JP5037987B2 - 高温再生器及び吸収冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は高温再生器及び吸収冷凍機に関し、特に腐食の進行を抑制して寿命を延ばした高温再生器、及びこの高温再生器を備える吸収冷凍機に関するものである。

吸収冷凍機を構成する再生器における加熱源としては、主として外部のボイラより供給される蒸気か、燃料としてのガス又は油を燃焼させて得られる燃焼ガスが用いられている。後者を採用した再生器として、貫流式の再生器や循環式の再生器がある。貫流式の再生器の一例としては、次のようなものがある。上部と下部に環状の管寄せを備え、これらの管寄せ間に多数の上昇管を設け、上部中央部に燃焼装置を、下部管寄せに溶液（吸収液）を供給する吸収液供給ポンプを有する吸収液供給管を備え、溶液を下部管寄せに導入して加熱濃縮し上部管寄せから気液混合物を取り出すようにした貫流式濃縮器を構成する。そして、この貫流式濃縮器に気液混合物導管を介して接続された気液分離器を備え、この気液分離器の上部に接続された蒸気抜出導管と、気液分離器の下部近傍に接続された吸収液抜出導管と、気液分離器の下部と吸収液供給ポンプ下流側の吸収液供給管とを接続する吸収液循環導管と、を備えたことを特徴としている（例えば特許文献１参照）。

貫流式再生器は、液管で発生し、上部管寄せを介して気液分離器へ流れる沸騰溶液の流量が、吸収器から供給される溶液量より多いため、気液分離器内の溶液の一部を下部管寄せに戻す（循環する）必要がある。上記の貫流式再生器では、高濃度の溶液が流れる吸収液循環導管が低濃度の溶液が流れる吸収液供給管に接続され、低濃度の溶液が下部管寄せに導入される前に高濃度の溶液と混合される。また、吸収液循環導管を流れる溶液の温度は吸収液供給管を流れる溶液の温度よりも高い。高温高濃度の溶液が低温低濃度の溶液と混合されると、溶液中の最高温度及び最高濃度が低下するため、上昇管の腐食が抑制され、貫流式再生器の寿命が延びることとなる。そして、上記の構成において、吸収液供給管を流れる低濃度の溶液が気液分離器に移流するのを防止するために、吸収液循環導管にオリフィス又は弁等の絞り部を設けるのが好ましいとしている。ところが、吸収液循環導管に絞り部を設けると製造コストが増加するため、下部管寄せ内で高濃度の溶液と低濃度の溶液を混合させる貫流式再生器がある。

図５は、従来の貫流式再生器の下部管寄せにおける溶液の流れを示す模式図である。従来は、円環状の下部管寄せ９４内に、低濃度の溶液Ｌ１とその上流に高濃度の溶液Ｌ２を導入し、これら濃度の異なる溶液Ｌ１、Ｌ２を異なる位置で円環状の接線方向に導入することで循環流Ｃを形成し、濃度の異なる溶液を混合させていた。
特開２００１−２０１２０２号公報（段落０００７、図１等）

しかしながら、従来の貫流式再生器では、高濃度の溶液と低濃度の溶液とが下部管寄せ内で並行な流れとなるように供給されるため、両者が十分に混合しないまま下部管寄せ内を循環して上昇管に混合が不十分な溶液が流れることがあり、過濃度の溶液が流れる上昇管は腐食が進行して寿命が短くなる傾向にあった。また、再生器が吸収冷凍機の構成要素となる場合、吸収冷凍機は冷凍運転終了後の停止前に再生器内に残留した高濃度の溶液を希釈する希釈運転をするのが一般的であるが、従来の貫流式再生器では、冷凍運転時に低濃度の溶液と高濃度の溶液とが下部管寄せ内で循環流となるように共に円環状の接線方向に導入されるように溶液導入管が配置されるので、希釈運転時に、下部管寄せ内に供給される低濃度の溶液を高濃度の溶液が多く存在する気液分離器へ吸収液循環導管を介して供給することが難しく、希釈運転を効率よく行うことが難しかった。

本発明は上述の課題に鑑み、高濃度の溶液を低濃度の溶液で十分に希釈して腐食の進行を抑制して寿命を延ばし、また、希釈運転を効率よく行うことができる高温再生器、及びこの高温再生器を備える吸収冷凍機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る高温再生器は、例えば図１に示すように、内部に溶液を流す複数の液管１０と；液管１０に、液管１０の下部から前記溶液を分配する、内部に前記溶液を流す環状に形成された液室１４と；液室１４内に循環流Ｒｓ（例えば図２参照）を形成するように圧送される、前記溶液の濃度が所定の濃度である希溶液Ｓｗを、液室１４に導入する希溶液供給管１１と；前記溶液の濃度が希溶液Ｓｗの濃度よりも高い濃溶液Ｓａを、希溶液Ｓｗが導入される位置より前記環状に沿い半周以上７／８周以下の下流に、かつ、循環流Ｒｓを横断する方向に、液室１４に導入する濃溶液供給管１２とを備える。ここで「環状」は、典型的には円環状であるが、円形以外の多角形状にひとまわりしているものであってもよい。また「所定の濃度」は、典型的には、吸収冷凍機の吸収器から送られてくる溶液の濃度である。また「環状に沿い半周」は、環状をひとまわりした長さの半分の長さであり、典型的には、環状の液室の外周の半分の長さである。また「循環流を横断する方向」は、濃溶液を液室に導入する濃溶液供給管端部の開口から、濃溶液を液室に導入する方向に仮想直線を引いたときに、濃溶液供給管が貫通する液室の壁（例えば液室の外周壁）とは反対側の液室の壁（例えば液室の内周壁）に該仮想直線が当たる方向であり、そのうち、典型的には液室内の循環流に対向する方向（循環流の流れ方向に対して直交する方向よりも循環流の上流側に向かう方向）は除かれる。

このように構成すると、濃溶液を、希溶液が導入される位置より環状に沿い半周以上の下流に、かつ、循環流を横断する方向に、液室に導入するので、液室に導入された濃溶液が希溶液の循環流の持つせん断力により細分化され、濃溶液は十分に希溶液と混合して希釈される。また、希釈運転時には下部管寄せ内を循環する希溶液を下部管寄せ内で濃溶液と混合させた後に濃溶液供給管に逆流させることが可能となり、希釈運転を効率よく行うことができる。

