JP3910014B2 - 吸収冷凍機 - Google Patents

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Description

本発明は、吸収冷凍機に係り、特に、吸収器と凝縮器に供給する冷却水の供給方式に特徴を有する吸収冷凍機に関する。
従来、吸収冷凍機の冷却水は、図４に示されるように、吸収器Ａと凝縮器Ｃとに直列にシェルアンドチューブ方式で流すのが一般的であった。
図４において、濃溶液は、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気を吸収器Ａで吸収して希溶液となり、溶液ポンプＳＰにより流路１から溶液熱交換器ＳＨの被加熱側を通り、流路２から再生器Ｇに導入される。再生器Ｇに導入された希溶液は、熱源１２により加熱されて冷媒を蒸発して濃溶液となり、流路３から溶液熱交換器ＳＨの加熱側を通り、流路４から吸収器Ａに導入され、再び冷媒蒸気を吸収して希溶液となり循環される。
一方、冷媒は、再生器Ｇで蒸発して冷媒蒸気となり、凝縮器Ｃに至り凝縮し、冷媒液となって流路５から蒸発器Ｅに導入される。導入された冷媒液は、冷媒ポンプＦＰにより流路６から蒸発器Ｅに循環されながら蒸発され、冷水１１を冷却する。蒸発した冷媒は、吸収器Ａに至り濃溶液に吸収されて、再生器Ｇに至り蒸発され循環する。冷却水は、流路７から導入され、吸収器Ａおよび凝縮器Ｃを通って、流路１０から排出される。
この場合、流す冷却水量は、吸収器と凝縮器のいずれかの必要冷却水量によって、一方的に決定される。
また、プレート式熱交換器を多数重ねて吸収冷凍機の熱交換に用いる場合、流量が多いとプレート間をつなぐ流路面積を多くとる必要があり、熱交換効率は低下する。そこで、吸収冷凍機の熱交換にプレート式熱交換器を採用する場合、少しでも流量を減らし、必要とする流路面積を小さくした方が有利である。
吸収冷凍機の吸収器と凝縮器に冷却水を流す場合、直列に流すより、並列に流す方が個々の熱交換器に流す流量は少なくできるので、プレート式熱交換器を採用する場合は並列に流す方が有利であるが、今までに、吸収冷凍機用吸収器と凝縮器にプレート式熱交換器を用いて、冷却水を並列に流す方式は知られていない。
並列に冷却水を流す場合、吸収器と凝縮器とに導く流量を設計値に合わせるため、冷却水流路に流量調節弁を設け、この弁で流路抵抗を付けて調節することが考えられるが、水圧の変動等による流量調節弁の調節が複雑で操作上の問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑み、冷却水流路に流量調節弁を設けなくとも冷却水の分配量を調節でき、操作上の問題がない吸収器と凝縮器にプレート式熱交換器を用いた吸収冷凍機を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の１態様は、少なくとも吸収器と凝縮器にプレート式熱交換器を用いた吸収冷凍機であって、冷却水を前記吸収器と凝縮器のプレート式熱交換器に並列に供給すると共に、供給する冷却水の吸収器と凝縮器の分配量が、主に、それぞれのプレート式熱交換器の流体抵抗で決まるように構成されていることを特徴とするものである。
前記吸収冷凍機において、吸収器と凝縮器に用いるプレート式熱交換器は、プレートの形状が同一で、その枚数が異なっているのが良い。
本発明は、プレート式熱交換器の流体抵抗を考慮することで、冷却水の分配量を調節したものであり、その原理は、配管における流体抵抗よりも、熱交換器部分における流体抵抗が大きく、支配的である点を利用している。
吸収器をプレート式熱交換器にすると、冷却水と吸収溶液とを完全な向流型にすることができ、吸収溶液が入口で高いことを利用して、冷却水出口温度をある程度高くすることができる。
吸収器（Ａ）と凝縮器（Ｃ）に、熱量に比例した流量を流すと、冷却水の出入口温度差（温度上昇）は同じになる。
QA＝GA×Cp×ΔTA
QC＝GC×Cp×ΔTC
QA／QC＝GA／GCのとき、ΔTA＝ΔTC
冷却水の入口温度は同じなので、出口温度も同じになる。
