JP5576012B2 - 熱回収装置 - Google Patents

Description

この発明は、高温気体の熱を回収して低温気体を加熱する熱回収装置に関する。

液晶表示パネルの製造工程などで焼成炉が用いられる。焼成炉では、ワークから蒸散するガス中に有機物の蒸散気体が含まれる。蒸散気体はワークに悪影響を及ぼす可能性がある。このため、焼成炉では、炉内を換気することがある。換気によって焼成炉の内部温度は低下する。このため、炉内からの排気と炉内への吸気との間で熱交換が行われる。

このような高温気体の熱を回収して低温気体を加熱する装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
特開２００２−１９１９２０号公報 特開２００１−１５４７３９号公報 特開２００２−２００４７３号公報

高温気体の熱を回収して低温気体を加熱する熱回収装置は、熱回収の効率を高めることが望まれる。また、その製造コストの抑制も望まれる。

この発明の目的は、従来よりも熱回収効率を高めることができ、製造コストの抑制が可能な熱回収装置を提供することにある。

この発明の熱回収装置は、高温チャンバの内部を経由する高温気体の通気路と、高温気体の通気路とは非連続に設けられ、低温チャンバの内部を経由する低温気体の通気路と、高温チャンバの内部の一部である吸熱領域で高温気体から熱を吸熱し、低温チャンバの内部の一部である放熱領域で前記低温気体に熱を放熱する熱交換器と、低温気体が高温チャンバの外壁面に沿って流れるように高温チャンバを内装する主予熱室と、低温気体が低温チャンバの外壁面に沿って流れるように低温チャンバを内装する副予熱室と、を備える。低温気体の通気路は、主予熱室内における高温チャンバの外壁面、副予熱室内における前記低温チャンバの外壁面、低温チャンバの内部をこの順に経由するように構成されている。

したがって、熱交換器が高温気体から低温気体に熱を回収する。さらに、予熱室が高温気体の漏出熱を低温気体に回収する。これにより、熱回収装置の熱回収効率が高まる。また、高温気体の通気路に断熱処理を行う必要が無い。したがって、熱回収装置に設ける断熱材を抑制し製造コストを抑制することが可能になる。

前記高温気体の通気路における前記吸熱領域の前段に設けた、前記高温気体に含まれる有機物成分を分解する浄化部を備え、前記主予熱室は、前記浄化部が内部に配置され、前記浄化部の外壁面からの漏出熱を前記低温気体に吸熱させると好適である。

前記低温チャンバは、筒状であり、一端が前記副予熱室の内部で開口し、他端が前記副予熱室および前記主予熱室の外部で開口すると好適である。

副予熱室に放熱領域を内装してもよい。この場合、高温気体の通気路の吸気口と、低温気体の通気路の排気口とを同方向に向けると好適である。

熱回収装置は、ブロワ部を備えてもよい。ブロワ部は、高温気体の通気路における吸熱領域の後段で高温気体の通気路の排気口の前段に設けられて、高温気体の流体圧を調整する。

この発明によれば、熱回収装置は高温気体の通気路からの漏出熱を回収でき、熱回収装置の熱回収効率を従来よりも高められる。そのため、断熱材などを抑制でき、製造コストを低減可能になる。

以下、図面を参照して熱回収装置の構成例を説明する。ここでの熱回収装置は、液晶表示パネルの製造工程に用いられる多段焼成炉の換気に用いる。多段焼成炉からの排気ガスには、バインダーなどの蒸散によって有機物成分が含まれる。熱回収装置は、この排気ガスを炉外に排気し、外気を焼成炉に吸気する。

図１は、熱回収装置の側面断面図である。ここでは固定配置式の熱回収装置１００を示している。なお、熱回収装置１００の底面に移動ローラを設けるなどして、熱回収装置１００を可動式にしてもよい。

