JP2013139959A

JP2013139959A - 熱利用方法およびこれを利用した加熱設備

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Publication number: JP2013139959A
Application number: JP2012000236A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Taniguchi; 和樹谷口; Ken Ohashi; 憲大橋; Miki Taniguchi; 美希谷口
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-07-18

Abstract

【課題】被処理材の複数の処理を搬送中に連続的に実行する連続炉において、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱よりも高温の熱を取り出して利用できるようにする。
【解決手段】化学蓄熱材４５が収容された反応容器４１と水タンク４２とを有するケミカルヒートポンプ４０、および排気ライン２５を有する連続炉１１を備える加熱設備１０の熱利用方法において、連続炉１１の排出ガスをケミカルヒートポンプ４０の反応容器４１の反応生成物に供給し、脱水吸熱反応を進行させるように蓄熱して化学蓄熱材４５と水蒸気とを生成し、連結管路４７を通じて水タンク４２に移動した水蒸気を凝縮部４３により凝縮し、排出ガスの供給を停止し、水タンク４２の水を蒸発部４４により蒸発させて水蒸気にし、化学蓄熱材４５と水タンク４２から移動してきた水蒸気とを接触させ水和発熱反応を進行させることにより放熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱利用方法およびこれを利用した加熱設備に関するものである。

特許文献１には、連続式の工業用炉が開示されている。この炉では、被処理材を加熱し、一定温度に維持（均熱）し、冷却する一連のプロセスが、搬送ローラによって被処理材を搬送する間に実行される。

一方、工業用炉では、省エネ対策として、レキュペレータや蓄熱バーナ等が採用され、廃熱が利用されている。しかしながら、いずれの装置も燃焼用空気を廃熱温度よりも低い温度で加熱するものである。

連続炉では、加熱工程、均熱工程、および冷却工程の各工程における処理が与えられた時間内、すなわち搬送ライン上の被処理材が各工程のために割り当てられた領域を移動する時間内に実行されることが要求される。加熱工程のために与えられた時間が極めて短時間である場合もあり得る。しかしながら、連続炉の加熱工程において、省エネを実行しつつ被処理材をできるだけ短時間で加熱するために、燃焼バーナの数を増加させることなくレキュペレータや蓄熱バーナ等を採用した場合、昇温能力において限界が生じる場合があった。

特公昭６１−１６９１０号公報

本発明は、被処理材の複数の処理を搬送中に連続的に実行する連続炉において、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱よりも高温の熱を取り出して利用できるようにすることを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の熱利用方法は、化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応容器と、該反応容器と連結管路により連結され前記水蒸気を凝縮させる凝縮部および該凝縮部で凝縮した水を蒸発させる蒸発部が設けられた水タンクとを有するケミカルヒートポンプと、加熱工程および冷却工程を実行可能な連続炉、および該連続炉と前記ケミカルヒートポンプの反応容器とを連結し前記連続炉の炉気を排出ガスとして排気する排気ラインを備える加熱設備の熱利用方法において、前記連続炉の前記排出ガスを前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物に供給し、前記脱水吸熱反応を進行させるように蓄熱して前記化学蓄熱材と前記水蒸気とを生成し、前記連結管路を通じて前記水タンクに移動した前記水蒸気を前記凝縮部により凝縮し、前記排出ガスの供給を停止し、前記水タンクの水を前記蒸発部により蒸発させて水蒸気にし、前記化学蓄熱材と前記水タンクから移動してきた水蒸気とを接触させ前記水和発熱反応を進行させることにより放熱するようにした。

この方法によれば、連続炉の廃熱をケミカルヒートポンプの化学蓄熱材の反応生成物に蓄熱して脱水吸熱反応により化学蓄熱材と水蒸気とを生成し、連結管路を通じて水タンクに移動した水蒸気を凝縮部で凝縮させて水にした後、水タンクの水を蒸発部で蒸発させて水蒸気にし、化学蓄熱材と水タンクから移動してきた水蒸気とを接触させ水和発熱反応を進行させることができる。その際、化学蓄熱材の水和発熱反応を進行させるために投入した熱よりも高温の熱を利用できる。そして、排出ガスの廃棄による熱エネルギー損失を大幅に低減し、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。

前記課題を解決するための手段として、本発明の熱利用方法を利用した加熱設備は、化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応容器と、該反応容器と連結管路により連結され前記水蒸気を凝縮させる凝縮部および該凝縮部で凝縮した水を蒸発させる蒸発部が設けられた水タンクとを有するケミカルヒートポンプと、加熱工程および冷却工程を実行可能な連続炉と、前記連続炉に設けられ、前記連続炉の炉気を排出ガスとして排気する排気ラインと、前記排気ラインから分岐し、前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物と前記排出ガスとの間で熱交換可能な排出ガス用熱交換部を有する開閉可能な熱交換ラインとを備え、前記連続炉の前記排出ガスを前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物に供給し、前記脱水吸熱反応を進行させるように蓄熱して前記化学蓄熱材と前記水蒸気とを生成し、前記連結管路を通じて前記水タンクに移動した前記水蒸気を前記凝縮部により凝縮し、前記排出ガスの供給を停止し、前記水タンクの水を前記蒸発部により蒸発させて水蒸気にし、前記化学蓄熱材と前記水タンクから移動してきた水蒸気とを接触させ前記水和発熱反応を進行させることにより放熱するようにした。

