排ガスからの廃熱回収量の計算方法

排ガスからの廃熱回収の可能性を計算するには、主に 2 つのアプローチがあります。

1. 熱力学的アプローチ:

This method uses the principles of thermodynamics to determine the theoretical maximum amount of heat that can be recovered. Here's what you need to consider:

• 質量流量 (ṁ) of the exhaust gas (kg/s) - This can be obtained from engine specifications or measured with a flow meter.
• 比熱容量（Cp） of the exhaust gas (kJ/kg⋅K) - This value varies with temperature and needs to be obtained from tables or thermodynamic software for the specific gas composition of your exhaust.
• 入口温度 (T_in) of the exhaust gas (°C) - Measured with a temperature sensor.
• 出口温度 (T_out) of the exhaust gas after heat recovery (°C) - This is the desired temperature after heat is removed for your chosen application (e.g., preheating combustion air, generating hot water).

熱回収ポテンシャル (Q) 次の式を使用して計算できます。

Q = ṁ * Cp * (T_in - T_out)

2. 簡略化されたアプローチ:

この方法は、大まかな見積もりを提供し、初期評価に使用しやすい方法です。排気ガスエネルギーの特定の割合を回収できることを前提としています。この割合は、エンジンの種類、動作条件、および選択した熱交換器の効率によって異なります。

推定熱回収量(Q) は次のように計算できます。

Q = 排気ガスのエネルギー量 * 回収率

排気ガスエネルギー含有量 は次のように推定できます。

排気ガスのエネルギー量 = 質量流量 * 燃料の低位発熱量 (LHV)

低位発熱量（LHV） 燃焼中に発生した水蒸気が凝縮する際に放出される熱量です (燃料仕様から入手可能)。

回復係数 パーセンテージは、エンジンの種類、動作条件、選択した熱交換器効率に応じて、通常 20% から 50% の範囲になります。

重要な注意事項:

• これらの計算により、理論値または推定値が得られます。実際の熱回収率は、熱交換器の非効率や配管損失などの要因により、さらに低くなる可能性があります。
• 熱力学的アプローチで選択される出口温度 (T_out) は、熱交換器の用途と制限に基づいて現実的である必要があります。
• 高温の排気ガスを扱う際には、安全性を考慮することが非常に重要です。廃熱回収システムの設計と実装については、必ず資格のあるエンジニアに相談してください。

考慮すべき追加の要素:

• 結露： 排気ガスの温度が露点を下回ると、水蒸気が凝縮します。これによりさらに潜熱が放出される可能性がありますが、適切な凝縮水管理が必要です。
• 汚れ: 排気ガスには、熱交換器の表面を汚し、効率を低下させる汚染物質が含まれている場合があります。定期的な清掃や適切な材料の選択が必要になる場合があります。

これらの方法と要因を理解することで、排ガスからの廃熱回収の可能性を計算し、特定の用途での実現可能性を評価できます。