JP4326478B2 - 一重二重効用吸収式冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、一重二重効用吸収式冷凍機（吸収冷温水機を含む）に係わるものである。

この種の吸収式冷凍機としては、例えば図２に示したようにガスバーナ４で生成する燃焼熱を熱源として吸収液を加熱し冷媒を蒸発分離する高温再生器５、その高温再生器５から供給される冷媒蒸気を熱源として吸収液を加熱し冷媒を蒸発分離する二重効用再生器の低温再生器６、その低温再生器６に並設され、低温再生器６から供給される冷媒蒸気を凝縮する二重効用凝縮器の凝縮器７、コージェネレーション装置などから低熱源供給管１９を介して供給される、例えば８０℃程度の比較的低温度の温排水を熱源として吸収液を加熱し冷媒を蒸発分離する一重効用再生器の低熱源再生器９、その低熱源再生器９に並設され、低熱源再生器９から供給される冷媒蒸気を凝縮する一重効用凝縮器の凝縮器１０、凝縮器７および凝縮器１０から供給される冷媒液を蒸発させる蒸発器１、その蒸発器１で蒸発した冷媒蒸気を低温再生器６から供給される濃吸収液に吸収させる吸収器２、稀吸収液ポンプＰ１、中間吸収液ポンプＰ２、冷媒ポンプＰ４などを備えた一重二重効用の吸収式冷凍機１００Ｘが周知である（例えば、特許文献１参照。）。

なお、図中１２は低温熱交換器、１３は高温熱交換器、１５Ｘは排熱回収器、１７は図示しない熱負荷に冷熱または温熱を循環供給して冷暖房などを行うためのブライン（例えば水）が内部を流れるブライン管、１８は冷却水管である。

上記構成の吸収式冷凍機１００Ｘにおいては、二重効用運転、又は一重二重効用運転から、ガスバーナ４におけるガスの燃焼を停止し、低熱源供給管１９から伝熱管９Ｂに供給する温排水だけで吸収液の加熱再生と、冷媒蒸気の生成を行う一重効用運転に移行した時には、高温再生器５の残圧により高温再生器５内の吸収液の液面が次第に低下する。

そのため、高温再生器５内の吸収液液面が一定となるように制御される中間吸収液ポンプＰ２は運転と停止を繰り返し、冷媒を蒸発分離して冷媒吸収が可能に再生されて低熱源再生器９から吸収器２に流入する吸収液の量が変動するので、吸収器２において吸収液に吸収される冷媒の量が変動する。したがって、蒸発器１における冷媒の蒸発量が変動し、蒸発器１から熱負荷に循環供給するブラインの温度が変動すると云った問題点があった。
特開平１１−２８１１８６号公報

そのため、一重二重効用吸収式冷凍機において、二重効用運転又は一重二重効用運転から一重効用運転に移行した時にも、蒸発器から取り出して熱負荷に供給するブラインの温度が変動しないようにする必要があり、その解決が課題となっていた。

本発明は、上記の課題を解決するため、
蒸発器と吸収器とを収納した蒸発器吸収器胴、低温再生器と凝縮器とを収納した低温再生器凝縮器胴、温排水などを熱源とする低熱源再生器と凝縮器とを収納した低熱源再生器凝縮器胴、高温再生器、低温熱交換器、高温熱交換器、冷媒ポンプ、吸収液ポンプなどを配管接続して構成した一重二重効用吸収式冷凍機において、
上記の高温再生器から上記の低温再生器に至る冷媒配管と、上記の低熱源再生器凝縮器胴及び／又は上記の低熱源再生器凝縮器胴の凝縮器とを開閉弁が介在する均圧管により接続し、
上記の低熱源再生器へ流入する上記の熱源の温度及び上記の高温再生器に備えられたガスバーナの運転状態により、上記の開閉弁を開閉することを特徴とする一重二重効用吸収冷凍機と、
上記の一重二重効用吸収式冷凍機において、
上記の高温再生器における吸収液の加熱を停止し、上記の低熱源再生器凝縮器胴の上記の低熱源再生器における吸収液の加熱のみに切替えた時に、上記の均圧管の上記の開閉弁を開弁する構成と
を提供するものである。

