JP4031377B2 - 吸収式冷温水機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収器の性能を改善した吸収式冷温水機、詳しくは、吸収器、低温再生器、高温再生器、蒸発器、凝縮器、溶液熱交換器などを有し、二重効用の効果を有する二重効用形吸収式冷温水機、又は吸収器、低温再生器、中温再生器、高温再生器、蒸発器、凝縮器、溶液熱交換器などを有し、三重効用の効果を有する三重効用形吸収式冷温水機などの多重効用形吸収式冷温水機において、吸収器へ散布する吸収液の量と伝熱管配置を有効に組み合わせることにより、既存の二段吸収サイクルのような構造・配置・液散布などの複雑な方式を採用しなくても、吸収器の性能を改善し、通常の吸収器より性能が上がり、容易に二段吸収に近い性能・効果を得ることができる多重効用形の吸収式冷温水機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、蒸気式二重効用形吸収式冷温水機として、図１０に例示したようなものが知られている（図１０は一例として、冷水を得る場合を示している）。この吸収式冷温水機は、吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）が吸収器ａから低温再生器ｃを経て高温再生器ｅに流されるというリバースサイクルを構成している。この吸収式冷温水機における吸収サイクルを説明すると、まず、吸収器ａで多量の冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた吸収液（稀吸収液）が吸収器ａから低温熱交換器ｂに送給され、この低温熱交換器ｂにより加熱された後に低温再生器ｃに送給される。前記稀吸収液は、この低温再生器ｃにおいて低温再生され、吸収している冷媒の一部を放出し濃度がその分高くなって中間濃度の吸収液（中間吸収液）となる。次に、この中間吸収液は、低温再生器ｃから高温熱交換器ｄに送給され、この高温熱交換器ｄにより加熱された後に高温再生器ｅに送給される。
【０００３】
前記中間吸収液は、この高温再生器ｅにおいて高温再生され、吸収している冷媒（例えば、水蒸気）の一部を放出し濃度がさらに高くなって高濃度の吸収液（濃吸収液）となる。そして、この濃吸収液が前記高温熱交換器ｄの加熱側に前記中間吸収液を加熱する加熱源として戻され、さらに、低温熱交換器ｂの加熱側に前記稀吸収液を加熱する加熱源として戻された後、前記吸収器ａに帰還する。この帰還した濃吸収液は吸収器ａにおいて伝熱管上に散布され、冷却水により冷却されながら再び冷媒蒸気を吸収して前記稀吸収液となる。
【０００４】
このような蒸気式二重効用形吸収式冷温水機においては、前記高温再生器ｅには蒸気ボイラｆから高温の蒸気（スチーム）が加熱源として供給されるようになっており、この蒸気により中間吸収液が加熱されて吸収していた冷媒が放出され、この放出された冷媒蒸気は、低温再生器ｃにこの低温再生器ｃでの加熱源として利用された後、凝縮器ｇに戻されて凝縮する。凝縮器ｇからの冷媒液（例えば、水）は蒸発器ｈに入り、この凝縮した冷媒液が冷媒ポンプにより蒸発器ｈの伝熱管（水が流通している）に散布され蒸発潜熱により冷却されて冷水が得られる。
また、低温再生器ｃからの吸収液配管ｉと、高温熱交換器ｄと低温熱交換器ｂとの間の加熱側の吸収液配管ｊとを接続するバイパス管ｋが設けられ、低温再生器ｃを出て高温再生器ｅへ供給される中間濃縮吸収液の一部を、吸収器ａへ戻る濃吸収液配管にバイパスさせるように構成されている。
【０００５】
ボイラは通常、単独で運転する場合の制御は、外部の負荷変化によって変化するボイラ出口部の蒸気圧力変化を検出して、蒸気圧力が定められた圧力範囲内に入るように燃焼量を制御している。また、運転中はボイラ内の保有水が定められた水位の範囲内に入るよう給水ポンプを発停制御して水位を制御している。
一方、図１０に示すような従来の吸収式冷温水機においては、外部の負荷変化によって変化する冷温水機出口部又は入口部の冷水温度変化を検出して、冷温水機出口部又は入口部の温度が定められた温度になるよう、供給される熱源の量を制御している。
【０００６】
上記のボイラと吸収式冷温水機については、インターロックを組んで連動運転をするなどの運転システムがあるが、制御はそれぞれ独立しているのが通常の運転システムである。ボイラは内部圧力が大気圧を越える圧力容器に該当し、吸収式冷温水機は内部圧力が大気圧力以下の真空容器に該当する。このため、従来は両者を一体にして運転、制御することなどは無理なこととしてあきらめられていた。しかし、環境問題などから、さらに省エネルギーとなる冷温水機の開発が求られている。
吸収式冷温水機は、内部を循環し熱エネルギーの交換をする媒体として、例えば臭化リチウム水溶液を保有している。一般的には吸収液と呼ばれ、冷媒となる水を吸収、蒸発させることによって冷房効果を発揮するよう構成されている。
【０００７】
図１０に示すような、蒸気ボイラｆを組み合わせた従来の蒸気式二重効用吸収式冷温水機においては、以下のような不都合がある。
蒸気ボイラｆはそれ自体が大型であり吸収式冷温水機全体の大型化を招くことになる。しかも、その蒸気ボイラｆを運転させるには吸収式冷温水機の系とは別の系の給水、加熱後の蒸気ドレンの回収、および薬品の注入等が必要になるなど省エネルギーの要請に反する上に、それらのための付随設備が必要になり装置の大型化を助長している。しかるに、前記蒸気ボイラｆが吸収式冷温水機に対し貢献するのは単に加熱源を供給するという役割をのみ果たすに止まっており、蒸気ボイラｆでの燃焼のための燃料消費に見合う効果を充分に得ているとは言い難い。その上、法規制上も、取り扱い者として所定の有資格者や検査等が必要になるという煩わしさを伴うものとなる。
【０００８】
吸収式冷温水機とボイラを一体化して安定した運転を行うためには、ボイラとして必要な安全装置と、吸収式冷温水機として必要な、例えば、冷水温度制御装置を結合させ、安定して安全な運転が継続できるようにする必要がある。
吸収式冷温水機とボイラを一体化して運転を行う場合には、蒸気の圧力制御はあまり重要な条件にはならない。それよりも、吸収式冷温水機として求められている冷水温度を安定して供給することが重要になり、例えば、冷水温度が安定して供給できるよう加熱源のコントロールを十分に行うことが重要になる。
一方、ボイラでは吸収式冷温水機が負荷変化などにより冷水温度が変化し加熱源の量をコントロールする信号が出て、蒸気圧力が変動したり、内部保有水の水位が急激に変動しても連続して運転ができるように制御されなくてはならない。
【０００９】
そこで、吸収式冷温水機の冷水温度制御とボイラの燃焼量制御を一対の制御とすると、別にボイラの蒸気圧変化、水位変化を検出して、吸収式冷温水機に装備されている吸収液ポンプの回転数を制御して吸収液の循環量を制御する制御システムを構築して、ボイラの運転中の影響を少なくする制御を行うことにより、吸収式冷温水機とボイラを一体化しても、ボイラの安定して安全な燃焼コントロールと吸収式冷温水機としての安定した冷水温度制御が可能になる。
そのための制御として、蒸気温度もしくは圧力検出による吸収液ポンプの回転数制御、又は運転液面検出による吸収液ポンプの回転数制御が重要な要件になる。
しかし、その際にもボイラとして要求される安全弁、低水位燃焼遮断装置、給水装置は装備しておかなければならない。
【００１０】
本出願人は、貫流方式ボイラ又は貫流方式ボイラと同等の構造を持つ高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、熱交換器類、溶液ポンプ、冷媒ポンプ及び排ガス熱交換器を有する三重効用形吸収式冷温水機を開発しているが、この三重効用形吸収式冷温水機において、液面検出器が正常に作動しないと高温再生器の空缶運転などによる重大な事故を引き起こす恐れがある。
その為には、液面検出器が正常に作動していることを容易に監視、チェックできることが重要になり、監視、チェックが容易に行える機能が運転制御装置に備えられていなければならない。
通常、吸収式冷温水機の起動時は内部の圧力バランスが取れていないために吸収液の循環量は安定せず、高温再生器には多量の吸収液が供給される。そのため、吸収式冷温水機を起動すると吸収液の液面は、必ず通常の運転中液面より高くなる。
【００１１】
貫流タイプのボイラを高温再生器として、このボイラと吸収式冷温水機とを一体化し、ボイラ側でこれらの装置に異常が生じた場合には、ボイラの燃焼遮断と連動して吸収冷凍機も安全停止する制御回路を組み込むようにした連続運転の可能な省エネルギー形の安全確認機能を有する吸収式冷温水機を開発し、既に特許出願している。
【００１２】