熱回収装置１００は外装体１を備える。外装体１の内部は、制御室１１と主予熱室１２と副予熱室１３とに区画されている。制御室１１は制御部６を内装する。主予熱室１２は、高温チャンバ２と掃気ブロワ５とを内装する。副予熱室１３は、低温チャンバ３を内装する。主予熱室１２を構成する外装体１の壁面には、高温気体吸気口１６と高温気体排気口１７と低温気体吸気口１８とが設けられている。副予熱室１３を構成する外装体１の壁面には、低温気体排気口１９が設けられている。主予熱室１２と副予熱室１３との間には隔壁１４が設けられている。隔壁１４には、主予熱室１２と副予熱室１３との間を通気するための通気口１５が設けられている。

制御室１１は、主予熱室１２および副予熱室１３から分離されている。なお、制御室１１は図示しない断熱材により囲まれる。したがって、主予熱室１２および副予熱室１３から制御室１１への熱伝導が抑制される。制御部６は、熱回収装置１００の換気能力を維持するために、掃気ブロワ５を制御する。また、制御部６は、熱回収装置１００の換気能力の低下を、警告音や警告表示の形式で管理者に報知する。

低温チャンバ３は、流路方向の断面が矩形状の筒状部材である。低温チャンバ３の両端は開口している。また、両端付近の断面積が中央よりも小さくされている。低温チャンバ３の一端は、低温気体排気口１９から外装体１の外に退出する。この一端は、図示しない焼成炉に外気を排気する。低温チャンバ３の他端は、副予熱室１３の内部に配置されている。低温チャンバ３の内部には、放熱領域３１が設けられている。

放熱領域３１は、副予熱室１３から吸気する外気に熱を放熱する。そのため、放熱領域３１の内部には熱交換ユニット４の一部を配している。熱交換ユニット４の構成については後述する。

高温チャンバ２は、流路方向の断面が矩形状の筒形部材である。高温チャンバ２の両端は開口している。また、両端付近の断面積が中央よりも小さくされている。高温チャンバ２の一端は、高温気体吸気口１６から外装体１の外に退出する。この一端には、図示しない焼成炉から排気ガスが吸気される。高温チャンバ２の他端は、主予熱室１２の内部に配置されている。高温チャンバ２の内部には、フィルタ室２１と浄化部２２と吸熱領域２３とが設けられている。

フィルタ室２１は、焼成炉からの排気ガス中から、ダストやミストを除去する。そのため、フィルタ室２１には、複数のフィルタ粒を堆積させている。フィルタ粒を用いることで、熱回収装置１００の稼働中でも、フィルタ粒の交換が可能になり、フィルタ室２１内の清浄度を高く維持できる。したがって、後段の浄化部２２にダストやミストが付着することがない。このためダストやミストの付着による浄化部２２での触媒による有機物分解能の低減が防げ、浄化部２２のメンテナンス回数を低減できる。

なお、図示していないが、フィルタ室２１の直前および直後には、圧力検出部を設けている。これらの圧力検出部の検出した排気ガスの流体圧データは制御部６に出力する。制御部６では、この圧力変化に基づいて、フィルタ室２１の目詰まりを検知する。そして、目詰まりが生じた場合に、そのことを報知する警告音や警告表示を出力する。また、掃気ブロワ５の掃気能を調整し、圧力変化を補正して安定化させる。

浄化部２２は、フィルタ室２１を通過した排気ガス中の有機物成分を分解する。そのため、浄化部２２内部には触媒（ここでは、ヒータ付きの白金触媒）を設けている。この触媒により、有機物成分を酸化反応させ、排気ガス中の有機物成分を二酸化炭素などに分解する。したがって、後段の吸熱領域２３には有機物成分が流入することがない。そのため有機物成分による吸熱領域２３での熱交換効率の低減が防げ、吸熱領域２３のメンテナンス回数を低減できる。また、浄化部２２に流入する排気ガスは、触媒によって加熱される。具体的には、ヒータによる加熱と、有機物の分解反応で生じる熱とにより、排気ガスの温度が約１０℃〜１００℃ほど昇温する。したがって、後段の吸熱領域２３では、より多くの熱交換がなされる。

