JP2020165584A - Heat storage unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄熱材を含む蓄熱ユニットに関する。さらに、本発明は、ごみ焼却炉、製鋼炉などの炉設備に好適に利用される蓄熱ユニットに関する。 The present invention relates to a heat storage unit including a heat storage material. Furthermore, the present invention relates to a heat storage unit suitably used for furnace equipment such as a waste incinerator and a steelmaking furnace.
ごみ焼却炉、製鋼炉などの炉設備では、高温の排ガスが発生するため、排ガスの有する熱エネルギーを熱交換機により回収及び利用している。例えば、特許文献１には、有機性廃棄物の再資源化装置において、排ガスの有する熱エネルギーを熱交換機で回収し、回収した熱エネルギーを排気ファンの駆動源として利用することが開示されている。 In furnace equipment such as waste incinerators and steelmaking furnaces, high-temperature exhaust gas is generated, so the heat energy of the exhaust gas is recovered and used by a heat exchanger. For example, Patent Document 1 discloses that in an organic waste recycling apparatus, the heat energy of exhaust gas is recovered by a heat exchanger, and the recovered heat energy is used as a drive source for an exhaust fan. ..
炉設備から排出される排ガスは、１５００℃程度の温度を有しており、１００℃程度まで冷却した後に施設外へ排気している。そのため、配管を通過する排ガスの温度は、位置によって異なる。また、炉設備を頻繁に停止する施設の場合には、停止するたびに排ガスの温度が低下しており、所定の位置を通過する排ガスの温度も大きく変化する。 The exhaust gas discharged from the furnace equipment has a temperature of about 1500 ° C., and is exhausted to the outside of the facility after being cooled to about 100 ° C. Therefore, the temperature of the exhaust gas passing through the pipe differs depending on the position. Further, in the case of a facility in which the furnace equipment is frequently stopped, the temperature of the exhaust gas decreases each time the furnace equipment is stopped, and the temperature of the exhaust gas passing through a predetermined position also changes significantly.
一方で、蓄熱材は、その種類に応じて蓄熱に適した温度帯があることが知られている。蓄熱材を配管の所定の位置に設置すると、配管の温度の変化によって、所望する蓄熱反応を得ることができないことがある。 On the other hand, it is known that the heat storage material has a temperature range suitable for heat storage depending on the type. When the heat storage material is installed at a predetermined position in the pipe, the desired heat storage reaction may not be obtained due to the change in the temperature of the pipe.
本発明の課題は、熱エネルギーが頻繁に変化する熱源であっても、熱源の熱エネルギーに対応する適切な蓄熱材を簡単に設置することができる蓄熱ユニットを提供することである。 An object of the present invention is to provide a heat storage unit in which an appropriate heat storage material corresponding to the heat energy of the heat source can be easily installed even in a heat source whose heat energy changes frequently.
本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、蓄熱材を備えた蓄熱装置を、蓄熱材が充填されたカートリッジタイプの蓄熱ユニットとすることにより、熱エネルギーが変化した場合でも、カートリッジを交換するだけで、熱エネルギーに対応する適切な蓄熱材を適用できることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の蓄熱ユニット、蓄熱ユニットの使用方法である。
As a result of diligent studies on the above problems, the present inventor uses a heat storage device provided with a heat storage material as a cartridge-type heat storage unit filled with the heat storage material, so that the cartridge can be replaced even if the thermal energy changes. The present invention has been completed by finding that an appropriate heat storage material corresponding to thermal energy can be applied only by itself.
That is, the present invention is the following method of using the heat storage unit and the heat storage unit.
上記課題を解決するための本発明の蓄熱ユニットは、筐体と、前記筐体内に設置され、蓄熱材が充填されたカートリッジと、を備えたことを特徴とするものである。
この蓄熱ユニットによれば、蓄熱材が充填されたカートリッジを簡易的に交換することができるため、蓄熱材の周囲の温度などの環境が変化した場合でも、その温度の対応する適切な蓄熱材を使用することができる。
The heat storage unit of the present invention for solving the above problems is characterized by including a housing and a cartridge installed in the housing and filled with a heat storage material.
According to this heat storage unit, the cartridge filled with the heat storage material can be easily replaced, so even if the environment such as the temperature around the heat storage material changes, an appropriate heat storage material corresponding to the temperature can be used. Can be used.
また、従来の蓄熱装置では、熱交換の効率を高めるために、熱エネルギーを有する流体を流通するための細管を使用している。一方で、炉設備からの排ガスには塵芥が含まれており、細管に流通した場合には、塵芥が細管を閉塞するなどのトラブルが発生しやすい。そのため、通常はフィルタ等により排ガスから塵芥を除去した後に、蓄熱装置に供している。そうすると、フィルタを通過する際に、熱のロスが生じるため、排ガスの熱エネルギーを有効に利用することができない。さらには、フィルタの耐熱性は高くないため、フィルタの耐熱性に耐え得る温度まで排ガスの温度を低下させる必要がある。
しかしながら、本発明の蓄熱ユニットによれば、カートリッジの外部に排ガスを流通させるため、排ガスの通過する空間を十分に確保することができるという効果がある。
Further, in the conventional heat storage device, in order to improve the efficiency of heat exchange, a thin tube for circulating a fluid having thermal energy is used. On the other hand, the exhaust gas from the furnace equipment contains dust, and when it is distributed to the thin tube, troubles such as the dust blocking the thin tube are likely to occur. Therefore, it is usually used in a heat storage device after removing dust from the exhaust gas with a filter or the like. Then, when passing through the filter, heat loss occurs, so that the thermal energy of the exhaust gas cannot be effectively used. Furthermore, since the heat resistance of the filter is not high, it is necessary to lower the temperature of the exhaust gas to a temperature that can withstand the heat resistance of the filter.
