特許 5780185 排熱回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5780185

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】排熱回収装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20150827BHJP

   F28D 21/00 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   F28D20/00 G

   F28D21/00 Z

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-58759(P2012-58759)

(22)【出願日】2012年3月15日

(65)【公開番号】特開2013-190185(P2013-190185A)

(43)【公開日】2013年9月26日

【審査請求日】2014年5月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人名古屋大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】布施 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】中川 忠紘

(72)【発明者】

【氏名】桑山 和利

(72)【発明者】

【氏名】西沢 一敏

(72)【発明者】

【氏名】小林 敬幸

(72)【発明者】

【氏名】鬼頭 毅

【審査官】 仲村 靖

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９０９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７４７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５７６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０９８１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２１２８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３６２７０１４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第００７７７９９８（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ２０／００

Ｆ２８Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱を排出する排熱手段（１００）からの排熱を回収するとともに、熱媒体を加熱して前記排熱手段に供給する排熱回収装置（１）において、
反応媒体と反応して発熱するとともに、吸熱して前記反応媒体を再生する化学蓄熱材を有する反応部（２、３）と、
前記反応媒体を液体から気体に変換し、前記反応部と連通して前記反応媒体を供給可能に構成された蒸発部（４）とを備え、
前記反応部は、前記排熱手段から回収した排熱を利用して前記化学蓄熱材に反応した前記反応媒体を再生させるとともに、前記蒸発部から供給された前記反応媒体と前記化学蓄熱材とを反応させ、前記反応に伴う熱によって前記熱媒体を加熱して前記排熱手段に供給するように構成されており、
前記蒸発部は、前記排熱手段から回収した排熱を利用して前記反応媒体を加熱して、前記反応媒体を液体から気体に変換するように構成されており、前記蒸発部の内部圧力は、前記排熱を利用して加熱された前記反応媒体の蒸発温度に応じた圧力となっていることを特徴とする排熱回収装置。

【請求項2】

前記反応部としての少なくとも２つの反応器（２、３）と、
前記２つの反応器のうちの一方への排熱供給状態と、前記２つの反応器のうちの他方への排熱供給状態とを切り替える第１切替手段（１２）と、
前記２つの反応器のうちの一方と前記蒸発部との連通状態と、前記２つの反応器のうちの他方と前記蒸発部との連通状態とを切り替える第２切替手段（３２、３４）と、
前記２つの反応器のうちの一方への熱媒体供給状態と、前記２つの反応器のうちの他方への熱媒体供給状態とを切り替える第３切替手段（２３）と、
前記２つの反応器のうちの一方において、前記蒸発部と連通し、前記熱媒体が供給されることにより、前記蒸発部から供給された前記反応媒体と前記化学蓄熱材とを反応させ、前記反応に伴う熱によって前記熱媒体を加熱する第１機能が実施され、前記２つの反応器のうちの他方において、前記排熱手段からの排熱が供給されることにより、前記化学蓄熱材に反応した前記反応媒体を再生させる第２機能が前記第１機能と同時に実施されるように、前記第１、第２および第３切替手段を制御する制御手段（５０）とを備え、
前記制御手段は、前記第１機能と前記第２機能とが、前記２つの反応器の一方と他方で切り替えて実施されるように、前記第１、第２および第３切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収装置。

【請求項3】

前記反応部と連通して、再生された前記反応媒体を受け入れ可能に構成され、再生された前記反応媒体を気体から液体に変換するための凝縮部（５）と、
前記２つの反応器のうちの一方と前記凝縮部との連通状態と、前記２つの反応器のうちの他方と前記凝縮部との連通状態とを切り替える第４切替手段（３６、３８）とを備え、
前記制御手段は、前記２つの反応器のうちの他方において、前記第２機能が実施される際に、前記凝縮部に連通することにより、再生された前記反応媒体を前記凝縮部で気体から液体に変換させるように、前記第４切替手段を制御し、
前記制御手段は、前記第１機能と前記第２機能とが２つの反応器で切り替えて実施されるように、前記第１、第２、第３および第４切替手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の排熱回収装置。

