JP2014190679A

JP2014190679A - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JP2014190679A
Application number: JP2013069438A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Aoyama; 淳青山; Eiji Nakamoto; 英治中本; Naoki Miyata; 直紀宮田
Original assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Current assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-06
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP5993771B2

Abstract

【課題】起動時の一過性の要因によって冷水凍結防止措置が作動してしまうことを回避する吸収冷凍機を提供する。
【解決手段】吸収冷凍機１は、蒸発器２０と、吸収器１０と、冷媒ポンプ２９と、冷水流路２１に散布される冷媒液Ｖｆ温度を検出する冷媒液温度検出器５２と、溶液ポンプ１９と、冷水ポンプ９２の発停を制御する制御装置６０とを備え、冷媒液温度検出器５２の検出温度があらかじめ決められた温度よりも低いときに冷水凍結防止措置がとられ、冷水ポンプ９２起動後に、冷媒ポンプ２９、溶液ポンプ１９の順に起動する。而して、冷却水Ｄが低温の場合に、起動直後の溶液が、低温の冷却水Ｄに冷却されて過剰な吸収能力が発揮され、蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆが蒸発して冷媒温度が低下しうる状態になっても、冷媒ポンプ２９で散布された冷媒Ｖｆが冷水流路２１内冷水Ｃから受熱して温度低下が抑制され、冷水凍結防止措置がとられることを回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は吸収冷凍機に関し、特に起動時の一過性の要因によって冷水凍結防止措置が作動してしまうことを回避する吸収冷凍機に関する。

吸収冷凍機は、溶液に吸収させる冷媒が、液体から気体に相変化する際の気化熱を冷水から奪うことで、冷水を冷却する。吸収冷凍機は、冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で発生した冷媒の蒸気を濃度が高い溶液で吸収する吸収器と、冷媒を吸収した濃度が低い溶液を加熱して冷媒を離脱させる再生器と、再生器で離脱した冷媒の蒸気を凝縮させて蒸発器に搬送される冷媒液とする凝縮器とを主要構成機器として備えている。蒸発器の内部には、冷水を流す冷水チューブと、冷水チューブに冷媒液を散布する冷媒液散布ノズルとを有している。吸収器の内部には、溶液が冷媒の蒸気を吸収する際に発生する吸収熱を除去する冷却水を流す冷却水チューブと、冷却水チューブに溶液を散布する溶液散布ノズルとを有している。吸収冷凍機は、さらに、蒸発器内の冷媒液を冷媒液散布ノズルに送る冷媒ポンプと、溶液散布ノズルに溶液を送る溶液ポンプとを備えている。吸収冷凍機の周辺には、冷水を流動させる冷水ポンプと、冷却水を流動させる冷却水ポンプとが設置される。

吸収冷凍機は、溶液の結晶を防ぐために、運転の停止時に、溶液を、温度が低下しても結晶しない濃度まで希釈したうえで停止させるのが一般的である。また、吸収冷凍機は、一般に動特性が遅いものであるが、起動時間を短くした吸収冷凍機として、起動初期に再生器内の溶液が所定の濃度に高まるまで、冷媒ポンプの運転を遅延させて起動するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−３６４９４２号公報（段落００１５等）

吸収冷凍機では、冷水がチューブ内で凍結するのを防止するため、温度が低すぎる冷媒液が冷水チューブに散布されないように、冷媒液散布ノズルに送られる冷媒液があらかじめ決められた温度よりも低いときに、運転を停止させる等の凍結防止措置がとられるように構成することが考えられる。他方、吸収冷凍機を起動する際、特許文献１に記載されているように冷媒ポンプの運転を遅延させると、冷水が凍結する可能性が低いにもかかわらず、凍結防止措置が作動してしまい、運転に支障を来すことがあった。

本発明は上述の課題に鑑み、起動時の一過性の要因によって冷水凍結防止措置が作動してしまうことを回避する吸収冷凍機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１に示すように、冷水Ｃが流れる冷水流路２１を内部に有する蒸発器２０であって、冷媒液Ｖｆが蒸発する際の気化熱を冷水流路２１を流れる冷水Ｃから奪うことで冷水Ｃを冷却する蒸発器２０と；蒸発器２０で冷媒液Ｖｆが蒸発して発生した冷媒蒸気Ｖｅを導入し、導入した冷媒蒸気Ｖｅを溶液Ｓａで吸収する吸収器１０であって、溶液Ｓａが冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に発生する吸収熱を奪う冷却水Ｄが流れる冷却水流路１１を内部に有する吸収器１０と；冷媒液Ｖｆを冷水流路２１の外面に散布する冷媒ポンプ２９と；冷水流路２１に散布される冷媒液Ｖｆの温度を検出する冷媒液温度検出器５２と；溶液Ｓａを冷却水流路１１の外面に散布する溶液ポンプ１９と；冷水流路２１内の冷水Ｃを流動させる冷水ポンプ９２の発停を制御する制御装置６０とを備え；冷媒液温度検出器５２で検出された温度があらかじめ決められた温度よりも低いときに冷水凍結防止措置がとられるように構成され；制御装置６０は、冷水ポンプ９２を起動した後に、冷媒ポンプ２９、溶液ポンプ１９の順に起動するように構成されている。

