JP3342984B2

JP3342984B2 - 蓄熱型熱交換器及びその運転方法

Info

Publication number: JP3342984B2
Application number: JP12860095A
Authority: JP
Inventors: ディ．ヒッケルスティーブン; シー．マークスベリーリン; 利和山村; 修平那谷; 俊雄黒坂
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: US5419388A; JPH08100999A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣＤ（イナートガス
・サイクル・ダイレクト）発電設備等に用いられる蓄熱
型熱交換器及びその運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、非常に高温の加熱ガス（例えば
ＩＣＤ発電においてヘリウムガスを加熱する場合は2000
Ｋ）で被加熱ガスを加熱する場合、蓄熱型熱交換器がよ
く用いられる。

【０００３】図１０は、従来の蓄熱型熱交換器の一例を
示したものである。図において、断熱容器９０の上端に
は高温加熱ガス生成用のバーナ９２が配設され、断熱容
器９０の上部に空間９４を確保してその下方にれんが等
からなる蓄熱体９６が収納されている。この断熱容器９
０の下方には、加熱ガスを導出し、また被加熱ガスを導
入するための通路９８が形成され、この通路９８の下方
には入口９９が設けられている。この通路９８の入口９
９に弁１００を介して図略の被加熱ガス供給源が接続さ
れている。また、断熱容器９０の側壁には上記空間９４
に臨む位置に被加熱ガスを断熱容器９０の外に送り出す
排出口１０２が設けられ、この排出口１０２が弁１０４
を介して下流に設けられた図略の装置等に接続されてい
る。

【０００４】この蓄熱型熱交換器の運転要領は次の通り
である。

【０００５】(1) バーナ９２で高温加熱ガスを生成し、
空間９４を通じて上記加熱ガスを蓄熱体９６に対して下
方に透過させる。蓄熱体９６を透過した加熱ガスは、通
路９８を通過した後、断熱容器９０から外へ送り出す。
バ−ナ９２から蓄熱体９６への高温加熱ガスの供給は、
蓄熱体９６が十分熱せられるように所定時間続ける。

【０００６】(2) 加熱済の蓄熱体９６の底部から上方に
アルゴンガス等の被加熱ガスを蓄熱体９６に透過させ、
蓄熱体９６に蓄積された熱エネルギ−を被加熱ガスに伝
導させる。蓄熱体９６を通過して高温に熱せられた被加
熱ガスは、排出口１０２から系外へ導出する。

【０００７】しかし、このような蓄熱型熱交換器では、
被加熱ガスとの熱交換で蓄熱体９６の温度が時間の経過
とともに低下するため、排出口１０２から排出される被
加熱ガスの温度も十分高く維持することができない。す
なわち、長時間にわたって排出口１０２から排出される
被加熱ガスを所望の温度に維持し安定化させることがで
きないという不都合がある。

【０００８】このような不都合を解消する手段として、
従来は次のような方法が知られている。

【０００９】Ａ）２つの蓄熱型熱交換器、すなわち第１
の蓄熱型熱交換器と第２の蓄熱型熱交換器を併用する。
熱交換の初期では、第１の蓄熱型熱交換器だけで満足の
ゆく温度が得られるので、第１の蓄熱型熱交換器だけを
作動させる。この作動後、第１の蓄熱型熱交換器から排
出される被加熱ガスの温度が時間の経過とともに降下す
るが、所定時間の経過後、第２の蓄熱型熱交換器を作動
させ、第１の蓄熱型熱交換器から排出される被加熱ガス
の温度降下を補う。すなわち、排出される被加熱ガスの
温度を安定させるため、第１と第２の蓄熱型熱交換器の
作動タイミングを相対的にずらす。このようにして、第
１と第２の蓄熱型熱交換器の高温ガスと低温ガスを混合
することにより、被加熱ガス温度を安定化させる（特開
昭６１−２８５３９４号公報）。

