JP2876893B2

JP2876893B2 - 吸収式製氷蓄冷装置

Info

Publication number: JP2876893B2
Application number: JP4139459A
Authority: JP
Inventors: 和夫相沢; 謙年林
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: JPH05332648A

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば地域冷暖房シ
ステムにおけるセンタープラントにおいて、効率的に冷
熱を生成、貯蔵、輸送するために必要な大容量の吸収式
の蓄冷装置に関する。さらに特定すれば、本発明は吸収
式の冷凍装置において、氷水スラリーを生成してその蓄
冷能力を増大させた吸収式の製氷蓄冷装置に関する。

【０００１】

【従来の技術】吸収式冷凍機は各種の形式があるが、従
来から一般的に使用されているものは図６に示すような
構成となっている。

【０００２】すなわち、図中の１は蒸発器であって、そ
の内部は低圧に維持され、また蒸発熱交換器１８が設け
られている。そして、この蒸発熱交換器１８の表面には
ポンプ１４から冷媒散布ノズル１５を介して冷媒として
の水が散布される、この水は冷媒熱交換器１８の管表面
で蒸発し、冷熱を生成する。そして、この蒸発熱交換器
１８には、熱負荷側の戻り系統８からブラインが供給さ
れ、このブラインは上記の水の蒸発により冷却され、熱
負荷側９に戻され、この系統を循環する。

【０００３】また、上記の蒸発器１には連通路２２を介
して吸収器２が連通されており、この吸収器２内には吸
収熱交換器１９が設けられ、その表面に吸収剤として臭
化リチウムの濃厚水溶液がノズル１６より散布される。
この吸収剤により、上記の蒸発器１内で蒸発した水蒸気
を吸収し、この吸収器２および蒸発器１内の圧力をたと
えば６．５ｍｍＨｇ程度の低圧に維持し、蒸発器１内で
の水の蒸発を継続する。また、上記の吸収熱交換器１９
には、冷却水源１０からたとえば２０〜３０°Ｃの冷却
水が供給され、上記の水蒸気の吸収により発生した凝縮
熱を除去し、この濃厚水溶液の水蒸気吸収能力を維持す
る。

【０００４】また、上記の吸収器２内で水蒸気を吸収し
て希釈された臭化リチウムの水溶液は、ポンプ１３、溶
液散布ノズル１７により、再生器３内の再生熱交換器２
０の管表面に散布される。この再生熱交換器２０内に
は、高熱源６からたとえば１００°Ｃ程度の蒸気が供給
され、排熱側７に廃棄される。この高温の蒸気により、
希釈された水溶液を加熱して水を蒸発させ、この水溶液
を濃縮する。そして、再び濃厚溶液となった水溶液は、
上記の吸収器２に戻され、散布される。なお、この途中
には熱交換器５が設けられ、水溶液の顕熱を回収して冷
凍サイクルの熱効率を高める。

【０００５】また、上記の再生器３には連通路２３を介
して凝縮器４が連通されている。この凝縮器４内には、
凝縮熱交換器１２が設けられ、冷却水が流通され、排出
側１１に排出される。そして、上記の再生器３内で蒸発
した水蒸気は、この凝縮熱交換器１２により冷却凝縮さ
れて水に戻り、配管２１およびポンプ１４を介して前記
の蒸発器１の冷媒散布ノズル１５から再び散布される。

【０００６】このような従来の吸収式冷凍機では、上述
の如く、高熱源６から供給される熱源としては１００°
Ｃ程度の水蒸気、冷却水源１０から供給される冷却水の
温度は２０〜３０°Ｃ程度の条件で運転され、吸収剤の
水溶液による水蒸気の吸収により吸収器２および蒸発器
１内で発生可能な負圧は前記のように６．５ｍｍＨｇ程
度であり、この負圧下で蒸発する水により生成される冷
熱の温度は５°Ｃ程度が限度である。

