JP2005300069A - 吸収冷凍機 - Google Patents
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Abstract
【課題】排熱流体の流量制御が不能になって吸収液に対する加熱再生作用が過剰に行われても、冷水温度の異常低下による運転不能、吸収液の結晶化が起こらないようにする。
【解決手段】他の設備から供給される排熱流体が内部を流れる伝熱管３Ｂを排熱再生器３の中段部分に設けると共に、伝熱管３Ｂの上方に散布器３Ｃを、下方に吸収液吐出口３Ａを設け、流量制御弁１３が不調になって、排熱流体供給管３０から伝熱管３Ｂへの排熱流体の供給量削減が不能になったときに、吸収液ポンプ１１の運転を停止するか回転数を減らして、吸収器７から排熱再生器３への吸収液の搬送量を制限することの可能な制御器３６を設けるようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】他の設備から供給される排熱流体が内部を流れる伝熱管３Ｂを排熱再生器３の中段部分に設けると共に、伝熱管３Ｂの上方に散布器３Ｃを、下方に吸収液吐出口３Ａを設け、流量制御弁１３が不調になって、排熱流体供給管３０から伝熱管３Ｂへの排熱流体の供給量削減が不能になったときに、吸収液ポンプ１１の運転を停止するか回転数を減らして、吸収器７から排熱再生器３への吸収液の搬送量を制限することの可能な制御器３６を設けるようにした。
【選択図】 図１
Description
本発明は、吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離する再生器の熱源として、他の設備から供給される排熱なども利用する吸収冷凍機に係わるものである。
この種の吸収冷凍機としては、例えば図３に示したように吸収液を加熱し、沸騰させて蒸発器６に送る冷媒を蒸発分離すると共に、吸収液を濃縮再生する再生器として、ガスバーナ１Ａにおいて発生する燃焼熱を吸収液の加熱源とする高温再生器１と、高温再生器１から供給される冷媒蒸気を吸収液の加熱源とする低温再生器２と、コ・ジェネレーションシステムなどの他の設備から供給される排熱流体を加熱源とする排熱再生器３とを備えて構成さる吸収冷凍機１００Ｘが周知である（例えば、特許文献１参照。）。
なお、図中４は低温再生器２内で吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気が流入可能に低温再生器２に並設された凝縮器、５は排熱再生器３内で吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気が流入可能に排熱再生器３に並設された排熱凝縮器、７は蒸発器６内で蒸発した冷媒蒸気が流入可能に蒸発器６に並設された吸収器、８は低温熱交換器、９は高温熱交換器、１０は冷媒ポンプ、１１と１２は吸収液ポンプ、１３は三方弁からなる流量制御弁、１４〜１７は開閉弁、１８〜２３は吸収液管、２４〜２９は冷媒管、３０は排熱流体供給管、３１はバイパス管、３２は冷温水管、３３は冷却水管、３４は均圧管であり、図３に示したように配管接続されて、蒸発器６内に設置された伝熱管６Ａの管壁を介して所定温度に冷却／または加熱された水が、冷温水管３２を介して図示しない熱負荷に循環供給可能に構成されている。
上記構成の吸収冷凍機１００Ｘにおいては、ガスバーナ１Ａで天然ガスなどを燃やしたときに出る燃焼熱と、排熱流体供給管３０を介してコ・ジェネレーションシステムなどの他の設備から供給される排熱流体とを熱源として吸収液を加熱し沸騰させるので、熱効率が高い。したがって、省資源であり、また、二酸化炭素の排出量を削減することができる、と云ったメリットもある。
特開平８−５４１５３号公報