【００１０】Ｂ）図１０に示す熱交換器において、被加
熱ガスの一部を蓄熱体９６に通さずこれをバイパスさせ
るべく、通路９８の入り口９９と排出口１０２を直接結
ぶバイパス通路を設ける。このバイパスガスと蓄熱体９
６を透過した後の被加熱ガスとを排出口１０２で混合す
るとともに、時間の経過とともに上記バイパスガスの流
量を減らすことにより、排出口１０４から導出される被
加熱ガス温度を安定化させる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記Ａ）の手段では、
被加熱ガス温度を安定化させるのに少なくとも２つの熱
交換器が必要であり、設備の大型化は免れ得ない。一
方、Ｂ）の手段では、一部の被加熱ガスをバイパスさせ
て蓄熱体９６に通さないので、このバイパスガスは高温
の加熱ガスの熱エネルギ−を受けることができない。従
って、熱交換器をフルに活用できず、熱効率が悪い。ま
た、上記バイパスガスは全く加熱されないなので、その
温度は極端に低温のままである。このような低温のバイ
パスガスが高温に熱せられたガスと混合すると、混合さ
れるバイパスガスの量が僅かであっても混合後の被加熱
ガス温度が極端に変動しやすく、微妙な温度調節は行い
にくい。

【００１２】本発明は、このような事情に鑑み、熱交換
器の台数を増やさなくても長い時間にわたって被加熱ガ
スの温度を安定化させることができる蓄熱型熱交換器及
びその運転方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、断熱壁で形成された容器と、
熱エネルギ−を蓄積するため上記断熱容器内に設けら
れ、第１端部と、この第１端部と反対側にある第２端部
を有し、上記第１端部と第２端部との間でガスが透過可
能な蓄熱体と、加熱ガスを上記第１端部から上記第２端
部へ透過させることにより、上記蓄熱体に互いに温度の
異なる複数の温度領域が形成されるようにこの蓄熱体を
加熱させる加熱手段と、上記蓄熱体の加熱後、上記各温
度領域に対して各々独立して上記第２端部から上記第１
端部へ被加熱ガスを透過させる被加熱ガス供給手段とを
備え、上記第１端部に隣接する位置に、各温度領域を通
過した被加熱ガス同士を混合させる混合部を設けたもの
である（請求項１）。

【００１４】上記複数の温度領域に高温部と低温部を含
む場合（請求項２）、上記高温部は上記蓄熱体の内側部
に形成し、上記低温部は上記蓄熱体の外側部に形成する
のが好適である（請求項３）。

【００１５】より具体的には、上記高温部と低温部がガ
スの透過方向に積層された複数の蓄熱用ブロックで形成
され、各蓄熱用ブロックがこのブロックをガスの透過方
向に貫くガス通路を有するものが、好適である（請求項
４）。

【００１６】この場合、上記高温部や低温部に積層され
た蓄熱用ブロックは、周方向、径方向の少なくとも一方
に分割されていることが、より好ましい（請求項６）。
また、上記高温部での蓄熱用ブロックの積層境界位置と
上記低温部での蓄熱用ブロックの積層境界位置とはガス
の透過方向にずれているのが、より好ましい（請求項
７）。

【００１７】また、上記高温部と上記低温部のいずれか
一方はガスの透過方向に積層された複数の蓄熱用ブロッ
クで形成され、各蓄熱用ブロックはこれをガスの透過方
向に貫くガス通路を有し、上記高温部と上記低温部のう
ちの他方は多数のペブル型蓄熱体を充填することにより
形成されているものであってもよい（請求項８）。

【００１８】上記被加熱ガス供給手段としては、上記高
温部及び上記低温部への被加熱ガスの流量を調節する流
量調節手段と、被加熱ガスの上記蓄熱体への供給開始
後、時間の経過とともに被加熱ガスの高温部への流量を
増加させるように上記流量調節手段を制御する制御手段
とを備えたものや（請求項９）、上記混合部で混合され
た被加熱ガスの温度を検出する温度検出手段と、上記高
温部と上記低温部への被加熱ガスの流量を調節する流量
調節手段と、上記温度検出手段により検出された温度に
基づき、加熱後の被加熱ガスの温度を所定の温度に保つ
方向に上記高温部及び上記低温部への被加熱ガスの流量
を各々調節させる制御手段とを備えたもの（請求項１
０）が、好適である。

【００１９】また本発明は、互いに温度の異なる複数の
温度領域が形成可能な蓄熱体を容器内に備えた蓄熱型熱
交換器の運転方法であって、上記各温度領域に各々独立
して被加熱ガスを透過させ、透過後の被加熱ガス同士を
混合するとともに、この被加熱ガスの上記蓄熱体への供
給開始後、時間の経過とともに上記温度領域のうち温度
が高い領域への被加熱ガスの流量を増加させるものであ
る（請求項１１）。

