JPS648277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、複数台の蓄熱式熱交換器を交互に切
換えて用いることにより、熱交換器と熱機関との
間を循環している被加熱気体を加熱気体による蓄
熱によつて連続的に加熱する循環気体連続加熱用
熱交換方法に関し、特に、被加熱気体と加熱気体
との相互混入を極力抑え得るようにしたものであ
る。

（従来技術） 閉サイクルMHD発電装置や閉サイクルガスタ
ービン発電装置などの発電装置あるいは一部の化
学プラントなどにおいては、従来、加熱装置と熱
機関との相互間を循環している被加熱気体を、加
熱気体が有する熱を蓄えて、金属製隔壁式熱交換
器の通常使用可能とする温度以上に被加熱気体を
連続的に加熱することができ、しかも、被加熱気
体中への加熱気体の混入を極力抑え得る熱交換装
置を必要としている。例えば、1000℃程度以下の
気体間の熱交換に対しては、通常、金属製隔壁式
熱交換器が使用されるが、1000℃を越える高温の
熱交換に対しては、従来、鉄鋼産業の熱風炉用空
気加熱器などに見られるように、セラミツクスを
蓄熱体とした蓄熱式熱交換器が用いられてきた。
かかる蓄熱式熱交換器においては、一般に、加熱
気体が蓄熱体中を通過する過程で蓄熱体が加熱さ
れた後に被加熱気体が蓄熱体中を通過することに
より、蓄熱体に蓄えた加熱気体の熱が被加熱気体
へ放熱されて、被加熱気体の加熱が行なわれる。
しかし、一台の蓄熱式熱交換器によつては、蓄熱
体に対する蓄熱と被加熱気体に対する放熱とを同
時に行なうことができないために、被加熱気体を
連続的に加熱するためには、複数台の蓄熱式熱交
換器を交互に切換えながら、蓄熱体の蓄熱と被加
熱気体への放熱と行なう必要がある。

（問題点） しかしながら、上述のような気体間の熱交換装
置においては、加熱気体と被加熱気体とが同一蓄
熱体中を通過するのであるから、熱交換器を蓄熱
から放熱へ切換える際には熱交換器内に残留して
いる加熱気体が被加熱気体中に混入し、また、熱
交換器を放熱から蓄熱へ切換える際には熱交換器
内に残留している被加熱気体が加熱気体中に混入
する。そこで、循環している被加熱気体を上述の
ような熱交換器切換方式によつて加熱した場合に
は、被加熱気体の循環路内に加熱気体が大量に混
入してしまうために、その混入量を極力抑える必
要がある場合には、熱交換器を蓄熱から放熱へ切
換える際に、熱交換器内に残留している加熱気体
を一旦真空排気したのちに被加熱気体を熱交換器
に混入することが従来提案されていた。しかし、
かかる従来の処置のみによつては、排気しきれず
に熱交換器内に残留している加熱気体、あるい
は、真空排気時に熱交換器内に漏れ込んで来る外
気がそのまま被加熱気体の循環路中に混入してし
まうことになる。さらに、加熱気体が、燃焼ガス
などのように、熱交換器内を通過したのちに外部
に排出される場合には、熱交換器を放熱から蓄熱
へ切換える際には加熱気体中に混入する被加熱気
体は、そのま加熱気体とともに外部に排出されて
しまうので、排出される量と同じだけの量の被加
熱気体を、熱交換器の切換えが行なわれるたびに
新たに循環路中に供給しなければならず、特に、
被加熱気体が高価な場合には著しい損失となる、
欠点があつた。

（目的） 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去
し、加熱気体が有する熱により、循環している被
加熱気体を連続的に加熱することができ、しか
も、被加熱気体中に混入する加熱気体の量ならび
に補給を要する被加熱気体の量を極力抑えうるよ
うにした循環気体連続加熱用熱交換方法を提供す
ることにある。

（発明の構成） すなわち、本発明循環気体連続加熱用熱交換方
法は、複数台の蓄熱式熱交換器を放熱から蓄熱へ
切換える際に、熱交換器内に残留している被加熱
気体を、蓄熱が終了した後に内部に残留している
加熱気体を真空排気した他の熱交換器内に導入し
て回収し、さらに、回収した被加熱気体を純化装
置により純化したのちに、被加熱気体の循環路内
に導入するようにしたものである。

