JP4334319B2

JP4334319B2 - 吸収冷凍機の運転方法

Info

Publication number: JP4334319B2
Application number: JP2003370830A
Authority: JP
Inventors: 修司石崎; 崇浩小林; 秀樹府内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP2005134038A

Description

本発明は、排ガス熱回収器を備えた吸収冷凍機の運転方法に関するものである。

この種の吸収冷凍機としては、例えば図３に示したように、高温再生器１の稀吸収液を加熱沸騰させるガスバーナ２から排出される排ガスを、排気管２６により低温熱交換器９と高温熱交換器１０との間に設けた熱回収器２７Ｘに送り、吸収液管１１により吸収器７から高温再生器１に送られている稀吸収液の温度を上げ、ガスバーナ２による必要加熱量を減らして、燃料消費量を削減するように工夫した第１の構成の吸収冷凍機が周知である（例えば、特許文献１参照。）。

また、図４に示したように、二つの熱回収器２７Ｘ、２７Ｙを設けると共に、低温熱交換器９を出た稀吸収液が一方の熱回収器２７Ｘを迂回して流れる吸収液管１１Ｂを設け、この吸収液管１１Ｂに流量制御弁Ｖ７を設け、さらに排気管２６の下流部分に設けた温度センサ２９が排ガスに含まれる水蒸気の露点より高い所定の温度を計測し続けるように流量制御弁Ｖ７の開度を制御するための制御器３０Ｘを設けるようにした第２の構成の吸収冷凍機も周知である（例えば、特許文献２参照。）。
特公平６−６３６７２号公報特開２００３−１３０４８７号

特許文献１に提案された第１の構成の吸収冷凍機においては、温度の低い低温再生器から送られて来る濃吸収液と低温熱交換器で熱交換しただけで、温度が未だそれほど上昇していない稀吸収液とガスバーナから出る排ガスとが熱交換するので、運転条件によっては排ガスの温度が大きく低下し、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮して溜まり、熱交換器や排気管を腐食することがあったため、これらの部品は耐食性に優れた高価な材料を使用して製造する必要があった。

一方、特許文献２に提案された第２の構成の吸収冷凍機においては、温度センサが排ガスに含まれる水蒸気の露点より高い所定の温度を計測し続けるように、流量制御弁の開度を制御器により制御するので、排ガスの温度は二つの熱回収器で熱回収されても前記露点より低くなることはなく、したがって熱交換器や排気管に高価な耐食性材料を使用する必要はないが、価格の高い流量制御弁を設置する必要があった。

したがって、排ガスに含まれる水蒸気が頻繁に凝縮しない構成にして、熱交換器や排気管への高価な耐食性材料の使用を不要とし、且つ、高価な流量制御弁の設置を不要にする必要があり、それが解決すべき課題となっていた。

本発明は上記従来技術の課題を解決するため、吸収液加熱手段としての燃焼装置を備えた高温再生器と、低温再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、燃焼装置から出る排ガスの熱を回収して吸収液を加熱する熱回収器とを備えた吸収冷凍機の暖房運転中に燃焼装置の排ガス温度を計測し、その計測温度が第１の所定温度を一旦超えた後に所定時間に渡って第１の所定温度より低い第２の所定温度以下となったときに、警報動作を行う、若しくは燃焼装置の発熱量を所定時間増加させる、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の所定温度を排ガスに含まれる水蒸気の露点より多少高めの８０℃程度とし、第２の所定温度を前記水蒸気の露点近辺の例えば５５℃程度としておくことで、吸収冷凍機が定常運転に到達した後に、部分負荷運転などで排ガスの温度が大きく低下し、排ガスに含まれる水蒸気の温度が露点近くにまで低下したときには、警報動作が行われる、若しくは燃焼装置の発熱量が所定時間増加するので、前記水蒸気の凝縮によるドレン水の発生防止が可能となる。そのため、熱交換器・排気管などを高価な耐食性金属によって製造する必要はないし、高価な流量制御弁の設置も不要になる。

本発明は上記従来技術の課題を解決するため、吸収液加熱手段としての燃焼装置を備えた高温再生器と、低温再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、燃焼装置から出る排ガスの熱を回収して吸収液を加熱する熱回収器とを備えた吸収冷凍機の暖房運転中に燃焼装置の排ガス温度を計測し、その計測温度が第１の所定温度を一旦超えた後に所定時間に渡って第１の所定温度より低い第２の所定温度以下となったときに、警報動作と共に燃焼装置の発熱量を所定時間増加させることを特徴とするものである。

