(57)【要約】【課題】ランキンサイクルの動作の効率が高く、排熱を効率的に利用できる排熱回収装置を提供する。【解決手段】本開示の排熱回収装置１５０Ａは、排熱を有する第１熱媒体を流すための排熱流路１１０と、第１熱媒体の温度より低温の第２熱媒体を流すための第２熱媒体流路１１２と、ポンプ１５１、蒸発器１５２、膨張機１５３、及び凝縮器１５４を含み、蒸発器１５２において排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と作動流体とを熱交換させることによって作動流体を蒸発させ、蒸発した作動流体が膨張機１５３で膨張して動力を生成するランキンサイクル１５５と、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させることによって第２熱媒体を加熱して第１熱媒体の有する排熱を回収するための排熱回収熱交換器１５６と、を備える。【選択図】図１
2015110943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱を有する第１熱媒体を流すための排熱流路と、
前記第１熱媒体の温度より低い温度を有する第２熱媒体を流すための第２熱媒体流路と、
ポンプ、蒸発器、膨張機、及び凝縮器を含み、前記蒸発器において前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と作動流体とを熱交換させることによって前記作動流体を蒸発させ、蒸発した前記作動流体が前記膨張機で膨張して動力を生成するランキンサイクルと、
前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させることによって前記第２熱媒体を加熱して前記第１熱媒体の有する排熱を回収するための排熱回収熱交換器と、を備えた、
排熱回収装置。
【請求項２】
前記第２熱媒体流路は、前記排熱回収熱交換器で加熱された前記第２熱媒体を所定の熱プロセスに供給するように構成されている、請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記動力によって発電する発電機をさらに備える、請求項１又は２に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記ランキンサイクルは、前記凝縮器において、前記膨張機で膨張した前記作動流体と、前記排熱回収熱交換器で加熱される前の前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させることによって、前記作動流体を凝縮させる、請求項１−３のいずれか１項に記載の排熱回収装置。
【請求項５】
前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換した後の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記凝縮器における前記作動流体と熱交換した後の前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、請求項４に記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換する前の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記凝縮器における前記作動流体と熱交換した後の前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、請求項４に記載の排熱回収装置。
【請求項７】
前記ランキンサイクルは、前記凝縮器において、前記膨張機で膨張した前記作動流体と、前記第２熱媒体と異なる冷却媒体とを熱交換させることによって、前記作動流体を凝縮させ、
前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換する前の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、請求項１−３のいずれか１項に記載の排熱回収装置。
【請求項８】
前記ランキンサイクルは、前記凝縮器において、前記膨張機で膨張した前記作動流体と、前記第２熱媒体と異なる冷却媒体とを熱交換させることによって、前記作動流体を凝縮させ、
前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換した後の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、請求項１−３のいずれか１項に記載の排熱回収装置。
【請求項９】
燃焼部と、
前記燃焼部で発生した熱を用いて被加熱物を加熱するための加熱空間と、
前記加熱空間で発生した排気ガスを排出するための排出流路と、
前記燃焼部に外気を供給するための吸気流路と、
請求項５−８のいずれか１項に記載の排熱回収装置と、を備え、
前記排熱流路は、前記排気ガスが前記第１熱媒体として前記排熱流路に供給されるように前記排出流路に接続され、
前記第２熱媒体流路は、前記外気が前記第２熱媒体として前記第２熱媒体流路を経由して前記燃焼部に供給されるように前記吸気流路の少なくとも一部を形成している、
加熱システム。
【請求項１０】
前記加熱空間における空気の一部を前記燃焼部に供給するための再熱流路をさらに備える、請求項９に記載の加熱システム。
【請求項１１】
燃焼器と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスと液体とを熱交換させることによって前記液体を蒸発させる蒸気発生器と、
前記蒸気発生器に前記液体を供給するための給液流路と、
請求項５−８のいずれか１項に記載の排熱回収装置と、備え、
前記排熱流路は、前記蒸気発生器において前記液体と熱交換した後の前記燃焼ガスが前記第１熱媒体として前記排熱流路を流れるように構成されていて、
前記第２熱媒体流路は、前記蒸気発生器に供給されるべき前記液体が前記第２熱媒体として前記第２熱媒体流路を経由して前記蒸気発生器に供給されるように、前記給液流路の少なくとも一部を形成している、
蒸気ボイラー。
【請求項１２】
臭気物質を燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部で前記臭気物質を燃焼させて発生した排気ガスを排出するための排気流路と、
所定の熱プロセスにプロセス流体を供給するためのプロセス流体流路と、
請求項５−８のいずれか１項に記載の排熱回収装置と、を備え、
前記排熱流路は、前記排気ガスが前記第１熱媒体として前記排熱流路に供給されるように前記排気流路に接続され、
前記第２熱媒体流路は、前記プロセス流体が前記第２熱媒体として前記第２熱媒体流路を経由して前記所定の熱プロセスに供給されるように、前記プロセス流体流路の少なくとも一部を形成している、
脱臭システム。
【請求項１３】
前記燃焼部は、前記臭気物質を予熱する予熱部と、予熱された前記臭気物質を触媒と接触させて触媒燃焼させる触媒燃焼部とを備える、請求項１２に記載の脱臭システム。
【請求項１４】
前記臭気物質を吸着材に吸着させた後、前記吸着材から前記臭気物質を脱着させて前記臭気物質を濃縮する濃縮部と、
前記濃縮部で濃縮された前記臭気物質を前記燃焼部に供給するための供給流路と、をさらに備え、