【請求項4】

前記反応媒体は、Ｈ_２ＯまたはＮＨ_３であり、
前記化学蓄熱材は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａの陽イオンのうちの少なくとも１つと、Ｏ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉの陰イオンのうちの少なくとも１つと、を組み合わせたイオン結晶物であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の排熱回収装置。

【請求項5】

前記排熱手段は、エネルギ源としての燃料と酸化剤とが供給され、前記燃料と前記酸化剤とによる酸化発熱を利用してエネルギ変換するものであり、
前記熱媒体は、前記燃料と前記酸化剤の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の排熱回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排熱回収装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

コジェネレーションシステム等の排熱手段（排熱源）からの排熱を回収し、回収した熱の有効利用を図った排熱回収装置として、物質の吸着や水和等の可逆的な化学反応を利用して熱の吸収・放出（蓄熱・放熱）を行う化学蓄熱材を用いたケミカルヒートポンプがある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この排熱回収装置は、反応媒体と反応して発熱するとともに、吸熱して反応媒体を再生する化学蓄熱材を有する反応部と、反応媒体を液体から気体に変換するとともに、反応部と連通して反応媒体を供給可能に構成された蒸発部とを備えている。

【0004】

この排熱回収装置では、反応部において、排熱手段から回収した排熱を利用して、化学蓄熱材に反応した反応媒体を再生させたり（蓄熱工程）、蒸発部から供給された反応媒体と化学蓄熱材とを反応させて熱を放出させたりする（放熱工程）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−２３０７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述の排熱回収装置を用いて、排熱手段から排熱を回収し、排熱手段に対して熱を還流させることを考えた場合、還流される熱の温度が排熱手段の温度から大きく離れていると、熱を還流させることによるメリットが小さい。このため、排熱手段に対して熱を還流させる用途においては、排熱手段から回収した排熱を有効利用できないという問題があった。

【0007】

化学蓄熱材が放出する熱の温度（発熱温度）は、反応部内の圧力、すなわち、反応部に連通した蒸発部での反応媒体の蒸発温度に応じた圧力によって定まる。このため、蒸発部での反応媒体の蒸発を常温で行うと、化学蓄熱材が放出する熱の温度は、このときの蒸発部の内部圧力に応じた温度となる。通常、この温度は、排熱手段自体の温度から離れており、排熱手段に還流させる熱としては不適切な温度である。

【0008】

本発明は上記点に鑑みて、排熱手段から回収した排熱を有効利用できる排熱回収装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
反応媒体と反応して発熱するとともに、吸熱して反応媒体を再生する化学蓄熱材を有する反応部（２、３）と、
反応媒体を液体から気体に変換し、反応部と連通して反応媒体を供給可能に構成された蒸発部（４）とを備え、
反応部は、排熱手段から回収した排熱を利用して化学蓄熱材に反応した反応媒体を再生させるとともに、蒸発部から供給された反応媒体と化学蓄熱材とを反応させ、反応に伴う熱によって熱媒体を加熱して排熱手段に供給するように構成されており、
蒸発部は、排熱手段から回収した排熱を利用して反応媒体を加熱して、反応媒体を液体から気体に変換するように構成されており、蒸発部の内部圧力は、排熱を利用して加熱された反応媒体の蒸発温度に応じた圧力となっていることを特徴としている。

【0010】

ここで、上述の通り、反応媒体との反応時に化学蓄熱材が放出する熱の温度（発熱温度）は、反応部内の圧力、すなわち、反応部に連通した蒸発部での反応媒体の蒸発温度に応じた圧力によって定まり、反応媒体の蒸発温度が高ければ、化学蓄熱材の発熱温度は高く、反応媒体の蒸発温度が低ければ、化学蓄熱材の発熱温度は低くなる。また、排熱の温度は、常温よりも排熱手段の温度に近い温度である。

【0011】

このため、本発明によれば、排熱手段から回収した排熱を利用して、蒸発部での反応媒体の蒸発を常温よりも排熱手段の温度に近い温度で行うので、反応媒体の蒸発を常温で行う場合と比較して、排熱手段に還流させる熱の温度を排熱手段の温度側にシフトさせることができる。

【0012】

この結果、本発明によれば、反応媒体の蒸発を常温で行う場合と比較して、排熱手段に対して適切な温度の熱を還流させることができ、排熱手段から回収した排熱を有効利用できる。

