JP2013122323A - 炉における熱利用方法およびその方法を利用した燃焼設備 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱処理中に発生する排ガスの熱を加熱処理後の冷却処理で利用し、冷却コストを減少させる。
【解決手段】炉１１における熱利用方法であって、化学蓄熱材３３の反応生成物と加熱処理中に炉１１内で発生する排ガスとの間で熱交換しながら水を生じさせて蓄熱する蓄熱工程と、前記水を蒸発させる際の気化熱によって対象物を冷却する冷却工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、炉における熱利用方法およびその方法を利用した燃焼設備に関するものである。

従来、工業炉用の冷却工程では通風による強制冷却、クーリングタワーを介した冷却水による冷却がなされてきた。この工程では、ブロア、クーリングタワー、ポンプ等の機器によって、外部からのエネルギーを十分に供給する必要があり、電力や機器のコストが大きかった。

一方、特許文献１には、冷却コストを減少させるために排熱を利用した冷凍システムとして、吸収式冷凍機が開示されている。この吸収式冷凍機では、排熱の熱利用が行えるのは、排熱が発生している期間に限られたものであり、前記期間より後の期間に排熱を利用することはできない。

特開２００６−１３８６１４号公報

本発明は、加熱処理中に発生する排ガスの熱を加熱処理後の冷却処理で利用し、冷却コストを減少させることを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の炉における熱利用方法は、炉における熱利用方法であって、化学蓄熱材の反応生成物と加熱処理中に前記炉内で発生する排ガスとの間で熱交換しながら水を生じさせて蓄熱する蓄熱工程と、前記水を蒸発させる際の気化熱によって対象物を冷却する冷却工程とを有するようにした。

この方法によれば、化学蓄熱材の反応生成物と加熱処理中に炉内で発生する排ガスとの間で熱交換させることにより、水を生じさせて排ガスの熱を化学蓄熱材に蓄熱することができる。加熱処理の終了後、温度低下により減圧されると、水の一部は水蒸気となる。この水の気化熱によって、対象物を冷却することができる。このようにして、加熱処理中に炉内で発生する排ガスの熱を加熱処理後の冷却処理で利用することができる。したがって、冷却装置が不要になるか、あるいは冷却装置の負荷が軽減され冷却コストを減少させることができる。また、クーリングタワー等従来の冷却装置より高い冷却性能が得られるため、冷却時間の短縮化、および冷却領域のコンパクト化を図ることができる。

前記課題を解決するための手段として、本発明の炉における熱利用方法は、炉における熱利用方法であって、化学蓄熱材の水和発熱反応により生成した反応生成物と加熱処理中に前記炉内で発生する排ガスとの間で熱交換し、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し、該水蒸気を凝縮蒸発部において水にする工程と、前記凝縮蒸発部の水が水蒸気になるときの気化熱によって、対象物を冷却する工程とを有するようにした。

この方法によれば、化学蓄熱材の水和発熱反応により生成した反応生成物と加熱処理中に炉内で発生する排ガスとの間で熱交換させることにより、排ガスの熱を化学蓄熱材に蓄熱することができる。そして、反応生成物の脱水吸熱反応によって前記反応生成物から化学蓄熱材と水蒸気とを生成することができる。生成した水蒸気は凝縮蒸発部によって水に戻される。加熱処理の終了後、凝縮蒸発部の水の一部を蒸発させる際、水の気化熱によって、炉を冷却することができる。このようにして、加熱処理中に炉内で発生する排ガスの熱を加熱処理後の冷却処理で利用することができる。したがって、冷却装置が不要になるか、あるいは冷却装置の負荷が軽減され冷却コストを減少させることができる。また、クーリングタワー等従来の冷却装置より高い冷却性能が得られるため、冷却時間の短縮化、および冷却領域のコンパクト化を図ることができる。

前記課題を解決するための手段として、本発明の燃焼設備は、炉における燃焼設備であって、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反応容器と、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して蓄熱するように、前記反応容器の反応生成物と加熱処理中に前記炉内で発生する排ガスとの間で熱交換する第１熱交換部と、前記反応容器と連結管路を介して連結され、前記第１熱交換部による熱交換により生成される水蒸気を水にする凝縮蒸発部と、前記凝縮蒸発部の水が水蒸気になるときの気化熱によって、対象物を冷却する第２熱交換部とを備えるようにした。