However, according to the heat storage unit of the present invention, since the exhaust gas is circulated to the outside of the cartridge, there is an effect that a sufficient space for the exhaust gas to pass can be secured.
さらに、本発明の蓄熱ユニットの一実施態様としては、筐体内に設置するカートリッジの数又は配置は、変更可能であることを特徴とするものである。
上記特徴によれば、筐体内に設置するカートリッジの数や配置を変更できるため、カートリッジの数を変えることにより、排ガス等の熱エネルギーを有する流体の温度に応じて、適切な蓄熱材の量を調整することができる。また、カートリッジの配置を変えることにより、排ガス等に含まれる塵芥の量などに応じて、カートリッジの配置密度を変更することができる。
Further, one embodiment of the heat storage unit of the present invention is characterized in that the number or arrangement of cartridges installed in the housing can be changed.
According to the above characteristics, the number and arrangement of cartridges installed in the housing can be changed. Therefore, by changing the number of cartridges, an appropriate amount of heat storage material can be obtained according to the temperature of the fluid having thermal energy such as exhaust gas. Can be adjusted. Further, by changing the arrangement of the cartridges, the arrangement density of the cartridges can be changed according to the amount of dust contained in the exhaust gas or the like.
さらに、本発明の蓄熱ユニットの一実施態様としては、カートリッジの形状は、筒状であることを特徴とするものである。
この特徴によれば、カートリッジの内部空間の深部まで熱が到達しやすいため、熱交換効率が高まり、蓄熱又は放熱しやすいカートリッジを提供することができる。
Further, one embodiment of the heat storage unit of the present invention is characterized in that the shape of the cartridge is tubular.
According to this feature, since heat easily reaches the deep part of the internal space of the cartridge, the heat exchange efficiency is improved, and it is possible to provide a cartridge that easily stores or dissipates heat.
さらに、本発明の蓄熱ユニットの一実施態様としては、カートリッジは、内部空間に反応流体が通るための流路部材を備え、前記流路部材は発泡体により形成されることを特徴とするものである。
この特徴によれば、カートリッジの内部空間に反応流体が通るための流路部材を備えているため、カートリッジの内部空間に充填された化学蓄熱材から生じる反応流体を、流路部材を介して効率よく排出することができる。また、発泡体を用いることにより、化学蓄熱材が流路部材から流出することを防止することができる。
Further, in one embodiment of the heat storage unit of the present invention, the cartridge is provided with a flow path member for the reaction fluid to pass through the internal space, and the flow path member is formed of a foam. is there.
According to this feature, since a flow path member for passing the reaction fluid through the internal space of the cartridge is provided, the reaction fluid generated from the chemical heat storage material filled in the internal space of the cartridge is efficiently passed through the flow path member. It can be discharged well. Further, by using the foam, it is possible to prevent the chemical heat storage material from flowing out from the flow path member.
さらに、本発明の蓄熱ユニットの一実施態様としては、複数のカートリッジから排出された反応流体を、まとめて回収するための合流路を備えることを特徴とするものである。
この特徴によれば、複数のカートリッジから排出された反応流体をまとめるための合流路を備えるため、各カートリッジに取り付けられた配管の構成を簡素化することができる。
Further, one embodiment of the heat storage unit of the present invention is characterized in that it is provided with a confluent flow path for collectively collecting the reaction fluids discharged from a plurality of cartridges.
According to this feature, since a joint flow path for collecting the reaction fluids discharged from the plurality of cartridges is provided, the configuration of the piping attached to each cartridge can be simplified.
上記課題を解決するための本発明の蓄熱ユニットの使用方法は、蓄熱材が充填されたカートリッジを備えた蓄熱ユニットの使用方法であって、熱エネルギーを有する流体の経路の所望の熱エネルギーが得られる位置を探索するステップと、前記位置に前記カートリッジを配置するステップと、を備えたことを特徴とするものである。
この蓄熱ユニットの使用方法によれば、熱エネルギーの有する流体の経路において、所望の熱エネルギーが得られる位置を探索するステップを備えるため、所定の蓄熱材に適した温度帯に蓄熱材を設置することができる。
また、カートリッジを交換する操作で、簡単に蓄熱材に蓄熱することができるため、蓄熱された蓄熱材を容易に準備することができる。
The method of using the heat storage unit of the present invention for solving the above problems is a method of using a heat storage unit including a cartridge filled with a heat storage material, and a desired heat energy of a path of a fluid having heat energy can be obtained. It is characterized by including a step of searching for a position to be used and a step of arranging the cartridge at the position.
According to the method of using this heat storage unit, the heat storage material is installed in a temperature zone suitable for a predetermined heat storage material in order to include a step of searching for a position where the desired heat energy can be obtained in the path of the fluid having the heat energy. be able to.
Further, since heat can be easily stored in the heat storage material by the operation of exchanging the cartridge, the stored heat storage material can be easily prepared.
本発明によれば、熱エネルギーが頻繁に変化する熱源であっても、熱源の熱エネルギーに対応する適切な蓄熱材を簡単に設置することができる蓄熱ユニットを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat storage unit in which an appropriate heat storage material corresponding to the heat energy of the heat source can be easily installed even in a heat source whose heat energy changes frequently.