ここで、QAは吸収器から冷却水への出熱量であり、QCは凝縮器から冷却水への出熱量であり、GAは吸収器に流す冷却水の流量であり、GCは凝縮器に流す冷却水の流量であり、Cpは比熱である。また、ΔTAは吸収器における冷却水の入口温度と出口温度の差であり、ΔTCは凝縮器における冷却水の入口温度と出口温度の差である。
吸収器側の流量を少な目にして、凝縮器側への流量を多くすることにより、凝縮温度を下げて、結果的に高温再生器の圧力と溶液温度を下げることができ、腐食の抑制に効果がある。ΔTA＞ΔTCとすることにより、これが実現できる。
本発明では、冷却水を吸収器に６０〜６７％、凝縮器に４０〜３３％程度の分配量にして流し、吸収器出口温度を凝縮器出口温度よりも高めにすることで、高温再生器の圧力低下、溶液温度の低下が可能で、腐食の抑制ができることが確認された。
そして、冷却水を吸収器に６０〜６７％、凝縮器に４０〜３３％程度に分配して流すためには、プレート式熱交換器を使用した場合は、水の流体抵抗が主に熱交換器部分の抵抗で決まるために、プレート式熱交換器のプレート枚数を、吸収器と凝縮器で６７：３３〜６０：４０の比とすることにより達成できる。
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、プレート式熱交換器を用いた本発明の吸収冷凍機の一例を示す単効用の吸収冷凍機の全体構成図である。
図１において、Ａは吸収器、Ｇは再生器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、ＳＨは溶液熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＦＰは冷媒ポンプ、Ｈ１〜Ｈ４はプレート式熱交換器、１〜４は溶液流路、５，６は冷媒流路、７〜１０は冷却水流路、１１は冷水流路、１２は熱源流路である。
この吸収冷凍機について説明すると、濃溶液は、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気を吸収器Ａで吸収して希溶液となり、溶液ポンプＳＰにより流路１から溶液熱交換器ＳＨの被加熱側を通り、流路２から再生器Ｇに導入される。再生器Ｇに導入された希溶液は、熱源１２により加熱されて冷媒を蒸発して濃溶液となり、流路３から溶液熱交換器ＳＨの加熱側を通り、流路４から吸収器Ａに導入され、再び冷媒蒸気を吸収して希溶液となり循環される。
一方、冷媒は、再生器Ｇで蒸発して冷媒蒸気となり、凝縮器Ｃに至り凝縮し、冷媒液となって流路５から蒸発器Ｅに導入される。導入された冷媒液は、冷媒ポンプＦＰにより流路６から蒸発器Ｅに循環されながら蒸発され、冷水１１を冷却する。蒸発した冷媒は、吸収器Ａに至り濃溶液に吸収されて、再生器Ｇに至り蒸発され循環する。
冷却水は、流路７から導入され、流路８、９に分岐して、吸収器Ａと凝縮器Ｃにそれぞれ導入され、流路１０から排出される。
図２は、プレート式熱交換器を用いた本発明の吸収冷凍機の別の一例を示す二重効用吸収冷温水機の全体構成図である。
図２において、Ａは吸収器、Ｇは低温再生器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、ＧＨは高温再生器、ＨＳＨは高温溶液熱交換器、ＳＨは低温溶液熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＦＰは冷媒ポンプ、Ｈ １ 〜Ｈ ４ はプレート式熱交換器、１〜４，１５〜１８は溶液流路、５，６，１３，１４は冷媒流路、７〜１０は冷却水流路、１１は冷水流路、１２は加熱熱源である。
この吸収冷温水機について説明すると、溶液経路としては、濃溶液は、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気を吸収器Ａで吸収して希溶液となり、溶液ポンプＳＰにより流路１から低温溶液熱交換器ＳＨの被加熱側を通り、分岐され、管路１５から高温溶液熱交換器ＨＳＨの被加熱側を通り、管路１６から高温再生器ＧＨに導入される。高温再生器ＧＨでは希溶液は加熱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管路１７を通り高温溶液熱交換器ＨＳＨで熱交換され、管路１８から低温再生器Ｇからの濃溶液管路３に合流する。
