特許 7408369 熱利用システム及びその運転停止方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-22

(45)【発行日】2024-01-05

(54)【発明の名称】熱利用システム及びその運転停止方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/46 20060101AFI20231225BHJP

【ＦＩ】

F23G5/46 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019224558

(22)【出願日】2019-12-12

(65)【公開番号】P2021092368

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-10-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000192590

【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100187908

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 康平

(72)【発明者】

【氏名】山口 修史

(72)【発明者】

【氏名】迫田 健吾

(72)【発明者】

【氏名】尾家 俊康

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－００９６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４５８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２５４４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｇ ５／４６

Ｆ２３Ｊ １５／００－１５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源流体が流通する熱源流路と、
前記熱源流路から流入する前記熱源流体から熱媒体へ放熱させる熱交換器と、
前記熱交換器で前記熱媒体が前記熱源流体から回収した熱を利用する熱利用設備と、
大気圧よりも高圧状態に加圧された液状の前記熱媒体が流通する配管からなる流路であって、前記熱交換器と前記熱利用設備とを接続する循環流路と、
前記循環流路を通じて前記熱交換器と前記熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させる循環ポンプと、
前記循環流路内の前記熱媒体の温度を検知する温度検知部と、
前記循環流路内の前記熱媒体を冷却する冷却機構と、
前記熱利用設備の運転を停止させた後、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度以下になるように、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却する制御部と、を備えた、熱利用システム。

【請求項2】

前記冷却機構は、
前記循環流路に両端が接続された流路であって、前記循環流路から前記熱媒体が流入すると共に前記循環流路に前記熱媒体を合流させる冷却流路と、
前記冷却流路に配置され、冷却媒体との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷却器と、
前記循環流路から前記冷却流路への前記熱媒体の流入及びその停止を切り替える切替弁と、を含み、
前記制御部は、前記熱媒体が前記循環流路及び前記冷却流路を流通するように、前記循環ポンプ及び前記切替弁を制御する、請求項１に記載の熱利用システム。

【請求項3】

前記熱源流路から前記熱交換器への前記熱源流体の流入及びその停止を切り替える熱源流体切替部をさらに備え、
前記制御部は、
前記熱源流体切替部を制御して前記熱源流路から前記熱交換器へ前記熱源流体を流入させると共に、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させ且つ前記熱利用設備を作動させることにより、前記熱媒体が前記熱源流体から回収した熱を前記熱利用設備で利用する熱利用運転と、
前記熱利用運転の後、前記熱源流体切替部を制御して前記熱源流路から前記熱交換器への前記熱源流体の流入を停止し、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度を大気圧下での沸点以下の所定の温度以下まで下げると共に前記循環ポンプ及び前記熱利用設備を停止させる冷却停止運転と、
前記冷却停止運転の後、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度を超えた時に、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却する再冷却運転と、を実行するように構成されている、請求項１又は２に記載の熱利用システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記冷却停止運転において、前記熱利用設備を停止した後、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却し、その後前記循環ポンプを停止させる、請求項３に記載の熱利用システム。

【請求項5】

前記温度検知部は、前記循環流路のうち前記熱交換器の出口と前記熱利用設備の入口との間の部位に設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱利用システム。

【請求項6】

熱源流体が流通する熱源流路と、前記熱源流路から流入する前記熱源流体から熱媒体へ放熱させる熱交換器と、前記熱交換器で前記熱媒体が前記熱源流体から回収した熱を利用する熱利用設備と、大気圧よりも高圧状態に加圧された液状の前記熱媒体が流通する配管からなる流路であって、前記熱交換器と前記熱利用設備とを接続する循環流路と、前記循環流路を通じて前記熱交換器と前記熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させる循環ポンプと、前記循環流路内の前記熱媒体の温度を検知する温度検知部と、前記循環流路内の前記熱媒体を冷却する冷却機構と、を備えた熱利用システムの運転を停止する方法であって、
前記熱利用設備の運転を停止させた後、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度以下になるように、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却する、熱利用システムの運転停止方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱利用システム及びその運転停止方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に記載されているように、下水汚泥等を焼却する焼却炉より排出される高温の排ガスから熱を回収して利用する熱利用システムが知られている。このような熱利用システムは、排ガスが有する熱エネルギーの有効利用の観点から望ましく、近年注目を集めている技術である。