吸収液は濃度が高く、温度が低いほど吸収力が増し、また、能力増進を目的としたアルコールを添加した場合のマランゴニー効果が活発となり、この吸収液を吸収器へ散布した場合に吸収器の性能改善に効果があることが知られている。
また、高性能管などを利用して吸収液の熱交換、伝熱性能を良くする工夫もされている。さらに、二段吸収方式により２つの吸収器、蒸発器を設け、蒸発圧力の異なる空間で吸収液の濃度、温度を広い範囲で利用し高性能化を図る例もある。
しかし、吸収液が上から下へ流下して冷媒を吸収して吸収液の濃度が低下していく過程で、性能改善の効果が薄れたり、吸収器・蒸発器を２つに分けるために構造が複雑になってしまうなどの問題があり、また、吸収器を上下方向に複数段の管群に仕切り、各段毎に溶液散布管を設ける例もあるが、構造が複雑となり、また、吸収液散布量が増えることから吸収液の加熱・冷却に要する熱量が増えて省エネルギーになり難くなったり、吸収液循環ポンプが大きくなったりするなどの問題があり、簡便、かつ有効な手段ではない。
【００１３】
そのため、吸収式冷温水機における吸収器及びその伝熱管の研究は、さらなる改善、改良を行う必要があり、簡便な方法として伝熱管の濡れ性の改善や伝熱管配置の各種改善が検討されている。
【００１４】
従来、吸収冷凍機として、蒸発器内の管群に散布した液冷媒が蒸発してなる冷媒ガスを吸収器中の溶液に吸収溶解させ、該吸収器を出た希薄溶液を再生器で加熱することにより高温の高濃度溶液として再生し、この高濃度溶液を前記吸収器へ戻すと共に、前記再生器で蒸発した冷媒ガスを凝縮器の管群内を流れる液冷媒で冷却する吸収冷凍機において、前記吸収器の内部に配設される伝熱管の管群を溶液排出板で上下方向に複数段に仕切り、各段毎に溶液散布管を配置した構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
また、第１蒸発器と第１吸収器とを上下に有する第１ブロックと、第２蒸発器と第２吸収器とを上下有する第２ブロックとを単一胴内に並列的に備え、冷水を前記第２蒸発器から前記第１蒸発器にシリーズに送給し、かつ吸収液を前記第１吸収器から前記第２吸収器にシリーズに送給するようにした吸収冷凍機も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
上記のように、吸収器の性能を改善する吸収式冷温水機が多く提案されているが、吸収器の吸収液散布量、伝熱管配置、冷却水側水室の仕切り（パス）を有効に組み合わせて性能改善に結びつけた例はなく、今後、吸収式冷温水機の小形化、高性能化に必要な技術となる。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００２−２４３３０９号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】
特開２０００−２６６４２２号公報（第２頁、図１）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は２パスの場合における従来の吸収器１０の概略構成を示し、図１２は図１１に示す吸収器内の熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される状態を示している。また、図１３は図１１における上段の吸収器１２の伝熱管１４の管表面を示し、図１４は図１１における下段の吸収器１６の伝熱管１８の管表面を示している。図１１における２０は吸収液散布管、２２は冷却水が反転する水室ヘッダ部である。
【００１８】
吸収器伝熱管の管外上部から散布された吸収液は、上部から下部へ流下して行く過程で、蒸発器で蒸発した冷媒を吸収し、流下する吸収液の濃度は上部から下部へ流下するにしたがって濃度が低下していく。吸収液濃度が高い吸収器上部では、図１３に示すように、上段の伝熱管１４の上で吸収液が均一に広がり、管１４表面を吸収液が伝わって流下し、吸収器の所定の性能を得ることができる。しかし、吸収器下部では吸収液の濃度が下がり能力増進剤（アルコール）の効果も薄れることから、図１４に示すように、下段の伝熱管１８の上で吸収液が広がり難くなり、吸収液が均一に広がらず、伝熱管表面で乾いた部分２４が現れて所定の吸収能力が得られなくなる。
そのために、吸収器では上部と下部で性能のバラツキが起こり、平均化した時の吸収器性能が所定値に達しないなどの問題が起こる。
【００１９】
図１５は３パスの場合における従来の吸収器１０ａの概略構成を示し、図１６は図１５に示す吸収器内の熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される状態を示している。図１５における２６は中段の吸収器、２８は中段の吸収器２６の伝熱管、３０、３２は冷却水が反転する水室ヘッダ部である。この場合も、上段の吸収器の伝熱管１４ａでは、図１３で示す状態と同様の状態が生じ、中段の吸収器の伝熱管２８及び下段の吸収器の伝熱管１８ａでは、図１４で示す状態と同様の状態が生じる。
そこで、吸収器下部の性能改善を主目的として改良・改善を加え、その結果として吸収器の性能改善（アップ）、そして吸収式冷温水機の小形化につなげるように構成することが要求される。
【００２０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、吸収器上部から散布する吸収液の一部、例えば、２０〜５０％をバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で上部から流下する吸収液に混ぜて吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、また、管表面に吸収液が均一に広がるようにして伝熱管表面の乾いている部分を無くし、吸収器下部の性能を改善するようにした吸収式冷温水機を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の吸収式冷温水機は、二重効用形吸収式冷温水機、三重効用形吸収式冷温水機などの多重効用形吸収式冷温水機において、吸収器の伝熱管の表面に吸収液を散布するための上段吸収液散布管が、吸収器の上部に設けられ、この上段吸収液散布管に吸収液供給管が接続され、この吸収液供給管に吸収液分岐管が接続され、この吸収液分岐管に、吸収器における中段以降の伝熱管の表面に吸収液を散布するための中段吸収液散布管が接続されて、吸収器上部から散布する吸収液の一部をバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で、上部から流下する吸収液に混合して吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、かつ、管表面に吸収液が軸方向に広がるようにしたことを特徴としている。
【００２２】
この吸収式冷温水機において、吸収器上部から散布する吸収液の２０〜５０％をバイパスさせるようにした構成とすることが好ましい。
【００２３】
また、上記の吸収式冷温水機において、吸収器上部から、伝熱管の間を中段まで吸収液を散布するための吸収液散布管を降下させてなるように構成するか、又は、吸収器中段の冷却水が反転する水室ヘッダ部の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するための吸収液散布管を挿入してなるように構成することが好ましい。
【００２４】
これらの吸収式冷温水機において、吸収器上部から、伝熱管の間に中段まで吸収液を散布ための吸収液散布管を降下させ、バイパスした吸収液を散布する位置を、冷却水が反転する水室ヘッダ部の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するようにした構成とすることが好ましい。
この場合、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管配置を千鳥状配置とし、下部を格子状配置とした構成とすることが好ましい。
また、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管を平管又はフィン高さが０．１〜０．３mmの高性能管とし、下部をフィン高さ０．３〜０．５mmの高性能管とした構成とすることが好ましい。
【００２５】
吸収器は伝熱管の外部を流下する吸収液と、管内部を流れる冷却水により熱交換が行われる。吸収液の濃度をあまり上げ過ぎると管外で吸収液が結晶し、冷却水の温度をあまり下げ過ぎるとやはり管外の吸収液が結晶する問題があることから、通常、吸収式冷温水機では、吸収器入口の吸収液濃度は６０〜６４％の範囲で制御され、冷却水温度は２７〜３２℃程度の範囲で運転することが推奨されている。