【００２０】また本発明は、互いに温度の異なる複数の
温度領域が形成可能な蓄熱体を容器内に備えた蓄熱型熱
交換器の運転方法であって、上記各温度領域に各々独立
して被加熱ガスを透過させ、透過後の被加熱ガス同士を
混合するとともに、この混合された被加熱ガスの温度を
検出し、この温度を所定の温度に保つように各温度領域
での被加熱ガスの透過流量を制御するものである（請求
項１２）。

【００２１】

【作用】請求項１記載の蓄熱型熱交換器によれば、加熱
ガスによる加熱後に生じる温度分布により、蓄熱体内部
には、互いに温度の異なる複数の温度領域がガスの透過
方向と直交する方向に並んで形成される。そこで、被加
熱ガスを各温度領域に互いに独立して透過させるととも
に、請求項９，１１のように、蓄熱体への被加熱ガスの
供給開始後時間の経過とともに高温部への被加熱ガスの
流量を増加させたり、請求項１０，１２のように、各温
度領域を通過して混合された被加熱ガスの温度を検出
し、この温度を所定の温度に保つように各温度領域への
被加熱ガスの流量を制御したりすることにより、加熱さ
れた被加熱ガスの温度を長時間にわたって所望の温度に
安定して維持することができる。

【００２２】一般に、蓄熱体の外側部は断熱容器の側壁
に近くて放熱しやすいため、高温部を蓄熱体の内側部
に、低温部を蓄熱体の外側部に形成することが可能であ
る（請求項３）。この熱交換器では、被加熱ガス導入当
初は外側部に被加熱ガス透過を優先させることにより、
上記外側部が断熱容器外側の大気によって冷却される前
に、外側部の熱エネルギ−を効率良く利用できる。

【００２３】請求項４記載の熱交換器では、蓄熱体が、
ガス透過方向のガス通路をもつ複数の蓄熱用ブロックを
積層することにより形成される。この構成では、蓄熱体
と被加熱ガスの間での熱交換を効率的に行うことができ
る。特に、請求項５，６記載の熱交換器では、上記蓄熱
用ブロックを径方向あるいは周方向に分割しているの
で、各ブロック間の隙間で蓄熱体の熱膨脹を吸収でき、
熱的強度及び耐熱性を著しく高めることができる。ま
た、請求項７記載の熱交換器では、高温部でのブロック
積層境界位置と低温部でのブロック積層境界位置とをガ
スの透過方向にずらしている分、熱エネルギ−が高温部
から低温部に移動するのを抑制できる。すなわち、温度
の異なる領域間の断熱効果を著しく高めることができ
る。

【００２４】また、請求項８記載の熱交換器では、高温
部と低温部のいずれか一方を多数のペブル型蓄熱体の充
填により形成しているので、各蓄熱体同士の隙間で蓄熱
体と被加熱ガスとの間の熱交換を効率良く行うことがで
きる。

【００２５】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図４に基づいて
説明する。図１に示す蓄熱型熱交換器は、上下に延びる
断熱容器１０を備え、その上端に高温加熱ガス生成用の
バーナ１２が配設されている。断熱容器１０内には、上
方に混合室（混合部）１４を残してその下方に中心部用
蓄熱体１６と外周部用蓄熱体１８が収納されている。中
心部用蓄熱体１６と外周部用蓄熱体１８は、図１の上下
方向（ガス透過方向）に積層されたれんが（蓄熱用ブロ
ック）で形成され、れんがの間を加熱ガス及び被加熱ガ
スが透過するようになっている。更に、中心部用蓄熱体
１６及び外周部用蓄熱体１８のれんがには、各れんがを
断熱容器１０の垂直方向に貫くガス通路１６ａと１８ａ
が設けられ、このガス通路１６ａ，１８ａを通じてもガ
スが透過できるようになっている。

【００２６】図２に示すように、上記中心部用蓄熱体１
６は円板状をなし、これを径方向（ガス透過方向と直交
する方向）の外側から取り巻くように外周部用れんが型
蓄熱体１８が積層されている。外周部用れんが型蓄熱体
１８は、周方向及び径方向に分割され、上下に隣接する
外周部用蓄熱体１８同士の積層境界１９が、同じく上下
に隣接する中心部用れんが型蓄熱体１６同士の境界１７
に対して上下方向にずれるように、両れんが型蓄熱体１
６，１８が積層されている。