【０００７】ところで、このような吸収式冷凍機を用い
た冷暖房システムでは、たとえば中間と夜間とでは冷熱
負荷が変動する。したがって、この冷暖房システムの効
率を向上させるには、吸収式冷凍機で生成された冷熱を
蓄冷しておき、負荷の変動を吸収させる必要が生じる。

【０００８】しかし、上記のような従来の吸収式冷凍機
では、生成される冷熱の温度は５°Ｃ程度であるため、
当然ながら水またはブラインも５°Ｃにしか冷却できな
い。このため、この温度まで冷却した水またはブライン
を貯溜しても、その顕熱による蓄冷しかできない。した
がって、必要な蓄冷量を確保するためには、大量の水ま
たはブラインを貯溜する必要があり、大容量の断熱タン
クが必要となり、設備のコストが高くなるばかりでな
く、その保守等のコストも増大し、実用化が困難であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
には、水を凝固させて氷を生成し、この氷を貯溜するこ
とによりその潜熱により大きな蓄冷量を確保することが
できる。

【００１０】しかし、吸収式冷凍機において、０°Ｃ以
下の冷熱を形成するためには、蒸発器内の圧力を低下さ
せる必要がある。この圧力を低下させるには、水蒸気を
吸収する吸収剤、たとえば臭化リチウムの溶液の濃度を
高くする必要がある。しかし、このようにすると、この
溶液中に臭化リチウムの結晶が析出し、溶液の循環通路
に閉塞等が発生しやすく、装置の作動の信頼性が低下す
る。

【００１１】また、従来の吸収式冷凍機では、蒸発器内
の蒸発熱交換器の表面に水を散布して蒸発させていた
が、この水が０°Ｃ以下となると、この蒸発熱交換器の
表面で氷結し、この水の流動が阻害される等の不具合を
生じる。

【００１２】本発明は以上の事情に基づいてなされたも
ので、氷水スラリーを生成し、この氷水スラリーを貯溜
することによりその潜熱により大きな蓄冷量を確保し、
また作動が確実であるとともに設備のコストを低くする
ことができる吸収式製氷蓄冷装置を提供するものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸収式冷凍機
において、蒸発器として気密容器である蒸発蓄冷容器を
設け、上記の冷媒としての水がこの蒸発蓄冷容器内に収
容され、また、この蒸発蓄冷容器内の気相部を上記の吸
収器に連通させ、この吸収器により上記の蒸発蓄冷容器
内を水の三重点の圧力以下の圧力まで減圧し、この蒸発
蓄冷容器内の水を蒸発させて氷水スラリーを生成させる
ものである。

【００１４】この蒸発蓄冷容器内を水の三重点の圧力以
下に減圧する手段としては、吸収熱交換器に流通させる
冷却水の温度を下げ、吸収剤の温度を低下させて水蒸気
の吸収能力を高めてもよい。

【００１５】また、この蒸発蓄冷容器と吸収器との間に
圧縮機を設け、水蒸気を吸収器に圧送し、蒸発蓄冷容器
内の圧力を水の三重点の圧力以下に減圧してもよい。

【００１６】また、上記の蒸発蓄冷容器は、内部で水面
からの蒸発と、生成された氷水スラリーの貯蔵とを兼用
する単一の密閉容器でもよい。

【００１７】また、上記の前記の蒸発蓄冷容器は、氷水
スラリ−を貯溜する蓄冷槽と、内部に水が収容される密
閉された蒸発容器とから構成され、これらの間で水およ
び氷水スラリーを循環させるようにしてもよい。

【００１８】

【作用】上記の蒸発蓄冷容器内の水は、その自由表面か
ら蒸発し、低温となる。水の三重点は圧力４．６ｍｍＨ
ｇ，温度０°Ｃである。したがって、この蒸発蓄冷容器
内の水面の近傍では、水と氷と水蒸気が共存可能な状態
であり、水面から水が蒸発し、その蒸発熱により水が凝
固して氷が生成され、シャーベット状の氷水スラリーが
得られる。このような氷水スラリーは、氷の潜熱により
大きな蓄冷能力があり、また流動性があるので、負荷側
にポンプ等により圧送するのも容易である。よって、こ
の蒸発蓄熱容器を小形化でき、またこの氷水スラリーの
取扱も容易であり、設備のコストを低減することができ
る。

