排気吸収式冷凍機

2.1 動作原理

排気ガス吸収式チラー（LiBr吸収式冷凍機、または排ガス吸収式チラー／ヒーターとも呼ばれる）は、高温排ガス（300～600℃）の熱エネルギーを利用して冷却または加熱を行うシステムです。循環作動媒体は臭化リチウム水溶液（LiBr）です。LiBrは吸収剤として、水は冷媒として機能します。

システムは主に、HTG、LTG、凝縮器、蒸発器、吸収器、HT熱交換器、LT熱交換器、自動空気パージシステム、真空ポンプ、キャンドポンプなどで構成されています。

加熱原理：蒸発器内の冷媒水は、熱伝導チューブの表面から蒸発します。冷水の熱がチューブから奪われると、水温が低下し、冷却量が生成されます。蒸発器から蒸発した冷媒蒸気は、吸収器内の混合溶液に吸収され、溶液を希釈します。次に、吸収器内の希釈溶液は溶液ポンプによってLT熱交換器に送られ、そこで溶液の流れが2つのルートに分岐します。1つはHT熱交換器を経由してHTGに送られ、HT排気によって加熱されて冷媒蒸気が生成され、溶液はHT濃縮溶液になります。溶液のもう1つの部分はLTGに送られ、HTGからの冷媒蒸気によって加熱されます。冷媒蒸気が生成された後、溶液はLT濃縮溶液になります。HT熱交換器内のHT濃縮溶液は、濃縮溶液と合流して混合溶液を形成する前に熱を放出します。混合溶液は低温熱交換器で放熱し、吸収器に入ると、蒸発器から冷媒蒸気を吸収して希釈溶液となり、次のサイクルに入ります。高温熱交換器（HTG）で生成された冷媒蒸気/水は凝縮器で冷却され、冷媒水に変換されます。この冷媒水は絞り弁によってさらに減圧されます。減圧された冷媒水は蒸発器に送られ、そこで蒸発して冷凍用途に使用され、次のサイクルが始まります。

加熱原理：そのため、循環冷却水の流れは停止します。吸収器内の希釈溶液は、溶液ポンプによって低温熱交換器と高温熱交換器を経由して高温ガスタービン（HTG）に送られ、高温排気によって加熱され、冷媒蒸気が生成されます。冷媒蒸気は蒸発器と吸収器に直接送られ、蒸発器内の水（加熱媒体として機能する水）を加熱して温水にします。加熱プロセスが完了すると、冷媒蒸気は凝縮して冷媒水になります。冷媒蒸気を放出するHTG内の希釈溶液は凝縮されて濃縮溶液となり、吸収器に入り、冷媒水と混合して希釈溶液を生成します。その後、希釈溶液は溶液ポンプによって次のサイクルに送られます。

前述のサイクルが繰り返し発生し、連続的な加熱プロセスが形成されます。

2.3主なコンポーネントと機能

1. ジェネレータ

生成関数:発電機は、チラー熱源は発生器に入り、希釈された臭化リチウム溶液を加熱します。希釈溶液中の水分は冷媒蒸気となって蒸発し、凝縮器に入ります。一方、希釈溶液は濃縮されて濃厚溶液となります。

シェル・アンド・チューブ構造を特徴とする本発電機は、伝熱管、管板、支持板、シェル、蒸気室、水室、バッフル板で構成されています。ヒートポンプシステム内で最も圧力の高い容器であるため、発電機内部の真空度はほぼゼロ（微小負圧）に保たれています。

2. コンデンサー

コンデンサー機能:凝縮器は発熱ユニットです。発電機から排出された冷媒蒸気が凝縮器に入り、給湯水を高温に加熱します。これにより加熱効果が得られます。冷媒蒸気は給湯水を加熱した後、冷媒蒸気として凝縮し、蒸発器に入ります。

凝縮器はシェル・アンド・チューブ構造を特徴とし、伝熱管、管板、支持板、シェル、貯水タンク、水室で構成されています。通常、凝縮器と発電機は配管で直接接続されるため、基本的に同じ圧力になります。

3. 蒸発器

蒸発器機能:蒸発器は廃熱回収装置です。凝縮器から排出された冷媒水は伝熱管の表面で蒸発し、管内のCHW（凝縮水）の熱を奪って冷却します。これにより廃熱が回収されます。伝熱管の表面から蒸発した冷媒蒸気は吸収器に入ります。

シェル・アンド・チューブ構造を採用した蒸発器は、伝熱管、管板、支持板、シェル、バッフル板、ドリップトレイ、スプリンクラー、水室で構成されています。蒸発器の作動圧力は、発電機圧力の約1/10です。

4. アブソーバー

吸収機能:吸収器は発熱ユニットです。蒸発器から出た冷媒蒸気は吸収器に入り、濃縮溶液に吸収されます。濃縮溶液は希釈溶液となり、ポンプで次のサイクルに送られます。冷媒蒸気が濃縮溶液に吸収される際に、大量の吸収熱が発生し、給湯水を高温に加熱します。こうして加熱効果が得られます。

吸収器はシェル・アンド・チューブ構造を特徴とし、伝熱管、管板、支持板、シェル、パージ管、噴霧器、水室で構成されています。吸収器はヒートポンプシステム内で最も圧力が低い容器であり、非凝縮性空気の影響を最も受けます。

5. 熱交換器

熱交換器機能:熱交換器は、臭化リチウム溶液の熱を回収するための廃熱回収装置です。濃縮溶液の熱は熱交換器によって希釈溶液に伝達され、熱効率が向上します。

プレート構造を採用した熱交換器は熱効率が高く、省エネ効果に優れています。

6. 自動エアパージシステム

システム機能:エアパージシステムは、ヒートポンプ内の非凝縮性空気を排出し、高真空状態を維持します。運転中は、希釈溶液が高速で流れ、エジェクターノズルの周囲に局所的な低圧領域を形成します。これにより、非凝縮性空気がヒートポンプから排出されます。このシステムはヒートポンプと同時に作動します。ヒートポンプの運転中は、自動システムが内部の高真空を維持し、システム性能と耐用年数の最大化を保証します。

エアパージシステムは、エジェクタ、クーラ、オイルトラップ、エアシリンダ、バルブから構成されるシステムです。

7.ソリューションポンプ

溶液ポンプは、LiBr 溶液を送出するとともに、ヒートポンプ内の液体作動媒体の正常な流れを確保するために使用されます。

ソリューションポンプは、液漏れゼロ、低騒音、高防爆性能、最小限のメンテナンス、長寿命を特徴とする全密閉型缶入り遠心ポンプです。

8. 冷媒ポンプ

冷媒ポンプは冷媒水を送出する目的で使用され、蒸発器への冷媒水の正常な噴霧を確実にします。

冷媒ポンプは、液漏れゼロ、低騒音、高防爆性能、最小限のメンテナンス、長寿命を特徴とする全密閉型缶入り遠心ポンプです。

9. 真空ポンプ

真空ポンプは起動時の真空引きと運転時のエア抜きに使用します。

真空ポンプは回転式ベーンホイールを備えています。その性能の決め手は真空オイル管理です。オイルの乳化を防ぐことで、エアパージ性能に明らかにプラスの影響を与え、寿命を延ばします。

10.電気キャビネット

LiBr ヒートポンプの制御センターである電気キャビネットには、主要な制御装置と電気部品が収納されています。