本発明の蓄熱ユニットは、筐体と、前記筐体内に設置され、蓄熱材が充填されたカートリッジと、を備えたことを特徴とするものである。本発明の蓄熱ユニットは、蓄熱材を簡単に交換することができることから、頻繁に交換するような施設で利用することができる。例えば、炉設備などでは、多量の熱エネルギーを有する排ガスが生じることから、蓄熱材がすぐに蓄熱されるため、交換の頻度が高い。また、排ガスの温度は変わりやすいため、排ガスの温度に適した蓄熱材に交換する際にも好適に利用することができる。なお、蓄熱ユニットに蓄熱されたエネルギーは、熱を回収した施設内で使用してもよいし、施設外で使用してもよい。 The heat storage unit of the present invention is characterized by including a housing and a cartridge installed in the housing and filled with a heat storage material. Since the heat storage unit of the present invention can be easily replaced, the heat storage unit can be used in a facility where the heat storage material is frequently replaced. For example, in a furnace facility or the like, since exhaust gas having a large amount of heat energy is generated, the heat storage material is immediately stored in heat, so that the replacement frequency is high. Further, since the temperature of the exhaust gas is variable, it can be suitably used when replacing the heat storage material with a heat storage material suitable for the temperature of the exhaust gas. The energy stored in the heat storage unit may be used inside the facility where the heat is recovered, or may be used outside the facility.
ここで、炉設備とは、例えば、ごみ焼却炉や火葬炉などの焼却炉、窯やロータリーキルンなどの焼成炉、製鋼炉や溶鉱炉などの溶錬炉、囲炉裏やストーブやオーブンなどの暖炉、蒸気船や蒸気機関車などの動力源となるボイラなどが挙げられる。製鋼炉は、操業と停止を頻繁に繰り返すことから、排ガスの温度が変化しやすいという観点から、本発明の蓄熱ユニットが好適に利用することができる。 Here, the furnace equipment includes, for example, incinerators such as garbage incinerators and burial furnaces, incinerators such as kilns and rotary kilns, smelting furnaces such as steelmaking furnaces and smelting furnaces, fireplaces such as hearths, stoves and ovens, and steam vessels. And a boiler that is a power source for steam locomotives. Since the steelmaking furnace is frequently operated and stopped, the heat storage unit of the present invention can be preferably used from the viewpoint that the temperature of the exhaust gas is likely to change.
また、本発明の蓄熱ユニットは、筐体の内部に、蓄熱材が充填されたカートリッジを配置するものであり、排ガスなどの熱エネルギーを有する流体（以下、「熱流体」という。）がカートリッジの外側を通過し、カートリッジの外周面における熱交換により蓄熱材に熱エネルギーが供給されるものである。このようにカートリッジの外周面から熱交換する場合には、熱流体を細管に通して熱交換をする必要がないことから、塵芥などを含む排ガスを適用しても塵芥が細管に詰まるなどのトラブルを生じない。このような観点からも本発明の蓄熱ユニットは、排ガスの熱回収に好適に利用することができる。 Further, in the heat storage unit of the present invention, a cartridge filled with a heat storage material is arranged inside the housing, and a fluid having thermal energy such as exhaust gas (hereinafter referred to as "thermal fluid") is the cartridge. Thermal energy is supplied to the heat storage material by passing through the outside and exchanging heat on the outer peripheral surface of the cartridge. When exchanging heat from the outer peripheral surface of the cartridge in this way, it is not necessary to pass the heat fluid through the thin tube to exchange heat. Therefore, even if exhaust gas containing dust is applied, the dust may clog the thin tube. Does not occur. From this point of view, the heat storage unit of the present invention can be suitably used for heat recovery of exhaust gas.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施態様を詳細に説明する。なお、本発明の実施態様の蓄熱ユニットの説明は、その使用方法の説明に置き換えることができる。また、実施態様に記載する蓄熱ユニットについては、本発明に係る蓄熱ユニットを説明するために例示したに過ぎず、これに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description of the heat storage unit according to the embodiment of the present invention can be replaced with the description of how to use the heat storage unit. Further, the heat storage unit described in the embodiment is merely exemplified for the purpose of explaining the heat storage unit according to the present invention, and is not limited thereto.
〔第１の実施態様〕
図１は、本発明の実施態様の炉設備１００の排ガスの温度の変遷を示す概略説明図である。図１に示すように、炉設備１００は、炉１０１を備えており、炉１０１から排出された排ガスＧは、約１０００℃から約１００℃まで温度を低下して、集塵機１０２に供給される。集塵機１０２に供給された排ガスＧは、塵芥を取り除かれて炉設備１００の外に排気される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a transition of the temperature of the exhaust gas of the furnace equipment 100 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the furnace equipment 100 includes a furnace 101, and the exhaust gas G discharged from the furnace 101 lowers the temperature from about 1000 ° C. to about 100 ° C. and is supplied to the dust collector 102. The exhaust gas G supplied to the dust collector 102 is exhausted to the outside of the furnace equipment 100 after removing dust.
排ガスＧが通過する経路には、蓄熱ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃが配置されている。蓄熱ユニット１Ａは、排ガスＧの温度が１０００〜５００℃程度である位置に配置され、蓄熱ユニット１Ｂは、排ガスＧの温度が５００〜２００℃程度である位置に配置され、蓄熱ユニット１Ｃは、排ガスＧの温度が２００〜１００℃程度である位置に配置されている。
通常の操業時には、これらの温度帯にそれぞれ適した蓄熱材を配置することにより、蓄熱材に熱エネルギーが蓄熱される。そして、蓄熱材に熱エネルギーが蓄熱されると、蓄熱材を交換する。本発明の蓄熱ユニットにおける蓄熱材の交換は、カートリッジを取り出し、新たなカートリッジを取り付けるのみであるため、簡単に交換することができる。
Heat storage units 1A, 1B, and 1C are arranged in the path through which the exhaust gas G passes. The heat storage unit 1A is arranged at a position where the temperature of the exhaust gas G is about 1000 to 500 ° C., the heat storage unit 1B is arranged at a position where the temperature of the exhaust gas G is about 500 to 200 ° C., and the heat storage unit 1C is an exhaust gas. It is arranged at a position where the temperature of G is about 200 to 100 ° C.
