JP2015059733A - 吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】全負荷付近における運転で効率を改善した吸収冷凍機を提供する。
【解決手段】吸収冷凍機１は、熱源蒸気Ｈの熱で吸収液を再生する再生器３０と、並列に設けられて共に第１の吸収液Ｓｗを流す吸収液熱交換管１８Ａ及び吸収液熱回収管１８Ｂと、第１の吸収液Ｓｗに第２の吸収液Ｓａと熱交換させる熱交換器８１及びドレン液Ｄの熱を回収させる熱回収器８２と、吸収液熱回収管１８Ｂに配設されて定格流量よりも大きい最大流量を通過させる絞り機構８５と、２つの管１８Ａ、１８Ｂを流れる第１の吸収液Ｓｗの流量の割合を熱回収器８２におけるドレン液Ｄの第１の吸収液Ｓｗに対する比に応じて調節する流量調節機構８４とを備える。而して、冷却水の温度が定格運転時よりも低くなった場合に吸収液熱回収管１８Ｂを流れる第１の吸収液Ｓｗの流量を最大で最大流量まで増加させてドレン液Ｄから回収する熱量を増加させることで効率を改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は吸収冷凍機に関し、特に効率を改善した吸収冷凍機に関する。

吸収冷凍機は、吸収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吸収液（濃溶液）で吸収する吸収器と、冷媒を吸収した濃度が低い吸収液（希溶液）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。吸収冷凍機では、効率向上のため、再生器から吸収器へ搬送される濃溶液と、吸収器から再生器へ搬送される希溶液とで熱交換を行わせる溶液熱交換器が設けられるのが一般的である。吸収冷凍機には、再生器における希溶液の加熱源として蒸気（熱源蒸気）を用いるものがある。

熱源蒸気を用いる吸収冷凍機の効率をさらに向上させるため、再生器において希溶液を加熱することに伴って熱源蒸気が凝縮して生じるドレン液からも熱を回収するものがある。このような吸収冷凍機として、希溶液にドレン液の熱を回収させるドレン熱回収器と、希溶液と濃溶液とで熱交換を行わせる溶液熱交換器とを並列に設置し、ドレン熱回収器に供給される希溶液流量を制御する流量制御機構を設け、吸収冷凍機の負荷が減少するの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ものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−２８７８０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の吸収冷凍機は、吸収冷凍機の負荷が減少した部分負荷運転時に効率を向上させることができるに留まり、全負荷付近における運転時に、例えば吸収器に供給される冷却水の温度が低下する等により循環する吸収液の流量が減少する場合は、ドレン液の流量に見合った熱量を回収できなくなる。

本発明は上述の課題に鑑み、全負荷付近における運転で冷却水の温度が定格運転時よりも低くなった場合の効率を改善した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、相変化を伴う冷媒と、冷媒が混合した吸収液とのサイクルによって熱を移動させる吸収冷凍機１であって；第１の吸収液Ｓｗと熱源蒸気Ｈとを導入し、熱源蒸気Ｈが保有する熱で第１の吸収液Ｓｗを加熱して第１の吸収液Ｓｗから冷媒Ｖｇを蒸発させることで第１の吸収液Ｓｗよりも濃度が高い第２の吸収液Ｓａを生成する再生器３０と；再生器３０に導入される第１の吸収液Ｓｗを流す吸収液熱交換管１８Ａと；再生器３０に導入される第１の吸収液Ｓｗを流す吸収液熱回収管１８Ｂであって、吸収液熱交換管１８Ａに対して並列に配置された吸収液熱回収管１８Ｂと；吸収液熱交換管１８Ａに配設された熱交換器８１であって、吸収液熱交換管１８Ａを流れる第１の吸収液Ｓｗと、再生器３０から導出された第２の吸収液Ｓａとで熱交換を行わせる熱交換器８１と；吸収液熱回収管１８Ｂに配設された熱回収器８２であって、吸収液熱回収管１８Ｂを流れる第１の吸収液Ｓｗに、再生器３０で熱源蒸気Ｈが凝縮して生じたドレン液Ｄの熱を回収させる熱回収器８２と；吸収液熱回収管１８Ｂに配設された絞り機構８５であって、定格流量よりも大きい最大流量を通過させる絞り機構８５と；吸収液熱交換管１８Ａを流れる第１の吸収液Ｓｗの流量と、吸収液熱回収管１８Ｂを流れる第１の吸収液Ｓｗの流量との割合を調節する流量調節機構８４であって、熱回収器８２に導入されるドレン液Ｄの流量の熱回収器８２に導入される第１の吸収液Ｓｗの流量に対する比の増加に伴って、吸収液熱回収管１８Ｂを流れる第１の吸収液Ｓｗの流量の吸収液熱交換管１８Ａを流れる第１の吸収液Ｓｗの流量に対する比が増加するように、割合の調節を行う流量調節機構８４とを備える。

