(57)【要約】【課題】解決すべき問題点は、摩耗と高温の条件下で被加熱流体側からの圧力漏れを抑えることであり、高温水蒸気を用いた環境負荷の少ない廃棄物処理システムを実現することを目的とする。【解決手段】蓄熱材３０よりなる回転蓄熱部３に形成した流体通路３１の開口部に臨んで加熱流体および被加熱流体を案内するそれぞれの案内部と、両案内部の間で前記回転蓄熱部３の流体通路３１の開口部に接して両流体間を画成するシール部材３５とからなる回転型熱交換器１の給排部構造において、前記シール部材３５には、前記流体通路３１の開口部に追従支持する支持機構３８を設け、この支持機構３８を保持する外殻材７を両案内部と別体に架設し、さらに、前記シール部材３５と両案内部との間に、前記回転蓄熱部３の流体通路３１の開口部に近接して圧力勾配を形成する閉塞蓋４５を設けた。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材よりなる回転蓄熱部に形成した流体通路の開口部に臨んで加熱流体および被加熱流体を案内するそれぞれの案内部と、両案内部の間で前記回転蓄熱部の流体通路の開口部に接して両流体間を画成するシール部材とからなる回転型熱交換器の給排部構造において、
前記シール部材には、前記流体通路の開口部に追従支持する支持機構を設け、この支持機構を保持する外殻材を両案内部と別体に架設したことを特徴とする回転型熱交換器の給排部構造。
【請求項２】
前記シール部材と両案内部との間に、前記回転蓄熱部の流体通路の開口部に近接して圧力勾配を形成する閉塞蓋を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転型熱交換器の給排部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物を処理する際に発生する高温ガスにより水蒸気を加熱して高温水蒸気を生成するために、熱交換用の流体通路を形成した蓄熱材を回転可能に構成して熱交換する回転型熱交換器の流体の給排部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物の乾留処理によって生じた乾留残滓や乾留ガスを燃料と空気とを混合した燃焼ガスによって改質処理して排出残滓等を縮減するとともに、発生した不活性ガスを乾留炉などに導入して熱をリサイクルする廃棄物処理システムが知られている。さらに、乾留残滓等の改質にあまり寄与しない空気中の窒素分を除くために、高温の水蒸気を用いて改質処理を行なうことにより排煙の量を抑えた環境負荷のより少ない処理システムが本願出願人により提案されている。
【０００３】
このシステムでは、熱をリサイクルしつつ安定した温度で高温水蒸気を得るために回転型熱交換器を用いるが、それぞれの流体が高温であることや、回転蓄熱部との摺動部で両流体をシールする必要があることから、摩耗と高温の条件下で十分に機密性を保ち、圧力漏れを防げるシール構造が必要となる。
【０００４】
従来の回転型熱交換器として例えば特許文献１に記載されたものがある。この回転型熱交換器のシール構造は、円形のリング部と、その中心から径方向に伸びたクロスバー部とにより構成されている。しかし、このような枠状の部材からなるシール構造では高温による熱応力や強度などの問題から、圧力漏れや耐磨耗性について十分な性能を確保できない。
【特許文献１】特開昭５２−１３００４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決すべき問題点は、摩耗と高温の条件下で被加熱流体側からの圧力漏れを抑えることであり、高温水蒸気を用いた環境負荷の少ない廃棄物処理システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１記載の給排部は、蓄熱材よりなる回転蓄熱部二形成した流体通路の開口部に臨んで加熱流体および被加熱流体を案内するそれぞれの案内部と、両案内部の間で前記回