During normal operation, heat energy is stored in the heat storage material by arranging heat storage materials suitable for each of these temperature zones. Then, when the heat energy is stored in the heat storage material, the heat storage material is replaced. To replace the heat storage material in the heat storage unit of the present invention, simply take out the cartridge and install a new cartridge, so that the heat storage material can be easily replaced.
また、炉設備１００の操業を停止した場合には、排ガスＧの温度は変動するため、排ガスＧの各位置の温度に適応可能な所定の蓄熱材を配置することが好ましい。なお、蓄熱材を配置する前に、熱流体が通過する経路において、蓄熱材の所望の熱エネルギーが得られる位置を探索することが好ましい。探索する方法としては、例えば、排ガスＧが通過する経路に所定の間隔ごとに温度計を設置することによって、蓄熱材の所望の熱エネルギーが得られる位置を探索すればよい。 Further, since the temperature of the exhaust gas G fluctuates when the operation of the furnace equipment 100 is stopped, it is preferable to arrange a predetermined heat storage material adaptable to the temperature of each position of the exhaust gas G. Before arranging the heat storage material, it is preferable to search for a position where the desired thermal energy of the heat storage material can be obtained in the path through which the thermal fluid passes. As a method of searching, for example, a thermometer may be installed at predetermined intervals in the path through which the exhaust gas G passes to search for a position where the desired thermal energy of the heat storage material can be obtained.
なお、蓄熱された蓄熱材は、炉設備１００内の装置の加熱に利用してもよいし、他の設備の加熱などに利用してもよい。特に、炉設備１００内の集塵機１０２などの加温のために利用することが好ましい。炉設備１００は、操業を停止した場合に、集塵機１０２の温度が低下する。そして、集塵機１０２の温度が低下すると、結露が生じてフィルタなどの閉塞を生じるため、集塵機１０２の温度が低下した際には、蓄熱材により集塵機１０２を加温すればよい。集塵機１０２の加温手段としては、熱エネルギーが蓄熱された蓄熱材のカートリッジを、集塵機１０２の近傍に設置された筐体に配置して放熱すればよい。 The heat storage material that has been stored may be used for heating the equipment in the furnace equipment 100, or may be used for heating other equipment. In particular, it is preferably used for heating the dust collector 102 or the like in the furnace equipment 100. When the operation of the furnace equipment 100 is stopped, the temperature of the dust collector 102 drops. Then, when the temperature of the dust collector 102 drops, dew condensation occurs and the filter and the like are blocked. Therefore, when the temperature of the dust collector 102 drops, the dust collector 102 may be heated by the heat storage material. As the heating means of the dust collector 102, a cartridge of a heat storage material in which heat energy is stored may be arranged in a housing installed in the vicinity of the dust collector 102 to dissipate heat.
［蓄熱ユニット］
図２には、本発明の第１の実施態様の蓄熱ユニット１の構成を図示する。図２に示すように、本発明の蓄熱ユニット１は、筐体３と、筐体３の内部に設置されたカートリッジ２を備える。また、カートリッジ２の内部には、蓄熱材が充填されている。なお、カートリッジ２の構造については、後述する。
[Heat storage unit]
FIG. 2 illustrates the configuration of the heat storage unit 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the heat storage unit 1 of the present invention includes a housing 3 and a cartridge 2 installed inside the housing 3. Further, the inside of the cartridge 2 is filled with a heat storage material. The structure of the cartridge 2 will be described later.
（筐体）
筐体３は、内部にカートリッジ２を配置できるものであれば、その形状や大きさ等について特に限定されない。また、排ガスＧなどの熱流体を導入するための熱流体導入部３１、熱流体を排出するための熱流体排出部３２を備えており、内部に熱流体が流通できるように構成されている。なお、カートリッジ２の交換作業中は、熱流体の流通を停止することが望ましいため、熱流体導入部３１の前段には、バルブ（図示略）を備えることが好ましい。
(Case)
The shape and size of the housing 3 are not particularly limited as long as the cartridge 2 can be arranged inside. Further, it is provided with a thermal fluid introduction section 31 for introducing a thermal fluid such as exhaust gas G and a thermal fluid discharge section 32 for discharging the thermal fluid, and is configured so that the thermal fluid can flow inside. Since it is desirable to stop the flow of the thermal fluid during the replacement work of the cartridge 2, it is preferable to provide a valve (not shown) in front of the thermal fluid introduction unit 31.
筐体３の内部には、カートリッジ２を保持するためのホルダ（図示略）を備えている。ホルダにより、内部に熱流体が流通してもカートリッジ２の移動を制限し、カートリッジ２を固定することができる。 A holder (not shown) for holding the cartridge 2 is provided inside the housing 3. The holder can limit the movement of the cartridge 2 even if the thermal fluid flows inside, and can fix the cartridge 2.
筐体３は、例えば、排ガスＧの通過する配管の所定の位置にカートリッジ２のホルダを設けて筐体３とするものや、排ガスＧの通過する配管から分岐した配管に筐体３を配置したものなどが挙げられる。前者の場合には、排ガスＧの配管を筐体３として利用できるという点で、新たな設備や配管を必要としないため、導入しやすいという利点がある。また、後者の場合には、分岐した配管に筐体３を配置するため、炉設備１００の操業を停止することなく、筐体３への熱流体の導入を停止してカートリッジ２を交換することができる。 As for the housing 3, for example, a holder of the cartridge 2 is provided at a predetermined position in a pipe through which the exhaust gas G passes to form the housing 3, or the housing 3 is arranged in a pipe branched from the pipe through which the exhaust gas G passes. Things and so on. In the former case, the exhaust gas G pipe can be used as the housing 3, and there is an advantage that it is easy to introduce because no new equipment or pipe is required. Further, in the latter case, since the housing 3 is arranged in the branched pipe, the introduction of the thermal fluid into the housing 3 is stopped and the cartridge 2 is replaced without stopping the operation of the furnace equipment 100. Can be done.
