(57)【要約】【課題】小規模なシステムにより鍛造工程の排熱を利用して発電を行うこと。【解決手段】バイナリー発電システム１は、鍛造排熱を用いて温めた水の熱を利用して、冷媒を気化させる蒸発部２５と、気化させた冷媒を膨張させて稼働翼を回転し発電を行う膨張タービン部２６と、を備える。これにより、鍛造排熱を利用して水を温め、この温水を利用して気化させた冷媒を用いて発電を行うことができることから、鍛造後に鍛造品から大気放冷していた排熱エネルギーを回収し電気エネルギーとして再生できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造排熱を用いて温めた水の熱を利用して、冷媒を気化させる蒸発部と、
前記気化させた冷媒を膨張させて稼働翼を回転し発電を行う膨張タービン部と、を備える、
バイナリー発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイナリー発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場等における二酸化炭素（ＣＯ２）の排出を抑制する試みがなされている。特に鍛造工場では、鍛造工程におけるＣＯ２の発生量の約７０％を電力が占めており、その内の８５％は加熱を行うための加熱電力が占めている。すなわち、鍛造工程におけるＣＯ２の発生の６０％以上は加熱電力が占めている。この加熱電力のうち、更に６０％は熱エネルギーとして製品に残り、鍛造成形後に放冷される。
【０００３】
より具体的には、鍛造工程における電力の８５％が加熱を行うための加熱電力であり、残りの１５％がプレスやその他に用いられる。この加熱電力のうち、トランスの損失が約１％、インバーターの損失が約４％、コンデンサの損失が４％、コイルでの損失が約２０％、放射損失が約４％、レール損失が約５％であるものとすると、全体のロスが約４０％であり、鍛造成形後に製品に残る熱エネルギーが約６０％存在している。
【０００４】
従来、このような分野の技術として、特開２００９−２２１９６１号公報がある。この公報に記載されたバイナリー発電システムでは、熱交換により蒸発した低沸点媒体の蒸気を蒸気タービンに導き、タービンを動作させることにより発電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２１９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来のバイナリー発電システムは、水蒸気を使用したバイナリー発電であって大規模な装置を構成する必要があるため、大規模な投資が必要となる。したがって、鍛造ライン規模で小容量での排熱発電を行う簡易な発電装置が求められていた。
本発明は、小規模なシステムにより鍛造工程の排熱を利用して発電を行うバイナリー発電システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるバイナリー発電システムは、鍛造排熱を用いて冷媒を気化させる蒸発部と、前記気化させた冷媒を膨張させて稼働翼を回転し発電を行う膨張タービン部と、を備える。
これにより、鍛造排熱を利用して気化させた冷媒を用いて発電することができる。
【発明の効果】
【０００８】
これにより、小規模なシステムにより鍛造工程の排熱を利用して発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】バイナリー発電システムの構成を示す図である。
【図２】鍛造工程と製品温度の推移の一例を示す図である。
【図３】バイナリー発電システムを用いた発電の流れを示した図である。
【図４】効率向上の実験に用いたタービンの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、バイナリー発電システム１は、鍛造品２から鍛造排熱を収集して熱交換を行う熱収集部１１と、稼働翼を回転させて発電を行う発電部１２と、を備える。
【００１１】
熱収集部１１は、鍛造品から鍛造排熱を収集するフード２１と、鍛造排熱によって温められたエアーをダクト２３に流すファン２２と、ダクト２３内を流れる温められた空気の熱を用いて水を温める熱交換部２４と、を備える。
