吸発熱ユニットおよびその熱利用方法
【課題】廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱よりも高温の熱を任意の位置で利用できるようにする。
【解決手段】化学蓄熱材１６の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および反応生成物の脱水吸熱反応によって化学蓄熱材１６と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部１１と、化学蓄熱材１６との間で水を授受する水タンク１２と、水タンク１２と反応部１１の間に設けられ水タンク１２からの水と温熱源との熱交換により水タンク１２からの水を水蒸気にする蒸気管１３と、反応部１１と水タンク１２の間に設けられ反応部１１からの水蒸気と冷熱源との熱交換により反応部１１からの水蒸気を水にする復水管１４と、蒸気管１３に介設された第１弁１９、および復水管１４に介設された第２弁２０を制御する制御部３０とを備え、少なくとも反応部１１を可搬なケース１５に収容し反応部１１をケース１５の端部に配置する。
【解決手段】化学蓄熱材１６の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および反応生成物の脱水吸熱反応によって化学蓄熱材１６と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部１１と、化学蓄熱材１６との間で水を授受する水タンク１２と、水タンク１２と反応部１１の間に設けられ水タンク１２からの水と温熱源との熱交換により水タンク１２からの水を水蒸気にする蒸気管１３と、反応部１１と水タンク１２の間に設けられ反応部１１からの水蒸気と冷熱源との熱交換により反応部１１からの水蒸気を水にする復水管１４と、蒸気管１３に介設された第１弁１９、および復水管１４に介設された第２弁２０を制御する制御部３０とを備え、少なくとも反応部１１を可搬なケース１５に収容し反応部１１をケース１５の端部に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸発熱ユニットおよびその熱利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用炉では、省エネ対策として、レキュペレータや蓄熱バーナ等が採用され、廃熱が利用されている。いずれの装置も燃焼用空気を廃熱温度よりも低い温度で加熱するものである。この廃熱の利用は、廃ガスと熱を受け取る媒体の間で行われる熱の授受によるものであり、設備の操業中に限られる。また、蓄熱器で熱を蓄熱しても、時間が経過するにつれて冷めていくため、熱を長期間保存できない。したがって、特許文献１ないし３に開示されたバッチ式の炉において、炉内冷却時に排出される熱はそのまま廃棄するしかなかった。
【０００３】
一方、特許文献４ないし６には、化学物質の吸熱・発熱反応を利用することにより、長期間の蓄熱、および系に付与する熱よりも高温の熱の獲得を実現できるケミカルヒートポンプが開示されている。
【０００４】
このケミカルヒートポンプを利用して、炉の廃熱を長期間蓄熱し、高温の熱を獲得することが考えられる。そして、炉の廃熱を、当該炉以外の炉や炉以外の設備や装置に利用することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９０３６１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１０３１４号公報
【特許文献３】特公平４−３７１５５号公報
【特許文献４】特開平９−２６２２５号公報
【特許文献５】特開２００５−８３６５６号公報
【特許文献６】特開平８−２９００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱よりも高温の熱を任意の位置で取り出して利用できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明の吸発熱ユニットは、化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、前記蒸気管に介設された第１弁と、前記復水管に介設された第２弁と、前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部とを備え、少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置するようにした。
【０００８】
この構成によれば、ケースの端部に配置された反応部の反応生成物に外部からの廃熱を吸熱させ脱水吸熱反応を進行させることができる。その際、第２弁を開弁することにより、反応部で生成した水蒸気を復水管に通して水に戻し、水タンクに送ることができる。そして、第２弁を閉弁することにより、廃熱を長期間保存可能に反応部で蓄熱することができる。その後、水タンクの水を蒸気管に通して水蒸気にし、第１弁を開弁することにより水蒸気を反応部の化学蓄熱材に接触させ水和発熱反応を進行させて反応部で放熱することができる。化学蓄熱材の放熱過程および蓄熱過程を有する反応部を含むケミカルヒートポンプの構成要素を収容したケースは可搬であり、第１弁および第２弁の開閉を制御部によって制御することができるので、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱（ＱＬ）よりも高温の熱（ＱＨ）を、蓄熱した位置、またはケースを移動させて前記位置と異なる任意の位置で取り出して利用できる。
【０００９】
前記温熱源は、前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に設けられた加熱機構であり、前記冷熱源は、前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に設けられた冷却機構であることが好ましい。この構成によれば、水タンクから蒸気管に移動した水を加熱機構で加熱して水蒸気にし、第１弁を開弁することにより、反応部に該水蒸気を送ることができる。また、第２弁を開弁することにより、反応部から復水管に移動した水蒸気を冷却機構で冷却して水に戻し、水タンクに送ることができる。したがって、装置を独立させることができる。
【００１０】
前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に第１熱交換部を設け、前記温熱源は前記第１熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた加熱手段からの火炎または熱風であることが好ましい。この構成によれば、第１熱交換部を通じて外部装置に設けられた加熱手段からの火炎または熱風と水タンクから蒸気管に移動した水との間で熱交換することができる。内部に加熱機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。加熱手段からの火炎または熱風を利用してケミカルヒートポンプを作動させることができる。
【００１１】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、前記温熱源は前記炉の内部のガスであり、前記炉の内部のガスと熱交換可能に前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に配置された第１熱交換部を備えることが好ましい。この構成によれば、第１熱交換部を通じて炉の内部のガスと水タンクから蒸気管に移動した水との間で熱交換することができる。温熱源として炉の内部のガスを利用できる。
【００１２】
前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に第２熱交換部を設け、前記冷熱源は前記第２熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた冷却手段からの冷風であることが好ましい。この構成によれば、第２熱交換部を通じて外部装置に設けられた冷却手段からの冷風と復水管から水タンクに移動する水蒸気との間で熱交換することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。冷熱源として外部装置に設けられた冷却手段からの冷風を利用し、ケミカルヒートポンプに蓄熱することができる。
