JP4020569B2 - 吸収冷温水機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、不凝縮ガス排出装置を備えた吸収冷温水機に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】
吸収冷温水機においては、再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、およびそれらを連結する配管部などが、炭素鋼あるいはステンレス鋼によって形成され、冷媒に水、吸収液に臭化リチウム水溶液などが用いられていると、冷媒および吸収液の水分や吸収液が機器素材の前記金属と反応し、酸化皮膜などを形成する際に水素ガスが発生する。特に、運転中は再生器により吸収液が、例えば160℃と云った高温に加熱されるため上記反応が生じ易く、水素ガスの発生が多くなる。
【0003】
また、蒸発器などは冷媒が蒸発し易いように高真空設計、例えば数百Pa(数mmHg)程度となっているため、溶接などにより気密性を高めているが、大気の浸入を完全に防止することは困難である。
【0004】
上記メカニズムで発生した水素ガスや、大気からの流入成分である窒素ガス・酸素ガスなどは、吸収冷温水機における冷却などでは凝縮することがないし、吸収液への溶解度も極めて小さいため蒸発器や吸収器の非溶液部、すなわち気相部に滞留し、次第にその濃度が高まる。
【0005】
このような不凝縮ガスの機内における圧力が高まると、蒸発器においては冷媒の蒸発が抑制されて冷凍能力が低下し、高温再生器においては再生温度・再生圧力が上昇して安全な運転ができなくなるなどの弊害あり、場合によっては吸収冷温水機の運転そのものができなくなることがあった。
【0006】
このため、循環する吸収液を利用して蒸発器あるいは吸収器の気相部から上記不凝縮ガスを抽気するための抽気装置と、この抽気装置に抽気された不凝縮ガスを貯留する不凝縮ガス室と、この不凝縮ガス室に接続され不凝縮ガス中の水素ガスだけを透過排出するパラジウム金属あるいはパラジウム合金製の水素排出管とを備えるようにした吸収冷温水機が既に多数提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水素ガス排出装置を備えた従来の吸収冷温水機においては、高温再生器で生成した高温の冷媒蒸気と高温の吸収液とを下胴に供給し、下胴から取り出す高温水などを用いて暖房などの加熱作用を行う際には、起動時に下胴の圧力が不凝縮ガス室の圧力より遥かに大きくなり、吸収液が不凝縮ガス室まで上がって水素排出管の寿命を縮めることがあったので、抽気装置と下胴との間に開閉弁を設け、この開閉弁を暖房運転期間中は閉じて前記不都合が生じないようにしていた。
【0008】
すなわち、暖房運転期間中は抽気装置と下胴との間を遮断しているので、前記不都合は生じないものの、暖房運転期間中は水素ガスの排出が行えないと云った問題点があり、したがって、暖房運転期間中にも水素ガスの排出が問題なく行えるようにする必要があり、その解決が課題とされていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来技術の課題を解決するための具体的手段として、高温再生器と、低温再生器と凝縮器を収納した上胴と、蒸発器と吸収器を収納した下胴と、機内を循環する吸収液を用いて機内の不凝縮ガスを抽気する抽気装置と、この抽気装置に連通し抽気した不凝縮ガスを貯留する不凝縮ガス室と、この不凝縮ガス室に連通し不凝縮ガス中の水素ガスを透過させて排出する水素排出器とを備えた吸収冷温水機において、
【0013】
前記不凝縮ガス室を冷媒受容器内に設置し、前記冷媒受容器と前記高温再生器が開閉弁を備えた冷媒管で連結され、暖房運転のとき、前記開閉弁を開いて前記高温再生器で生成された冷媒蒸気によって前記不凝縮ガス室が加熱されるようにした第1の構成の吸収冷温水機と、
【0014】
不凝縮ガス室を下胴内に設け、水素排出器を下胴外に設けるようにした第2の構成の吸収冷温水機と、
【0015】
不凝縮ガス室に電熱線を設けるようにした第3の構成の吸収冷温水機と、
