JP4434674B2 - 蓄熱式熱交換器 - Google Patents
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Description
上記の事情に鑑みて、本発明においては、高温空気燃焼技術を適用した工業炉等燃焼装置の運転を停止することなく、フライアッシュ等の蓄熱回転体への付着による差圧の上昇を容易に解消することのできる、蓄熱式熱交換器を提供することを目的とする。
例えば、図4は、蓄熱式熱交換器の蓄熱体ハニカムを6段に直列に接続し、フライアッシュ等を含む高温ガスを流したものであるが、排ガスの流れに沿って上流側の1段目に付着物が極めて多いことがわかる。
なお、ここで「再生可能であること」とは、熱交換器の運転中において、次のいずれかの措置が可能であることをいう。
(1)畜熱回転体(又は畜熱回転体を構成する畜熱材)を蓄熱体熱交換器から取り出して 、洗浄することにより付着物を除去した上で再び熱交換器内に装填することが可能 であること。このとき、長時間の使用により蓄熱体の損耗が著しい場合には、蓄熱 体のすべてまたはその一部を新品に交換することを含む。なお、本書においては、 「洗浄」とは、蓄熱体の付着物を、液体により、または高圧空気、水蒸気により、 除去することをいう。
(2)蓄熱回転体(又は畜熱回転体を構成する畜熱材)を装填位置において洗浄すること により付着物を除去することが可能であること。
再生すべき蓄熱材は排出装置により容器外にいったん排出され、容器外で蓄熱材が洗浄されたり、不良蓄熱材が選別され廃棄される。そして、再生済又は未使用の蓄熱材を充填装置によって蓄熱材室に充填することによって、容易に第1の蓄熱回転体を再生することが可能となる。
第1の蓄熱回転体として蓄熱材を充填する構造を採用し、第1の蓄熱回転体の構造を単純にすることが可能であり、また、蓄熱材は、安価で取り扱いの容易なセラミックス製のぺブルとしても良い(請求項2)。
図1に示すように本熱交換器1は、円筒形状の胴部21を有し、この胴部21の図示上端及び下端にはそれぞれ鏡板状の上蓋部22、及び下蓋部23をそれぞれ備えており、胴部21、上蓋部22及び下蓋部23等により容器20が構成される。
胴部21の内部には、回転羽根状の回転隔壁31と底板32とが回転自在に嵌入されており、回転隔壁31、底板32、及び胴部21内面によって区画される複数の蓄熱材室38が形成され、この各蓄熱材室38に、第1の蓄熱回転体36及び第2の蓄熱回転体37を構成する蓄熱材34が、回転隔壁31上端まで充填される。
上部隔壁26の中央には、回転軸33を通し、蓄熱回転体35を回転自在に軸支するための円筒形状の軸受部26aが縦に配設されている。
また、胴部21及び上蓋部22の外側には、蓄熱材34を排出、供給するための排出装置と充填装置とが配設される。より詳しくは、排出装置の蓄熱材排出管41aは、胴部21に、棚板36a外側縁部にその底辺が一致する高さに穿たれた排出口41bから下方へ傾斜しつつ外方向へ向かってのび、図示しない蓄熱材回収ボックスに接続している。排出口41bの断面寸法は、蓄熱材34をスムーズに通すことができるに十分な大きさ程度である。また、蓄熱材排出管41aは、排出口41b側の端部近傍に、開閉駆動装置44aにより蓄熱材排出管41aを開閉できるシャッタ手段44を備えている。シャッタ手段44及び蓄熱材排出管41aの一部はケーシング40aにより覆われている。なお、これらの、蓄熱材排出管41a、シャッタ手段44及びその開閉駆動装置44a等が排出装置を構成している。なお、図1中、シャッタ手段44を表示するため、その近傍の蓄熱材34の表示を一部省略した。
まず、上部隔壁26、適宜の回転隔壁31、下部隔壁27の位置が一致する停止位置に蓄熱回転体35を回転させて停止させる。次に、排ガス流入管25aから図示しない工業炉等燃焼装置で発生する高温の排ガスを流入させ、図示下方に流し、燃焼排気ガス路空間3内の蓄熱回転体35に接触させ、排ガスの温度を下げるとともに回収熱を蓄熱回転体35に貯える。排ガスは、排ガス排気管25bを通って図示しない排ガス処理設備で処理された後、大気中へ放出される。排ガス温度が低下するので、後段の排ガス処理設備の負担が低減される。一方、図示しない給気設備から供給される燃焼用空気は、燃焼用空気流入管24bから熱交換器1に流入し、燃焼用空気路空間2内の蓄熱回転体35と接触して燃焼用空気供給管24aを介して図示しない工業炉等燃焼装置へ送られ、そこで燃料の微粉炭等と混合され燃焼させる。ここで、燃焼用空気路空間2内の蓄熱回転体35には既に排ガスからの熱回収による熱が貯えられているので、燃焼用空気が高温(例えば、800℃)まで加熱されている。このため、燃料の微粉炭等の燃焼は高温空気燃焼となる。
