Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
温排熱回収型蒸気生成システムに関する研究
岐阜大学 大学院工学研究科 環境エネルギーシステム専攻
板谷 義紀・丸毛 謙次・小林 信介
1. はじめに • 鉄鋼,石油化学,窯業などをはじめ多岐にわたる産業で未利用温排熱が大量に廃棄.
• 温排熱の高効率利用技術の開発は,省エネルギーの観点から重要課題.
• 比較的低温度の 80℃レベルの温排熱を回収して 130℃以上の熱風および蒸気を生成する LiBr/水系吸収式ヒートポンプ(AHP)システムの開発.
• ベンチスケール試験と理論解析を実施しつつ,本システムの実証および熱・物質移動機構の解明.
• LiBr 微細結晶スラリーを吸収液に用いる,高性能 AHPシステムを提案し,水蒸気吸収性能を評価.
2. 背景 • 3大学 3企業連携により,Fig.1に示す 80℃の温排熱から 150℃以上の高温蒸気生成システムを開発.
• 岐阜大学で AHPによる空気再生システム開発を分担. • AHP単独で 120℃以上の熱風と 110℃レベルの低圧蒸気安定生成に成功.
• LiBr/水系吸収液にゼオライトを分散させ過飽和状態になると,微細結晶スラリーが形成されることを発見
1, 2).
Fig. 1 温廃熱回収型高温蒸気生成システム
3. ベンチスケール試験装置の概略
Fig. 2 ベンチスケール AHPシステムフロー図
Fig. 3 吸収器上部構造
4. AHP原理とサイクル線図
Fig. 4 LiBr/水系飽和線図と AHPサイクル
5. ベンチスケール試験結果
Fig. 5吸収器・蒸発器温度経時変化(高温空気生成試験)
Fig. 6 AHPシステムのエネルギー収支と COP・効率比
����
�
�㸬ࡍᐃ㐠㌿ࢡࢧ
Ẽ⏕ᡂჾࡢ⤥Ỉ ᗘࡣ ��Υࡋ㸪྾ᘧࢺຍ⇕࠸࡞⾜ࡣ㸬�
྾ᘧࡢࢺᛶ⬟ࡣ㸪�❶ࡢヨ㦂⤖ᯝᇶࡁ㸪&23�3 ���� �㸬ࡍ
⏕✵Ẽ᮲௳ࡣ ᗘ ���Υ㸪㟢Ⅼ ᗘ���Υ'3 �㸬ࡍ
Ỉ㸪෭Ỉ㸪⤥Ỉࡢᦙ㏦ᶵჾࡣ㝖እࡍ㸬ࡓ෭Ỉฎ⌮ࡍ෭ሪ㝖እࡍ㸬�
⏕✵Ẽ㏦㢼ᶵࡣὶഃࡢ ᾘ㈝㟁ຊࡢ㸪㏦㢼ᶵࡋࡢ� W�>N:@ࡣୗグࡢ㏦㢼ᶵຊࡢᘧ
㸦㠀ᅽ⦰ὶయࡢሙ㸧⟬ฟࡍ㸬�
� �¿¾½
¯®
¸¹
ᬩ
§��¸
¹
ᬩ
§ ���
2221
21
22
1
1212
VVPPPPPQW U
NK���� � � � � � � � � � � � � � � ������
� ���� �ຠ⋡K⇕ࡇࡇ㸪⇕ᣦN ���� �㸬ࡍ
⏕✵Ẽ㏻㐣ࡍᶵჾࢸࢫࢩࡣᑐࡋ㐺つᶍタィࡉ㸪⏕✵Ẽ⣔⤫ࡢᦙ㏦ᅽ
ຊᦆኻ㸦ẼⓎ⏕ჾ㝖ࡃ㸧ࡀィ ����N3D ௨ୗ࠺࡞㓄⨨ࡍࡢ࠸ࡉ㸬�
⏕Ẽࡣ㸪๓㸦⏕Ẽ �㸧ࡢࡑࡣẼࡋ㸪ᚋ㸦⏕Ẽ �㸧ࡣ㝖‵ࡢࢱ
�㸬ࡍ㝖እࡣຓຍ⇕ჾ⿵ࡢ⏝⏕ࢱ‵㝖ࡓ㸬ࡍẼࡋ⏝⏕
㝖‵ࢱ⏕⏝ࢪࡢ✵Ẽࡣ㸪྾ᘧࡢࢺฟ౪⤥ࡍ㸬�
�
�
ᅗ����� �⠊ᅖࡢຠ⋡ウࢸࢫࢩ
�
�
冷却水
温排水
温排水
水蒸気
水蒸気
蒸発器1 吸収器 再生器 凝縮器
水蒸気
空気
蒸発器2
水
希吸収液
濃吸収液
高温空気
補給水
冷却水
温排水
温排水
水蒸気
水蒸気
蒸発器1 吸収器 再生器 凝縮器
水蒸気
空気
蒸発器2
水
希吸収液
濃吸収液
高温空気
補給水
�������
����
����� 1,#���
����
����
���� ���
���
���� ��
�
�
�
�
�
1x102
1x103
1x104
1x105
5x105
�� [˚C]
�����
[Pa
] �
30%40%
50%60%
70%
����
���
� ��
����
����
������ � ��
-20 0 20 100 12040 60 80 140160 180
��
��
��
��
��
��
��
��
�
��
������
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
0:00 1:00 2:00
Time%[h]
Tempe
rature%[°C]
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Mass%flow%ra
