(57)【要約】【課題】排気管に対する外付けが可能で、比較的安価に施工でき、エネルギーの変換効率を高くできる、排熱回収装置および排熱回収システムを提供することを課題とする。【解決手段】実施形態に係る排熱回収装置は、排気ガスを流通させる排気管の外面に接触した外面を有する伝熱管を有する。この伝熱管は、排気ガスの熱を回収するための吸熱流体を流通させる。伝熱管の外面および排気管の外面の間には、双方に熱的に接触した状態の熱導電性のパテが設けられる。伝熱管の外側には、伝熱管を排気管の外面との間で囲うように覆うカバーが設けられる。カバー内には、パテが充填される。これら構造物のさらに外側には、伝熱管、パテ、およびカバーを覆う保温材が設けられる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを流通させることで加熱される排気管と、
この排気管の外面に接触した外面を有するとともに、上記排気ガスの熱を回収するための吸熱流体を流通させる伝熱管と、
この伝熱管の外面および上記排気管の外面のそれぞれに熱的に接触した状態で設けられた熱導電性のパテと、
内部に上記パテを充填した状態で上記伝熱管を上記排気管の外面との間で覆うカバーと、
上記伝熱管、パテ、およびカバーを覆う保温材と、
を有する排熱回収装置。
【請求項２】
上記伝熱管は、上記排気管の長手方向に延設された複数本の直管と、これら複数本の直管の端部同士を接続する複数本のＵ字状の曲管と、を連続してつないだ九十九折状の構造を有する、
請求項１の排熱回収装置。
【請求項３】
上記曲管は、それぞれ、上記排気管の周方向に隣接する２本の上記直管の並び方向の幅を超える幅を有し、上記周方向に隣接する２本の曲管同士が干渉しないように、上記排気管の外面から離れる方向に折り曲げられる、
請求項２の排熱回収装置。
【請求項４】
上記伝熱管は、上記排気管の外面に巻き付けられたコイル状の構造を有する、
請求項１の排熱回収装置。
【請求項５】
排気ガスを流通させることで加熱される排気管と、
この排気管の外面と離間して該排気管の外側に同軸状に配置された外管と、
この外管のさらに外側に配置した保温材と、
上記排気管の外面に接触した状態で吸熱流体を流通させるように当該排気管と上記外管との間に設けられた流路と、
を有する排熱回収装置。
【請求項６】
上記流路は、上記排気管の長手方向に沿って当該排気管の両端まで延びた複数本の直線状の流路を含み、
これら複数本の直線状の流路の端部同士を上記吸熱流体を流通可能につなぐため、上記排気管の両端に設けた２つの端部材をさらに有する、
請求項５の排熱回収装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の排熱回収装置を介して上記排気ガスの熱を回収した上記吸熱流体から熱エネルギーを取り出すための排熱回収システムであって、
上記吸熱流体の流れに沿って配置した複数の上記排熱回収装置を備え、
各排熱回収装置から出た上記吸熱流体の温度を測定する複数の温度計と、
上記複数の排熱回収装置を通して上記吸熱流体を流通させるためのポンプと、
上記複数の温度計をモニタして上記各排熱回収装置を流れる吸熱流体の温度がその沸点を超えないように上記ポンプを制御する制御部と、
を有する排熱回収システム。
【請求項８】
上記複数の排熱回収装置は、単一の排気管に沿って配置されている、
請求項７の排熱回収システム。
【請求項９】
上記複数の排熱回収装置は、上記吸熱流体の流れに沿って直列に配置されている、
請求項７の排熱回収システム。
【請求項１０】
上記複数の排熱回収装置は、上記吸熱流体の流れに沿って並列に配置されている、
請求項７の排熱回収システム。
【請求項１１】
上記伝熱管の材質、肉厚、長さ、管径、上記パテの材質、量、上記カバーの材質、サイズのうち少なくとも１つを各排熱回収装置毎に異ならせて、上記複数の排熱回収装置で回収する熱量を一定にした、
請求項７の排熱回収システム。
【請求項１２】
請求項５または請求項６のいずれかに記載の排熱回収装置を介して上記排気ガスの熱を回収した上記吸熱流体から熱エネルギーを取り出すための排熱回収システムであって、
上記吸熱流体の流れに沿って配置した複数の上記排熱回収装置を備え、
