JP2003302119A - 吸収式冷凍機 - Google Patents
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Abstract
熱凝縮し、冷媒管20を経由して凝縮器4に導入される
冷媒と、吸収器7から吐出し低温熱交換器9を迂回して
高温再生器1に送られる一部の稀吸収液とが熱交換する
冷媒熱回収器11を設けると共に、その冷媒熱回収器1
1が介在する吸収液管13に吸収液ポンプ18を設け、
その吸収液ポンプ18の回転数を、温度センサ32が検
出する濃吸収液の温度が所定温度、例えば40℃以下に
ならないように制御器33により制御するようにした。
Description
収式冷凍機に関するものである。
吸収液を加熱沸騰させるガスバーナ2から排出される排
ガスを、吸収液管12の高温熱交換器10と高温再生器
1との間に設けた第1の排ガス熱回収器27と、低温熱
交換器9と高温熱交換器10との間に設けた第2の排ガ
ス熱回収器28とに順次送り、吸収器7から高温再生器
に1に搬送する稀吸収液の温度を上げ、ガスバーナ2に
よる必要加熱量を減らし、燃料消費量を削減するように
工夫した吸収式冷凍機が周知である。
ては、吸収器7から吐出した約40℃(定格運転時、以
下同じ)の稀吸収液は低温熱交換器9・第2の排ガス熱
回収器28・高温熱交換器10・第1の排ガス熱交換器
27それぞれで加熱され、140℃前後に上昇して高温
再生器1に流入するので、ガスバーナ2で消費する燃料
が節約できる。
と吸収器7から供給される稀吸収液の温度が共に低くい
ときには、流量制御弁29の開度を大きくして吸収液管
14に流れる稀吸収液の量を増加し、第2の排ガス熱回
収器28における排ガスからの熱回収を減少させて排ガ
ス温度の著しい低下を防止し、排ガスに含まれる水蒸気
の凝縮・結露を防止する構成となっている。
収式冷凍機においては、流量制御弁が第2の排ガス熱回
収器を迂回する吸収液管に設置されていたため、その流
量制御弁を全開にしても吸収液管を通って第2の排ガス
熱回収器に流れる稀吸収液の量は少なからずあった。
液の温度が共に低くいときには、流量制御弁を全開にし
ても排ガスの温度が低下し過ぎ、排ガスに含まれる水蒸
気が凝縮・結露し、熱交換器や排気管を腐食することが
あった。
る熱の大半は回収し尽くしており、排ガスから今以上の
熱回収を図ると、運転開始時でなくても排ガスに含まれ
る水蒸気の露点以下に排ガスの温度が低下し、結露して
熱回収器や配管部を腐食することがあったので、他の方
法によりさらに熱効率の改善を図る必要があり、それが
解決すべき課題となっていた。
課題を解決するため、稀吸収液を加熱沸騰させて冷媒を
蒸発分離し、稀吸収液から冷媒蒸気と中間吸収液を得る
高温再生器と、この高温再生器で生成して供給される中
間吸収液を高温再生器で生成した冷媒蒸気で加熱してさ
らに冷媒を蒸発分離し、中間吸収液から冷媒蒸気と濃吸
収液を得る低温再生器と、この低温再生器で中間吸収液
を加熱して凝縮した冷媒液が供給されると共に、低温再
生器で生成して供給される冷媒蒸気を冷却して冷媒液を
得る凝縮器と、この凝縮器から供給された冷媒液が伝熱
管の上に散布され、伝熱管内を流れる流体から熱を奪っ
て冷媒が蒸発する蒸発器と、この蒸発器で生成して供給
される冷媒蒸気を低温再生器から冷媒蒸気を分離して供
給される濃吸収液に吸収させて稀吸収液にし、高温再生
器に供給する吸収器と、この吸収器に出入する稀吸収液
と濃吸収液とが熱交換する低温熱交換器と、高温再生器
に出入する中間吸収液と稀吸収液とが熱交換する高温熱
交換器とを備えた吸収式冷凍機において、吸収器から吐
出した稀吸収液の一部が低温再生器から放熱して吐出し
た冷媒と低温熱交換器を迂回して熱交換する冷媒熱回収
器と、この冷媒熱回収器と低温熱交換器とに分岐して流
