JP4362383B2 - アンモニア冷凍装置用の除害装置 - Google Patents

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このアンモニアの除害を行なうアンモニア冷凍装置用の除害装置に関する。

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。

従来の除害手段としては装置のケーシング内に直接水を散布し、散布した水と装置内のアンモニアガスを高濃度に含む空気とを接触させて水にアンモニアを溶け込ませ、アンモニアが溶け込んだ水を回収する散水方式の除害手段（特許文献１参照）や、ケーシング内の空気を外部のスクラバー装置に導出し、このスクラバー装置内に散布される水とケーシング内からの空気を接触させて水にアンモニアを溶解させて回収し、水との接触によりアンモニア濃度が低下した空気をスクラバー装置から大気に放出するスクラバー方式の除害手段（特許文献２および３参照）がある。

上述した散水方式のものは、ケーシング内に散布した水が冷媒回路を構成する機器や配管および制御機器にも散布され、電気系統の不具合が生じたり、装置復旧の作業に手間と時間が掛かったりするという問題がある。

また、スクラバー方式のものでは冷凍装置とは別に寸法の大なるスクラバー装置を設けなければならず、装置コストが嵩み、しかも装置の設置スペースが大となるという問題がある。

さらに、散水方式、スクラバー方式ともに冷凍装置におけるアンモニア冷媒の使用量に応じて充分な量の水を使用しなければならず、ケーシング内あるいはスクラバー装置内における散水用の水を大量に要する。

したがって、散水用の水を外部から供給する場合にはアンモニアを溶解した水の回収、廃棄に手間と費用が掛かり、またスクラバー方式において水を循環させて使用するタイプのものでは除害運転の経過とともに水中のアンモニア濃度が上昇するため装置から排出される空気のアンモニア濃度も除害運転の経過とともに上昇するおそれがある。
特開２００１−９９４４７（第１〜５頁、図１および図２） 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）

本発明は、構成が簡単で極めてコンパクトであり、しかも冷凍装置ケーシング内の漏洩アンモニアガスを確実に除去してからアンモニア濃度が充分に低下した空気を排出することができるアンモニア冷凍装置用の除害装置を提供できるようにすることを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る装置は、アンモニアを冷媒とする冷媒回路を内部に備える冷凍装置のケーシング内の空気と、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において、前記水槽を前記冷凍装置のケーシング内に複数備え、各水槽は槽内の水と被処理空気とを接触させる気液接触手段と、気液接触後の空気と水とを分離して水をもとの水槽内に戻すとともに空気を送出する気液分離手段とを有する除害機構を前記冷凍装置のケーシング内に備え、少なくとも１つの除害機構においては前記ケーシング内の空気を被処理空気として吸入し、また他の少なくとも１つの除害機構においては他の除害機構によって除害処理が行なわれた後の空気を被処理空気として吸入して除害処理を行ない、少なくとも２つ以上の除害機構によって除害処理が行なわれた空気を大気に放出するように構成し、前記各水槽は、水槽内の水が導入される送水管を備え、送水管の途中に被処理空気を吸入する吸気手段と、送水管内の水と被処理空気とを接触させる気液接触手段と、水と空気とを分離し、分離された水を水槽に戻し、かつ分離された空気を送出する気液分離手段とをこの順に設け、除害性能を格段に向上せしめたものとしてある。

また、前記気液接触手段をスタティックミキサで構成したものとしてある。

以下、本発明に係る除害装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
アンモニア冷凍装置のケーシング１の上部には、ケーシング上面に開口する空気入口１ａから同じくケーシング上面に開口する空気出口１ｂに至る空気通路２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３によってケーシング内の下部と区画されていて、仕切板３の最下部にドレン口４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５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６が設けられている。