各排熱回収装置から出た上記吸熱流体の温度を測定する複数の温度計と、
上記複数の排熱回収装置を通して上記吸熱流体を流通させるためのポンプと、
上記複数の温度計をモニタして上記各排熱回収装置を流れる吸熱流体の温度がその沸点を超えないように上記ポンプを制御する制御部と、
を有する排熱回収システム。
【請求項１３】
上記複数の排熱回収装置は、単一の排気管に沿って配置されている、
請求項１２の排熱回収システム。
【請求項１４】
上記複数の排熱回収装置は、上記吸熱流体の流れに沿って直列に配置されている、
請求項１２の排熱回収システム。
【請求項１５】
上記複数の排熱回収装置は、上記吸熱流体の流れに沿って並列に配置されている、
請求項１２の排熱回収システム。
【請求項１６】
上記流路の太さ、長さ、および／或いはレイアウトを各排熱回収装置毎に異ならせて、上記複数の排熱回収装置で回収する熱量を一定にした、
請求項１２の排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高温の排気ガスから熱を回収する排熱回収装置、およびこの排熱回収装置で回収した熱を電力に変換したり直接空調設備等で利用したりするための排熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガスの熱エネルギーを回収する装置として、高温の排気ガスが流れるダクト内に、低温の流体が流れる伝熱管を配置した熱交換装置を備えたエネルギー回収システムが知られている。この種の回収システムでは、伝熱管を流れて加熱された流体から熱エネルギーを回収して、発電に利用したり空調に利用したりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６４９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来の熱交換装置では、ダクト内に伝熱管を配置するため、構造が複雑で伝熱管の後付けができない。また、ダクト内を流れる排気ガスに含まれる成分が伝熱管に付着してダクト内で目詰まりや、伝熱管腐食劣化による熱媒体リーク、ダクト内への伝熱管設置に伴う排気効率の低下による、加工領域内ガス成分及び雰囲気温度の変化による製品焼成品質低下が生じる可能性があり、頻繁なメンテナンスの必要がある。
【０００５】
また、従来の装置では、高温の排気ガスが流れるダクト内に伝熱管を配置するため、伝熱管内を流れる流体の温度を制御するのが難しい。例えば、流体として水を用いた場合、伝熱管内を流れている途中で容易に沸点に達し、気化して圧力が急激に高まることが考えられる。この場合、ダクト内に配置する伝熱管は、圧力容器として施工する必要があり、その分、施工コストが高くなる。
【０００６】
よって、排気管に対する外付けが可能で、比較的安価に施工でき、エネルギーの変換効率を高くできる、排熱回収装置および排熱回収システムの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る排熱回収装置は、排気ガスを流通させる排気管の外面に接触した外面を有する伝熱管を有する。この伝熱管は、排気ガスの熱を回収するための吸熱流体を流通させる。伝熱管の外面および排気管の外面の間には、双方に熱的に接触した状態の熱導電性のパテが設けられる。伝熱管の外側には、伝熱管を排気管の外面との間で囲うように覆うカバーが設けられる。カバー内には、パテが充填される。これら構造物のさらに外側には、伝熱管、パテ、およびカバーを覆う保温材が設けられる。
【０００８】
実施形態に係る排熱回収システムは、複数の上述した排熱回収装置を有し、これら複数の排熱回収装置を介して排気ガスの熱を回収した吸熱流体から熱エネルギーを取り出す。
【０００９】
伝熱管を細くすることで、排気管表面へ敷設できる長さが増加し、接触面積を増すことができるが、細い伝熱管は、圧力損失が大きくポンプ負荷(自ら消費する電力)が増える傾向にあるため、複数の排熱回収装置に分けることで圧力損失を抑制、ポンプ負荷の低減を図り、排気管表面への接触面積を増し排熱回収効率を向上させている。
【００１０】
