未利用工場排熱の有効活用技術と実用展開

～要素技術の開発・高性能化と導入事例・システム～

第1部 低温排熱利用に向けた要素技術・システムと高効率化に向けた開発
　第1章　ヒートポンプ
　　第1節 圧縮式ヒートポンプの動作原理と産業排熱の効果的活用に向けた開発指針
　　　1.圧縮式サイクル
　　　2.圧縮式サイクルの性能評価指標
　　　3.圧縮式の基本特性
　　　4.圧縮式サイクルの性能向上方策
　　　5.用途拡大
　　　6.排熱回収によるヒートポンプ単体としての理論的可能性と制約条件
　　　7.排熱を活用したヒートポンプを含むシステム全体としての現状と今後の可能性
　　第2節 吸収式ヒートポンプの動作原理と産業排熱の効果的活用に向けた開発指針
　　　1.吸収式サイクル
　　　2.デューリング線図，濃度‐エンタルピー線図
　　　3.吸収式冷凍サイクルの性能
　　　4.吸収式冷凍サイクルの基本特性
　　　5.吸収式ヒートポンプサイクル
　　　6.さまざまな吸収式冷凍機，ヒートポンプ
　　　　6.1 単効用吸収式冷凍機
　　　　6.2 二重効用吸収式冷凍機
　　　　6.3 ジェネリンク
　　　　6.4 三重効用吸収式冷凍機
　　　　6.5 第一種吸収式ヒートポンプ
　　　　6.6 第二種吸収式ヒートポンプ
　　　7. 排熱活用方法ならびに現状と今後の可能性
　　第3節 吸着現象を利用した熱駆動型冷凍機　―原理・開発動向と性能向上へのアプローチ―
　　　1.廃熱駆動型冷凍機
　　　2.吸着現象を利用するヒートポンプ
　　　　2.1 吸着式冷凍機の概要
　　　　2.2 吸着ヒートポンプの熱サイクル
　　　　2.3 吸着式冷凍機の開発動向
　　　　2.4 吸着式冷凍機の性能向上へのアプローチ
　　　　2.5 デシカント空調機の開発動向と課題
　
　第2章　蓄熱技術
　　第1節　潜熱蓄熱技術の原理と産業排熱の有効利用に向けた開発指針
　　　1.潜熱蓄熱技術の原理と特徴，顕熱・化学蓄熱との違い
　　　　1.1 顕熱蓄熱
　　　　1.2 化学蓄熱
　　　　1.3 潜熱蓄熱
　　　2.これまでに検討・実用化されてきた潜熱蓄熱材料・システム
　　　3.産業排熱利用への適用拡大に向けた潜熱蓄熱材料・システムの研究開発の方向性
　　　　3.1 電力負荷平準化システムコストの低廉化
　　　　3.2 電力負荷平準化システムの最適運用技術の構築
　　　　3.3 40～90℃レベルに相変化点をもつ新PCMの実用化
　　　　3.4 熱出力の高出力化
　　　　3.5 蓄熱ユニットの小型化，軽量化
　　　　3.6 コーポレートファイナンスの構築
　　　4.水蒸気吸着材≪AQSOA®≫を適用した低温排熱利用技術の開発コンセプト・特性・用途
　　　　4.1 新吸着材≪AQSOA®≫の特長
　　　　4.2 ≪AQSOA®≫技術
　　　　　4.2.1 吸着式冷凍機
　　　　　　（1）ソーラークーリング（太陽熱冷房）システム
　　　　　　（2）トリジェネレーション（電力－温水－冷水）システム
　　　　　4.2.2 デシカント除湿機
　　　　　4.2.3 蓄熱技術への応用
　　第2節 廃熱輸送システムに向けた潜熱輸送スラリーの検討
　　　1.未利用廃熱の熱ギャップ
　　　2.潜熱輸送スラリーの有効性
　　　3.潜熱輸送スラリーの素材
　　　　3.1 氷スラリー
　　　　3.2 低温系潜熱輸送スラリー
　　　　3.3 高温系潜熱輸送スラリー
　　　4.廃熱利用潜熱輸送スラリーの取り組み
　　　　4.1 溶解度低減策
　　　　4.2 沈降防止策
　　　　4.3 粒子成長抑制