本発明者らは、以下の事象を見出したことにより、本発明を完成するに至った。まず、吸収冷凍機を起動する際、冷媒ポンプの運転を遅延させて起動すると、冷却水の温度が低い状態の場合、冷却水流路に散布される溶液が前回の停止時に希釈された溶液であったとしても、一時的に吸収能力が発揮されることとなる。吸収能力が発揮されると、蒸発器に貯留されている冷媒液が蒸発して冷媒液の温度が低下する。ここで、特許文献１に記載されているように遅延させていた冷媒ポンプを運転させると、温度が低下した冷媒液が冷水流路に散布されることとなる。起動直後に冷水流路を流れている冷水は比較的温度が高いために、温度が低い冷媒液が冷水流路に散布されても内部を流れる冷水が凍結する可能性は低いが、冷水流路に散布される冷媒液の温度があらかじめ決められた温度よりも低いことが検出されると、凍結防止措置がとられることとなってしまう。このような不都合を回避するため、上述した本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機のように構成すると、冷却水が低温の場合に、起動直後の溶液が、低温の冷却水に冷却されて過剰な吸収能力が発揮されることに起因して蒸発器内の冷媒液が蒸発して冷媒の温度が低下しうる状態になっても、冷媒ポンプによって散布された冷媒が冷水流路内の冷水から受熱して温度の低下が抑制され、冷水凍結防止措置がとられることを回避することができる。

また、本発明の第２の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機１において、冷却水流路１１内の冷却水Ｄの温度を検出する冷却水温度検出器５１を備え；制御装置６０は、冷却水温度検出器５１で検出された温度が所定の温度を超えている場合に、冷媒ポンプ２９及び溶液ポンプ１９の起動順を入れ替えて冷媒ポンプ２９を溶液ポンプ１９の後に起動するように構成されている。

このように構成すると、冷媒ポンプの動力を削減することができる。

また、本発明の第３の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第２の態様に係る吸収冷凍機１において、所定の温度が、冷却水温度検出器５１で検出された温度が低いために故障と判断される故障判断値の上限に設定されている。

このように構成すると、故障の発生を防ぐことができる。

また、本発明の第４の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図４（Ａ）に示すように、上記本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機１Ａにおいて、冷却水流路１１内の冷却水Ｄの温度を検出する冷却水温度検出器５１と；溶液の濃度を直接又は間接的に検出する濃度検出手段５５、５６、６１とを備え；制御装置６０Ａは、吸収冷凍機１Ａが停止される際の濃度検出手段５５、５６、６１で検出された溶液Ｓｗの濃度と、次に吸収冷凍機１Ａが起動される際の冷却水温度検出器５１で検出された冷却水Ｄの温度とから、蒸発器２０又は吸収器１０の平衡圧力又は露点温度を算出し、算出された値が設定値を超えた場合に、冷媒ポンプ２９及び溶液ポンプ１９の起動順を入れ替えて冷媒ポンプ２９を溶液ポンプ１９の後に起動するように構成されている。

本発明によれば、冷却水が低温の場合に、起動直後の溶液が、低温の冷却水に冷却されて過剰な吸収能力が発揮されることに起因して蒸発器内の冷媒液が蒸発して冷媒の温度が低下しうる状態になっても、冷媒ポンプによって散布された冷媒が冷水流路内の冷水から受熱して温度の低下が抑制され、冷水凍結防止措置がとられることを回避することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収冷凍機の模式的系統図である。本発明の実施の形態に係る吸収冷凍機の起動時の手順を示すフローチャートである。冷却水低温時の各ポンプの起動のタイミングと冷媒液の温度の推移を示すタイムチャートである。（Ａ）は本発明の実施の形態に係る吸収冷凍機のもの、（Ｂ）は従来の吸収冷凍機のものを示す。（Ａ）は本発明の実施の形態の変形例に係る吸収冷凍機の模式的部分系統図、（Ｂ）は一般的な吸収冷凍機のデューリング線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る吸収冷凍機１を説明する。図１は、吸収冷凍機１の模式的系統図である。吸収冷凍機１は、吸収冷凍サイクルを行う主要構成機器として、吸収器１０と、蒸発器２０と、再生器３０と、凝縮器４０とを備えていると共に、制御装置６０を備えている。吸収冷凍機１は、吸収液に対して冷媒が相変化をしながら循環することで熱移動を行わせ、被冷却媒体である冷水Ｃの温度を低下させる機器である。以下の説明において、吸収液に関し、吸収冷凍サイクル上における区別を容易にするために、性状や吸収冷凍サイクル上の位置に応じて、「希溶液Ｓｗ」、「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「溶液Ｓ」ということとする。また、冷媒に関し、吸収冷凍サイクル上における区別を容易にするために、性状や吸収冷凍サイクル上の位置に応じて、「蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ」、「再生器冷媒蒸気Ｖｇ」、「冷媒液Ｖｆ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｖ」ということとする。本実施の形態では、溶液Ｓ（吸収剤と冷媒との混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｖとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられているが、これに限らず他の冷媒、溶液（吸収剤）の組み合わせで使用してもよい。

吸収器１０は、蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを濃溶液Ｓａで吸収する機器である。吸収器１０は、冷却水Ｄを流す冷却水流路としての冷却管１１と、濃溶液Ｓａを冷却管１１の外面に向けて散布する濃溶液散布ノズル１２とを、吸収器缶胴１７の内部に有している。濃溶液散布ノズル１２は、散布した濃溶液Ｓａが冷却管１１に降りかかるように、冷却管１１の上方に配設されている。なお、濃溶液散布ノズル１２は、スプレーノズル以外の、冷却管１１の外面に濃溶液Ｓａを供給することができる装置（例えば、毛細管現象を利用した滴下装置等）で構成されていてもよい。吸収器１０は、散布された濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収することで濃度の低下した希溶液Ｓｗを吸収器缶胴１７の下部に貯留すると共に、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した際に発生した吸収熱を冷却水Ｄが奪うように構成されている。