このシステムは、各排熱回収装置から排出された吸熱流体の温度を測定する複数の温度計と、複数の排熱回収装置を通して吸熱流体を流通させるためのポンプと、複数の温度計をモニタして各排熱回収装置を流れる吸熱流体の温度がその沸点を超えないようにポンプを制御する制御部と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る排熱回収装置を備えた排気設備を示す概略図である。
【図２】図２は、図１の排熱回収装置における伝熱パイプのレイアウトを示す外観図である。
【図３】図３は、図２の伝熱パイプの変形例を示す説明図である。
【図４】図４は、伝熱パイプを排気ダクトにコイル状に巻き付けた状態を示す外観図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る排熱回収装置を示す断面図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係る排熱回収装置を示す断面図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る排熱回収システムを示す概略図である。
【図８】図８は、図７の排熱回収システムの動作を制御する制御系のブロック図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る排熱回収システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。  
図１は、第１の実施形態に係る排熱回収装置１０を備えた排気設備１の概略図を示す。図１には、排熱回収装置１０の伝熱パイプ１２（伝熱管）のレイアウトを拡大して示すとともに、排熱回収装置１０の要部の断面を拡大して示す。また、図２は、排気ダクト１１（排気管）の外面１１ａに伝熱パイプ１２を接触させて九十九折り状にレイアウトした外観図である。
【００１３】
図１に示すように、排気設備１は、例えば、鋳造部品を製造するキュポラ炉、原材料や素材品を焼成加工する焼成炉などの高温加工製造装置２から排気ダクト１１を通して排気された高温の排気ガスを処理する排ガス処理設備４を備えている。高温加工製造装置２と排ガス処理設備４の間には、本実施形態の排熱回収装置１０が設けられている。排熱回収装置１０は、排気ガスを流通させることで加熱される排気ダクト１１を介して熱を回収する。排熱回収装置１０で回収した熱エネルギーは、後述する排熱利用省エネ機器５０で利用される。
【００１４】
排気ガスの排気方向に沿って排ガス処理設備４よりさらに下流側の排気ダクト１１には送風機６が設けられている。送風機６を作動させると、高温加工製造装置２から排気された排気ガスが、排熱回収装置１０および排ガス処理設備４を通して図示矢印方向に排気ダクト１１内を流通する。この際、排気ガスの熱が排熱回収装置１０で回収されて排熱利用省エネ機器５０で利用される。
【００１５】
本実施形態の排熱回収装置１０は、図２に示すように、熱伝導率の高い銅管などを九十九折り状に折り曲げた構造の細長い伝熱パイプ１２を有する。伝熱パイプ１２は、その略全長にわたって排気ダクト１１の外面１１ａに接触する外面１２ａを有する。本実施形態では、排気ダクト１１および伝熱パイプ１２がそれぞれ円筒管であるため、排気ダクト１１の外面１１ａと伝熱パイプ１２の外面１２ａとの間の接触は線接触となる。
【００１６】
このため、排気ダクト１１と伝熱パイプ１２との間に、良好な熱伝導性を有するパテ１３（図１）を充填した。パテ１３は、排気ダクト１１の外面１１ａに熱的に接触するとともに、伝熱パイプ１２の外面１２ａにも熱的に接触する。このように、熱伝導性のパテ１３を設けることで、線接触状態であるにも関わらず、排気ダクト１１と伝熱パイプ１２との間で熱を良好に伝達できるようになる。
【００１７】
また、伝熱パイプ１２の外側に、伝熱パイプ１２を排気ダクト１１の外面１１ａとの間で覆うカバー１４を設けた。カバー１４は、矩形の金属板を折り曲げたものであり、排気ダクト１１の外面１１ａに対して非接触状態である。カバー１４内には、パテ１３を充填した。本実施形態では、パテ１３を設けることで、伝熱パイプ１２と排気ダクト１１とを熱的に接触させるとともに、伝熱パイプ１２とカバー１４とを熱的に接触させたが、双方とも固定していないため、伝熱パイプ１２は、排気ダクト１１およびカバー１４に対して移動可能である。
