JP3451237B2

JP3451237B2 - ２段２重効用吸収冷凍機

Info

Publication number: JP3451237B2
Application number: JP2000134197A
Authority: JP
Inventors: 伸之武田
Original assignee: 株式会社日立インダストリイズ
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2003-09-29
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001317833A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍、空気調和に利
用される吸収冷凍機に係り、特に冷媒を水とし吸収剤を
塩類水溶液とした2段2重効用吸収冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の2段2重効用吸収冷凍機は、例えば
特開平7-139844号公報に記載のように、高温再生器、低
温再生器、凝縮器、第1蒸発器、第1吸収器、第2蒸発
器、第2吸収器、溶液熱交換器、溶液循環ポンプ、冷媒
ポンプを備えている。そして、第1吸収器および第2吸収
器の希溶液を、溶液熱交換器を経てそれぞれ高温再生器
と低温再生器へ平行に送り、高温再生器と低温再生器で
稀溶液を濃縮した後、溶液熱交換器を経て再び第1吸収
器と第2吸収器に戻している。これにより、2重効用吸収
冷凍サイクルが形成される。

【０００３】ここで、第2吸収器は第1吸収器よりも低圧
下で作動しており、その結果、第2蒸発器は第1蒸発器よ
りも低温の冷水またはブラインを生成する。この2段２
重効用吸収冷凍機は、通常の単段の２重効用吸収冷凍機
より低温が得られるという特徴を有している。第２蒸発
器で得られる冷水が、通常の単段の吸収冷凍機より低く
なることから、第２蒸発器内で冷媒が凍結する恐れを生
じる。そこで、第2蒸発器には水冷媒の凍結を防止する
ために吸収剤を混合した混合冷媒を使用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、吸収器と蒸
発器を２個ずつ有する２段の吸収冷凍機では、あらゆる
運転条件において、どの吸収器においても溶液切れが生
じないように、各吸収器の下部や外部に溶液を保持する
溶液タンクまたは溶液保持部を形成している。例えば、
上記特開平7-139844号公報に記載のものは、各吸収器下
部に冷媒タンクまたは混合冷媒タンクを設けている。こ
のように、各吸収器毎に冷媒タンクを設け溶液タンクに
常時溶液を保持させるようにすると、吸収冷凍機内を循
環する吸収液量の他の停留する溶液量が増大する。溶液
量が増加すると吸収剤濃度を適正にするために、冷媒保
有量も多く必要となり、冷媒タンク容積が大きくなる。
この結果、吸収冷凍機が大型化するばかりでなく、負荷
応答性が低下する。

【０００５】なお、吸収剤である塩類水溶液、例えば臭
化リチウム水溶液(LiBr水溶液)は、高濃度に濃縮された
まま冷却されると結晶固化するという性質を有してい
る。結晶固化すると、吸収冷凍機の各機器を破損する恐
れがある。特に、2段の吸収冷凍機では第2蒸発器の温度
が０℃程度まで低下するから、結晶固化を防止した吸収
冷凍機が強く望まれている。さらに、吸収液や冷媒が循
環する際に、不凝縮ガスが溶液中に残るのを抽気する必
要があるが、これを低圧側で実行すれば効率がよく、溶
液量が少ない場合には抽気効率が良い。したがって、吸
収冷凍機内の溶液量を少なくすることが望まれている。

【０００６】本発明は上記従来の技術に鑑みなされたも
のであり、その目的は2段2重効用吸収冷凍機において、
溶液の保有量を削減して小型化を図ることにある。ま
た、2段2重効用吸収冷凍機において、確実に溶液を循環
させて負荷応答性を良くすることも目的とする。なお、
これらの目的は、いずれかが達成されればよい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第1の特徴は、高温再生器、低温再生器、凝
縮器、第1蒸発器、第１の溶液タンクが下部に形成され
た第1吸収器、第2蒸発器および第２の溶液タンクが下部
に形成された第2吸収器を有し、第1吸収器内に散布され
た溶液を第２吸収器内に散布して第２蒸発器から冷熱を
取り出す２段２重効用吸収冷凍機において、第１蒸発器
と第１吸収器を同一の第１シェルで形成し、第２蒸発器
と第２吸収器とを同一の第２シェルで形成し、第１の溶
液タンクを第２の溶液タンクより下方に配置したもので
ある。

