JP2011220675A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】特に二重効用吸収式冷凍機において、運転停止時に、冷却水ポンプが単独起動した場合に蒸発器内での冷温水の凍結を確実に防止できるようにする。
【解決手段】冷媒液ポンプ１３により蒸発器４の底部に貯留した冷媒液を当該蒸発器４の上部に設けられた冷媒液散布管４ａに供給する管路Ｒ６の、冷媒液ポンプ13より下流側と、吸収器５の底部とを結ぶ冷媒液バイパス管路１９を設けると共に、当該冷媒液バイパス管路１９に開閉弁２０を設け、運転停止時に、冷却水ポンプ１２が単独起動した場合に、開閉弁２０を開いて蒸発器４内の冷媒液の一部を、冷媒液ポンプ１３により冷媒液バイパス管路１９を介して吸収器に供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、吸収式冷凍機に係り、特に二重効用吸収式冷凍機において、運転停止中に蒸発器の内部で負荷側の冷温水が凍結しないようにした吸収式冷凍機に関する。

一般に、二重効用吸収式冷凍機は高温再生器、低温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器及び高温熱交換器、低温熱交換器が管路により接続されると共に、管路の要所に濃吸収液ポンプ、稀吸収液ポンプ、冷媒液ポンプ及び開閉弁等を設けることにより、吸収液系の循環管路と冷媒系の循環管路とが構成される。そして、蒸発器における冷媒液の蒸発熱によって負荷側から戻された冷温水を冷却して負荷側に供給することにより冷房又は冷凍作用を得るようにしている。又、冷房のみならず、管路の切り替えによって暖房も行えるようになっている。吸収液としては、通常臭化リチウム水溶液が用いられ、冷媒としては水が用いられる。

二重効用吸収式冷凍機において、吸収器の内部を通過した後に凝縮器の内部を通過する冷却水管路が設けられ、この冷却水管路に冷却水を流通させることで、吸収器の内部では濃吸収液散布管から散布される濃吸収液を冷却して、蒸発器から吸収器に流入する冷媒蒸気を吸収する吸収機能を高め、凝縮器の内部では低温再生器から凝縮器に流入する冷媒蒸気を冷却して、冷媒液に凝縮させる凝縮機能を果たすようにしてある。

二重効用吸収式冷凍機は、例えばオフィスビルの空調装置や業務用の冷凍機等に使用されるが、冷却塔（クーリングタワー）は屋外に設置されるため、運転停止中に気温の低下によって冷却水管内で冷却水が凍結することがある。冷却水の凍結が発生すると、その後運転を再開した時に冷却水の流通が悪化し、或は流通不可となって性能低下を引き起こすばかりでなく、冷却水管路の亀裂や破裂等の事態を引き起こす恐れがある。

このような事態を防止するために、吸収式冷凍機を使用して冷房運転可能に構成した空調装置において、当該空調装置の停止中に気温が低下しても冷却水管内で冷却水が凍結しないようにする技術が、例えば特許文献１に開示されている。この場合、外気の影響を受け易く、気温の低下と共に温度が低下し易い冷却水管内の冷却水温度が低下し、凍結する危険がある時には、冷却水ポンプを起動させ、比較的熱容量が大きく外気の影響を受け難い冷却塔貯留部にある冷却水を冷却水管に供給することで、冷却水管内での冷却水の凍結を防止するようにしたものである。
特開２００１−９９４７４

しかしながら、上記の従来技術によると、吸収式冷凍機における吸収器と凝縮器とを冷却する冷却水の凍結防止に関するものであって、負荷側と蒸発器との間を循環する冷温水の凍結防止に関するものではない。この冷温水の凍結防止に関しては、従来何の手段も採られておらず、ユーザーに対して注意を喚起するだけであった。注意を喚起するだけでは、確実に冷温水の凍結を防ぐことは難しい。

