JP2010048440A - バッチ式焼成炉の排熱回収システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッチ式焼成炉における排熱を、高い効率で回収する。
【解決手段】 本発明のシステム（１）は、バッチ式焼成炉（２）の排気ガスが有する排熱を回収するものであって、排熱回収部（４）、蓄熱部（５）、排熱利用部（６）、及び切換部（８）を備えている。排熱回収部（４）は、排熱を所定の作動流体に回収するようになっている。排熱利用部（６）は、作動流体が供給されるように、当該作動流体の供給通路（７）を介して排熱回収部（４）と接続されている。排熱利用部（６）は、作動流体の熱によって所定の処理操作を行うようになっている。蓄熱部（５）は、排熱を蓄熱するための所定の蓄熱材を備えている。切換部（８）は、排熱回収部（４）及び蓄熱部（５）への排熱の供給状態を切り換えるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バッチ式焼成炉の排気ガスが有する排熱を回収するシステム及び方法に関する。

セラミックス等の焼成に用いられる炉（焼成炉）は、通常、燃料の燃焼を熱源としている。この焼成炉において、燃料の燃焼により生じる排気ガスをそのまま大気中に放出するのではなく、当該排気ガスが有する熱エネルギー（排熱）の一部を回収する試みが、従来なされている（特開２００４−２２５９９５号公報参照）。

特開２００４−２２５９９５号公報に記載のシステムは、連続炉（被加熱体を連続的にその内部に搬入するとともに、当該被加熱体を加熱した後に連続的にその外部に搬出するタイプの炉）から排出された排気ガスを加熱装置によって所定温度まで加熱するとともに、この加熱されたガスを利用して発電装置で発電するようになっている。
特開２００４−２２５９９５号公報

ところで、電子セラミックスやファインセラミックスを用いた小型のデバイスの焼成に、バッチ式焼成炉が用いられることがある。かかるバッチ式焼成炉においては、上述のような連続炉とは異なり、排熱量の時間的変動が大きい。このため、特開２００４−２２５９９５号公報にて開示されているような発電装置による電気的回収に代えて、セラミックス成形体の熱風乾燥や空調等のような、回収熱そのものを利用した所定の処理操作によって、バッチ式焼成炉における排熱を回収しようとした場合、充分な回収効率が得られないことがあり得る。

すなわち、上述のような処理操作を行うための必要熱量が、発生排熱よりも小さい場合、排熱が回収されずに外気に排出されてしまう割合が多くなる。反対に、当該必要熱量が発生排熱よりも大きい場合、排熱回収で不足する熱量を他の熱源から補う必要性が生じる。

本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、バッチ式焼成炉における排熱を、高い効率で回収することにある。

本発明のシステム（以下、単に「本システム」と称することがある。）は、バッチ式焼成炉の排気ガスが有する排熱を回収するものであって、その特徴は、下記の通りの、排熱回収部、排熱利用部、蓄熱部、及び切換部を備えたことにある。なお、本システムは、複数の前記バッチ式焼成炉から前記排熱を回収するように構成され得る。

前記排熱回収部は、前記排熱を所定の作動流体に回収するようになっている。前記排熱利用部は、前記作動流体が供給されるように、当該作動流体の供給通路を介して前記排熱回収部と接続されている。この排熱利用部は、前記作動流体の熱によって所定の処理操作を行うようになっている。前記蓄熱部は、前記排熱を蓄熱するための所定の蓄熱材を備えている。前記切換部は、前記排熱回収部及び前記蓄熱部への前記排熱の供給状態を切り換えるようになっている。

かかる構成においては、前記排気ガスが有する前記排熱の、前記排熱回収部及び前記蓄熱部への供給状態が、前記切換部によって切り換えられる。この切り換えは、例えば、前記バッチ式焼成炉及び前記排熱利用部の稼働状況に応じて行われる。

前記排熱回収部においては、前記排気ガスが有する前記排熱が、前記作動流体に回収される。なお、この回収は、後述するように、当該作動流体と前記排気ガスとの熱交換によって「直接的」にも行われ得るし、当該作動流体と前記排気ガスとの間に介在する中間媒体（具体的には後述する所定の中間流体）を介して「間接的」にも行われ得る。

前記排気ガスから上述のように直接的あるいは間接的に前記排熱を回収した前記作動流体は、前記供給通路を介して前記排熱利用部に供給される。そして、この作動流体に回収された前記排熱によって（当該排熱を熱源として）、前記排熱利用部にて、前記処理操作（加熱や乾燥等）が行われる。すなわち、前記排熱利用部にて、前記排熱が再利用される。

一方、前記蓄熱部においては、前記排気ガスが有する前記排熱が、前記蓄熱材に蓄熱される。その後、前記蓄熱材から熱が放出される。この熱を（前記排熱回収部又は前記蓄熱部にて）前記作動流体が受け取って当該作動流体が前記排熱利用部に供給されることで、前記排熱が、上述のように、前記排熱利用部にて再利用される。

かかる構成を有する本システムを用いることで、以下のような排熱回収方法が実施され得る：前記蓄熱部及び前記排熱利用部への前記排熱の供給状態が、前記バッチ式焼成炉における前記排熱の発生量、及び、前記排熱利用部における必要熱量に応じて制御される。これにより、前記発生量が前記必要熱量よりも多い場合は、前記排熱利用部にて利用される前記必要熱量を超える余剰分の前記排熱が前記蓄熱部に蓄熱される。一方、前記発生量が前記必要熱量よりも少ない場合は、前記蓄熱部から熱が放出され、前記排熱利用部における不足分の熱量が前記蓄熱部から補充される。