前記所定の熱プロセスとして、前記第２熱媒体流路を経由した前記プロセス流体によって前記臭気物質が吸着した前記吸着材を加熱して前記臭気物質を前記吸着材から脱着させる、請求項１２又は１３に記載の脱臭システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排熱回収装置に関する。また、本開示は、その排熱回収装置を備えた、加熱システム、蒸気ボイラー及び脱臭システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排熱を有効に利用する手段として、排熱を有する高温熱源と予熱が必要な低温熱源との温度差によって仕事を取り出すランキンサイクルが知られている。例えば、可燃性ガスを燃料とする車輌用燃焼機関より排出される排気ガスを高温熱源として用い、液体状態の燃料から気化する可燃性ガスを低温熱源として用いたランキンサイクルを備える排熱回収装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、図９に示すような排熱回収装置５００が記載されている。凝縮器５２０において、タンク５１６から燃焼機関５１０へ供給される可燃性ガスの気化熱を利用してランキンサイクルの作動流体（例えば、フロン）が等圧冷却により凝縮する。ポンプ５３２は、作動流体を断熱圧縮する。熱交換器５１４における熱交換により排気ガスの熱を利用して作動流体を等圧加熱して蒸発させる。タービン５２６により蒸発した作動流体を断熱膨張させて排気ガスが有する排熱を仕事として取り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７８５９８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に記載の排熱回収装置は、ランキンサイクルの動作の効率を高め、排熱を効率的に利用する観点から改良の余地を有する。
上記事情を鑑み、限定的ではない例示的なある実施形態は、従来よりも、ランキンサイクルの動作の効率が高く、排熱を効率的に利用できる排熱回収装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、排熱を有する第１熱媒体を流すための排熱流路と、前記第１熱媒体の温度より低い温度を有する第２熱媒体を流すための第２熱媒体流路と、ポンプ、蒸発器、膨張機、及び凝縮器を含み、前記蒸発器において前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と作動流体とを熱交換させることによって前記作動流体を蒸発させ、蒸発した前記作動流体が前記膨張機で膨張して動力を生成するランキンサイクルと、前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させることによって前記第２熱媒体を加熱して前記第１熱媒体の有する排熱を回収するための排熱回収熱交換器と、を備えた、排熱回収装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、従来よりもランキンサイクルの動作の効率が高く、排熱を効率的に利用できる排熱回収装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る排熱回収装置の構成図
【図２】第１変形例に係る排熱回収装置の構成図
【図３】第２変形例に係る排熱回収装置の構成図
【図４】第３変形例に係る排熱回収装置の構成図
【図５】排熱回収装置を備えた加熱システムの構成図
【図６】排熱回収装置を備えた蒸気ボイラーの構成図
【図７】排熱回収装置を備えた脱臭システムの構成図
【図８】変形例に係る脱臭システムの構成図
【図９】従来の排熱回収装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ランキンサイクルによって動力を生成する場合、例えば、ランキンサイクルによって発電を行う場合、ランキンサイクルの発電端における発電効率は、発電機からの発電出力を蒸発器で回収する熱量で除することにより求まる。蒸発器で加熱され蒸発した高温の作動流体が圧力の低い凝縮器へ流れることにより、膨張機又はタービンにおける回転機構が回転して動力（仕事）が発生する。これにより、発電機が駆動され発電する。すなわち、蒸発器における作動流体の圧力と凝縮器における作動流体の圧力との差が大きいほど、発電機による発電出力は大きくなる。
【００１０】
蒸発器における作動流体の圧力及び凝縮器における作動流体の圧力は、それぞれ、蒸発器で作動流体が蒸発する温度と凝縮器で作動流体が凝縮する温度とによって決まる。作動流体が蒸発する温度は、高温熱源の最も低い温度及び蒸発器の熱交換性能によって影響を受ける。作動流体が凝縮する温度は、低温熱源の最も高い温度及び凝縮器の熱交換性能によって影響を受ける。特許文献１に記載の排熱回収装置５００のように高温熱源である排気ガスの有する排熱の回収をランキンサイクルのみで行う場合、熱交換器５１４における排熱の回収量を増やそうとすると熱回収後の排気ガスの温度が低下し、作動流体が蒸発する温度が低下してしまう。このため、蒸発器における作動流体の圧力と凝縮器における作動流体の圧力との差が小さくなり、発電出力が小さくなる。その結果、従来の排熱回収装置は、ランキンサイクルによる動力生成の効率が低い状態で動作する可能性がある。また、高温熱源の温度が高すぎると、ランキンサイクルのポンプに要求される動力が大きくなりランキンサイクルの効率が低下する。
【００１１】
また、特許文献１の排熱回収装置５００において、熱交換器５１４における排気ガスの温度を高く維持しようとすると、排気ガスの有する排熱の回収量が減り、排気ガスの有する排熱を効率的に利用することが難しくなる。
【００１２】
さらに、従来の排熱回収装置では、排熱回収の全てをランキンサイクルで行うため、発電量に対する熱交換量が大きくなり、ランキンサイクルが大型化して低コスト化が難しいという問題を有する。
【００１３】
本開示の第１態様は、排熱を有する第１熱媒体を流すための排熱流路と、前記第１熱媒体の温度より低い温度を有する第２熱媒体を流すための第２熱媒体流路と、ポンプ、蒸発器、膨張機、及び凝縮器を含み、前記蒸発器において前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と作動流体とを熱交換させることによって前記作動流体を蒸発させ、蒸発した前記作動流体が前記膨張機で膨張して動力を生成するランキンサイクルと、前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させることによって前記第２熱媒体を加熱して前記第１熱媒体の有する排熱を回収するための排熱回収熱交換器と、を備えた、排熱回収装置を提供する。
【００１４】
第１態様によれば、排熱回収熱交換器によって第１熱媒体の有する排熱が回収され、高温熱源として適切な温度範囲にある第１熱媒体と作動流体とを蒸発器において熱交換させることができる。このため、ランキンサイクルの動作の効率が高い。また、ランキンサイクルで回収されない第１熱媒体の有する排熱によって第２熱媒体を加熱できるので、第１熱媒体の有する排熱を効率的に利用できる。ランキンサイクルによる排熱の回収量を低減できるので、ランキンサイクルを小型化でき、低コスト化を図ることもできる。
【００１５】
本開示の第２態様は、第１態様において、前記第２熱媒体流路は、前記排熱回収熱交換器で加熱された前記第２熱媒体を所定の熱プロセスに供給するように構成されている、排熱回収装置を提供する。第２態様によれば、所定の熱プロセスに供給される第２熱媒体を、排熱回収熱交換器において、第１熱媒体の有する排熱によって予熱できる。