本発明は、特に二重効用吸収式冷凍機において、運転停止時に、冷却水ポンプが単独起動した場合に冷温水の凍結を確実に防止できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、高温再生器、低温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器及び高温熱交換器、低温熱交換器が管路により接続されると共に、吸収器の内部を通過した後に凝縮器の内部を通過する冷却水管路が設けられ、蒸発器の内部を通過する負荷側の冷温水管路が設けられ、低温再生器から吸収器に濃吸収液を供給する濃吸収液ポンプと、吸収器から高温再生器に稀吸収液を供給する稀吸収液ポンプと、蒸発器の底部に貯留した冷媒液を当該蒸発器の上部に設けられた冷媒液散布管に供給する冷媒液ポンプと、冷却水を前記冷却水管路に供給する冷却水ポンプが設けられた吸収式冷凍機において、前記冷媒液ポンプにより蒸発器の底部に貯留した冷媒液を当該蒸発器の上部に設けられた冷媒液散布管に供給する管路の、冷媒液ポンプより下流側と、吸収器の底部とを結ぶ冷媒液バイパス管路を設けると共に、当該冷媒液バイパス管路に開閉弁を設け、運転停止時に、前記冷却水ポンプが単独起動した場合に、開閉弁を開いて蒸発器内の冷媒液の一部を、冷媒液ポンプにより冷媒液バイパス管路を介して吸収器に供給することを特徴とする。

上記請求項１の発明によれば、二重効用吸収式冷凍機において、運転停止時に、冷却水ポンプが単独起動した場合に、開閉弁を開いて冷媒液の一部を冷媒液ポンプにより冷媒液バイパス管路を介して吸収器に供給することにより、吸収器内の稀吸収液の濃度を低下させることができる。これにより、稀吸収液が薄まって冷媒蒸気を吸収する能力が低下することで、蒸発器側からの冷媒液の自己蒸発量を減少させることができる。その結果として、蒸発熱による冷温水の冷却を低く抑えて凍結を防止することができる。

次に、本発明に係る吸収式冷凍機の実施形態に付いて、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る吸収式冷凍機の参考形態１を示す構成図であり、高温再生器１、低温再生器２、凝縮器３、蒸発器４、吸収器５、高温熱交換器６、低温熱交換器７等が管路により接続され、吸収液系の循環路及び冷媒系の循環路が構成されている。

参考形態１

高温再生器１においては、吸収器５から稀吸収液ポンプ８により管路Ｒ１を介して戻された稀吸収液が収容されており、この稀吸収液はバーナ９により加熱されて稀吸収液中の冷媒液が蒸気となって蒸発して分離される。これにより、稀吸収液は中濃吸収液となり、管路Ｒ２を介して低温再生器２に供給されるが、途中で高温熱交換器６を通過する際に前記管路Ｒ１を流れる稀吸収液との間で熱交換することにより放熱して低温再生器２に収容される。一方、蒸発した冷媒蒸気は、管路Ｒ３を介して凝縮器３に供給されるが、低温再生器２内を通過する際に当該低温再生器２に収容された中濃吸収液との間で熱交換することにより放熱して気液混合液となり、更に凝縮し冷媒液となって凝縮器３の底部に収容される。

低温再生器２においては、前記高温再生器１から供給された中濃吸収液が、低温再生器２内を通過する冷媒蒸気によって加熱され、中濃吸収液中の冷媒液が蒸気となって蒸発して分離される。これにより、中濃吸収液は濃吸収液となり、濃吸収液ポンプ１０により管路Ｒ４を介して吸収器５に供給されるが、途中で低温熱交換器７を通過する際に前記高温再生器１に向かって管路Ｒ１を流れる稀吸収液との間で熱交換することにより放熱して吸収器５の吸収液散布管５ａに供給される。一方、低温再生器２で蒸発した冷媒蒸気は仕切壁の上部を越えて凝縮器３側に流入する。

凝縮器３においては、上記低温再生器２から流入した冷媒蒸気が、凝縮器３内を通過する冷却水によって冷やされて凝縮し、冷媒液となって凝縮器３の底部に溜まる。冷却水は、冷却水ポンプ１２により冷却水管路１１を介して吸収器５内を通過した後に、凝縮器３内を通過する。

蒸発器４においては、上記凝縮器３の底部に溜まった冷媒液が管路Ｒ５を介して供給され、冷媒液ポンプ１３により管路Ｒ６を介して冷媒液散布管４ａに供給される。この冷媒液散布管４ａから散布された冷媒液は、冷温水ポンプ１５により冷温水管路１４を介して蒸発器４内を通過して流れる冷温水との間で熱交換することにより吸熱して蒸発する。この蒸発熱によって冷温水管路１４を介して流れる冷温水は冷やされて、蒸発器４から冷凍機等の負荷（図示せず）側に供給される。負荷側からは温度が上昇した冷温水が蒸発器４に戻されて循環する。一方、蒸発器４で蒸発した冷媒蒸気は仕切りスリット部を通って吸収器５側に流入する。

