JP4056028B2 - 三重効用吸収冷凍機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍機に係り、特に熱効率が良く、経済的な三重効用吸収冷凍機に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷媒に水あるいは主成分として水を用い、吸収剤に塩類水溶液を用いる吸収冷凍機を対象とすると高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とする三重効用吸収冷凍機としては、溶液サイクル図で描くと、図7のようなシリーズフロー、あるは図8のような分岐フローが知られているが、これらのサイクルでは、高温再生器の内圧(溶液の飽和温度)及び溶液温度が高くなりがちであり、圧力容器としての強度上の問題あるいは高温による腐食の問題があった。
圧力容器(法規上)としては、高温再生器の圧力がゲージ圧1kg/cm2以下であることが望ましく、また腐食対策上は、溶液温度が180℃以下であることが望ましいが、従来、冷却水入口温度が31℃、冷水出口温度が7℃の場合、圧力は1.5〜2.0kg/cm2溶液温度は185〜190℃程度であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決し、高温再生器内の圧力を所定の圧力以内に保持することができ、温度も所定の温度以下にできる三重効用吸収冷凍機を提供することを課題とする。
【0004】
【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、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液を低温熱交器の被加熱側を通した後、分岐して一部の希溶液を低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側に導入し、中温熱交換器を経由した濃溶液を低温再生器からの濃溶液と共に、低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機としたものである。
【0005】
また、本発明では、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液の一部を低温熱交換器の被加熱側を通した後、低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と、高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入し、また、低温再生器からの濃溶液は低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機としたものである。
【0006】
前記三重効用吸収冷凍機において、吸収器及び蒸発器は、それぞれ低段と高段の2段階に分割され、分割したこれら各単一の吸収器と蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液は先ず低段吸収器に導いた後に、高段吸収器に導き、冷水は先ず高段蒸発器に導いた後に低段蒸発器に導き、また、冷却水は先ず凝縮器に導き、次いで、高段吸収器と低段吸収器とに並列に導くように構成することができる。
【0007】
また、本発明の吸収冷凍機において、前記冷媒流路は、高温再生器で発生した冷媒蒸気が中温再生器の加熱側を経由して、中温再生器で発生する冷媒蒸気と共に、低温再生器の加熱側を経由して凝縮器に導入するように構成すると共に、中温再生器で発生した冷媒蒸気が、低温再生器の加熱側をバイパスして直接凝縮器に至るバイパス流路を設け、該流路には、バイパスする冷媒蒸気量を調節するための弁を設けることができ、そして該弁は、高温再生器の内圧所定の圧力を越えないようにバイパスする冷媒蒸気量を調節する機構を有することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明では、三重効用吸収冷凍機において、溶液流路を吸収器からの希溶液を低温再生器及び中温再生器に導入し、各再生器での沸騰温度を下げるようにしている。
高温再生器には、中温再生器で濃縮された濃溶液の大部分を導入し、さらに濃縮し、最終的に吸収器に戻る溶液の濃度を確保している。