このように、従来から吸収式冷温水機の運転条件として広く知られ利用されている温度条件、濃度条件はあまり変えずに、吸収液の散布方法、伝熱管配置、水室内仕切パスを効果的に組み合わせて、吸収式冷温水機の構造、寸法を大きく変えることなく性能を改善するようにしている。
【００２６】
吸収器では、伝熱管の管外上部で吸収液が散布され、吸収液は蒸発器で蒸発した冷媒を吸収する。また、吸収器伝熱管の内部を冷却水が流れ、冷媒を吸収し混合熱を発生する吸収液を冷却し吸収力
（効果）が落ちないようにしている。
この時、吸収液の能力増進を目的としてアルコールを添加するのは、アルコールが吸収液の攪拌を活発にして吸収液の吸収力を増すマランゴニー効果が得られるためである。また、二段吸収方式を採用するのは、吸収器を２つの部屋に分けて内部圧力の異なる条件で、吸収液の吸収力を最大限有効に利用しようとするためである。さらに、高性能伝熱管を採用するのは伝熱管表面に凹凸を付けて吸収液の攪拌を活発にさせることと、伝熱面積を増やすためである。
【００２７】
吸収器の性能改善には、これらの条件を満たす必要があることは、以前より知られている。本発明は、これらの条件を活用してさらなる高性能化と簡易な構造で、目標の性能を得ることを目的として改善、改良を加えたものである。
【００２８】
吸収器下部の性能を改善し、吸収力が増した場合に、吸収液が吸収する冷媒蒸気の通風（流通）の傷害（圧力損失）とならないように、吸収液を途中で混ぜる位置より上の伝熱管配置を千鳥状配置として冷媒蒸気が通り易くし、混ぜる位置より下の伝熱管配置を格子状配置として伝熱面積を増やし吸収液濃度の低下している部位の吸収力不足を、広い伝熱面積でカバーするようにする。
さらには、吸収器上部の吸収液濃度が高い部分の伝熱管は、平管又は凸凹が比較的小さい高性能管（フィン高さ０．１〜０．３mm程度）を配置し、吸収器中段以下の伝熱管で吸収液を途中で混ぜる格子状配列する部分では、凸凹が大きくて伝熱面積が多く、かつ、吸収液が横に広がり易くすることを目的とした高性能伝熱管（フィン高さ０．３〜０．５mm程度）を配置する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。図１は、本発明の実施の第１形態による吸収式冷温水機における２パスの場合の吸収器を示し、図２は図１に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される場合の状態を示している。
【００３０】
図１に示すように、吸収器４０は上段吸収器４２と下段吸収器４４から構成され、吸収器４０の上段伝熱管４６の表面に吸収液を散布するための上段吸収液散布管４８が、上段吸収器４２の上側に設けられ、さらに、この上段吸収液散布管４８に吸収液供給管５０が接続されている。また、この吸収液供給管５０に吸収液分岐管５２が接続され、この吸収液分岐管５２に、吸収器における中段以降の伝熱管、この場合は下段伝熱管５４の表面に吸収液を散布するための中段吸収液散布管５６が接続されている。
【００３１】
このように構成された吸収式冷温水機において、吸収器上部から散布する吸収液の一部、例えば２０〜５０％を吸収液分岐管５２にバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で、上部から流下する吸収液に混合して吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、かつ、管表面に吸収液が軸方向に広がるようにする。５８は冷却水が反転する水室ヘッダ部、６０は吸収液溜まり、６２は低温吸収液ポンプである。
【００３２】
このように、散布吸収液を途中から混合させることにより、図２に示すように、吸収液の温度変化が点線から実線のように変わり、吸収液の熱交換量の変化と伝熱管外周を伝う吸収液の濡れ性が改善されることから、吸収器の性能が改善される。
【００３３】
図３は、吸収器における中段吸収液散布管５６ａを設置する一例を示し、図５は吸収器の一例を示している。本例は、上段吸収器４２の上側から、上段伝熱管４６の間を中段まで吸収液を散布するための吸収液散布管５６ａを降下させている。この場合、吸収器中段の冷却水が反転する水室ヘッダ部５８の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するための吸収液散布管５６ａを挿入して構成される。５９は仕切板、６１は伝熱管配置の隙間である。
【００３４】
この場合、吸収器上部から、伝熱管の間を中段まで吸収液を散布するための吸収液散布管５６ａを降下させ、バイパスした吸収液を散布する位置を、冷却水が反転する水室ヘッダ部５８の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するように構成することが好ましい。
【００３５】
また、図４、図６に示すように、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管、すなわち上段吸収器４２ａの上段伝熱管４６ａの配置を千鳥状配置とし、下部の下段吸収器４４ａの下段伝熱管５４ａを格子状配置とすることがある。
また、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管、すなわち上段伝熱管を平管又はフィン高さが０．１〜０．３mmの高性能管とし、下部の下段伝熱管をフィン高さ０．３〜０．５mmの高性能管とすることもある。
このように構成された吸収式冷温水機において、散布吸収液を途中から混合させることにより、下部伝熱管の外周を伝う吸収液の濡れ性が改善され、吸収器の性能が改善される。
【００３６】
図７は、本発明の実施の第２形態による吸収式冷温水機における３パスの場合の吸収器を示し、図８は図７に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される場合の状態を示している。
本実施形態は、上段伝熱管４６と下段伝熱管５４との間に中段伝熱管６４を設けるもので、下段伝熱管５４上に、中段吸収液散布管５６が設けられている。なお、この中段吸収液散布管５６を中段伝熱管６４の上側に設けることも可能である。さらに、下段伝熱管及び中段伝熱管の上側に吸収液散布管をそれぞれ設けることも可能である。６６は中段吸収器、６８、７０は冷却水が反転する水室ヘッダ部、つまり、冷却水が反転する位置を示している。他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００３７】
図９は、上記のように構成された吸収器４０又は４０ａを組み込んだ本発明の吸収式冷温水機（一例として三重効用形吸収式冷温水機の実施形態）を示している。
図９では、高温再生器として、一例として貫流方式ボイラ又はこれと同等の機能、構造を有するボイラを示しているが、本実施形態では、高温再生器として貫流式ボイラ形のものを用いる場合を示している。８０は貫流式ボイラ構造の高温再生器で、上部と下部に環状の上部管寄せ（上部ヘッダー）８２及び下部管寄せ（下部ヘッダー）８４を有し、これらの管寄せ８２、８４間に鉛直方向の多数の上昇管８６を略円筒状に配設し、上部中央部に燃焼装置８８、例えばバーナーを有し、稀吸収液を下部管寄せ８４に導入して加熱濃縮し、上部管寄せ８２から気液混合物を取り出すことができるように構成されている。９０は燃焼室である。
【００３８】
この高温再生器８０に気液混合物導管９４を介して気液分離器９６が接続されている。気液分離器９６の上部には冷媒蒸気管９８が接続され、気液分離器９６の下側部には吸収液抜出導管１００が接続されている。
気液分離器９６の下部と高温再生器８０の下部管寄せ８４とは、吸収液循環導管１０６を介して接続されている。吸収液循環導管１０６又は下部管寄せ８４には、吸収液供給管１１２が接続されている。１１３は気液分離器９６の液面検出装置である。
【００３９】
本実施形態は、吸収器４０、低温吸収液ポンプ６２、低温熱交換器１５３、低温再生器１５４、中間吸収液ポンプ１５５、中温熱交換器１５６、中温再生器１５７、凝縮器１５８、蒸発器１５９、冷媒ポンプ１６０及びこれらの機器を接続する吸収液配管、冷媒配管等を構成要素とするリバースサイクル式の二重効用形吸収式冷凍機に対し、貫流式ボイラ構造の高温再生器８０、溶液供給手段としての高温吸収液ポンプ１６３、高温熱交換器１６４等を組み合わせて一体化したものである。１１８は吸収式冷温水機である。なお、図１において、実線に付した矢印は吸収液、冷媒液又は水の流れ方向を示し、破線に付した矢印は冷媒蒸気、又は冷媒蒸気と凝縮冷媒（冷媒ドレン）との混合物の流れ方向を示す。
【００４０】