【００１８】
伝熱パイプ１２が銅管である一方、排気ダクト１１およびカバー１４をステンレス製としたため、両者の間の熱膨張率の違いにより、わずかにズレを生じることが考えられる。本実施形態の排熱回収装置１０を備えた排気設備１は、一定温度の排気ガスを長時間流し続ける環境にあるため、メンテナンス時以外には殆ど熱的な環境に変化はない。このため、本実施形態では、伝熱パイプ１２と排気ダクト１１およびカバー１４との間に熱応力が作用することはあまり無いが、上述したように伝熱パイプ１２を移動可能に設けることで、配管のズレなどの心配がなくなる。
【００１９】
伝熱パイプ１２を排気ダクト１１に取り付ける場合、まず、排気ダクト１１の外面１１ａに内側バンド１５を巻き付ける。内側バンド１５は、ステンレス製の薄くて細長い帯状の金属ベルトであり、図示しないネジなどにより排気ダクト１１の外面１１ａに締め付け固定される。
【００２０】
この後、伝熱パイプ１２を構成する複数本の直管１２ｂを排気ダクト１１の長手方向に沿って外面１１ａに設置する。伝熱パイプ１２は、複数本の真っ直ぐな直管１２ｂおよび複数の円弧状に湾曲した曲管１２ｃを連結して九十九折り状にしたものである。複数本の直管１２ｂを外面１１ａに取り付ける際には、各直管１２ｂの両端を内側バンド１５に引っ掛けて仮固定する。そして、排気ダクト１１の周方向に隣接する直管１２ｂの端部同士を、伝熱パイプ１２を構成する曲管１２ｃで連結する。
【００２１】
或いは、数本の直管１２ｂと曲管１２ｃを予め連結してユニット化しておき、例えば伝熱パイプ１２の全長を排気ダクト１１の周方向に８分割して、ユニット毎に排気ダクト１１の外面１１ａに取り付けても良い。そして、排気ダクト１１の外面１１ａと伝熱パイプ１２の外面１２ａのそれぞれに接触するようにパテ１３を充填して両者の間の隙間を埋める。
【００２２】
直管１２ｂと曲管１２ｃとの間の接続は、通常の給排水管の施工レベルでよい。つまり、本実施形態の排熱回収装置１０は、伝熱パイプ１２を通す水などの吸熱流体を、伝熱パイプ１２を圧力容器としない温度に制御する（その方法については後に詳述する）ため、吸熱流体が連結部分から漏れない程度の施工でよく、その分、施工費を安価にできる。
【００２３】
上記のように、伝熱パイプ１２を排気ダクト１１の外面１１ａに敷設（図２の状態）した後、伝熱パイプ１２にカバー１４を被せて、カバー１４内にパテ１３を充填する。つまり、パテ１３は、排気ダクト１１の外面１１ａと伝熱パイプ１２の外面１２ａとの間の隙間を埋めるとともに、伝熱パイプ１２の外面１２ａとカバー１４との間の隙間を少なくとも部分的に埋める。本実施形態では、複数のカバー１４を、伝熱パイプ１２の複数の直管１２ｂをそれぞれ覆う位置に設けた。
【００２４】
続いて、外側バンド１６を複数のカバー１４の外側から巻き付けて複数のカバー１４を排気ダクト１１に固定する。外側バンド１６もステンレス製の薄く且つ細長い帯状の金属ベルトであり、ネジなどを用いて締結固定される。本実施形態では、伝熱パイプ１２の複数本の曲管１２ｃの近くに２本の外側バンド１６を配置し、複数のカバー１４の長手方向の中央に１本の外側バンド１６を巻き付けた。この状態で、伝熱パイプ１２が排気ダクト１１の外面１１ａにしっかりと固定される。
【００２５】
さらに、この後、３本の外側バンド１６の外側から、伝熱パイプ１２、パテ１３、および複数のカバー１４を覆うように、ガラスウールなどの保温材１７を巻き付け、外板１８を被せる。これで、排熱回収装置１０の外殻を形成し、排熱回収装置１０の施工が完了する。
【００２６】
以上のように、本実施形態によると、排気ダクト１１の外面１１ａに伝熱パイプ１２を外付けでき、排熱回収装置１０を安価に構成できる。また、伝熱パイプ１２を外付けすることで、仮に伝熱パイプ１２から吸熱流体が漏れ出た場合であっても、排気ダクト１１内に侵入する不具合を生じることが無い。また、本実施形態のように吸熱流体が水（１００℃に満たないお湯）である場合、外部に漏れても重大な問題にならないので、伝熱パイプ１２の繋ぎ目のシール性を必要以上（圧力容器のレベルほど）に高くする必要もない。さらに、排熱回収装置１０を撤去したり別の排気ダクトに移設したりする場合であっても、排気ダクト１１から容易に取り外し可能である。
