JP7477098B2

JP7477098B2 - 廃熱再利用装置

Info

Publication number: JP7477098B2
Application number: JP2020075437A
Authority: JP
Inventors: 淳志中根; 基生中井; 利幸齊藤; 明彦堀部; 寛山田
Original assignee: Okayama University NUC; JTEKT Corp
Current assignee: Okayama University NUC; JTEKT Corp
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2024-05-01
Anticipated expiration: 2040-04-21
Also published as: JP2021171677A

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、トレイと、設備から排出される熱風をトレイへ導き可能なフードとを備えている。トレイは、粒状のデシカント剤を水平方向に沿って載せ可能に構成されている。トレイにデシカント剤を載せた状態でフードから熱風が導かれると、導かれた熱風がトレイに沿って通過する。

そのため、トレイに除湿後の粒状のデシカント剤を載せておくと、デシカント剤が乾燥（放湿）し始める。したがって、設備から排出された熱風を利用して、除湿後の粒状のデシカント剤を再生できる。この再生において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、フードの出口には、熱風に含まれる粉塵を除去可能なフィルタを備えている。

そのため、綺麗な熱風によってデシカント剤を再生できる。したがって、再生後のデシカント剤に粉塵の付着を防止できる。

また、本開示の他の特徴によると、トレイは、複数の開口を有するメッシュ状に構成されている。開口の開口サイズは、デシカント剤の粒径より小さく設定されている。

そのため、デシカント剤の再生において、トレイの開口を介して設備から排出された熱風をデシカント剤に付与できる。したがって、デシカント剤を十分に乾燥（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、デシカント剤は、高分子デシカント剤である。

そのため、デシカント剤の再生に高温（例えば、「２００度」）を要することがない。したがって、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、低温の熱風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全体構成の平面の模式図であり、乾燥庫の天板を透過した状態を示している。図１の廃熱再利用装置の乾燥庫の斜視図である。図１の廃熱再利用装置をフロアに設置した状態を説明する縦断面の模式図である。図４の廃熱再利用装置の全体構成の平面の模式図であり、乾燥庫の天板を透過した状態を示している。図４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。図６の廃熱再利用装置の全体構成の平面の模式図であり、乾燥庫の天板を透過した状態を示している。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。

以下、本発明を実施するための形態を、図１～９を用いて説明する。まず、図１～３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、前、後、左、右とは、上述した図に記載した、上、下、前、後、左、右の方向を示している。

この廃熱再利用装置１は、主として、乾燥庫１０と、トレイ群２０と、フード３０とを備えている。以下に、これら乾燥庫１０と、トレイ群２０と、フード３０とを個別に説明する。

はじめに、乾燥庫１０を説明する。この乾燥庫１０は、正方形状の天板１１と、天板１１に対向する正方形状の底板１２と、天板１１と底板１２とを橋渡す長方形状の前側板１３と、前側板１３に対向する長方形状の後側板１４とから矩形筒状に構成されている。そのため、この乾燥庫１０は、乾燥庫１０の左開口１０ｃと右開口１０ｄとを介して内部１０ａと外部１０ｂとが連通している。

また、この乾燥庫１０は、作業者（図示しない）が所望する場所に持ち運んで据え置き可能に構成されている。この前側板１３と後側板１４との各内面には、前後に対向するレール１３ａ、１４ａが上下に沿って５対形成されている。また、この前側板１３の右上角の近傍および右下角の近傍には、後述するフード３０を連結するための取付孔１３ｂが形成されている。これと同様に、この後側板１４の右上角の近傍および右下角の近傍には、後述するフード３０を連結するための取付孔１４ｂが形成されている。

そのため、この５対のレール１３ａ、１４ａに後述する５枚のトレイ２１をそれぞれ橋渡して載せる（支持する）ことができる。また、この載せた５枚のトレイ２１を左右方向に沿ってスライドさせることもできる。この５対のレール１３ａ、１４ａは、互いが上下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、５枚のトレイ２１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。乾燥庫１０は、このように構成されている。

