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換気および省エネ工学における空気対空気熱交換器の利用

空気対空気熱交換器の中心的な機能は、排気(室内排気)に含まれる残留熱を熱交換によって新鮮な空気(室外吸気)に伝達することです。この際、2つの気流を直接混合することはありません。このプロセス全体は、熱伝導と省エネの原理に基づいており、以下の通りです。

排気廃熱回収:
屋内に排出される空気(排気)には通常、大量の熱(冬は暖かい空気、夏は冷たい空気)が含まれており、通常は屋外に直接放散されます。
排気は熱交換器の片側を流れ、熱交換器の熱伝導材料に熱を伝達します。
熱伝達:
空気対空気熱交換器は通常、熱伝導性に優れた金属板、チューブ束、またはヒートパイプで構成されています。
新鮮な空気(外部から導入された空気)は熱交換器の反対側を流れ、排気側の熱に間接的に接触し、熱交換器の壁を通して熱を吸収します。
冬には新鮮な空気が予熱され、夏には新鮮な空気が予冷されます(排気がエアコンの冷気の場合)。
エネルギーの回収と節約:
新鮮な空気を予熱または予冷することで、その後の暖房または冷房設備のエネルギー消費を削減できます。例えば、冬季には屋外温度が0℃で排気温度が20℃の場合、熱交換器を通過すると新鮮な空気の温度は15℃まで上昇します。これにより、暖房システムは新鮮な空気を0℃から加熱するのではなく、15℃から目標温度まで加熱するだけで済みます。
気流遮断:
排気と新鮮な空気は熱交換器内の異なるチャネルを通って流れるため、相互汚染が回避され、室内の空気の質が確保されます。
技術プロセス
排気収集:室内の排気ガスは換気システム(排気ファンなど)を通じて空気対空気熱交換器に導かれます。
外気導入:屋外の新鮮な空気は外気ダクトを通って熱交換器の反対側に入ります。
熱交換: 熱交換器内では、排気と新鮮な空気が独立したチャネルで熱を交換します。
外気処理: 予熱 (または予冷) された外気が空調システムに入るか、直接室内に送られ、必要に応じて温度や湿度がさらに調整されます。
排気:熱交換が完了すると排気温度が低下し、最終的に屋外に排出されます。
空気対空気熱交換器の種類
プレート式熱交換器: 複数の薄いプレート層で構成され、排気と新鮮な空気が隣接するチャネルで反対方向または交差方向に流れるため、効率が高くなります。
ホイール熱交換器: 回転する熱ホイールを使用して排気熱を吸収し、新鮮な空気に伝達します。高風量システムに適しています。
ヒートパイプ熱交換器:ヒートパイプ内の作動流体の蒸発と凝縮を利用して熱を伝達し、温度差が大きいシナリオに適しています。
アドバンテージ
省エネ:排気廃熱の70%~90%を回収し、暖房や冷房のエネルギー消費を大幅に削減します。
環境保護: エネルギー消費量を削減し、二酸化炭素排出量を削減します。
快適性の向上: 冷たいまたは熱い新鮮な空気が直接入るのを防ぎ、室内環境を改善します。

空気対空気熱交換器を内蔵した鉱山排気熱抽出ボックス

鉱山排熱抽出ボックスに内蔵された空気対空気熱交換器は、鉱山排ガスから廃熱を回収するために特別に設計された装置です。鉱山排ガスとは、鉱山から排出される低温・高湿度の廃ガスを指し、通常はある程度の熱を含んでいますが、従来は利用されることなくそのまま排出されていました。この装置は、内蔵の空気対空気熱交換器(すなわち空気対空気熱交換器)を使用して、排気の熱を別の冷気流に伝達することで、廃熱回収という目的を達成します。