１６５は第一バイパス管で、低温再生器１５４からの吸収液の一部を中温熱交換器１５６からの濃吸収液配管にバイパスさせるためのものである。また、１６６は第二バイパス管で、中温再生器１５７からの吸収液の一部を高温熱交換器１６４からの戻り濃吸収液配管にバイパスさせるためのものである。１６９は冷温水ポンプ、１７０は冷却水ポンプ、２２１は冷暖切替弁である。なお、中温再生器１５７と高温再生器８０との間に別の濃縮器を設置することも可能である。
低温吸収液ポンプ６２からの分岐吸収液管２３６は低温熱交換器１５３に接続され、吸収液はこの低温熱交換器１５３で加熱された後、低温再生器１５４に導入される。
【００４１】
つぎに、上記のように構成された吸収式冷温水機において、吸収液の循環サイクルについて順に説明する。まず、吸収器４０で多量の冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた稀吸収液が、低温吸収液ポンプ６２によって吸収器４０から低温熱交換器１５３に送給され、この低温熱交換器１５３により加熱された後、低温再生器１５４へ送られる。
【００４２】
低温再生器１５４において低温再生された中間濃縮吸収液の大部分は、低温再生器１５４から中温吸収液ポンプ１５５によって中温熱交換器１５６に送給され、この中温熱交換器１５６により加熱された後に中温再生器１５７に送給される。この中間濃縮吸収液は、この中温再生器１５７において再生され、吸収している冷媒の一部を放出し濃度がさらに高くなって高濃度の濃吸収液となる。
低温再生器１５４からの中間濃縮吸収液の残部は、吸収器４０へ戻る濃吸収液配管にバイパス管１６５を経てバイパス供給される。
【００４３】
中温再生器１５７からの濃吸収液の一部又は全部は、高温吸収液ポンプ１６３により高温熱交換器１６４へ送給され、ここで、高温再生器８０からの濃吸収液と熱交換して加熱された後、高温再生器８０に供給される。中温再生器１５７からの濃吸収液の残部（零の場合もあり得る）は、第二バイパス管１６６を経て高温熱交換器１６４からの加熱側の吸収液配管に合流する。
【００４４】
高温再生器８０において、ガス燃料などの燃料の燃焼熱により加熱濃縮された濃吸収液は、高温熱交換器１６４の加熱側に導入されて中温再生器１５７からの濃吸収液を加熱した後、中温熱交換器１５６の加熱側に導入される。中温再生器１５７からの濃吸収液の残部（零の場合もあり得る）は、第二バイパス管１６６を経て高温熱交換器１６４からの加熱側の吸収液配管に合流する。
高温再生器８０からの冷媒蒸気は冷媒蒸気管９８を経て中温再生器１５７へ導入され、ここで吸収液を加熱濃縮させた後、冷媒ドレンは低温再生器１５４へ導入される。
【００４５】
中温再生器１５７からの冷媒蒸気は冷媒蒸気管１６７を経て、中温再生器１５７からの冷媒ドレンとともに低温再生器１５４に送られ、ここで吸収液を加熱濃縮させる。
低温再生器１５４からの冷媒蒸気は冷媒蒸気管１６８を経て、低温再生器１５４からの冷媒ドレンとともに凝縮器１５８に導入される。なお、高温再生器８０からの燃焼排ガスを排ガス熱交換器（図示略）に導入して、吸収液又は冷媒を加熱し、排ガスの保有熱を回収するように構成している。２５６は冷媒ドレン熱交換器、２５８は排ガス熱交換器である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１） 吸収器上部から散布する吸収液の一部をバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で上部から流下する吸収液に混合させて吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、かつ、管表面に吸収液が均一に広がるように構成されているので、伝熱管表面の乾いている部分が無くなり、吸収器下部の性能が改善される。
（２） 上記のように、吸収器下部の性能が改善される上に、吸収力が増した場合に吸収液が吸収する冷媒蒸気の通風（流通）の傷害（圧力損失）とならないように、吸収液を途中で混合する位置より上の伝熱管配置を千鳥状配置とする場合は、この千鳥状配管部を冷媒蒸気が通りやすくなり、混合する位置より下の伝熱管配置を格子状配置とする場合は、伝熱面積が増加して、吸収液濃度の低下している部位の吸収力不足を伝熱面積でカバーすることができる。
（３） 吸収器上部の吸収液濃度が高い部分の伝熱管を、平管又は凸凹が比較的小さい高性能管（フィン高さ０．１〜０．３mm程度）の配置とし、吸収器中段以下の伝熱管で吸収液を途中で混合する部分の伝熱管を、凸凹が大きくて伝熱面積が多く、かつ、吸収液が横に広がり易くする高性能伝熱管（フィン高さ０．３〜０．５mm程度）の配置とする場合は、吸収器をより高性能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による吸収式冷温水機における吸収器（２パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図２】図１に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【図３】２パスの吸収器における吸収液散布管を設ける一例を示す説明図である。
【図４】２パスの吸収器における吸収液散布管を設ける他の例を示す説明図である。
【図５】図３及び図４に示す吸収器の水室などの構成を示す断面説明図である。
【図６】図５に示す吸収器の横断面の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の第２形態による吸収式冷温水機における吸収器（３パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図８】図７に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【図９】本発明における吸収器を組み込んだ吸収式冷温水機（一例として、三重効用形吸収式冷温水機）の構造配置を示す系統的概略構成図である。
【図１０】従来の吸収式冷温水機の一例を示す系統的概略構成図である。
【図１１】従来の吸収器（２パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図１２】図１１に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【図１３】図１１に示す従来の吸収器における上段伝熱管の表面状態を示す説明図である。
【図１４】図１１に示す従来の吸収器における下段伝熱管の表面状態を示す説明図である。
【図１５】従来の吸収器（３パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図１６】図１５に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
４０、４０ａ 吸収器
４２、４２ａ 上段吸収器
４４、４４ａ 下段吸収器
４６、４６ａ 上段伝熱管
４８ 上段吸収液散布管
５０ 吸収液供給管
５２ 吸収液分岐管
５４、５４ａ 下段伝熱管
５６、５６ａ 中段吸収液散布管
５８、６８、７０ 冷却水が反転する水室ヘッダ部
５９ 仕切板
６０ 吸収液溜まり
６１ 伝熱管配置の隙間
６２ 低温吸収液ポンプ
６４ 中段伝熱管
６６ 中段吸収器
８０ 高温再生器
８２ 上部管寄せ
８４ 下部管寄せ
８６ 上昇管
８８ 燃焼装置
９０ 燃焼室
９４ 気液混合物導管
９６ 気液分離器
９８ 冷媒蒸気管
１００ 吸収液抜出導管
１０６ 吸収液循環導管
１１２ 吸収液供給管（水・吸収液供給管）
１１３ 液面検出装置
１１８ 吸収式冷温水機
４０、４０ａ 吸収器
１５３ 低温熱交換器
１５４ 低温再生器
１５５ 中温吸収液ポンプ
１５６ 中温熱交換器
１５７ 中温再生器
１５８ 凝縮器
１５９ 蒸発器
１６０ 冷媒ポンプ
１６３ 高温吸収液ポンプ
１６４ 高温熱交換器
１６５、１６６ バイパス管
１６７、１６８ 冷媒蒸気管
１６９ 冷温水ポンプ
１７０ 冷却水ポンプ
２２１ 冷暖切替弁
２３６ 分岐吸収液管
２５６ 冷媒ドレン熱交換器
