システムの BPHE 効率を理解する

スウェップは、ろう付け式プレート熱交換器(BPHE)の世界最大のメーカーです。この熱交換器技術は、複数のアプリケーションにおける効率とフォームファクターの点で優れたオプションとなります。  このケースでは、適切な熱交換器を選択する方法と、その選択がシステムのパフォーマンスにどのように直接影響するかが浮き彫りにされています。

BPHES 構造に使用される全材料の約 95% は伝熱プロセスにも使用されるため、大容量と驚くほどコンパクトな設置面積、熱伝達効率、高速応答時間の組み合わせが可能になります。スウェップは米国、欧州、アジアに工場を構え、さまざまな用途とリソースに対応する(30)種以上の BPHE モデルによる製品ポートフォリオをご用意しています。

住宅用暖房システム、空調システム、冷凍システム、または産業用アプリケーションにおいて、熱伝達を行うためにいくつかの熱交換器が必要になるのは当然です。  適切な寸法の熱交換器は、プロセスの安全性、経済性、安定性を保証できます。スウェップは、ACFC4 Heaters 社と共同で、適切な熱交換器の選択がシステム全体の効率にどのように直接影響するかを実証するための調査を実施しました。

ACFC4 Heaters 社は、ガス給湯器を備えた住宅用暖房システムにおける熱交換器の選択の影響を分析する際、製品テストおよび開発ベンチを提供してくれました。2つの異なる交換器を使用してシステムのパフォーマンスを評価したところ、小規模なシステムであっても、最適化と省エネを可能にする点を特定することができました。このことは、熱交換器のエネルギー効率は、選択に左右されることを物語っています!

給湯システムのエネルギー効率に対する熱交換器の影響を分析するために、スウェップは ACFC4 Heaters 社と協力して、試験および製品開発ベンチで2種類の BPHE の性能を比較する調査を実施しました。テストベンチには、ガス加熱器、断熱水タンク、周波数インバーター付きの可変流量ポンプ、温度計と圧力計の一式が揃っていました。E5THx40 と E8THx40 熱交換器 (プレート数は同じで寸法が異なる) の性能と動作を比較することで、熱交換器を最適化した場合の最適条件と省エネが可能な点を見つけることができました (小容量システムであっても同様でした)。

E8THx40 と比較して寸法が小さいにもかかわらず、E5THx40 モデルは小流量の加熱システムに十分な能力を保証することができました。流量が大きい場合、熱交換面積が大きいため、E8THx40 は E5THx40 の能力を超える傾向があります。

熱交換器は、水理学的挙動、熱性能、購入コスト、稼働コストのバランスをとるように、寸法を決め、最適化する必要があります。大規模なシステムでは、購入コストとほとんどの運用コストは熱交換器によって大きく異なる可能性があります。 

実施されたテストでは、熱交換器間の年間エネルギー消費量が最大 30% 変わることが確認できました。大容量のシステムでは、合わない寸法の熱交換器であらかじめ決められた容量を維持するためには相当なコストがかかる可能性があります。下のグラフは、年間電力消費量 (kWh) の増加と流量の変動との関係を示しています。

熱交換器の稼働に必要な水頭損失と年間の電力消費量 (kWh) を比較しても、同じ現象が見られます。熱交換器の流量が寸法に対して過小または過大である場合、損失水頭が変化し、稼働コストが直接変化します。水頭損失が大きいほど、稼働コストが大幅に増加します。

約 11 l/min の流量では、E8THx40 熱交換器はより大きな圧力損失で動作し、エネルギー消費量を 40% 増加させます。この条件では、熱交換量は E5THx40 よりも約 4% 低くなります。これは、熱交換器が低流量状態で稼働しており、稼働領域全体を効率的に使用していないためです。どちらの結論からも、E5thx40 などの適切な寸法の熱交換器が、この範囲の用途に適していることがわかります。

スウェップ社の広範な住宅用暖房における経験は、快適加熱システムと給湯をカバーしています。ろう付け式プレート熱交換器(BPHE)の一般的用途には、ガスボイラー、ヒートポンプ、太陽光暖房、また小型の熱併給火力発電所や吸収式ヒートポンプなどのその他の分散式加熱技術が挙げられます。

当社の幅広い加熱ソリューションの詳細については、こちらをご覧ください。