この構成によれば、連続炉の排気ラインの排出ガスを熱交換ラインを開放して流入させ、連続炉の廃熱を排出ガス用熱交換部を介してケミカルヒートポンプの化学蓄熱材の反応生成物に蓄熱して脱水吸熱反応により化学蓄熱材と水蒸気とを生成し、連結管路を通じて水タンクに移動した水蒸気を凝縮部で凝縮させて水にした後、連続炉の排気ラインの排出ガスを熱交換ラインを閉止して流入を阻止し、水タンクの水を蒸発部で蒸発させて水蒸気にし、化学蓄熱材と水タンクから移動してきた水蒸気とを接触させ水和発熱反応を進行させることができる。その際、化学蓄熱材の水和発熱反応を進行させるために投入した熱よりも高温の熱を利用できる。そして、熱の廃棄によるエネルギー損失を大幅に低減し、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。

前記ケミカルヒートポンプは前記熱交換ラインがそれぞれ設けられた少なくとも２つの前記反応容器を備え、個々の前記反応容器は、前記化学蓄熱材が前記排出ガスから吸熱する蓄熱モード、および前記化学蓄熱材が被加熱媒体に放熱する放熱モードを繰り返し、前記少なくとも２つの反応容器のうち、少なくとも１つの前記反応容器は前記蓄熱モードを実行し、残りの前記反応容器のうちの少なくとも１つの前記反応容器は前記放熱モードを実行することが好ましい。この構成によれば、連続炉において、ケミカルヒートポンプで発熱した熱を連続的に利用することができる。

一端に送風機が設けられるとともに他端が熱供給部に接続され、前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物と内部を流通する前記被加熱媒体との間で熱交換可能な被加熱媒体用熱交換部を有する熱供給ラインを備え、前記ケミカルヒートポンプの放熱時、前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物と熱交換した前記熱供給ラインの被加熱媒体を前記熱供給部に供給することが好ましい。この構成によれば、ケミカルヒートポンプの放熱時、ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物の熱を被加熱媒体用熱交換部を介して移動させて熱供給ラインの被加熱媒体を加熱でき、加熱された被加熱媒体を熱供給部に供給することができる。

前記熱供給部は前記連続炉であることが好ましい。この構成によれば、連続炉での加熱に必要なエネルギーを節約することができる。

前記連結管路に開閉弁を設けることが好ましい。この構成によれば、凝縮部で水を凝縮させた後、連結管路の開閉弁を閉弁することにより、水タンクの水が蒸発して反応容器に流入することを阻止することができ、連続炉の廃熱を長期間保存可能に蓄熱できる。そして、連結管路の開閉弁を開弁して水タンクの水を蒸発させ水蒸気を反応容器に流入させることにより、蓄熱後の所望の時点で放熱できる。

前記水タンクの水が水蒸気になるときの気化熱によって、前記冷却工程を実行する前記連続炉の冷却帯を冷却することが好ましい。この構成によれば、気化熱が奪われた水タンクの水を利用して、追加の冷却装置を設けることなく連続炉の冷却帯を冷却することができる。

本発明によれば、連続炉の廃熱をケミカルヒートポンプの化学蓄熱材の反応生成物に蓄熱して脱水吸熱反応により化学蓄熱材と水蒸気とを生成し、連結管路を通じて水タンクに移動した水蒸気を凝縮部で凝縮させて水にした後、水タンクの水を蒸発部で蒸発させて水蒸気にし、化学蓄熱材と水タンクから移動してきた水蒸気とを接触させ水和発熱反応を進行させることができる。その際、化学蓄熱材の水和発熱反応を進行させるために投入した熱よりも高温の熱を利用できる。そして、排出ガスの廃棄による熱エネルギー損失を大幅に低減し、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。

本発明にかかる熱利用方法を利用した第１実施形態の加熱設備を示す図。蓄熱工程および放熱工程における化学反応を示す図。第１実施形態の連続炉において被処理物が熱処理されるヒートパターンを示す図。本発明にかかる熱利用方法を利用した第２実施形態の加熱設備を示す図。第２実施形態の連続炉において被処理物が熱処理されるヒートパターンを示す図。本発明にかかる熱利用方法を利用した第３実施形態の加熱設備を示す図。本発明の第１実施形態の変形例を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明にかかる熱利用方法を利用した第１実施形態の加熱設備１０を示す。この加熱設備１０は、連続炉１１とケミカルヒートポンプ４０とを備えている。

連続炉１１は、加熱工程を実行する加熱帯１２、均熱工程を実行する均熱帯１３、および冷却工程を実行する冷却帯１４を備えている。加熱帯１２の均熱帯１３と反対側が搬入口１５であり、冷却帯１４の均熱帯１３と反対側が搬出口１６である。搬入口１５、加熱帯１２と均熱帯１３の間、均熱帯１３と冷却帯１４の間、および搬出口１６にはそれぞれ可動扉１７，１８，１９，２０が設けられている。可動扉１７，１８，１９，２０は、閉まった状態に維持されており、ローラー式コンベア（図示せず）等によって搬送される被処理物Ｗの通過時のみ開くようになっている。

連続炉１１の加熱帯１２および均熱帯１３には、供給口２１を介して内部に直接開口した燃焼空気を供給する空気ノズル（熱供給部）２２が設けられている。空気ノズル２２には、後述するファン（空気供給源）５２が接続されている。空気ノズル２２には、連続炉１１の内部に燃料を供給する燃料ノズル２３が設けられている。燃料ノズル２３には、燃料供給源（図示せず）が接続されている。

連続炉１１の加熱帯１２には排気ライン２５が設けられ、排気ライン２５の端部に排出口２４が設けられている。均熱帯１３には、均熱帯１３と排気ライン２５とを連通する連通ライン２５’が設けられている。排気ライン２５には、排気ライン２５から分岐して排気ライン２５の下流側で合流する流量調節ライン２５''が設けられている。流量調節ライン２５''には、流量調節弁１０３が設けられている。排気ライン２５には、排気ライン２５から分岐し、該分岐点の下流で合流する２つの取出ライン（熱交換ライン）２６Ａ，２６Ｂが設けられている。取出ライン２６Ａ，２６Ｂの一端および他端には、弁２７Ａ，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｂが設けられている。取出ライン２６Ａ，２６Ｂには、第１熱交換部（排出ガス用熱交換部）２８Ａ，２８Ｂが設けられている。第１熱交換部２８Ａ，２８Ｂは、ケミカルヒートポンプ４０の反応容器４１Ａ，４１Ｂの内部に配置されている。

