ターンダウン比率

ターンダウン比とは、機器の動作範囲の広さを指し、最大容量と最小容量の比として定義されます。たとえば、最大出力が 10 ユニットで最小出力が 2 ユニットの機器の場合、ターンダウン比は 5 です。この用語は、計測機器やボイラーやガス化装置などの燃焼プラントでよく使用されます。

流量測定において、ターンダウン比は、流量計が許容可能な精度で測定できる流量の範囲を示します。これはレンジアビリティとも呼ばれます。これは、特定の用途に流量計技術を選択する際に重要です。測定するガス流量が 1 日あたり 100,000 m³ から 1,000,000 m³ の間で変動すると予想される場合、特定の用途ではターンダウン比は少なくとも 10:1 になります。したがって、流量計には少なくとも 10:1 のターンダウン比が必要です。たとえば、流量計の最大流量が 1 日あたり 2,000,000 m³ と宣伝されている場合、必要なターンダウン比は 20:1 になります。^{[引用が必要]}

各タイプのメーターのターンダウン比は、理論的な考慮と実際的な考慮によって制限されます。たとえば、オリフィス メーターは、測定対象の流体の圧力降下を速度の 2 乗に比例して生じます。そのため、差圧の範囲が大きくなりすぎて精度が低下する可能性があります。また、ハイドレート形成などのプロセス上の問題が発生する可能性があり、コンプレッサーの吐出量を測定する場合は、許容できる圧力損失の限度があります。

ここではガス流量の例を示していますが、同じタイプのメーターを液体にも使用でき、ターンダウン比も同様です。メーター製造元は製品のターンダウン比を明記しています。特定の製品では、以下のリストとは異なるターンダウン比になる場合があります。^{[引用が必要]}

熱質量流量計のターンダウン比は 1000:1 です。

オリフィスプレートメーターの実用的なターンダウン比は 3:1 です。

タービンメーターのターンダウン比は 10:1 です。

回転式容積式メーターのターンダウン比は、メーカーと用途に応じて 10:1 ～ 80:1 です。ダイヤフラム式メーターのターンダウン比は 80:1 とされています。

マルチパス超音波メーターのターンダウン比は、50:1 と規定されていることがよくあります。

ボイラーのターンダウン比は、ボイラーが効率的にまたは制御可能に動作する最大熱出力と最小熱出力の比率です。多くのボイラーは、さまざまな出力レベルで動作するように設計されます。目的の温度/圧力点に近づくと、熱源は徐々に下げられます。圧力/温度が下がると、熱源は徐々に上げられます。ボイラーの用途で最大出力の低い割合で動作する必要がある場合は、高いターンダウン比が必要です。逆に、動作条件が大幅に変化することが予想されない用途 (大規模な発電所など) では、低いターンダウン比で十分です。

暖房設備が最大値のほんの一部でしか稼働しておらず、ターンダウン比が低すぎる場合、望ましい圧力/温度に達した時点でバーナーを停止する必要があります。これにより、温度/圧力が急速に低下し、ボイラーを再起動する必要があります。サイクル頻度は 1 時間あたり 12 回にも達することがあります。^[1]これは望ましくありません。シャットダウンと起動の両方の段階で排気ガスがパージされ、エネルギー損失と非効率につながるからです。さらに、ボイラーの一般的な起動時間は 1 ～ 2 分程度であるため、突然の負荷要求に対応できなくなります。^[1]

電気

電気に関連する燃焼損失やシステム起動の遅延がないため、エネルギー供給を調節する手段を持つことは珍しいことではありません（つまり、ターンダウン比は 1 です）。^{[引用が必要]}

ガス

ガスボイラーは、燃焼効率をほとんど損なうことなく、ターンダウン比を10～12に設計できますが、一部のガスバーナーでは35の比率を達成できるものもあります。 ^{[2] [信頼できない情報源? ]}ただし、一般的なターンダウン比は5です。^[3]

効率性の向上を目指して、最近では非常に小型のガスボイラーにも調節バーナーが装備されています。実際には、ファンによる燃料/空気循環を備えたボイラーのみが調節機能を備えています。ファンはガスと空気をより徹底的に混合するため、より効率的な燃焼を実現します。ボイラーが高効率の凝縮型であれば、高いターンダウン比が実現可能であり、ターンダウン比が高いほど、効率性が高まります。

ガス/石油ボイラーが停止するたびに、再起動前にボイラー内に蓄積されている可能性のある可燃性ガスを除去するために、冷気で「パージ」する必要があります。(これは爆発を防ぐためです。) この冷気は、そのたびにボイラーから熱を奪います。ターンダウン比が高いほど、停止と起動が少なくなり、損失が少なくなります。

油

石油燃焼ボイラーは最大20のターンダウン比を達成できますが^[2]、従来のバーナー設計では通常2～4しかありません。^[3]

小型の家庭用「気化」（灯油または28秒の石油を燃焼）バーナーは、まったく調整せず、比較的効率が悪い。圧力ジェット型バーナー、つまりファン付き（通常は35秒の石油を使用）のボイラーは、ターンダウン比2を達成できるが、ロータリーカップ型バーナーは4を達成できる。^[3]凝縮式石油ボイラーはかなり珍しい。石油の燃焼による凝縮液は、主に硫黄含有量のため、ガスよりもはるかに攻撃的である。最近、石油会社は環境上の理由で石油の硫黄含有量を減らしているため、これは変わるかもしれない。しかし、石油と空気の混合の問題のため、ターンダウン比が4を超えることはまれである。

石炭

最近では、ガスの利便性と入手のしやすさから、機械化された石炭ボイラーは大規模な産業プラントでのみ使用されています。理論的には、石炭燃焼プラントはかなり高いターンダウン比を持つことができ、手動の石炭ボイラーの時代にはこれが一般的でした。

石炭を火格子で燃焼させるシステムでは、負荷の突然の減少/停止により火格子上に数トンの燃焼燃料が残る可能性があるため、ターンダウン比は 1 より大きくなければなりません。^[要出典]