JP2509350B2 - 蓄熱器 - Google Patents
蓄熱器Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B9/00—Stoves for heating the blast in blast furnaces
- C21B9/14—Preheating the combustion air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
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Description
を加熱するために該熱担体に蓄積されたエネルギーを利
用することを交互に行うことによって気体を加熱する蓄
熱器に関する。
い産業分野で使用されている。例えば、溶鉱炉の作用の
ためのホットブラストはブラストヒーター(Cowpers)
においてこの方法で約1200℃の温度へ加熱される。ブラ
ストヒーターの燃焼室の炉ガスの燃焼熱エネルギーは格
子積の耐火構造充填物に運ばれ、この加熱相の後で、低
温の空気がこの熱された格子積の耐火構造充填物に通さ
れて蓄積された熱によって加熱される。シーメンスマー
チンのための格子室及びガラストラフ炉は同じ方法によ
って作用する。
モードに従う少なくとも2つの蓄熱器が必要である。即
ち、一方が加熱されて、熱を蓄積し、他方が吹き込まれ
た低温の気体に蓄積された熱を放出し、よって低温の気
体を加熱するものである。
建造の可能性との間で妥協をしなければならない。従っ
て、溶鉱炉の作用におけるブラストを加熱するために、
公知のブラストヒーターは円筒形状を有し、且つ直径対
高さの比が約1:5のものが使用されるに到っている。加
熱相においては高温の気体がその格子積の壁の頂部から
底部へ流され且つその後の気体加熱相においては低温の
気体が反対方向に、即ち格子積の壁の底部から頂部へ流
される。この格子積の壁の設計は、気体と格子積の壁と
の間の熱の伝達の要求ばかりでなく、気体が耐火充填物
を流れるときの気体の許容圧力損失の前提条件をも考慮
に入れなければならない。熱の伝達のためには大きな表
面と小さな通路が好ましいが、流れの自由断面は気体の
流れのために受け入れ可能な圧力損失を維持するために
所定のリミットまでのみ制限されることができるのであ
る。流れの通路の自由断面が大きくなるほど熱の伝達を
損ない、得るべきブラスト温度に対して熱保持用の壁を
加熱するための燃焼ガスの高温を過度に増大させること
になる。上記した炉のブラスト温度1200℃に達するため
には、加熱相の炎の温度は1500℃以上にすることが要求
される。この炎の温度は溶鉱炉に放出された炉ガスでは
達成できず、よってさらに付加的にリッチなガス、即ち
天然ガスを燃焼させることが必要であり、これが習慣に
なっている。
持体の表面を増加させることである。これを実施するた
めに多くの提案がある。この目的を達成する特に有効な
方法においては、格子積みの壁をほぼ一様な粒子径を有
する適切な材料のベッド(材料の層)に交換することで
ある。例えば、耐火材料で作られたペレットを使用する
ことができる。
保持体の適切なベッドをもつようにすれば、格子積みの
壁の場合と比べて、加熱相における炎の温度即ちウエス
トガスの温度とその後の気体加熱相において加熱された
気体の温度との間の温度差が約10℃くらいになるような
程度まで熱交換のための有効表面を増加することが可能
になる。
ターの通常の格子は上記したタイプのベッドと交換でき
ない。何となれば、ベッドの高さが非常に高くなるので
気体が通るときに受け入れ難い圧力損失を生じるからで
ある。
のと比べて直径対高さの比が逆になるようにすることに
よって圧力損失を防止する公知の提案があり、そのよう
な公知の提案は、例えば、ほぼ同じ圧力損失でかなり改
善された熱伝達を示すが、別の欠点を含むものであっ
た。熱担体の上方のドームは建物の問題を提起し、その
ようなブラストヒーターの作動の間に不利益のあること
を証明している。最初に、かなりのドームの体積が加熱
相から気体加熱相への切り換え時点において比較的に高
い気体の損失を招き、第2に、ドームの大きな表面は明
らかにブラストヒーターのこの高温領域において熱損失
を生じさせる。第3に、大きな断面を有し、且つ比較的