【0003】

特許文献１に記載された熱利用システムは、焼却炉から排出された排ガスの熱により白煙防止空気を加熱する白煙防止器と、加熱された白煙防止空気を煙突まで導く流路上に配置された熱回収用ボイラと、熱回収用ボイラの前後に配置された一対のダンパと、熱回収用ボイラを迂回するバイパスラインと、を備えている。この熱利用システムによれば、熱回収用ボイラにおいて、白煙防止空気を熱源として蒸気を発生させることができる。そして、発生した蒸気は、所定の利用先に送られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－２４２０２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された熱利用システムにおいて、蒸気の利用先が停止している間には、熱回収用ボイラの前後のダンパを閉じ、バイパスラインを通じて白煙防止空気（熱源流体）を煙突に直接導くことが考えられる。ここで、ダンパの前後には圧力差が生じるため、これにより白煙防止空気が閉状態のダンパから漏れてボイラ側にリークすることがある。その結果、利用先の停止中に白煙防止空気の熱によって熱媒体（蒸気の発生源）の沸騰や膨張が起こって熱媒体が配管から噴き出し、配管等の機器が破損するという問題が起こり得る。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱利用設備の停止時における熱媒体の噴き出しを抑制することが可能な熱利用システム及びその運転停止方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一局面に係る熱利用システムは、熱源流体が流通する熱源流路と、前記熱源流路から流入する前記熱源流体から熱媒体へ放熱させる熱交換器と、前記熱交換器で前記熱媒体が前記熱源流体から回収した熱を利用する熱利用設備と、大気圧よりも高圧状態に加圧された液状の前記熱媒体が流通する流路であって、前記熱交換器と前記熱利用設備とを接続する循環流路と、前記循環流路を通じて前記熱交換器と前記熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させる循環ポンプと、前記循環流路内の前記熱媒体の温度を検知する温度検知部と、前記循環流路内の前記熱媒体を冷却する冷却機構と、前記熱利用設備の運転を停止させた後、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度以下になるように、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却する制御部と、を備えている。

【0008】

上記熱利用システムによれば、熱利用設備の運転停止後において、熱媒体を循環流路に流通させつつ冷却機構により熱媒体を冷却することができる。これにより、熱利用設備の運転停止後に熱源流体が熱交換器へリークする場合であっても、冷却機構により熱媒体の温度上昇を抑制することができる。したがって、本発明の熱利用システムによれば、熱利用設備の停止時における熱媒体の噴き出しを抑制することができる。

【0009】

上記熱利用システムにおいて、前記冷却機構は、前記循環流路に両端が接続された流路であって、前記循環流路から前記熱媒体が流入すると共に前記循環流路に前記熱媒体を合流させる冷却流路と、前記冷却流路に配置され、冷却媒体との熱交換により前記熱媒体を冷却する冷却器と、前記循環流路から前記冷却流路への前記熱媒体の流入及びその停止を切り替える切替弁と、を含んでいてもよい。前記制御部は、前記熱媒体が前記循環流路及び前記冷却流路を流通するように、前記循環ポンプ及び前記切替弁を制御してもよい。

【0010】

この構成によれば、熱媒体の冷却が必要な時にのみ、循環ポンプ及び切替弁を制御して熱媒体を冷却器へ流通させることができる。このため、冷却媒体が流通していない状態で熱媒体が冷却器へ流通することによって冷却器が熱損傷を受けるのを防ぐことができる。

【0011】

上記熱利用システムは、前記熱源流路から前記熱交換器への前記熱源流体の流入及びその停止を切り替える熱源流体切替部をさらに備えていてもよい。前記制御部は、前記熱源流体切替部を制御して前記熱源流路から前記熱交換器へ前記熱源流体を流入させると共に、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させ且つ前記熱利用設備を作動させることにより、前記熱媒体が前記熱源流体から回収した熱を前記熱利用設備で利用する熱利用運転と、前記熱利用運転の後、前記熱源流体切替部を制御して前記熱源流路から前記熱交換器への前記熱源流体の流入を停止し、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度を大気圧下での沸点以下の所定の温度以下まで下げると共に前記循環ポンプ及び前記熱利用設備を停止させる冷却停止運転と、前記冷却停止運転の後、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度を超えた時に、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却する再冷却運転と、を実行するように構成されていてもよい。

【0012】

この構成によれば、熱媒体を一旦冷却した後に、熱交換器の残留熱や熱交換器側への熱源流体のリーク等によって熱媒体の温度が再上昇する場合であっても、熱媒体を再冷却することにより、熱媒体の沸騰による噴き出しを抑制することができる。

【0013】

上記熱利用システムにおいて、前記制御部は、前記冷却停止運転において、前記熱利用設備を停止した後、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却し、その後前記循環ポンプを停止させてもよい。

【0014】

この構成によれば、熱媒体を循環流路において循環させつつ冷却することにより、熱媒体の温度を効率的に下げることができる。

【0015】

上記熱利用システムにおいて、前記温度検知部は、前記循環流路のうち前記熱交換器の出口と前記熱利用設備の入口との間の部位に設けられていてもよい。

【0016】

この構成によれば、熱交換器から流出した後の高温の熱媒体の温度に基づいて冷却機構を制御することにより、熱媒体の沸騰による噴き出しをより確実に抑制することが可能になる。