　　　　4.4 流動抵抗低減と伝熱特性
　　　　4.5 壁付着性低減策
　　　5.硬殻シリカマイクロカプセル
　　　6.サーマルグリッド
　　第3節　化学蓄熱およびケミカルヒートポンプ技術の原理と実用化に向けた開発指針
　　　1.蓄熱技術によるエネルギーリユース有効利用
　　　　1.1 蓄熱技術
　　　　1.2 顕熱蓄熱技術
　　　　1.3 潜熱蓄熱技術
　　　　1.4 化学蓄熱技術
　　　2.ケミカルヒートポンプによるエネルギーリサイクル有効利用
　　　　2.1 熱機関とヒートポンプ
　　　　2.2 ケミカルヒートポンプの作動原理
　　　　2.3 ケミカルヒートポンプの操作例
　　　3.各種排熱対応型化学蓄熱・ケミカルヒートポンプの開発状況
　　　　3.1 化学蓄熱・ケミカルヒートポンプに用いられる反応材料とその特徴
　　　　3.2 80℃以下熱源駆動‐冷熱生成：塩化カルシウム系
　　　　3.3 100℃レベル熱源駆動‐冷・温熱生成：硫酸カルシウム系
　　　　3.4 300℃レベル熱源駆動‐冷・温熱生成：酸化マグネシウム系
　　　　3.5 400℃レベル熱源駆動‐冷・温熱生成：酸化カルシウム系
　　　4.100℃レベル熱源駆動‐冷・温熱生成ケミカルヒートポンプによる排熱リサイクル利用システムの開発事例
　　　　4.1 100℃レベル化学蓄熱・ケミカルヒートポンプに用いられる反応材料
　　　　4.2 工場排熱リサイクル型ケミカルヒートポンプドライヤーシステム
　　　　4.3 地域エネルギーリサイクル有効利用ケミカルヒートポンプコンテナシステム
　　　　4.4 太陽熱駆動ケミカルヒートポンプ冷暖房給湯システム例
　
　第3章　バイナリー発電
　　第1節　バイナリーサイクル発電の原理と開発動向および関連法規・導入手順
　　　1.国内のエネルギー事情
　　　2.バイナリーサイクル発電とは
　　　3.バイナリーサイクルの特徴
　　　　(1)長所
　　　　(2)短所
　　　4.バイナリーサイクルの作動流体
　　　5.バイナリーサイクル発電の用途と実績
　　　　5.1 地熱発電の歴史
　　　　5.2 世界における地熱バイナリー発電の実績
　　　　5.3 工場排熱回収バイナリー発電
　　　　5.4 世界における工場排熱回収バイナリー発電の実績
　　　6.国内におけるバイナリー発電
　　　7.バイナリー発電の関連法規
　　　8.導入手順
　　　9.バイナリー発電の課題と展望
　　　　9.1 工場排熱回収発電の課題
　　　　　(1)熱源の確保
　　　　　(2)発電設備の設置場所
　　　　　(3)発電設備技術関連
　　　　　(4)電気事業法、系統連系関連
　　　　　(5)投資回収年
　　　　9.2 温泉発電の課題
　　　　　(1)温泉に影響を及ぼさない安心・安全な温泉発電
　　　　　(2)安定した温泉熱源の確保
　　　　　(3)発電設備技術関連
　　　　　(4)電気事業法、系統連系関連
　　　　　(5)事業性について
　　第2節　ランキンサイクルによるバイナリ発電技術
　　　1.バイナリー発電の概要
　　　2.バイナリー発電システムの機器構成
　　　3.ランキンサイクルとカリーナサイクル
　　　4.作動媒体の種類と特徴
　　　5.バイナリー発電システムの構成機器：タービンについて
　　　6.バイナリー発電システムによる低位排熱利用
　　　　6.1 バイナリー発電による低位排熱利用の適用例1
　　　　6.2 バイナリー発電による低位排熱利用の適用例2
　　　7.小型バイナリー発電「マイクロバイナリー」
　　　　7.1 温水仕様マイクロバイナリー発電システムの特徴