【００１６】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様において、前記動力によって発電する発電機をさらに備える、排熱回収装置を提供する。第３態様によれば、熱エネルギーをエクセルギーの大きい電気エネルギーに変換できる。
【００１７】
本開示の第４態様は、第１態様−第３態様のいずれかにおいて、前記ランキンサイクルは、前記凝縮器において、前記膨張機で膨張した前記作動流体と、前記排熱回収熱交換器で加熱される前の前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させることによって、前記作動流体を凝縮させる、排熱回収装置を提供する。第４態様によれば、排熱回収熱交換器で加熱される前の第２熱媒体によって作動流体を凝縮させることができる。
【００１８】
本開示の第５態様は、第４態様において、前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換した後の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記凝縮器における前記作動流体と熱交換した後の前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、排熱回収装置を提供する。第５態様によれば、蒸発器における高温熱源である第１熱媒体の温度と凝縮器における低温熱源である第２熱媒体の温度との差が大きいので、ランキンサイクルによる動力の生成効率が高い。また、蒸発器において作動流体と熱交換した後の第１熱媒体が有する排熱を排熱回収熱交換器で回収できるので、第１熱媒体の有する排熱を効率的に利用できる。
【００１９】
本開示の第６態様は、第４態様において、前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換する前の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記凝縮器における前記作動流体と熱交換した後の前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、排熱回収装置を提供する。第６態様によれば、第１熱媒体の温度がランキンサイクルにとって高すぎる場合に、排熱回収熱交換器において第２熱媒体との熱交換によって蒸発器における作動流体の温度を適切に低下させることができる。これにより、蒸発器における第１熱媒体の温度が、ランキンサイクルが効率良く動作可能な温度範囲に収まる。ランキンサイクルによる排熱の回収量を低減できるので、ランキンサイクルを小型化できる。
【００２０】
本開示の第７態様は、第１態様−第３態様のいずれかにおいて、前記ランキンサイクルは、前記凝縮器において、前記膨張機で膨張した前記作動流体と、前記第２熱媒体と異なる冷却媒体とを熱交換させることによって、前記作動流体を凝縮させ、前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換する前の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、排
熱回収装置を提供する。第７態様によれば、第２熱媒体の温度がランキンサイクルの低温熱源の温度として適切でない場合に、第２熱媒体と異なる冷却媒体によって、凝縮器において作動流体を凝縮させることができる。また、第１熱媒体の温度がランキンサイクルにとって高すぎる場合に、排熱回収熱交換器において第２熱媒体との熱交換によって蒸発器における作動流体の温度を適切に低下させることができる。これにより、蒸発器における第１熱媒体の温度が、ランキンサイクルが効率良く動作する温度範囲に収まる。また、ランキンサイクルによる排熱の回収量を低減できるので、ランキンサイクルを小型化できる。
【００２１】
本開示の第８態様は、第１態様−第３態様のいずれかにおいて、前記ランキンサイクルは、前記凝縮器において、前記膨張機で膨張した前記作動流体と、前記第２熱媒体と異なる冷却媒体とを熱交換させることによって、前記作動流体を凝縮させ、前記排熱回収熱交換器は、前記蒸発器における前記作動流体と熱交換した後の前記排熱流路を流れている前記第１熱媒体と、前記第２熱媒体流路を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる、排熱回収装置を提供する。第８態様によれば、第２熱媒体の温度がランキンサイクルの低温熱源の温度として適切でない場合に、第２熱媒体と異なる冷却媒体によって、凝縮器において作動流体を凝縮させることができる。また、蒸発器における高温熱源である第１熱媒体の温度と凝縮器における低温熱源である冷却媒体の温度との差が大きいので、ランキンサイクルによる動力の生成効率が高い。また、蒸発器において作動流体と熱交換した後の第１熱媒体が有する排熱を排熱回収熱交換器で回収できるので、第１熱媒体の有する排熱を効率的に利用できる。
【００２２】
本開示の第９態様は、燃焼部と、前記燃焼部で発生した熱を用いて被加熱物を加熱するための加熱空間と、前記加熱空間で発生した排気ガスを排出するための排出流路と、前記燃焼部に外気を供給するための吸気流路と、第５態様−第８態様のいずれかの排熱回収装置と、を備え、前記排熱流路は、前記排気ガスが前記第１熱媒体として前記排熱流路に供給されるように前記排出流路に接続され、前記第２熱媒体流路は、前記外気が前記第２熱媒体として前記第２熱媒体流路を経由して前記燃焼部に供給されるように前記吸気流路の少なくとも一部を形成している、加熱システムを提供する。
【００２３】
第９態様によれば、加熱空間で発生した排気ガスの排熱を利用して動力を生成できると共に、燃焼部に供給する外気を排熱回収装置において予熱できる。これにより、燃焼部において使用される燃料を節約できる。
【００２４】
本開示の第１０態様は、第９態様において、前記加熱空間における空気の一部を前記燃焼部に供給するための再熱流路をさらに備える、加熱システムを提供する。第１０態様によれば、加熱空間における空気の一部が燃焼部に供給されるので、燃料部における燃料を節約できる。
【００２５】
本開示の第１１態様は、燃焼器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスと液体とを熱交換させることによって前記液体を蒸発させる蒸気発生器と、前記蒸気発生器に前記液体を供給するための給液流路と、第５態様−第８態様のいずれかの排熱回収装置と、備え、前記排熱流路は、前記蒸気発生器において前記液体と熱交換した後の前記燃焼ガスが前記第１熱媒体として前記排熱流路を流れるように構成されていて、前記第２熱媒体流路は、前記蒸気発生器に供給されるべき前記液体が前記第２熱媒体として前記第２熱媒体流路を経由して前記蒸気発生器に供給されるように、前記給液流路の少なくとも一部を形成している、蒸気ボイラーを提供する。
【００２６】
第１１態様によれば、蒸気発生器と熱交換した後の熱媒体の排熱を利用して動力を生成できると共に、蒸気発生器に供給されるべき液体を予熱できる。これにより、燃焼器において使用される燃料を節約できる。
【００２７】
本開示の第１２態様は、臭気物質を燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部で前記臭気物質を燃焼させて発生した排気ガスを排出するための排気流路と、所定の熱プロセスにプロセス流体を供給するためのプロセス流体流路と、第５態様−第８態様のいずれかの排熱回収装置と、を備え、前記排熱流路は、前記排気ガスが前記第１熱媒体として前記排熱流路に供給されるように前記排気流路に接続され、前記第２熱媒体流路は、前記プロセス流体が前記第２熱媒体として前記第２熱媒体流路を経由して前記所定の熱プロセスに供給されるように、前記プロセス流体流路の少なくとも一部を形成している、脱臭システムを提供する。