【００１３】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、前記温熱源は前記水タンクと対向するように前記炉に設けられた加熱手段であることが好ましい。この構成によれば、第１熱交換部が不要となり、設備を簡略化できる。
【００１４】
前記ケースに設けられ、冷却媒体が供給される供給口と、前記供給口から供給され前記第２熱交換部で熱交換した前記冷却媒体が排出される排出口とを有する外部供給流路と、前記ケースに連結され、前記外部供給流路の供給口に前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給部とを備えることが好ましい。この構成によれば、復水管から水タンクに移動する水蒸気と第２熱交換部を通じて熱交換する冷却媒体をケースの供給口から外部供給流路に供給することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の冷却媒体を利用することができる。そして、第２熱交換部で熱交換した後の冷却媒体を排出口から排出して冷却に利用できる。また、装置を独立させることができる。
【００１５】
前記課題を解決するための手段として、本発明の吸発熱ユニットの熱利用方法は、化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、前記蒸気管に介設された第１弁と、前記復水管に介設された第２弁と、前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部とを備え、少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置した吸発熱ユニットを設け、前記反応部を加熱工程および冷却工程を有する炉の内部に位置するように前記ケースを前記炉に装入し、前記炉の冷却工程において、前記炉の廃熱により前記反応生成物の脱水吸熱反応を進行させて生成した前記水蒸気を前記復水管に通し水に戻して前記水タンクに回収し、前記水タンクから送られた水を前記蒸気管に通して発生させた水蒸気を前記反応部の化学蓄熱材と反応させることにより前記水和発熱反応を進行させて任意の位置で発熱するようにした。
【００１６】
この方法によれば、炉の冷却工程で排出される熱を反応部の化学蓄熱材の生成物に蓄熱して脱水吸熱反応により化学蓄熱材と水蒸気とを生成し、該水蒸気を復水管に通し水に戻して水タンクに回収することができる。そして、水タンクの水を蒸気管に通して発生させた水蒸気を反応部の化学蓄熱材と反応させることにより水和発熱反応を進行させて任意の位置で発熱することができる。したがって、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ケースの端部に配置された反応部の反応生成物に外部からの廃熱を吸熱させ脱水吸熱反応を進行させることができる。その際、第２弁を開弁することにより、反応部で生成した水蒸気を復水管に通して水に戻し、水タンクに送ることができる。そして、第２弁を閉弁することにより、廃熱を長期間保存可能に反応部で蓄熱することができる。その後、水タンクの水を蒸気管に通して水蒸気にし、第１弁を開弁することにより水蒸気を反応部の化学蓄熱材に接触させ水和発熱反応を進行させて反応部で放熱することができる。化学蓄熱材の放熱過程および蓄熱過程を有する反応部を含むケミカルヒートポンプの構成要素を収容したケースは可搬であり、第１弁および第２弁の開閉を制御部によって制御することができるので、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱（ＱＬ）よりも高温の熱（ＱＨ）を、蓄熱した位置、またはケースを移動させて前記位置と異なる任意の位置で取り出して利用できる。これにより、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。また、構成要素が可搬なケースに収容されているので、移動が容易であり、扱い易さを向上させることができる。そして、設備で使用されていない既存のポート（点検用マンホール等）を利用することにより、設備を大幅に改造することなく本発明にかかる吸発熱ユニットを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１ａ】炉に装入された本発明の第１実施形態の吸発熱ユニットを示す図。
【図１ｂ】本発明の第１実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図２】蓄熱工程および放熱工程における化学反応を示す図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は冷却機構の一例を示す図。
【図４ａ】炉に装入された本発明の第２実施形態の吸発熱ユニットを示す図。
【図４ｂ】本発明の第２実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図５ａ】炉に装入された第３実施形態の吸発熱ユニットを示す図。
【図５ｂ】本発明の第３実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図６】本発明の第３実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図７ａ】炉の側壁に装入した本発明にかかる吸発熱ユニットを示す図。
【図７ｂ】炉床に装入した本発明にかかる吸発熱ユニットを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１ａは、炉（外部装置）４０に装入された本発明の第１実施形態の吸発熱ユニット１０を示す。吸発熱ユニット１０は、反応部１１および水タンク１２を備えている。反応部１１と水タンク１２の間には、蒸気管１３および復水管１４が設けられている。吸発熱ユニット１０の各構成要素は、可搬なケース１５に収容されている。ケース１５には、炉４０の頂部に設けられたポート４１に装入する装入部１５ａと、ポート４１より大きなフランジ部１５ｂとが設けられている。フランジ部１５ｂに蓋１５ｃが取り付けられ、ケース１５の内部に閉じた空間が形成されている。ポート４１は、ポート４１に装入された吸発熱ユニット１０のケース１５の端部のみが炉４０の内部に位置するように形成されている。
【００２１】
反応部１１は、ケース１５の端部に位置するように、装入部１５ａに配置されている。反応部１１には、化学蓄熱材１６が収容されている。本実施形態における化学蓄熱材１６は、酸化カルシウムであるが、酸化マグネシウム等、ケミカルヒートポンプに使用されるいかなる化学蓄熱材であってもよい。酸化カルシウム１６は、図２に示すように、水和する際に熱量ＱＨを発熱（放熱）し、脱水する際に熱量ＱＨを吸熱（蓄熱）する。反応部１１では、放熱過程において、水和発熱反応により反応生成物（水酸化カルシウム）を生成し、蓄熱過程において、反応生成物の脱水吸熱反応によって酸化カルシウム１６と水蒸気とを生成する。
【００２２】
水タンク１２は、反応部１１の酸化カルシウム１６との間で授受する水を収容する。具体的には、水タンク１２は、酸化カルシウム１６と反応させるために水を送り出し、水酸化カルシウムから生成した水蒸気を水に戻して受け入れる容器である。
【００２３】
蒸気管１３には、水タンク１２側から順に、ポンプ１７、流量調整弁４６、加熱機構１８、および第１弁１９が介設されている。復水管１４には、反応部１１側から順に、第２弁２０、冷却機構２１、およびポンプ２２が介設されている。なお、図１ｂのように、上から順に、冷却機構２１、水タンク１２、加熱機構１８と並べて設置すれば、水は重力で落下するので、ポンプ１７，２２を不要とすることが可能である。
【００２４】
加熱機構１８は、水タンク１２からの水が水蒸気になるように加熱する。加熱機構１８としては、水中ヒータを設けて水を沸騰させるものや、ホットプレート上に水滴を落として水蒸気を得るようなものを用いることができる。