動作原理
入気不足:鉱山の入気不足は換気システムを通じて排熱箱に導入されます。排気温度は通常20℃前後(具体的な温度は鉱山の深度や環境によって異なります)、湿度は比較的高くなります。
空気対空気熱交換器の機能:内蔵型空気対空気熱交換器は通常、プレート型またはチューブ型構造を採用しており、排気と冷気は熱交換器内の仕切り板を介して熱交換します。風が弱いため、熱は冷気へと伝達されますが、2つの気流は直接混ざり合うことはありません。
熱出力:熱交換によって加熱された後の冷たい空気は、鉱山の空気取り入れ口の凍結防止、鉱山地域の建物の暖房、または生活用給湯に使用でき、排気は熱を放出した後、より低い温度で排出されます。
特徴と利点
効率的で省エネ:空気対空気熱交換器は追加の作動流体を必要とせず、空気から空気への熱伝達を直接利用します。構造がシンプルで、運用コストが低く抑えられます。
環境への配慮:排熱を再利用し、エネルギーの無駄を削減することで、グリーンおよび低炭素開発の要件を満たします。
優れた適応性:鉱山排気の流量と温度に応じて機器をカスタマイズおよび設計できるため、さまざまな規模の鉱山に適しています。
メンテナンスが簡単: ヒートパイプやヒートポンプ システムと比較すると、空気対空気熱交換器は構造が比較的単純で、メンテナンスの必要性が少なくなります。
アプリケーションシナリオ
坑口の凍結防止: 回収した熱を利用して鉱山の空気取り入れ口を温め、冬季の凍結を防止します。
建物暖房:鉱山地域内のオフィスビル、寮などに暖房を提供します。
給湯:後続システムと組み合わせて、鉱山エリアの生活用給湯用の熱源を提供します。
予防
湿気処理: 排気の湿度が高いため、熱交換器に結露水が蓄積する問題が発生する可能性があり、排水システムや防錆材料を設計する必要があります。
熱伝達効率:空気対空気熱交換器の効率は、空気の比熱容量と温度差によって制限され、回収される熱はヒートポンプシステムほど高くない場合があります。しかし、その利点は構造がシンプルであることです。

ポリマーPP素材を使用したプレート型空気対空気熱交換器

ポリマーPP(ポリプロピレン)材料製のプレート型空気対空気熱交換器は、ポリプロピレン材料をベースにした熱交換装置で、主にガス間の熱交換に使用されます。主な特徴と用途は次のとおりです。

主な特徴:
耐腐食性: PP 素材は化学的耐腐食性が強く、酸性またはアルカリ性ガス環境に適しており、特に腐食性の強い産業環境で優れた性能を発揮します。

軽量: 金属製の熱交換器に比べ、PP 素材の熱交換器は軽量なので、設置やメンテナンスが簡単です。

優れた熱安定性: ポリプロピレンは優れた熱安定性を備えており、通常は -10 °C ~ +95 °C の温度範囲内で動作します。

高い費用対効果:PP 材料のコストが低く、加工が比較的簡単なため、全体的なコストは比較的経済的です。

環境への配慮: ポリプロピレンはリサイクル可能なポリマー素材であり、廃棄後の環境への影響は最小限です。

主な応用分野:
化学および製薬業界: 腐食性ガスの熱回収または温度調節に使用されます。
排気ガス処理システム:空気浄化プロセス中に、熱交換器を通じて有害ガスから熱が回収されます。
食品加工:一部の食品生産工程では、環境温度の安定性を維持するためのガス交換に使用されます。
HVAC システム: 建物の換気および空調システムで空気の予熱または予冷に使用され、エネルギー効率が向上します。
ポリプロピレン素材で作られたプレート型空気対空気熱交換器は、そのユニークな耐腐食性と優れたコスト効率により、多くの特定の産業分野にとって理想的な選択肢となっています。

プレート式空気対空気熱交換器の動作原理

プレート空対空熱交換器は一般的に使用される熱交換装置であり、その動作原理は次のとおりです。

プレート式空気対空気熱交換器は一連の平行な金属プレートで構成され、プレート間に一連のチャネルが形成されます。これらの流路には熱媒体が流れます。プレート式気体熱交換器に熱媒体が流れると、熱媒体はプレートに熱を伝え、プレートは熱媒体の反対側に熱を伝え、熱伝達と熱交換が行われます。

プレート式空気対空気熱交換器の動作原理は、直接熱伝達と間接熱伝達の 2 つの方法に分けることができます。

直接熱伝達:直接熱伝達とは、熱媒体がプレート内を直接流れ、熱媒体の反対側に熱を伝達することです。この方法は、熱媒体の両側の温度差が小さい場合に適しています。

間接熱伝達: 間接熱伝達とは、熱媒体がプレートを介して熱媒体の反対側に熱を伝達することを指します。熱媒体の両側の温度差が大きい場合に適した方式です。

プレート式空気熱交換器では、熱媒体の流れに一方向の流れと双方向の流れがあります。一方向流とは熱媒体が一方向にしか流れないことをいい、双方向流とは熱媒体が二方向に流れることができることをいいます。二方向の流れを備えたプレート式空気対空気熱交換器は熱交換効率が高くなりますが、より複雑で高価でもあります。

要約すると、プレート空気対空気熱交換器は、プレート間のチャネルを介して熱媒体間の熱伝達と熱交換を実現します。その動作原理は直接熱伝達と間接熱伝達に分けられ、熱媒体の流れには一方向の流れと双方向の流れがあります。

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