冷却管１１には、冷却水Ｄを導入する冷却水入口管１１ａが一端に接続されている。冷却管１１の他端には、冷却水連絡管５８が接続されている。冷却水入口管１１ａには、吸収冷凍機１外の冷却水往管９８が接続される。冷却水往管９８は、吸収冷凍機１外の冷却塔（不図示）に接続されている。冷却水往管９８には、吸収冷凍機１外の冷却水ポンプ９１が配設されている。吸収冷凍機１は、冷却水ポンプ９１の稼働により、冷却管１１内を冷却水Ｄが流動するように構成されている。冷却水入口管１１ａには、冷却管１１に導入される冷却水Ｄの温度を検出する冷却水温度検出器としての冷却水温度計５１が設けられている。冷却水Ｄが流動しているとき、冷却管１１内に入った冷却水Ｄは、冷却水温度計５１で検出された温度と同じ温度と見ることができるので、冷却水温度計５１は冷却管１１内の冷却水Ｄの温度を検出するものであると見ることができる。冷却水温度計５１は、制御装置６０と信号ケーブルで接続されており、検出した冷却水Ｄの温度を信号として制御装置６０に送信することができるように構成されている。

蒸発器２０は、冷水Ｃの熱で冷媒液Ｖｆを蒸発させて蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを発生させることにより冷水Ｃを冷却する機器である。蒸発器２０は、冷水Ｃを流す冷水流路としての蒸発管２１と、冷媒液Ｖｆを蒸発管２１の外面に向けて散布する冷媒液散布ノズル２２とを、蒸発器缶胴２７の内部に有している。冷媒液散布ノズル２２は、散布した冷媒液Ｖｆが蒸発管２１に降りかかるように、蒸発管２１の上方に配設されている。なお、冷媒液散布ノズル２２は、スプレーノズル以外の、蒸発管２１の外面に冷媒液Ｖｆを供給することができる装置（例えば、毛細管現象を利用した滴下装置等）で構成されていてもよい。また、蒸発器２０は、蒸発器缶胴２７の下部に貯留されている冷媒液Ｖｆを冷媒液散布ノズル２２に導く冷媒液管２８と、冷媒液管２８内の冷媒液Ｖｆを冷媒液散布ノズル２２に送る冷媒ポンプ２９とを有している。冷媒ポンプ２９が稼働することで冷媒液Ｖｆが冷媒液散布ノズル２２から散布されることになるため、冷媒ポンプ２９は冷媒液Ｖｆを蒸発管２１の外面に散布するものであるといえる。蒸発器２０は、蒸発管２１の外面に散布された冷媒液Ｖｆが蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなるための気化熱を、蒸発管２１内を流れる冷水Ｃから奪うことで冷水Ｃを冷却し、散布された冷媒液Ｖｆのうち蒸発しなかった冷媒液Ｖｆが蒸発器缶胴２７の下部に貯留されるように構成されている。

蒸発管２１には、冷水Ｃを導入する冷水入口管２１ａが一端に接続され、冷水Ｃを導出する冷水出口管２１ｂが他端に接続されている。冷水入口管２１ａには、吸収冷凍機１外の冷水還管９５が接続される。冷水還管９５には、吸収冷凍機１外の冷水ポンプ９２が配設されている。吸収冷凍機１は、冷水ポンプ９２の稼働により、蒸発管２１内を冷水Ｃが流動するように構成されている。冷水出口管２１ｂには、吸収冷凍機１外の冷水往管９６が接続される。冷媒液管２８には、冷媒液管２８を流れる冷媒液Ｖｆの温度を検出する冷媒液温度検出器としての冷媒液温度計５２が設けられている。冷媒液管２８を流れる冷媒液Ｖｆは、冷媒液散布ノズル２２を介して蒸発管２１に散布されるため、冷媒液温度計５２で検出された温度は蒸発管２１に散布される冷媒液Ｖｆの温度と見ることができる。冷媒液温度計５２は、制御装置６０と信号ケーブルで接続されており、検出した冷媒液Ｖｆの温度を信号として制御装置６０に送信することができるように構成されている。

本実施の形態では、吸収器１０と蒸発器２０とは隣接して配置されており、吸収器缶胴１７の上部と蒸発器缶胴２７の上部とが連通している。このような構成により、蒸発器缶胴２７の内部で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収器缶胴１７の内部に導くことができるようになっている。

再生器３０は、希溶液Ｓｗを導入し、加熱することで、希溶液Ｓｗ中の冷媒Ｖを離脱させ、濃溶液Ｓａを生成する機器である。再生器３０において、希溶液Ｓｗから離脱した冷媒Ｖは蒸気の状態であり、この冷媒Ｖの蒸気を再生器冷媒蒸気Ｖｇということとする。再生器３０は、希溶液Ｓｗを加熱する加熱部３１と、導入した溶液Ｓを貯留する再生器缶胴３７とを有している。加熱部３１は、再生器缶胴３７の内部に配設されている。加熱部３１は、典型的には、バーナーの燃焼熱、外部から導入した蒸気や温水等の熱で、溶液Ｓを加熱することができるように構成されている。再生器３０として、貫流式再生器や煙管型再生器、液管型再生器等を用いることができる。

凝縮器４０は、再生器３０で希溶液Ｓｗから蒸発した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し冷却して凝縮させ、蒸発器２０に送る冷媒液Ｖｆを生成する機器である。凝縮器４０は、冷却水Ｄの流路を形成する部材である凝縮管４１を、凝縮器缶胴４７の内部に有している。凝縮管４１の一端には、一端が冷却管１１に接続されている冷却水連絡管５８の他端が接続されている。凝縮管４１の他端には、冷却水Ｄを導出する冷却水出口管４１ｂが接続されている。冷却水出口管４１ｂには、吸収冷凍機１外の冷却水還管９９が接続される。冷却水還管９９は、吸収冷凍機１外の冷却塔（不図示）に接続されている。このような構成により、冷却水還管９９を流れる冷却水Ｄは、冷却塔（不図示）で冷却されて冷却水往管９８に供給されるように構成されている。

