JP2023129516A - 蓄熱ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
また、顕熱蓄熱材としては、煉瓦、砂利などが挙げられる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (6)
- 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、蓄熱ユニット。 - 前記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、請求項1に記載の蓄熱ユニット。
- 前記カートリッジの形状は、筒状であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の蓄熱ユニット。
- 前記カートリッジは、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、請求項1~3のいずれか一項に記載された蓄熱ユニット。
- 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、請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄熱ユニット。
- 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、蓄熱ユニットの使用方法。
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