JP5652190B2

JP5652190B2 - 熱回収利用システム

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Publication number: JP5652190B2
Application number: JP2010280710A
Authority: JP
Inventors: 阿萬　康知; 康知阿萬; 陽平志連; 工藤　健二; 健二工藤; 佐藤　達哉; 達哉佐藤; 丸山　徹; 徹丸山; 田中　正治; 正治田中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: JP2012127596A

Description

本発明は、熱回収利用システムに関する。

高温の流体から低温の熱媒体に熱を伝達させることにより回収して利用する方法は、廃熱を有効に利用することができ、シェルアンドチューブ型、プレート型等の熱交換器が使用されている。例えば、循環熱風方式の乾燥器において、乾燥後の排ガスにより、室温の給気を加熱する方法が知られている。

しかしながら、熱媒体が流体に対して十分に低温でなければ、廃熱を有効に利用することができないという問題がある。

特許文献１には、乾燥すべき対象物が収容される乾燥部に対して、高温側反応器がそれぞれ接続され、所定の時間間隔で交互に蓄熱過程及び放熱過程で動作する二つのケミカルヒートポンプと、放熱過程で動作する第一のケミカルヒートポンプの低温側反応器に対して、蓄熱過程で動作する第二のケミカルヒートポンプの高温側反応器を切り換え接続する切り換え手段と、第一のケミカルヒートポンプの高温側反応器から乾燥部を通って第二のケミカルヒートポンプの高温側反応器まで気体を循環させる送風手段を含んでいる乾燥装置が開示されている。

しかしながら、放熱過程で動作する第一のケミカルヒートポンプの低温側反応器に対して、蓄熱過程で動作する第二のケミカルヒートポンプの高温側反応器を切り換え接続する際に、低温側反応器を昇温又は降温させる必要があり、廃熱を効率的に利用することができないという問題がある。

本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、廃熱を効率的に利用することが可能な熱回収利用システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第一の流体から回収された熱を利用して第二の流体を加熱する熱回収利用システムであって、前記第一の流体を導入する第一の流路と、前記第一の流体を排出する第二の流路と、前記第二の流体を導入する第三の流路と、前記第二の流体を排出する第四の流路と、前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第二の流体を加熱する第一室と、前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第二の流体を加熱する第二室と、前記熱が回収された第一の流体から熱を回収する第三室と、前記第一の流路及び前記第一室を開閉自在に接続する第一の開閉部と、前記第一室及び前記第三室を開閉自在に接続する第二の開閉部と、前記第三の流路及び前記第一室を開閉自在に接続する第三の開閉部と、前記第一室及び前記第四の流路を開閉自在に接続する第四の開閉部と、前記第一の流路及び前記第二室を開閉自在に接続する第五の開閉部と、前記第二室と前記第三室を開閉自在に接続する第六の開閉部と、前記第三の流路及び前記第二室を開閉自在に接続する第七の開閉部と、前記第二室と前記第四の流路を開閉自在に接続する第八の開閉部と、前記第三室と前記第二の流路を接続する開口部を有し、前記第一室、前記第二室及び前記第三室は、それぞれ第一の熱交換器、第二の熱交換器及び第三の熱交換器を有し、前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器及び前記第三の熱交換器は、それぞれ第一の熱交換型反応器、第二の熱交換型反応器及び第三の熱交換型反応器と熱的に接続されており、前記第一の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器及び前記第二の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器は、それぞれ開閉弁を有する配管により接続されており、前記第三の熱交換型反応器は、液体を蒸発させて気体を生成させる蒸発器であり、前記気体を凝縮させて前記液体を生成させる凝縮器をさらに有し、前記第一の熱交換型反応器と前記凝縮器及び前記第二の熱交換型反応器と前記凝縮器は、開閉弁を有する配管により接続されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、第一の流体から回収された熱を利用して前記第一の流体を加熱する熱回収利用システムであって、前記第一の流体を導入する第一の流路と、前記第一の流体を排出する第二の流路と、前記加熱された第一の流体を排出する第三の流路と、前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第一の流体を加熱する第一室と、前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第一の流体を加熱する第二室と、前記熱が回収された第一の流体から熱を回収する第三室と、前記第一の流路及び前記第一室を開閉自在に接続する第一の開閉部と、前記第一室及び前記第三室を開閉自在に接続する第二の開閉部と、前記第一室及び前記第三の流路を開閉自在に接続する第三の開閉部と、前記第一の流路及び前記第二室を開閉自在に接続する第四の開閉部と、前記第二室と前記第三室を開閉自在に接続する第五の開閉部と、前記第二室と前記第三の流路を開閉自在に接続する第六の開閉部と、前記第三室と前記第二の流路を接続する開口部を有し、前記第一室、前記第二室及び前記第三室は、それぞれ第一の熱交換器、第二の熱交換器及び第三の熱交換器を有し、前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器及び前記第三の熱交換器は、それぞれ第一の熱交換型反応器、第二の熱交換型反応器及び第三の熱交換型反応器と熱的に接続されており、前記第一の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器及び前記第二の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器は、それぞれ開閉弁を有する配管により接続されており、前記第三の熱交換型反応器は、液体を蒸発させて気体を生成させる蒸発器であり、前記気体を凝縮させて前記液体を生成させる凝縮器をさらに有し、前記第一の熱交換型反応器と前記凝縮器及び前記第二の熱交換型反応器と前記凝縮器は、開閉弁を有する配管により接続されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱回収利用システムにおいて、前記第一の熱交換型反応器及び前記第二の熱交換型反応器は、それぞれ前記気体と可逆的に反応することが可能な物質を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱回収利用システムにおいて、前記蒸発器に前記液体を導入する導入手段と、前記凝縮器から前記液体を排出する排出手段をさらに有することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱回収利用システムにおいて、前記第一の熱交換型反応器、前記第二の熱交換型反応器及び前記第三の熱交換型反応器は、それぞれ前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器及び前記第三の熱交換器を兼ねることを特徴とする。