連続炉１１の冷却帯１４には、冷却媒体（熱媒体）を導入する冷却媒体導入部２９および冷却媒体を排出する冷却媒体排出部３０が設けられている。冷却媒体導入部２９の一端にはファン３４が設けられ、他端は冷却帯１４に連結されている。冷却媒体導入部２９には弁３５が設けられている。

ケミカルヒートポンプ４０は、反応容器４１Ａ，４１Ｂと水タンク４２とを備えている。

反応容器４１Ａ，４１Ｂには、化学蓄熱材４５Ａ，４５Ｂが収容されている。本実施形態における化学蓄熱材４５Ａ，４５Ｂは、酸化カルシウムであるが、酸化マグネシウム等、ケミカルヒートポンプに使用されるいかなる化学蓄熱材であってもよい。この化学蓄熱材４５Ａ，４５Ｂは、図２に示すように、反応容器４１Ａ，４１Ｂにおいて水和する際に熱量Ｑ_Ｈを発熱（放熱）し、脱水する際に熱量Ｑ_Ｈを吸熱（蓄熱）する。化学蓄熱材４５Ａ，４５Ｂは、取出ライン２６Ａ，２６Ｂの第１熱交換部２８Ａ，２８Ｂを介して取出ライン２６Ａ，２６Ｂの内部を流通する排出ガスと熱交換できるようになっている。

水タンク４２は、反応容器４１Ａ，４１Ｂからの水蒸気を凝縮する凝縮器（凝縮部）４３と凝縮器４３からの水を蒸発させる蒸発器（蒸発部）４４とを備えている。凝縮器４３は、クーラー３８を備えている。蒸発器４４はヒーター３９を備えている。水タンク４２の凝縮器４３は、開閉弁４６Ａを有する連結管路４７Ａを介して反応容器４１Ａと連結され、開閉弁４６Ｂを有する連結管路４７Ｂを介して反応容器４１Ｂと連結されている。凝縮器４３の下部と蒸発器４４とは連通ライン４８により連結されている。連通ライン４８には、ポンプ４９および弁５０が介設されている。ポンプ４９により、凝縮器４３の水が蒸発器４４に送水されるようになっている。蒸発器４４は、開閉弁４６Ｃを有する連結管路４７Ｃを介して反応容器４１Ｂと連結され、開閉弁４６Ｄを有する連結管路４７Ｄを介して反応容器４１Ａと連結されている。

加熱設備１０には、熱供給ライン５１が設けられている。熱供給ライン５１の一端には、ファン５２が設けられている。熱供給ライン５１の他端は、加熱帯１２および均熱帯１３の空気ノズル２２に連結されている。熱供給ライン５１には、上流の熱供給ライン５１から分岐し下流の熱供給ライン５１に合流する空気取出ライン５３が設けられている。空気取出ライン５３の分岐点と合流点の間の熱供給ライン５１には、流量調節弁１０４が設けられている。空気取出ライン５３には、弁５６Ａ，５６Ｂが設けられている。空気取出ライン５３には、弁５６Ａの上流から分岐し下流側で合流する迂回ライン５４Ａと、弁５６Ｂの上流から分岐し下流側で合流する迂回ライン５４Ｂが設けられている。迂回ライン５４Ａ，５４Ｂには、ケミカルヒートポンプ４０の反応容器４１Ａ，４１Ｂの内部に配置された第２熱交換部（被加熱媒体用熱交換部）５５Ａ，５５Ｂが設けられている。また、迂回ライン５４Ａ，５４Ｂの一端および他端には、弁５７Ａ，５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｂが設けられている。

加熱設備１０には、コントローラ８０が設けられている。コントローラ８０は、弁２７Ａ，Ｂ、３５、５６Ａ，Ｂ、５７Ａ，Ｂ、開閉弁４６Ａ〜Ｄ、および、ファン３４，５２等を含む加熱設備１０（全体）の動作を制御する。

次に、本発明にかかる熱利用方法を利用した第１実施形態の加熱設備１０の動作について説明する。なお、図において、開弁している弁は白抜きで示し、閉弁している弁は黒塗りで示す。

ファン５２を起動し、空気ノズル２２および燃料ノズル２３の弁（図示せず）を開弁して連続炉１１内での燃焼を開始する。燃焼中、加熱帯１２では、空気ノズル２２および燃料ノズル２３の弁を連続的またはほぼ連続的に開弁する。これにより、炉の加熱帯１２を加熱できる。また、均熱帯１３では、空気ノズル２２および燃料ノズル２３の弁を断続的に開弁する。これにより、炉の均熱帯１３を所定温度に維持できる。加熱帯１２および均熱帯１３における燃焼の排ガス（排出ガス）は排気ライン２５に排気される。そして、冷却帯１４では、冷却媒体導入部２９のファン３４を作動させ、弁３５を開弁する。これにより、ファン３４によって送風された風を冷却帯１４内部を通過させて冷却媒体排出部３０へ排出することができる。これにより、炉の冷却帯１４を冷却できる。

連続炉１１内の温度が設定温度に到達した後、搬入口１５に被処理物Ｗを搬入する。連続炉１１の搬入口１５から搬入された被処理物Ｗは、ローラー式コンベア（図示せず）等によって所定速度で搬送され、搬出口１６から搬出される。搬送中、被処理物Ｗは、図３に示すように、加熱帯１２で所定温度まで加熱され、均熱帯１３で前記所定温度に維持され、冷却帯１４で冷却される。

