廃熱回収ユニット

廃熱回収ユニット( WHRU )は、通常は効率向上などの目的で、高温のプロセス出力からの熱をプロセスの別の部分に伝達するエネルギー回収 熱交換器です。WHRU は、コジェネレーションに関係するツールです。廃熱は、ディーゼル発電機からの高温の排気ガス、冷却塔からの蒸気、さらには鋼鉄冷却などの冷却プロセスからの廃水などのソースから抽出できます。

さまざまなプロセスの排気ガスや、空調ユニットの排気流から発生する廃熱は、流入ガスの予熱に使用できます。これは廃熱回収の基本的な方法の 1 つです。多くの製鉄所では、燃料需要を抑えながら工場の生産量を増やすための経済的な方法としてこのプロセスを使用しています。高温の媒体空間から低温の媒体空間にエネルギーを転送するためのさまざまな商用回収ユニットがあります。^[1]

• 復熱装置: この名前は、排気ガスが通過するさまざまな種類の熱交換器に付けられており、入口ガスを運ぶ金属管で構成され、プロセスに入る前にガスを予熱します。ヒートホイールは、ソーラーエアコンユニットと同じ原理で動作する例です。
• 再生装置: これは、処理後に同じストリームを再利用する産業用ユニットです。このタイプの熱回収では、熱が再生され、プロセスで再利用されます。
• ヒートパイプ交換器: ヒートパイプは最も優れた熱伝導体の 1 つです。銅の 100 倍もの熱を伝達する能力があります。ヒートパイプは、再生可能エネルギー技術では主に真空管コレクターで使用されることで知られています。ヒートパイプは主に空間、プロセス、または空気の加熱に使用され、プロセスからの廃熱はその伝達メカニズムにより周囲に伝達されます。
• サーマルホイールまたは回転式熱交換器: 熱を吸収する材料の円形ハニカムマトリックスで構成され、空気処理システムの給気流と排気流内でゆっくりと回転します。
• エコノマイザー: プロセスボイラーの場合、排気ガス中の廃熱はボイラーの入口流体を運ぶ回収装置を通って送られ、入口流体の熱エネルギー摂取量が減少します。
• ヒートポンプ: 低温で沸騰する有機流体を使用すると、廃液からエネルギーを再生することができます。
• ランアラウンドコイル: ポンプ配管回路によって互いに接続された 2 列以上のフィン付きチューブコイルで構成されます。
• 微粒子フィルター (DPF) は、コンバーターとテールパイプ付近の温度を高く維持することで排出物を捕捉し、排気ガスからの排出量を削減します。

廃熱回収ボイラー (WHRB) は、加熱された媒体の相が変化しないという点で、 廃熱回収蒸気発生器( HRSG )とは異なります。

2004年11月にエナジェティクス社がエネルギー省のために作成した「テクノロジー ロードマップ」^{[2]と題する報告書や}欧州委員会が作成した他のいくつかの報告書によると、従来型および再生可能な資源から生産されたエネルギーの大部分は、オンサイト（機器の非効率性と廃熱による損失）およびオフサイト（ケーブルと変圧器の損失）の損失により大気中に放出されており、その合計は電気価値の約66%の損失に相当します。^{[3]さまざまな程度の廃熱は、特定のプロセスの最終製品や、}製鉄所のスラグなどの産業の副産物として存在します。廃熱を回収して電気に変換できるユニットまたはデバイスは、WHRUまたは熱電併給ユニットと呼ばれます。

• 有機ランキンサイクル(ORC) ユニットは、作動流体として有機流体を使用します。この流体は水よりも沸点が低いため、低温で沸騰し、タービンのブレードを駆動して発電機を動かすことができる過熱ガスを形成します。
• 熱電（ゼーベック効果、ペルチェ効果、トムソン効果）ユニットは、2 つのプレート間の熱差を利用して直流（DC）電力を生成するため、WHRU とも呼ばれます。
• 形状記憶合金は低温の廃熱を回収し、それを機械的作用や電気に変換するためにも使用できます。^[4]

• 従来、低温範囲（0～120℃、または通常は100℃未満）の廃熱は、ORC企業の努力にもかかわらず発電には使用されていません^{[要出典]。}主な理由は、カルノー効率がかなり低いためです（90℃の加熱と20℃の冷却で最大18%、損失を差し引くと、通常は正味電力の5～7%になります）。
• 中温（100〜650℃）および高温（>650℃）の廃熱は、さまざまな回収プロセスを通じて発電や機械作業に利用できます。
• 廃熱回収システムは、トレーラーなどの冷却要件を満たすためにも使用できます。廃熱回収ボイラーと吸収式冷却器のみが必要なので、構成は簡単です。さらに、処理する必要があるのは低圧と低温度のみです。

回収プロセスはプロセスの効率を高め、その結果、そのプロセスに必要な燃料とエネルギーの消費コストを削減します。^[5]

• 汚染の削減:エネルギーの大部分がリサイクルされるため、工場から排出される高温の排気ガスが少なくなり、熱汚染と大気汚染が劇的に減少します。
• 機器サイズの縮小: 燃料消費量が減少するため、燃料を取り扱うための制御機器やセキュリティ機器も減少します。また、大型のガスの濾過機器も不要になります。
• 補助エネルギー消費の削減: 機器のサイズが小さくなると、ポンプ、フィルター、ファンなどのシステムに供給されるエネルギーもさらに削減されます。

• 廃熱回収システムを導入するための資本コストは、回収した熱から得られる利益を上回る可能性があります。相殺される熱にコストをかけることが必要です。
• 廃熱は低品質（温度）であることが多く、廃熱媒体に含まれる低品質の熱量を効率的に利用することが難しい場合があります。
• 大量の熱を回収するために熱交換器は大型化する傾向があり、資本コストが増加します。
• 機器のメンテナンス: 機器を追加すると追加のメンテナンス費用が必要になります。
• ユニットは、パワーユニット全体のサイズと質量を増加させます。特に、車両のモバイルパワーユニットでは考慮が必要です。

• サイクロン廃熱エンジンは、蒸気サイクルを使用して回収された廃熱エネルギーから電気を生成するように設計されています。^[6]
• インターナショナル・廃水熱交換システムズ社も廃熱回収システムを手掛ける企業である。同社のシステムは、集合住宅、公共施設、産業用途、地域エネルギーシステムに焦点を当てており、廃水のエネルギーを家庭用給湯器、建物の暖房や冷房に利用している。^[7]
• モータースポーツシリーズF1は、2014年にMGU-Hという名前で廃熱回収ユニットを導入しました。

• コージェネレーションまたは熱電併給（CHP）
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