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技術 金属鋳造システム

出願人 電源開発株式会社株式会社アルテックス
発明者 笹津浩司小西金平小堀敬一鈴木雅人
出願日 2004年10月13日 (14年10ヶ月経過) 出願番号 2004-299269
公開日 2006年4月27日 (13年3ヶ月経過) 公開番号 2006-110584
状態 特許登録済
技術分野 鋳造用とりべ 燃料電池(本体) 燃料電池(システム)
主要キーワード 金属滓 アルミインゴット 低温タイプ 運用温度 アルミ製品 送電経路 溶湯アルミニウム 加温空気
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

金属の溶解や溶湯保温に必要な熱エネルギーを確保するとともに、燃料から取り出せるエネルギー利用態様を拡大し、エネルギーの利用効率を向上させる。

解決手段

鋳造用金属を所定の形に成形する成形手段24を備える金属鋳造システム1Aであって、鋳造用金属を溶かす溶解炉14と、溶解炉によって溶かされた金属の溶湯状態を保持する溶湯保持炉20と、高温燃料電池10と、溶解炉14と溶湯保持炉20の少なくとも一方に高温燃料電池10の1次排熱を供給する排熱供給手段とを備える。

概要

背景

従来から金属鋳造に関する技術が知られている。この技術ではアルミニウムマグネシウム等の金属を溶かしたり、溶けた金属(以下「溶湯」という)の溶湯状態を保持するために加熱装置が必要である。例えば、特許文献1には、ガスバーナからの燃焼ガスを利用した加熱装置(以下、従来装置という)を有するアルミニウム鋳造技術が開示されている。
特開2000−35283号公報

概要

金属の溶解や溶湯の保温に必要な熱エネルギーを確保するとともに、燃料から取り出せるエネルギー利用態様を拡大し、エネルギーの利用効率を向上させる。鋳造用金属を所定の形に成形する成形手段24を備える金属鋳造システム1Aであって、鋳造用金属を溶かす溶解炉14と、溶解炉によって溶かされた金属の溶湯状態を保持する溶湯保持炉20と、高温燃料電池10と、溶解炉14と溶湯保持炉20の少なくとも一方に高温燃料電池10の1次排熱を供給する排熱供給手段とを備える。

目的

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、金属の溶解や溶湯の保温に必要な熱エネルギーを確保するとともに、燃料から取り出せるエネルギーの利用態様を拡大し、エネルギーの利用効率を向上させることができる金属鋳造システムを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

鋳造用金属を所定の形に成形する成形手段を備える金属鋳造システムであって、前記鋳造用金属を溶かす溶解炉と、該溶解炉によって溶かされた金属の溶湯状態を保持する溶湯保持炉と、高温燃料電池と、前記溶解炉と前記溶湯保持炉の少なくとも一方に前記高温燃料電池から排出される1次排熱を供給する排熱供給手段と、を備えることを特徴とする金属鋳造システム。

請求項2

前記排熱供給手段が、前記1次排熱を前記溶解炉に供給する上流側供給部と、前記溶解炉で用いた後の2次排熱を前記溶湯保持炉に供給する下流側供給部とを有することを特徴とする請求項1記載の金属鋳造システム。

請求項3

前記高温燃料電池で生成された電力で作動する電力利用ユニットと、該ユニットに前記高温燃料電池で生成された電力を供給する電力供給手段とを更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の金属鋳造システム。

請求項4

前記1次排熱の供給媒体中の残燃料を用いて該供給媒体の温度調整を行う燃焼器を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の金属鋳造システム。

請求項5

前記燃焼器に接続される追加補助燃料供給路と、該燃料供給路に設けられ、供給される燃料の量を調節する調節部とを更に備えたことを特徴とする請求項4記載の金属鋳造システム。

請求項6

前記溶解炉または前記溶湯保持炉で用いた後の余剰排熱を用いる排熱利用ユニットと、前記余剰排熱を前記排熱利用ユニットに供給する余剰排熱供給手段とを更に備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の金属鋳造システム。

請求項7

前記成形手段によって成形された成形物を加熱して熱処理する熱処理炉を更に備え、前記熱処理炉において前記溶解炉または前記溶湯保持炉で用いた後の余剰排熱が用いられる構成とすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の金属鋳造システム。

請求項8

前記高温燃料電池の発生電力を蓄える蓄電手段と前記溶解炉または前記溶湯保持炉で用いた後の余剰排熱を蓄える蓄熱手段との少なくとも一つを更に備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項記載の金属鋳造システム。

