廃熱回収装置

廃熱回収装置（WHRU ）は、高温のプロセス出力から熱をプロセス内の別の部分に伝達し、何らかの目的（通常は効率向上）に利用するエネルギー回収熱交換器です。WHRUはコージェネレーションシステムにおいて重要な役割を果たす装置です。廃熱は、ディーゼル発電機からの高温排ガス、冷却塔からの蒸気、あるいは製鉄冷却などの冷却プロセスからの廃水といった様々な熱源から回収できます。

さまざまなプロセスの排ガス中、あるいは調整装置の排気流から得られる廃熱は、流入ガスの予熱に利用できます。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経済的な方法としてこのプロセスを採用しています。高温媒体空間から低温媒体空間へエネルギーを伝達するためのさまざまな商業用回収装置があります。^{[ 1 ]}

• 熱交換器：これは、排ガスが通過する様々なタイプの熱交換器に付けられた名称で、入口ガスを運ぶ金属管で構成されており、プロセスに入る前にガスを予熱します。ヒートホイールはその一例で、太陽熱エアコンと同じ原理で動作します。
• 再生装置：これは、処理後に同じ流れを再利用する工業用装置です。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。^{[ 2 ]}
• ヒートパイプ式熱交換器：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。ヒートパイプは主に再生可能エネルギー技術において、真空管式集熱器に使用されてい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、その伝達メカニズムにより、プロセスからの廃熱が周囲に伝達されます。
• 熱交換器（回転式熱交換器）：吸熱材でできた円形のハニカム構造のマトリックスで構成されており、空調システムの給気流と排気流の中でゆっくりと回転する。
• エコノマイザー：プロセスボイラーの場合、排ガス中の廃熱は、ボイラーへの入口流体を運ぶ熱回収器に送られ、入口流体の熱エネルギーの取り込みが減少します。
• ヒートポンプ：低温で沸騰する有機流体を使用することで、廃液からエネルギーを再生することが可能になる。
• 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つ以上の多列フィン付きチューブコイルで構成される。
• 粒子状物質フィルター（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、加熱媒体の相変化がないという点で、熱回収蒸気発生器（HRSG ）とは異なります。

2004年11月にエネルギー省（DOE）向けにEnergetics Incorporatedが作成した「テクノロジーロードマップ」^{[ 3 ]}と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資源からのエネルギー生産の大部分は、オンサイト（機器の非効率性および廃熱による損失）およびオフサイト（ケーブルおよび変圧器の損失）の損失により大気中に失われ、その合計は電力価値の約66%の損失に相当する。^{[ 4 ]}さまざまな程度の廃熱は、特定のプロセスの最終製品中、または製鉄​​所のスラグなどの産業における副産物として見ることができる。廃熱を回収して電気に変換できるユニットまたは装置は、WHRUまたは熱電変換ユニットと呼ばれる。

• 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する。この流体は水よりも沸点が低いため、低温で沸騰し、タービンの羽根を回転させて発電機を駆動できる過熱ガスを生成する。
• 熱電変換装置（ゼーベック効果、ペルティエ効果、トムソン効果）は、2枚のプレート間の温度差を利用して直流電力を生成するため、WHRUとも呼ばれる。
• 形状記憶合金は、低温の廃熱を回収し、それを機械的動作や電気に変換するためにも使用できる。^{[ 5 ]}

• 従来、ORC企業による努力にもかかわらず、低温域（0～120  ℃、または通常100  ℃以下）の廃熱は発電に利用されてこなかった。これは主にカルノー効率がかなり低いためである（90 ℃の加熱と20 ℃の冷却の場合、最大18%で、損失を差し引くと、最終的に得られる正味電力は通常5～7%となる）。  
• 中温（100～650  ℃）および高温（650  ℃以上）の廃熱は、さまざまな回収プロセスを通じて、発電や機械的な仕事の生成に利用できる。
• 廃熱回収システムは、トレーラーなどの冷蔵設備にも利用できます。必要なのは廃熱回収ボイラーと吸収式冷却器だけなので、構成は簡単です。さらに、扱う圧力と温度も低めです。

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消費のコストを削減します。^{[ 6 ]}

• 廃熱回収システムを導入するための初期費用は、回収される熱によって得られる利益を上回る可能性がある。相殺される熱にコストをかける必要がある。^{[ 7 ]}
• 廃熱はしばしば低品質（温度が低い）である。廃熱媒体に含まれる低品質の熱を効率的に利用することは困難な場合がある。
• 大量の熱を回収するためには、熱交換器は大型化する傾向があり、そのため設備投資コストが増加する。
• 機器のメンテナンス：追加の機器には追加のメンテナンス費用がかかります。
• ユニットは全体の動力装置のサイズと質量を増加させる。特に車両の移動式動力装置においては考慮すべき点である。

• 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した廃熱エネルギーから電力を生成するように設計されています。^{[ 8 ]}
• インターナショナル・ウェイストウォーター・ヒート・エクスチェンジ・システムズは、廃熱回収システムに取り組むもう1つの企業です。集合住宅、公共共有ビル、産業用途、地域エネルギーシステムに焦点を当て、同社のシステムは廃水中のエネルギーを家庭用温水生産、建物の暖房および冷房に利用します。^{[ 9 ]}
• モータースポーツシリーズのフォーミュラワンは、 2014年にMGU-Hという名称で廃熱回収装置を導入した。

• コジェネレーション、または熱電併給（CHP）
• 熱回収蒸気発生器と有機ランキンサイクル
• 電動ターボコンパウンド
• 排気熱回収システム
• 熱酸化装置
• ピンチ解析
• 廃棄物発電プラント

• 産業用熱回収による節約額計算ガイド – 回収可能な熱量、エネルギー節約量、投資収益率（ROI）を推定する方法に関する技術的な解説。

https://www.prometheanenergy.com/blog/calculate-heat-recovery-savings/