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省エネルギー

ヒートポンプ給湯機と蒸気加熱の比較

蒸気加熱の代わりにヒートポンプ温水機を使うことは可能か?

近年ヒートポンプの能力が向上し、家庭用では給湯機(エコキュートなど)以外にもエアコンや乾燥機能付き洗濯機などに、また街中で見かける自動販売機にも採用されるなど、広く応用されています。

ヒートポンプは原理的に投入した電気エネルギー以上の熱エネルギーを取り出すことができる、つまり100%を超える効率を実現できる技術であるため、産業分野においてもこれまで主に蒸気が担っている温度域へ応用することが検討されてきていますが、これまでのところボイラーを発生源とする蒸気による加熱システムとの置換はあまり普及していないようです。

蒸気加熱システムが使われている産業分野の工程を、ヒートポンプ給湯機による加熱に置き換えることは省エネルギー、地球温暖化対策としてどの程度有効なのか考えてみます。

ヒートポンプ給湯機とは

通常、熱は高温熱源から低温熱源に流れます。その熱量を動力として取り出すのが熱機関です。

ヒートポンプはその逆に外部から動力を加えることによって低温熱源から高温熱源へ熱を移動させる技術です。それにより、低温熱源はさらに低温に、高温熱源はさらに高温にすることができます。

低温熱源側を利用するのが冷凍機であり、高温熱源側を利用するのがヒートポンプです。両者の原理は同じです。

熱風生成と除湿を同時に行う乾燥機能付き洗濯機やホットとコールドの両方を販売する自動販売機など、低温側と高温側の両方を同じ機器内で利用できる機器とは相性が良いと言えます。

熱力学的モデル図

ヒートポンプ給湯機が蒸気加熱の置き換え候補になる理由

ヒートポンプ給湯機が蒸気加熱の置き換えの検討対象になるのは、100℃を超える蒸気加熱がよく用いられる給湯が可能なものが存在するからです。とは言え、同じ温度域の加熱源としてはヒートポンプ給湯機以外にも、直火による加熱や電熱による加熱などがあります。また、温水を生成する温水ボイラーや熱交換器、温水槽に蒸気を直接吹き込む方法や、ミキシングバルブなどがあります。

その中で、ヒートポンプ給湯機が注目されるのはなぜでしょうか。
3点ほど重要なポイントが考えられます。

  • 通常は使い道がないとされる温度域の温排水を有効活用できる可能性がある
  • 動力としてエネルギーを使用するがバーナーやヒーターなど高温になる機器を使用しない
  • 装置としてのエネルギー使用効率が高い

置き換えを検討する目的・狙いは明確で、省エネ、エネルギーコストの低減です。

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小冊子プレゼント 温水製造におけるヒートポンプ加熱と蒸気加熱