【００２７】図２に示すように、上記中心部用蓄熱体１
６は同心円状に形成された中心核部と境界部を有してい
る。境界部は周方向に相互に分割された所定の数のれん
がで形成されている。外周部用蓄熱体１８は、円環形状
をしており、中心部用蓄熱体１６の周りに載置され、周
方向及び径方向に分割された所定の数のれんがで形成さ
れている。

【００２８】さらに、この実施例では、中心部用蓄熱体
１６でのれんがの積層境界１７の位置と、外周部用蓄熱
体１８のでのれんがの積層境界１９の位置とが、互いに
上下方向にずらされている。

【００２９】なお、本発明ではこれら蓄熱体１６，１８
の材質を問わない。ただし、この実施例のようにＭＨＤ
発電設備に用いられる蓄熱型熱交換器では、蓄熱体１
６，１８の上部Ａの加熱温度が非常に高くなるので、こ
のＡ部にはジルコニア製のれんが等を、その下方のＢ部
にはアルミナ製のれんが等を用いるのが好ましい。

【００３０】断熱容器１０の底部には、第１通路２０及
び第２通路２２が設けられている。第１通路２０は、断
面円形をしており、被加熱ガスを中心部用蓄熱体１６に
のみ導入するよう、中心部用蓄熱体１６の底部と接続さ
れている。第２通路は、断面円環状をしており、被加熱
ガスを外周部用蓄熱体１８にのみ導入するよう、外周部
用蓄熱体１８の底部と接続されている。すなわち、第１
通路２０と第２通路２２は、第２通路２２が第１通路２
０を取り囲む形で相互独立している。この第１通路２０
の下部に設けられた入口２４には、流量調節弁（流量調
節手段）２６を介して図略の被加熱ガスの供給源が接続
され、かつ、この被加熱ガス供給源は、流量調節弁（流
量調節手段）３０を介して上記第２通路２２下部の入口
２８に接続されている。

【００３１】また、断熱容器１０において上記混合室１
４に隣接した位置には、断熱容器１０から排出される被
加熱ガスを導出する排出口３２が形成され、この排出口
３２が弁３４を介して下流側の装置に接続されるように
なっている。

【００３２】この蓄熱型熱交換器には、制御装置（流量
制御手段）３５が付設されている。この制御装置３５
は、上記流量調節弁２６，３０と連結され、第１通路２
０及び第２通路２２でのガスの流量を各々独立して調節
するものである。

【００３３】次に、この蓄熱型熱交換器の作用を説明す
る。

【００３４】まず、弁２６，３０，３４を閉じ、バーナ
１２を作動させて高温の加熱ガスを発生させ、これを蓄
熱体１６，１８に対してその上端（第１端部）から下端
（第２端部）へ向けて透過させる。蓄熱体１６，１８を
下方に透過した加熱ガスは、断熱容器１０の外へ、図略
の排出口を通って排出され、この加熱ガスが蓄熱体１
６，１８の各ガス通路１６ａ，１８ａ内を通過する際、
この加熱ガスの熱エネルギ−が蓄熱体１６，１８に伝導
される。ここで、外周部用蓄熱体１８は断熱容器１０の
側壁に隣接しており、中心部用熱交換器に比べて熱交換
器外部の大気と熱交換しやすい（すなわち冷却されやす
い）ので、この外周部用蓄熱体１８の温度は、通常、中
心部用蓄熱体１６の温度より低くなる。

【００３５】このような加熱終了後、弁３４を開いた状
態で、制御装置３５は流量調節弁２６，３０を開く。そ
の後、第１，第２通路２０、２２を通じて、中心部用蓄
熱体１６及び外周部用蓄熱体１８に対し個別に被加熱ガ
スを供給し、この被加熱ガスを蓄熱体１６，１８に対し
て下端から上端に通した後、混合室１４で混合して排出
口３２から排出する。