図１に示す状態（前回終了時の、反応容器４１Ａが放熱モード、反応容器４１Ｂが蓄熱モードである状態から、反応容器４１Ａが蓄熱モード、反応容器４１Ｂが放熱モードである状態に切り替わった直後の状態）では、取出ライン２６Ａの弁２７Ａ，２７Ａは開弁し、取出ライン２６Ｂの弁２７Ｂ，２７Ｂは閉弁している。開閉弁４６Ａは開弁し、開閉弁４６Ｂは閉弁している。また、開閉弁４６Ｃは開弁し、開閉弁４６Ｄは閉弁している。そして、凝縮器４３のクーラー３８、蒸発器４４のヒーター３９、およびポンプ４９は作動し弁５０は開弁している。空気取出ライン５３の弁５６Ａは開弁し、弁５７Ａ，５７Ａは閉弁している。また、空気取出ライン５３の弁５６Ｂは閉弁し、弁５７Ｂ，５７Ｂは開弁している。

この状態では、取出ライン２６Ａに排ガスの一部が流入し、排ガスと反応容器４１Ａの化学蓄熱材４５Ａの反応生成物（水酸化カルシウム）とが熱交換する。その結果、ケミカルヒートポンプ４０は、化学蓄熱材４５Ａの反応生成物から、化学蓄熱材（酸化カルシウム）４５Ａと水蒸気とを生成するように蓄熱する。その際、生成された水蒸気は、連結管路４７Ａを通って凝縮器４３に流入し、クーラー３８によって凝縮され下部に貯留される。その際、図２（蓄熱）に示すように、水の凝縮によってＱ_Ｌを放出する。その後、凝縮器４３の水は、ポンプ４９によって蒸発器４４へ送られ蒸発器４４に貯留される。

一方、取出ライン２６Ｂには、排ガスの流入が遮断されている。また、蒸発器４４の水は、ヒーター３９によって加熱され、図２（放熱）に示すように、Ｑ_Ｌを吸熱して水蒸気となる。そして、水蒸気は連結管路４７Ｃを通って反応容器４１Ｂに流入する。これにより、水蒸気と反応容器４１Ｂの化学蓄熱材４５Ｂとが反応し、化学蓄熱材４５Ｂの反応生成物を生成する。具体的には、図２（放熱）に示すように、１モルの酸化カルシウムがＱ_Ｈ（＞Ｑ_Ｌ）の熱量を発熱して１モルの水酸化カルシウムを生成する。

この状態で、ファン５２を作動させると、空気（被加熱媒体）は、熱供給ライン５１および空気取出ライン５３を通って迂回ライン５４Ｂに流入し、反応容器４１Ｂ内部で発熱した化学蓄熱材４５Ｂと熱交換され加熱される。そして、加熱空気は、空気取出ライン５３および熱供給ライン５１を通って空気ノズル２２に供給される。燃料による燃焼に加熱空気を利用できることによって、連続炉１１の温度をより容易に上昇させることができ、燃料が節約できる。

所定時間経過後、反応容器４１Ａにおいて蓄熱反応が終了し、反応容器４１Ｂにおいて放熱反応が終了すると、反応容器４１Ａを放熱モード、反応容器４１Ｂを蓄熱モードに切り替える。すなわち、弁３５，５０、空気ノズル２２、および燃料ノズル２３を除く全ての弁の開閉状態を逆にする。そして、再びそれぞれの反応が終了後、前記弁の開閉状態を再び逆にする。これを繰り返すことにより、反応容器４１Ａ，４１Ｂは、それぞれ、蓄熱モードおよび放熱モードを繰り返すことができる。したがって、反応容器４１Ａ，４１Ｂのうちの一方が蓄熱モードとなり他方が放熱モードとなるように、加熱設備１０を連続的に稼働させることができる。これにより、連続炉１１における被処理物Ｗの連続処理を実現できる。その際、排出ガスの廃棄による熱エネルギー損失を大幅に低減し、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。

本発明によれば、連続炉１１の排気ライン２５の排出ガスを取出ライン２６Ａ，２６Ｂを開放して反応容器４１Ａ，４１Ｂに流入させ、連続炉１１の廃熱をケミカルヒートポンプ４０の化学蓄熱材４５Ａ，４５Ｂの反応生成物に蓄熱して脱水吸熱反応により化学蓄熱材４５Ａ，４５Ｂと水蒸気とを生成し、連結管路４７Ａ，４７Ｂを通じて水タンク４２に移動した水蒸気を凝縮部４３で凝縮させて水にした後、取出ライン２６Ａ，２６Ｂを閉止して排出ガスの流入を阻止し、水タンク４２の水を蒸発させて水蒸気にし、化学蓄熱材４５Ｂ，４５Ａと水タンク４２から移動してきた水蒸気とを接触させ水和発熱反応を進行させることができる。その際、凝縮部４３で水を凝縮させた後、連結管路４７Ａ，４７Ｂの開閉弁４６Ａ，４６Ｂを閉弁することにより、水タンク４２の水が蒸発して反応容器４１Ａ，４１Ｂに流入することを阻止することができ、連続炉１１の廃熱を長期間保存可能に蓄熱できる。そして、連結管路４７Ｃ，４７Ｄの開閉弁４６Ｃ，４６Ｄを開弁して水タンク４２の水を蒸発させ水蒸気を反応容器４１Ｂ，４１Ａに流入させることにより、蓄熱後の所望の時点で放熱できる。その際、化学蓄熱材４５Ａ，４５Ｂの水和発熱反応を進行させるために投入した熱よりも高温の熱を利用できる。すなわち、ケミカルヒートポンプ４０の放熱時、ケミカルヒートポンプ４０の反応容器４１Ｂ，４１Ａの反応生成物の熱を第２熱交換部５５Ｂ，５５Ａを介して移動させて熱供給ライン５１の被加熱媒体（空気）を加熱でき、加熱された被加熱媒体を空気ノズル２２に供給することができる。そして、排出ガスの廃棄による熱エネルギー損失を大幅に低減し、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。