また、請求項２に記載の発明に係る高温再生器は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の高温再生器３２Ａにおいて、複数の液管１０で加熱された溶液を収集する上部環状部材１５と；上部環状部材１５から加熱された溶液を導入し冷媒蒸気Ｖａと濃溶液Ｓａとに分離する気液分離器１８と；分離した濃溶液Ｓａを濃溶液供給管１２に導入する濃溶液戻り管１８Ｂとを備える。

このように構成すると、濃溶液と冷媒蒸気との分離が容易になる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明に係る吸収冷凍機は、例えば図３に示すように、請求項１又は請求項２に記載の高温再生器３２Ａと；高温再生器３２Ａから冷媒を導入する凝縮器３３と；凝縮器３３で凝縮した冷媒液Ｖｆを導入し被冷却媒体ｐの熱で冷媒液Ｖｆを蒸発させる蒸発器３４と；濃溶液Ｓｃを導入し、蒸発器３４で蒸発した冷媒Ｖｅを濃溶液Ｓｃで吸収し濃度が低下した希溶液Ｓｗを液室１４（例えば図１参照）に向けて導出する吸収器３１とを備える。

このように構成すると、高温再生器の寿命が延びるのことに伴い、吸収冷凍機の寿命を延ばすことができる。また、希釈運転を効率よく行うことができる吸収冷凍機となる。

本発明に係る高温再生器によれば、濃溶液を、希溶液が導入される位置より環状に沿い半周以上の下流に、かつ、循環流を横断する方向に、液室に導入するので、液室に導入された濃溶液が希溶液の循環流の持つせん断力により細分化され、濃溶液は十分に希溶液と混合して希釈され、腐食の進行を抑制して寿命を延ばすことができる。また、本発明に係る吸収冷凍機によれば、高温再生器の寿命が延びるのことに伴い吸収冷凍機の寿命を延ばすことができ、希釈運転を効率よく行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置等には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る高温再生器３２Ａの構成を説明する。図１は高温再生器３２Ａの模式的縦断面図である。図２（ａ）は高温再生器３２Ａを構成する下部管寄せ部分の横断面図、図２（ｂ）は下部管寄せ部分の変形例に係る横断面図である。高温再生器３２Ａは貫流式再生器であり、希溶液Ｓｗを導入する液室としての下部管寄せ１４と、下部管寄せ１４内で希溶液Ｓｗと濃溶液Ｓａが混合された混合溶液Ｓｍを上方に向けて流す複数の液管１０と、液管１０内で高温濃溶液Ｓａと冷媒蒸気Ｖａとの混合流体となったものを収集する上部環状部材としての上部管寄せ１５と、液管１０内の混合溶液Ｓｍを加熱する燃焼ガスを生成する燃焼装置としてのバーナー１６と、これらの部材を収容する外容器１３と、高温濃溶液Ｓａと冷媒蒸気Ｖａとの混合流体を分離する気液分離器１８とを備えている。

ここで図２（ａ）を参照して下部管寄せ１４を説明する。下部管寄せ１４は、混合溶液Ｓｍを複数の液管１０に分配する部材である。下部管寄せ１４は、典型的には、水平断面が円環状に、鉛直断面が矩形状に形成されている。なお、水平断面は円形以外の多角形状にひとまわりしているものであってもよい。鉛直断面は矩形以外の円形あるいは楕円形であってもよい。また、下部管寄せ１４の中心部に形成された空洞部分には、耐火材１７が充填されている。

下部管寄せ１４には、希溶液Ｓｗを導入する希溶液供給管１１が設けられている。希溶液供給管１１は、下部管寄せ１４の外周側面を、その高さのほぼ中央部又は中央部よりも下方で、円環状の中心部に向かって貫通している。下部管寄せ１４の外周側面を貫通した希溶液供給管１１は、下部管寄せ１４の内部で屈曲して円環状の接線方向に向きを変え、端部が円環状の接線方向に開口している。下部管寄せ１４内の希溶液供給管１１は、開口端が、鉛直断面矩形のほぼ中心又は中心よりも下方に位置するように配設されている。希溶液供給管１１は、端部の開口から下部管寄せ１４内に希溶液Ｓｗを吐出するように構成されている。希溶液供給管１１から吐出された希溶液Ｓｗは、下部管寄せ１４内を周回する循環流Ｒｓとなる。希溶液供給管１１には、レジューサ５５ｒを介して希溶液管５５Ａが接続されている。なお、本実施の形態では、希溶液供給管１１が、円環状の中心部に向かって下部管寄せ１４の外周側面を貫通し、下部管寄せ１４内に位置する端部が円環状の接線方向に開口しているとしたが、下部管寄せ１４内に希溶液Ｓｗの循環流を形成することができれば下部管寄せ１４を貫通する位置や角度、開口端の向きを適宜変更してもよい。

なお図２（ｂ）に示すように、希溶液供給管を、上述の、下部管寄せ１４の内部で屈曲して円環状の接線方向に向きを変え、端部が円環状の接線方向に開口している希溶液供給管１１（図２（ａ）参照）の代わりに、希溶液供給管１１Ａのように構成してもよい。希溶液供給管１１Ａは、下部管寄せ１４内に延伸させず、下部管寄せ１４の円環状の外周に沿うように、下部管寄せ１４に対して円環状のほぼ接線方向に取り付けてもよい。このとき、希溶液供給管１１Ａから導出される希溶液Ｓｗが、下部管寄せ１４内の循環流路の中心にあたる円（水平断面において、円環状の下部管寄せ１４の内周及び外周と同心円であって、外周の半径と内周の半径との差の１／２を内周の半径に加えた長さを半径とする円）の接線方向に流れるように希溶液供給管１１Ａを取り付けるのが好ましい。希溶液供給管１１Ａによっても、希溶液Ｓｗの循環流Ｒｓを形成することができる。また、循環流Ｒｓ中に希溶液供給管１１Ａが突き出る部分、つまり下部管寄せ１４内を循環する溶液の流れの妨げとなる部分がなくなるため、腐食（潰食）への対応が軽減される。

