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:
この方法は、熱力学の原理を用いて、回収可能な理論上の最大熱量を決定します。考慮すべき点は以下のとおりです。
- 質量流量 (ṁ) 排気ガス量（kg/s） - これはエンジン仕様から取得するか、流量計で測定できます。
- 比熱容量（Cp） 排気ガスの熱エネルギー (kJ/kg⋅K) - この値は温度によって変化するため、排気ガスの特定の組成に合わせて、表または熱力学ソフトウェアから取得する必要があります。
- 入口温度 (T_in) 排気ガスの温度（℃） - 温度センサーで測定。
- 出口温度 (T_out) 排ガスの熱回収後の温度（℃） - これは、選択した用途（例：燃焼用空気の予熱、温水の生成）で熱を除去した後の望ましい温度です。
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。