この構成によれば、化学蓄熱材の水和発熱反応により生成した反応生成物と加熱処理中に炉内で発生する排ガスとを第１熱交換部で熱交換させることにより、排ガスの熱を化学蓄熱材に蓄熱することができる。そして、反応生成物の脱水吸熱反応によって前記反応生成物から化学蓄熱材と水蒸気とを生成することができる。生成した水蒸気は凝縮蒸発部によって水に戻される。加熱処理の終了後、化学蓄熱材の温度低下により平衡する水蒸気圧が下がり、反応容器内が減圧されると、凝縮蒸発部の水の一部は水蒸気となる。この水の気化熱によって、第２熱交換部を通じて炉を冷却することができる。発生した水蒸気は化学蓄熱材との水和発熱反応に使用されるため、継続して水の蒸発が起こり、この間対象物を継続して冷却することができる。このようにして、加熱処理中に炉内で発生する排ガスの熱を加熱処理後の冷却処理で利用することができる。したがって、冷却装置が不要になるか、あるいは冷却装置の負荷が軽減され冷却コストを減少させることができる。また、クーリングタワー等従来の冷却装置より高い冷却性能が得られるため、冷却時間の短縮化、および冷却領域のコンパクト化を図ることができる。

前記対象物は前記炉および前記炉の周辺機器の少なくとも一方であることが好ましい。

前記炉は、バッチ炉であることが好ましい。この構成によれば、加熱処理の終了後、温度低下による減圧によって水の蒸発が開始されるので、同一領域で加熱処理と冷却処理とを順次行うバッチ炉を第２熱交換部を介して冷却することができる。

前記炉は、連続炉であることが好ましい。この構成によれば、加熱処理を行う領域と異なる領域で冷却処理を行う連続炉の冷却処理を行う領域を、第２熱交換部を介して冷却することができる。

前記反応容器と前記凝縮蒸発部との間の連結管路に開閉弁を設けることが好ましい。この構成によれば、開閉弁を閉弁することにより、凝縮蒸発部で戻された水が温度低下による減圧によって凝縮蒸発部内で水蒸気となって反応容器に移動することを阻止できる。したがって、化学蓄熱材と水蒸気が反応することを阻止でき、化学蓄熱材が蓄熱した状態を保持できる。これにより、加熱処理の後、直ちに冷却処理を行う場合、および所望の時間が経過した場合のいずれであっても熱を利用することができる。

本発明によれば、加熱処理中に発生する排ガスの熱を加熱処理後の冷却処理で利用することができ、冷却コストを減少させることができる。

本発明にかかる熱利用方法を利用した第１実施形態の燃焼設備を示す図。 蓄熱工程および冷却工程における化学反応を示す図。 本発明にかかる熱利用方法を利用した燃焼設備の温度変化のパターンを示す図。 本発明にかかる熱利用方法を利用した第２実施形態の燃焼設備を示す図。 本発明にかかる熱利用方法を利用した第３実施形態の燃焼設備を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明にかかる熱利用方法を利用した第１実施形態のバッチ式の燃焼設備１０を原理的に示す。この燃焼設備１０は、炉１１を冷却するケミカルヒートポンプ３０を備えている。

炉１１には、供給口１２を介して内部に直接開口した燃焼空気を供給する空気ノズル１３が設けられている。空気ノズル１３には、弁１４を介してファン（空気供給源）１５が接続されている。

空気ノズル１３には、炉１１の内部に燃料を供給する燃料ノズル１６が設けられている。すなわち、燃料ノズル１６と空気ノズル１３とは一体化している。燃料ノズル１６は弁１７を備えている。燃料ノズル１６には、燃料を送出するポンプ１８を介して燃料供給源１９が接続されている。

燃焼設備１０には、炉１１の内部温度を測定する温度センサ２０が設けられている。温度センサ２０は、炉１１の内部温度の測定値を後述するコントローラ５０に送信する。また、燃焼設備１０の炉１１には、弁２１が介設された排気ライン２２が設けられている。排気ライン２２の端部にはファン２３が設けられている。排気ライン２２には、炉１１と弁２１の間で分岐し、該分岐点の下流で合流する取出ライン２４が設けられている。取出ライン２４には、弁２５が介設されている。取出ライン２４には、弁２５の下流側に第１熱交換部２６が設けられている。第１熱交換部２６は、ケミカルヒートポンプ３０の反応容器３１の内部に配置されている。

ケミカルヒートポンプ３０は、反応容器３１と水タンク（凝縮蒸発部）３２とを備えている。

反応容器３１には、化学蓄熱材３３が収容されている。本実施形態における化学蓄熱材３３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。この化学蓄熱材３３は、図２に示すように、反応容器３１において水和する際に熱量Ｑ_Ｈを発熱（放熱）し、脱水する際に熱量Ｑ_Ｈを吸熱（蓄熱）する。化学蓄熱材３３は、取出ライン２４の第１熱交換部２６を介して取出ライン２４の内部を流通する熱媒体と熱交換できるようになっている。

