JP2005300047A - 熱交換装置およびそれを用いた吸収冷凍機 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来より温度の低い熱流体でも吸収冷凍機の熱源として利用できるようにする。
【解決手段】吸収液管１３の低温熱交換器６上流側に排熱回収熱交換器８を設け、排熱回収熱交換器８の吸収液の入口側と出口側とを流量制御弁９が介在するバイパス管１３Aにより接続し、排熱流体供給管１９は高温再生器１の内部を経由して排熱回収熱交換器８に至るように配管し、温度センサ２２が計測する吸収液の温度が、吸収液管１５を流れている吸収液の結晶化温度より３〜５℃だけ高い所定の設定温度、例えば４５℃が維持されるように、計測温度が低いほど流量制御弁９を絞り、計測温度が高いほど流量制御弁９を開けるように制御器２３が流量制御弁９を制御するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換装置とそれを用いた吸収冷凍機に係わるものである。
近年、吸収冷凍機においても省エネルギー・地球温暖化防止などの観点から、熱効率の一層の向上が求められている。そのため、例えば図３に示したように、吸収液ポンプ１１が介在して吸収器５から高温再生器１に至る吸収液管１３に低温熱交換器６、高温熱交換器７を設けるだけでなく、排熱回収熱交換器８Ｘ、８Ｙを設けて、冷媒を吸収して吸収液濃度が低下した吸収器５の吸収液を吸収液ポンプ１１を運転して高温再生器１に搬送する際に、コ・ジェネレーションシステムなどから供給される排熱と、バーナ１Ａから出る排ガスによっても加熱し、バーナ１Ａで燃焼させる燃料と、燃焼時に生成される二酸化炭素の両方を減らすように工夫した吸収冷凍機１００Ｘが周知である（例えば、特許文献１参照。）。なお、図中２は低温再生器、３は凝縮器、４は蒸発器、１０は冷媒ポンプである。
特開２０００−２５７９７８号公報
特許文献１に提案された吸収冷凍機においては、低温再生器から吸収器に流入する高温の吸収液と低温熱交換器で熱交換して加熱され、低温熱交換器から吐出した吸収液をコ・ジェネレーションシステムなどから供給される排熱と、バーナから排出される排ガスによって加熱していたので、排熱回収熱交換器には低温熱交換器で加熱された吸収液より高温の熱流体を供給しなければならず、熱源が限定されると云った問題点があった。そのため、従来より温度の低い熱流体であっても、熱効率の改善に利用することができる吸収冷凍機を提供する必要があり、それが解決すべき課題となっていた。
本発明は上記従来技術の課題を解決するため、第１の流体と第２の流体が熱交換する第１の熱交換器と、第１の流体と第３の流体が熱交換する第２の熱交換器を第１の流体が流れる第１の流路に直列に設け、第１の流路に第１の流体が第１の熱交換器を迂回して第２の熱交換器に流入可能にバイパス路を接続し、熱交換して第２の熱交換器から吐出した第２の流体の温度に基づいてバイパス路に流れる第１の流体の流量を制御する制御手段を設けようにした熱交換装置である。
また、高温再生器、低温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、低温熱交換器、高温熱交換器などを配管接続して構成される吸収冷凍機において、吸収液を加熱して濃縮再生する高温再生器から吐出した排熱流体と、冷媒を吸収して吸収器から吐出し、低温熱交換器に至る前の吸収液とが熱交換する排熱回収熱交換器を設け、吸収器から吐出した吸収液が排熱回収熱交換器を迂回して低温熱交換器に流入可能にバイパス路を設け、低温熱交換器を経由して低温再生器から吸収器に流入している吸収液の低温熱交換器出口側温度に基づいてバイパス路に流れる吸収液の流量を制御する制御手段を設けるようにした吸収冷凍機である。
本発明の吸収冷凍機においては、冷媒を吸収して吸収器から吐出し、低温熱交換器に流入する前の吸収液を排熱回収熱交換器において加熱するので、排熱回収熱交換器が低温熱交換器の下流側に設置されていた従来の吸収冷凍機より、温度の低い熱流体であっても吸収液を加熱する熱源として利用することができる。
しかも、低温再生器から吸収器に流入している吸収液の低温熱交換器出口側温度に基づいてバイパス路に流れる吸収液の流量が制御されるので、低温再生器から吸収器に流入している吸収液の温度が、イ）低下し過ぎて吸収液が結晶化する、ロ）上昇し過ぎて吸収器での冷媒吸収作用に支障をきたす、などと云った不都合が生じることもない。
