目次f
プロセス
PIROBLOCは、特に以下のような繊維産業で使用される様々な種類の機械に熱を供給する効率的でカスタマイズされたソリューションを提供しています：
当社のお客様（業種別）
用途
繊維産業および染色産業では、RAMEマシン（ステンター）が生地の固定、乾燥、仕上げに用いられ、生地を広げたり、織りの歪みを補正します。RAMEマシンは、熱効果と、生地の横方向の伸張または熱固定という機械的作用を組み合わせたもので、機器への熱供給を必要とします。
数十年前は、この熱供給は蒸気による間接的な方法で行われていました。その後、熱流体を介した間接的な熱供給方法が急速に普及し、さらにガスバーナーから供給される燃焼ガスを用いた直接加熱方式（直接ガス加熱）が出現しました。
近年、ガスバーナーおよび熱流体による直接/間接混合加熱のオプションも登場してきましたが、このシステムは、ガス供給の信頼性および安定性が確保されていない状況にのみ適用されます。
当社は、加熱システムの利点と欠点を、技術的観点と経済的観点の両方から評価しています。
ガスバーナーによる直接加熱
図1は、その動作スキームを示しています。
ガスバーナー（1）が機械内部の燃焼室（3）で燃焼し、燃焼ガスはファン（2）によってフィルタを介して吸引され、配管口（5）を通じてダクト内に均一に分布されます。この配管口は、コンベアチェーン（6）によってダクト間で搬送される生地の温度を可能な限り均一に保ちます。これらのガスの一部は再循環（7）され、大部分は排気口（4）から排出されます。
RAMEマシンの生産ニーズに応じて、様々なレベルでの再循環を可能にする複数の「バイパス」があります。.
図1.ガスバーナーによる直接加熱式RAMEマシン
1.- ガスバーナー
2.- ガス供給/再循環ファン
3.- 燃焼室
4.- 排気口
5.- ガス配管口
6.- コンベアチェーン
7.- ガスの再循環
間接加熱の利点と欠点
技術的利点
- 省スペース。熱交換用配管の全体設置やボイラーおよび補助設備の設置スペースが不要です。
- 中間交換流体を事前加熱する必要がないため、運転開始が迅速です。
技術的欠点
一般的に、直接加熱システムは高いエネルギー効率を提供すると見なされています。
燃焼ガスのろ過装置はあるものの、未燃焼物（灰分を含む）の混入は製品の品質や燃料未燃焼によるエネルギー効率に悪影響を及ぼすため、これを回避する必要があります。
そのため、空気過剰率を高くする燃焼が必須となり、結果として効率は中程度から低下します。排ガス温度は高くないものの、排ガス流量が多く、製品で利用されないエネルギー損失が大きくなります。
全体的な効率差を評価するのは困難ですが、図2に示した数値を指標として参照できます。天然ガス燃焼で適正かつ通常の空気過剰率（10～20％）では約89～90％の効率です。一方、未燃焼物回避のため空気過剰率を50～70％に高めると効率は約85～86％に低下します。
空気過剰率が80～100％の場合、効率は80～83％程度となります。このことから、間接加熱に比べて5～8％の効率差があると考えるのが妥当です。
図2．所定の熱交換面積に対する空気過剰率別効率
あまり一般的ではありませんが、空気過剰率を低くする方法もあります。しかし、この燃焼方法はエネルギー効率の観点からさらに悪影響を及ぼします。
具体的には、低空気過剰率は高い炎温度（表1参照）と、燃焼ガス流速の低下による熱伝達係数の低下を意味します。
結果として、排ガス温度が非常に高くなり、エネルギー効率は満足できない水準になります。
空気過剰率 (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 炎温度 (ºC) 1545 1465 1400 1335 1270 1205 1140 1075 1010 945 880 表1．天然ガス燃焼における空気過剰率と炎温度の関係
明らかに、低空気過剰率での高い炎温度と低燃焼ガス流量は間接加熱でも生じます。しかし、直接加熱の大きな利点である省スペースが逆効果になります。熱交換面積を大きくできないため、機器が大きくなってしまい、大きな欠点となります。
そのため、炎温度が高い場合、この熱交換面積では十分にエネルギーを吸収できず、排ガス温度が上昇し、エネルギー効率が低下します。
一方、ボイラーでは適切な熱交換面積が確保されており、燃焼ガスの温度は適度で効率は十分です。
さらに、先述の通り、この運転方法は未燃焼燃料のリスクが高まり、エネルギー効率低下を招きます。
メンテナンスは重要な課題です。
ガスバーナー自体は大規模なメンテナンスを必要としませんが、多数のバーナーが設置されている（通常RAME機械の各セクションに1基のバーナー）ため、故障リスクが増え、適切な燃焼と調整が求められます。これが生産の信頼性や製品品質に直接影響します。