水タンク３２は、開閉弁３４を有する連結管路３５を介して反応容器３１と連結されている。水タンク３２には、一端と他端の間に介設された第２熱交換部３６が内部に配置された冷却ライン３７が設けられている。冷却ライン３７の熱媒体は、水タンク３２の水または水蒸気と冷却ライン３７の第２熱交換部３６を介して熱交換できるようになっている。冷却ライン３７の上流側の端部には、熱媒体供給源３８が設けられている。熱媒体供給源３８と水タンク３２の間の冷却ライン３７には弁５１が設けられている。また、冷却ライン３７の下流側の端部には、熱媒体排出部３９が設けられている。また、冷却ライン３７には、第２熱交換部３６の下流側に第３熱交換部４０が設けられている。第３熱交換部４０は、ファン４１により炉１１に向かって送風可能な冷却部４２の内部に配置されている。弁４９を開きファン４１により送風される風は、冷却ライン３７の熱媒体と第３熱交換部４０を介して熱交換できるようになっている。水タンク３２と冷却部４２の間の冷却ライン３７には分岐したラインが設けられ、冷熱供給先５４に導かれている。該分岐したラインには、弁５３が設けられている。冷却ライン３７の分岐点と冷却部４２の間には、弁５２が設けられている。なお、装置の立ち上げ前等の初期状態としては、反応容器３１、連結管路３５、および、水タンク３２の内部は、図示しない減圧ポンプによって減圧されている。

ケミカルヒートポンプ３０の反応容器３１には、一端と他端の間に介設された第４熱交換部４３が内部に配置された熱供給ライン４４が設けられている。熱供給ライン４４の一端には、ファン４５が設けられている。ファン４５と第４熱交換部４３の間の熱供給ライン４４には、弁４６が設けられている。また、第４熱交換部４３と他端の間の熱供給ライン４４には、弁４７が設けられている。熱供給ライン４４の他端は、熱供給先４８に導かれている。ファン４５により送風される風は、化学蓄熱材３３と第４熱交換部４３を介して熱交換できるようになっている。

燃焼設備１０には、コントローラ５０が設けられている。コントローラ５０は、弁２１、弁２５、開閉弁３４、および、ファン４１等を含む燃焼設備１０（全体）の動作を制御する。

次に、本発明にかかる熱利用方法を利用した燃焼設備１０の動作について説明する。なお、図において、開弁している弁は白抜きで示し、閉弁している弁は黒塗りで示す。

燃焼設備１０では、炉１１の内部温度が温度センサ２０で測定され、この測定値がコントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、前記測定値とコントローラ５０に予め入力されている設定炉温とを比較して温度偏差を演算する。その後、コントローラ５０は、予め設定されている燃焼量パターンから前記内部温度と温度偏差とに対応する燃焼設備１０の燃焼量を決定する。そして、コントローラ５０は、この燃焼量に見合う燃料流量となるように燃料ノズル１６から燃料を供給するとともに、この燃焼量に見合う燃焼空気流量となるように空気ノズル１３から燃焼空気を供給して、火炎を発生する。このようにして、炉１１において燃焼が開始され加熱処理が実行される。そして、燃焼中、初期状態において、排気ライン２２の弁２１を開弁するとともに取出ライン２４の弁２５を閉弁し、排気ライン２２から排ガスを排気する。

そして、前述の燃焼によって炉１１を加熱し、さらに炉１１を加熱するために、連結管路３５の開閉弁３４を開弁する。そうすると、水タンク３２では、前回の加熱終了後、温度が低下して低圧になっているが、反応容器３１に対しては相対的に高圧になっているために、水タンク３２から反応容器３１へガスが移動する。これにより、水タンク３２の内圧が低下し、水タンク３２の水の一部は、水タンク３２の残りの水から気化熱（Ｑ_Ｌ）を奪って水蒸気となる。水タンク３２の水は、反応容器３１と水タンク３２の内圧が同圧になるまで蒸発する。反応容器３１へ移動した水蒸気は、酸化カルシウム３３と接触する。そうすると、図２（放熱）に示すように、水酸化カルシウムを生成するとともに熱量Ｑ_Ｈを発熱する。ここで、ファン４５を起動させ弁４６，４７を開弁すると、反応熱Ｑ_Ｈを第４熱交換部４３で熱交換して熱供給ライン４４の熱媒体（風）に移動させた後、熱供給ライン４４の熱媒体を流通させて熱供給先４８に供給することができる。例えばこの熱を炉１１のさらなる加熱に利用、例えば燃焼空気の予熱に使用することができる。なお、加熱処理では、炉１１を昇温させる工程と、炉１１の温度を一定に保つために加熱（均熱）する工程の両方を含む。

