JP2011220613A - 吸収式冷凍方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高級な加熱用燃焼エネルギーの使用量を減らして、外部から供給される熱源を有効に利用し、多重効用吸収冷凍システムの高効率化を図る。
【解決手段】 吸収器１０の稀溶液をＧ１再生器６６からＧ２再生器６８・・・Ｇｎ（ｎ≧３）再生器へと順番に導くリバースフロー式の多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器６８の手前に設けた外部熱源再生器７２に太陽光集熱器７４からの外部熱源（水蒸気又は熱媒）を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用する。外部熱源と加熱用燃焼エネルギーの両方を熱源として投入している場合、Ｇｎ再生器の圧力に相当する飽和温度で凝縮した冷媒蒸気ドレン温度及びＧｎ再生器出口部の溶液温度のいずれかによって運転状態を検知し、その温度によって段階的に溶液ポンプ６０、６２、６４の回転数を増減させて循環量を増減させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部熱源再生器を用いた多重効用吸収式冷凍方法、詳しくは、少なくとも吸収器、蒸発器、凝縮器、溶液熱交換器とｎ個（ｎ≧３）の再生器を有し、多重の効用を有する多重効用吸収式冷凍機に、太陽熱等の再生可能エネルギーや排熱から発生した高温の蒸気（水蒸気）又は熱媒（以下、外部熱源）を吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）の加熱に利用する外部熱源再生器を設け、高級な加熱用燃焼エネルギー（都市ガス、ＬＰＧ、灯油、重油など）の使用量を減らして、外部から供給される熱源を有効に利用し、効率をより高めるようにした外部熱源再生器を有する多重効用吸収式冷凍システムに関するものである。ここで、最も低温の再生器をＧ１とし、その上位の再生器をＧ２、Ｇ３・・・とし、最上位の再生器をＧｎとする。

従来から、９０℃程度の温水を低温再生器（Ｇ１）熱源の一部に使用することで加熱用燃焼エネルギー（ガス、油、蒸気など）の消費量を減らす吸収式冷凍機は広く知られている。

この従来の吸収式冷凍機は、図２に示すように、吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）が吸収器１０から排熱温水熱交換器１３、低温再生器１４を経て高温再生器１８に流されるというリバースサイクルを構成している。この吸収式冷凍機における吸収サイクルを説明すると、まず、吸収器１０で多量の冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた吸収液（稀吸収液）が吸収器１０から低温熱交換器１２に送給され、この低温熱交換器１２により加熱された後に排熱温水を熱源とする排熱温水熱交換器１３に導入される。稀吸収液は排熱温水により加熱された後、低温再生器１４に送給される。

この稀吸収液は、低温再生器１４において低温再生され、吸収している冷媒の一部を放出し濃度がその分高くなって中間濃度の吸収液（中間吸収液）となる。つぎに、この中間吸収液は、低温再生器１４から高温熱交換器１６に送給され、この高温熱交換器１６により加熱された後に高温再生器１８に送給される。

この中間吸収液は、高温再生器１８において高温再生され、吸収している冷媒（例えば、水蒸気）の一部を放出し濃度がさらに高くなって高濃度の吸収液（濃吸収液）となる。そして、この濃吸収液が前記高温熱交換器１６の加熱側に前記中間吸収液を加熱する加熱源として戻され、さらに、低温熱交換器１２の加熱側に前記稀吸収液を加熱する加熱源として戻された後、前記吸収器１０に帰還する。

この帰還した濃吸収液は吸収器１０において伝熱管上に散布され、冷却水により冷却されながら再び冷媒蒸気を吸収して前記希吸収液となる。３２、３４は吸収液ポンプ、３６は冷媒ポンプ、４２、４３は冷暖切替弁である。

このような吸収式冷凍機においては、前記高温再生器１８に燃焼部２０が設けられており、中間吸収液が加熱されて吸収していた冷媒が放出され、この放出された冷媒蒸気は、低温再生器１４にこの低温再生器１４での加熱源として利用された後、凝縮器２２に戻されて凝縮する。例えば冷房運転の場合には、凝縮器２２からの冷媒液（例えば、水）は蒸発器２４に入り、この凝縮した冷媒液が冷媒ポンプ３６により蒸発器２４の伝熱管（水が流通している）に散布され蒸発潜熱により冷却されて冷水が得られる。

