JP2002181402A

JP2002181402A - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JP2002181402A
Application number: JP2000380567A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukushima; 亮福島; Masayoshi Toyofuku; 正嘉豊福
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】低負荷側での容量制御範囲を拡大できるよう
にした吸収冷凍機を提供する。【解決手段】蒸発器１０内の蒸発器チューブ１１に散
布した液冷媒が蒸発してなる冷媒ガスを吸収器中の溶液
に吸収溶解させ、吸収器を出た希薄溶液を加熱すること
により高温の高濃度溶液として再生し、この高濃度溶液
を吸収器へ戻す吸収冷凍機において、蒸発器１０内の蒸
発器チューブ１１に散布する液冷媒の流量制御手段とし
て、インバータ制御部７０で回転数を制御する冷媒ポン
プＰ１を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷凍機に係
り、特に、吸収冷凍機の負荷制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸収冷凍機は、水を冷媒、臭化リチウム
溶液を吸収剤とし、ガス燃料、油燃料または蒸気などを
エネルギー源とした冷凍機である。この吸収冷凍機は、
蒸発器と吸収器と再生器と凝縮器を主要部材として構成
されており、蒸発器及び吸収器の内部は、高真空（絶対
圧力が６〜７mmHg）に保持されている。

【０００３】この蒸発器では、冷媒ポンプにより送られ
てきた液冷媒（水）を、冷水（例えば１２℃）が流通す
る蒸発器チューブに向けて散布することにより、液冷媒
が加熱されて冷媒蒸気（ガス）となる。つまり、蒸発器
は高真空容器となっているので液体である水（冷媒）は
４〜６℃位で沸騰して蒸発気化するので、例えば１２℃
の冷水を熱源水とすることができるのである。

【０００４】そして、冷水は、液冷媒（水）に与えた蒸
発潜熱分だけ温度低下（例えば７℃になる）して蒸発器
から出ていく。このように温度低下（例えば７℃とな
る）した冷水は、ビルの冷房装置等（冷房負荷）に送ら
れて冷房に利用される。冷房に利用された冷水は温度上
昇（例えば１２℃になる）して再び蒸発器の蒸発器チュ
ーブに流入してくる。

【０００５】一方、吸収器では、蒸発器で発生した冷媒
蒸気を、臭化リチウム溶液により吸収する。水分を吸収
して濃度が低くなった臭化リチウム溶液（以下「臭化リ
チウム希溶液」と称する）は吸収器の底部に集められ
る。この吸収器では、冷媒蒸気が臭化リチウム溶液に吸
収されて気体（水蒸気）から液体（水）に変化するとき
の凝縮潜熱と、臭化リチウム溶液が水分を吸収して濃度
が薄くなるときの希釈熱が発生するので、冷却水（上記
「冷水」とは別の系に流通している）によりこれらの熱
を取り除いている。なお、臭化リチウム溶液は、その水
蒸気分圧が水の飽和蒸気よりも低いので、吸湿性に富
み、冷媒蒸気を吸収するのに好適な物質である。

【０００６】そして、再生器では、吸収器から送られて
くる臭化リチウム希溶液を加熱する。このため、臭化リ
チウム希溶液中の冷媒は一部が蒸発気化し、溶液は濃縮
された臭化リチウム溶液（以下「臭化リチウム濃溶液」
と称する）となる。濃度が元の状態まで高められた臭化
リチウム濃溶液は、吸収器に送られ再び冷媒蒸気を吸収
する。一方、蒸発した冷媒蒸気は、凝縮器に送られる。

【０００７】なお、実機では、熱効率を上げ加熱エネル
ギーを減少させる目的で、再生器を２段に配置した二重
効用型の吸収冷凍機が採用されている。この二重効用型
の吸収冷凍機では、再生器として、供給された燃料を燃
焼させることにより、あるいは高温の蒸気を導入するこ
とにより臭化リチウム希溶液を加熱をする高圧再生器
と、高圧再生器で発生した高温の冷媒蒸気を加熱源とし
て臭化リチウム希溶液を加熱する低圧再生器とを備えて
いる。

【０００８】また、凝縮器では、再生器から送られてき
た冷媒蒸気を冷却水により冷却して、凝縮液化する。こ
の凝縮した水は、液冷媒（水）として再び蒸発器に供給
される。

