JP2021173439A - 廃熱再利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒状のデシカント剤を再生する廃熱再利用装置において、外部電源を不要とする。【解決手段】廃熱再利用装置１は、廃熱を排出している設備３に載せることが可能な乾燥庫１０と、乾燥庫１０に収納可能なトレイ２４とを備えている。乾燥庫１０は、設備３から排出される廃熱を集めることが可能な廃熱回収部１３を有する略筒状に構成されている。トレイ２４は、除湿後の粒状のデシカント剤２７を水平方向に沿って載せることが可能なメッシュ状に構成されている。廃熱回収部１３から廃熱を集めると、集めた廃熱によって乾燥庫１０の内部１０ａに生じる上昇気流４０がメッシュ状のトレイ２４を通過する。【選択図】図２

Description

本発明は、廃熱再利用装置に関し、詳しくは、粒状のデシカント剤を再生する廃熱再利用装置に関する。

従来、空気中から湿気を取り除くために、例えば、粒状のデシカント剤を使用して除湿する技術が既に知られている。ここで、下記特許文献１には、除湿後（使用済み）のデシカント剤を加熱する技術が開示されている。これにより、除湿後のデシカント剤を再生できる。そのため、除湿後のデシカント剤を廃棄することなく繰り返し使用できる。

特許第４７５３１０２号公報

しかしながら、上述した特許文献１の技術では、デシカント剤を加熱する加熱装置および加熱装置を制御する制御装置が必要となっていた。そのため、これら加熱装置および制御装置を動作させるための外部電源（電力の供給源）が必要となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、粒状のデシカント剤を再生する廃熱再利用装置において、外部電源を不要とすることである。

本開示の１つの特徴によると、廃熱再利用装置は、廃熱を放出している設備に載せ可能な乾燥庫と、乾燥庫に収納可能なトレイとを備えている。乾燥庫は、設備から排出される廃熱を集め可能な廃熱回収部を有する略筒状に構成されている。トレイは、除湿後の粒状のデシカント剤を水平方向に沿って載せ可能なメッシュ状に構成されている。廃熱回収部から廃熱を集めると、集めた廃熱によって乾燥庫の内部に生じる上昇気流がメッシュ状のトレイを通過する。

そのため、このトレイに載せた除湿後の粒状のデシカント剤が乾燥し始める。したがって、設備から排出される廃熱を利用して、除湿後の粒状のデシカント剤を再生できる。このように再生できると、廃熱を利用して再生するため、外部電源を不要にできる。

本開示の他の特徴によると、トレイは、高さ方向に沿って所定の間隔を隔てて複数段に重ねられている。

そのため、トレイの平面視サイズがコンパクトでも、一度に多くのデシカント剤を再生できる。

また、本開示の他の特徴によると、乾燥庫には、上昇気流の流速を速めるファンと、廃熱回収部から集められた廃熱によって動作可能な熱電素子とを備えている。熱電素子は、ファンを駆動させるモータの電源となっている。

そのため、上昇気流は、ファンによって流速が速められる。したがって、外部電源を不要のまま、吸湿した粒状のデシカント剤を確実に乾燥（再生）させることができる。

また、本開示の他の特徴によると、乾燥庫には、上昇気流の流速を速めるファンと、光によって動作可能な太陽光パネルとを備えている。太陽光パネルは、ファンを駆動させるモータの電源となっている。

そのため、上昇気流は、ファンによって流速が速められる。したがって、外部電源を不要のまま、吸湿した粒状のデシカント剤を確実に乾燥（再生）させることができる。

また、本開示の他の特徴によると、ファンは、トレイの下方に備えられている。乾燥庫には、ファンの上方に防風板を備えている。

そのため、ファンによって速度が速められた上昇気流は、防風板によって跳ね返って渦を巻く。したがって、廃熱再利用装置の平面視において、上昇気流を分散させることができる。結果として、粒状のデシカント剤がトレイの何処に載せられていても（隅であろうが、中央であろうが）均一に乾燥させることができるため、この粒状のデシカント剤の再生に偏り（むら）が生じることを防止できる。