技術分野

0001

本発明は、高温燃料電池固体酸化物形燃料電池溶融炭酸塩形燃料電池)の排熱を用いて金属の溶解やその溶湯状態の保持を行えるように構成された金属鋳造システムに関する。

背景技術

0002

従来から金属鋳造に関する技術が知られている。この技術ではアルミニウムマグネシウム等の金属を溶かしたり、溶けた金属(以下「溶湯」という)の溶湯状態を保持するために加熱装置が必要である。例えば、特許文献1には、ガスバーナからの燃焼ガスを利用した加熱装置(以下、従来装置という)を有するアルミニウム鋳造技術が開示されている。
特開2000−35283号公報

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、従来装置ではガスバーナで燃料燃焼させて得た熱エネルギーを、アルミニウムの溶解や溶湯の保温のみに利用しており、大量の燃料を消費するにもかかわらず、その燃料から生じるエネルギー利用態様が限られていた。

0004

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、金属の溶解や溶湯の保温に必要な熱エネルギーを確保するとともに、燃料から取り出せるエネルギーの利用態様を拡大し、エネルギーの利用効率を向上させることができる金属鋳造システム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

0005

上記課題を解決するため、本発明は、鋳造用金属を所定の形に成形する成形手段を備える金属鋳造システムであって、鋳造用金属を溶かす溶解炉と、その溶解炉によって溶かされた金属の溶湯状態を保持する溶湯保持炉と、高温燃料電池と、溶解炉と溶湯保持炉の少なくとも一方に高温燃料電池から排出される1次排熱を供給する排熱供給手段とを備えることを特徴とする。なお、高温燃料電池とは、アルミニウムやマグネシウムの融点と同等以上の運用温度である固体酸化物形燃料電池と溶融炭酸塩形燃料電池を意味する。

0006

この金属鋳造システムでは、鋳造用金属の溶解や溶湯状態の保持のために高温燃料電池の1次排熱を利用する。

0007

また、排熱供給手段が、高温燃料電池の1次排熱を溶解炉に供給する上流側供給部と、溶解炉で用いた後の2次排熱を溶湯保持炉に供給する下流側供給部とを有するようにしてもよい。
この金属鋳造システムでは、高温燃料電池の1次排熱を溶解炉の熱源として利用した後の2次排熱を溶湯保持炉の熱源として利用する。

0008

また、高温燃料電池で生成された電力で作動する電力利用ユニットと、そのユニットに高温燃料電池で生成された電力を供給する電力供給手段を更に備えるようにしてもよい。この金属鋳造システムでは、高温燃料電池で生成された電力を電力利用ユニットに供給する。

0009

また、1次排熱の供給媒体中の残燃料を用いてその供給媒体の温度調整を行う燃焼器を更に備えるようにしてもよい。
この金属鋳造システムでは、1次排熱の供給媒体の温度調整を供給媒体中の残燃料を用いることにより行う。

0010

また、燃焼器に接続される追加補助燃料供給路と、その追加補助燃料供給路に設けられ、供給される燃料の量を調節する調節部とを更に備えるようにしてもよい。
この金属鋳造システムでは、1次排熱の供給媒体の温度調整を行う燃焼器に対して燃料を供給でき、更に、供給燃料を調節することができるようになる。

0011

溶解炉または溶湯保持炉で用いた後の余剰排熱を用いる排熱利用ユニットと、余剰排熱を排熱利用ユニットに供給する余剰排熱供給手段を更に備えるようにしてもよい。
この金属鋳造システムでは、溶解炉もしくは溶湯保持炉で用いられた後の余剰排熱を排熱利用ユニットに供給する。

0012

また、成形手段によって成形された成形物を加熱して熱処理する熱処理炉を更に備え、熱処理炉において溶解炉または溶湯保持炉で用いた後の余剰排熱が用いられる構成とするようにしてもよい。
この金属鋳造システムでは、成形手段によって成形された成形物の熱処理を、余剰排熱を利用して行うことができる。

0013

また、高温燃料電池の発生電力を蓄える蓄電手段と溶解炉または溶湯保持炉で用いた後の余剰排熱を蓄える蓄熱手段との少なくとも一つを更に備えてもよい。
この金属鋳造システムでは、高温燃料電池の発生電力と余剰排熱の少なくとも一方を蓄える。

発明の効果

0014

本発明によれば、金属の溶解や溶湯の保温に必要な熱エネルギーを確保するとともに、燃料から取り出せるエネルギーの利用態様を拡大し、エネルギーの利用効率を向上させることが可能になる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、図面を参照して本発明における金属鋳造システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、全図を通し、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。図1は本発明の第1の実施の形態に係る金属鋳造システムの概略的な構成を示すシステム構成図である。また、図2は固体酸化物形燃料電池の原理を示す模式図である。

