JP3824441B2

JP3824441B2 - 吸収冷凍装置

Info

Publication number: JP3824441B2
Application number: JP07157299A
Authority: JP
Inventors: 修行井上; 智芳入江; 伸隆松田; 祥治田中
Original assignee: 荏原冷熱システム株式会社
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP2000266423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍装置に係り、特に希溶液流路に温水熱交換器を設け、高ポテンシャルエネルギを用いない運転を可能にした吸収冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から冷凍機の効率（ＣＯＰ：成績係数）を上げるには、熱交換器での熱回収率を上げる必要があったが、この際、熱交換器での圧力損失が大きくなりがちである。たとえば、低温熱交換器の圧力損失が大きくなると、溶液が吸収器に戻りきらなくなるので、低温再生器から吸収器に直接戻すＪラインを設けておき、ここから、吸収器に戻すことが多いが、効率は著しく落ちる。
また、通常の吸収冷凍機において、熱源熱量を調整するのは、冷水負荷信号又は冷水温度信号に基づいている。二重効用吸収冷凍機において、高温再生器と吸収器との差圧及び位置ヘッドが、高温再生器から吸収器に溶液を流す駆動力となる。一般に、定格条件における駆動力にて、必要な流量となるように、流路抵抗を調整し、オリフィス等を入れている。このように、高温再生器の圧力が変化すると、前記駆動力が変化するので、高温再生器の流出量が変化する。この流出量に見合うように流入量を調整している。
【０００３】
従来から、高温再生器出口部の液位を検出し、液位がある範囲で保持できるように、高温再生器への流入量を調整したり、あるいは流出量を調整したりしており、種々の溶液流路が提案されている。
また、希溶液ラインに、吸収冷凍機外部の単一排熱源から供給される流体と希溶液ラインを流れる吸収剤希溶液とを熱交換する排熱回収用熱交換器を介装した複合冷房装置も提案されている。
コージェネレーションシステムでは、電気と共に、比較的温度の低い温水が供給される。この温水は、温度があまり高くなく、低ポテンシャルエネルギに分類され、給湯又は暖房に利用されることが多い。最近は、吸収冷凍機の熱源として冷房に利用することも多くなってきている。
【０００４】
コージェネレーションシステムの中で、この温水は、エンジンの冷却（ジャケット温水）あるいはエンジン排気からの熱回収、あるいは、燃料電池の場合の冷却用として得られる。低ポテンシャルエネルギ単独で、吸収冷凍機を運転する場合もあるが、前述の複合冷房装置のように高ポテンシャルエネルギと共に用い、必要とする高ポテンシャルエネルギの量を減らそうという使い方も提案され、採用され出している。
ところで、これらの吸収冷凍装置は、いずれも、冷水負荷が小さく、高ポテンシャルエネルギが不要となるような負荷状態でも、通常は、高ポテンシャルエネルギを用いないと高温再生器の内圧が低く、高温再生器から吸収器に溶液を戻すことができないため、高ポテンシャルエネルギと低ポテンシャルエネルギの同時使用が必要で、両者同時の発停となり、単独使用ができないという問題点があった。
この問題を解決するものとして、排熱−溶液熱交換器を設け、冷房負荷に応じて供給先を切替えることが提案されているが、溶液の流れを三方弁で選択的に切替えているため、切替時の変動が大きくなりがちである。特に、高ポテンシャルエネルギを止め、低ポテンシャル単独運転に移る時には、高温熱交換器、高温再生器の濃度を低下させ、流動停止中の結晶防止をする必要があり、移行のための時間がかかる等の問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、冷水負荷が小さく、高ポテンシャルエネルギが不要となるような負荷状態のときに、低ポテンシャルエネルギの単独使用を可能にする吸収冷凍装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、吸収器、低温再生器、高ポテンシャルエネルギ（ガス、油、蒸気）を用いて加熱する高温再生器、凝縮器、蒸発器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、低ポテンシャルエネルギ（温水）を用いて希溶液を加熱する温水熱交換器、溶液ポンプ、冷媒ポンプ及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを備えた吸収冷凍装置において、前記溶液流路の吸収器から再生器に至る希溶液流路は、前記吸収器から溶液ポンプによって、希溶液分岐点より、一部は低温溶液熱交換器及び温水熱交換器の被加熱側を経た後低温再生器に、残部は高温溶液熱交換器の一部被加熱側及び温水熱交換器の被加熱側を経た後、高温溶液熱交換器の残部被加熱側を経由して高温再生器に導く構成とし、前記希溶液分岐点より、高温再生器に至る希溶液流路中の温水熱交換器と高温溶液熱交換器の残部被加熱側との間に、溶液循環量を制御する溶液循環量制御弁を設けると共に、前記温水熱交換器と溶液循環量制御弁との間の希溶液流路には、低温再生器に至る希溶液流路と高温再生器に至る希溶液流路とを結ぶ弁を有する流路を設けることとしたものである。
【０００７】
前記吸収冷凍装置において、溶液循環量制御弁は、冷房負荷が小さく、高温再生器に高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない場合には、閉止又は閉止付近に制御し、低温再生器に至る希溶液流路と高温再生器に至る希溶液流路とを結ぶ流路の弁を全開あるいは全開付近に制御する制御機構を有することができる。
本発明の吸収冷凍装置において、前記溶液循環量制御弁は、冷房負荷が小さく、高温再生器に高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない場合には、閉止又は閉止付近に制御する制御機構を有することができ、また、前記高温再生器は液面制御を、高ポテンシャルエネルギを使用する場合には、溶液ポンプをインバータにより回転数調節して行い、高ポテンシャルエネルギを使用しない場合には、前記溶液循環量制御弁の調節で行う制御機構を有するこができる。
【０００８】
また、前記吸収冷凍装置において、高ポテンシャルエネルギを使用する場合には、溶液循環量制御弁を全開又は定格運転時とほぼ同一開度とし、一方、高ポテンシャルエネルギを使用しない場合には、溶液ポンプのインバータによる回転数調節を冷房負荷に対応させて制御する制御機構を有することができる。
前記温水熱交換器には、流入する温水流量を調節する温水流量調節弁を設け、温水熱交換器の温水だけの熱で吸収冷凍装置を運転する場合、前記溶液循環量制御弁を閉止又は、閉止付近に制御し、該温水流量調節弁を負荷に対応させた冷凍能力に制御することができ、この際前記温水熱交換器は、流入する加熱側流体の入口温度を検出し、該温度が所定の温度以下にならないことを目標に、溶液ポンプの回転速度を調節する制御機構を有してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
前記のように、本発明は、低温熱交換器及び高温熱交換器の前の希溶液流路に分岐点を有し、一部の溶液を低温熱交換器を経由して低温再生器に、残部を高温熱交換器を経由して高温再生器に導くサイクルのパラレルフローにて、低温熱交換器と低温再生器の間及び高温熱交換器を二分割し、その間に、温水熱交換器を設けると共に高温再生器への経路に吸収液の循環量を制御する制御機構を設けた発明である。
また、パラレルフローでは、希溶液の分岐点が、温水熱交換器の上流側となるので、高温再生器への溶液循環量制御弁を閉止していくと、溶液流量が減り、温水熱交換器での取得熱量が減るという問題があるが、本発明では、高温再生器側の希溶液流路から低温再生器側へ分岐する配管、弁を設け、温水単独運転、あるいは、冷房負荷の小さな時に、前記弁を開として、温水熱交換器を通る溶液流量を増し、温水からの取得熱量を増している。
【００１０】
さらに、温水熱量が少ない場合、溶液側に入る熱量を制限（溶液循環量を少なくして取得熱量を減らす）し、溶液循環量が少なくなることで、吸収冷凍装置の効率が上昇し、限られた温水熱量を有効利用することができる。
また、排熱として温水に与えられる熱量が限られているとき、吸収冷凍装置側で、熱を取りすぎると、温水温度が低下するので、吸収冷凍装置に入る温水温度を所定の温度以下にならぬようにすることで、温水熱量を考慮している。
【００１１】
次に、本発明を、図１に示す本発明の吸収冷凍装置のフロー構成図を用いて説明する。
図１において、Ａは吸収器、ＧＬは低温再生器、ＧＨは高温再生器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、ＸＬは低温熱交換器、ＸＨ₁は高温熱交換器を２分割したうちの低温側、ＸＨ₂は高温側、ＸＷは温水熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、Ｆはフロート、１は冷房負荷に接続する冷水配管、２、３は冷却水配管、４は熱源配管、５は温度センサ、６は制御器、７は熱源熱量調整弁、８は循環量制御弁、９はインバータ回転数制御器、１０〜１３は冷媒流路、２１〜２４は希溶液流路、２５は分岐点、２６〜２８濃溶液流路、１５は温水制御弁、１６は温水配管である。
