直接燃焼による冷暖房システム

①木質ペレット直火焚き吸収式冷温水機

 化石燃料を用いた直火焚き吸収式冷温水機も多方面で採用されているが、木質ペレットを使う機種も開発され、国内各地で導入されてきつつある。イメージは右図を参照してもらいたい。

 同じ吸収冷凍サイクルでも一重効用型(図6-9)と大きく違うのは、木質ペレットを直接燃焼して加熱する高温再生器の部分と、低温再生器の部分である。高温再生器で発生した温度の高い水蒸気(冷媒)は低温再生器に導かれ自ら蒸気の凝縮潜熱によって再度吸収溶液を沸騰凝縮し冷媒を発生させる。図6-9では再生器で発生した蒸気の熱は凝縮器の冷却水に直接捨てられムダになっていたが、二重効用型では発生した蒸気が低温再生器で再度溶液を沸騰させ冷媒を発生させている。これによって冷凍効率が上昇する。

 同じ木質燃料を使うタイプでも給湯用のボイラで高温水をつくり吸収式冷温水機を駆動させるシステムでは熱利用効率を高めることが難しい。一般的なボイラーの効率が0.8で、温水型吸収式冷温水機の冷房運転効率が0.7だとすると、木質バイオマスの投入にたいする冷房出力の熱利用率は0.56にしかならない。これに対して木質ペレット直火焚き二重効用冷温水機システムではペレット燃焼効率が0.87で、冷温水機の効率は1.2ほどになので、冷温水機の冷房出力の効率は1.05になる。つまり100の投入量に対して出力は105になり、高効率で省エネ効果が大きい

②冷暖房能力仕様と木質ペレット消費量

 国産のある機種を例にとってみると、木質ペレット直火焚き二重効用吸収式冷温水機には2種類あり、冷房能力は35kw(10RT)と105kw(30RT)とあり、ともに中型業務用クラスの冷暖房機である。

 暖房能力はペレット燃焼効率のままであり、冷房能力より若干小さい。冷房運転・暖房運転の最大燃焼量はどちらも同じであり、消費量は低位発熱量を16.3Mj/kg(3,900kcal/kg)となっている。

③運転制御

 木質ペレット直火焚き二重項用吸収冷温水機はHigh、Low、OFFの3位置燃焼制御である。3位置燃焼制御にすることによって、空調の快適性の改善、着火燃料の削減、冷房・暖房の部分付加効率の改善効果が得られる。またLow燃焼のターンダウン50%、Low燃焼を低くできれば、負荷が小さくなって燃料停止しにくいため、再着荷時の化石燃料消費量が減少する。また冷温水機の部分付加効率がたかくなる。ペレットバーナーの燃焼特性から、低いターンダウンでは燃焼性から、低いターンダウンで燃焼性に問題が発生しやすいため最小燃焼量を50%としている。

③着火方式

 木質ペレットへの着火にはガスまたは灯油燃料を使用する。電気ヒーター着火では着火までの時間がかかり、速い立ち上がりが求められる業務用空調機にとっては好ましくない。またボイラーでは最初手動で着火した後は消化せず常に種火を保持している種火方式がある。この方式では迅速な立ち上がりが可能だが、亭主中高温再生器内で吸収溶液が過温され過剰凝縮される恐れがある。着火にガスまたは灯油燃料を使用すれば、上記の問題は解決され冷暖房需要の変化に即応した空調制御が可能になる。

 しかし、空調負荷が小さくなってON、OFF制御が始まると、着火燃料消費量が増大する。その為着火に必要な燃料消費量を可能な限り低く抑える工夫が重要となる。

⑤システムの概要と特徴

 下図6-12は、木質ペレット直火焚き二重項用吸収冷温水機システムの概要である。これは屋外設置式を念頭においたシステムで、

①ペレットサイロ(ペレットタンク)

②ペレット搬送装置(コンベア)

③ペレット直火焚き吸収冷温水機

④冷却塔(クーリングタワー)

