JP5772172B2 - Heat recovery utilization system and heat recovery utilization method - Google Patents
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Description
本発明は、熱回収利用システム及び熱回収利用方法に関する。 The present invention relates to a heat recovery utilization system and a heat recovery utilization method.
近年、蓄熱装置やケミカルヒートポンプを始めとする、廃熱を回収して利用するための熱回収利用システムが検討されている。 In recent years, heat recovery and utilization systems for recovering and using waste heat, such as heat storage devices and chemical heat pumps, have been studied.
一般的に、熱回収利用システムは、気体と可逆的に反応する化学蓄熱材が充填されている反応器と、化学蓄熱材と反応する気体を蒸発させる蒸発器と、化学蓄熱材と反応する気体を凝縮させる凝縮器とが、開閉機構を介して接続される。この時、反応媒体が蒸発器内で蒸発して反応気体となり、蒸発器と反応器の圧力差により反応器に移送され、化学蓄熱材が反応気体と反応して放熱する(放熱過程)。また、別の過程において、化学蓄熱材は加熱されて反応気体を放出する(蓄熱過程)。蓄熱過程において、放出された反応気体は、反応器と凝縮器の圧力差により凝縮器に移送され、凝縮器内で冷却され凝縮して反応液体となる。この放熱過程及び蓄熱過程を繰り返し行うことにより、例えば、低温で蓄熱した熱を昇温して高温出力で利用したり、高温で蓄熱した熱を増熱利用したりすることができる。 Generally, a heat recovery and utilization system includes a reactor filled with a chemical heat storage material that reacts reversibly with a gas, an evaporator that evaporates a gas that reacts with the chemical heat storage material, and a gas that reacts with the chemical heat storage material. Is connected to the condenser through an opening / closing mechanism. At this time, the reaction medium evaporates in the evaporator to become a reaction gas, is transferred to the reactor due to a pressure difference between the evaporator and the reactor, and the chemical heat storage material reacts with the reaction gas to dissipate heat (a heat release process). In another process, the chemical heat storage material is heated to release a reaction gas (heat storage process). In the heat storage process, the released reaction gas is transferred to the condenser due to the pressure difference between the reactor and the condenser, and cooled and condensed in the condenser to become a reaction liquid. By repeatedly performing the heat dissipation process and the heat storage process, for example, the heat stored at a low temperature can be raised in temperature and used at a high temperature output, or the heat stored at a high temperature can be increased.
しかしながら、熱回収システムは、その動作温度域が、化学蓄熱材に依存し、それぞれの材料毎に蓄熱できる温度下限が存在する。例えば、化学蓄熱材として硫酸カルシウムを、反応媒体として水を用いて、水の凝縮のための冷却源として25度の大気熱を利用する場合を挙げる。この場合、理論的には112℃を超える蓄熱温度が必要となる。 However, the operating temperature range of the heat recovery system depends on the chemical heat storage material, and there exists a lower temperature limit at which heat can be stored for each material. For example, a case where calcium sulfate is used as a chemical heat storage material, water is used as a reaction medium, and atmospheric heat of 25 degrees is used as a cooling source for water condensation. In this case, theoretically, a heat storage temperature exceeding 112 ° C. is required.
そこで、特許文献1には、化学蓄熱材料に添加材料を添加して、蓄熱温度を下げるための手法が開示されている。
Therefore,
しかしながら、特許文献1に記載された構成においては、蓄熱温度の低下に伴い、放熱過程における放熱温度も下がる。そのため、放熱温度を下げずに蓄熱温度を下げる場合、水の凝縮のための冷凍機等の冷却源を別に準備する必要があり、廃熱の再生利用効率を大きく下がるという問題点を有していた。
However, in the configuration described in
そこで、本発明では、冷却源として冷凍機等の新規エネルギーを投入することなく、大気の環境温度等の自然エネルギーを利用して、効率的に廃熱を利用することができる熱回収利用システムを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, a heat recovery and utilization system that can efficiently use waste heat by using natural energy such as ambient temperature of the atmosphere without using new energy such as a refrigerator as a cooling source. The purpose is to provide.
本発明によると、
反応媒体との化学反応による放熱と、加熱による反応媒体の脱離とを可逆的に行う化学蓄熱材と、前記化学蓄熱材と熱の授受を行う第一の熱交換器と、を有する第一の反応器と、
反応媒体との吸着による放熱と、加熱による反応媒体の脱離とを可逆的に行う吸着剤と、前記吸着剤と熱の授受を行う第二の熱交換器と、を有する第二の反応器と、
反応媒体を液化する凝縮用熱交換器を有する凝縮器と、
液化された反応媒体を気化する蒸発用熱交換器を有する蒸発器と、
を有し、前記第一の反応器と前記第二の反応器、前記第二の反応器と前記凝縮器、前記第一の反応器と前記蒸発器は、それぞれ開閉機構を介して接続されており、
前記反応媒体と前記化学蓄熱材との化学反応による放熱の温度が、前記化学蓄熱材から前記反応媒体を脱離させるときの加熱の温度よりも高い、熱回収利用システムが提供される。
According to the present invention,
A first heat exchanger having a chemical heat storage material that reversibly releases heat due to a chemical reaction with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a first heat exchanger that transfers heat to and from the chemical heat storage material. A reactor of
A second reactor having an adsorbent that reversibly releases heat by adsorption with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a second heat exchanger that exchanges heat with the adsorbent. When,
A condenser having a heat exchanger for condensing to liquefy the reaction medium;
An evaporator having an evaporation heat exchanger for vaporizing the liquefied reaction medium;
The first reactor and the second reactor, the second reactor and the condenser, the first reactor and the evaporator are connected via an open / close mechanism, respectively. And
There is provided a heat recovery and utilization system in which the temperature of heat release due to a chemical reaction between the reaction medium and the chemical heat storage material is higher than the temperature of heating when the reaction medium is desorbed from the chemical heat storage material .