本発明によれば、廃熱を効率的に利用することが可能な熱回収利用システムを提供することができる。

本発明の熱回収利用システムの一例を示す概要構成図である。図１の熱回収利用システムの第一室で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態の一例を示す図である。図１の熱回収利用システムの第一室で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態の変形例を示す図である。図１の熱回収利用システムの第二室で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態の一例を示す図である。図１の熱回収利用システムの第二室で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態の変形例を示す図である。図１の熱回収利用システムで用いられるケミカルヒートポンプの一例を示す図である。図１の熱回収利用システムで用いられるケミカルヒートポンプの変形例を示す図である。本発明の熱回収利用システムの変形例を示す概要構成図である。図８の熱回収利用システムの第一室で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態を示す図である。図８の熱回収利用システムの第二室で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態を示す図である。乾燥装置の一例を示す模式図である。乾燥装置の他の例を示す模式図である。実施例１の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。実施例２の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。実施例３の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。実施例４の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。実施例５の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。比較例１の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。比較例２の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。比較例３の熱回収利用システム及び乾燥装置を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。

図１に、本発明の熱回収利用システムの一例を示す。熱回収システム１００は、第一の流体から回収された熱を利用して第二の流体を加熱する。このとき、熱回収システム１００には、第一の流体を導入する第一の流路１０１と、第一の流体を排出する第二の流路１０２と、第二の流体を導入する第三の流路１０３と、第二の流体を排出する第四の流路１０４と、第一室１１１と、第二室１１２と、熱が回収された第一の流体から熱を回収する第三室１１３が設置されている。また、熱回収システム１００には、第一の流路１０１及び第一室１１１を開閉自在に接続する第一の開閉部１２１と、第一室１１１及び第三室１１３を開閉自在に接続する第二の開閉部１２２と、第三の流路１０３及び第一室１１１を開閉自在に接続する第三の開閉部１２３と、第一室１１１及び第四の流路１０４を開閉自在に接続する第四の開閉部１２４と、第一の流路１０１及び第二室１１２を開閉自在に接続する第五の開閉部１２５と、第二室１１２と第三室１１３を開閉自在に接続する第六の開閉部１２６と、第三の流路１０３及び第二室１１２を開閉自在に接続する第七の開閉部１２７と、第二室１１２と第四の流路１０４を開閉自在に接続する第八の開閉部１２８が設置されている。さらに、熱回収システム１００には、第三室１１３と第二の流路１０２を接続する開口部（不図示）が設置されている。また、第一の熱交換器１３１、第二の熱交換器１３２及び第三の熱交換器１３３が、それぞれ第一室１１１内、第二室１１２内及び第三室１１３内に設置されている。

