JP2009287807A - 一二重効用吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部熱源を有効に回収できる吸収冷凍機を提供する。
【解決手段】 外部熱源低温再生器１１と低温再生器３と凝縮器５が一つの缶胴内に組み込まれ、該１１が３の上部に配置され、吸収器１からの希溶液の少なくとも一部を、低温溶液熱交換器８と外部熱源交換器１０を介して１１に導き、その後、３に導かれる構成とすると共に、前記１１及び３が、内部に加熱源が通る伝熱管を有し、１１の上部の溶液散布装置２６から溶液を散布して伝熱管の外表面に液膜を形成する形式である一二重効用吸収冷凍機であって、前記１０を前記２６の上部の液相部に伝熱管を設け、該伝熱管内部に外部熱源１３を導き、前記１１に散布する溶液と熱交換する構成としたものであり、前記１３は、１１の伝熱管から１０の伝熱管へ導く構成としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一二重効用吸収冷凍機に係り、特にエンジンのジャケット温水などの排熱を利用する一二重効用吸収冷凍機に関するものである。

エンジンの主な排出源として、排ガスの持つ熱と、エンジン本体を冷却するためのジャケット温水が持つ熱がある。ジャケット温水は、通常８０〜９０℃程度であり、この温度レベルの排温水は、吸収冷温水機に投入することで、高温再生器に投入する燃料を削減することが可能である。
この様な外部熱源投入型吸収冷温水機は、外部熱源の熱量を吸収冷凍機の溶液の顕熱として熱回収をする機種、単項用（一重効用）部分の再生器熱源として供給することで溶液の潜熱として外部熱源から熱回収する機種、上述の顕熱回収用の外部熱源熱交換器と、潜熱回収用の外部熱源再生器を搭載した機種が開発されている。

一般的に、顕熱回収型で燃料削減率は１０〜１５％、潜熱回収型、顕熱・潜熱回収型で２５％以上となり、ある程度以下の部分負荷では、排温水単独で単効用としての運転が可能になるため、その燃料削減効果は非常に大きい。
中でも、顕熱回収用の外部熱源熱交換器と、潜熱回収用の外部熱源再生器を搭載した吸収冷凍機は、燃料削減効果が大きいだけでなく、外部熱源の温度レベルが下がり、潜熱回収が行えなくなった場合でも顕熱回収が可能なため、外部熱源からの熱回収を有効に行えるという利点がある。
しかし、顕熱回収用の外部熱源熱交換器と潜熱回収用の外部熱源再生器の両方を備えることは、外部熱源経路の取り回しが複雑になる、外部熱源熱交換器の設置スペースが限られる、外部熱源熱交換器のコストが高くなる、といった問題がある。
特許第２７８５１５４号公報 特開平１１−８３２２８公報

本発明は、これらの問題点を解決し、外部熱源を有効に回収することのできる一二重効用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、外部熱源低温再生器及び外部熱源熱交換器を主要構成機器とし、これらを溶液経路と、冷媒経路で結んでサイクルを構成し、前記外部熱源低温再生器と低温再生器と凝縮器が一つの缶胴内に組み込まれ、該外部熱源低温再生器が低温再生器の上部に配置され、吸収器からの希溶液の少なくとも一部を、低温溶液熱交換器と外部熱源熱交換器を介して外部熱源低温再生器に導き、その後、低温再生器に導かれる構成とすると共に、前記外部熱源低温再生器及び低温再生器が、内部に加熱源が通る伝熱管を有し、該外部熱源低温再生器の上部に設けた溶液散布装置から溶液を散布して伝熱管の外表面に液膜を形成する形式である一二重効用吸収冷凍機であって、前記外部熱源熱交換器を、前記溶液散布装置の液相部に伝熱管を設け、該伝熱管内部に外部熱源を導き、前記外部熱源低温再生器に散布する溶液と熱交換する構成としたことを特徴とする一二重効用吸収冷凍機としたものである。
前記一二重効用吸収冷凍機において、前記外部熱源は、外部熱源低温再生器の伝熱管から外部熱源熱交換器の伝熱管へ導く構成とし、該外部熱源低温再生器の伝熱管に接続する水室と外部熱源熱交換器の伝熱管に接続する水室を共用する構成とすることができる。

本発明によれば、上記の構成としたことにより、外部熱源を有効に回収することができ、外部熱源熱交換器をコンパクトに収めることが可能な一二重効用吸収冷凍機を提供することが可能となった。