【００２８】
第１２態様によれば、臭気物質を燃焼させて発生する排気ガスの排熱を利用して動力を生成できると共に、所定の熱プロセスに供給されるプロセス流体を排熱回収装置において予熱できる。
【００２９】
本開示の第１３態様は、第１２態様において、前記燃焼部は、前記臭気物質を予熱する予熱部と、予熱された前記臭気物質を触媒と接触させて触媒燃焼させる触媒燃焼部とを備える、脱臭システムを提供する。第１３態様によれば、触媒燃焼法を利用して臭気物質を燃焼させることができる。
【００３０】
本開示の第１４態様は、第１２態様又は第１３態様において、前記臭気物質を吸着材に吸着させた後、前記吸着材から前記臭気物質を脱着させて前記臭気物質を濃縮する濃縮部と、前記濃縮部で濃縮された前記臭気物質を前記燃焼部に供給するための供給流路と、をさらに備え、前記所定の熱プロセスとして、前記第２熱媒体流路を経由した前記プロセス流体によって前記臭気物質が吸着した前記吸着材を加熱して前記臭気物質を前記吸着材から脱着させる、脱臭システムを提供する。第１４態様によれば、排熱回収装置において予熱したプロセス流体を利用して濃縮部の吸着材に吸着された臭気物質を脱着させて臭気物質を濃縮できる。
【００３１】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらによって限定されるものではない。
【００３２】
＜排熱回収装置＞
第１実施形態に係る排熱回収装置１５０Ａは、図１に示すように、排熱流路１１０、第２熱媒体流路１１２、ランキンサイクル１５５、及び排熱回収熱交換器１５６を備える。排熱流路１１０は、排熱を有する第１熱媒体を流すための流路である。第１熱媒体は、例えば、燃焼により発生した排気ガス、加圧水または油などの高温の排出流体である。第２熱媒体流路１１２は、第１熱媒体の温度よりも低い温度を有する第２熱媒体を流すための流路である。第２熱媒体は、例えば、排熱回収装置１５０Ａの外部から供給される外気等の気体又は水等の液体である。
【００３３】
ランキンサイクル１５５は、ポンプ１５１、蒸発器１５２、膨張機１５３、及び凝縮器１５４を含み、ポンプ１５１、蒸発器１５２、膨張機１５３、及び凝縮器１５４がこの順番で配管によって接続されている。ランキンサイクル１５５を作動流体が循環する。ランキンサイクル１５５は、蒸発器１５２において、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と作動流体とを熱交換させることによって作動流体を蒸発させる。すなわち、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体がランキンサイクル１５５の高温熱源である。蒸発器１５２は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器、フィンチューブ式熱交換器、又はシェルアンドチューブ式熱交換器である。蒸発器１５２は、例えば、排熱流路１１０に配置されている。ランキンサイクル１５５の作動流体は特に制限されないが、例えば、水、アルコール、アンモニア、炭化水素又はハロカーボンである。
【００３４】
ランキンサイクル１５５は、蒸発した作動流体が膨張機１５３で膨張して動力を生成する。膨張機１５３は回転機構を備える。膨張機１５３は、例えば、タービン又は容積型の膨張機である。容積型の膨張機として、スクロール型膨張機、ロータリ型膨張機などが挙げられる。排熱回収装置１５０Ａは、さらに、発電機１７０を備える。発電機１７０は、膨張機１５３によって駆動される。発電機１７０は、例えば、シャフトによって膨張機１５３に連結されている。ランキンサイクル１５５によって生成された動力によって発電機１７０は発電する。このため、熱エネルギーをエクセルギーの大きい電気エネルギーに変換できる。膨張機１５３及び発電機１７０は、同一の筐体に収まるように一体的に構成されていてもよいし、別々の筐体に収まっていてもよい。
【００３５】
排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させることによって第２熱媒体を加熱して第１熱媒体の有する排熱を回収するための熱交換器である。すなわち、排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０の一部及び第２熱媒体流路１１２の一部によって構成されており、又は、排熱流路１１０若しくは第２熱媒体流路１１２に配置されている。排熱回収熱交換器１５６は、例えば、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器、フィンチューブ式熱交換器、又はシェルチューブ式熱交換器である。
【００３６】
第２熱媒体流路１１２は、排熱回収熱交換器１５６で加熱された第２熱媒体を所定の熱プロセスに供給するように構成されている。熱プロセスとは、熱によって化学的変化又は物理的変化を伴うプロセスを意味する。所定の熱プロセスは、排熱回収装置１５０Ａの用途によって異なるが、例えば、加熱、燃焼、蒸発等の相変化、又は吸着物質の脱着である。排熱回収熱交換器１５６によって、所定の熱プロセスに供給されるべき第２熱媒体を予熱できる。
【００３７】
凝縮器１５４は、第２熱媒体流路１１２において、排熱回収熱交換器１５６よりも上流に配置されている。このため、ランキンサイクル１５５は、凝縮器１５４において、膨張機１５３で膨張した作動流体と、排熱回収熱交換器１５６で加熱される前の第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させることによって、作動流体を凝縮させる。すなわち、第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体がランキンサイクル１５５の低温熱源である。凝縮器１５４は、例えば、二重管式熱交換器、フィンチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、又はシェルチューブ式熱交換器である。排熱回収熱交換器１５６で加熱される前の第２熱媒体によって作動流体を凝縮させることができる。また、凝縮器１５４において、第２熱媒体を予熱できる。
【００３８】
排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０において、蒸発器１５２よりも下流側に配置され、かつ、第２熱媒体流路１１２において、凝縮器１５４よりも下流側に配置されている。すなわち、排熱回収熱交換器１５６は、蒸発器１５２における作動流体と熱交換した後の排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と、凝縮器１５４における作動流体と熱交換した後の第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させる。
【００３９】
排熱回収装置１５０Ａの動作について説明する。蒸発器１５２において作動流体と熱交換する排熱流路１１０を流れている第１熱媒体の温度が、例えば、１００℃以上１５０℃以下の範囲であるときに、ランキンサイクル１５５に封入された液相の作動流体をポンプ１５１によって蒸発器１５２に送る。蒸発器１５２において、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体の有する排熱が回収され、この排熱により作動流体が蒸発する。ポンプ１５１の仕事により蒸発器１５２に送り込まれた作動流体の蒸発に伴う蒸気圧力の増加により、ランキンサイクル１５５におけるポンプ１５１の出口と膨張機１５３の入口との間で作動流体の圧力は高い。このとき、蒸発器１５２は、作動流体の蒸発によって冷却されるので第１熱媒体の有する排熱から保護される。