・本システムは、前記排気ガスと上述の所定の中間流体との熱交換により前記排熱を前記中間流体に回収する中間回収部と、前記中間流体の循環通路と、をさらに備え得る。前記中間回収部は、前記バッチ式焼成炉に接続された前記排気ガスの通路である排気通路に介装されているとともに、前記中間流体の前記循環通路と接続されている。

この場合、前記排熱回収部は、前記中間流体と前記作動流体との熱交換によって当該作動流体に前記排熱を回収するようになっている。また、前記排熱回収部は、前記蓄熱部と、前記中間流体の前記循環通路によって並列に接続されている。そして、当該循環通路における、前記排熱回収部に向かう通路と前記蓄熱部に向かう通路とが分岐する位置の、前記中間流体の流動状態を制御するように、前記切換部が構成及び配置されている。

かかる構成のシステムには、さらに、中間流体循環部が備えられ得る。この中間流体循環部は、前記中間流体の前記循環通路に介装されていて、前記蓄熱部から熱を放出させる際に当該蓄熱部と前記排熱回収部との間で前記中間流体を循環させるようになっている。

かかる構成においては、前記循環通路にて前記中間流体が循環されつつ、当該中間流体と前記排気ガスとの熱交換が前記中間回収部にて行われる。これにより、当該中間流体に前記排熱が一旦回収される。

このようにして前記排熱を回収した前記中間流体の、前記排熱回収部及び前記蓄熱部における流動状態（前記排熱回収部及び前記蓄熱部に対する供給状態）が、前記切換部によって切り換えられる。これにより、前記中間流体に一旦回収された前記排熱は、前記排熱利用部の稼働状況（前記必要熱量）等に応じて、前記排熱回収部及び／又は前記蓄熱部に供給される。

前記排熱回収部においては、前記中間流体と前記作動流体との熱交換により、当該作動流体に前記排熱が回収される。このようにして前記作動流体に回収された前記排熱は、前記排熱利用部に供給される。これにより、当該排熱が、前記処理操作の熱源として用いられることで再利用される。

一方、前記蓄熱部においては、前記中間流体からの伝熱（当該中間流体との熱交換）により、前記蓄熱材に前記排熱が蓄熱される。その後、前記蓄熱材から熱が放出される。この熱を前記作動流体が受け取って当該作動流体が前記排熱利用部に供給されることで、前記排熱が、上述のように、前記排熱利用部にて再利用される。

さらには、前記中間流体循環部が設けられている場合においては、前記中間流体循環部によって前記中間流体が前記蓄熱部と前記排熱回収部との間で循環されつつ、前記蓄熱部から熱が放出される。この熱が前記中間流体を介して前記排熱回収部に供給される。そして、当該排熱回収部にて前記作動流体が熱を受け取り、当該作動流体が前記排熱利用部に供給される。

・本システムは、以下のように構成され得る：前記排熱回収部及び前記蓄熱部は、前記排気通路によって並列に接続されている。この排気通路における、前記排熱回収部に向かう通路と前記蓄熱部に向かう通路とが分岐する位置の、前記排気ガスの流動状態を制御するように、前記切換部が構成及び配置されている。

かかる構成においては、前記排熱回収部及び前記蓄熱部における、前記排気ガスの流動状態が、前記切換部によって切り換えられる。すなわち、前記排熱利用部の稼働状況等に応じて、前記排熱回収部及び前記蓄熱部への前記排気ガス（前記排熱）の供給状態が、前記切換部によって切り換えられる。

前記排熱回収部においては、前記排気ガスと前記作動流体との熱交換により、当該作動流体に前記排熱が回収される。このようにして前記作動流体に回収された前記排熱は、前記排熱利用部にて、前記処理操作の熱源として用いられることで再利用される。

一方、前記蓄熱部においては、前記排気ガスからの伝熱（当該排気ガスとの熱交換）により、前記蓄熱材に前記排熱が蓄熱される。この蓄熱材に蓄熱された前記排熱は、その後、当該蓄熱材から放出され、上述のように再利用される。

・前記蓄熱部は、前記蓄熱材を貯留する蓄熱材貯留部と、前記作動流体と前記蓄熱材貯留部に貯留された前記蓄熱材との熱交換を行う熱交換部と、を備え得る。この場合、前記排熱回収部と前記熱交換部とは、前記作動流体の前記供給通路を介して接続され得る。

かかる構成においては、前記蓄熱部は、前記蓄熱材からの放熱の際に、前記排熱回収部としての機能をも奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を、実施例及び比較例を用いつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。

よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態や実施例の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態や実施例に対して施され得る各種の変更（modification）の例示は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜第一の実施形態のシステムの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態である排熱回収システム１（以下、単に「システム１」と称することがある。）の全体構成を示す概略図である。図１を参照すると、このシステム１は、バッチ式焼成炉２の排気ガスが有する排熱を回収するものであって、排気通路３と、排熱回収ボイラ４と、蓄熱部５と、排熱利用部６と、蒸気供給通路７と、回収動作制御部８と、を備えている。