また、上記空気出口１ｂには送風機７が設けられていて、送風機７の駆動により空気入口１ａから空気通路２内に流入した空気は前記外気側熱交換器５を流過して空気出口１ｂ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１内の前記仕切板３で区画された下部には、四方弁２４、圧縮機８、第１膨張弁９ａ、第２膨張弁９ｂ、負荷側熱交換器１０が設けられていて、四方弁２４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１における四方弁２４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８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２４を経て外気側熱交換器５に送られて液化し、逆止弁２５、第２膨張弁９ｂを経て負荷側熱交換器１０に送られて蒸発し、負荷側熱交換器からの冷媒が四方弁２４を経て圧縮機の吸入側に戻され、加熱運転時には圧縮機８の吐出側から送り出された冷媒ガスが四方弁２４を経て負荷側熱交換器１０に送られて液化し、逆止弁２６、第１膨張弁９ａを経て外気側熱交換器５に送られて蒸発し、外気側熱交換器からの冷媒が四方弁２４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１０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１１に供給されるようになっている。

また、前記ケーシング１の内底部には前記散水ノズル６に供給する水を蓄える水槽１２を設けてあって、同水槽１２内に一端が臨む送水管１３の他端が送水ポンプ１４を介して散水ノズル６に接続されている。

上記送水管１３の水槽側端部にはフィルタ１５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１４の下流側には浄化装置１６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２の最下部におけるドレン口４に一端が接続された排水管１７の他端が水槽１２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２１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１２内への水の補給は給水管１８によって適宜行なわれるようになっている。

また、前記送水管１３の途中には分岐注水管１９の一端が接続されていて、この分岐注水管の他端注水口は注水バルブ２０を介して空気通路２内に臨んでおり、前記送水ポンプ１４の駆動によって注水口から空気通路２内に水を供給する注水手段を構成している。

上記注水バルブ２０は、前記冷媒回路にて冷却運転が行なわれている間は閉止されているが、冷却運転が停止すると所定時間開成されて前記水槽１２内の水を空気通路２内に所要の高さＨＬまで注水し、再び閉ざされる構成のものとしてある。

また、前記排水管１７の途中には前記排水バルブ２１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２１は、後述する除害運転時にも開かれる。

しかして、本発明の除害装置の具体的構成について説明する。
前記水槽１２は仕切板２７によって１次水槽１２Ａと２次水槽１２Ｂ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いる。

上記１次水槽１２Ａと２次水槽１２Ｂ内にはそれぞれ個別の除害機構を構成する１次送水管２８と２次送水管２９の一端が臨んでいて、各送水管の途中にはポンプ３０と吸気手段たるエジェクタ３１と気液混合手段たるスタティックミキサ３２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３３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２８側の気液分離器３３の気相に一端が接続された送気管３４の他端は２次送水管２９側のスタティックミキサ３２の吸気口に接続され、２次送水管２９側の気液分離器３３の気相に一端が接続された排出管３５の他端排出口２２がケーシング１外に臨んでいる。

なお、各送水管２８、２９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３６が設けられている。

次ぎに、上述のように構成された本発明の装置を備える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、前記注水バルブ２０が閉ざされ、かつ排水バルブ２１が開かれた状態で、前記送水ポンプ１４、送風機７および圧縮機８が駆動される。

水槽１２内の水は送水ポンプ１４によって散水ノズル６から散布され、外気側熱交換器５を冷却して仕切板３に滴下し、ドレン口４から排水管１７によって水槽１２に戻される。

しかして圧縮機８から吐出された冷媒は、四方弁２４を経て外気側熱交換器５に送られ、散水ノズル６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２５により第１膨張弁９ａをバイパスし、第２膨張弁９ｂにて減圧されて負荷側熱交換器１０内で気化し、被空調室の空調用熱交換器１１に供給されるブラインや水と熱交換し、四方弁２４を経て圧縮機８へ戻される。

圧縮機８の駆動が停止され、すなわち冷却運転が停止されると送風機７も停止され、注水バルブ２０が開成されるとともに排水バルブ２１が閉止されるが、送水ポンプ１４は駆動状態が維持される。

上記送水ポンプ１４の駆動により、水槽１２内の水が散水ノズル６および分岐注水管１９から空気通路２内に送られて溜まり、外気側熱交換器５全体が水に漬かる水位ＨＬに達すると送水ポンプの駆動が停止される。なお、送水ポンプの駆動停止は、タイマ制御による場合もあるし、空気通路２内にフロートスイッチ等の上限水位を検知するセンサを設ける場合もある。

