JPH0233568A - 廃熱回収利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、廃熱を回収して蓄熱し、必要に応じて蓄熱さ
れた熱を取出して利用する廃熱回収利用方法に関する。

従来技術 エネルギーの有効利用の一環として、非定常的な産業廃
熱を熱の形で蓄熱し、必要に応じて蓄熱された熱を取出
して利用する廃熱回収利用システムが研究されている。

廃熱を蓄熱するための蓄熱材としては、取出した熱を用
いて発生させる蒸気や熱湯の温度、圧力の点から適当な
蓄熱温度を有し、かつ単位質量当りの蓄熱量が大きい点
から、物質の固液相変化の際の潜熱を利用した潜熱蓄熱
材（ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ−ａｂｌｅ　ｍａｔｓｒ
ｌａｌ　ＰＣＭ　）を使用することが有利である。潜熱
蓄熱材としては、産業用であれば溶融点、潜熱、コスト
等の点で苛性ソーダ系共融塩等が適当であるが、この蓄
熱材は蓄熱温度が約３００℃である。

この種の潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置に廃熱を蓄熱し、
その熱を蒸気の形で取出す廃熱回収システムの従来提案
されているものの例を次に説明する。

（先行技術文献例：溶融塩潜熱蓄熱サブシステムを用い
た溶融炭酸塩型燃料電池コージェネレーションシステム
の検討） 第７図に示す例では、廃熱を有する流体、例えば排気は
■より廃熱ボイラＥＸ−１を経て■より大気に放出され
る。廃熱ボイラＥＸ−１で廃熱を受取るボイラ給水（Ｂ
ＦＷ）は、ポンプＰ−■により管■、＠を経て、廃熱ボ
イラＥＸ−１に入り、廃熱を受取り加熱されて蒸気とな
り１．管○を経て出荷される。廃熱量が出荷される蒸気
を作って余る場合、又は蒸気の需要がない時期には、残
余の熱は蓄熱器５Ｔ−１に蓄熱される。そのためのから
廃熱ボイラＥＸ−１に至る排気管の中間より分岐管を設
け、熱交換器ＥＸ−２に導きＯより大気に放出する。熱
交換器ＥＸ−２と蓄熱器ＳＴ−１の間には循環路の一〇
−■−■−のが形成され、ポンプＰ−ＩＶにより熱媒体
流体が循環し、これによって廃熱は蓄熱器内の蓄熱材に
蓄熱されるようになっている。熱媒体流体はボイラ給水
ＢＦＷの温度、廃熱の温度及び蓄熱温度で常に液体であ
るような物質が利用される。

蓄熱器５Ｔ−１に蓄熱された熱を蒸気として取出すため
、ボイラ給水ＢＦＷの管に設けられたポンプｐ−ｍの吐
出側から廃熱ボイラＥＸ−１に至る管に分岐管Ｏが設け
られ、熱交換器ＥＸ−３に入り、管のを経て蒸気管○に
接続されている。熱交換器ＥＸ−３には、前記の熱媒体
流体の循環路の往復管より分岐する管が導かれ、熱交換
器ＥＸ−３内で流路■により接続され、蓄熱器５Ｔ−１
と熱交換器ＥＸ−１との間に熱媒体流体の循環路が形成
されている。

この装置で、廃熱を蓄熱する蓄熱モード時には、ボイラ
給水ＢＦＷは管路■→＠→θを流れ、廃熱流体の一部と
廃熱ボイラＥＸ−１で熱交換を行ない、蒸気として出荷
される。残りの廃熱流体は、廃熱ボイラＥＸ−１の上流
側から分岐管を経て熱交換器ＥＸ−２を経て■より大気
に放出され、熱交換器ＥＸ−２により、循環路の一〇−
（５）−■−のをポンプＰ−ＩＶにより循環する熱媒体
流体を媒介して蓄熱器５Ｔ−１内の蓄熱材に熱を伝熱し
蓄熱する。

放熱モード時には、ボイラ給水ＢＦＷはポンプｐ−ｍに
より、管■→＠→■→■を流し、熱交換器ＥＸ−３で循
環路の→０→■→のをポンプＰ−１１Ｖにより循環する
熱媒体流体により蓄熱器５Ｔ−１内の蓄熱材に蓄えられ
た熱により加熱されて蒸気となり管■→のより出荷され
る。