特に、この構成によれば、２つの反応容器４１Ａ，４１Ｂのうち、１つの反応容器４１Ａは蓄熱モードを実行し、残りの反応容器４１Ｂは放熱モードを実行することができる。そして、所定時間経過後、前記蓄熱モードを実行していた反応容器４１Ａに連結された取出ライン２６Ａを閉止して、前記蓄熱モードを実行していた反応容器４１Ａが放熱モードを実行し、前記放熱モードを実行していた反応容器４１Ｂに連結された取出ライン２６Ｂを開放して、前記放熱モードを実行していた反応容器４１Ｂが蓄熱モードを実行するように切り替えることができる。したがって、連続炉１１において、ケミカルヒートポンプ４０で発熱した熱を連続的に利用することができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明にかかる熱利用方法を利用した第２実施形態の加熱設備１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

連続炉１１は電気炉である。この連続炉１１では、被処理物Ｗから例えばＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）が製造される。連続炉１１は、加熱工程を実行する加熱帯１２、第１均熱工程を実行する第１均熱帯１３、第１冷却工程を実行する第１冷却帯１４、第２均熱工程を実行する第２均熱帯８１、第２冷却工程を実行する第２冷却帯８２を備えている。加熱帯１２の第１均熱帯１３と反対側が搬入口１５であり、第２冷却帯８２の第２均熱帯８１と反対側が搬出口１６である。搬入口１５、加熱帯１２と第１均熱帯１３の間、第１均熱帯１３と第１冷却帯１４の間、第１冷却帯１４と第２均熱帯８１の間、第２均熱帯８１と第２冷却帯８２の間、および搬出口１６にはそれぞれ可動扉１７，１８，１９，８３，８４，２０が設けられている。可動扉１７，１８，１９，８３，８４，２０は、閉まった状態に維持されており、ローラー式コンベア（図示せず）等によって搬送される被処理物Ｗの通過時のみ開くようになっている。

連続炉１１の加熱帯１２および均熱帯１３，８１には、内部を加熱する電気ヒータ８５、および炉気を循環させるファン８６が設けられている。

冷却媒体導入部２９は、連続炉１１側で分岐し冷却帯１４，８２と連結されている。冷却媒体導入部２９の分岐した部分には、それぞれ弁８７，８８が設けられている。

連続炉１１の第１冷却帯１４には、排気ライン２５が設けられ、排気ライン２５の端部に排出口２４が設けられている。第２冷却帯８２には、第２冷却帯８２と排気ライン２５とを連通する連通ライン２５’が設けられている。排気ライン２５と取出ライン２６Ａとの合流点より下流の排気ライン２５には、ファン９９が設けられている。

反応容器４１Ｂ下流側の取出ライン２６Ｂの端部は、反応容器４１Ａの下流側の取出ライン２６Ａに連結されている（図４中Ｙ部）。取出ライン２６Ａ，２６Ｂには、上流側の端部に弁２７Ａ，２７Ｂが設けられ、反応容器４１Ａ，４１Ｂと合流点の間に弁８９Ａ，８９Ｂが設けられている。取出ライン２６Ａには、合流点より下流側にファン９０が設けられ、排気ライン２５へ接続されている。

加熱設備１０には、空気ライン９１が設けられている。空気ライン９１の上流側には、ファン９２が設けられている。空気ライン９１は下流側で２つに分岐している。空気ライン９１の分岐した一端は、弁２７Ａと反応容器４１Ａの間の取出ライン２６Ａに連結されている。空気ライン９１の分岐した他端は、弁２７Ｂと反応容器４１Ｂの間の取出ライン２６Ｂに連結されている。空気ライン９１の分岐点と取出ライン２６Ａの間には、弁９３Ａが設けられている。空気ライン９１の分岐点と取出ライン２６Ｂの間には、弁９３Ｂが設けられている。

加熱設備１０には、熱供給ライン５１が設けられている。熱供給ライン５１は上流側で２つに分岐している。熱供給ライン５１の分岐した上流側の一端は、反応容器４１Ａと弁８９Ａの間の取出ライン２６Ａに連結されている。熱供給ライン５１の分岐した上流側の他端は、反応容器４１Ｂと弁８９Ｂの間の取出ライン２６Ｂに連結されている。熱供給ライン５１の下流側の端部は、加熱帯１２に連結されている。熱供給ライン５１には、分岐点（図４中Ｚ部）と取出ライン２６Ａの間に弁９４Ａが設けられている。また、熱供給ライン５１には、分岐点と取出ライン２６Ｂの間に弁９４Ｂが設けられている。熱供給ライン５１の下流側の端部には、弁９５が設けられている。

連続炉１１の加熱帯１２には戻しライン９７が設けられ、該戻しライン９７は、排気ライン２５に連結されている。戻しライン９７には、弁９８が設けられている。

次に、本発明にかかる熱利用方法を利用した第２実施形態の加熱設備１０の動作について説明する。

連続炉１１の加熱帯１２および均熱帯１３，８１において、電気ヒータ８５をオンにしてファン８６を起動し、連続炉１１の昇温を開始する。昇温中、加熱帯１２では、電気ヒータ８５を連続的またはほぼ連続的にオンにする。これにより、炉の加熱帯１２を加熱できる。また、均熱帯１３，８１では、電気ヒータ８５を断続的にオンにする。これにより、炉の均熱帯１３，８１を所定温度に維持できる。そして、冷却帯１４，８２では、冷却媒体導入部２９のファン３４を作動させ、弁８７，８８を開弁する。これにより、ファン３４によって送風された風を冷却帯１４，８２内部を通過させて排気ライン２５および連通ライン２５’へ排出ガスとして排出することができる。これにより、炉の冷却帯１４，８２を冷却できる。