本発明によれば、冷却源として冷凍機等の新規エネルギーを投入することなく、大気の環境温度等の自然エネルギーを利用して、効率的に廃熱を利用することができる熱回収利用システムが提供できる。 According to the present invention, there is provided a heat recovery and utilization system that can efficiently use waste heat by using natural energy such as ambient temperature of the atmosphere without introducing new energy such as a refrigerator as a cooling source. Can be provided.
本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。 A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[第一の実施形態]
[熱回収利用システム100aの構成]
図1に、本発明の熱回収利用システムの構成の一例を示す概略図を示す。図1における熱回収システム100は、第一の反応器1、第二の反応器2、蒸発器6、凝縮器5を有する。
[First embodiment]
[Configuration of Heat
In FIG. 1, the schematic which shows an example of a structure of the heat recovery utilization system of this invention is shown. A heat recovery system 100 in FIG. 1 includes a
第一の反応器1は、化学蓄熱材10及び化学蓄熱材10と熱の授受を行う第一の熱交換器20を有する。化学蓄熱材10は、反応媒体12(反応気体12a)の脱離と、反応媒体12との反応とを、可逆的に行う。化学蓄熱材10を加熱した場合、化学蓄熱材10は、反応媒体を脱離する(即ち、蓄熱する)。一方、化学蓄熱材10が反応媒体12と反応する場合は、化学蓄熱材は放熱する(即ち、熱を出力する)。
The
第二の反応器2は、吸着剤11及び吸着剤11と熱の授受を行う第二の熱交換器21を有する。吸着剤11は、反応媒体12(反応気体12a)の脱離と、反応媒体12の吸着とを、可逆的に行う。吸着剤11を加熱した場合、吸着剤11は反応媒体を脱離し、吸着剤11が反応媒体12を吸着する場合は、吸着剤11は放熱する。
The
蒸発器6は、反応媒体12(反応媒体12b)を加熱して気化させる蒸発用熱交換器23を有する。
The evaporator 6 has an
凝縮器5は、反応媒体12(反応気体12a)を凝縮して液化し、熱を取り出す凝縮用熱交換器22を有する。
The
第一の反応器1と第二の反応器2、第二の反応器2と凝縮器5、第一の反応器1と蒸発器6は、それぞれ第二の開閉機構31、第三の開閉機構32、第一の開閉機構30を介して配管7により接続されている。
The
また、凝縮器5において凝縮した反応液体12bは、蒸発器6に移動される。移動手段の例としては、例えば、図1に示すように、ポンプ8及び第四の開閉機構33を凝縮器5と蒸発器6の間の配管に具備させることで達成される。この時、蒸発器6において、移動された反応液体12bは、蒸発用熱交換器23に滴下して蒸発させる方式、蒸発用熱交換器23にスプレーして蒸発させる方式等により、蒸発される。
Further, the reaction liquid 12 b condensed in the
第一の開閉機構30、第二の開閉機構31、第三の開閉機構32及び第四の開閉機構33は、開閉を自在に出来れば特に限定されず、具体的には開閉弁等が使用できる。
The first opening /
反応媒体12としては、特に限定されないが、環境的な観点から水(水蒸気)を使用することが好ましい。他にも、水とアルコールの混合物などを使用できる。
Although it does not specifically limit as the
また、化学蓄熱材としては、反応媒体12(反応気体12a)の脱離と、反応媒体12との反応とを、可逆的に行うことができれば、特に限定されない。反応媒体として、水蒸気(水)を使用する場合、酸化カルシウム,酸化マグネシウム,塩化カルシウム,塩化マンガン,塩化マグネシウム,硫酸カルシウム、炭酸ナトリウムの群から選択される1つ又は2つ以上の化合物を有することが好ましい。
The chemical heat storage material is not particularly limited as long as it can reversibly desorb the reaction medium 12 (
さらに、吸着剤は、ゼオライト、シリカゲルのいずれか一方を含むことが好ましい。 Furthermore, the adsorbent preferably contains either zeolite or silica gel.