分岐された希溶液の残りは、管路２から低温再生器Ｇ導入され、低温再生器では高温再生器からの冷媒蒸気１３により加熱濃縮された後、管路３で濃溶液管路１８と合流して低温溶液熱交換器ＳＨの加熱側を通り、管路４から吸収器Ａに導入され、再び冷媒蒸気を吸収して希溶液となり循環される。
一方冷媒経路としては、高温再生器ＧＨで発生した冷媒蒸気は、管路１３から低温再生器Ｇ内に導かれ低温再生器Ｇ内の希溶液を加熱濃縮し冷媒蒸気を発生させて凝縮し、管路１４を経て凝縮器Ｃに至る。低温再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は凝縮器Ｃで凝縮し、高温再生器からの冷媒とともに、冷媒液となって流路５から蒸発器Ｅに導入される。導入された冷媒液は、冷媒ポンプＦＰにより流路６から蒸発器Ｅに循環されながら蒸発され、冷水１１を冷却する。蒸発した冷媒は、吸収器Ａに至り、濃溶液に吸収されて、高温再生器ＧＨ、低温再生器Ｇに至り蒸発され循環する。
冷却水は、流路７から導入され、流路８，９に分岐して、吸収器Ａと凝縮器Ｃにそれぞれ導入され、流路１０から排出される。
このようなサイクルにおいて、本発明では、吸収器Ａ、再生器Ｇ（低温再生器）、凝縮器Ｃ、蒸発器Ｅのそれぞれの熱交換にプレート式熱交換器Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４を用いている。
図３は、冷却水を通す吸収器Ａと凝縮器Ｃのプレート式熱交換器部分のみの一例を示す拡大断面図である。この例では、プレート式熱交換器Ｈ１，Ｈ３のプレートＰの枚数が吸収器Ａでは１２枚、凝縮器Ｃでは６枚である。
この場合、プレート枚数の配分比は、吸収器：凝縮器＝１２／（１２＋６）：６／（１２＋６）＝６７：３３となり、このようにプレート枚数に差をつけることで、それぞれに供給される冷却水の量を好適に分配することができる。
前記の説明は、二重効用の吸収冷温水機について行ったが、本発明は冷却水で冷却する吸収器と凝縮器を有するものなら、単効用あるいは多重効用の吸収冷凍機や吸収冷温水機に同様に適用することができる。
また、本発明で使用できるプレート式熱交換器は、ある程度の通水抵抗を有し、同一のプレートで構成され、プレートの数だけが相違するプレート式熱交換器を吸収器と凝縮器の両方に用いるならば、公知のプレート式熱交換器のいずれも使用できる。
本発明によれば、吸収器と凝縮器にプレート式熱交換器を用い、その熱交換器中のプレート数を変えるだけの簡単な装置構成により吸収器と凝縮器に通水する冷却水の分配量を調節でき、分配量を調節するための流量調節弁を必要とせず、操作上の問題のない吸収冷凍機を提供できる。
本発明は、吸収器と凝縮器とを有した吸収冷凍機や吸収冷温水機に利用可能である。
図１は本発明の一例を示すプレート式熱交換器を用いた吸収冷凍機の全体構成図である。 図２はプレート式熱交換器を用いた本発明の吸収冷凍機の別の一例を示す二重効用吸収冷温水機の全体構成図である。 図３は図１および図２の吸収器と凝縮器のプレート式熱交換器部分の拡大断面図である。 図４は従来の吸収冷凍機の全体構成図である。

Claims (2)

  1. 少なくとも吸収器と凝縮器にプレート式熱交換器を用いた吸収冷凍機であって、冷却水を前記吸収器と凝縮器のプレート式熱交換器に並列に供給すると共に、供給する冷却水の吸収器と凝縮器の分配量が、主に、それぞれのプレート式熱交換器の流体抵抗で決まるように構成されていることを特徴とする吸収冷凍機。
  2. 前記吸収器と凝縮器に用いるプレート式熱交換器は、プレートの形状が同一で、その枚数が異なっていることを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
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