転蓄熱部の流体通路の開口部に接して両流体間を画成するシール部材とからなる回転型熱交換器の給排部構造において、前記シール部材には、前記流体通路開口部に追従支持する支持機構を設け、この支持機構を保持する外殻材を両案内部と別体に架設したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の給排部は、前記シール部材と両案内部との間に、前記回転蓄熱部の流体通路の開口部に近接して圧力勾配を形成する閉塞蓋を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の給排部は、流体案内部とは別体の外殻材に設置した支持機構によってシール部材を弾性支持したことにより、支持機構による追従性によって回転蓄熱部の膨張収縮にシール部材が従動して、常に所定の圧力で流体通路開口面を押圧して圧力漏れを抑えつつ流体が給排される。また、シール部材が案内部とは別体に支持されていることで案内部が独立してメンテナンスが容易となり、回転蓄熱部との摺動接触による摩耗と高温の条件下で良好なシール状態を保つことが可能となる。よって高温化の高度の気密性により高温水蒸気と乾留ガスとの反応熱を熱源としてリサイクルするとともに排煙の外部排出を抑えた環境対応型の廃棄物処理システムを実現することができる。
【０００９】
請求項２記載の給排部は、シール部材と案内部との間に流体通路開口面に近接して閉塞蓋を配置したことにより、シール部材に到達する両流体の圧力差を小さく抑えながら、回転負荷をかけることなく高度の気密性を確保して圧力漏れをさらに低減できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の詳細について述べる。図１は、本発明に係る熱交換器の外観側面図である。
熱交換器１は、円筒状ケース内に縦軸型の回転蓄熱部３を配置し、上部外殻材８と下部外殻材９とを流体の給排部１８とし、中継ぎ部２５に回転駆動部を構成し、これら上部外殻材８と下部外殻材９と中継ぎ部２５とによって内部を外気から密閉する。
【００１１】
上部外殻材８には水蒸気出口１３とガス入口１５が設けられ、下部外殻材９には水蒸気入口１１（後述）とガス出口１７が設けられている。熱交換器１の中心には支軸２が設けられている。この支軸２には、最上部で冷却水取入口２３を開口し、この冷却水取入口２３よりも下方で冷却水排出口２４を開口する。
【００１２】
また、熱交換器１を囲むように土台４に枠体５が設置され、この枠体５にはモータ２７やスプロケット３４などが設けられている。モータ２７を駆動すると、スプロケット３４から中継ぎ部２５に設けられた動力伝達部２６を介して熱交換器１の内部に動力が伝達されて内部に設置された回転蓄熱部３が回転する。
【００１３】
図２は、熱交換器の垂直断面の端面図で、図１におけるＡ−Ａ線断面である。熱交換器１は、土台４に回転可能に立設した支軸２に蓄熱材３０を取付けて回転蓄熱部３を形成し、その上下にシール部材３５を設けて支持機構３８によって弾性支持して構成される。
【００１４】
支軸２は内管２０と外管２１により２重管に構成する。内管２０には回転蓄熱部３よりも上位で冷却水取入口２３を開口し、この冷却水取入口２３から冷却水を導入する。外管２１には、周を等分する位置に平形の箱状で内部が空洞のジャケット２２を放射状に設け、ジャケット２２の内部と外管２１とを連通接続するとともにジャケット２２の頂辺部を外周側から支軸２側に向かって高く傾斜させる。本実施例では縦に３段のジャケット２２を外管２１に設けている。この内管２０と外管２１とを最下部で連通接続する。
【００１５】
図３は蓄熱材３０の斜視図である。この蓄熱材３０は、耐熱性、耐磨耗性および高い熱伝導性を備えた、例えば炭珪質（ＳｉＣ）などの炭化珪素系セラミクスで構成する。形状は扇柱状で、軸線に沿って上下に貫通する流体通路３１を形成し、側面部には嵌め溝４２を形成する。この嵌め溝４２を外管２１のジャケット２２に嵌め込んで蓄熱材３０を保持することにより回転蓄熱部３を形成する。
