処理装置，処理方法及び蓄熱器
【課題】吸熱反応が生じても，処理炉内を効率的に加熱できる処理装置及び処理方法を提供する。さらに，かかる処理装置及び処理方法において好適に用いられる蓄熱器を提供する。
【解決手段】被処理体を吸熱反応によって処理する処理装置１において，被処理体が投入される処理炉２と，処理炉２内に処理ガスを供給する供給路３と，処理炉２内から排ガスを排出させる排出路４を備えた。また，処理ガスを加熱するヒーター１１を備えた。さらに，排出路４には，排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器１５と，蓄熱器１５を通過した排ガスと供給路３を通過する処理ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器１０とを設けた。
【解決手段】被処理体を吸熱反応によって処理する処理装置１において，被処理体が投入される処理炉２と，処理炉２内に処理ガスを供給する供給路３と，処理炉２内から排ガスを排出させる排出路４を備えた。また，処理ガスを加熱するヒーター１１を備えた。さらに，排出路４には，排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器１５と，蓄熱器１５を通過した排ガスと供給路３を通過する処理ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器１０とを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，処理装置，処理方法及び蓄熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
還元鉄の製造方法として，酸化鉄を含有する鉄化合物を処理炉に入れ，水素等を含有する還元雰囲気中で加熱して，酸化物を還元する処理方法が知られている（特許文献１，２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０６８１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２２５１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記処理炉内で行われる還元反応は吸熱反応であり，温度低下が生じるため，処理炉内は積極的に加熱する必要がある。しかしながら，従来の処理方法にあっては，処理炉の加熱効率を向上させることは難しかった。また，処理炉の加熱に使用する電気ヒーター等の加熱手段の負荷が大きく，電気料金などの加熱に要するコストが高い問題があった。特に，還元反応が開始された直後は，処理炉内の温度低下が著しく，処理炉内の温度を所定の値に上昇させるまでに長時間を要していた。そのため，処理効率を向上させることができなかった。
【０００５】
本発明は，上記の点に鑑みてなされたものであり，吸熱反応が生じても，処理炉内を効率的に加熱できる処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。さらに，かかる処理装置及び処理方法において好適に用いられる蓄熱器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため，本発明によれば，被処理体を吸熱反応によって処理する処理装置であって，被処理体が投入される処理炉と，前記処理炉内に処理ガスを供給する供給路と，前記処理炉内から排ガスを排出させる排出路と，前記処理ガスを加熱するヒーターとが備えられ，前記排出路に，前記排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器と，前記蓄熱器を通過した排ガスと前記処理ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器とが設けられていることを特徴とする，処理装置が提供される。
【０００７】
かかる処理装置によれば，被処理体の処理が開始される前に，ヒーターによって加熱しながら処理ガスを処理炉に供給し，処理炉から排出された排ガスを蓄熱器に導入することで，排ガスの熱を蓄熱させることができる。被処理体の処理が開始されてからは，蓄熱器に蓄熱された熱を利用して，処理炉に供給される処理ガスを加熱することができる。従って，処理炉内で吸熱反応が生じても，処理炉内を効率的に加熱でき，ヒーターの負荷を低減できる。
【０００８】
この処理装置にあっては，前記排ガスを前記処理炉内に処理ガスとして供給する循環ラインを構成しても良い。また，前記被処理体は酸化物を含有し，前記処理ガスは水素を含有し，前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であるとしても良い。なお，酸化物とは，例えば酸化鉄（ＦｅＯ），酸化モリブデン（ＭｏＣ３），酸化タングステン（ＷＯ３）等の金属酸化物であっても良い。
【０００９】
また，本発明によれば，被処理体を吸熱反応によって処理する処理方法であって，被処理体を処理炉内に投入する前に，加熱した処理ガスを処理炉内に供給しながら前記処理炉内を排気し，前記処理炉内から排気された排ガスの熱を蓄熱器に蓄熱させ，その後，前記処理炉内に被処理体を投入し，被処理体の吸熱反応処理を開始させ，前記吸熱反応処理を行う際は，前記処理炉内から排気された排ガスを前記蓄熱器に通過させ，前記蓄熱によって昇温させ，前記蓄熱によって昇温された排ガスと前記処理炉内に供給される処理ガスとの間で熱交換を行わせることで，前記処理ガスを加熱して，前記処理炉内に供給することを特徴とする，処理方法が提供される。
【００１０】
この処理方法にあっては，前記熱交換によって加熱した前記処理ガスを，さらにヒーターによって加熱した後，前記処理炉内に供給するようにしても良い。また，前記排ガスを，前記処理炉に処理ガスとして供給しても良い。前記被処理体は酸化物を含有し，前記処理ガスは水素を含有し，前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であるとしてもよい。
【００１１】
また，本発明によれば，流体の熱を蓄熱する蓄熱器であって，ケーシングと，前記ケーシングの内部に備えられた蓄熱体と，前記蓄熱体を保持する蓄熱体保持体とを備え，前記蓄熱体保持体は，前記ケーシングの側壁に接触していない状態で，前記ケーシングの底部に設けられていることを特徴とする，蓄熱器が提供される。かかる蓄熱器によれば，蓄熱体保持部材の熱膨張が生じても，ケーシングの側壁が押されることを防止でき，ケーシングの損傷を防止できる。
【００１２】
前記蓄熱体保持体は，前記蓄熱体を載せる略格子状の保持板と，前記保持板を載せる架台とを備えるとしても良い。前記架台は，前記ケーシングの側壁に沿って枠状に形成された枠部材と，前記底部に取り付けられ前記枠部材を支持する枠支持部材とを備え，前記枠部材の上面に断熱材が備えられ，前記保持板の周縁部が前記断熱材に載せられている構成としても良い。
【００１３】
前記ケーシングは，前記底部に取り付けられたケーシング支持部材によって支持されているとしても良い。前記ケーシングの底部と側壁との間の角部は，曲げ加工により形成しても良い。また，前記蓄熱体の上方に，前記流体を導入する導入口が設けられ，前記蓄熱体及び前記蓄熱体保持体の下方に，前記流体を導出する導出口が設けられ，前記蓄熱体保持体に，上下方向に貫通する連通口が設けられ，前記導入口から導入された流体は，前記蓄熱体を通り，前記連通口を介して，前記導出口によって導出されるとしても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，被処理体の処理が開始される前に，処理炉内に加熱した処理ガスを供給し，処理炉から排出された排ガスを蓄熱器に導入することで，排ガスの熱を蓄熱させることができる。被処理体の処理が開始されてからは，蓄熱器に蓄熱された熱を利用して，処理炉に供給される前の処理ガスを加熱してから，処理炉に供給することができる。従って，吸熱反応が生じても，処理炉内を効率的に加熱でき，ヒーターの負荷を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，本発明の好ましい実施形態を，被処理体を還元処理する処理装置に基づいて説明する。図１に示すように，本実施形態にかかる処理装置１は，被処理体が投入される処理室を有する処理炉２，処理炉２内（処理室）に水素（Ｈ２）等を含有する還元性の処理ガスを供給する供給路３，処理炉２内から処理後の処理ガス等を排ガスとして排出する排出路４を備えている。被処理体は，酸化物としての酸化鉄（ＦｅＯ）を含有する還元鉄粉である。
【００１６】