【００２５】
冷却機構２１は、反応部１１からの水蒸気が水になるように冷却する。冷却機構２１としては、図３（ａ）に示すように、水蒸気が流入する空間を貫通するように冷却水や冷却用空気の循環ラインを設けて水蒸気と冷却水や冷却用空気とを熱交換させる構造や、図３（ｂ）に示すように、水蒸気が流通する管の回りに冷却水や冷却用空気を通過させて水蒸気と冷却水や冷却用空気とを熱交換させる構造から適宜選択する。
【００２６】
吸発熱ユニット１０には、制御部３０が設けられている。制御部３０は、第１弁１９と第２弁２０を含む吸発熱ユニット１０（全体）の動作を制御する。
【００２７】
本発明の第１実施形態の吸発熱ユニット１０の動作について説明する。
【００２８】
吸発熱ユニット１０を炉４０のポート４１に予め装入しておき、炉４０を運転する。そして、運転終了にむけて炉４０を冷却する冷却工程において、吸発熱ユニット１０の冷却機構２１を起動し第２弁２０を開弁する。そうすると、反応部１１では、炉４０で放熱される廃熱から熱量ＱＨを吸熱することによって、図２（蓄熱）に示すように、水酸化カルシウムの脱水吸熱反応が進行するので、酸化カルシウム１６と水蒸気とが生成される。生成した水蒸気は、冷却機構２１に流入して冷却され水に戻される。この水は、ポンプ２２を起動することにより、水タンク１２に送られる。運転終了後、第２弁２０を閉弁する。このようにして、吸発熱ユニット１０は、炉４０の廃熱を長期間保存可能に蓄熱することができる。
【００２９】
炉４０を運転する加熱工程において、吸発熱ユニット１０のポンプ１７、加熱機構１８を起動し第１弁１９を開弁する。そうすると、水タンク１２の水は、流量調整弁４６を通過して加熱機構１８に送り出され、加熱機構１８の内部で加熱され、ＱＬを吸熱することによって水蒸気になる。そして、水蒸気は反応部１１に流入し、酸化カルシウム１６と反応する。そうすると、図２（放熱）に示すように、酸化カルシウムは水和して水酸化カルシウムを生成し、熱量ＱＨを発熱する。これにより、炉４０の内部を加熱することや、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。
【００３０】
本発明によれば、水タンク１２から蒸気管１３に移動した水を加熱機構１８で加熱して水蒸気にし、第１弁１９を開弁することにより、反応部１１に該水蒸気を送ることができる。また、第２弁２０を開弁することにより、反応部１１から復水管１４に移動した水蒸気を冷却機構２１で冷却して水に戻し、水タンク１２に送ることができる。したがって、装置を独立させることができる。そして、酸化カルシウム１６の放熱過程、および蓄熱過程を有する反応部１１を含むケミカルヒートポンプの構成要素を可搬なケース１５に収容し、制御部３０によって第１弁１９および第２弁２０の開閉を制御できるので、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱（ＱＬ）よりも高温の熱（ＱＨ）を、蓄熱した位置、またはケースを移動して任意の位置で取り出して利用できる。これにより、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。また、構成要素が可搬なケース１５に収容されているので、移動が容易であり、扱い易さを向上させることができる。そして、設備で使用されていない既存のポート（例えば炉内点検用マンホールなど）を利用することにより、設備を大幅に改造することなく本発明にかかる吸発熱ユニット１０を採用できる。
【００３１】
（第２実施形態）
図４ａは、炉４０に装入された本発明の第２実施形態の吸発熱ユニット１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３２】
蒸気管１３には、加熱機構１８に代えて、温熱源と熱交換する第１熱交換部２３が介設されている。復水管１４には、冷却機構２１に代えて、冷熱源と熱交換する第２熱交換部２４が介設されている。第１熱交換部２３、水タンク１２、および第２熱交換部２４はケース１５の内部に配置されている。第１熱交換部２３は水タンク１２より下方に配置され、第２熱交換部２４は水タンク１２より上方に配置されている。第１熱交換部２３および第２熱交換部２４は、ケース１５の内面に近接している。水タンク１２と第１熱交換部２３の間には、流量調整弁４６が設けられている。炉４０のポート４１は、ポート４１に装入された吸発熱ユニット１０の反応部１１、および第１熱交換部２３が炉４０の内部に位置するように形成されている。そして、炉４０のポート４１は、フランジ部１５ｂがポート４１の上端に支持された状態で、ケース１５の装入部１５ａとの間に隙間４７を有するように形成されている。炉４０には、燃料と空気の混合気を供給し燃焼させる燃焼バーナ（加熱手段）４２が吸発熱ユニット１０の第１熱交換部２３に対向するように設けられている。燃焼バーナ４２には弁４３が設けられている。また、炉４０には、冷却用空気を供給する冷却ノズル（冷却手段）４４が吸発熱ユニット１０の第２熱交換部２４に対向するように設けられている。冷却ノズル４４には弁４５が設けられている。
【００３３】
反応部１１で生成した水蒸気は、第２熱交換部２４において、炉４０の冷却時に冷熱源として冷却ノズル４４から供給された冷却用空気とケース１５を介して熱交換することにより冷却され水に戻される。また、水タンク１２の水は、第１熱交換部２３に送り出され、第１熱交換部２３において、炉４０の加熱時に温熱源として燃焼バーナ４２から供給された火炎と熱交換することにより加熱され水蒸気になる。本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１熱交換部２３を通じて外部の温熱源と水タンク１２から蒸気管１３に移動した水との間で熱交換することができる。内部に加熱機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の温熱源を利用することができる。したがって、燃焼バーナ４２の火炎を利用してケミカルヒートポンプを作動させ、炉４０を加熱することができるので、火炎だけで加熱するよりも化学蓄熱材の発熱作用が加わるため、炉内を速く昇温できる。さらに、第２熱交換部２４を通じて外部の冷熱源と復水管１４から水タンク１２に移動する水蒸気との間で熱交換することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の冷熱源を利用することができる。したがって、冷却ノズル４４から炉４０の内部に噴出する冷却用空気を利用してケミカルヒートポンプを作動させ、炉４０を冷却することができるので、冷却用空気だけで冷却するよりも化学蓄熱材の吸熱作用が加わるため、炉内を速く冷却できる。また、この場合、図４ｂのように、第１熱交換部２３と第２熱交換部２４がケース１５から外部に露出した構造としてもよい。このようにすれば、火炎や冷却用空気と直接触れることにより、熱交換率が向上する。
【００３４】
（第３実施形態）
図５ａは、炉４０に装入された本発明の第３実施形態の吸発熱ユニット１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
ケース１５には、内部空間と隔離された外部供給流路２５が設けられている。外部供給流路２５の一端の開口は、蓋１５ｃに位置し供給口２６を形成している。供給口２６には、冷却用空気（冷却媒体）が供給される。供給口２６の近傍の外部供給流路２５には、弁２７が介設されている。外部供給流路２５の他端の開口は、装入部１５ａの外周面に位置し排出口２８を形成している。排出口２８の近傍の外部供給流路２５には、弁２９が介設されている。外部供給流路２５の供給口２６には、冷却用空気供給源（図示せず）が接続されている。
【００３６】