【０００８】そして、第２の溶液タンクに貯留する溶液
の液面を検出するフロート弁を設け、このフロート弁は
第１吸収器から第２吸収器に流入する溶液量を制御す
る；第２の溶液タンクに貯留する溶液の液面を検出する
フロート弁を設け、このフロート弁は第２吸収器から低
温再生器及び高温再生器へ流入する溶液流量を制御す
る；第２吸収器から低温再生器及び高温再生器へ溶液を
送る配管を有し、この配管に溶液を送液するポンプを介
在させ、このポンプの吐出側と吸込側をバイパスするバ
イパス配管を設ける；塩類水溶液が溶液であり、第２蒸
発器内を流通する冷媒が溶液を含む混合冷媒であること
が望ましい。

【０００９】上記目的を達成するための本発明の第２の
特徴は、高温再生器、低温再生器、凝縮器、第1蒸発
器、第１の溶液タンクが下部に形成された第1吸収器、
第2蒸発器および第２の溶液タンクが下部に形成された
第2吸収器を有し、第1吸収器内に散布された溶液を第２
吸収器内に散布して前記第２蒸発器から冷熱を取り出す
２段２重効用吸収冷凍機において、第１蒸発器と第１吸
収器を同一の第１シェルで形成し、第２蒸発器と第２吸
収器とを同一の第２シェルで形成し、第２吸収器内に貯
留される溶液量を検出する手段と、この検出手段が検出
した溶液量に基づいて第１吸収器から第２吸収器に流入
する溶液量と第２吸収器から低温再生器及び再生器へ流
入する溶液量の少なくともいずれか制御する制御手段を
設けたものである。そして、溶液量検出手段と制御手段
とをフロート弁が兼ねるようにしてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１な
いし図３を用いて説明する。図１は本発明にかかる2段
２重効用吸収冷凍機の系統図である。2段2重効用吸収冷
凍機は、高温再生器1A、低温低温再生器1Ｂ、凝縮器2、
第１蒸発器3A、第２蒸発器3B、第１吸収器4A、第２吸収
器4B、液熱交換器5A、5B、5Ｃ、溶液散布ポンプ6Ａ、6
B、溶液循環ポンプ6Ｃなどを配管で接続している。そし
て、冷媒と吸収液の循環経路を形成している。

【００１１】高温再生器1Aには排ガスや蒸気などが導か
れ、内部の吸収剤溶液を加熱する。その際、高温再生器
1A内に配置された伝熱面HAが、吸収剤溶液の沸騰を促進
する。同様に、低温再生器1Ｂ内にも伝熱面HBが配置さ
れており、高温再生器1Aで発生した冷媒蒸気の凝縮潜熱
を熱源として低温再生器１Ｂ内の溶液を加熱沸騰させ
る。高温再生器1Aで発生した冷媒蒸気は、低温再生器1
Ｂ内の吸収液を加熱して凝縮液化されて液冷媒になる。
その後、液冷媒は凝縮器2に導びかれる。低温再生器1Ｂ
で発生した冷媒蒸気は、凝縮器2に導びかれる。そし
て、例えば冷却塔等から送られて来た冷却水CWが内部を
流通する伝熱面で冷却され、凝縮液化されて液冷媒にな
る。

【００１２】凝縮器2で発生した液冷媒は、液冷媒導管1
0を経て第１蒸発器3Aの下部に形成された液冷媒タンク8
Aに導かれる。液冷媒タンク8Aに溜まった液冷媒は、冷
媒散布ポンプ7Aにより第1蒸発器3Aの上部に導かれ、第1
蒸発器3A内に配置された伝熱管31A上に散布される。こ
のとき、伝熱管31A内の冷熱媒体と熱交換して蒸発し、
冷媒蒸気が発生する。発生した冷媒蒸気は、第1蒸発器3
Aと第1吸収器4Aとの境界に配置されたエリミネ−タの隙
間部を経由して、第１吸収器4Aに導かれる。

