JPH05288485A - 排熱昇温回収装置 - Google Patents

排熱昇温回収装置

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JPH05288485A
JPH05288485A JP4082274A JP8227492A JPH05288485A JP H05288485 A JPH05288485 A JP H05288485A JP 4082274 A JP4082274 A JP 4082274A JP 8227492 A JP8227492 A JP 8227492A JP H05288485 A JPH05288485 A JP H05288485A
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JP
Japan
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heat
adsorbent
exhaust gas
temperature
heat exchanger
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4082274A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsuji Matsuo
篤二 松尾
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度レベルの低い排ガスから、それよりも高
温・高品位の熱を、排ガスが持つ熱エネルギー以外のエ
ネルギー消費なしに得ることを可能とした。 【構成】 水吸着性の吸着剤4を充填する吸着剤容器1
に、排ガス導入の熱交換器2と熱媒導入の熱交換器3と
を設置する。更にこの吸着剤容器1に吸着過程で接続さ
れる排ガスを熱源とする蒸気発生器8と、脱着過程で接
続される凝縮器5とを設けたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発電プラントや化学プラ
ントにおける比較的低温の排ガスからの排熱昇温回収装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来の排熱回収装置の構成を概念
的に示す。ガスタービンやボイラ、各種化学プロセスな
どから排出される回収可能な温度レベルの熱エネルギー
をもつ排ガスは、熱交換器41に導かれ、熱交換器エレ
メント42内を流れる熱媒と熱交換を行う。このように
して排ガスのもつ熱エネルギーの一部は熱媒に回収さ
れ、熱媒は図示していない熱利用系へ導かれて、そこで
熱を放出する。排ガスは、熱媒に回収された熱量分だけ
温度が低下して熱交換器41から流出する。
【0003】このような排熱回収装置の代表例としてボ
イラがあり、熱交換器41はボイラ本体、熱交換器エレ
メント42は蒸発管、熱媒は水に相当する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】熱交換器41における
排ガスから熱媒への熱の伝達は、排ガスと熱媒の温度差
によりなされるので、通常、熱交換器41出口の熱媒温
度は、熱交換器41入口の排ガス温度より低い。したが
って、熱交換器41入口の排ガス温度が100°C程度
以下の場合には、従来の排熱回収装置ではそれ以下の温
度の熱しか得られない。それはほとんど利用価値のない
低品位の熱であるため、通常は排熱回収装置は設置せ
ず、排ガスは熱回収を行わずにそのまま大気中へ放出さ
れて、熱エネルギーの損失となっていた。
【0005】又昇温の手段として、エアコンに用いられ
るような蒸気圧縮式ヒートポンプがあるが、100°C
レベルの熱源からの昇温に使用可能な熱媒がない。仮に
あったとしても、蒸気圧縮式ヒートポンプはコンプレッ
サ駆動のための動力を必要とするという欠点がある。本
発明はかかる現状に鑑みなされたものであって、温度レ
ベルの低い排ガスから、それよりも高温・高品位の熱
を、排ガスが持つ熱エネルギー以外のエネルギー消費な
しに得る排熱回収装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の構成を実施例に対応する図1及び図2を用
いて説明すると本発明は水吸着性の吸着剤4を充填する
吸着剤容器1に排ガス導入の熱交換器2と熱媒導入の熱
交換器3とを設置すると共に該吸着剤容器1に、吸着過
程で接続される排ガスを熱源とする蒸気発生器8と脱着
過程で接続される凝縮器5とを設けたことを特徴とす
る。
【0007】
【作用】まず、第3図により吸着剤による昇温の原理を
説明する。図中の3本の右上りの実線のうち、最も左の
実線は飽和水蒸気の温度と圧力の関係を表わす。また右
側の2本は吸着剤に吸着された蒸気の温度と圧力の関係
で、吸着剤1kg当りの吸着水蒸気量がそれぞれX1
g,X2 kgの場合(ただしX1 <X2 )を表わす。吸
着剤としては、シリカゲル、活性炭、ゼオライトなどが
ある。
【0008】いま、温度T1 ,圧力P1 ,吸着量X1
状態Aの吸着剤を容器に納めて水蒸気を吸着させると、
その際発生する吸着熱により吸着剤は温度が上昇し、平