本発明の第１の実施例を、図１と図２に基づいて説明する。なお、理解を容易にするため、これらの図面においても前記図３、図４において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。

図中１は、例えば都市ガスを燃料とするガスバーナ２の火力によって吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離するように構成された高温再生器、３は低温再生器、４は凝縮器、５は低温再生器３と凝縮器４が収納されている高温胴、６は蒸発器、７は吸収器、８は蒸発器６と吸収器７が収納されている低温胴、９は低温熱交換器、１０は高温熱交換器、１１〜１３は吸収液管、１４、１５は吸収液ポンプ、１６〜１８は冷媒管、１９は冷媒ポンプ、２０は冷／温水管、２１は冷却水管、２２は冷暖切替弁Ｖ３が介在して冷／温水管２０と冷却水管２１とを連結している連通管、２３はガスバーナ２に供給する燃料の都市ガスが流れる燃料供給管、２４はファン２５によって供給される燃焼用空気をガスバーナ２に供給するための空気供給管、２６はガスバーナ２から出る排ガスが通る排気管、２７は吸収液管１１Ａ内を流れる吸収液と排気管２６内を流れる排ガスとが熱交換して排ガスが保有する熱を吸収液に回収して吸収液を加熱するための第１の熱回収器、２８は空気供給管２４内を流れる燃焼用空気と排気管２６内を流れる排ガスとが熱交換して排ガスが保有する熱を燃焼用空気に回収して燃焼用空気を加熱するための第２の熱回収器、２９は排気管２６の下流部分を流れている排ガスの温度を計測する温度センサ、３０は温度センサ２９が計測する排ガス温度に基づいて警報手段３１を起動し、警報を発するための制御器である。

なお、吸収器７から高温再生器１に稀吸収液を搬送するための吸収液管１１は、上流部分に吸収液ポンプ１４を備え、低温熱交換器９と高温熱交換器１０とを経由した後に、第１の熱回収器２７と冷暖切替弁Ｖ４（第１の冷暖切替弁）が介在する吸収液管１１Ａと、冷暖切替弁Ｖ５（第２の冷暖切替弁）が介在する吸収液管１１Ｂとに分岐し、その後合流して高温再生器１に至っている。

吸収液管１２は一端が高温再生器１の液相部分に連結され、他端は低温再生器３に至る吸収液管１２Ａと、吸収器７に至る吸収液管１２Ｂとに分岐し、吸収液管１２Ａには高温熱交換器１０が介在し、吸収液管１２Ｂには開閉弁Ｖ２が介在している。

吸収液管１３は一端が低温再生器３の液相部分に連結され、途中部分が吸収液ポンプ１５と低温熱交換器９が介在する吸収液管１３Ａと、機器の介在がない吸収液管１３Ｂとに分岐し、その後合流して吸収器７に至っている。

冷媒管１６は一端が高温再生器１の気相部分に連結され、他端は低温再生器３の内側底部分を経由して凝縮器４の下部側に至る冷媒管１６Ａと、吸収器７に至る冷媒管１５Ｂとに分岐し、冷媒管１５Ｂには冷暖切替弁Ｖ１が介在している。

冷媒管１８は一端が蒸発器６の液相部分に連結され、上流部分に冷媒ポンプ１９を備え、その下流部分は蒸発器６の上部に設けられた散布器に至る冷媒管１８Ａと、吸収器７の下部側に至る冷媒管１８Ｂとに分岐し、冷媒管１８Ｂには開閉弁Ｖ６が介在している。

上記構成の吸収冷凍機を冷房などの冷却作用に供する際の動作に付いて先ず説明する。吸収液管１１Ａに介在する冷暖切替弁Ｖ４のみを開弁し、他の全ての弁を閉弁させた状態で、ガスバーナ２で燃料の都市ガスを燃焼させて高温再生器１で稀吸収液を加熱沸騰させると、稀吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気と、冷媒蒸気を分離して吸収液の濃度が高くなった中間吸収液とが高温再生器１において得られる。

高温再生器１で生成された高温の冷媒蒸気は、冷媒管１６・１６Ａを通って低温再生器３に入り、高温再生器１で生成され吸収液管１２・１２Ａにより高温熱交換器１０を経由して低温再生器３に入った中間吸収液を加熱して放熱凝縮し、凝縮器４に入る。

また、低温再生器３で加熱されて中間吸収液から蒸発分離した冷媒は凝縮器４へ入り、冷却水管２１内を流れる水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管１６・１６Ａから凝縮して供給される冷媒と一緒になって冷媒管１７を通って蒸発器６に入る。