れる稀吸収液の比率を制御する比率制御手段とを設けよ
うにした第1の構成の吸収式冷凍機と、
比率制御手段が、吸収器から冷媒熱回収器に至る吸収液
管に設けられた回転数制御可能なポンプ、開度調節可能
な流量制御弁、冷媒熱回収器に至る吸収液管と低温熱交
換器に至る吸収液管との分岐部に設けられた流量比率調
整弁、の何れかであるようにした第2の構成の吸収式冷
凍機と、
において、吸収器から吐出して冷媒熱回収器に供給され
る稀吸収液の流量を、稀吸収液と熱交換して低温熱交換
器から吐出した濃吸収液の温度に基づいて制御するよう
にした第3の構成の吸収式冷凍機と、
において、吸収器から吐出して冷媒熱回収器に供給され
る稀吸収液の流量を、稀吸収液と熱交換して冷媒熱回収
器から吐出した冷媒の温度に基づいて制御するようにし
た第4の構成の吸収式冷凍機と、
において、吸収器から吐出して冷媒熱回収器に供給され
る稀吸収液を、吸収器から吐出して高温再生器に至る稀
吸収液全体の10〜30%に制限するようにした第5の
構成の吸収式冷凍機と、
機において、低温熱交換器、高温熱交換器、冷媒熱回収
器の各入口側にフィルタを設けると共に、各フィルタの
前後に差圧を検出する圧力検出手段を設け、この圧力検
出手段が検出した差圧に基づいてフィルタの点検を指示
する点検指示手段を設けるようにした第6の構成の吸収
式冷凍機と、
低温熱交換器の入口側に設けたフィルタと冷媒熱回収器
の入口側に設けたフィルタを、低温熱交換器に至る吸収
液管と冷媒熱回収器に至る吸収液管とに分岐する前の吸
収液管に設けた共通の一つのフィルタにより代替するよ
うにした第7の構成の吸収式冷凍機と、を提供するもの
である。
冷媒とし、臭化リチウム(LiBr)水溶液を吸収液と
した吸収式冷凍機を例に挙げて説明する。
明する。図中1は、例えば都市ガスを燃料とするガスバ
ーナ2の火力によって吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離
するように構成された高温再生器、3は低温再生器、4
は凝縮器、5は低温再生器3と凝縮器4が収納されてい
る高温胴、6は蒸発器、7は吸収器、8は蒸発器6と吸
収器7が収納されている低温胴、9は低温熱交換器、1
0は高温熱交換器、11は冷媒熱回収器、12〜16は
吸収液管、17〜19は吸収液ポンプ、20〜22は冷
媒管、23は冷媒ポンプ、24は冷水管、25は冷却水
管、26はガスバーナ2から出る排ガスが通る排気管、
27は第1の排ガス熱回収器、28は第2の排ガス熱回
収器、29は吸収液管14との分岐部より下流側で第2
の排ガス熱回収器28より上流側の吸収液管12に設け
られた流量制御弁、30は排気管26の下流部分に設け
られて排ガスの温度を検出する温度センサ、31は吸収
液管12の上流部分に設けられて熱交換する前の稀吸収
液の温度を検出する温度センサ、32は吸収液管16の
下流部分に設けられて低温熱交換器9で稀吸収液と熱交
換して放熱した濃吸収液の温度を検出する温度センサ、
33は温度センサ30が所定の温度、例えば100℃を
検出し続けるように流量制御弁29の開度を制御すると
共に、温度センサ32が検出する温度が所定の温度、例
えば40℃以下に低下しないように吸収液ポンプ18の
回転数を調節して低温熱交換器9を迂回し冷媒熱回収器
11に流れる稀吸収液の量を制御するための制御器であ
る。
温熱交換器10、冷媒熱回収器11それぞれの入口側に
設置されたフィルタ、PF1〜PF6は、各フィルタの
前後に設置されて各フィルタの前後の圧力差を検出する
ための差圧計であり、検出した圧力差を制御器33に出
力するように構成されている。
バーナ2で都市ガスを燃焼して高温再生器1で稀吸収液
を加熱沸騰させると、稀吸収液から蒸発分離した冷媒蒸
気と、冷媒蒸気を分離して吸収液の濃度が高くなった中