　　　8.小型バイナリー発電「マイクロバイナリー」の適用事例
　　第3節　カリーナサイクル発電の原理と特徴、動向、使用機器及び課題
　　　1.カリーナサイクルとは
　　　2.カリーナサイクルの歴史と現状
　　　3.カリーナサイクルの基本原理と特徴
　　　4.カリーナサイクルの種類と用途及び動向
　　　　4.1 カリーナサイクルの種類と用途
　　　　4.2 カリーナサイクル発電プラントの動向
　　　　　4.2.1 カリーナサイクル発電プラントの実績とその傾向
　　　　　4.2.2 転炉冷却水を熱源とするカリーナサイクル発電設備
　　　　　4.2.3 製油所蒸留塔の塔頂ガスを熱源としたアンモニア水サイクル発電設備
　　　　　4.2.4 地熱を熱源としたカリーナサイクル発電設備1 Unterhaching Geothermal PowerPlant(ドイツ)
　　　　　4.2.5 地熱を熱源としたカリーナサイクル発電設備2 Husavik Geothermal Power Plant(アイスランド)
　　　　　4.2.6 地熱を熱源としたカリーナサイクル発電設備3 Quigshui Geothermal Power Plant(台湾)
　　　　　4.2.7 セメント工場の排熱を熱源としたカリーナサイクル Khairpur Cement Kalina Power Plant(パキスタン)
　　　　　4.2.8 国内の温泉を熱源としたカリーナサイクルの実用例
　　　　　4.2.9 実証試験設備のタービン発電機
　　　5.カリーナサイクルに使用する機器の特徴
　　　　5.1 熱交換器
　　　　　5.1.1 熱交換器の基本技術
　　　　　5.1.2 凝縮器
　　　　　5.1.3 蒸発器
　　　　5.2 タービン
　　　　5.3 循環ポンプ
　　　6.カリーナサイクルの計画と導入
　　　　6.1 関連法規
　　　　6.2 導入計画
　　　7.カリーナサイクルの課題と将来性

　第4章　熱電発電技術－排熱利用への適用拡大に向けて求められる材料・応用システム－
　　1.熱電発電技術の概説
　　2.高性能化に向けた最近の開発動向
　　3.応用技術
　　4.経済性に関する考察
　　5.社会への普及・拡大に向けた課題とシステム・ロードマップ
　
　第5章　排熱利用スターリングエンジンの技術と開発事例
　　1.スターリングエンジンの基本構造と特徴
　　2.排熱利用スターリングエンジンの技術
　　　2.1 スターリングエンジンの熱サイクル
　　　2.2 燃焼ガス利用エンジンと排熱利用エンジン
　　　2.3 スターリングエンジンの作動温度と多段化
　　3.排熱利用スターリングエンジンの開発とシステム構成事例
　　　3.1 500 W級排熱利用スターリングエンジンの開発
　　　3.2 3kW級排熱利用スターリングエンジンの開発
　
　第6章　形状記憶合金熱エンジンの動作原理と排熱エネルギー回収システムの構想
　　1.形状記憶合金とそのメカニズム
　　2.形状記憶合金熱エンジン
　　　2.1 動作原理と効率
　　　2.2　形状記憶合金熱エンジンの研究例
　　　　2.2.1 プーリー形
　　　　2.2.2 オフセットクランク形
　　　　2.2.3 レシプロ形
　　　　2.2.4 各エンジンの特性比較と問題点
　　　2.3 形状記憶合金熱エンジンの最近の研究状況
　　3.形状記憶合金熱エンジンによる排熱エネルギー回収システムの構想
　
　第7章　熱音響システムの動作メカニズムと簡易設計コンセプトについて
　　1.熱音響現象の歴史