連続炉１１内の温度が設定温度に到達した後、搬入口１５に被処理物Ｗを搬入する。連続炉１１の搬入口１５から搬入された被処理物Ｗは、ローラー式コンベア（図示せず）等によって所定速度で搬送され、搬出口１６から搬出される。搬送中、被処理物Ｗは、図５に示すように、加熱帯１２で第１温度まで加熱され、第１均熱帯１３で第１温度に維持される。そして、第１冷却帯１４で第１温度から第２温度に冷却され、第２均熱帯８１で第２温度に維持される。その後、第２冷却帯８２で第２温度から所定温度まで冷却される。一方、冷却帯１４，８２を通過した風（冷却媒体）は、被処理物Ｗと熱交換し加熱される。

図４に示す状態（前回終了時の、反応容器４１Ａが放熱モード、反応容器４１Ｂが蓄熱モードである状態から、反応容器４１Ａが蓄熱モード、反応容器４１Ｂが放熱モードである状態に切り替わった直後の状態）では、取出ライン２６Ａの弁２７Ａ，８９Ａは開弁し、取出ライン２６Ｂの弁２７Ｂ，８９Ｂは閉弁している。そして、ファン９０，９９は作動している。開閉弁４６Ａは開弁し、開閉弁４６Ｂは閉弁している。また、開閉弁４６Ｃは開弁し、開閉弁４６Ｄは閉弁している。そして、凝縮器４３のクーラー３８、蒸発器４４のヒーター３９、およびポンプ４９は作動し弁５０は開弁している。弁９３Ａは閉弁し、弁９３Ｂは開弁している。弁９４Ａは閉弁し、弁９４Ｂは開弁している。弁９５，９８は開弁している。

この状態では、取出ライン２６Ａに排出ガスの一部が流入し、排出ガスと反応容器４１Ａの化学蓄熱材４５Ａの反応生成物（水酸化カルシウム）とが熱交換する。その結果、ケミカルヒートポンプ４０は、化学蓄熱材４５Ａの反応生成物から、化学蓄熱材（酸化カルシウム）４５Ａと水蒸気とを生成するように蓄熱する。その際、生成された水蒸気は、連結管路４７Ａを通って凝縮器４３に流入し、クーラー３８によって凝縮され下部に貯留される。その際、図２（蓄熱）に示すように、水の凝縮によってＱ_Ｌを放出する。その後、凝縮器４３の水は、ポンプ４９によって蒸発器４４へ送られ蒸発器４４に貯留される。

この状態で、ファン９２を作動させると、空気は、空気ライン９１から取出ライン２６Ｂに流入し、反応容器４１Ｂ内部で発熱した化学蓄熱材４５Ｂと熱交換され加熱される。そして、加熱空気は、熱供給ライン５１を通って加熱帯１２に流入し、戻しライン９７を通って排気ライン２５へ排出される。加熱帯１２に加熱空気を通過させることにより、連続炉１１の加熱帯１２の温度をより容易に上昇させることができる。

所定時間経過後、反応容器４１Ａにおいて蓄熱反応が終了し、反応容器４１Ｂにおいて放熱反応が終了すると、反応容器４１Ａを放熱モード、反応容器４１Ｂを蓄熱モードに切り替える。すなわち、弁５０，８７，８８，９５，９８を除く全ての弁の開閉状態を逆にする。そして、所定時間経過後、前記弁の開閉状態を再び逆にする。これを繰り返すことにより、反応容器４１Ａ，４１Ｂは、それぞれ、蓄熱モードおよび放熱モードを繰り返すことができる。したがって、反応容器４１Ａ，４１Ｂのうちの一方が蓄熱モードとなり他方が放熱モードとなるように、加熱設備１０を連続的に稼働させることができる。これにより、連続炉１１における被処理物Ｗの連続処理を実現できる。その際、排出ガスの廃棄による熱エネルギー損失を大幅に低減し、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。

本実施形態においても、第１実施形態における効果と同様の効果を得ることができる。さらに、この構成によれば、第１冷却工程および第２冷却工程の少なくとも一方において、連続炉１１の被処理物を冷却した冷却媒体は、該被処理物との熱交換により加熱され排出ガスとして排気ライン２５に排出される。そして、排気ライン２５の排出ガスを、熱供給ライン５１を通して連続炉１１の加熱帯１２に供給することができる。したがって、連続炉１１の加熱帯１２を連続炉１１の第１冷却工程および第２冷却工程の少なくとも一方で生じる排出ガスの廃熱を利用して昇温させることができる。すなわち、連続炉１１において、第１冷却工程および第２冷却工程の少なくとも一方で生じる排出ガスの廃熱を加熱帯１２で有効に利用することができる。

（第３実施形態）
図６は、本発明にかかる熱利用方法を利用した第３実施形態の加熱設備１０を示す。この加熱設備１０は、連続炉１１の加熱帯１２および均熱帯１３を加熱し、冷却帯１４を冷却するケミカルヒートポンプ４０を備えている。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

連続炉１１の冷却帯１４には、冷却媒体導入部２９および冷却媒体排出部３０が設けられている。冷却媒体導入部２９は、熱交換室３１、熱交換室３１に冷却媒体を流入させる流入部３２、熱交換室３１から冷却媒体を流出させる流出部３３を備えている。流入部３２の一端にはファン３４が設けられ、他端は熱交換室３１に連結されている。流出部３３の一端は熱交換室３１に連結され他端は連続炉１１の冷却帯１４に連結されている。流出部３３には、弁３５が設けられている。熱交換室３１には、後述する冷却ライン６０の一部が挿入されている。

