JP2002115836A - 蓄熱式排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガスからより効率的に熱エネルギーを回収
することができると共に、排ガスの濃度、成分が変化し
た場合であっても、この変動に対応しながら熱エネルギ
ーを回収することができる蓄熱式排ガス処理装置を提供
すること。 【解決手段】 本発明に係る蓄熱式排ガス処理装置は、
それぞれ蓄熱体３１を有し、少なくとも２室以上の蓄熱
室３と、各蓄熱室３に排ガスを供給するための給気弁４
と、各蓄熱室３から排ガスを排気するための排気弁５
と、蓄熱室３に連通し、排ガスを燃焼する燃焼室２と、
燃焼室２に連通するバイパスダクト８と、バイパスダク
ト８に連結された熱交換器８２と、熱交換器８２に燃焼
室２から排ガスを供給する調節弁８１とを備えており、
燃焼室２内の排ガスをバイパスダクト８から熱交換器８
２に導入して熱回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱式排ガス処理装
置に関し、より詳細には、熱回収効率をより向上するこ
とができると共に、低濃度から高濃度までにわたる排ガ
スの濃度の変動、および排ガスの種類の変化による燃焼
発熱量の変化に対応できる蓄熱式排ガス処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の蓄熱式排ガス処理装置
（以下、単に「排ガス処理装置」という）９の一例を示
している。この排ガス処理装置９は、少なくとも２室以
上の蓄熱室３ａ，３ｂと、燃焼室２と、燃焼用バーナー
２１とから構成されている。各蓄熱室３ａ，３ｂには、
蓄熱体３１ａ，３１ｂが備えられていると共に、排ガス
を給気・排気する給気弁４ａ，４ｂおよび排気弁５ａ，
５ｂがそれぞれ備えられている。

【０００３】給気ファン４３から給気ダクト４１を介し
て排ガス処理装置９に向かう排ガスは、まず給気弁４ａ
から燃焼室２に向かい、次いで排気弁５ｂから排出され
る。排気弁５ｂから排気された排ガスは、排気ダクト４
２を介して煙突７から系外に放出されるようになってい
る。

【０００４】給気弁４ａより給気された排ガスは蓄熱体
３１ａを通過するが、この時には予め蓄熱体３１ａに蓄
えられていた熱により昇温された後、燃焼室２内で燃焼
される。排ガスは、蓄熱体３１ａから得た熱に加え排ガ
ス成分中の燃焼熱によりさらに昇温され、別室の蓄熱体
３１ｂを通過する際、蓄熱体３１ｂに熱を与えながら排
気弁５ｂより排出される。すなわち、燃焼室２に向かう
排ガスが通過する蓄熱体３１ａからは熱が排ガスに奪わ
れ、燃焼室２から出てくる排ガスが通過する蓄熱体３１
ｂには排ガスから熱が蓄積されるようになっている。

【０００５】この時、蓄熱体３１ａから得た熱と排ガス
成分中の燃焼熱により昇温された排ガス温度が、所定の
温度を下回る場合、燃焼室２に設けられた燃焼用バーナ
ー２１で排ガスを加熱することにより、燃焼室２内での
燃焼温度を確保している。

【０００６】そして、蓄熱体３１ｂが所定の温度もしく
は所定の時間を超えた場合など、十分に蓄熱した後に
は、給気弁４ａおよび排気弁５ｂが閉じられると共に給
気弁４ｂおよび排気弁５ａが開けられる。このようにす
れば、今度は燃焼室２に向かう排ガスが通過する蓄熱体
３１ｂからは熱が排ガスに奪われ、燃焼室２から出てく
る排ガスが通過する蓄熱体３１ａには排ガスから熱が蓄
積されるようになる。このように、排ガスの給排気は、
給気弁４ａ，４ｂおよび排気弁５ａ，５ｂを各々交互に
切り替えて行うようになっている。

【０００７】しかし、所定濃度より高濃度の排ガスを排
ガス処理装置９により処理する場合、排ガス成分中の燃
焼熱により燃焼室２内の温度が所定温度より高くなるこ
とがある。高温となった排ガスは、蓄熱体３１ｂを所定
温度以上に加熱した上で排出されるが、この状態で蓄熱
体３１ｂの蓄熱量が大きい状態で弁を切り替え、給気弁
４ｂから給気された排ガスを蓄熱体３１ｂに通過させる
と、排ガスは所定温度以上に昇温された状態で燃焼室２
に導入されることとなる。この状態が繰り返し継続され
ることで燃焼室２及び蓄熱体３１ａ，３１ｂの温度が徐
々に高くなり、排ガス処理装置９０内に溶損が生ずるこ
とがあった。