また、本発明では、前記吸収冷凍機において、吸収器及び蒸発器をそれぞれ低段と高段の2段階に分割し、分割したこれら各単一の吸収器、蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液を先ず低段吸収器に導き、その後、高段吸収器に導くようにして、希溶液濃度を希薄にして、低温、中温各再生器での沸騰温度をさらに低下させ、高温再生器の圧力、温度を低下させることができる。
【0009】
また、冷却水をまず凝縮器に導き、その後吸収器に導くようにすると、凝縮器の温度低下により、低温再生器の沸騰温度が低下し、それに伴い、中温再生器の沸騰温度も低下し、高温再生器の圧力、温度を低下させることができる。
さらに、本発明においては、冷却水温度が定格以下の場合、三重効用サイクルをさせ、冷却水温度が定格を越えて高温になったとき、高温再生器の内圧が上昇するに従い、中温再生器での発生蒸気の一部を、低温再生器の加熱側をバイパスさせて、凝縮器に導き、内圧を低下させることができる。バイパスさせた冷媒蒸気に対しては、二重効用サイクルをさせた形となり、全体としては、二重、三重の混合サイクルになる。全量バイパスした場合は、二重効用サイクルになる。
【0010】
次に、図面を参照にして本発明を具体的に説明する。
図1は、本発明の吸収冷凍機の一例を示す概略工程図である。
図1において、1は蒸発器、2は吸収器、3は凝縮器、4は高温再生器、5は中温再生器、6は低温再生器、7は低温熱交換器、8は中温熱交換器、9は高温熱交換器、12は再生器ポンプ、13は溶液ポンプ、14は冷媒ポンプ、15は熱源、16,17は冷却水、18は冷水である。
【0011】
次に、図1の作用を説明すると、吸収器2からの希溶液は、溶液ポンプ13により、流路20から熱交換器7の被加熱側に導入し、加熱側の濃溶液と熱交換して温度を高め、低温熱交換器7を出た後、分岐して一部の希溶液を流路21から低温再生器6へ導き、残りの希溶液を流路22で中温熱交換器8の被加熱側を経由し、中温再生器5に導き、中温再生器5で濃縮された濃溶液の一部は、流路23で高温熱交換器9の被加熱側を経由して高温再生器4に導入し、高温再生器4で濃縮された溶液は流路24で高温熱交換器9の加熱側を経由し、中温再生器5で濃縮された濃溶液の残部と共に、流路25から中温熱交換器8の加熱側に導かれ、これを経由し、低温再生器6からの濃溶液と共に、流路26から低温熱交換器7の加熱側に導く。低温熱交換器7の加熱側に入った濃溶液は、被加熱側の希溶液を加熱し、それ自身は冷却され、低温熱交換器7を出た後、吸収器2に入る。
【0012】
高温再生器4では、外部熱源15により加熱され、溶液の濃縮が行われ、この際発生する冷媒蒸気は、流路27から中温再生器5の加熱側に導かれ、前述の中温再生器5に導かれた希溶液を加熱後の冷媒蒸気は凝縮して、低温再生器6の加熱側(又は、凝縮器)に導かれる。中温再生器5で発生した冷媒蒸気は流路28で低温再生器6の加熱側に導かれ、前述の低温熱交換器7の被加熱側を経由して導かれた溶液を加熱濃縮し、加熱後の冷媒蒸気は凝縮し、凝縮器3に導かれる。低温再生器6で発生した冷媒蒸気は凝縮器3に導かれ、冷却水16により.、冷却されて凝縮する。
【0013】
凝縮器3で凝縮された冷媒は、流路29より蒸発器1に導かれ、ここで、冷水18から熱を奪い冷凍効果を発揮して、蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、吸収器2にて、溶液に吸収される。吸収の際の吸収熱は吸収器を流れる冷却水17により冷却される。蒸発しない冷媒は、冷媒ポンプ14により流路30を通り蒸発器1に循環され、また、冷媒を吸収した希溶液は溶液ポンプ13で熱交換器を通って循環される。
上記において、中温再生器5から高温再生器4に導く際、再生器ポンプ12側に優先的に導き、残りが溢れて、中温熱交換器8の加熱側に導かれるようにすることができる。
【0014】
図2に、本発明の吸収冷凍機の他の例の概略工程図を示す。
図2においては、溶液流路の吸収器2からの希溶液は、流路20から低温熱交換器7に入る前に分岐して、一部は低温熱交換器の被加熱側を通り流路21から低温再生器6に導き、残りは、直接中温熱交換器8の被熱側を通り流路22から中温再生器5に導入している。また、高温再生器4と中温再生器5からの濃溶液は流路25から中温熱交換器8の加熱側を通り、直接吸収器2に導かれており、低温熱交換器7は低温再生器6からの濃溶液のみで加熱されている。
一方、冷媒流路には、中温再生器5からの冷媒蒸気流路28に、調節弁32を有するバイパス流路31をもうけており、高温再生器4の内圧が上昇するとこの弁32を開として、中温再生器5からの冷媒蒸気を直接凝縮器3に導入するようにしている。
