(57)【要約】【課題】高温の乾燥炭を低コストで冷却する。【解決手段】冷却装置１２０は、乾燥装置１１０において加熱されることにより乾燥された乾燥炭（乾燥された含水石炭）に、沸点が１００℃以下の液体を噴霧するスプレー部２３０を備える。これにより、不活性ガスの顕熱のみで乾燥炭を冷却する従来技術と比較して、極めて少量の液体で乾燥炭を冷却することができる。したがって、低コストで乾燥炭を冷却することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱により乾燥された含水石炭に、沸点が１００℃以下の液体を噴霧するスプレー部を備えた冷却装置。
【請求項２】
前記液体は、有機溶媒である請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記スプレー部によって噴霧された前記液体が前記乾燥された含水石炭と接触することで気化したガスを冷却して凝縮させる凝縮部を備え、
前記スプレー部は、前記凝縮部で生成された液体を前記乾燥された含水石炭に噴霧する請求項１または２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、加熱により乾燥された含水石炭を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭は、可採年数が石油の３倍以上であり、また、石油と比較して埋蔵地が偏在していない。このため、石炭は、長期に亘り安定供給が可能な天然資源として期待されている。石炭は、炭素含有量の低い順に、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭に分類される。泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭（以下、含水石炭と称する）は、瀝青炭、半無煙炭、無煙炭（以下、無煙炭等と称する）と比較して水の含有率（含水率）が高い。
【０００３】
含水石炭のうち、褐炭は、世界の石炭埋蔵量の半分を占めると言われているため、褐炭の有効利用が検討されている。しかし、上述したように、褐炭等の含水石炭は、無煙炭等と比較して含水率が高い。したがって、含水石炭は、単位重量あたりの発熱量が低く、輸送コストに対する燃料としてのエネルギー効率が低い。
【０００４】
そこで、含水石炭に過熱蒸気を供給することで、含水石炭を流動させながら加熱乾燥させる技術が開発されている（例えば、特許文献１）。加熱により乾燥された含水石炭（以下、乾燥された含水石炭を「乾燥炭」と称する）は、高温の状態（例えば、８０℃〜１５０℃程度）で大気に接触すると発火するおそれがある。このため、特許文献１の技術では、高温の乾燥炭を収容した収容槽の底面から低温の不活性ガスを供給することで、乾燥炭を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７３０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の技術では、乾燥炭の冷却に、大量の不活性ガスを使用する必要がある。このため、不活性ガスに要するコストがかかるという問題がある。
【０００７】
本開示は、このような課題に鑑み、乾燥炭を低コストで冷却することが可能な冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る冷却装置は、加熱により乾燥された含水石炭に、沸点が１００℃以下の液体を噴霧するスプレー部を備える。
【０００９】
また、前記液体は、有機溶媒であってもよい。
【００１０】
また、前記スプレー部によって噴霧された前記液体が前記乾燥された含水石炭と接触することで気化したガスを冷却して凝縮させる凝縮部を備え、前記スプレー部は、前記凝縮部で生成された液体を前記乾燥された含水石炭に噴霧してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
乾燥炭を低コストで冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】乾燥システムを説明する図である。
【図２】第１の実施形態にかかる冷却装置を説明する図である。
【図３】第２の実施形態にかかる冷却装置を説明する図である。
【図４】自由水および結合水を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
（乾燥システム１００）
図１は、乾燥システム１００を説明する図である。図１に示すように、乾燥システム１００は、乾燥装置１１０と、冷却装置１２０と、貯留部１３０とを含んで構成され、含水石炭を乾燥する。なお、ここでは、含水石炭として褐炭を例に挙げて説明する。
【００１５】
