JP4317767B2

JP4317767B2 - 廃アンモニア水の浄化装置を備えるアンモニア冷凍装置

Info

Publication number: JP4317767B2
Application number: JP2004025090A
Authority: JP
Inventors: 雅彦熊谷; 勝彦杉田; 秀晃尾花; 光雄関; 佳寛黒川; 勇二大下; 佳子松田
Original assignee: TOYO. SS. CO., LTD.
Current assignee: TOYO. SS. CO., LTD.
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2024-02-02
Also published as: JP2005214572A

Description

本発明はアンモニア冷凍装置内において冷媒たるアンモニアが漏洩した場合に、漏洩アンモニアを水に吸収させて除害を行なった際に排出される廃アンモニア水を浄化処理するための装置及び同浄化装置を備えるアンモニア冷凍装置に関する。

アンモニアを冷媒とする冷凍装置においては、装置内における構成機器や冷媒配管の損傷あるいは冷媒配管の接続部における緩みなどに起因するアンモニア冷媒の漏洩事故が発生するおそれがある。

アンモニアは高濃度であると人体に有毒であるので、アンモニア冷媒が漏れた場合にはアンモニアガスが装置外部に高濃度のまま放出されないようにする必要があり、従来からアンモニアの水への溶解度の高さからアンモニアガスが含まれる空気を水とを接触せしめて空気中のアンモニア濃度を低減する除害手段が採られている（特許文献１乃至３参照）。

従来の除害手段では、装置のケーシング内に漏洩したアンモニアガスの接触によりアンモニアを吸収した水（廃アンモニア水）が生成し、この廃アンモニア水はそのままでは有害であるので、浄化処理を行って廃棄しなければならない。

上述の浄化処理の手段としては、廃アンモニア水に塩酸等の酸を投入して中和処理を行い、無害化が確実に行われたことを確認してから河川や海洋等の公共水域に放流するのが一般的であり、通常は廃アンモニアの適切な処理を行う施設および技術を有する産業廃棄物処理業者に委託して行われ、廃棄費用も嵩む。

また、廃アンモニア水を処理する手段としては、漏洩アンモニアガスと水を接触させる際に炭酸ガスとも接触させて中和する手段（特許文献１参照）などがある。
特開２００１−３４７１２７（第１〜４頁、図１および図２）特開２００１−１４５８１９（第１〜１０頁、図１）特開２００１−９９４４７（第１〜５頁、図１および図２）

本発明は、冷媒回路から漏洩したアンモニアを水に吸収させて廃アンモニア水を生成し、この廃アンモニア水を大気と気液接触させて大気中に廃アンモニア水中のアンモニアを安全な低濃度で放出し、徐々に廃アンモニア水中のアンモニア濃度を安全な低濃度にまで浄化して、公共水域に放流することができるようにすることを課題としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍装置は、アンモニアを冷媒とし、圧縮機、外気側熱交換器、負荷側熱交換器および膨張弁を備える冷媒回路を備え、前記外気側熱交換器を除く冷媒回路をケーシング内に設け、かつ、前記外気側熱交換器を、新鮮外気が導入される空気入口と、送風機を備える空気出口とを有する空気通路内に設けたアンモニア冷凍装置において、前記ケーシング内の空気と、ケーシング内に設けた水槽に貯留した水とを気液接触させることによって空気中のアンモニアを水に溶解させて除去するアンモニア冷凍装置用の除害装置を前記ケーシング内に備え、前記空気通路内に、前記水槽に一端を接続した送水管の他端が接続され、冷却運転時には冷媒の凝縮が行われる前記外気側熱交換器に前記水槽内の水を冷却用として散布する散水ノズルを設け、前記ケーシング内にアンモニアが漏洩し、この漏洩したアンモニアが前記除害装置によって水槽内に回収されると、水槽内の水にアンモニアが回収されることによって生成した廃アンモニア水を、前記散水ノズルから散布して空気通路内を流過する空気と気液接触せしめて、廃アンモニア水中のアンモニアを空気通路内の空気に放出することにより、空気中に放出されたアンモニアが前記空気通路内に導入される大量の空気によって希釈されて安全な低濃度のアンモニアガスを含む空気となって大気に放出され、かつ、公共水域へ放流可能な低濃度まで徐々に前記水槽内の廃アンモニア水中のアンモニア濃度が低下させられて浄化されて前記廃アンモニア水が中和処理等の無害化処理することなく浄化処理されるように構成してなる廃アンモニア水の浄化装置を備え、また前記空気通路内に、前記除害装置において気液接触した空気を排出する排出管の外端部を開口せしめ、同排出管から空気通路内に排出されるアンモニアガスを含む空気を空気通路内を流過する大量の外気によって希釈して大気に放出するようにした構成のものとしてある。