しかし、特許文献１に開示された吸収冷凍機においては、熱負荷が小さいときにコ・ジェネレーションシステムなどの他の設備から供給されて排熱再生器に流入している排熱流体の流量制御が不能になって、排熱再生器への供給量削減ができなくなったときには、イ）蒸発器で冷却して供給する冷水の温度が低下し過ぎる、ロ）吸収液ポンプの運転を停止しても排熱再生器は空にならないので、排熱再生器に残っている吸収液が排熱流体により加熱され続けて、吸収液の濃縮が過剰に進み結晶化する、などと云った問題点があった。
そのため、排熱流体の流量制御が不能になって吸収液に対する加熱再生作用が過剰に行われても、冷水温度の異常低下による運転不能に陥ったり、吸収液が結晶化することがないようにする必要があり、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、冷媒を吸収した吸収液を加熱し、冷媒を蒸発分離して吸収液を濃縮再生する熱源として、他設備から供給される排熱流体が用いられる排熱再生器を備えた吸収冷凍機において、排熱再生器の中段部分に排熱流体が内部を流れる伝熱管を設けると共に、伝熱管の上方に吸収液散布器を、下方に吸収液吐出口を設け、伝熱管内への排熱流体の供給量削減が不能になったとき、吸収液ポンプの運転を停止するか回転数を減らして、吸収器から排熱再生器への吸収液の搬送量を制限することの可能な制御手段を設けることを主要な特徴とするものである。
本発明の吸収冷凍機においては、排熱再生器内の伝熱管への排熱流体の供給量削減が不能になったときには、吸収液ポンプの運転を停止するか回転数を減らして、吸収器から排熱再生器への吸収液の搬送量を制限することが可能である。
したがって、冷却負荷が小さく、蒸発器で冷却して循環供給する冷水の温度が異常に低下したようなときには、排熱再生器の中段部に設けられている伝熱管より吸収液の液面が低くなるように、吸収液ポンプの運転を停止するか回転数を減らして吸収器から排熱再生器への吸収液の搬送量を制限することで、排熱再生器での排熱流体により吸収液の加熱をなくすか、削減することができる。
そのため、排熱再生器における冷媒蒸気の発生と、吸収液の濃縮再生がなくなるか、少なくなるので、蒸発器で冷却して供給する冷水の温度が異常に低下することも、吸収液が結晶化することもなくなる。
冷媒を吸収した吸収液を加熱し、冷媒を蒸発分離して吸収液を濃縮再生する熱源として、他設備から供給される排熱流体が用いられる排熱再生器を備えた吸収冷凍機において、排熱再生器の中段部分に排熱流体が内部を流れる伝熱管を設けると共に、伝熱管の上方に吸収液散布器を、下方に吸収液吐出口を設け、さらに蒸発器で蒸発する冷媒により冷却されて蒸発器から吐出した冷水の温度が設定温度より低下したとき、排熱流体の伝熱管内への供給量削減操作不能と判断して吸収液ポンプの運転を停止するか、回転数を減らして吸収器から排熱再生器への吸収液の搬送量を制限することの可能な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に基づいて詳細に説明する。図１に例示した本発明の吸収冷凍機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または温水を循環供給することが可能な吸収冷凍機である。なお、理解を容易にするため、図１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１に例示した本発明の吸収冷凍機１００が、前記図３に示した吸収冷凍機１００Ｘと相違する主な点は、排熱再生器３の構成にある。すなわち、図３に示した吸収冷凍機１００Ｘにおいては、排熱再生器３の側壁の中段部分に吸収液の吐出口３Ａが設けられ、その吐出口３Ａに吸収液管１９の一端が接続されて、吐出口３Ａより高い位置にある排熱再生器３の吸収液が吸収液管１９に介在する吸収液ポンプ１２の運転により高温再生器１に搬送可能に設けられており、図１に例示した本発明の吸収冷凍機１００では、吸収液の吐出口３Ａは排熱再生器３の底部に設けられ、そこに吸収液管１９の一端が接続されている。
