(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、加熱により乾燥された乾燥炭と、乾燥炭より低温の不活性ガスとの混合物が旋回する旋回空間２１０ａが内部に形成されたサイクロン部２１０と、サイクロン部２１０を冷却するサイクロン冷却部２３０と、を備える。これにより、不活性ガスで乾燥炭を流動化させて冷却する従来技術と比較して、装置が簡易であるため、イニシャルコストを低減することが可能となる。また、不活性ガスで乾燥炭を流動化させて冷却する従来技術と比較して、不活性ガスの使用量を削減することが可能となる。これにより、乾燥炭の冷却に要するランニングコストを低減することができる。【選択図】図２
2018071943.tif 000002
【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と、該含水石炭より低温の不活性ガスとの混合物が旋回する旋回空間が形成されたサイクロン部と、
前記サイクロン部を冷却するサイクロン冷却部と、
を備えた冷却装置。
【請求項２】
前記サイクロン部に前記混合物を導入する混合物導入部と、
前記サイクロン部において遠心分離され、該サイクロン部から排出された不活性ガスを冷却するガス冷却部と、
を備え、
前記混合物導入部は、前記ガス冷却部によって冷却された不活性ガスと前記乾燥された含水石炭とを混合して前記サイクロン部に導入する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記サイクロン部は、
円筒形状の第１本体部と、
前記第１本体部の下端に連続し、上方から下方に向かうに従って径が漸減する第２本体部と、
を有し、
前記混合物導入部は、
一端が前記第１本体部に接続され、外壁に開口部が形成された導入管と、
前記導入管の他端から該導入管内に前記不活性ガスを供給するポンプと、
一端が前記導入管の開口部に接続され、他端が一端より上方に配され、前記含水石炭が通過する落下管と、
を有し、
前記ポンプは、前記ガス冷却部によって冷却された不活性ガスを前記導入管に供給する請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記サイクロン部を複数備え、
前記サイクロン部には、前記不活性ガスとともに、前段の前記サイクロン部から排出された含水石炭が導入される請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【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、乾燥炭を流動化させて冷却している。
【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と、該含水石炭より低温の不活性ガスとの混合物が旋回する旋回空間が形成されたサイクロン部と、前記サイクロン部を冷却するサイクロン冷却部と、を備える。
【０００９】
また、前記サイクロン部に前記混合物を導入する混合物導入部と、前記サイクロン部において遠心分離され、該サイクロン部から排出された不活性ガスを冷却するガス冷却部と、を備え、前記混合物導入部は、前記ガス冷却部によって冷却された不活性ガスと前記乾燥された含水石炭とを混合して前記サイクロン部に導入してもよい。
【００１０】
また、前記サイクロン部は、円筒形状の第１本体部と、前記第１本体部の下端に連続し、上方から下方に向かうに従って径が漸減する第２本体部と、を有し、前記混合物導入部は、一端が前記第１本体部に接続され、外壁に開口部が形成された導入管と、前記導入管の他端から該導入管内に前記不活性ガスを供給するポンプと、一端が前記導入管の開口部に接続され、他端が一端より上方に配され、前記含水石炭が通過する落下管と、を有し、前記ポンプは、前記ガス冷却部によって冷却された不活性ガスを前記導入管に供給してもよい。
【００１１】
また、前記サイクロン部を複数備え、前記サイクロン部には、前記不活性ガスとともに、前段の前記サイクロン部から排出された含水石炭が導入されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
【図１】乾燥システムを説明する図である。
【図２】実施形態にかかる冷却装置を説明する図である。
【図３】第１の変形例にかかる冷却装置を説明する図である。
【図４】第２の変形例にかかる冷却装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（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。
【００１６】
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、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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