【００１２】
発電部１２は、熱交換部２４で温められた熱により冷媒を気化させる蒸発部２５と、蒸発部２５により気化させた冷媒を膨張させて発電を行う膨張タービン部２６と、気体状となった冷媒を凝縮して液体に戻す凝縮部２７と、蒸発部２５から膨張タービン部２６を介して凝縮部２７に流れる冷媒を蒸発部２５に戻すための冷媒ポンプ２８と、を備える。
【００１３】
フード２１は、例えば鍛造品の上部に配置されており、鍛造排熱を収集する。また、フード２１には、ファン２２が隣接して設けられている。
【００１４】
ここで図２に示すように、鍛造工程では、例えば、材料の供給、加熱、成形、放冷・水冷、ブラスト処理（ＳＢ）、検査、の工程を経ることによって、製品の鍛造成形を行う。ここで製品温度は、材料の供給工程は約２０℃であるが、加熱工程では約１２００℃まで加熱する。その後、成形工程、放冷・水冷工程において、放冷することによって鍛造排熱が発生し、さらにその後、水冷により製品温度が約２０℃となるまで低下させる。すなわち、鍛造する際には、加工エネルギーを減らすために加熱して高温にするが、加工後はこの熱は不要となるため排熱を大気開放させている。フード２１では、この鍛造排熱を収集する。
【００１５】
ファン２２は、フード２１が収集した、鍛造排熱により温められたエアーをダクト２３に送り出す。
【００１６】
ダクト２３は、フード２１と熱交換部２４を繋ぐように配置されている。例えば、ダクト２３は、フード２１から熱交換部２４に温められたエアーを運ぶ経路となる第１のダクトと、熱交換部２４で熱交換された後にフード２１に戻る経路となる第２のダクトと、により構成されている。なおダクト２３には、断熱材が巻かれている。これにより、フード２１により収集された温かいエアーの温度の低下を抑制しながら、ダクト２３を介して、熱交換部２４にエアーを運ぶことができる。
【００１７】
熱交換部２４は、ダクト２３を介して流れてきたエアーと、水との熱交換を行う。すなわち熱交換部２４では、ダクト２３を流れるエアーの熱を用いて水を加熱する。なお、この水は、約９０℃の温水となるように加熱される。この温水は、蒸発部２５に向けて送られる。
【００１８】
蒸発部２５は、発電部１２において循環する冷媒の気化を行う。すなわち、蒸発部２５では、熱交換部２４から挿入された温水の熱を利用して、冷媒の気化を行う。蒸発部２５で気化した冷媒は、膨張タービン部２６に向けて送られる。なお発電部１２において冷媒の気化のために熱を奪われた温水は、熱交換部２４に向けて送られる。すなわち、熱交換部２４で加熱される水は、蒸発部２５との間で循環している。なお、蒸発部２５で用いられる蒸発器には、車載利用が可能な蒸発器を用いることができる。
【００１９】
膨張タービン部２６は、蒸発部２５から挿入された冷媒の膨張を行うとともに、膨張させた気体状の冷媒によって回転させる稼働翼と、冷媒が効率よく稼働翼に流れるように冷媒の流れを導く固定翼と、を備えたタービンを有する。この稼働翼の回転により、発電が行われる。なお例えば、この回転のために用いられた冷媒は、膨張タービン部２６から凝縮部２７に向けて送られる。膨張タービン部２６で用いられる膨張器タービンには、車載利用が可能な膨張器タービンを用いることができる。
【００２０】
凝縮部２７は、膨張タービン部２６から挿入された冷媒の凝縮を行う。ここで、凝縮部２７では、発電部１２の外部から挿入された冷水による冷却や、ファンの送風による冷却が行われている。これにより例えば、凝縮部２７では、膨張タービン部２６から気体状で挿入された冷媒を、液体状とするように凝縮できる。凝縮部２７で用いられる凝縮器には、車載利用が可能な凝縮器を用いることができる。
【００２１】
冷媒ポンプ２８は、凝縮部２７から蒸発部２５に冷媒を送る経路上に配置されている。冷媒ポンプ２８を動作させることにより、凝縮部２７から蒸発部２５に、液体状の冷媒を送ることができる。
【００２２】
図３を参照して、バイナリー発電システム１を用いた発電の流れの一例を説明する。
【００２３】
フード２１は、鍛造後の高熱状態の鍛造品からの排熱を回収する（Ｓ１）。
【００２４】
ファン２２は、フード２１で回収された温められたエアーを、ダクト２３を介して熱交換部２４に送り出す（Ｓ２）。