加熱処理中、酸化カルシウム３３の水和発熱反応が終了すると、これと同時に、弁４６，４７を閉弁する。そして、排気ライン２２の弁２１を閉弁するとともに取出ライン２４の弁２５を開弁し、蓄熱状態に切り替える。そうすると、加熱処理中に炉１１内で発生した排ガスは、取出ライン２４から排気される。その際、取出ライン２４を流通する排ガスの一部の熱は、第１熱交換部２６を介して酸化カルシウム３３の反応生成物である水酸化カルシウムに移動する。このようにして移動させた熱を反応容器３１の内部に蓄熱させることができ、反応容器３１内の水酸化カルシウムから脱水吸熱反応によって酸化カルシウム３３と水蒸気とを生成することができる。そして、連結管路３５の開閉弁３４は開弁状態が維持されているので、反応容器３１で発生した水蒸気は、連結管路３５を通って、水タンク３２に移動し、水タンク３２内部の圧力を上昇させ、冷却ライン３７の第２熱交換部３６で熱交換して冷却され水となる。

その後、排気ライン２２の弁２１、および取出ライン２４の弁２５を初期状態に切り替えると、炉１１内での加熱処理で発生した排ガスは、排気ライン２２から排気される。これにより、反応容器３１への加熱は停止される。その後、この加熱の停止によって反応容器３１および水タンク３２の内部の温度が低下すると、減圧によって水タンク３２の水の一部が水蒸気となって反応容器３１へ移動し、上述のように、熱供給ライン４４の熱媒体を加熱して、熱供給先４８で利用することができる。このように、初期状態（弁２１が開、弁２５が閉）と蓄熱状態（弁２１が閉、弁２５が開）とを切り替えることにより、燃焼中、反応容器３１の酸化カルシウム３３を繰り返し使用することができる。そして、炉１１における加熱処理は、蓄熱状態から初期状態に切り替えるとともに、連結管路３５の開閉弁３４を閉弁した状態で終了する。これにより、加熱処理中に炉１１内で発生する排ガスの熱と酸化カルシウム３３の反応生成物との間での熱交換が終了した後、温度低下による減圧によって水タンク３２内で発生する水蒸気が反応容器３１に移動することを阻止できる。したがって、酸化カルシウム３３と水蒸気が反応することを阻止でき、酸化カルシウム３３が蓄熱した状態を保持できる。

一方、水タンク３２内の減圧によって水タンク３２の水の一部が水蒸気となる際、図２（冷却）に示すように、水タンク３２の残りの水から気化熱（Ｑ_Ｌ）が奪われるので、水タンク３２の残りの水はＴ１からＴ２に冷却される。水タンク３２で冷却された水は、熱媒体供給源３８から送られた冷却ライン３７の熱媒体と第２熱交換部３６を介して熱交換する。そして、冷却ライン３７の熱媒体は冷却される。その後、冷却ライン３７で冷却された熱媒体は下流側の熱媒体排出部３９へ移動する。

炉１１における加熱処理後の冷却時、連結管路３５の開閉弁３４を開弁することにより、上述のように、冷却ライン３７の熱媒体を冷却できるので、その際、冷却部４２のファン４１を起動し、弁４９を開く。そうすると、ファン４１により送風された風は、冷却ライン３７の熱媒体と第３熱交換部４０で熱交換して冷却された後、炉１１に到達する。このようにして、水タンク３２の水が水蒸気になるときの気化熱によって、冷やされた空気を送り込むことによって、炉１１を早く冷却することができる。そして、連結管路３５に開閉弁３４を設けることにより、加熱処理の後、直ちに冷却処理を行う場合、および所望の時間が経過した場合のいずれであっても気化熱を利用して炉１１を冷却することができる。（この時、排気ライン２２は初期状態（弁２１が開、弁２５が閉）にあり、化学蓄熱材３３の発熱作用による熱利用も同時に行っている。）

本発明によれば、加熱処理中に炉１１内で発生する排ガスの熱と酸化カルシウム３３の反応生成物である水酸化カルシウムとを第１熱交換部２６で熱交換させることにより、排ガスの熱を酸化カルシウム３３に蓄熱することができる。これにより、水酸化カルシウムから酸化カルシウム３３と水蒸気とを生成することができる。そして、水蒸気は水タンク３２で復水する。加熱処理の終了後、水タンク３２の内部温度が下がると、水タンク３２の内圧が低下し、水タンク３２の水の一部は、水タンク３２の残りの水から気化熱（Ｑ_Ｌ）を奪って水蒸気となるので、水タンク３２の水が冷却され、それによって冷却ライン３７の熱媒体は第２熱交換部３６を介して冷却される。そして、冷却部４２のファン４１を起動することにより、第３熱交換部４０を介して炉１１を冷却できる。なお、水タンク３２で発生した水蒸気は化学蓄熱材３３との水和発熱反応に使用されるため、水タンク３２では継続して水の蒸発が起こり、この間炉１１を継続して冷却することができる。このようにして、加熱処理中に発生する排ガスの熱を加熱処理後の冷却処理で利用することができる。したがって、冷却装置が不要になるか、あるいは冷却装置の負荷が軽減され冷却コストを減少させることができる。また、クーリングタワー等従来の冷却装置より高い冷却性能が得られるため、冷却時間の短縮化、および冷却領域のコンパクト化を図ることができる。

