回復装置

復熱装置は、廃熱を回収するために、空気処理システムの給気流と排気流内、または工業プロセスの排気ガス内に配置された、特殊な逆流 エネルギー回収 熱交換器です。一般的に、排気から熱を抽出し、燃焼システムに入る空気を予熱するために使用されます。このようにして、廃エネルギーを使用して空気を加熱し、燃料の一部を相殺し、システム全体の エネルギー効率を向上させます。

多くの種類のプロセスでは、燃焼によって熱が生成され、回収装置はこの熱を回収または回収して再利用またはリサイクルする役割を果たします。回収装置という用語は、化学および製油所産業や、アンモニア水または臭化リチウム水吸収冷凍サイクルなどの閉鎖プロセスでの熱回収に使用される液液向流熱交換器も指します。

熱回収装置は、全体的な効率を高めるために、熱機関のバーナー部分と組み合わせて使用​​されることが多い。たとえば、ガスタービンエンジンでは、空気が圧縮され、燃料と混合され、燃焼されてタービンを駆動するために使用される。熱回収装置は、排気中の廃熱の一部を圧縮空気に移し、燃料バーナー段階に入る前に予熱する。ガスは予熱されているため、タービン入口温度までガスを加熱するために必要な燃料は少なくなる。廃熱として通常失われるエネルギーの一部を回収することにより、熱回収装置は熱機関またはガスタービンの効率を大幅に向上させることができる。

通常、装置によって提供される気流間の熱伝達は「顕熱」と呼ばれ、これはエネルギーまたはエンタルピーの交換であり、媒体（この場合は空気）の温度変化をもたらしますが、水分含有量は変化しません。ただし、戻り気流の水分または相対湿度レベルが装置内で結露を起こすほど高い場合、「潜熱」が放出され、熱伝達材料が水の膜で覆われます。対応する潜熱の吸収にもかかわらず、水膜の一部が反対の気流で蒸発するため、水は熱交換器材料の境界層の熱抵抗を減らし、装置の熱伝達係数を改善して効率を高めます。このような装置のエネルギー交換は、顕熱伝達と潜熱伝達の両方から成り、温度変化に加えて、排気流の水分含有量も変化します。

ただし、結露膜により、デバイスを通過する圧力損失もわずかに増加し、マトリックス材料の間隔によっては、抵抗が最大 30% 増加する可能性があります。ユニットが落下しないように設置されておらず、結露が適切に排出されない場合、ファンのエネルギー消費が増加し、デバイスの季節効率が低下します。

暖房、換気、空調システム(HVAC)では、通常大気中に放出される排気からの廃熱を再利用するために、復熱装置がよく使用されます。デバイスは通常、アルミニウム、プラスチック、ステンレス鋼、または合成繊維の一連の平行プレートで構成され、銅の交互のペアが両側で囲まれて、互いに直角の 2 組のダクトを形成し、給気流と排気流を含みます。このようにして、排気流からの熱は分離プレートを通って給気流に伝達されます。製造元は、ユニットの仕様に応じて最大 95% の総効率を主張しています。

このデバイスの特性は、ユニットの物理的サイズ、特に空気経路の距離とプレートの間隔との関係に起因します。デバイスを通過する空気の圧力降下が同じ場合、小型ユニットは大型ユニットよりもプレート間隔が狭く、空気速度も低くなりますが、両方のユニットの効率は同じです。ユニットはクロスフロー設計であるため、物理的サイズによって空気経路の長さが決まり、これが長くなると熱伝達が増加しますが、圧力降下も大きくなります。そのため、圧力降下を減らすためにプレート間隔が広くなりますが、これによって熱伝達も減少します。

一般的に、150～250 パスカル (0.022～0.036 psi) の圧力降下に合わせて選択された復熱装置は、ファンの消費電力に小さな影響を与えながらも効率が良く、物理的に小さくても圧力降下が大きい復熱装置よりも季節効率が高くなります。

熱回収が必要ない場合は、通常、換気分配システム内に配置されたダンパーを使用してデバイスをバイパスします。ファンにインバータ速度制御が装備され、換気システム内の圧力を一定に保つように設定されている場合、圧力降下が減少するとファン モーターの速度が遅くなり、電力消費が削減され、システムの季節効率が向上します。

回収熱交換器は、長年にわたり、廃ガスから熱を回収して燃焼空気と燃料を予熱するために金属回収熱交換器によって使用され、エネルギー コストと運転時の二酸化炭素排出量を削減してきました。蓄熱炉などの代替手段と比較すると、初期コストは低く、切り替えるバルブや誘引通風ファンはなく、炉全体に広がるガス ダクトの網も必要ありません。

歴史的には、再生バーナーと比較した再生装置の回収率は低かった。しかし、最近の技術の進歩により、再生装置は廃熱の 70～80% を回収できるようになり、現在では 850～900 °C (1,560～1,650 °F) までの予熱空気が可能となっている。

排気ガスがコンプレッサ出口温度よりも高温であれば、復熱装置を使用してガスタービンの発電効率を高めることができます。タービンからの排気熱は、コンプレッサからの空気を燃焼器でさらに加熱する前に予熱するために使用され、必要な燃料入力が削減されます。タービン出口とコンプレッサ出口の温度差が大きいほど、復熱装置の利点は大きくなります。^[1]したがって、通常は圧力比が低いマイクロタービン(<1 MW) は、復熱装置の使用から最も恩恵を受けます。実際には、復熱装置を使用することで効率を 2 倍にすることができます。^[2]マイクロタービン用途の復熱装置の主な実際的な課題は、750 °C (1,380 °F) を超えることもある排気ガス温度への対処です。

• ヒートパイプ
• ランアラウンドコイル
• 熱ホイール、または回転式熱交換器（エンタルピーホイールおよび乾燥剤ホイールを含む）
• 対流式復熱装置
• 放射線回復装置