JP2014515873A - 電気誘導加熱アセンブリ - Google Patents
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Abstract
本発明は、入口と出口を有する同心の閉じた円筒形チャンバの周囲を囲み、チャンバから断熱されている誘導加熱コイルを備える、電気誘導加熱アセンブリを開示している。導電性要素はチャンバ内部に配置されるか、又はチャンバの一部を形成している。チャンバは、チャンバで加熱される材料の均一分布手段を備える。慎重な攪拌媒体の本体はチャンバ内に収容されている。慎重な攪拌媒体の本体は一般的に鋼鉄球を含む。
Description
本発明はインラインで流体及び気体を加熱することに関し、さらに詳しくは、液体炭化水素を熱分解するための熱分解システムに関する。本発明はまた、熱分解、様々な産業上の液体と固体の処理、及び液体の加熱といった分野にも適用される。
電気誘導加熱は、多くの産業において、電気エネルギーを熱に変換し、この熱を化合物、物品、又は媒体に伝達するために、使用されている。例えば食品産業において流体を加熱するために使用されている。このような装置に伴う問題には一般的に、前記装置のコスト、サイズ、及び効率があり、このことがそれらの適用範囲を制限している。
加熱が要求される産業における他の特定の適用には熱分解産業がある。熱分解はよく知られており、この目的のために様々な方法が開発されてきている。この方法によって、前駆体において、炭素−炭素結合を分解することによって、複雑な有機分子が軽質炭化水素のような単純な分子に分解される。
従来の熱分解システムの問題には典型的に、前記装置のコスト、サイズ、及び前記加熱装置の効率があり、このことが従来の熱分解システムの実用性を制限している。
本発明の目的は、直接電力供給され、加熱能力が制御される、アセンブリを提供することである。
本発明によれば、入口及び出口を有する閉じた円筒形チャンバの周囲を少なくとも部分的に囲み、前記チャンバから断熱されている電気誘導加熱コイルと、前記チャンバの内部に配置されるか、又は前記チャンバの一部を形成する導電性要素と、前記チャンバ内で加熱される材料の均一分布手段と、前記チャンバ内に収容されている慎重な攪拌媒体の本体と、を備える電気誘導加熱アセンブリが提供される。
さらに、前記チャンバに対する加圧手段を有し、前記加圧手段は、好ましくは、前記チャンバが動作可能なように接続されている処理回路にある圧力制御弁の形状であり、さらに好ましくは、前記チャンバの前記入口と前記出口に近接した圧力制御弁の形状である、前記加熱アセンブリが提供される。
さらに前記攪拌媒体は導電性を有し、前記チャンバの内部にある前記導電性要素であり、好ましくはまた、前記チャンバが導電性を有し、代替的には、前記チャンバは導電性を有さない。
その上さらに、前記入口は前記チャンバの第１の端に近接して配置され、前記出口は前記チャンバの第２の端に近接して配置されている。
さらに、前記誘導加熱コイルと前記チャンバとの間の断熱は、熱ブランケットを含み、さらに前記加熱アセンブリは、前記加熱コイル周囲の断熱を備え、前記断熱は、好ましくは、前記加熱コイル周囲に配置される、熱ブランケット又はセラミック断熱材の形であって、さらに好ましくは、前記アセンブリが収容されているハウジング内に含まれている。
さらに、前記熱交換器アセンブリは熱分解チャンバアセンブリを備え、さらに前記均一分布手段は少なくとも１つの半径方向の攪拌パドルを担持している回転軸シャフトを備え、駆動モータが前記チャンバに近接して据え付けられ、且つ前記シャフトに接続されており、好ましくは、前記シャフト及び前記パドルは前記チャンバ内にさらなる導電性要素を供給するために導電性を有する。
その上さらに、前記シャフトは液体流路の周囲で前記入口が接続されている導管を備え、前記導管は前記チャンバ内へ開口している、長手方向に間隔を配された出口を有する。
さらに本発明の特徴は攪拌媒体が鋼鉄であり、好ましくは鋼鉄球であって、さらに好ましくはステンレス鋼球である。代替的には研磨された特殊な媒体であり、好ましくは導電性を有する媒体であって、代替的には導電性を有さない媒体である。
その上、さらに前記出口はスクリューコンベヤを備える。
前記発明の他の特徴によれば、前記均一分布手段は、前記チャンバの内部寸法に合わせて相補的に形成された円筒形のケージを備え、前記ケージは、前記チャンバに近接して据え付けられている駆動モータに接続された回転軸シャフトに支持され、前記ケージは、前記慎重な攪拌媒体の本体を備える。
その上さらに、前記チャンバは直円筒形のチャンバからなる。
本発明はまた、液体を加熱する、好ましくは液体を熱分解する方法を提供する。前記方法は、入口と出口を有するチャンバ内での誘導によって、液体が加熱されるように、好ましくは熱分解されるように、導電性媒体を加熱し、前記チャンバ内で前記液体を受け、攪拌媒体の本体を攪拌し、前記チャンバは保圧され、前記液体は前記入口を通じて前記チャンバ内へ導入され、前記加熱された生成物は前記チャンバの出口を通じて集められることを含む。
前記方法は、前記チャンバの出口を通じて、熱分解された生成物を収集し、熱分解中に形成される固形材料を、前記媒体の攪拌によって前記チャンバの出口へ運び、取り除くことを含む。