以下、浄化装置の例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
浄化塔１は下部に廃アンモニア水を貯留するための水槽２を備え、この水槽の上方における側面に空気入口３を有するとともに上部（図１では頂部）に空気出口４を有していて、空気入口３と同出口４にはそれぞれ開度制御用のダンパ３ａ、４ａを設けてある。

なお、図１中の符号１ａは水槽内に廃アンモニア水を供給するための供給口を示し、同供給口は開閉可能となっていて、廃アンモニア水の供給時に開かれる以外は常に閉止される。また、同図１中の符号１ｂはドレン口を示し、通常は閉止されているバルブ１ｃを開成することにより水槽内の水を外部に流出させることができるようになっている。

前記浄化塔１内の水槽２には、送水管５の一端が接続されていて、この送水管の他端はポンプ６とバルブ７を介して他端が浄化塔内上部に導入され、この浄化塔内に導入された送水管の部分に多数の散水ノズル８、８を設けてある。また、浄化塔１内における散水ノズルと水槽との間には、塔内の空気と散水ノズルからの水との気液接触を十分に行うことができるようにするための充填材９を収容してあるが、この充填材は設けない場合もある。

しかして前記空気出口４は、希釈空気入口１０からブロア１１を経て排気口１２に至る通風ダクト１３のブロア上流側の途中に接続されていて、前記希釈空気入口１０には開閉制御用のダンパ１０ａを設けてあり、また排気口１２にはアンモニアガス濃度センサ１４を設けてある。

そしてアンモニアガス濃度センサ１４は制御回路１５に接続されていて、同制御回路からの制御信号線１６、１６が前記ポンプ６、ダンパ３ａ、４ａ、１０ａに接続されている。

次ぎに、上述した浄化装置の作用について説明する。
水槽２内に貯留された廃アンモニア水は、ポンプ６の駆動によって送水管５を経て散水ノズル８、８に送られて、これら散水ノズルから浄化塔１内に散布され、充填材９内を流下して水槽２内に滴下し、再び送水管で散水ノズルに送られて循環する。

また、ブロア１１の駆動により、浄化筒１の空気入口３から塔内に流入した外気が充填材９内を上方へ向かって通過し、空気出口４から通風ダクト１３内に流入して同ダクトの希釈空気入口１０から流入する空気と混合されて排気口１２から大気に放出される。

しかして、廃アンモニア水は浄化塔１内において空気入口３から同出口４へ流れる空気と気液接触し、廃アンモニア水中のアンモニアの一部がアンモニアガスとなって空気中に放出され、アンモニアガスを含む空気は通風ダクト１３にて同ダクトの希釈空気入口１０からの空気（外気）によって安全なアンモニア濃度にまで希釈されて排気口１２から大気に放出される。

通風ダクト１３の排気口１２から放出される空気中のアンモニアガス濃度は、前記センサ１４により常に監視され、同センサにより検出されるアンモニアガス濃度が予め設定された値よりも大であると、制御回路１５からの指令によってポンプ６の回転数が低減されて排出空気中のアンモニア濃度を低下させる。

また、ポンプの回転数制御をする代わりに、ダンパ３ａ、４ａ、１０ａの開度を制御し、通風ダクト１３における浄化塔からの空気に対する希釈空気入口１０からの空気量を増加させて希釈割合を大ならしめ、排気口から大気に放出される空気中のアンモニア濃度を低下させる場合もある。

そして、浄化塔１内において空気と接触し、アンモニアガスが空気中に放出されてアンモニア濃度の若干低下した廃アンモニア水は充填材９から水槽２に滴下して戻され、廃アンモニア水中のアンモニア濃度はこの気液接触の繰り返しによって時間の経過とともに徐々に低下する。