第一室１１１及び第二室１１２は、それぞれ第一の流体から熱を回収する、又は、第一の流体から回収された熱を利用して第二の流体を加熱する機能を有する。このとき、第一室１１１で第一の流体から熱を回収する場合、第二室１１２で第一の流体から回収された熱を利用して第二の流体を加熱する。一方、第二室１１２で第一の流体から熱を回収する場合、第一室１１１で第一の流体から回収された熱を利用して第二の流体を加熱する。このような機能は、ケミカルヒートポンプを適用することにより実現することができるが、詳細については、後述する。

開閉部としては、開閉自在に接続することが可能であれば、特に限定されないが、開閉弁等が挙げられる。

図２に、第一室１１１で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態の一例を示す。このとき、第一の開閉部１２１及び第二の開閉部１２２が開いており、第四の開閉部１２４及び第五の開閉部１２５が閉じているため、第一の流体は、第一室１１１に導入された後、第三室１１３を経て、第二の流路１０２から排出される。また、第二の開閉部１２２及び第三の開閉部１２３が閉じており、第七の開閉部１２７及び第八の開閉部１２８が開いているため、第二の流体は、第二室１１２に導入された後、第四の流路１０４から排出される。

このとき、図３に示すように、第五の開閉部１２５を開いて、第一の流体の一部を、第二室１１２に導入した後、第四の流路１０４から排出してもよい。これにより、第二の流体は、第一の流体の一部と混合して、加熱される。なお、第二室１１２に導入する第一の流体の量は、第五の開閉部１２５の開度を調整することにより、制御することができる。

図４に、第二室１１２で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態を示す。このとき、第一の開閉部１２１及び第八の開閉部１２８が閉じており、第五の開閉部１２５及び第六の開閉部１２６が開いているため、第一の流体は、第二室１１２に導入された後、第三室１１３を経て、第二の流路１０２から排出される。また、第三の開閉部１２３及び第四の開閉部１２４が開いており、第二の開閉部１２２及び第七の開閉部１２７が閉じているため、第二の流体は、第一室１１１に導入された後、第四の流路１０４から排出される。

このとき、図５に示すように、第一の開閉部１２１を開いて、第一の流体の一部を、第一室１１１に導入した後、第四の流路１０４から排出してもよい。これにより、第二の流体は、第一の流体の一部と混合して、昇温する。なお、第一室１１１に導入する第一の流体の量は、第一の開閉部１２１の開度を調整することにより、制御することができる。

次に、図６を用いて、熱回収利用システム１００で用いられるケミカルヒートポンプの一例について説明する。以下、水と可逆的に反応することが可能な硫酸カルシウムを用いる場合について説明するが、硫酸カルシウムの代わりに、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等を用いてもよい。また、ケミカルヒートポンプの代わりに、水素吸蔵ヒートポンプ等のヒートポンプを用いてもよい。

熱回収システム１００には、硫酸カルシウム（不図示）が収容されている第一の熱交換型反応器１４１及び第二の熱交換型反応器１４２、収容されている水を加熱して水蒸気を発生させる蒸発器１４３、第一の熱交換型反応器１４１又は第二の熱交換型反応器１４２で発生した水蒸気を冷却して水を生成させる凝縮器１４４が設置されている。このとき、第一の熱交換型反応器１４１、第二の熱交換型反応器１４２、蒸発器１４３及び凝縮器１４４の内部には、それぞれ熱交換器（不図示）が設置されている。また、第一の熱交換型反応器１４１、第二の熱交換型反応器１４２、蒸発器１４３及び凝縮器１４４の内部に設置されている熱交換器は、それぞれ第一の熱交換器１３１、第二の熱交換器１３２、第三の熱交換器１３３及び冷熱源１３４と熱的に接続されている。

熱的に接続する方法としては、特に限定されないが、ポンプ等の輸送手段を用いて熱媒体を輸送する方法等が挙げられる。

また、第一の熱交換型反応器１４１と蒸発器１４３、第二の熱交換型反応器１４２と蒸発器１４３、第一の熱交換型反応器１４１と凝縮器１４４及び第二の熱交換型反応器１４２と凝縮器１４４は、それぞれ配管１５１、１５２、１５３及び１５４により接続されている。このとき、配管１５１、１５２、１５３及び１５４には、それぞれ開閉弁（不図示）が設置されている。