また、下部管寄せ１４には、希溶液Ｓｗよりも濃度が高い濃溶液としての濃溶液Ｓａ（以下「高温濃溶液Ｓａ」という場合もある。）を導入する濃溶液供給管１２が設けられている。濃溶液供給管１２は、下部管寄せ１４の外周側面を、その高さのほぼ中央部又は中央部よりも下方で、円環状の中心部に向かって貫通している。下部管寄せ１４の外周側面を貫通した濃溶液供給管１２は、下部管寄せ１４内にわずかに突出して端部が形成され、端部は円環状の中心方向に開口している。濃溶液供給管１２が下部管寄せ１４内に突出する程度は、下部管寄せ１４内を循環する希溶液Ｓｗの流れの抵抗を極力低減すると共に、濃溶液Ｓａを、発達した循環流Ｒｓの近くで開放する観点から決定するとよい。また、濃溶液供給管１２が下部管寄せ１４を貫通する位置は、円環状の中心から希溶液供給管１１の開口端に向けて延ばした仮想線が下部管寄せ１４の外周側面を切る位置よりも、所定の長さ分希溶液供給管１１から離れる位置である。すなわち、濃溶液供給管１２は、下部管寄せ１４内に希溶液Ｓｗが導入される位置よりも下流に配設されている。希溶液供給管１１から供給された希溶液Ｓｗにより下部管寄せ１４内に形成される循環流Ｒｓは、希溶液供給管１１の近傍では始め細く、次第に範囲を広がりながら下部管寄せ１４の幅全体に広がる発達した循環流Ｒｓを形成するが、希溶液供給管１１端部の開口（希溶液供給口）から円環状に沿って半周もすると発達した循環流Ｒｓが形成されるため、濃溶液供給管１２は希溶液供給管１１の希溶液供給口から半周（図２（ａ）中の長さ１／２Ｄに相当）以上の下流、好ましくは５／８周以上の下流に設置する。他方、濃溶液供給管１２の設置位置が下流すぎて、濃溶液供給管１２が希溶液供給管１１の直近上流に配置されることとなると、濃溶液供給管１２から供給された濃溶液Ｓａが希溶液供給管１１から供給された希溶液Ｓｗの流れに吸い込まれて循環流Ｒｓ全体との混合が阻害されてしまうおそれがあるため、濃溶液供給管１２は希溶液供給管１１の希溶液供給口から７／８周（図２（ａ）中の長さ１／２Ｄ＋３／８Ｄに相当）以下の下流に設置することが好ましい。したがって、上記所定の長さは、希溶液供給管１１端部の開口から下流側の円環状に沿った半周以上７／８周以下の長さである。濃溶液供給管１２には、濃溶液戻り管１８Ｂが接続されている。

上記の他、濃溶液供給管１２を下部管寄せ１４内に延伸せず、円環状の外周の内表面に下部管寄せ１４に対してほぼ直角方向に、かつ、希溶液供給管１１の取り付け部から上述の所定の長さだけ循環流Ｒｓの下流位置に取り付けてもよい。

下部管寄せ１４には、複数の液管１０がほぼ鉛直に配設されている。液管１０がほぼ鉛直とは、液管１０の軸がほぼ鉛直の状態である。ほぼ鉛直は、液管１０内で加熱されて混合溶液Ｓｍから蒸発して生じた高温冷媒蒸気Ｖａが高温濃溶液Ｓａと共に円滑に排出される程度であればよい。液管１０の長さは、高温再生器３２Ａの高さに制限があるときは、その高さに納まるように決定されると共に、内部を流れる混合溶液Ｓｍに与える熱量によって混合溶液Ｓｍ中から高温冷媒蒸気Ｖａを発生させて高温濃溶液Ｓａを生成することができるように、高温再生器３２Ａに供給される希溶液Ｓｗの流量、液管１０の本数及び径との関係を総合的に勘案して決定される。また、複数の液管１０は、下部管寄せ１４とほば同心円上にほぼ等間隔に配設されている。下部管寄せ１４と同心円上にほぼ等間隔に配設された複数の液管１０の内側には、燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室２０が形成されている。

複数の液管１０の頂部には、上部管寄せ１５が接続されている。上部管寄せ１５は、下部管寄せ１４と同様に、典型的には、水平断面が円環状に、鉛直断面が矩形状に形成されている。上部管寄せ１５には、高温濃溶液Ｓａと冷媒蒸気Ｖａとの混合流体を気液分離器１８に導く気液導入管１８Ａが上面に接続されている。上部管寄せ１５の中心部に形成された空洞部分には、バーナー１６が配設されている。

外容器１３は、燃焼室２０で生成された燃焼ガスを外部に漏らさないガスシール構造となっており、典型的には、円筒形状を有している。外容器１３は、下部管寄せ１４及び上部管寄せ１５とほぼ同心円となっており、下部管寄せ１４及び上部管寄せ１５を嵌め込むことができるような内径を有している。外容器１３には、燃焼ガスを排出する煙道（不図示）が設けられている。外容器１３の外側には、外容器１３を覆うように断熱材１９が貼り付けられている。

気液分離器１８は、典型的には外容器１３よりも上方に配設されている。気液分離器１８は、典型的には、円筒形状を有しているが、四角柱形状や多角形形状、その他の形状であってもよい。気液分離器１８は、気液導入管１８Ａを介して上部管寄せ１５と接続されている。気液導入管１８Ａは、気液分離器１８の上部側面に接続されている。気液分離器１８の上面には、高温冷媒蒸気Ｖａを導出する冷媒蒸気管５８が接続されている。また、気液分離器１８の底面を、分離した高温濃溶液Ｓａの一部を下部管寄せ１４に還す濃溶液戻り管１８Ｂが貫通している。濃溶液戻り管１８Ｂは、気液分離器１８内で上方に延びており、気液分離器１８内に溜まった高温濃溶液Ｓａのうち所定の液位以上の高温濃溶液Ｓａを下部管寄せ１４に還すように構成されている。また、気液分離器１８の底面には、濃溶液戻り管１８Ｂと並列に、高温濃溶液Ｓａを導出する高温濃溶液管５６Ａが接続されている。これにより、所定の液位以上の高温濃溶液Ｓａを下部管寄せ１４に供給して、この液位迄の高温濃溶液Ｓａは、吸収器３１（図３参照）からの溶液流入量より吸収器３１への溶液導出量が増大した場合の緩衝溶液量とすることができる。逆に、吸収器３１からの溶液流入量より吸収器３１への溶液導出量が減少した場合には、溶液を気液分離器１８内に貯留することができる。