高温再生器、低温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、低温熱交換器、高温熱交換器などを配管接続して構成される吸収冷凍機において、吸収液を加熱して濃縮再生する高温再生器から吐出した排熱流体と、冷媒を吸収して吸収器から吐出し、低温熱交換器に至る前の吸収液とが熱交換する排熱回収熱交換器を設け、吸収器から吐出した吸収液が排熱回収熱交換器を迂回して低温熱交換器に流入可能にバイパス路を設け、低温熱交換器を経由して低温再生器から吸収器に流入している吸収液の低温熱交換器出口側温度が結晶化温度より僅か、例えば３〜５℃だけ高い温度を維持するように、バイパス路に流れる吸収液の流量を制御する制御手段を設けるようにした吸収冷凍機。
以下、本発明の一実施形態を図１と図２面に基づいて詳細に説明する。図面に例示した吸収冷凍機１００は、冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液を使用して、図示しない負荷に冷水の循環供給が可能な２重効用吸収式冷凍機である。
なお、理解を容易にするため、これらの図においても前記図３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。
図中、１は高温再生器、２は低温再生器、３は凝縮器、４は蒸発器、５は吸収器、６は低温熱交換器、７は高温熱交換器、８は排熱回収熱交換器、９は流量制御弁、１０は冷媒ポンプ、１１と１２は吸収液ポンプ、１３〜１５は吸収液管、１６〜１８は冷媒管、１９は他の設備、例えばコ・ジェネレーションシステムなどから供給される排熱流体（例えば、高温・高圧の水蒸気、高温水など）が内部を流れる排熱流体供給管、２０は冷水管、２１は冷却水管であり、図１に示したように配管接続されている。
すなわち、排熱回収熱交換器８の吸収液の入口側と出口側とは流量制御弁９が介在するバイパス管１３Aにより接続され、排熱流体供給管１９は、コ・ジェネレーションシステムなどから供給される高温・高圧の水蒸気、高温水などの排熱流体が先ず高温再生器１の内部に供給され、高温再生器１内で吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離し、吸収液を濃縮再生する過程で放熱した後に、排熱回収熱交換器８に至るように配管されている。
なお、２２は、吸収液管１５の低温熱交換器６出口側に設けられて、熱交換して低温熱交換器６から吐出した吸収液の温度を計測するための温度センサ、２３は温度センサ２２が計測した吸収液の温度に基づいて流量制御弁９を制御するための制御器である。
上記構成の吸収冷凍機１００においては、冷却水管２１に冷却水を流し、排熱流体供給管１９を介して高温再生器１に、コ・ジェネレーションシステムなどから供給される高温・高圧の水蒸気、高温水などの排熱流体を供給し、吸収液を加熱すると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。
高温再生器１で生成された高温の冷媒蒸気は、冷媒管１６を通って低温再生器２に入り、高温再生器１で生成され吸収液管１４により高温熱交換器７を経由して低温再生器２に入った中間吸収液を加熱して放熱凝縮し、凝縮器３に入る。
また、低温再生器２で加熱されて中間吸収液から蒸発分離した冷媒は凝縮器３へ入り、冷却水管２１内を流れる冷却水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管１６から凝縮して供給される冷媒と一緒になって冷媒管１７を通って蒸発器４に入る。
蒸発器４に入って冷媒液溜りに溜った冷媒液は、冷水管２０に接続された伝熱管２０Ａの上に冷媒ポンプ１０によって散布され、冷水管２０を介して供給される水と熱交換して蒸発し、伝熱管２０Ａの内部を流れる水を冷却する。
そして、蒸発器４で蒸発した冷媒は吸収器５に入り、低温再生器２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１５により低温熱交換器６を経由して供給され、上方から散布される濃吸収液に吸収される。
