JP2009287805A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】 部分負荷時においても高効率を維持できる吸収冷凍機を提供する。
【解決手段】 希溶液を高温溶液熱交換器７の被加熱側とドレン熱回収器１０の被加熱側に並列に導く構成の吸収冷凍機であって、前記１０の入口側希溶液経路もしくは７の入口側希溶液経路に流量制御機構１１を設け、吸収冷凍機の負荷を探知して１０に供給される希溶液流量を制御するように構成したものであり、前記希溶液流量の制御は、吸収冷凍機の冷凍負荷が減少するに応じて、１０に供給される希溶液流量を減少させるように制御することができ、また、前記１０と７が、複数設置され、そのうちの最も高い温度レベルにある一台を高温再生器４の気相部と連通するのがよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸収冷凍機に係り、特に蒸気を熱源とし、部分負荷時にも高効率を維持できる吸収冷凍機に関する。

蒸気を熱源とする吸収冷凍機の効率を高める手法としては、高温再生器で溶液を加熱・濃縮した後の蒸気ドレンと吸収溶液を熱交換するためのドレン熱回収器を設けることが知られている。例えば、低温溶液熱交換器と高温溶液熱交換器の間にこのドレン熱回収器を設けた例としては、特公昭５１−１１３３２号公報がある。この例では、ドレン熱回収器を出た希溶液温度が上昇しているために、高温溶液熱交換器での熱回収が不十分となる問題があり、これを改善する目的で、特公昭５１−１３２５９号公報には、低温溶液熱交換器で加熱後の希溶液を、ドレン熱回収器と高温溶液熱交換器に並列に接続後、高温再生器に導入する方法、及び、吸収器からの希溶液を低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、ドレン熱回収器に並列に接続し、高温再生器に導入する方法が開示されている。

また、特開２００４−３４０４２３号公報では、ドレン熱回収器、高温溶液熱交換器をそれぞれ顕熱回収用、潜熱回収用に分け、潜熱回収用のドレン熱回収器と、高温溶液熱交換器とは、気相部を高温再生器と接続することで、ドレン熱回収器、高温溶液熱交換器で熱交換した希溶液がフラッシュすることを防止する方法が開示されている。
ドレンからの熱量を有効に回収するにあたり、蒸気の流量が一定であれば、上述の様な方法は有効である。しかし、部分負荷時にドレンの流量が減少した場合、ドレン熱回収器で回収できる熱量が高温溶液熱交換器で回収できる熱量に比べ大幅に減少するという問題がある。
特公昭５１−１１３３２号公報 特公昭５１−１３２５９号公報 特開２００４−３４０４２３号公報

本発明は、上記の問題点を解決し、部分負荷時においても高効率を維持できる吸収冷凍機を提供することを課題としたものである。

上記課題を解決するために、本発明では、蒸発器、吸収器、凝縮器、低温再生器、高温再生器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、溶液ポンプ、ドレン熱回収器及びこれらの機器を連結する吸収溶液経路、冷媒経路を備え、希溶液を高温溶液熱交換器の被加熱側とドレン熱回収器の被加熱側に並列に導く構成の吸収冷凍機であって、前記ドレン熱回収器の入口側希溶液経路もしくは高温溶液熱交換器の入口側希溶液経路に流量制御機構を設け、吸収冷凍機の負荷を検知してドレン熱回収器に供給される希溶液流量を制御するように構成したことを特徴とする吸収冷凍機としたものである。

前記吸収冷凍機において、前記希溶液流量の制御は、吸収冷凍機の冷凍負荷が減少するに応じて、ドレン熱回収器に供給される希溶液流量を減少させるように制御することができ、また、前記ドレン熱回収器が、複数設置されており、そのうちの最も高い温度レベルにある一台の被加熱側が高温再生器の気相部と連通するように構成すること、及び、前記溶液熱交換器が、複数設置されており、そのうちの最も高い温度レベルにある一台の被加熱側が高温再生器の気相部と連通するように構成することができる。

本発明では、上記の構成としたことにより、従来技術の問題点を解決し、部分負荷においても蒸気消費率の小さい、高効率吸収冷凍機を提供することが可能となった。

本発明は、ドレン熱回収器と溶液熱交換器を並列で設置した吸収冷凍機において、部分負荷時にも高効率を維持できるように、ドレン熱回収器の入口側希溶液経路もしくは高温溶液熱交換器の入口側希溶液経路に流量制御機構を設け、吸収冷凍機の負荷に応じてドレン熱回収器への希溶液流量を制御するように構成したものである。
次に、図面にて本発明について説明する。
図１及び図２は、本発明による吸収冷凍機のフロー構成図の一例を示す。
図１及び図２において、１は吸収器、２は蒸発器、３は低温再生器、４は高温再生器、５は凝縮器、６は低温溶液熱交換器、７は高温溶液熱交換器、８、８−１、８−２は溶液ポンプ、９は冷媒ポンプ、１０、１０−１、１０−２、１０−３はドレン熱回収器、１１は流量制御機構、１２はドレン温度センサ、１３は制御器である。