本実施形態においては、バッチ式焼成炉２は、乾燥済みのセラミックス成型体を焼成するためのものであって、ＬＮＧ（液化天然ガス）を燃料とするＬＮＧ燃焼バーナを備えている。なお、本実施形態のシステム１においては、一つのバッチ式焼成炉２が設けられている。

＜＜排気通路＞＞
バッチ式焼成炉２は、排気通路３と接続されている。すなわち、上述のＬＮＧ燃焼バーナにおけるＬＮＧの燃焼によって生じた排気ガスが、排気通路３に排出されるようになっている。

排気通路３における最上流側に位置するメイン排気通路３１は、バッチ式焼成炉２の排気ガス出口と結合されている。このメイン排気通路３１の末端は、排気ガスを大気中に放出するための煙突３２と接続されている。

メイン排気通路３１の途中から分岐するように、排熱回収通路３３が設けられている。排熱回収通路３３は、途中で、排熱回収ボイラ４を通るボイラ通路３３ａと、蓄熱部５を通る蓄熱通路３３ｂと、に分岐するようになっている。すなわち、排熱回収ボイラ４と蓄熱部５とは、排気通路３によって並列に接続されている。ボイラ通路３３ａと蓄熱通路３３ｂとの合流後の、排熱回収通路３３の末端は、排気ガスを大気中に放出するための煙突３４と接続されている。

＜＜排熱回収部・蓄熱部・排熱利用部＞＞
排熱回収ボイラ４は、水蒸気ボイラであって、ボイラ通路３３ａを通過する排気ガスと作動流体としての水あるいは水蒸気との熱交換によって、高温の水蒸気を発生するようになっている。すなわち、排熱回収ボイラ４は、排気ガスが有する排熱を、水蒸気の熱として回収するようになっている。

蓄熱部５は、蓄熱材貯留部５１と、熱交換部５２と、を備えている。蓄熱材貯留部５１には、周知の蓄熱材（例えばＮａＮＯ₂−ＮａＯＨ混合塩、ＮａＮＯ₃−ＮａＯＨ混合塩、ＬｉＯＨ−ＮａＯＨ混合塩、ＫＯＨ−ＮａＯＨ混合塩、等）が貯留されている。この蓄熱材貯留部５１は、排気ガスが有する排熱が蓄熱材に蓄熱されるように、蓄熱通路３３ｂに介装されている。熱交換部５２は、蓄熱材貯留部５１内の蓄熱材が放熱する際に、当該蓄熱材と上述の作動流体との熱交換によって、高温の水蒸気を発生するようになっている。

排熱利用部６は、バッチ式焼成炉２における焼成対象であるセラミックス成型体を乾燥するための温風乾燥機であって、排熱回収ボイラ４や蓄熱部５における熱交換部５２にて発生した高温の水蒸気の熱を用いて熱風を発生させ、かかる熱風によって上述の成型体を乾燥するようになっている。

＜＜作動流体供給通路＞＞
蒸気供給通路７の上流側は、排熱回収ボイラ４を通るボイラ通路７１と、蓄熱部５（熱交換部５２）を通る蓄熱通路７２と、に分岐するようになっている。すなわち、排熱回収ボイラ４と、蓄熱部５における熱交換部５２とは、蒸気供給通路７によって並列に接続されている。

ボイラ通路７１と蓄熱通路７２との合流後の、蒸気供給通路７は、排熱利用部６と接続されている。そして、排熱回収ボイラ４や蓄熱部５における熱交換部５２にて発生した高温の水蒸気が、蒸気供給通路７を介して、温風乾燥機である排熱利用部６に供給されるようになっている。

＜＜切換部＞＞
回収動作制御部８は、下記のように、排気ガスや水蒸気を流動させるためのファンや、これらの流動状態を制御する（切り換える）ためのバルブ等を備えている。すなわち、回収動作制御部８は、排熱回収ボイラ４や蓄熱部５への排気ガスの供給状態（排熱回収通路３３からボイラ通路３３ａと蓄熱通路３３ｂとに分岐する位置における排気ガスの流動・分配状態）や、これらにおける排熱回収・蓄熱動作状態を制御するように、以下のように構成されている。

メイン排気通路３１における、排熱回収通路３３との分岐位置よりも上流側には、排気流動ファン８１ａが介装されている。また、ボイラ通路３３ａにおける、排熱回収ボイラ４よりも下流側には、排気流動ファン８１ｂが介装されている。さらに、蓄熱通路３３ｂにおける、蓄熱部５（蓄熱材貯留部５１）よりも下流側には、排気流動ファン８１ｃが介装されている。

排熱回収通路３３における、ボイラ通路３３ａと蓄熱通路３３ｂとの分岐位置よりも上流側には、バルブ８２ａが介装されている。また、ボイラ通路３３ａにおける、排熱回収ボイラ４よりも上流側には、バルブ８２ｂが介装されている。さらに、蓄熱通路３３ｂにおける、蓄熱部５（蓄熱材貯留部５１）よりも上流側には、バルブ８２ｃが介装されている。

蒸気供給通路７における、ボイラ通路７１と蓄熱通路７２との合流後の位置には、蒸気送出ファン８３が介装されている。この蒸気送出ファン８３は、排熱回収ボイラ４や蓄熱部５における熱交換部５２にて発生した高温の水蒸気を、排熱利用部６に向けて送出するようになっている。