供給路３には，熱交換器１０，処理炉２内の雰囲気を加熱するための加熱手段である電気ヒーター１１が，上流側から処理炉２側に向かってこの順に設けられている。排出路４には，排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器１５及び熱交換器１０が，処理炉２側から下流側に向かってこの順に介設されている。また，供給路３の上流端と排出路４の下流端は，送風機（ブロワ）１８に接続されている。かかる構成においては，排出路４によって処理炉２の内部から排出された排ガスは，送風機１８の作動により，供給路３に導入され，再び処理炉２の内部に処理ガスとして供給される。即ち，供給路３，処理炉２内，排出路４の順に処理ガスを循環させる循環ライン２０が構成されている。また，排出路４において，熱交換器１０と送風機１８との間には，未使用の処理ガスを供給する供給源２２に接続された導入路２３が介設されている。導入路２３は，切換開閉弁２５を介して，排出路４に接続されている。この切換開閉弁２５の操作により，導入路２３から送風機１８を介して供給路３に処理ガスが導入される状態と，排出路４から送風機１８を介して供給路３に処理ガスが導入される状態と，を切り換えることができる。
【００１７】
熱交換器１０には，供給路３において送風機１８から処理炉２に向かう途中の処理ガスが導入されるとともに，排出路４において蓄熱器１５から送風機１８に向かう途中の排ガスが導入される。即ち，蓄熱器１５の蓄熱によって昇温された排ガスが，排出路４において蓄熱器１５の下流側に設けられた熱交換器１０に供給され，排ガスと供給路３から処理炉２に供給される前の処理ガスとの間で，非接触状態で熱交換が行われることにより，処理ガスが加熱されるようになっている。このように蓄熱器１５の蓄熱を利用して熱交換器１０にて予備加熱された処理ガスは，供給路３において熱交換器１０の下流側に設けられたヒーター１１によって，さらに所定温度まで昇温された後，処理炉２に供給される。こうして，加熱された処理ガスにより，蓄熱器１５の蓄熱とヒーター１１の熱が処理炉２内に運ばれ，処理炉２内が加熱される構成になっている。
【００１８】
図２に示すように，蓄熱器１５は，流体としての排ガスが導入されるケーシング３０，ケーシング３０内に排ガスを導入する導入口３１，及び，ケーシング３０内から排ガスを導出する導出口３２を備えている。ケーシング３０の内部には，排ガスに接触して熱を蓄熱する蓄熱体３３が備えられている。
【００１９】
ケーシング３０は，４つの平板状の側壁を有する略角筒状をなす筒状部３０ａを備え，さらに，筒状部３０ａによって囲まれた空間の上部を閉塞する天井部３０ｂ，筒状部３０ａによって囲まれた空間の下部を閉塞する底部３０ｃを備えている。底部３０ｃは，筒状部３０ａを構成する各側壁の下部から内側に向かうようにそれぞれ設けられた，４つの平板状の底板からなり，各底板は，側壁側から内側に向かうに従い次第に下方に向かうように，傾斜させられている。従って，底部３０ｃは，上方から下方に向かうに従い窄められた略四角錐面状に形成されている。また，図３に示すように，底部３０ｃの下面周縁部には，外部の載置台や床面等に対してケーシング３０を支持させるケーシング支持部材としての支柱３５が，複数箇所，例えば８箇所に取り付けられている。
【００２０】
ケーシング３０は，２枚以上の金属板を溶接加工などで接合させることにより形成されているが，図４に示すように，筒状部３０ａの側壁とその側壁に繋がる底部３０ｃの底板との間の各角部３７は，金属板を曲げ加工することにより形成することが好ましく，角部３７には，溶接等による金属板同士の継ぎ目が無いことが好ましい。そうすれば，角部３７の強度を確保することができ，角部３７において亀裂や破断等の損傷が生じることを防止できる。例えば，筒状部３０ａと底部３０ｃが角部３７において溶接により継ぎ合わせられている場合，ケーシング３０内が加熱されると，熱膨張により，筒状部３０ａの金属板は下方に向かって伸長しようとし，底部３０ｃの金属板は，筒状部３０ａ側に向かって斜め上方に伸長しようとする。そのため，角部３７に応力が集中し，亀裂が発生するおそれがある。これに対し，角部３７に継ぎ目が無い場合，筒状部３０ａや底部３０ｃが熱膨張したときの耐久性を増すことができる。
【００２１】
なお，図示の例では，底部３０ｃの上部と筒状部３０ａの下部は，連続した一枚の金属板４１を曲げ変形させることにより，一体的に成形されており，筒状部３０ａは，金属板４１において曲げ変形させた部分より上側の平板状の部分と，他の金属板４２とによって構成されている。金属板４２の下縁部は，金属板４１の上縁部に対し，溶接加工により接合させられている。金属板４１，４２同士の継ぎ目４３は，後述する保持板５２の上面とほぼ同じ高さに沿って配置されている。
【００２２】
ケーシング３０の内面及び外面には，断熱性を有する内部保温材４５，外部保温材４６がそれぞれ備えられている。内部保温材４５は，筒状部３０ａ，天井部３０ｂ，底部３０ｃの内側の面全体を覆うように，所定の厚さの層状に設けられている。外部保温材４６は，筒状部３０ａ，天井部３０ｂ，底部３０ｃの外側の面全体を覆うように，所定の厚さの層状に設けられている。内部保温材４５の材質としては，例えばセラミックファイバー（ニチアス株式会社製，商品名：ファインフレックス）等を用いても良い。外部保温材４６の材質としては，例えばグラスウール等を用いても良い。このように内部保温材４５を設けることにより，ケーシング３０の耐熱性及びケーシング３０内の保温性を向上させることができる。また，外部保温材４６を設けることにより，ケーシング３０内の保温性をさらに向上させることができる。
【００２３】
図２に示すように，導入口３１は，蓄熱体３３の上方において，天井部３０ｂの中央部に開口されている。導入口３１には，排ガスを処理炉２側から蓄熱器１５に送気する上流側の排出路４ａが接続されている。導入口３１の下方において，導入口３１と蓄熱体３３との間には，導入口３１から導入された排ガスを導入口３１の下方から筒状部３０ａに向かう外側まで分散させる分散板４７が設けられている。
【００２４】
導出口３２は，蓄熱体３３及び後述する蓄熱体保持体５１の下方において，底部３０ｃの中央下端部に開口されている。導出口３２には，排ガスを蓄熱器１５から熱交換器１０に送気する下流側の排出路４ｂが接続されている。
【００２５】
蓄熱体３３は，複数の略方形をなす薄板状の蓄熱材５０によって構成されている。各蓄熱材５０は，互いに略平行な姿勢で，それぞれ略鉛直方向（上下方向）に向けて立設させられており，また，略水平方向（横方向）において，隣り合う蓄熱材５０同士の間に所定間隔を空けて並べて備えられている。
【００２６】
また，蓄熱体３３は，ケーシング３０内の底部３０ｃに設けられた蓄熱体保持体５１によって保持されている。蓄熱体保持体５１は，蓄熱体３３を載せる略格子状の保持板５２と，保持板５２を載せる架台５３とを備えている。
【００２７】
図５に示すように，保持板５２は，複数の細長い縦板５２ａと横板５２ｂとによって構成された格子状をなしており，各縦板５２ａ，横板５２ｂによって囲まれた複数の略正方形状の開口，即ち，保持板５２に上下方向に貫通させて設けられた連通口５２ｃを備えている。縦板５２ａは，所定の高さにおいて長さ方向を横向きにして延設されており，また，互いに略平行に，所定間隔を空けて並べて設けられている。横板５２ｂは，各縦板５２ａに対して略垂直に交差するように，所定の高さにおいて長さ方向を横向きにして延設されており，また，互いに略平行に，所定間隔を空けて並べて設けられている。各蓄熱材５０は，例えば縦板５２ａと略平行な方向に向けられ，下辺部を複数の横板５２ｂの上縁に渡って接触させるようにして，保持板５２の上面に載せられて保持されている。導入口３１から導入された排ガスは，蓄熱体３３の各蓄熱材５０の間の隙間を通って下降し，各連通口５２ｃを介して，保持板５２の下方に流出し，導出口３２によって導出されるようになっている。なお，保持板５２の材質としては，剛性と耐熱性を有する材質を使用することが好ましく，例えばＳＵＳ３０４等の鋼材を用いても良い。
【００２８】
図６に示すように，架台５３は，筒状部３０ａの各側壁に沿って略方形の枠状に形成された枠部材６１と，枠部材６１の下面と底部３０ｃとの間に設けられた複数の枠支持部材６２とを備えている。枠部材６１は枠支持部材６２によって支持されており，枠支持部材６２を介して，ケーシング３０に取り付けられている。枠部材６１の上面には，複数の断熱材６３が備えられている。
【００２９】
図４に示すように，枠部材６１は，底部６１ａ，内側の側壁６１ｂ，及び，外側の側壁６１ｃを備えている。側壁６１ｂは，底部６１ａの内側の縁部に沿って，底部６１ａの上方に向かって立設されている。側壁６１ｃは，底部６１ａの外側の縁部に沿って，底部６１ａの上方に向かって立設されている。即ち，枠部材６１の各辺部の断面形状は，上方に開口を向けた略コの字状になっており，側壁６１ｂと側壁６１ｃとの間には，枠部材６１の上面において開口された溝６５が設けられている。溝６５は，平面視において枠部材６１の上面に沿って設けられている。
【００３０】
断熱材６３は，略直方体形状をなし，上面が略水平になるようにして，溝６５に挿入されている。また，枠部材６１及び溝６５に沿って，複数の断熱材６３が略方形に並べて設けられている（図６参照）。各断熱材６３の高さは，溝６５の深さより高く，断熱材６３の上部が溝６５より上方に突出するようになっている。断熱材６３の材質としては，例えばセラミックスを用いても良い。