【0017】

本発明の他の局面に係る熱利用システムの運転停止方法は、熱源流体が流通する熱源流路と、前記熱源流路から流入する前記熱源流体から熱媒体へ放熱させる熱交換器と、前記熱交換器で前記熱媒体が前記熱源流体から回収した熱を利用する熱利用設備と、大気圧よりも高圧状態に加圧された液状の前記熱媒体が流通する流路であって、前記熱交換器と前記熱利用設備とを接続する循環流路と、前記循環流路を通じて前記熱交換器と前記熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させる循環ポンプと、前記循環流路内の前記熱媒体の温度を検知する温度検知部と、前記循環流路内の前記熱媒体を冷却する冷却機構と、を備えた熱利用システムの運転を停止する方法である。この方法では、前記熱利用設備の運転を停止させた後、前記温度検知部により検知される前記熱媒体の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度以下になるように、前記循環ポンプを制御して前記熱媒体を前記循環流路に流通させつつ前記冷却機構を制御して前記熱媒体を冷却する。

【0018】

上記熱利用システムの運転停止方法では、熱利用設備の運転を停止した後、熱媒体を循環流路に流通させつつ冷却機構により熱媒体を冷却する。これにより、熱利用設備の運転停止後に熱源流体が熱交換器へリークする場合であっても、冷却機構により熱媒体の温度上昇を抑制することができる。したがって、本発明の熱利用システムの運転停止方法によれば、熱利用設備の停止時における熱媒体の噴き出しを抑制することができる。

【発明の効果】

【0019】

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、熱利用設備の停止時における熱媒体の噴き出しを抑制することが可能な熱利用システム及びその運転停止方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態１における廃棄物処理設備の構成を模式的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る熱利用システムの構成を模式的に示す図である。

【図3】上記熱利用システムにおける制御部の各機能を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る熱利用システムの運転停止方法を説明するためのフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態２に係る熱利用システムの構成を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る熱利用システム及びその運転停止方法を詳細に説明する。

【0022】

（実施形態１）
＜廃棄物処理設備＞
まず、本発明の実施形態１に係る熱利用システム１が適用される廃棄物処理設備１００の構成を、図１に基づいて説明する。図１は、廃棄物処理設備１００の全体構成を模式的に示している。廃棄物処理設備１００は、例えば下水汚泥等の廃棄物を焼却処理する設備であり、焼却炉２と、空気予熱器３と、白煙防止予熱器４と、ガス冷却器５と、バグフィルタ６と、排煙処理塔７と、煙突８と、熱利用システム１と、を主に備えている。

【0023】

図１に示すように、廃棄物処理設備１００では、焼却炉２から排出される排ガスＧ１を煙突８まで導くための排ガス流路９が設けられている。当該排ガス流路９上において、空気予熱器３、白煙防止予熱器４、ガス冷却器５、バグフィルタ６及び排煙処理塔７が、排ガスＧ１の流れ方向の上流から下流に向かって順に配置されている。

【0024】

焼却炉２は、下水汚泥等の廃棄物を焼却処理するものであり、例えば流動床式焼却炉である。図１に示すように、焼却炉２の底部には空気流路８２の下流端が接続されており、当該空気流路８２を通じて燃焼用空気Ａ１が焼却炉２内に供給される。焼却炉２で廃棄物の焼却時に発生し、炉外へ排出された排ガスＧ１は、排ガス流路９を通じて空気予熱器３へ向かって流れる。

【0025】

空気予熱器３は、排ガスＧ１と燃焼用空気Ａ１との間で熱交換を行う熱交換器である。具体的には、ブロワ８１により圧送された燃焼用空気Ａ１が空気予熱器３内へ導入され、当該空気予熱器３において高温の排ガスＧ１により加熱される。そして、加熱された燃焼用空気Ａ１は、上述の通り空気流路８２を通じて焼却炉２内へ導かれる。一方、燃焼用空気Ａ１との熱交換により温度が下がった排ガスＧ１は、空気予熱器３から排出された後、排ガス流路９を通じて白煙防止予熱器４へ向かって流れる。

【0026】

白煙防止予熱器４は、白煙防止空気Ａ２を排ガスＧ１の熱により加熱するための熱交換器である。具体的には、白煙防止ファン８３により圧送された白煙防止空気Ａ２は、白煙防止予熱器４において排ガスＧ１と熱交換することにより加熱される。白煙防止予熱器４で加熱された後の白煙防止空気Ａ２の温度は、例えば６００℃程度である。

【0027】

加熱された白煙防止空気Ａ２は、白煙防止予熱器４から排出された後、熱利用システム１を通過して煙突８まで導かれる。後に詳述する通り、熱利用システム１では、排ガスＧ１により加熱された白煙防止空気Ａ２の熱を回収して有効に利用することができる。一方、白煙防止空気Ａ２との熱交換により温度がさらに下がった排ガスＧ１は、白煙防止予熱器４から排出された後、排ガス流路９を通じてガス冷却器５に導入される。

