省エネ/排熱回収コンサルティング

MDIのビジネス

MDIは、熱交換器、クーリングタワー、チラーの販売のみではなく、お客様のニーズに合わせて、既設現場のメンテナンス合理化、コスト削減、ランニングでの省エネ提案をします。

※従来難しいと考えられていた“未利用エネルギー（排熱）”を回収する新しい省エネ提案をいたします。
※未利用熱が多く含まれている汚水・排水や換気排熱に適した最新の熱交換器をライナップし、お客様の多様なニーズに対応いたします。

MDIが考えた工場省エネモデル

現場の現状

• 工場で出している排熱の多くは、用途のない未利用熱として、捨てられている。
• 排熱を回収し、再利用できれば、熱をつくるエネルギー費を削減することができる。

熱交換器とは

熱交換器とは・・・・・熱を交換する容器である

熱交換器の流れ方

熱の伝わり方には、3種類ある。

• 熱は、高温の物体から低温の物体へ移動する。接している物体間で熱が移動することを熱伝導という。
• 流体（液体や気体）の流れによって熱が伝わることを対流という。
  エアコンによる暖房は対流で、あたたかい空気は上へ、冷たい空気は下へ移動する事で、空気の流れができて、次第に部屋全体が暖まる。
• 日射（太陽光）や遠赤外線のように、電磁波によって直接物体に熱を伝えることを輻射という。
  輻射の身近な例として、電子レンジは、電磁波によって食品の分子・原子を振動させることで熱が発生して温まる。

ヒートポンプと熱交換器の違い

• 温度差がある——熱交換器
• 温度差がない又は熱をくみ上げたい——ヒートポンプ

• 排熱を回収して利用する場合、排熱の温度が高く、利用する側が必要な温度が低ければ、熱交換器で熱を得ることができる。
  その温度差が大きければ、非常に有効である。
• 温度差がない場合でも、ヒートポンプを使用して、排熱を回収できる。
  ただし、　ヒートポンプを使用する場合、エネルギー（主に電気）が必要になる。

ケーススタディー

排熱回収によるコスト削減の可能性

対策後

• COPの変化　現在2.5→改善後6.7（+4.2）
• 10馬力ヒートポンプ（7.5ｋｗコンプレッサ）の1台分の変化は、電力代として500円/時間のメリット：
  冬期 5ヶ月間（150日）の場合＝-1,800,000円/シーズン・台　減額される
  ※電力代 15.8円/KWh、24時間営業、R407Cコンプレッサ、水熱交換器アプローチ5k、空気熱交換器アプローチ10kとして蒸発、凝縮温度を考慮しCOP値を算出　厨房排気3000m3/h,湿度50%として換算、熱交換器36kw　HEATEX H800/6.0E/800 ⊿p=140Pa,

よく見かける省エネ導入後の問題点　水冷チラー編

省エネチラーを導入したから、安心！ではありません

省エネチラーを導入したから、安心！——実は、従来より安心できない要素が増えます。

• 高効率＝汚れに弱いということをご存知ですか？
• プロセス側の必要温度を調べて対策をしましたか？
• 従来どおり・業界の常識・優秀な先輩からの引継ぎだから変更できない—–最近ではこんな声ばかり。

省エネ機器導入時に、汚れ対策＝効率ダウンは投資回収計算に考慮していましたか？

凝縮器は、分解洗浄できないため、絶対に汚してはいけないものとして考える。汚れてしまった場合、勝手に凝縮温度が上昇、電力代が増大、
運転停止に直結します。チラーは12℃⇒7℃運転が常識ではなくエアコンと同じで1度でも温度を上げて省エネさせる。
そのためには、しっかりと設計をした汚れ対策を施した高効率な熱交換器との相性が必須です。

カタログの省エネ数字に騙されずにしっかりと社内で管理できるシステムをめざしましょう

チラーは絶対に汚さない、壊さないような水質管理と、消費電力削減をめざすために 現場に最適な熱交換器を選定することがもっとも重要

増えている熱交換需要

バイオマス/BDF燃料によるエンジン発電施設

• バイオマス発電プラント—–エンジン排ガス熱回収による温水製造、乾燥室熱源化によるボイラー不要化
  （乾燥室は、従来の温風依存ではなく、輻射暖房併用による低温省エネ乾燥室を提案）
• BDF発電プラント—–廃油回収後、改質によりBDF燃料とする発電エンジンプラントでは、エンジン排ガス熱回収による温水製造、廃油の粘性低下用加熱エネルギー化、燃料のエンジン導入時のプレ加熱化を行っている（さらに熱が回収できるため、魚の養殖場を併設する計画を進めている）

