製糖工場の未利用熱蓄熱輸送システムの研究

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設置場所等の設計の制約下で，ゼオライトを用いた出熱装置「ゼオライトボイラ」の設計変数を，燃料削減最大を目的に最適化する設計法を確立した．また，実装型ゼオライトボイラとして矩形容器にプレートフィンチューブ型熱交換器を内包する方式を考案し，質量・化学種・熱保存式を連成し性能を予測する二次元数値解析モデルを開発，上記設計法を適用することで実装型ゼオライトボイラの設計を可能とした．また，燃料削減効果の向上策として，乾燥工程を導入している工場の高温高湿排気を，ボイラ蒸気の代わりにゼオライトボイラ内に導入するプロセスを検討した．実験により妥当性を確認した数値解析モデルを用いて，フルスケールの性能を予測したところ，ゼオライト流量1500kg/hの場合で重油削減量がボイラ蒸気のみを導入する場合と比較して10L/h増大する可能性があることを確認した．さらにゼオライトの種類を変更した場合におけるコストへの影響を検討した．複数の商用ゼオライト（13X，Y，LSX）の平衡吸着量を実験的に取得し，出熱装置，蓄熱装置の数値解析による性能予測に反映，確立した設計法を用いてフルスケールの性能を予測し，得られた結果からシステムに関わるコストを見積もった．吸着熱が13X型よりも小さいY型は，出熱側での総売熱量が確保できず，経済性は13X型のケースに比べて悪化した．また，吸・脱着熱および最大吸着量が13X型よりも高いLSX型は，蓄熱側での吸着量は下げられないものの，出熱側での総売熱量が増加するため，最も利益を生む結果（オペレーションベースで8000円/MWh達成）となり，吸着熱が経済性に大きな影響を及ぼすことがわかった．