【００２７】
なお、本実施形態では、伝熱パイプ１２内を流れる吸熱流体に対して、排気ダクト１１内を流れる排気ガスの熱を、できるだけ効率よく伝熱するため、種々の工夫をした。つまり、線接触する排気ダクト１１の外面１１ａと伝熱パイプ１２の外面１２ａとの間に良好な熱伝達特性を有するパテ１３を充填することで、排気ダクト１１と伝熱パイプ１２との間の熱の伝達効率を高めた。また、伝熱パイプ１２にカバー１４を被せて、さらに保温材１７および外板１８で伝熱パイプ１２を覆うことで、排気ダクト１１の外面１１ａおよび伝熱パイプ１２の外面１２ａから大気中に熱が放出されることを抑制し、熱エネルギーの変換効率を向上させた。
【００２８】
排気ダクト１１からの熱を伝熱パイプ１２に効果的に伝えるためには、伝熱パイプ１２の排気ダクト１１に対する接触面積、すなわち伝熱パイプ１２の長さをできるだけ長くすることが有効である。反面、上述した実施形態のように、伝熱パイプ１２を九十九折り状にレイアウトすると、曲管１２ｃの曲率半径に依存して、排気ダクト１２の周方向に隣接する２本の直管１２ｂの間隔が決まるため、曲管１２ｃの管径が太く曲げにくい場合などには、曲率半径が大きくなって直管１２ｂの間が広がってしまう。
【００２９】
図３には、このような不具合を解消するための伝熱パイプ１２の変形例を示す。第１の実施形態では、半円形（１８０°）の曲管１２ｃを用いて直管１２ｂの端部同士をつないだが、この変形例では、２７０°〜３００°程度の角度で湾曲させた曲管１２ｄを用いた。これにより、同じ曲率を有する場合であっても曲管１２ｄの端部間の距離を短くでき、その分、周方向に隣接する２本の直管１２ｂの距離も狭くできる。
【００３０】
しかしながら、このまま排気ダクト１１の外面１１ａに上記変形例の伝熱パイプ１２を配置すると、円形に近い互いに周方向に隣接する曲管１２ｄ同士が干渉して接触してしまう。このため、本変形例では、曲管１２ｄ同士が干渉しないように、排気ダクト１１の外面１１ａから離れる方向に曲管１２ｄを１つおきに交互に折り曲げて配置するようにした。
【００３１】
この他に、伝熱パイプ１２をできるだけ長く排気ダクト１１の外面１１ａに接触させるレイアウトとして、図４に例示するようなコイル状のレイアウトが考えられる。このようなコイル状のレイアウトは、パイプを密集させて排気ダクト１１の外面１１ａに配置できる点で有利であるが、施工が難しく作業に手間がかかるとともに、排気ダクト１１の外面１１ａに伝熱パイプ１２の外面１２ａをその全長にわたって良好に接触させることが難しい。また、パイプを排気ダクト１１にコイル状に巻き付けると熱によりスプリングバックを生じることも考えられる。よって、コイル状のパイプを敷設する際には、比較的管径が細く折り曲げやすい材質のパイプを用いることが望ましい。
【００３２】
図５は、第２の実施形態に係る排熱回収装置２０を排気ダクト１１の長手方向と直交する面で破断した断面図である。  
この排熱回収装置２０は、排気ダクト１１の外面１１ａに固設した複数本の線材２２と、外胴２４（外管）と、を有する。外胴２４は、比較的薄いステンレス製の矩形の板材を排気ダクト１１の径より大きな径にして巻き回して円筒状にしたものである。複数本の線材２２は、例えば、断面略台形のステンレス製の棒材であり、排気ダクト１１の外面１１ａの周方向に一定の間隔を空けて互いに離間した状態でそれぞれ長手方向に延設されている。複数本の線材２２は、排気ダクト１１の外面１１ａおよび外胴２４の内面２４ａに対してそれぞれ熱導伝性の接着剤を介して接着固定される。
【００３３】
上記構造の排熱回収装置２０を施工する場合、例えば、外胴２４の内面２４ａに複数本の線材２２を接着固定する。この際、各線材２２の断面台形の下辺（長い方の辺）側の面２２ａが外胴２４の内面２４ａに接着される。そして、各線材２２の外胴２４から離間した上辺（短い方の辺）側の面２２ｂに接着剤を塗布し、複数本の線材２２を備えた外胴２４を排気ダクト１１の外面１１ａに巻き付ける。これにより、各線材２２の面２２ｂが排気ダクト１１の外面１１ａに接着固定される。