ボイラ通路７１には、バルブ８４ａが介装されている。また、蓄熱通路７２には、バルブ８４ｂが介装されている。

＜第一の実施形態のシステムの動作の概要＞
以下、図１に示されているシステム１の動作について説明する。

＜＜排熱非回収時＞＞
排熱回収を行わない場合、バルブ８２ａが閉じられ、排気流動ファン８１ｂ及び８１ｃは停止される。すると、排気ガスの全量が、排気流動ファン８１ａによって煙突３２に送られ、大気中に放出される。

＜＜排熱回収時：必要熱量＜排熱量＞＞
バッチ式焼成炉２における焼成プロセスの中期、すなわち、バッチ式焼成炉２における焼成温度がピーク付近に達している時点やその前後においては、排熱利用部６における必要熱量よりも、バッチ式焼成炉２における発生熱量（すなわち排熱量）の方が多い。

この場合、排気流動ファン８１ａ、８１ｂ、及び８１ｃが駆動されるとともに、バルブ８２ａ、８２ｂ、及び８２ｃが開かれる。これにより、排気ガスが排熱回収通路３３に導入される。また、蒸気送出ファン８３が駆動され、バルブ８４ａが開かれる。一方、バルブ８４ｂは閉じられる。

ここで、バルブ８２ｂの開度や、排気流動ファン８１ｂの駆動の状態は、排熱利用部６における必要熱量に応じて変更される。すなわち、必要熱量が比較的多いときは、排気流動ファン８１ｂが駆動されるとともに、バルブ８２ｂの開度が大きくされる。一方、必要熱量が少ないときはバルブ８２ｂの開度は小さくされる。必要熱量がゼロであるときは、バルブ８２ｂが閉じられるとともに、排気流動ファン８１ｂは停止される。

バルブ８２ｂが開かれ排気流動ファン８１ｂが駆動されている場合、排熱回収ボイラ４にて排熱が回収されて、高温の水蒸気が蒸気供給通路７を介して排熱利用部６に供給される。これにより、排熱の一部が、排熱利用部６にて再利用される。余剰分の排熱は、蓄熱部５における蓄熱材貯留部５１内の蓄熱材に蓄熱される。

排熱回収通路３３に導入された排気ガスは、排熱回収ボイラ４あるいは蓄熱部５（蓄熱材貯留部５１）を経た後、煙突３４によって大気中に放出される。

＜＜排熱回収時：必要熱量≧排熱量＞＞
バッチ式焼成炉２における焼成プロセスの初期や終期においては、当該バッチ式焼成炉２における発生熱量が小さいため、排熱利用部６における必要熱量が排熱量よりも多くなる。

この場合、排気流動ファン８１ａ及び８１ｂが駆動されるとともに、バルブ８２ａ及び８２ｂが開かれる。また、蒸気送出ファン８３が駆動され、バルブ８４ａ及び８４ｂが開かれる。一方、バルブ８２ｃが閉じられ、排気流動ファン８１ｃは停止される。

すると、排熱回収ボイラ４側に排気ガスが集中的に流されることで、排熱回収ボイラ４にて比較的少量ながら高温の水蒸気が発生する。これとともに、蓄熱部５における熱交換部５２にて、蓄熱材との熱交換によって高温の水蒸気が多量に発生する。すなわち、蓄熱部５における蓄熱材貯留部５１内の蓄熱材から熱が放出され、この熱が高温の水蒸気に回収される。そして、排熱回収ボイラ４及び蓄熱部５（熱交換部５２）にて発生した水蒸気が蒸気供給通路７を介して排熱利用部６に供給される。

＜＜排熱回収方法＞＞
このように、本システム１を用いることで、以下のような排熱回収方法が実施され得る。

蓄熱部５及び排熱回収ボイラ４への排熱（排気ガス）の供給状態が、バッチ式焼成炉２における排熱の発生量、及び、排熱利用部６における必要熱量に応じて制御される。

これにより、発生排熱量が必要熱量よりも多い場合は、排熱利用部６にて利用される必要熱量を超える余剰分の排熱が、蓄熱部５（蓄熱材貯留部５１内の蓄熱材）に蓄熱される。一方、発生排熱量が必要熱量よりも少ない場合は、蓄熱部５から熱が放出され、排熱利用部６に供給される。すなわち、排熱利用部６における不足分の熱量が、蓄熱部５から補充される。

＜第一の実施形態による効果＞
上述のように、本実施形態によれば、バッチ式焼成炉２における発生排熱量が排熱利用部６における必要熱量よりも多い場合に、当該必要熱量を超える余剰分の排熱が、蓄熱部５に蓄熱される。そして、発生排熱量が必要熱量よりも少ない場合に、蓄熱部５から熱が放出されて、排熱利用部６に供給され、排熱利用部６における不足分の熱量が補充される。

これにより、例えば、バッチ式焼成炉２における焼成プロセスの複数のサイクルが連続して実行される場合、一サイクル当たりの排熱量総量が排熱利用部６における必要熱量の一サイクルに要する時間分の熱量総量より多い場合は、仮想的に、排熱利用部６における必要熱量に見合った熱量が連続的に排熱利用部６に供給されることとなる。

