特許 6878839 冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6878839

(24)【登録日】2021年5月7日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F23K 1/04 20060101AFI20210524BHJP

   F23K 1/00 20060101ALI20210524BHJP

   F28C 3/10 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   F23K1/04

   F23K1/00 Z

   F28C3/10

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-215852(P2016-215852)

(22)【出願日】2016年11月4日

(65)【公開番号】特開2018-71941(P2018-71941A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2019年10月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】劉 志宏

【審査官】 礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３３２１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１９５０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３４０６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１５９８８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｋ １／００ − ３／２２

Ｆ２８Ｃ ３／１０ − ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

含水石炭を加熱して乾燥することにより得られた被冷却物と、該被冷却物より低温の固体粒子とを混合して熱交換させる混合部と、
前記混合部によって生成された、前記被冷却物と前記固体粒子との混合物を、該被冷却物と、該固体粒子とに分離する分離部と、
前記分離部によって分離された前記固体粒子を冷却する冷却部と、
を備え、
前記混合部は、前記含水石炭を加熱して乾燥することにより得られた被冷却物と、前記冷却部によって冷却された前記固体粒子とを混合して熱交換させる冷却装置。

【請求項2】

前記固体粒子は、前記被冷却物より大粒子であり、
前記分離部は、前記被冷却物のみが通過する孔が形成された篩部を含んで構成される請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記分離部によって分離された前記被冷却物が、予め定められた温度未満になるように、前記混合部に導入する前記固体粒子の量を制御する制御部を備えた請求項１または２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記固体粒子は、少なくとも銅を含んで構成される請求項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、含水石炭を加熱して乾燥することにより得られた被冷却物と、該被冷却物より低温の固体粒子とを混合して熱交換させる混合部と、前記混合部によって生成された、前記被冷却物と前記固体粒子との混合物を、該被冷却物と、該固体粒子とに分離する分離部と、前記分離部によって分離された前記固体粒子を冷却する冷却部と、を備え、前記混合部は、前記含水石炭を加熱して乾燥することにより得られた被冷却物と、前記冷却部によって冷却された前記固体粒子とを混合して熱交換させる。

【0009】

また、前記固体粒子は、前記被冷却物より大粒子であり、前記分離部は、前記被冷却物のみが通過する孔が形成された篩部を含んで構成されてもよい。

【0011】

また、前記分離部によって分離された前記被冷却物が、予め定められた温度未満になるように、前記混合部に導入する前記固体粒子の量を制御する制御部を備えてもよい。

【0012】

また、前記固体粒子は、少なくとも銅を含んで構成されてもよい。

【発明の効果】

【0013】

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】

【0014】

【図1】乾燥システムを説明する図である。

【図2】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】

【0015】

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。

【0016】

（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。

【0017】

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。

【0018】

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（被冷却物））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。

【0019】

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。

【0020】

以下、本実施形態にかかる冷却装置１２０について詳述する。

【0021】

（冷却装置１２０）
図２は、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、混合部２１０と、混合物搬送装置２１２と、分離部２２０と、乾燥炭搬送装置２２２と、固体粒子搬送装置２２４と、冷却部２３０と、返送装置２３２と、温度測定部２４０と、制御部２５０とを含んで構成される。図２中、乾燥炭ＤＣ、固体粒子ＳＰ、混合物ＭＸの流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線で示す。

【0022】

混合部２１０には、乾燥装置１１０から乾燥炭ＤＣが導入される。また、混合部２１０には、後述する返送装置２３２によって固体粒子ＳＰが導入される。混合部２１０は、乾燥炭ＤＣと、乾燥炭ＤＣより低温（例えば、常温（２５℃）程度）の固体粒子ＳＰとを、所定時間混合する。ここで、所定時間（接触時間）は、乾燥炭ＤＣと固体粒子ＳＰとが接触することにより、両者の温度が実質的に等しくなる程度の時間である。本実施形態において、固体粒子ＳＰは、銅（Ｃｕ）で構成される。つまり、固体粒子ＳＰは、銅粒子である。