廃アンモニア水中のアンモニア濃度が低下すると、通風ダクト１３の排気口１２から放出される空気のアンモニアガス濃度も低下するので、前記センサ１４にて検出されるアンモニアガス濃度が予め設定された濃度以下となったら廃アンモニア水の浄化が終了したと判断し、ポンプ６およびブロア１１の駆動を停止し、ドレン口１ｂから廃アンモニア水のサンプルを採取し、このサンプル中のアンモニア濃度を測定して公共水域への放流が可能であることを確認し、その後ドレン口から浄化後の安全な廃アンモニア水を放流する。

なお、浄化後の廃アンモニア水中のアンモニア濃度の測定に代えて、この廃アンモニア水のｐｈや導電率からアンモニア濃度が低下したことを間接的に確認する検査を行う場合もあるし、ドレン口からのサンプル採取に代えて、水槽内に直接アンモニアセンサやｐｈセンサ等のアンモニア濃度を直接あるいは間接的に検出するセンサを設ける場合もある。

上述した廃アンモニア水の浄化装置は、例えば気液接触によるアンモニアガスの回収を行うアンモニア除害装置を備えるアンモニア冷凍装置においてアンモニアの除害が行われた後、冷凍装置内に残された、アンモニアを高濃度に含む廃アンモニア水をこの冷凍装置内から抜き出して浄化装置の水槽２に移して浄化を行う構成のもの、すなわち冷凍装置とは独立した構成のものであり、このような構成のものの場合はアンモニア冷凍装置から廃アンモニア水を取り出せば、アンモニア冷凍装置は補修が済み次第運転をすぐに再開することができるというメリットがある。

本発明の冷凍装置は、上述した浄化装置の構成をアンモニア冷凍装置に組み込んで、アンモニア冷凍装置内において漏洩アンモニアガスの回収と、廃アンモニア水の浄化とを行うことができるように構成したものであり、以下に廃アンモニア水の浄化装置を備えるアンモニア冷凍装置の実施例を図２に示す具体例に基づいて説明する。

ケーシング２１の上部には、ケーシング上面に開口する空気入口２１ａから同じくケーシング上面に開口する空気出口２１ｂに至る空気通路２２が形成されていて、この空気通路は入口側の下向部の下部と出口側の上向部の下部との間が横向部にて連絡する略Ｕ字状を呈しており、横向部の下面は中央部に向って下傾するドレンパンを兼ねる仕切板２３によってケーシング内の下部と区画されていて、仕切板２３の最下部にドレン口２４が設けられている。

上記下向部内には、蒸発式凝縮器よりなる外気側熱交換器２５が設けられていて、同熱交換器の上方における下向部内に散水ノズル２６が設けられている。

また、上記空気出口２１ｂには送風機２７が設けられていて、送風機２７の駆動により空気入口２１ａから空気通路２２内に流入した空気は前記外気側熱交換器２５を流過して空気出口２１ｂから外部へ排出されるようになっている。

前記ケーシング２１内の前記仕切板２３で区画された下部には、四方弁４４、圧縮機２８、第１膨張弁２９ａ、第２膨張弁２９ｂ、負荷側熱交換器３０が設けられていて、四方弁４４の操作により冷却運転と加熱運転が切り替えられる構成となっている。
なお、図３における四方弁４４は冷却運転時の弁の連通状態を太線で示し、加熱運転時の弁の連通状態を破線で示してある。

より詳しくは、冷却運転時には圧縮機２８の吐出側から送り出されたアンモニア冷媒ガスが四方弁４４を経て外気側熱交換器２５に送られて液化し、逆止弁４５、第２膨張弁２９ｂを経て負荷側熱交換器３０に送られて蒸発し、負荷側熱交換器からの冷媒が四方弁４４を経て圧縮機の吸入側に戻され、加熱運転時には圧縮機２８の吐出側から送り出された冷媒ガスが四方弁４４を経て負荷側熱交換器３０に送られて液化し、逆止弁４６、第１膨張弁２９ａを経て外気側熱交換器２５に送られて蒸発し、外気側熱交換器からの冷媒が四方弁４４を経て圧縮機の吸入側に戻されるように冷媒回路が構成されている。