【００３６】この時、制御装置３５は、図４に示すよう
に、弁２６，３０を制御する。すなわち、被加熱ガスの
総供給流量を一定に保ちながら、時間の経過に伴い、高
温部である中心部用蓄熱体１６に対する被加熱ガスの供
給流量の割合を次第に増やし、逆に低温部である外周部
用蓄熱体１８に対する被加熱ガスの供給流量の割合を次
第に減らすような流量制御を行う。

【００３７】その制御内容を図４のグラフに例示する。
この例では、熱交換の初期に（すなわち、０分時に）、
被加熱ガスの６０％を外周部用蓄熱体１８に供給し、残
り４０％を中心部用蓄熱体１６に供給する。次いで、外
周部用蓄熱体１８に供給する被加熱ガスの量を次第に減
らす。加熱開始から１０分が経過した時点で外周部用蓄
熱体１８への被加熱ガスの供給を停止し、被加熱ガスの
ほとんど全量を中心部用蓄熱体１６にのみ供給する。

【００３８】このような制御によれば、被加熱ガスの供
給初期、すなわち、外周部用蓄熱体１８がまた十分な高
温となっている期間は、多くの被加熱ガスを外周部用蓄
熱体１８に送ることにより、この外周部用蓄熱体１８の
もつ熱エネルギーを有効に利用できる。そして、時間の
経過と共に、温度が低下し易い外周部用蓄熱体１８を透
過する被加熱ガスの流量を次第に減少させ、その代わり
に、依然として高温を保つ中心部用蓄熱体１６へのガス
流量割合を増やすことにより、外周部用蓄熱体１８での
温度降下を補うことができ、その結果、被加熱ガスの供
給初期から長い時間にわたって、排出される被加熱ガス
の温度を比較的高温に安定して維持することが可能にな
る。

【００３９】特に、この実施例では、中心部用蓄熱体１
６の積層境界１７の位置と、外周部用蓄熱体１８での積
層境界１９の位置とを上下方向にずらしており、被加熱
ガスが中心部用蓄熱体１６から外周部用蓄熱体１８にあ
るいはその逆に移動するのを抑制しているので、蓄熱体
１６，１８間の断熱性が高く、上記効果をより顕著に得
ることが可能となっている。

【００４０】また、この実施例では、中心部用蓄熱体１
６と外周部用蓄熱体１８を周方向及び径方向に分割して
いるので、蓄熱体１６，１８の熱膨張を各分割ブロック
間に形成された隙間によって吸収でき、その結果、熱的
強度や耐熱性を高めることができる。

【００４１】図３（ａ）は、この実施例における蓄熱型
熱交換器での被加熱ガス（アルゴンガス）温度の時間変
化を示し、同図（ｂ）は前記図１０に示すような従来の
蓄熱型熱交換器での被加熱ガス（アルゴンガス）温度の
時間変化を示したものである。この図３（ｂ）に示すよ
うに、従来の蓄熱型熱交換器では、熱交換の初期は、非
常に高温の被加熱ガスを生成することができるものの、
時間経過に伴ってほぼ直線的に被加熱ガスの温度が低下
して最終時点ではかなり低い温度になる。これに対し、
同図（ａ）に示すように、本実施例の蓄熱型熱交換器に
よれば、熱交換の間中、排出される被加熱ガスの温度を
長時間にわあった比較的高温に安定して維持することが
可能である。

【００４２】次に、図５を参照して第２実施例を説明す
る。この実施例では、前記第１実施例における制御装置
３５に代え、流量制御手段３６が設けられている。この
流量制御手段３６は、排出口３２から排出される被加熱
ガスの温度を検出し、この検出温度に基づいて弁２６，
３０での流量をフィードバック制御するものであり、よ
り具体的には、第１及び第２通路２０，２２に供給され
る被加熱ガスの量を流量調節弁２６，３０によってそれ
ぞれ制御し、排出口３２から排出される被加熱ガスの温
度を目標の一定値に維持する。従って、排出される被加
熱ガスの温度が下がれば、流量調節弁２６から中心部用
蓄熱体１６に供給される被加熱ガスの量を増加させる。
このような制御により、第１実施例と同様、排出される
被加熱ガスの温度を長時間にわたって比較的高温域に安
定して維持できる。

【００４３】本発明は以上のような実施例に限定される
ものでなく、例として次のような態様及び実施例をとる
ことも可能である。

【００４４】(1) 前記各実施例では、制御装置３５や流
量制御手段３６を備えた自動制御システムを示したが、
本発明では蓄熱体１６，１８への被加熱ガスの透過を手
動で制御するようにしてもよい。

