「加熱設備を更新すると、どのくらいコストを削減できるの？」「ヒーターの電気代や生産能力の改善効果を金額で比較したい」とお考えではありませんか？
加熱設備の更新を検討する際、気になるのが投資対効果（ROI）です。設備の導入費用だけでなく、消費電力や加熱時間、作業工数などを総合的に評価することで、投資の妥当性を判断しやすくなります。
本記事では、加熱設備のROIを構成する要素や具体的な計算方法を解説します。 熱風加熱から遠赤外線加熱に変更した場合の試算例も紹介しますので、設備更新を検討する際の参考にしてください。
例えば、設備Aは300万円、設備Bは500万円だったとします。初期費用では設備Aが有利ですが、設備Bの方が消費電力や作業工数を削減できるのであれば、長期的には設備Bの方が経済的になる可能性があります。
このように、設備投資では購入価格だけでなく、導入後の運用コストも含めて評価することが大切です。
そこで役立つのが、投資対効果を示す「ROI」という考え方です。ROIは投資額に対してどの程度の利益や経済的効果が得られるかを示す指標で、設備更新の判断材料になります。
加熱設備のROI（投資対効果）を評価する際は、設備の導入費用だけでなく、運用コストや生産性への影響も考慮する必要があります。主に確認したいのは、次の4つの要素です。
| 要素 | 確認する内容 |
| 電力コスト | ヒーターの消費電力、加熱時間、稼働日数などによって決まる年間電気代 |
| 生産能力・処理時間 | 加熱時間の短縮によって増加する処理数量や、設備稼働時間の削減効果 |
| 作業工数・人件費 | ワークの搬入出、段取り替え、待機などにかかる作業時間と人件費 |
| 設備スペース・周辺設備 | 加熱炉の設置スペースや、排気設備・搬送装置などの周辺設備にかかるコスト |
例えば、ヒーターの消費電力を削減できれば、年間電気代の削減につながります。加熱時間を短縮できれば、同じ稼働時間でより多くの製品を処理したり、設備の運転時間を減らしたりできる可能性があります。
一方、生産能力の向上が必ずしも売上増加につながるわけではありません。 追加生産分の受注があるか、前後工程に余力があるかなども確認する必要があります。同様に、作業時間を短縮しても、実際に残業時間や必要人員を減らせなければ、人件費の削減には直結しません。
このように、加熱設備のROIを計算する際は、4つの要素を整理したうえで、実際に削減できるコストと、生産性向上によって期待できる効果を分けて評価することが大切です。
加熱炉の省エネ効果を試算するには、まず現在の年間電力量を把握しましょう。計算に必要な項目は次の5つです。
| 項目 | 内容 |
| 定格電力（kW） | 設備全体の定格消費電力 |
| 平均負荷率 | 定格電力に対する平均消費電力の割合 |
| 1日の運転時間 | 加熱設備を使用する時間 |
| 年間稼働日数 | 1年間で設備を運転する日数 |
| 電力単価 | 1kWhあたりの電力量料金 |
年間電力コストは、次の2つの計算式で求められます。
①年間電力量（kWh）＝定格電力（kW）×平均負荷率×1日の運転時間（h）×年間稼働日数（日）
②年間電気代（円）＝年間電力量（kWh）×電力単価（円/kWh）
試しに次の条件で計算してみましょう。
まず、年間電力量を計算します。
30kW×0.7×8時間×240日＝40,320kWh
次に、年間電気代を計算します。
40,320kWh×25円＝1,008,000円／年
この条件では、年間の電力量料金は約101万円となります。
なお、平均負荷率は温度制御によるヒーター出力の変動などを考慮した値です。実際の消費電力量は運転条件によって異なるため、可能であれば電力計などを用いて実測することが望ましいでしょう。
また、実際の電気料金には基本料金や燃料費調整額なども含まれます。設備更新によって最大需要電力が変化すると、契約電力に影響する場合もあるため、上記の計算は電力量料金の概算として活用してください。
加熱設備の更新によって処理時間を短縮できれば、電力コストの削減や生産能力の向上が期待できます。加熱時間短縮による効果は、主に次の2つに分けられます。
| 改善効果 | 内容 |
| 設備稼働時間の短縮 | 同じ生産数を維持しながら設備の運転時間を減らし、電力コストを削減する |
