(57)【要約】【課題】炉等の高温排ガスからの排熱を回収して、有効利用する。【解決手段】砕石型蓄熱装置は、蓄熱用の砕石１とこの砕石を収納する蓄熱フレーム２ａとを有する蓄熱槽２と、蓄熱槽にガスを流すファン５ａと、ファンの運転を制御する制御装置とを備える。砕石は、粒度範囲が４０〜３０ｍｍのＪＩＳ規格の道路用砕石である。【選択図】　図１
2004069123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱用の砕石とこの砕石を収納する蓄熱フレームとを有する蓄熱槽と、蓄熱槽にガスを流すファンと、ファンの運転を制御する制御装置とを備えた砕石型蓄熱装置において、前記砕石は、粒度範囲が４０〜３０ｍｍの道路用砕石であることを特徴とする砕石型蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱槽の流れ方向に直角な方向の断面積を、蓄熱材である砕石の充填率の３乗根に基づいて定めたことを特徴とする請求項１に記載の砕石型蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱槽に、回転数を可変なファンと、このファンを制御する制御手段とを設け、蓄熱槽に接続される負荷に応じて前記ファンを前記制御手段が制御することを特徴とする請求項１または２に記載の砕石型蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砕石を蓄熱に利用する砕石型蓄熱装置に係り、特に排熱を利用するのに好適な砕石型蓄熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排熱を利用した蓄熱器の例が、特開平６−１１２８６号公報に記載されている。この公報では、効率よく蓄熱するために、蓄熱器を蓄熱器本体、ブライン、蓄熱カプセルで構成し、蓄熱器本体の一壁部にインバータ素子を埋設している。これにより、インバータ素子で発生した熱は直接蓄熱器本体に伝達され、ブラインを介して蓄熱カプセルに蓄熱される。さらに蓄熱した熱は、冬場は暖房に利用している。
【０００３】
また、加熱蓄熱時でも形を保って蓄熱材の流出を防止した蓄熱帯の例が、特開平２００１−３４９６１９号公報に記載されている。この蓄熱体は、通電により発熱する面状発熱体と、その面状発熱体の少なくとも一部を覆う面状蓄熱体とこれらの全面を覆う外皮と、面状発熱体に通電する電源接続導体とを有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平６−１１２８６号公報にに記載の排熱利用型蓄熱器では、排ガス温度が例えば１５０℃以上の高温になる場合であって、無機水和塩のような液体と固体の相変化を利用した蓄熱材を用いると、カプセルの内圧が高くなりすぎ、カプセル破損等を引き起こすおそれがある。そのため、現実には破損防止のために大気等の低温気体を装置に取りこんでいるが、蓄放熱効率が犠牲になっている。また、無機水和塩等の化学物質を調合および精製して蓄熱材を造るため、蓄熱装置や蓄熱機器のコストが増大する。
【０００５】
また、特開２００１−３４９６１９号公報に記載のものでは、自己温度制御性を有する面状発熱体を用いているので蓄熱体の流出を防止できるものの、加熱温度に限界がある。
【０００６】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は簡単な構成で排熱を有効利用することにある。本発明の他の目的は、安価に排熱を有効利用することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、蓄熱用の砕石とこの砕石を収納する蓄熱フレームとを有する蓄熱槽と、蓄熱槽にガスを流すファンと、ファンの運転を制御する制御装置とを備えた砕石型蓄熱装置において、砕石は、粒度範囲が４０〜３０ｍｍの道路用砕石としたことにある。
