排熱回収蓄熱システム
【課題】排熱を利用して蓄熱を行う際に、熱媒の過昇温を防止して、良好な蓄熱を行うことを可能にする。
【解決手段】熱排熱が移送される排熱配管２、３と、中間熱媒が循環する中間熱媒配管１０、１１が接続されて排熱と中間熱媒との間で熱交換される排熱側熱交換器８と、中間熱媒が循環する中間熱媒配管１０、１１と最終熱媒が循環する最終熱媒配管２０、２１が接続されて中間熱媒と最終熱媒との間で熱交換される蓄熱側熱交換器１８と、最終熱媒配管２０、２１が接続されて最終熱媒と潜熱蓄熱材との間で熱交換される蓄熱容器３０を備え、排熱配管１０、１１、中間熱媒配管１０、１１および前記最終熱媒配管２０、２１の少なくとも１つに、送り側配管の排熱または熱媒を、戻し側配管に迂回可能なバイパス手段（バイパス配管４、１４、２４）が設けられている。
【解決手段】熱排熱が移送される排熱配管２、３と、中間熱媒が循環する中間熱媒配管１０、１１が接続されて排熱と中間熱媒との間で熱交換される排熱側熱交換器８と、中間熱媒が循環する中間熱媒配管１０、１１と最終熱媒が循環する最終熱媒配管２０、２１が接続されて中間熱媒と最終熱媒との間で熱交換される蓄熱側熱交換器１８と、最終熱媒配管２０、２１が接続されて最終熱媒と潜熱蓄熱材との間で熱交換される蓄熱容器３０を備え、排熱配管１０、１１、中間熱媒配管１０、１１および前記最終熱媒配管２０、２１の少なくとも１つに、送り側配管の排熱または熱媒を、戻し側配管に迂回可能なバイパス手段（バイパス配管４、１４、２４）が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場から排出された排熱を蓄熱して利用する排熱回収蓄熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場から気体または蒸気または液体の形で排出された排熱を熱源として潜熱蓄熱材および熱媒油が収容された容器に蓄熱する蓄熱システムとしては、特許文献１、特許文献２で提案されているものがある。
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。
【０００３】
次に上記システムの動作について説明する。工場１で生じた排熱は排熱入口管４０を流れて熱交換器４２内を流通し、排熱出口管４１より排出される。循環ポンプ４７を作動させることにより熱媒油排出管４５内の熱媒油４９が循環して熱交換器４２を流通することで、熱交換器４２内で排熱から熱媒油４９に熱が伝達される。熱媒油４９は熱媒油供給管４４を流れて蓄熱容器４３内に流入する。蓄熱容器４３内には熱媒油４９と潜熱蓄熱材５０が収納されている。潜熱蓄熱材５０は、固相から液相に相変化（融解）するときに周囲から熱を吸収し、液相から固相に相変化（凝固）するときに熱を放出する。このような物質としては、例えば、酢酸ナトリウム三水和物（融点５８℃、潜熱２６４ｋＪ／ｋｇ）がある。蓄熱容器４３内の潜熱蓄熱材５０は、蓄熱を行う前は固相、あるいは固相と液相が共存した状態である。蓄熱容器４３内の熱媒油４９は潜熱蓄熱材５０よりも比重が小さいため、潜熱蓄熱材５０の上面に浮いた状態で層を形成している。熱媒油供給管４４は、蓄熱容器４３の外側から蓄熱容器４３内の潜熱蓄熱材５０中に至っており、蓄熱容器４３の外側から供給された熱媒油４９を、蓄熱容器４３内の潜熱蓄熱材５０中に流入させる。流入した熱媒油４９は潜熱蓄熱材５０との比重差によって潜熱蓄熱材５０中を上昇し、その上昇過程で潜熱蓄熱材５０に直接熱が伝達することで潜熱蓄熱材５０に蓄熱される。潜熱蓄熱材５０の上面に浮いた熱媒油４９は熱媒油排出管４５を通って蓄熱容器４３の外側に流出し、循環ポンプ４７に至る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４２２７０２号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の排熱回収システムは以上のように構成されているので、排熱の温度が変動して温度が過度に高くなると熱媒油が過昇温される。過昇温された熱媒油は変質し、蓄熱容器内の潜熱蓄熱材との分離性が低下する。これにより、蓄熱容器内の潜熱蓄熱材が熱媒油に混入して蓄熱容器外に流出することで熱交換器、熱媒油排出管および熱媒油供給管を閉塞してしまうという問題がある。例えば、潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム三水和物の場合、融点が５８℃であるので、蓄熱容器外に流出した後に５８℃以下に低下すると固体となって蓄積し、配管系統内を閉塞してしまう。
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。
【０００６】
本発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたもので、排熱によって過昇温されて変質した熱媒油による潜熱蓄熱材との直接接触の防止を実現できる排熱回収蓄熱システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の排熱回収蓄熱システムのうち、第１の本発明は、
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、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少なくとも１つに、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ていることを特徴とする。
【０００８】
上記本発明によれば、温度や流量の変動によって熱量が変動する排熱を利用する際に、排熱が中間熱媒と最終熱媒とを介して潜熱蓄熱材に伝熱されるので、排熱によって加熱された熱媒が直接潜熱蓄熱材に接することがなく、排熱の熱量変動が緩和されて潜熱蓄熱材の過昇温などが抑制される。また排熱配管、中間熱媒配管および最終熱媒配管の少なくとも１つに、バイパス手段が設けられているので、必要に応じて排熱または熱媒をバイパスすることで、熱交換器への熱伝達を停止または小さくすることができ、最終段における最終熱媒、潜熱蓄熱材に伝わる熱量を調整することができ、過昇温による弊害発生の防止を図ることが可能になる。
【０００９】
第２の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１の本発明において、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ていることを特徴とする。
【００１０】
上記本発明によれば、バルブの開閉や流量調整によって、バイパス配管への排熱や熱媒のバイパスの有無または、バイパスの有無およびバイパス時の流量調整を容易に行うことができ、最終段における潜熱蓄熱材に伝わる熱量を容易に調整することができる。
【００１１】
第３の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１または第２の本発明において、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少なくとも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を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明によれば、配管において排熱や熱媒の温度を測定することで、温度管理を容易に行うことができる。
【００１３】
第４の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第３の本発明において、前記迂回の制御が行われるバイパス手段は、前記温度測定が行われた温度測定手段と同じ配管または上段側の配管に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明によれば、温度測定手段の測定結果を、同じ配管または上段側に配管のバイパス手段の動作調整に利用することができ、前記バイパス手段の動作決定に利用することができる。
【００１５】
第５の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第４の本発明において、前記温度測定手段による測定結果を受け、該測定結果が閾値を越える場合、温度測定された配管または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する制御を実行する制御部を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記本発明によれば、温度測定手段による測定結果で、排熱または熱媒の温度が所定の温度よりも高くなると、同じ配管または上段側にある配管のバイパス手段の動作を制御部により制御することができ、温度が過度に上昇した排熱や熱媒の温度上昇を抑制したり、温度が過度に上昇した排熱や熱媒の熱を後段側に伝熱しないようにしたりすることができる。
