熱エネルギー高度有効利用と省エネルギー技術

－エクセルギー損失の最小化、未利用熱エネルギーの有効利用、自己熱再生技術など最新の熱エネルギー利用技術体系－

第１章　　熱エネルギー利用技術
１　熱エネルギー利用技術体系 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　堤　敦司
　1.1　エネルギー工学の基礎－力学的エネルギーと熱エネルギー
　　1.1.1　力学的エネルギー保存則
　　1.1.2　熱とエネルギー保存則
　　1.1.3　熱と仕事の等価性
　1.2　化学エネルギー
　1.3　熱力学の基礎的事項
　　1.3.1　系と状態量
　　1.3.2　内部エネルギーＵ
　　1.3.3　エンタルピーＨ
　　1.3.4　エントロピー
　　1.3.5　熱力学第２法則
　　1.3.6　自由エネルギー
　　1.3.7　熱力学関数のまとめ
　1.4　エネルギーとエクセルギー
　1.5　エネルギー形態とエネルギー変換
　1.6　エネルギー変換としての化学反応
　　1.6.1　化学反応
　　1.6.2　化学反応における熱と仕事
　　1.6.3　化学平衡
　　1.6.4　△Ｇ-Ｔ線図
　　1.6.5　発熱反応
　　1.6.6　吸熱反応
２　エクセルギーとエネルギー変換　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　久角喜徳
　2.1　はじめに
　2.2　熱の概念のみを用いてエネルギー変換機器を評価する場合の問題
　　2.2.1　ヒートポンプの成績係数(ＣＯＰ）はどこまで上がる
　　2.2.2　クールビズやウォームビズの設定温度
2.2.3　未利用熱エネルギーの質
　2.3　エクセルギーを使うことによるメリット
　　2.3.1　エネルギー変換システム全体としての評価
　　2.3.2　エネルギー変換システムのプロセス特性および各構成機器の評価
　　2.3.3　各種エネルギー供給システムの一次エネルギー使用量比較
　2.4　おわりに
３　効率・評価指数　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　苷蔗寂樹
　3.1　はじめに
　3.2　従来の熱エネルギー利用技術
　3.3　プロセスのエネルギーとエクセルギー損失
　3.4　自己熱再生とそのエクセルギー損失
　3.5　おわりに
４　低エクセルギー損失燃焼 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　丸田　薫
　4.1　はじめに
　4.2　燃焼におけるエクセルギー損失
　4.3　燃焼におけるエクセルギー再生－超過エンタルピー燃焼－
　4.4　革新燃焼技術
　4.5　おわりに
５　断熱技術・断熱材料　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大嶋正裕
　5.1　背景
　5.2　伝熱と断熱
　5.3　各種断熱部材
　　5.3.1　無機繊維系（グラスウール、ロックウール）
　　5.3.2　発泡ポリマー系
　　5.3.3　真空断熱材（Vacuumed Insulated Panel）
　　5.3.4　シリカエアロゲル・キセロゲル
　5.4　断熱材の新しい動き
６　マイクロ波プラズマを利用した化学反応システム 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　板谷義紀
　6.1　はじめに
　6.2　マイクロ波プラズマの研究開発動向
　6.3　活性コークス誘起マイクロ波プラズマ生成とその応用
　　6.3.1　活性コークス誘起マイクロ波プラズマ生成挙動
　　6.3.2　NO分解特性
　　6.3.3　ベンゼン分解とカーボンナノ材料生成特性
　6.4　非平衡プラズマ支援燃焼技術
　　6.4.1　廃油のプラズマ支援噴霧燃焼分解特性
　　6.4.2　プラズマ支援燃焼場の分光学的特性
　6.5　おわりに

第２章　　未利用熱エネルギー
１　ナノテクによる新しい有機・炭素系熱電デバイス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　石田敬雄，中村恒夫
　1.1　はじめに
　1.2　熱電材料の性能
　1.3　導電性高分子の熱電研究
　1.4　カーボンナノチューブ系の熱電研究
　1.5　ナノ材料の熱電変換理論