[熱回収利用システム100aを利用した熱回収利用方法]
次に、本発明の一実施形態である熱回収利用システム100aを利用した、熱回収利用方法について説明する。表1に、本発明の熱回収利用システムにおける、開閉機構の開閉状態の組み合わせ例を示す。また、図2に、図1の熱回収利用システムの蓄熱モードにおける接続形態例を示す概略図を示す。さらに図3に、図1の熱回収利用システムの放熱モードにおける接続形態例を示す概略図を示す。
[Heat recovery utilization method using heat
Next, a heat recovery utilization method using the heat
表1におけるサイクルBでは、図3に示すように、熱回収利用システム100aは、廃熱源60a、60b、冷却源62b及び加熱負荷61aと熱的に接続される。蒸発器6内の反応液体12bは、加熱されて気化し、反応気体12aとして第一の反応器1に供給される。第一の反応器1内の化学蓄熱材10は、供給された反応気体12aと反応して発熱し、第一の熱交換器20を介して加熱負荷61aに加熱出力が供給される。一方、第二の反応器2内の吸着剤11は、第二の熱交換器21を介して廃熱源60bにより加熱され、反応気体12aが脱離する。脱離した反応気体12aは凝縮器5に供給され、冷却源62bにより凝縮器用熱交換器22を介して冷却されて液化して反応液体12bとなる。
In cycle B in Table 1, as shown in FIG. 3, the heat recovery and
即ち、サイクルAでは、廃熱入力により化学蓄熱材10が反応気体12aを放出して蓄熱状態となり、サイクルBでは、化学蓄熱材10が反応気体12aと反応して放熱状態となる。これを繰り返すことにより、廃熱の蓄熱回収及び逆過程での放熱利用が可能となる。
That is, in cycle A, the chemical
熱回収利用システム100aと、廃熱源、冷却源及び加熱負荷とを熱的に接続する方法としては、特に限定されないが、例えば、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あげられる。開閉機構の操作によってサイクルAとサイクルBとの切換に際し、熱回収利用システム100aと、廃熱源、冷却源及び加熱負荷との間の接続切換が必要となる。しかしながら、熱接続を前述の熱媒体による輸送とする場合、熱媒体の流路切換により、サイクルAとサイクルBに対応した熱接続の切換が可能である。
The method of thermally connecting the heat
[熱回収利用システム100aを利用した低温熱源での蓄熱原理]
サイクルBの過程において、蒸発器6を廃熱源60aにより加熱して、蒸発器内の反応気体12aの圧力を高くする。これにより、第一の反応器1内での化学蓄熱材10と反応気体12aの反応における発熱温度を廃熱源60aによる入力温度よりも高温にすることができる(昇温利用)。本実施の形態においては、さらに、サイクルAの過程において、吸着剤11による反応気体12aの吸着現象を利用して、低温熱源での化学蓄熱材10への蓄熱を可能としている。
[Thermal storage principle at a low-temperature heat source using the heat
In the process of cycle B, the evaporator 6 is heated by the
化学蓄熱材10を低温の熱源で蓄熱するためには、一般的に、化学蓄熱材10から脱離した反応気体12aを冷却して液化させる必要があり、冷凍機等の冷却源を要する。しかしながら、本実施形態のような構成とすることで、冷却源として大気の環境温度等の自然エネルギーを利用して化学蓄熱材10への低温蓄熱が可能となる。即ち、化学蓄熱材10の蓄熱温度を低温化することができる。
In order to store the chemical
図4に、化学蓄熱材の蓄・放熱の原理を説明する図であって、平衡時の反応媒体B(g)の蒸気圧を示す圧力(P)−温度(T)線図を示す。横軸は温度の逆数を示し、縦軸は蒸気圧の対数を示す。 FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of chemical heat storage material storage and heat dissipation, and shows a pressure (P) -temperature (T) diagram showing the vapor pressure of the reaction medium B (g) at equilibrium. The horizontal axis represents the reciprocal of temperature, and the vertical axis represents the logarithm of vapor pressure.
図4における、線Xは、下記式(1)の平衡時における、反応材の温度と反応媒体B(g)の蒸気圧との関係を示し、線Yは、下記式(2)における、反応媒体B(g)の飽和蒸気圧を示す。なお、式(1)及び式(2)において、固体及び液体の活量は1と仮定している。 The line X in FIG. 4 shows the relationship between the temperature of the reaction material and the vapor pressure of the reaction medium B (g) at the time of equilibrium of the following formula (1), and the line Y shows the reaction in the following formula (2). The saturated vapor pressure of the medium B (g) is shown. In the formulas (1) and (2), the activity of the solid and liquid is assumed to be 1.
