JP5697083B2 - 排熱回収蓄熱システム - Google Patents
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Description
図8に示すものは、特許文献1において提案されているものであり、同図において、1は工場であり、40、41はこの工場1で生じた排熱が流れる排熱入口管および排熱出口管、42は排熱入口管40および排熱出口管41が接続された熱交換器、43は蓄熱容器、44は熱交換器42と蓄熱容器43に接続された熱媒油供給管、45は熱交換器42と蓄熱容器43に接続された熱媒油排出管、46は熱媒油供給管44に設置された温度計、47は熱媒油排出管45に設置された循環ポンプ、48は熱媒油供給管44あるいは熱媒油排出管45を切り離し可能にする接続口である。
図9は従来の排熱回収蓄熱システムにおける排蒸気流量と排蒸気温度と熱媒油温度の推移の例を示す説明図である。温度と流量が一定ではない排蒸気によって加温される熱媒油は、排蒸気の温度に達するまで加温され続ける。例えば、図9では熱交換器出口の温度が100℃以上まで上昇しており、熱媒の過昇温が生じていることが分かる。
熱量が変動する排熱を熱交換器を用いて熱媒と熱交換し、潜熱蓄熱材および熱媒が収容された蓄熱容器内に熱交換がされた熱媒を流入させて該熱媒と前記潜熱蓄熱材とを熱交換させることで前記潜熱蓄熱材に蓄熱する排熱回収蓄熱システムにおいて、
前記排熱が移送される排熱配管と、中間熱媒が循環する中間熱媒配管とが接続されて前記排熱と前記中間熱媒との間で熱交換される排熱側熱交換器と、
熱が授与された中間熱媒が循環する中間熱媒配管と最終熱媒が循環する最終熱媒配管とが接続されて前記中間熱媒と前記最終熱媒との間で熱交換される蓄熱側熱交換器と、
前記最終熱媒配管が接続されて前記最終熱媒と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換される前記蓄熱容器と、
前記中間熱媒配管および前記最終熱媒配管の少なくとも1つの熱授与前用の送り側に、前記熱媒を貯留する貯留部と、を備え、
前記排熱配管、前記中間熱媒配管および前記最終熱媒配管のうち、少なくとも前記中間熱媒配管および前記最終熱媒配管の1つの熱授与前用の送り側に、排熱または熱媒の温度を測定する温度測定手段が設けられ、
前記温度測定手段と同じ配管および上段側の配管に、熱授与前用の送り側の配管の排熱または熱媒の一部または全部を、熱授与後用の戻し側の配管に迂回可能なバイパス手段が設けられ、
前記バイパス手段は、熱授与前用の送り側の配管と熱授与後用の戻し側の配管との間に介設されたバイパス配管と、前記排熱または熱媒の一部または全部を前記バイパス配管に迂回させるバルブとによって構成され、
前記温度測定手段による測定結果を受け、該測定結果が所定の閾値を越える場合、温度測定された配管の上段側の配管の排熱または熱媒を前記バイパス手段で迂回させる制御を実行する制御部を備えることを特徴とする。
さらに、上記本発明によれば、配管を流れる熱媒を一時的に貯留することができ、配管を流れる熱媒の量を多くすることができる。これによって、上記システムの動作に伴って熱媒の温度は加温された温度から常温の間で変動し、膨張と収縮を繰り返し、配管系統より熱媒が漏れるあるいは配管系統内に空気が混入するといった問題が生じるが、熱媒を貯留する貯留部を設置することで、熱媒の膨張あるいは収縮に応じて熱媒を貯留あるいは補給し、熱媒の漏れや空気混入を防止する効果もある。また、熱媒の量を貯留部を有しない場合に比べて相対的に多くできるので、上段側の熱量の変動に伴う当該熱媒の温度変動を小さくすることができ、安定した動作が可能になる。
また、第3の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第2の本発明において、前記制御部は、前記測定結果が前記第2の閾値を下回って所定時間継続する場合に、前記バイパス手段で迂回させない前記制御を実行することを特徴とする。
