled with the granular, powdery, or liquid 1st heat conductor 41. FIG.
The first heat conductor 41 uses a granular or powdery graphite material. Further, as the liquid first heat conductor 41, an ionic liquid (molten salt) or silicon oil having high heat conductivity is used.
A space between the cover 30 and the inner side of the wall 20 of the opening portion 21 is filled with a second heat conductor 42 as necessary.

以下に排熱回収装置10の設置後の使用状態について説明する。
本発明が対象とする壁体20の内部温度は、300度から600度程度である。600度を越える場合には、蒸気タービンを利用することができるが、本実施例のようにスターリングエンジンを排熱回収装置10として用いる場合には、300度から600度程度の排熱であっても排熱を有効に活用できる。なお、600度を越える場合にも本実施例を適用でき、特に無酸素雰囲気では、十二分に適用可能である。
排気ガスが流れる煙道や炉の壁体20内が300度から600度程度となることにより、壁体20の内壁面、カバー30、及び第2の熱伝導体42による熱を加熱部9aで利用する。カバー30の熱は、第1の熱伝導体41によって加熱部9aに伝達する。また、壁体20の内部側は、300度から600度程度に加熱されているため、壁体20の内部側の高温熱は、第2の熱伝導体42を介してカバー30に伝達する。
一方、壁体20の外部側は、300度以下に低下するが、カバー30の温度は低下しない。
The use state after installation of the exhaust heat recovery apparatus 10 will be described below.
The internal temperature of the wall 20 targeted by the present invention is about 300 to 600 degrees. When the temperature exceeds 600 degrees, a steam turbine can be used. However, when the Stirling engine is used as the exhaust heat recovery device 10 as in this embodiment, the exhaust heat is about 300 to 600 degrees. Can effectively utilize the exhaust heat. Note that this embodiment can also be applied to cases where the temperature exceeds 600 degrees, and is particularly applicable in an oxygen-free atmosphere.
The flue through which the exhaust gas flows and the inside of the furnace wall 20 become about 300 to 600 degrees, so that the heat from the inner wall surface of the wall 20, the cover 30 and the second heat conductor 42 is heated by the heating unit 9a. Use. The heat of the cover 30 is transmitted to the heating unit 9a by the first heat conductor 41. Further, since the inner side of the wall body 20 is heated to about 300 to 600 degrees, the high temperature heat on the inner side of the wall body 20 is transmitted to the cover 30 via the second heat conductor 42.
On the other hand, the outer side of the wall body 20 decreases to 300 degrees or less, but the temperature of the cover 30 does not decrease.

また、排熱回収装置10は、ディスプレーサピストン1やパワーピストン2の動作によって振動するが、粒状、粉状、又は液状の第1の熱伝導体41によって振動を吸収してカバー30に伝達しない。従って、壁体20に振動が伝わることがなく、排熱回収装置10で発生する振動によって壁体20が損傷することがない。
また、カバー30は、振動しないので、カバー30と壁体20との間を第2の熱伝導体42で埋めることができ、壁体20の内部側の高温排熱をカバー30に伝達することができる。更に、この第2の熱伝導体42を開通部21の壁体20の内部側に設けることで、壁体20の外部側の低温による影響を受けないので、壁体20の内部側の高温排熱をカバー30に有効に伝達することができる。
また、カバー30は、中心軸を壁体20の外部が壁体20の内部よりも高くして配置しているので、カバー30の内部の隙間に充填する第1の熱伝導体41が振動にともなって、カバー30の外部に流出することを防止できる。
Further, the exhaust heat recovery device 10 vibrates by the operation of the displacer piston 1 and the power piston 2, but does not absorb the vibration by the granular, powdery, or liquid first heat conductor 41 and transmit it to the cover 30. Therefore, the vibration is not transmitted to the wall body 20, and the wall body 20 is not damaged by the vibration generated in the exhaust heat recovery apparatus 10.
Further, since the cover 30 does not vibrate, the space between the cover 30 and the wall body 20 can be filled with the second heat conductor 42, and high temperature exhaust heat inside the wall body 20 is transmitted to the cover 30. Can do. Further, by providing the second heat conductor 42 on the inner side of the wall body 20 of the opening portion 21, it is not affected by the low temperature on the outer side of the wall body 20. Heat can be effectively transferred to the cover 30.
Further, since the cover 30 is arranged such that the center axis is higher on the outside of the wall body 20 than on the inside of the wall body 20, the first heat conductor 41 filling the gap inside the cover 30 is vibrated. At the same time, it can be prevented from flowing out of the cover 30.

図2は、本発明の他の実施例による排熱回収装置の設置状態を示す断面図である。
上記実施例と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
本実施例では、伝熱管である加熱部9aを覆うヘッドカバー9bを設けた構成を示している。本実施例のようにヘッドカバー9bを設けてもよく、その他として加熱部9aが加熱ブロックで構成されていてもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an installed state of the exhaust heat recovery apparatus according to another embodiment of the present invention.
The same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In the present embodiment, a configuration is shown in which a head cover 9b that covers the heating section 9a that is a heat transfer tube is provided. The head cover 9b may be provided as in the present embodiment, and the heating unit 9a may be configured as a heating block.

