JP4155737B2 - 蓄熱式熱酸化装置の空気箱 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、蓄熱及び熱伝達する材料からなる１つ又は複数のベッドを有し、ガス入口／出口と連結されかつ前記ベッドの1つに向かう透過面を有している蓄熱式熱酸化装置の空気箱に関する。
【０００２】
【背景技術】
空気又はガスに含まれる汚染物質は、当該汚染物質が燃焼又は分解されるような極めて高温で前記空気を加熱することによって排除できる。これを達成する１つの経済的な方法は、汚染された空気をいわゆる蓄熱式熱酸化装置（regenerative thermal oxidizer ；RTO）に通すことであり、この空気は、蓄熱及び熱伝達する媒体の基材を通って流すことにより行われる。前記媒体中での温度分布は、第１に空気が反応温度に加熱され、その後、再び冷却されるようになっている。この方法では、空気が簡単に加熱されるのみで、この空気の加熱に使用した熱は、再利用のために回収される。この方法での装置は、極めてエネルギを節約するように作られている。
【０００３】
熱を節約しかつ熱伝達する媒体における温度分布を維持するためには、装置を通過する空気流の方向は、あるインターバルで規則的に逆になる。この方法における蓄熱及び熱伝達する媒体の種々の部分は、通過する空気から熱を受け入れる部分と、熱を与える部分として交互に機能し、それらの中間の温度を維持することになり、媒体の温度分布は不変のままである。
【０００４】
この種装置の一般的な形態が、図1に示されている。前記蓄熱及び熱伝達する媒体は、共通の燃焼室１３周囲の２つの異なるベッド１１及び１２上に分布されている。空気は、下部から入り、底部が冷たく頂部が暖かいベッド１１を通って上方に向い、その通路で加熱される。空気が燃焼室１３に入ると、この燃焼室１３内で燃焼及び／又は分解反応が行われる温度に到達し、引き続いてゼロか又は非常にわずかな追加的熱のみが生じる。その後、空気は、底部が冷たく頂部が暖かいベッド１１のようなベッド１２を通って下方に向う。したがって、空気が保有する熱は、ベッド材に徐々に放出され、如何なる大きな熱エネルギも伝達しないダンパ機構１４を介して出口１５を通って出る。この装置を通る気流方向は、空気がベッド１１を通って入りベッド１２を通って出たり、ベッド１２を通って入りベッド１１を通って出たりする交互の方法で、規則的にあるインターバルで逆に流される。気流方向の逆転は、ダンパ機構１４を用いて行われる。多数のベッドや蓄熱器（たまに使用される呼称）が共通の燃焼室周辺に配置されている同様の形式の装置も存在している。
【０００５】
他の形式の装置が、米国特許明細書 ４ ７６１ ６９０に記載され、かつ図２に示されている。この場合、熱伝達及び蓄熱する材料からなるただ１つのベッド２１が使用されている。このベッドの温度分布は、ベッドの底部と頂部の温度が両方とも低く、これに対してベッドの中央の温度が高くなっている。浄化される空気は、交互に上下方向からベッドを通るようにダンパ機構２２によって運ばれる。最初に、空気は、加熱され、そして燃焼及び／又は分解反応がベッドの中央で行われる。それから、空気は、ベッドの残りの部分を通り外方に向い、そこの通路で冷却され、そして、大量のエネルギを空気と共に運び出すことなく装置に残すことができる。ベッドを通る気流方向の反転により、ベッドの上下部は、図1に示される形態の装置である２つの蓄熱器１１及び１２を有するものと類似し、気流を加熱及び冷却するために、交互に加熱と冷却する媒体として機能する。手段を対応させると、図２に示される装置であるベッドの中心は、図1に示される装置の燃焼室１３を有するものと同様に機能する。
【０００６】
空気は、装置に入りまた装置から出るとき分配され、ベッドの面からそれぞれが集められる。これは、それぞれ、図1に１６及び１７として示され、図２に２３及び２４として示される空気箱を使用することによって達成される。いずれの形式の装置も、気流方向の反転による不利益を被っており、流入する非浄化の空気を扱う空気箱が、浄化された空気の流出を扱う空気箱に変化することになる。これは、反転の瞬間に空気箱内にある空気が、浄化されてない装置出口にダンパ機構により運ばれることを意味する。前記装置を通る気流方向の各反転により、非浄化空気の「吹出し（whiff）」が発生すると、結果的に装置の浄化度を低減する。