２　ナノテク・有機材料による新規断熱材・蓄熱材の探求　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　依田　智，秋山陽久，石田豊和
　2.1　はじめに
　2.2　ナノ構造制御による新規断熱材料
　　2.2.1　新規断熱材料の考え方
　　2.2.2　新規断熱材料の開発
　2.3　蓄熱材の有効性
　　2.3.1　蓄熱材の種類
　　2.3.2　潜熱蓄熱材
　　2.3.3　蓄熱材の計算機シミュレーション
３　地中熱を用いた空調システム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大岡龍三
　3.1　地中熱利用とは
　3.2　地中熱ヒートポンプシステムとは
　3.3　各種地中熱利用ヒートポンプシステムの基本的性質
　3.4　地中熱利用ヒートポンプシステムの世界的動向と日本の普及状況
　3.5　今後の課題
４　工場排熱で発電する低位熱発電システム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　松田一夫
　4.1　はじめに
　4.2　熱サイクル
　4.3　アンモニア純物質と混合物質
　4.4　低位熱発電システムの実施例
　4.5　今後の展開と課題
　　4.5.1　展開
　　4.5.2　課題
５　低温熱源による小型発電システム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　石井芳一
　5.1　はじめに
　5.2　小型バイナリー発電にこだわる開発経緯
　5.3　100 ℃未満の小規模温水熱源の小型バイナリー発電方法の選択
　5.4　スクロール膨張機発電機一体型の小型発電システムの製作と試験結果
　5.5　可搬型小型発電システムの今後の適用展開
　　5.5.1　工場廃熱への適用展開
　　5.5.2　温泉熱への適用展開
　　5.5.3　太陽熱への適用展開
　　5.5.4　その他への適用展開
　　5.5.5　将来への開発展開
　5.6　おわりに
６　太陽熱発電と太陽熱利用海水淡水化　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　堀田善治
　6.1　はじめに
　6.2　太陽熱発電
　　6.2.1　太陽光集熱技術
　　6.2.2　太陽熱貯蔵技術
　　6.2.3　太陽熱発電の発電コスト
　　6.2.4　太陽熱発電の技術開発動向
　6.3　太陽熱利用海水淡水化
　　6.3.1　既往の海水淡水化技術
　　6.3.2　太陽熱利用海水淡水化技術
　　6.3.3　海水淡水化コスト
　　6.3.4　太陽熱活用海水淡水化システムのコスト削減挑戦事例
　6.4　おわりに

第３章　　蓄熱・熱輸送
１　蓄熱・熱輸送技術体系　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　秋山友宏
　1.1　熱力学の基礎
　1.2　各種エネルギーメディア
　1.3　エネルギー、エクセルギー、アネルギー
　1.4　蓄熱・熱輸送の必要性
　1.5　蓄熱方法の分類
　1.6　蓄熱方法の選択評価法
　1.7　蓄熱方法の応用例
２　ＰＣＭを用いた潜熱蓄熱技術とその応用 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　能村貴宏，秋山友宏
　2.1　はじめに
　2.2　潜熱蓄熱技術の原理と特徴
　　2.2.1　原理
　　2.2.2　潜熱蓄熱技術の特徴
　　2.2.3　使用可能なPCM
　　2.2.4　熱交換器
　2.3　代表的高温PCMとその応用
　　2.3.1　糖アルコール系PCM
　　2.3.2　溶融塩系PCM
　　2.3.3　合金系PCM
　2.4　おわりに
３　化学蓄熱・ケミカルヒートポンプ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　加藤之貴
　3.1　化学蓄熱・ケミカルヒートポンプの可能性
　3.2　ケミカルヒートポンプの原理と構成
　3.3　回分型ケミカルヒートポンプ
　　3.3.1　反応系の条件と選択
　　3.3.2　反応事例
　3.4　循環型ケミカルヒートポンプ
　3.5　おわりに
４　熱輸送システム「トランスヒートコンテナ」 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　岩井良博
　4.1　はじめに
　4.2　システムの概要
