(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガス配管網の所定位置で天然ガス配管に接続されて前記天然ガス配管を流れる天然ガスの温度を未利用の高温廃熱で上昇させる熱源と、
他の所定位置で前記天然ガス配管に接続されて前記天然ガス配管を流れる天然ガスとともに運搬されてきた前記廃熱を前記天然ガスから回収する熱回収手段とを有することを特徴とする廃熱回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載する廃熱回収システムにおいて、
前記熱源は、化学工場、発電設備、製鉄設備の少なくとも一つを含むプラントにおける水蒸気の凝縮潜熱や水蒸気および排気ガスの顕熱を利用して廃熱を回収するものであることを特徴とする廃熱回収システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する廃熱回収システムにおいて、
前記熱源は、前記天然ガス配管から導入した前記天然ガスと前記廃熱とを熱交換させた後、前記天然ガス配管に戻す熱交換室を有するとともに、
前記熱交換室には、熱媒体となる液体が循環するとともに、一端部が前記廃熱を含む排ガスに臨んで前記排ガスと前記液体との間で熱交換を行わせる管路の他端部が臨ませてあり、
前記液体を前記熱交換室を流通する前記天然ガスに噴霧することにより、前記熱交換により前記液体で回収した廃熱で前記天然ガスの温度を上昇させるように構成するとともに、
前記液体は、４０℃〜１００℃の温度域において、メタンガスと混合させた際の重量比率が１０ｐｐｍ未満となるものであることを特徴とする廃熱回収システム。
【請求項４】
請求項３に記載する廃熱回収システムにおいて、
前記液体は、イオン液体であることを特徴とする廃熱回収システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一つに記載する廃熱回収システムにおいて、
前記熱回収手段は、水を含む液体の加熱、有機溶剤の蒸発、化学反応、バイナリ発電の少なくとも一つにおいて前記天然ガスの温度を上昇させる前記廃熱を利用することを特徴とする廃熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃熱回収システムに関し、特にインフラとしての天然ガス配管を利用する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー資源の有効利用の観点から熱を利用するプラント等の効率向上が望まれている。一方、例えばコンバインドシステムを採用する最新のガス発電設備でも、その熱効率は６２％程度である。すなわち、３０％以上が廃熱として無駄に消費されている。このように発電設備、化学工場、製鉄設備等のプラントでは、多くの廃熱が未利用のまま環境に廃棄されている。そこで、かかる廃熱の未利用分の割合を可及的に低減すべく廃熱を有効利用するシステムが、従来より種々提案されている。例えば製鉄所廃熱を利用するシステムとして特許文献１が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１４７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の廃熱回収システムは、所定の事業所や地域内における廃熱を利用するものに止まっており、さらに広い領域で個別に発生する廃熱を回収するとともに、回収した廃熱を運搬して遠方で個別に熱回収することにより総合的な熱効率を向上させるというシステムは未だに提案されていない。特に、水蒸気の凝縮を伴う１００℃以下の熱が未利用で廃棄されていおり、その有効利用が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、インフラとしての天然ガス配管を流れる天然ガスの温度を、プラント等から回収した未利用の廃熱で上昇させて遠方に運搬し、末端で温熱回収することにより総合的な熱効率を向上させることができる廃熱回収システム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】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
天然ガス配管網の所定位置で天然ガス配管に接続されて前記天然ガス配管を流れる天然ガスの温度を未利用の高温廃熱で上昇させる熱源と、
他の所定位置で前記天然ガス配管に接続されて前記天然ガス配管を流れる天然ガスとともに運搬されてきた前記廃熱を前記天然ガスから回収する熱回収手段とを有することを特徴とする廃熱回収システムにある。
【０００７】