間吸収液とが得られる。
は、冷媒管20の上流部分を通って低温再生器3に入
り、高温再生器1で生成され吸収液管15により高温熱
交換器10を経由して低温再生器3に入った中間吸収液
を加熱して放熱凝縮し、冷媒熱回収器11が介在する冷
媒管20の下流部分を通って凝縮器4に入る。
液から蒸発分離した冷媒は凝縮器4へ入り、冷却水管2
5内を流れる水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管20か
ら凝縮して供給される冷媒と一緒になって冷媒管21を
通って蒸発器6に入る。
24に接続された伝熱管24Aの上に冷媒管22に介在
する冷媒ポンプ23によって散布され、冷水管24を介
して供給される水と熱交換して蒸発し、伝熱管24Aの
内部を流れる水を冷却する。
り、低温再生器3で加熱されて冷媒を蒸発分離し、吸収
液の濃度が一層高まった吸収液、すなわち吸収液管16
により低温熱交換器9を経由して吸収液ポンプ19によ
り供給され、上方から散布される濃吸収液に吸収され
る。
薄くなった吸収液、すなわち稀吸収液は吸収液ポンプ1
7、18の運転により高温再生器1に戻される。
ると、蒸発器6の内部に配管された伝熱管24Aにおい
て冷媒の気化熱によって冷却された冷水が、冷水管24
を介して図示しない空調負荷に循環供給できるので、冷
房などの冷却運転が行える。
液ポンプ17、18の運転により吸収器7から高温再生
器1に戻される稀吸収液の一部は吸収液管12に介在す
る低温熱交換器9を経由し、残部は吸収液管13に介在
する冷媒熱回収器11を経由し、それぞれの熱交換器に
おいて加熱される。
てガスバーナ2から出る排ガスにより加熱される稀吸収
液の量は、吸収液管12に介在する流量制御弁29によ
り制御され、高温熱交換器10と第1の排ガス熱回収器
27には吸収器7から高温再生器1に戻す稀吸収液の全
量が流れてそれぞれで加熱される。
出した約40℃の稀吸収液の一部は、低温再生器3から
吸収液管16に吐出して吸収器7に流れている約90℃
の濃吸収液と低温熱交換器9で熱交換し、残部は低温再
生器3で凝縮して凝縮器4に流れている冷媒管20の約
95℃の冷媒液と冷媒熱回収器11で熱交換し、温度が
上昇する。そして、低温熱交換器9、冷媒熱回収器11
それぞれで熱交換して加熱された稀吸収液は合流し、例
えば80℃前後の稀吸収液となって第2の排ガス熱回収
器28に流入する。
収液の流量は、吸収液管12に介在する流量制御弁29
の開度が制御器33により調節制御される。例えば、制
御器33は温度センサ30が所定の100℃より高い温
度を検出しているときには流量制御弁29の開度を大き
くし、吸収器7から高温再生器1に戻している稀吸収液
のより多くを第2の熱回収器28に供給して排ガスが保
有する熱の回収を促進するので、熱効率は改善されガス
バーナ2の燃料消費が抑えられる。
て加熱された稀吸収液と、第2の排ガス熱回収器28を
経由せず、したがって加熱されなかった稀吸収液とは合
流して高温熱交換器10と第1の排ガス熱回収器27と
を経由し、高温再生器1から低温再生器3に吸収液管1
5を介して流れている中間吸収液と、ガスバーナ2から
排出された約200℃の排ガスと熱交換して140℃程
度の稀吸収液となって高温再生器1に流入するので、こ
こでもガスバーナ2で消費する燃料が節約される。
に冷媒管20の下流部分を通って流入する冷媒液は、前
記したように冷媒熱回収器11で約40℃の稀吸収液と
熱交換してこれを加熱し、冷媒自身は約45℃に冷却さ
れ、冷却水管25の内部を流れる冷却水に放熱する熱量
が減少するので、高温再生器1における所用入熱量が削
減でき、この点でも吸収式冷凍機の熱効率が顕著に改善
される。
交換器9で熱交換した後の濃吸収液の温度が所定の40
℃以下にならないように吸収液ポンプ18の回転数が制