吸収器５においては、前記吸収液散布管５ａから散布された濃吸収液が、前記冷却水管路１１を介して流れる冷却水により冷却され、この冷却された濃吸収液により冷媒蒸気が吸収される。濃吸収液の濃度が高くしかも液温が低いと、冷媒蒸気を吸収する能力が向上する。そして、冷媒蒸気を吸収した濃吸収液は、稀吸収液となって吸収器５の底部に溜まる。当該吸収器５の底部に溜まった稀吸収液は、前記稀吸収液ポンプ８により管路Ｒ１を介して高温再生器１に戻されるが、途中で低温熱交換器７を通過する際に、低温再生器２から吸収器５に向かって流れる中温の濃吸収液との間で熱交換して加熱され、次いで高温熱交換器６を通過する際に、高温再生器１から低温再生器２に向かって流れる高温の中濃吸収液との間で熱交換して再加熱された後に高温再生器１に戻される。

これにより、高温再生器１→（管路Ｒ２）→低温再生器２→（管路Ｒ４）→吸収器５→（管路Ｒ１）→高温再生器１へと循環する吸収液系の循環経路と、高温再生器１→（管路Ｒ３）→凝縮器３→（管路Ｒ５）→蒸発器４→（管路Ｒ６）→蒸発器４→吸収器５→（管路Ｒ１）→高温再生器１へと循環する冷媒系循環路とが構成されている。

又、前記管路Ｒ３から分岐して吸収器５に接続された管路Ｒ７に設けられた開閉弁１６、管路Ｒ２から分岐して吸収器５に接続された管路Ｒ８に設けられた開閉弁１７、及び管路Ｒ６から分岐して吸収器５の底部に接続された管路Ｒ９に設けられた開閉弁１８をいずれも開き、冷却水ポンプ１２を起動しないで、吸収器５と凝縮器３に冷却水を供給することなく、バーナ９に点火して高温再生器１で稀吸収液を加熱すると、当該高温再生器１で生成した冷媒蒸気は、管路Ｒ３の途中から流路抵抗の小さい管路Ｒ７を介して吸収器５に供給される。そして、吸収器５に供給された冷媒蒸気は蒸発器４側に流入し、冷温水管路１４を介して蒸発器４の内部を通過する冷温水と熱交換して凝縮し、この時の凝縮熱によって冷温水を加熱する。この加熱された冷温水を負荷側に供給することにより、暖房モードで運転することができる。尚、冷房又は冷凍モード運転においては、前記開閉弁１６、１７、１８はいずれも閉じておく。又、開閉弁１６、１７、１８はいずれも制御装置（図略）により制御できるように電磁弁であることが好ましい。

上記暖房モード運転において、蒸発器４で凝縮した冷媒液は、当該蒸発器４の底部に溜まり、冷媒液ポンプ１３により管路Ｒ６を流れる途中で流路抵抗の小さい管路Ｒ９を介して吸収器５に供給される。そして、前記高温再生器１で生成された中濃吸収液が、管路Ｒ２の途中から流路抵抗の小さい管路Ｒ８を介して吸収器５に供給され、当該吸収器５内で管路Ｒ９を介して供給される冷媒液と混合され、稀吸収液となって稀吸収液ポンプ８により管路Ｒ１を介して高温再生器１に戻される。

本参考形態１では、冷房又は冷凍モード運転を行う場合であって、冬季における外気温の低下によって、運転停止中に蒸発器４の内部で冷温水が凍結しないように防止する。吸収式冷凍機の運転を停止しても、前記冷却水ポンプ１２は運転を継続して冷却水を、図示を省略した冷却塔に循環させることが好ましい。冷却塔は通常屋外に設置され、特にオフィスビル等の場合は屋上に設置されることが多い。このため、外気温の影響を受け易く、吸収式冷凍機の運転停止に伴って冷却水の循環が停止すると、冷却水管内で冷却水の凍結が生じ易くなる。これを避けるためには、吸収式冷凍機の運転停止中であっても、冷却水ポンプ１２を運転することで冷却水を循環させることが好ましい。

本参考形態１においては、吸収式冷凍機の運転停止時に、前記冷却水ポンプ１２が単独起動した場合に、負荷側の冷温水管路１４に設けられた冷温水ポンプ１５を連動運転することを特徴とする。吸収式冷凍機の運転停止後に、冷却水ポンプ１２を運転して冷却水を冷却塔に循環させると、この冷却水が前記冷却水管路１１を介して吸収器５の内部を通過する際に吸収器５を冷やす。 冷却水によって吸収器５内が冷却されると、当該吸収器５と一体になっている蒸発器４内が冷やされ、前記冷温水管路１４を介して冷温水が蒸発器４内に滞留していると過度に冷却され、冷却水の凍結を招くことになる。この冷温水の凍結は、蒸発器４内の領域部分に止まらずに冷温水管路１４の広範囲領域に及ぶことがあり、吸収式冷凍機の再運転時に流れが阻害されて熱媒体としての機能が低下することになる。本実施形態では、このような事態を回避する。