A+B(g)⇔AB 式(1)
B(l)⇔B(g) 式(2)
図4において、線Xよりも右側の温度及び圧力条件においては、化学蓄熱材10は、反応気体12aと反応して発熱する。一方、線Xよりも左側の温度及び圧力条件においては、吸熱して反応気体12aの脱離反応が進行する。なお、一般的に、図4(a)に示すような、蓄熱温度より放熱温度が高い場合を昇温モードと呼び、図4(b)に示すような、蓄熱温度より放熱温度が低い場合を増熱モードと呼ぶ。
A + B (g) ⇔AB Formula (1)
B (l) ⇔B (g) Equation (2)
In FIG. 4, the chemical
図5に、吸着剤と反応気体の吸脱着を説明するための、吸脱着等温線の模式図を示す。図5の横軸は、ある温度における、「系内の反応気体12aの圧力P」と、「反応気体12aの飽和圧力P0」との比である相対圧P/P0を示し、縦軸は吸着剤が吸着可能である反応液体12bの重量を示す。本系においては、吸着等温線上では、まず相対圧が0から急勾配の部分があり、そこから漸次なだらかな勾配へと移行する。この時、勾配が最も大きくなる点における相対圧を、境界相対圧と呼ぶ。図5に示すように、ある境界相対圧よりも相対圧が低い場合、反応気体12aが吸着剤から脱着する。一方、ある境界相対圧よりも相対圧が高い場合、吸着剤が反応気体12aを吸着する。境界相対圧は、吸着剤の材料設計により当業者により制御でき、例えば、0.17に設定することができる。
FIG. 5 shows a schematic diagram of the adsorption / desorption isotherm for explaining the adsorption / desorption of the adsorbent and the reaction gas. The horizontal axis of FIG. 5 shows the relative pressure P / P 0 , which is the ratio of “the pressure P of the
吸着剤11として境界相対圧が0.17の材料を、化学蓄熱材10として硫酸カルシウムを使用した場合における、温度条件の一例を示すが、本発明はこれに限定されない。サイクルAにおいて、「系内の反応気体12aの圧力P」は、系内の温度(≒化学蓄熱材10の温度)に依存し、化学蓄熱材10の温度を90度とした場合には、平衡時において0.96kPaと仮定される。一方、大気の環境温度30℃とし、これが吸着剤11の温度と仮定した場合、「反応気体12aの飽和圧力P0」は4.24kPaとなる。この時、相対圧は0.226となり、境界相対圧0.17よりも大きい。この時、吸着剤11は反応気体12aを吸着し、第一の反応器1側では化学蓄熱材10から反応気体12aの脱離が促進する。つまり、化学蓄熱材10の蓄熱が進行する。
Although an example of temperature conditions in the case where a material having a boundary relative pressure of 0.17 is used as the adsorbent 11 and calcium sulfate is used as the chemical
サイクルAの過程で低温蓄熱された化学蓄熱材10は、前述の通り、図3に示す装置構成におけるサイクルBの過程で、反応気体12aの圧力を高くすることで高温発熱する。化学蓄熱材10の高温発熱と並行して、第二の反応器2内の吸着剤11は、廃熱源60bにより加熱され、反応気体12aを脱着する。脱着した反応気体12aは、凝縮器5内で凝縮器用熱交換器22を介して冷却源62bにより冷却・液化され、次のサイクルAの過程で、化学蓄熱材10から脱離した反応気体12aを吸着する。
As described above, the chemical
廃熱源60a、60bは、独立した個別の熱源でもいいし、例えば、一つの廃熱源から熱媒循環により取り出した熱をカスケード利用するような形態であっても良い。
The
図6に、本発明で使用できる冷却源の構成を例示する概略図を示す。冷却源は、例えば室温空気52を、ファン51によりダクト53に流通させ、ダクト53中に設置された気液熱交換器50に担わせる構成を使用できるが、本発明はこれに限定されない。
FIG. 6 is a schematic view illustrating the configuration of a cooling source that can be used in the present invention. As the cooling source, for example, a configuration in which
[第二の実施形態]
[熱回収利用システム100bの構成]
図7に、本発明に係る熱回収利用システムの構成の他の例を示す概略図を示す。図7の熱回収システム200は、図1のシステムに、さらに第三の反応器3と第四の反応器4を有する。
[Second Embodiment]
[Configuration of Heat
In FIG. 7, the schematic which shows the other example of a structure of the heat recovery utilization system which concerns on this invention is shown. The