次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る吸収冷凍機３０の構成を説明する。図３は吸収冷凍機３０の系統図である。吸収冷凍機３０は、二重効用吸収冷凍機であり、被冷却媒体としての冷水ｐの熱で冷媒液Ｖｆを蒸発させて冷媒蒸気Ｖｅを発生させることにより冷水ｐを冷却する蒸発器３４と、蒸発器３４で発生した冷媒蒸気Ｖｅを混合濃溶液Ｓｃで吸収する吸収器３１と、吸収器３１で冷媒蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗを導入し、希溶液Ｓｗを加熱し冷媒を蒸発させて濃度が上昇した高温濃溶液Ｓａを生成する高温再生器３２Ａと、同様に吸収器３１で冷媒蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗを導入し、希溶液Ｓｗを加熱し冷媒を蒸発させて濃度が上昇した低温濃溶液Ｓｂを生成する低温再生器３２Ｂと、低温再生器３２Ｂで希溶液Ｓｗから蒸発した低温冷媒蒸気Ｖｂを冷却して凝縮させ、蒸発器３４に送る冷媒液Ｖｆを生成する凝縮器３３とを備えている。吸収冷凍機３０で使用される冷媒及び溶液は、典型的には、冷媒として水が、溶液として臭化リチウム（ＬｉＢｒ）が用いられるが、これに限らず他の冷媒、溶液（吸収剤）の組み合わせで使用してもよい。

蒸発器３４には、冷却する対象である冷水ｐを流す冷水管３４ａが配設されている。冷水管３４ａは、エアハンドリングユニット等の冷水利用機器（不図示）と配管５２を介して接続されている。また、蒸発器３４には、冷媒液Ｖｆを冷水管３４ａに向けて散布するための冷媒液散布ノズル３４ｂが冷水管３４ａの上方に配設されている。蒸発器３４の下部には、導入した冷媒液Ｖｆを貯留する貯留部３４ｃが形成されている。

吸収器３１には、混合濃溶液Ｓｃで冷媒蒸気Ｖｅを吸収した際に発生する吸収熱を奪う冷却水ｑを流す冷却水管３１ａが内部に配設されている。冷却水管３１ａは、凝縮器３３内の冷却水管３３ａと配管５３を介して、及び冷却塔（不図示）と配管５４を介して、それぞれ接続されている。また、吸収器３１には、混合濃溶液Ｓｃを冷却水管３１ａに向けて散布する濃溶液散布ノズル３１ｂが冷却水管３１ａの上方に配設されている。吸収器３１は、冷却水管３１ａの下方に、冷媒蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗを貯留する貯留部３１ｃが形成されている。

吸収器３１と蒸発器３４とは共に１つの缶胴内にシェルアンドチューブ型に形成され、両者の間には仕切壁３１ｄが設けられている。吸収器３１と蒸発器３４とは仕切壁３１ｄの上部で連通しており、蒸発器３４で発生した冷媒蒸気Ｖｅを吸収器３１に移動させることができるように構成されている。缶胴外側の蒸発器３４側には、貯留部３４ｃに貯留されている冷媒液Ｖｆを上部の冷媒液散布ノズル３４ｂに導く循環冷媒管５１が配設されている。循環冷媒管５１には、貯留部３４ｃに貯留している冷媒液Ｖｆを冷媒液散布ノズル３４ｂに圧送する冷媒ポンプ３９が配設されている。

吸収器３１の底部には、貯留部３１ｃの希溶液Ｓｗを高温再生器３２Ａ及び低温再生器３２Ｂに導く希溶液管５５が接続されている。希溶液管５５には、希溶液Ｓｗを両再生器３２Ａ、３２Ｂに圧送する溶液ポンプ３８が配設されている。溶液ポンプ３８は、典型的には、インバータ（不図示）により回転速度を調節することが可能なように構成されており、冷凍負荷に応じた流量の希溶液Ｓｗを圧送することができるように構成されている。溶液ポンプ３８の下流側の希溶液管５５には、希溶液Ｓｗと混合濃溶液Ｓｃとの間で熱交換を行わせる低温溶液熱交換器３６が配設されている。低温溶液熱交換器３６には、また、混合濃溶液Ｓｃを流す濃溶液管５６が接続されている。低温溶液熱交換器３６は、典型的にはプレート型熱交換器が用いられるがシェルアンドチューブ型やその他の熱交換器であってもよい。

希溶液管５５は、低温溶液熱交換器３６の下流側で、高温再生器３２Ａに接続される希溶液管５５Ａと、低温再生器３２Ｂに接続される希溶液管５５Ｂとに分岐している。希溶液管５５Ａには、希溶液Ｓｗと高温濃溶液Ｓａとの間で熱交換を行わせる高温溶液熱交換器３５が配設されている。高温溶液熱交換器３５には、また、高温濃溶液Ｓａを流す高温濃溶液管５６Ａが接続されている。高温溶液熱交換器３５は、典型的にはプレート型熱交換器が用いられるがシェルアンドチューブ型やその他の熱交換器であってもよい。

希溶液管５５Ａは、高温再生器３２Ａに接続されている。高温再生器３２Ａには、高温濃溶液管５６Ａが接続されている。また、高温再生器３２Ａには、発生した高温冷媒蒸気Ｖａを流す冷媒蒸気管５８が接続されている。