【００４５】(2) 図２には、蓄熱体１６，１８が径方向
及び周方向に分割された所定の数のブロックで形成され
たものを示したが、熱膨張を特に考慮に入れなくても良
い場合には、これら蓄熱体１６，１８は、径方向あるい
は周方向のいずれかに分割されたブロックで形成しても
よい。また、蓄熱体自体の構造も上記実施例に限定され
ず、例えば、図６（ａ）に示すように、正六角形等のエ
レメント４０を組み合わせ、これを径方向に分断するこ
とにより中心部用れんが型蓄熱体４２と外周部用れんが
型蓄熱体４４とを形成するようにしてもよいし、同図
（ｂ）に示すように中心部用れんが型蓄熱体１６及び外
周部用れんが型蓄熱体１８を矩形状にしてもよい。

【００４６】(3) 上記第１実施例及び第２実施例では、
中心部を高温部、外周部を低温部としているが、断熱容
器が中空状（横断面ドーナツ状）、すなわち中心部をも
たない断面形状を有している場合には、断熱容器の内周
壁に隣接した最内部及び外周壁に隣接した最外部が低温
部、これら最内部と最外部に挾まれた部分が高温部とな
る。この場合も、互いに温度の異なる低温部及び高温部
がガス透過方向と直交する方向に並んで形成されること
になり、これら高温部及び低温部でのガス透過流量を独
立して制御することにより、前記各実施例と同様の効果
が得られる。

【００４７】(4) 上記第１実施例及び第２実施例では、
中心部用蓄熱体、外周部用蓄熱体ともに、ガス通路を有
するれんが状ブロックで形成されたものを示したが、第
３実施例として図７に示すように、外周部用蓄熱体を、
多数のペブル型蓄熱体（不規則な外形をもつ小石状の固
形物）４６の充填により形成してもよいし、第４実施例
として図８に示すように、中心部用蓄熱体に上記ペブル
型蓄熱体４６を用いてもよい。この場合、各ペブル型蓄
熱体４６同士の隙間で蓄熱体とガスとの熱交換を効率よ
く行うことができる。

【００４８】(5) 上記実施例では、蓄熱体を高温部と低
温部との２つの部分に分けたものを示したが、本発明で
は蓄熱体を３つ以上の部位に分けるようにしてもよい。
この場合も、各部に対応して相互独立した被加熱ガスの
供給通路を設けることにより、上記と同様の効果が得ら
れる。

【００４９】(6) 本発明は、単一の熱交換器でも安定し
た被加熱ガスが得られるものであるが、特開昭６１−２
８５３９４号公報等に示されるように複数の熱交換器を
併用するようにしてもよい。

【００５０】(7) 上記実施例では、断熱容器の上端に設
けられたバ−ナから加熱ガスを下方に透過させることに
より、高温部を中心部に、低温部を外周部にそれぞれ形
成しているが、第５実施例として図９に示すように、蓄
熱体の外周部に高温部を形成し、中心部に低温部を形成
するようにしてもよい。同図の蓄熱型熱交換器では、被
加熱ガス供給ラインと加熱ガス排出ラインとが断熱容器
１０の底部に設けられている。被加熱ガス供給ライン
は、断熱容器１０に供給される被加熱ガスの総流入量を
調節する総流入量調節弁２６´と、通路２０への被加熱
ガスの流入量と通路２２への被加熱ガスの流入量との比
率を調節する支流流入量調節弁３０´を備えている。加
熱ガス排出ラインは、断熱容器１０から排出される加熱
ガスの総排出量を調節する総排出量調節弁３７と、通路
２０から排出される加熱ガスの排出量と通路２２から排
出される加熱ガスの排出量との比率を調節する支流流出
量調節弁３８を備えている。上記調節弁２６´，３０
´，３７，３８は制御装置３５によって制御され、この
うち被加熱ガス調節弁２６´，３０´は図１に示したシ
ステムと同様に制御される。一方、加熱ガス調節弁３
７，３８の流量は、通路２０から排出される加熱ガスよ
りも通路２２から排出される加熱ガスの量が多くなるよ
うに制御される。このような加熱ガス流量制御により、
中心部用蓄熱体１６よりも外周部用蓄熱体１８の方がよ
り高温に熱せられ、その結果、高温部は外周部に形成さ
れ、低温部は中心部に形成される。

