JP3811632B2 - 排熱投入型吸収冷凍機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル空調用空気調和装置等に用いられる排熱投入型吸収冷凍機に係り、特に他の熱源から排熱を熱源の一部として有効利用するようにした排熱投入型吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排熱投入型吸収冷凍機においては、高温再生器で消費される燃料を節約するため外部排熱源の排熱を有効利用したり、高温再生器で発生した冷媒蒸気あるいは加熱源として供給した蒸気が液化した液相冷媒が保有する熱量を有効利用する等の工夫がされている。
またこの種の吸収冷凍機としては、例えば特願平６−７３４２８号公報に記載されているように、他の装置からの排熱をその一部として有効利用する技術として広く知られており、特開２０００−３４６４８１号公報には、高温再生器の熱源に蒸気を用いた蒸気焚冷凍機における排熱投入型吸収冷凍機が記載されている。
前記特開２０００−３４６４８１号公報に記載された排熱投入型吸収冷凍機では、図２に示すように、蒸発器４、吸収器５、凝縮器３、低温再生器２、高温再生器１、低温熱交換器６、高温熱交換器７、ドレン熱交換器１２、溶液ポンプ８及び冷媒ポンプ９からなる従来の吸収冷凍機に、排熱回収熱交換器１１を追加した構成となっている。
【０００３】
しかし前記公報の排熱投入型吸収冷凍機のように、単一の吸収冷凍機の稀溶液ラインに排熱回収熱交換器１及びドレン熱交換器２を介装し、排熱回収熱交換器１の方がドレン熱交換器１２の上流側（吸収器５側）に設けられたものでは、排熱投入量が少ない場合は問題ないが、排熱投入量が多いと、稀溶液ラインの温度が上昇するので、ドレン熱交換器１２を介して稀溶液ライン内の稀溶液に供給される熱量（ドレン熱回収量）が減少してしまう。
また単一の吸収冷凍機に対して、排熱回収熱交換器１１による排熱投入と、ドレン熱交換器１２による熱回収を同時に行うと、いずれか一方が増大すると他方が減少してしまい、両者を同時に増大させることは困難である。
【０００４】
かかる問題を解決するため従来では、図２に示すように稀溶液ラインは低温熱交換器６よりも吸収器５側の分岐点で第１ラインと第２ラインとに分岐して、第１ラインに低温熱交換器５及び排熱回収熱交換器１１を介装し、第２ラインにドレン熱交換器１２を介装すると共に、高温再生器１と凝縮器３とを連通する冷媒ラインの低温再生器２よりも凝縮器３側の領域に前記ドレン熱交換器１２を介装しており、第１のラインと第２のラインは高温熱交換器７よりも吸収器５側の合流点で合流させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記従来の排熱投入型吸収冷凍機のように、排熱回収熱交換器１１とドレン熱交換器１２を同一ラインに介装すると、各々の熱交換器１１，１２の交換熱量が相互干渉し、その結果十分に排熱を回収できないといった問題が生じる。
すなわち図２に示す排熱投入型吸収冷凍機のように、第１ラインと第２ラインに分岐し、第１ラインに低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１１、第２ラインにドレン熱交換器１２を介装し、いわば熱交換器１１，１２を並行に配置した場合、第１ライン、第２ラインに分岐しても、各々のラインに必要量の溶液を循環させる必要がある。
このため排熱交換熱量を増大させるには、第１ラインにできるだけ多くの溶液を循環させたほうが効率はよくなるが、第２ラインに介装するドレン熱交換器１２の溶液循環量を減少すると、ドレン熱の回収が不十分となるため、熱効率が低下してしまう。また熱交換器１１，１２を直列に配置しても並列に配置しても、吸収器５から出て高温再生器１に至る合計の溶液循環量は変わらないため、２つに分岐すれば分岐した分だけ溶液循環量が低下してしまい、介装された排熱回収熱交換器１１から回収できる熱量も減少するといった問題が生じる。
【０００６】
また排熱回収熱交換器１１を持たない一般の吸収冷凍機よりも、分岐した第２ラインの溶液循環量に合わせてドレン熱交換器１２の容量を増大させたり、低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１１の容量を増大させる必要があることから、コストアップになるといった問題もある。