上記負荷側熱交換器３０は、冷媒の気化潜熱によってブラインや水等の冷熱媒体を冷却し、または圧縮機からの吐出ガスによって冷熱媒体を加熱し、負荷側熱交換器からの冷熱媒体は例えば被空調室に設けられた各空調用熱交換器３１に供給されるようになっている。

また、前記ケーシング２１の内底部には前記散水ノズル２６に供給する水を蓄える水槽３２を設けてあって、同水槽３２内に一端が臨む送水管３３の他端が送水ポンプ３４を介して散水ノズル２６に接続されている。

上記送水管３３の水槽側端部にはフィルタ３５が設けられており、また、送水管の途中における送水ポンプ３４の下流側には浄化装置３６が設けられていて、これらフィルタおよび浄化装置によって水中の不純物をできるだけ除去するようにしてある。

さらに、前記空気通路２２の最下部におけるドレン口２４に一端が接続された排水管３７の他端が水槽３２内に臨んでおり、この排水管の途中には後述する排水バルブ４１を設けてあり、これら排水管と排水バルブで排水手段を構成してある。
なお、水槽３２内への水の補給は給水管３８によって適宜行なわれるようになっている。

また、前記排水管３７の途中には前記排水バルブ４１を設けてあって、同排水バルブは前記冷媒回路における冷却運転が行なわれている間は開かれているが、冷却運転が停止すると閉止され、再び冷却運転が開始される前に開成される構成のものとしてある。
なお、上記排水バルブ４１は、後述する浄化運転時にも開かれる。

しかして、前記水槽３２は仕切板４７によって１次水槽３２Ａと２次水槽３２Ｂに区画されていて、２次水槽からのオーバーフローが１次水槽に流入する構成となっており、前記排水管３７の下端は２次水槽３２Ｂ内に開口するように設けられている。

上記１次水槽３２Ａと２次水槽３２Ｂ内にはそれぞれ１次送水管４８と２次送水管４９の一端が臨んでいて、各送水管の途中にはポンプ５０と吸気手段たるエジェクタ５１と気液混合手段たるスタティックミキサ５２を備え、各送水管の他端には気液分離手段たる気液分離器５３が設けられていて各気液分離器の液相は各水槽に臨み、１次送水管４８側の気液分離器５３の気相に一端が接続された送気管５４の他端は２次送水管４９側のスタティックミキサ５２の吸気口に接続され、２次送水管４９側の気液分離器５３の気相に一端が接続された排出管５５の他端排出口４２がケーシング２１外に臨んでいる。

なお、各送水管４８、４９の水槽側端にはそれぞれ不純物の流入を防止するためのフィルタ５６が設けられている。

次ぎに、上述のように構成された冷凍装置の作用について説明する。
通常の冷却運転時には、前記排水バルブ４１が開かれた状態で、前記送水ポンプ３４、送風機２７および圧縮機２８が駆動される。

水槽３２内の水は送水ポンプ３４によって散水ノズル２６から散布され、外気側熱交換器２５を冷却して仕切板２３に滴下し、ドレン口２４から排水管３７によって水槽３２Ｂに戻される。

しかして圧縮機２８から吐出された冷媒は、四方弁４４を経て外気側熱交換器２５に送られ、散水ノズル２６から散布される水の蒸発潜熱で冷却されて液化し、逆止弁４５により第１膨張弁２９ａをバイパスし、第２膨張弁２９ｂにて減圧されて負荷側熱交換器３０内で気化し、被空調室の空調用熱交換器３１に供給されるブラインや水と熱交換し、四方弁４４を経て圧縮機２８へ戻される。

本実施例の冷凍装置は、上述した冷却運転以外に加熱運転も行なうことができるヒートポンプ式のものとしてあり、加熱運転時の作用について以下に説明する。

加熱運転時には、に外気側熱交換器２５への散水が停止され、具体的には前記散水ポンプ３４が常時停止され、かつ排水バルブ４１が開かれた状態で、前記送風機２７および圧縮機２８が駆動される。

しかして圧縮機２８から吐出された冷媒は、四方弁４４を経て負荷側熱交換器３０に送られ、外部の空調用熱交換器３１から送られる水やブライン等の冷熱媒体と熱交換させられて液化し、逆止弁４６により第２膨張弁２９ｂをバイパスし、第１膨張弁２９ａにて減圧されて外気側熱交換器２５内で気化し、空気通路２２内を流過する外気と熱交換し、四方弁４４を経て圧縮機２８へ戻される。

