JP2006194453A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収液を移送する溶液ポンプの駆動用電力の低減化を図り得る吸収式冷凍機を提供する。
【解決手段】冷媒の蒸発器、冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器１、吸収器内の濃吸収液を第１吸収液移送管１２を介して導き加熱し吸収液を再生する再生器２、再生器で分離された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器、再生器からの稀吸収液を吸収器に移送する第２吸収液移送管１４、および第１吸収液移送管１２途中に介装されて電動機２２により駆動される溶液ポンプ２３が具備され、上記再生器における吸収液の液面位置を計測するとともに当該液面位置を所定値に維持するように指示信号を出力する液面調節計２４および溶液ポンプを駆動する電動機の回転数を制御するインバータ制御部２１を設け、上記液面調節計からの指示信号をインバータ制御部に入力させて、再生器内の液面位置が所定値となるように、溶液ポンプの電動機を制御するようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸収式冷凍機に関するものである。

冷凍機の中には吸収式のものがあり、その中でも、冷媒としてアンモニアを用いるとともに吸収液としてアンモニア水溶液を用いたアンモニア吸収式冷凍機がある。
このアンモニア吸収式冷凍機は、アンモニア液を蒸発させる蒸発器と、アンモニア蒸気を濃度の薄いアンモニア水溶液（以下、稀吸収液ともいう）に吸収する吸収器と、アンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなったアンモニア水溶液（以下、濃吸収液ともいう）を加熱してアンモニア蒸気を分離して吸収液の再生を行う再生器と、この分離されたアンモニア蒸気を凝縮する凝縮器とが具備されたもので、蒸発器にて被冷却流体の冷却を行うようにしたものである。なお、凝縮器にて凝縮されたアンモニア液は蒸発器に移送されるとともに、再生器で再生された吸収液は吸収器に移送される。

そして、図２に示すように、吸収器５１内の濃吸収液は第１吸収液移送管６１を介して再生器５２に移送されるとともに、再生器５２内の稀吸収液も第２吸収液移送管６２を介して吸収器５１に移送されている。

ところで、冷凍運転時においては、再生器５２内の圧力（例えば、１．６ＭＰａＧ）の方が吸収器５１内の圧力（例えば、０ＭＰａＧ、所謂大気圧である）よりも高いため、その圧力差により、再生された稀吸収液は第２吸収液移送管６２を介して吸収器５１に移送されるが、圧力が低い吸収器５１から圧力が高い再生器５２に濃吸収液を移送するために、第１吸収液移送管６１の途中には電動機５３により駆動される溶液ポンプ５４が設けられていた。また、第１吸収液移送管６１の途中には、濃吸収液の流量が所定値となるように、流量調節計７１および当該流量調節計７１からの指示信号により制御される流量制御弁７２が設けられており、さらに第２吸収液移送管６２の途中には、吸収器５１内の液面が所定高さとなるように、吸収器５１に設けられた液面検出計７３からの検出信号により制御される液面調節弁（例えば、開閉弁が用いられる）７４が設けられている。
特開平１１−２０１５７５号公報

上記従来の構成によると、第１吸収液移送管６１の途中に設けられた溶液ポンプ５４の能力は、再生器５２と吸収器５１との圧力差が最大であっても、吸収液が所定値（所定量）以上流れるように決められていた。

このため、再生器５２内の圧力が最大でない場合［例えば、凝縮器での冷却水温度が低いとき（凝縮器での平衡温度が下がり、それに伴い再生器内の圧力も下がる）、部分負荷運転のときなど、殆どの場合がそうである］でも、溶液ポンプ５４は最大能力で運転されており、溶液ポンプ５４の駆動用電力が必要以上に消費されてしまうという問題があった。なお、再生器５２の圧力が低い場合には、溶液ポンプ５４の能力が過大となるため、第１吸収液移送管６１途中に設けられた流量制御弁７２によりその流量が絞られており、したがって溶液ポンプ５４の駆動用電力が無駄に消費されていた。

そこで、本発明は、溶液ポンプの駆動用電力の低減化を図り得る吸収式冷凍機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の吸収式冷凍機は、冷媒を蒸発させる蒸発器、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器、この吸収器にて冷媒を吸収した吸収液を第１吸収液移送管を介して導き加熱し冷媒を蒸発させて吸収液の再生を行う再生器、この再生器で分離された冷媒蒸気を導き凝縮させる凝縮器、および上記再生器で再生された吸収液を上記吸収器に移送する第２吸収液移送管、並びに上記第１吸収液移送管途中に介装されて電動機により駆動される溶液ポンプが具備された吸収式冷凍機であって、
上記再生器における吸収液の液面位置を計測するとともに当該液面位置を所定値に維持するような指示信号を出力する液面調節計および上記溶液ポンプを駆動する電動機の回転数を制御するインバータ制御部を設けるとともに、
上記液面調節計からの指示信号をインバータ制御部に入力させて、再生器内の液面位置が所定値となるように、上記溶液ポンプの電動機を制御するようにしたものである。