0016

本実施の形態に係る金属鋳造システム(以下「システム」という)1Aは、鋳物の製造を行う施設内に設置されている。本実施の形態では、鋳造用金属としてアルミニウムのインゴットを用いる場合を想定し、高温燃料電池として固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」という)を用いている。
システム1A(図1参照)は、SOFC10と、SOFC10から排出される1次排熱の供給媒体(空気排ガスGaや燃料排ガスGf)の温度調整を行う燃焼器12と、溶解炉14にインゴットを投入するホッパ34と、投入されたインゴットを1次排熱を利用して溶かす溶解炉14と、溶解炉14で用いられた後の2次排熱を利用して溶解炉14から供給される溶湯アルミニウム(以下「アルミ溶湯」という)の溶湯状態を保持(以下「保温」という)する溶湯保持炉20と、アルミ溶湯を所定の形に成形するダイカスト装置24と、溶湯保持炉20で用いられた後の余剰排熱の熱エネルギーを利用して空気を加温し、加温した空気をSOFC10に供給する熱回収部22とを備えている。

0017

またシステム1Aは、SOFC10の排熱をカスケード利用によって溶解炉14と溶湯保持炉20の両方の熱源として供給する排熱供給手段(上流側供給部、下流側供給部)を備える。なお「排熱をカスケード利用」するとは、高温排熱を必要とする設備から低温排熱で足りる設備に向けて段階的に排熱を供給することを意味している。
更に、本システム1AではSOFC10の1次排熱や溶解炉14で用いられた後の2次排熱、更に溶湯保持炉20で用いられた後の余剰排熱の供給媒体としてSOFC10から排出される空気排ガスGaや燃料排ガスGf、燃焼器12から排出される1次排ガスG1、溶解炉14から排出される2次排ガスG2、溶湯保持炉20から排出される余剰排ガスGsを用いている。そのため以下の説明では、上記排熱の供給を、供給媒体である各ガスGa、Gf、G1、G2、Gsの供給に置き代えて説明する。

0018

SOFC10は、図2に示すように電解質11aを挟んで正極(酸素極)11bと負極(燃料極)11cとを有し、さらに生成された電力の送電経路となる電線10f(図1参照)が接続されている。正極11bは、空気(酸素)が供給される空気供給部10aと、発電に用いられた後の空気排ガスが排出される空気排出部10cとに接続されている。一方、負極11cは、燃料が供給される燃料供給部10bと、発電に用いられた後の未燃残燃料を含む燃料排ガスが排出される燃料ガス排出部10dとに接続されている。

0019

SOFC10の場合(溶融炭酸塩形燃料電池も同様)には低温タイプ燃料電池固体高分子形燃料電池リン酸形燃料電池)と違い、一酸化炭素(CO)の影響を受けず、水素(H2)とともに燃料として利用できることから燃料の適用範囲が広い。そのため燃料は、灯油軽油DME、メタノールなどの液体燃料メタンブタンを主成分とするガス、都市ガス液化石油ガス、水素を主成分とするガス、水素と一酸化炭素を主成分とする燃料改質ガスのいずれか一種類または複数種類の混合であってもよい。また、燃料として供給される態様も液状やガス状のみならずハイドレートであってもよい。

0020

SOFC10は、水の電気分解とは逆の反応によって電気を起こすものであり、空気供給部10aから正極11bに供給される空気中の酸素(O2)が、電解質11a中をマイナスイオン(O2−)となって負極11cに移動し、負極11cで水素(H2)や一酸化炭素(CO)と結びついて水(H2O)や炭酸ガス(CO2)を生成するとともに電子を放出して発電する。SOFC10で生成された電力は、電線10f(図1参照)を介して電力利用ユニットに供給される。

0021

燃料電池では発電の際に発熱するが、SOFC10の場合、他種の燃料電池と比べて発電時の温度が非常に高い(通常、900°C〜1000°C)ため、空気排出部10cや燃料ガス排出部10dから排出される空気排ガスGaや燃料排ガスGfの温度は非常に高くなっている。一方、溶解炉14や溶湯保持炉20では多量の熱エネルギーが必要である。本発明は、これらの点に着目し、SOFC10の排熱を溶解炉14及び溶湯保持炉20に供給し、熱源として利用したものである。

0022

SOFC10と燃焼器12とは、図1に示すように空気排出部10cと燃料ガス排出部10dによって接続されている。燃焼器12は、空気排ガスGaや燃料排ガスGfが流入して燃焼するバーナ部(図示せず)と、燃焼炉(図示せず)とを備える。なお、バーナ部には、必要に応じて燃焼用空気が供給される空気供給部を設けてもよい。
燃焼器12と溶解炉14とは1次排ガスG1の経路となる配管12aによって接続されている。溶解炉14は、1次排ガスG1を流動状態で保持し熱伝導によって炉内のインゴットを溶かすガス保持部14aを有し、配管12aがガス保持部14aに接続されている。一方、ホッパ34はインゴットを蓄える貯留部(図示せず)と溶解炉14に向けてインゴットを投入する投入口(図示せず)を有する。

