JP4246655B2 - 工業炉が設置された工場内の熱流制御方法、その熱流制御システム - Google Patents

Description

本発明は、特に工業炉周辺の熱に関する効果的な熱流制御により、工場内の冷暖房の省エネルギー化を図る熱流制御方法、その熱流制御システムに関する。

一般的に、工業炉自体の断熱（耐熱ブロック等）、放熱損失等に関しては、様々な対策が実行／提案されている。しかし、特に工業炉の輻射熱等に関しては、その周囲温度上昇の最大の要因となっているだけでなく、工場内全体の気温上昇、体感温度上昇に影響を与えているにも関わらず、充分な対策が採られていないのが現状である。特に夏季には、工場内の冷房を、工業炉が設置されていない工場に比べてより強くしなければならない等、冷房効率を低下させていた。工業炉の近傍に換気ファン等を設けて、局所的に工業炉周辺の空気を排気する構成も存在するが、効果は薄いものであった。

そこで、工業炉が設置された工場全体を対象とする観点からの熱対策として、本出願人等は、工業炉周辺を断熱性または耐熱性のある部材で囲み、夏期には、この部材で囲まれた空間の輻射熱等を工場外に排出することにより工場内の温度上昇を抑制し、以って工場内の冷房効率を向上させて省エネルギー化に貢献し、冬期には、この部材で囲まれた空間の輻射熱等を工場内の暖房に利用することにより暖房効率を向上させ、以って省エネルギー化に貢献する提案を行った（特許文献1）。
特開２００３−１０６５８８号公報

図２は、特許文献１にかかる熱流の制御方法を説明するための構成図である。図２では、工業炉１（例えばガス炉等）の周囲を間仕切り部２（例えば、耐熱性または断熱性のある部材を用いた板、シート、カバー等）で囲み、特に夏期または比較的気温が高い日等において、この間仕切り部２で囲まれた空間内の空気を、第１の換気ファン３及び第２の換気ファン４により工場外に排出する。これにより、工場内における間仕切り部２の外の領域に対する輻射熱の影響を大幅に軽減でき、工場内の冷房効率が向上すると共に、間仕切り部２で囲まれた狭い空間内の空気を排出するので効率良い排出が行えるようになる。

すなわち、図２の構成例において、主に夏期または比較的気温が高い日等においては、ダンパー５を閉じた状態にし（図はダンパーが開いた状態を示し、そこから図の矢印方向へとダンパーを閉じる）、更に上記２つの換気ファン３、４の回転方向を、工場外へ空気を排出する方向（図の太線矢印）とする。このようにして効率良く換気して、間仕切り部２で囲まれた空間（工業炉１周辺）の温度上昇を抑制できる。また、間仕切り部２の外においては、工業炉１の輻射熱の影響が少なくなるので、工場内の温度上昇を抑制でき、冷房効率が向上し工場の省エネルギー化に貢献できる。尚、熱を工場外に排出する例に限るものではなく、この熱を回収して再利用することも可能である。

一方、特に冬季または比較的気温が低い日においては、ダンパー５を開く（図２に示す位置とする）と共に、第２の換気ファン４は停止し、第１の換気ファン３の回転方向を、風路９から工業炉１側へ空気を流入させる方向とする。上述してあるように必ず二重天井６を設けなければならないわけではないが、工場の屋根７と二重天井６との間の空間は、工場内の他の場所から（例えば不図示の他の換気ファン等により）取り入れた空気（比較的冷たい空気）が流れる"風路９"として用いられ、これにより空気の循環が良くなる。

この空気の流れは、図中の点線矢印で示す通りである。間仕切り部２と工場の床８との間には、例えば５００(mm)程度の隙間が設けられており、工業炉１周辺の暖かい空気は、上記二重天井９と第１の換気ファン３により作り出された空気の流れにより、この隙間を通って工場内の他の場所へと流れ込む。勿論、これだけで工場内の暖房を行うわけではなく、他に通常の暖房設備はあるが、その補助的な役割を果たすことで、暖房効率を向上させ、省エネルギー化に貢献するものである。

このように、工業炉の輻射熱等に関しては、有効な活用が提案されている。しかし、工業炉には工業炉から出された製品を冷却するための冷却水系の設備があるが、この冷却水は、製品の冷却に使用されるだけで有効に活用されていない。

本発明は上記に鑑み、工業炉からの輻射熱等の排熱と、冷却水系の冷却水との両方を有効に活用して、工業炉が設置された工場全体を対象とする観点からの熱対策を実現する工場内の熱流制御方法、その熱流制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る熱流制御方法は、工場内に設置された工業炉周辺を断熱性または耐熱性のある部材で囲み、該部材により囲まれた空間内の高温の空気を、冬期のように気温が低い状態時には工場内の冷暖房を行う空気調和装置に供給し、該空気調和装置から工場内の各部に温風として供給して暖房に活用し、夏期のように気温が高い状態時にはガスエンジンヒートポンプに供給して燃焼用空気として直接利用または燃焼用空気の昇温に利用し、該ガスエンジンヒートポンプにより前記工業炉の冷却水を冷却し、該冷却水を前記空気調和装置に供給して冷房に活用することを特徴としている。