蒸発器６に入って冷媒液溜まりに溜まった冷媒液は、冷／温水管２０に接続された伝熱管２０Ａの上に冷媒ポンプ１９によって散布され、冷／温水管２０を介して供給される水と熱交換して蒸発し、伝熱管２０Ａの内部を流れる水を冷却する。

蒸発器６で蒸発した冷媒は吸収器７に入り、低温再生器３で加熱されて冷媒を蒸発分離し、吸収液の濃度が一層高まった吸収液、すなわち吸収液管１３Ａに介在する吸収液ポンプ１５の運転により低温熱交換器９を経由して吸収液管１３・１３Ａから供給され、上方から散布される濃吸収液に吸収される。

そして、吸収器７で冷媒を吸収して濃度の薄くなった吸収液、すなわち稀吸収液は吸収液ポンプ１４の運転により、低温熱交換器９・高温熱交換器１０・第１の熱回収器２７それぞれで加熱されて高温再生器１に送られる。

上記のように吸収冷凍機の運転が行われると、蒸発器６の内部に配管された伝熱管２０Ａにおいて冷媒の気化熱によって冷却された冷水が、冷／温水管２０を介して図示しない負荷に循環供給できるので、冷房などの冷却運転が行える。

そして、上記構成の吸収冷凍機においては、吸収液ポンプ１４により吸収器７から高温再生器１に搬送される稀吸収液は、低温熱交換器９・高温熱交換器１０・第１の熱回収器２７それぞれにおいて加熱されるので、高温再生器１に流入するときの稀吸収液の温度は第１の熱回収器２７が介在しないときより上昇し、ガスバーナ２で消費する燃料を削減することができる。

また、空気供給管２４を通ってガスバーナ２に供給される燃焼用空気は、ガスバーナ２から排出される排ガスと第２の熱回収器２８で熱交換して加熱され、その後にガスバーナ２に供給されるので、ガスバーナ２における発熱量が増大し、高温再生器１内にある吸収液を加熱する作用効果が増加すると共に、排気管２６に設けられた第１の熱回収器２７、第２の熱回収器２８における加熱作用も増す。したがって、燃料供給管２３を介してガスバーナ２に供給する燃料ガスの供給を減少させる作用効果がこの部分でもある。

次に、上記構成の吸収冷凍機を、暖房などの加熱作用に供する際の動作に付いて説明する。吸収液管１１Ａに介在する冷暖切替弁Ｖ４と、冷媒管１８Ｂに介在する開閉弁Ｖ６とを閉弁し、他の全ての弁を開弁させ、冷却水管２１に冷却水を流すことなく、ガスバーナ２で燃料の都市ガスを燃焼させて高温再生器１で稀吸収液を加熱沸騰させると、稀吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気と、冷媒蒸気を分離して吸収液の濃度が高くなった濃吸収液とが高温再生器１において得られる。

高温再生器１で生成された高温の冷媒蒸気は、高温胴５と低温胴８との圧力差の関係から冷媒管１６・１５Ｂを経由して低温胴の吸収器７に入る。また、高温再生器１で生成された濃吸収液も、吸収液管１２・１２Ｂを経由して低温胴８内の吸収器７に入る。

そして、低温胴８内においては伝熱管２０Ａを備えた蒸発器６が吸収器７に並設されており、冷／温水管２０を介して循環供給される水が伝熱管２０Ａ内を流れる際に、高温再生器１から冷媒管１６・冷媒管１５Ｂを介して供給される冷媒蒸気の潜熱と、吸収液管１２・１２Ｂを介して供給される濃吸収液が保有する顕熱とで加熱される。

冷媒管１６・冷媒管１５Ｂを介して高温再生器１から供給され、伝熱管２０Ａ内を流れる水に放熱して凝縮した冷媒液は、吸収液管１２・１２Ｂを介して高温再生器１から供給される濃吸収液と混合されて稀吸収液となり、吸収液ポンプ１４の運転により、低温熱交換器９・高温熱交換器１０それぞれで加熱されて高温再生器１に送られる。

上記のように吸収冷凍機の運転が行われると、蒸発器６の内部に配管された伝熱管２０Ａにおいて冷媒の凝縮潜熱と、吸収液の顕熱とによって加熱された温水が、冷／温水管２０を介して図示しない負荷に循環供給できるので、暖房などの加熱運転が行える。