【０００８】この課題を解決するため、従来の排ガス処
理装置９においては、図３に示すように、排ガス濃度の
最大時に合わせて蓄熱体３１ａ，３１ｂの熱交換効率を
設定する。つまり、材質および排ガスとの接触面積と接
触時間に基づいて蓄熱体３１ａ，３１ｂの容積を小さく
することにより、蓄熱体３１ａ，３１ｂと排ガスとの間
で熱交換されずに系外へ放出されるロス熱量及び排ガス
処理装置９からの放熱量を、排ガス燃焼熱量が下回るよ
うにする。

【０００９】又は、図２に示すように、調節弁８１を有
するバイパスダクト８を燃焼室２に設け、混合ボックス
６を介してこのバイパスダクト８を排気ダクト４２に接
続し高温の排ガスの一部を、蓄熱体３１ａ，３１ｂを通
過させずにバイパスダクト８を通して直接混合ボックス
６へ排気させ、一方で蓄熱体３１ａ，３１ｂを通過し低
温となった排ガスを排気弁５ｂより排気ダクト４２を介
して混合ボックス６へ通し、混合ボックス６内で排ガス
を混合させることにより排ガスの温度を下げた後に煙突
７より大気中に放出させている。

【００１０】これらの構成により蓄熱体３１ａ，３１ｂ
に蓄積される熱量を減少させることできるので、排ガス
が蓄熱体３１ａ，３１ｂを通過する際に当該排ガスが異
常に昇温することがなくなり、結果として排ガス処理装
置９の溶損が防止される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２に示すよ
うな従来の構成では、バイパスダクト８を経て排気され
た排ガスは、排気ダクト４２を経て排気された排ガスと
混合されるため、排ガス全体としては混合ボックス６内
において低温となるので、結果として混合ボックス６を
経た排ガスから熱エネルギーを回収することは難しい。
同様に、図３に示すような構成においても、排気される
排ガスは低温であり、熱エネルギーを回収することは難
しい。仮に回収できたとしても、低温であるという理由
から、回収された熱エネルギーの用途は自ずと限定され
てしまう。

【００１２】また、排ガス処理装置９に供給される排ガ
スの濃度、成分は一定とは限らず、変動することがあ
る。従来の排ガス処理装置９では、調節弁８１が開かれ
た状態では、燃焼室２に供給される排ガスの濃度、成分
が変化して、燃焼室２中の排ガスがより高い温度になっ
た場合であっても、排ガスの多くは調節弁８１を介して
バイパスダクト８に流れて系外に排出されてしまうか、
蓄熱体３１ａ、３１ｂに蓄積する熱量の制限により熱交
換されずに排気ダクト４２から排出されてしまう。その
ため、より高い温度の排ガスが燃焼室４に供給された場
合であっても、排出される排ガスから熱エネルギーを回
収することが困難であるという問題がある。当然、常時
高濃度の排ガスを処理する場合であっても同様である。
従って、熱エネルギーの回収能率の点からは、従来の排
ガス処理装置９は、低濃度であり、濃度、成分がほぼ一
定である排ガスの処理には好適であるが、高濃度であっ
たり、濃度、成分が変動し得る排ガスの処理にはさほど
好適ではないという問題があった。

【００１３】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れ、排ガスからより効率的に熱エネルギーを回収するこ
とができると共に、高濃度の排ガスに対応し、排ガスの
濃度、成分が変化した場合であっても、この変動に対応
しながら熱エネルギーを回収することができる蓄熱式排
ガス処理装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明に係る蓄熱式排ガス処理装置は、それぞれ蓄熱体３１
を有し、少なくとも２室以上の蓄熱室３と、各蓄熱室３
に排ガスを供給するための給気弁４と、各蓄熱室３から
排ガスを排気するための排気弁５と、蓄熱室３に連通
し、排ガスを燃焼する燃焼室２とを備え、少なくとも一
部の蓄熱室３ａに排ガスを供給する給気弁４ａが開けら
れ、当該蓄熱室３ａが有する蓄熱体３１ａを介して燃焼
室２に排ガスが供給された後、他の蓄熱室３ｂから排ガ
スを排気する排気弁５ｂが開けられ、当該蓄熱室３ｂが
有する蓄熱体３１ｂを介して燃焼室２から排ガスが排気
される状態と、他の蓄熱室３ｂに排ガスを供給する給気
弁４ｂが開けられ、当該蓄熱室３ｂが有する蓄熱体３１
ｂを介して燃焼室２に排ガスが供給された後、一部の蓄
熱室３ａから排ガスを排気する排気弁５ａが開けられ、
当該蓄熱室３ａが有する蓄熱体３１ａを介して燃焼室２
から排ガスが排気される状態との間で交互に切り替えら
れるようになっており、燃焼室２に連通するバイパスダ
クト８と、バイパスダクト８に連結された熱交換器８２
と、熱交換器８２に燃焼室２から排ガスを供給する調節
弁８１とをさらに備え、燃焼室２内の排ガスをバイパス
ダクト８から熱交換器８２に導入して熱回収するように
なっている。