【００２５】
熱交換部２４では、ダクト２３を介して送られてきたエアーと、水との熱交換を行う（Ｓ３）。熱交換部２４で温められた温水は、蒸発部２５に送られる。
【００２６】
蒸発部２５では、温水の熱を利用して冷媒の気化を行う（Ｓ４）。なお例えば、冷媒には、低温度で液体から気体に状態変化する物質を用いることができる。蒸発部２５で気体状になった冷媒は、膨張タービン部２６に送られる。なお、冷媒の状態変化に熱を利用された後の温水は、熱交換部２４に送られる。
【００２７】
膨張タービン部２６では、冷媒の膨張を行う（Ｓ５）。また、膨張タービン部２６では、膨張させた冷媒を用い、固定翼によって冷媒を効率よく稼働翼に導き、稼働翼を回転させることで発電を行う。膨張タービン部２６で発生した電力は、鍛造品を製造している工場の電力として再利用することができる。なお、膨張タービン部２６で使用された冷媒は、凝縮部２７に向けて送られる。
【００２８】
凝縮部２７では、外部から流入された冷水や、凝縮部２７に取り付けられたファンを用いて、気体状の冷媒を凝縮して液体に戻す（Ｓ６）。なお、凝縮部２７で液体状となった冷媒は、冷媒ポンプ２８により、蒸発部２５に送られる。
【００２９】
なお、バイナリー発電システム１では、排熱発生源付近に各種の構成物品を配置する必要がある。しかしながら、例えば蒸発部２５や凝縮部２７で用いられる部品として、車載利用できる程度に小容量、安価かつ小型のものを用いることができるので、全体として小型化し、コストを削減することができる。
【００３０】
さらに、膨張タービン部２６では、ローター回転時の摩擦抵抗を低減することで、発電の効率化を図ることができる。
【００３１】
ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、膨張タービン部２６で用いられるタービンを吸気側から見た状態であり、見やすくするために一部の部品を外した状態である。効率化の実験として、図４（ａ）に示すように、螺旋状に設けられている壁面部に空気穴を設けていないものと、図４（ｂ）に示すように高効率化のために空気穴を設けたものとを比較した。これは、空気穴に冷媒が入ることで、ステータとの干渉を起こさずにローターが回転することで、高効率を確保できるという仮説に基づくものである。なお、図４（ａ）、図４（ｂ）に示したタービンは、いずれも車載可能である程度の大きさである小型のタービンである。
【００３２】
これらのタービンについて発電の実験を行った結果、図４（ａ）に示した空気穴を設けないタービンでは発電出力が１００Ｗ、発電効率が５．０％であった。一方、図４（ｂ）に示した空気穴を設けたタービンでは、発電出力を２００Ｗ、発電効率を５．９％とすることができるという結果が得られている。また、図４（ａ）で用いたタービンでは、図４（ｂ）に用いたタービンに比べて、ステータとの干渉により傷がついていることが確認されている。
【００３３】
このようにして、鍛造後に鍛造品から大気放冷していた排熱エネルギーを回収し、電気エネルギーとして再生して、再び鍛造を行うために利用することができる。エネルギーを再利用することによって、鍛造を繰り返し行う際に、他の施設における発電量を節約することができるため、ＣＯ２の排出量を低減させることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１            バイナリー発電システム
２            鍛造品
１１            熱収集部
１２            発電部
２１            フード
２２            ファン
２３            ダクト
２４            熱交換部
２５            蒸発部
２６            膨張タービン部
２７            凝縮部
２８            冷媒ポンプ
【図１】
2020148119.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020148119.tif 000005
【図４】
2020148119.tif 000006