本発明では、外部熱源低温再生器を低温再生器と同じ缶胴に組み込み、外部熱源低温再生器を低温再生器の上部に配置した。また、外部熱源低温再生器へ溶液を散布する溶液散布装置を外部熱源低温再生器の上部に設け、この溶液散布装置内に伝熱管を配置して外部熱源熱交換器とし、伝熱管内部を外部熱源が流れ、伝熱管外部に供給され外部熱源低温再生器に散布される溶液と熱交換できるように構成した。
この様な構成とすることにより、外部熱源熱交換器の缶胴、管板などを低温再生器の管板、缶胴と共有することができ、外部熱源熱交換器に必要な材料はほぼ伝熱管のみとなる。
さらに、外部熱源低温再生器で溶液を加熱・濃縮した外部熱源を外部熱源熱交換器の伝熱管に導くように構成し、両者の伝熱管に接続する水室を同一とすることで、外部熱源熱交換器と外部熱源低温再生器をつなぐ外部熱源経路が不要となることで、外部熱源経路の取り回しや設置スペースの問題が無くなる。

次に、図面にて本発明について説明する。
図１は、本発明の吸収冷凍機のフロー構成図の一例である。
図１において、吸収器２に供給され、冷却水１５によって冷却されることで蒸発器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１６を通り第１の溶液ポンプ８により低温溶液熱交換器６へ送られる。
低温溶液熱交換器６に供給された希溶液は、経路２１からの濃溶液と熱交換し、昇温した後経路１７を通り外部熱源熱交換器１０へ送られ、外部熱源１３によりさらに昇温され、溶液散布装置により外部熱源低温再生器１１へ散布される。
外部熱源低温再生器１１に散布された希溶液は、伝熱管内部を通る外部熱源１３により濃縮され、その下部にある低温再生器３に液滴として供給され、伝熱管内部を通る高温再生器４で発生した経路２２からの冷媒蒸気によってさらに濃縮され、低温再生器出口濃溶液となる。

一方、高温再生器４へ供給される希溶液は、溶液熱交換器６と外部熱源熱交換器１０を接続する経路１６の途中から経路１８として分岐され、高温溶液熱交換器７の被加熱側へ供給される。
高温溶液熱交換器７で昇温された希溶液は、経路１８を通り高温再生器４へ送られ、加熱されて冷媒蒸気を発生し、高温再生器出口濃溶液となる。
高温再生器出口濃溶液は、経路２０から高温溶液熱交換器７の加熱側を通り、低温再生器３で濃縮された経路１９からの低温再生器出口濃溶液と合流し、低温溶液熱交換器６の加熱側を介して経路２１から吸収器１へ供給される。
なお、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。

また、図１では吸収器１から１台の溶液ポンプ８で低温再生器３と高温再生器４へ希溶液を送液しているが、要求される流量やヘッドによって複数台のポンプを直列／並列に設置することも可能である。特に直列にポンプを接続する場合は、ポンプヘッドの関係から、低温溶液熱交換器６の出口から高温溶液熱交換器７への溶液経路に第２の溶液ポンプを設置することが最も動力を節約することができる。
高温再生器４で発生した冷媒蒸気は、経路２２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へ導かれる。
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１５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２３から蒸発器２へ戻される。

蒸発器２に戻った冷媒は、冷媒ポンプ９によって経路２４から蒸発器２の伝熱面に散布され、冷水１４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。
吸収冷凍機へ供給された外部熱源１３は、外部熱源低温再生器１１に導かれ、溶液散布装置によって散布される溶液と熱交換することで溶液を加熱・濃縮する。外部熱源低温再生器１１で溶液と熱交換して温度が下がった外部熱源は、外部熱源熱交換器へ供給され、外部熱源熱交換器内の溶液と顕熱交換を行い、さらに温度が下がった状態で吸収冷凍機より排出される。
外部熱源の配管経路には、吸収冷凍機が外部熱源を回収できない場合や、冷水１４出口温度が下がり外部熱源を取り込む必要が無い場合に備えて、三方弁や二方弁、温度センサなどを設け、外部熱源温度や吸収冷凍機の状態に応じてこれらを制御するように構成すると良い。

図２（ａ）は、本発明の吸収冷凍機における外部熱源熱交換器１０、外部熱源低温再生器１１、低温再生器３部分の拡大断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の×−×線断面図である。
外部熱源低温再生器１１に溶液散布するスプレーノズル２６の上部にある液相部に伝熱管２５を配置して、外部熱源熱交換器１０とすることで、缶胴外部に熱交換器を配置しなくて済み、従来の配置に比べて外部熱源熱交換器１０の設置スペースを削減することができる。
また、外部熱源低温再生器１１と外部熱源熱交換器１０の伝熱管２５に接続する水室２７は、連続した水室として共用して用い、外部熱源１３を両方の伝熱管２５に順次供給している。
外部熱源低温再生器１１に散布された溶液は、該再生器の伝熱管２５外表面を伝わって低温再生器３に滴下される。