【００４０】
蒸発器１５２において、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と作動流体とを熱交換させる。第１熱媒体は排熱流路１１０を上流側から下流側に向かって流れている。蒸発器１５２において、温度差のある２つの流体を熱交換させるので、蒸発器１５２を構成している熱交換器の表面における温度境界層を薄くできる。熱交換器の表面における熱伝達率が大きく蒸発器１５２の熱交換効率が高いので、蒸発器１５２を小型化できる。
【００４１】
凝縮器１５４において、第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体との熱交換によって作動流体が冷却されるので、作動流体は凝縮する。ランキンサイクル１５５における膨張機１５３の出口とポンプ１５１の入口との間で作動流体の圧力は低い。従って、膨張機１５３の蒸発器１５２側の作動流体の圧力が高く、膨張機１５３の凝縮器１５４側の作動流体の圧力が低くなるので、蒸発器１５２で加熱されて蒸発した気相の作動流体が膨張機１５３を通過して凝縮器１５４へ流れる。膨張機１５３は、作動流体が流れるエネルギーを回転機構によって回転動力に変換する。これにより、ランキンサイクル１５５は、動力を生成する。この回転動力によって発電機１７０が駆動されて発電が行われる。
【００４２】
膨張機１５３を通過した作動流体は、凝縮器１５４へ供給され、第２熱媒体流路１１２を流れる第２熱媒体と熱交換して、第２熱媒体を加熱する。
【００４３】
排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０における蒸発器１５２よりも下流側の位置及び第２熱媒体流路１１２における凝縮器１５４よりも下流側の位置に配置されている。このため、排熱回収熱交換器１５６は、ランキンサイクル１５５で回収されなかった、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体の有する排熱を回収する。この回収される排熱により第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体がさらに加熱される。このため、第１熱媒体の有する排熱を効率的に利用できる。
【００４４】
ランキンサイクル１５５は、高温熱源の温度と低温熱源の温度との差がランキンサイクル１５５の効率の良い動作に適する範囲となるように、構成されている。具体的に、蒸発器１５２は、排熱流路１１０において、蒸発器１５２を通過する第１熱媒体の温度が適切な範囲となる位置に配置されている。また、凝縮器１５４は、第２熱媒体流路１１２において、凝縮器１５４を通過する第２熱媒体の温度が適切な範囲となる位置に配置されている。このため、蒸発器１５２における第１熱媒体の有する排熱の回収量が制限される。その結果、蒸発器１５２の出口における高温熱源の温度と凝縮器１５４の出口における低温熱源の温度との差が小さすぎないので、ランキンサイクル１５５による動力生成の効率が向上する。高温熱源の温度と低温熱源の温度との差が大きく、ランキンサイクル１５５を効率良く動作可能な第１熱媒体の有する排熱がランキンサイクル１５５の蒸発器１５２によって回収される。一方、高温熱源の温度と低温熱源の温度との差が小さく、ランキンサイクル１５５の効率的な動作に向かない第１熱媒体の有する排熱が排熱回収熱交換器１５６によって回収される。
【００４５】
ランキンサイクル１５５は、排熱回収装置１５０Ａが排熱回収熱交換器１５６を備えることにより効率良く動作する。なぜなら、排熱回収熱交換器１５６で冷却される前の高温の第１熱媒体及び排熱回収熱交換器１５６で加熱される前の低温の第２熱媒体と、ランキンサイクル１５５の作動流体とを熱交換させるからである。このように、ランキンサイクル１５５の蒸発器１５２及び排熱回収熱交換器１５６で第１熱媒体の有する排熱の回収を分担することによって、ランキンサイクル１５５の蒸発器１５２において適切な排熱回収が行われる。また、ランキンサイクル１５５の蒸発器１５２によって回収される排熱量を低減できるので、蒸発器１５２を小型化できる。
【００４６】
ランキンサイクル１５５は、蒸発器１５２において排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と作動流体とを熱交換させる。これにより、ランキンサイクル１５５及び発電機１７０を用いて発電を行うことができる。また、ランキンサイクル１５５は、凝縮器１５４において、膨張機１５３で膨張した作動流体と、排熱回収熱交換器１５６で加熱される前の第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させる。これにより、第２熱媒体を予熱できる。また、排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させる。これにより、第２熱媒体を予熱できる。このため、排熱回収装置１５０Ａは、第１熱媒体から回収した排熱を発電だけでなく第２熱媒体の予熱などの他の用途にも利用できる。このため、第１熱媒体の有する排熱を効率的に利用できる。
【００４７】
排熱回収装置１５０Ａは、ランキンサイクル１５５及び排熱回収熱交換器１５６が第１熱媒体の有する排熱の回収を適切に分担するので、ランキンサイクル１５５の蒸発器１５２によって第１熱媒体から回収される排熱量が低減される。このため、ランキンサイクル１５５による動力生成の効率も高まる。また、ランキンサイクル１５５を小型化でき、排熱回収装置１５０Ａの低コスト化を図ることができる。
【００４８】
排熱回収装置１５０Ａは、ランキンサイクル１５５が動力を生成する限り、発電機１７０を備えていなくてもよい。この場合、ランキンサイクル１５５で発生した動力を発電機以外の機械を駆動するために利用してもよい。
【００４９】
（第１変形例）
排熱回収装置１５０Ａは、様々な観点から変更が可能である。排熱回収装置１５０Ａは、図２に示すように、第１変形例に係る排熱回収装置１５０Ｂのように変更されてもよい。排熱回収装置１５０Ｂは、特に説明する場合を除き、排熱回収装置１５０Ａと同様に構成されている。排熱回収装置１５０Ａの構成要素と同一又は対応する排熱回収装置１５０Ｂの構成要素には、排熱回収装置１５０Ａと同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。排熱回収装置１５０Ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、排熱回収装置１５０Ｂにも適用される。このことは、他の変形例にもあてはまる。
【００５０】
排熱回収装置１５０Ｂの排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０において蒸発器１５２よりも上流側に配置され、かつ、第２熱媒体流路１１２において凝縮器１５４よりも下流側に配置されている。すなわち、排熱回収熱交換器１５６は、蒸発器１５２における作動流体と熱交換する前の排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と、凝縮器１５４における作動流体と熱交換した後の第２熱媒体流路１１２を流れている前記第２熱媒体とを熱交換させる。排熱回収装置１５０Ｂに流入した第１熱媒体の温度がランキンサイクル１５５にとって高すぎる場合に、排熱流路１１０を流れる第１熱媒体が蒸発器１５２における作動流体と熱交換する前に第１熱媒体の温度を適切に低下させることができる。その結果、高温熱源の温度が、ランキンサイクル１５５が効率良く動作可能な範囲に収まる。