上述のように、冷却運転の停止時に外気側熱交換器５が水に漬けられると、外気側熱交換器に散布された水中の不純物が同熱交換器の表面に附着していても、同熱交換器の表面は乾燥されないので、不純物が析出するおそれがなく、したがって、外気側熱交換器表面の伝熱性能の低下が防止される。

冷却運転を開始する際には、まず排水バルブ２１が開成されて空気通路２内の水が排水管１７から水槽１２に戻され、その後圧縮機８および送風機７が駆動されるとともに送水ポンプ１４が駆動され、通常の冷却運転が開始される。なお、圧縮機８等の駆動開始は、排水バルブ２１が開成されてから空気通路２内の水が全て排出されるまでの時間を予めタイマにセットしておいてこのタイマにより制御する場合もあるし、空気通路２内にフロートスイッチ等の下限水位を検知するセンサを設け、このセンサにより制御する場合もある。

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５への散水が停止され、具体的には前記散水ポンプ１４が常時停止、注水バルブ２０が常に閉ざされ、かつ排水バルブ２１が開かれた状態で、前記送風機７および圧縮機８が駆動される。

しかして圧縮機８から吐出された冷媒は、四方弁２４を経て負荷側熱交換器１０に送られ、外部の空調用熱交換器１１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２６により第２膨張弁９ｂをバイパスし、第１膨張弁９ａにて減圧されて外気側熱交換器５内で気化し、空気通路２内を流過する外気と熱交換し、四方弁２４を経て圧縮機８へ戻される。

圧縮機８の駆動が停止され、すなわち加熱運転が停止されると送風機７も停止され、送水ポンプ１４も加熱運転時と同様に停止されたままとされる。

上述したように、加熱運転時においては外気側熱交換器５への散水は行なわれず、同熱交換器表面へのスケール析出のおそれはないので、空気通路２内への水の貯留は行なわない。

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３７が漏洩を検知して、本発明の除害装置が駆動される。

まず、上記アンモニアセンサからの信号により圧縮機８の運転が停止されるとともに、散水用の送水ポンプ１４の駆動も停止され、また、負荷側熱交換器１０や空調用熱交換器１１へのブライン・水の循環も停止される。なお、送風機７は停止されない。

また、各除害機構における送水管２８、２９のポンプ３０、３０が駆動され、１次送水管２８により１次水槽１２Ａ内から吸入された水はエジェクタ３１を経てスタティックミキサ３２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３１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３３において気相と液相に分離され、液相の水は１次水槽１２Ａに戻され、気相の空気は２次送水管２９に送られる。なお、２次送水管２９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２９においては、２次水槽１２Ｂからポンプ３０により吸入された水中にエジェクタ３１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３２で攪拌混合されて気液分離器３３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３５によって排出口２２からケーシング外における送風機７の入口側に排出される。

そして排出管から空気通路２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１内の空気は１次水槽１２Ａ側のエジェクタ３１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３５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２３からの新鮮外気が導入され、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。

上述した実施例では除害装置を冷凍装置のケーシング１内に設ける構成としてあり、このような構成では外気側熱交換器を冷却するための冷却用水をアンモニア漏洩時に除害用の水として兼用できるというメリットがあるが、除害装置を冷凍装置のケーシング外部に設け、ケーシング内の空気を除害装置内に導入してから除害処理を行なう構成とする場合もある。

また、上述した実施例では除害装置を１次送水管と２次送水管の各除害機構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３段以上のものとする場合もあるし、１次送水管と２次送水管あるいはこれらと３次以上の送水管を２組以上並列に設ける場合もある。

次に、本発明の装置における除害処理の次数と除害性能との関係をシミュレーションした結果について以下に説明する。

図２に示す表の比較例１は水槽を１つ設け、除害用の送水管１つだけ使用した場合、すなわち除害機構を１段だけ備えるものの場合、実施例１は上述した実施例と同様に２つの水槽を使用し、送水管も２段に設けて除害機構を２段とした場合、実施例２は３つの水槽を使用し、送水管も３段設けて除害機構を３段とした場合をそれぞれ示し、各例における水槽内水量は図２中に示したとおりである。
なお、シミュレーションの計算条件は、水槽内の初期水温３０℃、漏洩冷媒量３０ｋｇ、ケーシング容量１２ｍ³、吸収効率１とし、アンモニア吸収による水温上昇も考慮した。