したがって、本実施形態によれば、排熱量の時間的変動が大きいバッチ式焼成炉２における排熱を、高い効率で回収することができる。また、他の熱源による排熱利用部６への熱量の補充の必要性が、可及的に軽減される。

＜第二の実施形態＞
図２は、本発明の他の実施形態である排熱回収システム１の全体構成を示す概略図である。なお、本実施形態における、上述の第一の実施形態と同様の構成及び機能を有する要素については、図２において図１と同様の符号を付するとともに、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の第一の実施形態における説明が適宜援用されるものとする（後述の第三以降の実施形態や変形例についても同様である）。以下、図２を参照しつつ、本実施形態のシステム１の構成及び動作について説明する。

＜＜構成＞＞
本実施形態のシステム１は、２つのバッチ式焼成炉２、２’から排熱を回収するようになっている。具体的には、バッチ式焼成炉２、２’には、それぞれ、メイン排気通路３１、３１’が接続されている。メイン排気通路３１’の末端は、煙突３２’と接続されている。

メイン排気通路３１、３１’には、それぞれ、排気流動ファン８１ａ、８１ａ’が介装されている。また、これらのメイン排気通路３１、３１’から分岐する分岐回収通路３３ｃ、３３ｄには、それぞれ、バルブ８２ａ、８２ａ’が介装されている。これらの分岐回収通路３３ｃ、３３ｄは、ボイラ通路３３ａ及び蓄熱通路３３ｂと接続されている。

＜＜動作＞＞
図２に示されているシステム１の各部の動作は、上述の第一の実施形態と同様である。

ここで、例えば、バッチ式焼成炉２、２’のそれぞれにおいて、複数のサイクルが連続して実行されるとともに、両者のスケジュールが半周期ずれた状態で設定されているものと仮定する。

この場合、バッチ式焼成炉２における排熱量が多いときはバッチ式焼成炉２’における排熱量が少なく、逆にバッチ式焼成炉２における排熱量が少ないときはバッチ式焼成炉２’における排熱量が多くなる。よって、この場合、２つのバッチ式焼成炉２、２’からの排熱量を総合的にみれば、発生排熱量が排熱利用部６における必要熱量以下の状態である時間的割合が小さくなる。

よって、この場合、蓄熱部５から熱が放出されて排熱利用部６に供給されることで当該排熱利用部６における不足分の熱量が補充される割合が、上述の第一の実施形態の場合よりも小さくなる。したがって、蓄熱部５の容量を小さくすることが可能になる。

＜第三の実施形態＞
図３は、本発明のさらに他の実施形態である排熱回収システム１の全体構成を示す概略図である。以下、図３を参照しつつ、本実施形態のシステム１の構成及び動作について説明する。

＜＜構成＞＞
本実施形態のシステム１においては、上述の各実施形態とは異なり、排気通路３はメイン排気通路３１のみからなり、当該排気通路３は煙突３２に接続されている。また、回収動作制御部８は、蒸気供給通路７に介装された蒸気送出ファン８３並びにバルブ８４ａ及び８４ｂと、オイルポンプ８５ａ及び８５ｂと、バルブ８６ａ及び８６ｂと、を備えている。

オイルポンプ８５ａ及び８５ｂと、バルブ８６ａ及び８６ｂとは、オイル循環通路９０に介装されている。オイル循環通路９０は、中間流体としてのオイルの循環通路であって、その途中で、排熱回収ボイラ４を通るボイラ通路９０ａと、蓄熱部５を通る蓄熱通路９０ｂと、に分岐するようになっている。

ボイラ通路９０ａにおける排熱回収ボイラ４よりも下流側には、オイルポンプ８５ａが介装されている。蓄熱通路９０ｂにおける蓄熱部５よりも下流側には、オイルポンプ８５ｂが介装されている。ボイラ通路９０ａにおける排熱回収ボイラ４よりも上流側には、バルブ８６ａが介装されている。蓄熱通路９０ｂにおける蓄熱部５よりも上流側には、バルブ８６ｂが介装されている。

オイル循環通路９０における、ボイラ通路９０ａと蓄熱通路９０ｂとの合流後の位置には、オイルを貯留するためのオイルタンク９１が設けられている。また、オイル循環通路９０における、ボイラ通路９０ａと蓄熱通路９０ｂとの分岐前の位置には、中間回収部９２が設けられている。この中間回収部９２は、排気通路３（メイン排気通路３１）に介装されていて、排気ガスとオイルとの熱交換によって排気ガス中の排熱をオイルに回収するようになっている。

上述のように、本実施形態においては、排熱回収ボイラ４は、オイルとの熱交換によって高温の水蒸気を発生させることで当該水蒸気に排熱を回収させるようになっている。また、蓄熱部５は、オイルを介して供給された排熱を蓄熱するようになっている。さらに、排熱回収ボイラ４と蓄熱部５とが、オイル循環通路９０によって並列に接続されている。そして、オイルポンプ８５ａ及び８５ｂ、並びにバルブ８６ａ及び８６ｂは、オイル循環通路９０における、排熱回収ボイラ４に向かうボイラ通路９０ａと蓄熱部５に向かう蓄熱通路９０ｂとが分岐する位置の、オイルの流動状態を制御するように、構成及び配置されている。