⑤室内機(ファンコイルユニット)

⑥遠隔操作盤

⑦遠隔監視機器

で構成されている。吸収冷温水機と室内ファンコイルユニットは、冷温水配管で連結されており中を冷温水が循環している。また、冷却塔と吸収冷温水機とは冷却水配管で接続され、吸収冷温水機で発生した熱を冷却塔で放熱している。

⑥ペレット直火焚き吸収冷温水機の構成

 直火焚き吸収冷温水機(図6-12③)は、ペレットバーナー、二次サイロとしてのホッパー(サービスタンク)、定量供給装置、サイクロン、誘引送風機、高温再生器、灰箱で構成されている。

 ペレットバーナーでの燃焼で発生した燃焼ガスは、高温再生器で熱交換され、吸収溶液を加熱沸騰させる。その後この燃焼ガスはサイクロンで灰を分離し、吸収冷温水機上部の煙突から排出される。

 図6-12は冷房時の運転を示し、冷房時には冷却塔(図6-12④)と冷却水ポンプは運転しない。暖房の場合は吸収冷温水機で温水をつくり、室内機(ファンコイルユニット)に温水を流すことになる。

⑦遠隔操作と遠隔監視

 遠隔操作盤(図6-12⑥)では室内から運転始動・停止、冷房運転、暖房運転の切替、省エネ運転等の操作と運転監視が可能である。また遠隔監視機器(図6-12⑦)を使うと、ペレットサイロの燃料残量や灰箱の灰だまりの状態を知ることができ、ユーザーや燃料供給者にとっては便利である。更にメーカーの監視センターでは24時間顧客の冷温水機を監視し、異常を検出したら状況を判断して対処することになっている。

⑧システム機器の機種構成

 木質ペレット直火焚き吸収冷温水機は単体のほかに、直火焚き吸収冷温水機・ペレットサイロ・ペレット搬送機およびクーリングタワーがセットになったプラントタイプがある。プラントタイプは、システムに付帯設備をセット化したもので、設置スペースの最小化、搬送機器の省電力、設備設計・施工の簡素化が図られている。

⑨ペレット直火焚きシステムの運転

 冷暖房運転に伴う日常管理と作業にはペレット燃料の補充と灰出し作業が必要になる

ペレット燃料の補充

 ペレットサイロ内のペレットが少なくなるとレベルセンサーによって感知され、遠隔操作盤に警報表示とともにブザーが鳴る。ペレットの不足情報は、機外に設置した遠隔監視から監視センターを通して使用者やペレット事業者などの関係者のパソコンあるいは携帯電話にメールが入る仕組みになっている。連絡を受けペレット事業者がペレットを供給することになる。

灰出し作業

 灰を貯める箇所は、高温再生器の燃焼室後の灰箱と燃焼室前の灰箱、サイクロン灰箱の3ヶ所である。このうち日常的に灰を取り出す場所は、高温再生器燃焼室後の灰箱である。灰出し頻度はペレットの灰分率にもよるが、最大燃焼条件で1周間に1回(約70時間)ごとに行うように灰箱容量を設定している。また、この時間は木質ペレットのサイロ投入作業者が灰の取り出し作業を行うことも想定しており、冷温水機が運転中であっても灰出しが可能である。灰出しは手作業によるものと、自動で灰貯め容量の大きい缶に排出する装置がある。

豊岡市の 木質ペレット焚き吸収冷温水機        右写真⇒⇒

木質ペレット焚き吸収冷温水器(冷暖房器)

2013年夏より豊岡市役所改修新築工事の終了にあわせて木質ペレット焚き吸収冷温水機(冷暖房機)の稼動が電気式の空調設備の補助機として導入されました。

 豊岡市では、バイオマスタウン構想の一環、未利用間伐の利活用、資源の有効活用から全木ペレット」を推奨し、弊社豊岡ペレットでも「全木ペレット」を生産しています。

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