次に、トレイ群２０を説明する。このトレイ群２０は、防錆性の高い素材である金属製（例えば、ステンレス製）から成る正方形状の５枚のトレイ２１から構成されている。この金属製により、後述する粒状のデシカント剤２５の乾燥時（放湿時）における錆の発生を防止できる。このトレイ２１は、平坦部と、この平坦部の４辺から立ち上がる４か所の側部とから構成されている。この４か所の側部により、平坦部に載せたデシカント剤２５が脱落することを防止できる。この５枚のトレイ２１は、デシカント剤２５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（水平方向に沿った開口２２を複数有する形状）に構成されている。

なお、このトレイ２１は、その全て（平坦部、前後左右の４か所の側部）がメッシュ状に構成されている。そのため、この５枚のトレイ２１（平坦部）に粒状のデシカント剤２５を載せても、この載せた粒状のデシカント剤２５が５枚のトレイ２１から抜け落ちることを防止できる。すなわち、このトレイ２１の開口２２の開口サイズは、デシカント剤２５の粒径より小さく設定されている。

このトレイ２１は、平面視において、一辺が「３００ｍｍ」の正方形状の四角形となっている。また、このトレイ２１は、その高さが「２０ｍｍ」となっている。このデシカント剤２５は、再生温度が４０～８０度で放湿、再利用可能な粒形であり、平均粒径が「約２．６ｍｍ」の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５枚のトレイ２１は、上述した乾燥庫１０の５対のレール１３ａ、１４ａに載せられている。そのため、この５枚のトレイ２１は、上下方向（高さ方向）に沿って所定の間隔を隔てて５段（上から順番に、上段、上中段、中段、下中段、下段）に重ねられている。このように重ねられていると、５枚のトレイ２１の間隔が「２０ｍｍ」となっている。そのため、後述する熱風４０の導きが阻害されることなく、５枚のトレイ２１の間に十分に熱風４０を行き亘らせることができる。トレイ群２０は、このように構成されている。

最後に、フード３０を説明する。このフード３０は、後述するモータ３５の吹出口３５ｆから排出される熱風４０を５枚のトレイ２１へ導き可能に、入口３１の開口サイズが狭く、出口３２の開口サイズが広い四角錐筒状に構成されている。そのため、この入口３１から熱風４０を取り込むと、この取り込んだ熱風４０を上下方向および前後方向に拡散した状態で出口３２から放出できる。

この出口３２には、内側（出口３２の中心側）に向けて張り出した張出部３２ａが形成されている。この張出部３２ａの適宜個所には、押え部材３４が溶接によって接合されている。また、この出口３２には、これら張出部３２ａと押え部材３４との間に挟まれるように、熱風４０に含まれる粉塵（図示しない）を除去可能なフィルタ３３が取り付けられている。また、この押え部材３４には、出口３２の四隅で、取付孔１３ｂ、１４ｂに対応する取付孔３４ａを有する取付座３４ｂが一体に形成されている。

また、このフード３０は、作業者が所望する場所に持ち運んで据え置き可能に構成されている。フード３０は、このように構成されている。廃熱再利用装置１は、これら乾燥庫１０と、トレイ群２０と、フード３０とを備えている。なお、このフード３０の前側の両取付座３４ｂの各取付孔３４ａと乾燥庫１０の前側板１３の各取付孔１３ｂには、ボルト３４ｃが挿し込まれている。この挿し込まれたボルト３４ｃには、ナット３４ｄが螺合されている。

これと同様に、このフード３０の後側の両取付座３４ｂの各取付孔３４ａと乾燥庫１０の後側板１４の各取付孔１４ｂには、ボルト３４ｃが挿し込まれている。この挿し込まれたボルト３４ｃには、ナット３４ｄが螺合されている。そのため、乾燥庫１０の右開口１０ｄとフード３０の出口３２（フィルタ３３）とが隣り合うように乾燥庫１０にフード３０が連結された状態となっている。

続いて、廃熱再利用装置１の動作を説明する（図４～７参照）。なお、この説明にあたって、予め、作業者は、乾燥庫１０から５枚のトレイ２１を引き出して除湿後の粒状のデシカント剤２５を水平方向に沿ってたくさん積み重なることがないように平積み状態（一～二層程度の状態）で載せておく。まず、作業者は、予め、フロア５０に設置されている工作機械のヘッド３８にボルト３５ａを介して取り付けられているモータケース３５ｈの冷却ファン３６側に設けられた吹出口３５ｆとフード３０の入口３１とが対向するように廃熱再利用装置１を持ち運んでフロア５０に据え置く作業を行う（図４～５参照）。そのため、フード３０の入口３１とモータケース３５ｈの吹出口３５ｆとが隣り合う状態となる。