本態様によれば、インフラとしての既設の天然ガス配管網を利用してプラント等で発生した未利用の廃熱で温度を上昇させられた天然ガスを遠方に運搬して分配することができる。そして、未利用の廃熱で温度を上昇させられた天然ガスは、分配先で熱回収手段によりその熱を回収することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する廃熱回収システムにおいて、
前記熱源は、化学工場、発電設備、製鉄設備の少なくとも一つを含むプラントにおける水蒸気の凝縮潜熱や水蒸気および排気ガスの顕熱を利用して廃熱を回収するものであることを特徴とする廃熱回収システムにある。
【０００９】
本態様によれば、各種のプラントにおける未利用の廃熱から有効に熱回収を行うことができる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載する廃熱回収システムにおいて、
前記熱源は、前記天然ガス配管から導入した前記天然ガスと前記廃熱とを熱交換させた後、前記天然ガス配管に戻す熱交換室を有するとともに、
前記熱交換室には、熱媒体となる液体が循環するとともに、一端部が前記廃熱を含む排ガスに臨んで前記排ガスと前記液体との間で熱交換を行わせる管路の他端部が臨ませてあり、
前記液体を前記熱交換室を流通する前記天然ガスに噴霧することにより、前記熱交換により前記液体で回収した廃熱で前記天然ガスの温度を上昇させるように構成するとともに、
前記液体は、４０℃〜１００℃の温度域において、メタンガスと混合させた際の重量比率が１０ｐｐｍ未満となるものであることを特徴とする廃熱回収システムにある。
【００１１】
本態様によれば、排ガスと天然ガスとの直接的な熱交換でもなく、液体を媒介させて排ガスの廃熱を回収しているので、ガス／ガスの熱交換を行う場合に比べ飛躍的に熱交換効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明の第４の態様は、
第３の態様に記載する廃熱回収システムにおいて、
前記液体は、イオン液体であることを特徴とする廃熱回収システムにある。
【００１３】
本態様によれば、蒸気圧が低く、不活性であるイオン液体を熱媒体として用いているので、所定の廃熱回収を良好に行い得るとともに、その後回収した廃熱を天然ガスに乗せる際にもこれを安定的に良好に行うことができる。
【００１４】
本発明の第５の態様は、
第１〜第４の態様の何れか一つに記載する廃熱回収システムにおいて、
前記熱回収手段は、水を含む液体の加熱、有機溶剤の蒸発、化学反応、バイナリ発電の少なくとも一つにおいて前記天然ガスの温度を上昇させる前記廃熱を利用することを特徴とする廃熱回収システムにある。
【００１５】
本態様によれば、天然ガスの温度を上昇させた未利用の廃熱から簡易、適切に所定の熱回収を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、インフラとしての既設の天然ガス配管網を利用してプラント等で発生した廃熱を遠方に運搬して分配することができるので、未利用のまま環境中に排出されていた廃熱を可及的に低減し、その有効利用を図ることにより総合的な熱効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る廃熱回収システムの全体を示すブロック図である。
【図２】図１の熱源のさらに詳細な構造の一例を示す構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態に係る廃熱回収システムの全体を示すブロック図である。同図に示すように、天然ガス配管網Ｉは、天然ガス（都市ガス；通常はメタンを主成分とする）を供給している地域に既存のインフラとして設置してあり、ガス製造設備２で製造した天然ガスを天然ガス配管１を介して末端の需要家３に供給している。天然ガス配管１の途中には熱源４と熱回収手段５とが接続されている。
【００２０】
熱源４は、天然ガス配管網Ｉの所定位置で天然ガス配管１に接続されて天然ガス配管１を流れるガスに、回収した廃熱を乗せるためのものである。さらに具体的には、化学工場、発電設備、製鉄設備等のプラントにおける水蒸気の凝縮潜熱や水蒸気および排気ガスの顕熱を利用して廃熱を回収するものを挙げることができる。ただ、これらに限らず、従来未利用の廃熱を熱として回収することができるものであれば、それ以上の限定はない。
【００２１】
熱回収手段５は、熱源４の下流の他の所定位置で天然ガス配管１に接続されて天然ガス配管１を流れる天然ガスとともに運搬されてきた廃熱を天然ガスから回収するためのものである。さらに具体的には、水を含む液体の加熱、有機溶剤の蒸発、化学反応、バイナリ発電においてガスに乗せられた廃熱を利用するもの等、天然ガスとともに運搬されてきた廃熱と熱交換してその廃熱を利用することができるものであれば何でも良い。