本発明の振動源を有する排熱回収装置の設置方法又は排熱回収設備は、排熱やバイオマスなどの熱源ガスを活用した発電装置や動力装置として利用することができる。   The installation method or the exhaust heat recovery facility of the exhaust heat recovery apparatus having the vibration source of the present invention can be used as a power generation apparatus or a power apparatus that uses heat source gas such as exhaust heat or biomass.

9a 加熱部
9b ヘッドカバー
10 排熱回収装置
20 壁体
21 開通部
30 カバー
32 底部
41 第1の熱伝導体
42 第2の熱伝導体
9a Heating part 9b Head cover 10 Waste heat recovery device 20 Wall body 21 Opening part 30 Cover 32 Bottom part 41 First thermal conductor 42 Second thermal conductor

Claims (8)

熱源側熱交換器を煙道や炉の壁体に設置して、前記壁体の内部の排熱を前記熱源側熱交換器で回収する、振動源を有する排熱回収装置の設置方法であって、
前記壁体に開通部を形成し、
前記開通部に、有底筒状のカバーを、底部が前記壁体の内部となるように配置し、
前記熱源側熱交換器を、前記カバーの内部に配置し、
前記熱源側熱交換器を配置した前記カバーの内部の隙間に、粒状、粉状、又は液状の第1の熱伝導体を充填することを特徴とする振動源を有する排熱回収装置の設置方法。
This is a method for installing an exhaust heat recovery apparatus having a vibration source, in which a heat source side heat exchanger is installed on a wall of a flue or a furnace, and exhaust heat inside the wall body is recovered by the heat source side heat exchanger. And
Forming an opening in the wall,
In the opening portion, a bottomed cylindrical cover is disposed so that the bottom portion is the inside of the wall body,
The heat source side heat exchanger is disposed inside the cover,
An installation method of an exhaust heat recovery apparatus having a vibration source, wherein a gap inside the cover in which the heat source side heat exchanger is arranged is filled with a first heat conductor that is granular, powdery, or liquid. .
前記開通部の前記壁体の内部側に、前記カバーとの隙間を埋める第2の熱伝導体を設けることを特徴とする請求項1に記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法。   The installation method of the exhaust heat recovery apparatus having a vibration source according to claim 1, wherein a second heat conductor that fills a gap with the cover is provided on an inner side of the wall of the opening portion. 前記開通部の前記壁体の外部側に、前記カバーとの隙間を埋める断熱材を設けることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法。   The installation method of the exhaust heat recovery apparatus having a vibration source according to claim 1 or 2, wherein a heat insulating material that fills a gap with the cover is provided on the outside of the wall body of the opening portion. 前記カバーの中心軸を前記壁体の外部が前記壁体の内部よりも高くして、前記カバーを配置することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法。   4. The vibration source according to claim 1, wherein the cover is arranged such that a center axis of the cover is set higher at an outside of the wall body than at an inside of the wall body. 5. Installation method of exhaust heat recovery device. 前記第1の熱伝導体として、粒状又は粉状のグラファイト材を用いることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法。   The installation method of the exhaust heat recovery apparatus having a vibration source according to any one of claims 1 to 4, wherein a granular or powdery graphite material is used as the first heat conductor. 前記第2の熱伝導体として、熱硬化性モルタル・気硬性モルタル及び水ガラス等の接着材を用いることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法。   The exhaust heat having a vibration source according to any one of claims 1 to 5, wherein an adhesive such as thermosetting mortar, air-hardening mortar, and water glass is used as the second thermal conductor. How to install the recovery device. 前記カバーとして、炭化珪素材、リン酸アルミニウム、若しくはリン酸マグネシウムなどの耐酸化材、又は前記耐酸化材でコーティングしたグラファイト、ボイラー・熱交換器用炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、若しくは銅を用いることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法。   As the cover, an oxidation resistant material such as silicon carbide, aluminum phosphate, or magnesium phosphate, or graphite coated with the oxidation resistant material, carbon steel for boiler / heat exchanger, stainless steel, aluminum, or copper is used. The installation method of the waste heat recovery apparatus which has a vibration source in any one of Claims 1-6 characterized by these. 請求項1から請求項7のいずれかに記載の振動源を有する排熱回収装置の設置方法によって設置した排熱回収設備であって、前記排熱回収装置として、スターリングエンジンを用いて前記壁体の内部の排熱から蓄電又は給電を行うことを特徴とする排熱回収設備。   It is the waste heat recovery equipment installed by the installation method of the exhaust heat recovery apparatus which has a vibration source in any one of Claims 1-7, Comprising: The said wall body using a Stirling engine as said exhaust heat recovery apparatus An exhaust heat recovery facility for storing electricity or supplying power from the exhaust heat inside.
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