このように構成すると、冷却水の温度が定格運転時よりも低くなって循環する吸収液の流量が減少し、熱回収器に導入されるドレン液の流量の熱回収器に導入される第１の吸収液の流量に対する比が増加した場合に、吸収液熱回収管を流れる第１の吸収液の流量を最大で最大流量まで増加させてドレン液から回収する熱量を増加させることが可能となり、吸収冷凍機の効率を改善することができる。

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、絞り機構８５がオリフィスである。

このように構成すると、絞り機構の設置及び調節（交換）が簡便になる。

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に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る吸収冷凍機１において、熱交換器８１の下流側の吸収液熱交換管１８Ａを流れる第１の吸収液Ｓｗの温度を検出する交換温度検出器５１と；熱回収器８２の下流側の吸収液熱回収管１８Ｂを流れる第１の吸収液Ｓｗの温度を検出する回収温度検出器５２と；交換温度検出器５１で検出された温度と回収温度検出器５２で検出された温度との差が所定の範囲になるように流量調節機構８４を制御する制御装置６０とを備える。

このように構成すると、簡便に適切な流量配分を行うことができる。

本発明によれば、冷却水の温度が定格運転時よりも低くなって循環する吸収液の流量が減少し、熱回収器に導入されるドレン液の流量の熱回収器に導入される第１の吸収液の流量に対する比が増加した場合に、吸収液熱回収管を流れる第１の吸収液の流量を最大で最大流量まで増加させてドレン液から回収する熱量を増加させることが可能となり、吸収冷凍機の効率を改善することができる。

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。 ドレン液の流量と、ドレン熱回収器及び溶液熱交換器に導入される希溶液流量の割合との関係を示すグラフである。 冷却水入口温度をパラメータとした吸収冷凍機の負荷率と熱源蒸気の消費率との関係を示すグラフであり、（Ａ）は負荷率の低下に伴ってドレン熱回収器に導入される希溶液の流量の溶液熱交換器に導入される希溶液の流量に対する比を低下させた場合のグラフ、（Ｂ）は吸収冷凍機の冷却水の入口温度の低下に伴ってドレン熱回収器に導入される希溶液の流量の溶液熱交換器に導入される希溶液の流量に対する比を増加させた場合のグラフである。 流量調節機構の変形例を示す部分系統図である。 （Ａ）はパラレルフローの二重効用吸収冷凍機の溶液側の部分系統図、（Ｂ）はリバースフローの二重効用吸収冷凍機の溶液側の部分系統図である。

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。また、吸収冷凍機１は、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を第２の吸収液としての濃溶液Ｓａで吸収する機器である。吸収器１０は、冷却水Ｑ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第１の吸収液としての希溶液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Ｑが奪うように構成されている。冷却管１１には、吸収冷凍機１外の冷却塔（不図示）で冷却された冷却水Ｑ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、冷却管１１に導入される冷却水Ｑ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１５が設けられている。冷却水温度計１５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Ｑ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。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。

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、熱源蒸気Ｈを導入する熱源蒸気管３２が接続されており、導入した熱源蒸気Ｈが保有する熱で、溶液Ｓを加熱することができるように構成されている。また、加熱部３１には、熱源蒸気Ｈが溶液Ｓに熱を与えたことで凝縮して生じたドレン液Ｄを排出するドレン管３３が接続されている。

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Ｑ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、吸収冷凍機１外の冷却塔（不図示）に向けて冷却水Ｑ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を流れる冷却水Ｑは、冷却塔（不図示）で冷却されて冷却水入口管１１ａ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Ｑ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。希溶液管１８は、溶液ポンプ１９の下流側で、吸収液熱交換管としての交換希溶液管１８Ａと、吸収液熱回収管としての回収希溶液管１８Ｂと、の２つに分岐している。交換希溶液管１８Ａ及び回収希溶液管１８Ｂは、再生器缶胴３７の上流側で統合されている。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。交換希溶液管１８Ａ及び濃溶液管３８には、交換希溶液管１８Ａ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熱交換器としての溶液熱交換器８１が挿入されて配置されている。回収希溶液管１８Ｂ及びドレン管３３には、ドレン管３３を流れるドレン液Ｄの熱を、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗに回収させて希溶液Ｓｗの温度を上昇させる熱回収器としてのドレン熱回収器８２が挿入されて配置されている。