また、請求項２に係る熱流制御システムは、工場内に設置された工業炉の周囲を囲む間仕切り手段と、工場内の冷暖房を行う空気調和装置と、ガスエンジンヒートポンプと、前記間仕切り手段により囲まれた空間の高温の空気を暖房に活用するために前記空気調和装置に供給する第１の排熱管路と、前記間仕切り手段により囲まれた空間の高温の空気を前記ガスエンジンヒートポンプの燃焼用空気として直接利用または燃焼用空気の昇温に活用するために前記ガスエンジンヒートポンプに供給する第２の排熱管路と、前記ガスエンジンヒートポンプにより冷却された冷却水を前記工業炉に供給する第１の冷却水管路と、前記ガスエンジンヒートポンプにより冷却された冷却水を冷房に活用するために前記空気調和装置に供給する第２の冷却水管路と、を有することを特徴としている。

さらに、請求項３に係る熱流制御システムは、請求項２に記載の発明において、間仕切り手段は、断熱性または耐熱性のある部材で構成されていることを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、工業炉の輻射熱等の排熱による高温の空気を、気温が低い状態時には工場内の冷暖房を行う空気調和装置に供給し、空気調和装置から工場内の各部に温風として供給して暖房に活用し、気温が高い状態時にはガスエンジンヒートポンプに供給して燃焼用空気として直接利用または燃焼用空気の昇温に利用し、ガスエンジンヒートポンプにより工業炉の冷却水を冷却し、この冷却水を前記空気調和装置に供給して冷房に活用することにより、工業炉の排熱と冷却水の両方を有効活用して工場内の冷暖房の省エネルギー化を図ることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、工業炉の輻射熱等の排熱による高温の空気を、第１の排熱管路を介して暖房に活用するために空気調和装置に供給するとともに、第２の排熱管路を介してガスエンジンヒートポンプの燃焼用空気として直接利用または燃焼用空気の昇温に活用するためにガスエンジンヒートポンプに供給し、さらに、第１の冷却水管路を介してガスエンジンヒートポンプにより冷却された冷却水を工業炉に供給するとともに、第２の冷却水管路を介してガスエンジンヒートポンプにより冷却された冷却水を冷房に活用するために空気調和装置に供給することにより、工業炉の排熱と冷却水の両方を有効活用して工場内の冷暖房の省エネルギー化を図ることができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、工業炉を断熱性または耐熱性のある部材で囲むことにより、輻射熱等の排熱による高温の空気を工場内に放出することなく空気調和装置またはガスエンジンヒートポンプに供給することができるため、工場内の温度上昇を抑制でき、工場内の冷房効率を向上させて省エネルギー化に貢献することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す工場内の熱流制御システムのシステム構成図であり、図中、２１は工場建屋、２２は工業炉、２３は間仕切り部、２４は排気ファン、２５は室内空調機、２６は冷却水タンク、２７はガスエンジンヒートポンプ、２８はガス燃料タンク、２９、３０は排熱管路、３１、３２は冷却水管路を示している。

ガスエンジンヒートポンプ２７は、ガスエンジン３３、圧縮機３４、熱交換器３５、膨張弁３６、冷媒管路３７から構成され、都市ガスを用いたガスエンジンによってヒートポンプサイクルを駆動し、冷暖房を行うものであり、既知のものを使用することができる。このガスエンジンヒートポンプ２７からの冷媒ガスは冷媒管路３７を介して冷却水タンク２６の熱交換器３８を循環し、冷却水の冷却に使用される。

また、排気ファン２４から排出される排熱は、切換弁３９により室内空調機２５に繋がる排熱管路２９とガスエンジンヒートポンプ２７に繋がる排熱管路３０に切換られるように構成されている。

さらに、間仕切り部２３は、工業炉２２の輻射熱等の排熱により温度上昇した空気の熱が工場内に拡散しないようにするために、ある程度の耐熱性、断熱性があるものが好ましく、特に材質を限定するものではないが、例えば、木材や、金属が考えられる。また、外部から工業炉の様子を常時監視可能とするのであれば、アクリル等の透明、半透明の耐熱剤を使用することが望ましい。