また、生地や工程条件の変更がある場合、バーナー燃焼パラメータの再調整が推奨されますが、これはしばしば見過ごされ、最終製品の品質に悪影響を及ぼします。さらにメンテナンスはRAME機械内部の設備を対象とするため、大半の作業で生産停止が必要です。
信頼でき安定したガス燃料の供給が必須です。
現在、多くの場所でガス供給が整備されていますが、一部の国や都市部以外の地域では問題となる場合があります。
個別設備でのプロパンやブタンガス利用は燃料費が高く、あまり適切な代替とはなりません。
製品の黄変（イエローイング）の可能性があります。
天然ガス燃焼ではNOxが発生し、繊維と反応して黄変を引き起こす恐れがあります。これを防止するには低NOxバーナーの使用や精密な調整が必要であり、設備導入コストが増加し、メンテナンスの負担も増大します。
経済的利点
熱輸送用配管設備が不要なため、導入コストが低いです。
経済的欠点
生産設備（RAME機械）の配置によってはガス配管の設置が複雑かつ高コストになる場合があります。
熱流体による間接加熱
図3は、その動作スキームを示しています。
熱交換器（2）では、 ボイラ（6a）から供給される熱流体は、ファン（1）によってフィルタを通して吸い込まれた空気に熱を伝達します。直接加熱方式と同様に、ダクトに配置された配管口（5）を通じて、コンベアチェーン（4）によってダクト間で搬送される生地の温度を可能な限り均一に保ちます。これらのガスの一部は再循環（7）され、大部分は排気口（3）から排出されます。
熱流体は、熱を空気中に放出した後、 一般配管網を経由してボイラに戻ります。（6b）
機械の生産ニーズに応じて、様々なレベルでの再循環を可能にする複数の「バイパス」があります。
図3.熱流体による間接加熱式RAMEマシン
1.- 給気/再循環ファン
2.- 熱流体/空気交換器
3.- 排気口
4.- コンベアチェーン
5.- ガス配管口
6a- 熱流体配管システムへの接続。ボイラからの流体供給口
6b- 熱流体配管システムへの接続。ボイラへの戻り
7.- ガスの再循環
間接加熱の利点と欠点
技術的利点
操作の柔軟性。織物の種類や工程の変更が即時に可能であり、バーナーの燃焼パラメータを調整せずとも要求される結果を迅速に得られます。
メンテナンスが少なく、機械外の少数の主要コンポーネントに完全に集中しています。連続運転の場合、これらのコンポーネントにはスタンバイの代替品を用意でき、生産停止を回避できます。
補助燃料の利用。天然ガスの供給が不安定な場合のみならず、生産を確保するために補助燃料が必要となる可能性があります。
技術的欠点
運転開始までの時間。
この欠点は連続運転を行わない機器に限られ、機械が生産していない時でも設備内の温度を適度に維持することで最小化可能です。
適切に断熱された設備であれば、この運用方式に伴うエネルギーロスは最小限に抑えられます。
経済的利点
メンテナンスの低減、生産に影響しない停止時間、重要コンポーネント数の削減などにより、運用コストが低いです。
経済的欠点
直接加熱方式に比べて導入コストが高くなります。
ただし、この点には注意が必要で、低NOxバーナーや燃焼ガス熱回収など直接加熱方式の一部オプションは、より高額な投資を伴う場合があります。
結論
上記の内容を踏まえ、当社は直接加熱式設備は、RAMEマシンの台数が多すぎず、非連続運転であり、生地や工程の特性に変化が少なく、ガス供給が安定した生産に適していると考えます。
これにより、以下の欠点を最小限に抑えます。多くのバーナーのメンテナンス、またこれらの作業による停止は、設備が停止している時間帯に実施可能です。ガス設備は機械台数が少ない場合には小規模になるため、導入コストが適度な水準に抑えられます。これは間違いなく最大のメリットです。
一方、当社は、熱流体による間接加熱設備は、メンテナンスや調整のために停止することなく生産を確保することができるので、多数のRAMEマシンを稼働させ、中断のない生産（16/24時間の連続運転）による大容量の生産プロセスに最も適していると考えます。生地の種類による機器の変更はほぼ即時的に行え、設備が常に稼働しているので、起動の遅延もありません。これは、エネルギー効率の向上、メンテナンスの低減および外部化などの利点を最大化します。
別表2に、本研究で示した内容の要約を掲載しています。
| ガスバーナーによる 直接加熱 | 熱媒体による 間接加熱 | ||
| 利点 (+) | 経済的 | 導入コスト | 運用コスト |
| 技術的 | 省スペース 迅速な運転開始 | メンテナンス 連続運転 エネルギー効率 柔軟な運用 | |
| 欠点 (-) | 経済的 | オプション
| 導入コスト |
| 技術的 | メンテナンス エネルギー効率 黄変の可能性 ガス供給依存 | 非連続設備での運転開始時間 | |
| 適用例 | 少数のRAME機械 非連続運転 織物条件の変動なし | 大量生産 連続運転 | |
表2.各システムの利点と欠点の要約