また、回収希溶液管１８Ｂには、ドレン熱回収器８２よりも上流側に、最小流量オリフィス８３と、絞り機構としての最大流量オリフィス８５とが、希溶液Ｓｗの流れ方向に見てこの順で配設されている。最小流量オリフィス８３は、回収希溶液管１８Ｂにおける最小流量の希溶液Ｓｗを流す口径に形成されている。ここで、最小流量は、最低限確保することが必要な希溶液Ｓｗの流量である。最大流量オリフィス８５は、回収希溶液管１８Ｂにおける最大流量の希溶液Ｓｗを流す口径に形成されている。ここで、最大流量は、定格流量よりも大きく、例えば冷却水Ｑの入口温度との関係で回収希溶液管１８Ｂを流れることを許容する最大の流量である。定格流量は、吸収冷凍機１が定格運転を行っている際に、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの最適な流量である。定格運転は、想定された使用条件で吸収冷凍機１が運転することであり、想定された使用条件として、冷却水Ｑの入口温度、冷水Ｃの出口温度、熱源蒸気Ｈの圧力等が挙げられる。

また、回収希溶液管１８Ｂには、最小流量オリフィス８３を迂回するように、バイパス管１８Ｂｂが設けられている。バイパス管１８Ｂｂは、最大流量の希溶液Ｓｗを流すことができる口径に形成されている。バイパス管１８Ｂｂには、流量調節機構としての希溶液流量制御弁８４が配設されている。希溶液流量制御弁８４は、開度を調節することにより、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量を、最小流量と最大流量との間で任意に調節することができるように構成されている。希溶液流量制御弁８４の開度を調節することで、交換希溶液管１８Ａを流れる希溶液Ｓｗの流量と、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量との割合を調節することができるように構成されている。

溶液熱交換器８１より下流側の交換希溶液管１８Ａには、溶液熱交換器８１から導出された希溶液Ｓｗの温度を検出する交換温度検出器としての交換温度計５１が設けられている。交換温度計５１は、制御装置６０と信号ケーブルで接続されており、検出した希溶液Ｓｗ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。ドレン熱回収器８２より下流側の回収希溶液管１８Ｂには、ドレン熱回収器８２から導出された希溶液Ｓｗの温度を検出する回収温度検出器としての回収温度計５２が設けられている。回収温度計５２は、制御装置６０と信号ケーブルで接続されており、検出した希溶液Ｓｗ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。

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及び冷媒ポンプ２９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１５から冷却水Ｑ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、交換温度計５１及び回収温度計５２のそれぞれから、希溶液Ｓｗ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、希溶液流量制御弁８４と信号ケーブルで接続されており、希溶液流量制御弁８４の開度を調節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、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及び冷媒ポンプ２９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Ｑ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Ｑは、温度が上昇して冷却水出口管４１ｂ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、温度が低下して蒸発管２１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、まず希溶液管１８を流れ、交換希溶液管１８Ａと回収希溶液管１８Ｂとに分流し、溶液熱交換器８１及びドレン熱回収器８２でそれぞれ温度が上昇した後に、本実施の形態では再び１本の希溶液管１８に合流し、再生器缶胴３７に導入される。なお、溶液熱交換器８１及びドレン熱回収器８２でそれぞれ温度が上昇した希溶液Ｓｗが、１本の希溶液管１８に合流せず、別々に再生器缶胴３７に導入されるように構成されていてもよい。再生器缶胴３７に導入された希溶液Ｓｗは、加熱部３１に供給された熱源蒸気Ｈが保有する熱によって加熱され、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。なお、加熱部３１で溶液Ｓに熱を与えた熱源蒸気Ｈは、凝縮してドレン液Ｄとなってドレン管３３を流れ、ドレン熱回収器８２において希溶液Ｓｗと熱交換して温度が低下したうえで吸収冷凍機１外に排出される。

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、冷却管１１を流れる冷却水Ｑによって除去される。冷却管１１を流れる冷却水Ｑ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。