なお、高温再生器に燃焼部を設ける代りに、ボイラーから発生した水蒸気（スチーム）又は温水を高温再生器に導入するように構成されることもある。低温再生器１４からの吸収液配管２６と、高温熱交換器１６と低温熱交換器１２との間の加熱側の吸収液配管２８とを接続するバイパス管３０が設けられ、低温再生器１４を出て高温再生器１８へ供給される中間濃縮吸収液の一部を、吸収器１０へ戻る濃吸収液配管にバイパスさせるように構成されている。４４は排熱温水三方弁、５０は自動抽気装置、５２はパラジュームセル、５４は圧力センサー、５６は全自動抽気装置、５８は抽気ポンプ、６０はドレンコックである。

特許第４２８３６１６号公報

平板式や真空管式のパネルを使用して太陽熱を回収した場合、１００℃以下の温水を得ることが一般的である。また、コージェネレーションなどの排熱も９０℃以下が多い。これを吸収式冷凍機に利用する場合、Ｇ１再生器（溶液温度６０〜９０℃程度）の加熱源となる。この場合、外部熱源は加熱源として一度しか使用できない（一重効用）。また、Ｇ１再生器に熱源が投入されるため、一重・多重効用吸収式冷凍機となり、効率が低い一重効用の分だけ各再生器の圧力が上昇してしまう。すなわち、解決しようとする問題点は、外部熱源を有効に利用できない点である。

本発明は、少なくとも３個の再生器を有する吸収式冷凍機において、２番目の再生器の手前に外部熱源再生器を設けることにより、外部から供給される熱源を有効に利用し、効率を高めるようにすることを最も主要な特徴とする。

本発明の方法は、吸収器の稀溶液をＧｎ（ｎ≧３）再生器に汲み上げ、Ｇ２再生器、Ｇ１再生器へと順番に導くシリーズフロー式の多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器の手前に設けた外部熱源再生器に外部熱源を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用することを特徴としている。この吸収式冷凍機において、必要な冷却熱量を外部熱源のみで賄える場合、外部熱源のみの多重効用吸収式冷凍機として運転することができる。また、外部熱源と加熱用燃焼エネルギーの両方を熱源として投入している場合において、冷水出口温度が設定値よりも下がり過ぎた場合には優先的に加熱用燃焼エネルギー量を絞り、加熱用燃焼エネルギーが全く不要となった場合には外部熱源単独の多重効用吸収式冷凍機として運転することができる。

また、本発明の方法は、吸収器の稀溶液をＧ１再生器からＧ２再生器・・・Ｇｎ（ｎ≧３）再生器へと順番に導くリバースフロー式の多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器の手前に設けた外部熱源再生器に外部熱源を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用することを特徴としている。

さらに、本発明の方法は、吸収器の稀溶液を分流してＧ１再生器、Ｇ２再生器・・・Ｇｎ（ｎ≧３）再生器のそれぞれで同時に再生するパラレルフロー式の多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器の手前に設けた外部熱源再生器に外部熱源を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用することを特徴としている。

これらの方法において、外部熱源が太陽熱による再生可能エネルギーであり、また、外部熱源がヒートポンプによるエネルギーであるように構成する。また、外部熱源が排熱であるように構成してもよい。これらの場合、外部熱源が１００℃以上の蒸気及び熱媒のいずれかであるようにする。また、外部熱源再生器とは別に少なくとも３つ（３つ以上）の再生器を有するように構成する。

これらの方法において、外部熱源の温度が、外部熱源再生器内の溶液温度よりも低下した場合はそれを検知し、外部熱源再生器への外部熱源の投入を中止する。すなわち、投入しないようにする。また、外部熱源と加熱用燃焼エネルギーの両方を熱源として投入している場合、Ｇｎ再生器の圧力に相当する飽和温度で凝縮した冷媒蒸気ドレン温度及びＧｎ再生器出口部の溶液温度のいずれかによって運転状態を検知し、その温度によって段階的に溶液ポンプの回転数を増減させて循環量を増減させるようにする。