蒸気管１３の端部は、水タンク１２の内部の上方空間に配置されている。復水管１４の端部は、水タンク１２の内部の下方に配置されている。吸発熱ユニット１０および炉４０のポート４１は、ポート４１に装入された吸発熱ユニット１０の反応部１１、水タンク１２、第２熱交換部２４、および排出口２８が炉４０の内部に位置するように形成されている。蒸気管１３には、流量調整弁４６および第１弁１９が介設されており、ポンプ１７および加熱機構１８は介設されていない。復水管１４には、冷却機構２１に代えて、第２熱交換部２４が介設されている。また、第２熱交換部２４は、弁２７と弁２９の間の外部供給流路２５に収容されている。炉４０には、燃焼バーナ４２が吸発熱ユニット１０の水タンク１２に対向するように設けられている。
【００３７】
運転終了にむけて炉４０を冷却する際、第２弁２０および弁２７，２９を開弁し、冷却用空気供給源（図示せず）から外部供給流路２５に冷却用空気を供給する。そうすると、反応部１１で生成した水蒸気は、第２熱交換部２４に流入し、供給された冷却用空気と復水管１４の外面を介して熱交換することにより冷却され水に戻される。この水は、ポンプ２２を起動することにより、水タンク１２に送られる。運転終了後、第２弁２０および弁２７，２９を閉弁する。
【００３８】
炉４０を運転する際、水タンク１２に対向した燃焼バーナ４２を含む燃焼バーナで燃焼を行うとともに、第１弁１９を開弁する。そうすると、水タンク１２は、燃焼バーナ４２の火炎（温熱源）で加熱され、水タンク１２の内部の水は水蒸気になる。そして、水蒸気は、蒸気管１３を通って反応部１１に流入する。火炎によって直接的に水タンク１２を加熱するので、第１熱交換部２３が不要になり、構造が簡単になる。また、図５ｂのように、外部供給流路２５を水タンク１２の中に通過させれば、第２熱交換部２４も不要となり、さらに構造を簡単にすることができる。
【００３９】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、復水管１４から水タンク１２に移動する水と第２熱交換部２４を通じて熱交換する冷却用空気をケース１５の供給口２６から外部供給流路２５に供給することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の冷却用空気を利用することができる。そして、第２熱交換部２４で熱交換した後の冷却用空気を排出口２８から炉４０の内部に排出して炉４０の冷却に利用できる。したがって、第２実施形態のように、炉４０のポート４１と装入部１５ａの外周面の間の隙間４７から炉４０に流入し、高温の炉内を通過した冷却用空気と熱交換するよりも低温の冷却用空気が得られるので、復水作用の効率が向上し、炉４０の冷却に必要なエネルギーを節約することができる。
【００４０】
本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、第２および第３実施形態において、燃焼バーナ４２を設けずに、温熱源として炉４０内部の熱気を利用してもよい。また、第３実施形態において、図６に示すように、冷却媒体である冷却用空気を供給する冷却用空気供給源としての冷却媒体供給部３１（例えば送風機）をケース１５と一体化するようにしてもよい。この構成によれば、装置を独立させることができる。炉４０への装入位置は頂部のみに限定されず、図７ａに示すように側壁であってもよいし、図７ｂに示すように炉床であってもよい。また、加熱手段としては、燃焼バーナ４２による火炎には限定されず、炉内の高温雰囲気をそのまま使ったり、電熱エレメントを接近させたり、接触させたりすることも含まれる。外部で発生させた熱風を吹き込んでもよい。
【００４１】
吸発熱ユニット１０は空調設備や乾燥設備に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 吸発熱ユニット
１１ 反応部
１２ 水タンク
１３ 蒸気管
１４ 復水管
１５ ケース
１５ａ 装入部
１５ｂ フランジ部
１５ｃ 蓋
１６ 化学蓄熱材
１７ ポンプ
１８ 加熱機構
１９ 第１弁
２０ 第２弁
２１ 冷却機構
２２ ポンプ
２３ 第１熱交換部
２４ 第２熱交換部
２５ 外部供給流路
２６ 供給口
２７ 弁
２８ 排出口
２９ 弁
３０ 制御部
３１ 冷却媒体供給部
４０ 炉（外部装置）
４１ ポート
４２ 燃焼バーナ（加熱手段）
４３ 弁
４４ 冷却ノズル（冷却手段）
４５ 弁
４６ 流量調整弁
４７ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸発熱ユニットおよびその熱利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業用炉では、省エネ対策として、レキュペレータや蓄熱バーナ等が採用され、廃熱が利用されている。いずれの装置も燃焼用空気を廃熱温度よりも低い温度で加熱するものである。この廃熱の利用は、廃ガスと熱を受け取る媒体の間で行われる熱の授受によるものであり、設備の操業中に限られる。また、蓄熱器で熱を蓄熱しても、時間が経過するにつれて冷めていくため、熱を長期間保存できない。したがって、特許文献１ないし３に開示されたバッチ式の炉において、炉内冷却時に排出される熱はそのまま廃棄するしかなかった。
【０００３】
一方、特許文献４ないし６には、化学物質の吸熱・発熱反応を利用することにより、長期間の蓄熱、および系に付与する熱よりも高温の熱の獲得を実現できるケミカルヒートポンプが開示されている。
【０００４】
このケミカルヒートポンプを利用して、炉の廃熱を長期間蓄熱し、高温の熱を獲得することが考えられる。そして、炉の廃熱を、当該炉以外の炉や炉以外の設備や装置に利用することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９０３６１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１０３１４号公報
【特許文献３】特公平４−３７１５５号公報
【特許文献４】特開平９−２６２２５号公報
【特許文献５】特開２００５−８３６５６号公報
【特許文献６】特開平８−２９００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱よりも高温の熱を任意の位置で取り出して利用できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明の吸発熱ユニットは、化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、前記蒸気管に介設された第１弁と、前記復水管に介設された第２弁と、前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部とを備え、少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置するようにした。
【０００８】
この構成によれば、ケースの端部に配置された反応部の反応生成物に外部からの廃熱を吸熱させ脱水吸熱反応を進行させることができる。その際、第２弁を開弁することにより、反応部で生成した水蒸気を復水管に通して水に戻し、水タンクに送ることができる。そして、第２弁を閉弁することにより、廃熱を長期間保存可能に反応部で蓄熱することができる。その後、水タンクの水を蒸気管に通して水蒸気にし、第１弁を開弁することにより水蒸気を反応部の化学蓄熱材に接触させ水和発熱反応を進行させて反応部で放熱することができる。化学蓄熱材の放熱過程および蓄熱過程を有する反応部を含むケミカルヒートポンプの構成要素を収容したケースは可搬であり、第１弁および第２弁の開閉を制御部によって制御することができるので、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱（ＱＬ）よりも高温の熱（ＱＨ）を、蓄熱した位置、またはケースを移動させて前記位置と異なる任意の位置で取り出して利用できる。
【０００９】
前記温熱源は、前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に設けられた加熱機構であり、前記冷熱源は、前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に設けられた冷却機構であることが好ましい。この構成によれば、水タンクから蒸気管に移動した水を加熱機構で加熱して水蒸気にし、第１弁を開弁することにより、反応部に該水蒸気を送ることができる。また、第２弁を開弁することにより、反応部から復水管に移動した水蒸気を冷却機構で冷却して水に戻し、水タンクに送ることができる。したがって、装置を独立させることができる。