上述のように作用する吸収冷凍機１は、本実施の形態では、定格運転時、冷却水Ｑの入口温度が３２℃、冷水Ｃの出口温度が７℃、負荷率が１００％となっている。吸収冷凍機１は、制御装置６０が、交換温度計５１及び回収温度計５２のそれぞれから希溶液Ｓｗの温度の信号を受信し、交換温度計５１で検出された温度と回収温度計５２で検出された温度との差が所定の範囲になるように、希溶液流量制御弁８４の開度を調節する。詳細には、交換温度計５１で検出された温度が回収温度計５２で検出された温度よりも高い場合は、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が減少するように希溶液流量制御弁８４の開度を調節し、逆に、交換温度計５１で検出された温度よりも回収温度計５２で検出された温度が高い場合は、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が増加するように希溶液流量制御弁８４の開度を調節する。このように希溶液流量制御弁８４を制御することで、再生器３０に導入される希溶液Ｓｗの温度を最大化（希溶液Ｓｗが回収する熱を最大化）することができ、熱回収効率を向上させることができる。なお、交換温度計５１で検出された温度と回収温度計５２で検出された温度との差がゼロに近づくほど熱回収効率が高くなるため、所定の範囲はゼロであることが好ましいが、制御の安定性の観点から、所定の範囲は許容できる範囲で適宜設定するとよい。

ここで、冷却水Ｑの入口温度及び冷水Ｃの出口温度が変わらずに吸収冷凍機１の負荷が減少した場合、制御装置６０は、再生器３０の内圧と吸収器１０の内圧との差に関連して、吸収器１０から再生器３０に搬送される希溶液Ｓｗの流量を減少させるように、溶液ポンプ１９の吐出流量を制御する。また、再生器３０の加熱部３１から排出されてドレン熱回収器８２に導入されるドレン液Ｄの流量やエンタルピが減少することとなる。ドレン熱回収器８２に導入されるドレン液Ｄの流量やエンタルピが減少すると、ドレン熱回収器８２において希溶液Ｓｗがドレン液Ｄから回収できる熱量が少なくなるため、回収温度計５２で検出される温度が低下する。そして、回収温度計５２で検出された温度が、交換温度計５１で検出された温度よりも所定の範囲を超えて低下した場合、制御装置６０は、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が減少するように希溶液流量制御弁８４の開度を調節し、交換温度計５１で検出された温度と回収温度計５２で検出された温度との差が所定の範囲になるようにする。このようにして、吸収冷凍機１の負荷が減少した場合に、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量を減少させて、再生器３０に導入される希溶液Ｓｗが回収する熱を最大化し、熱回収効率を向上させる。

他方、吸収冷凍機１が定格負荷付近で運転を行っている状態で、冷却水Ｑの入口温度が低下した場合、吸収冷凍機１の内圧が低下し、これに伴って濃溶液Ｓａの流量が減少し、希溶液Ｓｗの流量も減少する。この場合、ドレン熱回収器８２に導入されるドレン液Ｄの流量やエンタルピは若干低下するが、それ以上にドレン熱回収器８２に供給される希溶液Ｓｗの流量が減少してしまい、回収温度計５２で検出される温度が上昇する。そして、回収温度計５２で検出された温度が、交換温度計５１で検出された温度よりも所定の範囲を超えて上昇した場合、制御装置６０は、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が増加するように希溶液流量制御弁８４の開度を調節し、交換温度計５１で検出された温度と回収温度計５２で検出された温度との差が所定の範囲になるようにする。回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量は、最大流量まで増加させることができる。最大流量オリフィス８５によって回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量の増加を最大流量にとどめることで、何らかの原因で回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が増加しすぎてしまって却ってドレン熱回収器８２から導出された希溶液Ｓｗの温度が低下してしまうことを防ぐことができる。このようにして、冷却水Ｑの入口温度が低下した場合に、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量を増加させて、再生器３０に導入される希溶液Ｓｗが回収する熱を最大化し、熱回収効率を向上させる。このように、本実施の形態では、交換温度計５１で検出された温度と回収温度計５２で検出された温度との差が所定の範囲になるように希溶液流量制御弁８４の開度を調節することで、ドレン熱回収器８２に導入されるドレン液Ｄの流量の、ドレン熱回収器８２に導入される希溶液Ｓｗの流量に対する比（Ｄ／Ｓｗ）が所定の比率になるようにしている。ここで、所定の比率は、再生器３０に導入される希溶液Ｓｗが回収する熱量を極力大きくすることができる比率であり、許容できる程度の幅があってもよい。