【０００９】このように、吸収冷凍機では、冷媒（水）
が水−水蒸気−水と変化（相の変化）をすると共に、臭
化リチウム溶液が、濃溶液−希溶液−濃溶液と変化（濃
度の変化）をする。吸収冷凍機は、上述した相の変化
（冷媒）と濃度の変化（臭化リチウム溶液）の過程で、
水の蒸発潜熱により冷水を製造し、臭化リチウム溶液の
吸収能力により水蒸気を吸収する作用を、高真空密閉系
内で繰り返し行わせる装置である。

【００１０】かかる吸収冷凍機では、高圧再生器に供給
する燃料や蒸気の量を増加して加熱量を増大し、臭化リ
チウム溶液の濃度を濃くすることにより、蒸発器から出
ていく冷水の温度を下げることができる。逆に、高圧再
生器に供給する燃料や蒸気の量を減少して加熱量を減少
し、臭化リチウム溶液の濃度を薄くすることにより、蒸
発器から出ていく冷水の温度を上げることができる。こ
のように、臭化リチウム溶液の濃度調整をすることによ
り、冷水温度を制御して、蒸発器から出て行く冷水の温
度を設定温度（例えば７℃）にしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、吸収
冷凍機の負荷制御は、蒸発器の冷水出口温度に応じて燃
料または蒸気の流量（すなわち加熱量）を調整する手法
が取られているが、このような従来の制御手法によれ
ば、部分負荷時（低負荷時）には伝熱面積過剰の状態と
なるため液冷媒（水）の蒸発量が過大となる。このた
め、吸収器への蒸気供給量も過大となって溶液濃度が低
下し、さらに、蒸発器底面に設けられている冷媒タンク
内の冷媒保有量も低下するため、連続運転ができない領
域が生じるという問題がある。したがって、吸収冷凍機
の容量制御範囲は、このような連続運転の可否によりそ
の下限値（低負荷時の運転限界）が定められている。

【００１２】また、吸収冷凍機の運転停止時に溶液濃度
が下がりすぎると、吸収器の保有溶液量が増加して蒸発
器側へ流出する恐れがあり、蒸発器内の冷媒を汚して冷
却能力を低下させる。そして、過度に溶液濃度が低下す
ると臭化リチウムが析出するため、これを溶解させて溶
液濃度を上げる必要があり、起動時間がかかりすぎてし
まうという問題がある。すなわち、過度に低下した溶液
濃度を所定の値まで上昇させるには、加熱能力に上限が
あることもあって、多くの加熱時間を必要とする。

【００１３】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、特に低負荷側での容量制御範囲を拡大できるよう
にした吸収冷凍機を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
吸収冷凍機は、蒸発器内の管群に散布した液冷媒が蒸発
してなる冷媒ガスを吸収器中の溶液に吸収溶解させ、該
吸収器を出た希薄溶液を加熱することにより高温の高濃
度溶液として再生し、この高濃度溶液を前記吸収器へ戻
す吸収冷凍機において、前記蒸発器内の管群に散布する
液冷媒の流量制御手段を設けたことを特徴とするもので
ある。

【００１５】このような吸収冷凍機によれば、管群に散
布する液冷媒の流量制御手段を設けたので、低負荷時に
液冷媒の散布量を増すことで管群の伝熱性能を低下さ
せ、蒸気発生量を抑制することができる。また、散布量
の増加によって蒸発器内の管群抵抗も増すので、蒸発器
から吸収器へ供給される蒸気量が低減され、吸収器内の
溶液濃度が過度に低下するのを防止することができる。

【００１６】上述した吸収冷凍機において、好適な流量
制御手段としては、負荷検出手段からの検出信号に応じ
て回転数をインバータ制御する冷媒ポンプや、負荷検出
手段からの検出信号に応じて開度制御する流量調整弁が
ある。この場合、好適な負荷検出手段は、加熱量制御弁
開度、高圧再生器温度または高圧再生器圧力のうち少な
くともひとつを検出した信号を採用すればよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る吸収冷凍機の
一実施形態を、図面に基づいて説明する。本実施形態の
吸収冷凍機の概略構成示す図４において、蒸発器１０と
吸収器２０は、同一のシェル（高真空容器）内に構成さ
れている。この蒸発器１０内には蒸発器チューブ１１が
配置されている。この蒸発器チューブ１１には、冷水入
口ラインＬ１を介して冷水Ｗ１が供給され、蒸発器チュ
ーブ１１を流通した冷水Ｗ１は冷水出口ラインＬ２を介
して外部に排出される。また、冷媒ラインＬ１１を介し
て冷媒ポンプＰ１により汲み上げられた冷媒（水）Ｒ
は、蒸発器チューブ１１に向けて散布される。散布され
た冷媒Ｒは、蒸発器チューブ１１内を流通する冷水Ｗ１
から気化の潜熱を奪って蒸発気化して冷媒蒸気ｒとな
る。この冷媒蒸気ｒは吸収器２０側に流入していく。