図４はジャケット２２に蓄熱材３０を取付け、周囲に締め部材３２を装着して円柱状に形成した回転蓄熱部３の水平断面図である。本実施例では、外管２１の周を六等分する位置にジャケット２２を設けている。
【００１６】
支持機構３８は、ホルダ３６、端部に付勢部を形成した支持棒３９、コイルバネ４０により形成される。ホルダ３６は上部外殻材８または土台４に固設して、このホルダ３６に支持棒３９を挿通して先端はシール部材３５に挿入固定し、他端側には付勢部３７を設けて、ホルダ３６と付勢部３７との間にコイルバネ４０を取付けてシール部材３５を弾性支持する。この支持機構３８によって、シール部材３５の回転蓄熱部３への面圧を調節する。
【００１７】
上部外殻材８と下部外殻材９の内周には溝が形成してあり、シール部材３５はこの溝にはめ込んで  加熱流体部と被加熱流体部とを互いに隔離する。上部外殻材８と下部外殻材９の内壁の位置は図２において破線で示される。また、シール部材３５と天井部および底部との間には隙間４１を設け、温度による回転蓄熱部３の膨張収縮に合わせてシール部材３５を可動に形成し、回転蓄熱部３に接触して密閉性を保った状態を維持させる。回転蓄熱部３とシール部材３５との摺動部には、カーボンなどに含浸して耐熱性と耐久性を備えたパッキンを取付ける。
【００１８】
第５図は、熱交換器１の上部外殻材８の位置での水平断面図で、図２におけるＢ−Ｂ断面である。熱交換器１のほぼ中心を支軸２が貫いている。上部外殻材８は耐熱材６と金属製の外殻材７とからなり、内部は耐熱性を備えた仕切部材４８によって高温水蒸気案内部１２、高温ガス案内部１４および仕切室４６に画成され、仕切室４６にはシール部材３５が設けられている。シール部材３５は支持機構３８の支持棒３９が挿入固定され、弾性支持されている。高温水蒸気案内部１２を水蒸気出口１３に連通し、高温ガス案内部１４にはガス入口１５を設ける。なお、下部外殻材９に設けられている水蒸気入口１１を破線で示してある。
【００１９】
図６は給排部１８の斜視図である。回転蓄熱部３の流体通路３１の開口面を閉塞蓋４５で覆うとともに案内用の仕切部材４８を設けて仕切室４６とそれぞれの案内部とを形成し、この仕切室４６にシール部材３５を配置する。閉塞蓋４５には流体通路３１と各流体の案内部とをつなぐ窓５０を形成し、仕切部材４８によって画成した流体の各案内部（低温水蒸気案内部１０、高温水蒸気案内部１２、高温ガス案内部１４、低温ガス案内部１６）と流体通路３１とを接続する。また、仕切部材４８には各流体の供給口または排出口を設ける。
【００２０】
図７は熱交換器の垂直断面図で、図５におけるＣ−Ｃ断面である。仕切部材４８によって加熱流体部と被加熱流体部と仕切室４６とに画成し、仕切室４６にシール部材３５を設ける。また、シール部材３５と仕切部材４８との間に流体通路３１の開口面に近接して閉塞蓋４５を設ける。閉塞蓋４５は窓５０を有しており、この窓５０によって回転蓄熱部３の流体通路３１と案内部とが連通接続される。
【００２１】
流体通路３１の両開口端それぞれの両側各案内部は、図示右半側に低温水蒸気案内部１０、高温水蒸気案内部１２、図示左半側に高温ガス案内部１４、低温ガス案内部１６とし、各室にそれぞれ水蒸気入口１１、水蒸気出口１３、ガス入口１５、ガス出口１７を設けて水蒸気またはガスを供給または排出する。本実施例においては図７に示したように、左上が高温ガス案内部１４、左下が低温ガス案内部１６で、右上が高温水蒸気案内部１２、右下が低温水蒸気案内部１０である。
【００２２】
次に、上記構成の交換器の動作について説明する。ガス入口１５から供給される高温ガスは回転蓄熱部３の流体通路３１に流入して蓄熱材３０を熱しながら、低温ガス案内部１６へ通り抜け、ガス出口１７から排出される。回転蓄熱部３は支軸２を軸として、枠体５に設けられたモータ２７によって常に回転しており、加熱流体部であるガス案内部側で熱せられた回転蓄熱部３の一部はやがて被加熱流体部である水蒸気案内部側に移る。水蒸気は水蒸気入口１１から供給され、回転蓄熱部３の流体通路３１に流入して熱せられながら上昇し、高温水蒸気となって水蒸気出口１３から排出される。