図２に、ドレン熱回収器８２に導入されるドレン液Ｄの流量のドレン熱回収器８２に導入される希溶液Ｓｗに対する比（Ｄ／Ｓｗ）と、ドレン熱回収器８２に導入される希溶液Ｓｗの流量の溶液熱交換器８１に導入される希溶液Ｓｗの流量に対する比（Ｒ）との関係のグラフを示す。図２に示すグラフは、説明の簡単のために両者の関係を線形にしているが、希溶液流量制御弁８４の特性などにより、線形になっていなくてもかまわない。吸収冷凍機１が定格運転を行っているとき、比Ｄ／Ｓｗは定格点となり、このときの比Ｒは定格流量比Ｒｒとなる。吸収冷凍機１の負荷率が低下して行き、加熱部３１から排出されるドレン液Ｄが減少して行く、すなわち比Ｄ／Ｓｗが減少して行くと、制御装置６０による希溶液流量制御弁８４の制御によって回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が減少して行く、すなわち比Ｒが減少して行くこととなる。そして、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が最小流量となると、比Ｒは最低流量比Ｒｍｉｎとなってこれよりも低下することはなくなる。他方、吸収冷凍機１に供給される冷却水Ｑの温度が低下して希溶液Ｓｗの流量が減少し、比Ｄ／Ｓｗが増加して行くと、制御装置６０による希溶液流量制御弁８４の制御によって回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が増加して行く、すなわち比Ｒが増加して行くこととなる。そして、回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が最大流量となると、比Ｒは最高流量比Ｒｍａｘとなってこれよりも増加することはなくなる。

図３（Ａ）に、吸収冷凍機１の負荷率の低下に伴って比Ｒを低下させた場合における、冷却水Ｑ入口温度をパラメータとした、吸収冷凍機１の負荷率と、熱源蒸気Ｈの消費率との関係のグラフを示す。図中、曲線Ｑ２０は冷却水Ｑ入口温度が２０℃のときのもの、曲線Ｑ３２は冷却水Ｑ入口温度が３２℃のときのものであり、それぞれ、破線はドレン熱回収器８２に導入される希溶液Ｓｗの流量の溶液熱交換器８１に導入される希溶液Ｓｗの流量に対する比Ｒを定格点から変化させない場合、実線は負荷率の低下に伴って比Ｒを低下させた場合を示している。図３（Ａ）から分かるように、吸収冷凍機１の部分負荷運転時は、冷却水Ｑ入口温度が高いほど、また、負荷率が低いほど、蒸気消費率の削減効果が大きい、すなわち効率が向上している。

図３（Ｂ）に、冷却水Ｑの入口温度の低下に伴って比Ｒを増加させた場合における、冷却水Ｑ入口温度をパラメータとした、吸収冷凍機１の負荷率と、熱源蒸気Ｈの消費率との関係のグラフを示す。図中、曲線Ｑ２０は冷却水Ｑ入口温度が２０℃のときのもの、曲線Ｑ３２は冷却水Ｑ入口温度が３２℃のときのものであり、曲線Ｑ２０における破線はドレン熱回収器８２に導入される希溶液Ｓｗの流量の溶液熱交換器８１に導入される希溶液Ｓｗの流量に対する比Ｒを定格点から変化させない場合、実線は冷却水Ｑ入口温度の低下に伴って比Ｒを増加させた場合を示している。図３（Ｂ）から分かるように、吸収冷凍機１の定格運転時は、冷却水Ｑの入口温度が低下すると、負荷率が高いほど、蒸気消費率の削減効果が大きい、すなわち効率が向上している。

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、負荷が減少して凝縮するドレン液Ｄの流量が減少した場合、あるいは、冷却水Ｑの入口温度が低下して希溶液Ｓｗの流量が減少した場合に、比Ｄ／Ｓｗの変動に応じて、交換希溶液管１８Ａを流れる希溶液Ｓｗの流量と回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量との割合を調節するので、再生器３０に導入される希溶液Ｓｗが回収する熱を最大化することができ、効率を向上させることができる。また、希溶液Ｓｗの流量の割合を調節するに際し、交換温度計５１で検出された温度と回収温度計５２で検出された温度との差が所定の範囲になるように希溶液流量制御弁８４の開度を調節するので、簡便に適切な流量配分を行うことができる。