　　2.熱音響システムに使われるデバイス
　　　2.1 ループ管方式熱音響システム
　　　2.2 スタック（蓄熱器）
　　　2.3 熱交換器
　　　2.4 作業流体
　　3.熱音響システムの動作メカニズム
　　　3.1 音と熱のエネルギー変換
　　　3.2 プライムムーバーの動作メカニズム
　　　3.3 ヒートポンプの動作メカニズム
　　4.境界層
　　　4.1 熱境界層
　　　4.2 粘性境界層
　　　4.3 スタックの流路半径と境界層の厚み
　
　第8章　コージェネレーションシステムの技術開発動向と導入計画
　　1.コージェネレーションの概論
　　　1.1 コージェネレーションの概要
　　　　1.1.1 コージェネレーションの定義
　　　　1.1.2 コージェネレーションシステムの種類
　　　　1.1.3 コージェネレーションの特長
　　　1.2 コージェネレーションの市場・導入実績
　　　　1.2.1 コージェネレーションの市場と高効率化の方向性
　　　　1.2.2 コージェネレーションの導入実績
　　　1.3 コージェネレーション導入に関わる制度・法規について
　　　　1.3.1 コージェネレーション導入促進策
　　　　1.3.2 自家用電気工作物導入に関わる法規
　　2.コージェネレーションの技術開発動向
　　　2.1 ガスエンジンの技術開発
　　　　2.1.1 ガスエンジンの作動原理
　　　　2.1.2 ガスエンジンの種類と特徴
　　　　2.1.3 コージェネレーション用ガスエンジンの特徴
　　　　2.1.4 技術開発の方向性
　　　2.2 廃熱利用技術の動向
　　　2.3 コージェネレーションシステム周辺技術関係
　　3.コージェネレーションの導入計画
　　　3.1 コージェネレーション導入計画の進め方
　　　3.2 コージェネレーション導入計画の条件整理
　　　　3.2.1 コージェネレーションの運用形態
　　　3.3 コージェネレーションシステムの設定
　　　　3.3.1 原動機の種類と排熱回収システムの設定
　　　　3.3.2 発電容量，台数の設定
　　　3.4 コージェネレーションシステム評価
　　　　3.4.1 省エネルギー性評価
　　　　3.4.2 経済性評価
　　　　3.4.3 環境性評価

第2部　導入・実証事例と排熱利用システム
　第1章 ヒートポンプ
　　第1節 吸収式ヒートポンプによる低温排熱の有効利用と実用事例
　　　1.吸収式ヒートポンプによる低温排熱の有効利用
　　　　1.1 吸収式ヒートポンプの種類
　　　　1.2 各種吸収式ヒートポンプと排熱温度
　　　2.排熱利用システム
　　　　2.1 排熱投入型吸収冷温水機を使用したシステム
　　　　　(1)低温水一重効用吸収式冷凍機を使用したシステム
　　　　　(2)排熱投入型吸収冷温水機を使用したシステム
　　　　　(3)排熱投入型蒸気焚吸収式冷凍機を使用したシステム
　　　　　(4)温水・蒸気投入型ガス吸収冷温水機を使用したシステム
　　　　　(5)排ガス・温水投入型ガス吸収冷温水機を使用したシステム
　　　　2.2 吸収式ヒートポンプを用いたシステム
　　　　　(1)第一種吸収式ヒートポンプ(一重効用)
　　　　　(2)第二種吸収式ヒートポンプ
　　第2節 低温排水を利用した120～165℃蒸気供給ヒートポンプの開発と導入事例
　　　1.蒸気供給ヒートポンプの概要と開発の背景
　　　2.蒸気供給ヒートポンプの構成及び特徴
　　　　2.1 ユニット構成
　　　　2.2 高温対応技術
　　　　　2.2.1 圧縮機
　　　　　2.2.2 冷媒・冷凍機油