蓄熱器５Ｔ−１と廃熱流体及びボイラ給水との間に熱媒
体流体を介在させた理由は、前述の如ぐ苛性ソーダ系共
融塩を熱媒体とし用いた場合は蓄熱温度が約５００”Ｃ
となり、水と直接熱交換を行なうと、水は瞬時に蒸発し
てしまい、熱交換効率が低下するからである。常温から
３００　’Ｃの範囲で常に液体であるような熱媒体流体
は高価であり、又その循環路及び廃熱流体及びボイラ給
水と熱媒体流体と熱交換を行なうための熱交換器ＥＸ−
２、ＥＸ−３が必要になり、装置の構成が複雑となり高
価につく欠点がある。

水の圧力を８５　ｋｇ７ｃｍ２程度迄昇圧すれば、３０
０°Ｃ程度の温度でも気化しないので、熱媒体流体を介
しなくても潜熱蓄熱材と液−液、液−同量で熱交換を行
なうことができる。

第８図に示す他の従来例は、この考え方に基くものであ
って、第７図の装置で必要とした熱媒体流体の循環路及
びこれと廃熱流体及びボイラ給水との間の熱交換器はな
くなっている。

廃熱流体、例えば排気ガスは■から廃熱ボイラＥＸ−１
には廃熱で加熱される流体としてのボイラ毬ＢＦＷがポ
ンプｐ−ｍにより管■−＠を経て供給され、廃熱により
加熱されて蒸気となり、管○に送り出される。その蒸気
の一部は、分岐管Ｏを経てコンブレプレッサＣＰに送ら
れ、８５に９／α２に昇温されることにより蒸気は高温
高圧の液体となり、蓄熱器５Ｔ−１内の熱交換管に入り
、液−液、液−同量の熱交換により、潜熱蓄熱材に蓄熱
される。熱を奮われた水は管■よりジュールトムソン弁
ＪＴ−２を経て圧力を低下させ、管■よりドラムＤ１に
入れる。ドラムＤ１はボイラ給水管■の途中に設けられ
ており、こ＼で管■より戻ってきた温水とボイラ給水と
は混合され、残りの顕熱によりボイラ給水を昇温させる
。

蓄熱器５Ｔ−１に蓄熱された熱を所定圧の蒸気として取
出すために、給水管＠は廃熱ボイラＥＸ−１の上流側で
分岐し、分岐管■は管■に接続され、ボイラ給水ＢＦＷ
は管■より蓄熱器５Ｔ−１内の熱交換管を経て管θより
バイパス管■を経て蒸気管○に接続されている。

したがって放熱モード時には、ボイラ給水ＢＦＷはポン
プＰ−■により管■→＠→■→■と流れて蓄熱器５Ｔ−
１において潜熱蓄熱材より熱を回収し蒸気となり、管■
を経て、ジュールトムソン弁ＪＴ−１により所定の圧力
の蒸気として出荷される。

同時に発生した温水は管■より管■に至りドラムＤ１に
戻される。

以上の結果、廃熱は熱媒体流体を使用せずに蓄熱及び放
熱することが可能となるが、蒸気を高温高圧の液体にす
るための高価なコンプレッサが必要となり、かつそのた
めのエネルギーロスが大きく、コスト高につく欠点があ
る。

本発明は、従来提案されている廃熱回収利用システムの
上述の欠点にかんがみ、蓄熱器に蓄熱し、蓄熱された熱
を取出すために熱媒体流体及びそれと熱交換するための
熱交換器や、蒸気を高温高圧の液に昇圧するためのコン
プレッサが不要な、構成が簡単でランニングコストの低
廉な廃熱回収利用方法を提供することを課題とする。

本発明による廃熱回収利用方法は、上記の課題を解決さ
せるため、 廃熱を回収して蓄熱する場合は、 廃熱を回収することにより到達すべき温度の平衡圧以」
この一定圧の水に廃熱を伝達して回収し、高圧高温水と
なし、 その一部をＪＴ弁で減圧して所定圧の蒸気として出荷す
るとともに同時に発生する中圧高温水を給水に混合する
とともに、 残りの高圧高温水を蓄熱器に導きその顕熱を蓄熱材に伝
達して蓄熱し、蓄熱材に熱を与えた高圧水は減圧して中
圧の水となし給水に混合し、昇圧して上記の廃熱回収用
高圧水とし、 上記の蓄熱器に蓄熱された熱を取出して再利用する場合
は、上記の昇圧された高圧の水を上記蓄熱器に導き、蓄
熱器内の蓄熱材より熱を受取り高温高圧水となし、ＪＴ
弁で中圧に減圧し、所定圧の蒸気として出荷し、同時に
発生する水は減圧して中圧の水となし、給水に混合する
ことを特徴とする。