特に排熱回収熱交換器１１を持たない一般のパラレルフロータイプの吸収冷凍機の場合、ドレン熱交換器１２を高温再生器１に供給する稀溶液と蒸気ドレンと熱交換するか、もしくはドレン熱交換器１２を低温再生器２に供給する稀溶液と蒸気ドレンと熱交換する方法の２通りが考えられるが、いずれの場合も吸収器５からでる稀溶液全体循環量の約半分の溶液循環量でドレン熱交換器１２の容量を選定する必要があるため、一般にはドレン熱交換器１２は小容量でよいが、前述のように吸収器５から出た溶液を低温熱交換器６に導く前に、第１ラインと第２ライン分岐して各々のラインに熱交換器１１，１２を介装する構成では、第１ラインの低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１２の溶液循環量が約半減してしまうため、これを補うべく排熱回収熱交換器１１及びドレン熱交換器１２の容量を増大させる必要があり、コストアップになるなどの問題がある。
【０００７】
本発明はかかる従来の問題点を改善するためになされたもので、排熱回収熱交換器やドレン熱交換器の容量を大きくせずに排熱の回収が効率よく行える排熱投入型吸収冷凍機を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の排熱投入型吸収冷凍機は、外部熱源により溶液を加熱濃縮する高温再生器と、高温再生器より発生した冷媒蒸気をさらに加熱濃縮する低温再生器と、低温再生器より発生した冷媒蒸気を、冷却水で冷却することにより凝縮液化する凝縮器と、凝縮器により凝縮液化された液冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器の液冷媒を圧送して蒸発器内の熱交換器に散布する冷媒ポンプと、熱交換器内を流れる冷水と熱交換することにより蒸発気化された冷媒蒸気の蒸発潜熱により冷房作用を行う吸収器と、吸収器で生成された稀溶液を高温再生器及び低温再生器へ送る第１ラインに介装され、かつ外部の排熱源から供給される流体と第１ラインを流れる稀溶液の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器と、高温再生器で使用された外部熱源と低温再生器へ送られる稀溶液との間で熱交換を行うドレン熱交換器とを具備した排熱投入型吸収冷凍機において、排熱回収熱交換器を出た稀溶液の一部を、ドレン熱交換器を経て低温再生器へ送ると共に、吸収器で生成された稀溶液を、排熱回収熱交換器を経ずにドレン熱交換器の稀溶液入口に合流させる第２ラインを、第１ラインと並列に設けたものである。
【０００９】
前記構成により、吸収器から出た比較的温度の低い稀溶液は、第２ラインにより排熱回収熱交換器をバイパスしてドレン熱交換器の稀溶液入口に流入するため、ドレン熱交換器へ流入された稀溶液は、高温再生器の加熱源である外部熱源の液化した高温のドレンと熱交換されるようになり、これによって外部熱源のドレン熱を効率よく回収できるようになると共に、ドレン熱の回収効率が向上することにより、排熱回収熱交換器やドレン熱交換器の容量を増大させる必要がないため、吸収冷凍機のコスト低減が図れるようになる。
【００１０】
前記目的を達成するため本発明の排熱投入型吸収冷凍機は、第２ラインにドレン熱交換器へ流入させる稀溶液の流量を調整する流量調整手段を設けたものである。
【００１１】
前記構成により、第２ラインに設けられた流量調整手段によりドレン熱交換器のドレン出口温度が一定温度になるように、第２ライン内を流通する溶液のバイパス流量を調整することにより、熱ロスとなる余分な稀溶液のバイパスを防止することができるため、熱ロスの低減が図れるようになる。
【００１２】
前記目的を達成するため本発明の排熱投入型吸収冷凍機は、ドレン熱交換器のドレン出口温度を検出手段で検出し、かつドレン出口温度が予め設定した設定範囲を逸脱した場合、ドレン出口温度が設定範囲となるよう流量調整手段を自動制御するようにしたものである。
【００１３】
前記構成により、熱ロスとなる稀溶液のバイパスを最小にすることができるため、さらに高効率な運転が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１に示す図面を参照して詳述する。
なお図２に示す従来の排熱投入型吸収冷凍機と同一部分は、同一符号を付して説明する。
図１は、パラレルフロータイプの冷房サイクルフロー図により排熱投入型吸収冷凍機の主な構成を示したもので、吸収冷凍機は、外部熱源により溶液を加熱する高温再生器１と、高温再生器１により加熱濃縮することにより発生した冷媒蒸気をさらに加熱濃縮する低温再生器２と、低温再生器２により加熱濃縮することにより発生された冷媒蒸気を、冷却水で冷却することにより凝縮液化する凝縮器３と、凝縮器３により凝縮液化された液冷媒を蒸発させる蒸発器４と、蒸発器４の液冷媒を圧送して蒸発器４内の熱交換器４ａに散布する冷媒ポンプ９と、熱交換器４ａ内を流れる冷水と熱交換することにより蒸発気化された冷媒蒸気の蒸発潜熱により冷房作用を行う吸収器５とより構成されている。