しかして、冷媒回路からアンモニアが漏洩すると、ケーシング内のアンモニアセンサ５７が漏洩を検知し、同センサからの信号により圧縮機２８の運転が停止されるとともに、散水用の送水ポンプ３４の駆動も停止され、また、負荷側熱交換器３０や空調用熱交換器３１へのブライン・水の循環も停止される。なお、送風機２７は停止されない。

また、除害装置における送水管４８、４９のポンプ５０、５０が駆動され、１次送水管４８により１次水槽３２Ａ内から吸入された水はエジェクタ５１を経てスタティックミキサ５２に送られ、このスタティックミキサにおいて上記エジェクタ５１において導入されたケーシング内のアンモニアガスを含む空気と十分に攪拌混合され、空気中のアンモニアが水に溶解され、空気中のアンモニア濃度が低下させられる。

そしてスタティックミキサからの水と空気は気液分離器５３において気相と液相に分離され、液相の水は１次水槽３２Ａに戻され、気相の空気は２次送水管４９に送られる。なお、２次送水管４９に送られる空気は１次水槽の水との接触によりケーシング内空気よりも十分にアンモニア濃度が低下している。

２次送水管４９においては、２次水槽３２Ｂからポンプ５０により吸入された水中にエジェクタ５１により、上述した１次送水管側気液分離器からの空気が導入され、これらがスタティックミキサ５２で攪拌混合されて気液分離器５３に送られ、液相は２次水槽に戻され、気相の空気すなわちさらにアンモニア濃度が低下した空気が排出管５５によって排出口４２からケーシング外における送風機２７の入口側に排出され、さらに空気通路２２内を流過する大量の外気によって希釈されて十分に安全であり、かつアンモニア臭気の殆どしないアンモニア濃度の空気となって放出される。

そして排出管から空気通路２２内に流入した低濃度のアンモニアを含む空気は、送風機入口側の負圧により吸引されるとともに、送風機によって攪拌されて空気通路内に導入された新鮮外気と攪拌され、よりアンモニア濃度の低い安全な空気となって排出される。
なお、排出管からの空気と上記新鮮外気の攪拌をより充分に行なうことを目的として、送風機の羽根の角度をより攪拌作用の高いものに設定する場合もあるし、排出管の端部を分岐せしめて送風機の吸入側における複数箇所に排出口を開口せしめる場合もある。

ケーシング２１内の空気は１次水槽３２Ａ側のエジェクタ５１に吸引されるので、ケーシング内は負圧となり、ケーシング内の空気が前記排出管５５を経ずに外部へアンモニアが高濃度のまま漏出するおそれはない。なお、ケーシング内には空気取入通気口４３からの新鮮外気が導入され、アンモニアの漏洩がサービスマンによる補修等の処置を受けて止まっていればケーシング内の空気中のアンモニア濃度は徐々に減少する。

サービスマンによってアンモニア漏洩箇所の補修等の処置が完了すると、すなわちアンモニアの新たな漏洩がなくなるか極めて少なくなると、手動によって除害運転を停止し、同じく手動によって、水槽３２内の除害用水すなわちアンモニアを高濃度に含む廃アンモニア水の浄化運転が行なわれる。

具体的には、送風機２７の運転は継続し、除害装置におけるポンプ５０、５０の駆動を停止する。また、送水ポンプ３４を駆動し、１次水槽３２Ａ内の廃アンモニア水を散水ノズル２６、２６から空気通路２２内に散布する。

空気通路２２内に散布された廃アンモニア水は水滴の状態で空気通路内を流過する新鮮外気と接触し、廃アンモニア水中に含まれるアンモニアが空気中に放散され、廃アンモニア水のアンモニア濃度が低下する。アンモニア濃度が低下した廃アンモニア水は仕切板２３上に滴下してドレン口２４に集められ、排水管３７により２次水槽３２Ｂに送られる。

２次水槽３２Ｂ内の水は排水管からの水の流入に伴って、比較的アンモニア濃度の高い１次水槽３２Ａにオーバーフローし、１次水槽内のアンモニア濃度を希釈によって低下せしめ、再び送水管３３、散水ノズル２６、２６によって空気通路２２に送られる。