【００３４】
この状態で、排気ダクト１１の周方向に隣接した２本の線材２２、排気ダクト１１の外面１１ａ、および外胴２４の内面２４ａで囲まれた細長い流路２５が形成される。この流路２５は、複数本の線材２２の周方向に沿った間隔、および排気ダクト１１の外面１１ａと外胴２４の内面２４ａとの間の径の違いに応じた太さを有する。なお、本実施形態では、線材２２の本数と同じ数の流路２５が形成されることになる。
【００３５】
そして、外胴２４の外側には、複数本の固定バンド２６が設けられる。本実施形態では、外胴２４の長手方向の両端および中央の３か所に固定バンド２６を設けた。各固定バンド２６は、ネジ２６ａを用いて外胴２４の外面２４ｂに締め付けられる。これにより、外胴２４が排気ダクト１１に締結固定されて、複数本の線材２２がしっかりと固定される。
【００３６】
さらにこの後、３本の固定バンド２６の外側に保温材２７を介して外板２８が設けられる。これら保温材２７および外板２８は、第１の実施形態の保温材１７および外板２８と同じものであるため、ここではその説明を省略する。
【００３７】
複数本の線材２２の間に形成された複数本の流路２５は、その長手方向の両端が開放している。このため、外胴２４の長手方向の両端には、それぞれ、複数の流路２５の端部同士を吸熱流体を流通可能につなぐための図示しない端部材が設けられている。しかして、これら複数の流路２５を通して吸熱流体を流す場合、一方の端部材から複数本の流路２５を通して他方の端部材に向けて同じ方向に吸熱流体を流す。
【００３８】
以上のように、本実施形態によると、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏することができ、さらに施工が容易な排熱回収装置２０を提供できる。特に、本実施形態によると、複数本の流路２５を一斉に形成でき、流路の途中に繋ぎ目もなく、施工が容易となる。
【００３９】
図６は、第３の実施形態に係る排熱回収装置３０を示す。  
この排熱回収装置３０は、排気ダクト１１の外面１１ａに巻き付けられる波板３２、外胴３４、固定バンド３６、保温材３７、外板３８、および図示しない２つの端部材を有する。外胴３４、固定バンド３６、保温材３７、外板３８、および端部材は、上述した第２の実施形態と略同じものであるため、ここではその説明を省略する。
【００４０】
この排熱回収装置３０を施工する場合、波板３２の内側の面３２ａ、すなわち波板３２の内側に凸となる複数の波山の頂面３２ａに熱伝導性の接着剤を塗布して、波板３２を排気ダクト１１の外面１１ａに巻き付ける。このとき、接着剤の代わりに熱伝導性を有するパテなどを設けて波板３２を排気ダクト１１の外面１１ａに巻き付けるだけでも良い。
【００４１】
この後、波板３２の外側に凸となる複数の波山の頂面３２ｂに熱伝導性の接着剤を塗布して、外胴３４を巻き付けて、複数本の固定バンド３６により締結固定する。この際、接着剤の代わりにパテを設けても良く、締結による締め付けによって波板３２の頂面３２ｂと外胴３４の内面３４ａは密着される。
【００４２】
最後に、２つの端部材を外胴３４の両端に設けて、排熱回収装置３０の施工が完了する。この排熱回収装置３０は、波板３２と排気ダクト１１の外面１１ａとの間に形成された複数本の流路３５を介して吸熱流体を流通させて、上述した第２の実施形態の排熱回収装置２０と同様に機能する。
【００４３】
以上のように、本実施形態によると、上述した第１および第２の実施形態と同様の
効果を奏することができる。その上、複数本の流路３５を構成するための１枚の波板３２を用いたため、より施工が容易な排熱回収装置３０を提供できる。
【００４４】
図７は、第１の実施形態に係る排熱回収システム１００（以下、単に、システム１００と称する）の概略図である。また、図８は、このシステム１００の動作を制御する制御系のブロックである。
【００４５】