図２は、参考形態１におけるフローチャートを示す。ステップＳ１で運転信号がＯＦＦになると、吸収式冷凍機の運転が停止する。運転信号がＯＮの場合は、吸収式冷凍機の運転が続行される。

吸収式冷凍機の運転信号がＯＦＦになると、ステップＳ２で冷却水ポンプインターロック信号が発せられ、当該信号がＯＮの場合は冷却水ポンプ１２が単独起動すると共に、負荷側の冷温水ポンプ１５の起動信号がＯＮとなって連動運転を開始する。そして、冷却水ポンプインターロック信号がＯＮの間中、冷温水ポンプ１５は連動運転を継続する。冷却水ポンプインターロック信号がＯＦＦになると、冷却水ポンプ１２が起動停止すると共に、冷温水ポンプ１５の起動信号もＯＦＦとなって停止する。

本参考形態１では、吸収式冷凍機の運転停止時に、前記冷却水ポンプ１２が単独起動した場合に、冷温水ポンプ１５を冷却水ポンプ１２に連動させて運転するので、冷温水管路１４の冷温水を循環させることができる。このため、冷温水管路１４を介して冷温水が蒸発器４の内部に滞留することはなく、冷却水の影響による冷温水の過度の冷却を避けることができる。これにより、運転停止中における冷温水の凍結を防止することができる。

図３は、本発明に係る実施形態を示す構成図である。本実施形態において、前記参考形態１と同じ構成部材は前記と同じ符号を付けて詳しい説明は省略する。本実施形態では、前記冷媒液ポンプ１３により蒸発器４の底部に貯留した冷媒液を、当該蒸発器４の上部に設けられた冷媒液散布管４ａに供給する管路Ｒ６の、冷媒液ポンプ１３より下流側と、吸収器５の底部とを結ぶ冷媒液バイパス管路１９を設けると共に、当該冷媒液バイパス管路１９に開閉弁２０を設けた構成を特徴とする。図示の例では、冷媒液バイパス管路１９は、前記管路Ｒ９を利用して当該管路Ｒ９における前記開閉弁１８の上流側と下流側とを結ぶバイパス管路として形成してある。又、開閉弁２０としては、電磁弁や自動フロー弁を用いることが好ましい。

本実施形態においては、吸収式冷凍機の運転停止時に、前記冷却水ポンプ１２が単独起動した場合に、開閉弁２０を開いて蒸発器４内の冷媒液の一部を、冷媒液ポンプ１３により冷媒液バイパス管路１９を介して吸収器５に供給する。この時、管路Ｒ９の開閉弁１８は閉じている。

蒸発器４の底部には冷媒液が滞留しており、運転停止後に、ほぼ真空に近い蒸発器４内で冷媒液から自己蒸発が生じる。自己蒸発した冷媒蒸気は吸収器５側に流入して、吸収器５の底部に滞留している稀吸収液に吸収されるが、自己蒸発する際の蒸発熱によって冷温水管路１４を介して蒸発器４内に滞留している冷温水を冷却する。冷温水が過度に冷却されると、蒸発器４の内部で凍結してしまう。本実施形態では、このような事態を回避する。

図４は、本実施形態におけるフローチャートを示す。ステップＳ１で運転信号がＯＦＦになると、吸収式冷凍機の運転が停止する。運転信号がＯＮの場合は、吸収式冷凍機の運転が続行される。

吸収式冷凍機の運転信号がＯＦＦになると、ステップＳ２で冷却水ポンプインターロック信号が発せられ、当該信号がＯＮの場合は冷却水ポンプ１２が単独起動すると共に、冷媒液ポンプ１３が起動し、開閉弁２０が５分間開く。その直後に開閉弁２０は閉じ、冷媒液ポンプ１３が停止する。これにより、開閉弁２０が一定時間（例えば５分間）開いている間に、冷媒液ポンプ１３により蒸発器４内の底部に溜まっている冷媒液の一部を、管路Ｒ６により流路抵抗の小さい冷媒液バイパス管路１９を介して吸収器５の底部内に供給する。一方、冷却水ポンプインターロック信号がＯＦＦになると、冷却水ポンプ１２が停止すると共に、冷温水ポンプ１５の起動信号もＯＦＦとなって停止する。