そして、図３に示した吸収冷凍機１００Ｘにおいては、両端に排熱流体供給管３０が接続される排熱再生器３内の伝熱管３Ｂは排熱再生器３の底側に片寄せて、すなわち側壁中段部分に設けられた吸収液の吐出口３Ａより低い部位にも設置されており、図１に例示した本発明の吸収冷凍機１００においては、伝熱管３Ｂは排熱再生器３の中段部分に、すなわち全体が吸収液の吐出口３Ａの上方に位置するように設置されている。
また、本発明の吸収冷凍機１００においては、伝熱管３Ｂの上方に散布器３Ｃが設置され、その散布器３Ｃに吸収液管１８の一端が接続されて、吸収液管１８に介在する吸収液ポンプ１１の運転により、冷媒を吸収して濃度が低下した吸収器７内の稀吸収液が伝熱管３Ｂの上に散布可能に構成されている。
また、冷温水管３２の蒸発器６出口側に温度センサ３５が設けられて、蒸発器６内の伝熱管６Ａの管壁を介して冷媒と熱交換し、冷媒が蒸発する際の潜熱により冷却されて蒸発器６から吐出した冷温水の温度が計測可能に構成されている。また、温度センサ３５が計測した冷温水の温度に基づいて、ガスバーナ１Ａ、冷媒ポンプ１０、吸収液ポンプ１１、１２、流量制御弁１３などを制御するための制御器３６も設けられている。
上記構成の吸収冷凍機１００においては、開閉弁１４〜１７を閉弁した状態で冷却水管３３に冷却水を流し、ガスバーナ１Ａで天然ガスなどを燃焼させると共に、排熱流体供給管３０を介して排熱再生器３内に設けられた伝熱管３Ｂ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流しながら、吸収液ポンプ１１を運転して吸収器７の吸収液溜りに溜まった吸収液を散布器３Ｃから伝熱管３Ｂの上に散布すると、吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気と、冷媒蒸気を分離して吸収液の濃度が高くなった吸収液とが高温再生器１および排熱再生器３において得られる。
高温再生器１で生成された高温の冷媒蒸気は、冷媒管２４を通って低温再生器２に入り、高温再生器１で濃縮され、吸収液管２０により高温熱交換器９を経由して低温再生器２に入った吸収液を加熱して放熱凝縮し、凝縮器４に入る。
また、低温再生器２における加熱により吸収液から分離された冷媒蒸気は凝縮器４に入り、冷却水管３３内を流れる冷却水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管２４から凝縮して供給される冷媒と一緒になって冷媒管２６を通って蒸発器６に入る。
排熱再生器３で生成された高温の冷媒蒸気も排熱凝縮器５に入り、冷却水管３３内を流れる冷却水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管２７、２６を通って蒸発器６に入る。
蒸発器６に入って冷媒液溜りに溜った冷媒液は、冷温水管３２が接続された伝熱管６Ａの上に冷媒ポンプ１０によって散布され、冷温水管３２を介して循環供給される水と熱交換して蒸発し、伝熱管６Ａの内部を流れる水を冷却する。
そして、蒸発器６で蒸発した冷媒は吸収器７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て再生された吸収液、すなわち吸収液管２１により低温熱交換器８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７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の運転により低温熱交換器８を経由して排熱再生器３に搬送され、散布器３Ｃから伝熱管３Ｂの上に散布され、前記したように排熱流体供給管３０から供給される排熱流体と熱交換して加熱され、冷媒を蒸発分離して濃縮される。
上記のように運転が行われると、蒸発器６内の伝熱管６Ａにおいて冷媒の気化熱によって冷却された冷水が、冷温水管３２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。