以上の説明では、絞り機構が、最大流量オリフィス８５であるとしたが、開度の調節が可能な弁（手動であるか自動であるかは問わない）であってもよい。絞り機構が開度の調節が可能な弁で構成されている場合、最大流量の設定を適宜変更することができる。他方、絞り機構が最大流量オリフィス８５で構成されている場合は、最大流量が誤って変わってしまうことを防ぐことができる。なお、最大流量オリフィス８５を用いる場合でも、オリフィスを入れ替えることで最大流量の設定を変更することが可能である。

以上の説明では、交換希溶液管１８Ａを流れる希溶液Ｓｗの流量と回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量との割合を調節するに際し、交換温度計５１で検出された温度と回収温度計５２で検出された温度との差が所定の範囲になるように希溶液流量制御弁８４の開度を調節することとしたが、定格運転時の希溶液Ｓｗの流量の割合に対して、冷却水温度計１５で検出された温度が低下するのに応じて回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が増加するように、希溶液流量制御弁８４の開度を調節することとしてもよい。この場合、交換温度計５１及び回収温度計５２を省略してもよい。なお、冷却水温度計１５で検出された温度に基づく制御を行わない場合は、冷却水温度計１５を省略してもよい。

以上の説明では、流量調節機構が、最小流量オリフィス８３を迂回するバイパス管１８Ｂｂに配設された、開度を無段階に調節可能な希溶液流量制御弁８４で構成されているとしたが、以下のように構成されていてもよい。
図４は、流量調節機構の変形例を示す部分系統図である。図４に示す変形例の、図１に示す希溶液流量制御弁８４まわりの構成との相違点は、以下の通りである。まず、最小流量オリフィス８３と最大流量オリフィス８５との間の回収希溶液管１８Ｂに、定格流量の希溶液Ｓｗを流す定格流量オリフィス１８４が配設されている。最小流量オリフィス８３を迂回する最小バイパス管３１８Ｂ（図１におけるバイパス管１８Ｂｂに相当）には、希溶液流量制御弁８４（図１参照）に代えて、最小バイパス管３１８Ｂの流路を開閉する電磁弁２８３が配設されている。また、回収希溶液管１８Ｂには、定格流量オリフィス１８４を迂回する定格バイパス管４１８Ｂが設けられている。定格バイパス管４１８Ｂには、その流路を開閉する電磁弁２８４が配設されている。電磁弁２８３を開にしたときの最小バイパス管３１８Ｂ、及び電磁弁２８４を開にしたときの定格バイパス管４１８Ｂは、最大流量の希溶液Ｓｗを流すことができる口径に形成されている。なお、図４に示す変形例では、最小流量オリフィス８３と定格流量オリフィス１８４との間の回収希溶液管１８Ｂに接続される管が、最小バイパス管３１８Ｂと定格バイパス管４１８Ｂとを兼ねている。

上述のように構成された図４に示す変形例では、最大流量オリフィス８５の下流側の回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量が、２つの電磁弁２８３、２８４を開にしたときに最大流量となり、電磁弁２８３を開かつ電磁弁２８４を閉にしたときに定格流量となり、少なくとも電磁弁２８３を閉にしたときに最小流量となる。このように、図４に示す変形例では、制御装置が、各バイパス管に配設された電磁弁の開閉を切り替えるだけで、あらかじめ設定された複数の流量の中から選択された流量の希溶液Ｓｗを流すことができる。なお、図４に示す変形例では、最大流量、定格流量、最小流量の３種類の中から流量を選択する構成となっているが、任意の設定流量のオリフィスと、当該オリフィスを迂回する最大流量を流すことができるバイパス管（開閉弁が配設される）との組を、回収希溶液管１８Ｂに設けることで、流量の選択の幅を広げることができる。

以上の説明では、冷却水Ｑ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、理解の容易のために、吸収冷凍機１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。
図５（Ａ）は、パラレルフローの二重効用吸収冷凍機１Ａの溶液側の部分系統図である。吸収冷凍機１Ａは、主に以下の点で、吸収冷凍機１（図１参照）と異なっている。吸収冷凍機１Ａは、再生器が高温再生器３０Ｈと低温再生器３０Ｌとに分かれている。吸収冷凍機１Ａは、吸収器１０から導出された希溶液Ｓｗが、高温再生器３０Ｈ及び低温再生器３０Ｌに並列に供給されるように構成されている。高温再生器３０Ｈは、熱源蒸気Ｈを導入する加熱部３１が高温再生器３０Ｈに設けられており、導入した希溶液Ｓｗの流量を熱源蒸気Ｈで加熱して、高温濃溶液ＳａＨを生成するように構成されている。低温再生器３０Ｌは、高温再生器３０Ｈで生成された冷媒の蒸気を熱源として、導入した希溶液Ｓｗを加熱し、低温濃溶液ＳａＬ生成するように構成されている。希溶液管１８には、高温濃溶液ＳａＨと低温濃溶液ＳａＬとが混合した濃溶液Ｓａと、希溶液Ｓｗとで熱交換させる低温溶液熱交換器８１Ｌが配設されている。