低温再生器３２Ｂには、希溶液Ｓｗを加熱するための加熱源となる高温冷媒蒸気Ｖａを流す加熱蒸気管３２Ｂａが配設されている。加熱蒸気管３２Ｂａは、一端が冷媒蒸気管５８に接続されている。他端は、凝縮冷媒管５９に接続されている。凝縮冷媒管５９は、加熱蒸気管３２Ｂａ内で高温冷媒蒸気Ｖａが凝縮した冷媒液Ｖｄを凝縮器３３へと導く配管である。低温再生器３２Ｂには、導入した希溶液Ｓｗを加熱蒸気管３２Ｂａに向けて散布する希溶液散布ノズル３２Ｂｂが配設されている。希溶液散布ノズル３２Ｂｂは、希溶液管５５Ｂに接続されている。

凝縮器３３には、低温再生器３２Ｂで発生した低温冷媒蒸気Ｖｂを冷却するための冷却水ｑを流す冷却水管３３ａが配設されている。冷却水管３３ａは、一端が吸収器３１内の冷却水管３１ａと配管５３を介して、他端が冷却塔（不図示）と配管５４を介して、それぞれ接続されている。

凝縮器３３と低温再生器３２Ｂとは共に１つの缶胴内にシェルアンドチューブ型に形成され、両者の間には仕切壁３３ｄが設けられている。凝縮器３３と低温再生器３２Ｂとは仕切壁３３ｄの上部で連通しており、低温再生器３２Ｂで発生した低温冷媒蒸気Ｖｂを凝縮器３３に移動させることができるように構成されている。凝縮器３３と低温再生器３２Ｂとが形成された缶胴は、吸収器３１と蒸発器３４とが形成された缶胴よりも上方に配設されており、低温再生器３２Ｂ内の低温濃溶液Ｓｂを吸収器３１に、凝縮器３３内の冷媒液Ｖｆを蒸発器３４に、それぞれ重力によって送液することができるように構成されている。

低温再生器３２Ｂの底部には、濃度が上昇した低温濃溶液Ｓｂを通す低温濃溶液管５６Ｂが接続されている。低温濃溶液管５６Ｂには高温濃溶液管５６Ａが接続されて濃溶液管５６となっている。濃溶液管５６は、低温溶液熱交換器３６を経由して濃溶液散布ノズル３１ｂに接続されている。凝縮器３３の底部には、冷媒液Ｖｆを蒸発器３４に向けて導出する冷媒液管６０が接続されている。冷媒液Ｖｆは、低温冷媒蒸気Ｖｂが凝縮した冷媒液Ｖｃと、加熱蒸気管３２Ｂａ内で高温冷媒蒸気Ｖａが凝縮し、凝縮器３３で冷却された冷媒液Ｖｄとが混合した冷媒液である。

引き続き図１〜図３を参照して、高温再生器３２Ａの作用について、吸収冷凍機３０の作用と共に説明する。まず、図３を参照して、吸収冷凍機３０の冷媒側のサイクルを説明する。凝縮器３３では、低温再生器３２Ｂで蒸発した低温冷媒蒸気Ｖｂを受け入れて、冷却塔（不図示）から供給された、冷却水管３３ａを流れる冷却水ｑで冷却して凝縮し、冷媒液Ｖｃとする。凝縮した冷媒液Ｖｃは、冷媒液Ｖｄと混合され冷媒液Ｖｆとなって蒸発器３４へと送られ、貯留部３４ｃに冷媒液Ｖｆとして貯留される。貯留部３４ｃに貯留された冷媒液Ｖｆは、冷媒ポンプ３９により冷媒液散布ノズル３４ｂに送液される。蒸発器３４の冷媒液Ｖｆが冷媒液散布ノズル３４ｂから冷水管３４ａに散布されると、冷媒液Ｖｆは冷水管３４ａ内の冷水ｐから熱を受けて蒸発する一方、冷水ｐは冷やされる。冷やされた冷水ｐは冷熱を利用する場所（不図示）に送られて使われる。他方、蒸発器３４で蒸発した冷媒液Ｖｆは冷媒蒸気Ｖｅとなって、連通している吸収器３１へと移動する。

次に吸収冷凍機３０の溶液側のサイクルを説明する。吸収器３１では、高濃度の溶液Ｓｃが濃溶液散布ノズル３１ｂから散布され、蒸発器３４で発生した冷媒蒸気Ｖｅを溶液Ｓｃが吸収して希溶液Ｓｗとなる。希溶液Ｓｗは、貯留部３１ｃに貯留される。溶液Ｓｃが冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に発生する吸収熱は、冷却水管３１ａを流れる冷却水ｑによって除去される。貯留部３１ｃの希溶液Ｓｗは、溶液ポンプ３８で高温再生器３２Ａ及び低温再生器３２Ｂへ、それぞれ圧送される。なお、貯留部３１ｃに溜まった溶液を溶液循環ポンプ（不図示）により循環させて冷却水管３１ａに散布する構成としてもよい。このようにすると、冷却水管３１ａを溶液で十分に濡らすことができ、冷却水管３１ａに接触する溶液の偏りを防止することができる。また、溶液ポンプ３８が溶液循環ポンプを兼ねるように構成してもよい。この場合は、溶液ポンプ３８と低温溶液熱交換器３６との間の希溶液管５５から配管を分岐して濃溶液散布ノズル３１ｂに接続するとよい。

希溶液管５５を流れる希溶液Ｓｗは、まず低温溶液熱交換器３６で混合濃溶液Ｓｃと熱交換して熱回収した後に分流し、一部は希溶液管５５Ａを流れて高温溶液熱交換器３５へと導かれ、残りは希溶液管５５Ｂを流れて低温再生器３２Ｂへと導かれる。希溶液管５５Ａを流れて高温溶液熱交換器３５へ流入した希溶液Ｓｗは、高温再生器３２Ａから導出された高温濃溶液Ｓａと熱交換して温度が上昇した後に希溶液管５５Ａを流れて高温再生器３２Ａへと導入される。