本発明によれば、高温再生器から低温再生器に至る冷媒蒸気管と、低温再生器凝縮器胴及び／又は熱源再生器凝縮器胴の凝縮器とを接続している均圧管の開閉弁が、二重効用運転又は一重二重効用運転から一重効用運転に切り換わる時に開弁されるので、高温再生器で生成された高温・高圧の冷媒蒸気は冷却水に放熱して高温再生器の残圧は速やかに低下し、高温再生器に吸収液を搬送する吸収液ポンプは運転と停止を繰返すことがない。

そのため、冷媒を蒸発分離して冷媒吸収が可能に再生された低熱源再生器から吸収器に流入する吸収液の量が安定し、吸収器において吸収液に吸収される冷媒の量が安定するので、蒸発器における冷媒の蒸発量が安定し、蒸発器で冷却して熱負荷に循環供給するブラインの温度は安定する。

蒸発器と吸収器とを収納した蒸発器吸収器胴、低温再生器と凝縮器とを収納した低温再生器凝縮器胴、温排水などを熱源とする低熱源再生器と凝縮器とを収納した低熱源再生器凝縮器胴、高温再生器、低温熱交換器、高温熱交換器、冷媒ポンプ、吸収液ポンプなどを配管接続して構成する一重二重効用吸収式冷凍機において、高温再生器から低温再生器に至る冷媒蒸気管と、低温再生器凝縮器胴及び／又は熱源再生器凝縮器胴の凝縮器とを開閉弁が介在する均圧管により接続すると共に、高温再生器における吸収液の加熱を停止し、低熱源再生器凝縮器胴の低熱源再生器における吸収液の加熱のみに切替えた時に、均圧管の開閉弁を開弁するようにした。

以下、本発明の一実施例を図１Ａ・図１Ｂに基づいて詳細に説明する。なお、理解を容易にするため、この図１Ａ・図１Ｂにおいても、前記図２において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。

図１Ａ・図１Ｂに例示した本発明の吸収式冷凍機１００は、冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液を使用した一重二重効用の吸収式冷温水機であり、蒸発器１と 吸収器２とを収納した蒸発器吸収器胴３、ガスバーナ４を備えた高温再生器５、低温再生器６、低温再生器６に並設された凝縮器７、低温再生器６と凝縮器７と を収納した低温再生器凝縮器胴８、温排水などを熱源とする低熱源再生器９、低熱源再生器９に並設された凝縮器１０、低熱源再生器９と凝縮器１０とを収納し た低熱源再生器凝縮器胴１１、低温熱交換器１２、高温熱交換器１３、冷媒ドレン熱回収器１４、第１の排ガス熱回収器１５、第２の排ガス熱回収器１６、ブラ イン（例えば水）が流れるブライン管１７、冷却水管１８、低熱源供給管１９、稀吸収液ポンプＰ１、中間吸収液ポンプＰ２、濃吸収液ポンプＰ３、冷媒ポンプ Ｐ４などを備えており、それらは図示したように配管接続されている。また、符号Ｃは制御器である。

すなわち、本発明の吸収式冷凍機１００においては、吸収器２の下部に形成された稀吸収液溜りと低熱源再生器９の気相部とを接続している吸収液管２１の上流側に稀吸収液ポンプＰ１が設けられている。

そして、吸収液管２１の稀吸収液ポンプＰ１の吐出側、すなわち下流側は吸収器２の上部側に設けられた溶液冷却吸収器２Ａを経由した後、低温熱交換器１２が介在する吸収液管２１Ａと、冷媒ドレン熱回収器１４が介在する吸収液管２１Ｂとに分岐し、その後合流して低熱源再生器９内の上部に配置された散布器９Ａに接続されている。