実施例 以下に、本発明を、これを実施するための装置の例を示
す図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明の方法を実施するための廃熱回収利用
システムの一例を示す系統図である。

蓄熱して利用すべき廃熱を含む流体、例えば排気は管■
より廃熱ボイラＥＸ−１に入り、管■より大気に放出さ
れる。廃熱ボイラＥＸ−１の上記排気と熱交換を行なう
流体の流路にはボイラ給水ＢＦＷが給水源より管■、ポ
ンプＰ−Ｉ、管■、ドラムＤ−１、管■、ポンプＰ−■
、管■を経て流入するように給水管が接続されており、
その出口側には、管■、ジュールトムソン弁ＪＴ−１、
ドラムＤ−２を経て管■が接続されている。管■はＪＴ
−１の上流側で分岐し蓄熱装置（ＳＴ−１）内の熱交換
管に接続され、その出口側には管■、ジュールトムソン
弁ＪＴ−２を経て、前記のドラムＤ−１に至る管が接続
されている。又、ドラムＤ−２の下部ニは管■、ジュー
ルトムソン弁ＪＴ−３を経て０点で前記のジュールトム
ソン弁ＪＴ−２とドラムＤ−１との間の管に合流してい
る。又、廃熱ボイラＥＸ−１の上流側で管■より蓄熱装
置５Ｔ−１内の熱交換管出口側に接続された管■の中間
点に至る管■が設けられている。

各部の分岐部等には切換弁や止弁が設けられているが、
図には示されていない。ポンプＰ−Ｉは低圧ＰＯのボイ
ラ給水を中圧Ｐ１に昇圧するためのものであり・ポンプ
Ｐ−■は中圧Ｐ２のボイラ給水を高圧Ｐ２に昇圧するた
めのものである。蓄熱装置５Ｔ−１はたとえば苛性ソー
ダ系の潜熱蓄熱材が充填されており、その蓄熱温度は約
３００″Ｃとなっている。上記の高圧Ｐ２は、この蓄熱
温度でボイラ給水が蒸発しないような圧力、例えば８５
に９／ｃＴｎ２となっている。

蓄熱モード時の流体の流れを第５図に黒線で示す。すな
わち、廃熱を含む流体は管■がら廃熱ボイラＥＸ−１を
経て■より大気に放出され、一方ボイラ給水源よりボイ
ラ給水ＢＦＷはポンプＰ−Ｉ。

Ｐ−ＩＩにより管路■→■→■→■を経て廃熱ボイラＥ
Ｘ−１の熱交換管に流れ込み、廃熱により昇温し高温・
高圧水となって管■を経てその一部は蓄熱櫂Ｓ　Ｔ　−
１内の熱交換管を流れ、蓄熱装置内の蓄熱材に顕熱を与
えることにより温度が低下し、管■を経て、ジュールト
ムソン弁ＪＴ−２で減圧され中圧となってドラムＤ−１
に流入し、この中でポンプＰ−Ｉにより送り込まれたボ
イラ給水と混合される。

蓄熱装置５Ｔ−１に導入された高温・高圧水以外の高温
・高圧水は、ジュールトムソン弁ＪＴ−１により膨張さ
せて、ドラムＤ−２内に導き、気液分離し、所定圧ｐ　
ｔ　／の蒸気は管■より出荷し、高温中圧の水は管■を
経てジュールトムソン弁ＪＴ−３を経てドラムＤ−１に
戻され、ボイラ給水と混合し、顕熱をボイラ給水に与え
る。

上記の管系の各部における水の状態は、第２図のＰ−１
線図中に第１図及び第６図の管の傍に示した記号と対応
して示されている。又、第６図の管の傍にその内部を流
れる流体の圧力を示す。この図より明らかなように、管
■内の高温高圧水をジュールトムソン弁ＪＴ−１で減圧
して気液混合状態にしてドラムＤ−２に入れ蒸気は管■
より出荷する以外は、このシステム内はすべて液体の水
が流れており、蓄熱装置５Ｔ−１内においては、水と蓄
熱材との間で液−液又は固−液熱交換が行なわれるので
熱交換効率が高い。