　4.3　トランスヒートコンテナシステムの特徴
　4.4　定置式システムへの応用
　4.5　国内関連法規への対応
　4.6　導入事例
　4.7　新たな取り組み
　　4.7.1　太陽熱との組み合わせ
　　4.7.2　簡易移送型潜熱蓄熱装置
　4.8　今後の展望

第４章　　ヒートポンプ
１　ヒートポンプ技術　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　加藤之貴
　1.1　ヒートポンプの必要性
　1.2　ヒートポンプの原理
　1.3　ヒートポンプの分類
　　1.3.1　機械式ヒートポンプ
　　1.3.2　化学式ヒートポンプ
　1.4　おわりに
２　水蒸気回生ヒートポンプ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　深井　潤
　2.1　はじめに
　2.2　高温蒸気生成法
　2.3　吸着式ヒートポンプの新提案
　2.4　基礎実験
　　2.4.1　試験例
　　2.4.2　最適サイクル時間の検討
　　2.4.3　性能向上の検討
　2.5　おわりに
3　機能性吸着材および吸着式冷凍機　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　垣内博行
　3.1　はじめに
　3.2　吸着式冷凍機の原理と求められる吸着材の特性
　3.3　高機能ゼオライト吸着材AQSOARの特徴
　3.4　吸着式冷凍機の実用例
　　3.4.1　大型吸着式冷凍機
　　3.4.2　小型吸着式冷凍機
　　3.4.3　ゼオライト給湯器
　3.5　おわりに
4　デシカント空調 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　松井伸樹
　4.1　特徴と課題
　4.2　ハイブリッド方式（プレ冷却方式）
　4.3　直接冷却吸着、直接加熱脱着バッチ方式
　4.4　顕熱潜熱分離空調システム
5　ケミカルヒートポンプシステムの実用化に向けた研究開発 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　小倉裕直
　5.1　はじめに
　5.2　化学蓄熱技術
　5.3　ケミカルヒートポンプ技術
　　5.3.1　熱機関とヒートポンプ
　　5.3.2　ケミカルヒートポンプの操作例
　5.4　各種ケミカルヒートポンプシステムの開発状況
　　5.4.1　ケミカルヒートポンプに用いられる反応材料
　　5.4.2　80℃以下熱源駆動－冷熱生成：塩化カルシウム系
　　5.4.3　100℃レベル熱源駆動－冷・温熱生成：硫酸カルシウム系
　　5.4.4　300℃レベル熱源駆動－冷・温熱生成：酸化マグネシウム系他
　　5.4.5　400℃レベル熱源駆動－冷・温熱生成：酸化カルシウム系
　5.5　おわりに
6　ケミカルヒートトランスフォーマー　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　宋　春風
　6.1　背景
　6.2　ケミカルヒートトランスフォーマーの原理
　6.3　コプロダクションモデル
　6.4　シミュレーション条件の設定
　6.5　結果と討論
　　6.5.1　MCHの脱水素化反応を用いたCHT
　　6.5.2　メタンの水蒸気改質反応を用いたCHT
　6.6　おわりに

第５章　　自己熱再生技術
１　自己熱再生技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　堤 敦司
　1.1　従来のエネルギー熱利用技術
　1.2　従来の熱回収技術
　　1.2.1　排熱回収と伝熱改善
　　1.2.2　ピンチテクノロジー
　　1.2.3　多重効用法
　　1.2.4　蒸気再圧縮法
　1.3　自己熱再生の原理と理論
　1.4　自己熱再生技術の基礎
　　1.4.1　熱循環モジュール（ヒートサーキュレーター）
　　1.4.2　ピンチテクノロジーと自己熱再生
　1.5　自己熱再生型熱プロセス設計手法
　　1.5.1　標準化モジュール化とペアリング
　　1.5.2　熱循環モジュール
　　1.5.3　分離モジュール
　1.6　自己熱再生技術の応用例
　　1.6.1　反応プロセス
　　1.6.2　蒸留プロセス
　　1.6.3　乾燥プロセス
　　1.6.4　深冷分離空気プラント
　　1.6.5　ＣＯ２化学吸収分離プロセス
　　1.6.6　海水淡水化プロセス
　1.7　おわりに
