DE102019128248A1

DE102019128248A1 - Wärmerückgewinnungssystem

Info

Publication number: DE102019128248A1
Application number: DE102019128248.9A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Ueda; Motoo Nakai; Amane Matsubara; Yasuyuki WAKITA; Yasuhiro Morimoto; Yasuhiro Endo; Akio Mori
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp; JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-04-23
Also published as: CN111076599A; US20200124363A1

Abstract

Ein Wärmerückgewinnungssystem umfasst eine Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten; einen Wärmetauscher, der mit den Wärmequellenabschnitten über einen primären Strömungspfadabschnitt (24) verbunden ist, durch den das erste Fluid strömt, und konfiguriert ist, um einen Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid durchzuführen; einen Ventilmechanismus (22), der konfiguriert ist, um einen Strömungspfad auszuwählen, der den Wärmetauscher und die Wärmequellenabschnitte verbindet; und eine Energieerzeugungseinheit (14), die mit dem Wärmetauscher über einen sekundären Strömungspfadabschnitt (26) verbunden ist, durch den das zweite Fluid strömt, und konfiguriert ist, um elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides zu erzeugen. Eine Zeitsteuerung eines Temperaturanstiegs des ersten Fluides in einem Wärmequellenabschnitt unterscheidet sich von einer Zeitsteuerung in einem anderen Wärmequellenabschnitt. Der Ventilmechanismus (22) arbeitet in Übereinstimmung mit der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs des ersten Fluides in jedem der Wärmequellenabschn itte.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmerückgewinnungssystem.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine binäre Energieerzeugung bekannt, bei der heißes Wasser oder Dampf als Wärmequelle verwendet wird, um ein Heizmedium mit einem niedrigen Siedepunkt zu erwärmen und zu verdampfen, um elektrischen Energie zu erzeugen. Die binäre Energieerzeugung kann Abwärme bei einer relativ niedrigen Temperatur wirksam nutzen und wird zum Beispiel zur geothermischen elektrischen Energieerzeugung usw. verwendet.
In den letzten Jahren gab es den Ansatz, die Abwärme, die von einer Fabrik oder einer Einrichtung abgegeben wird, zum Beispiel für die Erzeugung von binärer elektrischer Energie zu verwenden (siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2017-129059).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
8 zeigt eine Einrichtung, in der eine binäre Energieerzeugungseinheit 91 (im Folgenden als „Energieerzeugungseinheit 91“ bezeichnet) in Verbindung mit einer Wärmebehandlungsvorrichtung 90 verwendet wird, die eine Wärmebehandlung (Härtungsbehandlung, d.h. Abschreckbehandlung) eines Metallteils durchführt. Diese Einrichtung umfasst einen Öltank 92 der Wärmebehandlungsvorrichtung 90, die Energieerzeugungseinheit 91 und einen Wärmetauscher 93. Der Öltank 92 speichert eine Kühlflüssigkeit 99. Der Öltank 92 und der Wärmetauscher 93 sind über ein Primärrohr 94 miteinander verbunden. Der Wärmetauscher 93 und die Energieerzeugungseinheit 91 sind über ein Sekundärrohr 95 miteinander verbunden. Eine Wärmebehandlung (Härtungsbehandlung, d.h. Abschreckbehandlung) wird durchgeführt, indem ein Objekt 100, das erwärmt wurde, in die Kühlflüssigkeit 99 in dem Öltank 92 eingetaucht wird, so dass das Objekt 100 gekühlt wird. Diese Wärmebehandlung erhöht vorübergehend die Temperatur der Kühlflüssigkeit 99. Wenn die Kühlflüssigkeit 99 durch das Primärrohr 94 strömt, wird Wärme (Abwärme) der strömenden Kühlflüssigkeit 99 in dem Wärmetauscher 93 auf ein Heizmedium 98 übertragen, das durch das Sekundärrohr 95 strömt. Die Energieerzeugungseinheit 91 erzeugt elektrische Energie durch Verwendung der Wärme des Heizmediums 98, und die Kühlflüssigkeit 99 wird gekühlt.
Auf diese Weise erzeugt die Energieerzeugungseinheit 91 elektrische Energie durch Verwendung der Kühlflüssigkeit 99, deren Temperatur erhöht worden ist, als Wärmequelle. Um elektrischen Energie zu erzeugen, ist es jedoch erforderlich, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit 99 eine vorgegebene Temperatur oder höher ist.
In der zuvor beschriebenen Wärmebehandlungsvorrichtung 90 ist das Zeitintervall (eine Zykluszeit T in 9), in dem das Objekt 100 in den Öltank 92 eingetaucht ist, lang (z.B. 30 Minuten), und das Zeitintervall (Zykluszeit T) wird in Übereinstimmung mit Bedingungen wie dem Gewicht des Objekts 100 geändert. Wenn das Objekt 100, das erwärmte wurde, in den Öltank 92 eingetaucht wird, wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit 99 erhöht. Elektrische Energie kann für eine vorgegebene Zeit erzeugt werden (Δt in 9), wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit 99 höher als die vorgegebene Temperatur A ist. Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit 99 auf die vorgegebene Temperatur A abfällt, kann jedoch keine elektrische Energie erzeugt werden.
In dem Fall, in dem die Wärme der Kühlflüssigkeit 99 in der Wärmebehandlungsvorrichtung 90 zur elektrischem Energieerzeugung verwendet wird, ändert sich die Temperatur der Kühlflüssigkeit 99 in Übereinstimmung mit den Behandlungsbedingungen, wie der Heiztemperatur, dem Gewicht usw. des Objekts 100, und wird auch in Übereinstimmung mit dem Ablauf der Zeit geändert. Wenn solche Änderungen unregelmäßig sind, ist die von der Energieerzeugungseinheit 91 durchgeführte elektrische Energieerzeugung instabil, und es besteht die Möglichkeit, dass die Energieerzeugungseinheit 91 in vielen Zeitintervallen nicht funktioniert. Solche Probleme können nicht nur in dem Fall auftreten, in dem die Energieerzeugungseinheit 91 in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Wärmebehandlungsvorrichtung 90 verwendet wird, sondern auch in dem Fall, in dem die Energieerzeugungseinheit 91 in anderen Einrichtungen verwendet wird.
15 stellt eine Einrichtung dar, in der eine binäre Energieerzeugungseinheit 191 (im Folgenden als „Energieerzeugungseinheit 191“ bezeichnet) in Verbindung mit einer Wärmebehandlungsvorrichtung 190 verwendet wird, die eine Wärmebehandlung (Härtungsbehandlung, d.h. Abschreckbehandlung) eines Metallteils durchführt. In dieser Einrichtung sind ein Öltank 192 der Wärmebehandlungsvorrichtung 190 und die Energieerzeugungseinheit 191 über ein Rohr miteinander verbunden. Der Öltank 192 speichert eine Kühlflüssigkeit 199, die ein Objekt kühlt, das erwärmt wurde. Die Energieerzeugungseinheit 191 umfasst einen Wärmetauscher (Verdampfer) 193, eine Energieerzeugungsvorrichtung 195, die eine Expansionseinheit 194, einen Kondensator 196 usw. aufweist. Der Öltank 192 und der Wärmetauscher 193 sind durch ein Rohr 197 auf der Primärseite miteinander verbunden. Der Wärmetauscher 193 und die Expansionseinheit 194 sind über ein Rohr 198 auf der Sekundärseite miteinander verbunden.
Eine Wärmebehandlung (Härtungsbehandlung, d.h. Abschreckbehandlung) wird durchgeführt, indem das Objekt, des durch die Wärmebehandlungsvorrichtung 190 erwärmt wurde, in die Kühlflüssigkeit 199 in dem Öltank 192 eingetaucht wird, so dass das Objekt gekühlt wird. Diese Wärmebehandlung erhöht die Temperatur der Kühlflüssigkeit 199. Die Kühlflüssigkeit 199, deren Temperatur erhöht wurde, strömt durch das Rohr 197auf der Primärseite, und die Wärme der Kühlflüssigkeit 199 (Wärmetausch wird durchgeführt) wird auf ein Heizmedium 200 auf der Sekundärseite in dem Wärmetauscher 193 übertragen. Das Heizmedium 200, das durch den Wärmetausch vergast wurde, wird in die Expansionseinheit 194 durch das Rohr 198 auf der Sekundärseite eingegeben, um elektrischen Energie zu erzeugen. Das Heizmedium 200, das die Expansionseinheit 194 durchlaufen hat, strömt zu dem Kondensator 196, um verflüssigt zu werden, und kehrt zum Wärmetauscher 193 zurück.
Während die Kühlflüssigkeit 199 von dem Öltank 192 durch das Rohr 197 auf der Primärseite dem Wärmetauscher 193 zugeführt wird, wird Wärme der Kühlflüssigkeit 199, deren Temperatur erhöht wurde, an die Atmosphäre abgegeben. Um die Wärmeabgabe zu begrenzen, ist das Rohr 197 auf der Primärseite mit einem wärmeisolierenden Material bedeckt. Die Außentemperatur um das Rohr 197 auf der Primärseite beträgt etwa 20°C (eine Normaltemperatur, d.h. eine gewöhnliche Temperatur), während die Temperatur der Kühlflüssigkeit 199, die durch das Rohr 197 auf der Primärseite strömt, zum Beispiel etwa 120 bis 130°C beträgt, und ein großer Temperaturunterschied zwischen ihnen besteht. Daher sinkt die Temperatur der Kühlflüssigkeit 199, während die Kühlflüssigkeit 199 durch das Rohr 197 auf der Primärseite strömt, selbst wenn das wärmeisolierende Material vorgesehen ist. Das heißt, die Wärmeenergie der Kühlflüssigkeit 199 wird durch die Wärmeabgabe von dem Rohr 197 auf der Primärseite verringert.
Die Temperatur der Kühlflüssigkeit (erstes Fluid) 199, die durch das Rohr 197 auf der Primärseite strömt, beeinflusst den Energieerzeugungswirkungsgrad der Energieerzeugungsvorrichtung 195 signifikant.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Wärmerückgewinnungssystem bereit, bei dem die elektrische Energieerzeugung selbst in dem Fall effizient durchgeführt werden kann, in dem zum Beispiel die Temperatur von Abwärme, die von einem Wärmequellenabschnitt erhalten wird, geändert wird. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Wärmerückgewinnungssystem bereit, das den Energieerzeugungswirkungsgrad verbessern kann, indem ein Abfall der Temperatur eines ersten Fluides begrenzt wird.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Wärmerückgewinnungssystem, das umfasst: eine Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten, die konfiguriert sind, um eine Temperatur eines ersten Fluides durch Verwendung von Wärme, die durch Behandeln eines Objekts erhalten wird, zu erhöhen; einen Wärmetauscher, der mit der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten über einen primären Strömungspfadabschnitt verbunden ist, durch den das erste Fluid strömt, und konfiguriert ist, um einen Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid durchzuführen; einen Ventilmechanismus, der in dem primären Strömungspfadabschnitt vorgesehen und konfiguriert ist, um einen Strömungspfad auszuwählen, der den Wärmetauscher und die Wärmequellenabschnitte verbindet; und einen Energieerzeugungseinheit, die mit dem Wärmetauscher über einen sekundären Strömungspfadabschnitt verbunden ist, durch den das zweite Fluid strömt, und konfiguriert ist, um elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides als eine Eingabe zu erzeugen. Eine Zeitsteuerung eines Temperaturanstiegs des ersten Fluides in einem der Wärmequellenabschnitte unterscheidet sich von einer Zeitsteuerung eines Temperaturanstiegs des ersten Fluides in einem anderen der Wärmequellenabschnitte, und der Ventilmechanismus arbeitet in Übereinstimmung mit der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs des ersten Fluides in jedem der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitte.
In dem Wärmerückgewinnungssystem gemäß dem vorherigen Aspekt teilen sich die Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten die Energieerzeugungseinheit. Die Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs des ersten Fluides in dem einen Wärmequellenabschnitt unterscheidet sich von der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs des ersten Fluides in dem anderen Wärmequellenabschnitt. Wenn daher das erste Fluid, dessen Temperatur durch den einen Wärmequellenabschnitt erhöht worden ist, dem Wärmetauscher zugeführt wird, wird ein Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid durchgeführt (d.h. Wärme wird übertragen), und die Energieerzeugungseinheit erzeugt elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides als eine Eingabe. Danach wird selbst in dem Fall, in dem die Temperatur des einen Wärmequellenabschnitts abnimmt und es unmöglich wird, elektrischen Energie zu erzeugen, das erste Fluid, dessen Temperatur durch den anderen Wärmequellenabschnitt erhöht wurde, dem Wärmetauscher zugeführt. Hiermit wird ein Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid durchgeführt (d.h. Wärme wird übertragen), und die Energieerzeugungseinheit kann elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides als eine Eingabe erzeugen. Auf diese Weise erhält die Energieerzeugungseinheit mehr Möglichkeiten zu arbeiten, indem die jeweiligen Zeitsteuerungen des Temperaturanstiegs der ersten Fluide zwischen der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten differenziert werden. Somit kann die Energieerzeugung durch die Energieerzeugungseinheit effizient durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Zeitsteuerung zum Starten des Zyklus des Wärmequellenabschnitts (Wärmebehandlungsvorrichtung) bewusst auf die Seite der Wärmequellenabschnitte (Seite der Wärmebehandlungsvorrichtung) verschoben werden kann.