0023

溶解炉14と溶湯保持炉20とはアルミ溶湯Amの経路となる配管18および2次排熱の経路となる配管14bによって接続されている。溶湯保持炉20は2次排ガスG2を流動状態で保持し熱伝導によって炉内のアルミ溶湯を保温するガス保持部20aを有し、配管14bがガス保持部20aと溶解炉14のガス保持部14aに接続されている。

0024

溶湯保持炉20とダイカスト装置24とはアルミ溶湯Amの経路となる配管23によって接続されている。
ダイカスト装置24は、精密な金型を使用し溶湯保持炉20から供給されたアルミ溶湯を自動で注湯するとともにアルミ溶湯に圧力を加えて鋳造する装置であり、鋳造品のエアクリーニング器等も含む。本実施の形態では、ダイカスト装置24が本発明における成形手段に相当するが、成形手段は遠心鋳造方法を用いた装置、シェルモールド法を用いた装置、CO2法を用いた装置等であってもよく、型を用いてアルミ溶湯を所定の形に成形できる装置であれば足りる。

0025

一方、溶湯保持炉20と熱回収部22とは余剰排ガスGsの経路となる配管20bによって接続されている。
熱回収部22は外部から空気を取り込んで余剰排ガスGsとの間で熱交換する熱交換部(図示せず)を備え、熱交換によって加温された空気の経路となる配管28によってSOFC10の空気供給部10aと接続されている。また、熱回収部22は、熱交換によって温度が下がった排ガスGeの経路となる配管22aによって煙突26と接続されている。

0026

続いて、以上の構成からなるシステム1Aの作用について説明する。
まず、SOFC10に空気と燃料が供給され、発電作用を奏する。するとSOFC10では発電に伴って1次排熱が生じ、SOFC10の作動温度は900°C〜1000°Cと高温であるため、1次排熱の供給媒体となる空気排ガスGaや燃料排ガスGfも、その温度に対応した高い温度となる。

0027

しかし、アルミニウムの融点は660°Cと高く、そのインゴットを溶かす場合には炉内の温度を融点以上とし、アルミ溶湯の保温のためにも融点以上に保つ必要があり、1次排熱をカスケード利用することを想定すると、1次排熱の供給媒体となる空気排ガスGaや燃料排ガスGfの温度を予め高くしておく必要がある。そこでシステム1Aでは、燃焼器12に空気排ガスGaと未燃残燃料を含む燃料排ガスGfを供給し、バーナ部で燃焼することによって融点に十分な温度まで昇温させた後に、配管12aによって溶解炉14に供給する。このように燃焼器12を設けておけば、空気排ガスGaと燃料排ガスGfをバーナ部で燃焼し、所望の温度以上になるように調整することができる。なお、バーナ部での燃焼においては、必要に応じて燃焼用空気を供給してもよい。

0028

溶解炉14内にはホッパ34からインゴットが投入され、1次排ガスG1を介して1次排熱が配管12aによって溶解炉14に供給され、炉内のインゴットを溶かすための熱源として利用される。つまり、本実施の形態では空気排ガスGa、燃料排ガスGf、1次排ガスG1が1次排熱の供給媒体となり、各排ガスGa、Gf、G1の経路となる空気排出部10c、燃料ガス排出部10d、配管12aが上流側供給部となる。

0029

溶解炉14のアルミ溶湯Amは配管18によって溶湯保持炉20に供給される。一方、1次排ガスG1を介して溶解炉14に供給された1次排熱は、溶解炉14の熱源として用いられた後に2次排熱となる。2次排熱は2次排ガスG2を供給媒体として配管14bによって溶湯保持炉20に供給され、アルミ溶湯を保温するための熱源として利用される。溶湯保持炉20はアルミ溶湯をダイカストに好適な温度に保持する。つまり、本実施の形態では2次排ガスG2の経路となる配管14bが下流側供給部となる。

0030

溶湯保持炉20でアルミ溶湯の温度が安定すると、所定量のアルミ溶湯Amが配管23によってダイカスト装置24に供給され、ダイカスト成形によって所定の形のアルミニウム製品が製造される。
一方、溶湯保持炉20の熱源として利用された後の余剰排熱は、余剰排ガスGsを介して配管20bによって熱回収部22に供給される。余剰排熱は熱回収部22で熱交換され、温度が下がった排ガスGeが配管22aによって煙突26に供給され、煙突26から排出される。