【０００８】
そしてこの特徴において、蓄熱槽の流れ方向に直角な方向の断面積を、蓄熱材である砕石の充填率の３乗根に基づいて定めてもよく、また蓄熱槽に、回転数を可変なファンと、このファンを制御する制御手段とを設け、蓄熱槽に接続される負荷に応じてファンを制御手段が制御するようにしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる顕熱蓄熱装置の一実施例の模式図であり、図２は顕熱蓄熱装置の特性を説明する図、図３は本発明に係る顕熱蓄熱装置を用いた塗装システムの模式図、図４は本発明に係る顕熱蓄熱装置の斜視図である。
【００１０】
図４に示したように、蓄熱槽２は、板金と金網からなるフレーム２ａと、このフレーム２ａ内に収容された多数の砕石１とを備えている。図示しない炉等からの高温の排ガス３ａを、蓄熱槽２に導く吸込ダクト３と、この蓄熱槽２に蓄えられた熱を需要元に供給する吐出ダクト５とが蓄熱槽２の両側に形成された通気孔２ｃ、２ｄに接続されている。吸込ダクト３は分岐部を有し、分岐の一方側からは外部空気４ａが供給される。この外部空気の供給路には空気の供給量を調整する吸気ダンパー４が取付けられている。一方吐出ダクト５には、蓄熱槽内のガスを需要元に送風するためのファン５ａが取付けられている。蓄熱槽２に保持される砕石は、日本工業規格ＪＩＳ　Ａ５００１−１９８８で規定された道路用砕石であり、粒度範囲は４０〜３０ｍｍである。
【００１１】
このように構成した蓄熱槽２では、ファン５ａを作動させると、図示しない温風炉の煙突から導かれた高温排ガス３ａが、２５０℃程度の温度で蓄熱槽２の吸込ダクト３に至る。吸込ダクトには温度センサーＡが取付けられており、この温度センサーＡは高温の排ガス３ａの温度を検出する。検出された排ガス３ａの温度に基づいて、吸気４ａと排ガス３ａの混合量を調整する。
【００１２】
なお、砕石１から砂や泥などを洗浄により予め除去した後に、フレーム２ａに砕石１を充填する。充填率は、送風の難易と蓄熱体の熱貫流から自ずと定まる。なお、本発明者らの実験によれば、体積比での充填率は６０％近傍が良好であった。高温排ガス３ａの温度が２５０℃程度であれば、外部空気を供給する必要は無く、砕石に２５０℃程度の温度の排ガス３ａをそのまま供給する。この場合、分岐ダクトや吸気ダンパーは不要である。
【００１３】
空隙率は、砕石を充填する蓄熱槽２における流路部の流れ方向に直角な方向の断面積に充填率の３乗根を乗じた値を、１００％から差し引くことにより得られる。この求めた空隙率に、蓄熱槽の流路直角方向の断面積を乗じると相当流路断面積が求まる。一方、蓄熱に必要な送風量から、所定の流速以下になるように流路断面積を算出する。この算出した流路断面積が、相当流路断面積とほぼ等しいかそれ以上になるように、蓄熱槽２の縦寸法と横寸法を決める。その結果、蓄熱槽の長さ寸法も定まる。
【００１４】
蓄熱槽の出力は、予測した負荷、または温度センサーを用いて実測した負荷に応じて、ファン５ａのモーターの回転数をインバータ制御により段階的または連続的に変化させることにより、制御する。この蓄熱槽２の出力特性を、図２に示す。図２では、蓄熱カプセルによる従来の潜熱蓄熱の温度特性ｌ２と、本発明による顕熱蓄熱の温度特性ｌ１、および従来の顕熱蓄熱の温度特性ｌ３とを併せて示す。
【００１５】
縦軸に蓄熱体の温度を、横軸に経過時間をとる。蓄熱体が蓄熱カプセルのように潜熱を利用するものでは、蓄熱体の許容上限温度、例えば１５０℃の点Ａで蓄熱される。そして、放熱開始温度のＡ点から顕熱を放出し、蓄熱体の凝縮温度であるＴ℃になったＢ点に至る。Ｂ点からＣ点までは、温度一定のまま相変化を伴い潜熱を放出する。蓄熱体が水のときには、温度レベルは異なるが氷結しつつある状態に相当する。Ｃ点から再び顕熱により放熱する。このＣ点経過後には、温度が急激に低下する。潜熱を利用する蓄熱装置では、一定温度で熱エネルギーを放出するＢＣ間の潜熱領域を安定して長い時間得られるので、蓄熱装置としての利用価値が高い。