第4の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第1〜第3の本発明のいずれかにおいて、前記制御部は、前記測定結果が前記所定の閾値よりも高い第3の閾値を越える場合、温度測定された配管の熱媒と上段側の配管の両方の排熱または熱媒をそれぞれ前記バイパス手段で迂回させる制御を実行することを特徴とする。
また、測定温度が第2の閾値を下回る時間が所定時間継続する際に、上記制御を実行することで安定した制御を行うことができる。
以下に、参考形態1を図1に基づいて説明する。
工場1では、温度、流量が変動する排熱が生じており、該排熱を供給して前記工場1に循環させる排熱配管2、3が前記工場1および排熱側熱交換器8の熱授与側に接続されている。排熱配管2は、排熱側熱交換器8に対する熱授与前用の送り側配管であり、排熱配管3は、排熱側熱交換器8に対する熱授与後用の戻し側配管である。送り側の排熱配管2と戻し側の排熱配管3との間には、バイパスバルブ5を介してバイパス配管4が介設されている。また、送り側の排熱配管2では、バイパス配管4が介設された部分の下流側に入口側バルブ6が介設され、戻し側の排熱配管3では、バイパス配管4が介設された部分の上流側に出口側バルブ7が介設されている。
中間熱媒配管11には、中間熱媒を中間熱媒配管10、11で循環させる循環ポンプ12が介設されており、中間熱媒配管10には、該配管内を流れる中間熱媒の温度を測定する温度測定手段13が設けられている。また送り側の中間熱媒配管10と戻し側の中間熱媒配管11との間には、バイパスバルブ15を介してバイパス配管14が介設されている。また、送り側の中間熱媒配管10では、バイパス配管14が介設された部分の下流側に入口側バルブ16が介設され、戻し側の中間熱媒配管11では、バイパス配管14が介設された部分の上流側に出口側バルブ17が介設されている。
最終熱媒配管21には、最終熱媒を最終熱媒配管20、21で循環させる循環ポンプ22が介設されており、最終熱媒配管20には、該配管内を流れる最終熱媒の温度を測定する温度測定手段23が設けられている。また送り側の最終熱媒配管20と戻し側の最終熱媒配管21との間には、バイパスバルブ25を介してバイパス配管24が介設されている。また、送り側の最終熱媒配管20では、バイパス配管24が介設された部分の下流側に入口側バルブ26が介設され、戻し側の最終熱媒配管21では、バイパス配管24が介設された部分の上流側に出口側バルブ27が介設されている。また、最終熱媒配管20、21には、蓄熱容器30との接続箇所近傍に、切り離し可能な接続口28、28が介設されている。
なお、上記中間熱媒や最終熱媒には、熱媒油などを用いることができ、本発明としては特定の材料に限定されるものではない。中間熱媒と最終熱媒とは同一材料であってもよく、また、異種の材料であってもよい。
工場1では、温度や流量が変動することによって熱量の変動がある排熱が生成されている。該排熱は、液体、気体、蒸気などのいずれの形態で移送されるものであってもよく、また、これらが混合したものであってもよい。
排熱は、排熱配管2で送られ、通常時は、入口側バルブ6、出口側バルブ7を開け、バイパスバルブ5を閉じることで、排熱側熱交換器8に導入され、熱を授与した後、排熱配管3で戻される。排熱配管3は、通常は、工場1側に接続されて熱授与後の排熱を戻すが、工場1側に接続せずに、廃棄などするようにしてもよい。
最終熱媒配管20から蓄熱容器30内に、受熱した最終熱媒が導入されることで、流入した最終熱媒は潜熱蓄熱材との比重差によって潜熱蓄熱材中を上昇し、その上昇過程で潜熱蓄熱材に直接熱が伝達することで潜熱蓄熱材に蓄熱される。潜熱蓄熱材の上面に浮いた最終熱媒は最終熱媒配管21を通って蓄熱容器30の外側に流出し、循環ポンプ22に至り、最終熱媒配管20、21中を循環する。その結果、分離性が低下した排熱側の最終熱媒と潜熱蓄熱材とが接触することがなくなり、潜熱蓄熱材の漏えいにより配管系統を閉塞してしまうおそれがない。
測定温度が所定の温度を超える場合、手動または自動でバイパス配管4、14、24による排熱や熱媒の迂回を行うことができる。