図３は、外部熱源低温再生器１１のみを備えた、従来の吸収冷凍機のフロー構成図の一例である。
図４は、外部熱源低温再生器１１と外部熱源熱交換器１０を備えた、従来の吸収冷凍機のフロー構成図の一例である。
図５は、外部熱源熱交換器１０と外部熱源低温再生器１１を有する吸収冷凍機のサイクル状態を表すデューリング線図であり、図６は、外部熱源低温再生器１１のみを有する吸収冷凍機のサイクル状態を表すデューリング線図である。
低温溶液熱交換器６をでた希溶液は、低温再生器３缶胴内の圧力よりも低い状態までしか加熱されない。
図６のデューリング線図から明らかなように、この様な希溶液を外部熱源熱交換器１０に供給せずに外部熱源低温再生器１１に散布した場合、散布直後に低温再生器３缶胴内の圧力に相当する溶液温度まで冷媒蒸気を自己吸収してしまう。

そのため、低温溶液熱交換器６で加熱された希溶液温度が低くても、外部熱源低温再生器１１で外部熱源と熱交換する時には自己吸収して昇温してしまい、外部熱源との温度差が小さくなってしまう。
しかし、図５のデューリング線図からわかるように、外部熱源熱交換器１０を、低温溶液熱交換器６と外部熱源低温再生器１１の途中に配置することにより、自己吸収して昇温する前の希溶液と熱交換することが可能となり、外部熱源からの熱回収を有効に行うことができる。
なお、溶液散布装置２６を有効に駆動するためには、散布部である程度の圧力差が必要であり、溶液散布装置２６をでるまでは希溶液の自己吸収は発生しない。
なお、本発明のフローは、吸収器１をでた希溶液を低温再生器３と高温再生器４に分岐して送液するパラレルフローであり、これに基づいて説明したが、吸収器１をでた希溶液を全量低温再生器３に供給し、その液を高温再生器４に供給する、リバースフローの吸収冷凍機にも適用可能である。

本発明の吸収冷凍機の一例を示すフロー構成図。 （ａ）は、本発明の吸収冷凍機の外部熱源熱交換器、外部熱源再生器、低温再生器部分の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の×−×断面図。 外部熱源再生器のみを有する、従来の吸収冷凍機の一例を示すフロー構成図。 外部熱源再生器と外部熱源熱交換器を有する、従来の吸収冷凍機の一例を示すフロー構成図。 外部熱源再生器と外部熱源熱交換器を有する吸収冷凍機のデューリング線図。 外部熱源再生器のみを有する吸収冷凍機のデューリング線図。

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：溶液ポンプ、９：冷媒ポンプ、１０：外部熱源熱交換器、１１：外部熱源低温再生器、１２：熱源、１３：外部熱源、１４：冷水、１５：冷却水、１６〜２１：溶液経路、２２〜２４：冷媒経路、２５：伝熱管、２６：溶液散布装置、２７：水室、

Claims (2)

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、外部熱源低温再生器及び外部熱源熱交換器を主要構成機器とし、これらを溶液経路と、冷媒経路で結んでサイクルを構成し、前記外部熱源低温再生器と低温再生器と凝縮器が一つの缶胴内に組み込まれ、該外部熱源低温再生器が低温再生器の上部に配置され、吸収器からの希溶液の少なくとも一部を、低温溶液熱交換器と外部熱源熱交換器を介して外部熱源低温再生器に導き、その後、低温再生器に導かれる構成とすると共に、前記外部熱源低温再生器及び低温再生器が、内部に加熱源が通る伝熱管を有し、該外部熱源低温再生器の上部に設けた溶液散布装置から溶液を散布して伝熱管の外表面に液膜を形成する形式である一二重効用吸収冷凍機であって、前記外部熱源熱交換器を、前記溶液散布装置の液相部に伝熱管を設け、該伝熱管内部に外部熱源を導き、前記外部熱源低温再生器に散布する溶液と熱交換する構成としたことを特徴とする一二重効用吸収冷凍機。
2. 前記外部熱源は、外部熱源低温再生器の伝熱管から外部熱源熱交換器の伝熱管へ導く構成とし、該外部熱源低温再生器の伝熱管に接続する水室と外部熱源熱交換器の伝熱管に接続する水室を共用する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の一二重効用吸収冷凍機。

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