【0028】

排ガスＧ１は、ガス冷却器５で冷却された後、バグフィルタ６を通過することによりダスト等が除去される。その後、排ガスＧ１は、排煙処理塔７でＳＯｘ等が除去された後、煙突８から大気中に放出される。図１に示すように、白煙防止予熱器４で加熱された白煙防止空気Ａ２は、熱利用システム１を通過した後、煙突８において排ガスＧ１に合流する。これにより、白煙防止空気Ａ２の熱で排ガスＧ１が加温され、排ガスＧ１に含まれる水蒸気の凝縮を抑制することにより、白煙の発生が防止される。

【0029】

＜熱利用システム＞
次に、本実施形態に係る熱利用システム１の構成を、図１～図３に基づいて説明する。熱利用システム１は、白煙防止予熱器４（図１）で排ガスＧ１により加熱された白煙防止空気Ａ２から熱回収して利用するシステムである。図２に示すように、熱利用システム１は、熱源流路１０と、熱交換器２０と、熱源流体切替部３０と、熱媒体循環流路４０と、循環ポンプ４３と、冷却機構５０と、温度検知部５１と、熱利用設備６０と、を主に備えている。以下、これらの構成要素をそれぞれ説明する。本実施形態では、白煙防止予熱器４で排ガスＧ１により加熱された後、当該白煙防止予熱器４から流出した白煙防止空気Ａ２を「熱源流体」の一例として説明する。但し、熱源流体はこれに限定されない。

【0030】

熱源流路１０は、熱源流体が流通する配管からなり、上流端が白煙防止予熱器４の出口に接続されていると共に、下流端が煙突８に接続されている（図１）。より具体的には、熱源流路１０は、白煙防止予熱器４から流出した白煙防止空気Ａ２を熱交換器２０の入口まで導く上流側熱源流路１１と、熱交換器２０の出口から流出した白煙防止空気Ａ２を煙突８まで導く下流側熱源流路１２と、を有している。これにより、白煙防止予熱器４から排出された白煙防止空気Ａ２が、熱交換器２０を通過した後に煙突８まで導かれる。

【0031】

熱交換器２０は、熱源流路１０（上流側熱源流路１１）から流入する熱源流体から熱媒体Ｈ１へ放熱させるためのものである。図２に示すように、熱交換器２０は、熱源流体が流通する高温側流路２２と、熱媒体Ｈ１が流通する低温側流路２１とを有し、各流路を流れる熱源流体と熱媒体Ｈ１との間で熱交換を行う。これにより、熱媒体Ｈ１が熱源流体から熱回収し、加熱される。熱媒体Ｈ１は、例えば水や有機溶媒等の液状の媒体である。

【0032】

熱源流体切替部３０は、熱源流路１０（上流側熱源流路１１）から熱交換器２０（高温側流路２２）への熱源流体の流入及びその停止を切り替えるためのものである。図２に示すように、本実施形態における熱源流体切替部３０は、熱源流体バイパス流路３１と、上流弁３２と、下流弁３３と、バイパス弁３４と、を有している。

【0033】

熱源流体バイパス流路３１は、熱交換器２０を迂回するように熱源流路１０に接続されている。具体的には、熱源流体バイパス流路３１の上流端は上流側熱源流路１１に接続されており、熱源流体バイパス流路３１の下流端は下流側熱源流路１２に接続されている。バイパス弁３４は熱源流体バイパス流路３１に配置されており、当該バイパス弁３４の開閉を切り替えることにより、上流側熱源流路１１から熱源流体バイパス流路３１への熱源流体の流入及びその停止が切り替わる。

【0034】

上流弁３２は、熱源流体の流通及びその停止を切り替える弁であり、図２に示すように、上流側熱源流路１１のうち熱源流体バイパス流路３１の上流端が接続される部位よりも熱交換器２０側に配置されている。下流弁３３は、上流弁３２と同様に熱源流体の流通及びその停止を切り替える弁であり、下流側熱源流路１２のうち熱源流体バイパス流路３１の下流端が接続される部位よりも熱交換器２０側に配置されている。つまり、上流弁３２及び下流弁３３は、熱源流路１０において熱交換器２０の前後にそれぞれ配置されている。

【0035】

本実施形態における上流弁３２、下流弁３３及びバイパス弁３４は、それぞれバタフライ弁である。熱源流体切替部３０によれば、上流弁３２及び下流弁３３を開くと共にバイパス弁３４を閉じることにより熱交換器２０への熱源流体の流入を許容し、一方で上流弁３２及び下流弁３３を閉じると共にバイパス弁３４を開くことにより、熱交換器２０への熱源流体の流入を停止すると共に熱源流体バイパス流路３１へ熱源流体を流入させることができる。