te%of%a
ir%%[k
g/s]
�������
�����
����������2��� ����"
�������
����2��� �����
����:"0.0047"kg/s" ����:"0.0025"kg/s"
�����
���
�
�� �
����
�����
���2
���
� �
������
���
�
2EQ
� �
AQ����� 1�
1EQ
RQ���
w1�w2� w3�
w4�w5�
Fig. 7 熱風・蒸気生成のエネルギー効率比と COP
COP = (熱出力) / (熱入力)= ( QA + QE2 ) ( QE + QE1) EER = (熱出力) / (ポンプ動力) = ( QA + QE2 ) wi
i∑
6. LiBr/水系吸収液微細結晶スラリー
6. 1 AHPの課題と LiBr微細結晶スラリー化の特徴
• 高性能化 吸収液の高濃度化 • 高濃度化 結晶析出,流路閉塞 • 水蒸気吸収に伴う吸収液の希釈化 • スラリーの流動性 流路閉塞リスクの低下 • 結晶の溶解 水蒸気吸収に伴う濃度低下抑制 6. 2 微細結晶スラリー調製法
1) 80 ℃以上の熱水にゼオライト微粉末分散 2) 室温で飽和濃度以上相当の LiBrを溶解 3) 攪拌しつつ室温に徐冷 4) LiBr微細結晶を生成
(a) ゼオライト分散無 (b) ゼオライト分散微細結晶
Fig. 7 過飽和結晶状態
表 1 微細結晶生成条件 Run Conc.of LiBr
crystal [%] (100×g-crystal/g
-solution)
Conc. of zelite [%]
(100×g-zeolite/g-solution)
Ratio of crystal
(g-crystal/g-zeolite)
A 1.32 3.00 0.44 B 2.33 3.00 0.775 C 3.02 3.00 1.01 D 2.29 2.04 1.12 E 2.24 1.01 2.22 F 3.02 2.04 1.48 G 4.83 5.04 0.958 H 1.09 1.01 1.07
6. 3 微細結晶粒度分布および水蒸気吸収性能
Fig. 8 微細結晶粒度分布
Fig. 9 微細結晶スラリー吸収試験装置
Fig. 10 微細結晶スラリー吸収試験による吸収器内温度
7. まとめ • 直接熱交換式昇温型ベンチ AHPシステムを開発. • 80℃レベルの模擬温排水から,120℃以上の熱風と低圧蒸気を安定的に同時生成する AHPを実証.
• 動力ベースのエネルギー効率比が 20以上を達成. • 微細結晶スラリー粒度分布は結晶比の関数. • 微細結晶スラリーの吸収性能効果を実証. 参考文献 1) K. Marumo et al.: AIChE Annual Meeting (13 AIChE), San
Francisco, November 3-8 (2013) 2) 板谷ら: 化工論文集, 36(5), 505-511 (2010) 3) 板谷ら: 化工論文集, 39(1),46-52 (2013) 謝辞 本研究の一部は,NEDO 省エネ革新技術開発事業および鉄鋼協会COURSE50新規技術創出研究の一環で実施しており,謝意を表する.
0
5
10
15
20
25
30
100 105 110 115
Generated steam temperature [°C]
EE
R
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
CO
P
)/w(EER E2A QQ +=
/wEER AQ=))/((COP GEE2A QQQQ ++=
)/(COP GEA QQQ +=
!"#$%&'()
*&'++%+!
,-./!
,+%**-+%)#"-#%!
0"(--.)/-./!
12"&%+!
1*34-&'3$!
56!
7334%+!
8%9+'#%+"$&!
0 20 40 60 80 100 12020
30
40
50
60slurry60.6%54.7%50.8%
Time[min]
Tem
p. o
f sol
utio
n[℃
]