【0013】

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態における排熱回収装置の全体構成を示す概略図である。

【図2】図１の排熱回収装置の作動を説明するための説明図である。

【図3】図１の排熱回収装置の作動を説明するための説明図である。

【図4】本発明者らが測定したＣａＢｒ_２・Ｈ_２Ｏと水の蒸気圧線の測定結果である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の排熱回収装置１は、工場炉１００からの排熱を回収するとともに、加熱した空気を工場炉１００に供給するものである。

【0016】

工場炉１００は、エネルギ源としての燃料と酸化剤とが供給され、燃料と酸化剤との酸化発熱を利用してエネルギ変換するエネルギ変換手段であるとともに、このエネルギ変換に伴い熱を排出する排熱手段である。燃料としては、天然ガス、都市ガス、重油、灯油等が用いられる。具体的には、工場炉１００は、燃料と空気の燃焼により、燃料を約５００℃の熱エネルギに変換し、約１５５℃付近の燃焼ガスを排出する。

【0017】

排熱回収装置１は、反応部としての２つの反応器（第１、第２反応器２、３）と、蒸発部としての蒸発器４と、凝縮部としての凝縮器５とを備えている。

【0018】

第１、第２反応器２、３は、図示しないが、どちらも、化学蓄熱材と、化学蓄熱材が充填された熱交換器と、この熱交換器を収容するケースとを備えている。

【0019】

化学蓄熱材は、反応媒体と反応して発熱するとともに、吸熱して反応媒体を再生するものである。本実施形態では、化学蓄熱材としてイオン結晶物であるＣａＢｒ_２を用い、反応媒体としてＨ_２Ｏを用いている。下記の反応式（１）に示すように、ＣａＢｒ_２（固体）は、Ｈ_２Ｏ（気体）と反応（水和）して発熱（放熱）するとともに、下記の反応式（２）に示すように、水和物の状態であるＣａＢｒ_２・Ｈ_２Ｏ（固体）のときに吸熱してＨ_２Ｏ（気体）を再生（放出）する。ＣａＢｒ_２は、工場炉１００から排出される燃焼ガスの温度で、Ｈ_２Ｏの再生が可能なものである。

【0020】

【化1】

【0021】

【化2】

第１、第２反応器２、３は、どちらも、燃焼ガス入口側が、燃焼ガス流路を構成する燃焼ガス用配管１１を介して、工場炉１００の燃焼ガス出口側と接続されている。燃焼ガス用配管１１は、分岐点を有し、分岐点から第１反応器２に向かう流路と、分岐点から第２反応器３に向かう流路とを有している。燃焼ガス用配管１１の分岐点には３方弁１２が設けられている。この３方弁１２は、第１反応器２へ燃焼ガスを供給する状態（第１反応器２への燃焼ガス供給状態）と、第２反応器３へ燃焼ガスを供給する状態（第２反応器３への燃焼ガス供給状態）とを切り替える切替手段であり、特許請求の範囲に記載の第１切替手段に対応する。

【0022】

第１、第２反応器２、３は、どちらも、燃焼ガス出口側に、燃焼ガスの排出口１３に連通する燃焼ガス用配管１４が接続されている。

【0023】

また、第１、第２反応器２、３は、どちらも、空気入口側に空気流路を構成する空気用配管２１が接続されており、空気流入口２２と連通している。空気用配管２１は、分岐点を有し、分岐点から第１反応器２に向かう流路と、分岐点から第２反応器３に向かう流路とを有している。空気用配管２１の分岐点には３方弁２３が設けられている。この３方弁２３は、第１反応器２へ空気を供給する状態（第１反応器２への空気供給状態）と、第２反応器３へ空気を供給する状態（第２反応器３への空気供給状態）とを切り替える切替手段である。この３方弁２３によって、空気が第１反応器２を通過して工場炉１００に供給される場合と、空気が第２反応器３を通過して工場炉１００に供給される場合とが切り替えられる。この３方弁２３が特許請求の範囲に記載の第３切替手段に対応する。