【００３１】
かかる構成において，保持板５２は，保持板５２の下面周縁部が略方形に並べられた複数の断熱材６３の上面に載せられた状態で，架台５３上に支持されている。枠部材６１は保持板５２に接触しておらず，断熱材６３のみが保持板５２に接触させられている。こうして，保持板５２と架台５３との間に断熱材６３が挟まれていることにより，蓄熱体３３から保持板５２，架台５３を介してケーシング３０の底部３０ｃに熱が伝導して外部に逃げることを抑制できる。従って，蓄熱体３３の蓄熱を効率的に行えるようになっている。
【００３２】
枠支持部材６２は，ケーシング３０の底部３０ｃにおいて，筒状部３０ａに近接した周縁部に沿って並べて配置されている。各枠支持部材６２の下端部は，ケーシング３０の底部３０ｃの傾斜した上面に取り付けられており，上端部は枠部材６１の底部６１ａの下面に取り付けられている。なお，枠支持部材６２の上端部及び下端部は，枠部材６１及び底部３０ｃに対して溶接加工等により固着されている。
【００３３】
なお，蓄熱体保持体５１の周縁部（保持板５２及び架台５３の周縁部）は，内部保温材４５の内部に設けられていても外部に設けられていても良いが，ケーシング３０の側壁（筒状部３０ａ）には，接触していないことが好ましい。保持板５２と筒状部３０ａとの間に設ける隙間は，例えば蓄熱時のケーシング３０内の温度下における，縦板５２ａの端部や横板５２ｂの端部の熱膨張による移動量よりも，大きくすることが好ましい。即ち，縦板５２ａや横板５２ｂが熱膨張により横向きに伸長しても，筒状部３０ａに接触したり，ケーシング３０が保持板５２によって内側から押されたりしないようにすることが好ましい。この場合，保持板５２とケーシング３０との間で応力が発生することを防止でき，保持板５２やケーシング３０が応力により損傷することを防止できる。また，架台５３と筒状部３０ａの内面との間にも，隙間が形成されていることが好ましい。即ち，架台５３（側壁６１ｃ）が熱膨張により筒状部３０ａ側に向かうように変形しても，筒状部３０ａに接触しないことが好ましい。これにより，架台５３とケーシング３０との間で応力が発生することを防止でき，架台５３やケーシング３０が損傷することを防止できる。
【００３４】
以上のように，蓄熱体３３と蓄熱体保持体５１は，ケーシング３０の底部３０ｃに対して支持されており，蓄熱体保持体５１から底部３０ｃに対して荷重が加えられるようになっている。そして，ケーシング３０の側壁に対しては，蓄熱体３３と蓄熱体保持体５１が接触していない状態になっており，蓄熱体３３と蓄熱体保持体５１からケーシング３０の側壁には荷重が加えられず，ケーシング３０の側壁の損傷を防止できるようになっている。
【００３５】
なお，保持板５２，枠部材６１，断熱材６３は，互いに固着されていないので，ケーシング３０内が加熱されたときに，保持板５２，架台５３，断熱材６３がそれぞれ熱膨張しても，互いにずれながら変形することが可能になっている。従って，保持板５２，枠部材６１，断熱材６３が応力により損傷することを防止できる。
【００３６】
図３及び図４に示すように，ケーシング３０の支柱３５は，底部３０ｃの各周辺部に対してそれぞれ２本ずつ，合計で８本設けられており，導出口３２を囲むように配置されている。各支柱３５は略直棒状をなし，長さ方向を略鉛直方向に向けて設けられている。各支柱３５の上端部は，底部３０ｃの外側の面，即ち下面に対して，溶接等により固着されている。各支柱３５の下端部は，蓄熱器１５の外部の載置台や床面等に載せられる。
【００３７】
各支柱３５は，枠部材６１の真下，即ち，平面視において枠部材６１と重なる位置に配置されていることが好ましい。また，枠支持部材６２の真下，即ち，側面視において，枠支持部材６２と略同一の略鉛直な中心軸Ａ上に配置されていることが好ましい。このようにすると，底部３０ｃにおける枠部材６１や枠支持部材６２の真下の部分を，支柱３５によって集中的に補強でき，底部３０ｃが蓄熱体３３，保持板５２及び架台５３の荷重によって損傷を受けることを防止できる。そして，蓄熱体３３，保持板５２及び架台５３の荷重を，支柱３５によってバランスよく受け止めることができる。また，蓄熱体３３，保持板５２，架台５３等の荷重が，各支柱３５に対して略鉛直方向に作用し，各支柱３５が略鉛直方向に真っ直ぐに押される状態にすることができる。即ち，支柱３５には主に中心軸Ａ方向の圧縮応力が生じるようになり，架台５３の外側や内側に向かう曲げ応力が生じることを抑制できる。従って，支柱３５や底部３０ｃの損傷を防止でき，蓄熱器１５を確実に支持することができる。
【００３８】
次に，以上のように構成された処理装置１における処理方法について説明する。先ず，被処理体を処理炉２に投入する前に，処理炉２内を還元雰囲気にするとともに，処理炉２内の雰囲気を所定の温度に昇温させる前工程が行われる。即ち，供給路３によって還元性の処理ガスを処理炉２内に供給しながら，処理炉２内を排気させることにより，処理炉２内を還元性の雰囲気によってパージする。また，ヒーター１１を作動させ，供給路３を通る処理ガスをヒーター１１の発熱によって所定温度に加熱し，加熱した高温の処理ガスを処理炉２内に供給することにより，処理炉２内を昇温させる。このとき，供給路３から処理炉２に供給された高温の処理ガスは，排気路４によって処理炉２から排ガスとして排気され，さらに蓄熱器１５に導入される。そして，蓄熱器１５において，排ガス（処理ガス）が有する熱の一部が奪われて，蓄熱体３３に蓄熱される。
【００３９】
蓄熱器１５においては，排出路４ａから導入口３１を介してケーシング３０内に排ガスが導入され，分散板４７によって蓄熱体３３の上方全体に拡散された後，蓄熱体３３の蓄熱材５０同士の間を通って下降する。排ガスが蓄熱材５０同士の間を下降する際，排ガスの熱が蓄熱材５０に伝達して，蓄熱材５０が加熱され，排ガスは降温される。蓄熱材５０同士の間を通過した排ガスは，保持板５２の各連通口５２ｃを介して保持板５２の下方に流出し，ケーシング３０内から導出口３２を介して排出路４ｂによって導出される。
【００４０】
こうして蓄熱材５０に排ガスの熱が蓄熱されるが，蓄熱材５０を支持する保持板５２と架台５３の間には断熱材６３が設けられているので，蓄熱体３３の熱がケーシング３０から外部に逃がされることなく，効率的に蓄熱される。
【００４１】
蓄熱器１５において降温された排ガスは，蓄熱器１５から導出されて，送風機１８の作動により，再び供給路３に処理ガスとして導入される。そして，再びヒーター１１によって加熱された後，処理炉２に供給される。なお，この前工程においては，排出路４において蓄熱器１５から熱交換器１０に向かう排ガスの温度と，排出路４から供給路３に導入された処理ガスの温度とは，殆ど同じか，あるいは処理ガスの温度が自然放熱により排ガスよりも若干低くなる程度であり，熱交換器１０においては，熱交換は殆ど行われない。
【００４２】
こうして，ヒーター１１の熱によって処理ガスを加熱し，ヒーター１１の発熱の一部を処理ガスによって蓄熱器１５に運びながら，処理炉２内を所定温度の還元雰囲気にしたら，処理炉２内に被処理体を投入し，処理炉２内を密閉状態にする。そして，処理炉２内の被処理体の還元処理（吸熱反応処理）工程を開始させる。還元処理中も，処理ガスはヒーター１１によって加熱されながら，送風機１８の作動により供給路３，処理炉２，排気路４の順に通過するように循環させられる。
【００４３】
処理炉２内において，被処理体中の酸化鉄に処理ガス中の水素が供給されると，酸化鉄から酸素（Ｏ）が奪われる還元反応により，水分（Ｈ２Ｏ）が発生し，酸化鉄が鉄に還元される。
【００４４】
ここで，処理炉２内において生じる酸化鉄と水素との還元反応は，周囲の熱を奪う吸熱反応であるため，供給路３から処理炉２内に供給された処理ガスの温度は，処理炉２内から排出される排ガスの温度よりも低くなっている。即ち，ヒーター１１の発熱によって処理ガスに与えられた熱の一部は，還元反応において吸熱され，蓄熱器１５には，吸熱により冷却された排ガスが導入される。一方，蓄熱器１５内の蓄熱材３３には，前述した前工程において集められた熱が蓄熱されている。そのため，排ガスが蓄熱材３３を通過すると，排ガスに蓄熱が与えられ，排ガスが昇温される。こうして，処理炉２から排出された直後よりも昇温された排ガスが，蓄熱器１５から熱交換器１０に導入される。
【００４５】
熱交換器１０においては，蓄熱器１５において加熱された排ガスと，供給路３を通る処理ガスとの間で熱交換が行われ，排ガスから処理ガスに対して熱が与えられる。即ち，蓄熱器１５と熱交換器１０との間において，排ガスは，蓄熱器１５の蓄熱を熱交換器１０に運び処理ガスに伝達させる熱媒体として機能する。排ガスは，処理ガスの冷熱により冷却される。
【００４６】
熱交換器１０から導出された排ガスは，排出路４から送風機１８を介して供給路３に処理ガスとして供給される。
【００４７】