また、外部熱源のみで運転する場合、加熱用燃焼エネルギーを使用していないことを確認し、各溶液ポンプを一定時間運転したあと、Ｇｎ再生器出口部の吸収液温度及び冷媒蒸気ドレンのＧ２再生器出口温度のいずれかが設定値以下であることを検知して、Ｇｎ再生器へ汲み上げる溶液ポンプの運転を停止、及びＧｎ再生器へ流れる溶液を堰き止めるかのいずれかを行い、あたかも二重効用サイクル運転のごとく、外部熱源再生器とＧ１再生器で吸収液の加熱、再生を行うようにする。

また、上記の運転状態になった場合、外部熱源再生器の圧力に相当する冷媒蒸気ドレン温度及び外部熱源再生器出口部の溶液温度のいずれかによって運転状態を検知し、その温度によって段階的に各溶液ポンプの回転数を増減させて循環量を増減させるようにする。これらの方法において、外部熱源による加熱が無い場合には、起動時に加熱用燃焼エネルギーによる加熱に入るように、運転モードの切替を行えるよう選択仕様を設けるように構成される。

本発明の吸収式冷凍方法において、例えば、太陽熱発電で利用されるトラフ式やタワー式などの集光器を用いて１００℃以上の太陽熱蒸気（スチーム）をつくり、それを直接投入又は熱交換器を介して熱媒として吸収式冷凍機に利用した場合、Ｇ２再生器（溶液温度９０〜１３０℃程度）の加熱源として利用できる。この場合、Ｇ２再生器で発生した蒸気がＧ１再生器の加熱源として利用でき、少なくとも２回に渡ってカスケード利用することができる。つまり、外部熱源を利用した二重・多重効用吸収式冷凍機となり、前述の一重・多重効用吸収式冷凍機よりも効率が良くなり、各再生器の圧力も低く抑えられる。
さらに、外部熱源による二重効用運転の場合、不必要な溶液ポンプの運転を停止、又はＧ２〜Ｇｎ再生器への溶液流入を停止し、動力・放熱損失を低減させることが可能となる。

図１は本発明の吸収式冷凍方法を実施する二重多重効用吸収式冷凍機の一例を示す構成図である。 図２は従来の一重二重効用吸収式冷凍機の一例を示す構成図である。

外部から供給される熱源を有効に利用して高効率化を図るという目的を、少なくとも３個の再生器を有する吸収式冷凍機の２番目の再生器の手前に外部熱源再生器を設けることにより実現した。

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施できるものである。図１は一例として、ｎ＝３（三重効用）のリバースサイクルで、太陽熱利用の場合を示している。

図１において、蒸発器２４は、高真空状態で冷媒（例えば水）を伝熱管に滴下し、内部を流れる冷水を冷やすためのものである。吸収器１０は、蒸発器２４で発生した冷媒蒸気を吸収するためのものである。また、凝縮器２２は、Ｇ１再生器６６で発生した冷媒蒸気を凝縮させるためのものである。

Ｇ１再生器６６は、Ｇ２再生器６８で発生した冷媒蒸気で稀溶液を加熱し、濃溶液と冷媒蒸気に分離するためのものである。このＧ２再生器６８では、Ｇ３再生器７０で発生した冷媒蒸気で稀溶液を加熱し、濃溶液と冷媒蒸気に分離する。また、このＧ３再生器７０では、加熱用燃焼エネルギー（加熱用熱源）で得られた熱で稀溶液を加熱し、濃溶液と冷媒蒸気に分離する。外部熱源再生器７２では、太陽光集熱器７４で得られた蒸気（スチーム）又は熱媒で稀溶液を加熱し、濃溶液と冷媒蒸気に分離する。

低温溶液ポンプ６０は、吸収器１０からＧ１再生器６６へ溶液を送り込むためのものである。また、中温溶液ポンプ６２は、Ｇ１再生器６６から出た溶液を外部熱源再生器７２及びＧ２再生器６８に送り込むためのものである。また、高温溶液ポンプ６４は、Ｇ２再生器６８から出た溶液をＧ３再生器７０に送り込むためのものである。