第三の反応器3は、化学蓄熱材10及び化学蓄熱材10と熱の授受を行う第三の熱交換器24を有する。化学蓄熱材10は、反応媒体12(反応気体12a)の脱離と、反応媒体12との反応とを、可逆的に行う。化学蓄熱材10を加熱した場合、化学蓄熱材10は、反応媒体を脱離する(即ち、蓄熱する)。一方、化学蓄熱材10が反応媒体12と反応する場合は、化学蓄熱材は放熱する(即ち、熱を出力する)。
The third reactor 3 has a chemical
第四の反応器4は、吸着剤11及び吸着剤11と熱の授受を行う第四の熱交換器25を有する。吸着剤11は、反応媒体12(反応気体12a)の脱離と、反応媒体12の吸着とを、可逆的に行う。吸着剤11を加熱した場合、吸着剤11は反応媒体を脱離し、吸着剤11が反応媒体12を吸着する場合は、吸着剤11は放熱する。
The fourth reactor 4 has an adsorbent 11 and a
蒸発器6と第三の反応器3、第三の反応器3と第四の反応器4、第四の反応器4と凝縮器5は、それぞれ第五の開閉機構34、第六の開閉機構35、第七の開閉機構36を介して配管7により接続されている。
The evaporator 6 and the third reactor 3, the third reactor 3 and the fourth reactor 4, the fourth reactor 4 and the
[熱回収利用システム100bを利用した熱回収利用方法]
次に、本発明の他の実施形態である熱回収利用システム100bを利用した、熱回収利用方法について説明する。表2に、熱回収利用システム100bにおける、開閉機構の開閉状態の組み合わせ例を示す。
[Heat recovery utilization method using heat
Next, a heat recovery and utilization method using a heat recovery and
図8に、図7の熱回収利用システムの蓄熱モードにおける接続形態例を示す概略図を示す。さらに図9に、図7の熱回収利用システムの放熱モードにおける接続形態例を示す概略図を示す。熱回収利用システム100bは、廃熱源60a、60b、60c、冷却源62a、62b、及び加熱負荷61aと熱的に接続される。熱的に接続する方法としては、熱回収利用システム100aの場合と同様に、特に限定されないが、例えば、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あげられる。
In FIG. 8, the schematic which shows the connection example in the heat storage mode of the heat recovery utilization system of FIG. 7 is shown. Further, FIG. 9 is a schematic view showing an example of connection form in the heat dissipation mode of the heat recovery and utilization system of FIG. The heat
図8に示すサイクルCにおいては、第一の反応器1内の化学蓄熱材10は、廃熱源60aにより第一の熱交換器20を介して加熱され、反応気体12aを脱離する。一方、第二の反応器2内の吸着剤11は、反応気体12aを吸着して発熱する。この時、吸着剤11は、冷却源62aにより第二の熱交換器21を介して冷却され、吸着が促進される。また、蒸発器6内では、反応液体12bが加熱されて気化し、反応気体12aとして第三の反応器3に供給される。第三の反応器3では、化学蓄熱材10が供給された反応気体12aと反応して発熱し、第三の熱交換器24を介して加熱負荷61aに加熱出力が供給される。第四の反応器4内の吸着剤11は、廃熱源60cにより第四の熱交換器25を介して加熱されて反応気体12aが脱離する。脱離した反応気体12aは、凝縮器5に供給され、冷却源62bにより凝縮器用熱交換器22を介して冷却・液化して反応液体12bとなる。
In the cycle C shown in FIG. 8, the chemical
図9に示すサイクルDにおいては、第三の反応器3内の化学蓄熱材10は、廃熱源60aにより第三の熱交換器24を介し加熱され、反応気体12aを脱離する。第四の反応器4内では、吸着剤11が反応気体12bを吸着して発熱する。吸着剤11は、冷却源62aにより第四の熱交換器25を介して冷却されるため、吸着が促進される。蒸発器6内では、反応液体12bが加熱されて気化し、反応気体12aとして第一の反応器1に供給される。第一の反応器1内では、化学蓄熱材10が供給された反応気体12aと反応して発熱し、第一の熱交換器20を介して加熱負荷61aに加熱出力が供給される。第二の反応器2内では、吸着剤11は廃熱源60cにより第二の熱交換器21を介して加熱され、反応気体12aが脱離する。脱離した反応気体12aは、凝縮器5に供給され、冷却源62bにより凝縮器用熱交換器22を介して冷却・液化して反応液体12bとなる。
In cycle D shown in FIG. 9, the chemical
即ち、サイクルCでは、廃熱入力により第一の反応器1内の化学蓄熱材10が反応気体12aを放出して蓄熱状態となると共に、第三の反応器3内の化学蓄熱材10が反応気体12aと反応して放熱状態となる。また、サイクルDでは、第三の反応器3内の化学蓄熱材10が反応気体12aを放出して蓄熱状態となると共に、第一の反応器1内の化学蓄熱材10が反応気体12aと反応して放熱状態となる。サイクルCとDを繰り返して交互に動作させることにより、放熱過程の連続動作と蓄熱過程の連続動作を達成することができる。