２５８ 排ガス熱交換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収器の性能を改善した吸収式冷温水機、詳しくは、吸収器、低温再生器、高温再生器、蒸発器、凝縮器、溶液熱交換器などを有し、二重効用の効果を有する二重効用形吸収式冷温水機、又は吸収器、低温再生器、中温再生器、高温再生器、蒸発器、凝縮器、溶液熱交換器などを有し、三重効用の効果を有する三重効用形吸収式冷温水機などの多重効用形吸収式冷温水機において、吸収器へ散布する吸収液の量と伝熱管配置を有効に組み合わせることにより、既存の二段吸収サイクルのような構造・配置・液散布などの複雑な方式を採用しなくても、吸収器の性能を改善し、通常の吸収器より性能が上がり、容易に二段吸収に近い性能・効果を得ることができる多重効用形の吸収式冷温水機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、蒸気式二重効用形吸収式冷温水機として、図１０に例示したようなものが知られている（図１０は一例として、冷水を得る場合を示している）。この吸収式冷温水機は、吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）が吸収器ａから低温再生器ｃを経て高温再生器ｅに流されるというリバースサイクルを構成している。この吸収式冷温水機における吸収サイクルを説明すると、まず、吸収器ａで多量の冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた吸収液（稀吸収液）が吸収器ａから低温熱交換器ｂに送給され、この低温熱交換器ｂにより加熱された後に低温再生器ｃに送給される。前記稀吸収液は、この低温再生器ｃにおいて低温再生され、吸収している冷媒の一部を放出し濃度がその分高くなって中間濃度の吸収液（中間吸収液）となる。次に、この中間吸収液は、低温再生器ｃから高温熱交換器ｄに送給され、この高温熱交換器ｄにより加熱された後に高温再生器ｅに送給される。
【０００３】
前記中間吸収液は、この高温再生器ｅにおいて高温再生され、吸収している冷媒（例えば、水蒸気）の一部を放出し濃度がさらに高くなって高濃度の吸収液（濃吸収液）となる。そして、この濃吸収液が前記高温熱交換器ｄの加熱側に前記中間吸収液を加熱する加熱源として戻され、さらに、低温熱交換器ｂの加熱側に前記稀吸収液を加熱する加熱源として戻された後、前記吸収器ａに帰還する。この帰還した濃吸収液は吸収器ａにおいて伝熱管上に散布され、冷却水により冷却されながら再び冷媒蒸気を吸収して前記稀吸収液となる。
【０００４】
このような蒸気式二重効用形吸収式冷温水機においては、前記高温再生器ｅには蒸気ボイラｆから高温の蒸気（スチーム）が加熱源として供給されるようになっており、この蒸気により中間吸収液が加熱されて吸収していた冷媒が放出され、この放出された冷媒蒸気は、低温再生器ｃにこの低温再生器ｃでの加熱源として利用された後、凝縮器ｇに戻されて凝縮する。凝縮器ｇからの冷媒液（例えば、水）は蒸発器ｈに入り、この凝縮した冷媒液が冷媒ポンプにより蒸発器ｈの伝熱管（水が流通している）に散布され蒸発潜熱により冷却されて冷水が得られる。
また、低温再生器ｃからの吸収液配管ｉと、高温熱交換器ｄと低温熱交換器ｂとの間の加熱側の吸収液配管ｊとを接続するバイパス管ｋが設けられ、低温再生器ｃを出て高温再生器ｅへ供給される中間濃縮吸収液の一部を、吸収器ａへ戻る濃吸収液配管にバイパスさせるように構成されている。
【０００５】
ボイラは通常、単独で運転する場合の制御は、外部の負荷変化によって変化するボイラ出口部の蒸気圧力変化を検出して、蒸気圧力が定められた圧力範囲内に入るように燃焼量を制御している。また、運転中はボイラ内の保有水が定められた水位の範囲内に入るよう給水ポンプを発停制御して水位を制御している。
一方、図１０に示すような従来の吸収式冷温水機においては、外部の負荷変化によって変化する冷温水機出口部又は入口部の冷水温度変化を検出して、冷温水機出口部又は入口部の温度が定められた温度になるよう、供給される熱源の量を制御している。
【０００６】
上記のボイラと吸収式冷温水機については、インターロックを組んで連動運転をするなどの運転システムがあるが、制御はそれぞれ独立しているのが通常の運転システムである。ボイラは内部圧力が大気圧を越える圧力容器に該当し、吸収式冷温水機は内部圧力が大気圧力以下の真空容器に該当する。このため、従来は両者を一体にして運転、制御することなどは無理なこととしてあきらめられていた。しかし、環境問題などから、さらに省エネルギーとなる冷温水機の開発が求られている。
吸収式冷温水機は、内部を循環し熱エネルギーの交換をする媒体として、例えば臭化リチウム水溶液を保有している。一般的には吸収液と呼ばれ、冷媒となる水を吸収、蒸発させることによって冷房効果を発揮するよう構成されている。
【０００７】
図１０に示すような、蒸気ボイラｆを組み合わせた従来の蒸気式二重効用吸収式冷温水機においては、以下のような不都合がある。
蒸気ボイラｆはそれ自体が大型であり吸収式冷温水機全体の大型化を招くことになる。しかも、その蒸気ボイラｆを運転させるには吸収式冷温水機の系とは別の系の給水、加熱後の蒸気ドレンの回収、および薬品の注入等が必要になるなど省エネルギーの要請に反する上に、それらのための付随設備が必要になり装置の大型化を助長している。しかるに、前記蒸気ボイラｆが吸収式冷温水機に対し貢献するのは単に加熱源を供給するという役割をのみ果たすに止まっており、蒸気ボイラｆでの燃焼のための燃料消費に見合う効果を充分に得ているとは言い難い。その上、法規制上も、取り扱い者として所定の有資格者や検査等が必要になるという煩わしさを伴うものとなる。
【０００８】
吸収式冷温水機とボイラを一体化して安定した運転を行うためには、ボイラとして必要な安全装置と、吸収式冷温水機として必要な、例えば、冷水温度制御装置を結合させ、安定して安全な運転が継続できるようにする必要がある。
吸収式冷温水機とボイラを一体化して運転を行う場合には、蒸気の圧力制御はあまり重要な条件にはならない。それよりも、吸収式冷温水機として求められている冷水温度を安定して供給することが重要になり、例えば、冷水温度が安定して供給できるよう加熱源のコントロールを十分に行うことが重要になる。
一方、ボイラでは吸収式冷温水機が負荷変化などにより冷水温度が変化し加熱源の量をコントロールする信号が出て、蒸気圧力が変動したり、内部保有水の水位が急激に変動しても連続して運転ができるように制御されなくてはならない。
【０００９】
そこで、吸収式冷温水機の冷水温度制御とボイラの燃焼量制御を一対の制御とすると、別にボイラの蒸気圧変化、水位変化を検出して、吸収式冷温水機に装備されている吸収液ポンプの回転数を制御して吸収液の循環量を制御する制御システムを構築して、ボイラの運転中の影響を少なくする制御を行うことにより、吸収式冷温水機とボイラを一体化しても、ボイラの安定して安全な燃焼コントロールと吸収式冷温水機としての安定した冷水温度制御が可能になる。
そのための制御として、蒸気温度もしくは圧力検出による吸収液ポンプの回転数制御、又は運転液面検出による吸収液ポンプの回転数制御が重要な要件になる。
しかし、その際にもボイラとして要求される安全弁、低水位燃焼遮断装置、給水装置は装備しておかなければならない。
【００１０】
本出願人は、貫流方式ボイラ又は貫流方式ボイラと同等の構造を持つ高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、熱交換器類、溶液ポンプ、冷媒ポンプ及び排ガス熱交換器を有する三重効用形吸収式冷温水機を開発しているが、この三重効用形吸収式冷温水機において、液面検出器が正常に作動しないと高温再生器の空缶運転などによる重大な事故を引き起こす恐れがある。
その為には、液面検出器が正常に作動していることを容易に監視、チェックできることが重要になり、監視、チェックが容易に行える機能が運転制御装置に備えられていなければならない。
通常、吸収式冷温水機の起動時は内部の圧力バランスが取れていないために吸収液の循環量は安定せず、高温再生器には多量の吸収液が供給される。そのため、吸収式冷温水機を起動すると吸収液の液面は、必ず通常の運転中液面より高くなる。
【００１１】
貫流タイプのボイラを高温再生器として、このボイラと吸収式冷温水機とを一体化し、ボイラ側でこれらの装置に異常が生じた場合には、ボイラの燃焼遮断と連動して吸収冷凍機も安全停止する制御回路を組み込むようにした連続運転の可能な省エネルギー形の安全確認機能を有する吸収式冷温水機を開発し、既に特許出願している。
【００１２】
吸収液は濃度が高く、温度が低いほど吸収力が増し、また、能力増進を目的としたアルコールを添加した場合のマランゴニー効果が活発となり、この吸収液を吸収器へ散布した場合に吸収器の性能改善に効果があることが知られている。
また、高性能管などを利用して吸収液の熱交換、伝熱性能を良くする工夫もされている。さらに、二段吸収方式により２つの吸収器、蒸発器を設け、蒸発圧力の異なる空間で吸収液の濃度、温度を広い範囲で利用し高性能化を図る例もある。
しかし、吸収液が上から下へ流下して冷媒を吸収して吸収液の濃度が低下していく過程で、性能改善の効果が薄れたり、吸収器・蒸発器を２つに分けるために構造が複雑になってしまうなどの問題があり、また、吸収器を上下方向に複数段の管群に仕切り、各段毎に溶液散布管を設ける例もあるが、構造が複雑となり、また、吸収液散布量が増えることから吸収液の加熱・冷却に要する熱量が増えて省エネルギーになり難くなったり、吸収液循環ポンプが大きくなったりするなどの問題があり、簡便、かつ有効な手段ではない。