また、本開示の他の特徴によると、乾燥庫には、防風板の上方に整流器を備えている。

そのため、廃熱再利用装置の平面視において、上昇気流をより分散させることができる。したがって、粒状のデシカント剤がトレイの何処に載せられていてもより均一に乾燥させることができるため、この粒状のデシカント剤の再生により偏り（むら）が生じることを防止できる。

また、本開示の他の特徴によると、デシカント剤は、高分子デシカント剤である。

そのため、比較的に低温（例えば、「４０〜８０度」）でデシカント剤の再生ができるため、低温の廃熱を捨てることなく有効利用できる。

本発明の実施形態に係る廃熱再利用装置の全体構成を示す縦断面の模式図である。 図１の廃熱再利用装置の使用状態を説明する縦断面の模式図である。 デシカント剤の収着割合の変化値を説明する図である。 デシカント剤の体積膨張について説明する図である。 廃熱再利用装置の乾燥庫のスリットの高さについて説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図１〜５を用いて説明する。まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る廃熱再利用装置１の概略構成を説明する。また、以下の説明にあたって、上、下、左、右とは、上述した図に記載した、上、下、左、右の方向を示している。なお、前、後とは、上述した図における、紙面の手前、奥の方向を示している。

この廃熱再利用装置１は、主として、廃熱を排出している設備である研削盤３の全体カバー３０に載せ可能な乾燥庫１０と、乾燥庫１０に収納可能なトレイ群２３とを備えている。以下に、これら乾燥庫１０とトレイ群２３とを個別に説明する。

なお、研削盤３において、工作物（図示しない）を砥石（図示しない）で研削するときの研削熱が工作物に供給するクーラントに伝わり、クーラントが工作物の周囲に飛散して全体カバー３０に研削熱が伝わる。また、砥石を回転駆動するモータ（図示しない）の廃熱が全体カバー３０に伝わる。廃熱を排出している設備として、研削盤３に限らず、洗浄装置、熱処理装置のような工場設備があり、これらの工場設備にも廃熱再利用装置１を適用できる。

はじめに、乾燥庫１０を説明する。この乾燥庫１０は、前後左右の四方が側壁１１によって囲まれた略四角筒状となっており、作業者（図示しない）が所望する設備（研削盤３）に載せ可能に持ち運び可能に構成されている。そのため、この乾燥庫１０の上側は、上部開口１２となっている。また、この乾燥庫１０の下側は、下部開口１３となっている。この下部開口１３が、特許請求の範囲に記載の「廃熱回収部」に相当する。左右の側壁１１の内面の上寄りには、左右に対向する支持部１１ａが上下（高さ方向）に沿って３対形成されている。

そのため、この３対の支持部１１ａに後述する３枚のトレイ２４を橋渡して載せる（支持する）ことができる。また、この載せた３枚のトレイ２４を前後方向に沿ってスライドさせることもできる。この３対の支持部１１ａは、互いが上下（高さ方向）に沿って所定の間隔（例えば、「４０ｍｍ」）を隔てて形成されている。この所定の間隔とは、３枚のトレイ２４のスライドに差し支えることがないようにスムーズにスライドさせることができる間隔である。

また、この左右の側壁１１の下側には、乾燥庫１０の内部１０ａと外部１０ｂとを連通可能なスリット１１ｂが形成されている。このスリット１１ｂの高さは、「２０ｍｍ」に形成されている。また、この前の側壁１１には、開閉可能な扉（図示しない）が形成されている。そのため、この扉を開けると乾燥庫１０の内部１０ａと外部１０ｂとの間で３枚のトレイ２４をスライドさせて出し入れできる。

また、この上部開口１２は、排出口１４ａを有する天井壁１４で覆われている。そのため、この乾燥庫１０の上端は、排出口１４ａを介して乾燥庫１０の内部１０ａと外部１０ｂとが連通している。また、この下部開口１３は、底壁１５で覆われている。そのため、この乾燥庫１０の下端は、スリット１１ｂを介して乾燥庫１０の内部１０ａと外部１０ｂとが連通している。

この底壁１５は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅板から構成されている。この底壁１５の内面の中央には、架台１６を介して下段のトレイ２４の下方にファン１７が備えられている。このファン１７は、後述する上昇気流４０の流速を速めるものである。また、この底壁１５の内面の架台１６の傍には、熱電素子１８が備えられている。この熱電素子１８は、ファン１７にケーブルおよび昇圧回路（いずれも図示しない）を介して電気的に接続されている。