その他の溶液流路、冷媒流路は図1と同様であり、同様の作用効果を奏することができる。
【0015】
図3に、本発明の吸収冷凍機の別の例の概略工程図を示す。
図3では、吸収器及び蒸発器をそれぞれ低段1’、2’と高段1”、2”の2段階に分割し、分割したこれら各単一の吸収器2’、2”、発生器1’、1”とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液を先ず低段吸収器2’に導き、その後、高段吸収器2"に導き、冷水は先ず、高段蒸発器1”に導き、次いで低段蒸発器1’に導き、凝縮器3を出た冷却水7は、高段吸収器2”低段吸収器2’とに並列に導くようにしたものである。
図4に本発明の図11に対応する冷凍サイクル図を示し、図5に吸収器と蒸発器とを2段構成とし濃溶液を先ず低段吸収器に導き、その後、高段吸収器に導いた場合の冷凍サイクル図を示し、図6に本発明の図3に対応する冷凍サイクル図を示す。
【0016】
なお、比較のために、従来の三重効用吸収冷凍機で、吸収器からの溶液を先ず、高温再生器に導き、順次、中温再生器、低温再生器に導くシリーズフローの概略工程図を図7に示し、また、吸収器からの溶液を、高温再生器、中温再生器、低温再生器に並列に導く分岐フローの概略工程図を図8に示す。
次に、冷水条件:入口13℃、出口7℃、冷却水入口、31℃の場合の各サイクル側を比較してみる。
【0017】
シリーズフロー:図7に対応
蒸発器の蒸発温度:5.5℃、 吸収器の溶液出口温度:36.0℃、
希溶液濃度:55.5wt%
凝縮温度:37.0℃、 低温再生器溶液出口温度:78.3℃
中温再生器露点:83.3℃、 中温再生器溶液出口温度:129.6℃
高温再生器露点:134.6℃、 高温再生器溶液出口温度:186.8℃
高温再生器圧力:3.16kg/cm2A(2.12kg/cm2G)
【0018】
パラレルフロー:図8に対応
蒸発器の蒸発温度:5.5℃、 吸収器の溶液出口温度:36.0℃、
希溶液濃度:55.5wt%
凝縮温度:37.0℃、 低温再生器溶液出口温度:78.3℃
中温再生器露点:81.2℃、 中温再生器溶液出口温度:129.4℃
高温再生器露点:132.0℃、 高温再生器溶液出口温度:188.3℃
高温再生器圧力:2.92kg/cm2A(1.87kg/cm2G)
【0019】
本発明によるフロー:図4
蒸発器の蒸発温度:5.5℃、 吸収器の溶液出口温度:36.0℃、
希溶液濃度:55.5wt%
凝縮温度:37.0℃、 低温再生器溶液出口温度:76.2℃
中温再生器露点:80.1℃、 中温再生器溶液出口温度:125.4℃
高温再生器露点:129.3℃、 高温再生器溶液出口温度:186.9℃
高温再生器圧力:2.73kg/cm2A(1.67kg/cm2G)
パラレルフロー(図7)に対し、圧力、温度共に有利。
シリーズフロー(図8)に対しては、温度がほぼ同等であるが、圧力的に有利になる。
【0020】
本発明によるフロー:図5
高段蒸発器の蒸発温度:8.5℃ 高段吸収器の溶液出口温度:36.0℃
希溶液濃度:53.6wt%
低段蒸発器の蒸発温度:5.5℃、低段吸収器の溶液出口温度:36.0℃
希溶液濃度:55.4wt%
凝縮温度:37.0℃、 低温再生器溶液出口温度:72.3℃
中温再生器露点:76.3℃、 中温再生器溶液出口温度:116.9℃
高温再生器露点:120.9℃、 高温再生器溶液出口温度:172.3℃
高温再生器圧力:2.08kg/cm2A(1.05kg/cm2G)
A/Eを2段化することで、従来のシリーズフローパラレルフローに対し、圧力、温度共に有利。
【0021】
本発明によるフロー:図6/冷却水を凝縮器から入れる。
高段蒸発器の蒸発温度:8・5℃ 高段吸収器の溶液出口温度:37.0℃
希溶液濃度:54.2wt%
低段蒸発器の蒸発温度:5・5℃ 低段吸収器の溶液出口温度:37.0℃
希溶液濃度:56.0wt%
凝縮温度:33.0℃、 低温再生器溶液出口温度:68.9℃
中温再生器露点:72.9℃、 中温再生器溶液出口温度:114.1℃
高温再生器露点:118.1℃、 高温再生器溶液出口温度:170.5℃
高温再生器圧力:1.91kg/cm2A(0.88kg/cm2G)
A/Eを2段化し、さらに、冷却水を凝縮器から流すことで、ゲージ圧1kg/cm2以下、溶液温度180℃以下が可能になっている。
本発明によれば、図2を用いた場合も同様な効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】