なお、排熱流体供給管３０から伝熱管３Ｂへの排熱流体の供給が、ガスバーナ１Ａでの天然ガスなどの燃焼に優先される。すなわち、制御器３６は、温度センサ３５が計測する冷温水の温度が所定の設定温度、例えば７℃まで低下するように、先ず流量制御弁１３が制御され、伝熱管３Ｂに流れる排熱流体の量を最大にしても、温度センサ３５が計測する冷温水の温度が設定温度の７℃まで低下しないときに、ガスバーナ１Ａにより吸収液の加熱を行って、高温再生器１でも冷媒蒸気の生成と、吸収液の濃縮再生を行い、蒸発器６で冷却されて冷温水管３２に吐出する冷温水の温度が設定温度の７℃になるように制御され、ガスバーナ１Ａによる加熱量を最少に絞っても、温度センサ３５が計測する冷温水の温度が設定温度の７℃まで上昇しないと、ガスバーナ１Ａによる加熱を停止し、さらに流量制御弁１３を制御して伝熱管３Ｂへの排熱流体の供給量を絞り、蒸発器６で冷却されて冷温水管３２に吐出する冷温水の温度が設定温度の７℃になるように構成されている。
そして、本発明の吸収冷凍機１００においては、前記したように排熱再生器３の吸収液の吐出口３Ａは底の部分に設けられているので、吸収液ポンプ１１の運転を停止すると、排熱再生器３内は空になる。すなわち、ガスバーナ１Ａの燃焼が停止中は、制御器３６により吸収液ポンプ１２の運転は停止されるので、排熱再生器３と吸収器７との圧力差により、排熱再生器３内の吸収液は吸収液管１９、２２、２１を介して吸収器７に戻され、ガスバーナ１Ａの燃焼中は制御器３６により吸収液ポンプ１２も運転されるので、排熱再生器３内の吸収液は吸収液管１９を介して高温高圧の高温再生器１に送られる。
したがって、流量制御弁１３が不調になり、排熱流体供給管３０から排熱再生器３の伝熱管３Ｂに供給する排熱流体の流量制限ができなくなったときには、吸収液ポンプ１１の運転を停止するか、回転数を削減し、排熱再生器３内の吸収液の液面が伝熱管３Ｂの下になるように吸収器７から排熱再生器３への吸収液の搬送量を制限することにより、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排熱流体供給管３０から伝熱管３Ｂに供給され続けても、排熱再生器３では吸収液は加熱されないか加熱量が抑えられるので、排熱再生器３における冷媒蒸気の発生をなくし、吸収器７に供給する吸収液が結晶化しないようにすることができる。
そのため、吸収液ポンプ１１の運転は、温度センサ３５が計測した冷温水の温度に基づいて、制御器３６により例えば図２（Ａ）のように制御されるように構成されている。
すなわち、制御器３６は温度センサ３５が計測した冷温水の温度が、例えば４．５℃以下であるときと、４．５℃以下の状態から５．５℃まで上昇する間は吸収液ポンプ１１を停止し、５．５℃以上にあるときと、５．５℃以上の状態から４．５℃まで低下する間は吸収液ポンプ１１を運転するための所要の制御信号を出力するように構成されている。
したがって、本発明の吸収冷凍機１００においては、流量制御弁１３が不調になり、排熱流体供給管３０から排熱再生器３の伝熱管３Ｂに供給する排熱流体の流量制限ができなくなり、ガスバーナ１Ａによる加熱を停止しても、蒸発器６の伝熱管６Ａで冷却されて冷温水管３２に吐出する冷温水の温度が４．５℃より下がり、温度センサ３５がそれを計測すると、吸収液ポンプ１１の運転が制御器３６により停止される。
そのため、排熱再生器３内は空になり、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排熱流体供給管３０から伝熱管３Ｂに供給され続けても、排熱再生器３では吸収液は加熱されなくなるので、排熱再生器３における冷媒蒸気の発生はないし、吸収液が濃縮され過ぎて結晶化することもない。
吸収液ポンプ１１は、制御器３６により例えば図２（Ｂ）に示したように、すなわち温度センサ３５が計測した冷温水の温度が例えば４．５℃以下であるときは、吸収液ポンプ１１を駆動する電動モータに与える電力周波数を０Ｈｚ、前記冷温水の温度が５．５℃以上あるときは規定の最大周波数、例えば６０Ｈｚとし、前記冷温水の温度が４．５℃と５．５℃の間にあるときには、電動モータに与える電力周波数は前記冷温水の温度に比例するものとして電力周波数を選択し、そのようにして回転が制御されても良い。