凝縮器缶胴４７は、再生器缶胴３７に近接して配設されている。本実施の形態では、再生器缶胴３７の上部と凝縮器缶胴４７の上部とは、再生器冷媒蒸気流路３５を介して連通している。凝縮器４０は、再生器冷媒蒸気流路３５を介して再生器３０から再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、凝縮管４１を流れる冷却水Ｄに再生器冷媒蒸気Ｖｇの熱を奪わせて、再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮させて冷媒液Ｖｆにするように構成されている。本実施の形態では、凝縮器缶胴４７及び再生器缶胴３７は、蒸発器缶胴２７及び吸収器缶胴１７の上方に配設されている。凝縮器缶胴４７の底部又は下部と蒸発器缶胴２７とは、凝縮冷媒液管４８で接続されており、凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆを位置ヘッド及び両者の内圧の差で蒸発器缶胴２７内に導くことができるように構成されている。

吸収器缶胴１７の底部又は下部と、再生器缶胴３７とは、希溶液管１８で接続されている。希溶液管１８には、溶液ポンプ１９が配設されている。吸収冷凍機１は、溶液ポンプ１９により、吸収器缶胴１７の希溶液Ｓｗを再生器缶胴３７内に搬送することができるように構成されている。再生器缶胴３７内では、導入された希溶液Ｓｗが、入口から出口に移動するに連れて希溶液Ｓｗ中から冷媒Ｖが離脱して濃度が上昇するようになっている。

再生器缶胴３７の濃溶液Ｓａが導出される部分と、吸収器１０の濃溶液散布ノズル１２とは、濃溶液管３８で接続されている。吸収冷凍機１は、溶液ポンプ１９によって希溶液Ｓｗが再生器缶胴３７に搬送され、再生器缶胴３７内で冷媒Ｖが離脱して生成された濃溶液Ｓａが、濃溶液管３８を介して濃溶液散布ノズル１２に導入されるように構成されている。このように、溶液ポンプ１９が稼働することで濃溶液Ｓａが濃溶液散布ノズル１２から散布されることとなるため、溶液ポンプ１９は溶液Ｓを冷却管１１の外面に散布するものであるといえる。希溶液管１８及び濃溶液管３８には、希溶液管１８を流れる希溶液Ｓｗと濃溶液管３８を流れる濃溶液Ｓａとの間で熱交換を行わせる溶液熱交換器８１が挿入されて配置されている。

制御装置６０は、吸収冷凍機１の動作を制御する機器である。制御装置６０は、溶液ポンプ１９、冷媒ポンプ２９、冷却水ポンプ９１、冷水ポンプ９２と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、これらの発停を制御することができるように構成されている。また、制御装置６０は、冷却水温度計５１から冷却水Ｄの温度の信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置６０は、冷媒液温度計５２から冷媒液Ｖｆの温度の信号を受信して、受信した冷媒液Ｖｆ温度があらかじめ決められた温度よりも低いときに、凍結防止措置をとるように構成されている。凍結防止措置は、本実施の形態では、吸収冷凍機１を停止させることとしている。また、制御装置６０は、後述する吸収冷凍機１の作用で説明するような吸収冷凍機１の制御を行うことができるように構成されている。

引き続き図１を参照して、吸収冷凍機１の作用を説明する。まず、吸収冷凍機１の定常運転時の作用を説明する。吸収冷凍機１の定常運転時は、制御装置６０からの指令により、溶液ポンプ１９、冷媒ポンプ２９、冷却水ポンプ９１、冷水ポンプ９２がそれぞれ稼働している。冷媒Ｖ側のサイクルについて見ると、再生器冷媒蒸気流路３５を介して再生器３０から凝縮器４０に導入された再生器冷媒蒸気Ｖｇは、凝縮管４１を流れる冷却水Ｄに冷却されて凝縮し、冷媒液Ｖｆとなって凝縮器缶胴４７の下部に貯留される。再生器冷媒蒸気Ｖｇを冷却した冷却水Ｄは、温度が上昇して冷却水還管９９から導出され、冷却塔（不図示）に供給される。凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆは、凝縮冷媒液管４８を介して蒸発器缶胴２７内に導入される。

凝縮器缶胴４７から蒸発器缶胴２７に導入された冷媒液Ｖｆは、冷媒液散布ノズル２２から散布されて蒸発しなかった冷媒液Ｖｆと混合して蒸発器缶胴２７の下部に貯留される。蒸発器缶胴２７内の冷媒液Ｖｆは、冷媒ポンプ２９により、冷媒液管２８を流れて冷媒液散布ノズル２２に至る。冷媒液散布ノズル２２に至った冷媒液Ｖｆは、蒸発管２１に向けて散布され、蒸発管２１を流れる冷水Ｃの熱を得て一部が蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなり、吸収器缶胴１７に導入される。散布された冷媒液Ｖｆに熱を奪われた冷水Ｃは、温度が低下して冷水往管９６から導出され、空気調和機等の冷水Ｃの利用場所に供給される。冷媒液散布ノズル２２から散布されて蒸発しなかった冷媒液Ｖｆは、凝縮器缶胴４７から導入された冷媒液Ｖｆと混合して蒸発器缶胴２７の下部に貯留される。

次に吸収冷凍機１の溶液Ｓ側のサイクルを見ると、吸収器缶胴１７内の希溶液Ｓｗは、溶液ポンプ１９により、希溶液管１８を流れ、溶液熱交換器８１で温度が上昇した後に、再生器缶胴３７に導入される。再生器缶胴３７に導入された希溶液Ｓｗは、加熱部３１によって加熱され、冷媒Ｖが離脱して濃溶液Ｓａとなる。他方、希溶液Ｓｗから離脱した冷媒Ｖは、再生器冷媒蒸気Ｖｇとして、再生器冷媒蒸気流路３５を介して凝縮器缶胴４７内に送られる。再生器缶胴３７内で生成された濃溶液Ｓａは、濃溶液管３８を流れ、溶液熱交換器８１において希溶液Ｓｗと熱交換して温度が低下したうえで濃溶液散布ノズル１２に至る。