【００５１】(8) 上記実施例では、高温部と低温部とが
同軸状に配列されているが、これら高温部と低温部を水
平方向に並置することも可能である。例えば、高温部を
蓄熱体の右半分に設け、低温部を左半分に設けるように
してもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。

【００５３】請求項１記載の熱交換器では、加熱ガスが
蓄熱体を透過した後の温度分布に基づいて蓄熱体を複数
の温度領域（請求項２では高温部と低温部）に分け、各
領域に対して個別に被加熱ガスを供給し、各領域を通過
した後のガスを混合部で混合するようにしたものである
ので、被加熱ガスの供給開始後、請求項９，１１記載の
ように時間の経過に伴って上記高温部への被加熱ガス供
給流量を増加させたり、請求項１０，１２記載のように
混合後の被加熱ガス温度を検出してこの検出温度を所定
温度に保つように各領域への被加熱ガスの流量を制御す
るよことにより、熱交換器の台数を増やさなくても、加
熱後の被加熱ガス温度を長い時間にわたって安定して所
望の高温に維持することができる効果がある。

【００５４】より具体的に、請求項３記載の熱交換器で
は、高温部を中心部に設け、断熱容器の内壁と接触して
いる外周部を低温部、断熱容器内壁から離れた中心部を
高温部とすることにより、蓄熱体内部に蓄積された熱エ
ネルギ−を効率よく利用できる効果がある。

【００５５】ここで、請求項４記載のように上記蓄熱体
を蓄熱用ブロックの積層により形成する場合、請求項
５，６記載のように蓄熱体を径方向や周方向に複数のブ
ロックに分割することにより、これらブロック同士の隙
間で蓄熱体の熱膨脹を吸収でき、蓄熱体の熱的強度及び
耐熱性を高めることができる効果がある。また、請求項
７記載のように、高温部でのブロック積層境界位置と低
温部でのブロック積層境界位置とをガス透過方向にずら
すことにより、熱エネルギ−が高温部から低温部に移動
するのを抑制し、高温部と低温部との間の断熱性を高め
ることができる効果がある。

【００５６】一方、請求項８記載の熱交換器では、高温
部と上記低温部のうちの一方を多数のペブル型蓄熱体を
充填することにより形成しているので、これらペブル型
蓄熱体同士の隙間で蓄熱体とガスとの熱交換を効率よく
行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における蓄熱型熱交換器の
全体構成図である。

【図２】上記蓄熱型熱交換器内に積層されるれんがで形
成された蓄熱体の斜視図である。

【図３】（ａ）は上記蓄熱型熱交換器における被加熱ガ
ス排出温度の時間変化を示すグラフ、（ｂ）は従来の蓄
熱型熱交換器における被加熱ガス排出温度の時間変化を
示すグラフである。

【図４】上記蓄熱型熱交換器において行われる流量制御
の内容を示すグラフである。

【図５】本発明の第２実施例における蓄熱型熱交換器の
全体構成図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は上記蓄熱体の変形例を示す平面
図である。

【図７】本発明の第３実施例における蓄熱型熱交換器の
全体構成図である。

【図８】本発明の第４実施例における蓄熱型熱交換器の
全体構成図である。

【図９】本発明の第５実施例における蓄熱型熱交換器の
全体構成図である。

【図１０】従来の蓄熱型熱交換器の一例を示す全体構成
図である。

【符号の説明】

１０断熱容器１２バーナ１４混合室１６中心部用蓄熱体１７，１９積層境界１８外周部用蓄熱体２０第１通路２２第２通路２６，３０流量調節弁（流量調節手段）３５制御装置（流量制御手段）３６流量制御手段４６ペブル型蓄熱体