＜＜排熱回収動作：必要熱量＜排熱量＞＞
排熱利用部６における必要熱量よりも、バッチ式焼成炉２における発生熱量（すなわち排熱量）の方が多い場合、バルブ８６ａ及び８６ｂが開かれるとともに、オイルポンプ８５ａ及び８５ｂが駆動される。すると、中間回収部９２にて排気ガスとの熱交換によって排熱を回収したオイルが、排熱回収ボイラ４及び蓄熱部５に供給される。また、蒸気送出ファン８３が駆動され、バルブ８４ａが開かれる。一方、バルブ８４ｂは閉じられる。

ここで、バルブ８６ａの開度やオイルポンプ８５ａの駆動の状態は、排熱利用部６における必要熱量に応じて変更される。すなわち、必要熱量が比較的多いときはオイルポンプ８５ａが駆動されるとともにバルブ８６ａの開度が大きくされる。一方、必要熱量が少ないときはバルブ８６ａの開度は小さくされる。必要熱量がゼロであるときは、バルブ８６ａが閉じられるとともにオイルポンプ８５ａも停止される。

バルブ８６ａが開かれている場合、排熱回収ボイラ４にて排熱が回収されて、高温の水蒸気が蒸気供給通路７を介して排熱利用部６に供給される。これにより、排熱の一部が、排熱利用部６にて再利用される。余剰分の排熱は、上述のように、蓄熱部５における蓄熱材貯留部５１内の蓄熱材に蓄熱される。

＜＜排熱回収動作：必要熱量≧排熱量＞＞
排熱利用部６における必要熱量が排熱量よりも多い場合、バルブ８６ａが開かれるとともにオイルポンプ８５ａも駆動される。一方、バルブ８６ｂが閉じられるとともに、オイルポンプ８５ｂは停止される。

すると、中間回収部９２を経たオイルが排熱回収ボイラ４側に集中的に流されることで、排熱回収ボイラ４にて比較的少量ながら高温の水蒸気が発生する。これとともに、蓄熱部５における熱交換部５２にて、蓄熱材との熱交換によって高温の水蒸気が多量に発生する。すなわち、蓄熱部５における蓄熱材貯留部５１内の蓄熱材から熱が放出され、この熱が高温の水蒸気に回収される。そして、排熱回収ボイラ４及び蓄熱部５（熱交換部５２）にて発生した水蒸気が蒸気供給通路７を介して排熱利用部６に供給される。

＜＜効果＞＞
本実施形態においては、上述の第一及び第二の実施形態とは異なり、排気通路３が簡略化される一方で、排気ガスから排熱を回収するためのオイル循環通路９０が設けられる。このオイル循環通路９０は、排気通路３よりも細い配管で構成されるとともに、介装される機器（バルブやポンプ等）も比較的小型のものが用いられる。したがって、システム装置構成がより簡略化され、システム構築が容易となる。

＜第四の実施形態＞
図４は、本発明のさらに他の実施形態である排熱回収システム１の全体構成を示す概略図である。以下、図４を参照しつつ、本実施形態のシステム１の構成及び動作について説明する。

＜＜構成＞＞
本実施形態のシステム１の構成は、図３に示されている第三の実施形態の構成を若干変更したものである。具体的には、本実施形態においては、蓄熱部５は蓄熱材貯留部５１のみを有している（図３における熱交換部５２は省略されている）。これに伴い、蒸気供給通路７はボイラ通路７１のみからなり、図３における蓄熱通路７２及びこれに介装されたバルブ８４ｂが省略されている。

また、本実施形態においては、オイルポンプ８５ｂは、オイルの送出方向が逆転可能に構成されている。さらに、ボイラ通路９０ａと蓄熱通路９０ｂとが分岐する位置よりも上流側（中間回収部９２側）にはバルブ８７が介装されていて、ボイラ通路９０ａと蓄熱通路９０ｂとが合流する位置よりも下流側（オイルタンク９１側）にはバルブ８８が介装されている。加えて、オイルタンク９１と中間回収部９２との間には、オイルタンク９１内のオイルを中間回収部９２に送出するためのメインオイルポンプ８９が介装されている。

すなわち、本実施形態においては、蓄熱部５から熱を放出させる際に蓄熱部５と排熱回収ボイラ４との間でオイルを循環させるように、オイルポンプ８５ａ及び８５ｂ、並びにバルブ８７及び８８が構成及び配置されている。

＜＜排熱回収動作：必要熱量＜排熱量＞＞
排熱利用部６における必要熱量よりも、バッチ式焼成炉２における発生熱量（すなわち排熱量）の方が多い場合、オイルポンプ８５ａ、８５ｂ、及び８９が駆動されるとともに、バルブ８６ａ、８６ｂ、８７、及び８８が開かれる。また、オイルポンプ８５ｂは、オイルを蓄熱部５からオイルタンク９１に向けて送出する方向に駆動される。すると、中間回収部９２にて排気ガスとの熱交換によって排熱を回収したオイルが、排熱回収ボイラ４及び蓄熱部５に供給される。また、蒸気送出ファン８３が駆動され、バルブ８４ａが開かれる。