【００１７】
第６の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第５の本発明において、前記制御部は、前記温度測定手段による測定結果が前記閾値より低い第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。
また、第７の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第６の本発明において前記制御部が、前記測定結果が第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。
【００１８】
上記本発明によれば、排熱または熱媒の温度上昇によって一旦、バイパス手段による排熱または熱媒のバイパスを行った場合、温度測定手段によるその後の温度測定によって温度の低下が認められる場合、バイパスが必要ない温度設定においてバイパスを中止することができる。
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。
【００１９】
第８の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第７の本発明のいずれかにおいて、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少なくとも１つに、前記排熱または熱媒を貯留する貯留部を備えることを特徴とする。
【００２０】
第９の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第８の本発明において、前記貯留部は、前記配管の熱授与前用の送り側に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
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。
【００２２】
第１０の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第９の本発明のいずれかにおいて、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。
【００２３】
上記本発明によれば、中間熱媒による伝熱を複数段で行うことができ、システムの設置態様などを多様にすることができる。
【００２４】
第１１の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第１０の本発明のいずれかにおいて、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。
【００２５】
第１２の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第１１の本発明のいずれかにおいて、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。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、過昇温された熱媒と潜熱蓄熱材とが直接接触することがなく、潜熱蓄熱材の漏えいを防止でき、熱媒の過昇温も防止できる。また、熱媒の温度の変動による配管系統からの熱媒の漏えいや配管系統への空気混入を防止できる。さらに、これらの操作を自動で行うことが可能であり、これらの効果により排熱を蓄熱のための熱源として有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の排熱回収蓄熱システムの一実施形態を示す説明図である。
【図２】同じく、他の実施形態を示す説明図である。
【図３】同じく、さらに他の実施形態を示す説明図である。
【図４】同じく、制御手順を示すフローチャートの一部を示す図である。
【図５】同じく、制御手順を示すフローチャートの一部を示す図である。
【図６】同じく、制御手順を示すフローチャートの一部を示す図である。
【図７】同じく、当該システムの実施形態における排蒸気流量と排蒸気温度と熱媒油温度の推移を示す説明図である。
【図８】工場から排出された排熱を熱源として潜熱蓄熱材及び熱媒油が収容された容器に蓄熱する従来の排熱回収蓄熱システムを示す説明図である。
【図９】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を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図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。
【００２９】
また、排熱側熱交換器８の受熱側には、中間熱媒を循環させて受熱する中間熱媒配管１０、１１が接続されており、中間熱媒配管１０、１１の他方側は、前記中間熱媒を循環させて熱伝達するべく蓄熱側熱交換器１８の熱授与側に接続されている。中間熱媒配管１０は、蓄熱側熱交換器１８に対する熱授与前用の送り側配管であり、中間熱媒配管１１は、蓄熱側熱交換器１８に対する熱授与後用の戻し側配管である。
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。
【００３０】
蓄熱側熱交換器１８の受熱側には、最終熱媒を循環させて受熱する最終熱媒配管２０、２１が接続されており、最終熱媒配管２０、２１の他方側は、前記最終熱媒を循環させて熱伝達するべく蓄熱容器３０に接続されている。最終熱媒配管２０は、蓄熱容器３０に対する熱授与前用の送り側配管であり、最終熱媒配管２１は、蓄熱容器３０に対する熱授与後用の戻し側配管である。
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。
【００３１】
蓄熱容器３０では、従来の蓄熱容器と同様に、酢酸ナトリウム三水和物などの潜熱蓄熱材を収容して用いることができ、最終熱媒としては該潜熱蓄熱材よりも比重の小さいものが用いられる。最終熱媒配管２０は、蓄熱容器３０の下方側に接続されており、潜熱蓄熱材が収容されている空間に最終熱媒を導入することが可能である。最終熱媒配管２１は、蓄熱容器３０の上方側に接続されており、潜熱蓄熱材と分離して浮上した最終熱媒を蓄熱容器３０外に取り出すことができる。
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。
【００３２】
次に、上記排熱回収蓄熱システムの動作について説明する。
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。
【００３３】
排熱側熱交換器８では、前記排熱が、循環ポンプ１２を動作させることで中間熱媒配管１１を通して排熱側熱交換器８の受熱側に導入される中間熱媒に熱伝達される。受熱した中間熱媒は、循環ポンプ１２で引き続き中間熱媒配管１０を移送され、温度測定手段１３で温度測定された後、通常時は、入口側バルブ１６、出口側バルブ１７を開け、バイパスバルブ１５を閉じておくことで、蓄熱側熱交換器１８の熱授与側に導入される。蓄熱側熱交換器１８では、中間熱媒の熱が、循環ポンプ２２を動作させることで最終熱媒配管２１を通して移送される最終熱媒に熱伝達される。受熱した最終熱媒は、循環ポンプ２２で引き続き最終熱媒配管２０を移送され、温度測定手段２３で温度測定された後、通常時は、入口側バルブ２６、出口側バルブ２７を開け、バイパスバルブ２５を閉じておくことで、蓄熱容器３０の下方側に導入される。
【００３４】
蓄熱容器３０では、蓄熱前または蓄熱後、温度が低下した状態では、潜熱蓄熱材は、固相、あるいは固相と液相が共存した状態である。蓄熱容器３０内の最終熱媒は潜熱蓄熱材よりも比重が小さいため、潜熱蓄熱材の上面に浮いた状態で層を形成している。
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。
【００３５】
なお、中間熱媒配管１０、最終熱媒配管２０内の熱媒の温度は温度測定手段１３、２３で測定されている。温度測定手段１３、２３は、熱媒の温度を測定して当該温度の表示や測定結果の出力が行えるものであればよく、本発明としてはその構成が特に限定されるものではない。