吸収器５で冷媒を吸収して濃度の薄くなった吸収液、すなわち稀吸収液は吸収液ポンプ１１の運転により、排熱回収熱交換器８・低温熱交換器６・高温熱交換器７を経由して高温再生器１へ吸収液管１３から送られる。
上記のように運転が行われると、蒸発器４の内部に配管された伝熱管２０Ａ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２０を介して図示しない熱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。
そして、本発明の吸収冷凍機１００においては、図２に示すように温度センサ２２が計測する吸収液の温度が、吸収液管１５を流れている吸収液の結晶化温度より３〜５℃だけ高い所定の設定温度、例えば４５℃を維持するように、計測温度が低いほど流量制御弁９を絞り、計測温度が高いほど流量制御弁９を開けるように制御器２３により制御される。
したがって、本発明の吸収冷凍機１００においては、吸収器５から高温再生器１に搬送される吸収液の温度が低温熱交換器６と高温熱交換器７とで加熱されるだけでなく、排熱回収熱交換器８においても加熱されるので、排熱流体供給管１９を介してコ・ジェネレーションシステムなどから供給される高温・高圧の水蒸気、高温水などの排熱流体による吸収液に対する加熱効率が良い。
しかも、低温再生器２で加熱濃縮され、低温熱交換器６で放熱して吸収器５に供給されている吸収液の温度が、所定の例えば４５℃を維持するように流量制御弁９の開度が制御器２３により制御されるので、温度が低下し過ぎて吸収液が結晶化することがないし、温度が上がり過ぎて吸収器５で冷媒を吸収する際に、吸収し難くなると云った不都合も起こらない。
なお、本発明は上記実施形態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。
例えば、高温再生器１で吸収液を加熱し、濃縮再生するための熱源としては、図３に記載されているようなバーナが用いられても良い。高温再生器１の熱源をそのようにしたときには、排熱回収熱交換器８にはバーナから出る高温の燃焼排ガスが供給される。
その際、バーナから排出される高温の燃焼排ガスは、排熱回収熱交換器８に直接供給されても良いし、図３に示されているように低温熱交換器６と高温熱交換器７との間に別途設置する排熱回収熱交換器で吸収液を加熱して放熱した後で、排熱回収熱交換器８に供給されるように構成することも可能である。
本発明の吸収冷凍機の説明図である。 流量制御弁の制御例を示す説明図である。 従来技術の説明図である。
符号の説明
１ 高温再生器
２ 低温再生器
３ 凝縮器
４ 蒸発器
５ 吸収器
６ 低温熱交換器
７ 高温熱交換器
８ 排熱回収熱交換器
９ 流量制御弁
１０ 冷媒ポンプ
１１、１２ 吸収液ポンプ
１３〜１５ 吸収液管
１６〜１８ 冷媒管
１９ 排熱流体供給管
２０ 冷水管
２１ 冷却水管
２２ 温度センサ
２３ 制御器

Claims (2)

  1. 第１の流体と第２の流体が熱交換する第１の熱交換器と、第１の流体と第３の流体が熱交換する第２の熱交換器を第１の流体が流れる第１の流路に直列に設け、第１の流路に第１の流体が第１の熱交換器を迂回して第２の熱交換器に流入可能にバイパス路を接続し、熱交換して第２の熱交換器から吐出した第２の流体の温度に基づいてバイパス路に流れる第１の流体の流量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする熱交換装置。
  2. 高温再生器、低温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、低温熱交換器、高温熱交換器などを配管接続して構成される吸収冷凍機において、吸収液を加熱して濃縮再生する高温再生器から吐出した排熱流体と、冷媒を吸収して吸収器から吐出し、低温熱交換器に至る前の吸収液とが熱交換する排熱回収熱交換器を設け、吸収器から吐出した吸収液が排熱回収熱交換器を迂回して低温熱交換器に流入可能にバイパス路を設け、低温熱交換器を経由して低温再生器から吸収器に流入している吸収液の低温熱交換器出口側温度に基づいてバイパス路に流れる吸収液の流量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする吸収冷凍機。
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