ここで、バルブ８６ａの開度やオイルポンプ８５ａの駆動の状態は、上述の第三の実施形態と同様に、排熱利用部６における必要熱量に応じて変更される。

＜＜排熱回収動作：必要熱量≧排熱量＞＞
排熱利用部６における必要熱量が排熱量よりも多い場合であって、排熱量が最低レベル近傍までは低くないときは、オイルポンプ８５ａ及び８９が駆動されるとともに、すべてのバルブが開かれる。一方、オイルポンプ８５ｂは「逆転」される。すなわち、オイルポンプ８５ｂは、オイルを蓄熱部５からボイラ通路９０ａと蓄熱通路９０ｂとが分岐する位置に向けて送出する方向に駆動される。

すると、中間回収部９２を経たオイルと、蓄熱部５にて放出された熱を受け取ったオイルとが、排熱回収ボイラ４に集中的に流されることで、排熱回収ボイラ４にて高温の水蒸気が発生する。この水蒸気は、蒸気供給通路７を介して、排熱利用部６に供給される。

一方、排熱量が最低レベル近傍にあって、中間回収部９２にて排気ガスから良好に排熱が回収されないときは、メインオイルポンプ８９が停止されるとともに、バルブ８７及び８８が閉じられる。この状態で、バルブ８６ａ及び８６ｂが開かれつつ、オイルポンプ８５ａが駆動され、オイルポンプ８５ｂは上述のように「逆転」される。

すると、ボイラ通路９０ａと蓄熱通路９０ｂとによって形成される小さなオイル循環経路内にて、オイルが循環されつつ、蓄熱部５から熱が放出される。これにより、蓄熱部５にて放出された熱を受け取ったオイルが排熱回収ボイラ４に流され、排熱回収ボイラ４にて高温の水蒸気が発生し、この水蒸気が蒸気供給通路７を介して排熱利用部６に供給される。

＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の各実施形態は、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた、本発明の代表的な具現化の形態が単に例示的に記述されているものにすぎない。よって、本発明は、もとより、上述の各実施形態の個々にて開示された具体的な構成・態様に何ら限定されるものではない。したがって、上述の実施形態に対しては、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは当然である。

以下、変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。例えば、複数の実施形態や変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得ることは、いうまでもない。

本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記の変形例の記載に基づいて、限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、発明の保護及び利用を目的とする特許法の目的に反し、許されない。

（１）作動流体は、水あるいは水蒸気に限定されず、例えば、空気であってもよいし、オイルあるいはその蒸気であってもよい。同様に、中間流体も、オイルに限定されない。

（２）バッチ式焼成炉２は、３つ以上設けられ得る。また、排熱利用部６も、複数設けられ得る。

排熱利用部６の種類も、乾燥機に限定されない。例えば、排熱利用部６として、空調用チラー等が用いられ得る。複数の排熱利用部６が設けられる場合、異なる種類のものが混在していても差し支えない。

（３）図１等に示されている蓄熱部５の構成は、あくまでその概略（あるいは機能）を示すものである。したがって、蓄熱部５は、図示されている通りの構造、すなわち、蓄熱材貯留部５１と熱交換部５２とが二分割されて互いに隣接している構造に何ら限定されるものではない。

（４）図１等に示されている構成において、排熱量が多く且つ必要熱量も多い場合、蓄熱部５にて、蓄熱材貯留部５１による蓄熱と熱交換部５２による水蒸気への排熱回収とが同時に行われるようにしてもよい。すなわち、蓄熱部５は、水蒸気への排熱回収と蓄熱材への蓄熱とが同時に行われるように構成されていてもよい。

（５）図３、４において、中間流体であるオイルの循環通路及びオイルタンク等の機器は、目的とするオイルの循環機能を満たす範囲において種々の変形が可能である。例えば、オイルタンク９１は必要に応じて循環通路中に複数設けられ得るし、図４におけるメインオイルポンプ８９は、図３のシステム１にも設けられ得る。

（６）図５は、図１等に示されているシステム１の一つの変形例を示す概略構成図である。図５に示されているように、システム１には、その全体の動作を制御するための中央制御盤１０１が設けられていてもよい。

中央制御盤１０１は、バッチ式焼成炉２の動作を制御するための焼成炉制御盤１０２、排熱利用部６の動作を制御するための利用部制御盤１０３、及び上述のバルブ、ファン、ポンプ類と、電気的に接続されている。バッチ式焼成炉２や排熱利用部６が複数ある場合、それぞれに焼成炉制御盤１０２や利用部制御盤１０３が設けられていてもよい。あるいは、複数のバッチ式焼成炉２の動作を統合的に制御するように、焼成炉制御盤１０２が設けられていてもよい。同様に、複数の排熱利用部６の動作を統合的に制御するように、利用部制御盤１０３が設けられていてもよい。

中央制御盤１０１は、焼成炉制御盤１０２からバッチ式焼成炉２の動作スケジュール情報や排熱発生量情報を焼成炉制御盤１０２から取得するとともに、排熱利用部６の動作スケジュール情報や必要熱量情報を利用部制御盤１０３から取得するようになっている。また、この中央制御盤１０１は、取得した各種情報に基づいて、上述のバルブ、ファン、ポンプ類の動作を制御するようになっている。

かかる構成においては、中央制御盤１０１は、焼成炉制御盤１０２や利用部制御盤１０３から取得した各種情報に基づいて、排熱回収ボイラ４や蓄熱部５にて適切な排熱の回収・蓄熱動作が行われるように、上述のバルブ、ファン、ポンプ類の動作を制御する。これにより、バッチ式焼成炉２や排熱利用部６の稼働状況（の変動）に応じた排熱の適切な回収・蓄熱が、良好に行われ得る。