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。
【００３６】
例えば、温度測定手段２３で測定される最終熱媒の温度が所定の温度を超える場合、そのままでは最終熱媒が過昇温するおそれがある。
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。
【００３７】
また、上記温度測定手段１３で測定温度が所定値を超える場合、測定温度手段２３の測定結果如何に拘わらず、測定温度が所望の温度に下がるまで、上段側にあるバイパス配管４による迂回を行うことができる。これにより中間熱媒の昇温を抑制し、さらには後段の最終熱媒の昇温を抑制できる。迂回は、上記のようにバイパスバルブ５を開けるとともに入口側バルブ６、７を閉じて排熱側熱交換器８への排熱の導入を停止することで行う。
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。
【００３８】
（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、前記実施形態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。
この実施形態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。
【００３９】
蓄熱側熱交換器１８は、最終熱媒配管２０、２１によって蓄熱容器３０と接続されており、最終熱媒配管２０、２１にはそれぞれ入口側バルブ２６、出口側バルブ２７、接続口２８、２８が介設されているとともに両者間にバイパスバルブ２５を介設したバイパス配管２４が設けられている。また、最終熱媒配管２１に循環ポンプ２２が介設され、最終熱媒配管２０に温度測定手段２３および最終熱媒を貯留する蓄熱側貯留槽２９が設けられている。該蓄熱側貯留槽２９は本発明の貯留部に相当する。
【００４０】
この実施形態２においても、前記実施形態と同様にして工場１で生じる排熱は順次伝熱されて蓄熱容器３０内の潜熱蓄熱材への蓄熱が行われる。また、温度測定手段１３、２３で熱媒の温度を測定することで、バイパス配管４、１４、２４における排熱または熱媒の迂回も前記実施形態と同様に行うことができる。
さらに、この実施形態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。
【００４１】
また、この実施形態２では、最終熱媒配管２０に蓄熱側貯留槽２９が接続され、該蓄熱側貯留槽２９には最終熱媒が貯留可能になっている。接続口２８において最終熱媒の流通が遮断された状態で最終熱媒の温度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、最終熱媒の膨張あるいは収縮に応じて最終熱媒を貯留あるいは最終熱媒配管２０、２１に補給するので、配管系統からの最終熱媒の漏れや空気混入を防止できる。
【００４２】
（実施形態３）
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を備える他の実施形態のシステムを示すものである。なお、前記実施形態１、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。
【００４３】
制御部３１は、ＣＰＵおよびこれを動作させるプログラム、該プログラムを格納したＲＯＭ、作業エリアとなるＲＡＭ、各バルブの動作を制御する制御パラメータなどを格納した不揮発メモリなどによって構成されている。
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。
【００４４】
制御部３１は、温度測定手段１３、２３の測定結果を受け、予め定めた条件で各弁の開閉を制御する。例えば、温度測定手段１３の測定結果に対し、温度閾値Ｈａ１、Ｈａ２（Ｈａ１＞Ｈａ２）、時間閾値Ｔａ１を定め、温度測定手段２３の測定結果に対し、温度閾値Ｈｂ１、Ｈｂ２、Ｈｂ３、Ｈｂ４（Ｈｂ３＞Ｈｂ１＞Ｈｂ２、Ｈｂ４）、時間閾値Ｔｂ１、Ｔｂ２を定め、不揮発メモリに読み出し可能に格納しておく。これら閾値は、操作者によって設定変更できるようにしてもよい。
【００４５】
上記制御部３１による制御手順の一例を図４のフローチャートに基づいて説明する。
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。
【００４６】
制御の開始に伴って、温度測定手段１３、２３による測定がなされ、測定結果が制御部３１に送信される（ステップｓ１）。制御部３１では、温度測定手段１３で測定された温度Ｈａが第１の温度閾値であるＨａ１を上回っているか否かを判定する（ステップｓ２）。測定温度がＨａ１以下であれば（ステップｓ２、Ｎｏ）、フラグＦａ１が１であるか否かを判定する（ステップｓ３）。このステップｓ３は、一旦、測定温度がＨａ１を上回っていると判定された後に、Ｈａ１以下になったものを識別するためである。フラグＦａ１が１でなければ（ステップｓ３、Ｎｏ）、配管４におけるバイパスを行うことはなく、フラグはＦａ１＝０にして（ステップｓ４）、（ｂ）のルーチンへ移行する。
【００４７】
一方、ステップｓ２で測定温度Ｈａが閾値Ｈａ１を上回る場合（ステップｓ２、Ｙｅｓ）、配管４でのバイパスを実行する（ステップｓ５）。すなわち、バイパスバルブ５を開け、入口側バルブ６、出口側バルブ７を閉じることで排熱を排熱側熱交換器８に導入することなくバイパス配管４に迂回させる。フラグＦａ１は１とする。なお、既にバイパス配管４でバイパスがされている場合には、そのままバイパスの制御を継続する。
【００４８】
また、ステップｓ３でフラグＦａ１が１であると判定される場合（ステップｓ３、Ｙｅｓ）、一旦、測定温度がＨａ１を上回っていると判定された後に、測定温度がＨａ１以下になった場合であり、測定温度が第２の閾値Ｈａ２を下回っているか否かが判定される（ステップｓ６）。測定温度がＨａ２を下回っていなければ（ステップｓ６、Ｎｏ）、ステップｓ５に移行してバイパス配管４におけるバイパスを継続する。測定温度が第２の閾値Ｈａ２を下回っている場合（ステップｓ６、Ｙｅｓ）、フラグＦａ２が１であるか否かの判定を行う（ステップｓ７）。フラグＦａ２が０の場合、測定温度ＨａがＨａ２を下回ったばかりであり、継続時間Ｔａをカウントし始め、フラグＦａ２を１にする（ステップｓ８）。フラグＦａ２が１の場合（ステップｓ７、Ｙｅｓ）またはステップｓ８の後、該継続時間Ｔａが時間閾値Ｔａ１に達しているか否かの判定がなされる（ステップｓ９）。継続時間Ｔａが時間閾値Ｔａ１に達していれば（ステップｓ９、Ｙｅｓ）、温度低下が十分になされているので、Ｔａ、Ｆａ２をリセットして０にし、継続時間のカウントを停止した後、ステップｓ４に移行し、バイパス配管４によるバイパスを停止する。継続時間Ｔａが時間閾値Ｔａ１に達していなければ（ステップｓ９、Ｎｏ）、温度低下が不十分であるので、ステップｓ５に移行してバイパス配管４によるバイパスを継続する。
ステップｓ４、ｓ５の後は、（ｂ）のルーチンに移行する。
【００４９】
（ｂ）のルーチンでは、図５に示すように、温度測定手段２３で測定された温度Ｈｂが第１の温度閾値であるＨｂ１を上回っているか否かを判定する（ステップｓ１０）。測定温度がＨｂ１以下であれば（ステップｓ１０、Ｎｏ）、フラグＦｂ１が１であるか否かを判定する（ステップｓ１１）。このステップｓ１１は、一旦、測定温度がＨｂ１を上回っていると判定された後に、Ｈｂ１以下になったものを識別するためである。フラグＦｂ１が１でなければ（ステップｓ１１、Ｎｏ）、配管１４におけるバイパスを行うことはなく、フラグはＦｂ１＝０にして（ステップｓ１２）、（ｃ）のルーチンへ移行する。
【００５０】
一方、ステップｓ１０で測定温度Ｈｂが閾値Ｈｂ１を上回る場合（ステップｓ１０、Ｙｅｓ）、配管１４でのバイパスを実行する（ステップｓ１３）。すなわち、バイパスバルブ１５を開け、入口側バルブ１６、出口側バルブ１７を閉じることで排熱を蓄熱側熱交換器１８に導入することなくバイパス配管１４に迂回させる。フラグＦｂ１は１とする。なお、既にバイパス配管１４でバイパスがされている場合には、そのままバイパスの制御を継続する。
【００５１】
