エアコンプレッサー廃熱利用のためのカスタムフィン付きチューブ熱交換器

多くの工場では、エアコンプレッサーが毎日何時間も稼働し、工場の隅で静かに仕事をしています。バルブ、工具、包装ライン、生産設備に圧縮空気を供給しますが、驚くべき量のエネルギーを熱の形で捨ててしまいます。そのため、コンプレッサーの熱回収がより注目され始めています。アトラスコプコは、コンプレッサーで使用される電気エネルギーの 90% 以上が圧縮熱に変換されると指摘していますが、ケーザー氏は、産業用エアコンプレッサーに入る電気エネルギーの基本的に 100% が最終的にシステム内のどこかで熱として消費され、その熱の大部分は有用な目的で回収可能であると述べています。

ここで、フィン付きチューブ熱交換器が非常に実用的なソリューションになります。アイデアはシンプルです。システムは、コンプレッサーの熱を大気中に消失させるのではなく、その熱をプラント内で実際に使用できる別の空気流または流体流に伝達します。フィン付きチューブの設計は、空気が媒体の 1 つである場合に特にうまく機能します。これは、フィンが伝熱面積を増やし、チューブ-側の流体と周囲の空気の間で熱をより効果的に移動させるのに役立つためです。米国エネルギー省の蒸気およびプロセス加熱に関する参考文献では、フィン付きチューブ熱交換器が乾燥および暖房用途で空気を加熱するために一般的に使用されていると特に指摘しています。これが、まさにこの熱交換器がコンプレッサーの熱回収プロジェクトに非常に自然に適合する理由です。-

実際の産業用途では、エアコンプレッサーからの熱は 2 つの一般的な方法で回収できます。 1 つ目は、空冷コンプレッサーから暖かい排気を捕らえ、熱が必要な別の領域に導くことです。-ケーザー氏はこれを、ダクトと制御を使用して暖められた空気を作業場、倉庫、または近くの部屋に送る単純な暖房方法だと説明しています。 2 番目の方法は、熱を水またはプロセス流体ループに回収し、その高温の流体を別の有用な目的のために熱交換器に通すことです。{4}アトラスコプコは、水冷コンプレッサー システムは熱を温水回路に回収できると説明し、ケーザー氏はコンプレッサーからの流体加熱がボイラー補給水、プロセス流体加熱、食品および飲料プロセス、給湯サービスなどの用途に使用できると述べています。-

多くのプラントにとって、フィン付きチューブ熱交換器は、回収されたエネルギーをすぐに役立つもの、つまり加熱された空気に変えるため、魅力的です。たとえば、工場では、コンプレッサーのオイル クーラーまたは冷却水ループから熱を回収し、その高温の流体をフィン付きチューブ コイルに送り、ファンを使用して周囲の空気をフィンに吹き付ける場合があります。-その結果、作業場、乾燥室、外気調整ユニット-、または寒い季節の生産エリアに暖かい空気を供給できます。そのため、このシステムはエネルギー効率を向上させるためのアドオンというよりは、コンプレッサーが稼働している毎日の他の暖房需要を相殺する、稼働中のプラント機器のように感じられます。コンプレッサー システムに関する DOE のガイダンスでは、コンプレッサーの廃熱は暖房やプロセス水の加熱に効果的に利用でき、熱はすでに生成されているため、魅力的な見返りが得られることが多いと述べています。{9}}

フィン付きチューブのスタイルが特に適しているのは、空気そのものの性質です。空気は水に比べて熱伝達媒体としては比較的劣っているため、コンパクトで効果的なコイルが必要な場合は、裸のチューブだけでは十分ではないことがよくあります。-フィンを追加することにより、熱交換器の空気側の接触面積が大幅に増加し、ユニットを過度に大きくすることなく性能が向上します。このため、フィン付きチューブ コイルはエア ヒーター、ダクト ヒーター、メイクアップ エア ユニット、乾燥装置に広く使用されています。-コンプレッサー熱回収システムでは、これと同じ原理により、低コストの廃熱を安定して使用可能な暖かいプロセス空気の流れに変換することができます。{6}}

優れたコンプレッサーの熱回収設計は、熱交換器自体だけを考慮しているわけではありません。システム全体が適切に一致している必要があります。ケーザー氏は、コンプレッサーから得られる熱とプロセスで実際に必要な熱との間の熱的一致の重要性を強調しています。この点は多くの人が思っている以上に重要です。コンプレッサーが断続的にのみ動作するが、暖房需要が継続的に発生する場合、回収された熱だけでは十分ではない可能性があります。利用可能な水温が低すぎる場合、フィン付きチューブコイルから出た空気が用途に十分な温度にならない可能性があります。また、推測だけでコイルを選択すると、圧力降下が大きくなったり、エアフローが弱くなったり、出口温度が期待外れになったりする可能性があります。適切に設計されたシステムでは、コンプレッサーの動作時間、利用可能な熱、流体温度、空気流量、目標のエアオフ条件のバランスをとる必要があります。-

これらのシステムが注目に値するもう 1 つの理由は、節約の規模です。アトラスコプコは、圧縮熱の最大 94% を回収できると述べ、ケーザー社は、適切な条件下で熱の最大 96% を利用できると述べています。これらはすべての設備に適用できるというわけではありませんが、コンプレッサーからの熱回収が工場における最も実用的なエネルギー プロジェクトの 1 つである理由を示しています。新しい燃料を燃やしたり、暖房のたびに電気ヒーターを追加したりする代わりに、プラントはコンプレッサーの電力消費によってすでに支払った熱を再利用できます。

プラントのオペレータの観点から見ると、これがこのタイプのシステムにおけるフィンチューブ熱交換器に対する最も有力な議論です。{0}華やかな装備ではありません。普段はスポットライトが当たることはありません。しかし、これはコンプレッサーを純粋な電力消費者から部分的なエネルギー源に変えるのに役立ちます。暖房コストを削減し、システム全体の効率を向上させ、すでに毎日稼働している機器をより有効に活用できます。多くの場合、工場内で最も賢明な熱は、まったく新しい熱ではありません。それはすでにそこにあった熱であり、回収されて適切に使用されるのを待っています。