That is, in cycle C, the chemical
熱回収利用システム100bにおいて、蒸発器6を廃熱源60bにより加熱して、容器内の反応気体12aの圧力を高くする。これにより、化学蓄熱材10と反応気体12aの反応における発熱温度を、蓄熱に用いる廃熱源60aの温度よりも高温にすることができる(昇温利用)。本実施の形態においては、さらに、吸着剤11による反応気体12aの吸着現象を利用することで、低温熱源での化学蓄熱材10への蓄熱を可能としている。
In the heat recovery and
化学蓄熱材10を低温の熱源で蓄熱するためには、一般的に、化学蓄熱材10から脱離した反応気体12aを冷却して液化させる必要があり、冷凍機等の冷却源を要する。しかしながら、本実施形態のような構成とすることで、冷却源として大気の環境温度等の自然エネルギーを利用して化学蓄熱材10への低温蓄熱が可能となる。即ち、化学蓄熱材10の蓄熱温度を低温化することができる。
In order to store the chemical
低温蓄熱の原理については、前述した図1における熱回収システム100と同様であるため、ここでは説明を割愛する。 The principle of the low-temperature heat storage is the same as that of the heat recovery system 100 in FIG. 1 described above, and therefore the description is omitted here.
廃熱源60a、60b及び60cは、独立した個別の熱源でもいいし、例えば、一つの廃熱源から熱媒循環により取り出した熱をカスケード利用するような形態であっても良い。
The
冷却源は、前述の熱回収システム100の場合と同様に、例えば室温空気52を、ファン51によりダクト53に流通させ、ダクト53中に設置された気液熱交換器50に担わせる構成を使用できるが、本発明はこれに限定されない。
As in the case of the heat recovery system 100 described above, the cooling source uses a configuration in which, for example,
[乾燥装置]
図10に、本発明の熱回収システム100を乾燥装置に適用する方法を説明するための、乾燥装置の構成例の概略図を示す。本実施の形態では、乾燥用空気52がダクト53を通じて、熱風生成用熱交換器70により加熱源65の生成熱で加熱され、その後、乾燥室72に導かれ、被乾燥物を乾燥後に排気する形態の乾燥装置200を例にとって説明する。また、冷却源としては、前述の図6の形態を利用する場合とする。
[Drying equipment]
In FIG. 10, the schematic of the structural example of a drying apparatus for demonstrating the method of applying the heat recovery system 100 of this invention to a drying apparatus is shown. In the present embodiment, the drying
なお、下記の説明においては、乾燥装置200と別の工程の廃熱源60aを利用する想定とするが、この廃熱源60aについては、廃熱回収用熱交換器71で回収した熱をカスケード利用することも可能である。
In the following description, it is assumed that the
熱回収利用システム100aは、熱媒流路81を介して乾燥装置200と熱的に接続される。また、サイクルAとサイクルBの切換においては、熱媒流路81中に、流路切替弁80a、80b、80c、80d、80e、80f、80g、80hを設置する。
The heat recovery and
サイクルAにおいては、図10中に実線で記載した熱媒流路81が、配管7により接続される。第一の反応器1及び第二の反応器は、それぞれ、廃熱回収用熱交換器71及び気液熱交換器50に接続されている。第一の反応器1内の化学蓄熱材10は、廃熱回収用熱交換器71によって回収した熱で加熱して蓄熱される。
In the cycle A, the heat medium flow path 81 indicated by a solid line in FIG. The
蓄熱が完了した後、サイクルBの運転に移行する。この時、図10中に点線で示したように、第一の反応器1が熱風生成用熱交換器70に、第二の反応器2が廃熱回収用熱交換器71に、凝縮器5が気液熱交換器50に、蒸発器6が廃熱源60aに接続される。化学蓄熱材10の発熱出力により熱風生成用熱交換器70を補助加熱することで、乾燥装置200の加熱源65の消費エネルギーを低減することができる。
After the heat storage is completed, the operation shifts to cycle B. At this time, as indicated by a dotted line in FIG. 10, the
以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated concretely.