また、ステップｓ１１でフラグＦｂ１が１であると判定される場合（ステップｓ１１、Ｙｅｓ）、一旦、測定温度がＨｂ１を上回っていると判定された後に、測定温度がＨｂ１以下になったものであり、測定温度が第２の閾値Ｈｂ２を下回っているか否かが判定される（ステップｓ１４）。測定温度がＨｂ２を下回っていなければ（ステップｓ１４、Ｎｏ）、ステップｓ１３に移行してバイパス配管１４におけるバイパスを継続する。測定温度が第２の閾値Ｈｂ２を下回っている場合（ステップｓ１４、Ｙｅｓ）、フラグＦｂ２が１であるか否かの判定を行う（ステップｓ１５）。フラグＦｂ２が０の場合、測定温度ＨｂがＨｂ２を下回ったばかりであり、継続時間Ｔｂをカウントし始め、フラグＦｂ２を１にする（ステップｓ１６）。フラグＦｂ２が１の場合（ステップｓ１５、Ｙｅｓ）またはステップｓ１５の後、該継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ１に達しているか否かの判定がなされる（ステップｓ１７）。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ１に達していれば（ステップｓ１７、Ｙｅｓ）、温度が十分に低下しているので、Ｔｂ、Ｆｂ２をリセットして０にし、継続時間Ｔｂのカウントを停止した後、ステップｓ１２に移行し、バイパス配管１４によるバイパスを停止する。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ１に達していなければ（ステップｓ１７、Ｎｏ）、温度の低下が不十分であるので、ステップｓ１３に移行してバイパス配管１２によるバイパスを継続する。
ステップｓ１２、ｓ１３の後は、（ｃ）のルーチンに移行する。
【００５２】
（ｃ）のルーチンでは、図６に示すように、温度測定手段２３で測定された温度Ｈｂが第３の温度閾値であるＨｂ３を上回っているか否かを判定する（ステップｓ２０）。測定温度がＨｂ３以下であれば（ステップｓ２０、Ｎｏ）、フラグＦｂ３が１であるか否かを判定する（ステップｓ２１）。このステップｓ２１は、一旦、測定温度がＨｂ３を上回っていると判定された後に、Ｈｂ３以下になったものを識別するためである。フラグＦｂ３が１でなければ（ステップｓ２１、Ｎｏ）、配管２４におけるバイパスを行うことはなく、フラグはＦｂ３＝０にして（ステップｓ２２）、処理が終了か否かを判定し（ステップｓ２８）、終了でなければ（ステップｓ２８、Ｎｏ）、（ａ）に戻って処理を繰り返す。なお、処理の継続は連続して行ってもよく、所定の時間を置いて当該処理を繰り返すようにしてもよい。
【００５３】
一方、ステップｓ２０で測定温度Ｈｂが閾値Ｈｂ３を上回る場合（ステップｓ２０、Ｙｅｓ）、配管２４でのバイパスを実行する（ステップｓ２３）。すなわち、バイパスバルブ２５を開け、入口側バルブ２６、出口側バルブ２７を閉じることで最終熱媒を蓄熱容器３０に導入することなくバイパス配管２４に迂回させる。フラグＦｂ３は１とする。なお、既にバイパス配管２４でバイパスがされている場合には、そのままバイパスの制御を継続する。
【００５４】
また、ステップｓ２１でフラグＦｂ３が１であると判定される場合（ステップｓ２１、Ｙｅｓ）、一旦、測定温度がＨｂ３を上回っていると判定された後に、測定温度がＨｂ３以下になったものであり、測定温度が第４の閾値Ｈｂ４を下回っているか否かが判定される（ステップｓ２４）。測定温度がＨｂ４を下回っていなければ（ステップｓ２４、Ｎｏ）、ステップｓ２３に移行してバイパス配管２４におけるバイパスを継続する。測定温度が第４の閾値Ｈｂ４を下回っている場合（ステップｓ２４、Ｙｅｓ）、フラグＦｂ４が１であるか否かの判定を行う（ステップｓ２５）。フラグＦｂ４が０の場合、測定温度ＨｂがＨｂ４を下回ったばかりであり、継続時間Ｔｂをカウントし始め、フラグＦｂ４を１にする（ステップｓ２６）。フラグＦｂ４が１の場合（ステップｓ２５、Ｙｅｓ）またはステップｓ２６の後、該継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ２に達しているか否かの判定がなされる（ステップｓ２７）。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ２に達していれば（ステップｓ２７、Ｙｅｓ）、温度の低下は十分であるので、Ｔｂ、Ｆｂ４をリセットし、継続時間Ｔｂのカウントを停止した後、ステップｓ２２に移行し、バイパス配管２４によるバイパスを停止する。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ２に達していなければ（ステップｓ２７、Ｎｏ）、ステップｓ２３に移行してバイパス配管２４によるバイパスを継続する。
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。
【００５５】
上記処理手順によって、排熱の温度や流量が頻繁に変動しても中間熱媒や最終熱媒の温度に応じて自動でバルブ切り替えを行うことが可能であり、最終熱媒が過昇温して潜熱蓄熱材が蓄熱容器外に取り出されるような不具合を効果的に防止することができる。
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。
【００５６】
図７は、上記実施形態の排熱回収蓄熱システムにおいて、排熱として排蒸気を使用し、熱媒として熱媒油を使用したものについて、排蒸気流量と排蒸気温度と熱媒油温度の推移を示す一例の説明図である。中間熱媒配管１０内の熱媒油の測定温度が９０℃以上になったときにバイパスバルブ５を開き、入口側バルブ６、７を閉じるように制御し、測定温度として８７℃以下が５分間継続したときに、入口側バルブ６および７を開き、バイパスバルブ５を閉じるように制御することで中間熱媒配管１０内の熱媒油の温度が９０℃以上にならなかった。
【００５７】
以上、本発明について、上記各実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 工場
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場から排出された排熱を蓄熱して利用する排熱回収蓄熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場から気体または蒸気または液体の形で排出された排熱を熱源として潜熱蓄熱材および熱媒油が収容された容器に蓄熱する蓄熱システムとしては、特許文献１、特許文献２で提案されているものがある。
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。
【０００３】
次に上記システムの動作について説明する。工場１で生じた排熱は排熱入口管４０を流れて熱交換器４２内を流通し、排熱出口管４１より排出される。循環ポンプ４７を作動させることにより熱媒油排出管４５内の熱媒油４９が循環して熱交換器４２を流通することで、熱交換器４２内で排熱から熱媒油４９に熱が伝達される。熱媒油４９は熱媒油供給管４４を流れて蓄熱容器４３内に流入する。蓄熱容器４３内には熱媒油４９と潜熱蓄熱材５０が収納されている。潜熱蓄熱材５０は、固相から液相に相変化（融解）するときに周囲から熱を吸収し、液相から固相に相変化（凝固）するときに熱を放出する。このような物質としては、例えば、酢酸ナトリウム三水和物（融点５８℃、潜熱２６４ｋＪ／ｋｇ）がある。蓄熱容器４３内の潜熱蓄熱材５０は、蓄熱を行う前は固相、あるいは固相と液相が共存した状態である。蓄熱容器４３内の熱媒油４９は潜熱蓄熱材５０よりも比重が小さいため、潜熱蓄熱材５０の上面に浮いた状態で層を形成している。熱媒油供給管４４は、蓄熱容器４３の外側から蓄熱容器４３内の潜熱蓄熱材５０中に至っており、蓄熱容器４３の外側から供給された熱媒油４９を、蓄熱容器４３内の潜熱蓄熱材５０中に流入させる。流入した熱媒油４９は潜熱蓄熱材５０との比重差によって潜熱蓄熱材５０中を上昇し、その上昇過程で潜熱蓄熱材５０に直接熱が伝達することで潜熱蓄熱材５０に蓄熱される。潜熱蓄熱材５０の上面に浮いた熱媒油４９は熱媒油排出管４５を通って蓄熱容器４３の外側に流出し、循環ポンプ４７に至る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４２２７０２号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の排熱回収システムは以上のように構成されているので、排熱の温度が変動して温度が過度に高くなると熱媒油が過昇温される。過昇温された熱媒油は変質し、蓄熱容器内の潜熱蓄熱材との分離性が低下する。これにより、蓄熱容器内の潜熱蓄熱材が熱媒油に混入して蓄熱容器外に流出することで熱交換器、熱媒油排出管および熱媒油供給管を閉塞してしまうという問題がある。例えば、潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム三水和物の場合、融点が５８℃であるので、蓄熱容器外に流出した後に５８℃以下に低下すると固体となって蓄積し、配管系統内を閉塞してしまう。