加熱設備１０には、冷却ライン６０が設けられている。冷却ライン６０の上流側の端部には、熱媒体供給源６１が設けられている。また、冷却ライン６０の下流側の端部は、冷熱媒体排出部６２に導かれている。冷却ライン６０には、蒸発器４４の内部に配置された第３熱交換部６３が設けられている。蒸発器４４には、ヒーター３９は設けられていない。冷却ライン６０の熱媒体は、蒸発器４４の水と第３熱交換部６３を介して熱交換できるようになっている。また、冷却ライン６０には、冷却媒体導入部２９の熱交換室３１の内部に配置された第４熱交換部６４が設けられている。弁３５を開きファン３４により送風される風は、冷却ライン６０の熱媒体と第４熱交換部６４を介して熱交換できるようになっている。熱媒体供給源６１と蒸発器４４の間の冷却ライン６０には弁６５が設けられている。蒸発器４４と冷却媒体導入部２９の間の冷却ライン６０には弁６６が設けられている。

加熱設備１０には、一端と他端の間に介設され凝縮器４３の内部に配置された第５熱交換部６７を有する温水供給ライン６８が設けられている。凝縮器４３には、クーラー３８は設けられていない。温水供給ライン６８の上流側の端部には、熱媒体供給源６９が設けられ、下流側の端部は供給先７０に導かれている。温水供給ライン６８には、凝縮器４３の上流側および下流側にそれぞれ、弁７１，７２が設けられている。

本実施形態においても、反応容器４１Ａ，４１Ｂの蓄熱モードと放熱モードの切り替えは、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。本実施形態では、冷却ライン６０の熱媒体は、蒸発器４４の水が蒸発する際の気化熱（Ｑ_Ｌ）によって冷却される。具体的には、反応容器４１Ａが放熱モード、反応容器４１Ｂが蓄熱モードである状態から、反応容器４１Ａが蓄熱モード、反応容器４１Ｂが放熱モードである状態に切り替わった直後の状態では、取出ライン２６Ｂへの排ガスの流入が遮断され、弁４６Ｃが開弁されている。これにより、反応容器４１Ｂの温度が低下すると、反応容器４１Ｂの内圧が低下する。これにより、連結管路４７Ｃおよび蒸発器４４の内圧も低下する。その結果、蒸発器４４の水の一部は蒸発器４４の水から気化熱（Ｑ_Ｌ）を奪って蒸発するので、蒸発器４４の残りの水は冷却される。なお、発生した水蒸気は化学蓄熱材４５Ｂとの水和発熱反応に使用されるため、継続して水の蒸発が起こり、この間継続して蒸発器４４の水を冷却することができる。熱媒体供給源６１から供給された熱媒体は、第３熱交換部６３で冷却される。流入する時の熱媒体の温度が高ければ、水の蒸発を早める効果もある。そして、冷却媒体導入部２９の熱交換室３１でファン３４による風が冷却ライン６０の熱媒体との熱交換によって冷却される。そして、冷却媒体導入部２９の風は、冷却帯１４で被処理物を冷却して冷却媒体排出部３０に排出される。冷却ライン６０の熱媒体は、熱媒体排出部６２に供給される。また、熱媒体供給源６９から温水供給ライン６８を通じて流通する熱媒体と、連結管路４７Ａ，４７Ｂを通じて凝縮器４３に流入した水蒸気とが熱交換して水蒸気を冷却することができる。その一方で、温水供給ライン６８の熱媒体は加熱されるので、熱媒体は温水として供給先７０に供給される。

本実施形態においても、第１実施形態における効果と同様の効果を得ることができる。さらに、この構成によれば、気化熱が奪われた蒸発器４４の水を利用して、追加の冷却装置を設けることなく冷却ライン６０および冷却媒体導入部２９を介して連続炉１１の冷却帯１４を冷却することができる。このようにして、温熱利用だけでなく、温熱と同時に生じる冷熱を有効に利用できる。

なお、本発明の加熱設備は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように種々の変更が可能である。

加熱設備１０を連続炉１１と３つ以上の反応容器４１とにより構成してもよい。

第１実施形態において、図７に示すように、熱供給ライン５１の下流側端部の熱供給部１００を外部で利用できるようにしてもよい。この場合、空気ノズル２２には、ファン１０１が設けられた燃焼空気ライン１０２が連結される。第３実施形態においても同様である。

凝縮器４３と蒸発器４４を一体化して水タンク４２を構成してもよい。

第２実施形態において、冷却媒体導入部２９および排気ライン２５は第１冷却帯１４および第２冷却帯８２の少なくとも一方に連結されたものでもよい。

第３実施形態における冷却ライン６０等を含む冷却構造を電気炉に適用してもよい。この場合、冷熱の利用先は連続炉や外部等いずれでもよい。

熱媒体供給源６１，６９は、一体化していてもよい。

「冷却する」とは、室温ＲＴより高温のＴ１から、室温ＲＴより高温のＴ２に下げる場合も含む（Ｔ１＞Ｔ２＞ＲＴ）。

なお、本文中の「排出ガス」とは、連続炉１１内で火炎を燃焼させた場合の排気ガスの他、連続炉１１内を雰囲気ガスで満たして間接加熱を行った場合に排出される余剰ガスや、被加熱材料から発生する不純ガス等も含まれる。

本文中の「水」は、化学蓄熱材に対して脱水吸熱反応と水和発熱反応を生じさせる液体であればよい。また、エチレングリコールを水に添加したような不凍液を用いることも含まれる。そのようにすれば、０℃以下で水を蒸発させることが可能となり、０℃以下の冷熱の取出しが可能となる。