供給路３においては，送風機１８から熱交換器１０に対して処理ガスが導入され，前述のように，排ガスとの間で熱交換が行われる。即ち，処理ガスに対して排ガスの熱が与えられ，処理ガスが加熱される。
【００４８】
熱交換器１０において加熱された処理ガスは，ヒーター１１によってさらに高温に加熱された後，処理炉２に供給される。ここで，処理ガスは，ヒーター１１によって加熱される前に，熱交換器１０において予め予備加熱されているので，処理ガスを所定温度まで昇温させるために要するヒーター１１の発熱量は，蓄熱器１５や熱交換器１０を設けない場合よりも，少ない発熱量に抑えることができる。従って，ヒーター１１の電気料金などのランニングコストを削減することができる。特に，処理炉２内に被処理体を投入し還元処理を開始させた直後は，吸熱量が多く，排ガスの温度が急激に低下するので，ヒーター１１のみで加熱する場合は，処理炉２内の温度や処理炉２内に供給する処理ガスの温度を所定温度に昇温させるまでの時間を短くすることが難しいが，蓄熱器１５と熱交換器１０によって処理ガスを予備加熱することにより，ヒーター１１によって短時間で所定温度に昇温させることができ，還元処理を安定的に行うことができる。また，導入路２３から供給路３に新たな処理ガスを供給する場合も，処理ガスを熱交換器１０に通過させて予備加熱してからヒーター１１に送ることができるので，処理ガスを効率的に加熱でき，ヒーター１１のランニングコストを削減できる。
【００４９】
かかる処理装置１によれば，被処理体の還元処理工程が開始される前に，加熱された処理ガスを処理炉２に供給しながら，処理炉２から排出された排ガスを蓄熱器１５に導入することで，排ガスの熱を蓄熱させることができる。還元処理工程が開始されてからは，蓄熱器１５に蓄熱された熱を利用して，処理炉２に供給される前の処理ガスを予備加熱してから，ヒーター１１によって加熱し，処理炉２に供給できる。従って，吸熱反応が生じても，処理炉２内を効率的に加熱でき，ヒーター１１の負荷を低減できる。また，還元処理開始直後に処理炉２内の温度が急に下がっても，蓄熱器１５の蓄熱を利用して処理ガスを加熱することで，処理炉２内の温度を迅速に昇温させることができる。これにより，還元反応の効率を向上させることができる。
【００５０】
また，蓄熱器１５においては，蓄熱体３３を蓄熱体保持体５１によって保持し，蓄熱体保持体５１をケーシング３０の側壁に接触させないようにしたことにより，ケーシング３０の側壁が損傷することを防止できる。従って，耐久性，耐熱性を向上させ，蓄熱器１５の寿命を延ばすことができる。さらに，蓄熱体保持体５１に断熱材６５を設けたことにより，蓄熱体３３からケーシング３０に熱が逃げることを防止できる。従って，蓄熱を効率的に行うことができる。
【００５１】
以上，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば，以上の実施形態においては，酸化鉄を還元する装置及び方法について説明したが，本発明は，その他の酸化物を還元する装置及び方法にも適用できる。例えば酸化モリブデンの粉末を還元してモリブデン（Ｍｏ）を得る装置及び方法，また，酸化タングステンの粉末を還元してタングステン（Ｗ）を得る装置及び方法に適用できる。
【実施例】
【００５２】
本発明者らは，処理装置１を用いた処理方法の実験を行った。図７に示すように，供給路３において，熱交換器１０とヒーター１１との間，ヒーター１１と処理炉２との間に，それぞれ温度計Ｔ１，Ｔ２を設けた。また，排出路４において，処理炉２と蓄熱器１５との間，蓄熱器１５と熱交換器１０との間，及び，熱交換器１０と送風機１８との間に，それぞれ温度計Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を設けた。そして，前工程において，処理炉２内の温度を６１０℃にした後，還元処理工程において，処理炉２内の温度の目標値を６１０℃とし，還元処理を開始させた。
【００５３】
還元反応を開始させた直後は，温度計Ｔ３の測定値が１３０℃程度まで降下したが，その後次第に上昇し，５６０℃程度になった。温度計Ｔ３の測定値が５６０℃であるとき，温度計Ｔ４の測定値は６０８℃，温度計Ｔ５の測定値は６５℃，温度計Ｔ１の測定値は５７０℃，温度計Ｔ２の測定値は６１０℃であった。即ち，６５℃程度で送風機１８から送出された処理ガスの温度を，熱交換器１０によって５７０℃程度の高温まで昇温させることができ，ヒーター１１の負荷を大幅に減少させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は，例えば鉄，モリブデン，タングステンなどの各種金属を製造する際に用いられる処理装置及び処理方法，及び，かかる処理装置及び処理方法に用いられる蓄熱器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施の形態にかかる処理装置の構成を示した説明図である。
【図２】蓄熱器の概略縦断面図である。
【図３】蓄熱器を底部側からみた状態を示した底面図である。
【図４】蓄熱器の蓄熱体保持体付近を拡大して示した縦断面図である。
【図５】蓄熱体保持体の平面図である。
【図６】架台の概略斜視図である。
【図７】実験において温度計を設けた位置を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 処理装置
２ 処理炉
３ 供給路
４ 排出路
１０ 熱交換器
１１ ヒーター
１５ 蓄熱器
２０ 循環ライン
３０ ケーシング
３１ 導入口
３２ 導出口
３３ 蓄熱体
５１ 蓄熱体保持体
５２ 保持板
５３ 架台
６１ 枠部材
６２ 枠支持部材
６３ 断熱材
【技術分野】
【０００１】
本発明は，処理装置，処理方法及び蓄熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
還元鉄の製造方法として，酸化鉄を含有する鉄化合物を処理炉に入れ，水素等を含有する還元雰囲気中で加熱して，酸化物を還元する処理方法が知られている（特許文献１，２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０６８１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２２５１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記処理炉内で行われる還元反応は吸熱反応であり，温度低下が生じるため，処理炉内は積極的に加熱する必要がある。しかしながら，従来の処理方法にあっては，処理炉の加熱効率を向上させることは難しかった。また，処理炉の加熱に使用する電気ヒーター等の加熱手段の負荷が大きく，電気料金などの加熱に要するコストが高い問題があった。特に，還元反応が開始された直後は，処理炉内の温度低下が著しく，処理炉内の温度を所定の値に上昇させるまでに長時間を要していた。そのため，処理効率を向上させることができなかった。
【０００５】
本発明は，上記の点に鑑みてなされたものであり，吸熱反応が生じても，処理炉内を効率的に加熱できる処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。さらに，かかる処理装置及び処理方法において好適に用いられる蓄熱器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため，本発明によれば，被処理体を吸熱反応によって処理する処理装置であって，被処理体が投入される処理炉と，前記処理炉内に処理ガスを供給する供給路と，前記処理炉内から排ガスを排出させる排出路と，前記処理ガスを加熱するヒーターとが備えられ，前記排出路に，前記排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器と，前記蓄熱器を通過した排ガスと前記処理ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器とが設けられていることを特徴とする，処理装置が提供される。
【０００７】
かかる処理装置によれば，被処理体の処理が開始される前に，ヒーターによって加熱しながら処理ガスを処理炉に供給し，処理炉から排出された排ガスを蓄熱器に導入することで，排ガスの熱を蓄熱させることができる。被処理体の処理が開始されてからは，蓄熱器に蓄熱された熱を利用して，処理炉に供給される処理ガスを加熱することができる。従って，処理炉内で吸熱反応が生じても，処理炉内を効率的に加熱でき，ヒーターの負荷を低減できる。
【０００８】
この処理装置にあっては，前記排ガスを前記処理炉内に処理ガスとして供給する循環ラインを構成しても良い。また，前記被処理体は酸化物を含有し，前記処理ガスは水素を含有し，前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であるとしても良い。なお，酸化物とは，例えば酸化鉄（ＦｅＯ），酸化モリブデン（ＭｏＣ３），酸化タングステン（ＷＯ３）等の金属酸化物であっても良い。
【０００９】