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。
【０００６】
本発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたもので、排熱によって過昇温されて変質した熱媒油による潜熱蓄熱材との直接接触の防止を実現できる排熱回収蓄熱システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の排熱回収蓄熱システムのうち、第１の本発明は、
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、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少なくとも１つに、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ていることを特徴とする。
【０００８】
上記本発明によれば、温度や流量の変動によって熱量が変動する排熱を利用する際に、排熱が中間熱媒と最終熱媒とを介して潜熱蓄熱材に伝熱されるので、排熱によって加熱された熱媒が直接潜熱蓄熱材に接することがなく、排熱の熱量変動が緩和されて潜熱蓄熱材の過昇温などが抑制される。また排熱配管、中間熱媒配管および最終熱媒配管の少なくとも１つに、バイパス手段が設けられているので、必要に応じて排熱または熱媒をバイパスすることで、熱交換器への熱伝達を停止または小さくすることができ、最終段における最終熱媒、潜熱蓄熱材に伝わる熱量を調整することができ、過昇温による弊害発生の防止を図ることが可能になる。
【０００９】
第２の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１の本発明において、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ていることを特徴とする。
【００１０】
上記本発明によれば、バルブの開閉や流量調整によって、バイパス配管への排熱や熱媒のバイパスの有無または、バイパスの有無およびバイパス時の流量調整を容易に行うことができ、最終段における潜熱蓄熱材に伝わる熱量を容易に調整することができる。
【００１１】
第３の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１または第２の本発明において、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少なくとも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を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明によれば、配管において排熱や熱媒の温度を測定することで、温度管理を容易に行うことができる。
【００１３】
第４の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第３の本発明において、前記迂回の制御が行われるバイパス手段は、前記温度測定が行われた温度測定手段と同じ配管または上段側の配管に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明によれば、温度測定手段の測定結果を、同じ配管または上段側に配管のバイパス手段の動作調整に利用することができ、前記バイパス手段の動作決定に利用することができる。
【００１５】
第５の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第４の本発明において、前記温度測定手段による測定結果を受け、該測定結果が閾値を越える場合、温度測定された配管または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する制御を実行する制御部を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記本発明によれば、温度測定手段による測定結果で、排熱または熱媒の温度が所定の温度よりも高くなると、同じ配管または上段側にある配管のバイパス手段の動作を制御部により制御することができ、温度が過度に上昇した排熱や熱媒の温度上昇を抑制したり、温度が過度に上昇した排熱や熱媒の熱を後段側に伝熱しないようにしたりすることができる。
【００１７】
第６の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第５の本発明において、前記制御部は、前記温度測定手段による測定結果が前記閾値より低い第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。
また、第７の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第６の本発明において前記制御部が、前記測定結果が第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。
【００１８】
上記本発明によれば、排熱または熱媒の温度上昇によって一旦、バイパス手段による排熱または熱媒のバイパスを行った場合、温度測定手段によるその後の温度測定によって温度の低下が認められる場合、バイパスが必要ない温度設定においてバイパスを中止することができる。
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。
【００１９】
第８の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第７の本発明のいずれかにおいて、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少なくとも１つに、前記排熱または熱媒を貯留する貯留部を備えることを特徴とする。
【００２０】
第９の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第８の本発明において、前記貯留部は、前記配管の熱授与前用の送り側に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
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。
【００２２】
第１０の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第９の本発明のいずれかにおいて、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。
【００２３】
上記本発明によれば、中間熱媒による伝熱を複数段で行うことができ、システムの設置態様などを多様にすることができる。
【００２４】
第１１の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第１０の本発明のいずれかにおいて、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。
【００２５】
第１２の本発明の排熱回収蓄熱システムは、前記第１〜第１１の本発明のいずれかにおいて、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。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、過昇温された熱媒と潜熱蓄熱材とが直接接触することがなく、潜熱蓄熱材の漏えいを防止でき、熱媒の過昇温も防止できる。また、熱媒の温度の変動による配管系統からの熱媒の漏えいや配管系統への空気混入を防止できる。さらに、これらの操作を自動で行うことが可能であり、これらの効果により排熱を蓄熱のための熱源として有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の排熱回収蓄熱システムの一実施形態を示す説明図である。
【図２】同じく、他の実施形態を示す説明図である。
【図３】同じく、さらに他の実施形態を示す説明図である。
【図４】同じく、制御手順を示すフローチャートの一部を示す図である。
【図５】同じく、制御手順を示すフローチャートの一部を示す図である。
【図６】同じく、制御手順を示すフローチャートの一部を示す図である。
【図７】同じく、当該システムの実施形態における排蒸気流量と排蒸気温度と熱媒油温度の推移を示す説明図である。
【図８】工場から排出された排熱を熱源として潜熱蓄熱材及び熱媒油が収容された容器に蓄熱する従来の排熱回収蓄熱システムを示す説明図である。
