【NPO法人地中熱利用促進協会20周年記念特集】
地中熱を中心とした再生可能エネルギー熱利用システムのコンサルティングや資機材販売を手掛けているジオシステム株式会社（東京都練馬区関町北3-39−17、高杉真司社長）では、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）事業における研究開発で、工場排水や温泉水などの流水（流れる水）が持つ再生可能エネルギー熱の利用に特化した樹脂製投げ込み式熱交換ユニット（商品名：G-HEX）を開発し、商品化して各所で実績を伸ばしています。
◆NEDO事業で開発したメンテナンス性に優れた熱交換ユニット◆
昨今、2050年脱炭素化に向けてエネルギー利用効率の向上に向けて熱の効率的な利用が重要と認識されており、再生可能エネルギー熱が重要な役割を果たす可能性があると位置付けられています 。しかしながら、再生可能エネルギー熱利用は、導入コストや運用コストの高さが課題となり、まだ、十分に普及していません。
こうした中、工場排水や温泉水などの流水（流れる水）は比較的利用しやすい再生可能エネルギー熱として期待されていますが、さまざまな異物な異物やスケールを生じる化学成分やスケールを生じる化学成分が含まれる可能性が高いことが課題となっています。このため、腐食に強く、メンテナンスが容易な樹脂製投げ込み式熱交換器の使用が適していますが、従来の樹脂製投げ込み式熱交換器は、熱交換性能が低いことなどから投資対効果が合わないことが多く、結果的に利用可能な流水の条件が限られ、熱利用が進んでいない状況です。
このような状況を踏まえて同社が開発したのが、熱交換ユニット「G-HEX」です。この「G-HEX」は、地下に埋設して地中熱を利用する形で活用をされてきた「G-カーペット」を水熱交換器として効果的に活用できるよう数年前のNEDOの研究開発を通じて研究開発・実証したもので、現状でも世界唯一の水熱交換器として使用されるようになりました。
◆既存熱交換器に比べ圧力損失約1/10にし、循環水ポンプなど運用コスト8割低減◆
従来の樹脂製投げ込み式熱交換器は100m以上の長い単管で構成されているため圧力損失が大きく、循環水用のポンプの循環水用のポンプの動力が大きくなる動力が大きくなるという課題がありました。
開発した熱交換ユニット「G-HEX」は、外径6mm、長さ3.8mの高密度ポリエチレン管117本で構成される柔軟性のあるシート状の熱交換器を採用していることで、従来の従来の樹脂製投げ込み式熱交換器と比べて圧力損失は約1/10にし、循環水ポンプ、循環水ポンプ動力に関わる運用コストを80％低減することができました。
また、水に空気を吹き込む技術（エアーレーション機構）を搭載することで熱交換の機能を大幅に向上しており、同じ内外温度差条件（内外温度差条件5℃）で、熱交換性能は11.3kW（エアレーション有）/5.5kW（エアーレーション無）と、従来の同目的の樹脂製投げ込み式熱交換器込み式熱交換器2.2kWに比べて5倍と高性能を確認しています。
熱交換性能が高まったことで単位熱交換能力あたりの費用を従来の樹脂製投げ込み式熱交換器の約込み式熱交換器の約1/2に低減を実現し、工場排水などの流水からの安価な熱回収を実現した点が大きなポイントになっています。
形状も「タンク式熱交換ユニット」や「バスケット型熱交換ユニット」、「平板式熱交換ユニット」などを用意し、場所の条件や用途等に応じて選ぶことが可能になっています。
◆バナナ園の栽培ハウス、工場廃水の排熱回収など広がる活躍の場◆
「G-HEX」は様々な施設で導入されるようになっていますが、具体的にはこれまでに、福島県広野市におけるバナナ園の栽培ハウス（https://geovalue-plus.themedia.jp/posts/36168197 ）におけるオープンループ方式の熱交換器として活用されているほか、長野市の給食センターにおける温廃水の廃熱利用によるパッシブ方式融雪にも利用されています。
また、NEDOのベトナム事業（https://geovalue-plus.themedia.jp/posts/45507586 ）では、工場の廃熱回収に実際に利用されるなど活躍の幅が広がりつつあります。
熱源となる井戸水や温泉廃水、工場排水等があれば建物の冷暖房はもちろん、ハウス栽培の加温・冷却融雪など幅広い分野で使用できる「G-HEX」は今後、さらに近年注目を集めている陸上養殖等での利用などでの利用も期待でき、展開が注目されそうです。
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