吸収冷温水機/冷凍機の仕組み
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吸収冷温水機/冷凍機とは?
「蒸発」・「吸収」・「再生」・「凝縮」の4つ作用を経て、冷房する機器です。
特定フロンや代替フロンを使用せず、「水」を冷媒とした環境にやさしい空調システムです。
また、吸収式は多様な熱エネルギーを利用できるため、コージェネレーションシステムの廃熱を利用して空調を行うジェネリンクというものもあり、さらなる省エネ・省CO2を実現します。
吸収冷温水機/冷凍機は、ナチュラルチラーとも呼ばれています。
吸収冷温水機と吸収冷凍機のちがい
吸収冷温水機はその名の通り、冷水と温水を発生させます。
吸収冷凍機は、冷水のみを発生させるものを指します。冷やす原理に、違いはありません。
「燃やして冷やす」不思議 ⁈
燃やすと熱くなるのが普通ですが、燃やして冷えるのがこの機器の不思議なところです。
打ち水をすると涼しくなるのと同じように、内部では水が蒸発する時に周りの熱をうばう作用を利用して冷水をつくっています。そして、この作用を利用して冷水を冷やし続けるためには「燃やす」が不可欠なのです。
それでは、下の図で吸収式の原理を確認してみましょう!
原理
※実際には塩水によく似た性質を持つ臭化リチウム水溶液を用いています。
サイクルのステップ
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STEP 01
蒸発器 ~冷水をつくる~
容器内で水を散布します。
容器内は真空なので、水は約5℃で蒸発します。
この蒸発の際に、冷房装置(室内機)とつながった水から熱をうばうことで冷水がつくられます。
ここで発生した水蒸気は、吸収器に移動します。 -
STEP 02
吸収器 ~水蒸気を回収~
蒸発器から移動してきた水蒸気を、濃い塩水で吸い取ります。
水蒸気を吸収して薄くなった塩水は、水蒸気を吸い取る能力を失い、再生器に送られます。 -
STEP 03
再生器 ~燃やして回復~
薄くなった塩水を加熱して水分を飛ばし、濃い塩水に戻します。
塩水は濃い状態に戻ることで、水蒸気を吸い取る能力を回復させます。
この時の加熱源に燃料や廃熱等が使われます。濃くなった塩水は吸収器に送られます。
加熱により発生した水蒸気は、凝縮器に移動します。 -
STEP 04
凝縮器 ~水を再生~
再生器から移動してきた水蒸気を、クーリングタワーから送られてきた冷却水で冷やして水に戻します。その後水は蒸発器に送られます。
もっと知りたい!
吸収冷温水機は真空が命
吸収冷温水機は、水が蒸発する時に周りから熱(気化熱)を奪う原理を利用して冷たい水をつくり出しています。
通常、水は大気圧(101.3kPa)のもとでは100℃で沸騰します。しかし、圧力が低い真空の状態になると、もっと低い温度でも沸騰するようになります。たとえば、標高の高い山でお湯を沸かすと、100℃より低い温度で沸騰するのは、このためです。
吸収冷温水機の内部は0.7~0.8 kPaという非常に低い圧力(真空状態)に保たれています。この状態では、水(冷媒)は5℃という低い温度でも蒸発することができます。そして蒸発するときに冷水から熱を奪うことで、7℃の冷たい水をつくり出しているのです。
もし、機械内部の圧力が上昇すると...
水(冷媒)の沸点が上がり5℃で蒸発できなくなるため、冷水から熱を十分に奪えなくなります。その結果、7℃の冷水をつくることができなくなってしまいます。
つまり、吸収冷温水機はしっかりと真空状態を保つことがとても重要であり、まさに「真空が命」といえるのです。
吸収冷温水機の血液
吸収冷温水機の内部では、水(冷媒)の他に「臭化リチウム水溶液(吸収液)」が循環しています。
これは、人の体の中を流れる血液のような、とても大切な存在です。
この臭化リチウム水溶液には、「水分を吸い取る性質(吸湿性)」があります。この性質を利用して蒸発器で蒸発した水(冷媒)の蒸気を吸い取ります。これにより、蒸発器の圧力が保たれ、水がスムーズに蒸発し続け、安定して冷たい水をつくることができます。
ただし、この吸収液には注意が必要な点もあります。金属を傷めてしまう「腐食性」や、条件によっては固まってしまう「結晶化」といった性質も持っているのです。そのため、液の状態をきちんと管理したり、機器内部の真空状態をしっかり保ったりすることがとても重要になります。
人も健康管理を怠ると血液の流れが悪くなって体調を崩してしまいますが、それと同じように、吸収冷温水機もこの「吸収液の管理」がとても大切です。まさに臭化リチウム水溶液は、吸収冷温水機にとっての血液のような存在なのです。
よく使われる施設・用途
主にセントラル空調の熱源として、ビルや商業施設、病院、学校などの大規模空間の冷暖房で使用されます。
その他、コージェネレーションシステムでの廃熱利用や工場の生産プロセスの冷却工程などにも使用されます。
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大型ビル/商業施設
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病院・福祉施設
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学校施設
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官公庁施設
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宿泊施設
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工場(生産工程の冷却と空調)