【００１０】
前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に第１熱交換部を設け、前記温熱源は前記第１熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた加熱手段からの火炎または熱風であることが好ましい。この構成によれば、第１熱交換部を通じて外部装置に設けられた加熱手段からの火炎または熱風と水タンクから蒸気管に移動した水との間で熱交換することができる。内部に加熱機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。加熱手段からの火炎または熱風を利用してケミカルヒートポンプを作動させることができる。
【００１１】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、前記温熱源は前記炉の内部のガスであり、前記炉の内部のガスと熱交換可能に前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に配置された第１熱交換部を備えることが好ましい。この構成によれば、第１熱交換部を通じて炉の内部のガスと水タンクから蒸気管に移動した水との間で熱交換することができる。温熱源として炉の内部のガスを利用できる。
【００１２】
前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に第２熱交換部を設け、前記冷熱源は前記第２熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた冷却手段からの冷風であることが好ましい。この構成によれば、第２熱交換部を通じて外部装置に設けられた冷却手段からの冷風と復水管から水タンクに移動する水蒸気との間で熱交換することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。冷熱源として外部装置に設けられた冷却手段からの冷風を利用し、ケミカルヒートポンプに蓄熱することができる。
【００１３】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、前記温熱源は前記水タンクと対向するように前記炉に設けられた加熱手段であることが好ましい。この構成によれば、第１熱交換部が不要となり、設備を簡略化できる。
【００１４】
前記ケースに設けられ、冷却媒体が供給される供給口と、前記供給口から供給され前記第２熱交換部で熱交換した前記冷却媒体が排出される排出口とを有する外部供給流路と、前記ケースに連結され、前記外部供給流路の供給口に前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給部とを備えることが好ましい。この構成によれば、復水管から水タンクに移動する水蒸気と第２熱交換部を通じて熱交換する冷却媒体をケースの供給口から外部供給流路に供給することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の冷却媒体を利用することができる。そして、第２熱交換部で熱交換した後の冷却媒体を排出口から排出して冷却に利用できる。また、装置を独立させることができる。
【００１５】
前記課題を解決するための手段として、本発明の吸発熱ユニットの熱利用方法は、化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、前記蒸気管に介設された第１弁と、前記復水管に介設された第２弁と、前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部とを備え、少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置した吸発熱ユニットを設け、前記反応部を加熱工程および冷却工程を有する炉の内部に位置するように前記ケースを前記炉に装入し、前記炉の冷却工程において、前記炉の廃熱により前記反応生成物の脱水吸熱反応を進行させて生成した前記水蒸気を前記復水管に通し水に戻して前記水タンクに回収し、前記水タンクから送られた水を前記蒸気管に通して発生させた水蒸気を前記反応部の化学蓄熱材と反応させることにより前記水和発熱反応を進行させて任意の位置で発熱するようにした。
【００１６】
この方法によれば、炉の冷却工程で排出される熱を反応部の化学蓄熱材の生成物に蓄熱して脱水吸熱反応により化学蓄熱材と水蒸気とを生成し、該水蒸気を復水管に通し水に戻して水タンクに回収することができる。そして、水タンクの水を蒸気管に通して発生させた水蒸気を反応部の化学蓄熱材と反応させることにより水和発熱反応を進行させて任意の位置で発熱することができる。したがって、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ケースの端部に配置された反応部の反応生成物に外部からの廃熱を吸熱させ脱水吸熱反応を進行させることができる。その際、第２弁を開弁することにより、反応部で生成した水蒸気を復水管に通して水に戻し、水タンクに送ることができる。そして、第２弁を閉弁することにより、廃熱を長期間保存可能に反応部で蓄熱することができる。その後、水タンクの水を蒸気管に通して水蒸気にし、第１弁を開弁することにより水蒸気を反応部の化学蓄熱材に接触させ水和発熱反応を進行させて反応部で放熱することができる。化学蓄熱材の放熱過程および蓄熱過程を有する反応部を含むケミカルヒートポンプの構成要素を収容したケースは可搬であり、第１弁および第２弁の開閉を制御部によって制御することができるので、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱（ＱＬ）よりも高温の熱（ＱＨ）を、蓄熱した位置、またはケースを移動させて前記位置と異なる任意の位置で取り出して利用できる。これにより、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。また、構成要素が可搬なケースに収容されているので、移動が容易であり、扱い易さを向上させることができる。そして、設備で使用されていない既存のポート（点検用マンホール等）を利用することにより、設備を大幅に改造することなく本発明にかかる吸発熱ユニットを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１ａ】炉に装入された本発明の第１実施形態の吸発熱ユニットを示す図。
【図１ｂ】本発明の第１実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図２】蓄熱工程および放熱工程における化学反応を示す図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は冷却機構の一例を示す図。
【図４ａ】炉に装入された本発明の第２実施形態の吸発熱ユニットを示す図。
【図４ｂ】本発明の第２実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図５ａ】炉に装入された第３実施形態の吸発熱ユニットを示す図。
【図５ｂ】本発明の第３実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図６】本発明の第３実施形態の吸発熱ユニットの変形例を示す図。
【図７ａ】炉の側壁に装入した本発明にかかる吸発熱ユニットを示す図。