（カートリッジ）
図３には、本発明の第１の実施態様のカートリッジ２の構成を示す概略説明図を図示する。図３に示すように、カートリッジ２は、蓄熱材２５を充填する容器となる本体２１、本体２１の内部空間に設置され、流体が通るための流路部材２３、及び、蓋体２２を備える。また、蓋体２４には、流路部材２３を通過した流体を排出又は導入するための通気口２４が形成されている。
(cartridge)
FIG. 3 is a schematic explanatory view showing the configuration of the cartridge 2 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the cartridge 2 is installed in the main body 21 which is a container for filling the heat storage material 25, the internal space of the main body 21, and includes a flow path member 23 for passing a fluid and a lid 22. Further, the lid 24 is formed with a vent 24 for discharging or introducing the fluid that has passed through the flow path member 23.
＜本体＞
本体２１は、蓄熱材２５を充填する空間を備えるものであれば、その形状や大きさなどは特に制限されない。形状としては、例えば、円筒状、楕円筒状、三角筒状、四角筒状、多角筒状、星型筒状などの筒状、球状、立方体状、板状などが挙げられる。本体の内部空間の深部まで熱が到達しやすいという観点からカートリッジ２の本体２１は筒状であることが好ましい。
<Main body>
The shape and size of the main body 21 are not particularly limited as long as it has a space for filling the heat storage material 25. Examples of the shape include a cylinder such as a cylinder, an ellipse, a triangle, a square, a polygon, a star, and the like, a sphere, a cube, and a plate. The main body 21 of the cartridge 2 is preferably tubular from the viewpoint that heat easily reaches the deep part of the internal space of the main body.
本体２１の素材は、特に制限されないが、耐熱に優れ、熱伝導性に優れたものであることが好ましい。例えば、ステンレス、アルミ、鉄、銅、合金などの金属部材や、セラミック、石膏や、陶器などが挙げられる。熱伝導性に優れるという観点から、金属部材であることが好ましい。 The material of the main body 21 is not particularly limited, but is preferably one having excellent heat resistance and thermal conductivity. For example, metal members such as stainless steel, aluminum, iron, copper, and alloys, ceramics, plaster, and pottery can be mentioned. From the viewpoint of excellent thermal conductivity, a metal member is preferable.
＜蓋体＞
蓋体２２は、本体２１とともにカートリッジの容器を構成するものであれば、その形状や大きさなどは特に制限されない。また、素材も本体２１と同様の素材を使用すればよい。
なお、本体２１と蓋体２２の接合部は、パッキン等の気密手段を設けることにより、反応ガスＲが通気しないように気密性に優れた構造とすることが好ましい。
<Lid body>
The shape and size of the lid 22 are not particularly limited as long as it constitutes the container of the cartridge together with the main body 21. Further, the same material as that of the main body 21 may be used as the material.
The joint between the main body 21 and the lid 22 is preferably provided with an airtight means such as packing so that the reaction gas R is not ventilated and has an excellent airtight structure.
蓋体２２には、化学蓄熱材を加熱することにより発生した反応ガスＲを通過する通気口２４が形成されている。通気口２４は、蓄熱時には、化学蓄熱材から発生した反応ガスＲをカートリッジの外へ排出するものである。一方で、放熱時には、反応ガスＲを通気口２４により導入し、発熱反応を行う。 The lid 22 is formed with a vent 24 through which the reaction gas R generated by heating the chemical heat storage material passes. At the time of heat storage, the vent 24 discharges the reaction gas R generated from the chemical heat storage material to the outside of the cartridge. On the other hand, at the time of heat dissipation, the reaction gas R is introduced through the vent 24 to carry out an exothermic reaction.
また、通気口２４には、化学蓄熱材を保管するために、バルブ等の密封手段を設けることが好ましい。カートリッジ２を密封することにより、化学蓄熱材に熱エネルギーを蓄熱した状態のまま、保管することができる。 Further, it is preferable that the vent 24 is provided with a sealing means such as a valve in order to store the chemical heat storage material. By sealing the cartridge 2, the chemical heat storage material can be stored in a state where heat energy is stored.
＜蓄熱材＞
蓄熱材２５は、例えば、加熱時に蓄熱生成物と反応ガスＲに分離し、放熱時にこの逆の反応を行う化学蓄熱材や、所定の温度で相転移し、潜熱を吸収又は放出する潜熱蓄熱材や、顕熱を吸収又は放出する顕熱蓄熱材などが挙げられる。
<Heat storage material>
The heat storage material 25 is, for example, a chemical heat storage material that separates into a heat storage product and a reaction gas R at the time of heating and performs the opposite reaction at the time of heat dissipation, or a latent heat storage material that undergoes a phase transition at a predetermined temperature and absorbs or releases latent heat. And a sensible heat storage material that absorbs or releases sensible heat.