【００１３】
そのため、吸収式冷温水機における吸収器及びその伝熱管の研究は、さらなる改善、改良を行う必要があり、簡便な方法として伝熱管の濡れ性の改善や伝熱管配置の各種改善が検討されている。
【００１４】
従来、吸収冷凍機として、蒸発器内の管群に散布した液冷媒が蒸発してなる冷媒ガスを吸収器中の溶液に吸収溶解させ、該吸収器を出た希薄溶液を再生器で加熱することにより高温の高濃度溶液として再生し、この高濃度溶液を前記吸収器へ戻すと共に、前記再生器で蒸発した冷媒ガスを凝縮器の管群内を流れる液冷媒で冷却する吸収冷凍機において、前記吸収器の内部に配設される伝熱管の管群を溶液排出板で上下方向に複数段に仕切り、各段毎に溶液散布管を配置した構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
また、第１蒸発器と第１吸収器とを上下に有する第１ブロックと、第２蒸発器と第２吸収器とを上下有する第２ブロックとを単一胴内に並列的に備え、冷水を前記第２蒸発器から前記第１蒸発器にシリーズに送給し、かつ吸収液を前記第１吸収器から前記第２吸収器にシリーズに送給するようにした吸収冷凍機も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
上記のように、吸収器の性能を改善する吸収式冷温水機が多く提案されているが、吸収器の吸収液散布量、伝熱管配置、冷却水側水室の仕切り（パス）を有効に組み合わせて性能改善に結びつけた例はなく、今後、吸収式冷温水機の小形化、高性能化に必要な技術となる。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００２−２４３３０９号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】
特開２０００−２６６４２２号公報（第２頁、図１）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は２パスの場合における従来の吸収器１０の概略構成を示し、図１２は図１１に示す吸収器内の熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される状態を示している。また、図１３は図１１における上段の吸収器１２の伝熱管１４の管表面を示し、図１４は図１１における下段の吸収器１６の伝熱管１８の管表面を示している。図１１における２０は吸収液散布管、２２は冷却水が反転する水室ヘッダ部である。
【００１８】
吸収器伝熱管の管外上部から散布された吸収液は、上部から下部へ流下して行く過程で、蒸発器で蒸発した冷媒を吸収し、流下する吸収液の濃度は上部から下部へ流下するにしたがって濃度が低下していく。吸収液濃度が高い吸収器上部では、図１３に示すように、上段の伝熱管１４の上で吸収液が均一に広がり、管１４表面を吸収液が伝わって流下し、吸収器の所定の性能を得ることができる。しかし、吸収器下部では吸収液の濃度が下がり能力増進剤（アルコール）の効果も薄れることから、図１４に示すように、下段の伝熱管１８の上で吸収液が広がり難くなり、吸収液が均一に広がらず、伝熱管表面で乾いた部分２４が現れて所定の吸収能力が得られなくなる。
そのために、吸収器では上部と下部で性能のバラツキが起こり、平均化した時の吸収器性能が所定値に達しないなどの問題が起こる。
【００１９】
図１５は３パスの場合における従来の吸収器１０ａの概略構成を示し、図１６は図１５に示す吸収器内の熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される状態を示している。図１５における２６は中段の吸収器、２８は中段の吸収器２６の伝熱管、３０、３２は冷却水が反転する水室ヘッダ部である。この場合も、上段の吸収器の伝熱管１４ａでは、図１３で示す状態と同様の状態が生じ、中段の吸収器の伝熱管２８及び下段の吸収器の伝熱管１８ａでは、図１４で示す状態と同様の状態が生じる。
そこで、吸収器下部の性能改善を主目的として改良・改善を加え、その結果として吸収器の性能改善（アップ）、そして吸収式冷温水機の小形化につなげるように構成することが要求される。
【００２０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、吸収器上部から散布する吸収液の一部、例えば、２０〜５０％をバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で上部から流下する吸収液に混ぜて吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、また、管表面に吸収液が均一に広がるようにして伝熱管表面の乾いている部分を無くし、吸収器下部の性能を改善するようにした吸収式冷温水機を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の吸収式冷温水機は、二重効用形吸収式冷温水機、三重効用形吸収式冷温水機などの多重効用形吸収式冷温水機において、吸収器の伝熱管の表面に吸収液を散布するための上段吸収液散布管が、吸収器の上部に設けられ、この上段吸収液散布管に吸収液供給管が接続され、この吸収液供給管に吸収液分岐管が接続され、この吸収液分岐管に、吸収器における中段以降の伝熱管の表面に吸収液を散布するための中段吸収液散布管が接続されて、吸収器上部から散布する吸収液の一部をバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で、上部から流下する吸収液に混合して吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、かつ、管表面に吸収液が軸方向に広がるようにしたことを特徴としている。
【００２２】
この吸収式冷温水機において、吸収器上部から散布する吸収液の２０〜５０％をバイパスさせるようにした構成とすることが好ましい。
【００２３】
また、上記の吸収式冷温水機において、吸収器上部から、伝熱管の間を中段まで吸収液を散布するための吸収液散布管を降下させてなるように構成するか、又は、吸収器中段の冷却水が反転する水室ヘッダ部の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するための吸収液散布管を挿入してなるように構成することが好ましい。
【００２４】
これらの吸収式冷温水機において、吸収器上部から、伝熱管の間に中段まで吸収液を散布ための吸収液散布管を降下させ、バイパスした吸収液を散布する位置を、冷却水が反転する水室ヘッダ部の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するようにした構成とすることが好ましい。
この場合、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管配置を千鳥状配置とし、下部を格子状配置とした構成とすることが好ましい。
また、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管を平管又はフィン高さが０．１〜０．３mmの高性能管とし、下部をフィン高さ０．３〜０．５mmの高性能管とした構成とすることが好ましい。
【００２５】
吸収器は伝熱管の外部を流下する吸収液と、管内部を流れる冷却水により熱交換が行われる。吸収液の濃度をあまり上げ過ぎると管外で吸収液が結晶し、冷却水の温度をあまり下げ過ぎるとやはり管外の吸収液が結晶する問題があることから、通常、吸収式冷温水機では、吸収器入口の吸収液濃度は６０〜６４％の範囲で制御され、冷却水温度は２７〜３２℃程度の範囲で運転することが推奨されている。
このように、従来から吸収式冷温水機の運転条件として広く知られ利用されている温度条件、濃度条件はあまり変えずに、吸収液の散布方法、伝熱管配置、水室内仕切パスを効果的に組み合わせて、吸収式冷温水機の構造、寸法を大きく変えることなく性能を改善するようにしている。
【００２６】
吸収器では、伝熱管の管外上部で吸収液が散布され、吸収液は蒸発器で蒸発した冷媒を吸収する。また、吸収器伝熱管の内部を冷却水が流れ、冷媒を吸収し混合熱を発生する吸収液を冷却し吸収力
（効果）が落ちないようにしている。
この時、吸収液の能力増進を目的としてアルコールを添加するのは、アルコールが吸収液の攪拌を活発にして吸収液の吸収力を増すマランゴニー効果が得られるためである。また、二段吸収方式を採用するのは、吸収器を２つの部屋に分けて内部圧力の異なる条件で、吸収液の吸収力を最大限有効に利用しようとするためである。さらに、高性能伝熱管を採用するのは伝熱管表面に凹凸を付けて吸収液の攪拌を活発にさせることと、伝熱面積を増やすためである。