次に、放熱モードの流体の流れを第４図により説明する
。このときは、廃熱ボイラＥＸ−１は休止しており、ポ
ンプＰ−Ｉ、Ｐ−ｎにより高圧Ｐ２に昇圧されたボイラ
給水ＢＦＷは管■を経て、管■に入り、蓄熱モード時と
は逆方向に流れて蓄熱装置５Ｔ−１内の熱交換管に入り
、蓄熱材に蓄熱された熱を受取って昇温し、高温、高圧
の水となって蓄熱装置５Ｔ−１より出て管■に入り、ジ
ュールトムソン弁ＪＴ−１で膨張させて気液混合流体と
なし、ドラムＤ−２内に入り気液分離され、所定圧Ｐ１
１の蒸気は管■より出荷され、水は管■を経てドラムＤ
−１に戻される。

なお、蓄熱モードの際、蓄熱装置５Ｔ−１内の熱交換管
へ高温・高圧水を合流する管は、第５図に示す如く、廃
熱ボイラＥＸ−１内の熱交換器の途中から分岐させて蓄
熱装置の方に導くようにしてもよい。また、回倒では、
管■の如く、蓄熱モード、放熱モードで同一の管を用い
ているが、別の管にしてもよく、又蓄熱装置５Ｔ−１か
らジュールトムソン弁ＪＴ−２を経て戻ってくる管■を
ポンプＰ−■の吐出側に第６図に示す如くエジェクタを
構成するように設けて、管■を流れる給水中に噴出させ
ることにより、ドラムＤ−１とポンプＰ−■とをなくす
ることができる。

効　　果 以上の如く、本発明によれば、蓄熱装置内の熱交換は液
−液又は固−液の形で行なわれるので、熱交換効率が良
く、又、高価な熱媒体流体を使用せず加熱して使用する
水をそのま一熱交換流体として使用できるのでコストが
安くつく、又熱媒体流体を使用する場合必要な熱媒体流
体の循環系及び熱交換器が不要となり、構成が簡素化さ
れコスト低減にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置の一例を示
す系統図、第２図はその装置における管内を流れる水の
各部での状態を示す状態線図、第６図及び第４図はその
装置での蓄熱モードと放熱モードにおける水の流れ及び
各部での状態を示す系統図、第５図及び第６図はその一
部の変形例ヲ示す説明図、第７図及び第８図は夫々従来
の廃熱回収利用システムを示す系統図である。 、１１・・・廃熱を含む流体の流路 ■、■、・・・・・・■、■、■、■、■・・・水の流
路Ｐ−Ｉ、Ｐ−ＩＩ・・・ポンプ ＥＸ−１・・・廃熱ボイラ ５Ｔ−１・・・蓄熱装置 ＪＴ、−１、ＪＴ−２、ＪＴ−３・・・ジュールトムソ
ン弁ＤＩ　、Ｄ−２・・・ドラム （外１名） ［株］ 礎癲Ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 廃熱を回収し蓄熱して必要に応じ取出して利用する廃熱
   回収利用方法において、 廃熱を回収して蓄熱する場合は、 廃熱を回収することにより到達すべき温度の平衡圧以上
   の一定圧の水に廃熱を伝達して回収し高圧高温水となし
   、 その一部をＪＴ弁で減圧して所定圧の蒸気として出荷す
   るとともに同時に発生する中圧高温水を給水に混合する
   とともに、 残りの高圧高温水を蓄熱器に導きその顕熱を蓄熱材に伝
   達して蓄熱し、蓄熱材に熱を与えた高圧水は減圧して中
   圧の水となし給水に混合し、昇圧して上記の廃熱回収用
   高圧水とし、 上記の蓄熱器に蓄熱された熱を取出して再利用する場合
   は、上記の昇圧された高圧の水を上記蓄熱器に導き、蓄
   熱器内の蓄熱材より熱を受取り高温高圧水となし、ＪＴ
   弁で中圧に減圧し、所定圧の蒸気として出荷し、同時に
   発生する水は減圧して中圧の水となし、給水に混合する
   ことを特徴とする廃熱回収利用方法。