希溶液管１８には、低温溶液熱交換器８１Ｌの下流側で、低温再生器３０Ｌに希溶液Ｓｗを供給する低温希溶液管１８Ｌが接続されている。希溶液管１８は、低温希溶液管１８Ｌとの分岐部よりも下流側で、交換希溶液管１８Ａと回収希溶液管１８Ｂとに分岐している。交換希溶液管１８Ａと回収希溶液管１８Ｂとの分岐部よりも下流側の構成は、吸収冷凍機１（図１参照）と同じであるが、低温溶液熱交換器８１Ｌとの区別のため、交換希溶液管１８Ａに配設された熱交換器を、高温溶液熱交換器８１Ｈということとする。また、高温再生器３０Ｈから導出された高温濃溶液ＳａＨを流す流路を、高温濃溶液管３８Ｈということとする。高温濃溶液管３８Ｈは、高温溶液熱交換器８１Ｈの下流側で、低温再生器３０Ｌから導出された低温濃溶液ＳａＬを流す低温濃溶液管３８Ｌに接続している。高温濃溶液管３８Ｈと低温濃溶液管３８Ｌとが接続した下流側は、濃溶液Ｓａを吸収器１０に導く濃溶液管３８となっている。

吸収冷凍機１Ａでは、高温濃溶液ＳａＨが第２の吸収液に相当する。吸収冷凍機１Ａにおいても、負荷が減少して凝縮するドレン液Ｄの流量が減少した場合、あるいは、冷却水の入口温度が低下して希溶液Ｓｗの流量が減少した場合に、交換希溶液管１８Ａを流れる希溶液Ｓｗの流量と回収希溶液管１８Ｂを流れる希溶液Ｓｗの流量との割合を調節するので、高温再生器３０Ｈに導入される希溶液Ｓｗが回収する熱を最大化することができ、効率を向上させることができる。

図５（Ｂ）は、リバースフローの二重効用吸収冷凍機１Ｂの溶液側の部分系統図である。吸収冷凍機１Ｂは、主に以下の点で、吸収冷凍機１Ａ（図５（Ａ）参照）と異なっている。吸収冷凍機１Ｂは、吸収器１０から導出された希溶液Ｓｗが低温再生器３０Ｌに供給され、低温再生器３０Ｌで生成された低温濃溶液ＳａＬが高温再生器３０Ｈに供給されるように構成されている。吸収冷凍機１Ｂは、吸収器１０と低温再生器３０Ｌとが、希溶液Ｓｗを搬送する低温希溶液管１８Ｌで接続されている。低温希溶液管１８Ｌには、希溶液Ｓｗを圧送する低温溶液ポンプ１９Ｌと、低温溶液熱交換器８１Ｌとが配設されている。低温再生器３０Ｌと高温再生器３０Ｈとは、低温濃溶液ＳａＬを高温再生器３０Ｈに向けて搬送する高温希溶液管１８Ｈで接続されている。高温希溶液管１８Ｈには、低温濃溶液ＳａＬの一部を流す低温濃溶液管３８Ｌが接続されている。また、高温希溶液管１８Ｈには、低温濃溶液管３８Ｌとの接続部よりも下流側に、高温溶液ポンプ１９Ｈが配設されている。高温希溶液管１８Ｈは、高温溶液ポンプ１９Ｈの下流側で、交換希溶液管１８Ａと回収希溶液管１８Ｂとに分岐している。交換希溶液管１８Ａと回収希溶液管１８Ｂとの分岐部よりも下流側の構成は、吸収冷凍機１Ａ（図５（Ａ）参照）と同じである。また、低温溶液熱交換器８１Ｌと並列に低温熱回収器を配設し、熱回収器８２で熱回収されたドレン液Ｄを低温熱回収器に導いてさらに熱回収を行ってもよい。この場合、高温溶液ポンプ１９Ｈによって熱回収器８２へ導入される吸収液の制御と同様の流量制御を、低温溶液熱交換器８１Ｌと並列に配設された低温熱回収器に対して行ってもよい。