に薄く、そして特に作動の間にそれを維持するような均
等な厚さのベッドを作ることはほとんど不可能である。
熱することができ、そして特に均等な熱担体のベッドに
おいて流れる気体のための比較的に低い圧力損失をも
ち、且つ大きな熱交換表面をもつことによって、熱伝達
が増大され、熱損失が低減されるという利点を有する気
体を加熱する蓄熱器を提供することを目的とするもので
ある。
気体を加熱するために該熱担体に蓄積されたエネルギー
を利用することを交互に行うことによって気体を加熱す
る蓄熱器において、アウタシェルと、該アウタシェル内
で蓄熱器の対軸線の周りに配置された内方火格子と、該
アウタシェル内で該内方火格子から等距離に配置された
少なくとも1つの外方火格子と、該内方火格子の内側に
設けられる高温の気体室と、該外方火格子と該アウタシ
ェルとの間に設けられる気体集合室と、該内方火格子と
の間に配置された熱担体の層とを備え、蓄熱器の加熱相
の間に高温の気体が該高温の気体室から該熱担体の層を
通って該気体集合室へ流れ、気体加熱相の間に気体が該
気体集合室から該熱担体の層を通って該高温の気体室へ
流れるようにした蓄熱器、によって解決される。
点を有する。特に、高温領域はその中央部にあり、蓄熱
器外壁は低温の気体とのみ接触するようになるので、蓄
熱器外壁に向かう熱の流れが明らかに小さくなって熱の
損失が低減する。これは一方においては熱効率を改善
し、他方においては同じ熱容量、即ち気体の量と気体の
温度を有する公知のシステムと比べて小さい寸法と低い
温度の応力のために要求される金属量と耐火ライニング
の節約ができることになり、蓄熱器建造上の明瞭な利点
を奏することになる。
された高温の気体の温度を生成し、よって対応する温度
制御が多くの応用の場合に不必要になった。
おいては、ブラスト温度1200℃で且つ気体加熱相の切り
変え時間の30秒後にウエストガスの散乱は20℃と40℃の
間になることが期待できる。
体との間に必要である。これは熱担体自体を加熱すると
き及び加熱されるべき気体例えば空気を最終温度まで加
熱するときにもとに適用される。熱担体の加熱のために
は、低温の気体の加熱温度よりもわずかに高い炎温度で
燃焼ガスを必要とするのみである。例えば、溶鉱炉から
の炉ガス又はわずかにリッチにされた炉ガスが溶鉱炉の
作用のときにブラストを加熱するために使用されること
ができる。
るために使用されたときには、熱担体は蓄熱器において
約750kcal/Nm3の熱値を有し、生成した炎の温度が約120
0℃の炉ガスで加熱された。その他のガス、例えば窒
素、アルゴン、酸素富化空気、酸素及び燃焼ガスを加熱
するときに上記した作動値とほとんど同じ加熱を行うこ
とができる。
換できる。熱担体のベッド(熱担体の層)の頂部及び底
部の適切な連結部材又はフランジが、一方側から熱担体
を充填し且つ他方側から除去することを可能にする。
置された1種類のみの一様な熱担体のベッドを有する。
しかし、2つ以上の同軸線上の火格子を使用し、よって
複数の同軸線上の環状メンバを生成することは本発明の
範囲内にある。隣接する2つの火格子の間では同じ熱担
体を使用するのが好ましい。例えば、高温に抵抗する例
えばコランダムのセラミックボールを蓄熱器の高温の内
側の2つの火格子間で使用し、より安価な例えばムライ
トやシャモットの熱担体を外側に向かう低温側で使用す
ることができる。合計の熱担体のベッドを経済的な面か
らのみでなく作用の特に熱的理由点から2つ又はそれ以
上の層に分割することができる。熱担体の材料や大きさ
や形状は本発明に従って変えることができる。
できるが、好ましくは異なった材料で作るのがよい。例
えば、適切な気体通路を有する高温側の内方火格子は耐
火煉瓦等の耐火材料で作り、低温側の外方火格子は鋼、
ノンスケーリング鋼、又は鋳鋼等の金属材料で作る。内
方火格子と外方火格子との間にその他の火格子が使用さ
れるときには、その材料は温度の応力に応じて選択され
る。
を構成し、且つ気体をそれを半径方向に流すことにあ
る。この特徴は熱担体のベッドがいくつかの層に分割さ
れた場合にも保持されるべきである。
イト、シャモット、マグネシア、酸化クロム、ジルコニ
ア、シリコン炭化物、及びそれらの混合物、並びに金属
材料である。もちろん、熱担体のための材料は温度の応
力に応じて選択される。本発明のための熱担体の形状は