以下、本実施形態にかかる冷却装置１２０について詳述する。
【００２０】
（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、サイクロン部２１０と、混合物導入部２２０と、サイクロン冷却部２３０と、ガス冷却部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、固体の流れを白抜きの矢印で示す。
【００２１】
サイクロン部２１０は、第１本体部２１２と、第２本体部２１４と、上面部２１６とを備えた管部材で構成される。第１本体部２１２は、円筒形状である。第２本体部２１４は、第１本体部２１２の下端に連続し、上方から下方に向かうに従って径が漸減するテーパ形状である。上面部２１６は、第１本体部２１２の上端を閉塞する。サイクロン部２１０は、鉛直方向に中心軸を沿わせて設置される。
【００２２】
サイクロン部２１０の内部には、水平断面形状が円形の旋回空間２１０ａが形成されている。第１本体部２１２には、後述する導入管２２２の一端が接続される開口部２１２ａが形成されている。開口部２１２ａは、導入管２２２から導入された混合物が、第１本体部２１２の接線方向または内周面に沿って流れるように、第１本体部２１２の中心から内周面側に角度をずらして開口している。換言すれば、旋回空間２１０ａ内で混合物が高速度で旋回するように、開口部２１２ａの開口角度が設定されている。
【００２３】
第２本体部２１４の下端には、開口部２１４ａが形成されている。開口部２１４ａには、石炭排出管２１４ｂが接続されている。また、上面部２１６には、開口部２１６ａが形成されている。開口部２１６ａには、ガス排出管２１６ｂが接続されている。
【００２４】
混合物導入部２２０は、乾燥炭ＤＣと、乾燥炭ＤＣより低温の不活性ガス（例えば、窒素ガス）との混合物をサイクロン部２１０に導入する。本実施形態において、混合物導入部２２０は、導入管２２２と、落下管２２４と、ポンプ２２６とを含んで構成される。
【００２５】
導入管２２２は、一端がサイクロン部２１０の開口部２１２ａに接続された管である。本実施形態において、導入管２２２は、水平方向に延在している。また、導入管２２２の外壁には開口部２２２ａが形成されている。
【００２６】
開口部２２２ａには、落下管２２４の一端が接続されている。本実施形態において、落下管２２４は鉛直方向に延在している。つまり、落下管２２４の他端は、一端より上方に配される。乾燥装置１１０で乾燥された高温の乾燥炭ＤＣは、落下管２２４の他端を通じて、落下管２２４に導入される。そうすると、乾燥炭ＤＣは、落下管２２４、開口部２２２ａを通じて導入管２２２内に落下搬送される。
【００２７】
ポンプ２２６は、導入管２２２の他端から導入管２２２内に、乾燥炭ＤＣより低温の不活性ガスを供給する。そうすると、導入管２２２内において、乾燥炭ＤＣと不活性ガスとの混合物が生成され、混合物は、開口部２１２ａを通じてサイクロン部２１０に導入されることとなる。
【００２８】
サイクロン部２１０に導入された混合物は、旋回空間２１０ａ内で旋回し、この旋回過程において、遠心力による慣性と重力とで、混合物から乾燥炭ＤＣが遠心分離される。そして、旋回空間２１０ａ内で混合物から遠心分離された乾燥炭ＤＣは、自重によって第１本体部２１２および第２本体部２１４の壁面を流下し、開口部２１４ａ、石炭排出管２１４ｂを通じて貯留部１３０に排出される。
【００２９】
したがって、乾燥炭ＤＣは、第１本体部２１２、第２本体部２１４の壁面を流下する過程において、第１本体部２１２、第２本体部２１４と接触して熱交換される。これにより、乾燥炭ＤＣの熱が第１本体部２１２、第２本体部２１４に移動し、乾燥炭ＤＣが冷却される。
【００３０】
サイクロン冷却部２３０は、例えば、水冷装置で構成され、サイクロン部２１０を冷却する。サイクロン冷却部２３０を備えることにより、第１本体部２１２、第２本体部２１４との熱交換による乾燥炭ＤＣの冷却を促進させることが可能となる。
【００３１】
一方、旋回空間２１０ａにおいて乾燥炭ＤＣが遠心分離された不活性ガスは、ガス排出管２１６ｂを通じて、ガス冷却部２４０に導入される。ガス冷却部２４０は、例えば、水冷装置で構成され、不活性ガスを冷却する。また、本実施形態において、上記ポンプ２２６は、ガス冷却部２４０によって冷却された不活性ガスを導入管２２２に供給する。これにより、不活性ガスを再利用することができ、不活性ガスに要するコストを低減することができる。
【００３２】
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、不活性ガスで乾燥炭ＤＣを流動化させて冷却する従来技術と比較して、不活性ガスの顕熱のみならず、サイクロン部２１０の壁面によって乾燥炭ＤＣを冷却することができる。また、冷却装置１２０は、不活性ガスで乾燥炭ＤＣを流動化させて冷却する従来技術と比較して、サイクロン部２１０の壁面と乾燥炭ＤＣとの接触面積が大きい。さらに、サイクロン部２１０の壁面での対流伝熱が大きい。このため、不活性ガスで乾燥炭ＤＣを流動化させて冷却する従来技術と比較して、不活性ガスの使用量を削減することが可能となる。これにより、乾燥炭ＤＣの冷却に要するランニングコストを低減することができる。