Der primäre Strömungspfadabschnitt kann einen Hauptströmungspfad, der die Wärmequellenabschnitte und den Wärmetauscher verbindet, und einen Verbindungsströmungspfad aufweisen, der die Wärmequellenabschnitte miteinander verbindet, um eine Bewegung des ersten Fluides zwischen den Wärmequellenabschnitten zu ermöglichen; und der Ventilmechanismus kann ein Ventil aufweisen, das konfiguriert ist, um den Strömungspfad zu schalten, so dass in einem Fall, in dem die Temperatur des ersten Fluides in dem einen Wärmequellenabschnitt erhöht ist, das erste Fluid zu dem anderen Wärmequellenabschnitt durch den Verbindungsströmungspfad strömt und das erste Fluid zu dem Wärmetauscher über den anderen Wärmequellenabschnitt strömt. In dieser Konfiguration wird der Strömungspfad geschaltet, so dass in dem Fall, in dem die Temperatur des ersten Fluides in dem einen Wärmequellenabschnitt erhöht ist, das erste Fluid zu dem anderen Wärmequellenabschnitt durch den Verbindungsströmungspfad strömt und das erste Fluid zu dem Wärmetauscher über den anderen Wärmequellenabschnitt strömt. Dagegen wird der Strömungspfad geschaltet, so dass in dem Fall, in dem die Temperatur des ersten Fluides in dem anderen Wärmequellenabschnitt erhöht ist, das erste Fluid zu dem einen Wärmequellenabschnitt durch den Verbindungsströmungspfad strömt und das erste Fluid zu dem Wärmetauscher über den einen Wärmequellenabschnitt strömt. Wenn die Wärmequellenabschnitte wie in der vorherigen Konfiguration miteinander durch den Verbindungsströmungspfad verbunden sind, können die Wärmequellenabschnitte als ein einzelner Wärmequellenabschnitt angesehen werden, und das Volumen des ersten Fluides, das als Wärmequelle dient, wird erhöht. Daher wird der Temperaturanstieg des ersten Fluides aufgrund von Wärme, die durch Behandeln des Objekts erhalten wird, gemindert, aber die Temperatur des ersten Fluides, die erhöht wurde, wird nicht mühelos gesenkt. Somit kann die Zeit (d.h. das Zeitintervall), für welche die Energieerzeugungseinheit elektrische Energie erzeugen kann, im Vergleich zum Stand der Technik verlängert werden. Des Weiteren erhält, wie zuvor beschrieben, die Energieerzeugungseinheit mehr Möglichkeiten zu arbeiten, indem die jeweiligen Zeitsteuerungen des Temperaturanstiegs der ersten Fluide zwischen der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten differenziert werden. Somit kann die Energieerzeugung durch die Energieerzeugungseinheit weiter effizient durchgeführt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Wärmerückgewinnungssystem, das umfasst: eine Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten, die konfiguriert sind, um eine Temperatur eines ersten Fluides durch Verwendung von Wärme, die durch Behandeln eines Objekts erhalten wird, zu erhöhen; einen Wärmetauscher, der mit der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten über einen primären Strömungspfadabschnitt verbunden ist, durch den das erste Fluid strömt, und konfiguriert ist, um einen Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid durchzuführen; einen Ventilmechanismus, der in dem primären Strömungspfadabschnitt vorgesehen und konfiguriert ist, um einen Strömungspfad auszuwählen, der den Wärmetauscher und die Wärmequellenabschnitte verbindet; und einen Energieerzeugungseinheit, die mit dem Wärmetauscher über einen sekundären Strömungspfadabschnitt verbunden ist, durch den das zweite Fluid strömt, und konfiguriert ist, um elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides als eine Eingabe zu erzeugen. Der primäre Strömungspfadabschnitt umfasst einen Hauptströmungspfad, der die Wärmequellenabschnitte und den Wärmetauscher verbindet, und einen Verbindungsströmungspfad, der die Wärmequellenabschnitte miteinander verbindet, um eine Bewegung des ersten Fluides zwischen den Wärmequellenabschnitten zu ermöglichen. Der Ventilmechanismus weist ein Ventil auf, das konfiguriert ist, um den Strömungspfad zu schalten, so dass in einem Fall, in dem die Temperatur des ersten Fluides in dem einen der Wärmequellenabschnitte erhöht ist, das erste Fluid zu dem anderen der Wärmequellenabschnitte durch den Verbindungsströmungspfad strömt und das erste Fluid zu dem Wärmetauscher über den anderen Wärmequellenabschnitt strömt.
Bei dem Wärmerückgewinnungssystem gemäß dem vorherigen Aspekt können, da die Wärmequellenabschnitte durch den Verbindungsströmungspfad miteinander verbunden sind, die Wärmequellenabschnitte als ein einzelner Wärmequellenabschnitt angesehen werden, und das Volumen des ersten Fluides, das als Wärmequelle dient, wird erhöht. Daher wird der Temperaturanstieg des ersten Fluides aufgrund von Wärme, die durch Behandeln des Objekts erhalten wird, gemindert, aber die Temperatur des ersten Fluides, die erhöht wurde, wird nicht mühelos gesenkt. Somit kann die Zeit (d.h. das Zeitintervall), für welche die Energieerzeugungseinheit elektrische Energie erzeugen kann, im Vergleich zum Stand der Technik verlängert werden. Somit kann die Energieerzeugung durch die Energieerzeugungseinheit effizient durchgeführt werden.
Die Energieerzeugungseinheit kann eine binäre Energieerzeugungseinheit sein. In diesem Fall kann Abwärme mit einer relativ niedrigen Temperatur wirksam genutzt werden.
Gemäß den vorherigen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Energieerzeugung auch dann effizient durchzuführen, wenn zum Beispiel die Temperatur der Abwärme, die von den Wärmequellenabschnitten erhalten wird, geändert wird.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Wärmerückgewinnungssystem, das umfasst: einen primärseitigen Strömungspfad, durch den ein erstes Fluid von einer Wärmequelle strömt; einen Wärmetauscher, der konfiguriert ist, um einen Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid, das durch den primärseitigen Strömungspfad strömt, und einem zweiten Fluid durchzuführen; einen sekundärseitigen Strömungspfad, durch den das zweite Fluid strömt; eine Energieerzeugungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides in dem sekundärseitigen Strömungsweg zu erzeugen; und einen Kondensator, der konfiguriert ist, um das zweite Fluid, das die Energieerzeugungsvorrichtung durchströmt hat, zu kühlen und zu kondensieren. Der primärseitige Strömungspfad weist ein mehrwandiges Rohr auf, das einen inneren Strömungspfadabschnitt, den das erste Fluid durchströmt, und einen äußeren Strömungspfadabschnitt umfasst, der um den inneren Strömungspfadabschnitt herum vorgesehen ist. Dem äußeren Strömungspfadabschnitt wird erwärmte Luft zugeführt, die durch Wärmeabgabe von einem Abwärmeabgabeabschnitt erhalten wird, der die Wärmequelle und/oder eine andere Wärmequelle und/oder der Kondensator ist.
Mit dem Wärmerückgewinnungssystem gemäß dem vorherigen Aspekt kann die Energie, die im Stand der Technik als Abwärme verworfen wurde, erneut verwendet werden. Das heißt, die Temperaturabnahme des ersten Fluides, das durch den inneren Strömungspfadabschnitt des mehrwandigen Rohrs strömt, kann durch Zuführen der erwärmten Luft, die durch Wärme erhalten wird, die von dem Abwärmeabgabeabschnitt abgegeben wird, zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt des mehrwandigen Rohres begrenzt werden. Infolgedessen ist es möglich, den Wirkungsgrad der Energieerzeugung zu verbessern, die durch Verwendung des zweiten Fluides durchgeführt wird.
Der primärseitige Strömungspfad kann ein erstes Rohr aufweisen, das es dem ersten Fluid ermöglicht, von der Wärmequelle zu dem Wärmetauscher zu strömen; das erste Rohr kann das mehrwandige Rohr aufweisen; und das Wärmerückgewinnungssystem kann ein Verbindungsrohr aufweist, durch das die erwärmte Luft von dem Abwärmeabgabeabschnitt zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt des mehrwandigen Rohrs zugeführt wird. Mit dieser Konfiguration kann die Temperaturabnahme des ersten Fluides, das durch das erste Rohr zum Wärmetauscher strömt, wirksam begrenzt werden.
Das mehrwandige Rohr kann ein Hauptrohr und ein Nebenrohr aufweisen; ein wärmeisolierendes Material kann an einem Außenumfang des Hauptrohrs vorgesehen sein, und ein Inneres des Hauptrohrs kann als der innere Strömungspfadabschnitt dienen; und das Nebenrohr kann um eine Außenumfangsseite des Hauptrohrs herum vorgesehen sein, so dass ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt konfiguriert ist, der als der äußere Strömungspfadabschnitt dient. In dieser Konfiguration weist das mehrwandige Rohr eine doppelwandige Konstruktion auf, bei welcher der äußere Strömungspfadabschnitt (ein Nebenrohr), durch den die erwärmte Luft strömt, um die Außenumfangsseite des inneren Strömungspfadabschnitts (ein Hauptrohr) herum vorgesehen ist, durch den die erste Fluid strömt. Somit ist es möglich, die Funktion des Begrenzens des Temperaturabfalls des ersten Fluides zu verbessern.
Der Abwärmeabgabeabschnitt kann der Kondensator sein, der das zweite Fluid kühlt und kondensiert; und das zweite Fluid kann durch einen Lüfter luftgekühlt werden. In diesem Fall kondensiert der Lüfter das zweite Fluid und erzeugt erwärmte Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit, und die erwärmte Luft wird direkt dem primärseitigen Strömungspfad zugeführt.
Das Wärmerückgewinnungssystem kann des Weiteren umfassen: ein Verbindungsrohr, das den Abwärmeabgabeabschnitt und den äußeren Strömungspfadabschnitt des mehrwandigen Rohrs verbindet, wobei das Verbindungsrohr konfiguriert ist, um die erwärmte Luft von dem Abwärmeabgabeabschnitt zuzuführen; ein erstes Ventil, das konfiguriert ist, um ein Einströmen der erwärmten Luft von dem Verbindungsrohr zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt zuzulassen und zu sperren; ein Abgaberohr, das mit dem äußeren Strömungspfadabschnitt verbunden ist, um die erwärmte Luft abzugeben; und ein zweites Ventil, das konfiguriert ist, um ein Ausströmen der erwärmten Luft von dem äußeren Strömungspfadabschnitt zu dem Abgaberohr zuzulassen und zu sperren. Wenn in diesem Fall das zweite Ventil geschlossen ist, um das Ausströmen der erwärmten Luft aus dem Abgaberohr zu sperren, befindet sich die erwärmte Luft in dem äußeren Strömungspfadabschnitt. Dies macht es möglich, die Temperatur des äußeren Strömungspfadabschnitts für eine vorgegebene Zeit zu erhöhen.
Das mehrwandige Rohr kann ein Hauptrohr, ein Nebenrohr und ein Außenrohr aufweisen; ein wärmeisolierendes Material kann an einem Außenumfang des Hauptrohrs vorgesehen sein, und ein Inneres des Hauptrohrs kann als der innere Strömungspfadabschnitt dienen; das Nebenrohr kann um eine Außenumfangsseite des Hauptrohrs herum vorgesehen sein, so dass ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt konfiguriert ist, der als der äußere Strömungspfadabschnitt dient; und das Außenrohr kann um eine Außenumfangsseite des Nebenrohrs herum vorgesehen sein, so dass ein Vakuumraum mit einem ringförmigen Querschnitt konfiguriert ist. In dieser Konfiguration weist das mehrwandige Rohr eine dreifachwandige Konstruktion auf, bei welcher der äußere Strömungspfadabschnitt (das Nebenrohr), durch den die erwärmte Luft strömt, um die Außenumfangsseite des inneren Strömungspfadabschnitts (das Hauptrohr) herum vorgesehen ist, durch den das erste Fluid strömt, und des Weiteren ist der Vakuumraum um den Außenumfang des äußeren Strömungspfadabschnitts herum vorgesehen. Somit ist es möglich, die Funktion des Begrenzens des Temperaturabfalls des ersten Fluides weiter zu verbessern.