【００１５】
一方高温再生器１及び低温再生器２で濃縮された濃溶液は、吸収器５内に設けられた熱交換器５ａに散布されて、熱交換器５ａ内を流れる冷却水で冷却されることにより、蒸発器４からの冷媒蒸気を吸収して稀溶液を生成するようになっており、吸収器５で生成された稀溶液は、溶液ポンプ８により第１ラインに設けられた低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１１へ送られた後分岐されて、一部は高温熱交換器７を通って高温再生器１へ流入され、残りはドレン熱交換器１２を経て低温再生器２へ流入されるようになっている。
また第１ラインと並列に設けられた第２ラインは、吸収器５から出た稀溶液が低温熱交換器６に流入する手前で分岐された稀溶液バイパス管１３により構成されていて、熱交換を目的とした第１ラインを介さずドレン熱交換器１２の溶液入口へ稀溶液を流入させるようになっており、稀溶液バイパス配管１３の途中には、流量を調整する流量調整手段４が設けられている。
なお流量調整手段４は、オリフィス等による流量固定式や絞り弁などによる流量可変式でもよく、また電磁弁の開閉によるオンオフ制御方式でもよい。
【００１６】
次に前記構成された排熱投入型吸収冷凍機の作用を説明する。
冷房運転時には、外部熱源により加熱された高温再生器１の溶液を加熱濃縮することにより発生した冷媒蒸気は、低温再生器２内の熱交換器２ａに導かれ、低温再生器２の溶液を加熱濃縮することにより冷媒蒸気を発生させて、凝縮液化し凝縮器３に流入する。
低温再生器２で発生した冷媒蒸気は、凝縮器３に導かれ冷却水で冷却されることにより凝縮液化されて蒸発器４に送られると共に、蒸発器４の液冷媒は、冷媒ポンプ９で圧送されて蒸発器４内の熱交換器４ａに散布され、熱交換器４ａ内を流れる冷水と熱交換して蒸発気化された後吸収器５に流入されるが、その際の蒸発潜熱により冷房作用が得られるようになる。
【００１７】
また吸収器５では、高温再生器１および低温再生器２で濃縮された濃溶液が吸収器５内の熱交換器５ａに散布され、熱交換器５ａ内を流れる冷却水で冷却されて蒸発器４からの冷媒蒸気を吸収することにより、稀溶液が生成されて吸収器５の底部に溜まると共に、吸収器５の底部に溜まった稀溶液は、溶液ポンプ８により一部が第１ラインの低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１１へ送られて、高温熱交換器７から高温再生器１へ流入され、残りは第２ラインを構成する溶液バイパス配管１３により、交換を目的とした第１ラインを介さずドレン熱交換器１２へ送られ、高温再生器１内の溶液を加熱する外部熱源のドレン側と熱交換した後低温再生器２へ流入される。
【００１８】
以上説明したように、吸収器５から出た比較的温度の低い稀溶液は、溶液バイパス配管１３により低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１１をバイパスしてドレン熱交換器１２の稀溶液入口に流入するため、ドレン熱交換器１２へ流入された稀溶液は、高温再生器１の加熱源である外部熱源の液化した高温のドレンと熱交換するため、外部熱源のドレンより効率よく熱回収ができるようになる。
【００１９】
一方第１ラインに導かれた稀溶液は、低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１１で十分昇温されて高温再生器１及び低温再生器２に送られるため、排熱の回収が効率よく行えると共に、ドレン熱交換器１２の稀溶液入口に流入される第２ラインの稀溶液量は、ドレン熱交換器１２のドレン出口温度を一定温度以下、例えば１００℃以下にさえすればよいことから、必要以上の流量をバイパスさせる必要はない。
従って第１ラインを流通させる稀溶液量に対して第２ラインへ流通させるバイパス量は微量でよいことから、排熱回収熱交換器１１へ導く溶液循環量を十分に確保できるため、効率のよい排熱回収が可能となる。
【００２０】
また排熱回収熱交換器１１を持たない一般の吸収冷凍機に使用されている溶液循環量及び低温熱交換器６、高温熱交換器７、ドレン熱交換器１２を変更することなく利用できることから、これら部品を共通化ができ、これによって吸収冷凍機のコストダウンが図れるようになる。
さらに溶液バイパス配管１３に設けられた流量調整手段１４によりドレン熱交換器１２のドレン出口温度が一定温度、例えば１００℃以下になるように、溶液バイパス配管１３内を流通する溶液のバイパス流量を調整すれば、熱ロスとなる余分な稀溶液のバイパスを防止することができるため、熱ロスの低減が図れるようになると共に、第１ラインを流通する稀溶液は、低温熱交換器６及び排熱回収熱交換器１１で十分昇温され、高温再生器１及び低温再生器２へ流入されるため、これによっても排熱の回収が効率よく行える。