また，本発明によれば，被処理体を吸熱反応によって処理する処理方法であって，被処理体を処理炉内に投入する前に，加熱した処理ガスを処理炉内に供給しながら前記処理炉内を排気し，前記処理炉内から排気された排ガスの熱を蓄熱器に蓄熱させ，その後，前記処理炉内に被処理体を投入し，被処理体の吸熱反応処理を開始させ，前記吸熱反応処理を行う際は，前記処理炉内から排気された排ガスを前記蓄熱器に通過させ，前記蓄熱によって昇温させ，前記蓄熱によって昇温された排ガスと前記処理炉内に供給される処理ガスとの間で熱交換を行わせることで，前記処理ガスを加熱して，前記処理炉内に供給することを特徴とする，処理方法が提供される。
【００１０】
この処理方法にあっては，前記熱交換によって加熱した前記処理ガスを，さらにヒーターによって加熱した後，前記処理炉内に供給するようにしても良い。また，前記排ガスを，前記処理炉に処理ガスとして供給しても良い。前記被処理体は酸化物を含有し，前記処理ガスは水素を含有し，前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であるとしてもよい。
【００１１】
また，本発明によれば，流体の熱を蓄熱する蓄熱器であって，ケーシングと，前記ケーシングの内部に備えられた蓄熱体と，前記蓄熱体を保持する蓄熱体保持体とを備え，前記蓄熱体保持体は，前記ケーシングの側壁に接触していない状態で，前記ケーシングの底部に設けられていることを特徴とする，蓄熱器が提供される。かかる蓄熱器によれば，蓄熱体保持部材の熱膨張が生じても，ケーシングの側壁が押されることを防止でき，ケーシングの損傷を防止できる。
【００１２】
前記蓄熱体保持体は，前記蓄熱体を載せる略格子状の保持板と，前記保持板を載せる架台とを備えるとしても良い。前記架台は，前記ケーシングの側壁に沿って枠状に形成された枠部材と，前記底部に取り付けられ前記枠部材を支持する枠支持部材とを備え，前記枠部材の上面に断熱材が備えられ，前記保持板の周縁部が前記断熱材に載せられている構成としても良い。
【００１３】
前記ケーシングは，前記底部に取り付けられたケーシング支持部材によって支持されているとしても良い。前記ケーシングの底部と側壁との間の角部は，曲げ加工により形成しても良い。また，前記蓄熱体の上方に，前記流体を導入する導入口が設けられ，前記蓄熱体及び前記蓄熱体保持体の下方に，前記流体を導出する導出口が設けられ，前記蓄熱体保持体に，上下方向に貫通する連通口が設けられ，前記導入口から導入された流体は，前記蓄熱体を通り，前記連通口を介して，前記導出口によって導出されるとしても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，被処理体の処理が開始される前に，処理炉内に加熱した処理ガスを供給し，処理炉から排出された排ガスを蓄熱器に導入することで，排ガスの熱を蓄熱させることができる。被処理体の処理が開始されてからは，蓄熱器に蓄熱された熱を利用して，処理炉に供給される前の処理ガスを加熱してから，処理炉に供給することができる。従って，吸熱反応が生じても，処理炉内を効率的に加熱でき，ヒーターの負荷を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，本発明の好ましい実施形態を，被処理体を還元処理する処理装置に基づいて説明する。図１に示すように，本実施形態にかかる処理装置１は，被処理体が投入される処理室を有する処理炉２，処理炉２内（処理室）に水素（Ｈ２）等を含有する還元性の処理ガスを供給する供給路３，処理炉２内から処理後の処理ガス等を排ガスとして排出する排出路４を備えている。被処理体は，酸化物としての酸化鉄（ＦｅＯ）を含有する還元鉄粉である。
【００１６】
供給路３には，熱交換器１０，処理炉２内の雰囲気を加熱するための加熱手段である電気ヒーター１１が，上流側から処理炉２側に向かってこの順に設けられている。排出路４には，排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器１５及び熱交換器１０が，処理炉２側から下流側に向かってこの順に介設されている。また，供給路３の上流端と排出路４の下流端は，送風機（ブロワ）１８に接続されている。かかる構成においては，排出路４によって処理炉２の内部から排出された排ガスは，送風機１８の作動により，供給路３に導入され，再び処理炉２の内部に処理ガスとして供給される。即ち，供給路３，処理炉２内，排出路４の順に処理ガスを循環させる循環ライン２０が構成されている。また，排出路４において，熱交換器１０と送風機１８との間には，未使用の処理ガスを供給する供給源２２に接続された導入路２３が介設されている。導入路２３は，切換開閉弁２５を介して，排出路４に接続されている。この切換開閉弁２５の操作により，導入路２３から送風機１８を介して供給路３に処理ガスが導入される状態と，排出路４から送風機１８を介して供給路３に処理ガスが導入される状態と，を切り換えることができる。
【００１７】
熱交換器１０には，供給路３において送風機１８から処理炉２に向かう途中の処理ガスが導入されるとともに，排出路４において蓄熱器１５から送風機１８に向かう途中の排ガスが導入される。即ち，蓄熱器１５の蓄熱によって昇温された排ガスが，排出路４において蓄熱器１５の下流側に設けられた熱交換器１０に供給され，排ガスと供給路３から処理炉２に供給される前の処理ガスとの間で，非接触状態で熱交換が行われることにより，処理ガスが加熱されるようになっている。このように蓄熱器１５の蓄熱を利用して熱交換器１０にて予備加熱された処理ガスは，供給路３において熱交換器１０の下流側に設けられたヒーター１１によって，さらに所定温度まで昇温された後，処理炉２に供給される。こうして，加熱された処理ガスにより，蓄熱器１５の蓄熱とヒーター１１の熱が処理炉２内に運ばれ，処理炉２内が加熱される構成になっている。
【００１８】
図２に示すように，蓄熱器１５は，流体としての排ガスが導入されるケーシング３０，ケーシング３０内に排ガスを導入する導入口３１，及び，ケーシング３０内から排ガスを導出する導出口３２を備えている。ケーシング３０の内部には，排ガスに接触して熱を蓄熱する蓄熱体３３が備えられている。
【００１９】
ケーシング３０は，４つの平板状の側壁を有する略角筒状をなす筒状部３０ａを備え，さらに，筒状部３０ａによって囲まれた空間の上部を閉塞する天井部３０ｂ，筒状部３０ａによって囲まれた空間の下部を閉塞する底部３０ｃを備えている。底部３０ｃは，筒状部３０ａを構成する各側壁の下部から内側に向かうようにそれぞれ設けられた，４つの平板状の底板からなり，各底板は，側壁側から内側に向かうに従い次第に下方に向かうように，傾斜させられている。従って，底部３０ｃは，上方から下方に向かうに従い窄められた略四角錐面状に形成されている。また，図３に示すように，底部３０ｃの下面周縁部には，外部の載置台や床面等に対してケーシング３０を支持させるケーシング支持部材としての支柱３５が，複数箇所，例えば８箇所に取り付けられている。
【００２０】
ケーシング３０は，２枚以上の金属板を溶接加工などで接合させることにより形成されているが，図４に示すように，筒状部３０ａの側壁とその側壁に繋がる底部３０ｃの底板との間の各角部３７は，金属板を曲げ加工することにより形成することが好ましく，角部３７には，溶接等による金属板同士の継ぎ目が無いことが好ましい。そうすれば，角部３７の強度を確保することができ，角部３７において亀裂や破断等の損傷が生じることを防止できる。例えば，筒状部３０ａと底部３０ｃが角部３７において溶接により継ぎ合わせられている場合，ケーシング３０内が加熱されると，熱膨張により，筒状部３０ａの金属板は下方に向かって伸長しようとし，底部３０ｃの金属板は，筒状部３０ａ側に向かって斜め上方に伸長しようとする。そのため，角部３７に応力が集中し，亀裂が発生するおそれがある。これに対し，角部３７に継ぎ目が無い場合，筒状部３０ａや底部３０ｃが熱膨張したときの耐久性を増すことができる。
【００２１】
なお，図示の例では，底部３０ｃの上部と筒状部３０ａの下部は，連続した一枚の金属板４１を曲げ変形させることにより，一体的に成形されており，筒状部３０ａは，金属板４１において曲げ変形させた部分より上側の平板状の部分と，他の金属板４２とによって構成されている。金属板４２の下縁部は，金属板４１の上縁部に対し，溶接加工により接合させられている。金属板４１，４２同士の継ぎ目４３は，後述する保持板５２の上面とほぼ同じ高さに沿って配置されている。
【００２２】
ケーシング３０の内面及び外面には，断熱性を有する内部保温材４５，外部保温材４６がそれぞれ備えられている。内部保温材４５は，筒状部３０ａ，天井部３０ｂ，底部３０ｃの内側の面全体を覆うように，所定の厚さの層状に設けられている。外部保温材４６は，筒状部３０ａ，天井部３０ｂ，底部３０ｃの外側の面全体を覆うように，所定の厚さの層状に設けられている。内部保温材４５の材質としては，例えばセラミックファイバー（ニチアス株式会社製，商品名：ファインフレックス）等を用いても良い。外部保温材４６の材質としては，例えばグラスウール等を用いても良い。このように内部保温材４５を設けることにより，ケーシング３０の耐熱性及びケーシング３０内の保温性を向上させることができる。また，外部保温材４６を設けることにより，ケーシング３０内の保温性をさらに向上させることができる。