低熱源再生器９の下部に形成された中間吸収液溜りと高温再生器５の気相部とは、中間吸収液ポンプＰ２、高温熱交換器１３、第１の排ガス熱回収器１５、開閉弁Ｖ１が上流側から直列に介在する吸収液管２２により接続されている。なお、この吸収液管２２には、開閉弁Ｖ２が介在する吸収液管２２Ａが図示したように接続されている。

また、高温再生器５の吸収液溜りと低温再生器６の気相部とは、高温熱交換器１３を経由する吸収液管２３により接続され、その吸収液管２３の高温熱交換器１３上流側と吸収器２とは開閉弁Ｖ３が介在する吸収液管２４により接続されている。

また、低温再生器６の吸収液溜りと溶液冷却吸収器２Ａの散布器２Ｂとを接続する濃吸収液管２５は、濃吸収液ポンプＰ３、低温熱交換器１２を経由して配管され、濃吸収液ポンプＰ３の上流側と低温熱交換器１２下流側とはバイパス管２６により接続され、中間吸収液ポンプＰ２の上流側と濃吸収液ポンプＰ３の上流側とはバイパス管２７により接続されている。

また、高温再生器５の気相部と凝縮器７の底部とは、低温再生器６の底部に配管された伝熱管６Ａと、冷媒ドレン熱回収器１４とを経由する冷媒管３１により接続され、その冷媒管３１の伝熱管６Ａ上流側と吸収器２の気相部とは開閉弁Ｖ４が介在する冷媒管３２により接続され、冷媒管３１の伝熱管６Ａ上流側と低熱源再生器凝縮器胴１１に収納された凝縮器１０の気相部とは開閉弁Ｖ５が介在する均圧管４１により接続されている。

また、凝縮器７の底部側と蒸発器１の気相部とはＵシール部が介在する冷媒管３３により接続され、その冷媒管３４のＵシール部近傍と、凝縮器１０の底部側とが冷媒管３４により接続されている。また、蒸発器１の冷媒液溜りと蒸発器１内上部の散布器１Ａとは冷媒ポンプＰ４が介在するに冷媒管３５により接続され、その冷媒管３５の冷媒ポンプＰ４下流側と吸収器２の吸収液溜りとは開閉弁Ｖ６が介在する冷媒管３６により接続されている。

また、蒸発器１と凝縮器７の７の気相部同士は均圧管４２により接続され、蒸発器１と凝縮器１０の気相部同士は均圧管４３により接続され、ブライン管１７の蒸発器１出口側と冷却水管１８の凝縮器７と凝縮器１０との間は開閉弁Ｖ７が介在する均圧管４４により接続されている。

なお、低熱源再生器凝縮器胴１１の低熱源再生器９においては、低熱源供給管１９が接続された伝熱管９Ｂが散布器９Ａの下方に設置され、中間吸収液管２２は低熱源再生器９の底部分に接続されている。

そして、冷房等の冷却運転時においては、ブライン管１７を介して図示しない熱負荷に循環供給されるブライン（例えば冷水）の蒸発器１出口側温度、すなわち蒸発器１の冷媒液溜りに溜り、冷媒ポンプＰ４により揚液されて散布器１Ａから伝熱管１Ｂの上に散布された冷媒液が蒸発する際の気化熱により、伝熱管１Ｂ内を流れる際に冷却され、蒸発器１から吐出して温度センサＳ１により計測されたブラインの蒸発器１出口側温度が所定の設定温度、例えば７℃になるように吸収式冷凍機１００に投入される熱量が制御器Ｃにより制御される。