次に、第一室１１１で第一の流体から熱を回収する場合（図２又は図３参照）のケミカルヒートポンプの動作を説明する。この場合、配管１５１及び１５３に設置されている開閉弁を閉じ、配管１５２及び１５４に設置されている開閉弁を開く。このため、第一の熱交換型反応器１４１及び第二の熱交換型反応器１４２は、それぞれ凝縮器１４４及び蒸発器１４３と接続される。その結果、第一の熱交換器１３１により回収された熱により、第一の熱交換型反応器１４１に収容されている硫酸カルシウム・水和物から脱離した水蒸気が凝縮器１４４に導入された後、凝縮して水が生成する。一方、第三の熱交換器１３３により回収された熱により、蒸発器１４３に収容されている水が蒸発して発生した水蒸気が第二の熱交換型反応器１４２に導入された後、硫酸カルシウムが水和して発熱する。このため、第二の熱交換器１３２により、第二の流体が加熱される。

このとき、第二の熱交換型反応器１４２の温度は、通常、蒸発器１４３に収容されている水の温度よりも約９０℃高くなる。例えば、第一室１１１に導入される第一の流体の温度が１３０℃であり、第一の熱交換器１３１により熱を回収された後に第三室１１３に導入される第一の流体の温度が１００℃となり、第三の熱交換器１３３により蒸発器１４３に収容されている水が９０℃に加熱される場合は、第二の熱交換型反応器１４２の温度は約１８０℃となり、第一の流体の温度に対する昇温効果は約５０℃となる。

一方、第二室１１２で第一の流体から熱を回収する場合（図４又は図５参照）は、配管１５１及び１５３に設置されている開閉弁を開き、配管１５２及び１５４に設置されている開閉弁を閉じる。

このとき、第一の熱交換型反応器１４１及び第二の熱交換型反応器１４２に収容されている硫酸カルシウム（不図示）は有限であるため、図２又は図３の状態及び図４又は図５の状態を交互に繰り返すことにより、第一の流体から連続して熱を回収すると共に、第二の流体を連続して加熱することができる。その結果、廃熱を効率的に利用することができる。

なお、図２又は図３の状態及び図４又は図５の状態を切り替えるタイミング等の所定のタイミングで、ポンプ等の排出手段を用いて、凝縮器１４４から水を排出してもよいし、ポンプ等の導入手段を用いて、蒸発器１４３に水を導入してもよい。このとき、凝縮器１４４から水を排出した水を、蒸発器１４３に導入してもよい。

また、熱回収利用システム１００は、第一の開閉部１２１、第二の開閉部１２２、第五の開閉部１２５及び第六の開閉部１２６を開いて、第三の開閉部１２３、第四の開閉部１２４、第七の開閉部１２７及び第八の開閉部１２８を閉じてもよい。この場合、配管１５３及び１５４に設置されている開閉弁を開いて、配管１５１及び１５２に設置されている開閉弁を閉じると、第一の熱交換型反応器１４１及び第二の熱交換型反応器１４２は、凝縮器１４４と接続される。その結果、第一の熱交換器１３１及び第二の熱交換器１３２により回収された熱により、第一の熱交換型反応器１４１及び第二の熱交換型反応器１４２に収容されている硫酸カルシウム・水和物から脱離した水蒸気が凝縮器１４４に導入された後、凝縮して水が生成する。このとき、ポンプ等の導入手段を用いて、蒸発器１４３に水を導入してもよい。

さらに、熱回収利用システム１００は、第二の開閉部１２２、第三の開閉部１２３、第四の開閉部１２４、第六の開閉部１２６、第七の開閉部１２７及び第八の開閉部１２８を開いて、第一の開閉部１２１及び第五の開閉部１２５を閉じてもよい。この場合、配管１５１及び１５２に設置されている開閉弁を開いて、配管１５３及び１５４に設置されている開閉弁を閉じると、第一の熱交換型反応器１４１及び第二の熱交換型反応器１４２は、蒸発器１４３と接続される。その結果、第三の熱交換器１３３により回収された熱により、蒸発器１４３に収容されている水が蒸発して発生した水蒸気が第一の熱交換型反応器１４１及び第二の熱交換型反応器１４２に導入された後、硫酸カルシウムが水和して発熱する。その結果、第一の熱交換器１３１及び第二の熱交換器１３２により、第二の流体が加熱される。なお、第二の流体が加熱される温度は、第二の開閉部１２２及び第六の開閉部１２６の開度を調整することにより、制御することができる。このとき、ポンプ等の排出手段を用いて、凝縮器１４４から水を排出してもよい。