【0024】

第１、第２反応器２、３は、どちらも、空気出口側が、空気流路を構成する空気用配管２４を介して、工場炉１００の空気入口側と接続されている。なお、第１、第２反応器２、３に接続された空気用配管２４は、途中で合流して、工場炉１００に接続されているが、２つの空気用配管２４が工場炉１００に直接接続されていても良い。

【0025】

第１、第２反応器２、３が備える熱交換器は、工場炉１００に供給される空気が熱交換器を通過する場合では、空気と化学蓄熱材とを熱交換させ、工場炉１００から排出された燃焼ガスが熱交換器を通過する場合では、燃焼ガスと化学蓄熱材とを熱交換させる。なお、 本実施形態では、第１、第２反応器２、３の熱交換器内部において、燃焼ガスと化学蓄熱材とを熱交換させるときの燃焼ガスの温度が１５５℃となるように調整されている。

【0026】

蒸発器４は、反応媒体を液体から気体に変換するものである。この蒸発器４は、反応媒体と工場炉１００から排出された燃焼ガスとを熱交換させる熱交換器であり、工場炉１００からの排熱を回収し、回収した排熱によって反応媒体を加熱するようになっている。

【0027】

蒸発器４の燃焼ガス入口側は、燃焼ガス流路を構成する燃焼ガス用配管１５を介して、工場炉１００の燃焼ガス出口側と接続されている。なお、図１では、燃焼ガス用配管１５は、燃焼ガス用配管１１から分岐しているが、工場炉１００の燃焼ガス出口側に直接接続されていても良い。蒸発器４の燃焼ガス出口側は、燃焼ガスの排出口１３に連通する燃焼ガス用配管１６が接続されている。

【0028】

本実施形態では、蒸発器４の内部において反応媒体と熱交換するときの燃焼ガスの温度が１００℃になるように調整されている。例えば、蒸発器４の熱交換面積を調整したり、蒸発器４と工場炉１００との間の燃焼ガス用配管１５の長さを調整したりしている。

【0029】

蒸発器４は、第１、第２反応器２、３のぞれぞれと連通して、第１、第２反応器２、３に反応媒体を供給可能に構成されている。具体的には、蒸発器４は、第１反応媒体流路を構成する反応媒体用配管３１を介して、第１反応器２と接続されている。この反応媒体用配管には第１開閉弁３２が設けられており、第１開閉弁３２が開くことにより、蒸発器４は第１反応器２と連通状態となり、第１反応器２への反応媒体の供給が可能となる。同様に、蒸発器４は、第２反応媒体流路を構成する反応媒体用配管３３を介して、第２反応器３と接続されている。この反応媒体用配管３３には第２開閉弁３４が設けられており、第２開閉弁３４が開くことにより、蒸発器４は第２反応器３と連通状態となり、第２反応器３への反応媒体の供給が可能となる。

【0030】

第１、第２開閉弁３２、３４の一方が開き、他方が閉じることにより、第１反応器２と蒸発器４との連通状態と、第２反応器３と蒸発器４との連通状態とが切り替えられる。したがって、第１、第２開閉弁３２、３４が、特許請求の範囲に記載の「２つの反応器のうちの一方と蒸発部との連通状態と、２つの反応器のうちの他方と蒸発部との連通状態とを切り替える第２切替手段」を構成している。

【0031】

凝縮器５は、反応媒体を気体から液体に変換するものであり、反応媒体と外気とを熱交換させることにより、反応媒体を冷却して凝縮させる熱交換器である。

【0032】

凝縮器５は、第１、第２反応器２、３のぞれぞれと連通して、第１、第２反応器２、３で再生された反応媒体を受け入れ可能に構成されている。具体的には、凝縮器５は、第３反応媒体流路を構成する反応媒体用配管３５を介して、第１反応器２と接続されている。この反応媒体用配管には第３開閉弁３６が設けられており、第３開閉弁３６が開くことにより、凝縮器５は第１反応器２と連通状態となり、第１反応器２からの反応媒体の受け入れが可能となる。同様に、凝縮器５は、第４反応媒体流路を構成する反応媒体用配管３７を介して、第２反応器３と接続されている。この反応媒体用配管には第４開閉弁３８が設けられており、第４開閉弁３８が開くことにより、凝縮器５は第２反応器３と連通状態となり、第２反応器３からの反応媒体の受け入れが可能となる。

