JPH02272256A - 蓄熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は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方法
及び蓄熱器に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）蓄熱器
による気体の加熱の原理は公知であり、且つ広い産業分
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。プ
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類は同じ方法に
よって作用する。

低温の気体を連続的に加熱するためには、上述の作動モ
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。

蓄熱器を設計し、建造するときには、常に熱的要求と建
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
知のプ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用においては低温の
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（、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は入れ可能
な圧力損失を維持するために所定のリミツトまでのみ制
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°Ｃに達するためには、加熱相の炎の
温度は１５００°Ｃ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。

蓄熱器の熱効率を改善する公知の方法は明らかに熱保持
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（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−様な粒子径を有す
る適切な材料のベッドに交換することである。例えば、
耐火材料で作られたベレットを使用することができる。

蓄熱器が直径５から１５ｍｍ＋の範囲の長円形又は球形
の熱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
ェストガスの温度とその後の気体加熱用において加熱さ
れた気体の温度との間の温度差が約１０°Ｃ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。

しかし、例えば、溶鉱炉の作用のためのプラストヒータ
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
体が通るときに受は入れ難い圧力損失を生じるからであ
る。

プラストヒーターの直径をかなり大きくし、従来のもの
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、は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
ら気体加熱損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
にプ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。

本発明はそのような公知装置の不都合なしに気体を加熱
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
加熱する方法及び対応する蓄熱器を提供することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段〕 この課題は、本発明により、熱担体の緩いベッドを同軸
で等距離にある少なくとも２つの火格子の間に配置し、
蓄熱器の加熱相の間に高温の気体を該ベッドを内側から
外側へ流れさせ、気体加熱損の間に低温の気体を逆方向
に外側から内側へ流れさせるようにすることによって解
決される。

本発明の方法は蓄熱器を使用した高温の気体の生成のた
めの公知のシステムと比べると多くの利点を有する。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。

驚（べきことに、本発明の方法は非常に均一化された高
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。

例えば、溶鉱炉の作用のための高温ブラストの生成にお
いては、ブラスト温度１２００°Ｃで且つ気体加熱損の
切り換え時間の３０秒後にウェストガスの散乱は２０゛
Ｃと４０°Ｃの間になることが期待できる。

本発明によれば、比較的に小さな温度差が熱担体と気体
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
するときにともに適用される。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。

本発明の方法がブラストを１１５０°Ｃまで予加熱する
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／Ｎｍ　３の熱価を有し、生成した炎の
温度が約１２００°Ｃ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。

本発明による蓄熱器は、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この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、高温・の気体集合室が第
１の内方火格子によって蓄熱器の対称軸線の周りの中央
部に形成され、さらに該内方火格子から等距離に配置さ
れる少なくとも１つの外方火格子が配置され、さらに気
体集合室が該外方火格子と蓄熱器のアウタシェルとの間
に配置され、気体が該内方火格子と該外方火格子との間
に配置された熱担体のベッドを半径方向に流れるように
したことを特徴とするものである。

この発明による蓄熱器は、公知の比較できる蓄熱器にま
さる明瞭ないくつかの利点を有する。ブラストヒーター
の充填物と同様に、熱担体はおよそ均一な粒子の緩い粒
子体からなる０等距離に配置される内方火格子と外方火
格子との間に配置された熱担体のベッドのために、層の
厚さが気体の流れ方向で均等になる。さらに、本発明に
よる蓄熱器においては、熱担体は流れの影響の下で動く
ことができず、それによって例えば液化点が局部的に越
えることによるガスの突発の危険がない。

本発明による蓄熱器においては、熱担体の間、並びに気
体集合室及び気体集合室における自由体積が比較的に小
さく、加熱相から気体加熱相への切り換え時にほんの小
さな気体の損失を生じるのみである。

本発明による蓄熱器においては、熱担体が作動中に交換
できる。熱担体のベッドの頂部及び底部の適切な連結部
材又はフランジが、一方便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。

蓄熱器はしばしば内方火格子と外方火格子との間に配置
された１種類のみの−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。

本発明による蓄熱器の火格子は同じ材料で作ることがで
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
。

セラミックや金属材料が主に使用される。

本発明の基本的な特徴は均一な厚さの熱担体のベッドを
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。

熱担体のための適切な材料は例えばコランダム、ムライ
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ベ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。

本発明による方法及び蓄熱器は鉄鉱石や、電気的におい
やブラスト炉のにおいを低減するのに特に有効に使用さ
れる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

蓄熱器はほぼ球形状の鋼製のアウタシェル１を備えてい
る。蓄熱器の外形形状は本発明にとって特に重要なこと
ではな（、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。

アウタシェルｌには円形の、又はスロット状の開口部を
有する円筒状外方火格子２が収容される。

この外方火格子２とアウタシェル１との間には低温の気
体のための環状のガス集合室３が形成される。

内方火格子４は適切な気体通路を設けた耐火煉瓦で形成
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。

蓄熱器の中央部には円形断面の高温の気体通路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ェストガスが
流入する。炉８は容器の蓋９によって接近可能である。

高温の燃焼ウェストガスは高温の気体通路７から、内方
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。高温の燃焼ウェストガスは熱担体６の
ベッドを通る途中で冷却され、はぼ常温で環状の気体集
合室３に達する。高温の燃焼ウェストガスは連結部材１
０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。

気体加熱相においては、圧縮された気体が連結部材１１
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。

さらに、フランジによって閉じることのできる開口部１
３．１４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。

上記した方法及び蓄熱器を異なった条件の産業上の応用
に適用することは本発明の範囲内にある。

以上説明したように、火格子及び熱担体の材料は温度の
要求に応じてコーデイ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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄熱器の概略を示す断面図である。 ■・・・アウタシェル、　　　　２・・・外方火格子、
３・・・気体集合室、　　　　４・・・内方火格子、５
・・・空間、　　　　　　　６・・・熱担体、７・・・
高温の気体通路、　　　８・・・炉。 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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蓄熱器において気体を加
   熱する方法において、熱担体の緩いベッドを同軸で等距
   離にある少なくとも２つの火格子の間に配置し、蓄熱器
   の加熱相の間に高温の気体を該ベッドを内側から外側へ
   流れさせ、気体加熱相の間に低温の気体を逆方向に外側
   から内側へ流れさせることを特徴とする方法。 ２、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、高温の気体集合室（７）が第１の内方火格子（
   ４）によって蓄熱器の対称軸線の周りの中央部に形成さ
   れ、さらに該内方火格子（４）から等距離に少なくとも
   １つの外方火格子（２）が配置され、さらに気体集合室
   （３）が該外方火格子（２）と蓄熱器のアウタシェル（
   １）との間に配置され、気体が該内方火格子（４）と該
   外方火格子（２）との間に配置された熱担体（６）のベ
   ッドを半径方向に流れるようにした蓄熱器。 ３、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又は２に記載の蓄熱器。 ４、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から３のいずれ
   かに記載の蓄熱器。 ５、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４のいずれかに記載の蓄熱器。 ６、温度の応力に応じてセラミック材料又は金属で作ら
   れたその他の火格子が設けられる請求項１から５のいず
   れかに記載の蓄熱器。 ７、熱担体（６）のベッド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６のいずれかに記載の蓄熱器。 ８、熱担体（６）はあらゆる形状を有する請求項１から
   ７のいずれかに記載の蓄熱器。 ９、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８のいずれかに
   記載の蓄熱器。 １０、異なった材料の熱担体（６）が使用される請求項
   １から９のいずれかに記載の蓄熱器。 １１、該気体集合室（３）は環状の形状である請求項１
   に記載の蓄熱器。