御器33により制御されるので、吸収液管16の下流部
分を流れる濃吸収液が結晶化して吸収液管16が詰まる
ことがない。
温度を検出しているときには、稀吸収液の全量が第2の
排ガス熱回収器28を迂回して吸収液管14に流れるま
で、流量制御弁29を最大全閉まで絞って排ガスから回
収する熱量を最大ゼロまで抑えることが可能であるの
で、排気管26を介して排気される排ガスの温度は露点
温度(都市ガス、すなわち天然ガスを燃料としたときの
燃焼排ガスの露点温度は60〜70℃)より高い100
℃に維持され、これにより排ガス温度が低い起動時や部
分負荷運転時においても、排ガスに含まれる水蒸気が凝
縮してドレン水が発生することがないし、ドレン水によ
る腐食問題を引き起こすこともない。
0、冷媒熱回収器11の入口側にはフィルタF1〜F6
が設置されているので、吸収液や冷媒の流路にスケール
などが入り込んでもフィルタF1〜F6により除去され
る。なお、フィルタF1とF2は、吸収液ポンプ17の
吐出側で配管分岐部上流側に設ける一つのフィルタ(図
1に仮想線で示す)により代替することができる。
器10、冷媒熱回収器11などを、例えば特開昭62−
131196号公報、特開平3−271697号公報、
特開平4−73595号公報、特開平7−190649
号公報、特開平7−229687号公報などに提案され
た、流路を狭めて熱交換効率を高めたプレート式熱交換
器で構成するときにも、流路が詰まると云った不都合は
生じない。
計PF1〜PF6が設置され、各フィルタの前後で所定
圧、例えば30kPa以上の圧力差が検出されないとき
には、制御器33が点検指示手段34により警報を発す
る構成となっているので、点検指示手段34の動作状態
を見て当該フィルタの清掃などを行うことで、溶液の正
常な循環が確保される。
て放熱し、さらに冷媒熱回収器11でも稀吸収液を加熱
して放熱する冷媒の温度は、前記したように45℃程度
まで低下しているので、凝縮器4に送って冷却水管25
内を流れる冷却水で冷却する必要はない。
ではなく、仮想線で示すように凝縮冷媒が蒸発器6に流
入可能に連結し、管長の短縮と配管構成の簡素化とを図
ることも可能である(図1では冷媒管20、21の図面
上の最短部分を仮想線で連結しているが、実際の装置で
は高温胴5は上方に位置し、低温胴8と冷媒熱回収器1
1とは下方に位置するので、低温胴8の蒸発器6と冷媒
熱回収器11とを近接させ、その間を短い冷媒管により
連結することが可能。)。
示したように吸収液管13に流量制御弁18Aを設置す
る。あるいは、図3に示したように吸収液管12、13
の分岐部に流量比率調整弁18Bを設置し、流量制御弁
18Aまたは流量比率調整弁18Bを、温度センサ32
が検出する低温熱交換器9で放熱した後の濃吸収液の温
度が前記所定の40℃以下にならないように、低温熱交
換器9に流れる稀吸収液の量を制御器33により制御す
るように構成することも可能である。
A、流量比率調整弁18Bを吸収液管13(吸収液管1
2との分岐部・合流部を含む)に設けるのではなく、吸
収器7から吐出したき吸収液の10〜30%が低温熱交
換器9を迂回して冷媒熱回収器11に流れるように、冷
媒熱回収器11および吸収液管13の内部抵抗(管径・
管長など)を決定・施工することも可能である。
サ32Aを冷媒熱回収器11で稀吸収液と熱交換して放
熱した冷媒の温度が検出可能に冷媒管20の下流側に設
置し、その温度センサ32Aが検出する冷媒熱回収器1
1で熱交換した後の冷媒の温度が、例えば温度センサ3
1が検出する冷媒熱回収器11で熱交換する前の稀吸収
液の温度+所定温度、例えば5℃だけ高い温度となるよ
うに、吸収液ポンプ18の回転数、流量制御弁18A、
流量比率調整弁18Bの開度などを制御器33により制
御するように構成し、凝縮器4あるいは蒸発器6に直接