次に、本発明にかかる熱利用方法を利用した燃焼設備１０をバッチ炉に適用した場合を説明する。図３に示すように、燃焼設備１０の温度変化のパターンには、加熱工程、均熱工程、および冷却工程が含まれている。加熱工程および均熱工程では、加熱処理が行われる。その際、上述したように、炉１１内で発生した排ガスの熱を、ケミカルヒートポンプ３０の反応容器３１内部に蓄熱して炉１１における加熱処理を終了する。その後、冷却工程では、炉１１における加熱処理の停止により、冷却部４２を通じての冷熱利用を行う。つまり、加熱処理の終了後、温度低下による減圧によって水の蒸発が開始されるので、同一領域で加熱処理と冷却処理とを順次行うバッチ炉を第２熱交換部３６を介して冷却する。このパターンを実行することにより、バッチ炉としての処理を行うことができる。また、冷却時に同時に発生する熱を他の設備（熱供給先４８）に利用することも可能である。なお、図３では、均熱終了と同時に蓄熱が終了しているが、水酸化カルシウム３３の脱水反応が進行し蓄熱が飽和した時点で開閉弁３４を閉め、蓄熱を終了してもよい。第２熱交換部３６を使用しない時は弁５１を閉弁して冷却ライン３７の熱媒体を止めておくことができる。なお、均熱工程が長時間におよぶ場合は、蓄熱が飽和状態に達した時点で弁５２を閉弁するとともに弁５３を開弁し、発熱利用と同時に冷風を他の冷熱供給先５４で使用することもできる。

（第２実施形態）
図４は、本発明にかかる熱利用方法を利用した第２実施形態の燃焼設備１０を示す。この燃焼設備１０は、連続炉と複数のケミカルヒートポンプ３０とにより構成されている。本実施形態ではケミカルヒートポンプ３０は２つである。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。

燃焼設備１０は、連続炉６０を備えている。連続炉６０には、加熱帯６１、均熱帯６２、および冷却帯６３が順に設けられている。加熱帯６１の均熱帯６２と反対側が搬入口６４であり、冷却帯６３の均熱帯６２と反対側が搬出口６５である。搬入口６４、加熱帯６１と均熱帯６２の間、均熱帯６２と冷却帯６３の間、および搬出口６５にはそれぞれ可動扉６６，６７，６８，６９が設けられている。可動扉６６，６７，６８，６９は、閉まった状態に維持されており、被処理物の移動時のみ開くようになっている。被処理物は、コンベア（図示せず）によって搬送される。搬入口６４から搬入された被処理物は、加熱帯６１、均熱帯６２、および冷却帯６３のそれぞれで処理された後、搬出口６５から搬出される。

連続炉６０の加熱帯６１および均熱帯６２には、それぞれ、空気ノズル１３が複数設けられている。空気ノズル１３には、弁（図示せず）を介してファン（空気供給源）１５が接続されている。空気ノズル１３には、燃料を供給する燃料ノズル１６が設けられている。また、加熱帯６１には、端部に排出口７０を有する排気ライン２２が設けられている。均熱帯６２には、均熱帯６２と排気ライン２２とを連通する連通ライン２２’が設けられている。

連続炉６０の冷却帯６３には、冷却部４２および排出部７３が設けられている。

排気ライン２２には、２つの取出ライン２４Ａ，２４Ｂが設けられている。取出ライン２４Ａ，２４Ｂの両端部には、それぞれ、弁２５Ａ，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｂが設けられている。取出ライン２４Ａ，２４Ｂの第１熱交換部２６Ａ，２６Ｂは、ケミカルヒートポンプ３０Ａ，３０Ｂの反応容器３１Ａ，３１Ｂの内部に配置されている。化学蓄熱材３３Ａ，３３Ｂは、取出ライン２４Ａ，２４Ｂの第１熱交換部２６Ａ，２６Ｂを介して取出ライン２４Ａ，２４Ｂの内部を流通する熱媒体と熱交換できるようになっている。

燃焼設備１０には、熱供給ライン４４が設けられている。熱供給ライン４４の一端には、ファン４５が設けられている。熱供給ライン４４の他端は、熱供給先４８に導かれている。熱供給ライン４４には、一端および他端が連結された迂回ライン７１Ａ，７１Ｂが設けられている。迂回ライン７１Ａ，７１Ｂの一端および他端の間には、ケミカルヒートポンプ３０Ａ，３０Ｂの反応容器３１Ａ，３１Ｂの内部に配置された第４熱交換部４３Ａ，４３Ｂが設けられている。熱供給ライン４４には、迂回ライン７１Ａ，７１Ｂの反応容器３１Ａ，３１Ｂを経由しない一端および他端の間に弁７２Ａ，７２Ｂが設けられている。また、迂回ライン７１Ａ，７１Ｂの反応容器３１Ａ，３１Ｂを経由する一端および他端には、弁４６Ａ，４７Ａ，４６Ｂ，４７Ｂが設けられている。