を提供することにより、前記した従来技術の課題を解決するものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
〔第1の実施形態〕
本発明の第1の実施形態を図1に基づいて詳細に説明する。
図1に例示した吸収冷温水機は、冷水または温水を図示しない負荷に循環供給することのできる二重効用吸収冷温水機であり、冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム(LiBr)水溶液を使用したものである。
【0017】
図において、1は下胴であり、この下胴1に蒸発器2と吸収器3が収納されている。4は上胴であり、この上胴4に低温再生器5と凝縮器6が収納されている。7は高温再生器であり、バーナ8を備えている。また、9、10はそれぞれ低温熱交換器と高温熱交換器である。
【0018】
11は抽気装置であり、エゼクタ12、分離槽13、抽気タンク14を備えている。15は不凝縮ガス室であり、水素排出管16を備えている。また、17は蒸発器2内の伝熱管17Aに接続された冷/温水管、18は吸収器3内の伝熱管18A、凝縮器6内の伝熱管18Bに接続された冷却水管である。また、P1は吸収液ポンプ、P2は冷媒ポンプ、V1〜V5は開閉弁である。そして、それぞれが図に示すように設けられている。
【0019】
上記のように構成した吸収冷温水機においては、開閉弁V4を開弁し、開閉弁V1、V2、V3、V5を閉弁し、冷却水管18に冷却水を流しながら、高温再生器7のバーナ8に点火すると、高温再生器7においては吸収液が加熱されて沸騰し、冷媒蒸気が吸収液から分離する。これにより、稀吸収液管20を介して吸収器3から高温再生器7に供給された稀吸収液が濃縮され中間吸収液となる。
【0020】
高温再生器7で生成した冷媒蒸気は冷媒蒸気管25を経由して低温再生器5へ流れる。そして、この冷媒蒸気は、低温再生器5で伝熱管25Aの内部を流れ、高温再生器7から中間吸収液管21、高温熱交換器10、中間吸収液管22を介して供給される中間吸収液を加熱し、自身は温度を下げて凝縮し冷媒液となって凝縮器6へ流れる。
【0021】
加熱された中間吸収液からは冷媒蒸気が発生し、凝縮器6へ流れる。低温再生器5から凝縮器6に入った冷媒蒸気は伝熱管18Bの内部を流れる冷却水で冷却されて凝縮し、低温再生器5から流れて来た冷媒液と共に冷媒液流下管26を通って蒸発器2へ流下する。
【0022】
蒸発器2の底部に溜まった冷媒液は、冷媒ポンプP2の運転によって蒸発器2内の伝熱管17Aの上に散布され、伝熱管17A内を流れる冷水から熱を奪って蒸発する。この冷媒の蒸発によって冷却され温度が低下した冷水が、冷/温水管17を介して冷却負荷に供給され、冷房などに供される。
【0023】
吸収器3に入った冷媒蒸気は、中間吸収液から冷媒が蒸発し、吸収液濃度が一層高まって低温再生器5から濃吸収液管23、低温熱交換器9、濃吸収液管24を介して供給され、伝熱管18Aの上に散布される濃吸収液に吸収される。
【0024】
吸収器3で冷媒蒸気を吸収して吸収液濃度が低下した吸収液、すなわち稀吸収液は吸収液ポンプP1の駆動力により送り出され、低温熱交換器9および高温熱交換器10で予熱されて高温再生器7に戻される。
【0025】
また、吸収液ポンプP1の駆動力により送り出された吸収液の一部は、吸収液導入管20Xを経由して抽気装置11のエゼクタ12へ流れる。そして吸収器3の気相部に滞留している蒸気がガス導入管29を介してエゼクタ12に引かれ、その内の不凝縮ガスが抽気装置11の分離槽13にて吸収液と分離して抽気タンク14に溜まる。抽気タンク14の吸収液は、吸収液還流管30を経由して吸収器3へ戻される。
【0026】
抽気タンク14に溜まった不凝縮ガスは、抽気タンク14の上部に連結された連通管31を介して不凝縮ガス室15に流れる。不凝縮ガス室15に入った不凝縮ガスに含まれる水素ガスは、所定の温度に加熱されたパラジウム金属またはパラジウム合金(例えば銀との合金)製の水素ガス排出管16の管壁を介して機外に排出される。
【0027】
一方、開閉弁V1〜V5を開弁し、冷却水管18に冷却水を流すことなく高温再生器7のバーナ8に点火したときにも、高温再生器7においては吸収液が加熱されて沸騰し、冷媒蒸気が吸収液から分離する。
