JP2019215136A - 吸収式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収液の移送のための移送装置（ポンプ）やその動力を削減できる吸収式冷凍装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明に係る吸収式冷凍装置１は、蒸発器３、吸収器、凝縮器７、再生器９を基本的な構成機器とし、作動冷媒液と吸収液が前記構成機器間を循環し、負圧状態の蒸発器３で前記作動冷媒液が蒸発することにより冷凍能力を発生するものにおいて、前記吸収器として、作動冷媒液が蒸発によってガス化した作動冷媒ガスと吸収液を接触させて前記作動冷媒ガスを前記吸収液に溶解させると共に前記作動冷媒ガスを吸収した前記吸収液を昇圧して送出するインジェクタ５を用いることを特徴とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、吸収式冷凍装置に関するものである。

吸収式冷凍装置の基本構成機器は、例えば特許文献１に開示されているように、蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器を基本的な構成機器とし、水等の作動冷媒と臭化リチウム等の吸収液が前記構成機器間を循環する。

上記のような吸収式冷凍装置の動作を概説すると以下の通りである。
負圧状態の蒸発器で作動冷媒液が蒸発することにより低温すなわち冷凍能力が発生し、作動冷媒液が蒸発によってガス化した作動冷媒ガスは吸収器で吸収液（濃溶液）と接触して吸収される。
作動冷媒ガスを吸収して濃度が低下した吸収液（希溶液）は再生器に送られ、加熱されて作動冷媒ガスを放出し、濃溶液に再生される。再生器で放出された作動冷媒ガスは、凝縮器に流入し、冷却されて作動冷媒液となって再び蒸発器に供給される。また、再生器にて再生された濃溶液は、再び吸収器に供給される。

上記のように、吸収式冷凍装置においては、吸収液が吸収器から再生器へ、再生器から吸収器へそれぞれ移送される。このため、吸収液を移送するための移送装置（ポンプ）が必要であり、特許文献１においては、それぞれ濃溶液ポンプ、希溶液ポンプが備えられている。

特開２０１５−３１４４０号公報

吸収式冷凍装置は駆動源が熱エネルギーであり、電力を消費しないことが大きなメリットである。しかし、従来の吸収式冷凍装置では、希溶液ポンプや濃溶液ポンプなど電力を消費する機器が必要とされていることから、その消費電力の低減が求められている。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、吸収液の移送のための移送装置（ポンプ）やその動力を削減できる吸収式冷凍装置を提供することを目的としている。

発明者は上記の課題を解決するため鋭意検討した結果、吸収式冷凍装置の吸収器としてインジェクタを適用することを考えた。一般に、インジェクタは、蒸気と水との直接接触により蒸気を凝縮（復水）しつつ、蒸気の保有するエネルギーで混合水を昇圧して吐出することができる装置である。このようなインジェクタは、蒸気を作動冷媒ガスに、水を吸収液にそれぞれ置換しても機能することから、インジェクタを吸収器として使用することで、昇圧された吸収液を得ることができ、ポンプ等の機器やその動力が不要又は削減できる。
本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る吸収式冷凍装置は、蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器を基本的な構成機器とし、作動冷媒液と吸収液が前記構成機器間を循環し、負圧状態の前記蒸発器で前記作動冷媒液が蒸発することにより冷凍能力を発生するものにおいて、
前記吸収器として、
作動冷媒液が蒸発によってガス化した作動冷媒ガスと吸収液を接触させて前記作動冷媒ガスを前記吸収液に溶解させると共に前記作動冷媒ガスを吸収した前記吸収液を昇圧して送出するインジェクタを用いることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記インジェクタを並列に複数設置したことを特徴とするものである。

本発明に係る吸収式冷凍装置は、吸収器として、作動冷媒液が蒸発によってガス化した作動冷媒ガスと吸収液を接触させて前記作動冷媒ガスを前記吸収液に溶解させると共に前記作動冷媒ガスを吸収した前記吸収液を昇圧して送出するインジェクタを用いることにより、インジェクタの出側で昇圧された吸収液をその圧力を利用して再生器に送液することができ、また、再生された吸収液をインジェクタの吸引力によってインジェクタに送液することができる。このため、吸収器から再生器への送液や、再生器から吸収器への送液に必要とされる移送装置（ポンプ）やその動力を不要又は削減することができる。

本実施の形態にかかる吸収式冷凍装置の説明図である。 本実施の形態に用いるインジェクタの構造及び作動原理の説明図である。 図１に示した吸収式冷凍装置の他の態様の説明図である。

