利用と熱回収。スキーム、説明

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熱の回収と回復。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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熱の回収と回収について話す前に、これらの同様の概念を定義する必要があります。リサイクル（再利用）とは、熱を様々な目的に利用することです。回収（リターン）とは、生活空間や生産工程などに熱を戻すことを指します。

熱発生装置をどれだけ改良しても、家を断熱して密閉しても、生成される熱は遅かれ早かれ 100% 生活空間から出ていきます。換気を必要とする呼吸プロセスがすべての原因です。換気が行われると、使用された空気とともに熱も家から出ます。

熱の放出を何らかの方法で利用するというアイデアは新しいものではありません。ガスを加熱すると密度が減少することを利用できる最も単純な装置は、古くから知られている煙突です。火力発電技術者が言うように、これは炉内に牽引力を提供する固定式矯正装置であり、その結果、より高い燃料燃焼温度を達成することが可能になります。部屋の換気の例としては、暖炉があります。今日、それは誤って熱発生器であると考えられています。しかし、率直に言って、暖炉からの熱発生器は役に立ちません。効率の点で、この装置は既知のすべての熱発生器の中で最低ランクにランクされます。

冶金学における熱回収のアイデアは特に関連性があります。産業によって消費されるエネルギーの半分以上、生産される石炭の 1 分の XNUMX 以上が、特に冶金のニーズに向けられています。熱交換器を使用すると、冶金プロセスの熱を利用して高炉の送風を暖めることができます。このような装置は、住宅の敷地内での熱回収にも使用できます [XNUMX]。

流入空気と流出空気間の熱交換を伴う強制換気の図を図 1 に示します。

利用と熱回収

電動ファンが使用済みの空気を熱交換器に送り込みます。この場合、新鮮な空気が暖められた部屋に入ります。この加熱の程度を高めるためには、外部に排出される排気の圧力を高める必要がある。熱回収によく使用されるガス (空気、蒸気、煙) には、熱交換器を詰まらせるさまざまな汚染物質が含まれています。これを防ぐには、やはり熱交換器内の加熱に使用されるガスの圧力を高める必要があります。これは、ガスの自由な動きを妨げる小さな直径の穴であるスロットルを使用して行うことができます。空気圧を30～40気圧まで高めると700℃以上の加熱が可能です。圧縮中に温度が上昇するガスの性質は、ディーゼルエンジン、エアコン、ガスの液化などに利用されています。

しかし、熱を集中させるためにチョークを使用することはエネルギー的に不適切です。熱回収および熱回収装置の効率を高めるには、スロットルの代わりに、できれば接線タービン（渦タービン）をベースにした膨張機を使用する必要があります。図 2 で、1 はスパイラルガス供給源、2 はガイドですノズル装置、３はローター、４は出口ディフューザーである。

利用と熱回収

エキスパンダーの本質は、膨張するガスが実際に機能し、大幅に冷却される空気圧モーターに他なりません。今日、ターボエキスパンダは、スロットルを通過するときに冷却されず、逆に加熱される水素ガスを液化するために、ほとんど代替不可能な場所で使用されています。

現在、エキスパンダーには特別に水冷されたブレーキが搭載されています。生じた沸騰水の熱は、非常に大きな直径の垂直パイプである冷却塔を通じて利用されます（図3）。

利用と熱回収

冷却塔では、大気の過対流を利用して熱を利用して水を冷却します。これらのデバイスは数百年前に発明されましたが、現在ではすでに時代遅れになっており、低電位熱を 100% 使用できる、より効率的でコンパクトなヒートポンプに置き換えられています。また、冷却塔は大気熱汚染の最大の原因の XNUMX つであることを覚えておく必要があります。

膨張機にブレーキではなく、コンプレッサーや発電機を搭載したり、エンジンとして使用したりすると、ガスの圧縮に費やされるエネルギーの一部を回収でき、熱交換ユニットの効率が向上します。

熱暖房のエネルギーを節約するために、さまざまなタイプのヒートポンプを使用することができますが、最も興味深いのは、熱回収を運動または電力回収と組み合わせたユニットです。

図 4 は、換気ユニットと熱発生器の機能を実行する熱回収器を示しています。

利用と熱回収

この熱機関によって換気および加熱された室内の空気が作動流体として使用されます。負荷 (コンプレッサー) は、電気モーターとエクスパンダの間の差動を使用して分散されます。ドライバーは、車の駆動軸にあるディファレンシャルの操作に慣れています。

コンプレッサーとエキスパンダーで構成されるターボ過給ユニットの設計も多くの人に知られています。エアコンにターボチャージャーを使用することで効率が 2 倍になりました。レキュペレーターでターボチャージャーを使用すると（図5）、ディファレンシャルの必要がなくなります。

利用と熱回収

しかし、最も魅力的なアイデアは、接線方向のタービンエキスパンダを使用して発電機を駆動することです (図 6)。

利用と熱回収

ターボエキスパンダーの動作速度は非常に速いため (毎分数万、さらには数十万回転)、高い出力密度と効率を備えた発電機の使用が可能になります。十分に強力な復熱器があれば、膨張機の出口で過冷却された空気を得ることができ、超伝導体をベースにした発電機の使用が可能になります。現在、超伝導体はすでに学童によって作られています[2]。これを行うには、イットリウム、バリウム、銅の酸化物を 8:1:2 の比率で混合したものを 3 時間焼結します。この材料は液体窒素温度 (77°K) ですでに超伝導性を示します。

今日、これまで以上に熱と電気の節約を考えることが重要になっています。ヒートポンプとそれをベースにした熱交換器は、ほぼ 100% の節約を達成する上で大きな助けとなります。

これらの機器を使用すると、家庭での電力と熱の損失が大幅に削減されます。しかし最も重要なことは、回収熱交換器により、すでに自然界に予測不可能で壊滅的な変化をもたらしている有害な排出物が大幅に削減されることです。

文学：

熱回収//電気。 -2001。-N9。 -C.3。
運が微笑むTuchinskyL。 K .: 1990、125p。

著者: Y.ひげを生やした

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