冷却ライン３７の上流側の端部には、熱媒体供給源３８が設けられている。また、冷却ライン３７の下流側の端部は、熱媒体排出部３９に導かれている。冷却ライン３７には、一端および他端が連結された迂回ライン７５Ａ，７５Ｂが設けられている。迂回ライン７５Ａ，７５Ｂの一端および他端の間には、ケミカルヒートポンプ３０Ａ，３０Ｂの水タンク３２Ａ，３２Ｂの内部に配置された第２熱交換部３６Ａ，３６Ｂが設けられている。冷却ライン３７には、迂回ライン７５Ａ，７５Ｂの水タンク３２Ａ，３２Ｂを経由しない一端および他端の間に、弁７６Ａ，７６Ｂが設けられている。迂回ライン７５Ａ，７５Ｂの水タンク３２Ａ，３２Ｂを経由する一端および他端には、弁７７Ａ，７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｂが設けられている。

本実施形態では、燃焼設備１０が備えるケミカルヒートポンプ３０Ａ，３０Ｂの２個の反応容器３１Ａ，３１Ｂはそれぞれ、蓄熱モード及び放熱モードのいずれかとなるように切り替わる。そして、２個の反応容器３１Ａ，３１Ｂは、一方が蓄熱モードとなり、他方が放熱モードとなるように制御される。図４に示すように、取出ライン２４Ａの弁２５Ａ，２５Ａは開弁し、取出ライン２４Ｂの弁２５Ｂ，２５Ｂは閉弁している。したがって、取出ライン２４Ａには、排ガスの一部が流入し、取出ライン２４Ｂには、排ガスの流入が遮断されている。これにより、反応容器３１Ａが蓄熱モードとなり、反応容器３１Ｂは放熱モードとなる。

一方、迂回ライン７５Ａの弁７７Ａ，７７Ａは閉弁し、迂回ライン７５Ｂの弁７７Ｂ，７７Ｂは開弁している。そして、冷却ライン３７の弁７６Ａは開弁し、弁７６Ｂは閉弁している。弁４９は開弁している。したがって、迂回ライン７５Ｂには、熱媒体が流入し、迂回ライン７５Ａには、熱媒体の流入が遮断されている。これにより、迂回ライン７５Ｂの熱媒体は、水タンク３２Ｂの水が蒸発する際の気化熱によって冷却され、冷却部４２でファン４１による風が冷却ライン３７の熱媒体との熱交換によって冷却される。そして、冷却部４２の風は、冷却帯６３で被処理物を冷却して排出部７３に排出され、冷却ライン３７の熱媒体は、熱媒体排出部３９に供給される。

一方、熱供給ライン４４の迂回ライン７１Ａ，７１Ｂの弁４６Ａ，４７Ａは閉弁し、迂回ライン７１Ｂの弁４６Ｂ，４７Ｂは開弁している。そして、熱供給ライン４４の弁７２Ａは開弁し、弁７２Ｂは閉弁している。したがって、迂回ライン７１Ｂには、熱媒体が流入し、迂回ライン７１Ａには、熱媒体の流入が遮断されている。これにより、迂回ライン７１Ｂの熱媒体は、ケミカルヒートポンプ３０Ｂの反応容器３１Ｂの化学蓄熱材３３Ｂと熱交換して加熱され、熱供給先４８に供給される。

一定時間経過後、ケミカルヒートポンプ３０Ａ，３０Ｂの２個の反応容器３１Ａ，３１Ｂはそれぞれ、上述した状態と逆の状態となるように、蓄熱モード及び放熱モードを切り替える。すなわち、反応容器３１Ａが放熱モードとなり、反応容器３１Ｂは蓄熱モードとなる。したがって、燃焼設備１０全体では、一方のケミカルヒートポンプ３０を蓄熱モードとし、他方のケミカルヒートポンプ３０は蓄熱モードとするように維持することができる。この構成によれば、ケミカルヒートポンプ３０Ａ，３０Ｂを連続的に作動させて燃焼設備１０を連続的に稼働させることができる。その際、加熱処理を行う領域と異なる領域で冷却処理を行う連続炉６０の冷却処理を行う領域（冷却帯６３）を、第２熱交換部３６を介して冷却することができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明にかかる熱利用方法を利用した第３実施形態の燃焼設備１０を示す。この燃焼設備１０は、第２実施形態の燃焼設備における水タンク３２の一部である、連結管路３５を通して流入する水蒸気を復水する部分を復水部７８として分離したものである。本実施形態において、第２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。