【0033】

第３、第４開閉弁３６、３８の一方が開き、他方が閉じることにより、第１反応器２と凝縮器５との連通状態と、第２反応器３と凝縮器５との連通状態とが切り替えられる。したがって、第３、第４開閉弁３６、３８が、特許請求の範囲に記載の「２つの反応器のうちの一方と凝縮部との連通状態と、２つの反応器のうちの他方と凝縮部との連通状態とを切り替える第４切替手段」を構成している。

【0034】

蒸発器４と凝縮器５とは、第５反応媒体流路を構成する反応媒体用配管３９によって接続されている。この反応媒体用配管３９に設けられた第５開閉弁４０が開くことにより、凝縮器５で凝縮された反応媒体が蒸発器４へ供給される。

【0035】

また、排熱回収装置１は、制御手段としての電子制御装置５０を備えている。この電子制御装置５０は、燃焼ガス用配管１１に設けられた３方弁１２や、空気用配管２１に設けられた３方弁２３の切り替えを制御するとともに、第１開閉弁３２、第２開閉弁３４、第３開閉弁３６、第４開閉弁３８、第５開閉弁４０の開閉を制御する。

【0036】

次に、上記した構成の排熱回収装置１の作動について、図２、３を用いて説明する。

【0037】

図２に示すように、電子制御装置５０は、第１、第２開閉弁３２、３４を制御して、第１開閉弁３２を開くとともに、第２開閉弁３４を閉じることで、第１反応器２と蒸発器４とを連通させる。さらに、電子制御装置５０は、空気用配管２１に設けられた３方弁２３を制御して、空気が第１反応器２を通過して工場炉１００に供給される状態とする。

【0038】

また、電子制御装置５０は、第３、第４開閉弁３６、３８を制御して、第３開閉弁３６を閉じるとともに、第４開閉弁３８が開くことで、第２反応器３と凝縮器５とを連通させる。さらに、電子制御装置５０は、燃焼ガス用配管に設けられた３方弁１２を制御して、第２反応器３へ燃焼ガスが供給される状態とする。

【0039】

蒸発器４に対しては、特に、弁を制御しなくても、燃焼ガスが供給される状態となっている。蒸発器４では１００℃の温度でＨ_２Ｏ（液体）が加熱される。

【0040】

これにより、第１反応器２においては、上記反応式（１）に示すように、蒸発器４から供給されたＨ_２ＯとＣａＢｒ_２とが反応し、この反応に伴う熱によって工場炉１００に供給される空気を加熱する第１機能が実行される。

【0041】

このとき、第１反応器２と蒸発器４とは連通状態であるので、上記反応式（１）は、蒸発器４の内部圧力に相当する圧力下で進む。本実施形態では、工業的に設計が容易である大気圧を内部圧力の上限とした蒸発器４を用いているため、蒸発器４でのＨ_２Ｏの蒸発温度を１００℃としている。そして、図４に示すように、１００℃のときの水蒸気圧は１０１．３ｋＰａであり、この水蒸気圧に相当する蒸気圧でのＣａＢｒ_２・Ｈ_２Ｏの温度である２４６℃が、上記反応式（１）における放熱温度である。したがって、工場炉に供給される空気を２４６℃で予熱することができる。

【0042】

一方、第２反応器３においては、燃焼ガスが供給されることにより、燃焼ガスの熱の入力を受けて、上記反応式（２）に示すように、ＣａＢｒ_２に反応したＨ_２Ｏを再生させる第２機能が実行される。さらに、第２反応器３が凝縮器５に連通することにより、再生されたＨ_２Ｏが凝縮器５に流入し、凝縮器５でＨ_２Ｏが気体から液体に変換される。

【0043】

このとき、第２反応器３と凝縮器５とは連通状態であるので、上記反応式（２）とＨ_２Ｏの凝縮とは同じ圧力下で進む。本実施形態では、１５５℃の温度で上記反応式（２）が進むようにしており、図４に示すように、１５５℃のとき、ＣａＢｒ_２・Ｈ_２Ｏの蒸気圧は２．４ｋＰａであり、２０℃相当の水蒸気圧となるので、凝縮器５では、２０℃の温度でＨ_２Ｏを凝縮させることができる。