【図９】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を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図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。
【００２９】
また、排熱側熱交換器８の受熱側には、中間熱媒を循環させて受熱する中間熱媒配管１０、１１が接続されており、中間熱媒配管１０、１１の他方側は、前記中間熱媒を循環させて熱伝達するべく蓄熱側熱交換器１８の熱授与側に接続されている。中間熱媒配管１０は、蓄熱側熱交換器１８に対する熱授与前用の送り側配管であり、中間熱媒配管１１は、蓄熱側熱交換器１８に対する熱授与後用の戻し側配管である。
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。
【００３０】
蓄熱側熱交換器１８の受熱側には、最終熱媒を循環させて受熱する最終熱媒配管２０、２１が接続されており、最終熱媒配管２０、２１の他方側は、前記最終熱媒を循環させて熱伝達するべく蓄熱容器３０に接続されている。最終熱媒配管２０は、蓄熱容器３０に対する熱授与前用の送り側配管であり、最終熱媒配管２１は、蓄熱容器３０に対する熱授与後用の戻し側配管である。
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。
【００３１】
蓄熱容器３０では、従来の蓄熱容器と同様に、酢酸ナトリウム三水和物などの潜熱蓄熱材を収容して用いることができ、最終熱媒としては該潜熱蓄熱材よりも比重の小さいものが用いられる。最終熱媒配管２０は、蓄熱容器３０の下方側に接続されており、潜熱蓄熱材が収容されている空間に最終熱媒を導入することが可能である。最終熱媒配管２１は、蓄熱容器３０の上方側に接続されており、潜熱蓄熱材と分離して浮上した最終熱媒を蓄熱容器３０外に取り出すことができる。
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。
【００３２】
次に、上記排熱回収蓄熱システムの動作について説明する。
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。
【００３３】
排熱側熱交換器８では、前記排熱が、循環ポンプ１２を動作させることで中間熱媒配管１１を通して排熱側熱交換器８の受熱側に導入される中間熱媒に熱伝達される。受熱した中間熱媒は、循環ポンプ１２で引き続き中間熱媒配管１０を移送され、温度測定手段１３で温度測定された後、通常時は、入口側バルブ１６、出口側バルブ１７を開け、バイパスバルブ１５を閉じておくことで、蓄熱側熱交換器１８の熱授与側に導入される。蓄熱側熱交換器１８では、中間熱媒の熱が、循環ポンプ２２を動作させることで最終熱媒配管２１を通して移送される最終熱媒に熱伝達される。受熱した最終熱媒は、循環ポンプ２２で引き続き最終熱媒配管２０を移送され、温度測定手段２３で温度測定された後、通常時は、入口側バルブ２６、出口側バルブ２７を開け、バイパスバルブ２５を閉じておくことで、蓄熱容器３０の下方側に導入される。
【００３４】
蓄熱容器３０では、蓄熱前または蓄熱後、温度が低下した状態では、潜熱蓄熱材は、固相、あるいは固相と液相が共存した状態である。蓄熱容器３０内の最終熱媒は潜熱蓄熱材よりも比重が小さいため、潜熱蓄熱材の上面に浮いた状態で層を形成している。
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。
【００３５】
なお、中間熱媒配管１０、最終熱媒配管２０内の熱媒の温度は温度測定手段１３、２３で測定されている。温度測定手段１３、２３は、熱媒の温度を測定して当該温度の表示や測定結果の出力が行えるものであればよく、本発明としてはその構成が特に限定されるものではない。
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。
【００３６】
例えば、温度測定手段２３で測定される最終熱媒の温度が所定の温度を超える場合、そのままでは最終熱媒が過昇温するおそれがある。
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。
【００３７】
また、上記温度測定手段１３で測定温度が所定値を超える場合、測定温度手段２３の測定結果如何に拘わらず、測定温度が所望の温度に下がるまで、上段側にあるバイパス配管４による迂回を行うことができる。これにより中間熱媒の昇温を抑制し、さらには後段の最終熱媒の昇温を抑制できる。迂回は、上記のようにバイパスバルブ５を開けるとともに入口側バルブ６、７を閉じて排熱側熱交換器８への排熱の導入を停止することで行う。
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。
【００３８】
（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、前記実施形態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。
この実施形態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。
【００３９】
蓄熱側熱交換器１８は、最終熱媒配管２０、２１によって蓄熱容器３０と接続されており、最終熱媒配管２０、２１にはそれぞれ入口側バルブ２６、出口側バルブ２７、接続口２８、２８が介設されているとともに両者間にバイパスバルブ２５を介設したバイパス配管２４が設けられている。また、最終熱媒配管２１に循環ポンプ２２が介設され、最終熱媒配管２０に温度測定手段２３および最終熱媒を貯留する蓄熱側貯留槽２９が設けられている。該蓄熱側貯留槽２９は本発明の貯留部に相当する。
【００４０】
この実施形態２においても、前記実施形態と同様にして工場１で生じる排熱は順次伝熱されて蓄熱容器３０内の潜熱蓄熱材への蓄熱が行われる。また、温度測定手段１３、２３で熱媒の温度を測定することで、バイパス配管４、１４、２４における排熱または熱媒の迂回も前記実施形態と同様に行うことができる。
さらに、この実施形態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。
【００４１】
また、この実施形態２では、最終熱媒配管２０に蓄熱側貯留槽２９が接続され、該蓄熱側貯留槽２９には最終熱媒が貯留可能になっている。接続口２８において最終熱媒の流通が遮断された状態で最終熱媒の温度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、最終熱媒の膨張あるいは収縮に応じて最終熱媒を貯留あるいは最終熱媒配管２０、２１に補給するので、配管系統からの最終熱媒の漏れや空気混入を防止できる。
【００４２】
（実施形態３）
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を備える他の実施形態のシステムを示すものである。なお、前記実施形態１、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。
【００４３】
制御部３１は、ＣＰＵおよびこれを動作させるプログラム、該プログラムを格納したＲＯＭ、作業エリアとなるＲＡＭ、各バルブの動作を制御する制御パラメータなどを格納した不揮発メモリなどによって構成されている。
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。
【００４４】
制御部３１は、温度測定手段１３、２３の測定結果を受け、予め定めた条件で各弁の開閉を制御する。例えば、温度測定手段１３の測定結果に対し、温度閾値Ｈａ１、Ｈａ２（Ｈａ１＞Ｈａ２）、時間閾値Ｔａ１を定め、温度測定手段２３の測定結果に対し、温度閾値Ｈｂ１、Ｈｂ２、Ｈｂ３、Ｈｂ４（Ｈｂ３＞Ｈｂ１＞Ｈｂ２、Ｈｂ４）、時間閾値Ｔｂ１、Ｔｂ２を定め、不揮発メモリに読み出し可能に格納しておく。これら閾値は、操作者によって設定変更できるようにしてもよい。
【００４５】
上記制御部３１による制御手順の一例を図４のフローチャートに基づいて説明する。
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。
【００４６】