このような状態を交互に繰り返すことにより、第一の流体から熱を回収する操作及び第二の流体を加熱する操作を交互に繰り返すことができる。このような操作は、例えば、バッチ式で乾燥の間欠運転をする場合等に利用することができる。

次に、図７を用いて、熱回収利用システム１００で用いられるケミカルヒートポンプの変形例について説明する。この場合、第一の熱交換型反応器１４１、第二の熱交換型反応器１４２及び蒸発器１４３が、それぞれ第一の熱交換器１３１、第二の熱交換器１３２及び第三の熱交換器１４３を兼ねる以外は、図６と同一の構成である。即ち、熱交換器１４１ａが外部に設置されている第一の熱交換型反応器１４１'が第一室１１１内に設置されている。また、熱交換器１４２ａが外部に設置されている第二の熱交換型反応器１４２'が第二室１１２内に設置されている。さらに、熱交換器１４３ａが外部に設置されている蒸発器１４３'が第三室１１３内に設置されている。これにより、第一の熱交換型反応器１４１、第二の熱交換型反応器１４２及び蒸発器１４３の内部に設置されている熱交換器を、それぞれ第一の熱交換器１３１、第二の熱交換器１３２及び第三の熱交換器１３３と熱的に接続する必要がないため、熱交換によるロスを削減することができる。その結果、廃熱を効率的に利用することができる。

このとき、第一の熱交換型反応器１４１と蒸発器１４３、第二の熱交換型反応器１４２と蒸発器１４３、第一の熱交換型反応器１４１と凝縮器１４４及び第二の熱交換型反応器１４２と凝縮器１４４は、それぞれ配管１５１、１５２、１５３及び１５４により接続されている。このとき、配管１５１、１５２、１５３及び１５４には、それぞれ開閉弁１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ及び１５４ａが設置されている。

図８に、本発明の熱回収利用システムの変形例を示す。熱回収利用システム１００'は、第一の流体から回収された熱を利用して第一の流体を加熱する。このとき、熱回収利用システム１００'は、第二の流体を導入する第三の流路１０３、第三の流路１０３及び第一室１１１を開閉自在に接続する第三の開閉部１２３、第三の流路１０３及び第二室１１２を開閉自在に接続する第七の開閉部１２７を省略し、第四の流路１０４を加熱された第一の流体を排出する流路として用いた以外は、熱回収利用システム１００と同一の構成である。

第一室１１１及び第二室１１２は、それぞれ第一の流体から熱を回収する、又は、第一の流体から回収された熱を利用して第一の流体を加熱する機能を有する。このとき、第一室１１１で第一の流体から熱を回収する場合、第二室１１２で第一の流体から回収された熱を利用して第一の流体を加熱する。一方、第二室１１２で第一の流体から熱を回収する場合、第一室１１１で第一の流体から回収された熱を利用して第一の流体を加熱する。

図９に、第一室１１１で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態の一例を示す。このとき、第一の開閉部１２１及び第二の開閉部１２２が開いており、第四の開閉部１２４が閉じているため、第一の流体の半量は、第一室１１１に導入された後、第三室１１３を経て、第二の流路１０２から排出される。また、第五の開閉部１２５及び第八の開閉部１２８が開いており、第六の開閉部１２６が閉じているため、第一の流体の半量は、第二室１１２に導入された後、第四の流路１０４から排出される。なお、第一質１１１及び第二室１１２に導入する第一の流体の量は、第一の開閉部１２１及び第五の開閉部１２５の開度を調整することにより、制御することができる。