| 生産能力の向上 | 同じ稼働時間で処理できる数量を増やし、生産性を高める |
例えば、1ロットあたりの加熱時間を40分から30分に短縮できた場合を考えてみましょう。
1日12ロットを処理する場合、加熱に必要な時間は480分から360分となり、1日あたり120分（2時間）の短縮になります。短縮した時間だけ設備の運転を停止できれば、電力コストの削減につながります。
一方、設備の稼働時間を8時間のまま維持した場合、理論上の処理能力は12ロットから16ロットに増加します。つまり、加熱時間を25％短縮することで、処理能力は約33％向上する計算です。
ただし、これらは加熱時間のみを考慮した試算です。実際にはワークの搬入出や段取り替え、前後工程の処理能力なども影響します。
そのため、加熱設備のROIを評価する際は、設備稼働時間の短縮によるコスト削減と、生産能力の向上による増産効果を分けて考えることが大切です。
加熱時間の短縮によって生産能力が向上した場合、その効果を金額に換算することで、設備投資の判断材料になります。まずは、次の3つの項目を確認しましょう。
| 項目 | 確認する内容 |
| 1時間あたりの生産数 | 設備更新前後で処理できる製品の数量 |
| 年間生産時間 | 1年間で実際に生産を行う時間 |
| 製品1個あたりの利益 | 製品を追加で1個販売した場合に得られる利益 |
ここで重要なのが、製品を追加で販売したときに、会社の利益がどのくらい増えるかという考え方です。例えば、販売価格が10,000円の製品でも、材料費や外注加工費などに6,000円かかる場合、残る利益は4,000円です。
このように、販売価格から材料費などの変動費を差し引いた利益を「限界利益」と呼びます。 工場の家賃や固定給など、生産数量が増えても変わらない固定費は、この計算では差し引きません。
増産による追加利益は、次の式で概算できます。
年間追加利益＝年間追加販売数量×製品1個あたりの限界利益
例えば、加熱設備の更新によって年間2,000個の増産が可能となり、1個あたりの限界利益が500円であれば、年間100万円の利益改善が期待できます。
ただし、生産能力が向上しても、追加生産分を販売できなければ利益は増えません。 また、前後工程の処理能力に余裕があるか、増産に伴って人件費などの追加費用が発生しないかも確認する必要があります。
そのため、ROIを計算する際は、理論上の増産能力だけでなく、実際に販売できる数量をもとに評価することが重要です。
加熱工程の作業時間を短縮できれば、人件費の削減効果も試算できます。計算式は次のとおりです。
年間人件費削減＝削減時間×時間単価×年間稼働日数
例えば、搬入出や段取り作業を1日30分短縮でき、作業者の時間単価が2,500円、年間稼働日数が240日の場合を考えます。
0.5時間×2,500円×240日＝300,000円／年
年間30万円相当の作業工数を削減できる計算です。
ただし、実際の人件費削減額として計上するのは、残業削減などによって支出を減らせる場合です。短縮した時間を別の作業に活用する場合は、人件費削減ではなく、作業効率の改善効果として評価しましょう。
設備投資の妥当性を判断する指標の一つが、投資回収期間であり、計算式は次のとおりです。
回収年数＝設備投資額÷年間改善額
例えば、設備投資額が400万円で、年間の改善額が100万円の場合、回収期間は4年となります。年間改善額には、電力コスト削減や人件費削減などを合算します。
ただし、保守費用の増加などがある場合は、その分を差し引く必要があります。
投資回収期間は簡易的な指標であり、設備の耐用年数や将来の収益変動などを十分に反映できない点にも注意しましょう。
ここでは、既存の熱風加熱設備を遠赤外線加熱設備へ変更するケースを想定し、投資回収期間を試算します。（以下は計算方法を説明するための仮定であり、実際の導入効果を保証するものではありません。）
| 比較項目 | Before：熱風加熱 | After：遠赤外線加熱 |
| 1ロットの加熱時間 | 40分 | 30分 |
| 定格電力 | 30kW | 20kW |
| 平均負荷率 | 70％ | 70％ |
| 1日の設備稼働時間 | 8時間 | 6時間 |
