工業用浄化熱回収

産業廃熱回収・浄化ソリューションの総合サービスプロバイダー

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産業用換気熱回収システムの概要

産業用換気熱回収システムは、排気から廃熱を回収し、それを新鮮な空気に転換することで、産業施設のエネルギー効率を向上させるように設計されています。これらのシステムは、エネルギー消費量を削減し、運用コストを削減し、熱損失を最小限に抑えることで環境の持続可能性に貢献します。

主要コンポーネント

  1. 熱交換器熱伝達が発生するコア部品。一般的な種類は以下のとおりです。
    • プレート式熱交換器: 金属板を使用して空気の流れの間で熱を伝達します。
    • ロータリー熱交換器回転ホイールを使用して熱を伝達し、場合によっては水分も伝達します。
    • ヒートパイプ: 効率的な熱伝達のために作動流体を備えた密閉チューブを使用します。
    • ランアラウンドコイル: 流体ループを使用して、空気の流れの間で熱を伝達します。
  2. 換気システム: 空気の流れを管理するためのファン、ダクト、フィルターが含まれます。
  3. 制御システム: 温度、気流、システム パフォーマンスを監視および調整して、効率を最適化します。
  4. バイパスメカニズム: 必要のない状況では（例：夏の冷房）、システムが熱回収をバイパスできるようにします。

動作原理

  • 排気: 工業プロセス（製造、乾燥など）からの温風が抽出されます。
  • 熱伝達熱交換器は排気から熱エネルギーを捕捉し、2 つの空気の流れを混合せずに、より冷たい新鮮な空気に伝達します。
  • 供給空気: 予熱された新鮮な空気が施設内に分配され、追加の暖房の必要性が減ります。
  • エネルギー節約: 50～80%（システムによって異なります）の廃熱を回収することで、ボイラーや炉などの暖房システムへの需要が大幅に削減されます。

システムの種類

  1. 空気対空気熱回収: 排気と給気の流れの間で熱を直接伝達します。
  2. 空気から水への熱回収: 加熱システムまたは加熱プロセスで使用するために液体媒体 (水など) に熱を伝達します。
  3. 複合システム: 熱回収を湿度制御や冷却などの他のプロセスと統合します。

利点

  • エネルギー効率: 暖房にかかるエネルギー消費量を 20 ～ 50% 削減します。
  • コスト削減: 光熱費と運用コストを削減します。
  • 環境への影響化石燃料への依存を減らすことで温室効果ガスの排出を削減します。
  • 室内空気質の改善: 快適な温度を保ちながら適切な換気を確保します。
  • コンプライアンス: エネルギー効率と環境規制の遵守に役立ちます。

アプリケーション

  • 製造工場（例：化学、食品加工、繊維）
  • 倉庫と配送センター
  • データセンター
  • 医薬品およびクリーンルーム施設
  • 換気需要の高い商業ビル

課題

  • 初期費用: 導入に高額な先行投資が必要です。
  • メンテナンス: 効率を維持するために、熱交換器とフィルターの定期的な清掃が必要です。
  • システム設計: 特定の産業プロセスおよび気候に合わせて調整する必要があります。
  • スペース要件: 大規模なシステムでは、大きな設置スペースが必要になる場合があります。

トレンドとイノベーション

  • リアルタイムの監視と最適化のための IoT との統合。
  • 効率と耐久性を向上させる熱交換器用の先進材料。
  • 熱回収と再生可能エネルギー源（太陽光や地熱など）を組み合わせたハイブリッド システム。
  • より簡単なインストールと拡張性を実現するモジュール設計。

産業用換気熱回収システムは、エネルギー集約型産業にとって重要なソリューションであり、効率的で持続可能な運用を確保しながら、経済的利益と環境的利益のバランスを実現します。

スプレー乾燥熱回収における空気対空気熱交換器の仕組み

で スプレー乾燥熱回収、 空気対空気熱交換器 乾燥室から排出される高温多湿の排気から廃熱を回収し、それを新鮮な（しかしより冷たい）空気に伝達します。これにより、乾燥工程のエネルギー需要が大幅に削減されます。

仕組み:

  1. 排気収集:

    • 噴霧乾燥後、高温の排気（多くの場合 80～120°C）には熱と水蒸気の両方が含まれます。

    • この空気はチャンバーから引き出され、熱交換器に送られます。

  2. 熱交換プロセス:

    • 熱い排気は熱交換器の片側を流れます（粘着性や弱酸性の可能性があるため、耐腐食性の材料で作られていることが多いです）。

    • 同時に、冷たい周囲の空気が別のチャネル（向流または直交流設定）で反対側を流れます。

    • 熱が伝わる 交換機の壁を通して 熱い側から冷たい側へ 混ぜずに 空気が流れる。

  3. 入気の予熱:

    • 流入する新鮮な空気は、スプレードライヤーのメインヒーター（ガスバーナーまたは蒸気コイル）に入る前に予熱されます。

    • これ 必要な燃料やエネルギーを削減する 希望する乾燥温度（通常は入口で150～250℃）に達するまで。

  4. 排気後処理（オプション）:

    • 熱を抽出した後、冷却器の排気は、放出またはさらに使用される前に、ほこりや湿気を除去するためにフィルタリングまたは処理することができます。

利点：

  • エネルギー節約: 設定に応じて燃料または蒸気の消費量を 10～30% 削減します。

  • 運用コストの削減: エネルギー入力が減ると光熱費も減ります。

  • 環境への影響: エネルギー効率の向上によりCO₂排出量を削減します。

  • 温度安定性: 一貫した乾燥性能を維持するのに役立ちます。

NMP熱回収における空気対空気熱交換器の仕組み

NMP 熱回収における空気対空気熱交換器は、工業プロセスからの高温の NMP を含んだ排気流と、より低温の流入新鮮空気流の間で熱エネルギーを移動させ、バッテリー製造などの産業におけるエネルギー効率を向上させます。

高温の排気（例：80～160℃）と低温の新鮮な空気は、別々のチャネルを通過するか、熱伝導面（例：プレート、チューブ、ロータリーホイール）を通過しますが、混合することはありません。高温の排気から低温の新鮮な空気への熱伝達は、顕熱伝達によって行われます。一般的な熱交換器には、プレート式熱交換器、ロータリー式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器などがあります。

NMP専用の設計では、ステンレス鋼やガラス繊維強化プラスチックなどの耐腐食性材料を使用し、NMPの腐食性に耐えます。フィン間隔を広くしたり、CIP（定置洗浄）システムを採用することで、粉塵や残留物による汚れの発生を防ぎます。また、結露の発生を抑えることで、目詰まりや腐食を防ぎます。

高温の排気は新鮮な空気に熱を伝え、新鮮な空気を予熱（例：20℃から60～80℃）することで、後続工程のエネルギー消費量を削減します。冷却された排気（例：30～50℃）は、NMP回収システム（例：凝縮または吸着）に送られ、溶媒を回収・リサイクルします。熱回収効率は設計に応じて60～95%です。

これにより、エネルギー消費量を15～301TP3トン削減し、温室効果ガス排出量を削減するとともに、排気を冷却することで溶剤回収を容易にし、NMP回収率を向上させます。汚れなどの課題は、より広い隙間、抽出可能なエレメント、または洗浄システムによって解決され、堅牢なシーリングによってクロスコンタミネーションを防止します。

電池製造工場では、プレート式熱交換器が120℃の排気を利用して新鮮な空気を20℃から90℃に予熱し、オーブンのエネルギー需要を約70%削減します。冷却された排気は、95%のNMP回収に使用されます。