　　　　　2.2.3 取出蒸気圧力制御
　　　　2.3 性能
　　　3.蒸気供給ヒートポンプの導入分野とメリット
　　　4.蒸気供給ヒートポンプの導入事例
　　　　4.1 燃料用バイオエタノールについて
　　　　4.2 蒸気供給ヒートポンプ導入の経緯
　　　　4.3 蒸気供給ヒートポンプ導入効果
　　第3節　吸着冷凍機を用いた低温排熱（55～75℃）利用技術と事例紹介
　　　1.吸着冷凍機の概要
　　　2.吸着材について
　　　3.原理
　　　4.構造
　　　5.特徴
　　　6.適用事例
　　　　6.1 太陽熱を利用した適用事例
　　　　6.2 加熱炉排熱を利用した適用事例
　　　　6.3 都市ごみ焼却炉への適用検討
　　　　6.4 レトルト冷却水を再利用した適用事例
　　　7.省エネルギー効果について
　　第4節　排熱回収ヒートポンプの工場生産プロセスへの適用
　　　1.排熱回収とは？
　　　　1.1 ヒートポンプを用いない排熱回収
　　　　1.2 ヒートポンプ間接排熱回収
　　　　1.3 ヒートポンプ直接排熱回収
　　　2.排熱回収ヒートポンプの導入事例
　　　　2.1 塗装工場
　　　　2.2 陶器耐久試験
　　　　2.3 エンジン内潤滑油・シリンダー加熱
　　　　2.4 コージェネレーション代替システム
　　　　2.5 食品工場
　　第5節　乾燥工程への排熱回収型ヒートポンプシステムの適用事例
　　　1.製造工程と抱えていた課題
　　　2.排熱回収型ヒートポンプシステムの導入経緯
　　　3.排熱回収型ヒートポンプシステムの構成と概要
　　　4.導入効果
　　第6節　飲料製造プロセスへの熱回収温水ヒートポンプの適用
　　　1.排熱回収ヒートポンプ適用プロセス
　　　2.適用ヒートポンプ
　　　3.熱回収ヒートポンプ導入時の経済性評価
　　　4.排熱回収ヒートポンプの稼働状況と効果
　　　5.適用可能なプロセスの条件と提案
　
　第2章 潜熱蓄熱技術による200℃以下の低温排熱活用
　　　1.システムの概要
　　　2.システムの特徴
　　　3.定置式システムへの応用
　　　4.国内関連法規への対応
　　　5.導入事例
　　　6.新たな取り組み
　　　　6.1 太陽熱との組み合わせ
　　　　6.2 簡易移送型潜熱蓄熱装置
　　　7.今後の展望
　
　第3章　バイナリー発電
　　第1節 スクロール膨張機を用いた小型バイナリー発電システムの開発と応用システム
　　　1.エネルギー利用の現況と発電システム
　　　　1.1 エネルギーの種類
　　　　1.2 未利用エネルギー利用への期待
　　　　1.3 分散発電の種類
　　　2.バイナリー発電システム
　　　　2.1 バイナリー発電システムとランキンサイクル
　　　　2.2 バイナリー発電システムの発電方法
　　　　2.3 バイナリー発電システムの作動媒体と種類
　　　　2.4 バイナリー発電の膨張機機構
　　　　　2.4.1 膨張機機構の種類
　　　　　2.4.2 スクリュー膨張機
　　　　　2.4.3 スクロール膨張機
　　　　2.5 国内主要各社の小型バイナリー発電システム
　　　　2.6 アネスト岩田（株）「小型バイナリー発電システム」
　　　　2.7 バイナリー発電システムの導入時の注意点
　　　　　2.7.1　熱源温度と熱量
　　　　　2.7.2 冷熱源の確保
　　　　　2.7.3 周辺機器の消費電力と送電端出力
　　　　　2.7.4 間接熱交換
　　　　　2.7.5 メンテナンス
　　　　　2.7.6 発電電力の利用方法
　　　　　2.7.7 電気事業法