このモータ３５を駆動（ロータ３５ｂと共にモータ軸３５ｄを回転）させると、このモータ軸３５ｄに取り付けられている冷却ファン３６が駆動（回転）する。これにより、モータケース３５ｈの工作機械のヘッド３８側に設けられた取込口３５ｅから外気Ａが取り込まれるため、この取り込まれた外気Ａがロータ３５ｂとステータ３５ｃとの間の隙間３５ｇを通過してモータ３５の内部を冷却させる。この冷却させた外気Ａは、モータケース３５ｈの吹出口３５ｆから、「４５度」の熱風４０として排出される（図６～７参照）。そのため、この排出された熱風４０は、フード３０の入口３１から取り込まれ出口３２（フィルタ３３）を介して放出される。その後、この放出された熱風４０は、乾燥庫１０の右開口１０ｄから左開口１０ｃに向けて導かれる。

モータ３５は、モータケース３５ｈと、モータケース３５ｈ内に設けられた軸受（図示しない）と、軸受に回転支持されるモータ軸３５ｄと、モータケース３５内に設けられたステータ３５ｃと、モータ軸３５ｄに取り付けられたロータ３５ｂと、モータ軸３５ｄの一端に取り付けられた冷却ファン３６とを備えている。

このとき、この放出された熱風４０は、フード３０によって上下方向および前後方向に拡散される。そして、この拡散された熱風４０は乾燥庫１０の５枚のトレイ２１に沿って右側から左側に向けて導かれる（通過する）。そのため、この５枚のトレイ２１に載せていた除湿後の粒状のデシカント剤２５が均一に乾燥（放湿）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２５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、乾燥が終了した粒状のデシカント剤２５が載せられた５枚のトレイ２１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５枚のトレイ２１から乾燥した粒状のデシカント剤２５を回収し、吸湿した粒状のデシカント剤２５に詰め替える作業を行う。このようにしてモータケース３５ｈの吹出口３５ｆから排出される熱風４０を利用して、吸湿した粒状のデシカント剤２５を再生できる。

このデシカント剤２５の再生において、モータケース３５ｈの吹出口３５ｆから排出された「４５度」の熱風４０が、乾燥庫１０の左側に向けて導かれると「３０度」となっている。そのため、モータ３５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２５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、図８では、デシカント剤２５の収着割合の変化値を説明している。このデシカント剤２５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７の縦軸は、絶乾状態のデシカント剤２５の質量に対するデシカント剤２５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２５の質量のことである。また、この図７の横軸は、時間（秒）である。この図７から明らかなように、「４０度以上」でなくてもデシカント剤２５は放湿（乾燥）できる。

また、図９では、絶乾状態のデシカント剤２５と、収着状態のデシカント剤２５の粒径と体積倍率との比較を示している。この図９から明らかなように、収着したデシカント剤２５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２５の体積は大きく減少する。そのため、デシカント剤２５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２５がトレイ２１の下方に堆積する。

したがって、トレイ２１の上方に隙間ができてしまい、この隙間に熱風４０が逃げてしまいデシカント剤２５の再生が困難となる。結果として、デシカント剤２５をトレイ２１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２５を縦詰めした状態で乾燥させると、熱風４０の妨げとなる。

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、廃熱再利用装置１は、乾燥庫１０に載せられた５枚のトレイ２１と、フード３０とを備えている。この５枚のトレイ２１は、デシカント剤２５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（水平方向に沿った開口２２を複数有する形状）に構成されている。また、フード３０は、モータ３５から排出される熱風４０を５枚のトレイ２１へ導き可能に、入口３１の開口サイズが狭く、出口３２の開口サイズが広い四角錐筒状に構成されている。そして、モータ３５から排出された熱風４０は、フード３０の入口３１から取り込まれ出口３２を介して放出される。その後、この放出された熱風４０は、５枚のトレイ２１の右側から左側に向けて導かれる。そのため、この５枚のトレイ２１に除湿後の粒状のデシカント剤２５を載せておくと、この載せておいた除湿後の粒状のデシカント剤２５が乾燥（放湿）し始める。したがって、モータ３５から排出された熱風４０を利用して、除湿後の粒状のデシカント剤２５を再生できる。このように再生できると、デシカント剤２５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、モータ３５から排出された熱風４０を利用して除湿後の粒状のデシカント剤２５を再生するため、この再生において外部電源を不要にできる。また、モータ３５から排出された熱風４０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、５枚のトレイ２１は、上下方向（高さ方向）に沿って所定の間隔を隔てて５段に重ねられている。そのため、５枚のトレイ２１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２５を再生できる。