【0028】
高温再生器7で生成した冷媒蒸気は、圧力差の関係から冷媒蒸気管25、25Xを経由して吸収器3へ流れ、高温再生器7で冷媒が蒸発して濃縮された吸収液も中間吸収液管21、21Xを経由して吸収器3へ流れる。
【0029】
そして、吸収器3に入った冷媒蒸気と吸収液とが、同じ下胴1内にある蒸発器2内の伝熱管17A内を流れる水を加熱し、この加熱された水、すなわち温水が冷/温水管17を介して加熱負荷に供給され、暖房などに供される。
【0030】
下胴1と不凝縮ガス室15とは、連通管32を介して連通しているので、不凝縮ガス室15の内圧は高温の冷媒蒸気が流入する下胴1の内部とほぼ同じ圧力になる。このため、高温再生器7で生成した高温の冷媒蒸気と吸収液が下胴1に流入し始める起動時においても、下胴1と不凝縮ガス室15とに大きな圧力差が生じることはなく、抽気タンク14の吸収液が不凝縮ガス室15まで押し上げられることがない。
【0031】
なお、伝熱管17A内を流れる水を加熱して凝縮した冷媒は、冷媒液管28を経由して吸収器3に流れ、中間吸収液管21、21Xを経由して高温再生器7から流入する吸収器3内の吸収液と混合(吸収)され、吸収液ポンプP1の駆動力により高温再生器7に戻される。
【0032】
この暖房運転期間中も、吸収液ポンプP1の駆動力により送り出された吸収液の一部は、吸収液導入管20Xを経由して抽気装置11のエゼクタ12へ流れるので、吸収器3の気相部に滞留している蒸気はガス導入管29を介してエゼクタ12に引かれ、その内の不凝縮ガスが抽気装置11の分離槽13にて吸収液と分離して抽気タンク14に溜まり、不凝縮ガス室15に入る。
【0033】
しかし、不凝縮ガス室15に入った水素ガスを含む不凝縮ガスは、連通管32を介して蒸発器2に流れ出るためと、不凝縮ガス室15には連通管32を介して冷媒蒸気も多量に流入しているためか、水素排出管16を介して機外に排出される水素ガスの量はそれほど多くない。
【0034】
一方、バーナ8による吸収液の加熱を停止する夜間などの運転停止時には、機内温度が低下して冷媒蒸気は凝縮するので、不凝縮ガス室15内においても冷媒の蒸気分圧は低下し、水素ガス比率が上昇して水素排出管16を介して機外に排出される水素ガスの量は確実に増加する。このため、機内で発生した拡散速度の速い水素ガスは、水素分圧の低下した不凝縮ガス室15に連通管32を介して入り、水素排出管16を介して排出され続ける。
【0035】
〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態を図2に基づいて説明する。
図2に例示した第2の実施形態の吸収冷温水機が、前記図1に示した第1の実施形態の吸収冷温水機と相違する点は、連通管32の取り付け位置だけである。
【0036】
すなわち、前記図1に示した第1の実施形態の吸収冷温水機においては、連通管32は不凝縮ガス室15と下胴1とを連通し、図2に例示した第2の実施形態の吸収冷温水機においては、連通管32は不凝縮ガス室15と上胴4とを連通している。
【0037】
そして、冷/温水管17を介して冷水を負荷に循環供給する冷房運転のときには開閉弁V4だけを開弁して運転し、冷/温水管17を介して温水を負荷に循環供給する暖房運転のときには開閉弁V1〜V5の全ての開閉弁を開弁して運転する点は、前記第1の実施形態の吸収冷温水機と全く同じである。
【0038】
したがって、この第2の実施形態の吸収冷温水機においても、暖房運転開始時は不凝縮ガス室15と上胴4とは殆ど同じ圧力であり、しかも上胴4と下胴1の圧力も殆ど同じであるので、その運転開始時に抽気タンク14の吸収液が不凝縮ガス室15まで押し上げられることを回避でき、暖房運転中に機内で発生する水素ガスを夜間などの運転停止中に不凝縮ガス室15に集め、その水素排出管16を介して機外に排出することができる。
【0039】
〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態を図3に基づいて説明する。