濃溶液散布ノズル１２に至った濃溶液Ｓａは、冷却管１１に向けて散布され、蒸発器２０から導入された蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収し濃度が低下して希溶液Ｓｗとなる。吸収器缶胴１７内において、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際には吸収熱が発生する。この発生した吸収熱は、冷却水往管９８から導入されて冷却管１１を流れる冷却水Ｄによって除去される。冷却管１１を流れる冷却水Ｄは、吸収熱を奪って温度上昇して冷却水連絡管５８に導出され、凝縮器４０の凝縮管４１に供給される。吸収器缶胴１７内で生じた希溶液Ｓｗは、吸収器缶胴１７内に貯留される。

上述のような定常運転を行っている吸収冷凍機１を停止させる際は、温度が低下したときの溶液Ｓの結晶を防ぐため、制御装置６０は希釈運転を行う。希釈運転に入ると、再生器３０における加熱を停止して希溶液Ｓｗの濃縮を停止すると共に、濃溶液Ｓａに冷媒液Ｖｆを混合して濃溶液Ｓａの濃度を低下させる。希釈運転を行うことにより、濃溶液Ｓａの濃度が低下し、濃溶液Ｓａの濃度が、吸収冷凍機１の停止に伴って温度が低下しても結晶しない濃度になったら、吸収冷凍機１は停止する。

停止状態にある吸収冷凍機１を起動する際は、制御装置６０が、まず、冷水ポンプ９２及び冷却水ポンプ９１を起動する。次いで、制御装置６０は、溶液ポンプ１９及び冷媒ポンプ２９を起動する。一般に、吸収冷凍機１の起動直後の溶液Ｓは、希釈されていて濃度が低いために吸収能力が乏しく、十分に蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収することができない。このため、蒸発器２０で蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが生成されても吸収冷凍サイクルに利用されないので、再生器３０における加熱能力が上昇して濃溶液散布ノズル１２から散布される溶液Ｓが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを適切に吸収できる濃度になるまで、冷媒ポンプ２９の起動を待機させるのが、冷媒ポンプ２９の動力節減の観点から好ましい。

しかしながら、吸収器１０の冷却管１１を流れる冷却水Ｄの温度が十分に低い場合は、溶液Ｓが希釈された濃度が低い状態でも吸収能力が発揮されることとなる。吸収冷凍機１の起動直後の溶液Ｓが、低温の冷却水Ｄに冷却されて過剰な吸収能力が発揮されると、溶液Ｓの濃度と冷却水Ｄの温度とから決まる圧力まで吸収器缶胴１７及び蒸発器缶胴２７の内部の圧力が低下する。蒸発器缶胴２７の内部圧力が低下すると、下部に貯留されている冷媒液Ｖｆの表面から冷媒液Ｖｆが蒸発し、その際の気化熱を、蒸発器缶胴２７に貯留されている冷媒液Ｖｆから奪うため、蒸発器缶胴２７に貯留されている冷媒液Ｖｆの温度が低下する。この状態で、濃溶液散布ノズル１２から散布される溶液Ｓが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを適切に吸収できる濃度となって、冷媒ポンプ２９が起動された場合、蒸発器缶胴２７内の温度が低下した冷媒液Ｖｆが、冷媒液管２８を流れ始めることとなる。

ここで、冷媒液管２８を流れる冷媒液Ｖｆが、凍結防止措置が作動する温度（あらかじめ決められた温度）よりも低くなっている場合、凍結防止措置がとられ、制御装置６０が吸収冷凍機１を停止させてしまう。ところが、この冷媒液Ｖｆは、吸収冷凍機１が起動されるような、冷水Ｃの冷却が必要な状況下では、冷媒液散布ノズル２２から蒸発管２１に散布されて蒸発管２１を流れる冷水Ｃから受熱すれば、凍結防止措置がとられる温度まで低下しないものである場合が多い。すなわち、吸収冷凍機１の起動時に一時的に凍結防止措置を働かせないようにすれば、その後は凍結防止措置が作動せずに定常運転に移行できる場合が多い。このことをふまえ、冷媒ポンプ２９の起動後、冷媒液温度計５２が検出する冷媒液Ｖｆの温度が凍結防止措置の作動温度を超えるようになるまでの一定時間は、凍結防止措置をとらないようにすることも考えられるが、希釈後の溶液Ｓの濃度や冷却水Ｄの条件等の変動するパラメータが多いためにすべての状態で凍結防止措置を作動させないようにすることが難しく、他方、凍結防止措置が必要な場合に凍結防止措置をとることができなくなり、採用が難しい。そこで、吸収冷凍機１では、以下のような制御を行うこととしている。

図２は、吸収冷凍機１の起動時の手順を示すフローチャートである。制御装置６０は、吸収冷凍機１を起動する信号を受けると、冷水ポンプ９２を起動し（Ｓ１）、冷水ポンプ９２を起動してからタイマーで設定された所定の時間が経過したときに冷却水ポンプ９１を起動する（Ｓ２）。なお、冷水ポンプ９２の起動（Ｓ１）と冷却水ポンプ９１の起動（Ｓ２）との順序は逆であってもよい。冷却水ポンプ９１が起動して、冷却管１１に導入される冷却水Ｄの温度を冷却水温度計５１で検出できるようになると、制御装置６０は、冷却水温度計５１で検出された温度が所定の温度以下か否かを判断する（Ｓ３）。ここで、所定の温度は、起動直後の希釈された溶液Ｓが過剰な吸収能力を発揮することとなる温度であり、本実施の形態では、冷却水Ｄの温度が低すぎて吸収冷凍機１が故障するおそれがあると判断すべき故障判断値の上限に設定している。