図２の表に示されるとおり、除害機構の段数を増加すると排出空気のアンモニアガス濃度が大幅に低下し、多段処理によって除害性能が格段に向上することがわかる。しかしながら、２段目以降における各段での濃度低下割合は次第に低下する傾向にあり、したがって除害装置の設置スペースや装置コストと除害性能とのバランスを実用的な見地から考慮すると、２段あるいは３段の除害機構を備える装置が好適であると解される。

本発明の装置によれば、冷凍装置のケーシング内にアンモニアが漏洩すると、アンモニアを高濃度に含むケーシング内の空気が除害装置における１つの水槽内の水と気液接触させられてアンモニア濃度が低下され、その後さらに他の水槽内の水と気液接触させられてアンモニア濃度をより確実に低下せしめることができ、極めて簡単かつ省スペースな除害装置の構成で冷凍装置ケーシング内の空気からアンモニアを確実かつ十分に除去することができる。

また、前段の水槽内の水のアンモニア濃度が増大しても、後段の水槽内の水は前段のものよりもアンモニア濃度が常に低いので、除害運転の経過による排出空気中のアンモニア濃度の上昇が低く抑えられる。

さらに、従来の散水方式のもののように冷媒回路の構成機器等が濡れてしまうようなおそれもなく、アンモニア除害後の復旧が容易かつ速やかに行なうことができる。

また、気液混合手段にスタティックミキサを用いることにより、除害装置の構成をさらにコンパクトなものとすることができ、装置の小型化による小スペース化および装置コストの低減を期すことができる。

本発明に係る装置を備える冷凍装置の実施例を示す縦断面図。 除害機構の段数と除害性能との関係を示す表。

符号の説明

１ ケーシング
２ 空気通路
３ 仕切板
４ ドレン口
５ 外気側熱交換器
６ 散水ノズル
７ 送風機
８ 圧縮機
９ａ 第１膨張弁
９ｂ 第２膨張弁
１０ 負荷側熱交換器
１１ 空調用熱交換器
１２ 水槽
１３ 送水管
１４ 送水ポンプ
１５ フィルタ
１６ 浄化装置
１７ 排水管
１８ 給水管
１９ 分岐注水管
２０ 注水バルブ
２１ 排水バルブ
２２ 排出口
２３ 空気取入口
２４ 四方弁
２５、２６ 逆止弁
２７ 仕切板
２８ １次送水管
２９ ２次送水管
３０ ポンプ
３１ エジェクタ
３２ スタティックミキサ
３３ 気液分離器
３４ 送気管
３５ 排出管
３６ フィルタ
３７ アンモニアセンサ

Claims (2)

1. アンモニアを冷媒とする冷媒回路を内部に備える冷凍装置のケーシング内の空気と、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において、前記水槽を前記冷凍装置のケーシング内に複数備え、各水槽は槽内の水と被処理空気とを接触させる気液接触手段と、気液接触後の空気と水とを分離して水をもとの水槽内に戻すとともに空気を送出する気液分離手段とを有する除害機構を前記冷凍装置のケーシング内に備え、少なくとも１つの除害機構においては前記ケーシング内の空気を被処理空気として吸入し、また他の少なくとも１つの除害機構においては他の除害機構によって除害処理が行なわれた後の空気を被処理空気として吸入して除害処理を行ない、少なくとも２つ以上の除害機構によって除害処理が行なわれた空気を大気に放出するように構成し、前記各水槽は、水槽内の水が導入される送水管を備え、送水管の途中に被処理空気を吸入する吸気手段と、送水管内の水と被処理空気とを接触させる気液接触手段と、水と空気とを分離し、分離された水を水槽に戻し、かつ分離された空気を送出する気液分離手段とをこの順に設け、除害性能を格段に向上せしめてなるアンモニア冷凍装置用の除害装置。
2. 前記気液接触手段をスタティックミキサで構成してなる請求項１に記載のアンモニア冷凍装置用の除害装置。
   

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