化学蓄熱材を構成する蓄熱生成物と反応ガスＲとしては、例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）、臭化ストロンチウム（ＳｒＢｒ２）とアンモニア（ＮＨ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）と二酸化炭素（ＣＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と二酸化炭素等（ＣＯ２）が挙げられる。取り扱いが容易であるという観点から、化学蓄熱材は、反応ガスＲとして水蒸気を利用するものであることが好ましい。
また、本発明における化学蓄熱材としては、高温での化学蓄熱が可能な蓄熱生成物と反応ガスＲとして、酸化カルシウムと水蒸気の組み合わせ（４００〜５００℃）や酸化マグネシウムと水蒸気の組み合わせ（３００〜４００℃）を用いることが好ましい。
Examples of the heat storage product and reaction gas R constituting the chemical heat storage material include calcium oxide (CaO) and water vapor (H 2 O), calcium chloride (CaCl 2 ) and water vapor (H 2 O), and calcium bromide (CaBr). 2 ) and water vapor (H 2 O), calcium iodide (CaI 2 ) and water vapor (H 2 O), magnesium oxide (Mg O) and water vapor (H 2 O), magnesium chloride (MgCl 2 ) and water vapor (H 2 O). ), Zinc chloride (ZnCl 2 ) and water vapor (H 2 O), Strontium chloride (SrCl 2 ) and ammonia (NH 3 ), Strontium bromide (SrBr 2 ) and ammonia (NH 3 ), Calcium oxide (CaO) and dioxide Examples thereof include carbon (CO 2 ), magnesium oxide (MgO) and carbon dioxide (CO 2 ). From the viewpoint of easy handling, the chemical heat storage material preferably uses water vapor as the reaction gas R.
The chemical heat storage material in the present invention includes a combination of calcium oxide and water vapor (400 to 500 ° C.) or a combination of magnesium oxide and water vapor (300 to 300) as a heat storage product capable of chemically storing heat at a high temperature and the reaction gas R. 400 ° C.) is preferably used.
潜熱蓄熱材としては、例えば、マンニトール（１６６．５℃）、トランスポリブタジエン（１４５℃）、エリスリトール（１１９℃）、塩化マグネシウム６水和物（１１７℃）などが挙げられる（括弧内は相転移温度）。
また、顕熱蓄熱材としては、煉瓦、砂利などが挙げられる。
Examples of the latent heat storage material include mannitol (166.5 ° C.), transpolybutadiene (145 ° C.), erythritol (119 ° C.), magnesium chloride hexahydrate (117 ° C.), and the like (phase transition temperature in parentheses). ).
Examples of the sensible heat storage material include bricks and gravel.
＜流路部材＞
流路部材２３は、本体２１の深部に充填された化学蓄熱材から発生した反応ガスＲを、通気口２４に導くための部材である。流路部材２３の形状は、内部に流体が通過できる空間が形成されていればよく、例えば、発泡体、不織布、多孔質体、網体、パンチング孔を有する多孔筒体などが挙げられる。化学蓄熱材の流出を確実に防止するという観点から、発泡体、不織布、多孔質体が好ましく、発泡体が特に好ましい。
<Flower path member>
The flow path member 23 is a member for guiding the reaction gas R generated from the chemical heat storage material filled in the deep part of the main body 21 to the vent 24. The shape of the flow path member 23 may be such that a space through which a fluid can pass is formed inside, and examples thereof include a foam, a non-woven fabric, a porous body, a net body, and a porous cylinder having punching holes. From the viewpoint of reliably preventing the outflow of the chemical heat storage material, foams, non-woven fabrics, and porous materials are preferable, and foams are particularly preferable.
また、流路部材２３の素材は、耐熱性に優れるものであれば、特に制限されないが、例えば、アルミ、鉄、ニッケル、及びそれらの合金などの金属部材や、セラミック、石膏、陶器などが挙げられる。 The material of the flow path member 23 is not particularly limited as long as it has excellent heat resistance, and examples thereof include metal members such as aluminum, iron, nickel, and alloys thereof, ceramics, gypsum, and pottery. Be done.
カートリッジ本体２１の内部空間における流路部材２３の配置は特に制限されないが、本体２１の深部に充填された化学蓄熱材から発生した反応ガスＲを通気口２４に導くという目的を鑑みると、通気口２４から本体２１の中央を貫通するように配置することが好ましい。また、本体２１の内部空間に複数の流路部材を配置してもよいし、一つの流路部材を分岐して、本体２１の内部空間の広範囲に配置してもよい。 The arrangement of the flow path member 23 in the internal space of the cartridge main body 21 is not particularly limited, but in view of the purpose of guiding the reaction gas R generated from the chemical heat storage material filled in the deep part of the main body 21 to the vent 24, the vent. It is preferable to arrange it so as to penetrate from 24 to the center of the main body 21. Further, a plurality of flow path members may be arranged in the internal space of the main body 21, or one flow path member may be branched and arranged in a wide range of the internal space of the main body 21.
（カートリッジの他の例）
図４は、本発明の実施態様のカートリッジの他の例を示す概略説明図である。
図４（Ａ）のカートリッジ２Ａは、四角柱の本体２１Ａと四角柱の流路部材２３Ａを備えたものである。
図４（Ｂ）のカートリッジ２Ｂは、星型筒状の本体２１Ｂと網体で形成された流路部材２３Ｂを備えたものである。星型筒状とすることにより、カートリッジ本体の表面積が大きくなることから、蓄熱材２５への熱供給及び蓄熱材２５からの熱放出の効率が向上するという効果がある。
図４（Ｃ）のカートリッジ２Ｃは、板状の本体２１Ｃと複数の通気口２４及び流路部材２３を備えたものである。複数の流路部材２３を設けることにより、カートリッジを大型化することができる。
(Other examples of cartridges)
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing another example of the cartridge according to the embodiment of the present invention.
The cartridge 2A of FIG. 4A includes a quadrangular prism main body 21A and a quadrangular prism flow path member 23A.
