工場で機械部品を加工すると、表面には加工油による汚れが付着します。この油汚れを落とすための洗浄工程では、洗浄液を一定の温度まで温めて使用することが一般的です。洗浄効果を維持するには、液温を適切に管理しながら加温し続ける必要があります。

従来、この加温には蒸気ボイラーや電気ヒーターが使われてきました。一方、エネルギーコストの上昇や脱炭素化への関心の高まりを背景に、省エネルギー性能に優れた加熱方式への切り替えが進んでいます。

こうした工場の加温工程に活用できるのが、循環加温ヒートポンプです。当社の「エコ de ヒート EX」は、洗浄液の加温に対応した循環加温ヒートポンプで、省エネルギー化とメンテナンス性の向上を目指した製品です。

本記事では、循環加温ヒートポンプの基本的な仕組みから、従来の加熱方式との違い、導入によるメリットまでわかりやすく解説します。

循環加温ヒートポンプとは

循環加温ヒートポンプとは、液体を循環させながら加温し、所定の温度に保つために用いられるヒートポンプシステムです。工場の洗浄液や設備で使用する液体など、継続的な加温が必要な用途に適しています。

ヒートポンプには、冷たい水を一度に加温する方式と、液体を循環させながら加温する方式があります。それぞれの違いを理解することで、循環加温ヒートポンプが工場の加温工程に適している理由がわかります。また、導入効果を比較するうえでは、エネルギー効率を示すCOPも重要な指標です。

ヒートポンプ給湯機（一過式）との違い

ヒートポンプには、加熱方法の違いによって「一過式」と「循環式」があります。

一般的な家庭用のヒートポンプ給湯機は一過式と呼ばれ、冷たい水を一度に大きく温度を上げて高温のお湯にする方式です。冷たい水を熱交換器に通し、一度に大きな温度差で加温する方式です。一方、循環式は、すでにある程度温度の高い液体を循環させながら、比較的小さな温度差で加温します。

たとえば、当社の製品ページに記載されている条件では、一過式の温度差が48℃であるのに対し、循環式は5〜10℃です。循環式では、温度差が小さい分、液体を循環させる流量を多く確保する必要があります。

このように、一過式と循環式では、必要な流量や熱交換器の設計が異なります。循環式は、洗浄液などを一定の温度に保ちながら継続的に使用する工場の加温工程に適した方式です。

ヒートポンプが省エネにつながる仕組み

ヒートポンプが省エネルギーにつながるのは、電気の力だけで熱を生み出すのではなく、空気中などにある熱を取り込んで利用するためです。

ヒートポンプのエネルギー効率を示す指標に、COP（Coefficient of Performance）があります。COPとは、加熱能力を運転に必要な消費電力で割った値のことです。たとえばCOPが3であれば、消費電力1kWに対して3kW相当の加熱能力を発揮できます。

一方、電気ヒーターは電気エネルギーを直接熱に変換するため、COPが「1」を超えることができません。これに対し、ヒートポンプは周囲の熱を取り込んで活用することで、投入した電力を上回る加熱能力を発揮できます。

このような仕組みにより、ヒートポンプは少ない電力で効率よく加温でき、エネルギーコストやCO2排出量の削減に貢献します。

ヒートポンプが洗浄液の加温に使われる理由

循環加温ヒートポンプは、工場の機械部品を洗浄する工程など、液体を一定の温度に保ちながら使用する場面で活用できます。なぜ洗浄液を加温する必要があるのか、そして従来の加熱方式と比べてどのような違いがあるのかを見ていきましょう。

機械部品洗浄工程で加温が必要な理由

機械部品の加工工程では、部品の表面に加工油や切削油などが付着します。こうした油汚れを落とすために洗浄液が使われますが、洗浄液を適切な温度まで加温することで、油汚れを落としやすくなり、洗浄効果の向上が期待できます。

洗浄液の温度は、使用する洗浄剤や対象となる汚れ、部品の材質などに応じて設定されます。たとえば、約60℃に加温した洗浄液を使用する工程もあります。洗浄中に液温が低下すると洗浄効果に影響するため、設定温度を維持できる加温設備が必要です。