Ｇ３再生器７０へは、加熱用燃焼エネルギー（加熱用熱源）として、都市ガス、石油等の燃料が供給され、燃焼熱によって溶液を加熱する。なお、燃料の代わりに、蒸気（スチーム）を供給してもよい。
外部熱源再生器７２に接続された太陽光集熱器７４は、太陽光を集光し、蒸気（スチーム）又は熱媒を生成するためのものである。また、制御弁７８は、冷水出口温度が目標値になるように太陽熱流入量をコントロールすることに用いられる。８０は温度センサー、８２は貯湯槽、８４は熱源循環ポンプである。

上記のように、吸収器１０の稀溶液をＧ１再生器６６からＧ２再生器６８・・・Ｇｎ（ｎ≧３）再生器へと順番に導くリバースフロー式の多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器６８の手前に設けた外部熱源再生器７２に太陽光集熱器７４からの外部熱源を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用する。

上記の実施例では、リバースフロー式の多重効用吸収式冷凍機の場合について説明したが、シリーズフロー式又はパラレルフロー式の多重効用吸収式冷凍機とすることも可能である。また、太陽光集熱器の代りに、ヒートポンプを用いることも可能である。

上記の吸収式冷凍機において、必要な冷却熱量を外部熱源のみで賄える場合（加熱用燃焼エネルギーが不要の場合）、外部熱源のみの多重効用吸収式冷凍機として運転することができる。また、外部熱源と加熱用燃焼エネルギーの両方を熱源として投入している場合において、冷水出口温度が設定値よりも下がり過ぎた場合には優先的に加熱用燃焼エネルギー量を絞り、加熱用燃焼エネルギーが全く不要となった場合には外部熱源単独の多重効用吸収式冷凍機として運転することができる。

外部熱源は１００℃以上の蒸気及び熱媒のいずれかとして供給される。また、外部熱源の温度が、外部熱源再生器７２内の溶液温度よりも低下した場合はそれを検知し、外部熱源再生器７２への外部熱源の投入を中止するようにする。

本システムにおいて、外部熱源と加熱用燃焼エネルギーの両方を熱源として投入している場合、Ｇｎ再生器の圧力に相当する飽和温度で凝縮した冷媒蒸気ドレン温度及びＧｎ再生器出口部の溶液温度のいずれかによって運転状態を検知し、その温度によって段階的に溶液ポンプ６０、６２、６４の回転数を増減させて循環量を増減させるようにする。

また、外部熱源のみで運転する場合、加熱用燃焼エネルギーを使用していないことを確認し、各溶液ポンプ６０、６２、６４を一定時間運転したあと、Ｇｎ再生器出口部の吸収液温度及び冷媒蒸気ドレンのＧ２再生器６８の出口温度のいずれかが設定値以下であることを検知して、Ｇｎ再生器へ汲み上げる溶液ポンプの運転を停止、及びＧｎ再生器へ流れる溶液を堰き止めるかのいずれかを行い、あたかも二重効用サイクル運転のごとく、外部熱源再生器７２とＧ１再生器６６で吸収液の加熱、再生を行うようにする。

上記の運転状態になった場合、外部熱源再生器７２の圧力に相当する冷媒蒸気ドレン温度及び外部熱源再生器７２の出口部の溶液温度のいずれかによって運転状態を検知し、その温度によって段階的に各溶液ポンプ６０、６２、６４の回転数を増減させて循環量を増減させるようにする。また、外部熱源による加熱が無い場合には、起動時に加熱用燃焼エネルギーによる加熱に入るように、運転モードの切替を行えるよう選択仕様を設ける。

３個以上の再生器を備えた吸収式冷凍機において、２番目の再生器の手前に外部熱源再生器を設けることにより、外部から供給される熱源を有効に利用し、高効率化を図ることができる。