制御の開始に伴って、温度測定手段１３、２３による測定がなされ、測定結果が制御部３１に送信される（ステップｓ１）。制御部３１では、温度測定手段１３で測定された温度Ｈａが第１の温度閾値であるＨａ１を上回っているか否かを判定する（ステップｓ２）。測定温度がＨａ１以下であれば（ステップｓ２、Ｎｏ）、フラグＦａ１が１であるか否かを判定する（ステップｓ３）。このステップｓ３は、一旦、測定温度がＨａ１を上回っていると判定された後に、Ｈａ１以下になったものを識別するためである。フラグＦａ１が１でなければ（ステップｓ３、Ｎｏ）、配管４におけるバイパスを行うことはなく、フラグはＦａ１＝０にして（ステップｓ４）、（ｂ）のルーチンへ移行する。
【００４７】
一方、ステップｓ２で測定温度Ｈａが閾値Ｈａ１を上回る場合（ステップｓ２、Ｙｅｓ）、配管４でのバイパスを実行する（ステップｓ５）。すなわち、バイパスバルブ５を開け、入口側バルブ６、出口側バルブ７を閉じることで排熱を排熱側熱交換器８に導入することなくバイパス配管４に迂回させる。フラグＦａ１は１とする。なお、既にバイパス配管４でバイパスがされている場合には、そのままバイパスの制御を継続する。
【００４８】
また、ステップｓ３でフラグＦａ１が１であると判定される場合（ステップｓ３、Ｙｅｓ）、一旦、測定温度がＨａ１を上回っていると判定された後に、測定温度がＨａ１以下になった場合であり、測定温度が第２の閾値Ｈａ２を下回っているか否かが判定される（ステップｓ６）。測定温度がＨａ２を下回っていなければ（ステップｓ６、Ｎｏ）、ステップｓ５に移行してバイパス配管４におけるバイパスを継続する。測定温度が第２の閾値Ｈａ２を下回っている場合（ステップｓ６、Ｙｅｓ）、フラグＦａ２が１であるか否かの判定を行う（ステップｓ７）。フラグＦａ２が０の場合、測定温度ＨａがＨａ２を下回ったばかりであり、継続時間Ｔａをカウントし始め、フラグＦａ２を１にする（ステップｓ８）。フラグＦａ２が１の場合（ステップｓ７、Ｙｅｓ）またはステップｓ８の後、該継続時間Ｔａが時間閾値Ｔａ１に達しているか否かの判定がなされる（ステップｓ９）。継続時間Ｔａが時間閾値Ｔａ１に達していれば（ステップｓ９、Ｙｅｓ）、温度低下が十分になされているので、Ｔａ、Ｆａ２をリセットして０にし、継続時間のカウントを停止した後、ステップｓ４に移行し、バイパス配管４によるバイパスを停止する。継続時間Ｔａが時間閾値Ｔａ１に達していなければ（ステップｓ９、Ｎｏ）、温度低下が不十分であるので、ステップｓ５に移行してバイパス配管４によるバイパスを継続する。
ステップｓ４、ｓ５の後は、（ｂ）のルーチンに移行する。
【００４９】
（ｂ）のルーチンでは、図５に示すように、温度測定手段２３で測定された温度Ｈｂが第１の温度閾値であるＨｂ１を上回っているか否かを判定する（ステップｓ１０）。測定温度がＨｂ１以下であれば（ステップｓ１０、Ｎｏ）、フラグＦｂ１が１であるか否かを判定する（ステップｓ１１）。このステップｓ１１は、一旦、測定温度がＨｂ１を上回っていると判定された後に、Ｈｂ１以下になったものを識別するためである。フラグＦｂ１が１でなければ（ステップｓ１１、Ｎｏ）、配管１４におけるバイパスを行うことはなく、フラグはＦｂ１＝０にして（ステップｓ１２）、（ｃ）のルーチンへ移行する。
【００５０】
一方、ステップｓ１０で測定温度Ｈｂが閾値Ｈｂ１を上回る場合（ステップｓ１０、Ｙｅｓ）、配管１４でのバイパスを実行する（ステップｓ１３）。すなわち、バイパスバルブ１５を開け、入口側バルブ１６、出口側バルブ１７を閉じることで排熱を蓄熱側熱交換器１８に導入することなくバイパス配管１４に迂回させる。フラグＦｂ１は１とする。なお、既にバイパス配管１４でバイパスがされている場合には、そのままバイパスの制御を継続する。
【００５１】
また、ステップｓ１１でフラグＦｂ１が１であると判定される場合（ステップｓ１１、Ｙｅｓ）、一旦、測定温度がＨｂ１を上回っていると判定された後に、測定温度がＨｂ１以下になったものであり、測定温度が第２の閾値Ｈｂ２を下回っているか否かが判定される（ステップｓ１４）。測定温度がＨｂ２を下回っていなければ（ステップｓ１４、Ｎｏ）、ステップｓ１３に移行してバイパス配管１４におけるバイパスを継続する。測定温度が第２の閾値Ｈｂ２を下回っている場合（ステップｓ１４、Ｙｅｓ）、フラグＦｂ２が１であるか否かの判定を行う（ステップｓ１５）。フラグＦｂ２が０の場合、測定温度ＨｂがＨｂ２を下回ったばかりであり、継続時間Ｔｂをカウントし始め、フラグＦｂ２を１にする（ステップｓ１６）。フラグＦｂ２が１の場合（ステップｓ１５、Ｙｅｓ）またはステップｓ１５の後、該継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ１に達しているか否かの判定がなされる（ステップｓ１７）。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ１に達していれば（ステップｓ１７、Ｙｅｓ）、温度が十分に低下しているので、Ｔｂ、Ｆｂ２をリセットして０にし、継続時間Ｔｂのカウントを停止した後、ステップｓ１２に移行し、バイパス配管１４によるバイパスを停止する。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ１に達していなければ（ステップｓ１７、Ｎｏ）、温度の低下が不十分であるので、ステップｓ１３に移行してバイパス配管１２によるバイパスを継続する。
ステップｓ１２、ｓ１３の後は、（ｃ）のルーチンに移行する。
【００５２】
（ｃ）のルーチンでは、図６に示すように、温度測定手段２３で測定された温度Ｈｂが第３の温度閾値であるＨｂ３を上回っているか否かを判定する（ステップｓ２０）。測定温度がＨｂ３以下であれば（ステップｓ２０、Ｎｏ）、フラグＦｂ３が１であるか否かを判定する（ステップｓ２１）。このステップｓ２１は、一旦、測定温度がＨｂ３を上回っていると判定された後に、Ｈｂ３以下になったものを識別するためである。フラグＦｂ３が１でなければ（ステップｓ２１、Ｎｏ）、配管２４におけるバイパスを行うことはなく、フラグはＦｂ３＝０にして（ステップｓ２２）、処理が終了か否かを判定し（ステップｓ２８）、終了でなければ（ステップｓ２８、Ｎｏ）、（ａ）に戻って処理を繰り返す。なお、処理の継続は連続して行ってもよく、所定の時間を置いて当該処理を繰り返すようにしてもよい。
【００５３】
一方、ステップｓ２０で測定温度Ｈｂが閾値Ｈｂ３を上回る場合（ステップｓ２０、Ｙｅｓ）、配管２４でのバイパスを実行する（ステップｓ２３）。すなわち、バイパスバルブ２５を開け、入口側バルブ２６、出口側バルブ２７を閉じることで最終熱媒を蓄熱容器３０に導入することなくバイパス配管２４に迂回させる。フラグＦｂ３は１とする。なお、既にバイパス配管２４でバイパスがされている場合には、そのままバイパスの制御を継続する。
【００５４】
また、ステップｓ２１でフラグＦｂ３が１であると判定される場合（ステップｓ２１、Ｙｅｓ）、一旦、測定温度がＨｂ３を上回っていると判定された後に、測定温度がＨｂ３以下になったものであり、測定温度が第４の閾値Ｈｂ４を下回っているか否かが判定される（ステップｓ２４）。測定温度がＨｂ４を下回っていなければ（ステップｓ２４、Ｎｏ）、ステップｓ２３に移行してバイパス配管２４におけるバイパスを継続する。測定温度が第４の閾値Ｈｂ４を下回っている場合（ステップｓ２４、Ｙｅｓ）、フラグＦｂ４が１であるか否かの判定を行う（ステップｓ２５）。フラグＦｂ４が０の場合、測定温度ＨｂがＨｂ４を下回ったばかりであり、継続時間Ｔｂをカウントし始め、フラグＦｂ４を１にする（ステップｓ２６）。フラグＦｂ４が１の場合（ステップｓ２５、Ｙｅｓ）またはステップｓ２６の後、該継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ２に達しているか否かの判定がなされる（ステップｓ２７）。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ２に達していれば（ステップｓ２７、Ｙｅｓ）、温度の低下は十分であるので、Ｔｂ、Ｆｂ４をリセットし、継続時間Ｔｂのカウントを停止した後、ステップｓ２２に移行し、バイパス配管２４によるバイパスを停止する。継続時間Ｔｂが時間閾値Ｔｂ２に達していなければ（ステップｓ２７、Ｎｏ）、ステップｓ２３に移行してバイパス配管２４によるバイパスを継続する。
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。
【００５５】
上記処理手順によって、排熱の温度や流量が頻繁に変動しても中間熱媒や最終熱媒の温度に応じて自動でバルブ切り替えを行うことが可能であり、最終熱媒が過昇温して潜熱蓄熱材が蓄熱容器外に取り出されるような不具合を効果的に防止することができる。
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。