[実施例1]
図1に示す熱回収利用システム100aを、表1に示すサイクルA、Bの条件切換で運転した。外部の廃熱源、冷却源及び加熱負荷との接続形態は、サイクルAにおいては、図2の接続形態で、サイクルBにおいては図3の接続形態で行った。なお、熱接続の切換は、図示しない流路切替弁による熱媒体の流路の切換により行った。
[Example 1]
The heat
化学蓄熱材10には、硫酸カルシウムを使用し、吸着剤11には、境界相対圧が0.17となるゼオライト系の吸着剤を使用し、反応媒体12には水を用いた。
Calcium sulfate was used for the chemical
熱回収利用システム100aの運転においては、廃熱源60aの加熱により得られた97℃の熱媒を熱回収利用システム100aへ供給し、サイクルBの過程において、加熱負荷61aへ入力可能である熱媒体の温度を計測した。なお、冷却源62a及び62bは、図6で示した形態の気液熱交換器50を使用して、熱回収利用システム100aに対して23℃の熱媒を供給した。また、サイクルBにおいては、廃熱源60aからの97℃の入力熱媒により蒸発器6を加熱し、この蒸発器6での熱交換で5℃の温度降下した入力熱媒を第二の熱交換器2に流通させた。即ち、廃熱をカスケード利用することで、廃熱源60aに廃熱源60bの機能を担わせた。
In the operation of the heat
[実施例2]
図7に示す熱回収利用システム100bを、表2のサイクルC、Dの条件切換で運転した。外部の廃熱源、冷却源及び加熱負荷との接続形態は、サイクルCにおいては、図8の接続形態で、サイクルDにおいては図9の接続形態で行った。なお、熱接続の切換は、図示していない流路切替弁による熱媒体の流路の切換により行った。
[Example 2]
The heat
実施例1と同様、化学蓄熱材10には、硫酸カルシウムを使用し、吸着剤11には、境界相対圧が0.17となるゼオライト系の吸着剤を使用し、反応媒体12には水を用いた。
As in Example 1, the chemical
熱回収利用システム100bの運転においては、廃熱源60aの加熱により得られた97℃の熱媒を熱回収利用システム100bへ供給し、サイクルDの過程において、加熱負荷61aへ連続入力できる熱媒体の温度を計測した。なお、サイクルCにおいては、廃熱源60aからの97℃の入力熱媒を、第一の反応器1、蒸発器6、第四の反応器4の順に流通させた。即ち、廃熱をカスケード利用することで、廃熱源60aに廃熱源60b及び廃熱源60cの機能を担わせた。また、サイクルDにおいては、廃熱源60aからの97℃の入力熱媒を、第三の反応器3、蒸発器6、第二の反応器2の順に流通させた。即ち、廃熱をカスケード利用することで、廃熱源60aに廃熱源60b及び廃熱源60cの機能を担わせた。
In the operation of the heat recovery and
[比較例1]
図11に、従来の熱回収利用システム100cの構成を説明するための概略図を示す。熱回収利用システム100cは、第一の反応器1、蒸発器6、凝縮器5を有する。
[Comparative Example 1]
In FIG. 11, the schematic for demonstrating the structure of the conventional heat
第一の反応器1は、化学蓄熱材10及び化学蓄熱材10と熱の授受を行う第一の熱交換器20を有する。化学蓄熱材10は、反応媒体12(反応気体12a)の脱離と、反応媒体12との反応とを、可逆的に行う。化学蓄熱材10を加熱した場合、化学蓄熱材10は、反応媒体を脱離する(即ち、蓄熱する)。一方、化学蓄熱材10が反応媒体12と反応する場合は、化学蓄熱材は放熱する(即ち、熱を出力する)。
The
蒸発器6は、反応媒体12(反応媒体12b)を加熱して気化させる蒸発用熱交換器23を有する。
The evaporator 6 has an
凝縮器5は、反応媒体12(反応気体12a)を凝縮して液化し、熱を取り出す凝縮用熱交換器22を有する。
The
第一の反応器1と蒸発器6、第一の反応器1と凝縮器6は、それぞれ第一の開閉機構30、第八の開閉機構37により接続した。また、ポンプ8及び第四の開閉機構33を凝縮器5と蒸発器6の間の配管に具備させた。
The
この熱回収利用システム100cを、表3に示すサイクルE、Fの条件切替で運転した。図12に、図11の熱回収利用システムの、蓄熱モードにおける接続形態例を示し、図13に、図11の熱回収利用システムの、放熱モードにおける接続形態例を示す。外部の廃熱源、冷却源及び加熱負荷を、図12及び図13に示す接続形態のように接続した。なお、熱接続の切換は、図示していない流路切替弁による熱媒体の流路の切換により行った。
This heat
化学蓄熱材10には硫酸カルシウムを使用し、反応媒体12には水を用いた。
Calcium sulfate was used for the chemical
[比較例2]
比較例1の冷却源62aとして、1℃の冷却媒体を生成供給できる冷却装置を使用して、熱回収利用システム100cに対して1℃の熱媒を供給した以外は、比較例1と同様の工程により、加熱負荷61aへ入力できる熱媒体の温度を計測した。
[Comparative Example 2]
As a
表4に、各実施例及び各比較例における、加熱負荷61aへ入力できる熱媒体の温度の計測結果を示す。
Table 4 shows the measurement results of the temperature of the heat medium that can be input to the
これに対し、比較例1では、新規エネルギー投入による冷却源なしでは、サイクルAでの化学蓄熱材10への蓄熱が行えない。そのため、逆過程においても、放熱出力を得ることができなかった。
On the other hand, in Comparative Example 1, heat storage to the chemical
また、比較例2では、実施例1と同様の低温蓄熱と昇温出力が得られたが、新規エネルギー投入による冷却源が必要であり、熱回収利用の観点で実用に供さない。 In Comparative Example 2, the same low-temperature heat storage and temperature rising output as in Example 1 were obtained, but a cooling source using new energy input was necessary, and it was not put into practical use from the viewpoint of heat recovery utilization.
1 第一の反応器
2 第二の反応器
3 第三の反応器
4 第四の反応器
5 凝縮器
6 蒸発器
7 配管
8 ポンプ
10 化学蓄熱材
11 吸着剤
12 反応媒体
20 第一の熱交換器
21 第二の熱交換器
22 凝縮用熱交換器
23 蒸発用熱交換器
30 第一の開閉機構
31 第二の開閉機構
32 第三の開閉機構
33 第四の開閉機構
100a、100b、100c 熱回収利用システム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
反応媒体との吸着による放熱と、加熱による反応媒体の脱離とを可逆的に行う吸着剤と、前記吸着剤と熱の授受を行う第二の熱交換器と、を有する第二の反応器と、
反応媒体を液化する凝縮用熱交換器を有する凝縮器と、
液化された反応媒体を気化する蒸発用熱交換器を有する蒸発器と、
を有し、前記第一の反応器と前記第二の反応器、前記第二の反応器と前記凝縮器、前記第一の反応器と前記蒸発器は、それぞれ開閉機構を介して接続されており、
前記反応媒体と前記化学蓄熱材との化学反応による放熱の温度が、前記化学蓄熱材から前記反応媒体を脱離させるときの加熱の温度よりも高い、
熱回収利用システム。 A first heat exchanger having a chemical heat storage material that reversibly releases heat due to a chemical reaction with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a first heat exchanger that transfers heat to and from the chemical heat storage material. A reactor of
A second reactor having an adsorbent that reversibly releases heat by adsorption with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a second heat exchanger that exchanges heat with the adsorbent. When,
A condenser having a heat exchanger for condensing to liquefy the reaction medium;
An evaporator having an evaporation heat exchanger for vaporizing the liquefied reaction medium;
The first reactor and the second reactor, the second reactor and the condenser, the first reactor and the evaporator are connected via an open / close mechanism, respectively. And
The temperature of heat release due to a chemical reaction between the reaction medium and the chemical heat storage material is higher than the temperature of heating when the reaction medium is desorbed from the chemical heat storage material ,
Heat recovery system.