本実施の形態に係る吸収式冷凍装置１は、図１に示すように、蒸発器３、吸収器としてのインジェクタ５、凝縮器７、再生器９を基本的な構成機器とし、水等の作動冷媒液と臭化リチウム等の吸収液が構成機器間を循環し、負圧状態の蒸発器３で作動冷媒液が蒸発することにより冷凍能力を発生するものである。
なお、以下の説明では、吸収液が作動冷媒ガスを吸収して濃度の薄くなった状態のものを希吸収液といい、希吸収液が再生器９によって再生されて濃度が濃くなった状態のものを濃吸収液という。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜インジェクタ＞
インジェクタ５は吸収器として機能するものであり、作動冷媒ガスと濃吸収液を接触させて作動冷媒ガスを前記濃吸収液に溶解させて希吸収液とすると共に希吸収液を昇圧する機能を有している。
インジェクタ５の基本構成と作動原理を、図２に基づいて説明する。

インジェクタ５は、濃吸収液が供給される筒状の濃吸収液供給部１１と、濃吸収液供給部１１を覆うように設けられ、作動冷媒ガスが供給される作動冷媒ガス供給部１３と、濃吸収液と作動冷媒ガスが混合される混合部１５と、混合部１５の下流側で縮径されたスロート部１７と、スロート部１７の下流側で拡径されたディフューザ部１９とを備えている。

上記のように構成されたインジェクタ５において、濃吸収液供給部１１に濃吸収液を、作動冷媒ガス供給部１３に作動冷媒ガスをそれぞれ供給すると、混合部１５において作動冷媒ガスと濃吸収液が接触して作動冷媒ガスが濃吸収液に吸収される。作動冷媒ガスが吸収されることによってインジェクタ５の内部（混合部１５）の圧力が低下することにより、濃吸収液と作動冷媒ガスを吸引する作用が発生する。

作動冷媒ガスが吸引される際に高速流となり、この運動エネルギーが、作動冷媒ガスが吸収される際に濃吸収液に受け渡され、希吸収液を加速する。この希吸収液がスロート部１７を通過後に拡径されたディフューザ部１９において流速が低下し、これによって圧力回復されて、希吸収液はさらに昇圧されて吐出される。

なお、上述したインジェクタ５は、作動冷媒ガス供給部１３が濃吸収液供給部１１を覆うように設けられているが、これに限定されるものではなく、供給された濃吸収液と作動冷媒ガスが互いに接触しながら同一方向に流出する構造となっていればよい。例えば、上述したものとは逆に、濃吸収液供給部１１が筒状の作動冷媒ガス供給部１３を覆うように設けても良い。
また、インジェクタ５の起動時に内部の流体を流出しやすくするために、スロート部１７またはその上流側にドレン管２０を設け、ドレン管２０にインジェクタ５から流出する方向のみに流体を流すような開閉弁、例えば逆止弁２２を設けるようにしてもよい。このようにすることで、インジェクタ５の起動を容易にする効果が得られる。

本実施の形態では、インジェクタ５を吸収器として機能させているが、吸収器は圧損が小さいほうが望ましいので、インジェクタ５を並列に複数設置するのが好ましい。インジェクタ５を並列に複数設置することにより、吸収器としての圧力損失を削減しつつ移送するための機器動力の削減効果を得ることができる。

＜再生器＞
再生器９は、導入された希吸収液を加熱装置２１によって加熱することにより、希吸収液から冷媒蒸気を発生させ、希吸収液を濃度の濃い濃吸収液に濃縮して再生する。
再生器９は、その上部から、冷媒蒸気を排出し、その下部から、再生された濃吸収液を排出する。

再生器９から排出された濃吸収液は、濃吸収液供給ライン２３を通じてインジェクタ５に送液される。前述したように、インジェクタ５は運転中には吸引作用を発生するので、送液ポンプを省略することができる。
濃吸収液供給ライン２３には、流量調整弁２５が設けられ、インジェクタ５に供給する濃吸収液の流量を調整する。

インジェクタ５の作動には、濃吸収液で作動冷媒ガスを吸収させることが前提となるため、濃吸収液と作動冷媒ガスの入口条件が重要となる。この点、本実施の形態では、濃吸収液供給ライン２３に流量調整弁２５を設けると共にインジェクタ５に供給する作動冷媒ガスの圧力を計測する圧力計２６を設け、圧力計２６の計測値を制御装置２８に入力して、制御装置２８によって流量調整弁２５を調整して、計測された圧力が所定の圧力となるように、インジェクタ５に供給する濃吸収液の流量を調整するとよい。
また、インジェクタ５にドレン管２０が設けられている場合には、インジェクタ５から流出する方向のみに開く逆止弁２２を介して、その流出端をインジェクタ５の吐出側配管に接続するようにする。

＜凝縮器＞
凝縮器７は、再生器９から排出された冷媒蒸気を導入して、例えばクーリングタワーからの冷却水が通水されている冷却器２７によって冷却することで、凝縮液化して作動冷媒液とする。
凝縮器７で凝縮液化した作動冷媒液は、蒸発器３に導かれる。