供給する凝縮冷媒の温度を所定温度まで確実に低下させ
る構成とすることも可能である。
価な開閉弁を第2の熱回収器28上流側の吸収液管12
に設置する、あるいは廉価な切替弁を吸収液管12、1
4の分岐部(または合流部)に設置するなどし、温度セ
ンサ30が検出する排ガス温度が所定の温度、例えば1
00℃を下回らないように、制御器33により弁の開
閉、切替を制御する構成とすることもできる。
液管14に代えて、第2の熱回収器28を迂回する排気
管を設けると共に、その排気管との分岐部(あるいは合
流部)に流路切換弁を設ける。あるいは、第2の熱回収
器28を経由する排気管に開閉弁を設けるなどして、第
2の熱回収器28に流れて稀吸収液と熱交換した排ガス
の温度が所定の100℃より低下しないように制御器3
3によりその弁の開閉、切替を制御する構成としてもよ
い。
などの冷却運転を専用に行うものであっても良いし、高
温再生器1で加熱生成した冷媒蒸気と、冷媒蒸気を蒸発
分離した吸収液とが低温胴8に直接供給できるように配
管接続し、冷却水管25に冷却水を流すことなくガスバ
ーナ2による稀吸収液の加熱を行い、蒸発器6の伝熱管
24Aで例えば55℃程度に加熱した水を冷水管(温水
が循環する場合は温水管と呼ぶのが好ましい)24を介
して負荷に循環供給して暖房などの加熱運転も行えるよ
うにしたものであってもよい。
どに供給する流体としては、水などを上記実施形態のよ
うに相変化させないで供給するほか、潜熱を利用した熱
搬送が可能なようにフロンなどを相変化させて供給する
ようにしても良い。
に圧力計を設置してフィルタの前後の圧力を検出し、フ
ィルタの前後で所定の圧力差が検出されなくなったとき
に当該フィルタの清掃を指示する警報手段を設けること
も可能である。
収器から吐出した稀吸収液の一部が低温再生器から放熱
して吐出した冷媒と低温熱交換器を迂回して熱交換する
冷媒熱回収器と、この冷媒熱回収器と低温熱交換器とに
分岐して流れる稀吸収液の比率を制御する比率制御手段
とが設置されているので、低温再生器内で中間吸収液に
放熱して凝縮し、冷媒管に吐出した冷媒が保有する余熱
は冷媒熱回収器において稀吸収液により熱回収可能さ
れ、高温再生器に添設された燃焼装置の燃料消費量が削
減できる。
分岐して流れる稀吸収液の比率が制御可能であり、例え
ばその比率を、吸収器から吐出して冷媒熱回収器に供給
される稀吸収液の流量を、稀吸収液と熱交換して低温熱
交換器から吐出した濃吸収液の温度に基づいて制御して
調整するようにした吸収式冷凍機においては、前記濃吸
収液の温度を適切な温度に設定することにより、低温熱
交換器で稀吸収液に放熱して吸収器に流入する濃吸収液
の結晶化を防止することが可能となる。
供給される稀吸収液の流量を、稀吸収液と熱交換して冷
媒熱回収器から吐出した冷媒の温度に基づいて制御し、
前記比率を制御するように構成した吸収式冷凍機におい
ては、前記冷媒の温度を適切な温度に設定することによ
り、凝縮冷媒の温度を所定温度まで確実に低下させるこ
とが可能であり、凝縮器で放熱させる必要量が減少し、
凝縮冷媒を蒸発器に直接供給する配管構成とすることも
可能となる。
供給される稀吸収液を、吸収器から吐出して高温再生器
に至る稀吸収液全体の10〜30%に制限するように構
成した吸収式冷凍機においては、低温熱交換器で稀吸収
液と熱交換して放熱する濃吸収液の温度は確実に低下す
る。そのため、濃吸収液が流入する吸収器では、冷媒は
吸収液に速やかに吸収される。
熱回収器の各入口側にフィルタを設置すると共に、各フ
ィルタの前後に差圧を検出する圧力検出手段を設け、こ
の圧力検出手段が検出した差圧に基づいてフィルタの点
検を指示する点検指示手段を設けるように構成した吸収
式冷凍機においては、吸収液や冷媒の流路にスケールな
どが入り込んでもフィルタにより除去される。