Mit dem vorherigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Energieerzeugungswirkungsgrad durch Begrenzen des Temperaturabfalls des ersten Fluides zu verbessern.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, wobei:

1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Wärmerückgewinnungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 stellt Öltanks, einen Wärmetauscher und eine Energieerzeugungseinheit dar;
3 stellt die Öltanks, den Wärmetauscher und die Energieerzeugungseinheit dar;
4 stellt die Öltanks, den Wärmetauscher und die Energieerzeugungseinheit dar;
5 ist ein Graph, der die zeitliche Änderungen der Temperatur in jeder der Kammern angibt, wie z.B. Härtungskammern zur Wärmebehandlung in einem ersten Ofen und einem zweiten Ofen;
6 gibt ein Verhältnis zwischen der Temperatur einer Kühlflüssigkeit in sowohl dem ersten Ofen als auch dem zweiten Ofen an und ob die Energieerzeugungseinheit elektrische Energie erzeugen kann oder nicht;
7 gibt ein Verhältnis zwischen der Temperatur der Kühlflüssigkeit in sowohl dem ersten Ofen als auch dem zweiten Ofen an und ob die Energieerzeugungseinheit elektrische Energie erzeugen kann oder nicht;
8 stellt eine Einrichtung gemäß dem Stand der Technik dar, bei der eine binäre Energieerzeugungseinheit in Verbindung mit einer Wärmebehandlungsvorrichtung zur Wärmebehandlung eines Metallteils verwendet wird;
9 zeigt ein Verhältnis zwischen der Temperatur einer Kühlflüssigkeit und ob eine Energieerzeugungseinheit im Stand der Technik elektrische Energie erzeugen kann oder nicht;
10 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Wärmerückgewinnungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines mehrwandigen Rohrs darstellt;
12 ist eine Längsschnittansicht, die das Beispiel des mehrwandigen Rohrs darstellt;
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Abwandlung des mehrwandigen Rohrs darstellt;
14 stellt eine schematische Konfiguration eines Kondensators, eines Verbindungsrohrs, eines primärseitigen Strömungspfads und umgebender Komponenten dar; und
15 stellt eine Einrichtung gemäß dem Stand der Technik dar, in der eine binäre Energieerzeugungseinheit in Verbindung mit einer Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Wärmerückgewinnungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt. In einem Wärmerückgewinnungssystem 10 erzeugt eine Energieerzeugungseinheit 14 elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme von Wärmebehandlungsvorrichtungen 12, die eine Wärmebehandlung an Metallteilen durchführen. Beispiele der Metallteile enthalten mechanische Teile wie einen Lagerring eines Wälzlagers, eine Welle und einen Stift. Die Wärmebehandlung kann eine Härtungsbehandlung (Abschreckbehandlung) sein. Für die Wärmebehandlung (siehe 2) werden erhitzte Metallteile 7 (nachfolgend als „Objekte 7“ bezeichnet) in eine Kühlflüssigkeit (Härtungsöl, d.h. Abschrecköl) 18 in Öltanks 16 der Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 eingetaucht, um gekühlt zu werden. In diesem Fall wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 erhöht. Die Wärme der Kühlflüssigkeit 18 wird zur Energieerzeugung verwendet. Das heißt, die Öltanks 16 fungieren als Wärmequellenabschnitte, und die Kühlflüssigkeit 18 dient als Heizmedium (erstes Fluid) auf der Primärseite. Die Wärme der Kühlflüssigkeit 18 wird auf ein Medium (zweites Fluid) 19 auf der Sekundärseite durch einem Wärmetauscher 20 übertragen, und die Energieerzeugungseinheit 14 erzeugt elektrische Energie. 2 zeigt die Öltanks 16, den Wärmetauscher 20 und die Energieerzeugungseinheit 14. In den Zeichnungen sind identische bildende Elemente mit identischen Symbolen (Bezugszeichen) vorgesehen, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (siehe 2) sind eine Mehrzahl von Objekten 7 in einem Korb 8 aufgenommen, und der Korb 8 wird durch einen Aktuator (nicht dargestellt) auf und ab bewegt.
Das in 1 dargestellte Wärmerückgewinnungssystem 10 umfasst zwei Wärmebehandlungsvorrichtungen 12. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 12 auf der oberen Seite in 1 wird als „erster Ofen 12a“ bezeichnet, und die Wärmebehandlungsvorrichtung 12 auf der unteren Seite wird als „zweiter Ofen 12b“ bezeichnet. Der erste Ofen 12a und der zweite Ofen 12b haben die gleiche Konfiguration. Der erste Ofen 12a und der zweite Ofen 12b umfassen jeweils eine erste Spülkammer 81, eine erste Vorheizkammer 82, eine zweite Vorheizkammer 83, eine Aufkohlungsdiffusionskammer 84, eine Temperaturabfallkammer 85, eine Wärmeausgleichskammer 86, eine Härtungskammer (Abschreckkammer) 87, und eine zweite Spülkammer 88, die in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite (linke Seite in 1) in der Fortbewegungsrichtung der Objekte 7 angeordnet sind. Die Härtungskammern 87 sind mit den jeweiligen Öltanks 16 vorgesehen. Da das Wärmerückgewinnungssystem 10 zwei Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 umfasst, umfasst das Wärmerückgewinnungssystem 10 zwei Öltanks 16. Der Öltank 16 des ersten Ofens 12a wird als „erster Öltank 16a“ bezeichnet. Der Öltank 16 des zweiten Ofens 12b wird als „zweiter Öltank 16b“ bezeichnet.
In 2 umfasst das Wärmerückgewinnungssystem 10 den Wärmetauscher 20, die Energieerzeugungseinheit 14 und einen Ventilmechanismus 22 zusätzlich zu den Öltanks 16 (16a und 16b), die als Wärmequellenabschnitte dienen. Das Wärmerückgewinnungssystem 10 umfasst des Weiteren einen primären Strömungspfadabschnitt 24 und einen sekundären Strömungspfadabschnitt 26. Der primäre Strömungspfadabschnitt 24 verbindet die Öltanks 16 (16a und 16b) und den Wärmetauscher 20 und ermöglicht der Kühlflüssigkeit 18 dort hindurchzugehen (d.h. die Kühlflüssigkeit 18 strömt durch den primären Strömungspfadabschnitt 24). Der sekundäre Strömungspfadabschnitt 26 verbindet den Wärmetauscher 20 und die Energieerzeugungseinheit 14 und ermöglicht es dem Heizmedium 19 auf der Sekundärseite darin zu strömen (d.h. das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite strömt durch den sekundären Strömungspfadabschnitt 26). Das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite kann eine Flüssigkeit mit einem relativ niedrigen Siedepunkt sein.
Die Öltanks 16 speichern die Kühlflüssigkeit 18. Wie zuvor beschrieben, werden die Objekte 7 einer Wärmebehandlung (Härtungsbehandlung, d.h. Abschreckbehandlung) unterzogen, wenn die Objekte 7, die erwärmt wurden, in die Kühlflüssigkeit 18 eingetaucht werden. In diesem Fall wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 erhöht. Das heißt, die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 wird durch die Wärme erhöht, die erhalten wird, wenn die Objekte 7 der Wärmebehandlung unterzogen werden.
Der Wärmetauscher 20 ist über den primären Strömungspfadabschnitt 24, durch den die Kühlflüssigkeit 18 strömt, mit den beiden Öltanks 16a und 16b verbunden. In dem Wärmetauscher 20 wird Wärme der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite übertragen. Das heißt, der Wärmetauscher 20 führt einen Wärmetausch von der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite durch.
Der primäre Strömungspfadabschnitt 24 umfasst einen Hauptströmungspfad 28 und einen Verbindungsströmungspfad 30. Der Hauptströmungspfad 28 verbindet jeden der Öltanks 16a und 16b mit dem Wärmetauscher 20. Der Verbindungsströmungspfad 30 verbindet die Öltanks 16a und 16b miteinander, um eine Bewegung der Kühlflüssigkeit 18 zwischen den Öltanks 16a und 16b zu ermöglichen. Der Hauptströmungspfad 28 umfasst ein erstes Rohr 31, ein zweites Rohr 32 und ein drittes Rohr 33. Das erste Rohr 31 verbindet den ersten Öltank 16a und den zweiten Öltank 16b. Das erste Rohr 31 ist mit einem ersten Ventil 34 und einem zweiten Ventil 35 vorgesehen, die sich öffnen und schließen. Das zweite Rohr 32, das parallel zum ersten Rohr 31 ist, verbindet den ersten Öltank 16a und den zweiten Öltank 16b. Das zweite Rohr 32 ist mit einem dritten Ventil 36 und einem vierten Ventil 37 vorgesehen, die sich öffnen und schließen. Das dritte Rohr 33 verbindet das erste Rohr 31 und das zweite Rohr 32. Das dritte Rohr 33 ist mit einer Pumpe 39, welche die Kühlflüssigkeit 18 zirkuliert, und den Wärmetauscher 20 vorgesehen. Ein Ende des dritten Rohrs 33 ist mit einem Strömungspfad des ersten Rohrs 31 zwischen dem ersten Ventil 34 und dem zweiten Ventil 35 verbunden. Das andere Ende des dritten Rohrs 33 ist mit einem Strömungspfad des zweiten Rohrs 32 zwischen dem dritten Ventil 36 und dem vierten Ventil 37 verbunden.
Der Verbindungsströmungspfad 30 ist durch ein Rohr ausgebildet und mit einem fünften Ventil 38 vorgesehen, das öffnet und schließt. Jedes der Ventile 34, 35, 36, 37 und 38 öffnet und schließt auf der Basis eines Befehlssignals, das von einer Steuerungsvorrichtung (nicht dargestellt) ausgegeben wird. Die Steuerung des Öffnungs-/Schließvorgangs kann durch eine Steuerungsvorrichtung ausgeführt werden, die eine Betriebssteuerung (Wärmebehandlungssteuerung) für den ersten Ofen 12a und den zweiten Ofen 12b durchführt. Der sekundäre Strömungspfadabschnitt 26 umfasst ein viertes Rohr 40 und eine Pumpe 41, die es dem Heizmedium 19 auf der Sekundärseite ermöglichen, zwischen dem Wärmetauscher 20 und der Energieerzeugungseinheit 14 zirkuliert zu werden.
Der Ventilmechanismus 22 ist aus dem ersten Ventil 34, dem zweiten Ventil 35, dem dritten Ventil 36, dem vierten Ventil 37 und dem fünften Ventil 38 gebildet. Der Ventilmechanismus 22 ist in dem primären Strömungspfadabschnitt 24 vorgesehen.
In dem Fall, in dem das fünfte Ventil 38 geschlossen ist, das erste Ventil 34 und das dritte Ventil 36 geöffnet sind, und das zweite Ventil 35 und das vierte Ventil 37 geschlossen sind, wird die Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a zu dem ersten Öltank 16a über einen Teil des zweiten Rohrs 32, das dritten Rohr 33, und einen Teil des ersten Rohrs 31 zurückgeführt. Diese Strömung wird von der Pumpe 39 erzeugt und die Kühlflüssigkeit 18 durchläuft den Wärmetauscher 20. Diese Strömung der Kühlflüssigkeit 18 wird als „Zirkulationsströmung des ersten Öltanks 16a“ bezeichnet.
Dagegen wird in dem Fall, in dem das fünfte Ventil 38 geschlossen ist, das erste Ventil 34 und das dritte Ventil 36 geschlossen sind, und das zweite Ventil 35 und das vierte Ventil 37 geöffnet sind, die Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b über einen Teil des zweiten Rohrs 32, das dritte Rohrs 33, und einen Teil des ersten Rohrs 31 zurückgeführt. Diese Strömung wird von der Pumpe 39 erzeugt und die Kühlflüssigkeit 18 durchläuft den Wärmetauscher 20. Diese Strömung der Kühlflüssigkeit 18 wird als „Zirkulationsströmung des zweiten Öltanks 16b“ bezeichnet.