２　自己熱再生技術に基づく乾燥プロセス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　劉　玉平、石束真典
　2.1　乾燥工程と自己熱再生技術
　2.2　エクセルギー再生型乾燥モジュールの基本的な考え方
　2.3　自己熱再生技術に基づくエクセルギー再生乾燥システムの設計
　2.4　シミュレーション条件
　2.5　エクセルギー再生型乾燥工程におけるエネルギー消費
３　自己熱再生による随伴水処理技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　根本源太郎、大川原正明
　3.1　はじめに
　3.2　現状の随伴水処理
　3.3　既存の随伴水処理技術
　　3.3.1　マイクロバブル
　　3.3.2　凝集磁気分離方式
　　3.3.3　膜分離
　　3.3.4　蒸発法
　3.4　自己熱再生の濃縮への適用
　3.5　自己熱再生による随伴水処理技術
　3.6　おわりに
４　自己熱再生蒸留　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　苷蔗寂樹
　4.1　はじめに
　4.2　設計方法
　4.3　自己熱再生蒸留の報告例
　4.4　おわりに
５　自己熱再生バイオエタノール蒸留　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　木内崇文
　5.1　はじめに
　5.2　自己熱再生バイオエタノール蒸留の省エネルギー効果検討
　5.3　パイロットプラントでの実証試験概要
　5.4　パイロットプラントでの実証試験結果
　5.5　セルロース系エタノール製造プロセスにおける自己熱再生酵素回収蒸留
　5.6　おわりに
６　自己熱再生化学吸収ＣＯ２分離　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　岸本　啓
　6.1　はじめに
　6.2　従来型プロセス
　6.3　プロセス解析
　6.4　おわりに
７　自己熱再生海水淡水化プロセス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　水野寛之，堤　敦司
　7.1　はじめに
　7.2　自己熱再生技術に基づく海水淡水化プロセス
　7.3　回収率と熱交換温度差のエネルギー消費量に与える影響
　7.4　逆浸透膜法との比較
　7.5　自己熱再生型海水淡水化プロセスでの回収率の向上
　7.6　おわりに
８　磁気熱循環システム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　小谷 唯，堤　敦司
　8.1　自己熱再生技術による省エネルギー効果について
　8.2磁気熱量効果を用いた自己熱再生型プロセス　
　　8.2.1　磁気熱量効果
　　8.2.2　磁気熱量材料
　　8.2.3　磁気熱循環システム
　　8.2.4　エネルギー消費量
　8.3　AMRヒートサーキュレーター
　8.4　おわりに

第６章　　省エネルギー技術
1　省エネルギー技術 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　堤　敦司
1.1　はじめに
1.2　省エネルギー技術の本質
1.2.1　エネルギー生産・利用体系
1.2.2　省エネルギー評価
1.3　エネルギー熱利用システムにおける熱エネルギー循環利用
1.3.1　熱回収
1.3.2　自己熱再生
1.4　エネルギー生産システムにおけるエクセルギー損失の低減
1.4.1　高温燃焼とエクセルギー再生燃焼
1.4.2　コジェネレーション
1.4.3　ヒートポンプ
1.4.4　燃料電池
1.4.5　コプロダクション
1.5　まとめ
2　熱回収利用への熱再生式電池技術の応用　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　田中耕太郎
　2.1　はじめに
　2.2　熱再生式電池の方式
　2.3　熱再生循環方式の研究・開発状況
　2.4　濃度差利用方式の研究・開発状況
　2.5　おわりに
3　ピンチテクノロジーによる重化学産業における省エネルギー　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　松田一夫
　3.1　はじめに
　3.2　ピンチテクノロジー
　3.3　第一世代ピンチテクノロジー