冷却水温度計５１で検出された温度が所定の温度以下か否かを判断する工程（Ｓ３）において、所定の温度以下の場合、制御装置６０は、冷却水ポンプ９１を起動してから（冷水ポンプ９２が冷却水ポンプ９１の後に起動された場合は冷水ポンプ９２が起動してから）タイマーで設定された所定の時間が経過したときに冷媒ポンプ２９を起動する（Ｓ４）。冷媒ポンプ２９が起動して、冷媒液散布ノズル２２から冷媒液Ｖｆが散布されると、散布された冷媒液Ｖｆは、蒸発管２１を流れる冷水Ｃから受熱して温度が上昇し、蒸発器缶胴２７の下部に貯留される。次いで、制御装置６０は、冷媒ポンプ２９を起動してからタイマーで設定された所定の時間が経過したときに溶液ポンプ１９を起動する（Ｓ５）。溶液ポンプ１９が起動して、濃溶液散布ノズル１２から起動直後の希釈された溶液Ｓが散布されると、冷却水Ｄの温度が低いために溶液Ｓの濃度が低くても吸収能力が発揮されることになるが、冷媒ポンプ２９が先行して起動したことに起因して蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆの温度が上昇しているため、蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆが凍結防止措置の作動する温度まで低下することを回避することができる。制御装置６０は、溶液ポンプ１９を起動（Ｓ５）した後、適宜吸収冷凍機１の他の補機類を起動する（Ｓ８）。

他方、冷却水温度計５１で検出された温度が所定の温度以下か否かを判断する工程（Ｓ３）において、所定の温度以下でない場合、すなわち所定の温度を超えている場合、制御装置６０は、冷却水ポンプ９１及び冷水ポンプ９２のうち後に起動した方が起動してからタイマーで設定された所定の時間が経過したときに溶液ポンプ１９を起動する（Ｓ６）。このとき、冷却管１１に導入される冷却水Ｄの温度が所定の温度を超えているため、濃溶液散布ノズル１２から散布された起動直後の希釈された溶液Ｓが過剰な吸収能力を発揮することはなく、蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆの温度が、凍結防止措置がとられるほど低下することはない。制御装置６０は、溶液ポンプ１９が起動してからタイマーで設定された所定の時間が経過したら、冷媒ポンプ２９を起動する（Ｓ７）。ここで冷媒ポンプ２９が起動する頃には、濃溶液散布ノズル１２から散布される溶液Ｓの濃度が上昇しているため、吸収冷凍機１の定常運転に移行される。制御装置６０は、冷媒ポンプ２９を起動（Ｓ５）した後、適宜吸収冷凍機１の他の補機類を起動する（Ｓ８）。

図３を参照して、上述した吸収冷凍機１の起動時の制御の説明を補足する。図３（Ａ）は、冷却水Ｄの温度が所定の温度以下の場合における吸収冷凍機１に関連する各ポンプ１９、２９、９１、９２の起動のタイミングと蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆの温度の推移を示すタイムチャートである。図３（Ａ）中、各ポンプ１９、２９、９１、９２の横に描かれている段違いの折れ線のうち、下段はポンプが停止している状態を示し、上段はポンプが稼働している状態を示している。また、図３（Ａ）中、温度を示す領域内の曲線ＴｆＡは蒸発器缶胴２７内に貯留されている冷媒液Ｖｆの表面の温度を示しており、温度ＰＴは凍結防止措置がとられる温度（あらかじめ決められた温度）を示している。吸収冷凍機１は、図３（Ａ）に示すように、冷水ポンプ９２が起動し（Ｓ１）、冷却水ポンプ９１が起動し（Ｓ２）、次いで冷媒ポンプ２９が起動すると（Ｓ４）、冷媒液Ｖｆが冷水Ｃと熱交換し、曲線ＴｆＡが示すように、冷媒液Ｖｆの表面温度が上昇する。その後、溶液ポンプ１９が起動すると（Ｓ５）、溶液Ｓの濃度の吸収能力が発揮されて冷媒液Ｖｆの温度は一時的に低下するが、温度ＰＴまでは低下しない（曲線ＴｆＡ参照）。

図３（Ｂ）には、吸収冷凍機１との比較のため、従来の吸収冷凍機（制御以外の構成は吸収冷凍機１と同じ）のように起動時に溶液ポンプ１９を冷媒ポンプ２９よりも先に起動する制御を行う際の、冷却水Ｄの温度が所定の温度以下の場合における各ポンプ１９、２９、９１、９２の起動のタイミングと蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆの温度の推移を示すタイムチャートを示す。図３（Ｂ）中、各ポンプ１９、２９、９１、９２の横に描かれている段違いの折れ線の見方は図３（Ａ）と同様であり、温度を示す領域内の曲線ＴｆＢは蒸発器缶胴２７内に貯留されている冷媒液Ｖｆの表面の温度を示しており、曲線Ｔｄは冷媒液温度計５２で検出された冷媒液Ｖｆの温度を示しており、温度ＰＴの意味は図３（Ａ）と同様である。従来の吸収冷凍機は、図３（Ｂ）に示すように、冷水ポンプ９２が起動し（Ｓ１）、冷却水ポンプ９１が起動し（Ｓ２）、次いで溶液ポンプ１９が起動すると（Ｓ５’）、溶液Ｓが過剰な吸収能力を発揮して、蒸発器缶胴２７内の冷媒液Ｖｆの温度を低下させる（曲線ＴｆＢ参照）。曲線ＴｆＢが示すように、溶液ポンプ１９が起動してから冷媒液Ｖｆの温度が徐々に低下し、温度ＰＴを下回る温度に達する。その後、冷媒ポンプ２９が起動すると（Ｓ４’）、曲線Ｔｄが示すように、冷媒液温度計５２が検出する温度が徐々に低下して、時間ＳＳの時点で冷媒液温度計５２が温度ＰＴを検出し、吸収冷凍機が停止することとなる。