【００２３】
図２に示すように，導入口３１は，蓄熱体３３の上方において，天井部３０ｂの中央部に開口されている。導入口３１には，排ガスを処理炉２側から蓄熱器１５に送気する上流側の排出路４ａが接続されている。導入口３１の下方において，導入口３１と蓄熱体３３との間には，導入口３１から導入された排ガスを導入口３１の下方から筒状部３０ａに向かう外側まで分散させる分散板４７が設けられている。
【００２４】
導出口３２は，蓄熱体３３及び後述する蓄熱体保持体５１の下方において，底部３０ｃの中央下端部に開口されている。導出口３２には，排ガスを蓄熱器１５から熱交換器１０に送気する下流側の排出路４ｂが接続されている。
【００２５】
蓄熱体３３は，複数の略方形をなす薄板状の蓄熱材５０によって構成されている。各蓄熱材５０は，互いに略平行な姿勢で，それぞれ略鉛直方向（上下方向）に向けて立設させられており，また，略水平方向（横方向）において，隣り合う蓄熱材５０同士の間に所定間隔を空けて並べて備えられている。
【００２６】
また，蓄熱体３３は，ケーシング３０内の底部３０ｃに設けられた蓄熱体保持体５１によって保持されている。蓄熱体保持体５１は，蓄熱体３３を載せる略格子状の保持板５２と，保持板５２を載せる架台５３とを備えている。
【００２７】
図５に示すように，保持板５２は，複数の細長い縦板５２ａと横板５２ｂとによって構成された格子状をなしており，各縦板５２ａ，横板５２ｂによって囲まれた複数の略正方形状の開口，即ち，保持板５２に上下方向に貫通させて設けられた連通口５２ｃを備えている。縦板５２ａは，所定の高さにおいて長さ方向を横向きにして延設されており，また，互いに略平行に，所定間隔を空けて並べて設けられている。横板５２ｂは，各縦板５２ａに対して略垂直に交差するように，所定の高さにおいて長さ方向を横向きにして延設されており，また，互いに略平行に，所定間隔を空けて並べて設けられている。各蓄熱材５０は，例えば縦板５２ａと略平行な方向に向けられ，下辺部を複数の横板５２ｂの上縁に渡って接触させるようにして，保持板５２の上面に載せられて保持されている。導入口３１から導入された排ガスは，蓄熱体３３の各蓄熱材５０の間の隙間を通って下降し，各連通口５２ｃを介して，保持板５２の下方に流出し，導出口３２によって導出されるようになっている。なお，保持板５２の材質としては，剛性と耐熱性を有する材質を使用することが好ましく，例えばＳＵＳ３０４等の鋼材を用いても良い。
【００２８】
図６に示すように，架台５３は，筒状部３０ａの各側壁に沿って略方形の枠状に形成された枠部材６１と，枠部材６１の下面と底部３０ｃとの間に設けられた複数の枠支持部材６２とを備えている。枠部材６１は枠支持部材６２によって支持されており，枠支持部材６２を介して，ケーシング３０に取り付けられている。枠部材６１の上面には，複数の断熱材６３が備えられている。
【００２９】
図４に示すように，枠部材６１は，底部６１ａ，内側の側壁６１ｂ，及び，外側の側壁６１ｃを備えている。側壁６１ｂは，底部６１ａの内側の縁部に沿って，底部６１ａの上方に向かって立設されている。側壁６１ｃは，底部６１ａの外側の縁部に沿って，底部６１ａの上方に向かって立設されている。即ち，枠部材６１の各辺部の断面形状は，上方に開口を向けた略コの字状になっており，側壁６１ｂと側壁６１ｃとの間には，枠部材６１の上面において開口された溝６５が設けられている。溝６５は，平面視において枠部材６１の上面に沿って設けられている。
【００３０】
断熱材６３は，略直方体形状をなし，上面が略水平になるようにして，溝６５に挿入されている。また，枠部材６１及び溝６５に沿って，複数の断熱材６３が略方形に並べて設けられている（図６参照）。各断熱材６３の高さは，溝６５の深さより高く，断熱材６３の上部が溝６５より上方に突出するようになっている。断熱材６３の材質としては，例えばセラミックスを用いても良い。
【００３１】
かかる構成において，保持板５２は，保持板５２の下面周縁部が略方形に並べられた複数の断熱材６３の上面に載せられた状態で，架台５３上に支持されている。枠部材６１は保持板５２に接触しておらず，断熱材６３のみが保持板５２に接触させられている。こうして，保持板５２と架台５３との間に断熱材６３が挟まれていることにより，蓄熱体３３から保持板５２，架台５３を介してケーシング３０の底部３０ｃに熱が伝導して外部に逃げることを抑制できる。従って，蓄熱体３３の蓄熱を効率的に行えるようになっている。
【００３２】
枠支持部材６２は，ケーシング３０の底部３０ｃにおいて，筒状部３０ａに近接した周縁部に沿って並べて配置されている。各枠支持部材６２の下端部は，ケーシング３０の底部３０ｃの傾斜した上面に取り付けられており，上端部は枠部材６１の底部６１ａの下面に取り付けられている。なお，枠支持部材６２の上端部及び下端部は，枠部材６１及び底部３０ｃに対して溶接加工等により固着されている。
【００３３】
なお，蓄熱体保持体５１の周縁部（保持板５２及び架台５３の周縁部）は，内部保温材４５の内部に設けられていても外部に設けられていても良いが，ケーシング３０の側壁（筒状部３０ａ）には，接触していないことが好ましい。保持板５２と筒状部３０ａとの間に設ける隙間は，例えば蓄熱時のケーシング３０内の温度下における，縦板５２ａの端部や横板５２ｂの端部の熱膨張による移動量よりも，大きくすることが好ましい。即ち，縦板５２ａや横板５２ｂが熱膨張により横向きに伸長しても，筒状部３０ａに接触したり，ケーシング３０が保持板５２によって内側から押されたりしないようにすることが好ましい。この場合，保持板５２とケーシング３０との間で応力が発生することを防止でき，保持板５２やケーシング３０が応力により損傷することを防止できる。また，架台５３と筒状部３０ａの内面との間にも，隙間が形成されていることが好ましい。即ち，架台５３（側壁６１ｃ）が熱膨張により筒状部３０ａ側に向かうように変形しても，筒状部３０ａに接触しないことが好ましい。これにより，架台５３とケーシング３０との間で応力が発生することを防止でき，架台５３やケーシング３０が損傷することを防止できる。
【００３４】
以上のように，蓄熱体３３と蓄熱体保持体５１は，ケーシング３０の底部３０ｃに対して支持されており，蓄熱体保持体５１から底部３０ｃに対して荷重が加えられるようになっている。そして，ケーシング３０の側壁に対しては，蓄熱体３３と蓄熱体保持体５１が接触していない状態になっており，蓄熱体３３と蓄熱体保持体５１からケーシング３０の側壁には荷重が加えられず，ケーシング３０の側壁の損傷を防止できるようになっている。
【００３５】
なお，保持板５２，枠部材６１，断熱材６３は，互いに固着されていないので，ケーシング３０内が加熱されたときに，保持板５２，架台５３，断熱材６３がそれぞれ熱膨張しても，互いにずれながら変形することが可能になっている。従って，保持板５２，枠部材６１，断熱材６３が応力により損傷することを防止できる。
【００３６】
図３及び図４に示すように，ケーシング３０の支柱３５は，底部３０ｃの各周辺部に対してそれぞれ２本ずつ，合計で８本設けられており，導出口３２を囲むように配置されている。各支柱３５は略直棒状をなし，長さ方向を略鉛直方向に向けて設けられている。各支柱３５の上端部は，底部３０ｃの外側の面，即ち下面に対して，溶接等により固着されている。各支柱３５の下端部は，蓄熱器１５の外部の載置台や床面等に載せられる。
【００３７】
各支柱３５は，枠部材６１の真下，即ち，平面視において枠部材６１と重なる位置に配置されていることが好ましい。また，枠支持部材６２の真下，即ち，側面視において，枠支持部材６２と略同一の略鉛直な中心軸Ａ上に配置されていることが好ましい。このようにすると，底部３０ｃにおける枠部材６１や枠支持部材６２の真下の部分を，支柱３５によって集中的に補強でき，底部３０ｃが蓄熱体３３，保持板５２及び架台５３の荷重によって損傷を受けることを防止できる。そして，蓄熱体３３，保持板５２及び架台５３の荷重を，支柱３５によってバランスよく受け止めることができる。また，蓄熱体３３，保持板５２，架台５３等の荷重が，各支柱３５に対して略鉛直方向に作用し，各支柱３５が略鉛直方向に真っ直ぐに押される状態にすることができる。即ち，支柱３５には主に中心軸Ａ方向の圧縮応力が生じるようになり，架台５３の外側や内側に向かう曲げ応力が生じることを抑制できる。従って，支柱３５や底部３０ｃの損傷を防止でき，蓄熱器１５を確実に支持することができる。
【００３８】