　　　3.バイナリー発電システムと応用
　　　　3.1 排熱利用分野
　　　　3.2 温泉熱，工場排熱での湯冷まし効果
　　　　3.3 湯けむり発電システムとのカスケード利用
　　第2節　焼却炉からの未利用排熱を活用した小型バイナリ―発電設備の導入について
　　　1. バイナリ―発電について
　　　　1.1 バイナリー発電とは
　　　2. ACCESS ENERGY 社製バイナリ―発電機
　　　　2.1 機器仕様
　　　　2.2 モジュール概要
　　　　　2.2.1 作動流体 R245-fa
　　　　　2.2.2 タービン発電ユニット
　　　　　　2.2.2.1 完全密封のモジュール
　　　　　　2.2.2.2 高速回転発電機
　　　　　　2.2.2.3 磁気ベアリング
　　　　　　2.2.2.4 磁気ベアリングコントローラ
　　　　　　2.2.2.5 電力変換
　　　　　　2.2.2.6 リモート操作
　　　　2.3 ユニット内機器について
　　　3. 排温水導入事例
　　　　3.1 熱源
　　　　3.2 導入バイナリ―発電機設計条件
　　　　3.3 運転データ
　　　　3.4 まとめ
　　　4. 排蒸気導入事例
　　　　4.1 熱源
　　　　4.2 導入バイナリ―発電機設計条件
　　　　4.3 運転データ
　　　　4.4 まとめ
　　　5. 導入事例の考察
　　　6. まとめと今後の展望
　　　　6.1 まとめ
　　　 6.2 今後の展望
　　第3節　バンケル型ロータリーエンジンとランキンサイクルによる低温廃熱発電技術
　　　1.ロータリー熱エンジンの動作原理や構造の概要
　　　2.ロータリー熱エンジンの廃熱利用技術としての特徴
　　　3.ロータリー熱エンジンによる工場・産業設備廃熱の回収・利用技術について
　　　　3.1 ロータリー熱エンジン導入条件
　　　　3.2 設置について
　　　　3.3 想定される経済性
　　　　3.4 設置・導入実証事例
　　　4.ロータリー熱エンジンの未来
　
　第4章　工場排熱利用に向けた熱電発電システムの開発と工業炉への導入事例
　　　1.工業排熱における熱電モジュール
　　　2.熱電発電システムの設計
　　　　2.1 熱電発電ボックスシステム
　　　　2.2 煙道用熱電発電システム
　　　　2.3 電気システム
　　　3.工業炉への導入事例
　　　4.システムの問題点
　
　第5章　排熱利用スターリングエンジンの開発と実証事例・導入システム
　　1.海外の主な実用スターリングエンジンの現状
　　　1.1 家庭用コージェネレーション向けスターリングエンジン
　　　1.2 太陽熱発電
　　　1.3 木質バイオマス発電
　　2.排熱利用スターリングエンジンの開発
　　　2.1 スターリングエンジンの分類と特徴
　　　2.2 排熱利用スターリングエンジンの基本構成
　　　2.3 排熱利用スターリングエンジンのピストン駆動機構
　　　2.4 排熱利用スターリングエンジンの熱交換器
　　3.(株)eスターにおける排熱利用スターリングエンジンの導入事例
　　　3.1 排熱利用スターリングエンジンの設備への導入
　　　3.2 適応可能な排熱現場と導入フロー
　　　3.3 ガスエンジン
　　　3.4 ガラス溶解炉
　　　3.5 タイルのローラハースキルン（RHK）炉
　　　3.6 焼却炉
　　4.今後の展望
　
　第6章　廃温水熱利用による蒸気生成システムの開発
　　1.蒸気の生成方法
　　2.本装置の構造
　　3.本装置の特長
　　4.本装置を応用したシステム
　　5.本装置の導入例