【００１９】上記のような水の三重点の圧力すなわち
４．６ｍｍＨｇの低圧を得るには、十分に低温の冷却水
の供給が可能な場合には、この低温の冷却水を吸収熱交
換器に送り、吸収剤の温度を低下させ、その水蒸気吸収
能力を増大させることによって得られる。また、蒸発蓄
冷容器と吸収器の間に設けた圧縮機により、この蒸発蓄
冷容器内の水蒸気を吸収器内に送り、この蒸発蓄冷容器
内を低圧に、吸収器内を高圧にすることができる。

【００２０】また、生成された氷水スラリーは、蒸発と
貯溜を兼用する単一の蒸発蓄冷容器内にそのまま貯溜さ
れるか、または、蒸発作用を行う蒸発容器内で生成され
た氷水スラリーを貯蔵のための蓄冷槽に送って貯蔵され
る。

【００２１】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の第１の実施例の全体構成図である。
この実施例において、吸収器２、再生器３、凝縮器４お
よび熱交換器５等の構成は、図６に示すような従来のも
のと同様であり、その説明は省略する。

【００２２】なお、上記の吸収器２には、冷媒すなわち
水の中に含まれる不凝縮性ガスの蓄積を防ぐ真空ポンプ
３５が設けられ、吸収器２内の真空度を維持するように
構成されている。

【００２３】また、この実施例では、従来の吸収式冷凍
機の蒸発器の代わりに、本発明の特徴である蒸発蓄冷容
器２９が設けられている。この蒸発蓄冷容器２９内に
は、凝縮器４からの凝縮水が導管２１を介して供給され
る。そして、この凝縮水はこの蒸発蓄冷容器２９内に貯
溜される。また、この蒸発蓄冷容器２９の気相部は、ダ
クト２２を介して吸収器２に連通されている。

【００２４】次に、上記の第１の実施例の装置の作用を
説明する。この冷凍機の作用は概略従来のものと同様で
ある。従来の吸収式冷凍機では、再生熱交換器２０に供
給される高温熱源は１００°Ｃ程度の水蒸気であり、ま
た吸収器２および凝縮器４の冷却水ライン１０，１１に
供給される冷却水の温度は約２０〜３０°Ｃ程度で、こ
れによって得られる吸収器２内の負圧は約６．５ｍｍＨ
ｇである。

【００２５】これに対して、本発明の製氷蓄冷装置で
は、この吸収器２内の負圧は水の三重点の圧力、すなわ
ち４．６ｍｍＨｇよりやや低い圧力まで下げられる。こ
のような負圧を達成するために、本発明では吸収熱交換
器１９に供給される冷却水の温度を上記の従来のものよ
り５〜６°Ｃ下げ、これにより上記のような４．６ｍｍ
Ｈｇ以下の負圧を発生させる。

【００２６】この吸収器２内での吸収剤による水蒸気の
吸収能力は、この吸収剤の温度が低い程高くなるので、
上記のような低温の冷却水を供給することにより、上記
のような水の三重点の圧力以下の圧力が得られる。

【００２７】そして、上記のように吸収器２内が低圧と
なると、当然ながら蒸発蓄冷容器２９内もこれと同じ低
圧となる。そして、この蒸発蓄冷容器２９内の水は、そ
の自由水面の近傍から蒸発し、この蒸発潜熱により水の
温度が低下する。そして、この水面近傍の温度が０°Ｃ
となると、三重点に達し、上記の蒸発潜熱により、水中
に氷の粒が生成され、シャーベット状の氷水スラリーが
生成される。

【００２８】この実施例では、この蒸発蓄冷容器２９は
氷水スラリーの貯蔵容器を兼用しており、その容量が大
きく、大量の水を貯溜している。したがって、この蒸発
蓄冷容器２９内の水の一部が凝固しても、全体が凍結す
ることはなく、スラリーの状態が維持される。