図3に例示した第3の実施形態の吸収冷温水機が、前記図面に示した第1、第2の実施形態の吸収冷温水機と相違する点も、連通管32の取り付け位置だけである。
【0040】
すなわち、図3に示した第3の実施形態の吸収冷温水機においては、連通管32は不凝縮ガス室15と高温再生器7とを連通している。
【0041】
そして、冷/温水管17を介して冷水を負荷に循環供給する冷房運転のときには開閉弁V4だけを開弁して運転し、冷/温水管17を介して温水を負荷に循環供給する暖房運転のときには開閉弁V1〜V5の全ての開閉弁を開弁して運転する点は、前記第1、第2の実施形態の吸収冷温水機と全く同じである。
【0042】
したがって、この第3の実施形態の吸収冷温水機においても、暖房運転開始時は不凝縮ガス室15と高温再生器7とは殆ど同じ圧力であり、しかも高温再生器7と下胴1の圧力も殆ど同じであるので、その運転開始時に抽気タンク14の吸収液が不凝縮ガス室15まで押し上げられることを回避でき、暖房運転中に機内で発生する水素ガスを夜間などの運転停止中に不凝縮ガス室15に集め、その水素排出管16を介して機外に排出することができる。
【0043】
〔第4の実施形態〕
本発明の第4の実施形態を図4に基づいて説明する。
図4に例示した第4の実施形態の吸収冷温水機においては、前記図面に示した第1〜第3の実施形態の吸収冷温水機が備えていた不凝縮ガス室15を冷媒受容器33内に設置し、この冷媒受容器33と冷媒蒸気管25とが開閉弁V5を備えた連通管32によって連結されている。
【0044】
そして、冷/温水管17を介して冷水を負荷に循環供給する冷房運転のときには開閉弁V4だけを開弁して運転し、冷/温水管17を介して温水を負荷に循環供給する暖房運転のときには開閉弁V1〜V5の全ての開閉弁を開弁して運転する。
【0045】
したがって、この第4の実施形態の吸収冷温水機においても、不凝縮ガス室15が暖房運転の開始時には高温再生器7で生成した冷媒蒸気によって加熱され、内圧は上昇するのでその運転開始時に抽気タンク14の吸収液が不凝縮ガス室15まで押し上げられることを回避でき、暖房運転中に機内で発生する水素ガスを夜間などの運転停止中に不凝縮ガス室15に集め、その水素排出管16を介して機外に排出することができる。
【0046】
〔第5の実施形態〕
本発明の第5の実施形態を図5に基づいて説明する。
図5に例示した第5の実施形態の吸収冷温水機においては、前記図面に示した第1〜第4の実施形態の吸収冷温水機が機外に備えていた不凝縮ガス室15を蒸発器2の内部に備え、且つ、水素排出管16が連通管16Xを介して不凝縮ガス室15に連結されて蒸発器2の外部に設けられている。
【0047】
そして、冷/温水管17を介して冷水を負荷に循環供給する冷房運転のときには開閉弁V4だけを開弁して運転し、冷/温水管17を介して温水を負荷に循環供給する暖房運転のときには開閉弁V1〜V4の全ての開閉弁を開弁して運転する。
【0048】
したがって、この第5の実施形態の吸収冷温水機においても、暖房運転開始時には不凝縮ガス室15の内部は蒸発器2の内部の温度上昇に少し送れて上昇し、不凝縮ガス室15内の圧力も上昇するので、その運転開始時に抽気タンク14の吸収液が不凝縮ガス室15まで押し上げられることを回避でき、暖房運転期間中も機内で発生する水素ガスを不凝縮ガス室15に集め、その水素排出管16を介して機外に排出することができる。
【0049】
〔第6の実施形態〕
本発明の第6の実施形態を図6に基づいて説明する。
図6に例示した第6の実施形態の吸収冷温水機においては、前記図面に示した第1〜第5の実施形態の吸収冷温水機が備えていた不凝縮ガス室15を、電気ヒータ34によって加熱可能に設けている。
【0050】
そして、冷/温水管17を介して冷水を負荷に循環供給する冷房運転のときには開閉弁V4だけを開弁して運転し、冷/温水管17を介して温水を負荷に循環供給する暖房運転のときには開閉弁V1〜V4の全ての開閉弁を開弁して起動する点は、前記第5の実施形態の吸収冷温水機と全く同じである。
【0051】