上述した冷凍装置の実施例では除害装置を１次送水管と２次送水管において気液の接触を行なう２段構成のものとしてあるが、この構成を１段のものとする場合や、３段以上のものとする場合もある。

本発明の装置によれば、冷媒回路から漏洩したアンモニアが水槽内の水に回収されて廃アンモニアが生成され、この廃アンモニア水が外気と気液接触させられることによって廃アンモニア水中のアンモニアが外気中に放出され、廃アンモニア水はそのアンモニア濃度が徐々に低下して、河川や海洋に放流できる安全な低濃度のアンモニア水に浄化される。

また、廃アンモニア水と気液接触してアンモニアガスを含んだ空気は大量の外気により充分に安全な低濃度にまで希釈されて大気に放出される。

したがって、有害な廃アンモニア水に対し、高額な費用が掛かる中和処理等の無害化処理を行うことなく確実に浄化処理を行うことができる。

本発明に係る浄化装置の実施例を示す縦断面図。本発明に係る冷凍装置の実施例を示す縦断面図。

符号の説明

１浄化塔
２水槽
３空気入口
４空気出口
５送水管
６ポンプ
７バルブ
８散水ノズル
９充填材
１０希釈空気入口
１１ブロア
１２排気口
１３通風ダクト
１４アンモニアガス濃度センサ
１５制御回路
１６制御信号線
２１ケーシング
２２空気通路
２３仕切板
２４ドレン口
２５外気側熱交換器
２６散水ノズル
２７送風機
２８圧縮機
２９ａ第１膨張弁
２９ｂ第２膨張弁
３０負荷側熱交換器
３１空調用熱交換器
３２水槽
３３送水管
３４送水ポンプ
３５フィルタ
３６浄化装置
３７排水管
３８給水管
４１排水バルブ
４２排出口
４３空気取入口
４４四方弁
４５、４６逆止弁
４７仕切板
４８１次送水管
４９２次送水管
５０ポンプ
５１エジェクタ
５２スタティックミキサ
５３気液分離器
５４送気管
５５排出管
５６フィルタ
５７アンモニアセンサ

Claims

アンモニアを冷媒とし、圧縮機、外気側熱交換器、負荷側熱交換器および膨張弁を備える冷媒回路を備え、前記外気側熱交換器を除く冷媒回路をケーシング内に設け、かつ、前記外気側熱交換器を、新鮮外気が導入される空気入口と、送風機を備える空気出口とを有する空気通路内に設けたアンモニア冷凍装置において、前記ケーシング内の空気と、ケーシング内に設けた水槽に貯留した水とを気液接触させることによって空気中のアンモニアを水に溶解させて除去するアンモニア冷凍装置用の除害装置を前記ケーシング内に備え、前記空気通路内に、前記水槽に一端を接続した送水管の他端が接続され、冷却運転時には冷媒の凝縮が行われる前記外気側熱交換器に前記水槽内の水を冷却用として散布する散水ノズルを設け、前記ケーシング内にアンモニアが漏洩し、この漏洩したアンモニアが前記除害装置によって水槽内に回収されると、水槽内の水にアンモニアが回収されることによって生成した廃アンモニア水を、前記散水ノズルから散布して空気通路内を流過する空気と気液接触せしめて、廃アンモニア水中のアンモニアを空気通路内の空気に放出することにより、空気中に放出されたアンモニアが前記空気通路内に導入される大量の空気によって希釈されて安全な低濃度のアンモニアガスを含む空気となって大気に放出され、かつ、公共水域へ放流可能な低濃度まで徐々に前記水槽内の廃アンモニア水中のアンモニア濃度が低下させられて浄化されて前記廃アンモニア水が中和処理等の無害化処理することなく浄化処理されるように構成してなる廃アンモニア水の浄化装置を備えるアンモニア冷凍装置。
前記空気通路内に、前記除害装置において気液接触した空気を排出する排出管の外端部を開口せしめ、同排出管から空気通路内に排出されるアンモニアガスを含む空気を空気通路内を流過する大量の外気によって希釈して大気に放出するように構成してなる請求項１に記載のアンモニア冷凍装置。