【００２９】なお、このような蒸発蓄冷容器２９内の水
を撹拌することにより、氷水スラリーの生成を効果的に
行うことができる。また、水の蒸発は自由水面の近傍で
行われるので、この水面を波立たせて水面の面積を拡大
することにより、蒸発量および氷の生成量を大きくする
ことができる。また、この蒸発蓄冷容器２９内の水を撹
拌することにより、水に対する氷の割合が５０〜６０％
程度までは、スラリー状の流動性を維持することができ
る。

【００３０】そして、上記のように、この蒸発蓄冷容器
２９内に蓄えられた冷熱は、氷水スラリーの形で直接負
荷側に送られる。この冷熱は、スラリー循環ライン２６
を介して氷水スラリーを直接、またはこの蒸発蓄冷容器
２９内に設けられた間接熱交換器３０を介して負荷側に
送られる。なお、上記のような吸収式製氷蓄冷装置は、
製氷蓄冷運転と、冷熱供給運転を別々の時間帯に行うこ
ともできるが、両者の並行運転を行うこともできる。

【００３１】また、図２には、都市ごみ焼却炉の廃熱ボ
イラを熱源として本発明の製氷蓄冷装置を運転した場合
の運用パターンを示す。この例では、製氷蓄冷運転は昼
夜一定負荷運転で行い、冷熱供給は昼間の冷熱需要時に
製氷蓄熱と並行して行っている。なお、この昼間の冷熱
供給は、需要の変動に対応することが可能である。

【００３２】次に、図３を参照して本発明の第２の実施
例を説明する。この実施例では、蒸発蓄冷容器２９を吸
収器２に連通するダクト２２の途中に、圧縮機２８が設
けられている。この圧縮機２８により、蒸発蓄冷容器２
９内の圧力は前記のように４．６ｍｍＨｇ以下の圧力と
し、この蒸発蓄冷容器２９内の水蒸気を６．５ｍｍＨｇ
まで昇圧して吸収器２に送る。

【００３３】この実施例によれば、吸収器２内の圧力は
従来と同等の６．５ｍｍＨｇで運転することができ、冷
却水の温度を下げる必要はなく、従来と同様な温度の冷
却水を使用することができる。

【００３４】また、図４には、蒸発蓄冷容器の参考例を
示す。この参考例では、上記のように蒸発蓄冷容器が単
一の容器ではなく、密閉された蒸発容器３１と、大気開
放形の蓄冷槽３２とから構成されている。この蒸発容器
３１は、図に示すようにダクト２２により吸収器２と連
通され、また内部には水が収容される。

【００３５】そして、上記の蒸発容器３１と蓄冷槽３２
との間に、ポンプ３３を備えたスラリー排出管２５と、
絞り機構３４としての弁を備えた水供給管２４が設けら
れている。このポンプ３３により、蒸発容器３１内で生
成された氷水スラリーは蓄冷槽３２に送られて貯蔵さ
れ、またこの蓄冷槽３２内の水は絞り機構３４を介して
蒸発容器３１内に送られ、循環する。なお、これらのポ
ンプ３３および絞り機構３４を調整し、水の循環量や、
蒸発容器３１内の水位を調節する。

【００３６】この参考例のものは、上記の点以外は前記
の第１および第２の実施例のものと同様な作用である
が、設備のコストを低くすることができる。すなわち、
上記の第１および第２の実施例のものは、大形の蒸発蓄
冷容器２９を真空耐圧容器として製作しなければなら
ず、このような大形の真空耐圧容器を製造するためのコ
ストは高くなる。これに対して、この実施例のものは、
真空耐圧容器として製造するのは蒸発容器３１だけでよ
く、大形の蓄冷槽３２は開放形の非耐圧容器でもよい。
よって、製造コストを低減することができる。