本発明を以下で添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の好ましい実施形態は熱分解チャンバアセンブリを含む。そしてそれは、例えば使用済みの工業用油やその類似物のような油を分解して、有用で価値ある燃料及び副生成物を生成するのに使用される。
図示のように、熱分解アセンブリ（１）は、端部閉鎖部材（４，５）を有するステンレス鋼のシリンダ（３）から構成されてもよい熱分解チャンバ（２）を備える。適切なガラス、セラミック、及びグラファイトを含む他の材料がシリンダ（３）に使用されていてもよい。チャンバ（２）は、シリンダ（３）の周囲に巻かれている断熱ブランケット（６）を備えるアセンブリの一部を形成する。そしてそこから半径方向に間隔を離されたところに誘導加熱コイル（７）がある。断熱ブランケット（６）はチャンバ（２）からの熱損失を最小化する。さらに断熱ブランケット（８）が加熱コイル（７）の周囲に巻かれ、ハウジング（９）内に包囲されている。ハウジング（９）はチャンバ（２）、加熱コイル（７）、及び断熱ブランケット（６，８）を収容している。誘導加熱コイル（７）は、加熱を最適化するためにチャンバ（２）と同心で配置されている。
誘導加熱コイル（７）は前記アセンブリの先端に配置されている５０ＫＷの電力ジェネレータに電気的に接続されている。
入口（１０）がチャンバ（２）の一端に設けられ、出口（１１）がその反対の端に設けられている。シャフト（１２）がチャンバ（２）の一端を通って伸びており、本例では入口（１０）の端を通って伸びている。シャフト（１２）はカップリング（１４）によって電気駆動モータ（１３）に固定されている。シャフト（１２）は、グラファイト又はセラミックをベースとするシール（１５）及び軸受（１６）のセットを通ってチャンバ（２）内へ伸びている。シャフト（１２）は、チャンバ（２）内でその長さに沿って離れて配置されている半径方向に伸びる多数のパドル（１７）を備えている。パドル（１７）はチャンバ（２）の内表面に近接するように前記シャフトから半径方向に伸びている。
駆動モータ（１３）はカップリング（１４）によってチャンバ（２）の先端に配置されている。これは、動作中にチャンバ（２）より発生する熱から駆動モータ（１３）を離すように配置し、前記分解過程の間に発生する誘導渦電流と熱の誘導に対する十分な保護を与えている。
チャンバ（２）はシャフト（１２）の周囲がステンレス鋼球（１８）で満たされている。前記チャンバの出口（１１）の端は、球（１８）をチャンバ（２）内に保持するために、有孔板の形状のストレーナ（１９）を備えている。ストレーナ（１９）の孔は球（１８）の直径よりも小さい。球（１８）は動作中に摩耗するため、それらがストレーナ（１９）を通り抜けてしまうほどに十分に摩耗する前に、摩耗した球（１８）が取り除かれるような一定の間隔で、前記チャンバは保守点検されるだろう。前記熱分解過程で発生する固形材料は、ストレーナ（１９）を通り抜けて前記出口に向かい、抽出される。
球（１８）、シャフト（１２）、パドル（１７）、及びチャンバ（２）は全て導電性がある。これは誘導の結果としてそれらが温度上昇することを意味する。この熱はチャンバ（２）を通過する油に伝達される。
駆動モータ（１３）を備えるアセンブリ（１）は、動作可能なように熱分解過程にインラインで配置される。使用済み油は、チャンバ（２）内へポンプでくみ上げられ、加圧された加熱がなされる。前記油は約２８０度及び約８００度に加熱されてもよく、そして２８バールまで加圧されてもよい。一般的に前記チャンバは保圧されており、これは大気圧よりも高い圧力が維持されていることを意味する。前記チャンバは、前記チャンバへの入口孔と出口孔において、圧力制御弁によって加圧され、そして圧力制御弁はそれらの間でチャンバの圧力を維持する。
加圧された加熱により、公知の方法で油が熱分解される結果となる。熱分解は液体及び固体の生成物を生成する。固体は、球（１８）による攪拌のため、チャンバから取り除かれる。これにより固体は出口（１１）を通って移動する。出口にはチャンバ（２）から固体を取り除く動作を促進するためのスクリューコンベヤが設けられている。
熱分解による固体及び液体の生成物はさらに、熱分解に関して、蒸発、凝縮、及び分離を含め、公知の技術を使用して処理される。
チャンバ（２）はまた、前記熱分解過程を最適化するための不活性ガス導入孔を設けてもよい。
ユニットの寸法は特定の用途に適するように定められてもよく、実施形態では、シリンダ長が約１００ｃｍ、直径が約１４ｃｍから約２０ｃｍである。アセンブリはその直径及び／又はその長さの増加によって拡大してもよい。拡大の好ましい方法は前記直径を増加させることである。長さを増加させると、シャフト（１２）及び駆動モータ（１３）に多大な負荷がかかり、また動作中に前記シャフトを屈曲から保護するのがさらに難しく、この屈曲により前記パドルがチャンバ（２）の内表面にひっかかるために、これは好ましくないからである。
上記は以下のことを示している。アセンブリは小型であり、システムに導入される使用済み油を必要な温度に効率的に加熱するのに要する容量を超えてはならない。
上記で説明したように熱分解ユニットの特定の装置は特定の用途に修正されるだろう。そしてそのような修正は当業者の能力の範囲内だろう。また、本発明は、熱交換器、ボイラー、熱分解プロセスにおける使用に採用されてもよいことは当業者によって理解されるだろう。