【００１６】
一方、従来の顕熱利用の蓄熱体では、顕熱の放出による温度勾配が急になり、蓄熱時温度の点Ａ１から放熱終了の点Ｂ１まで一気に温度が低下するので、蓄熱装置としての利用が困難である。これに対し、本発明に係る蓄熱体を用いると、蓄熱体を構成するのが砕石であり、また負荷側に送風量を可変なファンを設けたので、ファンの送風量により蓄熱槽からの放熱を制御でき、蓄熱温度をほぼ限りなく排熱ガス温度に近づけることができる。蓄熱温度が高くなった（Ａ２点）ので、例えば水の凝縮温度であるＴ℃までの時間も従来の顕熱を用いる蓄熱体に比べ、圧倒的に長くなる。これにより、潜熱型に近い温度特性が得られる。なお、凝縮温度に相当するＴ℃から放熱終わりのＢ２点までの放熱特性は、従来の顕熱型とほぼ同様な特性である。すなわち、本発明に係る蓄熱対体を用いることにより、安価な蓄熱材で潜熱蓄熱材に近似した特性が得られる。
【００１７】
次にこのような放熱特性を有する蓄熱槽を用いた排熱回収システムの一例を、図３に示す。図３は、温風炉排熱回収システムのシステムフロー図である。温風炉排熱回収システムは、塗装ブース７と、温風炉８と、温風炉８と塗装ブース７をつなぐ温風用ダクト８ｂと、温風炉８の燃焼廃ガスを排出する煙突８ａと、煙突８ａから分岐した吸込ダクト３と、この吸込ダクト３に接続した砕石型蓄熱槽２と、蓄熱槽２に充填した砕石蓄熱材１と、蓄熱槽出口に取付けられた吸引用ファン５ａと、吐出ダクト５と、風路を切り替える切替ダンパー５ｂと、蓄熱後の排気を煙突側へ戻す排気ダクト５ｃと、塗装ブース７の温度を検出する温度センサーＢと、蓄熱材の温度を検出する温度センサーＣと、これらセンサーＢ，Ｃからのデータでファン５ａのモーターの回転スピードを制御する演算器と、インバーターを装備した制御装置６とを有している。
【００１８】
冬期の昼間、温風炉８からの温風ガスはダクト８ｂを介して塗装ブース７へ送られる。この時、煙突８ａへ排気される燃焼高温排ガス３ａを、吸込ダクト３から蓄熱槽２へ引込み、砕石蓄熱材に熱を伝達および蓄熱する。熱を奪われた排ガスは、切替ダンパー５ｂにより排気ダクト５ｃ側へ導かれ、煙突８ａに戻されて排気される。
【００１９】
夜間は温風炉８を停止し、切替ダンパー５ｂを塗装ブース側に開とする。制御装置６は負荷状況に合わせてファン５ａの回転スピードを制御し、蓄熱槽２から塗装ブース７に温風を供給し、製品等を加温して塗膜の乾燥を促進する。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では蓄熱材に道路用の砕石を用いたので、蓄熱温度を排ガスの温度付近まで上昇させることができるので、顕熱蓄熱でありながら潜熱蓄熱に類似した高性能な蓄熱手段を実現できる。また、蓄熱材が道路用砕石であるので、安価に蓄熱手段を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る顕熱蓄熱装置の模式図。
【図２】潜熱蓄熱装置と顕熱蓄熱装置の放熱特性を説明する図。
【図３】本発明に係る蓄熱装置の一実施例の廃熱回収システムフロー図。
【図４】砕石蓄熱材の一実施例の斜視図。
【符号の説明】
１ｂ…砕石蓄熱材、２…蓄熱槽、３…吸込ダクト、３ａ…高温排ガス、５…吐出ダクト、５ａ…ファン、５ｂ…切替ダンパー、５ｃ…排気ダクト、６…制御装置、７…塗装ブース、８…温風炉、８ａ…煙突、８ｂ…ダクト、Ｂ…温度センサー、Ｃ…温度センサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004069123.tif 000006