吸収冷凍機１Ｂでは、低温濃溶液ＳａＬが第１の吸収液に相当し、高温濃溶液ＳａＨが第２の吸収液に相当する。吸収冷凍機１Ｂにおいても、負荷が減少して凝縮するドレン液Ｄの流量が減少した場合、あるいは、冷却水の入口温度が低下して希溶液Ｓｗの流量が減少した場合に、交換希溶液管１８Ａを流れる低温濃溶液ＳａＬの流量と回収希溶液管１８Ｂを流れる低温濃溶液ＳａＬの流量との割合を調節するので、高温再生器３０Ｈに導入される低温濃溶液ＳａＬが回収する熱を最大化することができ、効率を向上させることができる。

負荷が減少して凝縮するドレン液Ｄの流量が減少した場合、あるいは、冷却水の入口温度が低下して希溶液Ｓｗの流量が減少した場合に、比Ｄ／Ｓｗの変動に応じて、交換希溶液管１８Ａを流れる第１の吸収液の流量と回収希溶液管１８Ｂを流れる第１の吸収液の流量との割合を調節する構成は、図１に示す吸収冷凍機１、図５（Ａ）に示す吸収冷凍機１Ａ、図５（Ｂ）に示す吸収冷凍機１Ｂのほか、シリーズフローの二重効用吸収冷凍機や、３つ以上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
１８Ａ 交換希溶液管
１８Ｂ 回収希溶液管
３０ 再生器
６０ 制御装置
８１ 熱交換器
８２ 熱回収器
８４ 希溶液流量制御弁
８５ 最大流量オリフィス
９１ 交換温度計
９２ 回収温度計
Ｄ ドレン液
Ｈ 熱源蒸気
Ｓａ 濃溶液
Ｓｗ 希溶液
Ｖｇ 再生器冷媒蒸気

Claims (3)

1. 相変化を伴う冷媒と、前記冷媒が混合した吸収液とのサイクルによって熱を移動させる吸収冷凍機であって；
   第１の吸収液と熱源蒸気とを導入し、前記熱源蒸気が保有する熱で前記第１の吸収液を加熱して前記第１の吸収液から冷媒を蒸発させることで前記第１の吸収液よりも濃度が高い第２の吸収液を生成する再生器と；
   前記再生器に導入される前記第１の吸収液を流す吸収液熱交換管と；
   前記再生器に導入される前記第１の吸収液を流す吸収液熱回収管であって、前記吸収液熱交換管に対して並列に配置された吸収液熱回収管と；
   前記吸収液熱交換管に配設された熱交換器であって、前記吸収液熱交換管を流れる前記第１の吸収液と、前記再生器から導出された前記第２の吸収液とで熱交換を行わせる熱交換器と；
   前記吸収液熱回収管に配設された熱回収器であって、前記吸収液熱回収管を流れる前記第１の吸収液に、前記再生器で前記熱源蒸気が凝縮して生じたドレン液の熱を回収させる熱回収器と；
   前記吸収液熱回収管に配設された絞り機構であって、定格流量よりも大きい最大流量を通過させる絞り機構と；
   前記吸収液熱交換管を流れる前記第１の吸収液の流量と、前記吸収液熱回収管を流れる前記第１の吸収液の流量との割合を調節する流量調節機構であって、前記熱回収器に導入される前記ドレン液の流量の前記熱回収器に導入される前記第１の吸収液の流量に対する比の増加に伴って、前記吸収液熱回収管を流れる前記第１の吸収液の流量の前記吸収液熱交換管を流れる前記第１の吸収液の流量に対する比が増加するように、前記割合の調節を行う流量調節機構とを備える；
   吸収冷凍機。
2. 前記絞り機構がオリフィスである；
   請求項１に記載の吸収冷凍機。
3. 前記熱交換器の下流側の前記吸収液熱交換管を流れる前記第１の吸収液の温度を検出する交換温度検出器と；
   前記熱回収器の下流側の前記吸収液熱回収管を流れる前記第１の吸収液の温度を検出する回収温度検出器と；
   前記交換温度検出器で検出された温度と前記回収温度検出器で検出された温度との差が所定の範囲になるように前記流量調節機構を制御する制御装置とを備える；
   請求項１又は請求項２に記載の吸収冷凍機。

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