冷却ライン３７の端部には、熱媒体供給源３８Ｂが設けられている。冷却ライン３７には、水タンク３２の上流側および下流側にそれぞれ、弁７９，８０が設けられている。また、燃焼設備１０には、一端と他端の間に介設されケミカルヒートポンプ３０の復水部７８の内部に配置された熱交換部８１を有する温水供給ライン８２が設けられている。温水供給ライン８２の端部は供給先８３に導かれている。温水供給ライン８２には、復水部７８の上流側および下流側にそれぞれ、弁８４，８５が設けられている。復水部７８と水タンク３２との間には連通ライン８６が設けられている。連通ライン８６には、ポンプ８７および弁８８が介設されている。ポンプ８７により、復水部７８の水が水タンク３２に送水されるようになっている。

ケミカルヒートポンプ３０Ａの反応容器３１Ａと復水部７８との間には、連結管路３５Ｃが設けられている。また、反応容器３１Ｂと復水部７８との間には、連結管路３５Ｄが設けられている。連結管路３５Ｃと連結管路３５Ｄとは、復水部７８側で合流している。水タンク３２と反応容器３１Ａとの間には、連結管路３５Ａが設けられている。水タンク３２と反応容器３１Ｂとの間には、連結管路３５Ｂが設けられている。連結管路３５Ａと連結管路３５Ｂとは、水タンク３２側の同一管路から分岐している。連結管路３５Ａ〜Ｄには、開閉弁３４Ａ〜Ｄが設けられている。

熱供給ライン４４の端部は、熱供給先４８に代えて、空気ノズル１３に連結されている。

図５に示すように、取出ライン２４Ａの弁２５Ａ，２５Ａは開弁し、取出ライン２４Ｂの弁２５Ｂ，２５Ｂは閉弁している。したがって、取出ライン２４Ａには、排ガスの一部が流入し、取出ライン２４Ｂには、排ガスの流入が遮断されている。これにより、反応容器３１Ａが蓄熱モードとなり、反応容器３１Ｂは放熱モードとなる。

一方、冷却ライン３７の弁７９，８０は開弁している。そして、ポンプ８７は作動し、弁８８は開弁している。開閉弁３４Ａは閉弁し、開閉弁３４Ｂは開弁している。また、開閉弁３４Ｃは開弁し、開閉弁３４Ｄは閉弁している。弁４９は開弁している。

これにより、冷却ライン３７の熱媒体は、水タンク３２の水が蒸発する際の気化熱によって冷却され、冷却部４２でファン４１による風が冷却ライン３７の熱媒体との熱交換によって冷却される。そして、冷却部４２の風は、冷却帯６３で被処理物を冷却して排出部７３に排出され、冷却ライン３７の熱媒体は、熱媒体排出部３９に供給される。また、熱媒体供給源３８Ａから温水供給ライン８２を通じて流通する熱媒体と、連結管路３５Ｃ，３５Ｄを通じて復水部７８に流入した水蒸気とが熱交換して水蒸気を冷却することができる。その一方で、温水供給ライン８２の熱媒体は加熱されるので、熱媒体は温水として供給先８３に供給される。反応容器３１Ａ，３１Ｂの蓄熱モードと放熱モードの切り替えは第２実施形態と同様であるので、その説明を省略する。なお、ポンプ８７は作動し、弁８８は開弁したままである。

一方、熱供給ライン４４の迂回ライン７１Ａ，７１Ｂの弁４６Ａ，４７Ａは閉弁し、迂回ライン７１Ｂの弁４６Ｂ，４７Ｂは開弁している。そして、熱供給ライン４４の弁７２Ａは開弁し、弁７２Ｂは閉弁している。したがって、迂回ライン７１Ｂには、熱媒体が流入し、迂回ライン７１Ａには、熱媒体の流入が遮断されている。これにより、迂回ライン７１Ｂの熱媒体は、ケミカルヒートポンプ３０Ｂの反応容器３１Ｂの化学蓄熱材３３Ｂと熱交換して加熱され、空気ノズル１３に供給される。

この構成によれば、熱供給ライン４４の加熱された加熱空気を空気ノズル１３に供給することができる。これにより、燃焼に必要なエネルギーを節約することができる。冷熱利用だけでなく、冷熱と同時に生じる温熱を有効に利用できる。

なお、本発明の燃焼設備は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するように種々の変更が可能である。

水タンク３２に内部の水を加熱する加熱部を設け、水タンク３２の水の蒸発を、減圧によらず加熱によって実行してもよい。水タンク３２の水を加熱部により蒸発させることで、ケミカルヒートポンプ３０をより確実に作動させることができる。