ここで図１及び図２を参照して、高温再生器３２Ａの作用について説明する。溶液ポンプ３８によって希溶液管５５Ａ内を圧送されてきた希溶液Ｓｗは、希溶液供給管１１を介して下部管寄せ１４に流入する。このとき、希溶液Ｓｗは下部管寄せ１４の中央より下方を円環状の接線方向に流れるように流入する。また、下部管寄せ１４に流入する希溶液Ｓｗは、溶液ポンプ３８の回転速度の調節により流量制御され、吸収冷凍機３０の運転中は常時下部管寄せ１４内に供給されている。この常に下部管寄せ１４内に供給される希溶液Ｓｗが希溶液供給管１１から導出される際の動圧により、下部管寄せ１４内に常に循環流Ｒｓを形成している。下部管寄せ１４への希溶液Ｓｗの供給量は吸収冷凍機３０の冷凍負荷により変化するため、希溶液供給管１１端部の開口からの希溶液Ｓｗの吐出圧もこれに応じて変化し、下部管寄せ１４内の循環流Ｒｓの流速も変化するが、下部管寄せ１４内に循環流Ｒｓを形成することに変わりはない。

通常運転時（冷凍運転時）は、希溶液Ｓｗが希溶液供給管１１を介して下部管寄せ１４に流入する一方で、気液分離器１８内の余剰分の高温濃溶液Ｓａが濃溶液供給管１２を介して下部管寄せ１４に流入する。このとき、高温濃溶液Ｓａは下部管寄せ１４の中央より下方を円環状の中心に向かって流れるように流入する。言い換えると、高温濃溶液Ｓａは、循環流Ｒｓを横断する方向に流入する。さらに、高温濃溶液Ｓａは、希溶液Ｓｗが引き起こした循環流Ｒｓが下部管寄せ１４内で十分発達した位置である、希溶液供給管１１端部の開口より下部管寄せ１４を半周（１／２Ｄ）以上７／８周（１／２Ｄ＋３／８Ｄ）以下のうちの適切な長さ分周回した位置に、循環流Ｒｓに対して直角に流入する。このように流入することにより、高温濃溶液Ｓａは、希溶液Ｓｗの循環流Ｒｓの持つせん断力により細分化され、発達した循環流Ｒｓにより十分に希溶液Ｓｗと混合して希釈される。また、希溶液Ｓｗ及び濃溶液Ｓａは中央よりも下方の下部管寄せ１４に流入するので、下部管寄せ１４の上面に接続されている液管１０に至るまでに混合して希釈され、混合溶液Ｓｍとなる。また、高温濃溶液Ｓａは、下部管寄せ１４内の循環流Ｒｓが発達した位置に流入するので、下部管寄せ１４内の溶液の濃度がほぼ均一となり、濃溶液供給管１２の開口端近くの液管１０に過濃度の溶液が流入することを防ぐことができる。これにより、下部管寄せ１４に接続された液管１０の腐食の促進が抑制される。

なお、下部管寄せ１４に流入する希溶液Ｓｗの流量制御により、希溶液供給管１１の開口端から吐出される希溶液Ｓｗの流れに強弱がある場合でも、循環流が発達した位置に高温濃溶液Ｓａが供給されるので、高温濃溶液Ｓａを細分化するせん断力を確保でき、高温濃溶液Ｓａは希溶液供給管１１の開口端から吐出された希溶液Ｓｗ及び下部管寄せ１４内の循環流Ｒｓと混合する。これにより、下部管寄せ１４に供給される吸収器３１（図３参照）からの希溶液Ｓｗと気液分離器１８からの余剰分の高温濃溶液Ｓａとは十分に混合して混合溶液Ｓｍとなってから各液管１０に流入することとなり、各液管１０内に流入する溶液濃度差を解消して均一濃度化し、濃溶液供給管１２の開口端近くの液管１０に過濃度の溶液が流入することがなく、高温再生器３２Ａの腐食による損傷を解消することができる。

下部管寄せ１４内を周回する循環流Ｒｓとなっている混合溶液Ｓｍは、溶液ポンプ３８（図３参照）の圧力により複数の液管１０内を上昇して上部管寄せ１５へと向かう。他方、燃焼室２０では、ガスや油等の燃焼用燃料と燃焼用空気とを導入し、バーナー１６により燃焼用燃料に点火して燃焼することにより燃焼ガスが発生する。混合溶液Ｓｍは、各液管１０を上昇する過程で燃焼ガスにより加熱され、冷媒が蒸発して冷媒蒸気Ｖａが発生すると共に、溶液の濃度が上昇して高温濃溶液Ｓａとなる。複数の液管１０で発生した高温冷媒蒸気Ｖａと高温濃溶液Ｓａとは混合した状態で上部管寄せ１５に導入されて収集され、気液導入管１８Ａを流れて気液分離器１８に流入する。

気液分離器１８に流入した高温冷媒蒸気Ｖａと高温濃溶液Ｓａとの混合流体は、気液分離器１８内で分離される。分離された高温冷媒蒸気Ｖａは、冷媒蒸気管５８から導出される。他方、分離された高温濃溶液Ｓａは、大部分が高温濃溶液管５６Ａから導出されることにより高温再生器３２Ａから導出され、余剰分が濃溶液戻り管１８Ｂを流れ下部管寄せ１４に流入して希溶液Ｓｗと混合される。なお、高温冷媒蒸気Ｖａと高温濃溶液Ｓａとの混合流体を、一旦上部管寄せ１５で収集してからまとめて気液分離器１８に送って分離するので、高温冷媒蒸気Ｖａと高温濃溶液Ｓａとの分離が容易になる。