【００１８】この冷水Ｗ１は、例えば１２℃の温度で蒸
発器１０に入り、蒸発器チューブ１１にて冷却されて、
蒸発器１０から例えば７℃の温度で排出される。冷水出
口ラインＬ２から出てくる７℃の冷水Ｗ１は、ビルの冷
房や工場のプロセス用として用いられる。ビル冷房等の
冷房負荷において冷房に供せられた冷水Ｗ１は、温度上
昇し例えば１２℃の温度となって再び蒸発器１０に流入
してくる。

【００１９】一方、吸収器２０内には吸収器チューブ２
１が配置されている。この吸収器チューブ２１には、冷
却水ラインＬ３を介して冷却水Ｗ２が供給される。そし
て、溶液ラインＬ２１を介して溶液ポンプＰ２により圧
送されてきた臭化リチウム濃溶液Ｙ１は、吸収器チュー
ブ２１に向けて散布される。このため、散布された臭化
リチウム濃溶液Ｙ１は、吸収器２０側に流入してきた冷
媒蒸気ｒを吸収して、濃度が薄くなる。濃度が薄くなっ
た臭化リチウム希溶液Ｙ３は、吸収器２０の底部に集め
られる。なお、吸収器２０内で発生する熱は、吸収器チ
ューブ２１内を流通する冷却水Ｗ２により冷却される。

【００２０】この吸収器２０の底部に集められた臭化リ
チウム希溶液Ｙ３は、溶液ポンプＰ３により圧送され、
バルブＶ５，低温熱交換器３０，溶液ラインＬ２２，高
温熱交換器３１，溶液ラインＬ２３を介して、高圧再生
器４０に供給される。

【００２１】高圧再生器４０は、炉筒，伝熱管を胴内に
収めると共にバーナを装備している。この高圧再生器４
０は、ガスラインＬ３１及びバルブＶ２１及び燃料制御
弁Ｖ２２を介して燃料ガスＧが供給されることにより、
燃料ガスＧを燃焼して臭化リチウム希溶液Ｙ３を加熱す
る。高圧再生器４０に供給された臭化リチウム希溶液Ｙ
３は、加熱され、冷媒の一部が蒸発気化して濃度が中程
度の臭化リチウム中溶液Ｙ２となる。この臭化リチウム
中溶液Ｙ２は、溶液ラインＬ２４，高温熱交換器３１を
通って低圧再生器５０に供給される。

【００２２】一方、高圧再生器４０にて蒸発した冷媒蒸
気ｒは、冷媒ラインＬ１２を介して、低圧再生器５０の
低圧再生器チューブ５１に供給され、さらに、冷媒ライ
ンＬ１３を介して凝縮器６０に供給される。なお、低圧
再生器５０と凝縮器６０は、同一のシェル内に構成され
ている。

【００２３】この低圧再生器５０では、溶液ラインＬ２
４を介して臭化リチウム中溶液Ｙ２が供給されるととも
に、溶液ラインＬ２５を介して溶液ラインＬ２２から分
岐してきた臭化リチウム希溶液Ｙ３が低圧再生器チュー
ブ５１に向けて散布される。この低圧再生器５０では、
低圧再生器チューブ５１により溶液Ｙ２，Ｙ３が加熱さ
れ、冷媒の一部が蒸発して溶液の濃度がさらに濃くな
り、高濃度の臭化リチウム濃溶液Ｙ１が低圧再生器５０
の底部に集められる。この臭化リチウム濃溶液Ｙ１は、
溶液ポンプＰ２により、再び吸収器２０に供給される。

【００２４】また、凝縮器６０には、冷却水ラインＬ４
により冷却水Ｗ２が供給される凝縮器チューブ６１が配
置されている。この凝縮器６０では、高圧再生器４０に
て蒸発して冷媒ラインＬ１２，低圧再生器チューブ５１
及び冷媒ラインＬ１３を介して供給されてきた冷媒蒸気
ｒと、低圧再生器５０にて蒸発して凝縮器６０側に流入
してきた冷媒蒸気ｒとが、凝縮器チューブ６１にて冷却
凝縮されて、冷媒（水）Ｒとなる。この冷媒Ｒは、重力
及び圧力差により、冷媒ラインＬ１４を介して蒸発器１
０に送られる。蒸発器１０の底部に集められた冷媒Ｒ
は、冷媒ポンプＰ１により再び冷媒ラインＬ１１を介し
て蒸発器チューブ１１に向けて散布される。