上記の構成によると、溶液ポンプを駆動する電動機は、再生器に設けられた液面調節計からの指示信号に基づき、再生器内の液面位置が所定値となるようにインバータ制御部にてその回転数が制御されており、したがって再生器内の液面位置に応じて、言い換えるなら、再生器内の圧力に応じて、溶液ポンプが適正な能力でもって運転されることになるため、従来のように、常に、溶液ポンプが、再生器内の最高圧力に対向し得るように駆動されている場合に比べて、溶液ポンプを駆動する電動機の消費電力、すなわち駆動用電力の低減化を図ることができる。

また、第２吸収液移送管を流れる吸収液の流量は再生器と吸収器との圧力差に応じて変化するが、再生器内の液面位置が所定値となるように溶液ポンプの電動機が制御されるため、結果的に、第１吸収液移送管を流れる吸収液の流量も変化して、系全体の流量バランスが保たれるので、従来のように、各吸収液移送管の途中に設けられていた制御弁、調節弁などが不要となり、冷凍システムの簡素化を図ることができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る吸収式冷凍機を、図１に基づき説明する。
本実施の形態においては、冷媒としてアンモニアを用いるとともに吸収液としてアンモニア水溶液を用いたアンモニア吸収式冷凍機について説明する。

図１に示すように、この吸収式冷凍機には、冷媒であるアンモニア液を蒸発させる蒸発器（図示せず）と、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気であるアンモニア蒸気を第１冷媒蒸気移送管１１を介して導き吸収液である濃度が薄いアンモニア水溶液（以下、稀吸収液ともいう）に吸収する吸収器１と、この吸収器１にてアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなったアンモニア水溶液（以下、濃吸収液ともいう）を第１吸収液移送管１２介して導き加熱しアンモニアを蒸発させて吸収液の再生を行う再生器２と、この再生器２で分離されたアンモニア蒸気を第２冷媒蒸気移送管１３を介して導き凝縮させる凝縮器（図示せず）と、上記再生器２にて再生された稀吸収液を吸収器１に移送する第２吸収液移送管１４とが具備されている。

そして、上記第１吸収液移送管１２の途中には、インバータ制御部２１によりその回転数が制御される電動機２２にて駆動される溶液ポンプ２３が設けられている。
さらに、上記再生器２内の吸収液の液面位置（液位）を計測するとともにその液面を所定高さ（所定値）に維持させる指示信号を出力する液面調節計２４が設けられており、この液面調節計２４からの指示信号が上記インバータ制御部２１に入力されて、再生器２内の液面が所定高さとなるように、電動機２２の回転数すなわち溶液ポンプ２３が駆動される。

また、上記吸収器１には、その許容最低液面位置を検出するための液面検出計（液面スイッチともいう）２５が設けられるとともに、この液面検出計２５からの許容最低液面位置の検出信号が上記電動機２２の制御部分、例えばインバータ制御部２１に入力されて、溶液ポンプ２３の空運転が防止されている。

なお、吸収器１には、アンモニア蒸気を吸収した際に発生した熱を除去するための冷却水配管１５が設けられるとともに、再生器２には、吸収液を加熱するための蒸気配管１６が設けられている。また、第１吸収液移送管１２と第２吸収液移送管１４との間には、第２吸収液移送管１４を流れる稀吸収液が有する熱を回収するための熱交換器（熱回収器でもある）１７が設けられている。なお、第２吸収液移送管１４の溶液ポンプ２３の下流側には、逆止弁２７が介装されている。

上記構成において、蒸発器にて蒸発されたアンモニア蒸気が第１冷媒蒸気移送管１１を介して吸収器１に導かれて吸収液であるアンモニア水溶液に吸収され、そして吸収器１でアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなったアンモニア水溶液すなわち濃吸収液は、溶液ポンプ２３により第１吸収液移送管１２を介して再生器２に移送されて、冷凍サイクルが行われる。勿論、蒸発器に供給される被冷却流体（冷凍負荷）が冷却される。

そして、上記溶液ポンプ２３を駆動する電動機２２は、再生器２に設けられた液面調節計２４からの指示信号に基づき、再生器２内の液面が所定高さとなるようにインバータ制御部２１にて、その回転数が制御されている。すなわち、再生器２内の液面位置に応じて、言い換えるなら、再生器２内の圧力に応じて、溶液ポンプ２３が適正に運転される。

例えば、冷凍負荷が大きい場合には、再生器２内の圧力が高くなるとともに吸収液の液面もそれに応じて低くなり、このことが、液面調節計２４にて検出されるとともに、その液面の低下に応じた指示信号がインバータ制御部２１に出力されて電動機２２の回転数が高くされ、したがって溶液ポンプ２３の能力が増大される。

一方、凝縮器での冷却水温度が低い場合、部分負荷運転の場合には、再生器２内の圧力が設計値より低くなるとともに吸収液の液面もそれに応じて高くなり（再生器内の吸収液の量が多くなるため）、すなわち溶液ポンプ２３の能力が最大値を必要としない場合には、やはり、液面調節計２４からの指示信号により、インバータ制御部２１を介して溶液ポンプ２３の能力が抑えられる。

