2020.08.12

排熱利用にも有効! ヒートポンプの仕組みと種類

排熱利用は、工場などの設備を稼働させたときに発生する排熱を集めて有効利用することです。その際にヒートポンプという装置が使われているケースもあります。排熱を利用する際に有効な装置です。ここでは、ヒートポンプの仕組みと種類について解説していきます。

空気中の熱を集めるための装置

空気は熱を持っており、ヒートポンプを使用することで、その熱を吸収して集めることができます。温度の低い空気は熱がないようにも見えますが、温かい空気と比べて熱が少ないだけでないわけではありません。

ヒートポンプは、そのような温度の低い空気が持つ熱も含めて熱を集めることができる装置です。熱を集める仕組みとしては低温のガスを冷媒として用いています。熱は基本的に温度が高い方から低い方へ移動します。その仕組みを利用して、冷媒が熱を吸収して運ぶ役割を果たします。

ヒートポンプの種類

ヒートポンプは冷媒が熱を吸収したり放出したりする際に、温度を変化させなければなりません。そのときの方法の違いから、次の2種類に大きく分けられます。

【圧縮式】

圧縮式は、コンプレッサーを使用して冷媒を圧縮したり膨張させたりすることで、温度を変化させるのが特徴です。気体は圧縮されて体積が縮まると温度が上がります。逆に膨張して体積が増えると温度が下がる仕組みです。この性質を上手く利用して熱を奪ったり、放出したりしています。

【吸収式】

吸収式では冷媒に水を用いて、蒸発と吸収、再生、凝縮を繰り返すのが特徴です。

液体の水が熱を奪って温度が100度以上になると、蒸発して水蒸気になります。これに吸収器にかけると、水に戻り熱が発生する仕組みです。さらに再生器にかけることで、再び水蒸気に戻ります。そして凝縮器で再び水に戻して熱を発生させるというサイクルです。

ヒートポンプで排熱利用を行う仕組み

熱が必要なときにはヒーターなどを使用して熱を発生させるのが一般的です。この際に、燃料を消費しており、コストもかかっています。その点、工場の排熱は設備を稼働させることで発生し、何もしなければただ放出されるだけです。

ヒートポンプで排熱利用をすれば、そのような工場の排熱を集めて有効活用できます。ヒートポンプを動かすのにもエネルギーを消費しますが、ヒーターを使用するよりも少ないエネルギーで多くの熱を利用可能です。

まとめ

ヒートポンプは、熱を集めるための装置で、排熱利用をするときに有効な装置です。ヒートポンプで工場設備から排出される熱を集めて、排熱利用をすれば、ヒーターよりも少ないエネルギーで熱を発生させられます。工場でのコスト削減に、ぜひヒートポンプを用いた排熱利用の導入を検討してみてください。