【００２５】なお、上述した吸収冷凍機にて、冷房運転
時には、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は閉じており
（図では黒塗りして示している）、バルブＶ５，Ｖ１
１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４は開いている（図では白抜
きして示している）。また、吸収冷凍機は暖房運転をす
ることもできるが、本発明には関係がないので、暖房運
転時の動作説明は割愛する。

【００２６】さて、上述した構成の吸収冷凍機におい
て、蒸発器１０の伝熱性は散布される冷媒液量の影響を
受け、散布冷媒液量が増加するとある時点から伝熱性能
が低下するという特性を見出した。図２はこの特性を具
体的に図示したもので、横軸を冷媒の散布量とし、縦軸
を蒸発器性能としてある。図示の特性によれば、当初は
冷媒散布量が増加するにつれて蒸発器性能も上昇する
が、冷媒散布量がさらに増加すると蒸発器性能のピーク
が生じ、以後は冷媒散布量の増加と共に蒸発器性能が低
下していく。なお、蒸発器性能がピークとなる時に対応
する冷媒散布量を、以後の説明では「ピーク流量」と呼
ぶことにする。

【００２７】そこで、本発明では、図１に示す第１の実
施形態のように、蒸発器１０内の蒸発器チューブ（管
群）１１に向けた冷媒散布量の流量制御手段として、冷
媒ポンプＰ１にインバータ制御を採用する。すなわち、
冷媒ポンプＰ１の駆動源としてインバータ制御部７０を
備えた電動機を使用し、冷媒ポンプＰ１の回転数を適宜
変更することで冷媒散布量の流量制御を行うように構成
してある。このインバータ制御部７０は、負荷検出手段
７１からの検出信号に応じて冷媒ポンプＰ１の回転数を
制御する機能を有しており、低負荷の運転状態となった
時にポンプの回転数を上げ、冷媒散布量を上述したピー
ク流量より増すように制御する。

【００２８】ここで使用する負荷検出手段７１とは、加
熱量制御弁開度、高圧再生器温度、高圧再生器圧力のう
ち少なくともひとつを検出した信号を採用すればよい
が、例えば３つの検出信号を全て検出するようにして、
確実性や検出精度をより高めることも可能である。ここ
で、加熱量制御弁開度の検出信号とは、一般的にはガス
燃料や油燃料など高圧再生器４０のバーナで燃焼させる
燃料の供給量を制御する燃料制御弁Ｖ２２の開度信号で
あるが、高圧再生器４０が蒸気を加熱源とする場合に
は、蒸気供給量を制御する弁開度の検出信号となる。す
なわち、加熱量制御弁開度とは、燃料弁開度または蒸気
量制御弁開度のことである。また、高圧再生器温度の検
出信号とは、例えば高圧再生器４０で加熱された臭化リ
チウム中溶液Ｙ２の温度検出信号のことであり、高圧再
生器圧力の検出信号とは、例えば高圧再生器４０で蒸発
した蒸気の圧力検出信号のことである。

【００２９】このように構成された吸収冷凍機では、低
負荷時において、すなわち蒸発器１０に入る冷水Ｗ１の
温度が１２℃より低く出口温度の７℃に近いような場
合、加熱量制御弁の開度は小さく絞られるため、高圧再
生器４０の加熱量は最低レベルになる。このような状況
では、高圧再生器４０で蒸発する蒸気量が少ないため高
圧再生器４０の圧力検出信号は低い値となり、同様に温
度検出信号も低い値となる。これらの検出信号のうち、
少なくともひとつが所定値より低く（小さく）なると、
その程度に応じて冷媒ポンプＰ３の回転数を増し、蒸発
器チューブ１１への冷媒散布量がピーク値を越えて増加
するよう制御する。この結果、図２に示すように、蒸発
器１０の性能が低下して蒸気発生量は抑制される。これ
は、過剰に散布された冷媒（水の膜）が蒸発器チューブ
４０の表面（伝熱面）を覆い、熱交換性能を低下させる
ためと考えられ、加熱量を最低レベルにしても、冷媒散
布量をピーク値より増すことでより低い側への容量制御
が可能になる。

【００３０】さらに、冷媒散布量を増した場合、蒸発器
４０の管群抵抗も増すため、蒸発器４０で発生した蒸気
は吸収器２０側へ流れにくくなる。この結果、吸収器２
０内の溶液濃度は上昇傾向となり、冷媒タンク内におけ
る保有冷媒液量の減少が緩和される。したがって、吸収
冷凍機の容量制御範囲が拡大すると共に、低負荷時にお
ける溶液濃度の過度の低下を防止することができる。