したがつて本発明循環気体連続加熱用熱交換方
法によれば、複数台の蓄熱式熱交換器を交互に切
換えて用いることにより、加熱気体が有する熱に
より、循環している被加熱気体を連続的に加熱す
ることができ、しかも、一台もしくは複数台の熱
交換器が放熱から蓄熱へ切換る際に各熱交換器内
にそれぞれ残留している被加熱気体を回収して循
環路内に導入することにより、補給を要する被加
熱気体の量を極力抑えることができる。さらに、
放熱が終了した一台もしくは複数台の熱交換器か
ら被加熱気体を回収する際には、蓄熱が終了した
後に内部に残留している加熱気体を真空排気した
一台もしくは複数台の他の熱交換器内に放熱が終
了した被加熱気体を導入して通過させることによ
り、後者の熱交換器内に真空排気の後も残留して
いる加熱気体および外気を、回収する被加熱気体
とともに、被加熱気体の循環路外へ排出すること
ができ、回収した被加熱気体を、純化装置に供給
して純化したのちに循環路内へ導入すれば、循環
路内の被加熱気体中に混入する加熱気体の量を大
幅に低減することが可能となる。

（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。

本発明方法を実施する循環気体連続加熱用熱交
換装置は、第１図乃至第１２図に示すように、例
えば、蓄熱式熱交換器１ａ，２ａ，３ａ，４ａ、
被加熱気体充填用タンク１ｂ，２ｂ，３ｂ、被加
熱気体移送用ポンプ１ｃ，２ｃ、加熱気体真空排
気用ポンプ３ｃおよび被加熱気体純化装置１ｄに
よつて構成してある。

第１図乃至第１２図は、上述した４台の熱交換
器において蓄熱と放熱とが交互に切換わつていく
一周期を構成する12段階の各過程における加熱気
体と被加熱気体との流れの態様を順次に示したも
のである。

第１図に示す第１段階においては、熱交換器１
ａが被加熱気体の循環路中にあり、被加熱気体１
ｅが熱交換器１ａに流入して内部の蓄熱体からの
放熱により加熱され、より高温の被加熱気体２ｅ
となる。それと同時に、熱交換器２ａにおいて
は、さらに高温の加熱気体１ｉが流入することに
よつて内部の蓄熱体が加熱されて蓄熱するととも
に、加熱気体１ｉが逆に冷却されて加熱気体２ｉ
となり、熱交換器２ａから流出する。一方、熱交
換器３ａにおいては、加熱気体による蓄熱と引続
く残留加熱気体の真空排気とが完了しており、放
熱が終了した後の被加熱気体が内部に残留してい
る熱交換器４ａから、その残留被加熱気体１ｆが
熱交換器３ａ内に流入し、一旦熱交換器３ａ内に
充満したのち、もしくは、直ちに、熱交換器３ａ
内部の蓄熱体中を通過し、残留被加熱気体２ｆと
して、真空排気されたタンク２ｂ内へ熱交換器３
ａ，４ａ並びにタンク２ｂが均圧になるまで流入
する。以上の過程により、蓄熱が終了した熱交換
器３ａ内に残留していた加熱気体並びに真空排気
時に熱交換器３ａ内に漏れ込んで来た外気は、そ
の大部分が熱交換器４ａ内に残留していた被加熱
気体に伴われてタンク２ｂ内へ流入する。したが
つて、被加熱気体の循環路内に加熱気体並びに外
気が混入するのを防ぐことができる。さらに、こ
の第１段階にいては、熱交換器２ａ内に残留して
いた被加熱気体を充填したタンク１ｂから被加熱
気体１ｇがポンプ１ｃによつて吸出され、昇圧さ
れて、被加熱気体２ｇとして被加熱気体純化装置
１ｄへ送られ、含有不純物成分が除去されて高純
度となつた被加熱気体３ｇが、タンク３ｂへ流入
する。

次に、第２図に示す第２段階においては、第１
段階に引続き、熱交換器１ａが被加熱気体の循環
路中にあつて被加熱気体への放熱を行なうととも
に、熱交換器２ａにおいては加熱気体による蓄熱
体の加熱によつて蓄熱が行なわれている。一方、
熱交換器４ａ内に残留していた被加熱気体を導い
て満たした熱交換器３ａには、循環路内の被加熱
気体の圧力に達するまで、タンク３ｂから高純度
の被加熱気体１ｈが充填される。その間、熱交換
器４ａ内に残留している被加熱気体１ｆがポンプ
２ｃにより吸出されて被加熱気体２ｆとしてタン
ク２ｂへ移送され、熱交換器４ａ内に残留してい
た被加熱気体の最終的な回収が行なわれる。な
お、タンク１ｂ内に充満した被加熱気体のタンク
３ｂへの移送過程は、第１段階に引続いて行なわ
れている。