【００２３】
各流体案内部とは別体の外殻材に設置した支持機構３８によってシール部材３５を弾性支持したことにより、熱による回転蓄熱部３の膨張収縮にシール部材が従動して常に流体通路開口面を押圧することで圧力漏れを抑えることができるとともに、シール部材３５が流体案内部とは別体に外殻材によって支持されていることで摩耗と高温の条件下における高度のメンテナンスを施すことができる。
【００２４】
また、シール部材３５と案内部との間に閉塞蓋４５を設けて回転蓄熱部３の流体通路開口面に近接して配置したことにより、圧力勾配を形成してシール部材３５に到達する流体の圧力差を小さく抑えることができ、回転負荷をかけることなく高い気密性を確保して圧力漏れをさらに低減することができる。
【００２５】
供給される加熱流体は１０００度以上の高温であるが、回転蓄熱部３を支持する支軸２は内管２０、外管２１およびジャケット２２を流れる冷却水によって冷やされ、熱による脆化を抑えることができ、この高温ガスにより炭珪質などの耐熱性材料で形成された回転蓄熱部３を熱し、その熱で水蒸気を加熱して８００度以上の高温水蒸気を得ることができる。さらに、回転蓄熱部３が回転型であることにより水蒸気は連続的に加熱され、得られる高温水蒸気の最高温度と最低温度の差を少なく抑えることができ、温度の安定した高温水蒸気を得ることができる。
【００２６】
内管２０に導入した冷却水は、矢印で示したように、内管２０を落下して最下部から外管２１に流入し、ジャケット２２の内部を循環しながら外管２１を上昇して蓄熱材３０によって熱せられた外管２１とジャケット２２を冷やし、冷却水取入口２３よりも下位に開口した冷却水排出口２４から排出される。冷却水排出口２４は冷却水取入口２３よりも低い位置に設けてあるため、この落差によりポンプなどの特別な装置を必要とせずに所定の流速が確保される。また、ジャケット２２の上面は外管２１側に向かって上方に傾斜しており、熱せられた冷却水や気泡がジャケット２２内に溜まらずに排出されるため冷却効率がよい。
【００２７】
回転蓄熱部３は複数の蓄熱材３０により構成されており、加熱時に受ける熱歪は各蓄熱材３０ごととなって範囲が限定的であるため破損しにくくなるし、破損した場合であっても破損した蓄熱材３０のみ交換すればよく、交換のコストを低く抑えることができる。また、回転蓄熱部３の維持管理はそれぞれ蓄熱材３０について行なうため、メンテナンス性や取扱性に優れる。さらに、本実施例では支軸２を６等分する位置にジャケット２２を縦に３段設けているが、ジャケット２２は４等分や８等分する位置にあってもよく、また縦に１段でも２段でも、また４段以上設けてもよく、必要とされる性能に応じて柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る熱交換器の側面図。
【図２】熱交換器の垂直断面の端面図で図１のＡ−Ａ線断面。
【図３】蓄熱材の斜視図。
【図４】熱交換部の水平断面図。
【図５】上部外殻部の水平断面図で図１および図２のＢ−Ｂ線断面。
【図６】蓋体の斜視図。
【図７】熱交換器の垂直断面図で図５のＣ−Ｃ線断面。
【符号の説明】
【００２９】
１    熱交換器
２    支軸
３    回転蓄熱部
１０  低温水蒸気案内部
１２  高温水蒸気案内部
１４  高温ガス案内部
１６  低温ガス案内部
１８  給排部
３０  蓄熱材
３１  流体通路
３５  シール部材
３８  支持機構
４５  閉塞蓋
４６  仕切室
４８  仕切部材
５０  窓
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図７】
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