このため、上段側にある中間熱媒配管10、11でバイパス配管14を通して中間熱媒を迂回して最終熱媒のそれ以上の昇温を抑制することができる。なお、温度測定手段23による測定温度が所望の温度まで下がれば、上記バイパスを中止して蓄熱側熱交換器18での熱伝達を再開することができる。バイパスの中止は、入口側バルブ16、出口側バルブ17を開き、バイパスバルブ15を閉じることで行う。
なお、温度測定手段23で測定される最終熱媒の温度がさらに高温の所定の温度を超える場合、前記所定の温度を超えて所定時間継続する場合に、最終熱媒配管20、21でバイパス配管24を通して最終熱媒を迂回して蓄熱容器30に最終熱媒が導入されないようにしてもよい。なお、温度測定手段23による測定温度が所望の温度まで下がれば、上記バイパスを中止して蓄熱容器30での熱伝達を再開することができる。
また、温度測定手段13で測定温度がさらに所定温度を超える場合や前記所定温度を継続して上回る場合などに、温度測定手段13における測定温度が所望の温度範囲になるまで、中間熱媒をバイパス配管14によって迂回させ、蓄熱側熱交換器18への伝熱を停止することができる。これにより最終熱媒の昇温を抑制することができる。
次に、参考形態2を図2に基づいて説明する。なお、前記参考形態1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
この参考形態2においても工場1と排熱側熱交換器8の熱授与側とが排熱配管2、3で接続されており、排熱配管2、3にはそれぞれに入口側バルブ6、出口側バルブ7が介設されているとともに、両者間にバイパスバルブ5を介設したバイパス配管4が設けられている。
また、排熱側熱交換器8は、中間熱媒配管10、11によって蓄熱側熱交換器18と接続されており、中間熱媒配管10、11にはそれぞれに入口側バルブ16、出口側バルブ17が介設されているとともに、両者間にバイパスバルブ15を介設したバイパス配管14が設けられている。また、中間熱媒配管11に循環ポンプ12が介設され、中間熱媒配管10に温度測定手段13および中間熱媒を貯留する排熱側貯留槽19が設けられている。該排熱側貯留槽19は本発明の貯留部に相当する。
さらに、この参考形態2では、中間熱媒配管10に排熱側貯留槽19が接続され、該排熱側貯留槽19に中間熱媒が貯留可能になっている。これにより中間熱媒が加温された温度から常温の間で変動し、膨張と収縮を繰り返しても、中間熱媒の膨張あるいは収縮に応じて中間熱媒を貯留あるいは中間熱媒配管10、11に補給できるので、配管系統からの中間熱媒の漏れや空気混入を防止できる。
次に、図3は、図2に示される排熱回収蓄熱システムにおいて、温度測定手段13、23の測定結果を受けて、各バルブの動作を制御する制御部31を備える本発明の実施形態のシステムを示すものである。なお、前記参考形態1、参考形態2と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
前記温度測定手段13、23の測定結果は、制御部31に送信可能になっており、該制御部31には、各バルブ5、6、7、15、16、17、25、26、27が開閉制御可能に接続されている。
なお、予め上記温度閾値Ha1、Ha2、Hb1、Hb2、Hb3、Hb4、時間閾値Ta1、Tb1、Tb2が設定されており、制御開始に伴って、バイパス用のフラグFa1、Fa2、Fb1、Fb2、Fb3、Fb4がそれぞれ0に設定される。
ステップs4、s5の後は、(b)のルーチンに移行する。
ステップs12、s13の後は、(c)のルーチンに移行する。
ステップs22、s23の後、処理が終了であるか否かの判定を行い(ステップs28)、処理終了であれば(ステップs28、Yes)、処理を終了し、処理終了でなければ(ステップs28、No)、(a)に戻ってステップs1から処理を繰り返す。
なお、上記制御部31による制御は、当然に図1に示すシステムにおいても実行することが可能である。
2 排熱配管
3 排熱配管
4 バイパス配管
5 バイパスバルブ
6 入口側バルブ
7 出口側バルブ
8 排熱側熱交換器
10 中間熱媒配管
11 中間熱媒配管
12 循環ポンプ
13 温度測定手段
14 バイパス配管
15 バイパスバルブ
16 入口側バルブ
17 出口側バルブ
18 蓄熱側熱交換器
20 最終熱媒配管
21 最終熱媒配管