【００１５】排気弁５ａ，５ｂから排出される排ガス
と、熱交換器８２に導入された排ガスとは混合されて系
外に排出されることが好ましい。また、燃焼室２の温度
を測定する温度センサー２２を設け、燃焼室２の温度が
所定温度以上になった場合に調節弁８１が開けられて熱
交換器８２に燃焼室２から排ガスが供給されることは好
ましい。なお、熱交換器８２は排ガスボイラーからなる
ことが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の蓄熱式排ガス処理
装置１を給気弁４ａから排ガスを給気し、排気弁５ｂか
ら排気した場合を例に図をもって説明する。図１は、本
発明に係る排ガス処理装置の一実施例の断面図である。
図に示す様に本発明に係る蓄熱式排ガス処理装置１は、
セラミック等からなる蓄熱体３１ａ，３１ｂを有する少
なくとも２室以上の蓄熱室３ａ，３ｂ、こられの蓄熱室
３に連通する燃焼室２などから構成されている。

【００１７】各々の蓄熱室３ａ，３ｂには、給気弁４
ａ，４ｂと排気弁５ａ，５ｂとが設けられており、それ
ぞれ給気ダクト４１および排気ダクト４２に接続されて
いる。燃焼室２には、燃焼バーナー２１が取り付けてあ
る。燃焼室２にはバイパスダクト８が設けられ、このバ
イパスダクト８の先には、排気弁５を経て排気ダクト４
２に送られた排ガスと、このバイパスダクト８に送られ
た排ガスとが混合される混合ボックス６が備えられてい
る。また、バイパスダクト８と燃焼室２との間には、バ
イパスダクト８に対する排ガスの流れおよびその流量を
調節する調節弁８１が設けられている。給気弁４ａ，４
ｂと排気弁５ａ，５ｂは、段落番号０００６において説
明したのと同様に、２層の蓄熱体３１と燃焼室２を排ガ
スが通過するように一定時間毎に交互に切り替え開閉さ
れる。

【００１８】また、調節弁８１は、燃焼室２の内部温度
を測定する温度センサー２２と、この温度センサー２２
に接続されている温度設定調節計２３とに接続されてお
り、温度センサー２２によって検出された燃焼室２の内
部温度および温度設定調節計２３により設定された温度
に応じて、調節弁８１が開度を調節されながら開閉され
る。

【００１９】本発明においては、バイパスダクト８に廃
熱ボイラーなどの熱交換器８２が備えられている。燃焼
室２中の排ガスの温度が所定の温度以上になると、調節
弁８１が「開」になり、燃焼室２からバイパスダクト８
に排ガスが導入され、この排ガスの熱が熱交換器８２に
よって取り出されると共に、排ガスの温度が下げられ
る。この後、排ガスを直接系外に放出しても良いが、排
ガスの温度をさらに下げてより安全に系外（大気中）に
排ガスを放出できるという観点から、混合ボックス６に
おいて熱交換器８２に導入されたガスを蓄熱室３ｂから
排気弁５ｂを介して排気された排ガスに混合し、煙突７
を通じて大気中に放出することが好ましい。

【００２０】このように、バイパスダクト８に熱交換器
８２を備えることにより、燃焼室２の温度が温度設定調
節計２３によって設定された温度を上回った場合、その
温度差に応じ調節弁８１を開いて排ガスを熱交換器８２
に導入することにより、バイパスダクト８に流れた排ガ
スの熱エネルギーを回収できる。このようにして、蓄熱
式排ガス処理装置１の熱交換効率を高めることができ
る。

【００２１】また、排ガスの濃度、成分等が変化して、
燃焼室２中の排ガスがより高い温度になった場合には、
上記の通り、調節弁８１が「開」になるので、排ガスは
バイパスダクト８から熱交換器８２に導入され、その熱
エネルギーが回収される。このように、排ガスの濃度、
成分等が変化した場合であっても、その排ガスから熱エ
ネルギーを回収することが出来る。従って、従来の排ガ
ス処理装置９と比較して、本発明に係る排ガス処理装置
１は、濃度、成分等が変化し得る排ガスの処理にも好適
である。