上記で説明した実施形態は一例としてのみ与えられ、本発明及びその保護範囲を限定する意図ではないことは理解されるだろう。例えば、チャンバ内、且つチャンバと同心にケージを含み、前記ケージにシャフトを固定することも可能である。前記ケージは、一般的に球である攪拌媒体を備え、シャフトによって回転可能である。これにより、ストレーナの必要性がなくなり、またおそらくパドルの必要性もなくなる。
さらにこれ代わるものとしては、チャンバをセラミックで構成し、攪拌媒体を形成する球が鋼球を含む。出口はスクリューコンベアをそこに取り付けることなく、動作されていてもよい。
１ アセンブリ
２ チャンバ
３ シリンダ
４，５ 端部閉鎖部材
６，８ 断熱ブランケット
７ コイル
９ ハウジング
１０ 入口
１１ 出口
１２ シャフト
１３ モータ
１４ カップリング
１５ シール
１６ 軸受
１７ パドル
１８ 球
１９ ストレーナ
２ チャンバ
３ シリンダ
４，５ 端部閉鎖部材
６，８ 断熱ブランケット
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１０ 入口
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１２ シャフト
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１７ パドル
１８ 球
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Claims (17)
- 入口及び出口を有する同心円状の閉じた円筒形のチャンバの周囲を囲み、前記チャンバから断熱されている誘導加熱コイルと、前記チャンバの内部に配置されるか、又は前記チャンバの一部を形成する導電性要素と、前記チャンバ内で加熱される材料の均一分布手段と、前記チャンバ内に収容されている慎重な攪拌媒体の本体と、を備える電気誘導加熱アセンブリ。
- 前記チャンバに対する加圧手段を有し、前記加圧手段は、好ましくは、前記チャンバが動作可能なように接続されている処理回路にある圧力制御弁の形状であり、さらに好ましくは、前記チャンバの前記入口と前記出口に近接した圧力制御弁の形状である、請求項１に記載の加熱アセンブリ。
- 前記攪拌媒体は導電性を有し、前記チャンバの内部にある前記導電性要素である、請求項１又は２に記載の加熱アセンブリ。
- 前記チャンバは導電性を有し、前記チャンバの一部を形成する前記導電性要素である、請求項１から３に記載の加熱アセンブリ。
- 前記入口は前記チャンバの第１の端に近接して配置され、前記出口は前記チャンバの第２の端に近接して配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記誘導加熱コイルと前記チャンバとの間の断熱は、断熱ブランケットを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記加熱アセンブリは、熱分解チャンバアセンブリからなる、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記均一分布手段は、少なくとも１つの半径方向の攪拌パドルを担持している回転軸シャフトを備え、駆動モータが前記チャンバに近接して据え付けられ、且つ前記シャフトに接続されている、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記シャフト及び前記パドルは導電性を有し、前記チャンバの内部のさらなる導電性要素である、請求項８に記載の加熱アセンブリ。
- 前記シャフトは液体流路の周囲で前記入口が接続されている導管を備え、前記導管は前記チャンバ内へ開口している、長手方向に間隔を配された出口を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記攪拌媒体は鋼鉄球を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記攪拌媒体はステンレス鋼球を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記出口はスクリューコンベヤを備える、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記均一分布手段は、前記チャンバの内部寸法に合わせて相補的に形成された円筒形のケージを備え、前記ケージは、前記チャンバに近接して据え付けられている駆動モータに接続された回転軸シャフトに支持され、前記ケージは、前記慎重な攪拌媒体の本体を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- 前記チャンバは直円筒形のチャンバからなる、前記請求項のいずれか１項に記載の加熱アセンブリ。
- チャンバ内での誘導によって、流体が加熱されるように導電性媒体を加熱し、入口と出口を有するチャンバ内で前記流体を受け、攪拌媒体の本体を攪拌し、前記流体は入口を通じてチャンバ内へ導入され、前記加熱された生成物は前記チャンバの出口を通じて集められることを含む、液体を加熱する方法。
- 前記流体は熱分解され、前記チャンバの出口を通じて、熱分解された生成物を収集し、熱分解中に形成される固形材料を、前記媒体の攪拌によって前記チャンバの出口へ運び、取り除くことを含む、請求項１６に記載の方法。
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