システム１００は、排気ダクト１１の長手方向に沿って、３つの排熱回収装置１０１、１０２、１０３を備えている。これら３つの排熱回収装置１０１、１０２、１０３は、上述した排熱回収装置１０、２０、３０のいずれかであっても良い。これら３つの排熱回収装置１０１、１０２、１０３は、それぞれの伝熱パイプ１２を直列に接続している。以下の説明では、これら排熱回収装置が上述した各実施形態のものと同様の構造を有するものとして、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４６】
システム１００は、伝熱パイプ１２の途中に、排熱利用省エネ機器５０を備えている。排熱利用省エネ機器５０として、例えば、図示のような排熱交換機能を有した発電装置の他に、建物の空調設備、熱電素子、ヒートポンプなどがある。ここでは、排熱交換機能を有した有機ランキンサイクル発電装置を例にとって説明する。
【００４７】
排熱利用省エネ機器５０は、伝熱パイプ１２を流れる吸熱流体から熱エネルギーを取出して、発電機５２を駆動する。より具体的には、伝熱パイプ１２に沿って配置した受熱パイプ５１を介して受熱流体を流し、吸熱流体の熱を受熱流体へ移す。受熱流体は、吸熱流体より沸点の高い液体であり、吸熱流体の熱を受けて気化する。そして、この蒸気によってタービン５４を回して発電機５２を介して電気を取り出す。
【００４８】
吸熱流体の流れ方向（図示矢印方向）に沿って、伝熱パイプ１２の途中には、伝熱パイプ１２を流れる吸熱流体の温度を検出するための複数個の温度計１１１、１１２、１１３、１１４が設けられている。温度計１１１は、排熱回収装置１０３の上流側に配置され、温度計１１２は、排熱回収装置１０３と排熱回収装置１０２の間に配置され、温度計１１３は、排熱回収装置１０２と排熱回収装置１０１の間に配置され、温度計１１４は、排熱回収装置１０１の下流側に配置されている。
【００４９】
また、排熱利用省エネ機器と排熱回収装置１０３との間には、伝熱パイプ１２を通して吸熱流体を流通させるためのポンプ１１５、および伝熱パイプ１２を流れる吸熱流体の流量を計測するための流量計１１６が配置されている。
【００５０】
システム１００の制御部６０は、４つの温度計１１１、１１２、１１３、１１４を介して伝熱パイプ１２を流れる吸熱流体の温度を監視する。そして、制御部６０は、排熱利用省エネ機器５０の直前にある温度計１１４により検出温度が、吸熱流体の沸点に満たない温度になるように、ポンプ１１５を動作制御する。
【００５１】
例えば、吸熱流体が水である場合、制御部６０は、温度計１１４で検出した温度が９５℃から１００℃の間になるように、ポンプ１１５を制御して吸熱流体の流量をコントロールする。これにより、伝熱パイプ１２を流れる吸熱流体が沸点に達して気化することを防止でき、システム１００の伝熱パイプ１２を圧力容器の規格に合わせて施工する必要がなくなる。
【００５２】
また、システム１００は、３つの排熱回収装置１０１、１０２、１０３が最も効率良く排気ガスの熱を回収できるように、各部の構造を設計している。例えば、第１の実施形態の排熱回収装置１０を組み込んだシステム１００では、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３の伝熱パイプ１２の材質、肉厚、長さ、管径、パテ１３の材質、カバー１４の材質、サイズなどをそれぞれ適正な値に設計することで、各排熱回収装置で回収する熱エネルギーが略一定になるように調整している。
【００５３】
また、第２の実施形態の排熱回収装置２０或いは第３の実施形態の排熱回収装置３０を組み込んだシステム１００では、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３の流路２５、３５の太さ、長さ、および／或いはレイアウトをそれぞれ適正な値に設計することで、各排熱回収装置で回収する熱エネルギーが略一定になるように調整している。
【００５４】
このため、本実施形態によると、沸点に達する直前の温度まで加熱した吸熱流体を排熱利用省エネ機器５０へ送り込むことができるとともに、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３における熱エネルギーの回収効率を最大にでき、エネルギーの変換効率を高くできる。
【００５５】
図９は、第２の実施形態に係る排熱回収システム２００（以下、単に、システム２００と称する）の概略図を示す。  