【００１２】
この装置の通常の高ポテンシャルエネルギを用いて加熱する冷房運転においては、冷媒を吸収した希溶液は、吸収器Ａから溶液ポンプＳＰにより、希溶液分岐点２５から一部は低温熱交換器ＸＬと温水熱交換器ＸＷの被加熱側を経た後、低温再生器ＧＬに，残部は高温熱交換器ＸＨ₁、温水熱交換器ＸＷ、高温熱交換器ＸＨ₂の被加熱側を通り流路２３から高温再生器ＧＨに導入される。高温再生器ＧＨでは希溶液は高ポテンシャルエネルギの加熱源により加熱されて冷媒を蒸発して濃縮され、濃縮された濃溶液は高温熱交換器ＸＨ₁、ＸＨ₂で熱交換され、流路２６から低温再生器ＧＬからの濃溶液２８と合流する。
低温再生器では、高温再生器からの冷媒蒸気により加熱濃縮された後、流路２８で高温再生器からの濃溶液と合流した後、吸収器Ａに導入される。
【００１３】
高温再生器ＧＨで蒸発した冷媒ガスは、冷媒流路１３を通り、低温再生器ＧＬの熱源として用いられたのち凝縮器Ｃに導入される。凝縮器Ｃでは低温再生器ＧＬからの冷媒ガスと共に冷却水により冷却されて凝縮し流路１２から蒸発器Ｅに入る。蒸発器Ｅでは冷媒が冷媒ポンプＲＰにより、流路１０、１１により循環されて蒸発し、その際に蒸発熱を負荷側の冷水から奪い、冷水を冷却し、冷房に供される。
蒸発した冷媒は吸収器Ａで濃溶液により吸収されて、希溶液となり溶液ポンプで循環されるサイクルとなる。
【００１４】
このような吸収冷凍装置において、吸収器Ａから高温再生器ＧＨに溶液を送る溶液ポンプＳＰをインバータ９により、回転数可変とし、さらに、溶液ポンプＳＰから高温再生器ＧＨまでの希溶液ライン２２中に溶液制御弁８を設ける。
通常の運転では、高温再生器ＧＨへの溶液制御弁８を全開（あるいは所定の開度）とし、高温再生器ＧＨの液面をフロートＦで検出し、制御するように溶液ポンプＳＰの回転数を調節する。
溶液ポンプの回転数は、基本回転数を高温再生器の冷媒飽和温度（又は相当温度、あるいは圧力）で決め、これにフロートＦで微調整するなどの方法もとられる。
【００１５】
温度センサ５の検出値が所定値より低下したとき、負荷が小さいと判断して、高ポテンシャルエネルギの供給を停止し、低ポテンシャルの単独運転とする。
また、低ポテンシャルエネルギ単独運転中、温度センサ５の検出値が所定値より上昇したとき、負荷が大きくなったと判断して、高ポテンシャルエネルギの供給を再開し、低ポテンシャル、高ポテンシャルエネルギの併用に戻る。（図２）なお、低ポテンシャルエネルギ（温水）の供給温度により、単独運転による冷凍能力が変化する（温水温度上昇で能力大、温水温度下降で能力小）ので、前述の判断に用いる所定値を、温水温度の関数としてもよい。この場合、低ポテンシャルのエネルギが無い場合（高ポテンシャル単独運転）も含め、単一のロジックで、高ポテンシャルの供給停止の制御ができる。
【００１６】
負荷の大小は、図示していないが、冷水出入口温度差の所定値との比較、あるいは、直接冷水負荷（冷水出入口温度差×冷水流量）を算出し所定値と比較する等の方法がとられる。
冷房負荷を温度センサ５で検出すると小さく、高ポテンシャルエネルギを使用せずに低ポテンシャルエネルギを単独で使用する場合には、溶液制御弁８を全閉あるいは閉止近くとし、高温再生器ＧＨへの流量を、高温再生器ＧＨから吸収器Ａに溶液を戻せる流量（通常、アクチュアルヘッドのみとなる）以下として、運転する。この際、低温再生器ＧＬには、溶液流量を多く流したいので、溶液ポンプＳＰの回転数制御を高温再生器の液面ではなく、所定の回転数にする。
また、冷水負荷に応じて、溶液ポンプの回転数を調節することもできる。
【００１７】
このように、本発明では、温水熱交換器ＸＷを設けると共に、溶液制御弁を設けているので、高温再生器ＧＨと切り離して低温再生器ＧＬのみを単独で運転することができるようになった。
さらに、本発明では温水熱交換器ＸＷに流入する温水配管１６に、温水流量を調節する温水流量調節弁１５を設けることができ、温水だけの熱での冷凍運転で負荷に対応させた冷凍能力に該温水量を調節弁１５で制御することができる。この際温水温度が低下しすぎると弊害が生じる場合があるので、温水熱交換器ＸＷに入る温水温度が所定温度より下にならないように、温水の流入温度を検出し、溶液ポンプの回転速度を調節することができる。
図３には、本発明に使用できる温水熱交換器ＸＷの好適な例の断面構成図を示す。図３では、温水熱交換器として、シェルアンドチューブ型を採用した例を示し、チューブ側は低温再生器ＧＬ側と高温再生器ＧＨ側への希溶液経路（２４、２２）を持ち、シェル側は温水経路１６で１経路となっている。