【0036】

熱媒体循環流路４０は、大気圧よりも高圧状態に加圧された液状の熱媒体Ｈ１が流通する流路であり、熱交換器２０（低温側流路２１）と熱利用設備６０とを接続している。図２に示すように、熱媒体循環流路４０は、熱交換器２０における低温側流路２１の出口２１Ａと熱利用設備６０における熱媒体Ｈ１の入口６０Ａとを接続する第１循環流路４１と、熱利用設備６０における熱媒体Ｈ１の出口６０Ｂと熱交換器２０における低温側流路２１の入口２１Ｂとを接続する第２循環流路４２と、を有している。熱媒体Ｈ１は、第１循環流路４１を介して熱交換器２０から熱利用設備６０へ向かって流れ、且つ第２循環流路４２を介して熱利用設備６０から熱交換器２０へ向かって流れることにより、熱交換器２０と熱利用設備６０との間で循環する。本実施形態では、熱交換器２０で１００℃以上の温度（例えば１５０℃程度）まで加熱された水（熱媒体Ｈ１）を液状態のまま循環させるため、熱媒体循環流路４０内を加圧する加圧機構（図示しない）が別途設けられている。この加圧機構は、例えばコンプレッサやブロワ等であり、廃棄物処理設備１００内における計装空気を熱媒体循環流路４０の配管内に供給する。

【0037】

図２に示すように、第１循環流路４１には、冷却機構５０、膨張タンク４４及び温度検知部５１が、熱媒体Ｈ１の流れ方向の上流から下流に向かって順に配置されている。また第２循環流路４２には、循環ポンプ４３が配置されている。当該循環ポンプ４３を作動させることにより、熱媒体Ｈ１が熱媒体循環流路４０を通じて熱交換器２０と熱利用設備６０との間で循環する。

【0038】

冷却機構５０は、熱媒体循環流路４０内の熱媒体Ｈ１を冷却するためのものであり、冷却流路５６と、冷却器５４と、入口側切替弁５５と、出口側切替弁５７と、を含む。図２に示すように、冷却流路５６は、熱媒体循環流路４０（第１循環流路４１のうち膨張タンク４４よりも熱交換器２０側の部位）に両端が接続された流路であり、第１循環流路４１から熱媒体Ｈ１が流入すると共に、冷却器５４を通過した熱媒体Ｈ１を第１循環流路４１に合流させる。

【0039】

冷却器５４は、冷却流路５６に配置された熱交換器であり、冷却媒体との熱交換により熱媒体Ｈ１を冷却する。具体的に、冷却器５４は、熱媒体Ｈ１が流れる高温側流路５４Ａと、冷却媒体が流れる低温側流路５４Ｂとを有し、高温側流路５４Ａと低温側流路５４Ｂとの間で熱交換可能に構成されている。高温側流路５４Ａは、冷却流路５６に接続されている。冷却媒体としては、例えば冷水を用いることができるが、これに限定されない。

【0040】

入口側切替弁５５は、第１循環流路４１から冷却流路５６への熱媒体Ｈ１の流入及びその停止を切り替えるためのものである。入口側切替弁５５は、例えばＯＮ－ＯＦＦ弁であり、冷却流路５６のうち冷却器５４の入口側の部位に配置されている。

【0041】

出口側切替弁５７は、冷却流路５６から第１循環流路４１への熱媒体Ｈ１の流入及びその停止を切り替えるものである。出口側切替弁５７は、例えば調整弁であり、冷却流路５６のうち冷却器５４の出口側の部位に配置されている。なお、入口側切替弁５５が調整弁で且つ出口側切替弁５７がＯＮ－ＯＦＦ弁であってもよいし、入口側切替弁５５及び出口側切替弁５７の両方がＯＮ－ＯＦＦ弁であってもよいし、入口側切替弁５５及び出口側切替弁５７の両方が調整弁であってもよい。

【0042】

温度検知部５１は、熱媒体循環流路４０内の熱媒体Ｈ１の温度を検知するセンサであり、検知温度に応じた信号を出力する。図２に示すように、本実施形態における温度検知部５１は、熱媒体循環流路４０のうち熱交換器２０の低温側流路２１の出口２１Ａと熱利用設備６０の入口６０Ａとの間の部位、具体的には、第１循環流路４１のうち膨張タンク４４よりも熱利用設備６０側の部位に配置されている。しかし、温度検知部５１の位置はこれに限定されず、熱媒体循環流路４０における任意の位置（例えば第１循環流路４１のうち冷却流路５６が接続された部位と熱交換器２０との間の部位）に配置されていてもよい。

【0043】

熱利用システム１は、熱利用設備６０を迂回するように熱媒体循環流路４０に接続された熱媒体バイパス流路５３と、熱媒体循環流路４０（第１循環流路４１）から熱媒体バイパス流路５３への熱媒体Ｈ１の流入及びその停止を切り替える熱媒体切替部５２と、をさらに備えている。本実施形態における熱媒体切替部５２は、三方弁により構成されており、第１循環流路４１のうち温度検知部５１よりも熱利用設備６０側の部位に配置されている。