（７）その他、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されているものは、上述の実施形態・実施例や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能な、いかなる構造をも含む。

本発明の一実施形態である排熱回収システムの全体構成を示す概略図である。 本発明の他の実施形態である排熱回収システムの全体構成を示す概略図である。 本発明のさらに他の実施形態である排熱回収システムの全体構成を示す概略図である。 本発明のさらに他の実施形態である排熱回収システムの全体構成を示す概略図である。 図１等に示されている排熱回収システムの一つの変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１…システム ２…バッチ式焼成炉
３…排気通路 ３１…メイン排気通路 ３３…排熱回収通路
３３ａ…ボイラ通路 ３３ｂ…蓄熱通路 ４…排熱回収ボイラ
５…蓄熱部 ５１…蓄熱材貯留部 ５２…熱交換部
６…排熱利用部 ７…蒸気供給通路 ８…回収動作制御部
８１ａ〜８１ｃ…排気流動ファン ８２ａ〜８２ｃ…バルブ
８３…蒸気送出ファン ８４ａ・８４ｂ…バルブ
８５ａ・８５ｂ…オイルポンプ ８６ａ〜８８…バルブ
９０…オイル循環通路 ９０ａ…ボイラ通路 ９０ｂ…蓄熱通路
９１…オイルタンク ９２…中間回収部

Claims (7)

1. バッチ式焼成炉の排気ガスが有する排熱を回収する、バッチ式焼成炉の排熱回収システムであって、
   前記排熱を所定の作動流体に回収する、排熱回収部と、
   前記作動流体の供給通路を介して前記排熱回収部と接続されていて、当該供給通路を介して供給された前記作動流体の熱によって所定の処理操作を行う、排熱利用部と、
   前記排熱を蓄熱するための所定の蓄熱材を備えた、蓄熱部と、
   前記排熱回収部及び前記蓄熱部への前記排熱の供給状態を切り換える、切換部と、
   を備えたことを特徴とする、バッチ式焼成炉の排熱回収システム。
2. 請求項１に記載の、バッチ式焼成炉の排熱回収システムにおいて、
   前記バッチ式焼成炉に接続された前記排気ガスの通路である排気通路に介装されていて、当該排気ガスと所定の中間流体との熱交換により前記排熱を前記中間流体に回収する、中間回収部と、
   前記中間回収部と接続された、前記中間流体の循環通路と、
   をさらに備え、
   前記中間流体と前記作動流体との熱交換によって当該作動流体に前記排熱を回収する前記排熱回収部は、前記蓄熱部と、前記中間流体の前記循環通路によって並列に接続され、
   当該循環通路における、前記排熱回収部に向かう通路と前記蓄熱部に向かう通路とが分岐する位置の、前記中間流体の流動状態を制御するように、前記切換部が構成及び配置されていることを特徴とする、バッチ式焼成炉の排熱回収システム。
3. 請求項２に記載の、バッチ式焼成炉の排熱回収システムにおいて、
   前記蓄熱部から熱を放出させる際に当該蓄熱部と前記排熱回収部との間で前記中間流体を循環させるように、前記中間流体の前記循環通路に介装された、中間流体循環部をさらに備えたことを特徴とする、バッチ式焼成炉の排熱回収システム。
4. 請求項１に記載の、バッチ式焼成炉の排熱回収システムであって、
   前記排熱回収部及び前記蓄熱部は、前記バッチ式焼成炉に接続された前記排気ガスの通路である排気通路によって並列に接続され、
   当該排気通路における、前記排熱回収部に向かう通路と前記蓄熱部に向かう通路とが分岐する位置の、前記排気ガスの流動状態を制御するように、前記切換部が構成及び配置されていることを特徴とする、バッチ式焼成炉の排熱回収システム。
5. 請求項１、請求項２、及び請求項４のうちのいずれか１項に記載の、バッチ式焼成炉の排熱回収システムであって、
   前記蓄熱部は、前記蓄熱材を貯留する蓄熱材貯留部と、前記作動流体と前記蓄熱材貯留部に貯留された前記蓄熱材との熱交換を行う熱交換部と、を備え、
   前記排熱回収部と前記熱交換部とは、前記作動流体の前記供給通路を介して接続されていることを特徴とする、バッチ式焼成炉の排熱回収システム。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の、バッチ式焼成炉の排熱回収システムであって、
   複数の前記バッチ式焼成炉から前記排熱を回収するように構成されたことを特徴とする、バッチ式焼成炉の排熱回収システム。
7. バッチ式焼成炉の排気ガスが有する排熱を回収する、バッチ式焼成炉の排熱回収方法であって、
   前記排熱を所定の蓄熱材に蓄熱する蓄熱部、及び、前記排熱を用いて所定の処理操作を行う排熱利用部への前記排熱の供給状態を、前記バッチ式焼成炉における前記排熱の発生量及び前記排熱利用部における必要熱量に応じて制御することで、
   前記発生量が前記必要熱量よりも多い場合は、余剰分の前記排熱を前記蓄熱部に蓄熱させ、
   前記発生量が前記必要熱量よりも少ない場合は、前記蓄熱部から熱を放出させる
   ことを特徴とする、バッチ式焼成炉の排熱回収方法。

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