図１０に、第二室１１２で第一の流体から熱を回収する場合の開閉部の状態を示す。このとき、第五の開閉部１２５及び第六の開閉部１２６が開いており、第八の開閉部１２８が閉じているため、第一の流体の半量は、第二室１１２に導入された後、第三室１１３を経て、第二の流路１０２から排出される。また、第一の開閉部１２１及び第四の開閉部１２４が開いており、第二の開閉部１２２が閉じているため、第一の流体の半量は、第一室１１１に導入された後、第四の流路１０４から排出される。なお、第一質１１１及び第二室１１２に導入する第一の流体の量は、第一の開閉部１２１及び第五の開閉部１２５の開度を調整することにより、制御することができる。

本発明の熱回収利用システムは、乾燥装置等に適用することができる。

図１１に、乾燥装置の一例を示す。乾燥装置２００は、電力、天然ガス等の一次エネルギーにより熱風を発生させる熱交換器２０１、熱風を循環させるファン２０２、循環する熱風により材料Ｍを乾燥させる乾燥室２０３、循環する熱風の一部を排出する熱風排出機構２０４及び循環する熱風に外気を導入する外気導入機構２０５を有する。

図１２に、乾燥装置の他の例を示す。乾燥装置２００'は、外気導入機構２０５により循環する熱風に導入される外気を、廃熱等を利用して熱交換器等により予熱する予熱機構２０６をさらに有する以外は、乾燥装置２００と同一の構成である。

以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。

［実施例１］
熱回収利用システム１００（図１及び図６参照）を乾燥装置２００（図１１参照）に適用して、図１３に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風（第一の流体）の流路を熱回収利用システム１００に導入する流路に切り替える流路切り替え機構３０１を設置して、熱風を熱回収利用システム１００に導入した。また、熱風から回収された熱を利用して循環する熱風（第二の流体）を加熱して加熱工程３０２に適用した。

なお、乾燥室２０３内では、材料Ｍとして、加熱により発色する感熱材料と水性溶媒を混合した塗布液を塗布した紙を１６０℃の熱風により乾燥させ、乾燥室２０３から１２０℃の熱風が排出された。

また、熱回収利用システム１００の第一の熱交換型反応器１４１と第二の熱交換型反応器１４２、蒸発器１４３、凝縮器１４４、配管１５１、１５２、１５３及び１５４は、運転前に、１Ｐａ以下の真空に排気した。

さらに、熱回収利用システム１００は、図２の状態及び図４の状態を、３０分間毎に交互に繰り返した。図２の状態及び図４の状態を切り替える直前に、配管１５１、１５２、１５３及び１５４に設置されている開閉弁を２０秒間閉じて、蒸発器１４３に水を導入すると共に、凝縮器１４４から水を排出した。

［実施例２］
熱回収利用システム１００（図１及び図７参照）を乾燥装置２００'（図１２参照）に適用して、図１４に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風（第一の流体）の流路を熱回収利用システム１００に導入する流路に切り替える流路切り替え機構３０１を設置すると共に、熱回収利用システム１００に導入する熱風の流量を調整して、残りの熱風を排出する流量調整機構３０３を設置し、熱風を熱回収利用システム１００に導入した。また、熱風から回収された熱を利用して、外気導入機構２０５により導入された後、予熱機構２０６により予熱された外気（第二の流体）を加熱して生成した熱風を循環する熱風に導入した。

さらに、熱回収利用システム１００は、図２の状態及び図４の状態を、３０分間毎に交互に繰り返した。図２の状態及び図４の状態を切り替える直前に、配管１５１、１５２、１５３及び１５４に設置されている開閉弁１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ及び１５４ａを２０秒間閉じて、蒸発器１４３に水を導入すると共に、凝縮器１４４から水を排出した。

［実施例３］
熱回収利用システム１００（図１及び図７参照）を乾燥装置２００'（図１２参照）に適用して、図１５に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風の流路を熱回収利用システム１００に導入する流路に切り替える流路切り替え機構３０１を設置すると共に、熱回収利用システム１００に導入する熱風（第一の流体）の流量を調整して、残りの熱風の一部（第二の流体）を熱回収利用システム１００に導入して、残りの熱風の残部を排出する流量調整機構３０３'を設置し、熱風（第一の流体及び第二の流体）を熱回収利用システム１００に導入した。また、熱風（第一の流体）から回収された熱を利用して、熱風（第二の流体）を加熱して生成した熱風を循環する熱風に導入した。