The cartridge 2B of FIG. 4B includes a star-shaped tubular main body 21B and a flow path member 23B formed of a net body. Since the surface area of the cartridge body is increased by forming the star-shaped cylinder, there is an effect that the efficiency of heat supply to the heat storage material 25 and heat release from the heat storage material 25 is improved.
The cartridge 2C of FIG. 4C is provided with a plate-shaped main body 21C, a plurality of vents 24, and a flow path member 23. By providing the plurality of flow path members 23, the size of the cartridge can be increased.
（カートリッジの配置例）
図５、図６は、筐体３内に配置されたカートリッジの配置の例を示す概略説明図である。なお、図５、図６は、筐体３を上から見た平面図である。
図５（Ａ）は、筐体３に、カートリッジ２を縦横に整列して配置した例である。縦横に整列して配置する場合、設置が容易であるなどの効果がある。
図５（Ｂ）は、排ガスＧの流れ方向に整列した複数列が、隣の列と流れ方向前後にずれるように配置された例である。この配列の場合、図５（Ａ）の配列と比べて、排気ガスＧの通過する流路幅の最小値が大きくなり、圧力損失が低下するという効果がある。
図６（Ａ）は、筐体３内において、カートリッジ２を異なる密度では配置した例である。
図６（Ｂ）は、円筒状のカートリッジ２と、板状のカートリッジ２Ｃを併用して配置した例である。
なお、図５、図６の配置の例は、カートリッジを筐体の上下方向に立設した例であるが、カートリッジは、水平方向に横向きに配置しても、排気ガスＧの流れ方向と平行方向に配置しても、斜め方向に倒して配置してもよい。
(Cartridge placement example)
5 and 6 are schematic explanatory views showing an example of arrangement of cartridges arranged in the housing 3. 5 and 6 are plan views of the housing 3 as viewed from above.
FIG. 5A is an example in which the cartridges 2 are arranged vertically and horizontally in the housing 3. When arranged vertically and horizontally, there are effects such as easy installation.
FIG. 5B is an example in which a plurality of rows arranged in the flow direction of the exhaust gas G are arranged so as to be displaced back and forth from the adjacent row in the flow direction. In the case of this arrangement, as compared with the arrangement of FIG. 5A, the minimum value of the flow path width through which the exhaust gas G passes is larger, and there is an effect that the pressure loss is reduced.
FIG. 6A is an example in which the cartridges 2 are arranged at different densities in the housing 3.
FIG. 6B is an example in which the cylindrical cartridge 2 and the plate-shaped cartridge 2C are arranged in combination.
In addition, the example of the arrangement of FIGS. 5 and 6 is an example in which the cartridge is erected in the vertical direction of the housing, but even if the cartridge is arranged horizontally in the horizontal direction, it is parallel to the flow direction of the exhaust gas G. It may be arranged in a direction or tilted diagonally.
〔第２の実施態様〕
図７は、本発明の第２の実施態様の蓄熱ユニット１０Ａの構成を示す概略説明図である。図７（Ａ）は、蓄熱ユニット１０Ａの正面図であり、図７（Ｂ）は、蓄熱ユニット１０Ａの平面図である。
第２の実施態様の蓄熱ユニット１０Ａは、複数のカートリッジ２から排出された反応ガスＲを、まとめて回収するための合流路４Ａを備えたものである。これ以外の構成は、第１の実施態様と同様である。
図７（Ｂ）に示すように、合流路４Ａは、筐体３内に配置されたすべてのカートリッジ２から排出された反応ガスＲをまとめて回収するための流路である。合流路４Ａによれば、複数のカートリッジ２から排出された反応ガスＲをまとめることができるため、配管の構成を簡素化することができる。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing the configuration of the heat storage unit 10A according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7A is a front view of the heat storage unit 10A, and FIG. 7B is a plan view of the heat storage unit 10A.
The heat storage unit 10A of the second embodiment is provided with a combined flow path 4A for collectively recovering the reaction gas R discharged from the plurality of cartridges 2. Other configurations are the same as in the first embodiment.
As shown in FIG. 7B, the combined flow path 4A is a flow path for collectively collecting the reaction gas R discharged from all the cartridges 2 arranged in the housing 3. According to the combined flow path 4A, the reaction gases R discharged from the plurality of cartridges 2 can be collected, so that the piping configuration can be simplified.
図８は、本発明の実施態様の蓄熱ユニットの合流路の他の例を示す概略説明図である。図８に記載された蓄熱ユニット１０Ｂは、列ごとに反応ガスＲをまとめるための合流路４Ｂ、複数の合流路４Ｂをさらにまとめる合流路４Ｃにより構成されるものである。なお、合流路４Ｂと合流路４Ｃは取り外し可能に連結されている。
この蓄熱ユニット１０Ｂは、列ごとにまとめことができるため、カートリッジ２が粗大化せずに、取り扱いやすいものである。
FIG. 8 is a schematic explanatory view showing another example of the confluence of the heat storage unit according to the embodiment of the present invention. The heat storage unit 10B shown in FIG. 8 is composed of a combined flow path 4B for collecting the reaction gas R for each row and a combined flow path 4C for further collecting a plurality of combined flow paths 4B. The combined flow path 4B and the combined flow path 4C are removably connected.
Since the heat storage unit 10B can be grouped in rows, the cartridge 2 does not become bulky and is easy to handle.