【００１８】
図４に本発明の他の吸収冷凍装置のフロー構成図を示す。
図４においては、温水熱交換器ＸＷと溶液循環量制御弁８との間の流路２２と、低温再生器ＧＬに至る経路２４との間をバイパス弁１８を有するバイパス流路２９で結んでおり、その他の点は、図１と同一であり、同じ符号は同じ意味を有する。
吸収冷凍装置の運転で、冷房負荷が小さく、高温再生器ＧＨに高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない場合、溶液循環量制御弁８は閉止又は閉止付近に制御されており、この場合に前記の流路２９の弁１８は全開あるいは全開付近に制御し、温水熱交換器ＸＷに流入する希溶液を増し、温水からの取得熱量を増加している。
前記弁１８は、溶液循環量制御弁８と一体化して三方弁としてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
前記のように、本発明では、低温再生器のみの単独運転が可能となったので、吸収冷凍装置の低負荷の場合の効率的な運転ができ、エネルギ的にも経済的にも効率のよい吸収冷凍装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸収冷凍装置のフロー構成図。
【図２】本発明による高ポテンシャルエネルギの制御図。
【図３】本発明に用いる温水熱交換器の断面構成図。
【図４】本発明の他の吸収冷凍装置のフロー構成図。
【符号の説明】
Ａ：吸収器、ＧＬ：低温再生器、ＧＨ：高温再生器、Ｃ：凝縮器、Ｅ：蒸発器、ＸＬ：低温熱交換器、ＸＨ₁、ＸＨ₂：高温熱交換器、ＸＷ：温水熱交換器、ＳＰ：溶液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、Ｆ：フロート、１：冷水配管、２、３：冷却水配管、４：熱源配管、５：温度センサ、６：制御器、７：熱源熱量調整弁、８：循環量制御弁、９：インバータ回転数制御器、１０〜１３：冷媒流路、１５：温水流量調整弁、１６、１７：温水配管、１８：バイパス弁、２１〜２４：希溶液流路、２５：分岐点、２６〜２８：濃溶液流路、２９：バイパス流路

Claims

吸収器、低温再生器、高ポテンシャルエネルギを用いて加熱する高温再生器、凝縮器、蒸発器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、低ポテンシャルエネルギを用いて希溶液を加熱する温水熱交換器、溶液ポンプ、冷媒ポンプ及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを備えた吸収冷凍装置において、前記溶液流路の吸収器から再生器に至る希溶液流路は、前記吸収器から溶液ポンプによって、希溶液分岐点より、一部は低温溶液熱交換器及び温水熱交換器の被加熱側を経た後低温再生器に、残部は高温溶液熱交換器の一部被加熱側及び温水熱交換器の被加熱側を経た後、高温溶液熱交換器の残部被加熱側を経由して高温再生器に導く構成とし、前記希溶液分岐点より、高温再生器に至る希溶液流路中の温水熱交換器と高温溶液熱交換器の残部被加熱側との間に、溶液循環量を制御する溶液循環量制御弁を設けると共に、前記温水熱交換器と溶液循環量制御弁との間の希溶液流路には、低温再生器に至る希溶液流路と高温再生器に至る希溶液流路とを結ぶ弁を有する流路を設けたことを特徴とする吸収冷凍装置。
前記溶液循環量制御弁は、冷房負荷が小さく、高温再生器に高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない場合には、閉止又は閉止付近に制御する制御機構を有することを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍装置。
前記溶液循環量制御弁は、冷房負荷が小さく、高温再生器に高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない場合には、閉止又は閉止付近に制御し、低温再生器に至る希溶液流路と高温再生器に至る希溶液流路とを結ぶ流路の弁を全開あるいは全開付近に制御する制御機構を有するとを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍装置。
前記高温再生器は、液面制御を、高ポテンシャルエネルギを使用する場合には、溶液ポンプをインバータにより回転数調節して行い、高ポテンシャルエネルギを使用しない場合には、前記溶液循環量制御弁の調節で行う制御機構を有することを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍装置。