0031

以上、システム1AではSOFC10で発電するとともに、発電に伴って生じる1次排熱を溶解炉14の熱源として利用しているため、燃料から取り出せるエネルギーの利用効率を向上でき、燃料の有効利用が可能になる。特に、アルミニウムの溶解や溶湯の保温には660°C以上の高い温度を必要とするが、SOFC10の1次排熱は、その温度に近い高温を期待できるため、燃焼器12を用いて温度調整を行えばよく好適である。特に燃焼器12では、燃料排ガスGf中の未燃残燃料をバーナ部で燃焼する構成であるため、燃料の有効利用が可能となる。

0032

また、システム1Aでは高温燃料電池であるSOFC10の排熱を用いることから、溶解炉14や溶湯保持炉20内で直接燃料を燃焼して加熱温度を得る必要がなく、炉自体の耐久性を向上させることが可能となる。また、炉内で直接燃料を燃焼する場合に比べて、酸化による鋳造金属品質低下を抑制することが可能となる。更に、空気排ガスGaや燃料排ガスGf等の高温排ガスにより溶解炉14や溶湯保持炉20を加温するため、直接燃料を燃焼して加温する場合に比べて炉内への均一な熱の供給を比較的容易に行うことができ、鋳造金属の品質向上を図ることが可能となる。

0033

また、システム1Aでは、1次排熱を溶解炉14で利用した後の2次排熱を溶湯保持炉20で利用するカスケード利用を行っているため、エネルギー損失が少なくて済む。
更に、システム1Aでは、熱回収部22によって暖められた空気が配管28によって空気供給部10aに供給されるが、SOFC10は電解質11aの性状から温度が900°C〜1000°Cで運用され、加温空気の供給によってSOFC10の温度低下を防止でき、発電効率を高い状態で維持できる。

0034

なお、システム1Aでは、1次排熱をカスケード利用するために燃焼器12を設けたが、SOFC10の性能や規模により、SOFC10で生成される1次排熱の供給媒体となる排ガス(例えば、空気排ガスGa)がカスケード利用を行うに十分な温度であれば、燃焼器12を設けなくてもよい。

0035

また、システム1Aでは、熱回収部22によって加温された空気のみをSOFC10に供給するが、熱回収部22で燃料ガスを加温し、加温された燃料ガスをSOFC10に供給するようにしてもよい。例えば、熱回収部22に接続される燃料ガス供給路と、熱回収部22で加温された燃料ガスをSOFC10の燃料供給部10bに供給する加温燃料ガス供給路とを設ける構成とすることができる。

0036

次に、図3を参照して第2の実施の形態に係る金属鋳造システム(以下「システム」という)1Bについて説明する。図3はシステム1Bの概略的な構成を示すシステム構成図である。システム1Bについては、システム1Aとの相違点を中心に詳細を説明する。

0037

システム1Bは、高温燃料電池であるSOFC10からの排熱を溶湯保持炉20でのみ用いる場合に関するシステムであり、溶解炉14内に投入されるアルミニウムのインゴットを溶かすために、溶解炉14とは別の装置としてガスバーナ16等の加熱装置を備えている。また、システム1Bは燃焼器12を備えておらず、空気排出部10c及び燃料ガス排出部10dと溶湯保持炉20とを接続する配管10eを備えている。更にシステム1Bは、熱回収部22に代わって蓄熱槽42を有し、蓄熱槽42と煙突26とを接続する配管42aを備える。蓄熱槽42は例えば熱伝導率が低い材質外壁に囲まれた槽内に水を蓄え、配管20bに接続される熱伝導率の高い配管を水中に敷設してなる。この配管は配管42aに接続される。

0038

システム1Bは、SOFC10の1次排熱の供給媒体である空気排ガスGaと燃料排ガスGfとの混合ガス(1次排ガスG1)が配管10eよって溶湯保持炉20に供給されている。つまり、システム1Bでは、1次排ガスG1を溶湯保持炉20に供給する配管10eが、本発明における排熱供給手段となる。

0039

溶湯保持炉20から排出される余剰排ガスGsは余剰排熱の供給媒体となり、蓄熱槽42内の水に熱量を奪われて温度が低下し、槽内の水は温度が上昇して熱エネルギーが蓄えられる。温度が低下した排ガスGeは、配管42aを介して煙突26から排出される。つまり本実施の形態では余剰排熱を蓄える蓄熱槽42が本発明の蓄熱手段となるが、蓄熱手段としては他の形態であってもよく、例えば、余剰排ガスGsをそのまま蓄えておくものであってもよい。

0040

なお、本実施の形態では蓄熱槽42で余剰排熱を温水として蓄えているため、蓄熱槽42内の温水を施設内、外の排熱利用ユニット(例えば、空調設備給湯設備温水プール等)に供給する余剰排熱供給手段を設けてもよい。なお、余剰排熱供給手段は、温水を供給するものに限定されず、余剰排ガスGsをそのまま供給するものであってもよい。