以上で説明したように、本実施の形態に係る吸収冷凍機１によれば、吸収冷凍機１の起動時に、冷水ポンプ９２及び冷却水ポンプ９１を起動した後、冷媒ポンプ２９、溶液ポンプ１９の順に起動するので、冷却水Ｄの温度が所定の温度以下であって、希釈された溶液Ｓが過剰な吸収能力を発揮した場合であっても、蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆが過度に冷却されることが抑制され、凍結防止措置がとられることを回避することができる。また、冷却水Ｄの温度が所定の温度を超えている場合は、冷水ポンプ９２及び冷却水ポンプ９１を起動した後に、溶液ポンプ１９、冷媒ポンプ２９の順に起動するので、溶液Ｓが吸収能力を発揮しない状態で冷媒液散布ノズル２２から冷媒液Ｖｆが散布される状態を回避することができ、冷媒ポンプ２９の動力を削減することができる。

次に図４（Ａ）を参照して、本実施の形態の変形例に係る吸収冷凍機１Ａを説明する。図４（Ａ）は、吸収冷凍機１Ａの吸収器１０及び蒸発器２０回りを示す部分系統図である。吸収冷凍機１Ａは、吸収冷凍機１（図１参照）と比較して、以下の点が異なっている。吸収冷凍機１Ａは、蒸発器缶胴２７内の気相部の圧力を検出する蒸発圧力計５５と、吸収器缶胴１７内の溶液Ｓの温度を検出する溶液温度計５６とが設けられている。また、吸収冷凍機１Ａは、制御装置６０Ａが演算部６１を有している。演算部６１は、蒸発圧力計５５及び溶液温度計５６と信号ケーブルで接続されており、蒸発圧力計５５で検出された値及び溶液温度計５６で検出された値を信号として受信することができるように構成されている。演算部６１は、蒸発圧力計５５及び溶液温度計５６からそれぞれ受信した値に基づいて、溶液Ｓの濃度を算出することができるように構成されている。制御装置６０Ａは、演算部６１で算出された濃度から希釈後の溶液Ｓの濃度を推定し、推定した希釈後の溶液Ｓの濃度と、冷却水Ｄの温度とに基づいて、吸収器１０と蒸発器２０との平衡圧力又は露点温度を算出することができるように構成されている。吸収冷凍機１Ａの、上記以外の構成は、吸収冷凍機１（図１参照）と同じである。

図４（Ｂ）に、一般的な吸収冷凍機のデューリング線図を示す。図４（Ｂ）のデューリング線図は、縦軸に冷媒Ｖの露点温度を、横軸に溶液Ｓの温度をとっている。右上がりの線は溶液Ｓの等濃度線を表し、右に行くほど高濃度、左に行くほど低濃度となり、図中の原点を通る右上がりの線は溶液濃度０％（すなわち冷媒のみ）の線である。なお、縦軸が示す露点温度は飽和圧力と対応関係にあるため、冷媒蒸気Ｖｅ、Ｖｇが飽和蒸気である吸収冷凍サイクルでは、縦軸は主要構成機器である吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、凝縮器４０の内部圧力を表していると見ることもできる。図４（Ｂ）に示すデューリング線図は、露点温度、溶液Ｓの温度、溶液Ｓの濃度の関係を示すものであるから、露点温度（吸収器１０及び蒸発器２０の内圧）及び溶液Ｓの温度が分かれば、溶液Ｓの濃度を算出できることが分かる。このことから、図４（Ａ）に示す吸収冷凍機１Ａでは、蒸発圧力計５５と、溶液温度計５６と、演算部６１とで、濃度検出手段を構成している。

上述のように構成された吸収冷凍機１Ａでは、制御装置６０Ａは、吸収冷凍機１Ａが停止される際（典型的には停止ボタンを押す等により停止指令が制御装置６０Ａに送られた際）に、演算部６１が、蒸発圧力計５５及び溶液温度計５６から検出値を受信し、受信した値に基づいて溶液Ｓの濃度を算出する。そして、制御装置６０Ａは、次に吸収冷凍機１Ａが起動される際に、冷水ポンプ９２及び冷却水ポンプ９１を起動する（図２の工程Ｓ１、Ｓ２に相当）と共に、冷却水温度計５１から検出値を受信し、受信した冷却水Ｄの温度と、停止時に算出（検出）しておいた溶液Ｓの濃度とから、蒸発器缶胴２７内の平衡圧力又は冷媒Ｖの露点温度を算出し、算出された値が設定値以下か否かを判断する（図２の工程Ｓ３に対応）。制御装置６０Ａは、算出された平衡圧力又は露点温度が設定値以下の場合、溶液Ｓが過剰な吸収能力を発揮すると推定して、冷媒ポンプ２９、溶液ポンプ１９の順に起動する（図２の工程Ｓ４、Ｓ５に相当）。他方、算出された平衡圧力又は露点温度が設定値を超えた場合、冷媒ポンプ２９の動力節減のため、溶液ポンプ１９、冷媒ポンプ２９の順に起動する（図２の工程Ｓ６、Ｓ７に相当）。

以上で説明したように、本実施の形態の変形例に係る吸収冷凍機１Ａによれば、溶液ポンプ１９及び冷媒ポンプ２９の起動順を決めるのに際し、吸収冷凍機１（図１参照）では冷却管１１の入口の冷却水Ｄ温度のみで判断していたのに比べて、冷却管１１の入口の冷却水Ｄ温度に加えて停止時の溶液Ｓ濃度から算出した平衡圧力又は露点温度を加味して判断しているので、溶液Ｓの低温時の吸収能力の発揮状態をより正確に把握することができ、冷媒ポンプ２９動力節減をさらに推し進めることができる。なお、吸収冷凍機１Ａでは、濃度検出手段として、蒸発圧力計５５を有しているが、蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが飽和蒸気であることから蒸発器缶胴２７内の冷媒液Ｖｆの温度は露点温度となるため、蒸発圧力計５５に代えて蒸発器缶胴２７内の冷媒液Ｖｆの温度を検出する蒸発器冷媒温度計を有することとしてもよい。あるいは、蒸発圧力計５５及び溶液温度計５６に代えて、吸収器缶胴１７内の溶液Ｓの濃度を直接検出する濃度計を有することとしてもよい。また、吸収冷凍機１Ａでは、吸収器１０内の溶液Ｓの濃度を演算しているが、再生器３０から導出される濃溶液Ｓａの濃度で代替することも可能である。その際は、再生器３０の出口の溶液Ｓの温度、再生器３０又は凝縮器４０の内圧、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇの温度（露点温度）等から濃溶液Ｓａの濃度を求めることが可能である。