一方、洗浄液を加温し続けるにはエネルギーが必要です。稼働時間が長い工場では、加温にかかるエネルギーコストも無視できません。そのため、洗浄品質を維持しながら、エネルギー消費量を抑えられる加温方式を選ぶのです。

従来の蒸気ボイラ・電気ヒーターとの比較

これまで洗浄液の加温には、主に蒸気ボイラや電気ヒーターなどが使われてきました。それぞれ異なる特徴がありますが、省エネルギー化を進めるうえでは、設備単体の性能だけでなく、熱を供給する配管や周辺設備を含めたシステム全体の効率にも目を向ける必要があります。

蒸気ボイラは、ボイラで発生させた蒸気を配管で送り、熱交換器などを介して洗浄液を加温する方式です。既存設備を利用できる場合がある一方、蒸気を供給する配管からの放熱などによって、熱エネルギーの損失が生じます。

電気ヒーターは、電気エネルギーを直接熱に変換して液体を加温する方式です。構造が比較的シンプルな一方、加熱に必要な電力を直接消費するため、長時間にわたって加温する工程では電気使用量が課題になることがあります。

こうした課題に対する選択肢の一つが、ヒートポンプを利用した加温です。ヒートポンプは周囲の熱を取り込んで利用するため、投入する電力よりも大きな加熱能力を得られます。洗浄液の加温に適した機種を選ぶことで、エネルギー消費量やランニングコストの削減が期待できます。

「エコ de ヒート EX」では、蒸気ボイラと比較してエネルギー消費量とCO2排出量をそれぞれ62％削減、電気ヒーターと比較した場合はそれぞれ68％削減できるという試算結果が示されています。また、ランニングコストについても、蒸気ボイラと比較して61％、電気ヒーターと比較して68％の削減が見込まれています。

以下のグラフは、従来の加熱方式と「エコ de ヒート EX」の年間エネルギー消費量、CO2排出量、ランニングコストを比較したものです。

試算条件

• 対象：機械工場の洗浄工程
• 洗浄液温度：60℃
• 設置環境：屋内、周囲温度25℃一定
• 年間運転時間：3,840時間（平日のみ、1日16時間運転）
• ガスボイラのシステム効率：50％
• エネルギー消費量の換算係数：電力 8.64MJ/kWh、ガス 45MJ/Nm³

※上記の条件に基づく試算結果です。実際の運転状態や使用環境によって削減効果は変動します。

直接加温方式と間接加温方式の違い

循環加温ヒートポンプを選ぶ際は、省エネルギー性能だけでなく、洗浄液をどのような仕組みで加温するかも見ることになります。加温方式によって、熱の伝わり方や設備構成、メンテナンスの方法が異なります。

特に、油分や汚れを含む洗浄液を扱う工場では、熱交換器の詰まりや清掃のしやすさも考慮しなければなりません。ここでは、間接加温方式と直接加温方式の違いを解説します。

間接加温方式の仕組みと課題

間接加温方式は、ヒートポンプでつくった温水などを介して洗浄液を加温する方式です。冷媒の熱をいったん水に伝え、さらにその水から洗浄液へ熱を伝えるため、2段階の熱交換が必要になります。

この方式では、洗浄液をヒートポンプ本体に直接通さずに加温できるため、洗浄液に含まれる汚れが機器内部に入り込むのを防ぎやすいという利点があります。

一方、洗浄液を加温するために間接熱交換器などの設備が必要となり、システムが複雑になりやすい点が課題です。また、洗浄液に含まれる油分や汚れが熱交換器内部に付着すると、流路の詰まりや熱交換効率の低下につながることがあります。詰まりの程度によっては、熱交換器を分解して内部を洗浄するなど、専門業者によるメンテナンスが必要になります。

直接加温方式のメリット

直接加温方式は、冷媒の熱を熱交換器を介して洗浄液に直接伝える方式です。間接加温方式のように温水などの中間熱媒体を介する必要がないため、熱交換の段数を減らし、システムを簡素化できます。