【0023】

混合部２１０は、例えば、筐体と、シャフトと、回転羽根と、モータとを含んで構成される。筐体には、乾燥炭ＤＣと固体粒子ＳＰとが導入される。シャフトは、長手方向が水平方向に沿うように筐体内に設けられる。回転羽根は、平板形状であり、シャフトに固定される。回転羽根は、シャフトの外周面から放射状に立設される。モータは、シャフトを回転させる。なお、乾燥炭ＤＣと固体粒子ＳＰといった２種類の固体を混合する技術については、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。

【0024】

混合部２１０を備える構成により、乾燥炭ＤＣ（８０℃〜１５０℃程度）と、低温の固体粒子ＳＰとが、所定時間接触し、乾燥炭ＤＣと固体粒子ＳＰとで熱交換が為されることとなる。つまり、乾燥炭ＤＣから固体粒子ＳＰに熱が移動し、これにより、乾燥炭ＤＣが冷却されることとなる。

【0025】

固体粒子ＳＰは固体であるため、ガスと比較して、熱伝導率が大きい。したがって、不活性ガスで冷却する従来技術と比較して、極めて少量の固体粒子ＳＰで乾燥炭ＤＣを冷却することができる。これにより、乾燥炭ＤＣを効率よく低コストで冷却することが可能となる。

【0026】

また、上記したように、本実施形態の固体粒子ＳＰは銅粒子である。銅は、固体の中で熱伝導率が４００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１程度と相対的に大きい。このため、固体粒子ＳＰとして銅粒子を用いることにより、乾燥炭ＤＣをさらに効率よく冷却することが可能となる。

【0027】

このように、混合部２１０によって生成された、乾燥炭ＤＣと、固体粒子ＳＰとの混合物ＭＸ（例えば、５０℃程度）は、混合物搬送装置２１２（例えば、コンベヤ）によって分離部２２０に導入される。

【0028】

分離部２２０は、混合部２１０によって生成された混合物ＭＸを、乾燥炭ＤＣと、固体粒子ＳＰとに分離する。

【0029】

本実施形態において、固体粒子ＳＰは、乾燥炭ＤＣより大粒子である。つまり、固体粒子ＳＰは、乾燥炭ＤＣの最大粒径より大きい。分離部２２０は、乾燥炭ＤＣのみが通過する孔が形成された篩部と、篩部を振動させる振動部とを含んで構成される。ここで、篩部は、例えば、孔が矩形形状であり、目開きの大きさが乾燥炭ＤＣの最大粒径よりわずかに大きい篩である。例えば、乾燥炭ＤＣの最大粒径が３ｍｍである場合、篩部の目開きは３．１ｍｍ程度である。また、この場合、固体粒子ＳＰは、孔を通過しない大きさ（例えば、５ｍｍ〜６ｍｍ程度）であるとよい。つまり、乾燥炭ＤＣの最大粒径<篩部の孔の大きさ<固体粒子ＳＰの粒径の関係が成立するように、篩部が設計される。なお、粒子の大きさで固体を分離する技術については、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。

【0030】

こうして、分離部２２０によって分離された乾燥炭ＤＣは、乾燥炭搬送装置２２２（例えば、コンベヤ）によって貯留部１３０に導入され、貯留部１３０において貯留される。一方、分離された固体粒子ＳＰは、固体粒子搬送装置２２４（例えば、コンベヤ）によって冷却部２３０に導入される。

【0031】

冷却部２３０は、例えば、空冷装置で構成され、分離部２２０によって分離された固体粒子ＳＰを冷却する。返送装置２３２は、例えば、コンベヤで構成され、後述する制御部２５０による制御指令に基づいて、冷却された固体粒子ＳＰを混合部２１０に導入する。

【0032】

冷却部２３０、返送装置２３２を備える構成により、固体粒子ＳＰを再利用することができる。したがって、さらに、低コストで乾燥炭ＤＣを冷却することが可能となる。

【0033】

温度測定部２４０は、混合部２１０に導入される乾燥炭ＤＣの温度、すなわち、乾燥装置１１０から排出された乾燥炭ＤＣの温度を測定する。また、温度測定部２４０は、分離部２２０によって分離された乾燥炭ＤＣの温度を測定する。

【0034】

制御部２５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部２５０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して冷却装置１２０全体を管理および制御する。