【００２７】
吸収器の性能改善には、これらの条件を満たす必要があることは、以前より知られている。本発明は、これらの条件を活用してさらなる高性能化と簡易な構造で、目標の性能を得ることを目的として改善、改良を加えたものである。
【００２８】
吸収器下部の性能を改善し、吸収力が増した場合に、吸収液が吸収する冷媒蒸気の通風（流通）の傷害（圧力損失）とならないように、吸収液を途中で混ぜる位置より上の伝熱管配置を千鳥状配置として冷媒蒸気が通り易くし、混ぜる位置より下の伝熱管配置を格子状配置として伝熱面積を増やし吸収液濃度の低下している部位の吸収力不足を、広い伝熱面積でカバーするようにする。
さらには、吸収器上部の吸収液濃度が高い部分の伝熱管は、平管又は凸凹が比較的小さい高性能管（フィン高さ０．１〜０．３mm程度）を配置し、吸収器中段以下の伝熱管で吸収液を途中で混ぜる格子状配列する部分では、凸凹が大きくて伝熱面積が多く、かつ、吸収液が横に広がり易くすることを目的とした高性能伝熱管（フィン高さ０．３〜０．５mm程度）を配置する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。図１は、本発明の実施の第１形態による吸収式冷温水機における２パスの場合の吸収器を示し、図２は図１に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される場合の状態を示している。
【００３０】
図１に示すように、吸収器４０は上段吸収器４２と下段吸収器４４から構成され、吸収器４０の上段伝熱管４６の表面に吸収液を散布するための上段吸収液散布管４８が、上段吸収器４２の上側に設けられ、さらに、この上段吸収液散布管４８に吸収液供給管５０が接続されている。また、この吸収液供給管５０に吸収液分岐管５２が接続され、この吸収液分岐管５２に、吸収器における中段以降の伝熱管、この場合は下段伝熱管５４の表面に吸収液を散布するための中段吸収液散布管５６が接続されている。
【００３１】
このように構成された吸収式冷温水機において、吸収器上部から散布する吸収液の一部、例えば２０〜５０％を吸収液分岐管５２にバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で、上部から流下する吸収液に混合して吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、かつ、管表面に吸収液が軸方向に広がるようにする。５８は冷却水が反転する水室ヘッダ部、６０は吸収液溜まり、６２は低温吸収液ポンプである。
【００３２】
このように、散布吸収液を途中から混合させることにより、図２に示すように、吸収液の温度変化が点線から実線のように変わり、吸収液の熱交換量の変化と伝熱管外周を伝う吸収液の濡れ性が改善されることから、吸収器の性能が改善される。
【００３３】
図３は、吸収器における中段吸収液散布管５６ａを設置する一例を示し、図５は吸収器の一例を示している。本例は、上段吸収器４２の上側から、上段伝熱管４６の間を中段まで吸収液を散布するための吸収液散布管５６ａを降下させている。この場合、吸収器中段の冷却水が反転する水室ヘッダ部５８の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するための吸収液散布管５６ａを挿入して構成される。５９は仕切板、６１は伝熱管配置の隙間である。
【００３４】
この場合、吸収器上部から、伝熱管の間を中段まで吸収液を散布するための吸収液散布管５６ａを降下させ、バイパスした吸収液を散布する位置を、冷却水が反転する水室ヘッダ部５８の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するように構成することが好ましい。
【００３５】
また、図４、図６に示すように、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管、すなわち上段吸収器４２ａの上段伝熱管４６ａの配置を千鳥状配置とし、下部の下段吸収器４４ａの下段伝熱管５４ａを格子状配置とすることがある。
また、バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管、すなわち上段伝熱管を平管又はフィン高さが０．１〜０．３mmの高性能管とし、下部の下段伝熱管をフィン高さ０．３〜０．５mmの高性能管とすることもある。
このように構成された吸収式冷温水機において、散布吸収液を途中から混合させることにより、下部伝熱管の外周を伝う吸収液の濡れ性が改善され、吸収器の性能が改善される。
【００３６】
図７は、本発明の実施の第２形態による吸収式冷温水機における３パスの場合の吸収器を示し、図８は図７に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の様子、すなわち、冷却水により吸収液が冷却される場合の状態を示している。
本実施形態は、上段伝熱管４６と下段伝熱管５４との間に中段伝熱管６４を設けるもので、下段伝熱管５４上に、中段吸収液散布管５６が設けられている。なお、この中段吸収液散布管５６を中段伝熱管６４の上側に設けることも可能である。さらに、下段伝熱管及び中段伝熱管の上側に吸収液散布管をそれぞれ設けることも可能である。６６は中段吸収器、６８、７０は冷却水が反転する水室ヘッダ部、つまり、冷却水が反転する位置を示している。他の構成及び作用は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００３７】
図９は、上記のように構成された吸収器４０又は４０ａを組み込んだ本発明の吸収式冷温水機（一例として三重効用形吸収式冷温水機の実施形態）を示している。
図９では、高温再生器として、一例として貫流方式ボイラ又はこれと同等の機能、構造を有するボイラを示しているが、本実施形態では、高温再生器として貫流式ボイラ形のものを用いる場合を示している。８０は貫流式ボイラ構造の高温再生器で、上部と下部に環状の上部管寄せ（上部ヘッダー）８２及び下部管寄せ（下部ヘッダー）８４を有し、これらの管寄せ８２、８４間に鉛直方向の多数の上昇管８６を略円筒状に配設し、上部中央部に燃焼装置８８、例えばバーナーを有し、稀吸収液を下部管寄せ８４に導入して加熱濃縮し、上部管寄せ８２から気液混合物を取り出すことができるように構成されている。９０は燃焼室である。
【００３８】
この高温再生器８０に気液混合物導管９４を介して気液分離器９６が接続されている。気液分離器９６の上部には冷媒蒸気管９８が接続され、気液分離器９６の下側部には吸収液抜出導管１００が接続されている。
気液分離器９６の下部と高温再生器８０の下部管寄せ８４とは、吸収液循環導管１０６を介して接続されている。吸収液循環導管１０６又は下部管寄せ８４には、吸収液供給管１１２が接続されている。１１３は気液分離器９６の液面検出装置である。
【００３９】
本実施形態は、吸収器４０、低温吸収液ポンプ６２、低温熱交換器１５３、低温再生器１５４、中間吸収液ポンプ１５５、中温熱交換器１５６、中温再生器１５７、凝縮器１５８、蒸発器１５９、冷媒ポンプ１６０及びこれらの機器を接続する吸収液配管、冷媒配管等を構成要素とするリバースサイクル式の二重効用形吸収式冷凍機に対し、貫流式ボイラ構造の高温再生器８０、溶液供給手段としての高温吸収液ポンプ１６３、高温熱交換器１６４等を組み合わせて一体化したものである。１１８は吸収式冷温水機である。なお、図１において、実線に付した矢印は吸収液、冷媒液又は水の流れ方向を示し、破線に付した矢印は冷媒蒸気、又は冷媒蒸気と凝縮冷媒（冷媒ドレン）との混合物の流れ方向を示す。
【００４０】
１６５は第一バイパス管で、低温再生器１５４からの吸収液の一部を中温熱交換器１５６からの濃吸収液配管にバイパスさせるためのものである。また、１６６は第二バイパス管で、中温再生器１５７からの吸収液の一部を高温熱交換器１６４からの戻り濃吸収液配管にバイパスさせるためのものである。１６９は冷温水ポンプ、１７０は冷却水ポンプ、２２１は冷暖切替弁である。なお、中温再生器１５７と高温再生器８０との間に別の濃縮器を設置することも可能である。
低温吸収液ポンプ６２からの分岐吸収液管２３６は低温熱交換器１５３に接続され、吸収液はこの低温熱交換器１５３で加熱された後、低温再生器１５４に導入される。
【００４１】
つぎに、上記のように構成された吸収式冷温水機において、吸収液の循環サイクルについて順に説明する。まず、吸収器４０で多量の冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた稀吸収液が、低温吸収液ポンプ６２によって吸収器４０から低温熱交換器１５３に送給され、この低温熱交換器１５３により加熱された後、低温再生器１５４へ送られる。