0041

以上、システム1BではSOFC10で発電するとともに、発電に伴って生じる1次排熱を溶湯保持炉20の熱源として利用しているため、燃料の有効利用が可能になる。また、蓄熱槽42を備えているため、余剰排熱を蓄えるとともに必要に応じた余剰排熱の利用が可能となる。
なお、システム1Bでは、燃焼器12を設けていないが、燃焼器12を設ける構成としてもよい。例えば、空気排ガスGaと燃料排ガスGfとを燃焼器12のバーナ部に供給し、燃焼器12の燃焼炉に配管10eを接続して燃焼後の1次排ガスG1を溶湯保持炉20に供給するようにすることもできる。燃焼器12を設けることのより、燃料排ガスGf中の未燃残燃料を有効活用でき、好適である。

0042

また、システム1Bにおいて熱回収部22を設け、熱回収部22で加温された空気および燃焼ガスをSOFC10に供給する構成としてもよい。例えば、溶湯保持炉20と蓄熱槽42とを接続する配管20bの経路途中に熱回収部22を設け、熱回収部22に外部から取り込む空気を供給する配管と燃料ガスを供給する燃料ガス供給路とを設け、熱回収部22で加温された空気および燃料ガスをそれぞれSOFC10の空気供給部10a、燃料供給部10bに供給する各配管を設ける構成とすることができる。

0043

続いて、図4図5を参照して第3の実施の形態に係る金属鋳造システム(以下「システム」という)1Cについて説明する。図4はシステム1Cの概略構成を示すシステム構成図であり、図5は電力供給手段の概略構成を示すブロック図である。システム1Cについては、システム1A、1Bとの相違点を中心に詳細を説明する。

0044

システム1Cは、SOFC10に電線10fを介して接続されSOFC10で生成された電力を施設内、外の電力利用ユニットに供給する電力供給手段52と、電線54aを介して電線10fに接続され、SOFC10の発生電力の一部を蓄える蓄電池54と、電力によって溶湯保持炉20を加熱するヒーター60を有する。また、システム1Cは、溶解炉14と蓄熱槽42とを接続し、余剰排ガスGsの経路となる配管14cが設けられている。なお、システム1Cも、システム1Bと同様に、蓄熱槽42で蓄えた余剰排熱を排熱利用ユニットに供給する余剰排熱供給手段を設けてもよい。

0045

電力供給手段52は、図5に示すように電線10fを介して送られる直流電流交流電流切り替えインバータ52g、複数の各電力利用ユニット56、58に電気を割り振る分電調節盤52i、インバータ52gと分電調節盤52iとを接続すべく設けられ、インバータ52gで変換された交流電流の経路となる配線52h、分電調節盤52iと施設内の電力利用ユニット(溶湯保持炉20、ダイカスト装置24、ホッパ34の開閉装置、その他の設備58)とを送電のために接続する電線52b、52c、52d、52e、分電調節盤52iと施設外の電力利用ユニット56とを送電のために接続する電線52fを有する。

0046

システム1Cでは、ヒーター60によってアルミ溶湯の保温を行っているため、溶解炉14で用いられた後の余剰排ガスGsは、溶湯保持炉20に供給されずに配管14cを介して蓄熱槽42に供給され、蓄熱槽42で温度が下がった排ガスGeが煙突26から排出される。つまりシステム1Cでは、空気排出部10c、燃料ガス排出部10d、配管12aが、燃焼器12を介して1次排熱を溶解炉12に供給しており、本発明における排熱供給手段となる。
またシステム1Cでは、基本的にSOFC10で発電した電力を施設内の電力利用ユニットに供給するが、余剰電力が生じた場合には蓄電池54に蓄えるか、施設外の電力利用ユニット56に売電という形で供給することもできる。なおシステム1Cでは、蓄電池54が本発明における蓄電手段となる

0047

更に電力供給手段52の分電調節盤52iは、プロセッサ等を備えた制御ユニット分電盤を備え、施設内、外の電力利用ユニットや蓄電池54に供給する電力(割り振る電力)を調節し、時間帯や時期等によって変化させることができる。この場合、分電調節盤52iが施設内、外の複数の電力利用ユニットに電力を割り振る量を調節する電力調節手段として作用する。例えば、電力需要が高まる夏場の期間や昼間の時間帯等に施設内の電力利用ユニットで利用される電力を基準電力とし、施設内の電力利用ユニットが運転を停止する休み等には、分電調節盤52iが施設内の電力利用ユニットに供給する電力を基準電力値よりも低く抑え、施設外の電力利用ユニットに供給する電力を相対的に増加させてSOFC10で生成された電力の有効利用を図る。また、電力消費量が下がって電気料金が比較的安くなる夜間には、SOFC10の稼動を抑えつつ、SOFC10で生成された電力の他に外部から購入した電力を施設内の電力利用ユニットに供給し、システム1C全体でのランニングコストを抑える運転を行うこともできる。