なお、本発明の蓄熱ユニットは、適宜変更することができる。例えば、排ガスＧに塵芥が大量に含まれる場合には、蓄熱ユニットの前段に除塵機を設置してもよい。
除塵機は、排気ガスＧから塵芥を除去するためのものである。除塵機は、排気ガスＧから塵芥を除去できる固気分離装置であれば、特に制限されず、例えば、フィルタや粒子充填層などを通過させるろ過分離装置や、電気集塵機や、重力により分離する重力分離装置や、サイクロンなど遠心力により分離する遠心分離装置などが挙げられる。
The heat storage unit of the present invention can be changed as appropriate. For example, when the exhaust gas G contains a large amount of dust, a dust remover may be installed in front of the heat storage unit.
The dust remover is for removing dust from the exhaust gas G. The dust remover is not particularly limited as long as it is a solid air separator capable of removing dust from the exhaust gas G. For example, a filtration separator that passes a filter or a particle-filled layer, an electrostatic precipitator, or gravity that separates by gravity. Examples thereof include a separator and a centrifuge that separates by centrifugal force such as a cyclone.
除塵機は、排気ガスＧの温度が５００℃以上で塵芥を除去することが好ましい。ダイオキシンなどの有害物質は、排気ガスＧ中の塵芥と気体成分との反応により生じるものであり、排気ガスＧが３００〜５００℃まで冷却する際に発生する。よって、５００℃以上で排気ガスから塵芥を除去することにより、除塵後の空気の温度が蓄熱ユニットで低下しても、ダイオキシンなどの有害物質の発生が抑制されるという効果を奏する。
また、除塵機は、排気ガスＧの温度が８００℃以下で塵芥を除去することが好ましい。排気ガスＧの温度が８００℃以下の場合、除塵機が高度な耐熱性を有する必要がなくなるため、多様な除塵機を利用することができる。
The dust remover preferably removes dust when the temperature of the exhaust gas G is 500 ° C. or higher. Hazardous substances such as dioxins are generated by the reaction between dust and gas components in the exhaust gas G, and are generated when the exhaust gas G is cooled to 300 to 500 ° C. Therefore, by removing the dust from the exhaust gas at 500 ° C. or higher, even if the temperature of the air after the dust removal is lowered by the heat storage unit, the generation of harmful substances such as dioxins is suppressed.
Further, the dust remover preferably removes dust when the temperature of the exhaust gas G is 800 ° C. or lower. When the temperature of the exhaust gas G is 800 ° C. or lower, it is not necessary for the dust remover to have a high degree of heat resistance, so that various dust removers can be used.
除塵機は、５００℃以上で塵芥を除去するという観点から、耐熱性に優れたものを使用することが好ましい。耐熱性に優れた除塵機としては、例えば、セラミックフィルターや、電気集塵機や、サイクロンなどが挙げられる。 It is preferable to use a dust remover having excellent heat resistance from the viewpoint of removing dust at 500 ° C. or higher. Examples of the dust remover having excellent heat resistance include a ceramic filter, an electrostatic precipitator, a cyclone, and the like.
また、本発明の蓄熱ユニットの筐体に、塵芥除去口などの塵芥除去手段を設けてもよい。これにより、排ガスＧ中の塵芥が筐体内にたまった場合に、塵芥除去手段により簡単に塵芥を除去することができる。 Further, the housing of the heat storage unit of the present invention may be provided with a dust removing means such as a dust removing port. As a result, when the dust in the exhaust gas G accumulates in the housing, the dust can be easily removed by the dust removing means.
本発明の蓄熱ユニットは、炉設備の排ガスなどの熱流体から熱を蓄熱するために利用することができる。また、蓄熱材が充填されたカートリッジは、熱エネルギーを保管したり、農業用ビニールハウスの熱源や、農業用温水殺菌用の熱源や、災害時の入浴用の熱源など炉設備以外での熱源として利用したりすることができる。 The heat storage unit of the present invention can be used to store heat from a thermal fluid such as exhaust gas from a furnace facility. In addition, the cartridge filled with heat storage material can be used as a heat source other than furnace equipment, such as storing heat energy, heat source for agricultural greenhouses, heat source for agricultural hot water sterilization, and heat source for bathing in the event of a disaster. You can use it.
１００…炉設備、１０１…炉、１０２…集塵機、１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１０Ａ，１０Ｂ…蓄熱ユニット、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…カートリッジ、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…本体、２２…蓋体、２３，２３Ａ，２３Ｂ…流路、２４…通気口、２５…蓄熱材、３…筐体、３１…熱流体導入部、３２…熱流体排出部、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…合流路、Ｇ…排ガス、Ｒ…反応ガス
100 ... Reactor equipment, 101 ... Reactor, 102 ... Dust collector, 1,1A, 1B, 1C, 10A, 10B ... Heat storage unit, 2,2A, 2B, 2C ... Cartridge, 21,21A, 21B, 21C ... Main body, 22 ... Lid, 23, 23A, 23B ... Flow path, 24 ... Vent, 25 ... Heat storage material, 3 ... Housing, 31 ... Thermal fluid introduction section, 32 ... Thermal fluid discharge section, 4A, 4B, 4C ... Combined flow path, G ... Exhaust gas, R ... Reaction gas
Claims (6)
前記筐体内に設置され、蓄熱材が充填されたカートリッジと、を備えたことを特徴とする、蓄熱ユニット。 With the housing
A heat storage unit including a cartridge installed in the housing and filled with a heat storage material.
熱エネルギーを有する流体の経路の所望の熱エネルギーが得られる位置を探索するステップと、
前記位置に前記カートリッジを配置するステップと、を備えたことを特徴とする、蓄熱ユニットの使用方法。
How to use a heat storage unit equipped with a cartridge filled with heat storage material.
The step of searching for the position where the desired thermal energy can be obtained in the path of the fluid having thermal energy, and
A method of using the heat storage unit, which comprises a step of arranging the cartridge at the position.
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