【0044】

なお、電子制御装置５０は、第５開閉弁４０を開くことで、凝縮器５で凝縮されたＨ_２Ｏを蒸発器４に流入させる。

【0045】

そして、第１反応器２での第１機能の実施と、第２反応器３での第２機能の実施とが完了すると、電子制御装置５０は、第１機能と第２機能とが２つの反応器で切り替えて実施されるように、第１、第２、第３および第４開閉弁３２、３４、３６、３８を制御する。

【0046】

具体的には、図３に示すように、電子制御装置５０は、第１、第２開閉弁３２、３４を制御して、第１開閉弁３２を閉じるとともに、第２開閉弁３４を開くことで、第２反応器３と蒸発器４とを連通させる。さらに、電子制御装置５０は、空気用配管２１に設けられた３方弁２３を制御して、空気が第２反応器３を通過して工場炉１００に供給される状態とする。

【0047】

また、電子制御装置５０は、第３、第４開閉弁３６、３８を制御して、第３開閉弁３６を開くとともに、第４開閉弁３８を閉じることで、第１反応器２と凝縮器５とを連通させる。さらに、電子制御装置５０は、燃焼ガス用配管に設けられた３方弁１２を制御して、第１反応器２へ燃焼ガスが供給される状態とする。

【0048】

このときにおいても、蒸発器４に対しては燃焼ガスが供給される状態となっており、蒸発器４では１００℃の温度でＨ_２Ｏ（液体）が加熱される。

【0049】

これにより、第２反応器３においては、上記反応式（１）に示すように、蒸発器４から供給されたＨ_２ＯとＣａＢｒ_２とが反応し、この反応に伴う熱によって工場炉１００に供給される空気を加熱する第１機能が実行される。

【0050】

一方、第１反応器２においては、燃焼ガスが供給されることにより、燃焼ガスの熱の入力を受けて、上記反応式（２）に示すように、ＣａＢｒ_２に反応したＨ_２Ｏを再生させる第２機能が実行される。さらに、第１反応器２が凝縮器５に連通することにより、再生されたＨ_２Ｏが凝縮器５に流入し、凝縮器５でＨ_２Ｏが気体から液体に変換される。

【0051】

このように、本実施形態の蓄熱装置１は、１５５℃の排熱を２４６℃の高温熱に昇温させる上記反応式（１）、（２）による気固吸収式ケミカルヒートポンプを構成している。

【0052】

以上の説明の通り、本実施形態では、第１、第２反応器２、３の一方において、工場炉１００の排熱を回収し、回収した熱を利用してＣａＢｒ_２に反応したＨ_２Ｏを再生させるとともに、第１、第２反応器２、３の他方において、蒸発器４から供給されたＨ_２ＯとＣａＢｒ_２とを反応させ、この反応に伴う熱によって空気を加熱して工場炉１００に供給するように、第１、第２反応器２、３が構成されている。

【0053】

そして、蒸発器４は、工場炉１００から排出された排熱を利用してＨ_２Ｏを加熱して、Ｈ_２Ｏを液体から気体に変換するように構成されている。

【0054】

ここで、ＣａＢｒ_２とＨ_２Ｏの反応時における放熱温度は、第１、第２反応器２、３の内部圧力に応じた温度となる。第１、第２反応器２、３は、蒸発器４と連通した状態であるので、第１、第２反応器２、３の内部圧力は蒸発器４の内部圧力と同じである。このため、本実施形態と異なり、蒸発器４での蒸発を常温で行うと、その温度での水蒸気圧に相当する蒸気圧に応じた放熱温度となる。例えば、蒸発器４での蒸発温度が２０℃（常温）のとき、図４に示すように、そのときの水蒸気圧は２．４ｋＰａであり、その圧力に応じた蒸気圧でのＣａＢｒ_２・Ｈ_２Ｏの温度は１５５であるため、その圧力に応じた蒸気圧でのＣａＢｒ_２とＨ_２Ｏの反応時における放熱温度は１５５℃である。