【図７ｂ】炉床に装入した本発明にかかる吸発熱ユニットを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１ａは、炉（外部装置）４０に装入された本発明の第１実施形態の吸発熱ユニット１０を示す。吸発熱ユニット１０は、反応部１１および水タンク１２を備えている。反応部１１と水タンク１２の間には、蒸気管１３および復水管１４が設けられている。吸発熱ユニット１０の各構成要素は、可搬なケース１５に収容されている。ケース１５には、炉４０の頂部に設けられたポート４１に装入する装入部１５ａと、ポート４１より大きなフランジ部１５ｂとが設けられている。フランジ部１５ｂに蓋１５ｃが取り付けられ、ケース１５の内部に閉じた空間が形成されている。ポート４１は、ポート４１に装入された吸発熱ユニット１０のケース１５の端部のみが炉４０の内部に位置するように形成されている。
【００２１】
反応部１１は、ケース１５の端部に位置するように、装入部１５ａに配置されている。反応部１１には、化学蓄熱材１６が収容されている。本実施形態における化学蓄熱材１６は、酸化カルシウムであるが、酸化マグネシウム等、ケミカルヒートポンプに使用されるいかなる化学蓄熱材であってもよい。酸化カルシウム１６は、図２に示すように、水和する際に熱量ＱＨを発熱（放熱）し、脱水する際に熱量ＱＨを吸熱（蓄熱）する。反応部１１では、放熱過程において、水和発熱反応により反応生成物（水酸化カルシウム）を生成し、蓄熱過程において、反応生成物の脱水吸熱反応によって酸化カルシウム１６と水蒸気とを生成する。
【００２２】
水タンク１２は、反応部１１の酸化カルシウム１６との間で授受する水を収容する。具体的には、水タンク１２は、酸化カルシウム１６と反応させるために水を送り出し、水酸化カルシウムから生成した水蒸気を水に戻して受け入れる容器である。
【００２３】
蒸気管１３には、水タンク１２側から順に、ポンプ１７、流量調整弁４６、加熱機構１８、および第１弁１９が介設されている。復水管１４には、反応部１１側から順に、第２弁２０、冷却機構２１、およびポンプ２２が介設されている。なお、図１ｂのように、上から順に、冷却機構２１、水タンク１２、加熱機構１８と並べて設置すれば、水は重力で落下するので、ポンプ１７，２２を不要とすることが可能である。
【００２４】
加熱機構１８は、水タンク１２からの水が水蒸気になるように加熱する。加熱機構１８としては、水中ヒータを設けて水を沸騰させるものや、ホットプレート上に水滴を落として水蒸気を得るようなものを用いることができる。
【００２５】
冷却機構２１は、反応部１１からの水蒸気が水になるように冷却する。冷却機構２１としては、図３（ａ）に示すように、水蒸気が流入する空間を貫通するように冷却水や冷却用空気の循環ラインを設けて水蒸気と冷却水や冷却用空気とを熱交換させる構造や、図３（ｂ）に示すように、水蒸気が流通する管の回りに冷却水や冷却用空気を通過させて水蒸気と冷却水や冷却用空気とを熱交換させる構造から適宜選択する。
【００２６】
吸発熱ユニット１０には、制御部３０が設けられている。制御部３０は、第１弁１９と第２弁２０を含む吸発熱ユニット１０（全体）の動作を制御する。
【００２７】
本発明の第１実施形態の吸発熱ユニット１０の動作について説明する。
【００２８】
吸発熱ユニット１０を炉４０のポート４１に予め装入しておき、炉４０を運転する。そして、運転終了にむけて炉４０を冷却する冷却工程において、吸発熱ユニット１０の冷却機構２１を起動し第２弁２０を開弁する。そうすると、反応部１１では、炉４０で放熱される廃熱から熱量ＱＨを吸熱することによって、図２（蓄熱）に示すように、水酸化カルシウムの脱水吸熱反応が進行するので、酸化カルシウム１６と水蒸気とが生成される。生成した水蒸気は、冷却機構２１に流入して冷却され水に戻される。この水は、ポンプ２２を起動することにより、水タンク１２に送られる。運転終了後、第２弁２０を閉弁する。このようにして、吸発熱ユニット１０は、炉４０の廃熱を長期間保存可能に蓄熱することができる。
【００２９】
炉４０を運転する加熱工程において、吸発熱ユニット１０のポンプ１７、加熱機構１８を起動し第１弁１９を開弁する。そうすると、水タンク１２の水は、流量調整弁４６を通過して加熱機構１８に送り出され、加熱機構１８の内部で加熱され、ＱＬを吸熱することによって水蒸気になる。そして、水蒸気は反応部１１に流入し、酸化カルシウム１６と反応する。そうすると、図２（放熱）に示すように、酸化カルシウムは水和して水酸化カルシウムを生成し、熱量ＱＨを発熱する。これにより、炉４０の内部を加熱することや、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。
【００３０】
本発明によれば、水タンク１２から蒸気管１３に移動した水を加熱機構１８で加熱して水蒸気にし、第１弁１９を開弁することにより、反応部１１に該水蒸気を送ることができる。また、第２弁２０を開弁することにより、反応部１１から復水管１４に移動した水蒸気を冷却機構２１で冷却して水に戻し、水タンク１２に送ることができる。したがって、装置を独立させることができる。そして、酸化カルシウム１６の放熱過程、および蓄熱過程を有する反応部１１を含むケミカルヒートポンプの構成要素を可搬なケース１５に収容し、制御部３０によって第１弁１９および第２弁２０の開閉を制御できるので、廃熱を長期間保存可能に蓄熱し、蓄熱した熱を利用する際に投入した熱（ＱＬ）よりも高温の熱（ＱＨ）を、蓄熱した位置、またはケースを移動して任意の位置で取り出して利用できる。これにより、加熱に必要なエネルギーを節約することができる。また、構成要素が可搬なケース１５に収容されているので、移動が容易であり、扱い易さを向上させることができる。そして、設備で使用されていない既存のポート（例えば炉内点検用マンホールなど）を利用することにより、設備を大幅に改造することなく本発明にかかる吸発熱ユニット１０を採用できる。
【００３１】
（第２実施形態）
図４ａは、炉４０に装入された本発明の第２実施形態の吸発熱ユニット１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３２】
蒸気管１３には、加熱機構１８に代えて、温熱源と熱交換する第１熱交換部２３が介設されている。復水管１４には、冷却機構２１に代えて、冷熱源と熱交換する第２熱交換部２４が介設されている。第１熱交換部２３、水タンク１２、および第２熱交換部２４はケース１５の内部に配置されている。第１熱交換部２３は水タンク１２より下方に配置され、第２熱交換部２４は水タンク１２より上方に配置されている。第１熱交換部２３および第２熱交換部２４は、ケース１５の内面に近接している。水タンク１２と第１熱交換部２３の間には、流量調整弁４６が設けられている。炉４０のポート４１は、ポート４１に装入された吸発熱ユニット１０の反応部１１、および第１熱交換部２３が炉４０の内部に位置するように形成されている。そして、炉４０のポート４１は、フランジ部１５ｂがポート４１の上端に支持された状態で、ケース１５の装入部１５ａとの間に隙間４７を有するように形成されている。炉４０には、燃料と空気の混合気を供給し燃焼させる燃焼バーナ（加熱手段）４２が吸発熱ユニット１０の第１熱交換部２３に対向するように設けられている。燃焼バーナ４２には弁４３が設けられている。また、炉４０には、冷却用空気を供給する冷却ノズル（冷却手段）４４が吸発熱ユニット１０の第２熱交換部２４に対向するように設けられている。冷却ノズル４４には弁４５が設けられている。
【００３３】
反応部１１で生成した水蒸気は、第２熱交換部２４において、炉４０の冷却時に冷熱源として冷却ノズル４４から供給された冷却用空気とケース１５を介して熱交換することにより冷却され水に戻される。また、水タンク１２の水は、第１熱交換部２３に送り出され、第１熱交換部２３において、炉４０の加熱時に温熱源として燃焼バーナ４２から供給された火炎と熱交換することにより加熱され水蒸気になる。本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１熱交換部２３を通じて外部の温熱源と水タンク１２から蒸気管１３に移動した水との間で熱交換することができる。内部に加熱機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の温熱源を利用することができる。したがって、燃焼バーナ４２の火炎を利用してケミカルヒートポンプを作動させ、炉４０を加熱することができるので、火炎だけで加熱するよりも化学蓄熱材の発熱作用が加わるため、炉内を速く昇温できる。さらに、第２熱交換部２４を通じて外部の冷熱源と復水管１４から水タンク１２に移動する水蒸気との間で熱交換することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の冷熱源を利用することができる。したがって、冷却ノズル４４から炉４０の内部に噴出する冷却用空気を利用してケミカルヒートポンプを作動させ、炉４０を冷却することができるので、冷却用空気だけで冷却するよりも化学蓄熱材の吸熱作用が加わるため、炉内を速く冷却できる。また、この場合、図４ｂのように、第１熱交換部２３と第２熱交換部２４がケース１５から外部に露出した構造としてもよい。このようにすれば、火炎や冷却用空気と直接触れることにより、熱交換率が向上する。