Auf diese Weise dient der Ventilmechanismus 22 dazu, einen Strömungspfad auszuwählen, der den Wärmetauscher 20 und die Öltanks 16a und 16b verbindet. Mit anderen Worten wählt der Ventilmechanismus 22 einen (16a oder 16b) der beiden Öltanks 16a und 16b aus, die mit dem Wärmetauscher 20 zu verbinden sind. Insbesondere hat der Ventilmechanismus 22 eine erste Funktion zum Auswählen der Zirkulationsströmung des ersten Öltanks 16a und der Zirkulationsströmung des zweiten Öltanks 16b. Die Konfiguration des primären Strömungspfadabschnitts 24 zum Erhalten der Zirkulationsströmung des ersten Öltanks 16a und der Zirkulationsströmung des zweiten Öltanks 16b kann sich von der dargestellten Konfiguration unterscheiden. Neben der zuvor beschriebenen ersten Funktion hat der Ventilmechanismus 22 die folgende zweite Funktion.
In dem Fall, in dem das fünfte Ventil 38 geöffnet ist, sind das erste Ventil 34 und das vierte Ventil 37 geöffnet, und das zweite Ventil 35 und das dritte Ventil 36 sind geschlossen, wie in 3 dargestellt, strömt die Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a durch den Verbindungsströmungspfad 30 zum zweiten Öltank 16b, und wird über einen Teil des zweiten Rohrs 32, das dritte Rohrs 33 und einen Teils des ersten Rohrs 31 zum ersten Öltank 16a zurückgeführt. Diese Strömung wird von der Pumpe 39 erzeugt und die Kühlflüssigkeit 18 durchläuft den Wärmetauscher 20. Diese Strömung der Kühlflüssigkeit 18 wird als „erste Systemströmung“ bezeichnet.
Dagegen strömt in dem Fall, in dem das fünfte Ventil 38 geöffnet ist, das zweite Ventil 35 und das dritte Ventil 36 geöffnet sind, und das erste Ventil 34 und das vierte Ventil 37 geschlossen sind, wie in 4 dargestellt, die Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b durch den Verbindungsströmungspfad 30 zum ersten Öltank 16a, und wird über einen Teil des zweiten Rohrs 32, das dritte Rohr 33, und einen Teil des erstes Rohr 31 zum zweiten Öltank 16b zurückgeführt. Diese Strömung wird von der Pumpe 39 erzeugt und die Kühlflüssigkeit 18 durchläuft den Wärmetauscher 20. Diese Strömung der Kühlflüssigkeit 18 wird als „zweite Systemströmung“ bezeichnet.
Auf diese Weise dient der Ventilmechanismus 22 dazu, einen Strömungspfad auszuwählen, der den Wärmetauscher 20 und die Öltanks 16a und 16b verbindet. Insbesondere hat der Ventilmechanismus 22 eine zweite Funktion zum Auswählen entweder der ersten Systemströmung oder der zweiten Systemströmung. Die Konfiguration des primären Strömungspfadabschnitts 24, um die erste Systemströmung und die zweite Systemströmung zu erhalten, kann sich von der dargestellten Konfiguration unterscheiden.
In den 2, 3 und 4 ist die Energieerzeugungseinheit 14 eine binäre Energieerzeugungseinheit. Die Energieerzeugungseinheit 14 ist über den sekundären Strömungspfadabschnitt 26, durch den das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite strömt, mit dem Wärmetauscher 20 verbunden Die Energieerzeugungseinheit 14 erzeugt elektrische Energie durch Verwendung des Heizmediums 19 als eine Eingabe. Die Energieerzeugungseinheit 14 erzeugt elektrische Energie in Übereinstimmung mit der Temperatur des Heizmediums 19 auf der Sekundärseite. Das heißt, die Energieerzeugungseinheit 14 kann elektrische Energie in dem Fall erzeugen, in dem das Heizmedium 19 auf einer vorgegebenen Temperatur oder höher ist, und kann keine elektrische Energie in dem Fall erzeugen, in dem die Temperatur des Heizmediums 19 niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. Das heißt, die Energieerzeugungseinheit 14 kann in dem Fall elektrische Energie erzeugen, in dem die Kühlflüssigkeit 18, die zum Wärmeaustausch mit dem Heizmedium 19 verwendet wird, auf einer vorgeschriebenen Temperatur oder höher ist, und kann keine elektrische Energie in dem Fall erzeugen, in dem die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 niedriger als die vorgeschriebene Temperatur ist.
Der erste Energieerzeugungsvorgang wird beschrieben. Das heißt, der Energieerzeugungsvorgang, der durch das Wärmerückgewinnungssystem 10 durchgeführt wird, das wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, wird beschrieben. 5 ist ein Graph, der die zeitlichen Änderungen der Temperatur (Änderungen der Temperatur mit der Zeit) in jeder der Kammern zeigt, wie den Härtungskammern 87 (siehe 1) zur Wärmebehandlung in dem ersten Ofen 12a und dem zweiten Ofen 12b. Der obere Teil von 5 ist ein Graph für den ersten Ofen 12a. Der untere Teil von 5 ist ein Graph für den zweiten Ofen 12b. In sowohl dem ersten Ofen 12a als auch dem zweiten Ofen 12b werden die Objekte 7 in der Aufkohlungsdiffusionskammer 84 bei einer Aufkohlungstemperatur von etwa 950°C erwärmt, und danach werden die Objekte 7 bei einer Härtungstemperatur von etwa 850°C in die Kühlflüssigkeit 18 im Öltank 16 eingetaucht, um in der Härtungskammer 87 abgeschreckt (gehärtet) zu werden. Wie in 5 gezeigt, unterscheidet sich die Zeit (Zeitsteuerung) zum Starten des Abschreckens der Objekte 7 bei der Härtungstemperatur in dem ersten Ofen 12a von der Zeit (Zeitsteuerung) zum Starten des Abschreckens der Objekte 7 bei der Härtungstemperatur in dem zweiten Ofen 12b. 5 gibt einen Fall an, in dem der Start des Abschreckens in dem zweiten Ofen 12b gegenüber dem Start des Abschreckens in dem ersten Ofen 12a um eine Zeit Δt1 verzögert ist. Die Wärmebehandlung der Objekte 7 wird in vorgegebenen Zykluszeiten sowohl in dem ersten Ofen 12a als auch in dem zweiten Ofen 12b wiederholt. Die Zykluszeit kann konstant sein oder kann zum Beispiel in Übereinstimmung mit dem Gewicht der Objekte 7 geändert werden.
6 zeigt ein Verhältnis zwischen der Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in sowohl dem ersten Ofen 12a als auch dem zweiten Ofen 12b und ob die Energieerzeugungseinheit 14 elektrische Energie erzeugen kann oder nicht. Wie in 6 angegeben, da der Start des Abschreckens in dem zweiten Ofen 12b gegenüber dem Start des Abschreckens in dem ersten Ofen 12a (Zeit t0) um die Zeit Δt1 verzögert ist, ist der Start des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b des zweiten Ofens 12b gegenüber dem Start des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a des ersten Ofens 12a (ab der Startzeit t0) um die Zeit Δt1 verzögert. Die Zeit Δt1 wird als „Verzögerungszeit Δt1“ bezeichnet.
Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a nach der Zeit t0 auf eine vorgeschriebene Temperatur A oder höher erhöht wird, wird ein Wärmetausch (d.h. Wärme wir übertragen) von der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite im Wärmetauscher 20 durchgeführt, wodurch die Energieerzeugungseinheit 14 elektrische Energie erzeugen kann. Daher sind in 2 das zweite Ventil 35, das vierte Ventil 37 und das fünfte Ventil 38 geschlossen, und das erste Ventil 34 und das dritte Ventil 36 sind geöffnet. Das heißt, die Strömung der Kühlflüssigkeit 18 ist die „Zirkulationsströmung des ersten Öltanks 16a“. In diesem Fall wird in 6 die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a auf einen bestimmten Wert erhöht und danach abgesenkt. Die Energieerzeugungseinheit 14 kann elektrische Energie für eine Fortsetzungszeit Δt2 erzeugen, die andauert, bis die Temperatur niedriger als die vorgeschriebene Temperatur A wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verzögerungszeit Δt1 so festgelegt, um länger als die Fortsetzungszeit Δt2 zu sein. Die Verzögerungszeit Δt1 kann gleich der Fortsetzungszeit Δt2 sein oder kann kürzer als die Fortsetzungszeit Δt2 sein.
Im Fall von 6 kann für eine Zeit Δt3, welche die Differenz zwischen der Verzögerungszeit Δt1 und der Fortsetzungszeit Δt2 ist, keine elektrische Energie erzeugt werden. Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b auf die vorgeschriebene Temperatur A oder höher erhöht wird, nachdem die Verzögerungszeit Δt1 seit dem Start des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a verstrichen ist (Zeit t0), wird jedoch ein Wärmeaustausch von der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite in dem Wärmetauscher 20 durchgeführt (d.h. es wird Wärme übertragen), wodurch die Energieerzeugungseinheit 14 elektrische Energie erzeugen kann. Daher wird in 2 ein Ventilöffnungs-Schließvorgang des Ventilmechanismus 22 ausgeführt, und das zweite Ventil 35 und das vierte Ventil 37 sind geöffnet (aus dem geschlossenen Zustand) und das erste Ventil 34 und das dritte Ventil 36 sind geschlossen (aus dem geöffneten Zustand). Das fünfte Ventil 38 bleibt geschlossen. Das heißt, die Strömung der Kühlflüssigkeit 18 wird auf die „Zirkulationsströmung des zweiten Öltanks 16b“ geschaltet.
In 6 wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b auf einen bestimmten Wert erhöht und danach abgesenkt. Die Energieerzeugungseinheit 14 kann elektrische Energie für eine Fortsetzungszeit Δt4 erzeugen, die andauert, bis die Temperatur niedriger als die vorgeschriebene Temperatur A wird. Während einer Zeit Δt5 nach der Fortsetzungszeit Δt4 ist die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b niedriger als die vorgeschriebene Temperatur A und es kann keine elektrische Leistung erzeugt werden. In dem ersten Ofen 12a werden jedoch andere Objekte 7 in dem nächsten Zyklus, das heißt nach dem Verstreichen der Zykluszeit T von der Zeit Δt0, in den ersten Öltank 16a eingetaucht, und die Energieerzeugungseinheit 14 kann elektrische Energie erneut durch Abwärme aus dem ersten Ofen 12a erzeugen. Daher wird der Ventilöffnungs-Schließvorgang des Ventilmechanismus 22 in 2 ausgeführt. Der vorherige Vorgang wird danach wiederholt ausgeführt.
Auf diese Weise wird in dem ersten Energieerzeugungsvorgang, der von dem Wärmerückgewinnungssystem 10 durchgeführt wird, die Betriebssteuerung für den ersten Ofen 12a (erster Öltank 16a) und den zweiten Ofen 12b (zweiter Öltank 16b) durchgeführt, so dass sich die Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a, der als ein Wärmequellenabschnitt dient, von der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b unterscheidet, der als der andere Wärmequellenabschnitt dient. Der Ventilmechanismus 22 arbeitet in Übereinstimmung mit der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in jedem der beiden Öltanks 16a und 16b.
In dem ersten Energieerzeugungsvorgang teilen sich die zwei Öltanks 16a und 16b die Energieerzeugungseinheit 14. Die jeweiligen Zeitsteuerungen des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeiten 18 in dem Öltank 16a und in dem Öltank 16b unterscheiden sich voneinander (mit anderen Worten unterscheidet sich die Zeitsteuerung, zu dem die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a erhöht wird, von der Zeitsteuerung, zu dem die Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b erhöht wird). Wenn daher die Kühlflüssigkeit 18, deren Temperatur in dem ersten Öltank 16a erhöht wurde, dem Wärmetauscher 20 zugeführt wird, wird ein Wärmetausch (d.h. Wärme wird übertragen) von der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite durchgeführt, und die Energieerzeugungseinheit 14 erzeugt elektrische Energie durch Verwendung des Heizmediums 19 als eine Eingabe. Selbst wenn danach die Temperatur des ersten Öltanks 16a abgefallen ist und keine elektrische Energie erzeugt werden kann, wird die Kühlflüssigkeit 18, deren Temperatur in dem zweiten Öltank 16b, der ein anderer Öltank als das erste Öltank 16a ist, erhöht wurde, dem Wärmetauscher 20 zugeführt. Ein Wärmetausch wird von der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite durchgeführt (d.h. Wärme wird übertragen), und die Energieerzeugungseinheit 14 kann elektrische Energie durch Verwendung des Heizmediums 19 als eine Eingabe erzeugen. Auf diese Weise erhält die Energieerzeugungseinheit 14 mehr Möglichkeiten zu arbeiten, indem die Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem Öltank 16a unterschiedlich von der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs des Kühlflüssigkeit 18 in dem in dem Öltank 16b gestaltet wird. Insbesondere (siehe 6) ist die Zykluszeit T auf 30 Minuten festgelegt, und die Fortsetzungszeit Δt2 (Δt4), für welche die Energieerzeugungseinheit 14 elektrische Energie erzeugen kann, ist auf 10 Minuten festgelegt. In dem Beispiel, das gemäß dem Stand der Technik in 9 angegeben ist, kann elektrische Energie für ein Drittel (10 Minuten) jeder Zykluszeit T erzeugt werden, und elektrische Energie kann für die verbleibenden zwei Drittel (20 Minuten) nicht erzeugt werden. Im Gegensatz dazu kann bei dem in 6 angegebenen ersten Energieerzeugungsvorgang elektrische Energie für zwei Drittel (20 Minuten) jeder Zykluszeit T erzeugt werden, und für das verbleibende Drittel (10 Minuten) kann keine elektrische Energie erzeugt werden. Somit kann die Energiezeugung durch die Energieerzeugungseinheit 14 effizient durchgeführt werden.