【0044】

熱媒体切替部５２は、１つの入口ポート５２Ａと、２つの出口ポート（第１出口ポート５２Ｂ及び第２出口ポート５２Ｃ）とを有し、入口ポート５２Ａ及び第１出口ポート５２Ｂが第１循環流路４１に接続されていると共に、第２出口ポート５２Ｃが熱媒体バイパス流路５３に接続されている。熱媒体切替部５２は、入口ポート５２Ａと第１出口ポート５２Ｂとが連通する第１切替状態（熱媒体Ｈ１が熱媒体バイパス流路５３へ流入せず、熱利用設備６０へ流入する状態）と、入口ポート５２Ａと第２出口ポート５２Ｃとが連通する第２切替状態（熱媒体Ｈ１が熱利用設備６０へ流入せず、熱媒体バイパス流路５３へ流入する状態）との間で切り替わる。図２に示すように、熱媒体バイパス流路５３は、一端（上流端）が上記三方弁の第２出口ポート５２Ｃに接続されていると共に、他端（下流端）が第２循環流路４２のうち循環ポンプ４３よりも熱利用設備６０側の部位に接続されている。

【0045】

熱利用設備６０は、熱交換器２０で熱媒体Ｈ１が熱源流体から回収した熱を利用するものであり、本実施形態ではバイナリー発電装置である。すなわち、熱利用設備６０は、熱媒体Ｈ１が熱源流体から回収した熱エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する設備であり、低沸点の冷媒である作動媒体Ｗ１が循環する作動媒体循環流路６２と、当該作動媒体循環流路６２上に配置された作動媒体ポンプ６６、蒸発器６１、膨張機６３、発電機６４及び凝縮器６５と、を有している。作動媒体ポンプ６６、蒸発器６１、膨張機６３及び凝縮器６５は、作動媒体Ｗ１の流れ方向においてこの順に配置されている。なお、熱利用設備６０は、バイナリー発電装置に限定されるものではない。

【0046】

作動媒体Ｗ１は、作動媒体ポンプ６６により加圧され、蒸発器６１に向かって送り出される。蒸発器６１は、熱媒体Ｈ１が流通する高温側流路６１Ａと、作動媒体Ｗ１が流通する低温側流路６１Ｂとを有する熱交換器である。図２に示すように、高温側流路６１Ａの入口６０Ａに第１循環流路４１の下流端が接続されており、高温側流路６１Ａの出口６０Ｂに第２循環流路４２の上流端が接続されている。また低温側流路６１Ｂの出入口には、作動媒体循環流路６２が接続されている。

【0047】

蒸発器６１では、熱源流体から熱回収した後の熱媒体Ｈ１が高温側流路６１Ａへ流入し、低温側流路６１Ｂへ流入した液状の作動媒体Ｗ１が当該熱媒体Ｈ１の熱により蒸発する。そして、蒸発した作動媒体Ｗ１により膨張機６３のタービンが回転し、その回転力により発電機６４において発電が行われる。このようにして、熱媒体Ｈ１が熱源流体から回収した熱を発電に利用することができる。

【0048】

熱利用システム１は、当該熱利用システム１の各種動作を制御するコントローラである制御部９０（図３）をさらに備えている。図３は、制御部９０の機能ブロック図である。図３に示すように、制御部９０は、受付部９１と、判定部９２と、弁制御部９３と、ポンプ制御部９４と、記憶部９５と、を含む。

【0049】

受付部９１は、温度検知部５１から送られる検知信号を受信する。判定部９２は、受付部９１により受信された検知信号のデータと記憶部９５に格納された設定温度のデータとを比較し、それらの大小関係を判定する。弁制御部９３は、上流弁３２、下流弁３３、バイパス弁３４及び入口側切替弁５５の開閉状態を切り替え、出口側切替弁５７の開度を調整し、また熱媒体切替部５２を第１切替状態と第２切替状態との間で切り替える。ポンプ制御部９４は、循環ポンプ４３の起動及びその停止を切り替えると共に、作動媒体ポンプ６６の起動及びその停止を切り替える。受付部９１、判定部９２、弁制御部９３及びポンプ制御部９４は、上記コントローラの中央演算処理装置（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により実行される各機能であり、記憶部９５はメモリ等の記憶装置により構成されている。

【0050】

制御部９０は、熱利用設備６０の運転を停止させた後、温度検知部５１により検知される熱媒体Ｈ１の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度以下になるように、循環ポンプ４３を制御して熱媒体Ｈ１を熱媒体循環流路４０に流通させつつ冷却機構５０を制御して熱媒体Ｈ１を冷却する。以下、この制御の具体的な内容を、本実施形態に係る熱利用システムの運転停止方法において、図４のフローチャートに従って説明する。

【0051】

＜熱利用システムの運転停止方法＞
次に、本実施形態に係る熱利用システムの運転停止方法を説明する。本方法は、上記熱利用システム１の運転を停止する方法であり、熱利用設備６０の運転を停止させた後、温度検知部５１により検知される熱媒体Ｈ１の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度以下になるように、循環ポンプ４３を制御して熱媒体Ｈ１を熱媒体循環流路４０に流通させつつ冷却機構５０を制御して熱媒体Ｈ１を冷却する。