凝縮器４３の内圧が蒸発器４４内の内圧より高い時はポンプ４９を不要にすることもできる。

１０加熱設備
１１連続炉
１２加熱帯
１３均熱帯
１４冷却帯
１５搬入口
１６搬出口
１７，１８，１９，２０可動扉
２１供給口
２２空気ノズル（熱供給部）
２３燃料ノズル
２４排出口
２５排気ライン
２５’ 連通ライン
２５'' 流量調節ライン
２６Ａ，２６Ｂ取出ライン（熱交換ライン）
２７Ａ，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｂ弁
２８Ａ，２８Ｂ第１熱交換部（排出ガス用熱交換部）
２９冷却媒体導入部
３０冷却媒体排出部
３１熱交換室
３２流入部
３３流出部
３４ファン
３５弁
３８クーラー
３９ヒーター
４０ケミカルヒートポンプ
４１，４１Ａ，４１Ｂ反応容器
４２水タンク
４３凝縮器（凝縮部）
４４蒸発器（蒸発部）
４５Ａ，４５Ｂ化学蓄熱材
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ開閉弁
４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄ連結管路
４８連通ライン
４９ポンプ
５０弁
５１熱供給ライン
５２ファン
５３空気取出ライン
５４Ａ，５４Ｂ迂回ライン
５５Ａ，５５Ｂ第２熱交換部（被加熱媒体用熱交換部）
５６Ａ，５６Ｂ弁
５７Ａ，５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｂ弁
６０冷却ライン
６１熱媒体供給源
６２熱媒体排出部
６３第３熱交換部
６４第４熱交換部
６５弁
６６弁
６７第５熱交換部
６８温水供給ライン
６９熱媒体供給源
７０供給先
７１，７２弁
８０コントローラ
８１第２均熱帯
８２第２冷却帯
８３，８４可動扉
８５電気ヒータ
８６ファン
８７，８８弁
８９Ａ，８９Ｂ弁
９０ファン
９１空気ライン
９２ファン
９３Ａ,９３Ｂ弁
９４Ａ,９４Ｂ弁
９５弁
９７戻しライン
９８弁
９９ファン
１００熱供給部
１０１ファン
１０２燃焼空気ライン
１０３流量調節弁
１０４流量調節弁
Ｗ被処理物

Claims

化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応容器と、該反応容器と連結管路により連結され前記水蒸気を凝縮させる凝縮部および該凝縮部で凝縮した水を蒸発させる蒸発部が設けられた水タンクとを有するケミカルヒートポンプと、加熱工程および冷却工程を実行可能な連続炉、および該連続炉と前記ケミカルヒートポンプの反応容器とを連結し前記連続炉の炉気を排出ガスとして排気する排気ラインを備える加熱設備の熱利用方法において、
前記連続炉の前記排出ガスを前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物に供給し、前記脱水吸熱反応を進行させるように蓄熱して前記化学蓄熱材と前記水蒸気とを生成し、前記連結管路を通じて前記水タンクに移動した前記水蒸気を前記凝縮部により凝縮し、
前記排出ガスの供給を停止し、前記水タンクの水を前記蒸発部により蒸発させて水蒸気にし、前記化学蓄熱材と前記水タンクから移動してきた水蒸気とを接触させ前記水和発熱反応を進行させることにより放熱することを特徴とする熱利用方法。
化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応容器と、該反応容器と連結管路により連結され前記水蒸気を凝縮させる凝縮部および該凝縮部で凝縮した水を蒸発させる蒸発部が設けられた水タンクとを有するケミカルヒートポンプと、
加熱工程および冷却工程を実行可能な連続炉と、
前記連続炉に設けられ、前記連続炉の炉気を排出ガスとして排気する排気ラインと、
前記排気ラインから分岐し、前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物と前記排出ガスとの間で熱交換可能な排出ガス用熱交換部を有する開閉可能な熱交換ラインと
を備え、
前記連続炉の前記排出ガスを前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物に供給し、前記脱水吸熱反応を進行させるように蓄熱して前記化学蓄熱材と前記水蒸気とを生成し、前記連結管路を通じて前記水タンクに移動した前記水蒸気を前記凝縮部により凝縮し、
前記排出ガスの供給を停止し、前記水タンクの水を前記蒸発部により蒸発させて水蒸気にし、前記化学蓄熱材と前記水タンクから移動してきた水蒸気とを接触させ前記水和発熱反応を進行させることにより放熱することを特徴とする加熱設備。
前記ケミカルヒートポンプは前記熱交換ラインがそれぞれ設けられた少なくとも２つの前記反応容器を備え、
個々の前記反応容器は、前記化学蓄熱材が前記排出ガスから吸熱する蓄熱モード、および前記化学蓄熱材が被加熱媒体に放熱する放熱モードを繰り返し、
前記少なくとも２つの反応容器のうち、少なくとも１つの前記反応容器は前記蓄熱モードを実行し、残りの前記反応容器のうちの少なくとも１つの前記反応容器は前記放熱モードを実行することを特徴とする請求項２に記載の加熱設備。
一端に送風機が設けられるとともに他端が熱供給部に接続され、前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物と内部を流通する前記被加熱媒体との間で熱交換可能な被加熱媒体用熱交換部を有する熱供給ラインを備え、
前記ケミカルヒートポンプの放熱時、前記ケミカルヒートポンプの反応容器の反応生成物と熱交換した前記熱供給ラインの被加熱媒体を前記熱供給部に供給することを特徴とする請求項３に記載の加熱設備。
前記熱供給部は前記連続炉であることを特徴とする請求項４に記載の加熱設備。
前記連結管路に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の加熱設備。
前記水タンクの水が水蒸気になるときの気化熱によって、前記冷却工程を実行する前記連続炉の冷却帯を冷却することを特徴とする請求項２に記載の加熱設備。