【００３１】続いて、図３に示す本発明の第２の実施形
態では、蒸発器１０内の蒸発器チューブ（管群）１１に
向けた冷媒散布量の流量制御手段として、流量制御弁８
０を採用する。すなわち、負荷検出手段７１からの検出
信号で開度調整可能な流量制御弁８０を冷媒ポンプＰ１
と蒸発器チューブ１１との間の冷媒ラインＬ１１に設け
て、流量調整弁８０の開度を適宜変更することで冷媒散
布量の流量制御を行うように構成してある。この流量調
整弁８０は、負荷検出手段７１からの検出信号に応じて
弁開度を調整し、吸収冷凍機が低負荷の運転状態となっ
た時に弁開度を増し、冷媒散布量が上述したピーク流量
より増加するように制御する。なお、この場合の負荷検
出手段７１については、上述した第１の実施形態と同じ
であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

【００３２】このように構成された吸収冷凍機では、低
負荷時において、加熱量制御弁の開度は小さく絞られる
ため、高圧再生器４０の加熱量は最低レベルになる。こ
のような状況では、高圧再生器４０で蒸発する蒸気量が
少ないため高圧再生器４０の圧力検出信号は低い値とな
り、同様に温度検出信号も低い値となる。そして、これ
らの検出信号のうち少なくともひとつが所定値より低く
（小さく）なると、その程度に応じて流量制御弁８０の
開度を絞り、蒸発器チューブ１１への冷媒散布量がピー
ク値を越えて増加するよう制御する。この結果、図２に
示すように、蒸発器１０の性能が低下して蒸気発生量は
抑制されるので、加熱量を最低レベルにしても、冷媒散
布量をピーク値より増すことでより低い側への容量制御
が可能になる。

【００３３】さらに、冷媒散布量を増した場合には、蒸
発器４０の管群抵抗も増すため、蒸発器４０で発生した
蒸気は吸収器２０側へ流れにくくなり、結果として吸収
器２０内の溶液濃度は上昇傾向となり、冷媒タンク内に
おける保有冷媒液量の減少が緩和される。したがって、
吸収冷凍機の容量制御範囲が拡大すると共に、低負荷時
における溶液濃度の過度の低下を防止することができ
る。

【００３４】本発明の構成は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて適宜変更することができ、例えば凝縮器１０、吸
収器２０、高圧再生器４０等については図示した構成に
限定されることはなく、一般的な他の形態にも適用可能
である。

【００３５】

【発明の効果】上述した本発明の吸収冷凍機によれば、
凝縮器への冷媒散布量を制御可能としたので、必要に応
じて冷媒散布量をピーク量より増加させ、凝縮器の蒸発
器性能を積極的に低下させることが可能となる。このた
め、吸収冷凍機の容量制御範囲を拡大することができ、
特に低負荷側への容量制御範囲を拡大できると共に、低
負荷時において溶液濃度が過度に低下するのを防いで、
起動時間を短縮することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吸収冷凍機の第１の実施形態を
を示す要部構成図である。

【図２】冷媒散布量と蒸発器性能との関係を示すグラ
フである。

【図３】本発明に係る吸収冷凍機の第２の実施形態を
示す図である。

【図４】本発明に係る吸収冷凍機の概略構成を示す図
である。

【符号の説明】

１０蒸発器１１蒸発器チューブ（管群）２０吸収器４０高圧再生器７０インバータ制御部７１負荷検出手段８０流量制御弁Ｐ１冷媒ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発器内の管群に散布した液冷媒が蒸
発してなる冷媒ガスを吸収器中の溶液に吸収溶解させ、
該吸収器を出た希薄溶液を加熱することにより高温の高
濃度溶液として再生し、この高濃度溶液を前記吸収器へ
戻す吸収冷凍機において、前記蒸発器内の管群に散布する液冷媒の流量制御手段を
設けたことを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項２】前記流量制御手段が、負荷検出手段か
らの検出信号に応じて回転数をインバータ制御する冷媒
ポンプであることを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍
機。
【請求項３】前記流量制御手段が、負荷検出手段か
らの検出信号に応じて開度制御する流量調整弁であるこ
とを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
【請求項４】前記負荷検出手段が、加熱量制御弁開
度、高圧再生器温度または高圧再生器圧力のうち少なく
ともひとつを検出した信号であることを特徴とする請求
項２または３記載の吸収冷凍機。