［実施例４］
熱回収利用システム１００（図８参照）を乾燥装置２００'（図１２参照）に適用して、図１６に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風（第一の流体）の流路を熱回収利用システム１００に導入する流路に切り替える流路切り替え機構３０１を設置すると共に、熱回収利用システム１００に導入する熱風の流量を調整して、残りの熱風を排出する流量調整機構３０３を設置し、熱風を熱回収利用システム１００に導入した。また、熱風から回収された熱を利用して、熱風を加熱して生成した熱風を循環する熱風に導入した。なお、ケミカルヒートポンプは、図７に示す構成とした。

［実施例５］
熱回収利用システム１００（図１及び図７参照）を乾燥装置２００（図１１参照）に適用して、図１７に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風（第一の流体）の流路を熱回収利用システム１００に導入する流路に切り替える流路切り替え機構３０１を設置して、熱風を熱回収利用システム１００に導入した。また、熱風から回収された熱を利用して、外気導入機構２０５により導入された外気（第二の流体）を加熱して生成した熱風を循環する熱風に導入した。

さらに、熱回収利用システム１００は、図３の状態及び図５の状態を、３０分間毎に交互に繰り返した。図３の状態及び図５の状態を切り替える直前に、配管１５１、１５２、１５３及び１５４に設置されている開閉弁１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ及び１５４ａを２０秒間閉じて、蒸発器１４３に水を導入すると共に、凝縮器１４４から水を排出した。

［比較例１］
乾燥装置２００（図１１参照）に、プレート式の熱交換器１０００を適用して、図１８に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風（第一の流体）を熱交換器１０００に導入した。また、熱風から回収された熱を利用して、外気導入機構２０５により導入された外気（第二の流体）を加熱して生成した熱風を循環する熱風に導入した。

［比較例２］
乾燥装置２００（図１１参照）に、プレート式の熱交換器１０００を適用して、図１９に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風（第一の流体）を熱交換器１０００に導入した。また、熱風から回収された熱を利用して循環する熱風（第二の流体）を加熱して加熱工程３０２に適用した。

［比較例３］
乾燥装置２００'（図１２参照）に、プレート式の熱交換器１０００を適用して、図２０に示す構成とした。具体的には、熱風排出機構２０４により排出される熱風（第一の流体）を熱交換器１０００に導入した。また、熱風から回収された熱を利用して、外気導入機構２０５により導入された後、予熱機構２０６により予熱された外気（第二の流体）を加熱して生成した熱風を循環する熱風に導入した。

表１に、実施例１〜５、比較例１〜３の評価結果を示す。

ここで、Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３及びＴ_４は、それぞれ熱回収利用システム又は熱交換器に導入される第一の流体の温度、熱回収利用システム又は熱交換器から排出される第一の流体の温度、熱回収利用システム又は熱交換器に導入される第二の流体の温度及び熱回収利用システム又は熱交換器から排出される第二の流体の温度である。なお、実施例４において、Ｔ_３及びＴ_４は、それぞれ熱回収利用システム又は熱交換器に導入される第一の流体の温度及び熱回収利用システム又は熱交換器から排出される第一の流体の温度である。

表１から、実施例１〜５は、比較例１〜３と比較して、Ｔ_４が高く、廃熱を効率的に利用できることがわかる。

特に、比較例１〜３は、第二の流体の温度を第一の流体の温度よりも高くすることが原理的に不可能であるが、実施例１〜４は、第二の流体の温度を第一の流体の温度よりも高い。

１００、１００' 熱回収利用システム
１０１第一の流路
１０２第二の流路
１０３第三の流路
１０４第四の流路
１１１第一室
１１２第二室
１１３第三室
１２１第一の開閉部
１２２第二の開閉部
１２３第三の開閉部
１２４第四の開閉部
１２５第五の開閉部
１２６第六の開閉部
１２７第七の開閉部
１２８第八の開閉部
１３１第一の熱交換器
１３２第二の熱交換器
１３３第三の熱交換器
１４１、１４１' 第一の熱交換型反応器
１４２、１４２' 第二の熱交換型反応器
１４３、１４３' 蒸発器
１４４凝縮器
１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ熱交換器
１５１、１５２、１５３、１５４配管
１５１ａ、１５２ａ、１５３ａ、１５４ａ開閉弁