なお、上記構成の本発明の吸収冷凍機１００においては、開閉弁１４〜１７を開弁し、ガスバーナ１Ａで天然ガスなどを燃焼させて高温再生器１内の吸収液を加熱し、沸騰させると、吸収液から蒸発分離されて冷媒管２４、２５を経て吸収器７に流入し、さらに蒸発器６に入った冷媒蒸気が伝熱管６Ａの管壁に触れて凝縮する。そして、伝熱管６Ａ内を流れている水が、主に冷媒の凝縮熱により加熱されるので、その加熱された水を負荷に循環供給することで、暖房などの加熱運転が行える。
ところで、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、吸収器７で冷媒を吸収して濃度が低下した稀吸収液を、先ず排熱再生器３に搬送して濃縮し、その濃縮された吸収液を低温再生器２に搬送して濃縮し、最後に高温再生器１に搬送して濃縮するように、吸収液管を配管しても良いし、吸収器７で冷媒を吸収して濃度が低下した稀吸収液を、高温再生器１と排熱再生器３とに分岐して搬送し、高温再生器１と排熱再生器３とで濃縮した吸収液を低温再生器２に搬送して濃縮するように、吸収液管が配管されても良い。
また、開閉弁１７が介在する冷媒管２９は、図３に示した吸収冷凍機１００Ｘのように、すなわち冷媒ポンプ１０の下流側と吸収器７との間に設けても良い。
さらに、高温再生器１と低温再生器２とを備えず、吸収液が排熱再生器３と吸収器７との間で循環するように構成された吸収冷凍機であっても良い。
１ 高温再生器
２ 低温再生器
３ 排熱再生器
３Ａ （吸収液の）吐出口
３Ｂ 伝熱管
３Ｃ 散布器
４ 凝縮器
５ 排熱凝縮器
６ 蒸発器
６Ａ 伝熱管
７ 吸収器
８ 低温熱交換器
９ 高温熱交換器
１０ 冷媒ポンプ
１１、１２ 吸収液ポンプ
１３ 流量制御弁（三方弁）
１４〜１７ 開閉弁
１８〜２３ 吸収液管
２４〜２９ 冷媒管
３０ 排熱流体供給管
３１ バイパス管
３２ 冷温水管
３３ 冷却水管
３４ 均圧管
３５ 温度センサ
３６ 制御器
１００、１００Ｘ 吸収冷凍機
２ 低温再生器
３ 排熱再生器
３Ａ （吸収液の）吐出口
３Ｂ 伝熱管
３Ｃ 散布器
４ 凝縮器
５ 排熱凝縮器
６ 蒸発器
６Ａ 伝熱管
７ 吸収器
８ 低温熱交換器
９ 高温熱交換器
１０ 冷媒ポンプ
１１、１２ 吸収液ポンプ
１３ 流量制御弁（三方弁）
１４〜１７ 開閉弁
１８〜２３ 吸収液管
２４〜２９ 冷媒管
３０ 排熱流体供給管
３１ バイパス管
３２ 冷温水管
３３ 冷却水管
３４ 均圧管
３５ 温度センサ
３６ 制御器
１００、１００Ｘ 吸収冷凍機
Claims (2)
- 冷媒を吸収した吸収液を加熱し、冷媒を蒸発分離して吸収液を濃縮再生する熱源として、他設備から供給される排熱流体が用いられる排熱再生器を備えた吸収冷凍機において、排熱再生器の中段部分に排熱流体が内部を流れる伝熱管を設けると共に、伝熱管の上方に吸収液散布器を、下方に吸収液吐出口を設け、伝熱管内への排熱流体の供給量削減が不能になったとき、吸収液ポンプの運転を停止するか回転数を減らして、吸収器から排熱再生器への吸収液の搬送量を制限することの可能な制御手段を設けたことを特徴とする吸収冷凍機。
- 蒸発器で蒸発する冷媒により冷却されて蒸発器から吐出した冷水の温度が設定温度より低下したときに、制御手段が排熱流体の伝熱管内への供給量削減操作不能と判断して吸収液ポンプの運転を停止するか、回転数を減らして吸収器から排熱再生器への吸収液の搬送量を制限するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
Priority Applications (3)
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