【００３７】また、図５には本発明の第３の実施例を示
す。このものは、上述した図４の参考例と同様に蒸発容
器３１と蓄熱槽３２を備えており、この蒸発容器３１と
吸収器２とを連通するダクトの途中に圧縮機２８を設け
たもので、前記の第２の実施例のものと同様に、この蒸
発容器３１内の圧力を低く、吸収器２内の圧力を高くす
ることができる。

【００３８】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、冷媒として
の水の一部を凝固させて氷水スラリーを生成し、氷の潜
熱として冷熱を貯蔵することができる。したがって、小
さな容器で大きな蓄冷能力を得ることができ、設備の製
造コストを低減することができ、また冷熱負荷の変動に
対応できる。また、この氷水スラリーは流動性があり、
貯蔵、輸送等の取扱いが容易であり、たとえば地域冷暖
房システム等では、配管コストを低減することができ
る。

【００３９】また、本発明では、蒸発蓄冷容器内の水を
蒸発させ、その蒸発熱により氷の粒子を生成し、氷水ス
ラリーを生成するので、流動性の高いスラリーが得られ
るとともに、この水中に含まれる非凝縮性ガスの放出量
も低減され、効率的な運転が可能となる。

【００４０】また、本発明の実施例では、圧縮器により
蒸発蓄冷容器内の水蒸気を昇圧して吸収器に送るので、
この吸収器内の圧力は従来の圧力と同等でもよく、冷却
水の温度を低くする必要や、吸収剤の溶液の濃度を高く
する必要もなく、凝縮剤の析出による不具合を招くこと
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の全体構成を示す説明
図。

【図２】製氷蓄冷、冷熱供給の運転パターンの説明図。

【図３】本発明の第２の実施例の全体構成を示す説明
図。

【図４】参考例の全体構成を示す説明図。

【図５】本発明の第３の実施例の全体構成を示す説明
図。

【図６】従来の吸収式冷凍機の説明図。

【符号の説明】

１蒸発器２吸収器３再生器４凝縮器５熱交換器２４水供給管２５スラリー排出管２８圧縮機２９蒸発蓄冷容器３１蒸発容器３２蓄冷槽３３ポンプ３４絞り機構

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒である水を蒸発させる蒸発器と、こ
の蒸発器内で蒸発した水蒸気を吸収剤に吸収させる吸収
器と、水を吸収して希釈された吸収剤から水を蒸発させ
て濃縮再生する再生器と、この吸収剤から蒸発した水蒸
気を凝縮する凝縮器とを備えた吸収式冷凍機において、上記の蒸発器として気密容器である蒸発蓄冷容器を設
け、上記の冷媒としての水がこの蒸発蓄冷容器内に収容
され、また、この蒸発蓄冷容器内の気相部を上記の吸収
器に連通させ、この吸収器により上記の蒸発蓄冷容器内
を水の三重点の圧力以下の圧力まで減圧し、この蒸発蓄
冷容器内の水を蒸発させて氷水スラリーを生成させるこ
とを特徴とする吸収式製氷蓄冷装置。
【請求項２】前記の蒸発蓄冷容器の気相部と前記の吸
収器の間には圧縮機が設けられ、前記の吸収器内の圧力
を前記の蒸発蓄冷容器の気相部の圧力より高くすること
を特徴とする請求項１の吸収式製氷蓄冷装置。
【請求項３】前記の蒸発蓄冷容器は、氷水スラリ−を
貯溜する蓄冷槽と、内部に水が収容される気密容器であ
る蒸発容器とから構成され、この蒸発容器の気相部は前
記の吸収器に連通されているとともに、この蒸発容器と
吸収器との間には、前記の吸収器内の圧力を上記の蒸発
容器の気相部の圧力より高くする圧縮機が設けられ、ま
た上記の蓄冷槽と蒸発容器とはスラリー排出管および水
供給管とで連通されており、上記のスラリー排出管の途
中には上記の蒸発容器と蓄冷槽との間で水を循環させる
ポンプが設けられていることを特徴とする請求項１の吸
収式製氷蓄冷装置。