【００３３】
（変形例）
上記実施形態では、サイクロン部２１０、混合物導入部２２０、サイクロン冷却部２３０、ガス冷却部２４０を１つずつ備える冷却装置１２０について説明した。しかし、サイクロン部２１０、混合物導入部２２０、サイクロン冷却部２３０、ガス冷却部２４０を、複数備えてもよい。
【００３４】
図３は、第１の変形例にかかる冷却装置３２０を説明する図である。図４は、第２の変形例にかかる冷却装置４２０を説明する図である。冷却装置３２０、４２０は、サイクロン部２１０と、混合物導入部２２０と、サイクロン冷却部２３０と、ガス冷却部２４０とを２つずつ備える。なお、理解を容易にするため、図３、図４中、ポンプ２２６、ガス冷却部２４０を省略する。
【００３５】
図３に示すように、第１の変形例において、前段のサイクロン部２１０の石炭排出管２１４ｂから排出された乾燥炭ＤＣは、後段の混合物導入部２２０の落下管２２４に導入される。つまり、後段のサイクロン部２１０には、不活性ガスとともに、前段のサイクロン部２１０から排出された（前段のサイクロン部２１０で冷却された）乾燥炭ＤＣが導入される。
【００３６】
これにより、サイクロン部２１０を大型化することなく、乾燥炭ＤＣをより低温にすることができる。
【００３７】
また、図４に示すように、第２の変形例において、乾燥装置１１０で乾燥された高温の乾燥炭ＤＣは、一方の混合物導入部２２０の落下管２２４と、他方の混合物導入部２２０の落下管２２４とにそれぞれ導入される。
【００３８】
これにより、単位時間当たりに冷却される乾燥炭ＤＣの量を増加させることが可能となる。
【００３９】
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。
【００４０】
例えば、上記実施形態において、サイクロン冷却部２３０として、水冷装置を例に挙げて説明した。しかし、サイクロン冷却部２３０は、サイクロン部２１０を冷却できれば、構成に限定はない。例えば、サイクロン冷却部２３０を空冷装置やペルチェ素子で構成してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態において、ガス冷却部２４０として、水冷装置を例に挙げて説明した。しかし、ガス冷却部２４０は、不活性ガスを冷却できれば、構成に限定はない。例えば、ガス冷却部２４０を空冷装置やペルチェ素子で構成してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態において、落下管２２４が鉛直方向に延在している構成を例に挙げて説明した。しかし、落下管２２４は、他端から一端に向かって乾燥炭ＤＣが通過できればよい。したがって、落下管２２４は、少なくとも他端が一端より上方に配されていれば、傾斜していてもよい。
【００４３】
また、上記第１の変形例において、１の混合物導入部２２０は、当該混合物導入部２２０に接続されたサイクロン部２１０から排出された不活性ガスを再導入する構成を例に挙げて説明した。つまり、１のサイクロン部２１０で不活性ガスを循環させる構成を例に挙げて説明した。しかし、混合物導入部２２０は、前段のサイクロン部２１０から排出された不活性ガスを導入してもよい。
【００４４】
また、上記第１の変形例、第２の変形例において、サイクロン部２１０、混合物導入部２２０、サイクロン冷却部２３０、ガス冷却部２４０を２つずつ備えた冷却装置３２０、４２０について説明した。しかし、サイクロン部２１０、混合物導入部２２０、サイクロン冷却部２３０、ガス冷却部２４０の数に限定はない。
【００４５】
また、冷却装置は、上記第１の変形例のサイクロン部２１０同士の接続関係と、第２の変形例のサイクロン部２１０同士の接続関係とを備えてもよい。
【００４６】
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】
【００４７】
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】
【００４８】
１２０  冷却装置
２１０  サイクロン部
２１０ａ  旋回空間
２１２  第１本体部
２１４  第２本体部
２２０  混合物導入部
２２２  導入管
２２２ａ  開口部
２２４  落下管
２２６  ポンプ
２３０  サイクロン冷却部
２４０  ガス冷却部
３２０  冷却装置
４２０  冷却装置
【図１】
2018071943.tif 000003
【図２】
2018071943.tif 000004
【図３】
2018071943.tif 000005
【図４】
2018071943.tif 000006