図１において、蒸発器１からの冷媒蒸気を吸収し薄くなった希溶液は、吸収器２から経路１７を通り溶液ポンプ８により低温溶液熱交換器６の被加熱側に供給され、低温溶液熱交換器６の加熱側に供給される経路２３からの濃溶液で加熱された後、経路１８を通り低温再生器３へ導入される。
高温再生器４へ供給される希溶液は、低温溶液熱交換器６と低温再生器３を接続する経路１８の途中から経路１９と経路２０で希溶液を分岐し、この希溶液を経路１９を通る高温溶液熱交換器７と経路２０を通るドレン熱回収器１０の被加熱側を経由して高温再生器４へ供給される。
なお、本図では、ドレン熱回収器１０を経由して高温再生器４へ供給される希溶液経路２０は、低温溶液熱交換器６と低温再生器３を接続する希溶液経路１８の途中から分岐しているが、溶液ポンプ８と低温溶液熱交換器６を接続する経路途中や、低温溶液熱交換器６の途中から分岐してもよい。
この様に構成すると、ドレン熱回収器１０に供給される希溶液の温度が低いため、ドレンからの熱回収量を更に増やすことが可能となる。

外部から供給される蒸気（熱源）１４により、高温再生器４内で加熱・濃縮された濃溶液は、経路２２から高温溶液熱交換器７の加熱側を通ったのち、低温再生器３で加熱・濃縮された経路２１からの濃溶液と混合され、低温溶液熱交換器６の加熱側へ導入される。
低温溶液熱交換器６で希溶液と熱交換を行った濃溶液は、経路２３を通り吸収器１に導入され、冷却水１６によって冷却されることで吸収能力を発揮し、蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収する。
高温再生器４で発生した冷媒蒸気は、経路２４から低温再生器３の加熱側に供給され、低温再生器３に供給された希溶液と熱交換することで凝縮し、凝縮器５へ導入される。
高温再生器４で発生した冷媒蒸気と熱交換することで、低温再生器３で発生した冷媒蒸気は、凝縮器５で冷却水１６により冷却され凝縮し、低温再生器３で凝縮した冷媒と合流し、経路２５から蒸発器２へ戻される。

蒸発器２では、冷水１５によって加熱されることで冷媒蒸気が発生し、吸収器１で溶液に吸収される。蒸発器２では、冷媒を冷媒ポンプ９によって経路２６から蒸発器２の伝熱面上に散布することが多いが、冷媒ポンプ９が無い機種も存在する。
高温再生器４へ供給される熱源（蒸気）１４は、高温再生器４で希溶液を加熱・濃縮し凝縮した後、ドレン熱回収器１０の加熱側へ導かれ、希溶液と熱交換して外部に排出される。
なお、図１には記載していないが、通常ドレン熱回収器１０の蒸気ドレン入口もしくは出口経路には、蒸気のショートパスを防止するために、ドレントラップを設ける。
この様にして、吸収冷凍機のサイクルが成り立つ。

ここで、吸収冷凍機の負荷が減少した場合について説明する。
吸収冷凍機の負荷が減少すると、ドレン熱回収器１０の加熱側に供給されるドレン流量、エンタルピが減少する。ドレンの流量は、冷却水入口温度、冷水出口温度が同一である場合、若干のずれはあるが、概ね吸収冷凍機の負荷に応じて増減する。つまり、吸収冷凍機の負荷が５０％になった場合、ドレンの流量も５０％程度に減少する。
しかし、高温再生器４に供給される希溶液の流量は、「運転点の高温再生器４と低温再生器３の圧力差」と，「設計点の高温再生器４と低温再生器３の圧力差」の比の平方根｛＝√（（高温再生器圧力−低温再生器圧力）／（高温再生器設計圧力−低温再生器設計圧力））｝に概ね比例して変化するため、吸収冷凍機の負荷が５０％になったとしても、ドレン熱回収器１０に供給される希溶液の流量は５０％よりも多く（運転状況により異なるが、概ね８０％程度）、ドレン流量と希溶液流量の比は、冷凍機の負荷に応じて大きく変わることになる。

そのため、ドレン熱回収器１０におけるドレン側の温度効率（ドレン出入口温度差）／（ドレン入口温度−希溶液入口温度）は１００％に近づき、ドレンからの熱回収量がほぼ限界になってしまう。
一方、高温溶液熱交換器７の加熱側に流れる濃溶液流量は、希溶液と同じように、「運転点の高温再生器４と低温再生器３の圧力差」と，「設計点の高温再生器４と低温再生器３の圧力差」の比の平方根に概ね比例して変化するため、高温溶液熱交換器７に供給される濃溶液流量と希溶液流量の比は、部分負荷になってもあまり変化しない。
この場合、高温溶液熱交換器７における温度効率は、希溶液と濃溶液の流量比があまり変化していないため、ドレン熱回収器１０に比べて大きく変化はしない（実際には、溶液循環量が減少した分、伝熱面積に余裕が生じるため、多少向上する）。