次に，以上のように構成された処理装置１における処理方法について説明する。先ず，被処理体を処理炉２に投入する前に，処理炉２内を還元雰囲気にするとともに，処理炉２内の雰囲気を所定の温度に昇温させる前工程が行われる。即ち，供給路３によって還元性の処理ガスを処理炉２内に供給しながら，処理炉２内を排気させることにより，処理炉２内を還元性の雰囲気によってパージする。また，ヒーター１１を作動させ，供給路３を通る処理ガスをヒーター１１の発熱によって所定温度に加熱し，加熱した高温の処理ガスを処理炉２内に供給することにより，処理炉２内を昇温させる。このとき，供給路３から処理炉２に供給された高温の処理ガスは，排気路４によって処理炉２から排ガスとして排気され，さらに蓄熱器１５に導入される。そして，蓄熱器１５において，排ガス（処理ガス）が有する熱の一部が奪われて，蓄熱体３３に蓄熱される。
【００３９】
蓄熱器１５においては，排出路４ａから導入口３１を介してケーシング３０内に排ガスが導入され，分散板４７によって蓄熱体３３の上方全体に拡散された後，蓄熱体３３の蓄熱材５０同士の間を通って下降する。排ガスが蓄熱材５０同士の間を下降する際，排ガスの熱が蓄熱材５０に伝達して，蓄熱材５０が加熱され，排ガスは降温される。蓄熱材５０同士の間を通過した排ガスは，保持板５２の各連通口５２ｃを介して保持板５２の下方に流出し，ケーシング３０内から導出口３２を介して排出路４ｂによって導出される。
【００４０】
こうして蓄熱材５０に排ガスの熱が蓄熱されるが，蓄熱材５０を支持する保持板５２と架台５３の間には断熱材６３が設けられているので，蓄熱体３３の熱がケーシング３０から外部に逃がされることなく，効率的に蓄熱される。
【００４１】
蓄熱器１５において降温された排ガスは，蓄熱器１５から導出されて，送風機１８の作動により，再び供給路３に処理ガスとして導入される。そして，再びヒーター１１によって加熱された後，処理炉２に供給される。なお，この前工程においては，排出路４において蓄熱器１５から熱交換器１０に向かう排ガスの温度と，排出路４から供給路３に導入された処理ガスの温度とは，殆ど同じか，あるいは処理ガスの温度が自然放熱により排ガスよりも若干低くなる程度であり，熱交換器１０においては，熱交換は殆ど行われない。
【００４２】
こうして，ヒーター１１の熱によって処理ガスを加熱し，ヒーター１１の発熱の一部を処理ガスによって蓄熱器１５に運びながら，処理炉２内を所定温度の還元雰囲気にしたら，処理炉２内に被処理体を投入し，処理炉２内を密閉状態にする。そして，処理炉２内の被処理体の還元処理（吸熱反応処理）工程を開始させる。還元処理中も，処理ガスはヒーター１１によって加熱されながら，送風機１８の作動により供給路３，処理炉２，排気路４の順に通過するように循環させられる。
【００４３】
処理炉２内において，被処理体中の酸化鉄に処理ガス中の水素が供給されると，酸化鉄から酸素（Ｏ）が奪われる還元反応により，水分（Ｈ２Ｏ）が発生し，酸化鉄が鉄に還元される。
【００４４】
ここで，処理炉２内において生じる酸化鉄と水素との還元反応は，周囲の熱を奪う吸熱反応であるため，供給路３から処理炉２内に供給された処理ガスの温度は，処理炉２内から排出される排ガスの温度よりも低くなっている。即ち，ヒーター１１の発熱によって処理ガスに与えられた熱の一部は，還元反応において吸熱され，蓄熱器１５には，吸熱により冷却された排ガスが導入される。一方，蓄熱器１５内の蓄熱材３３には，前述した前工程において集められた熱が蓄熱されている。そのため，排ガスが蓄熱材３３を通過すると，排ガスに蓄熱が与えられ，排ガスが昇温される。こうして，処理炉２から排出された直後よりも昇温された排ガスが，蓄熱器１５から熱交換器１０に導入される。
【００４５】
熱交換器１０においては，蓄熱器１５において加熱された排ガスと，供給路３を通る処理ガスとの間で熱交換が行われ，排ガスから処理ガスに対して熱が与えられる。即ち，蓄熱器１５と熱交換器１０との間において，排ガスは，蓄熱器１５の蓄熱を熱交換器１０に運び処理ガスに伝達させる熱媒体として機能する。排ガスは，処理ガスの冷熱により冷却される。
【００４６】
熱交換器１０から導出された排ガスは，排出路４から送風機１８を介して供給路３に処理ガスとして供給される。
【００４７】
供給路３においては，送風機１８から熱交換器１０に対して処理ガスが導入され，前述のように，排ガスとの間で熱交換が行われる。即ち，処理ガスに対して排ガスの熱が与えられ，処理ガスが加熱される。
【００４８】
熱交換器１０において加熱された処理ガスは，ヒーター１１によってさらに高温に加熱された後，処理炉２に供給される。ここで，処理ガスは，ヒーター１１によって加熱される前に，熱交換器１０において予め予備加熱されているので，処理ガスを所定温度まで昇温させるために要するヒーター１１の発熱量は，蓄熱器１５や熱交換器１０を設けない場合よりも，少ない発熱量に抑えることができる。従って，ヒーター１１の電気料金などのランニングコストを削減することができる。特に，処理炉２内に被処理体を投入し還元処理を開始させた直後は，吸熱量が多く，排ガスの温度が急激に低下するので，ヒーター１１のみで加熱する場合は，処理炉２内の温度や処理炉２内に供給する処理ガスの温度を所定温度に昇温させるまでの時間を短くすることが難しいが，蓄熱器１５と熱交換器１０によって処理ガスを予備加熱することにより，ヒーター１１によって短時間で所定温度に昇温させることができ，還元処理を安定的に行うことができる。また，導入路２３から供給路３に新たな処理ガスを供給する場合も，処理ガスを熱交換器１０に通過させて予備加熱してからヒーター１１に送ることができるので，処理ガスを効率的に加熱でき，ヒーター１１のランニングコストを削減できる。
【００４９】
かかる処理装置１によれば，被処理体の還元処理工程が開始される前に，加熱された処理ガスを処理炉２に供給しながら，処理炉２から排出された排ガスを蓄熱器１５に導入することで，排ガスの熱を蓄熱させることができる。還元処理工程が開始されてからは，蓄熱器１５に蓄熱された熱を利用して，処理炉２に供給される前の処理ガスを予備加熱してから，ヒーター１１によって加熱し，処理炉２に供給できる。従って，吸熱反応が生じても，処理炉２内を効率的に加熱でき，ヒーター１１の負荷を低減できる。また，還元処理開始直後に処理炉２内の温度が急に下がっても，蓄熱器１５の蓄熱を利用して処理ガスを加熱することで，処理炉２内の温度を迅速に昇温させることができる。これにより，還元反応の効率を向上させることができる。
【００５０】
また，蓄熱器１５においては，蓄熱体３３を蓄熱体保持体５１によって保持し，蓄熱体保持体５１をケーシング３０の側壁に接触させないようにしたことにより，ケーシング３０の側壁が損傷することを防止できる。従って，耐久性，耐熱性を向上させ，蓄熱器１５の寿命を延ばすことができる。さらに，蓄熱体保持体５１に断熱材６５を設けたことにより，蓄熱体３３からケーシング３０に熱が逃げることを防止できる。従って，蓄熱を効率的に行うことができる。
【００５１】
以上，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば，以上の実施形態においては，酸化鉄を還元する装置及び方法について説明したが，本発明は，その他の酸化物を還元する装置及び方法にも適用できる。例えば酸化モリブデンの粉末を還元してモリブデン（Ｍｏ）を得る装置及び方法，また，酸化タングステンの粉末を還元してタングステン（Ｗ）を得る装置及び方法に適用できる。
【実施例】
【００５２】
本発明者らは，処理装置１を用いた処理方法の実験を行った。図７に示すように，供給路３において，熱交換器１０とヒーター１１との間，ヒーター１１と処理炉２との間に，それぞれ温度計Ｔ１，Ｔ２を設けた。また，排出路４において，処理炉２と蓄熱器１５との間，蓄熱器１５と熱交換器１０との間，及び，熱交換器１０と送風機１８との間に，それぞれ温度計Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を設けた。そして，前工程において，処理炉２内の温度を６１０℃にした後，還元処理工程において，処理炉２内の温度の目標値を６１０℃とし，還元処理を開始させた。
【００５３】
還元反応を開始させた直後は，温度計Ｔ３の測定値が１３０℃程度まで降下したが，その後次第に上昇し，５６０℃程度になった。温度計Ｔ３の測定値が５６０℃であるとき，温度計Ｔ４の測定値は６０８℃，温度計Ｔ５の測定値は６５℃，温度計Ｔ１の測定値は５７０℃，温度計Ｔ２の測定値は６１０℃であった。即ち，６５℃程度で送風機１８から送出された処理ガスの温度を，熱交換器１０によって５７０℃程度の高温まで昇温させることができ，ヒーター１１の負荷を大幅に減少させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は，例えば鉄，モリブデン，タングステンなどの各種金属を製造する際に用いられる処理装置及び処理方法，及び，かかる処理装置及び処理方法に用いられる蓄熱器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施の形態にかかる処理装置の構成を示した説明図である。
【図２】蓄熱器の概略縦断面図である。