例えば、熱負荷が大きく、且つ、低熱源供給管１９を介して低熱源再生器９に供給する温排水の温度が所定温度、例えば８５℃に達している時には、低熱源供給管１９から低熱源再生器９に温排水を定格量供給すると共に、全てのポンプを起動し、且つ、ガスバーナ４においてガスを燃焼させる一重二重効用運転を行い、温度センサＳ１が計測するブラインの温度が、所定の７℃となるようにガスバーナ４の火力が制御器Ｃにより制御される。

この一重二重効用運転時の冷媒と吸収液の挙動を説明すると、吸収器２から吸収液管２１を介して稀吸収液ポンプＰ１により低熱源再生器凝縮器胴１１の低熱源再生器９に搬送された稀吸収液は、滴下される過程で低熱源供給管１９から供給される温排水により伝熱管９Ｂの管壁を介して加熱され、冷媒を蒸発分離する。

冷媒を蒸発分離して吸収液濃度が高くなった中間吸収液は、吸収液管２２の中間吸収液ポンプＰ２により高温熱交換器１３、第１の排ガス熱回収器１５を経由して加熱され高温再生器５に送られる。

高温再生器５に搬送された中間吸収液は、ここでガスバーナ４による火炎および高温の燃焼ガスにより加熱されて冷媒が蒸発分離する。高温再生器５で冷媒を蒸発分離して濃度が上昇した中間吸収液は、従来の二重効用吸収式冷凍機と同様に高温熱交換器１３を経由して低温再生器６へ送られる。

そして、中間吸収液は低温再生器６において、高温再生器５から冷媒蒸気管３１を介して供給されて伝熱管６Ａに流入する高温の冷媒蒸気により加熱され、さらに冷媒が分離して濃度が一段と高くなり、この濃吸収液が低温熱交換器１２を経由して吸収器２へ送られ、溶液冷却吸収器２Ａの上方から散布される。

一方、低熱源再生器９で分離生成した冷媒は凝縮器１０に入って凝縮し、低温再生器６で分離生成した冷媒は凝縮器７に入って凝縮する。そして、凝縮器７で生成された冷媒液は冷媒管３３を、凝縮器１０で凝縮生成した冷媒液は冷媒管３４を経由して蒸発器１に入り、冷媒ポンプ４の運転により揚液されて散布器１Ａから伝熱管１Ｂの上に散布される。

伝熱管１Ｂの上に散布された冷媒液は、伝熱管１Ｂの内部を通るブラインから気化熱を奪って蒸発するので、伝熱管１Ｂの内部を通るブラインは冷却され、こうして温度を下げたブラインがブライン管１７から熱負荷に供給されて冷房等の冷却運転が行われる。

そして、蒸発器１で蒸発した冷媒は吸収器２へ入り、低温再生器６より供給されて上方から散布される濃吸収液に吸収されて、吸収器２の吸収液溜りに溜り、稀吸収液ポンプＰ１によって低熱源再生器凝縮器胴１１の低熱源再生器９に搬送される循環を繰り返す。

上記一重二重効用運転時においては、前記したように温度センサＳ１が計測する温度、すなわち蒸発器１内の伝熱管１Ｂ内で冷却され、ブライン管１７に吐出して熱負荷に循環供給されるブラインの温度が所定の７℃になるように、ガスバーナ４による加熱量、具体的にはガスバーナ４に供給するガス量が制御器Ｃにより制御される。

そして、ガスバーナ４による加熱量を最小にしても、温度センサＳ１が所定の７℃より低い温度を計測すると、ガスの燃焼を止めてガスバーナ４による加熱を停止すると共に、中間吸収液ポンプＰ２の運転も停止する。

この場合の吸収液は、低熱源供給管１９から供給される温排水により低熱源再生器凝縮器胴１１の低熱源再生器９においてだけ加熱されて冷媒を蒸発分離する。そして、吸収液濃度が高くなった吸収液は、濃吸収液ポンプＰ３の運転によりバイパス管２７、低温熱交換器１２を経由して溶液冷却吸収器２Ａに戻される。