【0052】

まず、制御部９０は、熱源流体切替部３０を制御して熱源流路１０から熱交換器２０へ熱源流体を流入させると共に、循環ポンプ４３を制御して熱媒体Ｈ１を熱媒体循環流路４０に流通させ且つ熱利用設備６０を作動させることにより、熱媒体Ｈ１が熱源流体から回収した熱を熱利用設備６０で利用する熱利用運転を実行する（ＳＴ１０）。具体的には、ポンプ制御部９４が循環ポンプ４３及び作動媒体ポンプ６６を作動させ、弁制御部９３が上流弁３２及び下流弁３３を開状態にすると共に、入口側切替弁５５、出口側切替弁５７及びバイパス弁３４を閉状態とし、且つ熱媒体切替部５２を第１切替状態とする。これにより、熱媒体Ｈ１との熱交換を介して作動媒体Ｗ１が蒸発し、蒸発した作動媒体Ｗ１により膨張機６３のタービンが回転し、発電が行われる。

【0053】

次に、制御部９０は、上記熱利用運転の後、熱源流体切替部３０を制御して熱源流路１０から熱交換器２０への熱源流体の流入を停止し、温度検知部５１により検知される熱媒体Ｈ１の温度を大気圧下での沸点以下の所定の温度以下まで下げると共に循環ポンプ４３及び熱利用設備６０を停止させる冷却停止運転を実行する。この冷却停止運転において、制御部９０は、熱利用設備６０を停止した後、循環ポンプ４３を制御して熱媒体Ｈ１を熱媒体循環流路４０に流通させつつ冷却機構５０を制御して熱媒体Ｈ１を冷却し、その後循環ポンプ４３を停止させる。具体的には以下の通りである。

【0054】

まず、ポンプ制御部９４が作動媒体ポンプ６６を停止させることにより、熱利用設備６０の運転が停止する（ＳＴ２０）。続いて、弁制御部９３がバイパス弁３４を開き（ＳＴ３０）、その後上流弁３２及び下流弁３３を閉じる（ＳＴ４０）。ここで、バイパス弁３４を開く前に上流弁３２及び下流弁３３を先に閉じると、白煙防止ファン８３（図１）等の輸送設備の故障が起こり易くなる（いわゆる閉め切り運転）。これに対し、上述の通り、先にバイパス弁３４を開くことにより、このような不具合の発生を防止することができる。

【0055】

次に、判定部９２が、温度検知部５１による検知温度Ｔが第１設定温度Ｔ１を超えるか否かを判定する（ＳＴ５０）。第１設定温度Ｔ１は、大気圧下での熱媒体Ｈ１の沸点以下の所定の温度（例えば６０～９９℃）であり、記憶部９５（図３）にデータが格納されている。そして、検知温度Ｔが第１設定温度Ｔ１を超える場合は（ＳＴ５０のＹＥＳ）、弁制御部９３が入口側切替弁５５及び出口側切替弁５７を開く（ＳＴ６０）。本実施形態では、上記熱利用運転中において熱媒体Ｈ１の温度が１５０℃程度であるため、ＳＴ５０において「ＹＥＳ」と判定される。これにより、熱媒体Ｈ１が熱媒体循環流路４０を流通すると共に、その一部が冷却流路５６へ分流して冷却器５４により冷却された後に熱媒体循環流路４０に合流する。

【0056】

そして、熱媒体Ｈ１が冷却器５４により冷却された後、判定部９２が、温度検知部５１による検知温度Ｔが第２設定温度Ｔ２以下であるか否かを判定する（ＳＴ７０）。第２設定温度Ｔ２は、第１設定温度Ｔ１と同様に、大気圧下での熱媒体Ｈ１の沸点以下の温度（例えば６０～９９℃）であるが、第１設定温度Ｔ１よりも低い温度である。第２設定温度Ｔ２のデータは、記憶部９５に格納されている。

【0057】

検知温度Ｔが第２設定温度Ｔ２以下である場合は（ＳＴ７０のＹＥＳ）、弁制御部９３が、熱媒体切替部５２を第１切替状態から第２切替状態へ切り替える（ＳＴ８０）。その後、ポンプ制御部９４が循環ポンプ４３を停止させると共に、弁制御部９３が入口側切替弁５５及び出口側切替弁５７をそれぞれ閉じる（ＳＴ９０）。なお、ＳＴ１０～ＳＴ９０までの間は熱媒体循環流路４０内は加圧状態とされ、それ以降当該加圧状態は解除される。

【0058】

制御部９０は、上記冷却停止運転の後、温度検知部５１により検知される熱媒体Ｈ１の温度が大気圧下での沸点以下の所定の温度を超えた時に、循環ポンプ４３を制御して熱媒体Ｈ１を熱媒体循環流路４０に流通させつつ冷却機構５０を制御して熱媒体Ｈ１を冷却する再冷却運転をさらに実行する。具体的には以下の通りである。