【０００７】
前記浄化度の低減を最小にするためには、非浄化空気の量ができるだけ少ないことが望ましいが、そのためには、大きさを最も小さくできる空気箱の使用が望ましい。小さい空気箱は、高速の空気流を発生させることになり、結果的に高い動圧を発生させる。浄化度の低減を緩和する他の方法は、貯溜部での各反転時の前記吹出しを集めることであり、その後、この集めた空気量を再処理するために、戻すことである。しかし、非浄化空気のフラッシング（突然の流出）は、理想的な差込み流のように行われない。空気箱の出口から最も遠くに離れている空気の速度は、遅いものである。これは、前記吹出しを完全に排除することを望む場合、再処理のために再循環するに必要となる容量が空気箱の容量をかなり超えることを意味する。したがって、貯溜部のサイズは、かなり大きなものでなければならず、かつ当該装置の流す能力に著しく影響するほど再循環される流れが十分に大きいものでなければならない。再度言うが、できるだけ小さい容量の空気箱を使用することが望ましい。
【０００８】
装置機能を有効にするために、蓄熱及び熱伝達する媒体を通る流れが均一に分配されることは、重要である。特に重要な形態は、前記媒体のある一部を両方向に通る空気の量が等しいことである。さもないと、温度状態が中間的な気流の反転は、再生処理されない。空気箱において入口や導入部分では、空気速度は、空気箱の離れた端部での空気速度を超えることになる。これは、出口に最も近い位置の空気箱部分の静圧が、離れた部分より低いことを意味する。空気箱に入る流れの場合と、空気箱から出る流れの場合の両方ともである。また、これは、ベッド材料を通る垂直流が水平流によって覆われることを意味する。仮に、水平流が大きくなりすぎると、装置の機能は危険にさらされる。圧力差は、より大きくなり、空気箱内部での空気速度もより大きくなる。従って、これらの量は、下方で減少される。これは、大きい装置に特にダメージを与える。大きな水平拡張は、処理操作可能な装置の横方向長さに対する処理に要する空気量をかなり大きなものを確保するために、空気箱にかなり大きい垂直高さが必要になる。
【０００９】
本発明の教示によれば、空気箱容量を減少し、かつ空気箱のフラッシング時間を短くすることが、ともに可能になる。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明の一実施形態は、図３に示されている。この図に示された空気箱１は、入口／出口２を有している。前記空気箱の目的は、蓄熱及び熱伝達する材料３からなるベッドと連結することである。新規な特徴は、空気箱１がベッド３に近接した側の１つの区画５と、ベッドから離間された側の１つの区画６という２つの区画に当該空気箱１を分割する仕切り４を有することである。２つの区画は、仕切りの周囲に沿って伸延する隙間(連通口)７を介して連通している。ベッドの隣に位置する区画５は、全周から空気が供給されるので、横方向の長さは大きいが、高さ方向の寸法は短い。従って、結果として、空気速度が高速になったり、この区画内での圧力差が大きくなったりすることなく、小さい高さ寸法で、小容積の空気箱区画５を提供することが可能となる。同時に、実際に速度が低い場合の空気量は小さくなり、従って、装置を介して気流方向の反転による汚染された空気のフラッシングは、これまでより短い時間で得られる。区画６は、ベッドに直接接していない。このために、従来の空気箱よりこの区画の方が、より高い空気速度が許容される。区画５及び６のトータル容量は、従来の空気箱の容量より小さく作ることができる。空気箱の区画６には、空気速度が低く、従って長いフラッシング時間を必要とするようなエリアはない。
【００１１】
図４及び５は更に詳細に同様の実施形態を示し、図５は斜め下方からの図として空気箱１を示している。図は、ベッドの横側部を囲む絶縁壁８も示している。
【００１２】