したがって、この第6の実施形態の吸収冷温水機においても、暖房運転開始時には不凝縮ガス室15の内部は蒸発器2の内部と同様に温度が上昇し、不凝縮ガス室15内の圧力も上昇するので、その運転開始時に抽気タンク14の吸収液が不凝縮ガス室15まで押し上げられることを回避でき、暖房運転期間中も機内で発生する水素ガスを不凝縮ガス室15に集め、その水素排出管16を介して機外に排出することができる。
【0052】
その場合、電気ヒータ34による加熱は、不凝縮ガス室15内外の適宜の部位の温度に基づいて制御しても良いし、分離槽13の吸収液の液面レベルに基づいて制御するようにしても良い。
【0053】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【0054】
例えば、図1、図2、図3に示した第1〜第3の実施形態の吸収冷温水機においては、連通管31の開閉弁V4と不凝縮ガス室15との間の部分、連通管32の開閉弁V5と不凝縮ガス室15との間の部分とを連結し、一本の連通管として不凝縮ガス室15に連結するようにしても良い。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の吸収冷温水機によれば暖房運転開始時にも抽気タンク内の吸収液が不凝縮ガス室まで押し上げられることがないようにすることができるし、暖房運転期間中も機内で発生する水素ガスを不凝縮ガス室に集めて水素排出器を介して排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態を示す説明図である。
【図2】第2の実施形態を示す説明図である。
【図3】第3の実施形態を示す説明図である。
【図4】第4の実施形態を示す説明図である。
【図5】第5の実施形態を示す説明図である。
【図6】第6の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 下胴
2 蒸発器
3 吸収器
4 上胴
5 低温再生器
6 凝縮器
7 高温再生器
8 バーナ
9 低温熱交換器
10 高温熱交換器
11 抽気装置
12 エゼクタ
13 分離槽
14 抽気タンク
15 不凝縮ガス室
16 水素排出管
17 冷/温水管
17A 伝熱管
18 冷却水管
20 稀吸収液管
20X 吸収液導入管
21・21X・22 中間吸収液管
23・24 濃吸収液管
25・25X 冷媒蒸気管
26 冷媒液流下管
27 冷媒循環管
28 冷媒液管
29 ガス導入管
31・32 連通管
33 冷媒受容器
34 電気ヒータ
P1 吸収液ポンプ
P2 冷媒ポンプ
V1〜V5 開閉弁
Claims (3)
- 高温再生器と、低温再生器と凝縮器を収納した上胴と、蒸発器と吸収器を収納した下胴と、機内を循環する吸収液を用いて機内の不凝縮ガスを抽気する抽気装置と、この抽気装置に連通し抽気した不凝縮ガスを貯留する不凝縮ガス室と、この不凝縮ガス室に連通し不凝縮ガス中の水素ガスを透過させて排出する水素排出器とを備えた吸収冷温水機において、前記不凝縮ガス室を冷媒受容器内に設置し、前記冷媒受容器と前記高温再生器が開閉弁を備えた冷媒管で連結され、暖房運転のとき、前記開閉弁を開いて前記高温再生器で生成された冷媒蒸気によって前記不凝縮ガス室が加熱されるようにしたことを特徴とする吸収冷温水機。
- 高温再生器と、低温再生器と凝縮器を収納した上胴と、蒸発器と吸収器を収納した下胴と、機内を循環する吸収液を用いて機内の不凝縮ガスを抽気する抽気装置と、この抽気装置に連通し抽気した不凝縮ガスを貯留する不凝縮ガス室と、この不凝縮ガス室に連通し不凝縮ガス中の水素ガスを透過させて排出する水素排出器とを備えた吸収冷温水機において、不凝縮ガス室を下胴内に設け、水素排出器を下胴外に設けたことを特徴とする吸収冷温水機。
- 高温再生器と、低温再生器と凝縮器を収納した上胴と、蒸発器と吸収器を収納した下胴と、機内を循環する吸収液を用いて機内の不凝縮ガスを抽気する抽気装置と、この抽気装置に連通し抽気した不凝縮ガスを貯留する不凝縮ガス室と、この不凝縮ガス室に連通し不凝縮ガス中の水素ガスを透過させて排出する水素排出器とを備えた吸収冷温水機において、不凝縮ガス室に電熱線を設けたことを特徴とする吸収冷温水機。
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