【００１３】第１蒸発器3Aで液冷媒と熱交換して冷却さ
れた伝熱管31A内を流通する冷熱媒体を、後述する第2吸
収器4Ｂに導くために、循環水ポンプ27が冷熱媒体の流
路中に配設されている。エリミネータから第1吸収器4A
に流入した冷媒蒸気は、第1吸収器4A内に散布された吸
収溶液に吸収される。なお、第1吸収器4Aには、高温再
生器1A及び低温再生器1B内で濃縮された冷媒溶液が、配
管１２を経由して導かれている。

【００１４】第１蒸発器3Aで冷却された冷熱媒体は第2
吸収器4Bに導かれる。そして、第2吸収器内に配置され
た伝熱管30B内を流通する際に、第2吸収器4B内に散布さ
れた第1吸収器4Aからポンプ6Bにより導かれた吸収液と
熱交換する。その後、熱交換した冷熱媒体は再び第1蒸
発器3Aに戻される。この結果、第１蒸発器3A内の冷媒の
蒸発潜熱により、第２吸収器4B内に配置した伝熱管30B
内の冷熱媒体が冷却される。

【００１５】第1蒸発器3Ａに設けた冷媒タンク8Ａ内の
液冷媒は、冷媒散布ポンプ7Ａを経た後、その一部が流
入量制御手段としての電動弁18を経由して、第2蒸発器3
B下部に設けた混合冷媒タンク8Ｂに接続された混合冷媒
散布ポンプ7Ｂの吸込み側に導かれる。つまり、このポ
ンプ7Bの吸込み側には、第2蒸発器内で蒸発しきれなか
った混合冷媒と第1蒸発器の下部に貯留された液冷媒と
いう濃度の異なる冷媒が導かれている。そこで、流速の
速いポンプ7Ｂの吸込み側にこれらの液冷媒を導くこと
により、冷媒の混合が促進され、冷媒濃度差に起因する
濃淡電池形成、および濃淡電池による腐蝕や氷の形成を
防止できる。

【００１６】混合冷媒散布ポンプ7Bを経た液冷媒(混合
冷媒)は、第２蒸発器3B内の上部に配置された図示しな
い冷媒散布装置から第2蒸発器3B内に配置された伝熱管3
1B上に散布されて蒸発する。その際、伝熱管31B内を流
れる水またはブラインを冷却する。なお、混合冷媒タン
ク8Bの吸収剤濃度を濃度センサー24が検出し、この検出
した吸収剤濃度に基づいて図示しない制御装置が電動弁
18を制御する。また、混合冷媒タンク8Bの混合冷媒量を
液面検出手段28が検出し、検出した冷媒量に基づいて吸
収剤の補給を図示しない制御装置が指示する。具体的に
は、以下の通りである。

【００１７】適正濃度なのに液冷媒の保有量が少ないと
制御装置が判断した場合は、吸収剤が何らかの原因で流
出して不足している場合である。そこで、吸収剤を補
給するように警告表示するか、メンテナンス会社に通信
手段を介してデータを送信する。この表示または送信が
あったら、混合冷媒タンク8Ｂにメンテナンス員が吸収
剤を補給する、または、例えば後述する溶液散布ポン
プ6Aの吐出側から分岐した溶液配管を、混合冷媒散布ポ
ンプ7Ｂの吸込み側に接続する。この接続配管の途中
に、フィルター34、溶液流量制御手段36、銅イオン除去
手段35を配置する。高温再生器1Aおよび低温再生器1Bで
濃縮された濃溶液を混合冷媒タンク8Ｂに導き、吸収剤
を補給する。