木材乾燥における空気対空気熱交換器の仕組み

木材乾燥における空気対空気熱交換器は、2つの空気流を混合することなく熱を伝達し、エネルギー効率を最適化し、乾燥条件を制御します。その仕組みは以下のとおりです。

  1. 木材乾燥の目的木材乾燥（窯乾燥）では、木材のひび割れや反りなどの欠陥を生じさせることなく水分を除去するために、正確な温度と湿度の制御が必要です。熱交換器は、窯から排出される排気から熱を回収し、新鮮な空気に伝達することで、エネルギーコストを削減し、乾燥条件を一定に保ちます。
  2. コンポーネント:
    • 通常は一連の金属プレート、チューブ、またはフィンを備えた熱交換ユニット。
    • 2 つの独立した空気経路: 1 つは窯からの高温多湿の排気用、もう 1 つはより低温で新鮮な吸気用です。
    • システム内で空気を移動させるためのファンまたは送風機。
  3. 動作メカニズム:
    • 排気窯から出た高温で水分を含んだ空気（例：50～80℃）が熱交換器の片側を通過します。この空気は乾燥工程で発生した熱エネルギーを運びます。
    • 熱伝達排気からの熱は、熱交換器の薄い金属壁を通して、反対側にあるより冷たい（例えば20～30℃）新鮮な空気へと伝導されます。金属壁によって、2つの空気流が混ざることなく、効率的な熱伝達が実現されます。
    • 外気暖房: The incoming air absorbs the heat, raising its temperature before it enters the kiln. This preheated air reduces the energy needed to heat the kiln to the desired drying temperature.
    • Moisture Separation: The exhaust air, now cooler, may condense some of its moisture, which can be drained away, helping to control humidity in the kiln.
  4. Types of Heat Exchangers:
    • プレート式熱交換器: Use flat plates to separate air streams, offering high efficiency.
    • Tube Heat Exchangers: Use tubes for air flow, durable for high-temperature applications.
    • Heat Pipe Exchangers: Use sealed pipes with a working fluid to transfer heat, effective for large kilns.
  5. Benefits in Wood Drying:
    • エネルギー効率: Recovers 50–80% of heat from exhaust air, lowering fuel or electricity costs.
    • Consistent Drying: Preheated air maintains stable kiln temperatures, improving wood quality.
    • 環境への影響: Reduces energy consumption and emissions.
  6. 課題:
    • メンテナンス: Dust or resin from wood can accumulate on exchanger surfaces, requiring regular cleaning.
    • 初期費用: Installation can be expensive, though offset by long-term energy savings.
    • Humidity Control: The system must balance heat recovery with proper moisture removal to avoid overly humid conditions.

In summary, an air-to-air heat exchanger in wood drying captures heat from exhaust air to preheat incoming air, improving energy efficiency and maintaining optimal drying conditions. It’s a critical component in modern kiln systems for sustainable, high-quality wood processing.

外気システムにおける空気対空気熱交換器の仕組み

外気システムにおける空気対空気熱交換器は、流入する新鮮な空気と排出される古い空気の間で熱を伝達しますが、両者を混合することはありません。その仕組みは以下のとおりです。

  1. 構造熱交換器は、薄いチャネルまたはプレートが交互に配置されたコアで構成されており、多くの場合金属またはプラスチック製で、入ってくる空気と出ていく空気を分離します。これらのチャネルは、空気の流れを遮断しながら熱伝達を可能にします。
  2. 熱伝達:
    • 冬には、排気される暖かい室内の空気がその熱をより冷たい新鮮な空気に伝え、それを暖めます。
    • 夏には、涼しい室内の空気がその「涼しさ」を暖かい空気に移し、暖かい空気を事前に冷却します。
    • このプロセスは、温度差によって熱交換器の壁を介した伝導によって発生します。
  3. 種類:
    • クロスフロー: 空気の流れが垂直に流れるため、中程度の効率が得られます(50-70%)。
    • 逆流: 空気の流れが反対方向に流れ、熱伝達が最大化されます (最大 90% の効率)。
    • ロータリー（エンタルピーホイール）回転ホイールが熱と湿気を吸収・移動し、湿度コントロールに最適です。
  4. 利点:
    • 排気熱の50～90%を回収することでエネルギーロスを削減します。
    • 冷暖房コストを最小限に抑えながら新鮮な空気を供給することで、室内の空気の質を維持します。
  5. 外気システムでの操作:
    • ファンが交換器を通じて建物から古い空気を吸い込み、別のファンが新鮮な屋外の空気を吸い込みます。
    • 交換器により、流入する空気が分配前に（室内温度に近くなるように）調整され、HVAC システムの負荷が軽減されます。
  6. 湿気コントロール （一部のモデル）
    • エンタルピー交換器は湿気も移動させ、室内の過度の乾燥や湿気を防ぎます。