【００３４】
（第３実施形態）
図５ａは、炉４０に装入された本発明の第３実施形態の吸発熱ユニット１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
ケース１５には、内部空間と隔離された外部供給流路２５が設けられている。外部供給流路２５の一端の開口は、蓋１５ｃに位置し供給口２６を形成している。供給口２６には、冷却用空気（冷却媒体）が供給される。供給口２６の近傍の外部供給流路２５には、弁２７が介設されている。外部供給流路２５の他端の開口は、装入部１５ａの外周面に位置し排出口２８を形成している。排出口２８の近傍の外部供給流路２５には、弁２９が介設されている。外部供給流路２５の供給口２６には、冷却用空気供給源（図示せず）が接続されている。
【００３６】
蒸気管１３の端部は、水タンク１２の内部の上方空間に配置されている。復水管１４の端部は、水タンク１２の内部の下方に配置されている。吸発熱ユニット１０および炉４０のポート４１は、ポート４１に装入された吸発熱ユニット１０の反応部１１、水タンク１２、第２熱交換部２４、および排出口２８が炉４０の内部に位置するように形成されている。蒸気管１３には、流量調整弁４６および第１弁１９が介設されており、ポンプ１７および加熱機構１８は介設されていない。復水管１４には、冷却機構２１に代えて、第２熱交換部２４が介設されている。また、第２熱交換部２４は、弁２７と弁２９の間の外部供給流路２５に収容されている。炉４０には、燃焼バーナ４２が吸発熱ユニット１０の水タンク１２に対向するように設けられている。
【００３７】
運転終了にむけて炉４０を冷却する際、第２弁２０および弁２７，２９を開弁し、冷却用空気供給源（図示せず）から外部供給流路２５に冷却用空気を供給する。そうすると、反応部１１で生成した水蒸気は、第２熱交換部２４に流入し、供給された冷却用空気と復水管１４の外面を介して熱交換することにより冷却され水に戻される。この水は、ポンプ２２を起動することにより、水タンク１２に送られる。運転終了後、第２弁２０および弁２７，２９を閉弁する。
【００３８】
炉４０を運転する際、水タンク１２に対向した燃焼バーナ４２を含む燃焼バーナで燃焼を行うとともに、第１弁１９を開弁する。そうすると、水タンク１２は、燃焼バーナ４２の火炎（温熱源）で加熱され、水タンク１２の内部の水は水蒸気になる。そして、水蒸気は、蒸気管１３を通って反応部１１に流入する。火炎によって直接的に水タンク１２を加熱するので、第１熱交換部２３が不要になり、構造が簡単になる。また、図５ｂのように、外部供給流路２５を水タンク１２の中に通過させれば、第２熱交換部２４も不要となり、さらに構造を簡単にすることができる。
【００３９】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、復水管１４から水タンク１２に移動する水と第２熱交換部２４を通じて熱交換する冷却用空気をケース１５の供給口２６から外部供給流路２５に供給することができる。内部に冷却機構を設ける必要がないので、装置を簡素化することができる。また、外部の冷却用空気を利用することができる。そして、第２熱交換部２４で熱交換した後の冷却用空気を排出口２８から炉４０の内部に排出して炉４０の冷却に利用できる。したがって、第２実施形態のように、炉４０のポート４１と装入部１５ａの外周面の間の隙間４７から炉４０に流入し、高温の炉内を通過した冷却用空気と熱交換するよりも低温の冷却用空気が得られるので、復水作用の効率が向上し、炉４０の冷却に必要なエネルギーを節約することができる。
【００４０】
本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、第２および第３実施形態において、燃焼バーナ４２を設けずに、温熱源として炉４０内部の熱気を利用してもよい。また、第３実施形態において、図６に示すように、冷却媒体である冷却用空気を供給する冷却用空気供給源としての冷却媒体供給部３１（例えば送風機）をケース１５と一体化するようにしてもよい。この構成によれば、装置を独立させることができる。炉４０への装入位置は頂部のみに限定されず、図７ａに示すように側壁であってもよいし、図７ｂに示すように炉床であってもよい。また、加熱手段としては、燃焼バーナ４２による火炎には限定されず、炉内の高温雰囲気をそのまま使ったり、電熱エレメントを接近させたり、接触させたりすることも含まれる。外部で発生させた熱風を吹き込んでもよい。
【００４１】
吸発熱ユニット１０は空調設備や乾燥設備に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 吸発熱ユニット
１１ 反応部
１２ 水タンク
１３ 蒸気管
１４ 復水管
１５ ケース
１５ａ 装入部
１５ｂ フランジ部
１５ｃ 蓋
１６ 化学蓄熱材
１７ ポンプ
１８ 加熱機構
１９ 第１弁
２０ 第２弁
２１ 冷却機構
２２ ポンプ
２３ 第１熱交換部
２４ 第２熱交換部
２５ 外部供給流路
２６ 供給口
２７ 弁
２８ 排出口
２９ 弁
３０ 制御部
３１ 冷却媒体供給部
４０ 炉（外部装置）
４１ ポート
４２ 燃焼バーナ（加熱手段）
４３ 弁
４４ 冷却ノズル（冷却手段）
４５ 弁
４６ 流量調整弁
４７ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、
前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、
前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、
前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、
前記蒸気管に介設された第１弁と、
前記復水管に介設された第２弁と、
前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部と
を備え、
少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置したことを特徴とする吸発熱ユニット。
【請求項２】
前記温熱源は、前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に設けられた加熱機構であり、
前記冷熱源は、前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に設けられた冷却機構であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項３】
前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に第１熱交換部を設け、
前記温熱源は前記第１熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた加熱手段からの火炎または熱風であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項４】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、
前記温熱源は前記炉の内部のガスであり、