一方、低熱源再生器９で分離生成した冷媒蒸気は凝縮器１０に入って凝縮し、冷媒管３４を経由して蒸発器１に入り、冷媒ポンプＰ４の運転により散布器１Ａから伝熱管１Ｂの上に散布され、伝熱管１Ｂ内を通るブラインから熱を奪って蒸発し、吸収器２に入って上方から散布される吸収液に吸収されると云った循環が行われる。

上記一重効用運転時においては、温度センサＳ１が計測する温度、すなわち蒸発器１内の伝熱管１Ｂで冷却され、ブライン管１７に吐出して熱負荷に循環供給されるブラインの温度が所定の７℃になるように、低熱源再生器９における加熱量、具体的には低熱源供給管１９から伝熱管９Ｂに取り込む温排水の量、すなわち三方弁Ｖ７の開度が制御器Ｃにより制御される。

そして、低熱源供給管１９を流れる温排水の全量が伝熱管９Ｂに流れるように三方弁Ｖ７を操作しても、温度センサＳ１が所定温度の７℃以下の温度を計測しない時、すなわち伝熱管１Ｂで冷却されてブライン管１７に吐出したブラインが所定の７℃まで低下しない時には、前記のようにガスバーナ４でガスを燃焼させ、高温再生器５における吸収液の加熱再生と冷媒蒸気の生成とを再開し、前記一重二重効用運転に戻る。

なお、熱負荷は大きいが、低熱源供給管１９を介して低熱源再生器９に供給する温排水の温度が所定の８５℃に達していない時には、低熱源供給管１９から低熱源再生器９に温排水が供給されないように三方弁Ｖ７を切替えると共に、全てのポンプを起動し、且つ、ガスバーナ４においてガスを燃焼させる二重効用運転を行う。この場合も、温度センサＳ１が計測するブラインの温度が所定温度の７℃となるように、ガスバーナ４の火力が制御器Ｃにより制御される。

この二重効用運転では、吸収器２の吸収液溜りにある稀吸収液は稀吸収液ポンプＰ１により低熱源再生器９に搬送されて散布器９Ａから伝熱管９Ｂの上に散布されるが、伝熱管９Ｂには熱源としての温排水は供給されていないので、加熱されることなく滴下し、中間吸収液ポンプＰ２の運転により高温熱交換器１３を経由して高温再生器５に搬送され、その後は前記一重二重効用運転時と同様に循環しながら加熱されて、高温再生器５と低温再生器６とで吸収液の濃縮再生と冷媒の分離生成とがなされる。

そして、ガスバーナ４によりガスを燃焼させて高温再生器５で吸収液を加熱再生すると共に、冷媒蒸気を生成する運転状態、すなわち二重効用運転、又は一重二重効用運転から、ガスバーナ４におけるガスの燃焼を停止し、低熱源供給管１９から伝熱管９Ｂに供給する温排水だけで吸収液の加熱再生と、冷媒蒸気の生成を行う時には、制御器Ｃにより開閉弁Ｖ５を開弁して、高温再生器５で生成された冷媒蒸気を冷媒管３１と均圧管４１を介して凝縮器１０に直接流し、冷却水管１８の内部を流れる冷却水に放熱させて凝縮させる。

それ故、本発明の吸収式冷凍機１００においては、二重効用運転、又は一重二重効用運転から、ガスバーナ４におけるガスの燃焼を停止し、低熱源供給管１９から伝熱管９Ｂに供給する温排水だけで吸収液の加熱再生と、冷媒蒸気の生成を行う一重効用運転に移行する時には高温再生器５の残圧は速やかに低下し、中間吸収液ポンプＰ２は運転と停止を繰返すことがない。

そのため、冷媒を蒸発分離して冷媒吸収が可能に再生され、低熱源再生器９から吸収器２に流入する吸収液の量は安定する。したがって、吸収器２において吸収液に吸収される冷媒の量が安定し、蒸発器１における冷媒の蒸発量が安定するので、蒸発器１からブライン管１７を介して熱負荷に循環供給するブラインの温度が安定する。