【００５１】
排熱回収装置１５０Ｂは、排熱回収装置１５０Ａと同様に、第１熱媒体から回収した排熱を発電だけでなく第２熱媒体の予熱などの他の用途にも利用できる。このため、第１熱媒体の有する排熱を効率良く利用できる。また、ランキンサイクル１５５の蒸発器１５２によって第１熱媒体から回収される排熱の量が低減される。このため、ランキンサイクル１５５を小型化でき、排熱回収装置１５０Ｂの低コスト化を図ることができる。
【００５２】
（第２変形例）
排熱回収装置１５０Ａは、図３に示すように、第２変形例に係る排熱回収装置１５０Ｃのように変更されてもよい。排熱回収装置１５０Ｃのランキンサイクル１５５は、凝縮器１５４において、膨張機１５３で膨張した作動流体と、第２熱媒体と異なる冷却媒体とを熱交換させることによって作動流体を凝縮させる。排熱回収装置１５０Ｃは、例えば、ファン１５７を備えている。ファン１５７は、排熱回収装置１５０Ｃの外部の空気を冷却媒体として凝縮器１５４に向かって供給する。排熱回収装置１５０Ｃは、海水、河川水、又は湖沼水等を冷却媒体としてポンプによって凝縮器１５４へ供給するように構成されていてもよい。第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体の温度が高くランキンサイクル１５５の低温熱源の温度として適切でない場合でも、ランキンサイクル１５５を効率良く動作させることができる。
【００５３】
排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０において蒸発器１５２よりも上流側に配置され、かつ、第２熱媒体流路１１２において凝縮器１５４よりも下流側に配置されている。すなわち、排熱回収熱交換器１５６は、蒸発器１５２における作動流体と熱交換する前の排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と、第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させる。
【００５４】
排熱回収装置１５０Ｃは、第１熱媒体の温度がランキンサイクル１５５にとって高すぎるときの第１熱媒体の有する排熱を排熱回収熱交換器１５６によって回収し、第２熱媒体を加熱する。これにより、第１熱媒体が蒸発器１５２における作動流体と熱交換する前に第１熱媒体の温度を適切に低下させる。ランキンサイクル１５５は、排熱回収熱交換器１５６によってランキンサイクル１５５にとって適切な温度となった第１熱媒体を高温熱源として用い、排熱回収装置１５０Ｃの外部の空気等の無尽蔵に存在する冷却媒体を低温熱源として用いる。これにより、ランキンサイクル１５５及び発電機１７０によって発電を行う。排熱回収熱交換器１５６による排熱回収によって温度が低下した第１熱媒体の排熱によってランキンサイクル１５５及び発電機１７０を用いて発電できる。
【００５５】
排熱回収装置１５０Ｃは、排熱回収装置１５０Ａと同様に、第１熱媒体から回収した排熱を発電だけでなく第２熱媒体の予熱などの他の用途にも利用できる。このため、第１熱媒体の有する排熱を効率良く利用できる。また、ランキンサイクル１５５の蒸発器１５２によって第１熱媒体から回収される排熱の量が低減される。このため、ランキンサイクル１５５による動力生成の効率も高まる。また、ランキンサイクル１５５を小型化でき、排熱回収装置１５０Ｃの低コスト化を図ることができる。
【００５６】
（第３変形例）
排熱回収装置１５０Ａは、図４に示すように、第３変形例に係る排熱回収装置１５０Ｄのように変更されてもよい。排熱回収装置１５０Ｄのランキンサイクル１５５は、排熱回収装置１５０Ｃと同様に、凝縮器１５４において、膨張機１５３で膨張した作動流体と、第２熱媒体と異なる冷却媒体とを熱交換させることによって作動流体を凝縮させる。また、排熱回収熱交換器１５６は、排熱流路１１０において蒸発器１５２よりも上流側に配置され、かつ、第２熱媒体流路１１２において凝縮器１５４よりも下流側に配置されている。すなわち、排熱回収熱交換器１５６は、蒸発器１５２における作動流体と熱交換する前の排熱流路１１０を流れている第１熱媒体と、第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体とを熱交換させる。排熱回収装置１５０Ｄは、排熱流路１１０において、蒸発器１５２と排熱回収熱交換器１５６との位置関係が逆転している点を除き、排熱回収装置１５０Ｃと同様に構成されている。
【００５７】
排熱回収装置１５０Ｄは、ランキンサイクル１５５の高温熱源として適切な温度で排熱回収装置１５０Ｄに流入した第１熱媒体の排熱をまずランキンサイクル１５５の蒸発器１５２で回収できる。また、蒸発器１５２で回収されなかった第１熱媒体の排熱を排熱回収熱交換器１５６で回収できる。このため、排熱回収装置１５０Ａと同様に、ランキンサイクル１５５及び排熱回収熱交換器１５６が第１熱媒体の有する排熱の回収を適切に分担できる。また、第２熱媒体流路１１２を流れている第２熱媒体の温度が高くランキンサイクル１５５の低温熱源の温度として適切でない場合でも、ランキンサイクル１５５を効率良く動作させることができる。
【００５８】
＜加熱システム＞
次に、上記の排熱回収装置を備えた加熱システム１００について説明する。図５に示すように、加熱システム１００は、炉体１０１、燃焼部１０５、加熱空間１０２、排出流路１２０、吸気流路１３０、再熱流路１０７、加熱流路１０８、排熱回収装置１５０Ａ、及び搬送装置１０４を備える。
【００５９】
燃焼部１０５は、バーナー１０５Ａを備える。吸気流路１３０は、燃焼部１０５に外気を供給するための流路である。吸気流路１３０の途中には、吸気ファン１１１が設けられている。吸気ファン１１１が作動することによって外気が燃焼部１０５に供給される。これにより、燃焼部１０５は、バーナー１０５Ａによって燃料を燃焼させ熱を発生させる。
【００６０】
加熱空間１０２は、加熱流路１０８によって燃焼部１０５に接続されている。搬送装置１０４によって被加熱物１０３が加熱空間１０２に搬送される。加熱空間１０２は、燃焼部１０５で発生した熱を用いて被加熱物１０３を加熱するための空間である。搬送装置１０４によって加熱後の被加熱物１０３が加熱空間１０２の外部へ搬送される。
【００６１】
燃焼部１０５で発生した燃焼ガスが加熱流路１０８を通って加熱空間１０２に連続的に供給されるので、加熱空間１０２で排気ガスが発生する。排出流路１２０は、加熱空間１０２で発生した排気ガスを排出するための流路である。排出流路１２０は加熱空間１０２に接続されている。排出流路１２０の途中には排気ファン１０９が配置されている。排気ファン１０９が作動することによって加熱空間１０２で発生した排気ガスが加熱システム１００の外部に排出される。排熱回収装置１５０Ａの排熱流路１１０は、その排気ガスが第１熱媒体として排熱流路１１０に供給されるように排出流路１２０に接続されている。
【００６２】
排熱回収装置１５０Ａの第２熱媒体流路１１２（図１参照）は、燃焼部１０５に供給される外気が第２熱媒体として第２熱媒体流路１１２を経由して燃焼部１０５に供給されるように吸気流路１３０の少なくとも一部を形成している。