１０ 吸収器
２２ 凝縮器
２４ 蒸発器
３６ 冷媒ポンプ
６０ 低温溶液ポンプ
６２ 中温溶液ポンプ
６４ 高温溶液ポンプ
６６ Ｇ１再生器
６８ Ｇ２再生器
７０ Ｇ３再生器
７２ 外部熱源再生器
７４ 太陽光集熱器
７８ 制御弁
８０ 温度センサー
８２ 貯湯槽
８４ 熱源循環ポンプ

Claims (15)

1. 吸収器の稀溶液をＧｎ（ｎ≧３）再生器に汲み上げ、Ｇ２再生器、Ｇ１再生器へと順番に導く多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器の手前に設けた外部熱源再生器に外部熱源を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用することを特徴とする吸収式冷凍方法。
2. 吸収式冷凍機において、必要な冷却熱量を外部熱源のみで賄える場合、外部熱源のみの多重効用吸収式冷凍機として運転する請求項１記載の吸収式冷凍方法。
3. 外部熱源と加熱用燃焼エネルギーの両方を熱源として投入している場合において、冷水出口温度が設定値よりも下がり過ぎた場合には優先的に加熱用燃焼エネルギー量を絞り、加熱用燃焼エネルギーが全く不要となった場合には外部熱源単独の多重効用吸収式冷凍機として運転する請求項１記載の吸収式冷凍方法。
4. 吸収器の稀溶液をＧ１再生器からＧ２再生器・・・Ｇｎ（ｎ≧３）再生器へと順番に導くリバースフロー式の多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器の手前に設けた外部熱源再生器に外部熱源を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用することを特徴とする吸収式冷凍方法。
5. 吸収器の稀溶液を分流してＧ１再生器、Ｇ２再生器・・・Ｇｎ（ｎ≧３）再生器のそれぞれで同時に再生するパラレルフロー式の多重効用吸収式冷凍機において、Ｇ２再生器の手前に設けた外部熱源再生器に外部熱源を投入し、吸収式冷凍機の駆動熱源として少なくとも２段階にカスケード利用することを特徴とする吸収式冷凍方法。
6. 外部熱源が太陽熱による再生可能エネルギーである請求項１〜５のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
7. 外部熱源がヒートポンプによるエネルギーである請求項１〜５のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
8. 外部熱源が排熱である請求項１〜５のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
9. 外部熱源が１００℃以上の蒸気及び熱媒のいずれかである請求項１〜８のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
10. 外部熱源再生器とは別に少なくとも３つの再生器を有する請求項１〜９のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
11. 外部熱源の温度が、外部熱源再生器内の溶液温度よりも低下した場合はそれを検知し、外部熱源再生器への外部熱源の投入を中止する請求項１〜１０のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
12. 外部熱源と加熱用燃焼エネルギーの両方を熱源として投入している場合、Ｇｎ再生器の圧力に相当する飽和温度で凝縮した冷媒蒸気ドレン温度及びＧｎ再生器出口部の溶液温度のいずれかによって運転状態を検知し、その温度によって段階的に溶液ポンプの回転数を増減させて循環量を増減させる請求項３〜１１のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
13. 外部熱源のみで運転する場合、加熱用燃焼エネルギーを使用していないことを確認し、各溶液ポンプを一定時間運転したあと、Ｇｎ再生器出口部の吸収液温度及び冷媒蒸気ドレンのＧ２再生器出口温度のいずれかが設定値以下であることを検知して、Ｇｎ再生器へ汲み上げる溶液ポンプの運転を停止、及びＧｎ再生器へ流れる溶液を堰き止めるかのいずれかを行い、あたかも二重効用サイクル運転のごとく、外部熱源再生器とＧ１再生器で吸収液の加熱、再生を行う請求項２、４〜１１のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。
14. 請求項１３の運転状態になった場合、外部熱源再生器の圧力に相当する冷媒蒸気ドレン温度及び外部熱源再生器出口部の溶液温度のいずれかによつて運転状態を検知し、その温度によって段階的に各溶液ポンプの回転数を増減させて循環量を増減させる吸収式冷凍方法。
15. 外部熱源による加熱が無い場合には、起動時に加熱用燃焼エネルギーによる加熱に入るように、運転モードの切替を行えるよう選択仕様を設ける請求項１〜１４のいずれかに記載の吸収式冷凍方法。

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