本発明によると、希溶液を低温再生器、中温再生器に導いているので、低温、中温再生器での溶液の沸騰温度を低くすることができる。一方、中温再生器で濃縮した溶液を、高温再生器でさらに濃縮するので、サイクルの濃度幅が確保でき、吸収器入口濃度を高くすることができる。
また、吸収器及び蒸発器をそれぞれ低段と高段の2段に分割し、高段吸収器からでる希溶液濃度を低下させると、低温、中温再生器での溶液沸騰温度をさらに下げることができる。
また、冷却水を凝縮器から導入することで、凝縮温度を低下させ、低温再生器の沸騰温度の低下、それに伴う中温再生器の沸騰湿度の低下により、高温再生器の圧力、温度を低下させることができる。
このように、本発明よると、高温再生器の圧力、温度を低下させることができるので、腐食環境が緩和し、また、圧力上の問題も緩和でき、従来から、二重効用で用いられている軟鋼等の材料が便用できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の吸収冷凍機の一例を示す概略工程図。
【図2】本発明の吸収冷凍機の他の例を示す概略工程図。
【図3】本発明の吸収冷凍機の別の例を示す概略工程図。
【図4】本発明の吸収冷凍機の一例の冷凍サイクル図。
【図5】本発明の吸収冷凍機の他の例の冷凍サイクル図。
【図6】本発明の吸収冷凍機の別の例の冷凍サイクル図。
【図7】従来の三重効用吸収冷凍機のシリーズフローの概略工程図。
【図8】従来の三重効用吸収冷凍機のパラレルフローの概略工程図。
【符号の説明】
1、1’、1”:蒸発器、2、2’、2”:吸収器、3:凝縮器、4:高温再生器、5:中温再生器、6:低温再生器、7:低温熱交換器、8:中温熱交換器、9:高温熱交換器、12:再生器ポンプ、13:溶液ポンプ、14:冷媒ポンプ、15:外部熱源、16、17:冷却水、18:冷水、20〜26:溶液流路、27〜30:冷媒流路、31:冷媒バイパス流路、32:調節弁
Claims (5)
- 高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液を低温熱交器の被加熱側を通した後、分岐して一部の希溶液を低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側に導入し、中温熱交換器を経由した濃溶液を低温再生器からの濃溶液と共に、低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機。
- 高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液の一部を低温熱交換器の被加熱側を通した後、低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と、高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入し、また、低温再生器からの濃溶液は低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機。
- 前記吸収器及び蒸発器は、それぞれ低段と高段の2段に分割され、分割したこれら各単一の吸収器と蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液は先ず低段吸収器に導いた後に、高段吸収器に導き、冷水は先ず高段蒸発器に導いた後に低段蒸発器に導き、また、冷却水は先ず凝縮器に導き、次いで、高段吸収器と低段吸収器に並列に導くように構成したことを特徴とする請求項1又は2記載の三重効用吸収冷凍機。
- 前記冷媒流路は、高温再生器で発生した冷媒蒸気が中温再生器の加熱側を経由して、中温再生器で発生する冷媒蒸気と共に低温再生器の加熱側を経由して凝縮器に導入するように構成すると共に、中温再生器で発生した冷媒蒸気が低温再生器の加熱側をバイパスして直接凝縮器に至るバイパス流路を設け、該流路には、バイパスする冷媒蒸気量を調節するための弁を設けたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の三重効用吸収冷凍機。
- 前記冷媒蒸気量を調節するための弁は、高温再生器の内圧が所定の圧力を越えないようにパイバスする冷媒蒸気量を調節する機構を有することを特徴とする請求項4記載の三重効用吸収冷凍機。
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