【0055】

これに対して、本実施形態では、工場炉１００から排出された排熱を利用して、蒸発器４での蒸発温度を１００℃としているため、上述の通り、ＣａＢｒ_２とＨ_２Ｏの反応時における放熱温度は２４６℃である。

【0056】

このように、本実施形態によれば、工場炉１００から回収した排熱を利用して、蒸発器４でのＨ_２Ｏの蒸発を常温よりも工場炉１００の温度（５００℃）に近い温度（１００℃）で行うので、Ｈ_２Ｏの蒸発を常温で行う場合と比較して、工場炉１００に還流させる熱の温度を工場炉１００の温度側にシフトさせることができる。

【0057】

この結果、本実施形態によれば、Ｈ_２Ｏの蒸発を常温で行う場合と比較して、工場炉１００に対して適切な温度の熱を還流させることができ、工場炉１００から回収した排熱を有効利用できる。

【0058】

なお、本実施形態では、蒸発器４での蒸発温度を１００℃としたが、排熱を利用できる温度範囲内であって、常温よりも高い温度であれば、蒸発温度を他の温度としても良い。例えば、１００℃での水蒸気圧よりも高い圧力に耐えられる蒸発器を使用した場合であれば、蒸発温度を１００℃よりも高くすることができ、ＣａＢｒ_２の発熱温度を２４６℃よりも高くできる。また、蒸発温度を１００℃と２０℃の間の温度に設定することで、ＣａＢｒ_２の発熱温度を２４６℃と１５５℃の間の温度とすることができる。

【0059】

また、本実施形態では、１５５℃の温度でＣａＢｒ_２に反応したＨ_２Ｏを再生させていたが、１５５℃以外の温度でＣａＢｒ_２に反応したＨ_２Ｏを再生させることもできる。

【0060】

また、本実施形態では、第１、第２反応器２、３のうちの一方において、蒸発器４と連通し、空気が供給されることにより、蒸発器４から供給されたＨ_２ＯとＣａＢｒ_２とを反応させ、この反応に伴う熱によって空気を加熱する第１機能が実施され、第１、第２反応器２、３のうちの他方において、工場炉１００からの排熱が供給されることにより、ＣａＢｒ_２に反応したＨ_２Ｏを再生させる第２機能が、第１機能と同時に実施されるように、電子制御装置５０が第１、第２、第３および第４開閉弁３２、３４、３６、３８を制御するようになっている。さらに、第１機能と第２機能とが、第１、第２反応器２、３の一方と他方で切り替えて実施されるように、電子制御装置５０が第１、第２、第３および第４開閉弁３２、３４、３６、３８を制御するようになっている。

【0061】

これにより、排熱回収装置１の連続運転が可能となり、工場炉１００への供給空気の予熱を連続して行うことができる。

【0062】

（他の実施形態）
（１）第１実施形態では、工場炉１００に熱を還流させる際の熱媒体を、工場炉１００に供給される空気としたが、空気の代わりに、工場炉１００に供給される燃料としても良く、燃料と空気の両方としても良い。

【0063】

（２）第１実施形態では、排熱回収装置１が、反応部として第１、第２反応器２、３の２つを有していたが、反応器は３つ以上であっても良く、反応器は１つであっても良い。反応部として少なくとも２つの反応器を有する場合では、第１実施形態と同様に、２つの反応器の一方で第１機能が実施され、２つの反応器の他方で第２機能が同時に実施されるとともに、第１機能と第２機能とが、２つの反応器の一方と他方で切り替えて実施されるようにする。また、反応器が１つの場合では、第１機能と第２機能とが切り替えて実施されるようにする。

【0064】

（３）第１実施形態では、排熱回収装置１は凝縮器５を備えており、再生された反応媒体（Ｈ_２Ｏ）を凝縮器５で凝縮して、蒸発器４に戻していたが、凝縮器４を省略して、再生された反応媒体を排熱回収装置１の外部に放出するようにしても良い。この場合、蒸発器４に反応媒体が補充される構成を採用する。

【0065】

（４）第１実施形態では、エネルギ変換手段が工場炉１００である場合を説明したが、他のエネルギ変換手段に対しても本発明の排熱回収装置の適用が可能である。エネルギ変換手段としては、車両等に搭載されるエンジン等のように、燃料と酸化剤との酸化発熱を利用して、機械的エネルギを出力するものや、燃料電池等のように、燃料と酸化剤との電気化学反応により、電気エネルギを出力するものが挙げられる。