この熱電素子１８の下面１８ａは、底壁１５の内面に接触した状態となっている。この熱電素子１８は、その下面１８ａと上面１８ｂとの温度差により所定の起電力が生じるものである。そのため、この熱電素子１８は、ファン１７を駆動させるモータ（図示しない）の電源となっている。また、この左右の側壁１１の下寄りには、内面を橋渡すように防錆性の高い金属製（例えば、ステンレス製）の格子状の網板１９が備えられている。この金属製により、デシカント剤２７の放湿時における錆を防止できる。

この網板１９の中央は、防風板２０となっている。すなわち、図１からも明らかなように、ファン１７の上方は、防風板２０によって覆われている。また、乾燥庫１０の内部１０ａには、ファン１７と下のトレイ２４との間に位置するように整流器２１が備えられている。この整流器２１は、上下方向に沿う風路２２ａを有する細管状の筒材２２を複数束ねたものである。

この整流器２１は、廃熱再利用装置１（乾燥庫１０）の平面視において、乾燥庫１０の内部１０ａの全てを覆うように備えられている。そのため、この平面視において、後述する上昇気流４０を分散させることができる。なお、この乾燥庫１０の高さは、「３００ｍｍ」となっている。また、この乾燥庫１０は、平面視において、一辺が「３００ｍｍ」の正方形となっている。また、この３枚のトレイ２４の高さは、「２０ｍｍ」となっている。また、この整流器２１の高さは、「２５ｍｍ」となっている。乾燥庫１０は、このように構成されている。

次に、トレイ群２３を説明する。このトレイ群２３は、防錆性の高い素材である金属製（例えば、ステンレス製）の３枚のトレイ２４から構成されている。この金属製により、デシカント剤２７の放湿時における錆を防止できる。これら３枚のトレイ２４は、後述する粒状のデシカント剤２７を水平方向に沿って重なることがないように平積み状態で載せ可能なメッシュ状に構成されている。そのため、この３枚のトレイ２４に粒状のデシカント剤２７を載せても、この載せた粒状のデシカント剤２７が３枚のトレイ２４から抜け落ちることを防止できる。

このデシカント剤２７は、粒形が「２．５９ｍｍ」であり、再生温度が４０〜８０度で放湿、再利用可能な高分子デシカント剤であり、例えば、日本エクスラン工業株式会社製のポリアクリル酸系材料から成るものである。この３枚のトレイ２４は、上述した乾燥庫１０の３対の支持部１１ａに載せられている。そのため、この３枚のトレイ２４は、上下（高さ方向）に沿って所定の間隔を隔てて３段（上段、中段、下段）に重ねられている。トレイ群２３は、このように構成されている。

続いて、廃熱再利用装置１の動作を説明する（図２参照）。なお、この説明にあたって、予め、作業者は、３枚のトレイ２４を引き出して除湿後の粒状のデシカント剤２７を水平方向に沿って重なることがないように平積み状態（一層程度の状態）で載せておく。まず、作業者は、廃熱再利用装置１を研削盤３の全体カバー３０に載せる作業を行う。この研削盤３の全体カバー３０からは、「４５度」の廃熱が排出されている。

そのため、この廃熱によって底壁１５が暖められる。すなわち、この底壁１５によって研削盤３の全体カバー３０から排出される廃熱が集められる。したがって、廃熱再利用装置１の乾燥庫１０の内部１０ａの空気も暖められる。なお、既に説明したように、底壁１５は、熱伝導率の高い銅板から構成されている。そのため、乾燥庫１０の内部１０ａの空気の暖めに偏り（むら）が生じることを抑制できる。

このように乾燥庫１０の内部１０ａの空気が暖められると、この乾燥庫１０のスリット１１ｂと上部開口１２とによる煙突効果により、暖められた内部１０ａの空気が上昇していく。すなわち、乾燥庫１０の外部１０ｂからスリット１１ｂを介して大気が取り込まれ、この取り込まれた大気が乾燥庫１０の排出口１４ａから排出されるといった乾燥庫１０の内部１０ａにおいて上昇気流４０が発生する。