0048

以上の如くシステム1CではSOFC10で発電するとともに、発電に伴って生じる1次排熱を溶解炉14の熱源として利用しているため、燃料の有効利用が可能になる。特にシステム1Cでは、SOFC10で発生する熱エネルギーと電気エネルギーの両方をシステム1Cの稼動に利用するため、システム全体でのエネルギー利用効率が一層向上する。
また、本実施の形態では、蓄電池54を備えているため、蓄電池54で蓄えた電気を必要に応じて利用することができる。

0049

なお、システム1Cにおいて熱回収部22を設け、熱回収部22で加温された空気および燃焼ガスをSOFC10に供給する構成としてもよい。例えば、溶解炉14と蓄熱槽42とを接続する配管14cの経路途中に熱回収部22を設け、熱回収部22に外部から取り込む空気を供給する配管と燃料ガスを供給する燃料ガス供給路とを設け、熱回収部22で加温された空気および燃料ガスをそれぞれSOFC10の空気供給部10a、燃料供給部10bに供給する各配管を設ける構成とすることができる。

0050

次に、図6を参照して第4の実施の形態に係る金属鋳造システム(以下「システム」という)1Dについて説明する。図6はシステム1Dの概略的な構成を示すシステム構成図である。システム1Dについては、システム1A〜1Cとの相違点を中心に詳細を説明する。

0051

システム1Dは、燃焼器12に接続される配管からなる追加補助燃料供給路12bと、追加補助燃料供給路12bに設けられ、燃焼器12内に供給される燃料(例えば、LPG天然ガス等)の量を調節する制御弁12cとを備えている。制御弁12cが本発明における調節部に相当する。

0052

また、システム1Dは、ダイカスト装置24で成形されたアルミ製品Ap(成形物)を加熱して熱処理する熱処理炉70と、ダイカスト装置24と熱処理炉70とを結ぶ搬送経路70bとを備えている。ダイカスト装置24で成形されたアルミ製品Apが搬送経路70bを通って熱処理炉70に移送される。

0053

熱処理炉70は余剰排ガスGsを蓄えて熱伝導によって炉内のアルミ製品Apを加熱するガス保持部70bを有し、配管20b、22aから分岐した一方の配管70c、70dがガス保持部70aに接続される。また、ガス保持部70aに接続される別の配管70eは、熱回収部22に接続される。各配管70c、70d、70eには、余剰排ガスGsや排ガスGe等の流動を制限する開閉弁(図示せず)が設けられている。
搬送経路70bは、例えば、ベルトコンベヤ等でアルミ製品Apをバケットに移送し、バケット内に一定数量以上のアルミ製品Apが貯まった場合に、そのバケットを熱処理炉70まで搬送して熱処理炉70内にアルミ製品Apを供給する構成にすることができる。

0054

システム1Dによれば、何らかの要因でSOFC10が出力変動して燃料排ガスGf中の未燃残燃料が減少しても、追加補助燃料供給路12bによって燃料を供給でき、燃焼器12から排出される1次排ガスG1の急激な温度低下を防止できる。そのため、SOFC10の出力変動に起因する溶解炉14や溶湯保持炉20の急激な温度低下を防止でき、鋳造製品の品質低下を防止する。また、溶解炉14や溶湯保持炉20の急激な温度低下によって炉内に金属滓が残り、金属滓がシステム1Dの再起動時に不具合等を引き起こすのを防止できる。

0055

また、システム1Dでは熱処理炉70でアルミ製品Apに熱処理が施される。この熱処理は、アルミ製品Apの靭性延性、耐久性等を向上させるために施される後処理(焼なまし焼ならし焼戻し等)であるが、定常的(常時)に行われるのではなく、熱処理炉70内にアルミ製品Apが一定量以上貯まると行われる。そのため、システム1Dではアルミ製品Apが一定量貯まるまでは配管70c、70d、70eの開閉弁は閉じておき、一定量貯まると配管70cと配管70eの開閉弁、または配管70dと配管70eの開閉弁を開く。すると、余剰排ガスGsまたは熱回収部22の作用によって温度低下した排ガスGeが、配管70cまたは配管70gを通って熱処理炉70のガス保持部70aに供給され、熱伝導によって炉内のアルミ製品Apを熱処理する。そして熱処理に用いられて温度が低下した排ガスGrが、配管70dを通って熱回収部22に流入する。なお、熱処理炉70へ供給される余剰排ガスGsや排ガスGeには、適宜に温度調整がなされる。