【００１８】混合冷媒タンク8Bの液面位置と混合冷媒濃
度の双方が所定値に保たれるので、冷媒の凍結やポンプ
7Ｂの空転を防止できる。

【００１９】第2蒸発器3B内で蒸発した冷媒蒸気は、第2
吸収器4Bと境界をなすエリミネータの隙間から第2吸収
器4B内に流入し、第2吸収器4B内に散布された吸収溶液
に吸収され稀溶液を発生する。なお、第2吸収器4B内の
上部からこの第2吸収器4B内に配置された伝熱管30B上に
散布される吸収溶液は、第１蒸発器3A内に散布された冷
媒の蒸発潜熱により冷却された冷熱媒体と熱交換して冷
却される。

【００２０】なお、冷媒蒸気を吸収した希溶液は、伝熱
管30Ｂにより形成された管群の下部に配置した液流抽気
手段29を流れる際に、不凝縮ガスを巻き込んで、抽気さ
れる。第2吸収器下部に溜まった稀溶液は、第2吸収器4B
と低温再生器1B、高温再生器1Aとを結ぶ稀溶液導管13に
介在させた溶液循環ポンプ6Ｃ、低温液熱交換器5Ｃおよ
び溶液熱交換器5Bを経由して一部が低温再生器1Bに、残
りがさらに溶液熱交換器5Aを経て高温再生器1Aに送られ
る。

【００２１】高温再生器1Aで冷媒蒸気を発生して濃縮さ
れた吸収溶液(濃溶液)は、溶液熱交換器5A、5Bを順に流
通する際に、第2吸収器4Bで冷媒を吸収して濃度が低下
した稀溶液と熱交換して温度が低下する。同様に、低温
再生器1Bで冷媒蒸気を発生して濃縮された吸収液は、溶
液熱交換器5Bにおいて稀溶液と熱交換して温度が低下す
る。これらの温度が低下した濃溶液は、濃溶液導管12に
介在させた溶液散布ポンプ6Aにより第１吸収器4Aに導か
れる。

【００２２】次いで、第1吸収器4A内の上部に配置した
図示しない溶液散布装置から第１吸収器4A内に配置した
内部を冷却水が流通する伝熱管30A上に散布され、伝熱
管30A内を流れる冷却水により冷却される。そして、第
１蒸発器3Aで蒸発した冷媒蒸気を吸収して濃度の薄い溶
液になって第1吸収器4A下部の溶液タンク25Aに貯留され
る。溶液タンク25Aに貯留された吸収溶液は、溶液導管
１４に介在させた溶液散布ポンプ6Ｂにより、低温液熱
交換器5Ｃを経由して第２吸収器4Bに送られる。

【００２３】このように構成した2段2重効用吸収冷凍サ
イクルの作用を以下に述べる。第2蒸発器3Ｂと第2吸収
器4Ｂを一体化したシェルを、第1蒸発器3Ａと第1吸収器
4Ａを一体化したシェルよりも高い位置に配置してい
る。そして、第2吸収器3Ｂの下部に設けた溶液タンク25
Ｂ内には、負荷運転中であってサイクルの吸収剤濃度が
高濃度になっている運転状態では、ほとんど溶液がない
ように溶液量を設定する。その結果、第1吸収器4Ａの溶
液タンク25Ａを、希薄溶液を主として保有させるタンク
に設定できる。

【００２４】溶液タンク25Ａの吸収剤濃度は、第2吸収
器4Ｂで生成される溶液よりは濃い中間濃度であるか
ら、第2吸収器4Ｂの溶液タンク25Ｂに溶液を保有するよ
りも冷媒の保有量が少なくて済む。ブライン温度が低い
場合あるいは冷却水ＣＷ温度が高い場合には、吸収冷凍
機に形成される吸収サイクルを高濃度側にシフトさせ
て、第1蒸発器3A下部の冷媒タンク8Ａに貯留させる冷媒
量を増す。そうすると、第1吸収器4Aの溶液タンク25Ａ
の液保有量が減少して高濃度になる。もちろん、第2吸
収器4Ｂの濃度も濃くなるから、第2吸収器4Bの溶液タン
ク25Ｂに貯留される溶液の濃度も濃くなる。そこで、こ
の分の冷媒も第1蒸発器3Aの冷媒タンク8Ａに貯留させ
る。このように、第2吸収器4Ｂの溶液タンク25Ｂの溶液
量を少なくしたので、冷媒保有量も少なくできる。した
がって、機器を小型軽量化できる。また、負荷応答性の
向上と原価低減が可能になる。