また、この構成によれば、フード３０の出口３２には、熱風４０に含まれる粉塵を除去可能なフィルタ３３が取り付けられている。そのため、綺麗な熱風４０によってデシカント剤２５を再生できる。したがって、再生後のデシカント剤２５に粉塵の付着を防止できる。

また、この構成によれば、５枚のトレイ２１は、デシカント剤２５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（水平方向に沿った開口２２を複数有する形状）に構成されている。すなわち、このトレイ２１の開口２２の開口サイズは、デシカント剤２５の粒径より小さく設定されている。そのため、デシカント剤２５の再生において、トレイ２１の開口２２を介してモータ３５から排出された熱風４０をデシカント剤２５に付与できる。したがって、デシカント剤２５を十分に乾燥（再生）させることができる。

また、この構成によれば、デシカント剤２５は、再生温度が「４０～８０度」の高分子デシカント剤である。そのため、デシカント剤２５の再生に高温（例えば、「２００度」）を要することがない。したがって、比較的に低温（例えば、「４０～８０度」）でデシカント剤２５の再生ができるため、低温の熱風４０を捨てることなく有効利用できる。また、上述した構成によれば、廃熱再利用装置１自体、無電源で、上述した効果を達成できる。

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、熱風４０が排出される設備は、モータ３５に限られることなく、制御盤を冷却するファンを有する制御箱、放熱部を冷却するファンを有するオイルマチック排気部等、各種の設備であっても構わない。

また、タイマーに基づいてデシカント剤２５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２５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２５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２５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２１は、５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２１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、下中段のトレイ２１に載せたデシカント剤２５から放湿された水分が上段、上中段のトレイ２１のデシカント剤２５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２５を十分に加熱する観点からも、トレイ２１は、５段程度までが好ましい。

また、デシカント剤２５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、廃熱再利用装置１は、作業者が持ち運んで据え置き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。

１廃熱再利用装置
２１トレイ
３０フード
２５デシカント剤
３５モータ（設備）
４０熱風

Claims

トレイと、
設備から排出される熱風を前記トレイへ導き可能なフードと、を備えており、
前記トレイは、粒状のデシカント剤を水平方向に沿って載せ可能に構成されており、
前記トレイに前記デシカント剤を載せた状態で前記フードから前記熱風が導かれると、導かれた前記熱風が前記トレイに沿って通過し、
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、
前記フードは、前記設備から前記排出される前記熱風を受け入れる入口と、前記入口から受け入れた前記熱風を前記トレイへ導く出口を有する四角錐筒状に構成され、
前記入口は、前記出口より開口サイズが狭く形成され、
前記フードの前記出口の幅長は、前記複数段に重ねられた全ての前記トレイが前記フードの前記出口に収まるように前記全ての前記トレイの幅長より長く設定され、
前記トレイは、開口サイズが前記デシカント剤の粒径より小さいメッシュ状に構成される廃熱再利用装置。
請求項１に記載の廃熱再利用装置であって、
前記フードの前記出口には、前記熱風に含まれる粉塵を除去可能なフィルタを備えている廃熱再利用装置。
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。
請求項１～３のいずれかに記載の廃熱再利用装置であって、
前記複数段に重ねられた前記トレイは、乾燥庫に収容され、
前記乾燥庫は、前記熱風の通過する方向に沿った側部が開口する廃熱再利用装置。
請求項４に記載の廃熱再利用装置であって、
前記乾燥庫は、前記トレイが前記熱風の通過する方向に沿ってスライド可能に構成される廃熱再利用装置。