本実施形態では、吸収式冷凍機の運転停止時に、冷却水ポンプ１２が単独起動した場合に、開閉弁２０を開いて蒸発器４内の冷媒液の一部を、冷媒液ポンプ１３により冷媒液バイパス管路１９を介して吸収器５に所定量供給するので、吸収器５内の稀吸収液の濃度が低下する。このため、蒸発器４内で自己蒸発する冷媒蒸気に対する吸収能力が低下し、吸収器５内の圧力低下が抑えられることから冷媒液の自己蒸発量を少なく抑えることができる。自己蒸発する冷媒蒸気量が減少すれば、蒸発器４内での冷温水の過度の冷却を抑えることができる。これにより、運転停止中における冷温水の凍結を防止することができる。

参考形態２

図５は、本発明に係る参考形態２を示す構成図である。本参考形態２において、前記実施形態と同じ構成部材は前記と同じ符号を付けて詳しい説明は省略する。本参考形態２では、前記冷却水管路１１の吸収器５より上流側と、吸収器５より下流側とを結ぶ冷却水バイパス管路２１を設けると共に、当該冷却水バイパス管路２１に開閉弁２２を設けた構成を特徴とする。

本参考形態２においては、吸収式冷凍機の運転停止時に、前記冷却水ポンプ１２が単独起動した場合に、開閉弁２２を開いて冷却水の一部を、冷却水ポンプ１２により流路抵抗の小さい冷却水バイパス管路２１を介して流通させる。このため、冷却水管路１１を介して吸収器５の内部を通る冷却水の流量を減少させることができる。これにより、蒸発器４の内部で冷温水が過度に冷却されるのを抑えて、冷温水の凍結を防止することができる。尚、吸収式冷凍機の通常運転時には開閉弁２２を閉じておく。

本発明は、特に二重効用吸収式冷凍機に適用することができ、運転停止時に、冷却水ポンプが単独起動した場合に、蒸発器の内部での負荷側の冷温水の凍結を防止することができる。

本発明に係る吸収式冷凍機の参考形態１を示す構成図である。 本発明に係る吸収式冷凍機の参考形態１でのフローチャートである。 本発明に係る吸収式冷凍機の第1実施形態を示す構成図である。 本発明に係る吸収式冷凍機の第1実施形態でのフローチャートである。 本発明に係る吸収式冷凍機の参考形態2を示す構成図である。

１ 高温再生器
２ 低温再生器
３ 凝縮器
４ 蒸発器
５ 吸収器
６ 高温熱交換器
７ 低温熱交換器
８ 稀吸収液ポンプ
９ バーナ
１０ 濃吸収液ポンプ
１１ 冷却水管路 １２ 冷却水ポンプ
１３ 冷媒液ポンプ
１４ 冷温水管路
１５ 冷温水ポンプ
１６、１７、１８ 開閉弁
１９ 冷媒液バイパス管路
２０ 開閉弁
２１ 冷却水バイパス管路
２２ 開閉弁

Claims (1)

1. 高温再生器、低温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器及び高温熱交換器、低温熱交換器が管路により接続されると共に、吸収器の内部を通過した後に凝縮器の内部を通過する冷却水管路が設けられ、蒸発器の内部を通過する負荷側の冷温水管路が設けられ、低温再生器から吸収器に濃吸収液を供給する濃吸収液ポンプと、吸収器から高温再生器に稀吸収液を供給する稀吸収液ポンプと、蒸発器の底部に貯留した冷媒液を当該蒸発器の上部に設けられた冷媒液散布管に供給する冷媒液ポンプと、冷却水を前記冷却水管路に供給する冷却水ポンプが設けられた吸収式冷凍機において、前記冷媒液ポンプにより蒸発器の底部に貯留した冷媒液を当該蒸発器の上部に設けられた冷媒液散布管に供給する管路の、冷媒液ポンプより下流側と、吸収器の底部とを結ぶ冷媒液バイパス管路を設けると共に、当該冷媒液バイパス管路に開閉弁を設け、運転停止時に、前記冷却水ポンプが単独起動した場合に、開閉弁を開いて蒸発器内の冷媒液の一部を、冷媒液ポンプにより冷媒液バイパス管路を介して吸収器に供給することを特徴とする吸収式冷凍機。