0056

このようにシステム1Dでは、熱処理炉70で余剰排熱を利用するため、余剰排熱を用いる構成となるため、余剰排熱の有効利用が可能となる。また、システム1Dは、余剰排熱を常時熱処理炉70に供給するのではなく、アルミ製品Apが一定量以上貯まると供給するような構成となっている。そのため、例えば、アルミ製品Apを蓄えておき、製品需要の増大に伴ってSOFC10の運用温度が上がった場合に集中的に余剰排熱を熱処理炉70に供給するようにすることもでき、エネルギーの効率的な利用が可能となる。
また、システム1Dでは燃焼器12に追加補助燃料の供給が可能であるため、融点が低い金属を鋳造する場合には燃焼器12に供給する追加補助燃料の量を少なくし、逆に融点が高い金属を鋳造する場合には燃焼器12に供給する追加補助燃料の量を多くすることもできる。

0057

なお、システム1Dでは、熱回収部22によって加温された空気のみをSOFC10に供給するが、熱回収部22で燃料ガスを加温し、加温された燃料ガスをSOFC10に供給するようにしてもよい。例えば、熱回収部22に接続される燃料ガス供給路を設けるとともに、SOFC10の燃料供給部10bと熱回収部22との間に接続され、加温された燃料ガスの流路となる加温燃料ガス供給路を設けるようにしてもよい。
また、システム1Dでは溶湯保持炉20で用いた後の余剰排熱を用いて熱処理を行うが、溶解炉14で用いた後の排熱を余剰排熱として熱処理に用いてもよい。

0058

以上、第1〜第4の実施の形態に係るシステム1A〜1Dに基づいて本発明を説明したが、本発明はシステム1A〜1Dのみに限定されるものではない。特に、システム1A〜1Dでは高温燃料電池としてSOFC10を用いた場合を例に説明したが、SOFC10に代えて溶融炭酸塩形燃料電池を用いる構成とすることもできる。
また、鋳造用金属としてはアルミニウムのみに限定されず、マグネシウム、亜鉛、銅、それらの複合金属、その他鋳造が可能な金属であってもよい。
更に、燃焼器12はSOFC10の性能や規模、あるいは鋳造用金属の種類によって適宜に設ければよい。また、燃焼器12に追加補助燃料供給路12bと制御弁12cとが設けられている場合には、投入されるアルミインゴットの変動に応じて追加供給する燃料の量を適宜に調整する構成とすることもできる。

0059

また、システム1Bやシステム1Cでは、溶解炉14と溶湯保持炉20の一方をガスバーナ16やヒーター60で加熱し、他方の熱源として1次排熱を利用したが、それぞれ逆であってもよく、またガスバーナ16やヒーター60と1次排熱とを併用して金属を溶かしたり、溶湯の保温を行うようにしてもよい。
また、1次、2次排熱の供給媒体は空気排ガスGaと燃料排ガスGfとの混合ガスでなくてもよく、どちらか一方であってもよい。更に、その供給媒体も気体に限定されず、液体等であってもよい。

0060

更にまた、SOFC10の負極11c(燃料極)に接続された燃料供給部10bが例えばガス燃料や液体燃料の経路となる配管からなる場合に、その配管に制御弁を設けたり、供給燃料の量を調節可能(供給圧を調節可能)なポンプを設けたりすることができる。この場合、上述の制御弁やポンプが供給燃料調節手段に相当し、負極11cに供給する燃料の量を調節することによってSOFC10での生成電力を調節可能である。そのため、この制御弁やポンプによってSOFC10での生成電力を一定に保つ制御や、施設内の電力利用ユニットで利用される電力の変化に応じてSOFC10での生成電力を変化させる制御が可能となる。
なお、SOFC10での生成電力を一定に保つ制御等を行うことによってSOFC10の運転温度が低下した場合であっても、燃焼器12を設けておけば、SOFC10からの排熱温度を上げることができ、最適な運用システム構築することができる。

図面の簡単な説明

0061

本発明の第1の実施の形態に係る金属鋳造システムの概略的な構成を示すシステム構成図である。
固体酸化物形燃料電池の原理を示す模式図である。
第2の実施の形態に係る金属鋳造システムの概略的な構成を示すシステム構成図である。
第3の実施の形態に係る金属鋳造システムの概略的な構成を示すシステム構成図である。
電力供給手段の概略構成を示すブロック図である。
第4の実施の形態に係る金属鋳造システムの概略的な構成を示すシステム構成図である。

符号の説明

0062

1A、1B、1C、1D・・・金属鋳造システム、10・・・固体酸化物形燃料電池
14・・・溶解炉、20・・・溶湯保持炉、52・・・電力供給手段
24・・・ダイカスト装置

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