つぎに、第３図に示す第３段階においては、第
１乃至第２段階に引続き、熱交換器１ａが被加熱
気体の循環路中にあつて被加熱気体への放熱を行
なつている。また、残留していた被加熱気体の回
収が終了した熱交換器４ａにおいては、加熱気体
による蓄熱体の加熱が開始されている。一方、加
熱気体による蓄熱体の加熱が終了した熱交換器２
ａにおいては、内部に残留している加熱気体１ｊ
がポンプ３ｃによつて真空排気され、ポンプ３ｃ
からでた加熱気体２ｊは外部へ排出される。ま
た、タンク２ｂ内に充填されている被加熱気体１
g′は、タンク１ｂ内に充填されている被加熱気体
１ｇとともにポンプ１ｃへ吸出され、昇圧され
て、被加熱気体２ｇとして被加熱気体純化装置１
ｄへ送られ、含有不純物成分が除去されて高純度
となつた被加熱気体３ｇが、タンク３ｂへ流入す
る。

つぎに、第４図に示す第４段階においては、第
２段階において循環路中の圧力に達するまで被加
熱気体を充填した熱交換器３ａが被加熱気体の循
環路中にあつて被加熱気体への放熱を行なう。な
お、ここまでの過程により、第１段階の初めに熱
交換器４ａ内に残留していた被加熱気体は、タン
ク２ｂおよびタンク３ｂを介して回収、純化さ
れ、熱交換器３ａを介して被加熱気体の循環路内
に導入されることになる。したがつて、第４段階
においては、熱交換器１ａが熱交換器３ａに、熱
交換器２ａが熱交換器４ａに、熱交換器３ｂが熱
交換器２ａに、熱交換器４ａが熱交換器１ａに、
タンク１ｂがタンク２ｂに、また、タンク２ｂが
タンク１ｂにそれぞれ置換された状態で、第１段
階と全く同じ過程が行なわれる。

つぎに、第５図に示す第５段階においては、熱
交換器１ａが熱交換器３ａに、熱交換器２ａが熱
交換器４ａに、熱交換器３ａが熱交換器２ａに、
熱交換器４ａが熱交換器１ａに、タンク１ｂがタ
ンク２ｂに、また、タンク２ｂがタンク１ｂにそ
れぞれ置換された状態で、第２段階と全く同じ過
程が行なわれる。

つぎに、第６図に示す第６段階においては、熱
交換器１ａが熱交換器３ａに、熱交換器２ａが熱
交換器４ａに、熱交換器３ａが熱交換器２ａに、
熱交換器４ａが熱交換器１ａに、タンク１ｂがタ
ンク２ｂに、また、タンク２ｂがタンク１ｂにそ
れぞれ置換された状態で、第３段階と全く同じ過
程が行なわれる。

つぎに、第７図に示す第７段階においては、熱
交換器１ａが熱交換器２ａに、熱交換器２ａが熱
交換器１ａに、熱交換器３ａが熱交換器４ａに、
また、熱交換器４ａが熱交換器３ａにそれぞれ置
換された状態で、第１段階と全く同じ過程が行な
われる。

つぎに、第８図に示す第８段階においては、熱
交換器１ａが熱交換器２ａに、熱交換器２ａが熱
交換器１ａに、熱交換器３ａが熱交換器４ａに、
また、熱交換器４ａが熱交換器３ａにそれぞれ置
換された状態で、第２段階と全く同じ過程が行な
われる。

つぎに、第９図に示す第９段階においては、熱
交換器１ａが熱交換器２ａに、熱交換器２ａが熱
交換器１ａに、熱交換器３ａが熱交換器４ａに、
また、熱交換器４ａが熱交換器３ａにそれぞれ置
換された状態で、第３段階と全く同じ過程が行な
われる。

つぎに、第１０図に示す第10段階においては、
熱交換器１ａが熱交換器４ａに、熱交換器２ａが
熱交換器３ａに、熱交換器３ａが熱交換器１ａ
に、熱交換器４ａが熱交換器２ａに、タンク１ｂ
がタンク２ｂに、また、タンク２ｂがタンク１ｂ
にそれぞれ置換された状態で、第１段階と全く同
じ過程が行なわれる。

つぎに、第１１図に示す第11段階においては、
熱交換器１ａが熱交換器４ａに、熱交換器２ａが
熱交換器３ａに、熱交換器３ａが熱交換器１ａ
に、熱交換器４ａが熱交換器２ａに、タンク１ｂ
がタンク２ｂに、また、タンク２ｂがタンク１ｂ
にそれぞれ置換された状態で、第２段階と全く同
じ過程が行なわれる。