このシステム２００は、３つの排熱回収装置１０１、１０２、１０３を吸熱流体の流れに沿って並列に配置した構造を有し、排熱回収装置を複数に分けることで圧力損失を抑制、ポンプ負荷の低減を図る構成としている。また、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３の上流側に温度計１１１、１１２、１１３を備え、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３の下流側に温度計１１４を備えている。これ以外の構造は、上述した第１の実施形態と略同じ構造を有し、制御系も略同じ構造を有する。
【００５６】
このシステム２００の制御部６０は、４つの温度計１１１、１１２、１１３、１１４を介して伝熱パイプ１２を流れる吸熱流体の温度を監視する。そして、制御部６０は、排熱利用省エネ機器５０の直前にある温度計１１４により検出温度が、吸熱流体の沸点に満たない温度になるように、ポンプ１１５を動作制御する。図示していないが、各排熱回収装置それぞれに、吸熱流体流量を調整する弁やポンプを設け、検出温度に基づき、吸熱流体流量を調整、各排熱回収装置のバラつきが有っても、温度を一定に保つ構成としてもよい。
【００５７】
また、システム２００は、３つの排熱回収装置１０１、１０２、１０３が最も効率良く排気ガスの熱を回収できるように、各部の構造を設計している。例えば、第１の実施形態の排熱回収装置１０を組み込んだシステム２００では、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３の伝熱パイプ１２の材質、肉厚、長さ、管径、パテ１３の材質、カバー１４の材質、サイズなどをそれぞれ適正な値に設計することで、各排熱回収装置で回収する熱エネルギーが略一定になるように調整している。
【００５８】
また、第２の実施形態の排熱回収装置２０或いは第３の実施形態の排熱回収装置３０を組み込んだシステム２００では、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３の流路２５、３５の太さ、長さ、および／或いはレイアウトをそれぞれ適正な値に設計することで、各排熱回収装置で回収する熱エネルギーが略一定になるように調整している。
【００５９】
このため、本実施形態においても、沸点に達する直前の温度まで加熱した吸熱流体を排熱利用省エネ機器５０へ送り込むことができるとともに、各排熱回収装置１０１、１０２、１０３における熱エネルギーの回収効率を最大にでき、エネルギーの変換効率を高くできる。
【００６０】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の排熱回収装置および排熱回収システムによれば、排気ダクト１１に外付けできる構造を有するとともにエネルギーの回収量をコントロール可能な構造を有するため、比較的安価に施工でき、エネルギーの変換効率を高くできる。
【００６１】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００６２】
例えば、上述した第２および第３の実施形態では、複数本の線材２２や波板３２を用いて複数本の流路２５、３５を形成した場合について説明したが、これに限らず、排気ダクト１１の外面１１ａに細長い帯状のスペーサを螺旋状に巻き付けて外胴を設けても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１…排気設備、１０、２０、３０…排熱回収装置、１１…排気ダクト、１１ａ…外面、１２…伝熱パイプ、１２ａ…外面、１３…パテ、１４…カバー、１５…内側バンド、１６…外側バンド、１７…保温材、１８…外板、５０…排熱利用省エネ機器、１００、２００…排熱回収システム、１０１、１０２、１０３…排熱回収装置、１１１、１１２、１１３、１１４…温度計、１１５…ポンプ、１１６…流量計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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