前記炉の内部のガスと熱交換可能に前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に配置された第１熱交換部を備えることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項５】
前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に第２熱交換部を設け、
前記冷熱源は前記第２熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた冷却手段からの冷風であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項６】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、
前記温熱源は前記水タンクと対向するように前記炉に設けられた加熱手段であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項７】
前記ケースに設けられ、冷却媒体が供給される供給口と、前記供給口から供給され前記第２熱交換部で熱交換した前記冷却媒体が排出される排出口とを有する外部供給流路と、
前記ケースに連結され、前記外部供給流路の供給口に前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給部と
を備えることを特徴とする請求項５に記載の吸発熱ユニット。
【請求項８】
化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、
前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、
前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、
前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、
前記蒸気管に介設された第１弁と、
前記復水管に介設された第２弁と、
前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部と
を備え、
少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置した吸発熱ユニットを設け、
前記反応部を加熱工程および冷却工程を有する炉の内部に位置するように前記ケースを前記炉に装入し、
前記炉の冷却工程において、前記炉の廃熱により前記反応生成物の脱水吸熱反応を進行させて生成した前記水蒸気を前記復水管に通し水に戻して前記水タンクに回収し、
前記水タンクから送られた水を前記蒸気管に通して発生させた水蒸気を前記反応部の化学蓄熱材と反応させることにより前記水和発熱反応を進行させて任意の位置で発熱することを特徴とする吸発熱ユニットの熱利用方法。
【請求項１】
化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、
前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、
前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、
前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、
前記蒸気管に介設された第１弁と、
前記復水管に介設された第２弁と、
前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部と
を備え、
少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置したことを特徴とする吸発熱ユニット。
【請求項２】
前記温熱源は、前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に設けられた加熱機構であり、
前記冷熱源は、前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に設けられた冷却機構であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項３】
前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に第１熱交換部を設け、
前記温熱源は前記第１熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた加熱手段からの火炎または熱風であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項４】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、
前記温熱源は前記炉の内部のガスであり、
前記炉の内部のガスと熱交換可能に前記水タンクと前記第１弁の間の前記蒸気管に配置された第１熱交換部を備えることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項５】
前記第２弁と前記水タンクの間の前記復水管に第２熱交換部を設け、
前記冷熱源は前記第２熱交換部と熱交換可能に外部装置に設けられた冷却手段からの冷風であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項６】
前記ケースは炉の内部に装入されるもので、
前記温熱源は前記水タンクと対向するように前記炉に設けられた加熱手段であることを特徴とする請求項１に記載の吸発熱ユニット。
【請求項７】
前記ケースに設けられ、冷却媒体が供給される供給口と、前記供給口から供給され前記第２熱交換部で熱交換した前記冷却媒体が排出される排出口とを有する外部供給流路と、
前記ケースに連結され、前記外部供給流路の供給口に前記冷却媒体を供給する冷却媒体供給部と
を備えることを特徴とする請求項５に記載の吸発熱ユニット。
【請求項８】
化学蓄熱材の水和発熱反応により反応生成物を生成する放熱過程、および前記反応生成物の脱水吸熱反応によって前記化学蓄熱材と水蒸気とを生成する蓄熱過程を有する反応部と、
前記反応部の化学蓄熱材との間で水を授受する水タンクと、
前記水タンクと前記反応部の間に設けられ、前記水タンクの水と温熱源との熱交換により前記水タンクの水を水蒸気にする蒸気管と、
前記反応部と前記水タンクの間に設けられ、前記反応部からの水蒸気と冷熱源との熱交換により前記反応部からの水蒸気を水にする復水管と、
前記蒸気管に介設された第１弁と、
前記復水管に介設された第２弁と、
前記第１弁および前記第２弁それぞれの開閉を制御する制御部と
を備え、
少なくとも前記反応部を可搬なケースに収容し、前記反応部を前記ケースの端部に配置した吸発熱ユニットを設け、
前記反応部を加熱工程および冷却工程を有する炉の内部に位置するように前記ケースを前記炉に装入し、
前記炉の冷却工程において、前記炉の廃熱により前記反応生成物の脱水吸熱反応を進行させて生成した前記水蒸気を前記復水管に通し水に戻して前記水タンクに回収し、
前記水タンクから送られた水を前記蒸気管に通して発生させた水蒸気を前記反応部の化学蓄熱材と反応させることにより前記水和発熱反応を進行させて任意の位置で発熱することを特徴とする吸発熱ユニットの熱利用方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【公開番号】特開２０１３−１１３４７８（Ｐ２０１３−１１３４７８Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８９７４（Ｐ２０１１−２５８９７４）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００２１１１２３）中外炉工業株式会社 (170)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００２１１１２３）中外炉工業株式会社 (170)
【Ｆターム（参考）】
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