【００６３】
再熱流路１０７は、加熱空間１０２における空気の一部を燃焼部１０５に供給するための流路である。再熱流路１０７は、加熱空間１０２に接続されている。再熱流路１０７の途中には循環ファン１０６が設けられている。循環ファン１０６が作動することによって加熱空間１０２における空気の一部が再熱流路１０７を流れて燃焼部１０５に供給される。再熱流路１０７は、吸気流路１３０の途中で吸気流路１３０に接続されている。このため、吸気流路１３０を流れる外気と再熱流路１０７を流れている空気とが混合されて燃焼部１０５に供給される。なお、再熱流路１０７は、吸気流路１３０に接続されずに、燃焼部１０５に直接接続されていてもよい。
【００６４】
加熱システム１００の動作について説明する。まず、吸気ファン１１１、排気ファン１０９、及び循環ファン１０６を作動させて、加熱システム１００の内部に空気の流れを発生させる。次に、燃料がバーナー１０５Ａに供給されて、バーナー１０５Ａが点火される。吸気流路１３０を流れる外気と再熱流路１０７を流れている空気とが混合された空気が燃焼部１０５に供給されることによって、バーナー１０５Ａにおいて燃料が燃焼する。これにより燃焼ガスが発生する。また、バーナー１０５Ａにおける燃料の燃焼に直接関与しない燃焼部１０５の空気が燃焼ガスによって加熱される。燃焼ガス及び燃焼ガスに加熱された空気が加熱流路１０８を通って加熱空間１０２に供給される。吸気流路１３０を通って燃焼部１０５に供給される外気の流量と同程度の流量で排気ガスが加熱空間１０２から排出流路１２０を通じて排出される。
【００６５】
加熱空間１０２における空気の温度が所定の温度に達した後、被加熱物１０３が搬送装置１０４によって加熱空間１０２に搬送される。加熱空間１０２において被加熱物１０３が加熱されることにより、乾燥、焼き付け塗装における塗料の硬化、ロウ付け等の被加熱物１０３に対する処理が行われる。
【００６６】
排熱回収装置１５０Ａは、加熱空間１０２から排出された排気ガスを第１熱媒体として用い、吸気流路１３０を流れている外気を第２熱媒体として用いて、上述の通り動作する。これにより、排熱回収装置１５０Ａは、ランキンサイクル１５５及び発電機１７０による発電及び燃焼部１０５に供給されるべき外気の予熱を行う。
【００６７】
発電された電力は、例えば、加熱システム１００において電力を消費する搬送装置１０４、循環ファン１０６、排気ファン１０９、又は吸気ファン１１１の作動に使用される。これにより、加熱システム１００に対し外部から供給されるべき電力を低減できる。また、燃焼部１０５に供給される外気が排熱回収装置１５０Ａによって予熱されるので、バーナー１０５Ａにおける燃料の燃焼によって発生すべき熱量を低減できる。これにより、燃料を節約できる。その結果、加熱システム１００が高い省エネ性能を有する。発電された電力は、加熱システム１００の外部に供給されてもよい。
【００６８】
加熱システム１００は、排熱回収装置１５０Ａの代わりに、排熱回収装置１５０Ｂ、排熱回収装置１５０Ｃ、又は排熱回収装置１５０Ｄを備えてもよい。また、加熱システム１００において、再熱流路１０７及び循環ファン１０６が省略されてもよい。
【００６９】
＜蒸気ボイラー＞
次に、上記の排熱回収装置を備えた蒸気ボイラー２００について説明する。図６に示すように、蒸気ボイラー２００は、燃焼器２０５、燃焼ガス流路２０７、蒸気発生器２０２、給液流路２５０、蒸気流路２６０及び排熱回収装置１５０Ａを備える。燃焼器２０５は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、燃焼ガス流路２０７を流れる。蒸気発生器２０２は、燃焼器２０５で発生した燃焼ガスと液体とを熱交換させることによって液体を蒸発させる。蒸気発生器２０２で蒸発する液体は、例えば、水である。蒸気発生器２０２は、例えば、フィンチューブ式熱交換器又はベアチューブ式熱交換器である。給液流路２５０は、蒸気発生器２０２に液体を供給するための流路である。給液流路２５０は、蒸気発生器２０２に接続されている。蒸気流路２６０は、蒸気発生器２０２で発生した蒸気を蒸気ボイラー２００の外部へ供給する。
【００７０】
排熱回収装置１５０Ａの排熱流路１１０は、蒸気発生器２０２において液体と熱交換した後の燃焼ガスが第１熱媒体として排熱流路１１０を流れるように構成されている。具体的に、燃焼ガス流路２０７の蒸気発生器２０２の下流側の部分によって排熱流路１１０が形成されている。排熱回収装置１５０Ａの第２熱媒体流路１１２は、蒸気発生器２０２に供給されるべき液体が第２熱媒体として第２熱媒体流路１１２を経由して蒸気発生器２０２に供給されるように、給液流路２５０の少なくとも一部を形成している。
【００７１】
蒸気ボイラー２００の動作について説明する。まず、ポンプ（図示省略）を作動させて給液流路２５０を通じて蒸気発生器２０２へ液体を供給する。次に、燃焼器２０５に燃料を供給して、燃焼器２０５が点火される。燃焼器２０５における燃料の燃焼によって発生した燃焼ガスが燃焼ガス流路２０７を流れる。蒸気発生器２０２において、燃焼ガス２０７と蒸気発生器２０２の内部の液体とが熱交換する。これにより、蒸気発生器２０２は液体を蒸発させる。蒸気発生器２０２によって発生した蒸気は、蒸気流路２６０を通じて蒸気ボイラー２００の外部へ供給される。
【００７２】
排熱回収装置１５０Ａは、蒸気発生器２０２において液体と熱交換した後の燃焼ガスを第１熱媒体として用い、蒸気発生器２０２に供給されるべき液体を第２熱媒体として用いて上述の通り動作する。これにより、排熱回収装置１５０Ａは、ランキンサイクル１５５及び発電機１７０による発電及び蒸気発生器２０２に供給されるべき液体の予熱を行う。
【００７３】
発電された電力は、例えば、給液流路２５０に液体を流すためのポンプ、または送風機（図示省略）等の蒸気ボイラー２００において電力を消費する装置を作動させるために使用される。これにより、蒸気ボイラー２００に対し外部から供給されるべき電力を低減できる。また、蒸気発生器２０２に供給されるべき液体が排熱回収装置１５０Ａによって予熱されるので、燃焼器２０５における燃料の燃焼によって発生すべき熱量を低減できる。これにより、燃料を節約できる。その結果、蒸気ボイラー２００が高い省エネ性能を有する。発電された電力は、蒸気ボイラー２００の外部に供給されてもよい。
【００７４】
＜脱臭システム＞
次に、上記の排熱回収装置を備えた脱臭システム３００Ａについて説明する。図７に示すように、脱臭システム３００Ａは、燃焼部３６０、排気流路３１０、供給流路３２０、プロセス流体流路３５０、排熱回収装置１５０Ｂ、濃縮部３４０、及び導入流路３７０を備える。燃焼部３６０は、臭気物質を燃焼させる。これにより、臭気物質を分解する。臭気物質は、例えば、工場における生産工程から排出されるガスに含まれる有機化合物である。濃縮部３４０は臭気物質を濃縮し、濃縮された臭気物質が燃焼部３６０に供給される。燃焼部３６０で臭気物質を燃焼させることによって排気ガスが発生する。排気流路３１０は、燃焼部３６０で臭気物質を燃焼させて発生した排気ガスを排出するための流路である。
【００７５】
プロセス流体流路３５０は、所定の熱プロセスにプロセス流体を供給するための流路である。プロセス流体は、例えば、脱臭システム３００Ａの外部から吸い込まれた空気である。プロセス流体流路３５０は濃縮部３４０に接続されており、プロセス流体が濃縮部３４０に供給される。
【００７６】
