ヤンマー、工場廃熱から電気をつくる「熱電発電システム」実用化へ

ヤンマーホールディングスは、工場などで排出される高温ガスから熱エネルギーを回収し“CO2フリー”で発電する、独自の熱交換技術を活用した熱電発電システムを開発。事業性実証試験を経て、グループ会社のヤンマーeスターで商品化をめざすと1月24日に発表した。

熱電発電システムのCGイメージ

ヤンマー独自のサーモサイフォン式熱交換器を用いた技術により、熱電モジュールの均等かつ高密度な加熱を可能とし、高出力化を追求。350度以上の多様なガス熱源に対応でき、省スペースで複数台設置が簡易にできることから、幅広い用途に適用できるシステムとアピールしている。年間CO2排出量を約30t削減可能で、環境負荷低減にも寄与するという(発電ユニット4台で構成されるシステムに対する削減量)。東京ビッグサイトで開催される「ENEX2025 第49回地球環境とエネルギーの調和展」(会期：1月29日～31日)に、実機を出展予定。

同システムで採用したサーモサイフォン方式は、熱媒体の一部分が加熱されて沸騰し、別の一部分が冷却され凝縮することによって、自然に循環する現象(サーモサイフォン)を利用し、廃熱から熱電モジュールへ熱エネルギーを輸送する技術のことを指す。

熱電発電システムの動作原理

工場などで排出される350度～800度の高温ガスから発電でき、熱利用のニーズに対しては温水供給も可能。回収した廃熱は、熱電モジュールで直流電力へ直接変換するため、可動部がなく騒音・振動もないとのこと。発電出力はAC 9.5kW。

設置については、排ガスダクトにボルト固定して据え付けるだけで完了し、冷却水供給と電気配線工事のみで利用できる施工性を追求。連結も可能で、顧客のニーズに合わせた柔軟な容量対応も可能にした。熱電モジュールに加わるストレスを最小限にすることで、10年以上の寿命が期待されるという。

外形寸法は510×1,975×886mm(幅×奥行き×高さ)×4台、重量は130kg×4台。冷却水の温度は25度で、流量は224L/分。なお、上記数値は発電ユニット4台で構成されるシステムに対するもので、発電ユニットは1台からでも導入可能とのこと。

kW級システムの事業性実証試験の様子

エネルギー変換分野では、カーボンニュートラル社会の実現に向けた未利用熱エネルギーの有効活用が選択肢の一つとして注目を集めており、特に熱利用よりも使い勝手が良い電力利用が重要視されている。

エネルギー使用量の大きい大規模工場などにおいては、工場廃熱を利用したkW級の自家発電が求められる一方、システムの耐久性や設置性を同時に成立することが課題となっていた。ヤンマーでは、社会的・経済的に最適な廃熱の有効活用を提案することで、顧客の課題解決に寄与するとしている。

なお同社ではENEX2025において、上記システムの実機展示のほかに、廃熱から電力を生み出す発電システムとして、80〜95度と比較的低い排温水に対応する「廃熱発電システム」のパネル展示や、ヤンマーエネルギーシステムの「マイクロコージェネレーションシステム」とパナソニック空質空調社の業務用空調機「吸収冷凍機」を連携し、発電時の廃熱を空調の冷媒として活用する廃熱ソリューションなどを提案する。