このような構成において、本発明によれば、気温が高い夏期モードと気温が低い冬期モードに大別した制御がおこなわれる。

夏期モードにおいては、工業炉２２の輻射熱等の排熱により温度上昇した間仕切り部２３内の空気は、排気ファン２４から排出されるが、切換弁３９により排熱管路３０側に流されてガスエンジンヒートポンプ２７に供給される。ガスエンジン３３においては、ガス燃料タンク２８からの都市ガスが燃焼用空気と混合されて燃焼室に送り込まれ、混合燃料ガスとして使用される。この燃焼用空気は、高温であるほど燃焼効率が良くなるため、排気管路３０から供給される高温空気が燃焼用空気として直接用いられるか、あるいは燃焼用空気を昇温させるために用いられる。

ガスエンジンヒートポンプ２７では、圧縮機３４、熱交換器３５、膨張弁３６によるヒートポンプサイクルの駆動により冷媒ガスが冷媒管路３７を循環する。工業炉２２には、製造された製品を冷却するために、製品に冷却水を散布したのち、冷却水タンク２６に回収して再利用する冷却水管路３１が設けられているが、この冷却水タンク２６内の冷却水の冷却のために、冷媒管路３７を冷却水タンク２６内に設置した熱交換器３８に供給し、冷却水の冷却を行う。そして、この冷却水を冷却水管路３２を介して室内空調機２５に供給し、室内空調機２５の熱交換器（図示せず）において熱を奪い、室内空調機２５から工場内の各部に冷気を排気することにより室内の冷房に活用する。

このように、夏期モードにおいては、工業炉の輻射熱等の排熱を利用してガスエンジンヒートポンプ２７の燃焼用空気を昇温することにより、ガスエンジンヒートポンプ２７の燃焼効率を高め、かつ工業炉の冷却水を空気調和機の冷媒として使用することにより、空気調和機の省エネルギーに貢献することができる。

冬期モードにおいては、切換弁３９を排熱管路２９側に切換えることにより、工業炉２２の輻射熱等の排熱により温度上昇した間仕切り部２３内の空気は、排気ファン２４から排出され、排熱管路２９を介して室内空調機２５に供給される。室内空調機２５は、排熱管路２９から供給される高温の空気を工場内の各部から温風として吹き出させることにより工場内の暖房を行う。これにより、室内空調機２５のインバータを運転することなく工場内の暖房を行うことができ、空気調和機の省エネルギーに貢献することができる。

なお、外気温度や工業炉の運転状況に応じて、室内空調機２５のインバータを運転制御し、室温を調整することができるようにしても良いことは勿論である。

工業炉が設置された工場内の熱流制御方法、工場内の熱流制御システムの一例を説明するための図である。 従来における工業炉が設置された工場内の熱流制御方法、工場内の熱流制御システムを説明するための図である。

符号の説明

２１・・・工場建屋
２２・・・工業炉
２３・・・間仕切り部
２４・・・排気ファン
２５・・・室内空調機
２６・・・冷却水タンク
２７・・・ガスエンジンヒートポンプ
２８・・・ガス燃料タンク
２９、３０・・・排熱管路
３１、３２・・・冷却水管路
３３・・・ガスエンジン
３４・・・圧縮機
３５、３８・・・熱交換器
３６・・・膨張弁
３７・・・冷媒管路
３９・・・切換弁

Claims (3)

1. 工場内に設置された工業炉周辺を断熱性または耐熱性のある部材で囲み、該部材により囲まれた空間内の高温の空気を、気温が低い状態時には工場内の冷暖房を行う空気調和装置に供給し、該空気調和装置から工場内の各部に温風として供給して暖房に活用し、気温が高い状態時にはガスエンジンヒートポンプに供給して燃焼用空気として直接利用または燃焼用空気の昇温に利用し、該ガスエンジンヒートポンプにより前記工業炉の冷却水を冷却し、該冷却水を前記空気調和装置に供給して冷房に活用することを特徴とする工業炉が設置された工場内の熱流制御方法。
2. 工場内に設置された工業炉の周囲を囲む間仕切り手段と、工場内の冷暖房を行う空気調和装置と、ガスエンジンヒートポンプと、前記間仕切り手段により囲まれた空間の高温の空気を暖房に活用するために前記空気調和装置に供給する第１の排熱管路と、前記間仕切り手段により囲まれた空間の高温の空気を前記ガスエンジンヒートポンプの燃焼用空気として直接利用または燃焼用空気の昇温に活用するために前記ガスエンジンヒートポンプに供給する第２の排熱管路と、前記ガスエンジンヒートポンプにより冷却された冷却水を前記工業炉に供給する第１の冷却水管路と、前記ガスエンジンヒートポンプにより冷却された冷却水を冷房に活用するために前記空気調和装置に供給する第２の冷却水管路と、を有することを特徴とする工業炉が設置された工場内の熱流制御システム。
3. 前記間仕切り手段は、断熱性または耐熱性のある部材であることを特徴とする請求項２に記載の工業炉が設置された工場内の熱流制御システム。

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