排熱回収装置１５０Ｂの排熱流路１１０は、燃焼部３６０で発生した排気ガスが第１熱媒体として排熱流路１１０に供給されるように排気流路３１０に接続されている。また、排熱回収装置１５０Ｂの第２熱媒体流路１１２は、プロセス流体が第２熱媒体として第２熱媒体流路１１２を経由して所定の熱プロセスに供給されるように、プロセス流体流路３５０の少なくとも一部を形成している。
【００７７】
燃焼部３６０は、予熱部３６０Ａと、触媒燃焼部３６０Ｂとを備える。予熱部３６０Ａは、臭気物質を予熱する。予熱部３６０Ａはバーナー３０５を有している。バーナー３０５において燃料を燃焼させて発生した熱によって臭気物質を予熱する。触媒燃焼部３６０Ｂは、触媒を有している。触媒は、例えば、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀などの金属又はこれらの硝酸塩若しくは塩化物である。この触媒は、触媒燃焼部３６０Ｂにおいて、メタルハニカム、セラミックハニカム、又はボールペレットなどの構造体に担持されている。触媒燃焼部３６０Ｂは、予熱された臭気物質を触媒と接触させて触媒燃焼させる。
【００７８】
濃縮部３４０は、臭気物質を吸着材に吸着させた後、吸着材から臭気物質を脱着させて臭気物質を濃縮する。供給流路３２０は、濃縮部３４０と燃焼部３６０とを接続しており、濃縮部３４０で濃縮された臭気物質を燃焼部３６０に供給するための流路である。濃縮部３４０は、例えば、吸着材で形成された環状の濃縮ロータ（図示省略）を備える。吸着材は、例えば、ゼオライトである。濃縮ロータは、濃縮部３４０に回転可能に設けられている。濃縮部３４０は、吸着領域３４１及び再生領域３４２を備える。濃縮ロータは、濃縮ロータの一部が吸着領域３４１と再生領域３４２とを交互に通過するように回転する。導入流路３７０が吸着領域３４１に接続されている。導入流路３７０を通じて臭気物質が吸着領域３４１に供給される。吸着領域３４１において、臭気物質が吸着材、すなわち、濃縮ロータに吸着する。
【００７９】
プロセス流体流路３５０が再生領域３４２に接続されている。プロセス流体流路３５０を通じてプロセス流体が再生領域３４２に供給される。プロセス流体は、排熱回収装置１５０Ｂの第２熱媒体流路１１２を経由するので排熱回収装置１５０Ｂによって予熱される。これにより、再生領域３４２において、排熱回収装置１５０Ｂの第２熱媒体流路１１２を経由したプロセス流体によって臭気物質が吸着した吸着材を加熱して臭気物質を吸着剤から脱着させる。すなわち、このプロセスが所定の熱プロセスに該当する。
【００８０】
脱臭システム３００Ａの動作を説明する。まず、脱臭システム３００Ａは、例えば、プロセス流体流路３５０に設けられたファン（図示省略）を作動させて、プロセス流体流路３５０を通じて、プロセス流体として脱臭システム３００Ａの外部の空気を濃縮部３４０の再生領域３４２へ供給する。次に、バーナー３０５に燃料が供給され、バーナー３０５が点火される。濃縮部３４０の濃縮ロータを回転させる。導入流路３７０を通じて臭気物質を濃縮部３４０へ供給し、濃縮部３４０で臭気物質を濃縮する。濃縮部３４０で濃縮した臭気物質を、供給流路３２０を通じて予熱部３６０Ａに供給し、バーナー３０５によって予熱する。予熱した臭気物質を触媒燃焼部３６０Ｂで触媒燃焼させて分解し、脱臭する。臭気物質を燃焼させて発生した排気ガスを、排気流路３１０を通じて排熱回収装置１５０Ｂに供給する。
【００８１】
排熱回収装置１５０Ｂは、排気流路３１０を通じて供給された、燃焼部３６０で臭気物質を燃焼させて発生した排気ガスを第１熱媒体として用い、プロセス流体流路３５０を流れるプロセス流体を第２熱媒体として用いて上述の通り動作する。これにより、排熱回収装置１５０Ｂは、ランキンサイクル１５５及び発電機１７０による発電及び濃縮部３４０の再生領域３４２に供給されるべきプロセス流体の予熱を行う。
【００８２】
発電された電力は、例えば、濃縮部３４０の吸着材ロータ、ファン等の脱臭システム３００Ａにおいて電力を消費する装置を作動させるために使用される。これにより、脱臭システム３００Ａに対し外部から供給されるべき電力を低減できる。また、プロセス流体が排熱回収装置１５０Ａによって予熱されるので、濃縮部３４０に供給されるプロセス流体を予熱するための熱量を低減できる。これにより、脱臭システム３００Ａが消費する燃料を節約できる。その結果、脱臭システム３００Ａが高い省エネ性能を有する。発電された電力は、脱臭システム３００Ａの外部に供給されてもよい。
【００８３】
（変形例）
脱臭システム３００Ａは、様々な変更が可能である。例えば、脱臭システム３００Ａは、図８に示す脱臭システム３００Ｂのように変更されてもよい。脱臭システム３００Ａは、排熱回収装置１５０Ｂに代えて排熱回収装置１５０Ｃが用いられる点を除き、脱臭システム３００Ａと同様に構成されている。このような構成によっても、脱臭システム３００Ａと同様の効果を得ることができる。
【００８４】
脱臭システム３００Ａにおいて、所定の熱プロセスは、濃縮部３４０における熱プロセスに限られない。例えば、所定の熱プロセスは、燃焼部３６０における臭気物質の燃焼であってもよい。すなわち、予熱されたプロセス流体が燃焼部３６０に供給されて燃焼用空気として利用されるように変更されてもよい。また、濃縮部３４０を省略してもよい。燃焼部３６０は、臭気物質を触媒燃焼させる方式に従って構成されていなくてもよく、例えば、バーナーにより臭気物質を直接燃焼させる、直接燃焼方式に従って構成されていてもよい。脱臭システム３００Ｂも同様に変更されてよい。さらに、脱臭システム３００Ａは、排熱回収装置１５０Ｂに代えて、排熱回収装置１５０Ａ又は排熱回収装置１５０Ｄが用いられるように変更されてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１００                  加熱システム
１０２                  加熱空間
１０５                  燃焼部
１０７                  再熱流路
１１０                  排熱流路
１１２                  第２熱媒体流路
１２０                  排出流路
１３０                  吸気流路
１５０Ａ−１５０Ｄ      排熱回収装置
１５１                  ポンプ
１５２                  蒸発器
１５３                  膨張機
１５４                  凝縮器
１５５                  ランキンサイクル
１５６                  排熱回収熱交換器
１７０                  発電機
２００                  蒸気ボイラー
２０２                  蒸気発生器
２０５                  燃焼器
２５０                  給液流路
３００Ａ、３００Ｂ      脱臭システム
３１０                  排気流路
３２０                  供給流路
３４０                  濃縮部
３５０                  プロセス流体流路
３６０                  燃焼部
３６０Ａ                予熱部
３６０Ｂ                触媒燃焼部
【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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