フロントページの続き (72)発明者リンシー．マークスベリーアメリカ合衆国ミネソタ州プライマウス，キングスビューレーン 509 (72)発明者山村利和兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者那谷修平兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者黒坂俊雄神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 17/02 F28D 20/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱壁で形成された容器と、熱エネルギ
−を蓄積するため上記断熱容器内に設けられ、第１端部
と、この第１端部と反対側にある第２端部を有し、上記
第１端部と第２端部との間でガスが透過可能な蓄熱体
と、加熱ガスを上記第１端部から上記第２端部へ透過さ
せることにより、上記蓄熱体に互いに温度の異なる複数
の温度領域が形成されるようにこの蓄熱体を加熱させる
加熱手段と、上記蓄熱体の加熱後、上記各温度領域に対
して各々独立して上記第２端部から上記第１端部へ被加
熱ガスを透過させる被加熱ガス供給手段とを備え、上記
第１端部に隣接する位置に、各温度領域を通過した被加
熱ガス同士を混合させる混合部を設けたことを特徴とす
る蓄熱型熱交換器。
【請求項２】請求項１記載の蓄熱型熱交換器におい
て、上記複数の温度領域は高温部と低温部を含むことを
特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項３】請求項２記載の蓄熱型熱交換器におい
て、上記高温部は上記蓄熱体の内側部に形成され、上記
低温部は上記蓄熱体の外側部に形成されることを特徴と
する蓄熱型熱交換器。
【請求項４】請求項２または３記載の蓄熱型熱交換器
において、上記高温部と低温部はガスの透過方向に積層
された複数の蓄熱用ブロックで形成され、各蓄熱用ブロ
ックはこのブロックをガスの透過方向に貫くガス通路を
有していることを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項５】請求項４記載の蓄熱型熱交換器におい
て、上記高温部に積層された蓄熱用ブロックは周方向、
径方向の少なくとも一方に分割されていることを特徴と
する蓄熱型熱交換器。
【請求項６】請求項４または５記載の蓄熱型熱交換器
において、上記低温部に積層された蓄熱用ブロックは周
方向、径方向の少なくとも一方に分割されていることを
特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項７】請求項４〜６のいずれかに記載の蓄熱型
熱交換器において、上記高温部での蓄熱用ブロックの積
層境界位置と上記低温部での蓄熱用ブロックの積層境界
位置とをガスの透過方向にずらしたことを特徴とする蓄
熱型熱交換器。
【請求項８】請求項２または３記載の蓄熱型熱交換器
において、上記高温部と上記低温部のいずれか一方はガ
スの透過方向に積層された複数の蓄熱用ブロックで形成
され、各蓄熱用ブロックはこれをガスの透過方向に貫く
ガス通路を有し、上記高温部と上記低温部のうちの他方
は多数のペブル型蓄熱体を充填することにより形成され
ていることを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の蓄熱型
熱交換器において、上記被加熱ガス供給手段は、上記高
温部及び上記低温部への被加熱ガスの流量を調節する流
量調節手段と、被加熱ガスの上記蓄熱体への供給開始
後、時間の経過とともに被加熱ガスの高温部への流量を
増加させるように上記流量調節手段を制御する制御手段
とを備えていることを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項１０】請求項１〜８のいずれかに記載の蓄熱
型熱交換器において、上記被加熱ガス供給手段は、上記
混合部で混合された被加熱ガスの温度を検出する温度検
出手段と、上記高温部と上記低温部への被加熱ガスの流
量を調節する流量調節手段と、上記温度検出手段により
検出された温度に基づき、加熱後の被加熱ガスの温度を
所定の温度に保つ方向に上記高温部及び上記低温部への
被加熱ガスの流量を各々調節させる制御手段とを備えて
いることを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項１１】互いに温度の異なる複数の温度領域が
形成可能な蓄熱体を容器内に備えた蓄熱型熱交換器の運
転方法であって、上記各温度領域に各々独立して被加熱
ガスを透過させ、透過後の被加熱ガス同士を混合すると
ともに、この被加熱ガスの上記蓄熱体への供給開始後、
時間の経過とともに上記温度領域のうち温度が高い領域
への被加熱ガスの流量を増加させることを特徴とする蓄
熱型熱交換器の運転方法。
【請求項１２】互いに温度の異なる複数の温度領域が
形成可能な蓄熱体を容器内に備えた蓄熱型熱交換器の運
転方法であって、上記各温度領域に各々独立して被加熱
ガスを透過させ、透過後の被加熱ガス同士を混合すると
ともに、この混合された被加熱ガスの温度を検出し、こ
の温度を所定の温度に保つように各温度領域での被加熱
ガスの透過流量を制御することを特徴とする蓄熱型熱交
換器の運転方法。