【００２１】
なお前記構成のみでも本発明の効果は十分発揮可能であるが、さらに排熱を効率よく回収するため、ドレン熱交換器１２のドレン出口温度を検出する温度センサーなどの検出手段１５の信号を制御手段１６で監視し、ドレン熱交換器１２のドレン出口温度が例えば１００℃より低いときには流量調整手段１４を全閉にし、ドレン出口温度が例えば１００℃以上の場合は開くように流量調整手段１４を自動制御するようにしてもよく、これによって熱ロスとなる稀溶液のバイパスを最小にすることができるため、高効率な運転が可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、吸収器から出た比較的温度の低い稀溶液は、第２ラインにより排熱回収熱交換器をバイパスしてドレン熱交換器の稀溶液入口に流入するため、ドレン熱交換器へ流入された稀溶液は、高温再生器の加熱源である外部熱源の液化した高温のドレンと熱交換されるようになり、これによって外部熱源のドレン熱を効率よく回収できるようになると共に、ドレン熱の回収効率が向上することにより、排熱回収熱交換器やドレン熱交換器の容量を増大させる必要がないため、吸収冷凍機のコスト低減が図れるようになる。
【００２３】
また第２ラインにドレン熱交換器へ流入させる稀溶液の流量を調整する流量調整手段を設けたことから、流量調整手段によりドレン熱交換器のドレン出口温度が一定温度になるように、第２ライン内を流通する溶液のバイパス流量を調整すれば、熱ロスとなる余分な稀溶液のバイパスを防止することができるため、熱ロスの低減が図れると共に、ドレン熱交換器のドレン出口温度を検出手段で検出し、かつドレン出口温度が予め設定した設定範囲を逸脱した場合、ドレン出口温度が設定範囲となるよう流量調整手段を自動制御すれば、熱ロスとなる稀溶液のバイパスを最小にすることができるため、さらに高効率な運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態になる排熱投入型吸収冷凍機を示す構成図である。
【図２】従来の排熱投入型吸収冷凍機を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 高温再生器
２ 低温再生器
３ 凝縮器
４ 蒸発器
４ａ 熱交換器
５ 吸収器
５ａ 熱交換器
６ 低温熱交換器
７ 高温熱交換器
８ 溶液ポンプ
９ 冷媒ポンプ
１１ 排熱回収熱交換器
１２ ドレン熱交換器
１３ 稀溶液バイパス配管
１４ 流量調整手段
１５ 検出手段
１６ 制御手段

Claims (3)

1. 外部熱源により溶液を加熱濃縮する高温再生器と、前記高温再生器より発生した冷媒蒸気をさらに加熱濃縮する低温再生器と、前記低温再生器より発生した冷媒蒸気を冷却水で冷却することにより凝縮液化する凝縮器と、前記凝縮器により凝縮液化された液冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器の液冷媒を圧送して蒸発器内の熱交換器に散布する冷媒ポンプと、前記熱交換器内を流れる冷水と熱交換することにより蒸発気化された冷媒蒸気の蒸発潜熱により冷房作用を行う吸収器と、前記吸収器で生成された稀溶液を溶液ポンプにより前記高温再生器及び低温再生器へ送る第１ラインに介装され、かつ外部の排熱源から供給される流体と前記第１ラインを流れる稀溶液の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器と、前記高温再生器で使用された外部熱源と前記低温再生器へ送られる稀溶液との間で熱交換を行うドレン熱交換器とを具備した排熱投入型吸収冷凍機において、前記排熱回収熱交換器を出た稀溶液の一部を、前記ドレン熱交換器を経て前記低温再生器へ送ると共に、前記吸収器で生成された稀溶液を、前記排熱回収熱交換器を経ずに前記ドレン熱交換器の稀溶液入口に合流させる第２ラインを、前記第１ラインと並列に設けたことを特徴とする排熱投入型吸収冷凍機。
2. 前記第２ラインに、前記ドレン熱交換器へ流入する稀溶液の流量を調整する流量調整手段を設けてなる請求項１に記載の排熱投入型吸収冷凍機。
3. 前記ドレン熱交換器のドレン出口温度を検出手段で検出し、かつドレン出口温度が予め設定した設定範囲を逸脱した場合、ドレン出口温度が設定範囲となるよう前記流量調整手段を自動制御してなる請求請２に記載の排熱投入型吸収冷凍機。

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