このシステムは、空気の質を維持しながら熱をリサイクルすることで、換気効率、エネルギー節約、快適性を確保します。

空気対空気熱交換器はどのように機能するのか

空気対空気熱交換器は、2つの別々の空気流を混合することなく、熱を伝達します。通常、アルミニウムなどの熱伝導性材料で作られた薄い板またはチューブを、表面積が最大になるように配置して構成されています。一方の空気流（例：建物からの暖かい排気）は片側を流れ、もう一方の空気流（例：冷たい新鮮な空気）は反対側を流れます。

暖かい空気流の熱は伝導性材料を通過して冷たい空気流へと伝わり、空気流を温めます。このプロセスにより、本来失われるはずだったエネルギーが回収され、暖房または冷房システムの効率が向上します。クロスフロー式やカウンターフロー式の熱交換器などの設計では、空気を特定のパターンに導くことで熱伝達を最適化します。効率は空気流量、温度差、熱交換器の設計などの要因によって異なりますが、通常は50～80%の熱を回収します。

一部のモデル（例：エンタルピー交換器）では、特殊な膜を用いて水蒸気と熱を移動させ、湿度制御に役立てることで、水分移動が発生する場合があります。このシステムでは、空気を移動させるためのファンが必要であり、メンテナンスには詰まりや汚染を防ぐための清掃が必要です。

how does a heat exchanger work in a boiler

A heat exchanger in a boiler transfers heat from the combustion gases to the water circulating in the system. Here's how it works step by step:

  1. Combustion occurs: The boiler burns a fuel source (like natural gas, oil, or electricity), creating hot combustion gases.

  2. Heat transfer to the heat exchanger: These hot gases flow through a heat exchanger—typically a coiled or finned metal tube or series of plates made of steel, copper, or aluminum.

  3. Water circulation: Cold water from the central heating system is pumped through the heat exchanger.

  4. Heat absorption: As the hot gases pass over the surfaces of the heat exchanger, heat is conducted through the metal into the water inside.

  5. Hot water delivery: The now-heated water is circulated through radiators or to hot water taps, depending on the boiler type (combi or system boiler).

  6. Gas expulsion: The cooled combustion gases are vented out through a flue.

で condensing boilers, there's an extra stage:

  • After the initial heat transfer, the remaining heat in the exhaust gases is used to preheat incoming cold water, extracting even more energy and improving efficiency. This process often creates condensate (water), which is drained from the boiler.

industrial air to air heat exchanger | counterflow heat exchanger

工業用空気対空気熱交換器 | 向流熱交換器

アン 産業用空気対空気熱交換器 2つの空気流を混合することなく熱を伝達し、HVACシステム、産業プロセス、換気におけるエネルギー効率を向上させます。 向流熱交換器 2 つの空気流が反対方向に流れ、交換面全体で一貫した温度勾配により熱伝達効率が最大化される特殊なタイプです。

産業用空気対空気向流熱交換器の主な特徴:

  • 効率: 向流設計では、高温流と低温流の温度差が比較的一定に保たれるため、直交流熱交換器や並流熱交換器に比べて、より高い熱効率 (多くの場合 70-90%) が達成されます。
  • 工事耐久性と耐腐食性を高めるため、通常はアルミニウム、ステンレス鋼、ポリマーなどの材料で作られています。プレート型またはチューブ型が一般的です。
  • アプリケーション: 工業用乾燥、廃熱回収、データ センター、建物の換気で空気を予熱または予冷するために使用されます。
  • 利点: エネルギーコストを削減し、二酸化炭素排出量を減らし、相互汚染を防ぐことで空気の質を維持します。
  • 課題: 逆流設計のため圧力損失が高く、ファンの消費電力が増加する場合があります。汚れや詰まりを防ぐため、メンテナンスが必要です。

例：

工場では、向流熱交換器によって高温の排気（例：80°C）から熱を回収し、流入する新鮮な空気（例：10°C ～ 60°C）を予熱することで、加熱エネルギーを大幅に節約できます。

industrial air to air heat exchanger | counterflow heat exchanger

工業用空気対空気熱交換器 | 向流熱交換器

熱交換器は湿気を除去しますか?