乾燥装置１１０は、褐炭ＢＣを加熱することで、褐炭ＢＣを乾燥させる。乾燥装置１１０は、例えば、流動層乾燥炉であり、収容槽と、流動化ガス供給部と、伝熱管とを含んで構成される。収容槽は、褐炭ＢＣを収容する。流動化ガス供給部は、流動層（収容槽）の下部から流動化ガス（例えば、水蒸気）を供給する。伝熱管は、流動層（収容槽）内に配され、褐炭ＢＣより高温の熱媒体が通過する。なお、褐炭ＢＣを乾燥させる技術については、様々な既存の技術を適用できるので、ここでは、詳細な説明を省略する。
【００１６】
冷却装置１２０は、乾燥装置１１０によって乾燥された褐炭ＢＣ（乾燥炭ＤＣ）を冷却する。冷却装置１２０の具体的な構成については、後に詳述する。
【００１７】
貯留部１３０は、冷却装置１２０によって冷却された乾燥炭ＤＣを貯留する。貯留部１３０に貯留された乾燥炭ＤＣは、ボイラ等の乾燥炭利用設備に供給される。
【００１８】
以下、本実施形態にかかる冷却装置１２０について詳述する。
【００１９】
（冷却装置１２０）
図２は、第１の実施形態にかかる冷却装置１２０を説明する図である。図２に示すように、冷却装置１２０は、本体部２１０と、第１冷却部２２０と、スプレー部２３０と、凝縮部２４０とを含んで構成される。なお、図２中、ガスの流れを破線の矢印で示し、液体の流れを実線の矢印で示し、固体の流れを白抜きの矢印で示す。
【００２０】
本体部２１０は、上部２１２と、中央部２１４と、下部２１６とを含んで構成される。上部２１２は、円錐形状であり、頂部が鉛直上方に配される。上部２１２は、頂部に配管２１２ａが接続される。乾燥装置１１０で乾燥された褐炭ＢＣ（乾燥炭ＤＣ、例えば、８０℃〜１５０℃程度）は、配管２１２ａを通じて本体部２１０（上部２１２）に導入される。
【００２１】
また、上部２１２の内部空間には、分散器２１２ｂが設けられている。分散器２１２ｂは、配管２１２ａを通じて導入された乾燥炭ＤＣを分散させる。本実施形態において分散器２１２ｂは、複数の円錐形状の部材２１２ｃａ、２１２ｃｂで構成される。最も鉛直上方に配される部材２１２ｃａは、頂部が配管２１２ａの開口に臨むように、上部２１２の内部空間に配される。部材２１２ｃａの下方には、部材２１２ｃｂが配される。部材２１２ｃｂは、頂部が部材２１２ｃａの下端に臨むように配される。
【００２２】
したがって、配管２１２ａを通じて上部２１２に導入された乾燥炭ＤＣは、落下搬送されて部材２１２ｃａの頂部に衝突し、部材２１２ｃａの径方向外方に分散される。分散された乾燥炭ＤＣは、部材２１２ｃａの外壁面を流下し、下端から落下搬送される。そして、部材２１２ｃａから落下搬送された乾燥炭ＤＣは、部材２１２ｃｂの頂部に衝突し、部材２１２ｃｂの径方向外方に分散される。分散された乾燥炭ＤＣは、部材２１２ｃｂの外壁面を流下し、下端から中央部２１４に落下搬送される。
【００２３】
中央部２１４は、上部２１２の下端に連続した、円筒形状の管であり、中心軸が鉛直方向に沿うように設置される。下部２１６は、円錐形状であり、中央部２１４の下端に連続しており、頂部が鉛直下方に配される。下部２１６の頂部には、配管２１６ａが接続される。
【００２４】
したがって、配管２１２ａを通じて上部２１２に導入された乾燥炭ＤＣは、中央部２１４、下部２１６を落下して（落下搬送されて）、配管２１６ａを通じて上記貯留部１３０に導入されることとなる。
【００２５】
第１冷却部２２０は、例えば、水冷装置で構成され、本体部２１０を冷却する。したがって、乾燥炭ＤＣが本体部２１０を通過（落下）する過程で、乾燥炭ＤＣが冷却されることとなる。
【００２６】
スプレー部２３０は、本体部２１０を通過（落下）する乾燥炭ＤＣに液体（例えば、常温（２５℃）程度）を噴霧する。具体的に説明すると、本実施形態において、スプレー部２３０は、ノズル２３２と、ポンプ２３４とを含んで構成される。ノズル２３２は、開口が本体部２１０の内部空間に臨むように配される。ポンプ２３４は、後述する回収部２４２で生成された液体をノズル２３２に供給する。そうすると、ノズル２３２から本体部２１０内に液体が噴霧されることとなる。
【００２７】
これにより、乾燥炭ＤＣ（８０℃〜１５０℃程度）は、液体と接触し、乾燥炭ＤＣと液体とで熱交換が為されることとなる。ここで、スプレー部２３０が乾燥炭ＤＣに噴霧する液体は、沸点が１００℃以下の有機溶媒（例えば、メタノール）である。したがって、液体が乾燥炭ＤＣと接触することで、液体が気化してガスになる。つまり、液体の潜熱によって乾燥炭ＤＣが冷却されることとなる。また、ガスと乾燥炭ＤＣとが接触することで、ガスの顕熱によって乾燥炭ＤＣが冷却されることとなる。
【００２８】
このように、スプレー部２３０が、沸点が１００℃以下の液体を乾燥炭ＤＣに噴霧するだけで、液体の潜熱および顕熱で乾燥炭ＤＣを冷却することができる。したがって、不活性ガスの顕熱のみで冷却する従来技術と比較して、極めて少量の液体で乾燥炭ＤＣを冷却することができる。これにより、乾燥炭ＤＣを低コストで冷却することが可能となる。