煙突効果により上昇気流４０の発生が十分でない場合は、必要に応じて熱電素子１８とファン１７を追加しても良い。熱電素子１８とファン１７とを追加した場合、熱電素子１８の下面１８ａと上面１８ｂとの温度差により熱電素子１８に所定の起電力が生じる（動作可能となる）ため、モータが動作してファン１７が駆動する。そのため、この上昇気流４０は、ファン１７によって流速が速められ、この流速が速められた上昇気流４０は防風板２０に跳ね返って渦を巻いた後にさらに上昇する。その後、この渦を巻いた後に上昇した上昇気流４０は、メッシュ状の３枚のトレイ２４を通過する。

したがって、この３枚のトレイ２４に載せていた除湿後の粒状のデシカント剤２７が乾燥（放湿）し始める。このとき、上昇気流４０は、整流器２１の風路２２ａを通過する。そのため、粒状のデシカント剤２７が均一に乾燥し始める。やがて、この乾燥が始まってから所定の時間（例えば、「４０分」）が経過すると、このデシカント剤２７の乾燥が終了する。この所定の時間は、予め、タイマーによって計測された時間である。次に、作業者は、乾燥庫１０の扉を開けて、乾燥が終了した粒状のデシカント剤２７が載せられた３枚のトレイ２４をスライドさせて引き出す作業を行う。

最後に、作業者は、この３枚のトレイ２４から粒状のデシカント剤２７を回収する作業を行う。このようにして研削盤３から排出される廃熱を利用して、除湿後の粒状のデシカント剤２７を再生できる。このデシカント剤２７の再生において、研削盤３の全体カバー３０から排出された「４５度」の廃熱が、乾燥庫１０の排出口１４ａから排出される大気が「３０度」となっている。

そのため、研削盤３の近傍において、潜熱による冷却効果（空調費用の削減効果）も得ることができる。すなわち、廃熱再利用装置１を冷却装置としても使用できる。なお、再生後のデシカント剤２７は、例えば、乾燥箱、除湿保管設備、室内等の乾燥に使用されている。また、デシカント剤２７の乾燥が終了すると、熱電素子１８の下面１８ａと上面１８ｂとの温度差が無くなるため、熱電素子１８に生じていた起電力も消失する。そのため、ファン１７のモータの動作も停止する。

また、図３では、デシカント剤２７の収着割合の変化値を説明している。このデシカント剤２７の初期条件は、温度が「３０度」であり、相対湿度が「７５％」で収着させている。この図３の縦軸は、絶乾状態のデシカント剤２７の質量に対するデシカント剤２７から放湿（脱水）された水分質量（放湿量）である。すなわち、収着割合の変化値（Δｍw／Δｍ₀）を示している。このΔｍwとは、脱着水分量のことである。このΔｍ₀とは、絶乾時におけるデシカント剤２７の質量のことである。また、この図３の横軸は、時間（秒）である。この図３から明らかなように、「４０度以上」でなくて、３５度以上であればデシカント剤２７は放湿（乾燥）できる。高温で乾燥させた方が、デシカント剤２７を確実に乾燥（再生）させることができる。

また、図４では、絶乾状態のデシカント剤２７と、収着状態のデシカント剤２７の粒径と体積倍率との比較を示している。この図４から明らかなように、収着したデシカント剤２７は、その体積が膨張する。すなわち、乾燥中において、デシカント剤２７の体積は大きく減少する。そのため、デシカント剤２７を縦詰めした状態で乾燥させると、乾燥中にデシカント剤２７がトレイ２４の下方に堆積する。

したがって、トレイ２４の上方に隙間ができてしまい、この隙間に上昇気流４０が逃げてしまいデシカント剤２７の再生が困難となる。結果として、デシカント剤２７をトレイ２４に平積みして乾燥させるのが好ましい。また、デシカント剤２７を縦詰めした状態で乾燥させると、上昇気流４０の妨げとなる。