【００２２】なお、本実施の形態においては、熱交換器
８２として廃熱ボイラーを例に挙げたが、これ以外に空
気予熱器、給水予熱器、温水ボイラーを熱交換器８２と
して用いることができる。但し、蒸気エネルギーの流用
性が高いという理由から、熱交換器８２としては、廃熱
ボイラーを用いることが好ましい。

【００２３】また、図１に表される本実施の形態におい
ては、蓄熱室３を２つとし、一方の蓄熱室３ｂにバイパ
スダクト８および熱交換器８２を設けたが、本発明はこ
れに限定されず、蓄熱室３は３つ以上設けられても良
く、さらに各蓄熱室３にそれぞれ調節弁８１、バイパス
ダクト８、および熱交換器８２を設けてもよい。

【００２４】また、特許請求の範囲には、参照符号をカ
ッコ書きで付与しているが、これは理解を容易にするこ
とを目的としている。これは、決して特許請求の範囲に
記載された発明を図面に記載された発明に限定するため
に用いられてはならない。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、燃焼室２に連通するバイ
パスダクト８に熱交換器８２を備えた本発明により、排
ガスからより効率的に熱エネルギーを回収することがで
きると共に、排ガスの濃度、成分が変化した場合であっ
ても、この変動に対応しながら熱エネルギーを回収する
ことができる蓄熱式排ガス処理装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蓄熱式排ガス処理装置１を示す図

【図２】従来の蓄熱式排ガス処理装置９を示す図

【符号の説明】

１：（本発明に係る）排ガス処理装置 ２：燃焼室 ２１：燃焼用バーナー ２２：温度センサー ２３：温度設定調節計 ３：蓄熱室 ３１：蓄熱体 ４：給気弁 ４１：給気ダクト ４２：排気ダクト ４３：給気ファン ５：排気弁 ６：混合ボックス ７：煙突 ８：バイパスダクト ８１：調節弁 ８２：熱交換器 ９：（従来の）排ガス処理装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ蓄熱体（３１）を有し、少なく
   とも２室以上の蓄熱室（３）と、 前記各蓄熱室（３）に排ガスを供給するための給気弁
   （４）と、 前記各蓄熱室（３）から排ガスを排気するための排気弁
   （５）と、 前記蓄熱室（３）に連通し、前記排ガスを燃焼する燃焼
   室（２）とを備え、 ここで、少なくとも一部の蓄熱室（３ａ）に排ガスを供
   給する給気弁（４ａ）が開けられ、当該蓄熱室（３ａ）
   が有する蓄熱体（３１ａ）を介して燃焼室（２）に排ガ
   スが供給された後、他の蓄熱室（３ｂ）から排ガスを排
   気する排気弁（５ｂ）が開けられ、当該蓄熱室（３ｂ）
   が有する蓄熱体（３１ｂ）を介して燃焼室（２）から排
   ガスが排気される状態と、 前記他の蓄熱室（３ｂ）に排ガスを供給する給気弁（４
   ｂ）が開けられ、当該蓄熱室（３ｂ）が有する蓄熱体
   （３１ｂ）を介して燃焼室（２）に排ガスが供給された
   後、前記一部の蓄熱室（３ａ）から排ガスを排気する排
   気弁（５ａ）が開けられ、当該蓄熱室（３ａ）が有する
   蓄熱体（３１ａ）を介して燃焼室（２）から排ガスが排
   気される状態との間で交互に切り替えられるようになっ
   ており、 前記燃焼室（２）に連通するバイパスダクト（８）と、 前記バイパスダクト（８）に連結された熱交換器（８
   ２）と、 前記熱交換器（８２）に前記燃焼室（２）から排ガスを
   供給する調節弁（８１）とをさらに備え、 前記燃焼室（２）内の排ガスを前記バイパスダクト
   （８）から前記熱交換器（８２）に導入して熱回収す
   る、蓄熱式排ガス処理装置。
2. 【請求項２】 前記排気弁（５ａ，５ｂ）から排出され
   る排ガスと、前記熱交換器（８２）に導入された排ガス
   とが混合されて系外に排出される、請求項１に記載の蓄
   熱式排ガス処理装置。
3. 【請求項３】 前記燃焼室（２）の温度を測定する温度
   センサー（２２）が設けられており、前記燃焼室（２）
   の温度が所定温度以上になった場合に前記調節弁（８
   １）が開けられて前記熱交換器（８２）に前記燃焼室
   （２）から排ガスが供給される、請求項１に記載の蓄熱
   式排ガス処理装置。
4. 【請求項４】 前記熱交換器（８２）が排ガスボイラー
   からなる、請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱式排
   ガス処理装置。