【００２９】
こうして、冷却された乾燥炭ＤＣ（例えば、５０℃程度）は、貯留部１３０に導入され、貯留部１３０において貯留される。なお、貯留部１３０に貯留されている間に、乾燥炭ＤＣは、常温（例えば、２５℃）に曝される。したがって、乾燥炭ＤＣに付着した液体（残留した液体）は、気化してガスとなる。
【００３０】
また、本実施形態において、スプレー部２３０は、本体部２１０に導入される乾燥炭ＤＣの温度（例えば、８０℃〜１５０℃程度）と、本体部２１０から排出する際に所望される乾燥炭ＤＣの温度（例えば、５０℃程度）との差分を、潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量の液体を噴霧する。これにより、乾燥炭ＤＣの冷却に必要な最低限の液体のみを噴霧することができる。
【００３１】
凝縮部２４０は、回収部２４２と、第２冷却部２４４とを含んで構成される。回収部２４２には、本体部２１０において生じたガス、および、貯留部１３０において生じたガスが導入される。第２冷却部２４４は、例えば、冷媒が流通する配管で構成され、回収部２４２内に配される。第２冷却部２４４は、冷媒の流通過程において、ガスが有する熱を冷媒が吸収（吸熱）することで、ガスを冷却して液体に凝縮させる。こうして、凝縮部２４０において凝縮した液体は、スプレー部２３０によって乾燥炭ＤＣに噴霧されることとなる。
【００３２】
凝縮部２４０を備える構成により、液体を再利用することができる。したがって、さらに、低コストで乾燥炭ＤＣを冷却することが可能となる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態にかかる冷却装置１２０によれば、沸点が１００℃以下の液体を乾燥炭ＤＣに噴霧するだけといった簡易な構成で、乾燥炭ＤＣを低コストで冷却することが可能となる。
【００３４】
（第２の実施形態：冷却装置３２０）
上記第１の実施形態では、本体部２１０において、乾燥炭ＤＣが落下搬送される冷却装置１２０を例に挙げて説明した。したがって、冷却装置１２０は、動力を要さずに乾燥炭ＤＣを搬送できる。しかし、冷却装置１２０は、他の構成で乾燥炭ＤＣを搬送してもよい。
【００３５】
図３は、第２の実施形態にかかる冷却装置３２０を説明する図である。図３に示すように、冷却装置３２０は、本体部３１０と、スプレー部２３０と、凝縮部２４０とを含んで構成される。なお、図３中、ガスの流れを破線の矢印で示し、液体の流れを実線の矢印で示し、固体の流れを白抜きの矢印で示す。また、上述した冷却装置１２０と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
本体部３１０は、収容部３１２と、搬送部３１４とを含んで構成される。収容部３１２は、水平方向に延在しており、内部が中空である。搬送部３１４は、例えば、コンベアで構成され、収容部３１２の底面に配される。搬送部３１４は、収容部３１２の一端側から他端側に向かって、乾燥炭ＤＣを搬送する。本実施形態において、乾燥装置１１０によって乾燥された乾燥炭ＤＣは、搬送部３１４の一端側に導入される。
【００３７】
スプレー部２３０のノズル２３２は、収容部３１２の上面に開口が臨むように配される。したがって、搬送部３１４による乾燥炭ＤＣの搬送過程において、液体が噴霧される。この際、乾燥炭ＤＣ（８０℃〜１５０℃程度）は、液体と接触し、乾燥炭ＤＣと液体とで熱交換が為されることとなる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態においても、冷却装置３２０が、沸点が１００℃以下の液体を乾燥炭ＤＣに噴霧するだけといった簡易な構成で、乾燥炭ＤＣを低コストで冷却することが可能となる。
【００３９】
（変形例）
上記実施形態において、スプレー部２３０は、沸点が１００℃以下の液体として有機溶媒を噴霧する構成を例に挙げて説明した。しかし、スプレー部２３０は、沸点が１００℃以下の液体であれば、有機溶媒に限らず、水を噴霧してもよい。
【００４０】
ただし、この際、スプレー部２３０は、本体部２１０、３１０に導入される乾燥炭ＤＣの温度（例えば、８０℃〜１５０℃程度）と、本体部２１０、３１０から排出する際に所望される乾燥炭ＤＣの温度（例えば、５０℃程度）との差分を、潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量の水を噴霧する。これにより、乾燥炭ＤＣに、液体の水が付着する事態を回避しつつ（乾燥炭ＤＣの乾燥状態を維持しつつ）、乾燥炭ＤＣを冷却することが可能となる。
【００４１】
また、スプレー部２３０が、上記差分を潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量より、わずかに多量の水を噴霧しても、液体の水の付着を抑制して、乾燥炭ＤＣを冷却することができる。