また、図５では、乾燥庫１０のスリット１１ｂの高さの違いによる上昇気流４０の流速の代表値と測定された上昇気流４０の流速の範囲とを示している。この図５からも明らかなように、スリット１１ｂの高さが「１０ｍｍ」の場合、上昇気流４０の流速の代表値は、「０．２５ｍ／ｓ」であり、測定された上昇気流４０の流速の範囲は、「０．２１〜０．２８ｍ／ｓ」である。また、スリット１１ｂの高さが２０ｍｍの場合、上昇気流４０の流速の代表値は、「０．３１ｍ／ｓ」であり、測定された上昇気流４０の流速の範囲は、「０．２５〜０．３７ｍ／ｓ」である。そのため、乾燥庫１０のスリット１１ｂの高さを「２０ｍｍ」に形成している。

本発明の実施形態に係る廃熱再利用装置１は、上述したように構成されている。この構成によれば、乾燥庫１０の内部１０ａの空気が暖められると、この乾燥庫１０の上部開口１２とスリット１１ｂとによる煙突効果により、暖められた内部１０ａの空気が上昇していく。すなわち、この乾燥庫１０の内部１０ａに上昇気流４０が発生する。このとき、この上昇気流４０は、メッシュ状の３枚のトレイ２４を通過する。そのため、この３枚のトレイ２４に載せた除湿後の粒状のデシカント剤２７が乾燥し始める。したがって、研削盤３の全体カバー３０から排出される廃熱を利用して、除湿後の粒状のデシカント剤２７を再生できる。このように再生できると、デシカント剤２７の再生に必要なランニングコストを抑えることができる。また、廃熱を利用して再生するため、外部電源を不要にできる。また、廃熱を利用できるため、二酸化炭素の排出量の削減に換算できる。

また、この構成によれば、３枚のトレイ２４は、上下に沿って所定の間隔を隔てて３段に重ねられている。そのため、３枚のトレイ２４の平面視サイズがコンパクトでも、一度に多くのデシカント剤２７を再生できる。

また、この構成によれば、乾燥庫１０の底壁１５の内面の中央には、架台１６を介してファン１７が備えられている。また、この底壁１５の内面の架台１６の傍には、熱電素子１８が備えられている。この熱電素子１８は、ファン１７を駆動させるモータ（図示しない）の電源となっている。そのため、上昇気流４０は、ファン１７によって流速が速められる。したがって、外部電源を不要のまま、吸湿した粒状のデシカント剤２７を確実に乾燥（再生）させることができる。

また、この構成によれば、ファン１７の上方は、防風板２０によって覆われている。そのため、ファン１７によって速度が速められた上昇気流４０は、防風板２０によって跳ね返って渦を巻く。したがって、廃熱再利用装置１の平面視において、上昇気流４０を分散させることができる。結果として、粒状のデシカント剤２７が３枚のトレイ２４の何処に載せられていても（隅であろうが、中央であろうが）均一に乾燥させることができるため、この粒状のデシカント剤２７の再生に偏り（むら）が生じることを防止できる。

また、この構成によれば、乾燥庫１０の内部１０ａには、防風板２０の上方（ファン１７と下段のトレイ２４との間）に整流器２１が備えられている。そのため、廃熱再利用装置１の平面視において、上昇気流４０をより分散させることができる。したがって、粒状のデシカント剤２７が３枚のトレイ２４の何処に載せられていてもより均一に乾燥させることができるため、この粒状のデシカント剤２７の再生により偏り（むら）が生じることを防止できる。

また、この構成によれば、デシカント剤２７は、再生温度が「４０〜８０度」の高分子デシカント剤である。比較的に低温（例えば、「４０〜８０度」）でデシカント剤２７の再生ができるため、低温の廃熱を捨てることなく有効利用できる。

なお、本発明の実施形態に係る廃熱再利用装置１にあっては、上記した実施の形態に限定されるものではなく、次のように適宜個所を変更しても構わない。実施形態で説明した数値は、これに限ることなく、発明が成立するのであれば、この数値は幾らであっても構わない。また、廃熱再利用装置１を載せる設備は、研削盤３に限ることなく、廃熱を排出している設備であれば、どのような設備（例えば、各種の工作機械等）であっても構わない。