＜蒸発器＞
蒸発器３は、本体容器２９と、本体容器２９の上部に設けられて作動冷媒液を散布する散布装置３１と、散布装置３１に作動冷媒液を循環供給する循環ポンプ３３と、複数の伝熱管からなる熱交換器３５とを備えている。
本体容器２９は、作動冷媒ガス供給管３７を通じてインジェクタ５の作動冷媒ガス供給部１３と連通している。そのため、インジェクタ５が稼働中はインジェクタ５の吸引力により吸引されて本体容器２９内は負圧になっている。

上記のような蒸発器３においては、蒸発器３に導かれた作動冷媒液は、循環ポンプ３３により散布装置３１に送られて、熱交換器３５に散布される。
熱交換器３５には通水されており、この通水されている水は、熱交換器３５に散布される作動冷媒液の気化熱によって冷却され冷水となって、冷房等に利用される。他方、作動冷媒液は蒸発して気化して作動冷媒ガスとなって作動冷媒ガス供給管３７を通じてインジェクタ５の作動冷媒ガス供給部１３に供給される。

以上のように構成された本実施の形態においては、作動冷媒ガスと濃吸収液がインジェクタ５に供給され、インジェクタ５において作動冷媒ガスが濃吸収液に吸収される。作動冷媒ガスを吸収した濃吸収液は希吸収液となって昇圧され、再生器９に供給される。
インジェクタ５から排出される希吸収液は高圧であるため、希吸収液の後工程への送り出しが可能となり、送液ポンプを用いることなく再生器９への送液が可能となっている。

なお、インジェクタ５による昇圧では圧力が不足する場合には、インジェクタ５から再生器９への送液ラインに補助ポンプを設置するようにしてもよい。補助ポンプを設置する場合であっても、本発明のようにインジェクタ５を吸収器として用いることで、インジェクタ５による昇圧を利用して、補助ポンプの動力の削減ができるので、全体として動力削減効果が得られる。

再生器９で再生された濃吸収液は、濃吸収液供給ライン２３を通じてインジェクタ５に送液される。前述したように、インジェクタ５は運転中には吸引作用を発生するので、送液ポンプを省略することができる。
また、再生器９で発生した冷媒蒸気は、凝縮器７に導入されて凝縮して作動冷媒液となって蒸発器３に供給される。
蒸発器３では、上述したように、作動冷媒液の蒸発による気化熱によって冷水が生成されて冷房に供給される。また、蒸発器３で発生した作動冷媒ガスはインジェクタ５に供給されて濃吸収液に吸収され、希吸収液となって再生器９に供給される。

以上のように、本実施の形態の吸収式冷凍装置においては、吸収器としてインジェクタ５を用いることにより、インジェクタ５の出側で昇圧された吸収液をその圧力を利用して再生器９に送液することができ、また、再生された吸収液をインジェクタ５の吸引力によってインジェクタ５に送液することができる。このため、吸収器から再生器９への送液や、再生器９から吸収器への送液に必要とされる移送装置（ポンプ）やその動力を不要又は削減することができる。

なお、作動冷媒ガスを濃吸収液に吸収させる際には、濃吸収液の温度が低い方が効率がよい。そこで、図３に示すように、濃吸収液供給ライン２３に熱交換器３９を設け、インジェクタ５から再生器９に送液される希吸収液と再生器９からインジェクタ５に送液される濃吸収液との間で熱交換させて、濃吸収液を冷却するようにしてもよい。

１ 吸収式冷凍装置
３ 蒸発器
５ インジェクタ
７ 凝縮器
９ 再生器
１１ 濃吸収液供給部
１３ 作動冷媒ガス供給部
１５ 混合部
１７ スロート部
１９ ディフューザ部
２０ ドレン管
２１ 加熱装置
２２ 逆止弁
２３ 濃吸収液供給ライン
２５ 流量調整弁
２６ 圧力計
２７ 冷却器
２８ 制御装置
２９ 本体容器
３１ 散布装置
３３ 循環ポンプ
３５ 熱交換器
３７ 作動冷媒ガス供給管
３９ 熱交換器

Claims (2)

1. 蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器を基本的な構成機器とし、作動冷媒液と吸収液が前記構成機器間を循環し、負圧状態の前記蒸発器で前記作動冷媒液が蒸発することにより冷凍能力を発生する吸収式冷凍装置において、
   前記吸収器として、
   作動冷媒液が蒸発によってガス化した作動冷媒ガスと吸収液を接触させて前記作動冷媒ガスを前記吸収液に溶解させると共に前記作動冷媒ガスを吸収した前記吸収液を昇圧して送出するインジェクタを用いることを特徴とする吸収式冷凍装置。
2. 前記インジェクタを並列に複数設置したことを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍装置。