【００４２】
具体的に説明すると、褐炭ＢＣ等の含水石炭（乾燥前）は、そもそも自由水と結合水とを含んでいる。自由水は、含水石炭の表面、含水石炭内部のマクロな空隙に存在する水であり、バルク水と同じ熱物性を示す。結合水は、含水石炭の毛細管に凝縮した水、含水石炭の表面で多層または単層となっている吸着水、含水石炭の表面の水素に結合した結合水である。結合水は、自由水より蒸発し難い水であるため、結合水を蒸発させるためには、自由水より大きな熱エネルギーを必要とする。
【００４３】
図４は、自由水および結合水を説明する図である。なお、図４中、褐炭に含まれている水の割合（褐炭の含水率）を横軸に示し、褐炭に接触させる水蒸気の温度（℃）を縦軸に示す。図４に示すように、常圧で１００℃の水蒸気を褐炭に接触させて加熱した場合、褐炭の含水率が３０％程度まで低下する。このように、褐炭に含まれる水のうち、１００℃程度で気化する水が自由水である。一方、１００℃を上回り２００℃未満の水蒸気を褐炭に接触させて加熱した場合、褐炭の含水率が３％程度まで低下する。このように、褐炭に含まれる水のうち、１００℃を上回り２００℃未満で気化する水が結合水である。つまり、自由水は、結合水よりも、気化に要する熱エネルギー（気化熱、蒸発熱）が小さい。
【００４４】
ここで、スプレー部２３０が水を噴霧することで乾燥炭ＤＣに付着する液体の水は、乾燥炭ＤＣの表面に留まるのみである。つまり、乾燥炭ＤＣに付着した液体の水は、自由水となる。したがって、スプレー部２３０が、上記差分を潜熱と顕熱で吸熱できる量より、多量の水を噴霧しても、貯留部１３０に貯留している間に気化することとなる。
【００４５】
したがって、スプレー部２３０が、上記差分を潜熱と顕熱で吸熱できる最低限の量に、貯留部１３０で貯留している間に気化する量の水を噴霧することで、液体の水の付着を防止して、乾燥炭ＤＣを冷却することが可能となる。また、液体として水を噴霧することにより、有機溶媒を噴霧する構成と比較して、低コストで乾燥炭ＤＣを冷却することができる。
【００４６】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。
【００４７】
例えば、上記第１の実施形態において、第１冷却部２２０として、水冷装置を例に挙げて説明した。しかし、第１冷却部２２０は、本体部２１０を冷却できれば、構成に限定はない。例えば、第１冷却部２２０を空冷装置やペルチェ素子で構成してもよい。また、第１冷却部２２０は、必須の構成ではない。
【００４８】
また、上記第１の実施形態において、第２冷却部２４４として、冷媒を循環させる装置を例に挙げて説明した。しかし、第２冷却部２４４は、ガスを冷却して凝縮できれば、構成に限定はない。例えば、第２冷却部２４４をペルチェ素子で構成してもよい。
【００４９】
また、上記第１、第２の実施形態において、スプレー部２３０が噴霧する有機溶媒（液体）として、メタノールを例に挙げて説明した。しかし、有機溶媒は、沸点が１００℃以下であればよい。例えば、有機溶媒として、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン等の炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル等のエステル、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン等のハロゲン化物、ガソリン、灯油等の石油類や、これらの混合物であってもよい。
【００５０】
また、上記第１、第２の実施形態において、冷却装置１２０、３２０が凝縮部２４０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、凝縮部２４０は必須の構成ではない。
【００５１】
また、含水石炭として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、含水石炭は、泥炭、亜炭、亜瀝青炭であってもよいし、泥炭、亜炭、褐炭、亜瀝青炭のうち、いずれか２以上の混合物であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本開示は、加熱により乾燥された含水石炭を冷却する冷却装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１２０  冷却装置
２３０  スプレー部
２４０  凝縮部
３２０  冷却装置
【図１】
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【図２】
2018070843.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018070843.tif 000006