(57)【要約】【課題】廃棄物処理により発生する高温ガスを用いて水蒸気を加熱する際の、回転蓄熱体のロータの回転支持部や駆動部の金属材料の腐蝕や脆化、および回転蓄熱体の熱歪による破損の問題を解消して、排煙の量を抑えうる過熱水蒸気に必要な温度域での熱交換が可能な回転型熱交換器のロータ構造を得る。【解決手段】支軸２によって回転可能に支持され、熱交換用の流体通路３１を形成した蓄熱材３０による回転蓄熱部３を有する回転型熱交換器１のロータ構造において、前記支軸２に冷却路を形成し、この支軸２から放射状に複数のジャケット２２を設けるとともにジャケット２２の内部を前記冷却路と連通し、このジャケット２２によって前記蓄熱材３０を保持して回転蓄熱部３を形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支軸によって回転可能に支持され、熱交換用の流体通路を形成した蓄熱材による回転蓄熱部を有する回転型熱交換器のロータ構造において、
前記支軸に冷却路を形成し、この支軸から放射状に複数のジャケットを設けるとともにジャケット内を前記冷却路と連通し、このジャケットによって前記蓄熱材を保持して回転蓄熱部を形成してなる回転型熱交換器のロータ構造。
【請求項２】
前記ジャケットの頂辺部は外周側より支軸側を高く傾斜して形成してなる請求項１記載の回転型熱交換器のロータ構造。
【請求項３】
前記支軸は内管と外管とを下端で連通する二重管とし、それぞれの管に互いに落差をもって前記回転蓄熱部より上位で給排口を開口してなる請求項１記載の回転型熱交換器のロータ構造。
【請求項４】
前記回転蓄熱部は、隣接するジャケットによって扇形に区切られる複数の区分要素に分けて構成してなる請求項１記載の回転型熱交換器のロータ構造。
【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ロータ構造に関する。
【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などを改質処理して排出残滓を縮減する場合には、燃料と空気とを混合したガスを用いて高温で燃焼していた。しかし、空気はそのほとんどが改質処理にあまり寄与しない窒素であり、その窒素分のために排気する煙の量が非常に多くなってしまうとともに、排煙から除去すべき環境汚染ガスの濃度が低くなって除去効率が悪くなり、大型で高性能な排煙設備が必要となってコストがかかっていた。また、環境負荷も高くなるため、さらに排煙の量を抑えた環境負荷の少ない処理システムが求められている。
【０００３】
煙の排出量を抑えるために、高温の水蒸気を用いる方法がある。この方法では少なくとも８００度以上の過熱水蒸気を必要とするが、熱交換用流路を形成した回転蓄熱体による従来の高温域用の回転型熱交換器（例えば特許文献１）では６００度程度までの熱交換に限られており、８００度を越えるとロータの回転支持部や駆動部の金属材料の脆化を招き、また回転蓄熱体の熱歪による破損などの問題が生じていた。
【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】
【０００４】
解決すべき問題点は、廃棄物処理により発生する高温ガスを用いて水蒸気を加熱する際の、回転蓄熱体のロータの回転支持部や駆動部の金属材料の腐蝕や脆化、および回転蓄熱体の熱歪による破損であり、これらの問題を解消して、排煙の量を抑えうる過熱水蒸気に必要な温度域での熱交換が可能な回転型熱交換器のロータ構造を得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、請求項１記載のロータは、支軸によって回転可能に支持され、熱交換用の流体通路を形成した蓄熱材による回転蓄熱部を有する回転型熱交換器のロータ構造において、前記支軸に冷却路を形成し、この支軸から放射状に複数のジャケットを設けるとともにジャケット内を前記冷却路と連通し、このジャケットによって前記蓄熱材を保持して回転蓄熱部を形成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載のロータは、前記ジャケットの頂辺部は外周側より支軸側を高く傾斜して形成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載のロータは、前記支軸は内管と外管とを下端で連通する二重管とし、それぞれの管に互いに落差をもって前記回転蓄熱部より上位で給排口を開口したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載のロータは、前記回転蓄熱部は、隣接するジャケットによって扇形に区切られる複数の区分要素に分けて構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載のロータは、支軸によって回転可能に支持され、熱交換用流体通路を形成した蓄熱材による回転蓄熱部を有する回転型熱交換器のロータ構造において、支軸に冷却路を形成し、且つ冷却路を連通した複数のジャケットを放射状に設けて、これらジャケットで回転蓄熱部を支持したことにより、熱交換用流体通路に加熱流体を導いて蓄熱し、所定回転位置で被加熱流体を導いて熱交換する。このとき、支軸からジャケットに冷却水を流すことにより、回転蓄熱部を保持しつつ支軸とジャケットとを冷却して熱による脆化を抑え、８００度以上の高温ガスの熱交換に対応できる。
【００１０】
請求項２記載のロータは、ジャケットの頂辺部を傾斜して形成したことにより、支軸からの混入気泡やジャケット内での生成気泡がジャケット内に滞留するのを防いで冷却性を確保できる。
【００１１】
請求項３記載のロータは、支軸を２重管とし、それぞれの管を互いに落差をもって回転蓄熱部より上位に開口したことにより、二重管からジャケットが冷却される。このとき、開口部の落差によって複雑な通水制御を要することなく確実に所定の流速が確保されて通水性が優れたものとなり冷却性能が向上する。
【００１２】
請求項４記載のロータは、回転蓄熱部を複数の区分要素に分けて構成したことにより、熱歪の範囲が限定的になって破損しにくくなるとともに、取扱性およびメンテナンス性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、その上下に支持機構３８によって弾性支持するシール部材３５を設けて構成される。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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】
【００３１】
【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】
【００３２】
１    熱交換器
２    支軸
３    回転蓄熱部
２０  内管
２１  外管
２２  ジャケット
２３  冷却水取入口
２４  冷却水排出口
３０  蓄熱材
３１  流体通路
３５  シール部材
【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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