【0059】

まず、判定部９２が、温度検知部５１による検知温度Ｔが第１設定温度Ｔ１を超えるか否かを判定する（ＳＴ１００）。そして、検知温度Ｔが第１設定温度Ｔ１を超える場合には（ＳＴ１００のＹＥＳ）、ポンプ制御部９４が循環ポンプ４３を作動させ、弁制御部９３が入口側切替弁５５及び出口側切替弁５７をそれぞれ開く（ＳＴ１１０）。これにより、循環ポンプ４３を一旦停止した後に、熱交換器２０の残留熱により熱媒体Ｈ１の温度が上がる場合や閉状態の上流弁３２から熱交換器２０への熱源流体のリークにより熱媒体Ｈ１の温度が上がる場合でも、熱媒体Ｈ１を熱媒体循環流路４０及び冷却流路５６に流通させることにより再冷却し、熱媒体Ｈ１の温度上昇を抑制することができる。

【0060】

その後、判定部９２が、検知温度Ｔが第２設定温度Ｔ２以下であるか否かを判定し（ＳＴ１２０）、検知温度Ｔが第２設定温度Ｔ２以下まで下がると（ＳＴ１２０のＹＥＳ）、ＳＴ９０に戻る。一方、検知温度Ｔが第２設定温度Ｔ２を超える間は（ＳＴ１２０のＮＯ）、冷却器５４による熱媒体Ｈ１の冷却が継続される。

【0061】

以上の通り、本実施形態に係る熱利用システム１によれば、熱利用設備６０の運転停止後において、熱媒体Ｈ１を熱媒体循環流路４０に流通させつつ冷却機構５０により熱媒体Ｈ１を冷却することができる。これにより、熱利用設備６０の運転停止後に熱源流体が熱交換器２０へリークする場合であっても、冷却機構５０により熱媒体Ｈ１の温度上昇を抑制することができる。したがって、熱利用システム１によれば、熱利用設備６０の停止時における熱媒体Ｈ１の噴き出しを抑制することができる。

【0062】

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る熱利用システム１Ａを、図５に基づいて説明する。実施形態２に係る熱利用システム１Ａは、基本的に上記実施形態１に係る熱利用システム１と同様の構成を備え且つ同様の効果を奏するものであるが、冷却機構が水冷方式ではなく空冷方式である点で上記実施形態１と異なっている。以下、上記実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

【0063】

図５は、実施形態２に係る熱利用システム１Ａの構成を模式的に示している。実施形態２における冷却機構５０Ａは、熱交換器２０に向かって冷風を送る送風機により構成されている。これにより、熱交換器２０が冷却されると共に、当該熱交換器２０内の熱媒体Ｈ１及び熱媒体循環流路４０内の熱媒体Ｈ１も冷却され、上記実施形態１と同様に熱媒体Ｈ１の沸騰による噴き出しを抑制することができる。なお、冷却機構５０Ａは、熱交換器２０に向かって冷風を送るものに限定されず、熱媒体循環流路４０（第１循環流路４１及び第２循環流路４２の一方又は両方）に冷風を送る送風機であってもよい。

【0064】

このようにすれば、廃棄物処理設備１００において、熱媒体Ｈ１を冷却するための適当な冷却媒体がない場合でも、熱媒体Ｈ１を冷却して熱媒体循環流路４０からの噴き出しを抑制することができる。冷却機構５０Ａを作動させるタイミングは、上記実施形態１において冷却器５４に熱媒体Ｈ１を通過させるタイミングと同じであってもよい（図４参照）。また上記実施形態１における水冷方式の冷却機構５０と実施形態２における空冷方式の冷却機構５０Ａとが併用されてもよい。

【0065】

（その他実施形態）
ここで、本発明のその他実施形態を説明する。

【0066】

上記実施形態１，２において、冷却流路５６の両端は、第１循環流路４１のうち膨張タンク４４と温度検知部５１との間の部位に接続されていてもよいし、第２循環流路４２のうち熱媒体バイパス流路５３が接続された部位と循環ポンプ４３との間の部位に接続されていてもよいし、第２循環流路４２のうち循環ポンプ４３よりも熱交換器２０側の部位に接続されていてもよい。

【0067】

上記実施形態１において、冷却流路５６が省略され、冷却器５４が第１循環流路４１に配置されていてもよい。

【0068】

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0069】

１，１Ａ 熱利用システム
１０ 熱源流路
２０ 熱交換器
３０ 熱源流体切替部
４０ 熱媒体循環流路（循環流路）
４３ 循環ポンプ
５０ 冷却機構
５１ 温度検知部
５４ 冷却器
５５ 入口側切替弁（切替弁）
５６ 冷却流路
６０ 熱利用設備
Ａ２ 白煙防止空気（熱源流体）
Ｈ１ 熱媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】