| 1日の搬入出等の作業時間 | 2時間 | 1.5時間 |
| 年間稼働日数 | 240日 | 240日 |
電力単価を25円／kWh、作業者の時間単価を2,500円として計算すると、年間の改善効果は次のようになります。
| 改善項目 | 年間改善額 |
| 電力コストの削減 | 504,000円 |
| 作業工数の削減 | 300,000円 |
| 年間改善額の合計 | 804,000円 |
電力コストは、設備の定格電力と稼働時間が減少することで、年間約50万円の削減が見込まれます。また、搬入出などの作業時間が1日30分短縮されることで、年間30万円相当の作業工数を削減できる計算です。
ここで、設備投資額を400万円とすると、年間約80万円の改善効果によって、投資回収期間は約5年となります。
ただし、この試算は削減した作業工数が実際の人件費削減につながることを前提としています。作業時間の短縮が人件費の削減につながらない場合は、電力コストの削減効果のみでの評価が必要です。
また、実際の投資回収期間は設備条件やワークの材質、加熱品質などによって異なるため、設備更新前に十分な検証を行いましょう。
加熱設備のROIを計算する際は、実際に削減できるコストと、増産によって期待できる追加利益を分けて評価することが重要です。設備投資の効果は、主に次の2つの考え方で整理できます。
| 評価方法 | 対象となる改善効果 |
| 保守的ROI | 電力コストや残業代など、実際に支出を減らせる項目を中心に評価 |
| 拡張ROI | コスト削減に加えて、増産による追加利益も含めて評価 |
例えば、前述の試算では、年間の電力コスト削減額が約50万円、作業工数の削減効果が30万円となり、合計で約80万円の改善効果が見込まれました。このうち、作業工数の削減が実際の人件費削減につながる場合は、年間約80万円を改善額として評価できます。
一方、加熱時間の短縮によって生産能力が向上し、年間100万円の追加利益を得られる場合は、年間改善額が約180万円となり、設備投資額400万円に対する回収期間は約2.2年に短縮される計算です。
ただし、増産による追加利益は、受注量や前後工程の処理能力などに左右されます。生産能力が向上しても、必ずしも利益が増えるとは限りません。
そのため、設備投資を判断する際は、保守的な試算と増産を含む試算を分けて比較することが大切です。
加熱設備のROIを計算する際は、次の項目にも注意しましょう。
| 項目 | 確認するポイント |
| 暖機時間 | 生産開始前の昇温に必要な時間と電力 |
| 待機電力 | 生産していない時間帯の消費電力 |
| 不良率 | 加熱ムラなどによる不良品の発生 |
| 設備停止時間 | 故障や段取り替えによる停止時間 |
| メンテナンス | 部品交換や点検にかかる費用 |
例えば、定格電力が小さい設備でも、暖機時間が長ければ想定ほど電力を削減できない可能性があります。また、生産していない時間帯でもヒーターの温度を維持している場合は、待機電力が発生するため、実際の運転状況を踏まえた計算が必要です。
加熱品質の改善によって不良率を低減できれば、材料費や再加工費の削減にもつながります。一方、設備の故障やメンテナンスによる停止時間が増えれば、生産能力の低下を招くおそれがあります。
このように、加熱設備のROIを正しく評価するには、通常運転時の電力コストだけでなく、設備の稼働状況や品質、維持管理にかかる費用も含めて検討することが大切です。
設備投資の効果を正確に評価するには、現在の加熱工程を把握することが重要です。加熱時間、実際の消費電力、処理数量、作業工数などは、更新前に測定しておきましょう。
カタログに記載された定格電力だけでは、実際の電力コストを正確に比較できません。また、ヒーターの表面温度だけでなく、ワーク自体が目標温度に達するまでの時間や温度分布といった温度プロファイルも確認する必要があります。
設備更新前後で同じ条件のデータを比較することが、信頼性の高いROI評価につながります。
加熱設備の投資対効果を評価するには、電力コストだけでなく、加熱時間や生産能力、作業工数などを総合的に確認することが重要です。TPR商事では、遠赤外線ヒーターをはじめとする加熱機器を取り扱い、お客様の加熱工程に合わせた設備改善を提案しています。