【0066】

（５）第１実施形態では、１５５℃の燃焼ガスを排出する工場炉１００に対して、すなわち、温熱を排出する排熱手段（エネルギ変換手段）に対して、本発明の排熱回収装置を適用したが、冷熱を排出する排熱手段（エネルギ変換手段）に対して、本発明の排熱回収装置を適用することも可能である。

【0067】

冷熱を排出する排熱手段としては、例えば、−１００℃の冷熱を生成し、その冷熱を使用した後に−１０℃の排熱を排出する冷凍装置が挙げられる。この場合、第１実施形態において、工場炉１００をこの冷凍装置に変更し、工場炉１００からの燃焼ガスを−１０℃の排熱を伝達する熱媒体に変更し、第１、第２反応器２、３に供給される空気を熱媒体に変更する。このとき、化学蓄熱材としては、冷凍装置の排熱温度（−１０℃）で吸熱して反応媒体を再生するものを採用する。

【0068】

ここで、反応媒体との反応時に化学蓄熱材が放出する熱の温度（発熱温度）は、第１、第２反応器２、３に連通した蒸発器４での反応媒体の蒸発温度に応じた圧力によって定まり、図４に示すように、反応媒体の蒸発温度が高ければ、化学蓄熱材の発熱温度は高く、反応媒体の蒸発温度が低ければ、化学蓄熱材の発熱温度は低くなる。

【0069】

この場合においても、−１０℃の排熱を利用して、蒸発器４での反応媒体の蒸発を常温よりも冷凍装置の温度（−１００℃）に近い温度で行うので、反応媒体の蒸発を常温で行う場合と比較して、冷凍装置に還流させる冷熱の温度を冷凍装置の温度側にシフトさせることができる。

【0070】

この結果、この場合においても、反応媒体の蒸発を常温で行う場合と比較して、冷凍装置に対して適切な温度の熱を還流させることができ、冷凍装置から回収した排熱（冷熱）を有効利用できる。

【0071】

（６）第１実施形態では、反応媒体としてＨ_２Ｏを採用したが、Ｈ_２Ｏの代わりに、ＮＨ_３を採用しても良い。ＮＨ_３はＨ_２Ｏと同様に、水素結合が発現するものであり、上記反応式と同様の反応が起きるからである。

【0072】

また、第１実施形態では、化学蓄熱材としてＣａイオンとＢｒイオンとを組み合わせたイオン結晶物を採用したが、他のイオン結晶物を採用しても良い。ただし、アルカリ土類に属するＣａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａの陽イオンのうちの少なくとも１つと、Ｏ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉの陰イオンのうちの少なくとも１つと、を組み合わせたイオン結晶物を採用することが好ましい。ＣａＢｒ２と同様の可逆反応が起きるからである。

【0073】

また、上記したイオン結晶物に限らず、ゼオライト等の他の化学蓄熱材を採用しても良い。ゼオライトの水の吸着反応も、特許請求の範囲に記載の反応に該当する。本発明の排熱回収装置に用いられる化学蓄熱材は、図４に示すような蒸気圧特性を有する化学蓄熱材であれば良い。すなわち、反応媒体の蒸発時の温度を常温からシフトさせることで反応媒体の再生時の発熱温度を、反応媒体を常温で蒸発させる場合での発熱温度からシフトさせることができるものであれば良い。

【符号の説明】

【0074】

１ 排熱回収装置
２ 第１反応器（反応部）
３ 第２反応器（反応部）
４ 蒸発器（蒸発部）
５ 凝縮器（凝縮部）
１２ 燃焼ガス用配管に設けられた３方弁（第１切替手段）
２３ 空気用配管に設けられた３方弁（第３切替手段）
３２ 第１開閉弁（第２切替手段）
３４ 第２開閉弁（第２切替手段）
３６ 第３開閉弁（第４切替手段）
３８ 第４開閉弁（第４切替手段）
５０ 電子制御装置（制御手段）
１００ 工場炉（排熱手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】