そして、暖房などの加熱運転時にも空気供給管２４を介してガスバーナ２に供給される燃焼用空気は、ガスバーナ２から排出される排ガスと第２の熱回収器２８で熱交換して加熱され、その後にガスバーナ２に供給されるので、ガスバーナ２における発熱量が増大し、高温再生器１内にある吸収液を加熱する作用効果が増加すると共に、排気管２６に設けられた第２の熱回収器２８における加熱作用も増大し、燃料供給管２３を介してガスバーナ２に供給する燃料ガスの供給を減少させる作用効果が大きい。

また、本発明の上記吸収冷凍機においては、外気温度が低いときに行う暖房などの加熱運転時にファン２５によりガスバーナ２に供給されている燃焼用空気と第２の熱回収器２８で熱交換して放熱し、排出されている排ガスの温度が低下し過ぎると、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮すると云った不都合が生じるので、温度センサ２９が計測する排ガス温度ｔが所定の温度より低い温度を所定時間に渡って計測したときに、制御器３０が警報手段３１を起動して警報を発するように構成してある。

具体的には、制御器３０はマイコンなどから構成された比較演算手段を内臓しており、温度センサ２９が計測する排ガス温度ｔに基づいて例えば図２のように動作し、警報手段３１を制御する。

すなわち、ステップＳ１においては、温度センサ２９により排気管２６を流れる排ガス温度ｔを計測する。そして、ステップＳ２においては、その計測した排ガス温度ｔが排ガスに含まれる水蒸気の露点より多少（例えば２０〜３０℃程度）高めの第１の所定温度a（例えば８０℃：可変）以上であるか否かを判定し、ノーと判定されたときにはステップＳ１に戻って温度センサ２９による排ガス温度ｔの計測を繰り返し、ステップＳ２でイエスと判定されたときにはステップＳ３に移行し、改めて排ガス温度ｔを温度センサ２９により計測する。

ステップＳ４においては、その計測した排ガス温度ｔが前記露点に近い第２の所定温度b（例えば５５℃：可変）以下であるか否かを判定し、ノー、すなわち前記露点に近い第２の所定温度ｂより高いと判定されたときにはステップＳ３に戻って温度センサ２９による排ガス温度ｔの計測を繰り返し、ステップＳ４でイエス、すなわち前記露点に近い第２の所定温度ｂより低くなっていると判定されたときにはステップＳ５に移行して制御器３０に内蔵する時計ＩＣを起動して計時を開始する。

ステップＳ６においても温度センサ２９による排ガス温度ｔの計測を行い、続くステップＳ７に移行して計測した排ガス温度ｔが第２の所定温度ｂより多少高く、排ガス中の水蒸気が凝縮する心配がない第３の所定温度ｃ（例えば６０℃：可変）以下であるか否かを判定し、ノー、すなわち凝縮の心配がない第３の所定温度ｃより高くなっていると判定されたときには、ステップＳ９に移行して計時をリセットすると共に警報手段３１が動作中であればその動作を停止し、続いてステップＳ３に戻って温度センサ２９による排ガス温度ｔの計測を繰返し、イエス、すなわち凝縮の心配がない第３の所定温度ｃより依然として低いままであると判定されたときには、ステップＳ８に移行して時計ＩＣによる計時時間Tが所定時間ｄ（例えば５分：可変）に達したか否かを判定し、そこでノーと判定されたときにはステップＳ６に移行して温度センサ２９による排ガス温度ｔの計測を繰返し、イエスと判定されたときにはステップＳ１０に移行して警報手段３１を起動し、適宜の警報を発してステップＳ６に戻り、温度センサ２９による排ガス温度ｔの計測を繰返す。

すなわち、本発明の吸収冷凍機においては、外気温度が低いときに行う暖房などの加熱運転時に、ファン２５によりガスバーナ２に供給されている燃焼用空気と第２の熱回収器２８で熱交換して燃焼用空気に放熱し、排出されている排ガスの温度ｔが低下し過ぎ、排ガスに含まれている水蒸気が凝縮する不都合が生じる危険があるときには、警報手段３１が動作して警報が発せられるので、適宜の対策を採ることが可能になる。

例えば、ステップＳ１０で行う警報動作に代えて、若しくは警報動作と同時、或いは警報動作から所定時間が経過した後に、燃料供給管２３と空気供給管２４とを介してガスバーナ２に供給する燃料と燃焼用空気の量を共に所定時間（例えば１０分間）だけ所定量（例えば５％）だけ増加させて、ガスバーナ２における発熱量を増大させて、排気管２６から排出する排ガスの温度を上げ、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮しないようにすることも可能である。