エコ de ヒート EXは、冷媒で洗浄液を直接加温する方式を採用しています。従来の間接加温方式で必要だった間接熱交換器と循環ポンプ1台を省けるため、設備構成の簡素化と設置スペースの削減につながります。

ただし、洗浄液を流す熱交換器には、油分や汚れが付着する可能性があります。そのため、直接加温方式を採用する際には、熱交換器の構造や清掃のしやすさも重要なポイントです。

「エコ de ヒート EX」は、直接加温方式を採用した循環加温ヒートポンプです。加熱コイルの構造を工夫することで、カバーを外して内部を清掃し、再び取り付けるだけで復旧できる設計となっています。これにより、従来は専門業者による分解洗浄が必要だったメンテナンス作業を、現場の担当者自身で行いやすくしています。

直接加温方式によるシステムの簡素化に加え、清掃しやすい構造を採用することで、設備のメンテナンスにかかる負担の軽減が期待できます。

循環加温ヒートポンプ導入のメリット

工場の洗浄工程に循環加温ヒートポンプを導入することで、エネルギーコストの削減や設備管理の負担軽減が期待できます。ここでは、「エコ de ヒート EX」の特徴を踏まえ、導入によって得られる主なメリットを紹介します。

省エネルギー・CO2排出量の削減

循環加温ヒートポンプの最大のメリットは、少ない電力で効率よく加温できることです。従来の蒸気ボイラや電気ヒーターから切り替えることで、エネルギー消費量を抑え、ランニングコストやCO2排出量の削減につなげられます。

「エコ de ヒート EX」の試算では、機械工場の洗浄工程を想定した条件下で、蒸気ボイラと比較して年間エネルギー消費量とCO2排出量をそれぞれ62％削減できるとされています。電気ヒーターとの比較では、どちらも68％の削減が見込まれています。

ランニングコストについても、蒸気ボイラとの比較で61％、電気ヒーターとの比較で68％の削減が試算されています。

ただし、これらは一定の条件に基づく試算値です。実際の削減効果は、洗浄液の温度や稼働時間、エネルギー単価などによって変わります。導入を検討する際は、自社の使用状況に照らして効果を確認しましょう。

メンテナンス負担と設置スペースの削減

洗浄液の加温設備を選ぶ際は、運転時のエネルギー効率だけでなく、導入後のメンテナンスや設置スペースも重要なポイントです。

「エコ de ヒート EX」は、冷媒で洗浄液を直接加温する方式を採用しています。従来の間接加温方式で必要だった間接熱交換器と循環ポンプ1台を省けるため、設備構成を簡素化し、設置スペースの削減につなげられます。

また、加熱コイルはカバーを外して内部を清掃できる構造です。洗浄液の汚れが付着した場合も、現場の担当者が清掃しやすく、メンテナンス作業の負担軽減が期待できます。

このように、エネルギーコストの削減だけでなく、設備の省スペース化や日常の管理負担の軽減も、循環加温ヒートポンプを導入するメリットです。

まとめ｜循環加温ヒートポンプで工場の加温工程を省エネ化

工場の部品洗浄工程では、洗浄効果を維持するために、洗浄液を適切な温度に保つ必要があります。一方、加温を続けるにはエネルギーが必要となるため、省エネルギー性能に優れた加温設備を選ぶことが、ランニングコストやCO2排出量の削減につながります。

循環加温ヒートポンプは、空気中の熱を利用して効率よく加温できる設備です。なかでも「エコ de ヒート EX」は、冷媒で洗浄液を直接加温する方式を採用しており、従来の間接加温方式で必要だった間接熱交換器と循環ポンプ1台を省けることが特徴です。さらに、加熱コイルを清掃しやすい構造にすることで、メンテナンスの負担軽減も目指しています。

エネルギーコストの削減に加え、設備の省スペース化やメンテナンス性の向上を検討している工場にとって、循環加温ヒートポンプは加温工程を見直す際の有力な選択肢です。自社の洗浄工程や稼働条件に合った設備を選び、省エネルギー化と設備管理の効率化を進めていきましょう。

より詳細な仕様や寸法はこちらからご覧いただけます。

https://www.degree.co.jp/eco-de-heat/