ところで、吸収冷凍機では、冷凍運転終了後、再生器内に残留した濃溶液を希釈するための希釈運転を行う必要がある。希釈運転中は高温再生器３２Ａにおけるバーナー１６による燃焼を行わず、希溶液Ｓｗの濃縮（濃溶液Ｓａと冷媒蒸気Ｖａとの分離）を行わないようにして、高温再生器３２Ａに希溶液Ｓｗを供給して高温再生器３２Ａ内の濃溶液Ｓａを希釈する。この希釈運転では、下部管寄せ１４に供給された希溶液Ｓｗは、濃溶液Ｓａと混合した後、下部管寄せ１４から濃溶液供給管１２及び濃溶液戻り管１８Ｂを介して気液分離器１８へ向かい、気液分離器１８内に一旦貯留された後、高温濃溶液管５６Ａから吐出される。本実施の形態では、下部管寄せ１４に供給された希溶液Ｓｗの全量が円環状の下部管寄せ１４にほぼ接線方向に流入して下部管寄せ１４内に循環流Ｒｓを形成する。そしてこの循環流Ｒｓは下部管寄せ１４内を半周ないし７／８周周回する間に十分発達し、循環する希溶液Ｓｗは、下部管寄せ１４内の濃溶液Ｓａと混合した後、濃溶液供給管１２及び濃溶液戻り管１８Ｂを経て気液分離器１８から流出する。このとき、濃溶液供給管１２の吐出口が下部管寄せ１４に対して直角向き（横断する方向）に開口していることから、図５に示した従来例のように濃溶液供給管も接線方向を向いているような形態に比して、下部管寄せ１４から濃溶液供給管１２への溶液流出を容易にして、この流出量を増大させて濃溶液Ｓａを希釈する時間を短縮する効果がある。このように、供給された希溶液Ｓｗが下部管寄せ１４内の濃溶液Ｓａと十分に混合し、下部管寄せ１４内の濃溶液Ｓａを効率よく希釈することができる。そして、下部管寄せ１４内の溶液を希釈することにより、各液管１０内の溶液も希釈することができ、高温再生器３２Ａ内の全溶液の濃度を低くし、温度を低下させることができ、希釈運転の効率を向上させることができる。このように、濃溶液供給管１２端部が下部管寄せ１４に対して直角向き（横断する方向）に開口していると、前述のように、通常運転中はこの吐出口から下部管寄せ１４に流入する濃溶液Ｓａと下部管寄せ１４内の循環流Ｒｓとの混合を促進させる効果があり、他方、希釈運転中は下部管寄せ１４から濃溶液供給管１２への溶液流出量を増大させて濃溶液Ｓａを希釈する時間を短縮する効果がある。つまり、循環流Ｒｓを形成するように下部管寄せ１４に希溶液Ｓｗを供給し、濃溶液供給管１２を希溶液供給管１１端部の開口より半周から７／８周周回した下流に設け、かつ、濃溶液供給管１２が下部管寄せ１４に対して直角向き（横断する方向）に開口していると、通常運転中には希溶液Ｓｗを濃溶液Ｓａとの混合効果を高め、希釈運転中には希釈運転効率を向上させることができる。

再び図３に戻って、溶液側のサイクルの説明を続ける。高温再生器３２Ａから導出されて高温濃溶液管５６Ａを流れる高温濃溶液Ｓａは、高温溶液熱交換器３５に導かれて高温再生器３２Ａに向かう希溶液Ｓｗと熱交換を行い温度が低下する。他方、高温再生器３２Ａから導出されて冷媒蒸気管５８を流れる高温冷媒蒸気Ｖａは、低温再生器３２Ｂの加熱蒸気管３２Ｂａに流入する。

さて、希溶液管５５Ｂを流れて低温再生器３２Ｂに導かれた希溶液Ｓｗは、希溶液散布ノズル３２Ｂｂから散布される。希溶液散布ノズル３２Ｂｂから散布された希溶液Ｓｗは、加熱蒸気管３２Ｂａを流れる高温冷媒蒸気Ｖａによって加熱され、低温再生器３２Ｂ内の希溶液Ｓｗ中の冷媒が蒸発して低温濃溶液Ｓｂとなる。他方、希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒は低温冷媒蒸気Ｖｂとして凝縮器３３へと送られる。高温冷媒蒸気Ｖａからの受熱により温度が上昇した低温濃溶液Ｓｂは、重力及び低温再生器３２Ｂ内の圧力により低温濃溶液管５６Ｂへ導出される。なお、加熱蒸気管３２Ｂａを流れる高温冷媒蒸気Ｖａは、希溶液Ｓｗに熱を奪われ凝縮して冷媒液Ｖｄとなり、凝縮冷媒管５９を流れて凝縮器３３に導入される。

低温再生器３２Ｂから導出されて低温濃溶液管５６Ｂを流れる低温濃溶液Ｓｂは、高温溶液熱交換器３５から導出されて高温濃溶液管５６Ａを流れてきた高温濃溶液管Ｓａと合流して混合濃溶液Ｓｃとなって濃溶液管５６を流れる。その後混合濃溶液Ｓｃは、低温溶液熱交換器３６に流入して吸収器３１から導出された希溶液Ｓｗと熱交換を行い温度が低下する。温度が低下した混合濃溶液Ｓｃは、吸収器３１に導かれ、濃溶液散布ノズル３１ｂから冷却水管３１ａに向けて散布される。以降、同様のサイクルを繰り返す。

以上の説明では、高温再生器が貫流式再生器３２Ａであるとしたが、自然循環液管式再生器としてもよい。
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る自然循環液管式再生器３２Ｎを説明する模式図である。自然循環液管式再生器３２Ｎの構成における、貫流式再生器３２Ａ（図１参照）の構成との主な相違点は以下の通りである。貫流式再生器３２Ａが備える下部管寄せ１４、上部管寄せ１５、及びこれらを連通する液管１０に代えて、自然循環液管式再生器３２Ｎは、液室としての下部胴４４、上部環状部材としての上部胴４５、及びこれらを連通する液管４０を備えている。下部胴４４は下部管寄せ１４に、上部胴４５は上部管寄せ１５に、液管４０は液管１０にそれぞれ相当する。下部胴４４及び上部胴４５は環状に形成されており、水平断面が下部管寄せ１４及び上部管寄せ１５と同様に形成されている。鉛直断面は、下部胴４４は下部管寄せ１４と同様に形成されているが、上部胴４５は上部管寄せ１５寄りも縦長に形成されている。また、自然循環液管式再生器３２Ｎには、貫流式再生器３２Ａが備えている気液分離器１８、及びこの廻りの気液導入管１８Ａ、濃溶液戻り管１８Ｂが設けられておらず、代わって内部に堰４５ａが設けられた上部胴４５と、上部胴４５の濃溶液Ｓａの一部を下部胴４４に戻す外部降液管４８が設けられている。後述するように、堰４５ａを有する上部胴４５は、気液分離機能を有している。すなわち、堰４５ａを有する上部胴４５は、気液分離器を兼ねている。外部降液管４８は、濃溶液戻り管１８Ｂに相当する。自然循環液管式再生器３２Ｎのその他の構成は、貫流式再生器３２Ａと同じである。