Der zweite Energieerzeugungsvorgang wird beschrieben. Das wie zuvor beschrieben konfigurierte Wärmerückgewinnungssystem 10 kann einen Energieerzeugungsvorgang durchführen, der sich von dem ersten Energieerzeugungsvorgang unterscheidet. Der zweite Energieerzeugungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Wie zuvor beschrieben (siehe 3), umfasst der primäre Strömungspfadabschnitt 24 den Hauptströmungspfad 28, der sowohl den ersten Öltank 16a als auch den zweiten Öltank 16b mit dem Wärmetauscher 20 verbindet, und den Verbindungsströmungspfad 30, der den ersten Öltank 16a und den zweiten Öltank 16b miteinander verbindet, um eine Bewegung der Kühlflüssigkeit 18 zwischen dem ersten Öltank 16a und dem zweiten Öltank 16b zu ermöglichen.
Wenn die Objekte 7, die erwärmten wurden, in die Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a eingetaucht sind, wie in 3 dargestellt, wird das Öffnen-Schließen der Ventile 34 bis 38 gesteuert, damit die Strömung der Kühlflüssigkeit 18 die „erste Systemströmung“ durch Verwendung des Ventilmechanismus 22 werden soll. Somit wird zuerst die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a erhöht. In diesem Fall strömt die Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a durch den Verbindungsströmungspfad 30 zu dem zweiten Öltank 16b, und die Kühlflüssigkeit 18 strömt über den zweiten Öltank 16b zu dem Wärmetauscher 20. Dann wird in dem Wärmetauscher 20 ein Wärmetausch (d.h. Wärmeübertragung) auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite durchgeführt. Dies ermöglicht es der Energieerzeugungseinheit 14, elektrische Energie zu erzeugen.
Wenn dagegen die Objekte 7, die erwärmt wurden, in die Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b eingetaucht sind, wie in 4 dargestellt, wird das Öffnen-Schließen der Ventile 34 bis 38 gesteuert, damit die Strömung der Kühlflüssigkeit 18 die „zweite Systemströmung“ durch Verwendung des Ventilmechanismus 22 werden soll. Somit wird zuerst die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b erhöht. In diesem Fall strömt die Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b durch den Verbindungsströmungspfad 30 zu dem ersten Öltank 16a, und die Kühlflüssigkeit 18 strömt über den ersten Öltank 16a zu dem Wärmetauscher 20. Dann wird in dem Wärmetauscher 20 ein Wärmetausch (d.h. Wärmeübertragung) auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite durchgeführt. Dies ermöglicht es der Energieerzeugungseinheit 14, elektrische Energie zu erzeugen.
Auf diese Weise können in dem zweiten Energieerzeugungsvorgang, der in den 3 und 4 dargestellt ist, da der erste Öltank 16a und der zweite Öltank 16b durch den Verbindungsströmungspfad 30 miteinander verbunden sind, der erste Öltank 16a und der zweite Öltank 16b als ein einzelner Öltank angesehen werden, und das Volumen der Kühlflüssigkeit 18, die als Wärmequelle dient, wird erhöht. Daher wird der Temperaturanstieg der Kühlflüssigkeit 18 aufgrund von Wärme, die durch Wärmebehandlung der Objekte 7 erhalten wird, im Vergleich zu dem Fall (siehe 6) des ersten Energieerzeugungsvorgangs gemindert, aber die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18, die erhöht wurde, wird nicht mühelos gesenkt. Das heißt, die Zeit (Δt2 und Δt4 in 6), für welche die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 die vorgeschriebene Temperatur A oder höher ist, wird verlängert. Somit ist es möglich, die Zeit (d.h. das Zeitintervall), für welche die Energieerzeugungseinheit 14 elektrische Energie erzeugen kann, im Vergleich zum Stand der Technik zu verlängern.
Der dritte Energieerzeugungsvorgang wird beschrieben. Das wie zuvor beschrieben konfigurierte Wärmerückgewinnungssystem 10 kann einen Energieerzeugungsvorgang durchführen, der sich von dem ersten Energieerzeugungsvorgang und dem zweiten Energieerzeugungsvorgang unterscheidet. Der dritte Energieerzeugungsvorgang wird nachstehend beschrieben. In dem dritten Energieerzeugungsvorgang unterscheidet sich, wie in dem Fall des ersten Energieerzeugungsvorgangs, die Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a und die Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b voneinander. Zusätzlich wird, wie im Fall des zweiten Energieerzeugungsvorgangs, der Strömungspfad in dem primären Strömungspfadabschnitt 24 durch den Ventilmechanismus 22 geschaltet, so dass die Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a zu dem zweiten Öltank 16b durch den Verbindungsströmungspfad 30 strömt, und die Kühlflüssigkeit 18 über den zweiten Öltank 16b zu dem Wärmetauscher 20 strömt, zu dem Zeitpunkt, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a erhöht wird. Dagegen wird der Strömungspfad in dem primären Strömungspfadabschnitt 24 durch den Ventilmechanismus 22 geschaltet, so dass die Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b zu dem ersten Öltank 16a durch den Verbindungsströmungspfad 30 strömt, und die Kühlflüssigkeit 18 über den ersten Öltank 16a zu dem Wärmetauscher 20 strömt, zu dem Zeitpunkt, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16a erhöht wird.
Wie bei dem zweiten Energieerzeugungsvorgang können, da der erste Öltank 16a und der zweite Öltank 16b durch den Verbindungsströmungspfad 30 miteinander verbunden sind, die Öltanks 16a und 16b als ein einzelner Öltank angesehen werden, und das Volumen der Kühlflüssigkeit 18, die als Wärmequelle dient, wird erhöht. Daher wird, wie in 7 angegeben, der Temperaturanstieg der Kühlflüssigkeit 18 aufgrund von Wärme, die durch Behandeln der Objekte 7 erhalten wird, gemindert, aber die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18, die erhöht wurde, wird nicht mühelos gesenkt. Somit ist es möglich, die Zeit (Fortsetzungszeiten Δt2 und Δt4) zu verlängern, für welche die Energieerzeugungseinheit 14 elektrische Energie erzeugen kann. Wie in dem ersten Energieerzeugungsvorgang erhält des Weiteren die Energieerzeugungseinheit 14 mehr Möglichkeiten zu arbeiten, indem die Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem Öltank 16a unterschiedlich von der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs des Kühlflüssigkeit 18 in dem in dem Öltank 16b gestaltet wird. 7 zeigt ein Verhältnis zwischen der Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in sowohl dem ersten Ofen 12a als auch dem zweiten Ofen 12b und ob die Energieerzeugungseinheit 14 in dem Fall des dritten Energieerzeugungsvorgangs elektrische Energie erzeugen kann oder nicht.
In dem dritten Energieerzeugungsvorgang wird die Fortsetzungszeit Δt2, für die elektrische Energie durch Abwärme von dem ersten Ofen 12a erzeugt werden kann, verlängert. Daher wird die Zeit Δt3, für die keine elektrische Energie erzeugt werden kann, im Vergleich zu dem Fall des ersten Energieerzeugungsvorgangs, der in 6 angegeben ist, verkürzt (beseitigt). Der Strömungspfad in dem primären Strömungspfadabschnitt 24 wird durch den Ventilmechanismus 22 geschaltet, so dass elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme aus dem zweiten Ofen 12b erzeugt werden kann, bevor es unmöglich wird, elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme aus dem ersten Ofen 12a zu erzeugen. Das heißt, die Strömung der Kühlflüssigkeit 18 wird von der „ersten Systemströmung“ zu der „zweiten Systemströmung“ geändert, bevor (oder wenn) es unmöglich wird, elektrische Energie durch Abwärme aus dem ersten Ofen 12a zu erzeugen. Dann kann elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme aus dem zweiten Ofen 12b nach der Fortsetzungszeit Δt2 in 7 erzeugt werden. Darüber hinaus wird die Fortsetzungszeit Δt4, für die elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme aus dem zweiten Ofen 12b erzeugt werden kann, verlängert. Daher wird die Zeit Δt5, für die keine elektrische Energie erzeugt werden kann, im Vergleich zu dem Fall des ersten Energieerzeugungsvorgangs, der in 6 angegeben ist, verkürzt (beseitigt). Der Strömungspfad in dem primären Strömungspfadabschnitt 24 wird durch den Ventilmechanismus 22 geschaltet, so dass elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme aus dem zweiten Ofen 12b erzeugt werden kann, bevor (oder wenn) es unmöglich wird, elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme aus dem ersten Ofen 12a zu erzeugen. Das heißt, die Strömung der Kühlflüssigkeit 18 wird von der „zweiten Systemströmung“ zu der „ersten Systemströmung“ geändert, bevor (oder wenn) es unmöglich wird, elektrischen Energie durch Verwendung von Abwärme aus dem ersten Ofen 12a zu erzeugen.
In dem in 7 angegebenen dritten Energieerzeugungsvorgang kann elektrische Energie über alle Zykluszeiten T erzeugt werden. Somit kann die elektrische Energieerzeugung durch die Energieerzeugungseinheit 14 effizient durchgeführt werden.
Das Wärmerückgewinnungssystem 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beschrieben. In der Wärmebehandlungsvorrichtung 12, die eine Wärmebehandlung der Objekte 7 in 1 durchführt, kann der Zustand zur Wärmebehandlung (d.h. der Zustand in Bezug auf die Wärmebehandlung) von Moment zu Moment geändert werden. Daher ist die Temperatur der Abwärme unstetig, die von den Öltanks 16a und 16b erhalten wird. Mit dem zweiten Energieerzeugungsvorgang und dem dritten Energieerzeugungsvorgang, die von dem Wärmerückgewinnungssystem 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt werden, kann jedoch die Abwärme so weit wie möglich angepasst (ausgeglichen) werden, und die Abwärme kann effizient zur Wärmeerzeugung genutzt werden.
In Bezug auf den ersten Energieerzeugungsvorgang (siehe 6), der von dem Wärmerückgewinnungssystem 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wird, ist der Start des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem zweiten Öltank 16b gegenüber dem Start des Temperaturanstiegs der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a (Zeit Δt0) um die Zeit Δt1 verzögert, die als „Verzögerungszeit Δt1“ definiert ist. Wie zuvor beschrieben, ist die Temperatur der Abwärme, die von den Öltanks 16a und 16b erhalten wird, unstetig. Somit kann die Verzögerungszeit Δt1 in Übereinstimmung mit der Temperatur der Abwärme (Temperatur der Kühlflüssigkeit 18) geändert werden, anstatt konstant zu sein. Das heißt, die Zeitsteuerung kann, wenn die Strömung der Kühlflüssigkeit 18 durch den Ventilmechanismus 22 zwischen der „Zirkulationsströmung des ersten Öltanks 16a“ und der „Zirkulationsströmung des zweiten Öltanks 16b „geschaltet wird, in Übereinstimmung mit der Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 in dem ersten Öltank 16a und dem zweiten Öltank 16b geändert werden.
In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel teilen sich die zwei Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 eine Energieerzeugungseinheit 14. Es können jedoch drei oder mehr Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 vorgesehen sein, anstatt zwei Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 vorzusehen, solange eine Mehrzahl von Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 vorgesehen ist.