器、冷媒熱回収器などを、例えば特開昭62−1311
96号公報、特開平3−271697号公報、特開平4
−73595号公報、特開平7−190649号公報、
特開平7−229687号公報などに提案された、流路
を狭めて熱交換効率を高めたプレート式熱交換器で構成
するときにも、流路が詰まると云った不都合は生じな
い。また、点検指示手段の動作状態を見て当該フィルタ
の清掃などを行うことで、溶液の正常な循環が確保され
る。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 稀吸収液を加熱沸騰させて冷媒を蒸発分
離し、稀吸収液から冷媒蒸気と中間吸収液を得る高温再
生器と、この高温再生器で生成して供給される中間吸収
液を高温再生器で生成した冷媒蒸気で加熱してさらに冷
媒を蒸発分離し、中間吸収液から冷媒蒸気と濃吸収液を
得る低温再生器と、この低温再生器で中間吸収液を加熱
して凝縮した冷媒液が供給されると共に、低温再生器で
生成して供給される冷媒蒸気を冷却して冷媒液を得る凝
縮器と、この凝縮器から供給された冷媒液が伝熱管の上
に散布され、伝熱管内を流れる流体から熱を奪って冷媒
が蒸発する蒸発器と、この蒸発器で生成して供給される
冷媒蒸気を低温再生器から冷媒蒸気を分離して供給され
る濃吸収液に吸収させて稀吸収液にし、高温再生器に供
給する吸収器と、この吸収器に出入する稀吸収液と濃吸
収液とが熱交換する低温熱交換器と、高温再生器に出入
する中間吸収液と稀吸収液とが熱交換する高温熱交換器
とを備えた吸収式冷凍機において、吸収器から吐出した
稀吸収液の一部が低温再生器から放熱して吐出した冷媒
と低温熱交換器を迂回して熱交換する冷媒熱回収器と、
この冷媒熱回収器と低温熱交換器とに分岐して流れる稀
吸収液の比率を制御する比率制御手段とを設けたことを
特徴とする吸収式冷凍機。 - 【請求項2】 比率制御手段が、吸収器から冷媒熱回収
器に至る吸収液管に設けられた回転数制御可能なポン
プ、開度調節可能な流量制御弁、冷媒熱回収器に至る吸
収液管と低温熱交換器に至る吸収液管との分岐部に設け
られた流量比率調整弁、の何れかであることを特徴とす
る請求項1記載の吸収式冷凍機。 - 【請求項3】 吸収器から吐出して冷媒熱回収器に供給
される稀吸収液の流量が、稀吸収液と熱交換して低温熱
交換器から吐出した濃吸収液の温度に基づいて制御され
ることを特徴とする請求項1または2記載の吸収式冷凍
機。 - 【請求項4】 吸収器から吐出して冷媒熱回収器に供給
される稀吸収液の流量が、稀吸収液と熱交換して冷媒熱
回収器から吐出した冷媒の温度に基づいて制御されるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の吸収式冷凍機。 - 【請求項5】 吸収器から吐出して冷媒熱回収器に供給
される稀吸収液が、吸収器から吐出して高温再生器に至
る稀吸収液全体の10〜30%に制限されることを特徴
とする請求項1または2記載の吸収式冷凍機。 - 【請求項6】 低温熱交換器、高温熱交換器、冷媒熱回
収器の各入口側にフィルタが設けられると共に、各フィ
ルタの前後に差圧を検出する圧力検出手段が設けられ、
この圧力検出手段が検出した差圧に基づいてフィルタの
点検を指示する点検指示手段が設けられたことを特徴と
する請求項1〜5何れかに記載の吸収式冷凍機。 - 【請求項7】 低温熱交換器の入口側に設けられたフィ
ルタと冷媒熱回収器の入口側に設けられたフィルタが、
低温熱交換器に至る吸収液管と冷媒熱回収器に至る吸収
液管とに分岐する前の吸収液管に設けられた共通の一つ
のフィルタにより代替されたことを特徴とする請求項6
記載の吸収式冷凍機。
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