特開２００１−３１７８７４号公報

Claims

第一の流体から回収された熱を利用して第二の流体を加熱する熱回収利用システムであって、
前記第一の流体を導入する第一の流路と、
前記第一の流体を排出する第二の流路と、
前記第二の流体を導入する第三の流路と、
前記第二の流体を排出する第四の流路と、
前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第二の流体を加熱する第一室と、
前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第二の流体を加熱する第二室と、
前記熱が回収された第一の流体から熱を回収する第三室と、
前記第一の流路及び前記第一室を開閉自在に接続する第一の開閉部と、
前記第一室及び前記第三室を開閉自在に接続する第二の開閉部と、
前記第三の流路及び前記第一室を開閉自在に接続する第三の開閉部と、
前記第一室及び前記第四の流路を開閉自在に接続する第四の開閉部と、
前記第一の流路及び前記第二室を開閉自在に接続する第五の開閉部と、
前記第二室と前記第三室を開閉自在に接続する第六の開閉部と、
前記第三の流路及び前記第二室を開閉自在に接続する第七の開閉部と、
前記第二室と前記第四の流路を開閉自在に接続する第八の開閉部と、
前記第三室と前記第二の流路を接続する開口部を有し、
前記第一室、前記第二室及び前記第三室は、それぞれ第一の熱交換器、第二の熱交換器及び第三の熱交換器を有し、
前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器及び前記第三の熱交換器は、それぞれ第一の熱交換型反応器、第二の熱交換型反応器及び第三の熱交換型反応器と熱的に接続されており、
前記第一の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器及び前記第二の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器は、それぞれ開閉弁を有する配管により接続されており、
前記第三の熱交換型反応器は、液体を蒸発させて気体を生成させる蒸発器であり、
前記気体を凝縮させて前記液体を生成させる凝縮器をさらに有し、
前記第一の熱交換型反応器と前記凝縮器及び前記第二の熱交換型反応器と前記凝縮器は、開閉弁を有する配管により接続されていることを特徴とする熱回収利用システム。
第一の流体から回収された熱を利用して前記第一の流体を加熱する熱回収利用システムであって、
前記第一の流体を導入する第一の流路と、
前記第一の流体を排出する第二の流路と、
前記加熱された第一の流体を排出する第三の流路と、
前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第一の流体を加熱する第一室と、
前記第一の流体から熱を回収する、又は、前記第一の流体から回収された熱を利用して前記第一の流体を加熱する第二室と、
前記熱が回収された第一の流体から熱を回収する第三室と、
前記第一の流路及び前記第一室を開閉自在に接続する第一の開閉部と、
前記第一室及び前記第三室を開閉自在に接続する第二の開閉部と、
前記第一室及び前記第三の流路を開閉自在に接続する第三の開閉部と、
前記第一の流路及び前記第二室を開閉自在に接続する第四の開閉部と、
前記第二室と前記第三室を開閉自在に接続する第五の開閉部と、
前記第二室と前記第三の流路を開閉自在に接続する第六の開閉部と、
前記第三室と前記第二の流路を接続する開口部を有し、
前記第一室、前記第二室及び前記第三室は、それぞれ第一の熱交換器、第二の熱交換器及び第三の熱交換器を有し、
前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器及び前記第三の熱交換器は、それぞれ第一の熱交換型反応器、第二の熱交換型反応器及び第三の熱交換型反応器と熱的に接続されており、
前記第一の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器及び前記第二の熱交換型反応器と前記第三の熱交換型反応器は、それぞれ開閉弁を有する配管により接続されており、
前記第三の熱交換型反応器は、液体を蒸発させて気体を生成させる蒸発器であり、
前記気体を凝縮させて前記液体を生成させる凝縮器をさらに有し、
前記第一の熱交換型反応器と前記凝縮器及び前記第二の熱交換型反応器と前記凝縮器は、開閉弁を有する配管により接続されていることを特徴とする熱回収利用システム。
前記第一の熱交換型反応器及び前記第二の熱交換型反応器は、それぞれ前記気体と可逆的に反応することが可能な物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱回収利用システム。
前記蒸発器に前記液体を導入する導入手段と、
前記凝縮器から前記液体を排出する排出手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱回収利用システム。
前記第一の熱交換型反応器、前記第二の熱交換型反応器及び前記第三の熱交換型反応器は、それぞれ前記第一の熱交換器、前記第二の熱交換器及び前記第三の熱交換器を兼ねることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱回収利用システム。