Die Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 sind nicht auf kontinuierliche Aufkohlungshärteöfen (Abschrecköfen) wie die in 1 dargestellten beschränkt und können zum Beispiel Chargen-Aufkohlungshärteöfen sein. Die Kombination der Mehrzahl von Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 kann eine Kombination eines kontinuierlichen Aufkohlungshärteofens und eines Chargen-Aufkohlungshärteofens sein. Während die Aufkohlungshärteöfen zuvor als Beispiele beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Kühlflüssigkeit kann Öl, Wasser, ein Polymer usw. sein. Anstelle der Kühlflüssigkeit kann ein Kühlgas verwendet werden. Die Zieleinrichtungen sind nicht auf Aufkohlungshärteöfen beschränkt und können Wärmebehandlungsöfen sein, die Härtungstanks haben, wie Härteöfen (Abschrecköfen), Carbonitrierhärteöfen, Vakuumaufkohlungshärteöfen und Vakuumhärteöfen. In dem Ausführungsbeispiel in 1 wird die Abwärme von den Öltanks 16 der Härtungskammern 87 zur Energieerzeugung verwendet. Als Wärmequelle kann jedoch Wärme aus einem Abgas eines regenerativen Brenners in den Vorheizkammern 82 (83) oder Wärme aus einem Kühlrohr in den Temperaturabfallkammern 85 verwendet werden. In diesem Fall dienen die Vorheizkammern 82 (83) (oder die Temperaturabfallkammern 85) als Wärmequellenabschnitte und ein Teil der Vorheizkammer 82 (83) (oder der Temperaturabfallkammer 85) des ersten Ofens 12a und ein Teil der Vorheizkammer 82 (83) (oder der Temperaturabfallkammer 85) des zweiten Ofens 12b ist durch den Verbindungsströmungspfad 30 usw. miteinander verbunden.
In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Energieerzeugungseinheit 14 mit den Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 kombiniert. Die Energieerzeugungseinheit 14 kann jedoch mit anderen Einrichtungen als den Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 kombiniert werden. In dem Fall, in dem elektrische Energie durch Abwärme erzeugt wird, die von einer Fabrik oder Einrichtungen wie den Wärmebehandlungsvorrichtungen 12 erhalten wird, kann die Abwärme in einem hohen Temperaturbereich oder einem niedrigen Temperaturbereich liegen. Mit der Konfiguration des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels kann jedoch die Abwärme stabil zurückgewonnen werden, um eine effiziente Energieerzeugung zu ermöglichen.
Das oben offenbarte Ausführungsbeispiel ist in jeder Hinsicht beispielhaft und nicht einschränkend. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die zuvor diskutierten Ausführungsbeispiele beschränkt und weist alle Abwandlungen auf, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
10 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Wärmerückgewinnungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt. Ein Überblick über ein Wärmerückgewinnungssystem 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beschrieben. In dem Wärmerückgewinnungssystem 10 erzeugt eine Energieerzeugungseinheit (binäre Energieerzeugungseinheit) 14 elektrische Energie durch Verwendung von Abwärme von einer Wärmebehandlungsvorrichtung 12, die eine Wärmebehandlung von Metallteilen durchführt. Beispiele der Metallteile enthalten mechanische Teile wie einen Lagerring eines Wälzlagers, eine Welle und einen Stift. Die Wärmebehandlung kann eine Härtungsbehandlung (Abschreckbehandlung) sein. Für die Wärmebehandlung werden Metallteile 7 (nachfolgend als „Objekte 7“ bezeichnet), die erwärmt wurden, in eine Kühlflüssigkeit (Härtungsöl, d.h. Abschrecköl) 18 in einen Öltank 16 der Wärmebehandlungsvorrichtung 12 eingetaucht, um gekühlt zu werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Objekten 7 in einem Korb 8 aufgenommen, und der Korb 8 wird durch einen Aktuator 9 auf und ab bewegt. Wenn der Korb 8 abgesenkt wird, werden die Objekte 7 in die Kühlflüssigkeit 18 eingetaucht, um gekühlt zu werden.
Die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18 wird erhöht, wenn die Objekte 7, die erwärmt wurden, in die Kühlflüssigkeit 18 eingetaucht werden. Die Wärme der Kühlflüssigkeit 18 wird von der Energieerzeugungseinheit 14 zur Energieerzeugung verwendet. Das heißt, der Öltank 16 fungiert als Wärmequelle, und die Kühlflüssigkeit 18 dient als Heizmedium (erstes Fluid) auf der Primärseite. Die Wärme der Kühlflüssigkeit 18 wird durch den Wärmetauscher 20 der Energieerzeugungseinheit 14 auf ein Heizmedium (zweites Fluid) 19 auf der Sekundärseite übertragen, und eine Energieerzeugungsvorrichtung 122 erzeugt elektrische Energie.
Eine spezifische Konfiguration des Wärmerückgewinnungssystems 10 wird beschrieben. Das in 10 dargestellte Wärmerückgewinnungssystem 10 wird bereitgestellt, indem die Energieerzeugungseinheit (binäre Energieerzeugungseinheit) 14 auf die Wärmebehandlungsvorrichtung 12 angewendet wird, die eine Wärmebehandlung (Härtungsbehandlung, d.h. Abschreckbehandlung) der Objekte 7 durchführt.
Die Wärmebehandlungsvorrichtung 12 umfasst eine erste Spülkammer 81, eine erste Vorheizkammer 82, eine zweite Vorheizkammer 83, eine Aufkohlungsdiffusionskammer 84, eine Temperaturabfallkammer 85, eine Wärmeausgleichskammer 86, eine Härtungskammer (Abschreckkammer) 87, und eine zweite Spülkammer 88, die in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite (linke Seite in 10) in der Fortbewegungsrichtung der Objekte 7 angeordnet sind. Die Härtungskammer 87 ist mit dem Öltank 16 vorgesehen.
Die Energieerzeugungseinheit 14 umfasst einen primärseitigen Strömungspfad 131, den Wärmetauscher (Verdampfer) 20, einen sekundärseitigen Strömungspfad 132, die Energieerzeugungsvorrichtung 122 und einen Kondensator 124.
Die Kühlflüssigkeit 18 strömt von einem Öltank 16, der als Wärmequelle dient, zu dem primärseitigen Strömungspfad 131. Insbesondere umfasst der primärseitige Strömungspfad 131 ein erstes Rohr 140 und ein zweites Rohr 142. Das erste Rohr 140 verbindet den Öltank 16, der als Wärmequelle dient, und den Wärmetauscher 20. Die Kühlflüssigkeit 18 strömt durch das erste Rohr 140 von dem Öltank 16 zu dem Wärmetauscher 20. Das zweite Rohr 142 verbindet den Wärmetauscher 20 und den Öltank 16. Die Kühlflüssigkeit 18 strömt durch das zweite Rohr 142 von dem Wärmetauscher 20 zu dem Öltank 16. Wie später beschrieben wird, umfasst das erste Rohr 140 ein mehrwandiges Rohr 50, das eine Mehrzahl unabhängiger Strömungspfade aufweist, die sich in Längsrichtung erstrecken. Das mehrwandige Rohr 50 kann ein Teil des ersten Rohres 140 sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch das gesamte erste Rohr 140 durch das mehrwandige Rohr 50 ausgebildet. Auf diese Weise umfasst der primärseitige Strömungspfad 131 das mehrwandige Rohr 50.
Der Wärmetauscher 20 führt einen Wärmetausch (d.h. überträgt Wärme) von der Kühlflüssigkeit 18 durch, die durch den primärseitigen Strömungspfad 131 (das erste Rohr 140) zu dem Heizmedium 19 auf der Sekundärseite strömt. Die Temperatur der Kühlflüssigkeit 18, die durch das erste Rohr 140 strömt, beträgt zum Beispiel etwa 120 bis 130°C. Das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite hat einen relativ niedrigen Siedepunkt. Verschiedene Fluide können für das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite eingesetzt werden. Beispiele für solche Fluide umfassen einen Fluorchlorkohlenwasserstoff-Ersatz (HFC245fa). In dem Wärmetauscher 20 wird Wärme der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite übertragen, um das Heizmedium 19 zu vergasen. Wenn das Heizmedium 19 der Kühlflüssigkeit 18 Wärme entzieht, wird die Kühlflüssigkeit 18 gekühlt, und wird zu dem Öltank 16 zurückgeführt.
Das Heizmedium 19, das in dem Wärmetauscher 20 vergast wurde, durchströmt den sekundärseitigen Strömungspfad 132. Der sekundärseitige Strömungspfad 132 wird durch eine Rohrschleife ausgebildet. Der Wärmetauscher 20, die Energieerzeugungsvorrichtung 122, der Kondensator 124 usw. sind an verschiedenen Positionen in dem sekundärseitigen Strömungspfad 132 vorgesehen.
Die Energieerzeugungsvorrichtung 122 umfasst eine Expansionseinheit (Spiralexpansionseinheit) 126. Elektrische Energie wird durch Verwendung des Heizmediums 19 auf der Sekundärseite erzeugt, das von dem Wärmetauscher 20 in die Expansionseinheit 126 eingegeben wird. Das Heizmedium 19, das die Energieerzeugungsvorrichtung 122 (Expansionseinheit 126) durchlaufen hat, wird in den Kondensator 124 eingegeben. Das Heizmedium 19, das die Energieerzeugungsvorrichtung 122 (Expansionseinheit 126) durchlaufen hat, ist um etwa 30 bis 40°C heißer als die Normaltemperatur (d.h. die gewöhnliche Temperatur) und befindet sich noch in einem gasförmigen Zustand. Das Heizmedium 19 wird verflüssigt, wenn das Heizmedium 19 in dem Kondensator 124 gekühlt wird. Das verflüssigte Heizmedium 19 strömt zum Wärmetauscher 20, und ein Wärmetausch wird zwischen dem Heizmedium 19 und der Kühlflüssigkeit 18 durchgeführt.
Wie zuvor beschrieben, wird das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite in dem Kondensator 124 gekühlt und verflüssigt. Das Heizmedium 19 wird zum Beispiel auf etwa die Normaltemperatur abgekühlt. Der Kondensator 124 kühlt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Heizmedium 19 durch Verwendung eines Lüfters mit Luft (mit anderen Worten wird in dem Kondensator 124 das Heizmedium 19 durch einen Lüfter mit Luft gekühlt). Ein Ende 45 eines Verbindungsrohrs 44 ist mit dem Kondensator 124 verbunden. Wärme des Heizmediums 19 wird in dem Kondensator 124 auf Umgebungsluft übertragen. Die Umgebungsluft wird zu erwärmter Luft (Heißluft) und wird in das Verbindungsrohr 44 aufgenommen, um in Richtung zu dem anderen Ende 46 des Verbindungsrohres 44 zu strömen. Die Temperatur der erwärmten Luft, die durch Verwendung der von dem Kondensator 124 abgegebenen Wärme erhalten wird, ist höher als die Umgebungstemperatur (Außenluft: Normaltemperatur) um den primärseitigen Strömungspfad 131 herum. Das andere Ende 46 des Verbindungsrohrs 44 ist mit einem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 (siehe 11 und 12) (wird später besprochen) des mehrwandigen Rohrs 50 des primärseitigen Strömungspfads 131 verbunden.
Das mehrwandige Rohr 50 wird beschrieben. 11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel (Übersicht) des mehrwandigen Rohrs 50 darstellt. 12 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel (Übersicht) des mehrwandigen Rohrs 50 darstellt. Das mehrwandige Rohr 50 umfasst ein Hauptrohr 52 mit einem Außenumfang, an dem ein wärmeisolierendes Material 54 vorgesehen ist, und ein Nebenrohr 56, das um eine Außenumfangsseite des Hauptrohrs 52 vorgesehen ist. Sowohl das Hauptrohr 52 als auch das Nebenrohr 56 sind zum Beispiel durch ein Rohr aus Metall ausgebildet. Das wärmeisolierende Material 54 bedeckt den gesamten Rand (d.h. den gesamten Umfang) des Hauptrohrs 52. Ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt ist zwischen einer Außenumfangsfläche des wärmeisolierenden Materials 54 und dem Nebenrohr 56 vorgesehen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein zweites wärmeisolierendes Material 58 an einem Außenumfang des Nebenrohrs 56 vorgesehen. Die wärmeisolierenden Materialien 54 und 58 sind zum Beispiel aus Glaswolle hergestellt.
Das Innere des Hauptrohrs 52 dient als ein innerer Strömungspfadabschnitt 134, durch den die Kühlflüssigkeit 18 strömt. Wie in 12 dargestellt, ist das Verbindungsrohr 44, das vorgesehen ist, um sich von dem Kondensator 124 zu erstrecken, mit dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 verbunden. Der Strömungspfad mit dem ringförmigen Querschnitt an einer Innenumfangsseite des Nebenrohrs 56 dient als der äußere Strömungspfadabschnitt 136. Die erwärmte Luft, die das Verbindungsrohr 44 durchlaufen hat, strömt durch den äußeren Strömungspfadabschnitt 136. Ein Abgaberohr 48 ist mit dem mehrwandigen Rohr 50 verbunden. Das Abgaberohr 48 ist mit dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 verbunden, und die erwärmte Luft wird aus dem Abgaberohr 48 abgegeben.