【0035】

本実施形態において、制御部２５０は、温度測定部２４０が測定した乾燥炭ＤＣの温度に基づいて、返送装置２３２を制御する。具体的に説明すると、制御部２５０は、混合部２１０に導入される乾燥炭ＤＣの温度、混合部２１０に導入される乾燥炭ＤＣの量、混合部２１０における乾燥炭ＤＣの滞留時間（接触時間）、混合部２１０に導入される固体粒子ＳＰの温度（冷却部２３０によって冷却された固体粒子ＳＰの温度）に基づいて、分離部２２０によって分離された乾燥炭ＤＣが、予め定められた温度（例えば、発火温度）未満になるように、混合部２１０に導入する固体粒子ＳＰの量を導出する。そして、制御部２５０は、導出した量の固体粒子ＳＰが混合部２１０に導入されるように、返送装置２３２を制御する。

【0036】

制御部２５０を備える構成により、分離部２２０によって分離された乾燥炭ＤＣを、ユーザが所望する温度未満に維持することができる。例えば、分離部２２０によって分離された乾燥炭ＤＣが発火温度未満になるように、制御部２５０が、混合部２１０に導入する固体粒子ＳＰの量を導出するとする。この場合、分離部２２０で分離された乾燥炭ＤＣ（乾燥炭搬送装置２２２で搬送される乾燥炭ＤＣ、貯留部１３０に貯留される乾燥炭ＤＣ）が発火してしまう事態を回避することが可能となる。

【0037】

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、乾燥炭ＤＣより低温の固体粒子ＳＰと、乾燥炭ＤＣとを混合するだけといった簡易な構成で、乾燥炭ＤＣを低コストで冷却することが可能となる。

【0038】

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。

【0039】

例えば、上記実施形態において、固体粒子ＳＰが、銅粒子である場合を例に挙げて説明した。しかし、固体粒子ＳＰは、少なくとも銅を含んで構成されていればよい（例えば、銅合金等）。また、固体粒子ＳＰは、銅に限らず、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を含んで構成されてもよい。金属は、他の固体と比較して熱伝導率が大きい。したがって、固体粒子ＳＰを、金属を含む固体で構成することにより、効率よく乾燥炭ＤＣを冷却することができる。また、固体粒子ＳＰは、金属に限らず、アルミナ等の金属酸化物（セラミック）等の不燃性の固体粒子、バイオマス等の可燃性の固体粒子等、固体であれば、材質に限定はない。いずれにせよ、固体粒子ＳＰを固体で構成することにより、不活性ガスで冷却する従来技術と比較して、極めて少量の固体粒子ＳＰで乾燥炭ＤＣを冷却することができる。

【0040】

また、上記実施形態において、分離部２２０が、篩部を含んで構成される場合を例に挙げて説明した。このため、分離部２２０自体のコストを低くすることができる。しかし、分離部２２０は、粒子の大きさによって、乾燥炭ＤＣと固体粒子ＳＰとを分離できれば、構成に限定はない。分離部２２０は、例えば、遠心分離機で構成されてもよいし、沈降分離機で構成されてもよい。

【0041】

また、上記実施形態において、固体粒子ＳＰが、乾燥炭ＤＣの最大粒径より大きい場合を例に挙げて説明した。しかし、固体粒子ＳＰは、乾燥炭ＤＣと粒径が異なればよく、固体粒子ＳＰが乾燥炭ＤＣの最小粒径より小さくてもよい。

【0042】

また、分離部２２０として、粒子の質量密度で分離する装置（例えば、遠心分離機、沈降分離機等）を採用してもよい。この場合、固体粒子ＳＰは、乾燥炭ＤＣと質量密度が異なる物質で構成される。

【0043】

また、上記実施形態において、冷却部２３０として、空冷装置を例に挙げて説明した。しかし、冷却部２３０は、固体粒子ＳＰを冷却できれば、構成に限定はない。例えば、冷却部２３０を、水冷装置や他の冷媒で冷却する装置、ペルチェ素子で構成してもよい。

【0044】

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】

【0045】

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】

【0046】

１２０ 冷却装置
２１０ 混合部
２２０ 分離部
２３０ 冷却部
２５０ 制御部

【図1】

【図2】