以上の説明では、冷却水Ｄが、吸収器１１に導入された後に凝縮器４０に導入される構成を例示したが、凝縮器４０に導入された後に吸収器１１に導入される構成であってもよく、吸収器１０と凝縮器４０とに並列に導入される構成であってもよい。

以上の説明では、冷却水ポンプ９１及び冷水ポンプ９２が吸収冷凍機１、１Ａの構成要素ではないものとしたが、冷却水ポンプ９１及び／又は冷水ポンプ９２を吸収冷凍機１、１Ａの構成要素として備えることとしてもよい。しかしながら、冷却水ポンプ９１が流動させる冷却水Ｄ、及び冷水ポンプ９２が流動させる冷水Ｃは、吸収冷凍機１、１Ａが設置される場所等の条件によって供給先までの搬送距離や流量等が異なるのが一般的なため、冷却水ポンプ９１及び冷水ポンプ９２を吸収冷凍機１、１Ａの構成要素とはせず、吸収冷凍機１、１Ａの設置場所等に適した能力のものを選定できるようにするのが好ましい。

以上の説明では、凍結防止措置が、吸収冷凍機１を停止させることとしたが、吸収冷凍機１を停止させずに警報を発する等、冷水Ｃの凍結が生じ得る注意を喚起することとしてもよい。

以上の説明では、冷却水Ｄの温度が所定の温度を超えている場合、あるいは算出された平衡圧力又は露点温度が設定値を超えた場合は、冷水ポンプ９２及び冷却水ポンプ９１を起動した後に、溶液ポンプ１９、冷媒ポンプ２９の順に起動することとしたが、上記の条件にかかわらず（いかなる場合であっても）、冷媒ポンプ２９、溶液ポンプ１９の順に起動することとしてもよい。このようにすると、制御を簡略化できると共に冷却水温度計５１あるいは濃度検出手段を省略して装置構成を簡素にすることができる。

以上の説明では、理解の容易のために、吸収冷凍機１、１Ａが単効用の構成であるとしたが、複数の再生器を有する多重効用の吸収冷凍機、あるいは、動作圧力の異なる複数の蒸発器／吸収器を有する吸収冷凍機にも適用することができる。

１吸収冷凍機
１０吸収器
１１冷却管
１９溶液ポンプ
２０蒸発器
２１蒸発管
２９冷媒ポンプ
３０再生器
４０凝縮器
５１冷却水温度計
５２冷媒液温度計
５５蒸発圧力計
５６溶液温度計
６０制御装置
６１演算部
９１冷却水ポンプ
９２冷水ポンプ
Ｃ冷水
Ｄ冷却水
Ｓａ濃溶液
Ｖｅ蒸発器冷媒蒸気
Ｖｆ冷媒液

Claims

冷水が流れる冷水流路を内部に有する蒸発器であって、冷媒液が蒸発する際の気化熱を前記冷水流路を流れる前記冷水から奪うことで前記冷水を冷却する蒸発器と；
前記蒸発器で前記冷媒液が蒸発して発生した冷媒蒸気を導入し、導入した前記冷媒蒸気を溶液で吸収する吸収器であって、前記溶液が前記冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱を奪う冷却水が流れる冷却水流路を内部に有する吸収器と；
前記冷媒液を前記冷水流路の外面に散布する冷媒ポンプと；
前記冷水流路に散布される前記冷媒液の温度を検出する冷媒液温度検出器と；
前記溶液を前記冷却水流路の外面に散布する溶液ポンプと；
前記冷水流路内の前記冷水を流動させる冷水ポンプの発停を制御する制御装置とを備え；
前記冷媒液温度検出器で検出された温度があらかじめ決められた温度よりも低いときに冷水凍結防止措置がとられるように構成され；
前記制御装置は、前記冷水ポンプを起動した後に、前記冷媒ポンプ、前記溶液ポンプの順に起動するように構成された；
吸収冷凍機。
前記冷却水流路内の前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出器を備え；
前記制御装置は、前記冷却水温度検出器で検出された温度が所定の温度を超えている場合に、前記冷媒ポンプ及び前記溶液ポンプの起動順を入れ替えて前記冷媒ポンプを前記溶液ポンプの後に起動するように構成された；
請求項１に記載の吸収冷凍機。
前記所定の温度が、前記冷却水温度検出器で検出された温度が低いために故障と判断される故障判断値の上限に設定された；
請求項２に記載の吸収冷凍機。
前記冷却水流路内の前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出器と；
前記溶液の濃度を直接又は間接的に検出する濃度検出手段とを備え；
前記制御装置は、前記吸収冷凍機が停止される際の前記濃度検出手段で検出された前記溶液の濃度と、次に前記吸収冷凍機が起動される際の前記冷却水温度検出器で検出された前記冷却水の温度とから、前記蒸発器又は前記吸収器の平衡圧力又は露点温度を算出し、算出された値が設定値を超えた場合に、前記冷媒ポンプ及び前記溶液ポンプの起動順を入れ替えて前記冷媒ポンプを前記溶液ポンプの後に起動するように構成された；
請求項１に記載の吸収冷凍機。