高温プロセスを基盤とする持続可能システムの開発 Development of

丸岡
助教
伸洋
Nobuhiro Maruoka
Assistant Professor
東北大学多元物質科学研究所
Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials Tohoku University
サステナブル理工学研究センター・環境適合素材プロセス研究分野
Research Center for Sustainable Science & Engineering・Environment-Conscious Material
Processing
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多相反応シミュレーター・数値解析（CFD, MPS, DEM）
エネルギー・副産物のカスケード利用・産業間連携
エクセルギー解析
境膜剥ぎ取り式高効率熱交換器の開発
Multiphase simulator with reaction (CFD, MPS, DEM)
Cascade utilization of by-products and waste heat, industry collaboration
Exergy analysis
Double Film Robber scraping heat exchanger
高温プロセスを基盤とする持続可能システムの開発
Development of sustainable system based on the high temperature process
鉄鋼をはじめとする金属生産プロセスはエネルギー多消費の高温プロセスです。持続可能な社会実現にはプロセスの改善・
最適化だけでなく、その廃熱や副産物の他産業への有効利用が有望です。そこでは、エネルギーや物質の量による評価だけ
でなく、その価値を考慮したエクセルギー解析が重要です。
Metal production process such as an iron and steel production is a high temperature process which consumes a lot of
energy. To achieve the sustainable society, not only improvement and optimization of each process, but also utilizations
of waste heat and by-products emitted from a process to the other industries are promising. Exergy analysis is
important because exergy can evaluate the quality of energy and substance.
高温プロセス内における物質の流動・熱の移動・反応機構を解明するため、CFD, DEM, MPS 等の数値解析手法を組み合わ
せた多相反応シミュレーターを開発しています。同時に電気炉を用いた高温実験を行い、開発したシミュレーターの検証・
改善を行います。また、各種産業・プロセスが必要とする熱・原料、および発生する廃熱、副産物を調査し、産業間連携に
よるシステム全体の最適化を目指すとともに、必要な要素技術を開発します。
To investigate the material and thermal flows and the mechanism of reaction, we develop a multiphase simulator by
using CFD, DEM, and MPS method. High temperature experiment is also carried out for evaluating the developed
simulator. The material and energy flow in each industry and each processes are analyzed for optimizing the total
system by industrial collaboration.
Gas
outlet
Thermocouple
HB tube
Heater
Iron foil
MgO crucible
Support
Fig. 1 Gas flow-field calculated
by CFD
Fossil fuel
Steelmaking
Reduction and melting of iron ore, etc.
Ceramic
Calcination of limestone, etc.
Chemical
Water-cooled cap
Fig. 2 Experimental setup for high temperature
experiment
Pulping method, etc.
Civilian use Cooking, washing, bath etc.
Conventional system
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Steam reforming, etc.
Paper making
Low
CO/CO2
Gas
inlet
High
Temperature
Exhaust gas
Ｗater-cooled cap
Thermal energy flow as cascade system
The adiabatic flame temperature of fossil fuels ; Over 2000K 7
Fig. 3 Energy cascade utilization
ISIJ Int. 55, 419-427 (2015). Tetsu-to-Hagané 100, 434-444 (2014). TAIKABUTSU 65, 161-167 (2013). ISIJ Int. 54, 2569-2577 (2014). ISIJ Int. 54,
1983-1990 (2014). Journal of JSEM 14, s200-s204 (2014). ISIJ Int. 53, 1709-1714 (2013).
[email protected]
http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=94

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