Ein erstes Ventil 61 ist an dem anderen Ende 46 des Verbindungsrohrs 44 vorgesehen. Ein Einströmen der erwärmten Luft von dem Verbindungsrohr 44 zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 ist zulässig, wenn das erste Ventil 61 geöffnet ist, und das Einströmen der erwärmten Luft von dem Verbindungsrohr 44 zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 ist gesperrt, wenn das erste Ventil 61 geschlossen ist. Ein zweites Ventil 62 ist in dem Abgaberohr 48 vorgesehen. Ein Ausströmen der erwärmten Luft von dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 nach außerhalb ist zulässig, wenn das zweite Ventil 62 geöffnet ist, und das Ausströmen der erwärmten Luft von dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 nach außerhalb ist gesperrt, wenn das zweite Ventil 62 geschlossen ist.
Wie zuvor beschrieben, umfasst das mehrwandige Rohr 50 den inneren Strömungspfadabschnitt 134, den die Kühlflüssigkeit 18 durchläuft, und den äußeren Strömungspfadabschnitt 136, der um den inneren Strömungspfadabschnitt 134 herum vorgesehen ist. Die erwärmte Luft, die durch Verwendung der von dem Kondensator 124 abgegebenen Wärme erhalten wird und die durch das Verbindungsrohr 44 geströmt ist, durchläuft den äußeren Strömungspfadabschnitt 136.
13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Abwandlung des mehrwandigen Rohrs 50 darstellt. Das mehrwandige Rohr 50, das in 13 dargestellt ist, umfasst ein Hauptrohr 52 mit einem Außenumfang, an dem ein wärmeisolierendes Material 54 vorgesehen ist, ein Nebenrohr 56, das um die Außenumfangsseite des Hauptrohrs 52 herum vorgesehen ist, und ein Außenrohr 60, das um die Außenumfangsseite des Nebenrohrs 56 herum vorgesehen ist. Wie in der in 11 dargestellten Form dient das Innere des Hauptrohrs 52 als der innere Strömungspfadabschnitt 134. Das Nebenrohr 56 ist in Radialrichtung weg von dem wärmeisolierenden Material 54 vorgesehen, um einen Strömungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt auszubilden, der als der äußere Strömungspfadabschnitt 136 dient (mit anderen Worten ist das Nebenrohr 56 in Radialrichtung weg von dem wärmeisolierenden Material 54 vorgesehen, so dass ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt vorgesehen ist, der als der äußere Strömungspfadabschnitt 136 dient). Ein zweites wärmeisolierendes Material 58 ist am Außenumfang des Nebenrohrs 56 vorgesehen. Das Außenrohr 60 ist in Radialrichtung weg von dem zweiten wärmeisolierenden Material 58 vorgesehen, und ein abgedichteter Raum mit einem ringförmigen Querschnitt ist zwischen dem Außenrohr 60 und dem wärmeisolierenden Material 58 ausgebildet. Dieser abgedichtete Raum dient als Vakuumraum 59.
14 stellt eine schematische Konfiguration des Kondensators 124, des Verbindungsrohrs 44, des primärseitigen Strömungspfads 131 und der umgebenden Komponenten dar. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst, wie zuvor beschrieben, das erste Rohr 140 des primärseitigen Strömungspfads 131 ein mehrwandiges Rohr 50. Der Kondensator 124 und der äußere Strömungspfadabschnitt 136 (siehe 11 und 12) des mehrwandigen Rohrs 50 sind über das Verbindungsrohr 44 miteinander verbunden. Die vom Kondensator 124 zugeführte erwärmte Luft, das dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 zugeführt werden soll, strömt durch das Verbindungsrohr 44.
Das in 14 dargestellte Verbindungsrohr 44 umfasst ein Hauptverbindungsrohr 64, das mit dem Kondensator 124 verbunden ist, und Zweigrohre 65 und 66, die von dem Hauptverbindungsrohr 64 abzweigen. Das Zweigrohr 65 ist mit einer stromabwärtigen Seite (einer Seite des Wärmetauschers 20) des mehrwandigen Rohres 50 verbunden. Das Zweigrohr 66 ist mit der stromaufwärtigen Seite (einer Seite des Öltanks 16) des mehrwandigen Rohrs 50 verbunden. Das Abgaberohr 48 ist mit einem Zwischenabschnitt im mittleren Bereich des mehrwandigen Rohrs 50 verbunden. In dem Fall dieser Konfiguration durchläuft die erwärmte Luft, die vom Kondensator 124 durch das Hauptverbindungsrohr 64 geströmt ist, jedes der Zweigrohre 65 und 66, um in den äußeren Strömungspfadabschnitt 136 des mehrwandigen Rohrs 50 zu strömen. Die erwärmte Luft, die in den äußeren Strömungspfadabschnitt 136 geströmt ist, strömt entlang der Längsrichtung des mehrwandigen Rohrs 50 und wird aus dem Abgaberohr 48 abgegeben.
Das Verbindungsrohr 44 kann unterschiedlich zu dem konfiguriert sein, das in 14 dargestellt ist. Zum Beispiel kann das Verbindungsrohr 44 direkt mit der stromaufwärtigen Seite (der Seite des Öltanks 16) des mehrwandigen Rohrs 50 verbunden sein, ohne wie in 14 dargestellt verzweigt zu sein. In diesem Fall ist das Abgaberohr 48 mit der stromabwärtigen Seite (der Seite des Wärmetauschers 20) des mehrwandigen Rohrs 50 verbunden. Alternativ kann das Verbindungsrohr 44 direkt mit der stromabwärtigen Seite (der Seite des Wärmetauschers 20) des mehrwandigen Rohres 50 verbunden sein, ohne verzweigt zu sein. In diesem Fall ist das Abgaberohr 48 mit der stromaufwärtigen Seite (der Seite des Öltanks 16) des mehrwandigen Rohrs 50 verbunden.
Wie zuvor beschrieben, umfasst das Wärmerückgewinnungssystem 10 (siehe 10) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den primärseitigen Strömungspfad 131, durch den die Kühlflüssigkeit 18 von dem Öltank 16 strömt, der als Wärmequelle dient, den Wärmetauscher 20, den sekundärseitigen Strömungspfad 132, durch den das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite strömt, die Energieerzeugungsvorrichtung 122, und den Kondensator 124. Der Wärmetauscher 20 führt einen Wärmetausch (d.h. überträgt Wärme) von der Kühlflüssigkeit 18, die durch den primärseitigen Strömungspfad 131 strömt, auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite durch. Die Energieerzeugungsvorrichtung 122 erzeugt elektrische Energie durch Verwendung des Heizmediums 19 in dem sekundärseitigen Strömungspfad 132. Das Heizmedium 19, das die Energieerzeugungsvorrichtung 122 (Expansionseinheit 126) durchlaufen hat, wird in den Kondensator 124 eingegeben, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Heizmedium 19 und der Umgebungsluft durchgeführt wird. Der primärseitige Strömungspfad 131 umfasst das mehrwandige Rohr 50. Wie in den 11 und 12 (13) dargestellt, umfasst das mehrwandige Rohr 50 den inneren Strömungspfadabschnitt 134, den die Kühlflüssigkeit 18 durchläuft, und den äußerer Strömungspfadabschnitt 136, der um den inneren Strömungspfadabschnitt 134 herum vorgesehen ist. Die erwärmte Luft, die durch Verwendung der von dem Kondensator 124 abgegebenen Wärme erhalten wird, durchläuft den äußeren Strömungspfadabschnitt 136.
Mit dem Wärmerückgewinnungssystem 10 kann die Energie, die im Stand der Technik als Abwärme verworfen wurde, d.h. die vom Kondensator 124 abgegebene Wärmeenergie, erneut verwendet werden. Das heißt, der Temperaturabfall kann aufgrund der Wärmeabgabe von der Kühlflüssigkeit 18, die durch den inneren Strömungspfadabschnitt 134 des mehrwandigen Rohrs 50 strömt, durch Zuführen der erwärmten Luft begrenzt werden, die durch Verwendung der Wärmeabgabe von dem Kondensator 124 auf den äußeren Strömungspfadabschnitt 136 des mehrwandigen Rohrs 50 erhalten wird. Ein Wärmetausch kann mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad von der Kühlflüssigkeit 18 auf das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite durchgeführt werden (d.h. Wärme kann übertragen werden). Infolgedessen ist es möglich, den Wirkungsgrad der Energieerzeugung (binäre Energieerzeugung) zu verbessern, bei der das Heizmedium 19 verwendet wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst, wie in 14 dargestellt, der primärseitige Strömungspfad 131 das erste Rohr 140, das es der Kühlflüssigkeit 18 ermöglicht, von dem Öltank 16 zu dem Wärmetauscher 20 zu strömen, und das zweite Rohr 142, das es der Kühlflüssigkeit 18 ermöglicht, von dem Wärmetauscher 20 zu dem Öltank 16 zu strömen. Das erste Rohr 140 umfasst das mehrwandige Rohr 50. Der Kondensator 124 und der äußere Strömungspfadabschnitt 136 des mehrwandigen Rohrs 50 sind durch das Verbindungsrohr 44 miteinander verbunden. Der Effekt des Zurückhaltens der Wärme der Kühlflüssigkeit 18, die durch den inneren Strömungspfadabschnitt 134 strömt, kann durch die erwärmte Luft verbessert werden, die dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 durch das Verbindungsrohr 44 zugeführt wird. Daher kann der Temperaturabfall der Kühlflüssigkeit 18, die durch das erste Rohr 140 zu dem Wärmetauscher 20 strömt, wirksam begrenzt werden.
Wie in den 11 und 12 dargestellt, umfasst das mehrwandige Rohr 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Hauptrohr 52 mit dem Außenumfang, an dem das wärmeisolierende Material 54 vorgesehen ist, und das Nebenrohr 56, das um die Außenumfangsseite des Hauptrohrs 52 herum vorgesehen und in dem ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist, um als der äußere Strömungspfadabschnitt 136 zu dienen. Das heißt, das mehrwandige Rohr 50 hat eine doppelwandige Konstruktion (Doppelrohrstruktur), bei welcher der äußere Strömungspfadabschnitt 136 (das Nebenrohr 56), durch den die erwärmte Luft strömt, um die Außenumfangsseite des innerer Strömungspfadabschnitts 134 (das Hauptrohr 52) herum vorgesehen ist, durch den die Kühlflüssigkeit 18 strömt.
In der Abwandlung kann, wie in 13 dargestellt, das mehrwandige Rohr 50 eine dreiwandige Konstruktion (Dreirohrstruktur) haben. Das heißt, das mehrwandige Rohr 50 umfasst das Hauptrohr 52, das Nebenrohr 56 und das Außenrohr 60, die in dieser Reihenfolge von der Mitte aus angeordnet sind. Das wärmeisolierende Material 54 ist am Außenumfang des Hauptrohrs 52 vorgesehen. Das Innere des Hauptrohrs 52 dient als der innere Strömungspfadabschnitt 134. Das Nebenrohr 56 ist um die Außenumfangsseite des Hauptrohrs 52 herum vorgesehen, und ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Abschnitt, der als der äußere Strömungspfadabschnitt 136 dient, ist zwischen dem Hauptrohr 52 und dem Nebenrohr 56 ausgebildet. Das Außenrohr 60 ist um die Außenumfangsseite des Nebenrohrs 56 herum vorgesehen und bildet den Vakuumraum 59 mit einem ringförmigen Abschnitt. Bei dieser Abwandlung ist der äußere Strömungspfadabschnitt 136 (das Nebenrohr 56), durch den die erwärmte Luft strömt, um die Außenumfangsseite des inneren Strömungspfadabschnitts 134 (das Hauptrohr 52) herum vorgesehen, durch den die Kühlflüssigkeit 18 strömt, und des Weiteren ist der Vakuumraum 59 an dem Außenumfang des äußeren Strömungspfadabschnitts 136 vorgesehen. Daher ist es möglich, die Funktion des Zurückhaltens des Temperaturabfalls der Kühlflüssigkeit 18 weiter zu verbessern.
Wie in 14 dargestellt, kühlt und kondensiert der Kondensator 124 das Heizmedium 19 auf der Sekundärseite. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kühlt der Kondensator 124 das Heizmedium 19 durch Verwendung eines Lüfters mit Luft. Daher kondensiert der Lüfter das Heizmedium 19 und erzeugt erwärmte Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit. Daher wird diese erwärmte Luft sofort dem primärseitigen Strömungspfad 131 (das mehrwandige Rohr 50 des ersten Rohrs 140) durch das Verbindungsrohr 44 zugeführt.