また、厳しい寒冷地に設置されない吸収冷凍機においては、冷暖切替弁Ｖ５が介在する吸収液管１１Ｂと吸収液管１１Ａに介在する冷暖切替弁Ｖ４の設置は省略されても良い。

本発明により運転が制御される吸収冷凍機の構成を示す説明図である。本発明の運転制御の一例を示す説明図である。従来技術を示す説明図である。他の従来技術を示す説明図である。

符号の説明

１高温再生器
２ガスバーナ
３低温再生器
４凝縮器
５高温胴
６蒸発器
７吸収器
８高温胴
９低温熱交換器
１０高温熱交換器
１１〜１３吸収液管
１１Ａ側路吸収液管
１４、１５吸収液ポンプ
１６〜１８冷媒管
１９冷媒ポンプ
２０冷／温水管
２１冷却水管
２２連通管
２３燃料供給管
２４空気供給管
２５ファン
２６排気管
２７第１の熱回収器
２８第２の熱回収器
２９温度センサ
３０制御器
３１警報手段
Ｖ１冷暖切替弁
Ｖ２開閉弁
Ｖ３冷暖切替弁
Ｖ４冷暖切替弁
Ｖ５冷暖切替弁
Ｖ６開閉弁

Claims

吸収液加熱手段としての燃焼装置を備えた高温再生器と、低温再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、前記吸収器から前記高温再生器へ送られる稀吸収液が前記低温再生器から前記吸収器へ送られる濃吸収液と熱交換する低温熱交換器と、前記吸収器から前記低温熱交換器を経て前記高温再生器へ送られる稀吸収液が前記高温再生器から前記低温再生器へ送られる吸収液と熱交換する高温熱交換器と、前記高温熱交換器を経て前記高温再生器へ送られる稀吸収液を前記燃焼装置から出る排ガスの熱で加熱する第１の熱回収器と、前記第１の熱回収器を経た前記排ガスの熱で前記燃焼装置へ供給される燃焼用空気を加熱する第２の熱回収器とを備えた吸収冷凍機であって、
前記吸収器から順次前記低温熱交換器と前記高温熱交換器とを経た稀吸収液を前記高温再生器へ搬送する吸収液管は、前記第１の熱回収器と第１の冷暖切替弁が介在した吸収液管と、第２の冷暖切替弁が介在した吸収液管とに分岐しており、
前記吸収冷凍機の冷房等の冷却作用中は前記第１の冷暖切替弁が開き前記第２の冷暖切替弁が閉じ、前記吸収冷凍機の暖房等の加熱作用中は前記第１の冷暖切替弁が閉じ前記第２の冷暖切替弁が開き、前記吸収冷凍機の暖房等の加熱作用中に前記第２の熱回収器から排出される前記排ガスの温度を計測し、その計測温度が第１の所定温度を一旦超えた後に所定時間に渡って第１の所定温度より低い第２の所定温度以下となったときに、警報動作を行うことを特徴とする吸収冷凍機の運転方法。
吸収液加熱手段としての燃焼装置を備えた高温再生器と、低温再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、前記吸収器から前記高温再生器へ送られる稀吸収液が前記低温再生器から前記吸収器へ送られる濃吸収液と熱交換する低温熱交換器と、前記吸収器から前記低温熱交換器を経て前記高温再生器へ送られる稀吸収液が前記高温再生器から前記低温再生器へ送られる吸収液と熱交換する高温熱交換器と、前記高温熱交換器を経て前記高温再生器へ送られる稀吸収液を前記燃焼装置から出る排ガスの熱で加熱する第１の熱回収器と、前記第１の熱回収器を経た前記排ガスの熱で前記燃焼装置へ供給される燃焼用空気を加熱する第２の熱回収器とを備えた吸収冷凍機であって、
前記吸収器から順次前記低温熱交換器と前記高温熱交換器とを経た稀吸収液を前記高温再生器へ搬送する吸収液管は、前記第１の熱回収器と第１の冷暖切替弁が介在した吸収液管と、第２の冷暖切替弁が介在した吸収液管とに分岐しており、
前記吸収冷凍機の冷房等の冷却作用中は前記第１の冷暖切替弁が開き前記第２の冷暖切替弁が閉じ、前記吸収冷凍機の暖房等の加熱作用中は前記第１の冷暖切替弁が閉じ前記第２の冷暖切替弁が開き、前記吸収冷凍機の暖房等の加熱作用中に前記第２の熱回収器から排出される前記排ガスの温度を計測し、その計測温度が第１の所定温度を一旦超えた後に所定時間に渡って第１の所定温度より低い第２の所定温度以下となったときに、燃焼装置の発熱量を所定時間増加させることを特徴とする吸収冷凍機の運転方法。