標準的な空気対空気熱交換器は、主に2つの気流間で熱を伝達し、湿気を直接除去することはありません。2つの気流は分離されているため、一方の気流に含まれる水分（湿度）は通常、その気流内に留まります。ただし、熱交換器の種類によって微妙な違いがあります。

  1. 顕熱交換器これら（例えば、ほとんどのプレート式熱交換器やヒートパイプ式熱交換器）は熱のみを伝達し、水分は伝達しません。吸気と排気の湿度レベルは変化しませんが、温度変化によって相対湿度がわずかに変化することがあります（暖かい空気はより多くの水分を保持できるため、吸気を温めると相対湿度が低下する可能性があります）。
  2. エンタルピー（総エネルギー）交換器ロータリーホイールや特定の膜式熱交換器などの高度な設計では、熱と湿気の両方を移動させることができます。これらは吸湿性換気装置またはエンタルピー回収換気装置（ERV）と呼ばれます。コア材またはホイールが湿った空気流（例：暖かく湿った室内空気）から水分を吸収し、乾燥した空気流（例：冷たく乾燥した屋外空気）へと移動させることで、湿度をある程度効果的に管理します。
  3. 結露の影響特定の条件下では、熱交換器が湿った空気を露点以下に冷却すると、熱交換器の表面に結露が発生し、空気流から水分が除去されることがあります。これは付随的な現象であり、主要な機能ではありません。そのため、排水システムが必要となります。

したがって、標準的な熱交換器は、水分移動用に設計されたエンタルピー型ERVでない限り、または結露が発生しない限り、湿気を除去することはできません。湿度制御が目的の場合は、ERVまたは別途除湿システムが必要になります。

熱回収ホイールエアハンドリングユニット

A heat recovery wheel in an air handling unit (AHU) is a device that improves energy efficiency by transferring heat and sometimes moisture between incoming fresh air and outgoing exhaust air. Here's a concise explanation:

仕組み

  • 構造: The heat recovery wheel, also called a rotary heat exchanger, thermal wheel, or enthalpy wheel, is a rotating cylindrical matrix typically made of aluminum or a polymer, often coated with a desiccant (e.g., silica gel) for moisture transfer. It has a honeycomb structure to maximize surface area.

  • Operation: Positioned between the supply and exhaust air streams in an AHU, the wheel rotates slowly (10-20 RPM). As it turns, it captures heat from the warmer air stream (e.g., exhaust air in winter) and transfers it to the cooler air stream (e.g., incoming fresh air). In summer, it can pre-cool incoming air.

  • 種類:

    • Sensible Heat Wheel: Transfers only heat, affecting air temperature without changing moisture content.

    • Enthalpy Wheel: Transfers both heat (sensible) and moisture (latent), using a desiccant to adsorb and release water vapor based on humidity differences. This is more effective for total energy recovery.

  • 効率: Sensible heat recovery can achieve up to 85% efficiency, while enthalpy wheels may add 10-15% more by recovering latent heat.

利点

  • エネルギー節約: Pre-conditions incoming air, reducing heating or cooling loads, especially in climates with large indoor-outdoor temperature differences.

  • Improved Air Quality: Supplies fresh air while recovering energy from exhaust air, maintaining indoor comfort.

  • アプリケーション: Common in commercial buildings, hospitals, schools, and gyms where high ventilation rates are needed.

Key Considerations

  • メンテナンス: Regular cleaning is critical to prevent dirt or clogs from reducing efficiency. Filters should be replaced, and the wheel inspected for buildup.

  • Leakage: Slight cross-contamination between air streams is possible (Exhaust Air Transit Ratio <1% in well-maintained systems). Overpressure on the supply side minimizes this risk.

  • Frost Prevention: In cold climates, wheel frosting can occur. Systems use variable speed control (via VFD), preheating, or stop/jogging to prevent this.

  • Bypass Dampers: Allow the wheel to be bypassed when heat recovery isn’t needed (e.g., during mild weather), saving fan energy and extending wheel life.

例

In a hospital AHU, a heat recovery wheel might pre-heat incoming winter air (e.g., from 0°C to 15°C) using exhaust air (e.g., 24°C), reducing the heating system’s workload. In summer, it could pre-cool incoming air (e.g., from 35°C to 25°C) using cooler exhaust air.

Limitations

  • Space: Wheels are large, often the biggest AHU component, requiring careful installation planning.

  • Cross-Contamination: Not ideal for applications requiring complete air stream separation (e.g., labs), though modern designs minimize this.

  • Cost: Initial cost is high, but energy savings often justify it in high-ventilation settings.

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