新規な形状の空気箱によって提供される追加的な利点は、従来の空気箱の離れた端部で発生した高圧エリアが、その代替として区画５の中心にシフトすることである。ベッドの中心で起こる気流の乱れは、結果としてベッドで熱損失を生じるが、すでに起こっている周囲の熱損失で、ベッドの外壁に隣接した部分で起こる乱れ程重大でない。他方、本発明による装置においては、低圧エリアが外壁全体に沿って形成され、結果的に外壁での熱的経済が改良され、そしてこれを作ると、より省エネルギ型の方法で装置全体を作動することができる。
【００１３】
装置が準備され、十分な作動温度になったとき、装置を通って流れる空気がないと、その熱は、頂部から底部の方向にベッド材を介して伝導される。これは、ベッドから熱を失わせる。このとき本発明で示されるように、仕切りを備えた空気箱を提供することは、仕切りが、空気流の一部を妨げる放熱遮蔽体として機能するという付加的効果がある。
【００１４】
結果的には、熱損失が減少した。加えて、装置の最外部での温度は低く、ふた及びガスケットにおいて精巧でなくかつより少ない耐熱材料よりなる複数のケースの使用を許容でき、また、時々作られる装置の外面上での接触保護手段も不必要となる。この効果を高めるため、仕切りは、低い放熱係数を有しかつその結果として相当な反射率を有する材料で作るか覆うことが好ましい。
【００１５】
ベッド中で所望の流れ分布を達成するために、空気箱の２つの区画５及び６を相互に連結する隙間の幅を変化させることも可能である。より大きい流れが要求される所では、前記隙間はより広く作られるが、またその逆も同様である。一般に機能に否定的な影響を及ぼすことないように、局所的な流れを抑えるためにあるいは構造的な目的のために、前記隙間を不連続に作ることもできる。同様に、前記隙間は、仕切りの周囲に分配開口部と部分的に又は全体的に取り替えてもよい。空気箱の区画５及び６が２方向のみから連通する実施形態でも、仕切りのない空気箱以上の利点を提供する。
【００１６】
また、発明の目的は、さらに連結する場合（直列的連結）、あるいは周囲に沿って加える場合（房状連結）、２つの空気箱区画の間に存在し、つまり２つの区画間の仕切りが空気箱全体を横切って伸延しない場合も機能することができる。ベッドの両側にいくつかの空気箱を使用することは、本発明の範囲内で同様に可能である。上記した、水平及び垂直の方向に関する点は図面を参照されたい。明らかに、装置は、流れ方向がこの装置機能の原理を変更することなく図示されたものと相違するように設定することもできる。
【００１７】
仕切り以外の他の手段が空気箱に有利な方法で空気を分配するために使用できることも理解されるべきである。例えば、溝付きプレート又は同様の手段が、使用できる。加えて、説明及び添付の請求の範囲において用いられている、「空気」という文言は、本発明に係る空気箱を有する燃焼装置が他のガスを浄化するために使われる場合、他のタイプの汚染されたガスを含む点でも注意されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の空気箱を示す断面図である。
【図２】 従来の空気箱を示す断面図である。
【図３】 本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図４】 同実施形態の詳細を示す断面図である。
【図５】 同実施形態の空気箱を斜め下方から示す斜視図である。

Claims (2)

1. 蓄熱及び熱伝達する材料からなる1つあるいは複数のベッド(3)を有する蓄熱式熱酸化装置の空気箱(1)であって、前記空気箱(1)は、ガス入口／出口(2)と連結され、前記ベッド(3)のうちの1つに向かうガス透過面(9)を有し、プレート状部材 (4) が、前記空気箱 (1) を第１と第２の区画（各 5 と 6 ）に本質的に仕切り、前記ガス透過面 (9) は第 1 の区画 (5) に位置し、前記ガス入口／出口 (2) は本質的に第２の区画 (6) に連通し、前記第１及び第２の区画（各 5 及び 6 ）は連通口（ 7 ）で連通されていることを特徴とする蓄熱式熱酸化装置の空気箱(1)。
2. 前記連通口（ 7 ）は、前記プレート状部材 (4) と前記空気箱 (1) の側壁との間の隙間として形成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式熱酸化装置の空気箱(1)。

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