基本的には所望により選択されるが、経済的及び製造上
の都合から特にセラミック材料のペレット状にかためた
もののある形状が好ましい。幾何学的には、これらは基
本的に長円形か球形である。しかし、分割された構造の
ベッドを使用することもできる。
スト炉のにおいを低減するのに特に有効に使用される。
る。
る。蓄熱器の外形形状は本発明にとって特に重要なこと
でなく、所望に応じて選択されることができ、直立の円
筒、球、又は双頭切頭円錐で中間部に円筒形状をもち、
或いはもたないもの等が主に製造技術の理由によって実
際に有用とされる。
を有する円筒状外方火格子2が収容される。
気体のための環状のガス集合室3が形成される。
成される。外方火格子2と内方火格子4との同軸の配置
はそれらの間の空間5についてこれらの外方火格子2と
内方火格子4との間の全周に沿っての等距離を保証す
る。円形断面のこの空間5は熱担体6、例えばセラミッ
ク材料のペレットを配置せしめる。
の気体室)7がある。この高温の気体通路7の下端部に
おいて、蓄熱器の加熱相の間に炉8で生成された高温の
燃焼ウエストガスが流入する。炉8は容器の蓋9によっ
て接近可能である。
方火格子4及び熱担体6のベッドを通って空間5に流入
し、それからさらに外方火格子2を通って環状の気体集
合室3に流入する。高温の燃焼ウエストガスは熱担体6
のベッドを通る途中で冷却され、ほぼ常温で環状の気体
集合室3に達する。高温の燃焼ウエストガスは連結部材
10を通って環状の気体集合室3から、従って蓄熱器から
放出される。
から環状の気体集合室3に流入し、さらに外方火格子
2、熱担体6のベッド、及び内方火格子4を通って高温
の気体通路7に流入する。この気体はその途中で熱担体
6のベッドによって加熱され、連結部材12を通って蓄熱
器から放出される。
13,14が蓄熱器に設けられる。作動中に、又は保守又は
修理中に、熱担体6は開口部14を介して空間5から除去
されることができ、同時に開口部13から再充填されるこ
とができる。従って、空間5内の熱担体6を非連続的に
又は連続的に交換、充填することができる。
用に適用することは本発明の範囲内にある。
の要求に応じてコーディネートすることができる。蓄熱
器の形状はその使用に従って変形されることができる
が、熱担体6のベッドを通る半径方向の流れの原理は保
持されるべきである。
合室、4……内方火格子、5……空間、6……熱担体、
7……高温の気体通路、8……炉。
Claims (7)
- 【請求項1】最初に熱担体を加熱し、それから低温の気
体を加熱するために該熱担体に蓄積されたエネルギーを
利用することを交互に行うことによって気体を加熱する
蓄熱器において、アウタシェル(1)と、該アウタシェ
ル(1)内で蓄熱器の対称軸線の周りに配置された内方
火格子(4)と、該アウタシェル(1)内で該内方火格
子(4)から等距離に配置された少なくとも1つの外方
火格子(2)と、該内方火格子(4)の内側に設けられ
る高温の気体室(7)と、該該方火格子(2)と該アウ
タシェル(1)との間に設けられる気体集合室(3)
と、該内方火格子(4)と該外方火格子(2)との間に
配置された熱担体(6)の層とを備え、蓄熱器の加熱相
の間に高温の気体が該高温の気体室(7)から該熱担体
(6)の層を通って該気体集合室(3)へ流れ、気体加
熱相の間に気体が該気体集合室(3)から該熱担体
(6)の層を通って該高温の気体室(7)へ流れるよう
にした蓄熱器。 - 【請求項2】該内方火格子(4)と該外方火格子(2)
とが異なる材料で作られる請求項1に記載の蓄熱器。 - 【請求項3】高温側の該内方火格子(4)が気体通路を
有する耐火煉瓦等の耐火材料で作られる請求項1又は2
に記載の蓄熱器。 - 【請求項4】低温側の該外方火格子(2)が鋼等の金属
で作られる請求項1から3のいずれかに記載の蓄熱器。 - 【請求項5】熱担体(6)の層が蓄熱器のあらゆる作動
時又は停止時に部分的に又は全体的に交換できる請求項
1から4のいずれかに記載の蓄熱器。 - 【請求項6】熱担体(6)は長円形又は球形のかたまり
にした焼結セラミック材料からなる請求項1から5のい
ずれかに記載の蓄熱器。 - 【請求項7】気体集合室(3)は環状の形状である請求
項1に記載の蓄熱器。
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