第２および第３実施形態にかかる燃焼設備１０を連続炉６０と３つ以上のケミカルヒートポンプ３０とにより構成してもよい。

熱媒体供給源３８Ａ，３８Ｂは、一体化していてもよい。

「冷却する」とは、室温ＲＴより高温のＴ１から、室温ＲＴより高温のＴ２に下げる場合も含む（Ｔ１＞Ｔ２＞ＲＴ）。

なお、本文中の「排ガス」とは、炉１１内で火炎を燃焼させた場合の排気ガスの他、炉１１内を雰囲気ガスで満たして間接加熱を行った場合に排出される余剰ガスや、被加熱材料から発生する不純ガス等も含まれる。

本文中の「水」には、エチレングリコールを水に添加したような不凍液を用いることも含まれる。そのようにすれば、０℃以下で水を蒸発させることが可能となり、０℃以下の冷熱の取出しが可能となる。

復水部７８の内圧が水タンク３２内の内圧より高い時はポンプ８７を不要にすることもできる。

１０ 燃焼設備
１１ 炉
１２ 供給口
１３ 空気ノズル
１４ 弁
１５ ファン（空気供給源）
１６ 燃料ノズル
１７ 弁
１８ ポンプ
１９ 燃料供給源
２０ 温度センサ
２１ 弁
２２ 排気ライン
２２’ 連通ライン
２３ ファン
２４，２４Ａ，２４Ｂ 取出ライン
２５，２５Ａ，２５Ｂ 弁
２６,２６Ａ，２６Ｂ 第１熱交換部
３０,３０Ａ，３０Ｂ ケミカルヒートポンプ
３１,３１Ａ，３１Ｂ 反応容器
３２，３２Ａ，３２Ｂ 水タンク（凝縮蒸発部）
３３,３３Ａ，３３Ｂ 化学蓄熱材
３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ 開閉弁
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ 連結管路
３６，３６Ａ，３６Ｂ 第２熱交換部
３７ 冷却ライン
３８，３８Ａ，３８Ｂ 熱媒体供給源
３９ 熱媒体排出部
４０ 第３熱交換部
４１ ファン
４２ 冷却部
４３,４３Ａ，４３Ｂ 第４熱交換部
４４ 熱供給ライン
４５ ファン
４６,４６Ａ，４６Ｂ 弁
４７，４７Ａ，４７Ｂ 弁
４８ 熱供給先
４９ 弁
５０ コントローラ
５１ 弁
５２ 弁
５３ 弁
５４ 冷熱供給先
６０ 連続炉
６１ 加熱帯
６２ 均熱帯
６３ 冷却帯
６４ 搬入口
６５ 搬出口
６６，６７，６８，６９ 可動扉
７０ 排出口
７１Ａ，７１Ｂ 迂回ライン
７２Ａ，７２Ｂ 弁
７３ 排出部
７５Ａ，７５Ｂ 迂回ライン
７６Ａ，７６Ｂ 弁
７７Ａ，７７Ｂ 弁
７８ 復水部
７９ 弁
８０ 弁
８１ 熱交換部
８２ 温水供給ライン
８３ 供給先
８４ 弁
８５ 弁
８６ 連通ライン
８７ ポンプ
８８ 弁

Claims (7)

1. 炉における熱利用方法であって、
   化学蓄熱材の反応生成物と加熱処理中に前記炉内で発生する排ガスとの間で熱交換しながら水を生じさせて蓄熱する蓄熱工程と、
   前記水を蒸発させる際の気化熱によって対象物を冷却する冷却工程と
   を有する、炉における熱利用方法。
2. 炉における熱利用方法であって、
   化学蓄熱材の水和発熱反応により生成した反応生成物と加熱処理中に前記炉内で発生する排ガスとの間で熱交換し、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し、該水蒸気を凝縮蒸発部において水にする工程と、
   前記凝縮蒸発部の水が水蒸気になるときの気化熱によって、対象物を冷却する工程と
   を有する、炉における熱利用方法。
3. 炉における燃焼設備であって、
   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反応容器と、
   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して蓄熱するように、前記反応容器の反応生成物と加熱処理中に前記炉内で発生する排ガスとの間で熱交換する第１熱交換部と、
   前記反応容器と連結管路を介して連結され、前記第１熱交換部による熱交換により生成される水蒸気を水にする凝縮蒸発部と、
   前記凝縮蒸発部の水が水蒸気になるときの気化熱によって、対象物を冷却する第２熱交換部と
   を備える燃焼設備。
4. 前記対象物は前記炉および前記炉の周辺機器の少なくとも一方であることを特徴とする請求項３に記載の燃焼設備。
5. 前記炉は、バッチ炉であることを特徴とする請求項３または４に記載の燃焼設備。
6. 前記炉は、連続炉であることを特徴とする請求項３または４に記載の燃焼設備。
7. 前記反応容器と前記凝縮蒸発部との間の連結管路に開閉弁を設けたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１項に記載の燃焼設備。

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