反応媒体との吸着による放熱と、加熱による反応媒体の脱離とを可逆的に行う吸着剤と、前記吸着剤と熱の授受を行う第二の熱交換器と、を有する第二の反応器と、
反応媒体との反応による放熱と、加熱による反応媒体の脱離とを可逆的に行う化学蓄熱材と、前記化学蓄熱材と熱の授受を行う第三の熱交換器と、を有する第三の反応器と、
反応媒体との吸着による放熱と、加熱による反応媒体の脱離とを可逆的に行う吸着剤と、前記吸着剤と熱の授受を行う第四の熱交換器と、を有する第四の反応器と、
反応媒体を液化する凝縮用熱交換器を有する凝縮器と、
液化された反応媒体を気化する蒸発用熱交換器を有する蒸発器と、
を有し、前記第一の反応器と前記第二の反応器、前記第二の反応器と前記凝縮器、前記第一の反応器と前記蒸発器、前記第三の反応器と前記第四の反応器、前記第四の反応器と前記凝縮器、前記第三の反応器と前記蒸発器、それぞれ開閉機構を介して接続されており、
前記反応媒体と前記化学蓄熱材との化学反応による放熱の温度が、前記化学蓄熱材から前記反応媒体を脱離させるときの加熱の温度よりも高い、熱回収利用システム。 A first heat exchanger having a chemical heat storage material that reversibly releases heat by reaction with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a first heat exchanger that transfers heat to and from the chemical heat storage material. A reactor,
A second reactor having an adsorbent that reversibly releases heat by adsorption with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a second heat exchanger that exchanges heat with the adsorbent. When,
A third heat exchanger having a chemical heat storage material that reversibly releases heat by reaction with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a third heat exchanger that transfers heat to and from the chemical heat storage material. A reactor,
A fourth reactor comprising an adsorbent that reversibly releases heat by adsorption with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a fourth heat exchanger that exchanges heat with the adsorbent. When,
A condenser having a heat exchanger for condensing to liquefy the reaction medium;
An evaporator having an evaporation heat exchanger for vaporizing the liquefied reaction medium;
The first reactor and the second reactor, the second reactor and the condenser, the first reactor and the evaporator, the third reactor and the fourth The reactor, the fourth reactor and the condenser, the third reactor and the evaporator, respectively, are connected via an open / close mechanism ,
A heat recovery and utilization system in which a temperature of heat radiation by a chemical reaction between the reaction medium and the chemical heat storage material is higher than a heating temperature when the reaction medium is desorbed from the chemical heat storage material .
前記吸着剤は、ゼオライト、シリカゲルのいずれか一方を含み、
前記反応媒体は水である、請求項1又は2に記載の熱回収利用システム。 The chemical heat storage material has one or two or more compounds selected from the group of calcium oxide, magnesium oxide, calcium chloride, manganese chloride, magnesium chloride, calcium sulfate, sodium carbonate,
The adsorbent contains either zeolite or silica gel,
The heat recovery utilization system according to claim 1 or 2, wherein the reaction medium is water.
反応媒体との吸着による放熱と加熱による反応媒体の脱離とを可逆的に行う吸着剤と、前記吸着剤と熱の授受を行う第二の熱交換器と、を有する第二の反応器と、
反応媒体を液化する凝縮用熱交換器を有する凝縮器と、
液化された反応媒体を気化する蒸発用熱交換器を有する蒸発器と、
を有し、前記反応媒体と前記化学蓄熱材との化学反応による放熱の温度が、前記化学蓄熱材から前記反応媒体を脱離させるときの加熱の温度よりも高い熱回収利用システムの利用方法であって、
前記第一の反応器及び前記第二の反応器は開閉機構を介して同じ雰囲気を有し、
反応媒体と化学反応した前記化学蓄熱材を、廃熱源からの熱により前記第一の熱交換器を通じて加熱して該反応媒体を脱離させることで、前記廃熱源からの熱を蓄熱し、前記吸着剤を前記第二の熱交換器を通じて冷却して該反応媒体の吸着させることで前記蓄熱を促進させる、第一の工程と、
前記第一の反応器及び前記蒸発器は開閉機構を介して同じ雰囲気を有し、
前記第二の反応器及び前記凝縮器は開閉機構を介して同じ雰囲気を有し、
前記吸着剤を前記第二の熱交換器を通じて加熱して反応媒体を脱離させ、脱離した該反応媒体を前記凝縮用熱交換器により液化し、
前記蒸発器内の反応媒体を蒸発用熱交換器により気化させ、気化された該反応媒体と前記化学蓄熱材とを化学反応させることで発熱させ、前記第一の熱交換器を通じて該発熱した熱を出力する、第二の工程と、
前記凝縮器内の反応媒体を前記蒸発器に輸送する、第三の工程と、
を有する熱回収利用方法。 A first heat exchanger having a chemical heat storage material that reversibly releases heat due to a chemical reaction with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating, and a first heat exchanger that transfers heat to and from the chemical heat storage material. A reactor of
A second reactor comprising: an adsorbent that reversibly releases heat by adsorption with the reaction medium and desorption of the reaction medium by heating; and a second heat exchanger that exchanges heat with the adsorbent. ,
A condenser having a heat exchanger for condensing to liquefy the reaction medium;
An evaporator having an evaporation heat exchanger for vaporizing the liquefied reaction medium;
Have a temperature of the heat dissipation due to a chemical reaction between the chemical heat storage material and the reaction medium, the reaction medium from the chemical thermal storage medium in usage of high heat recovery and utilization system than the temperature of the heating when desorbing There,
The first reactor and the second reactor have the same atmosphere through an opening / closing mechanism,
The chemical heat storage material chemically reacted with the reaction medium is heated through the first heat exchanger with heat from a waste heat source to desorb the reaction medium, thereby storing heat from the waste heat source, A first step of promoting the heat storage by cooling the adsorbent through the second heat exchanger and adsorbing the reaction medium;
The first reactor and the evaporator have the same atmosphere through an opening and closing mechanism;
The second reactor and the condenser have the same atmosphere through an opening and closing mechanism;
The adsorbent is heated through the second heat exchanger to desorb the reaction medium, and the desorbed reaction medium is liquefied by the condensation heat exchanger,
The reaction medium in the evaporator is vaporized by an evaporation heat exchanger, the vaporized reaction medium and the chemical heat storage material are chemically reacted to generate heat, and the heat generated through the first heat exchanger is generated. A second step of outputting
A third step of transporting the reaction medium in the condenser to the evaporator;
A heat recovery utilization method comprising:
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