なお、本発明の吸収式冷凍機１００においては、ガスバーナ４で生成される燃焼排ガスが第１、第２の排ガス熱回収器１５、１６を経由して排気されるように構成してある。したがって、第１の排ガス熱回収器１５においては高温再生器５に流入する中間吸収液により燃焼排ガスが保有する廃熱が回収され、第２の排ガス熱回収器１６においてはガスバーナ４に供給される燃焼用空気により燃焼排ガスが保有する廃熱が回収される。そのため、高温再生器５に流入する中間吸収液とガスバーナ４に供給される燃焼用空気の温度が上昇し、ガスバーナ４で燃焼する燃料の消費が抑えられる。

ところで、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

そして、図１Ｂに示す構成が〔課題を解決するための手段〕に対応する構成であるが、
例えば、冷媒管３１の伝熱管６Ａ上流側と低温再生器凝縮器胴８に収納された凝縮器７の気相部とが、開閉弁Ｖ５が介在する均圧管４１により接続されても良いし、冷媒管３１の伝熱管６Ａ上流側が低熱源再生器凝縮器胴１１に収納された凝縮器１０の気相部と低温再生器凝縮器胴８に収納された凝縮器７の気相部の両方 に、開閉弁Ｖ５が介在する均一管４１により接続されても良い。

また、冷媒ドレン熱回収器１４、吸収器２に設けた溶液冷却吸収器２Ａ等は必ずしも備える必要はない。

本発明の吸収式冷凍機の構成を示す説明図である。 本発明の吸収式冷凍機の構成を示す説明図である。 従来技術を示す説明図である。

符号の説明

１ 蒸発器
２ 吸収器
３ 蒸発器吸収器胴
５ 高温再生器
６ 低温再生器
７ 凝縮器
８ 低温再生器凝縮器胴
９ 低熱源再生器
１０ 凝縮器
１１ 低熱源再生器凝縮器胴
１２ 低温熱交換器
１３ 高温熱交換器
１４ 冷媒ドレン熱回収器
１７ ブライン管
１８ 冷却水管
１９ 低熱源供給管
２１〜２５ 吸収液管
３１〜３４ 冷媒管
４１〜４４ 均圧管
Ｃ 制御器
Ｐ１ 稀吸収液ポンプ
Ｐ２ 中間吸収液ポンプ
Ｐ３ 濃吸収液ポンプ
Ｐ４ 冷媒ポンプ
Ｓ１ 温度センサ
Ｖ１〜Ｖ６ 開閉弁
Ｖ７ 三方弁
１００、１００Ｘ 吸収式冷凍機

Claims (2)

1. 蒸発器と吸収器とを収納した蒸発器吸収器胴、低温再生器と凝縮器とを収納した低温再生器凝縮器胴、温排水などを熱源とする低熱源再生器と凝縮器とを収納した低熱源再生器凝縮器胴、高温再生器、低温熱交換器、高温熱交換器、冷媒ポンプ、吸収液ポンプなどを配管接続して構成した一重二重効用吸収式冷凍機において、
   前記高温再生器から前記低温再生器に至る冷媒配管と、前記低熱源再生器凝縮器胴及び／又は前記低熱源再生器凝縮器胴の凝縮器とを開閉弁が介在する均圧管により接続し、
   前記低熱源再生器へ流入する前記熱源の温度及び前記高温再生器に備えられたガスバーナの運転状態により、前記開閉弁を開閉することを特徴とする一重二重効用吸収冷凍機。
2. 前記高温再生器における吸収液の加熱を停止し、前記低熱源再生器凝縮器胴の前記低熱源再生器における吸収液の加熱のみに切替えた時に、前記均圧管の前記開閉弁を開弁することを特徴とする請求項１記載の一重二重効用吸収式冷凍機。

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