【図３】蓄熱器を底部側からみた状態を示した底面図である。
【図４】蓄熱器の蓄熱体保持体付近を拡大して示した縦断面図である。
【図５】蓄熱体保持体の平面図である。
【図６】架台の概略斜視図である。
【図７】実験において温度計を設けた位置を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 処理装置
２ 処理炉
３ 供給路
４ 排出路
１０ 熱交換器
１１ ヒーター
１５ 蓄熱器
２０ 循環ライン
３０ ケーシング
３１ 導入口
３２ 導出口
３３ 蓄熱体
５１ 蓄熱体保持体
５２ 保持板
５３ 架台
６１ 枠部材
６２ 枠支持部材
６３ 断熱材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を吸熱反応によって処理する処理装置であって，
被処理体が投入される処理炉と，前記処理炉内に処理ガスを供給する供給路と，前記処理炉内から排ガスを排出させる排出路と，前記処理ガスを加熱するヒーターとが備えられ，
前記排出路に，前記排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器と，前記蓄熱器を通過した排ガスと前記処理ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器とが設けられていることを特徴とする，処理装置。
【請求項２】
前記排ガスを前記処理炉内に処理ガスとして供給する循環ラインが構成されていることを特徴とする，請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記被処理体は酸化物を含有し，
前記処理ガスは水素を含有し，
前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であることを特徴とする，請求項１又は２に記載の処理装置。
【請求項４】
被処理体を吸熱反応によって処理する処理方法であって，
被処理体を処理炉内に投入する前に，加熱した処理ガスを処理炉内に供給しながら前記処理炉内を排気し，前記処理炉内から排気された排ガスの熱を蓄熱器に蓄熱させ，
その後，前記処理炉内に被処理体を投入し，被処理体の吸熱反応処理を開始させ，
前記吸熱反応処理を行う際は，前記処理炉内から排気された排ガスを前記蓄熱器に通過させ，前記蓄熱によって昇温させ，
前記蓄熱によって昇温された排ガスと前記処理炉内に供給される処理ガスとの間で熱交換を行わせることで，前記処理ガスを加熱して，前記処理炉内に供給することを特徴とする，処理方法。
【請求項５】
前記熱交換によって加熱した前記処理ガスを，さらにヒーターによって加熱した後，前記処理炉内に供給することを特徴とする，請求項４に記載の処理方法。
【請求項６】
前記排ガスを，前記処理炉に処理ガスとして供給することを特徴とする，請求項４又は５に記載の処理方法。
【請求項７】
前記被処理体は酸化物を含有し，
前記処理ガスは水素を含有し，
前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であることを特徴とする，請求項４〜６のいずれかに記載の処理方法。
【請求項８】
流体の熱を蓄熱する蓄熱器であって，
ケーシングと，前記ケーシングの内部に備えられた蓄熱体と，前記蓄熱体を保持する蓄熱体保持体とを備え，
前記蓄熱体保持体は，前記ケーシングの側壁に接触していない状態で，前記ケーシングの底部に設けられていることを特徴とする，蓄熱器。
【請求項９】
前記蓄熱体保持体は，前記蓄熱体を載せる略格子状の保持板と，前記保持板を載せる架台とを備えることを特徴とする，請求項８に記載の蓄熱器。
【請求項１０】
前記架台は，前記ケーシングの側壁に沿って枠状に形成された枠部材と，前記底部に取り付けられ前記枠部材を支持する枠支持部材とを備え，
前記枠部材の上面に断熱材が備えられ，
前記保持板の周縁部が前記断熱材に載せられていることを特徴とする，請求項９に記載の蓄熱器。
【請求項１１】
前記ケーシングは，前記底部に取り付けられたケーシング支持部材によって支持されていることを特徴とする，請求項８〜１０のいずれかに記載の蓄熱器。
【請求項１２】
前記ケーシングの底部と側壁との間の角部は，曲げ加工により形成されていることを特徴とする，請求項８〜１１のいずれかに記載の蓄熱器。
【請求項１３】
前記蓄熱体の上方に，前記流体を導入する導入口が設けられ，
前記蓄熱体及び前記蓄熱体保持体の下方に，前記流体を導出する導出口が設けられ，
前記蓄熱体保持体に，上下方向に貫通する連通口が設けられ，
前記導入口から導入された流体は，前記蓄熱体を通り，前記連通口を介して，前記導出口によって導出されることを特徴とする，請求項８〜１２のいずれかに記載の蓄熱器。
【請求項１】
被処理体を吸熱反応によって処理する処理装置であって，
被処理体が投入される処理炉と，前記処理炉内に処理ガスを供給する供給路と，前記処理炉内から排ガスを排出させる排出路と，前記処理ガスを加熱するヒーターとが備えられ，
前記排出路に，前記排ガスの熱を蓄熱する蓄熱器と，前記蓄熱器を通過した排ガスと前記処理ガスとの間で熱交換を行わせる熱交換器とが設けられていることを特徴とする，処理装置。
【請求項２】
前記排ガスを前記処理炉内に処理ガスとして供給する循環ラインが構成されていることを特徴とする，請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記被処理体は酸化物を含有し，
前記処理ガスは水素を含有し，
前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であることを特徴とする，請求項１又は２に記載の処理装置。
【請求項４】
被処理体を吸熱反応によって処理する処理方法であって，
被処理体を処理炉内に投入する前に，加熱した処理ガスを処理炉内に供給しながら前記処理炉内を排気し，前記処理炉内から排気された排ガスの熱を蓄熱器に蓄熱させ，
その後，前記処理炉内に被処理体を投入し，被処理体の吸熱反応処理を開始させ，
前記吸熱反応処理を行う際は，前記処理炉内から排気された排ガスを前記蓄熱器に通過させ，前記蓄熱によって昇温させ，
前記蓄熱によって昇温された排ガスと前記処理炉内に供給される処理ガスとの間で熱交換を行わせることで，前記処理ガスを加熱して，前記処理炉内に供給することを特徴とする，処理方法。
【請求項５】
前記熱交換によって加熱した前記処理ガスを，さらにヒーターによって加熱した後，前記処理炉内に供給することを特徴とする，請求項４に記載の処理方法。
【請求項６】
前記排ガスを，前記処理炉に処理ガスとして供給することを特徴とする，請求項４又は５に記載の処理方法。
【請求項７】
前記被処理体は酸化物を含有し，
前記処理ガスは水素を含有し，
前記吸熱反応は，酸化物を還元する還元反応であることを特徴とする，請求項４〜６のいずれかに記載の処理方法。
【請求項８】
流体の熱を蓄熱する蓄熱器であって，
ケーシングと，前記ケーシングの内部に備えられた蓄熱体と，前記蓄熱体を保持する蓄熱体保持体とを備え，
前記蓄熱体保持体は，前記ケーシングの側壁に接触していない状態で，前記ケーシングの底部に設けられていることを特徴とする，蓄熱器。
【請求項９】
前記蓄熱体保持体は，前記蓄熱体を載せる略格子状の保持板と，前記保持板を載せる架台とを備えることを特徴とする，請求項８に記載の蓄熱器。
【請求項１０】
前記架台は，前記ケーシングの側壁に沿って枠状に形成された枠部材と，前記底部に取り付けられ前記枠部材を支持する枠支持部材とを備え，
前記枠部材の上面に断熱材が備えられ，
前記保持板の周縁部が前記断熱材に載せられていることを特徴とする，請求項９に記載の蓄熱器。
【請求項１１】
前記ケーシングは，前記底部に取り付けられたケーシング支持部材によって支持されていることを特徴とする，請求項８〜１０のいずれかに記載の蓄熱器。
【請求項１２】
前記ケーシングの底部と側壁との間の角部は，曲げ加工により形成されていることを特徴とする，請求項８〜１１のいずれかに記載の蓄熱器。
【請求項１３】
前記蓄熱体の上方に，前記流体を導入する導入口が設けられ，
前記蓄熱体及び前記蓄熱体保持体の下方に，前記流体を導出する導出口が設けられ，
前記蓄熱体保持体に，上下方向に貫通する連通口が設けられ，
前記導入口から導入された流体は，前記蓄熱体を通り，前記連通口を介して，前記導出口によって導出されることを特徴とする，請求項８〜１２のいずれかに記載の蓄熱器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１０１０２１（Ｐ２００７−１０１０２１Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８９２４３（Ｐ２００５−２８９２４３）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【Ｆターム（参考）】
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