【００４２】
低温再生器１５４において低温再生された中間濃縮吸収液の大部分は、低温再生器１５４から中温吸収液ポンプ１５５によって中温熱交換器１５６に送給され、この中温熱交換器１５６により加熱された後に中温再生器１５７に送給される。この中間濃縮吸収液は、この中温再生器１５７において再生され、吸収している冷媒の一部を放出し濃度がさらに高くなって高濃度の濃吸収液となる。
低温再生器１５４からの中間濃縮吸収液の残部は、吸収器４０へ戻る濃吸収液配管にバイパス管１６５を経てバイパス供給される。
【００４３】
中温再生器１５７からの濃吸収液の一部又は全部は、高温吸収液ポンプ１６３により高温熱交換器１６４へ送給され、ここで、高温再生器８０からの濃吸収液と熱交換して加熱された後、高温再生器８０に供給される。中温再生器１５７からの濃吸収液の残部（零の場合もあり得る）は、第二バイパス管１６６を経て高温熱交換器１６４からの加熱側の吸収液配管に合流する。
【００４４】
高温再生器８０において、ガス燃料などの燃料の燃焼熱により加熱濃縮された濃吸収液は、高温熱交換器１６４の加熱側に導入されて中温再生器１５７からの濃吸収液を加熱した後、中温熱交換器１５６の加熱側に導入される。中温再生器１５７からの濃吸収液の残部（零の場合もあり得る）は、第二バイパス管１６６を経て高温熱交換器１６４からの加熱側の吸収液配管に合流する。
高温再生器８０からの冷媒蒸気は冷媒蒸気管９８を経て中温再生器１５７へ導入され、ここで吸収液を加熱濃縮させた後、冷媒ドレンは低温再生器１５４へ導入される。
【００４５】
中温再生器１５７からの冷媒蒸気は冷媒蒸気管１６７を経て、中温再生器１５７からの冷媒ドレンとともに低温再生器１５４に送られ、ここで吸収液を加熱濃縮させる。
低温再生器１５４からの冷媒蒸気は冷媒蒸気管１６８を経て、低温再生器１５４からの冷媒ドレンとともに凝縮器１５８に導入される。なお、高温再生器８０からの燃焼排ガスを排ガス熱交換器（図示略）に導入して、吸収液又は冷媒を加熱し、排ガスの保有熱を回収するように構成している。２５６は冷媒ドレン熱交換器、２５８は排ガス熱交換器である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１） 吸収器上部から散布する吸収液の一部をバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で上部から流下する吸収液に混合させて吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、かつ、管表面に吸収液が均一に広がるように構成されているので、伝熱管表面の乾いている部分が無くなり、吸収器下部の性能が改善される。
（２） 上記のように、吸収器下部の性能が改善される上に、吸収力が増した場合に吸収液が吸収する冷媒蒸気の通風（流通）の傷害（圧力損失）とならないように、吸収液を途中で混合する位置より上の伝熱管配置を千鳥状配置とする場合は、この千鳥状配管部を冷媒蒸気が通りやすくなり、混合する位置より下の伝熱管配置を格子状配置とする場合は、伝熱面積が増加して、吸収液濃度の低下している部位の吸収力不足を伝熱面積でカバーすることができる。
（３） 吸収器上部の吸収液濃度が高い部分の伝熱管を、平管又は凸凹が比較的小さい高性能管（フィン高さ０．１〜０．３mm程度）の配置とし、吸収器中段以下の伝熱管で吸収液を途中で混合する部分の伝熱管を、凸凹が大きくて伝熱面積が多く、かつ、吸収液が横に広がり易くする高性能伝熱管（フィン高さ０．３〜０．５mm程度）の配置とする場合は、吸収器をより高性能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による吸収式冷温水機における吸収器（２パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図２】図１に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【図３】２パスの吸収器における吸収液散布管を設ける一例を示す説明図である。
【図４】２パスの吸収器における吸収液散布管を設ける他の例を示す説明図である。
【図５】図３及び図４に示す吸収器の水室などの構成を示す断面説明図である。
【図６】図５に示す吸収器の横断面の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の第２形態による吸収式冷温水機における吸収器（３パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図８】図７に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【図９】本発明における吸収器を組み込んだ吸収式冷温水機（一例として、三重効用形吸収式冷温水機）の構造配置を示す系統的概略構成図である。
【図１０】従来の吸収式冷温水機の一例を示す系統的概略構成図である。
【図１１】従来の吸収器（２パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図１２】図１１に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【図１３】図１１に示す従来の吸収器における上段伝熱管の表面状態を示す説明図である。
【図１４】図１１に示す従来の吸収器における下段伝熱管の表面状態を示す説明図である。
【図１５】従来の吸収器（３パスの場合）を示す概略構成説明図である。
【図１６】図１５に示す吸収器の内部における温度変化及び熱交換の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
４０、４０ａ 吸収器
４２、４２ａ 上段吸収器
４４、４４ａ 下段吸収器
４６、４６ａ 上段伝熱管
４８ 上段吸収液散布管
５０ 吸収液供給管
５２ 吸収液分岐管
５４、５４ａ 下段伝熱管
５６、５６ａ 中段吸収液散布管
５８、６８、７０ 冷却水が反転する水室ヘッダ部
５９ 仕切板
６０ 吸収液溜まり
６１ 伝熱管配置の隙間
６２ 低温吸収液ポンプ
６４ 中段伝熱管
６６ 中段吸収器
８０ 高温再生器
８２ 上部管寄せ
８４ 下部管寄せ
８６ 上昇管
８８ 燃焼装置
９０ 燃焼室
９４ 気液混合物導管
９６ 気液分離器
９８ 冷媒蒸気管
１００ 吸収液抜出導管
１０６ 吸収液循環導管
１１２ 吸収液供給管（水・吸収液供給管）
１１３ 液面検出装置
１１８ 吸収式冷温水機
４０、４０ａ 吸収器
１５３ 低温熱交換器
１５４ 低温再生器
１５５ 中温吸収液ポンプ
１５６ 中温熱交換器
１５７ 中温再生器
１５８ 凝縮器
１５９ 蒸発器
１６０ 冷媒ポンプ
１６３ 高温吸収液ポンプ
１６４ 高温熱交換器
１６５、１６６ バイパス管
１６７、１６８ 冷媒蒸気管
１６９ 冷温水ポンプ
１７０ 冷却水ポンプ
２２１ 冷暖切替弁
２３６ 分岐吸収液管
２５６ 冷媒ドレン熱交換器
２５８ 排ガス熱交換器
Claims (5)
- 多重効用形吸収式冷温水機において、仕切りのない一つの容器内の吸収器の伝熱管の表面に吸収液を散布するための上段吸収液散布管が、吸収器の上部に設けられ、この上段吸収液散布管に吸収液供給管が接続され、この吸収液供給管に吸収液分岐管が接続され、この吸収液分岐管に、吸収器における中段以降の伝熱管の表面に吸収液を散布するための中段吸収液散布管が、吸収器上部から伝熱管の間を中段まで降下させて接続され、吸収器上部から散布する吸収液の一部をバイパスさせて、吸収器中段以下の伝熱管上で、上部から流下する吸収液に混合して吸収器下部を流下する吸収液の濃度を上げ、かつ、管表面に吸収液が軸方向に広がるようにしたことを特徴とする吸収式冷温水機。
- 吸収器上部から散布する吸収液の２０〜５０％をバイパスさせるようにした請求項１記載の吸収式冷温水機。
- 吸収器上部から、伝熱管の間を中段まで吸収液を散布するための吸収液散布管を降下させ、バイパスした吸収液を散布する位置を、冷却水が反転する水室ヘッダ部の仕切位置に合わせ、伝熱管配置の隙間を利用して吸収液を散布するようにした請求項１又は２記載の吸収式冷温水機。
- バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管配置を千鳥状配置とし、下部を格子状配置とした請求項３記載の吸収式冷温水機。
- バイパスした吸収液を散布する位置より上部の伝熱管を平管又はフィン高さが０．１〜０．３ｍｍの高性能管とし、下部をフィン高さ０．３〜０．５ｍｍの高性能管とした請求項３又は４記載の吸収式冷温水機。
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