【００５６】
図７は、上記実施形態の排熱回収蓄熱システムにおいて、排熱として排蒸気を使用し、熱媒として熱媒油を使用したものについて、排蒸気流量と排蒸気温度と熱媒油温度の推移を示す一例の説明図である。中間熱媒配管１０内の熱媒油の測定温度が９０℃以上になったときにバイパスバルブ５を開き、入口側バルブ６、７を閉じるように制御し、測定温度として８７℃以下が５分間継続したときに、入口側バルブ６および７を開き、バイパスバルブ５を閉じるように制御することで中間熱媒配管１０内の熱媒油の温度が９０℃以上にならなかった。
【００５７】
以上、本発明について、上記各実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 工場
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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少なくとも１つに、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ていることを特徴とする排熱回収蓄熱システム。
【請求項２】
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ていることを特徴とする請求項１記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項３】
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少なくとも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を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項４】
前記迂回の制御が行われるバイパス手段は、前記温度測定が行われた温度測定手段と同じ配管または上段側の配管に設けられていることを特徴とする請求項３記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項５】
前記温度測定手段による測定結果を受け、該測定結果が閾値を越える場合、温度測定された配管または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する制御を実行する制御部を備えることを特徴とする請求項４記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記温度測定手段による測定結果が前記閾値より低い第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５に記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記測定結果が第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６記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項８】
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少なくとも１つに、前記排熱または熱媒を貯留する貯留部を備え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。
【請求項９】
前記貯留部は、前記配管の熱授与前用の送り側に設けられていることを特徴とする請求項８記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項１０】
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１〜９のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項１１】
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１〜１０のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項１】
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、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少なくとも１つに、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ていることを特徴とする排熱回収蓄熱システム。
【請求項２】
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ていることを特徴とする請求項１記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項３】
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少なくとも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を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項４】
前記迂回の制御が行われるバイパス手段は、前記温度測定が行われた温度測定手段と同じ配管または上段側の配管に設けられていることを特徴とする請求項３記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項５】
前記温度測定手段による測定結果を受け、該測定結果が閾値を越える場合、温度測定された配管または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する制御を実行する制御部を備えることを特徴とする請求項４記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記温度測定手段による測定結果が前記閾値より低い第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５に記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記測定結果が第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６記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項８】
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少なくとも１つに、前記排熱または熱媒を貯留する貯留部を備え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。
【請求項９】
前記貯留部は、前記配管の熱授与前用の送り側に設けられていることを特徴とする請求項８記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項１０】
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１〜９のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項１１】
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１〜１０のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれかに記載の排熱回収蓄熱システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
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【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【公開番号】特開２０１２−１１７７９０（Ｐ２０１２−１１７７９０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０４８０（Ｐ２０１０−２７０４８０）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００４２１５）株式会社日本製鋼所 (840)
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