なお、図示していないが、浄化部２２の直前および直後には、温度検出部を設けている。これらの温度検出部の検出した排気ガスの温度データは制御部６に出力する。制御部６では、この温度変化に基づいて、触媒の有機物分解能を検知する。そして、有機物分解能が所定値以下に低下した場合に、そのことを報知する警告音や警告表示を出力する。

吸熱領域２３は、浄化部２２を通過する排気ガスから熱を回収する。そのため、吸熱領域２３の内部には熱交換ユニット４の一部を配している。この熱交換ユニット４の他の一部は、低温チャンバ３の放熱領域３１にも配されている。

ここで、熱交換ユニット４の構成例を図２に基づいて説明する。

図２は熱交換ユニット４の一部を示す斜視図である。熱交換ユニット４は、２次元に配列された複数のパイプ４１を備える。各パイプ４１は、内部が空洞になっていて、空洞に作動流体が封入されている。各パイプ４１は、上述の主予熱室１２と副予熱室１３との間の隔壁１４と、高温チャンバ２の天面と、低温チャンバ３の底面と、に設けられた孔を貫通するように配置される。したがって、各パイプ４１の一端側は、高温チャンバ２内部の吸熱領域２３に配置される。各パイプ４１の他端側は、低温チャンバ３内部の放熱領域３１に配置される。なお、図示していないが、各パイプ４１には、それぞれの軸方向に垂直なフィンが形成される。また、各パイプ４１と隔壁１４との間には、高温チャンバ２内部と低温チャンバ３内部との気密を保つ気密部材が設けられる。

パイプ４１内部の作動流体は、高温チャンバ２内の吸熱領域２３で、排気ガスの熱を吸熱して蒸発する。そして、この作動流体は、低温チャンバ３内の放熱領域３１で凝縮して液化し、外気に熱を放熱する。これにより、高温チャンバ２内の高温気体が冷却され、低温チャンバ３内の低温気体が加熱される。この熱交換ユニット４は、小さい温度差であっても高効率に熱エネルギーを交換できる。

掃気ブロワ５には、高温チャンバ２の前記他端が接続される。掃気ブロワ５は、回転する内部フィンの回転速度の調整により高温チャンバ２内に負圧をかけ、排気ガスを吸引する。掃気ブロワ５に吸引された排気ガスは、高温気体排気口１７から熱回収装置１００の外部に排気される。

掃気ブロワ５は、排気ガスを熱回収装置１００の外部に排気し、高温チャンバ２内に負圧をかける。高温チャンバ２は高温気体吸気口１６を介して、図示しない焼成炉に負圧をかける。この焼成炉は低温気体排気口１９を介して低温チャンバ３内に負圧をかける。低温チャンバ３は副予熱室１３内に負圧をかける。副予熱室１３は通気口１５を介して主予熱室１２内に負圧をかける。主予熱室１２は低温気体吸気口１８を介して熱回収装置１００の外部から外気を吸気する。

低温気体吸気口１８から吸気される外気は、掃気ブロワ５および高温チャンバ２の外壁面を沿って流れる。この間に、外気は掃気ブロワ５及び高温チャンバ２の漏出熱を吸熱する。その後、外気は通気口１５を介して主予熱室１２から副予熱室１３の内部に吸入される。その後、外気は副予熱室１３内部を、低温チャンバ３の外壁面に沿って流れる。この間に、外気は低温チャンバ３の漏出熱を吸熱する。その後、外気は低温チャンバ３の内部に吸入される。この間に、外気は低温チャンバ３の内部の放熱領域３１で熱を吸熱する。その後、外気は低温気体排気口１９から焼成炉に排気される。