また、底壁１５は、銅板に限ることなく、熱伝導率の高い素材であれば、どのような板材（例えば、アルミ板）であっても構わない。また、ファン１７は、下段のトレイ２４の下方に備えられることなく、上段のトレイ２４の上方に備えられていても構わない。また、乾燥庫１０に熱電素子１８を備えることなく、乾燥庫１０に各種の電池、室内灯の光によって発電する太陽光パネル等を備えていても構わない。その場合でも、上昇気流４０は、ファン１７によって流速が速められる。したがって、外部電源を不要のまま、吸湿した粒状のデシカント剤２７を確実に乾燥（再生）させることができる。

また、タイマーに基づいてデシカント剤２７の乾燥の終了を判断することなく、乾燥庫１０の内部１０ａの湿度を計測しておき、この計測した湿度に基づいてデシカント剤２７の乾燥の終了を判断しても構わない。なぜなら、デシカント剤２７の乾燥が始まると、乾燥庫１０の内部１０ａの湿度が上昇していき、デシカント剤２７の乾燥が終了すると、乾燥庫１０の内部１０ａの湿度が上昇の前の湿度に戻るからである。

また、トレイ２４は、３段に重ねられることなく、何段（１段〜複数段）であっても構わない。ただし、トレイ２４は、複数段であっても、５段程度までが好ましい。なぜなら、下段のトレイ２４に載せたデシカント剤２７から放湿された水分が上段のトレイ２４のデシカント剤２７で再収着されることを防止するためである。また、十分にデシカント剤２７を十分に加熱する観点からも、トレイ２４は、５段程度までが好ましい。

また、デシカント剤２７を大量に再生すると、大規模な冷却装置となる。そのため、工場内といった広い空間でも冷却できる。また、乾燥庫１０は、作業者が持ち運び可能に構成されているため、廃熱再利用装置１の設置の自由度を高めることができる。また、廃熱再利用装置１を研削盤３の全体カバー３０に載せて使用することなく、例えば、廃熱再利用装置１を乾燥室と隣接して設置した固定設備として使用しても構わない。また、乾燥庫１０は、略四角筒状に限ることなく、略筒状であれば、どのような略筒状（例えば、六角筒状）であっても構わない。

１ 廃熱再利用装置
３ 研削盤（設備）
１０ 乾燥庫
１０ａ 内部
１３ 下部開口（廃熱回収部）
２４ トレイ
２７ デシカント剤
４０ 上昇気流

Claims (7)

1. 廃熱を排出している設備に載せ可能な乾燥庫と、
   前記乾燥庫に収納可能なトレイと、を備えており、
   前記乾燥庫は、前記設備から排出される前記廃熱を集め可能な廃熱回収部を有する略筒状に構成されており、
   前記トレイは、除湿後の粒状のデシカント剤を水平方向に沿って載せ可能なメッシュ状に構成されており、
   前記廃熱回収部から前記廃熱を集めると、集めた前記廃熱によって前記乾燥庫の内部に生じる上昇気流が前記メッシュ状の前記トレイを通過する廃熱再利用装置。
2. 請求項１に記載の廃熱再利用装置であって、
   前記トレイは、高さ方向に沿って所定の間隔を隔てて複数段に重ねられている廃熱再利用装置。
3. 請求項１〜２のいずれかに記載の廃熱再利用装置であって、
   前記乾燥庫には、前記上昇気流の流速を速めるファンと、前記廃熱回収部から集められた前記廃熱によって動作可能な熱電素子と、を備えており、
   前記熱電素子は、前記ファンを駆動させるモータの電源となっている廃熱再利用装置。
4. 請求項１〜２のいずれかに記載の廃熱再利用装置であって、
   前記乾燥庫には、前記上昇気流の流速を速めるファンと、光によって動作可能な太陽光パネルと、を備えており、
   前記太陽光パネルは、前記ファンを駆動させるモータの電源となっている廃熱再利用装置。
5. 請求項３〜４のいずれかに記載の廃熱再利用装置であって、
   前記ファンは、前記トレイの下方に備えられており、
   前記乾燥庫には、前記ファンの上方に防風板を備えている廃熱再利用装置。
6. 請求項５に記載の廃熱再利用装置であって、
   前記乾燥庫には、前記防風板の上方に整流器を備えている廃熱再利用装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の廃熱再利用装置であって、
   前記デシカント剤は、高分子デシカント剤である廃熱再利用装置。

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