排出を行った蓄熱材室38については、蓄熱材34が減少しているので、次にその蓄熱材室38が燃焼排気ガス路空間3に移動した直後に、前述の畜熱材34の排出とは、逆の手順で、前述の図示しないホッパから蓄熱材供給管42aを介して蓄熱材室38に蓄熱材34を供給する。
なお、本実施例では燃焼用空気は下から上に流すものとしたが、逆に上から下に流すこととしてもよい。
本実施形態においては、棚板36aより下方に位置する第2の蓄熱回転体37についても、蓄熱材34を充填するものとしたが、ハニカム構造としてもよい。
次に、本発明に関連する参考例を図3より説明する。
本熱交換器5の胴部51、上蓋部52、下蓋部53、燃焼用空気供給管54b、燃焼用空気流入管54a、排ガス流入管55a、排ガス排気管55b、上部隔壁56、下部隔壁57の形状と機能は、第1の実施例における、同一名称の対応するそれぞれのものと同様に構成されるのでそれらの詳細な説明は省略する。
本熱交換器5の内部には、排ガスの流れに沿って上流側である、胴部51の略中央やや上部よりに第1の蓄熱回転体が嵌入される。この第1の蓄熱回転体61は、ハニカム構造を有し、円柱形状の蓄熱材61aを支持リング61bに嵌入したものである。このハニカム構造の中を排ガス、燃焼用空気が第1の蓄熱回転体61に接触しながら流れることができる。
第1の蓄熱回転体61と第2の蓄熱回転体62との間には、空間59が形成され、第1の隔壁56、第2の隔壁57に対応して円筒の胴部51を縦に分割する中部隔壁58が直径方向に配設される。中部隔壁58中央にも回転軸63を通すための軸受部58aがあり、第1の畜熱回転体61を回転させる回転軸63が、下方へのびて第2の畜熱回転体62をも回転させる。
本熱交換器5による排ガスの冷却、熱回収および燃焼用空気加熱の手順は、第1の実施例における熱交換器1の場合とほぼ同様であるので省略する。
図示しない工業炉等燃焼装置と本熱交換器5の運転により、排ガス中のフライアッシュ等が蓄熱材に付着し、排ガスや燃焼用空気のとおりが悪くなって熱交換器5前後の差圧が上昇する。かかる差圧の上昇を防止するため、付着物の殆どが付着する第1の蓄熱回転体の洗浄を一定時間毎または連続的に実施する。
2 燃焼用空気路空間
3 燃焼排気ガス路空間
5 蓄熱式熱交換器
6 燃焼用空気路空間
7 燃焼排気ガス路空間
20 容器
35 蓄熱回転体
36 第1の蓄熱回転体
37 第2の蓄熱回転体
38 蓄熱材室
41a 蓄熱材排出管
41b 排出口
42a 蓄熱材供給管
44 シャッタ手段
44a 開閉駆動装置
50 容器
59a 洗浄空間(燃焼用空気路空間側)
61 第1の蓄熱回転体
62 第2の蓄熱回転体
71 洗浄管
71a ノズル
Claims (2)
- 内部を燃焼排気ガス路空間と燃焼用空気路空間とに区画された容器と、
前記容器に装填され、前記燃焼排気ガス路空間と燃焼用空気路空間との間を回転移動する蓄熱回転体とを備え、
該蓄熱回転体が燃焼排気ガス路空間を移動するとき、前記燃焼排気ガス路空間を介して、前記容器の一端から他端に燃焼排気ガスを流して前記蓄熱回転体を加熱するとともに、該蓄熱回転体が前記燃焼用空気路空間へ移動するとき、前記燃焼用空気路空間を介して、前記容器の他端から一端に燃焼用空気を流して前記加熱された蓄熱回転体により燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器であって、
前記蓄熱回転体は、
燃焼排気ガスの流れに沿って上流側に洗浄又は交換によって再生可能に装填された第1の蓄熱回転体と、
該第1の蓄熱回転体の下流側に装填された第2の蓄熱回転体とを備え、
前記第1の蓄熱回転体は、
蓄熱材を充填するための複数の蓄熱材室を有し、
該各蓄熱材室から再生すべき蓄熱材を容器外へ排出する排出装置と、
再生済又は未使用の蓄熱材を蓄熱材室へ充填する充填装置とを備えることを特徴とする蓄熱式熱交換器。 - 前記第1の蓄熱回転体には、
セラミックス製ぺブルの蓄熱材が充填されていることを特徴とする、請求項1に記載の蓄熱式熱交換器。
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