【００２２】
プラント等の廃熱で天然ガスの温度を上昇させる際、ガス同士を直接接触させてこれを行うことは、基本的に困難である。廃熱を含む排ガスには、通常少なからず水分が含まれており、かかる水分が凝縮した場合、天然ガスの成分のほとんどを占めるメタンと反応してメタンハイドレートが生成されるからである。メタンハイドレートが生成された場合、天然ガス配管１を閉塞させる原因となる。そこで、天然ガス中の水分は、１ｐｐｍ以下であることが要求される。
【００２３】
一方、排気管路を流れる排気ガスと天然ガス配管１を流れる天然ガスとをガス−ガス熱交換器を用いて熱交換させようとすれば、ガス−ガス熱交換器が大型のものとなり、設備費が嵩む等の問題により効率の良い熱交換が困難になる。
【００２４】
そこで、本形態では、熱源４内に、中間の熱媒体として液体１３を利用した熱交換器を具備している。図２は、本形態における図１の熱源のさらに詳細な構造の一例を示す構造図である。同図に示すように、熱交換室８は、天然ガス配管１（図１参照；以下同じ）から導入した天然ガスとプラント等の廃熱とを熱交換させた後、天然ガス配管１に戻すよう天然ガス配管１の途中で、その上流側と下流側との間に配設されている。熱交換室８には、熱媒体となる液体１３が循環するとともに、排気管路６の内部に一端部が臨む管路９の他端部が臨んでいる。管路９はその内部を液体１３が循環しており、低温の液体１３と排気管路６を流れる排気ガス７とを熱交換させるとともに、この熱交換により排気ガスの熱を回収して高温となった液体１３をノズル９Ａを介し、熱交換室８内を流通する天然ガスに噴霧するように構成してある。この結果、天然ガスは液体１３を介して回収した排気ガス７の未利用の廃熱で温度が上昇される。かくして、未利用の廃熱で天然ガスの温度を上昇させて、効率良く天然ガス配管１の下流側の熱回収手段５に運搬することができる。
【００２５】
ここで、天然ガスに噴霧された液体１３は、熱交換室８の底部１０に溜まりポンプ１１でポンプアップされることにより、再度管路９の低温側に供給され、排気ガスとの熱交換、天然ガスへの噴霧を経て管路９内を循環される。
【００２６】
このときの熱媒体となる液体１３は、４０℃〜１００℃の温度域において、天然ガスの主成分であるメタンガスと混合させた際の重量比率が１０ｐｐｍ未満となるものを好適に利用し得る。さらに、望ましくは、メタンと反応しない不活性な液体１３で、しかも蒸気圧が低い液体１３が最適である。かかる液体１３としては、イオン液体が存在する。
【００２７】
なお、上述の如き実施の形態における天然ガス配管１は、多くは地中に埋設されるがこれに限るものではない。例えば、パイプライン等、地上に設置されるものであっても構わない。また、地中に埋設した場合において、天然ガス配管１の周囲を断熱材で覆った場合には地下水等により天然ガスの熱を奪われる等の不都合を回避し得る。
【００２８】
また、天然ガス配管網Ｉ自体の構成は、図１に示すもの以外でも種々の態様が考えられる。例えば、ガス製造設備２に対し、直列に接続された熱源４と熱回収手段５との複数組が並列に接続された構造でも勿論構わない。さらに、上記実施の形態では需要家３は天然ガスを消費する需要家として説明したが、これは同時に熱回収手段５で回収した熱を消費する需要家であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、都市ガス等の配管網が設置されている地域において、未利用廃熱を廃棄している全ての産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
Ｉ    天然ガス配管網
１    天然ガス配管
２    ガス製造設備
３    需要家
４    熱源
５    熱回収手段
６    排気管路
７    排ガス
８    熱交換室
９    管路
１３    液体
【要約】
【課題】インフラとしての天然ガス配管を流れる天然ガスの温度を、プラント等から回収した未利用の廃熱で上昇させて遠方に運搬し、末端で温熱回収することにより総合的な熱効率を向上させることができる廃熱回収システムを提供する。
【解決手段】天然ガス配管網Ｉの所定位置で天然ガス配管１に接続されて前記天然ガス配管１を流れる天然ガスの温度を未利用の高温廃熱で上昇させる熱源４と、他の所定位置で前記天然ガス配管１に接続されて前記天然ガス配管１を流れる天然ガスとともに運搬されてきた前記廃熱を前記天然ガスから回収する熱回収手段５とを有する。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
0005429836.tif 000003