　　3.3.1　熱複合線図
　　3.3.2　大規模熱回収システムでの解析例
　3.4　第二世代ピンチテクノロジー
　　3.4.1　工場全体プロファイル解析
　　3.4.2　コンビナート全体での熱利用解析
　　3.4.3　工場間の熱共有
　3.5　おわりに
４　ハイブリッド製鉄所による鉄鋼製造と社会へのエネルギー供給　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中川二彦
　4.1　はじめに
　4.2　製鉄所のエネルギー利用率と高効率化の方向性
　4.3　社会へのエネルギー回生
　4.4　高炉ガスからCO2とN2の分離と高効率発電の組み合わせたシステム
　　4.4.1　システムの構成
　　4.4.2　システムの効果
　4.5　おわりに
５　コプロダクションによる省エネ型産業（スマートコンビナート）の創成　　　　　　　　　　　　　　　　　　中岩　勝，巽　浩之
　5.1　はじめに
　5.2　コプロピンチテクノロジー
　5.3　スマートコンビナート構想
　5.4　融合ユーティリティセンター案
６　家庭・オフィスにおけるエネルギーマネジメント　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　岩船由美子
　6.1　はじめに
　6.2　ＥＭＳの目的
　6.3　全体システムへの貢献のためのＥＭＳ
　　6.3.1　太陽光発電システムの大量導入とEMS
　　6.3.2　ＥＭＳの機能
　　6.3.3　系統協調機能を有するHEMSの研究開発事例
　6.4　ＢＥＭＳの動向
　　6.4.1　ＢＥＭＳアグリゲータ事業
　　6.4.2　ＢＥＭＳに期待される役割
　6.5　ＨＥＭＳの動向
　　6.5.1　ＨＥＭＳ標準規格
　　6.5.2　ＨＥＭＳの普及状況
　　6.5.3　ＨＥＭＳの方向性
　6.6　おわりに

第７章　　エネルギーネットワーク
１　スマートビルディング　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　沼田茂生
　1.1　はじめに
　1.2　ＢＥＭＳを実装した最先端オフィスビルの省エネ技術事例
　　1.2.1　ハイブリッド外装システム
　　1.2.2　昼光を積極利用する照明システム
　　1.2.3　放射空調とデシカント空調を組み合わせた潜熱・顕熱分離空調システム
　　1.2.4　地域熱融通による省エネ
　1.3　東日本大震災以降に求められるBEMSの電力（kW）調整機能
　1.4　シミズ・スマートBEMSを例とした電力／熱の最適化マネジメント
　　1.4.1　電力ピークマネジメント
　　1.4.2　清水建設技術研究所本館 での運用結果
　1.5　複数建物の管理に電力／熱の最適化マネジメントを適用
　1.6　おわりに
２　スマートエネルギーネットワーク　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　進士誉夫
　2.1　都市のエネルギー需要
　2.2　コジェネレーションの活用
　　2.2.1　廃熱発生源
　　2.2.2　廃熱利用用途
　2.3　エネルギー面的利用
　2.4　スマートエネルギーネットワークの実証事例
　2.5　今後の展望
　　2.5.1　電力・熱を含んだ総合的なレジリエンスの実現
　　2.5.2　通常時の省エネルギー、省ＣＯ２と非常時のエネルギーレジリエンスとの両立
　　2.5.3　個別ビル、地域、系統でのエネルギーマネジメントが可能な仕組みの構築
３　水素エネルギーネットワーク　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　桜井　誠
　3.1　はじめに
　3.2　熱化学分解サイクルによる水素製造
　3.3　熱化学サイクルによるアンモニア製造
　3.4　おわりに
４　スマート太陽光発電(PV) &電気自動車(EV)システムと車載空調機統合型の電気自動車(AI-EV)　　　　　　　中川二彦
　4.1　はじめに
　4.2　将来想定されるエネルギーシステム
　4.3　双方向システムの設計ツール
　4.4　エネルギーシステムによる効果の違い
　　4.4.1　エネルギー効率
　　4.4.2　ＣＯ２削減効果と経済性
　4.5　車載空調機統合型の電気自動車(AI-EV：Air-conditioner Integrated Electric Vehicle)
　4.6　おわりに