コンプレッサシステムの熱回収

 大型産業の工場で、500 kWで年間8,000時間稼働するコンプレッサの1年間のエネルギー消費量は400万kWhです。コンプレッサ廃熱から、かなりの量の熱や温水を回収することが可能です。コンプレッサに供給されるエネルギーの最大94%を回収可能です。たとえば、オイルフリースクリュコンプレッサから、90℃の温水として回収できます。このように、省エネルギー対策は、すぐに大きなリターンとなり得ます。 熱回収の場合、1～3年という短期間で投資が回収されます。さらに、クローズド冷却システムを使用した熱回収では、温度の均一化、高品質な冷却水などのメリットにより、コンプレッサの運転条件、信頼性、サービス期間が向上します。北欧諸国はこの分野の先駆者であり、熱回収は以前よりコンプレッサ設備に標準的に使用されてきました。主要なサプライヤの中型や大型コンプレッサのほとんどは、標準的な排熱回収装置の取り付けが可能です。

物理法則により、コンプレッサ設備に供給されるエネルギーのほとんどすべては熱に変換されます。回収して他のプロセスに利用できる熱が多いほど、システム全体の効率性は向上します。

多くの場合、コンプレッサ設備の冷却を効率的に活用すると、90%を超える熱が回収されます。冷却システムの機能、使用場所までの距離、どの程度の熱が必要か、またその期間すべてが決定要因となります。熱流が大きい場合には、回収した熱エネルギーを販売できる可能性も無視できません。潜在的な販売先として、電力供給会社が考えらえます。複数のプロセスからの熱回収を調整して、コストを削減する方法もあります。

圧縮空気設備の熱回収では、必要なときに熱が得られるとは限らず、十分な量の熱が回収されないこともあります。コンプレッサの負荷が変動する場合、熱回収の量は長期的に変化します。熱回収を実現するには、熱エネルギーの需要が比較的安定している必要があります。回収した廃熱を活用するための最も良い方法は、システムに供給するエネルギーを補うことです。この方法では、コンプレッサの運転中に、使用可能なエネルギーが常に活用されます。空冷式コンプレッサは、比較的低い温度で高い温風量を生み出すので、建物の直熱暖房やバッテリを予熱するための熱交換に利用されています。この場合、温められた冷却エアはファンによって供給されます。建物に熱が十分供給された場合には、熱した空気は、サーモスタット制御で自動的に、あるいはエアダンパを制御して手動で、大気中に放出されます。制限要因は、コンプレッサと、暖房を必要とする建物の間の距離です。この距離は制限する必要があります（建物が隣接していることが望ましい）。さらに、熱回収は冬の寒い時期に限定されるでしょう。小型や中型のコンプレッサでは空気による熱回収が一般的です。コンプレッサ空冷システムから廃熱を回収する場合、分配による損失がわずかになり、投資はほとんど必要ありません。

水冷式コンプレッサの冷却水が最大90°の場合、温水暖房システムを補うことができます。この温水を代わりに洗濯、クリーニング、シャワーに使用する場合、基礎負荷の温水ボイラも必要です。圧縮空気システムから回収された熱は、補助的な熱源となり、ボイラへの負荷を下げ、暖房用の燃料を削減し、使用するボイラの小型化が可能となる場合があります。 圧縮空気コンプレッサからの熱回収の前提条件は、コンプレッサのタイプにある程度左右されます。標準的なオイルフリーコンプレッサは、熱回収対応に変更するのが簡単です。このタイプのコンプレッサは、効率的な熱回収に必要とされる水温（90℃）を提供するため、温水暖房システムと組合せるのに最適です。給油式コンプレッサの場合、圧縮プロセスに使用されるオイルが、冷却水が高温になるのを制限する要因になります。遠心式コンプレッサでは、圧段当たりの差圧が下がると一般的に温度が低下するため、回収される割合は制限されます。 水による廃熱回収は、動力10 kW超の電動モータを装備したコンプレッサに最適です。水中での廃熱回収は、空中での廃熱回収よりも複雑な設備が必要です。基本装置は、液体ポンプ、熱交換器、調整バルブで構成されています。 水による熱回収を使用すると、比較的口径が小さいパイプ（40～80 mm）で離れた建物まで、大きな熱損失なしで熱を供給することもできます。最初の水温が高いため、温水ボイラから戻った水の温度上昇に廃熱を利用することができます。したがって、通常の熱源を周期的に切り替えて、コンプレッサの廃熱回収システムに交換することができます。 加工業界では、コンプレッサの廃熱を加工温度の上昇に使用することもできます。水による廃熱回収に空冷式オイル潤滑式スクリュコンプレッサを使用することもできます。この場合は、オイル回路に熱交換器が必要になり、オイルフリーコンプレッサを使用した場合よりも水温は低下します（50°～60°）。