したがって、熱回収装置１００は、焼成炉からの高温の排気ガスから低温の外気に、熱交換ユニット４で熱を回収するとともに、高温チャンバ２の外壁面から漏出する漏出熱を回収できる。したがって、熱回収装置１００の熱回収効率は極めて高いものになる。そのため、高温チャンバ２や低温チャンバ３の外装面に断熱材を設ける必要が無く、製造コストが低減される。

また、浄化部２２で排気ガス中の有機物成分を除去して、有機物成分が外気を汚染することを無くすことができる。その際に、有機物成分の分解により生じる熱エネルギーも、回収する熱の一部となる。また、フィルタ室２１で排気ガス中のダストやミストを除去するが、稼働中に補充および取り出し可能なフィルタ粒を用いることで、メンテナンス性を高め、熱回収装置１００の稼働時間や寿命を高められる。

ここでは、主予熱室１２と副予熱室１３との間には隔壁１４に設けた通気口１５を、低温気体吸気口１８から離して、高温気体吸気口１６と低温気体排気口１９とに近接させている。これにより、主予熱室１２における低温気体の通気路を長く確保して、低温気体である外気に十分に漏出熱を吸収させる。また、高温気体吸気口１６を外装体１の低温気体排気口１９と同一側面に設けている。これにより、高温気体の通気路の吸気口と低温気体の通気路の排気口とが同方向に向く。したがって、この外装体１の側面を焼成炉方向に向けることで、焼成炉への配管接続を容易に行える。なお、高温気体吸気口１６と低温気体排気口１９とは必ずしも外装体１の同一側面に設けなくてもよい。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

熱回収装置の一例を示す側面断面図である。 同熱回収装置の熱交換ユニットの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１…外装体 ２…高温チャンバ ３…低温チャンバ ４…熱交換ユニット ５…掃気ブロワ ６…制御部 １１…制御室 １２…主予熱室 １３…副予熱室 １４…隔壁 １５…通気口 １６…高温気体吸気口 １７…高温気体排気口 １８…低温気体吸気口 １９…低温気体排気口 ２１…フィルタ室 ２２…浄化部 ２３…吸熱領域 ３１…放熱領域 ４１…パイプ １００…熱回収装置

Claims (5)

1. 高温チャンバの内部を経由する高温気体の通気路と、
   前記高温気体の通気路とは非連続に設けられ、低温チャンバの内部を経由する低温気体の通気路と、
   前記高温チャンバの内部の一部である吸熱領域で前記高温気体から熱を吸熱し、前記低温チャンバの内部の一部である放熱領域で前記低温気体に熱を放熱する熱交換器と、
   前記低温気体が前記高温チャンバの外壁面に沿って流れるように前記高温チャンバを内装する主予熱室と、
   前記低温気体が前記低温チャンバの外壁面に沿って流れるように前記低温チャンバを内装する副予熱室と、
   を備える熱回収装置であって、
   前記低温気体の通気路は、前記主予熱室内における前記高温チャンバの外壁面、前記副予熱室内における前記低温チャンバの外壁面、前記低温チャンバの内部をこの順に経由するように構成された熱回収装置。
2. 前記高温気体の通気路における前記吸熱領域の前段に設けた、前記高温気体に含まれる有機物成分を分解する浄化部を備え、
   前記主予熱室は、前記浄化部が内部に配置され、前記浄化部の外壁面からの漏出熱を前記低温気体に吸熱させる、請求項１に記載の熱回収装置。
3. 前記低温チャンバは、筒状であり、一端が前記副予熱室の内部で開口し、他端が前記副予熱室および前記主予熱室の外部で開口する、請求項１または２に記載の熱回収装置。
4. 前記高温気体の通気路の吸気口と前記低温気体の通気路の排気口とが同方向に向く請求項１〜３のいずれかに記載の熱回収装置。
5. 前記高温気体の通気路における前記吸熱領域の後段で前記高温気体の通気路の排気口の前段に設けた、前記高温気体の流体圧を調整するブロワ部を備える請求項１〜４のいずれかに記載の熱回収装置。

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