【００２５】なお本実施例においては、第2吸収器4Bの
下部に設けた溶液タンク25Bの液面をフロート弁40で検
出している。そして、この液面が所定の液面以上になる
ように第1吸収器から第２吸収器への溶液流量をフロー
ト弁40が制御する。これにより、溶液ポンプ6Cの空転を
防止できる。

【００２６】本発明の他の実施例を、図2に示す。図1に
示した実施例と同じ部品には同じ符号を付している。本
実施例が、図1に示した実施例と異なる点は、稀溶液導
管13aおよび溶液導管14ａの経路を変えた点にある。す
なわち、第2吸収器4Bの下部に配置した溶液タンク25Bの
液面を検出するフロート弁40は、第2吸収器4B内の溶液
の高さを所定高さにするために、第２吸収器4Bから低温
再生器1Bおよび高温再生器1Aへの溶液流量を制御してい
る。一方、第1吸収器4Aの溶液タンク25Aに貯留された溶
液は、低温液熱交換器5Cを経た後、フロート弁40を経る
ことなく第2吸収器4B内の図示しない散布装置に導かれ
る。これにより、液ポンプ6Cの空転を防止できる。

【００２７】本発明のさらに他の実施例を、図３に示
す。本図においても、図１に示した実施例と同じ部品に
は同じ符号を付している。本実施例が上記2実施例と異
なる点は、フロート弁を省き、稀溶液導管１３にバイパ
ス配管を設けたことにある。すなわち、第1吸収器4Aの
下部に設けた溶液タンク25Aに貯留した溶液を、低温熱
交換器5Cを経た後、第2吸収器4B内の図示しない散布装
置に導く。また、第2吸収器4Bの下部に設けた溶液タン
ク25Bに貯留した溶液を低温再生器1B及び高温再生器1A
へ送る液ポンプ6Cの吐出側と吸込側をバイパスする配管
41を設けている。これにより、液ポンプ6Cの空転を防止
できる。

【００２８】なお、上記いずれの実施例においても、第
1蒸発器3Aと第1吸収器4Aの一体シェルを、第２蒸発器3B
と第2吸収器4Bの一体シェルより上方に、より正確には
一体シェルの底面で比べて上方に配置しているが、必ず
しも上方である必要はない。図1および図2の実施例に示
したように、フロート弁を用いて、この第2吸収器4Bに
貯留される吸収溶液量をどんな運転でも溶液切れを起こ
さない必要最小限に制御する。このようにすると、溶液
量を低減でき、吸収冷凍機の小型化が可能になる。ま
た、第2吸収器内の溶液を少なくすると、低圧であるこ
とにより第2吸収器に不凝縮ガスが集まってくる。その
結果、不凝縮ガスの抽気を第2吸収器だけで実行すれば
よく、装置の小型化と原価低減が可能になる。さらに、
抽気を容易に行なえるという利点も有する。

【００２９】また、上記各実施例ではフロート弁により
液面高さを検出し、溶液流量を制御しているが、これら
を別々の手段で実行してもよいことは言うまでもない。
例えば、液面を液面計で測定し、この測定結果をコンピ
ュータ処理して流量制御するようにしてもよい。さらに
また、第２蒸発器から取り出す冷熱は、−３℃〜−１０
℃程度であれば、最も本発明の効果が期待できる。

【００３０】

【発明の効果】2段２重効用吸収冷凍機において、低温
側の吸収器下部に貯留する溶液量を制御するようにした
ので、吸収冷凍機の保有溶液量を低減でき、吸収冷凍機
の軽量化および小型化が可能になる。また、溶液の保有
量を削減できるので、負荷応答性が向上し吸収冷凍機の
吸収サイクルが早期に安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２段２重効用吸収冷凍機の一実施
例のシステム図である。