衡関係から圧力も上昇してBの状態に至る。ここで、圧
力をP2 の一定値に保つように、吸着剤を冷却しつつ水
蒸気を吸着させ続けると、温度T2 ,圧力P2 ,吸着量
2 のCの状態になる。この状態から減圧すると、吸着
剤は吸着していた水蒸気を一部脱着し、その際脱着熱が
奪われて温度が低下してDの状態になる。ここで、圧力
をP1 の一定値に保ちつつ吸着剤を加熱すると、吸着剤
は吸着していた水蒸気を脱着しながら温度が上昇して再
生され、Aの状態に戻る。
【0009】状態AからBを経てCに至る吸着過程にお
いては、外部から蒸気を供給する必要があり、そのため
に水を沸騰させて蒸気を発生させる蒸気発生器を吸着剤
容器に接続すると、吸着剤との圧力バランスから、発生
する蒸気の温度は吸着の進行とともに飽和水蒸気線上を
Ts1 からTs2 へ変化する。またC→D→Aの脱着過
程では、凝縮器を吸着剤容器に接続すると、脱着した蒸
気の凝縮温度はTs2からTs1 へ変化する。
【0010】ここで、利用しようとしている排ガスの温
度をT1 とし、Ts2 ≦T1 となるように吸着剤の種類
とその作動条件を選定すると、蒸気発生器の加熱熱源と
して排ガスを利用できる。また、吸着剤の脱着再生の熱
源としても排ガスを利用可能で、その場合、熱交換効率
の良い理想的な状態では、吸着剤の温度はT1 より低く
なることはないので、温度、圧力はC→D→Aではな
く、C→D′→Aのように変化する。
【0011】B→Cの吸着過程では吸着剤を冷却して吸
着熱を外部へ取り出さなければならない。吸着剤の冷却
は何らかの熱媒(たとえば水)と熱交換することによっ
てなされるが、熱交換後の熱媒の出口温度をT2 の一定
値となるようにすることは可能で、その場合、吸着剤の
温度、圧力は、A→B→CではなくA→B′→Cのよう
に変化する。
【0012】このように、吸着剤容器に蒸気発生器と凝
縮器を接続し、これらの内部に作動流体としての水を封
入して蒸気発生器で発生した蒸気を吸着剤に吸着させ、
また吸着剤を加熱して蒸気を脱着させて凝縮器で凝縮さ
せることにより吸着剤を再生させるシステムにおいて、
蒸気発生器の加熱と吸着剤の再生加熱に温度T1 の排ガ
スを利用し、吸着過程において吸着剤を熱媒で冷却して
吸着熱を温度T2 で外部へ取り出すことにより、第3図
のA→B′→C→D′→Aのサイクルを作動させれば、
温度T1 の排ガスが持つ熱エネルギーをそれよりも高い
温度T2 に昇温して取り出すことができる。その際、排
ガスの熱エネルギー以外のエネルギー供給は必要でな
い。
【0013】
【実施例】図1は本発明による排熱昇温回収装置の第1
実施例である。吸着剤容器1の内部には吸着剤4が充填
されており、また排ガス導入の熱交換器2と熱媒導入の
熱交換器3が設置されている。熱交換器2は、その内部
にダンパ10を介して排ガスが導入されて、排ガスと吸
着剤4の間で熱交換を行なうものである。熱交換器3
は、その内部を流れる熱媒と吸着剤4の間で熱交換を行
なうものである。
【0014】吸着剤容器1には、内部に冷却管6を有す
る凝縮器5が接続されている。冷却管6内には冷却水が
流される。凝縮器5には内部に水を保有する水容器7が
接続されている。蒸気発生器8内には、水容器7に接続
された蒸発管9が内部に設置されており、排ガス供給ダ
クト12から分岐してダンパ11を通った排ガスが導入
される。
【0015】かくて吸着剤4は、最初図3のAの状態で
あるとすると、このとき、水容器7内の水は圧力の平衡
からS1 の状態である。この状態において、冷却管6へ
の冷却水及び熱媒導入の熱交換器3への熱媒の供給は行
わず、ダンパ10を閉じ、ダンパ11を開いて温度T1
の排ガスを蒸気発生器8へ導入すると、蒸発管9内の水
が加熱されて蒸気が発生し、該蒸気は水容器へ入り、凝
縮器5を通って吸着剤容器1に至って、吸着剤4に吸着
される。蒸発管9へは管内での蒸気発生により自然循環
力が生じて、水容器7から連続的に水が供給される。吸
着に伴なって、吸着剤4の温度と吸着量はAからB′へ
向って増加する。
【0016】B′に到達した時点で熱媒導入の熱交換器
3に熱媒を流すと、それ以後、吸着によって発生する吸
着熱は熱媒に用いられ、吸着剤4の温度はT2 に維持さ
れてB′→Cの経路をたどり、熱媒は温度T2 となって
熱媒導入の熱交換器3から出る。すなわち,温度T1
排ガスが持つ熱エネルギーが蒸気発生器8で蒸気のエネ
ルギーに変換され、さらにそれが吸着熱に変換されて、
最終的に排ガスより高い温度T2 に昇温されて熱媒の熱
エネルギーとして取り出される。
【0017】Cに到達すると、もはや温度T2 で熱を取
り出すことはできなくなる。そこで、Aの状態に戻すた
めに吸着剤4の再生が必要となる。そのため、熱媒導入
の熱交換器3への熱媒の供給をやめ、ダンパ11を閉
め、冷却管6へ温度がTs1 より低い冷却水を供給する
と、凝縮器5内の蒸気が凝縮して圧力が低下し、凝縮器
5と連通している吸着剤容器1内の圧力も低下するの
で、吸着剤4は水蒸気を脱着しつつCからD′へ向う。
脱着した水蒸気は凝縮器5で凝縮して水となり、水容器
7に貯えられる。D′に到達した時点でダンパ10を開
いて排ガスを排ガス導入の熱交換器2に導入すると、そ