すなわち、従来のように、常に、溶液ポンプ２３が、再生器２内の最高圧力に対向し得るように駆動されている場合に比べて、溶液ポンプ２３を駆動する電動機２２の消費電力（駆動用電力）の低減化を図ることができる。

また、再生器２で再生された吸収液の吸収器１への移送流量、すなわち循環流量については、再生器２と吸収器１との圧力差に応じた成行き流量でもってバランスが保たれている。

すなわち、インバータ制御部２１による溶液ポンプ２３の能力の制御だけで、系全体における吸収液の循環流量の連続した安定化が図られている。
なお、吸収器１内の吸収液の液面が許容最低液面位置より低下した場合には、液面検出計２５からの検出信号がインバータ制御部２１に送られて、電動機２２すなわち溶液ポンプ２３の駆動が停止される。そして、液面が許容最低液面位置に戻った場合には、溶液ポンプ２３が駆動される。

勿論、再生器２で蒸発されたアンモニア蒸気は凝縮器に導かれて凝縮された後、蒸発器に移送されて蒸発に供される。
上述したように、上記溶液ポンプを駆動する電動機は、再生器に設けられた液面調節計からの指示信号に基づき、再生器内の液面が所定高さ（液面位置が所定値）となるようにインバータ制御部にてその回転数が制御されており、したがって再生器内の液面位置に応じて、言い換えるなら、再生器内の圧力に応じて、溶液ポンプが適正な能力でもって運転されることになるため、従来のように、常に、溶液ポンプが、再生器内の最高圧力に対向し得るように最大能力でもって運転されている場合に比べて、溶液ポンプを駆動する電動機の消費電力すなわち駆動用電力の低減化を図ることができる。

また、第２吸収液移送管を流れる吸収液の流量は再生器と吸収器との圧力差に応じて変化するが、再生器内の液面が所定高さとなるように溶液ポンプの電動機が制御されるため、結果的に、第１吸収液移送管を流れる吸収液の流量も変化して、系全体の流量バランスが保たれるので、従来のように、各吸収液移送管の途中に設けられていた制御弁、調節弁（図２の７２，７４にて示す）などが不要となり、冷凍システムの簡素化を図ることができる。

詳しく説明すれば、従来の構成においては、再生器と吸収器との圧力差が小さい起動時においては、吸収器から再生器への吸収液の移送流量が、再生器から吸収器への吸収液の移送流量よりも非常に多くなるため、吸収器内の液面が低くなった溶液ポンプのオン・オフが繰り返されて、中々、安定した運転に入ることができなかった。これに対処するために、吸収器から再生器への吸収液の移送流量が所定量以上に流れないように流量制御弁を設置していたが、溶液ポンプの電動機をインバータ制御することにより、吸収器から再生器に流れる吸収液の流れ過ぎを防止することができ、したがって流量制御弁を設ける必要がなく、しかも再生器内の液面位置についてもインバータ制御部にて制御されているため液面調節弁についても不要となる。

なお、上記液面調節計２４は、再生器２内の吸収液の液面が所定高さとなるように、現在の液面との差に基づく信号を出力するものであるが、この液面調節計２４の概念には、これと同等の機能、すなわち液面計と、この液面計からの計測値を入力して設定高さとの差を信号として出力する演算部とから構成したものについても含まれる。

ところで、上記実施の形態においては、吸収式冷凍機として、冷媒がアンモニアで、吸収液がアンモニア水溶液である場合について説明したが、例えば冷媒が水で、吸収液が臭化リチウム水溶液である場合についても適用することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収式冷凍機の概略構成を示す模式図である。 従来例の吸収式冷凍機の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 吸収器
２ 再生器
１２ 第１吸収液移送管
１４ 第２吸収液移送管
２１ インバータ制御部
２２ 電動機
２３ 溶液ポンプ
２４ 液面調節計
２５ 液面検出計
２６ 定流量弁

Claims (1)

1. 冷媒を蒸発させる蒸発器、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器、この吸収器にて冷媒を吸収した吸収液を第１吸収液移送管を介して導き加熱し冷媒を蒸発させて吸収液の再生を行う再生器、この再生器で分離された冷媒蒸気を導き凝縮させる凝縮器、および上記再生器で再生された吸収液を上記吸収器に移送する第２吸収液移送管、並びに上記第１吸収液移送管途中に介装されて電動機により駆動される溶液ポンプが具備された吸収式冷凍機であって、
   上記再生器における吸収液の液面位置を計測するとともに当該液面位置を所定値に維持するような指示信号を出力する液面調節計および上記溶液ポンプを駆動する電動機の回転数を制御するインバータ制御部を設けるとともに、
   上記液面調節計からの指示信号をインバータ制御部に入力させて、再生器内の液面位置が所定値となるように、上記溶液ポンプの電動機を制御するようにしたことを特徴とする吸収式冷凍機。
   

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