【図２】本発明に係る２段２重効用吸収冷凍機の他の実
施例のシステム図である。

【図３】本発明に係る２段２重効用吸収冷凍機のさらに
他の一実施例のシステム図である。

【符号の説明】

1A…高温再生器、1B…低温再生器、2…凝縮器、3A…第
１蒸発器、3B…第２蒸発器、4A…第１吸収器、4B…第２
吸収器、5A…高温液熱交換器、5B…中温液熱交換器、5
Ｃ…低温液熱交換器、6A…溶液散布ポンプ、6B…溶液散
布ポンプ、6Ｃ…溶液循環ポンプ、7A…冷媒散布ポン
プ、7B…混合冷媒散布ポンプ、8A…冷媒タンク、8B…混
合冷媒タンク、10、11…冷媒導管、12…濃溶液導管、13
…稀溶液導管、14…溶液導管、18…冷媒流量制御手段、
25Ａ…第1吸収溶液タンク、25Ｂ…第2吸収溶液タンク、
27…循環水ポンプ、28…液面検出器、29…液流抽気手
段、30A、30B、31A、31B、32…伝熱管、33…配管、34…溶液
流量制御手段、35…銅イオン除去手段、36…フィルタ
ー、40…フロート弁、41…バイパス配管、HA、HB…伝熱
面、CW…冷却水。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 15/00 303 F25B 15/00 F25B 15/00 306

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高温再生器、低温再生器、凝縮器、第1蒸
発器、第１の溶液タンクが下部に形成された第1吸収
器、第2蒸発器および第２の溶液タンクが下部に形成さ
れた第2吸収器を有し、前記第1吸収器内に散布された溶
液を第２吸収器内に散布して前記第２蒸発器から冷熱を
取り出す２段２重効用吸収冷凍機において、前記第１蒸
発器と第１吸収器を同一の第１シェルで形成し、前記第
２蒸発器と前記第２吸収器とを同一の第２シェルで形成
し、前記第１の溶液タンクを前記第２の溶液タンクより
下方に配置したことを特徴とする２段２重効用吸収冷凍
機。
【請求項２】前記第２の溶液タンクに貯留する溶液の液
面を検出するフロート弁を設け、このフロート弁は前記
第１吸収器から前記第２吸収器に流入する溶液量を制御
することを特徴とする請求項１に記載の２段２重効用吸
収冷凍機。
【請求項３】前記第２の溶液タンクに貯留する溶液の液
面を検出するフロート弁を設け、このフロート弁は前記
第２吸収器から低温再生器及び高温再生器へ流入する溶
液流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の２
段２重効用吸収冷凍機。
【請求項４】前記第２吸収器から前記低温再生器及び高
温再生器へ溶液を送る配管を有し、この配管に溶液を送
液するポンプを介在させ、このポンプの吐出側と吸込側
をバイパスするバイパス配管を設けたことを特徴とする
請求項１に記載の2段2重効用吸収冷凍機。
【請求項５】塩類水溶液が溶液であり、前記第２蒸発器
内を流通する冷媒がこの溶液を含む混合冷媒であること
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
２段２重効用吸収冷凍機。
【請求項６】高温再生器、低温再生器、凝縮器、第1蒸
発器、第１の溶液タンクが下部に形成された第1吸収
器、第2蒸発器および第２の溶液タンクが下部に形成さ
れた第2吸収器を有し、前記第1吸収器内に散布された溶
液を第２吸収器内に散布して前記第２蒸発器から冷熱を
取り出す２段２重効用吸収冷凍機において、前記第１蒸
発器と第１吸収器を同一の第１シェルで形成し、前記第
２蒸発器と前記第２吸収器とを同一の第２シェルで形成
し、前記第２吸収器内に貯留される溶液量を検出する手
段と、この検出手段が検出した溶液量に基づいて前記第
１吸収器から前記第２吸収器に流入する溶液量と前記第
２吸収器から低温再生器及び高温再生器へ流入する溶液
量の少なくともいずれか制御する制御手段を設けたこと
を特徴とする２段２重効用吸収冷凍機。
【請求項７】前記溶液量検出手段と前記制御手段とをフ
ロート弁が備えることを特徴とする請求項６に記載の２
段２重効用吸収冷凍機。