れ以後吸着剤4の温度はT1 に維持されてD′→Aの経
路をたどり、Aの状態に戻る。D′→Aで吸着剤の加熱
に費された熱量は最終的に凝縮器で冷却水へ伝えられて
外部に排出される。
【0018】本第1実施例において、各構成機器の熱容
量を無視すると、A→B′→Cの吸着過程における排ガ
スから蒸気への交換熱量と熱媒で取り出した熱量、及び
D′→Aの再生過程において吸着剤4の加熱に費された
熱量の三者は互にほぼ等しい。したがって熱媒で回収し
た熱量は本排熱昇温回収装置で消費された排ガスの熱エ
ネルギーの約1/2で、回収率はあまり高くない。しか
しながら、従来利用されていなかった温度レベルの低い
排ガスのもつ熱エネルギーを昇温して回収できるので、
回収率は低くても省エネルギーの点から極めて有意義で
ある。
【0019】また、本排熱昇温回収装置に供給しなけれ
ばならないエネルギーは排ガスの熱エネルギーのみであ
り、蒸気圧縮式ヒートポンプのコンプレッサ駆動動力の
ような、排ガス以外のエネルギーを必要としないことも
大きな特長である。次に本発明の第2実施例を図2に基
づいて説明すると図中第1実施例と同じ構成要素には図
1と同じ符号をつけて、それらについては説明を省略す
る。
【0020】第2実施例では、2基の吸着剤容器1a,
1bを備えており、排ガスはそれぞれダンパ10a,1
0bを経て供給され、熱媒はそれぞれ15a,15bを
通して供給される。また、吸着剤容器1a,1bには、
それぞれ弁13a,13bを介して蒸気発生器8が、弁
14a,14bを介して凝縮器5が接続されている。か
くて、第3図のA→B′→C→D′→Aのサイクルによ
り、温度T1 の排ガスから温度T2 に昇温して熱回収で
きることは第1実施例と同様である。
【0021】図1に示した第1実施例では再生過程(図
3のC→D′→A)においては熱媒で温度T2 の熱を取
り出すことができなかったのに対して、第2実施例では
吸着剤4aの再生過程には吸着剤4bを吸着過程にし
て、弁13aを閉じて弁13bを開けることにより蒸気
発生器8で発生した蒸気を吸着剤4bに吸着させ、その
際の吸着熱を弁15aを閉じて弁15bを開けることに
より熱媒を熱交換器3bに流して外部へ取り出すことが
できる。この場合、ダンパ10aと弁14aは開、ダン
パ10bと14bは閉である。また、凝縮器5内の圧力
は再生の進行とともに図3のP2 からP1 へ、蒸発管9
内の圧力は吸着の進行とともに逆にP1 からP2 へと変
化するので、逆止弁16は蒸発管9内の圧力が凝縮器5
の圧力より高い場合に蒸発管9から凝縮器5への蒸気の
逆流を防ぐ作用をなす。
【0022】吸着剤4aの吸着過程には、ダンパ10
a,10b,弁13a,13b,14a,14b,15
a,15bを切替えて吸着剤4bを再生過程にする。こ
のように、2基の吸着剤容器1a,1bを備え、両者で
交互に吸着、再生させることにより、熱媒を介してほぼ
連続的に熱を取り出すことができる。
【0023】
【発明の効果】このように本発明によるときは、水吸着
性の吸着剤を充填する吸着剤容器に、排ガス導入の熱交
換器と熱媒導入の熱交換器とを設置すると共に該吸着剤
容器に吸着過程で接続される排ガスを熱源とする蒸気発
生器と、脱着過程で接続される凝縮器とを設けたもので
あるから排ガスのもつ熱エネルギーを排ガス以外のエネ
ルギーを必要とせず昇温して回収できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す概略図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す概略図である。
【図3】吸着剤の吸着特性線図である。
【図4】従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 吸着剤容器 2 排ガス導入熱交換器 3 熱媒導入熱交換器 4 吸着剤 5 凝縮器 8 蒸気発生器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水吸着性の吸着剤を充填する吸着剤容器
    に、排ガス導入の熱交換器と熱媒導入の熱交換器とを設
    置すると共に該吸着剤容器に吸着過程で接続される排ガ
    スを熱源とする蒸気発生器と、脱着過程で接続される凝
    縮器とを設けたことを特徴とする排熱昇温回収装置。
JP4082274A 1992-04-03 1992-04-03 排熱昇温回収装置 Withdrawn JPH05288485A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013519862A (ja) * 2010-02-15 2013-05-30 ロイファナ・ウニヴェルジテート・リューネブルク 作動流体を加熱及び冷却するための方法、蓄熱器、及び蓄熱器システム
JP2014180979A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Denso Corp 化学蓄熱空調システム

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Effective date: 19990608