この様な状況で、ドレン熱回収器１０に供給する希溶液の流量を流量制御機構１１によって減少させ、その分の希溶液を高温溶液熱交換器７に供給すると、ドレン熱回収器１０における熱回収量はほとんど変わらないまま、高温溶液熱交換器７における濃溶液からの熱回収量を増大することが可能となり、内部サイクルの熱回収量が増加するため、吸収冷凍機の効率が向上する。
この希溶液の流量制御機構１１は、部分負荷時にドレン熱回収器１０への希溶液流量を減少させられれば、ドレン熱回収器１０の希溶液入口側経路に設けても、高温溶液熱交換器７の希溶液入口側経路に設けても構わないが、圧損の関係から、最も圧損が多い高温溶液熱交換器７の希溶液経路の経路には設けないのが通常である。

例えば、定格運転時におけるドレン熱回収器１０の希溶液側圧損が高温溶液熱交換器７の希溶液側圧損よりも高い場合は、通常ドレン熱回収器１０の入口希溶液経路に設ける。
図１では、ドレン熱回収器１０の入口希溶液経路に設けてある。
なお、吸収冷凍機の負荷を検知する方法の一例として、図１では蒸気ドレン温度を使用する場合を図示しているが、この他にも蒸気流量、蒸気圧力、蒸気温度、冷水出入口温度、冷却水出入口温度、冷凍機内の温度や圧力など種々の値を使用することができる。
図１には記載していないが、吸収器１へ濃溶液を供給する経路中に、溶液スプレーポンプを設けることもできる。その場合、ポンプのインバータや制御弁といった流量制御機構を設け、濃溶液の流量に応じて溶液スプレー量を制御することもできるし、吸収器の希溶液をスプレーポンプの吸込側に導入してスプレーバックアップをしてもよい。

以下、他の例について簡単に説明する。
図２は、本発明の他の例であり、第１ドレン熱回収器１０−１、第２ドレン熱回収器１０−２、第３ドレン熱回収器１０−３の３台のドレン熱回収器を設け、その内の１台１０−３を高温再生器の気相部分と連通して構成した吸収冷凍機である。
吸収器１から低温再生器３へ希溶液を送る第１の溶液ポンプ８−１と、低温再生器３から高温再生器４へ溶液を送る第２の溶液ポンプ８−２を備えている。
この様な構成では、ドレン熱回収器１０内で希溶液がフラッシュして、ドレン熱回収器１０や希溶液経路に損傷を与えることや、希溶液経路中が気液二層流になり、経路の配管圧損が増大して希溶液が流れなくなることを防止することができる。

図２では、第２ドレン熱回収器１０−２の希溶液入口経路に流量制御機構１１を設けているが、第１ドレン熱回収器１０−１の希溶液入口経路に流量制御機構１１を設け、冷凍機の負荷に応じて流量を制御することも可能である。
図１及び図２においては、冷却水１６の流れる方向を、吸収器１から凝縮器３の順に流すように図示されているが、これに特定されるものではなく、例えば凝縮器３から吸収器側１に流すことも可能であり、任意の流し方を構成することができる。
なお、図１は、所謂パラレルフローと呼ばれる構成、図２はリバースフローと呼ばれる構成であるが、これらに限らず、シリーズフローでも同様の構成とすることが可能である。

本発明における吸収冷凍機の一例を示すフロー構成図。 本発明における吸収冷凍機の他の一例を示すフロー構成図。

符号の説明

１：吸収器、２：蒸発器、３：低温再生器、４：高温再生器、５：凝縮器、６：低温溶液熱交換器、７：高温溶液熱交換器、８、８−１、８−２：溶液ポンプ、９：冷媒ポンプ、１０、１０−１、１０−２、１０−３：ドレン熱回収器、１１：流量制御機構、１２：温度センサー、１３：制御器、１４：熱源、１５：冷水、１６：冷却水、１７〜２３：溶液経路、２４〜２６：冷媒経路、

Claims (4)

1. 蒸発器、吸収器、凝縮器、低温再生器、高温再生器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、溶液ポンプ、ドレン熱回収器及びこれらの機器を連結する吸収溶液経路、冷媒経路を備え、希溶液を高温溶液熱交換器の被加熱側とドレン熱回収器の被加熱側に並列に導く構成の吸収冷凍機であって、前記ドレン熱回収器の入口側希溶液経路もしくは高温溶液熱交換器の入口側希溶液経路に流量制御機構を設け、吸収冷凍機の負荷を検知してドレン熱回収器に供給される希溶液流量を制御するように構成したことを特徴とする吸収冷凍機。
2. 前記希溶液流量の制御は、吸収冷凍機の冷凍負荷が減少するに応じて、ドレン熱回収器に供給される希溶液流量を減少させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の吸収冷凍機。
3. 前記ドレン熱回収器が、複数設置されており、そのうちの最も高い温度レベルにある一台の被加熱側が、高温再生器の気相部と連通するように構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の吸収冷凍機。
4. 前記溶液熱交換器が、複数設置されており、そのうちの最も高い温度レベルにある一台の被加熱側が高温再生器の気相部と連通するように構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸収冷凍機。

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