下部胴４４には、下部管寄せ１４に配設されているのと同様に、希溶液供給管１１（又は希溶液供給管１１Ａ）及び濃溶液供給管１２が配設されている。濃溶液供給管１２には外部降液管４８が接続されている。上部胴４５は、上面に冷媒蒸気管５８が、側面下方に高温濃溶液管５６Ａ及び外部降液管４８が接続されている。高温濃溶液管５６Ａと外部降液管４８とは、略対極するように配設されている。上部胴４５はまた、上述のように、鉛直断面が縦長に形成されている。上部胴４５は、内部に堰４５ａが配設されている。堰４５ａは、水平断面が環状になるように形成されており、その大きさは、すべての液管４０を囲み、上部胴４５の外周よりも小さくなっている。堰４５ａの高さは、典型的には、上部胴４５の高さの半分程度となっており、少なくとも、高温濃溶液管５６Ａ及び外部降液管４８の接続部の上端の高い方よりも高くなっている。

自然循環液管式再生器３２Ｎでは、下部胴４４、上部胴４５、及び液管４０内の溶液の、濃度差や温度差に起因する密度の差によって自然循環する。自然循環液管式再生器３２Ｎにおいても、希溶液供給管１１（１１Ａ）を介して下部胴４４に流入した希溶液Ｓｗは、下部胴４４の中央より下方を円環状の接線方向に流れるように流入し循環流Ｒｓ（図２参照）を形成する。その一方で、上部胴４５内の余剰分の高温濃溶液Ｓａが、外部降液管４８及び濃溶液供給管１２を介して下部胴４４に、円環状の中心に向かって流入する。このように流入することにより、高温濃溶液Ｓａは、希溶液Ｓｗの循環流Ｒｓの持つせん断力により細分化され、十分に希溶液Ｓｗと混合して希釈され、混合溶液Ｓｍとなる。また、希溶液Ｓｗ及び濃溶液Ｓａは中央よりも下方の下部胴４４に流入するので、下部胴４４の上面に接続されている液管４０に至るまでに混合して希釈される。また、高温濃溶液Ｓａは、希溶液供給管１１端部の開口から下部胴４４を半周から７／８周周回して発達した循環流に流入するので、下部胴４４内の循環流と混合して溶液の濃度がほぼ均一となり、濃溶液供給管１２の開口端近くの液管４０に過濃度の溶液が流入することを防ぐことができる。これにより、下部胴４４に接続された液管４０の腐食の促進が抑制される。

液管４０内を自然循環により上昇する希溶液Ｓｗは、燃焼室２０内の燃焼ガスにより加熱されることにより、希溶液Ｓｗ中から高温冷媒蒸気Ｖａが発生して高温濃溶液Ｓａとなり、気液混相流の状態で上部胴４５に流入し、上部胴４５内で分離される。分離された高温冷媒蒸気Ｖａは冷媒蒸気管５８を介して導出される。他方、高温濃溶液Ｓａは、堰４５ａを越えてその外側に流出し、大部分は高温濃溶液管５６Ａを介して導出され、余剰分が外部降液管４８を介して下部胴４４に導かれる。

以上の説明では、吸収冷凍機３０が二重効用吸収冷凍機であるとして説明したが、単効用吸収冷凍機や三重効用吸収冷凍機であってもよい。単効用吸収冷凍機とした場合は、本実施の形態で説明した高温再生器３２Ａ、３２Ｎを再生器とすることができ、三重効用吸収冷凍機とした場合は、本実施の形態で説明した高温再生器３２Ａ、３２Ｎを最も作動温度が高い再生器とするとよい。

本発明の第１の実施の形態に係る高温再生器の模式的縦断面図である。 （ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る高温再生器の下部管寄せ部分の横断面図、（ｂ）は下部管寄せ部分の変形例に係る横断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る吸収冷凍機を説明する系統図である。 本発明の第３の実施の形態に係る自然循環液管式再生器を説明する模式図である。 従来の貫流式再生器の下部管寄せにおける溶液の流れを示す模式図である。

符号の説明

１０ 液管
１１ 希溶液供給管
１２ 濃溶液供給管
１４ 下部管寄せ（液室）
１５ 上部管寄せ（上部環状部材）
１８ 気液分離器
１８Ｂ 濃溶液戻り管
３０ 吸収冷凍機
３１ 吸収器
３２Ａ 高温再生器
３２Ｂ 低温再生器
３２Ｎ 高温再生器
３３ 凝縮器
３４ 蒸発器
４０ 液管
４４ 下部胴（液室）
４５ 上部胴（上部環状部材）
ｐ 被冷却媒体
Ｒｓ 循環流
Ｓａ 高温濃溶液
Ｓｃ 混合濃溶液
Ｓｗ 希溶液
Ｖａ 冷媒蒸気
Ｖｅ 冷媒蒸気
Ｖｆ 冷媒液

Claims (3)

1. 内部に溶液を流す複数の液管と；
   前記液管に、前記液管の下部から前記溶液を分配する、内部に前記溶液を流す環状に形成された液室と；
   前記液室内に循環流を形成するように圧送される、前記溶液の濃度が所定の濃度である希溶液を、前記液室に導入する希溶液供給管と；
   前記溶液の濃度が前記希溶液の濃度よりも高い濃溶液を、前記希溶液が導入される位置より前記環状に沿い半周以上７／８周以下の下流に、かつ、前記循環流を横断する方向に、前記液室に導入する濃溶液供給管とを備える；
   高温再生器。
2. 複数の前記液管で加熱された前記溶液を収集する上部環状部材と；
   前記上部環状部材から前記加熱された溶液を導入し冷媒蒸気と濃溶液とに分離する気液分離器と；
   前記分離した濃溶液を前記濃溶液供給管に導入する濃溶液戻り管とを備える；
   請求項１に記載の高温再生器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の高温再生器と；
   前記高温再生器から冷媒を導入する凝縮器と；
   前記凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し被冷却媒体の熱で前記冷媒液を蒸発させる蒸発器と；
   前記濃溶液を導入し、前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記濃溶液で吸収し濃度が低下した希溶液を前記液室に向けて導出する吸収器とを備える；
   吸収冷凍機。

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