Wie in 14 dargestellt, umfasst das Wärmerückgewinnungssystem 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Weiteren das Verbindungsrohr 44, das erste Ventil 61, das Abgaberohr 48 und das zweite Ventil 62. Das Verbindungsrohr 44 verbindet den Kondensator 124 und den äußeren Strömungspfadabschnitt 136 des mehrwandigen Rohrs 50, und erwärmte Luft aus dem Kondensator 124 strömt durch das Verbindungsrohr 44. Das erste Ventil 61 hat die Funktion, ein Einströmen von erwärmter Luft von dem Verbindungsrohr 44 zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 durch einen Öffnungs-Schließvorgang zuzulassen und zu sperren. Das Abgaberohr 48 ist mit dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 verbunden, um erwärmte Luft abzugeben. Das zweite Ventil 62 hat die Funktion, ein Ausströmen von erwärmter Luft von dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136 zu dem Abgaberohr 48 durch einen Öffnungs-Schließvorgang zuzulassen und zu sperren. Wenn bei dieser Konfiguration das zweite Ventil 62 geschlossen ist, um eine Strömung erwärmter Luft aus dem Abgaberohr 48 zu sperren, befindet sich die erwärmte Luft in dem äußeren Strömungspfadabschnitt 136. Folglich ist es möglich, die Temperatur des äußeren Strömungspfadabschnitts 136 für eine vorgegebene Zeit zu erhöhen. Das erste Ventil 61 kann auch geschlossen sein, wenn das zweite Ventil 62 geschlossen ist. Wenn die vorgegebene Zeit verstreicht, beginnt die Temperatur des äußeren Strömungspfadabschnitts 136 zu fallen. Somit wird das zweite Ventil 62 (und das erste Ventil 61) geöffnet, um neue erwärmte Luft in den äußeren Strömungspfadabschnitt 136 einzuleiten. Ein solcher Öffnungs-Schließvorgang der Ventile 61 und 62 kann wiederholt durchgeführt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Umgebungsluft durch Verwendung von Abwärme erwärmt, die von dem Kondensator 124 der Energieerzeugungseinheit 14 erhalten wird, und somit wird erwärmte Luft erhalten. Das heißt, der Kondensator 124 ist die Erzeugungsquelle der erwärmten Luft. Die Erzeugungsquelle der erwärmten Luft kann eine andere sein als der zuvor beschriebene Kondensator 124. Das heißt, die erwärmte Luft kann aus Abwärme erhalten werden, die durch ein anderes bildendes Element erzeugt wird. Ein Abwärmeabgabeabschnitt (Erzeugungsquelle), der Abwärme abgibt, um erwärmte Luft zu erzeugen, kann der Öltank 16 der Wärmebehandlungsvorrichtung 12 (siehe 10) oder die Aufkohlungsdiffusionskammer 84 sein, die ein heißes Gas erzeugt, zusätzlich zu oder anstelle des Kondensators 124. Der Abwärmeabgabeabschnitt kann auch ein bildendes Element (Öltank oder Aufkohlungsdiffusionskammer) einer anderen Wärmebehandlungsvorrichtung sein, die zum Beispiel in der Nähe der Wärmebehandlungsvorrichtung 12 vorgesehen ist, auf die die Energieerzeugungseinheit 14 angewendet wird. Auf diese Weise kann der Abwärmeabgabeabschnitt, der Wärme zum Erhalten von erwärmter Luft abgibt, die Wärmequelle (Öltank 16) und/oder eine andere Wärmequelle und/oder der Kondensator 124 sein.
Die zuvor offenbarten Ausführungsbeispiele sind in jeder Hinsicht beispielhaft und nicht einschränkend. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die zuvor besprochenen Ausführungsbeispiele beschränkt und umfasst alle Abwandlungen, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Die Form der Wärmebehandlungsvorrichtung 12 kann sich von der in 10 dargestellten Form unterscheiden und kann ein Chargenbehandlungsofen anstelle eines Dauerbehandlungsofens sein. Die Wärmequelle zum Durchführen einer binären Energieerzeugung kann anders als der Öltank 16 sein. Die Vorrichtung, welche die Wärmequelle enthält, kann anders als die Wärmebehandlungsvorrichtung 12 sein. Zum Beispiel kann das Wärmerückgewinnungssystem 10 für eine Vorrichtung für geothermische Energieerzeugung verwendet werden.

Claims

Wärmerückgewinnungssystem, gekennzeichnet durch: eine Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten, die konfiguriert sind, um eine Temperatur eines ersten Fluides durch Verwendung von Wärme, die durch Behandeln eines Objekts erhalten wird, zu erhöhen; einen Wärmetauscher, der mit der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten über einen primären Strömungspfadabschnitt (24) verbunden ist, durch den das erste Fluid strömt, und konfiguriert ist, um einen Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid durchzuführen; einen Ventilmechanismus (22), der in dem primären Strömungspfadabschnitt (24) vorgesehen und konfiguriert ist, um einen Strömungspfad auszuwählen, der den Wärmetauscher und die Wärmequellenabschnitte verbindet; und eine Energieerzeugungseinheit (14), die mit dem Wärmetauscher über einen sekundären Strömungspfadabschnitt (26) verbunden ist, durch den das zweite Fluid strömt, und konfiguriert ist, um elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides als eine Eingabe zu erzeugen, wobei sich eine Zeitsteuerung eines Temperaturanstiegs des ersten Fluides in einem der Wärmequellenabschnitte von einer Zeitsteuerung eines Temperaturanstiegs des ersten Fluides in einem anderen der Wärmequellenabschnitte unterscheidet, und der Ventilmechanismus (22) in Übereinstimmung mit der Zeitsteuerung des Temperaturanstiegs des ersten Fluides in jedem der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitte arbeitet.
Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 1, wobei: der primäre Strömungspfadabschnitt (24) einen Hauptströmungspfad (28), der die Wärmequellenabschnitte und den Wärmetauscher verbindet, und einen Verbindungsströmungspfad (30) aufweist, der die Wärmequellenabschnitte miteinander verbindet, um eine Bewegung des ersten Fluides zwischen den Wärmequellenabschnitten zu ermöglichen; und der Ventilmechanismus (22) ein Ventil aufweist, das konfiguriert ist, um den Strömungspfad zu schalten, so dass in einem Fall, in dem die Temperatur des ersten Fluides in dem einen Wärmequellenabschnitt erhöht ist, das erste Fluid zu dem anderen Wärmequellenabschnitt durch den Verbindungsströmungspfad (30) strömt und das erste Fluid zu dem Wärmetauscher über den anderen Wärmequellenabschnitt strömt.
Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energieerzeugungseinheit (14) eine binäre Energieerzeugungseinheit ist.
Wärmerückgewinnungssystem, gekennzeichnet durch: eine Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten, die konfiguriert sind, um eine Temperatur eines ersten Fluides durch Verwendung von Wärme, die durch Behandeln eines Objekts erhalten wird, zu erhöhen; einen Wärmetauscher, der mit der Mehrzahl von Wärmequellenabschnitten über einen primären Strömungspfadabschnitt (24) verbunden ist, durch den das erste Fluid strömt, und konfiguriert ist, um einen Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid durchzuführen; einen Ventilmechanismus (22), der in dem primären Strömungspfadabschnitt (24) vorgesehen und konfiguriert ist, um einen Strömungspfad auszuwählen, der den Wärmetauscher und die Wärmequellenabschnitte verbindet; und eine Energieerzeugungseinheit (14), die mit dem Wärmetauscher über einen sekundären Strömungspfadabschnitt (26) verbunden ist, durch den das zweite Fluid strömt, und konfiguriert ist, um elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides als eine Eingabe zu erzeugen, wobei: der primäre Strömungspfadabschnitt (24) einen Hauptströmungspfad (28), der die Wärmequellenabschnitte und den Wärmetauscher verbindet, und einen Verbindungsströmungspfad (30) aufweist, der die Wärmequellenabschnitte miteinander verbindet, um eine Bewegung des ersten Fluides zwischen den Wärmequellenabschnitten zu ermöglichen; und der Ventilmechanismus (22) ein Ventil aufweist, das konfiguriert ist, um den Strömungspfad zu schalten, so dass in einem Fall, in dem die Temperatur des ersten Fluides in einem der Wärmequellenabschnitte erhöht ist, das erste Fluid zu dem anderen der Wärmequellenabschnitte durch den Verbindungsströmungspfad (30) strömt und das erste Fluid zu dem Wärmetauscher über den anderen Wärmequellenabschnitt strömt.
Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 4, wobei die Energieerzeugungseinheit (14) eine binäre Energieerzeugungseinheit ist.
Wärmerückgewinnungssystem, gekennzeichnet durch: einen primärseitigen Strömungspfad (131), durch den ein erstes Fluid von einer Wärmequelle strömt; einen Wärmetauscher, der konfiguriert ist, um einen Wärmetausch zwischen dem ersten Fluid, das durch den primärseitigen Strömungspfad (131) strömt, und einem zweiten Fluid durchzuführen; einen sekundärseitigen Strömungspfad (132), durch den das zweite Fluid strömt; eine Energieerzeugungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um elektrische Energie durch Verwendung des zweiten Fluides in dem sekundärseitigen Strömungspfad (132) zu erzeugen; und einen Kondensator, der konfiguriert ist, um das zweite Fluid, das die Energieerzeugungsvorrichtung durchlaufen hat, zu kühlen und zu kondensieren, wobei: der primärseitige Strömungspfad (131) ein mehrwandiges Rohr (50) aufweist, das einen inneren Strömungspfadabschnitt (134), den das erste Fluid durchläuft, und einen äußeren Strömungspfadabschnitt (136) umfasst, der um den inneren Strömungspfadabschnitt (134) herum vorgesehen ist; und dem äußeren Strömungspfadabschnitt (136) erwärmte Luft zugeführt wird, die durch Wärmeabgabe von einem Abwärmeabgabeabschnitt erhalten wird, der die Wärmequelle und/oder eine andere Wärmequelle und/oder der Kondensator ist.
Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 6, wobei: der primärseitige Strömungspfad (131) ein erstes Rohr (140) aufweist, das es dem ersten Fluid ermöglicht, von der Wärmequelle zu dem Wärmetauscher zu strömen; das erste Rohr (140) das mehrwandige Rohr (50) aufweist; und das Wärmerückgewinnungssystem ein Verbindungsrohr (44) aufweist, durch das die erwärmte Luft von dem Abwärmeabgabeabschnitt zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt (136) des mehrwandigen Rohrs (50) zugeführt wird.
Wärmerückgewinnungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei: das mehrwandige Rohr (50) ein Hauptrohr (52) und ein Nebenrohr (56) aufweist; ein wärmeisolierendes Material an einem Außenumfang des Hauptrohrs (52) vorgesehen ist, und ein Inneres des Hauptrohrs (52) als der innere Strömungspfadabschnitt (134) dient; und das Nebenrohr (56) um eine Außenumfangsseite des Hauptrohrs (52) herum vorgesehen ist, so dass ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt konfiguriert ist, der als der äußere Strömungspfadabschnitt (136) dient.
Wärmerückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei: der Abwärmeabgabeabschnitt der Kondensator ist, der das zweite Fluid kühlt und kondensiert; und das zweite Fluid durch einen Lüfter luftgekühlt wird.
Wärmerückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, des Weiteren gekennzeichnet durch: ein Verbindungsrohr (44), das den Abwärmeabgabeabschnitt und den äußeren Strömungspfadabschnitt (136) des mehrwandigen Rohrs (50) verbindet, wobei das Verbindungsrohr konfiguriert ist, um die erwärmte Luft von dem Abwärmeabgabeabschnitt zuzuführen; ein erstes Ventil, das konfiguriert ist, um ein Einströmen der erwärmten Luft von dem Verbindungsrohr zu dem äußeren Strömungspfadabschnitt (136) zuzulassen und zu sperren; ein Abgaberohr (48), das mit dem äußeren Strömungspfadabschnitt (136) verbunden ist, um die erwärmte Luft abzugeben; und ein zweites Ventil, das konfiguriert ist, um ein Ausströmen der erwärmten Luft von dem äußeren Strömungspfadabschnitt (136) zu dem Abgaberohr (48) zuzulassen und zu sperren.
Wärmerückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei: das mehrwandige Rohr (50) ein Hauptrohr (52), ein Nebenrohr (56) und ein Außenrohr (60) aufweist; ein wärmeisolierendes Material an einem Außenumfang des Hauptrohrs (52) vorgesehen ist, und ein Inneres des Hauptrohrs (52) als der innere Strömungspfadabschnitt (134) dient; das Nebenrohr (56) um eine Außenumfangsseite des Hauptrohrs (52) herum vorgesehen ist, so dass ein Strömungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt vorgesehen ist, der als der äußere Strömungspfadabschnitt (136) dient; und das Außenrohr (60) um eine Außenumfangsseite des Nebenrohrs (56) herum vorgesehen ist, so dass ein Vakuumraum mit einem ringförmigen Querschnitt konfiguriert ist.