22 循環ポンプ
23 温度測定手段
24 バイパス配管
25 バイパスバルブ
26 入口側バルブ
27 出口側バルブ
30 蓄熱容器
31 制御部
Claims (8)
- 熱量が変動する排熱を熱交換器を用いて熱媒と熱交換し、潜熱蓄熱材および熱媒が収容された蓄熱容器内に熱交換がされた熱媒を流入させて該熱媒と前記潜熱蓄熱材とを熱交換させることで前記潜熱蓄熱材に蓄熱する排熱回収蓄熱システムにおいて、
前記排熱が移送される排熱配管と、中間熱媒が循環する中間熱媒配管とが接続されて前記排熱と前記中間熱媒との間で熱交換される排熱側熱交換器と、
熱が授与された中間熱媒が循環する中間熱媒配管と最終熱媒が循環する最終熱媒配管とが接続されて前記中間熱媒と前記最終熱媒との間で熱交換される蓄熱側熱交換器と、
前記最終熱媒配管が接続されて前記最終熱媒と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換される前記蓄熱容器と、
前記中間熱媒配管および前記最終熱媒配管の少なくとも1つの熱授与前用の送り側に、前記熱媒を貯留する貯留部と、を備え、
前記排熱配管、前記中間熱媒配管および前記最終熱媒配管のうち、少なくとも前記中間熱媒配管および前記最終熱媒配管の1つの熱授与前用の送り側に、排熱または熱媒の温度を測定する温度測定手段が設けられ、
前記温度測定手段と同じ配管および上段側の配管に、熱授与前用の送り側の配管の排熱または熱媒の一部または全部を、熱授与後用の戻し側の配管に迂回可能なバイパス手段が設けられ、
前記バイパス手段は、熱授与前用の送り側の配管と熱授与後用の戻し側の配管との間に介設されたバイパス配管と、前記排熱または熱媒の一部または全部を前記バイパス配管に迂回させるバルブとによって構成され、
前記温度測定手段による測定結果を受け、該測定結果が所定の閾値を越える場合、温度測定された配管の上段側の配管の排熱または熱媒を前記バイパス手段で迂回させる制御を実行する制御部を備えることを特徴とする排熱回収蓄熱システム。 - 前記制御部は、前記温度測定手段による測定結果が前記所定の閾値より低い第2の閾値を下回る場合、温度測定された配管の排熱または熱媒を前記バイパス手段で迂回させることなく、該配管で循環させて熱交換を行う制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の排熱回収蓄熱システム。
- 前記制御部は、前記測定結果が前記第2の閾値を下回って所定時間継続する場合に、前記バイパス手段で迂回させない前記制御を実行することを特徴とする請求項2記載の排熱回収蓄熱システム。
- 前記制御部は、前記測定結果が前記所定の閾値よりも高い第3の閾値を越える場合、温度測定された配管の熱媒と上段側の配管の両方の排熱または熱媒をそれぞれ前記バイパス手段で迂回させる制御を実行することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
- 前記貯留部は、前記バイパス手段で前記熱媒が迂回される地点の上流側で前記送り側に設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
- 前記排熱側熱交換器と前記蓄熱側熱交換器との間に、熱が授与された前段側の中間熱媒が循環する前段側の中間熱媒配管と後段側の中間熱媒が循環する後段側の中間熱媒配管とが接続されて前記前段側の中間熱媒と前記後段側の中間熱媒との間で熱交換される中間熱交換器が1または2以上介設されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
- 前記潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム三水和物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
- 前記排熱が気体または蒸気または液体であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
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