バイナリー温度差発電

• 自然エネルギー利用による温度差発電ニーズが増え続けている中、地熱発電バイナリーサイクルを利用した現場では、スケール堆積問題、腐食問題で苦しんでいる。
• 一方で、ボイラー、エンジン等から排出される排ガス熱利用による小型バイナリー発電が着目させており、排ガス/冷媒ガスの直接蒸発可能な熱交換システムの開発が進んでいる

大規模ビニルハウス、養殖場

• 大規模施設、省エネプラントを模索する話が多く発生。
• 熱利用を最適化できていない試案が多く、生産コストは膨大となる可能性大。
• 従来の暖房方法にとらわれない＋作物に最適な熱の供給方法を個々に検討している現場では大幅な利益が発生しているケースも。

水冷高効率チラーの維持管理

• クーリングタワー水が綺麗ではあるがコンデンサは砂・ホコリ汚れ、水スケールが発生している現場が多い。
  クーリングタワー自体は、カタログ性能を発揮せず能力不足、充填材が劣化しているケースも。
• コンデンサのみの交換または汚れ対策、クーリングタワーを含めた性能改善対策を行うことで、本来の狙った省エネ以上のメリットが発揮できるケースがあります。

熱交換器の種類

プレート式熱交換器

構造
プレスした平板を複数枚積層することで、大伝熱面積を保有することができる。

効率
完全対向流＋細長いプレートを組み合わせるために、温度効率も圧倒的に優位性がある。
小流量、高効率が得意。最大6000～8000w/m2k。

メンテナンス性
プレートとプレートの間にはゴムパッキンが挟み込まれているため、ゴムの経年劣化により定期交換が必要となる。ゴムパッキンが無い一体構造のブレージングプレート式では、高圧設計が可能なため冷凍機の冷媒ガス用としても広く活用されている。

弱点
内部の流間が狭く、固形物汚れに弱い。腐食代設計はゼロのため、主にSUS316、チタン材が主流であるが、それらの材質でも腐食が発生してしまう環境では注意が必要。汚れ環境では、内部が分岐しているため、流速が遅い箇所から閉塞を発生させ熱交換しなくなることがある。

用途
清水、スチーム、油、不凍液、冷媒ガスなどの利用が可能

多管式　シェル＆チューブ式

構造
複数の管を束ねることで大流量を確保し、シェル側には仕切り板（バッフル）を配置することで乱流効果を発揮させることで効率向上を狙った構造。チューブ内流体は、一直線に流れ、シェル側は仕切り板により上下（又は左右）に流れる。一見対向流に思われるが、直行流の組み合わせ構造となる。

効率
完全対向流ではなく、プレート式の効率には遠く及ばない。比較的大流量、低圧力損失が特徴である。最大1500-3000w/m2k。

メンテナンス性
多管式は、多種多様な形状が存在するためメンテナンス性を重要視した完全分解可能なタイプから、溶接固定によりメンテナンスができないタイプまで広く存在している。小型タイプでは、一般的にシェル側は分解清掃が不可能な溶接固定タイプ。チューブ側のみ内部洗浄が可能となる場合が多い。

弱点
プレートと比較すると、低効率、大型、結果的に高価となる。1980年代までのプレート式の日本進出前までの市場では、ほぼ多管式が市場を席捲していたが、プレート式の登場と同時に圧倒的な性能差と大きさの違い、価格の違いから市場を失ったアイテムであるが、高圧、大流量が得意なため現在でも大型プラントをはじめ手堅い現場では必ず採用されるタイ
プである。汚れ環境では、内部が分岐しているため、流速が遅い箇所から閉塞を発生させ熱交換しなくなることがある

用途
その構造上非常に手堅い造りであるため、石油、化学プラントでは現在でも多く採用されつづけている。ある程度汚れにも強く、腐食代をもった設計が可能であり、大伝面化も可能であり、壊れにくい構造とすることができる。比較的汚れに強い特徴があるため、小型マーケットでは、銭湯追い炊きライン、ボイラーブロー排水熱回収、温泉排水熱回収や養殖現場で活用されている。