つぎに、第１２図に示す第12段階においては、
熱交換器１ａが熱交換器４ａに、熱交換器２ａが
熱交換器３ａに、熱交換器３ａが熱交換器１ａ
に、熱交換器４ａが熱交換器２ａに、タンク１ｂ
がタンク２ｂに、また、タンク２ｂがタンク１ｂ
にそれぞれ置換された状態で、第３段階と全く同
じ過程が行なわれる。

以上12段階の各過程を経て、本発明方法による
熱交換器装置は再び第１段階へ戻り、４台の蓄熱
式熱交換器において蓄熱と放熱とが交互に切換わ
つていく一周期が終了する。すなわち、12段階の
いずれの過程においても、つねに、いずれかの熱
交換器が被加熱気体の循環路中にあつて、放熱に
よる被加熱気体の加熱を行なつているのであるか
ら、被加熱気体は連続的に加熱されることにな
る。また、放熱による被加熱気体の加熱後に各熱
交換器内に残留している被加熱気体は、タンク１
ｂ，２ｂ，３ｂを介して回収、純化され、各熱交
換器を介して再び被加熱気体の循環路内へ導入さ
れる。

さらに、加熱気体の加熱による蓄熱体への蓄熱
が終了した各熱交換器内に残留している加熱気体
は、その大部分がポンプ３ｃによつて外部へ排出
され、残余は各熱交換器から回収される被加熱気
体とともに被加熱気体純化装置１ｄへ流入して被
加熱気体から除去されるので、被加熱気体の循環
路内に混入する加熱気体の量は極めて少ないもの
となる。

以上、実施例について本発明を詳細に説明した
が、本発明は、上述の実施例のみに限定されるも
のではなく、特に、使用する蓄熱式熱交換器やポ
ンプ、タンクなどの個数並びに熱交換器内に残留
ている被加熱気体の回収手順など、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内で、種々の変更を施して実施
しうること勿論である。

（効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、被加熱気体が複数台の蓄熱式熱交換器を交互
に通過することにより、蓄熱体が耐え得る温度ま
で加熱気体が有する熱によつて被加熱気体を連続
的に加熱することができ、しかも、一台もしくは
複数台の熱交換器が放熱から蓄熱へ切換わる際に
熱交換器内に残留している被加熱気体を回収して
循環路内に導くことにより、必要とする被加熱気
体の補給量を極力抑えることができる。さらに、
一台もしくは複数台の熱交換器が蓄熱から放熱へ
切換わる際に、熱交換器内に残留している加熱気
体の大部分をポンプによつて外部へ排出すること
ができ、残余の加熱気体については、放熱が終了
した一台もしくは複数台の他の熱交換器から回収
される被加熱気体とともに、加熱気体が被加熱気
体の循環路外へ流出するので、被加熱気体の循環
路内に混入する加熱気体の量を極めて少なく抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１２図は、４台の熱交換器におい
て蓄熱と放熱とが交互にき切換わつていく一周期
を構成する12段階の各過程における加熱気体と被
加熱気体との流れの態様の例を順次に示す構成配
置図である。 １ａ，２ａ，３ａ，４ａ…蓄熱式熱交換器、１
ｂ，２ｂ，３ｂ…被加熱気体充填用タンク、１
ｃ，２ｃ…被加熱気体移送用ポンプ、３ｃ…加熱
気体真空排気用ポンプ、１ｄ…被加熱気体純化装
置、１ｅ，２ｅ，１ｆ，２ｆ，１ｇ，１g′，２
ｇ，３ｇ，１ｈ…被加熱気体、１ｉ，２ｉ，１
ｊ，２ｊ…加熱気体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数台の蓄熱式熱交換器を交互に切換えて用
   いることにより、前記熱交換器に供給した加熱気
   体が有する熱を蓄えて引続き当該熱交換器と熱機
   関との相互間を循環する被加熱気体を連続的に加
   熱するにあたり、蓄えた熱による被加熱気体の加
   熱が終了した少なくとも一台の前記熱交換器内に
   残留している被加熱気体を、加熱気体による蓄熱
   が終了した後に残留している加熱気体を真空排気
   した少なくとも一台の前記熱交換器内に導入して
   回収し、回収した被加熱気体を純化装置に供給し
   て純化したのちに、被加熱気体の循環路内に導入
   することを特徴とする循環気体連続加熱用交換方
   法。