投げ込み式

構造
コイル状に巻いた単管タイプや、平板2枚の端を溶接し袋状とした投げ込み式タイプがある。汚れがひどい環境で利用されている。

効率
チューブ内部の流体は流速もあり、汚れも無いが、外部の流体は汚れがある、粘度が高いという状況が多い。さらに外部の流体には上記のプレート式や多管式のような強制対流によく攪拌流が比較的起こりにくいため、熱伝導しにくい構造となってしまうことがほとんどである。最大100-400w/m2k。

メンテナンス性
コイルや袋状の平板が露出しているため、引き上げて簡単に洗浄することが容易である。スケールがひどく付着しても、HEX-07平板に強度がある場合、ハンマ衝撃でスケールを剥離させることで現場対応することが可能となる。

弱点
他の形式でも利用できる流体での比較とした場合、同熱交換能力では投げ込み式は巨大化してしまう。さらに温度効率としては、対向流でも直行流でもないため熱効率は期待できない。高温側温度と、低温側温度が大きく差がある温度環境でないと利用できない。

用途
汚泥、タール、排水、下水、スケールが多い塗装前処理槽などに活用されている

スパイラル式

構造
細長い平板2枚を重ね。長辺を溶接して巻き上げることで構成されるタイプ。内部流間は、1ラインであるため、高粘度流体や汚れ環境においてもしっかりと押し出して熱交換ができる構造である。

効率
一種のプレート式であり、完全対向流を構築できる。汚れ環境での利用を前提とするため、平板にプレス構造の波板形状を持っていないため上記プレート式のような高効率な総括電捏係数にはなりにくいが、多管式よりも温度効率は良い。最大1000-4000w/m2k。

メンテナンス性
プレートコイルの上下フランジは分解可能とすることも可能となるため、高温側、低温側ともにジェット洗浄も可能。

弱点
構造的に溶接作業、組み立て工程に手間が必要なため、プレート式のような量産、低価格、高効率ということにはならず、一般空調や、排熱回収での省エネ、投資回収効果メリットを必要とする現場では利用しにくいケースがある。

用途
汚泥、タール、下水、クリーニング工場、ガス/液用にも古くから利用されている

シェル＆コイル式

構造
コイルチューブの外側を筒（シェル）で包んだ構造。海水、汚れ水などをシェル側に大量に流し、チューブ内部の小流量をしっかりと熱交換することを目的としたチューブ内流体を冷却または加熱する一方的な目的のための流量差がある構造である。チューブ構造であるため、チューブ内のみ高圧設計も可能。

効率
投込み式のようなコイル形状であるが、シェル側の流速、乱流が期待できるため投げ込み式よりは効率が良い。
構造はコイルであるため対向流でもなく直行流に近い構造。最大HEX-02600-1000w/m2k。

メンテナンス性
シェル側が分解可能となる場合が多く、汚れに強く解放洗浄が可能である。
投げ込み式よりもコンパクトとなる。

弱点
高温側、低温側の流量比が１：１の場合には使用しにくい。
シェル側の温度効率は望めない。

用途
汚れ水と清水、または高圧のガスと腐食液などの現場で活用されている。比較的小規模能力での小型、設置性、汎用性に優れる形状が多い。

2重管（チューブインチューブ式）

構造
管の中に管が入る構造。汚れ水がある場合、中心の管の内部に流体を流し、きれいな液体は外側（シェル側）に流す。チューブ構造であるため、高圧設計も可能。

効率
完全対向流であり、長距離に対応するコイル形状もできるため温度効率は非常に良好。多管式よりも良い温度効率とすることも可能である。最大1500-30000w/m2k

メンテナンス性
シェル側は分解不可能なタイプが多いが、チューブ内部は洗浄な可能な直管タイプもある。コイル式であっても、流路が１つであるためスパイラル式と同様の汚れに厳しい環境でも流体を押し込んで利用できる可能性がある。

弱点
汚れなない環境であれば、プレート式の効率には及ばない。大流量に対応しようとすると、大口径の
チューブを必要とするが、熱交換効率は落ちてしまうため、長距離設計とするか、並列、複数台設置を必要とする。

用途
投込み式やシェルコイルに変わる高効率提案をしたい現場に適用。汚れ水と清水、または高圧のガスと腐食液などの現場で活用されている。比較的小規模能力での小型、設置性、汎用性に優れる形状が多い。

 

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排熱利用熱交換器の導入事例（省エネ対策）

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