JP4390681B2

JP4390681B2 - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JP4390681B2
Application number: JP2004315954A
Authority: JP
Inventors: 光則大森; 正弥伊豆; 信一郎柳田; 良夫増田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP2006125755A

Description

本発明は、吸収冷凍機（吸収冷温水機を含む）に係わるものである。

冷媒に水、吸収液に臭化リチウムなどの塩を用いる吸収冷凍機においては、金属製の機器と臭化リチウムなどの吸収液とが反応して水素ガスが発生したり、低圧に保たれた機内に大気成分の窒素ガスや酸素ガスが浸入することがある。これらのガスは、凝縮温度が冷媒の水より遥かに低く、吸収冷凍機で生成する低温でも凝縮しない。そのため、これらの不凝縮ガスが増加すると機内を低圧に保つことができなり、冷媒が蒸発器で蒸発する際の障害となるので、吸収冷凍機には不凝縮ガスを排出する装置が装備される。

そして、図３に示したように開閉弁Ｖ８が介在する吸収液管９Ａ１を設け、エジェクタポンプ６３の作用により抽気管６７を介して吸収器５から冷媒蒸気などと共に抽気され、分離された不凝縮ガスが貯留されている気液分離器６１の吸収液８０とアルコール８１に向けて、開閉弁Ｖ８を開弁して吸収液ポンプＰ１が搬送している吸収液の一部を吸収液管９Ａを介して吸収液管９Ａ１から噴出し、吸収液８０とアルコール８１とを撹拌して吸収液８０とアルコール８１の混合液を吸収液管９Ｃを介して吸収器５に戻し、冷媒が吸収液に速やかに吸収されるように吸収液に添加した界面活性剤のアルコール８１が気液分離器６１に蓄積されないようにした技術も周知である（例えば、特許文献１参照。）。なお、Ｐ３は気液分離器６１に貯留された不凝縮ガスを排出するための真空ポンプである。
特開２０００−１１１２１２号公報

上記構成の従来の吸収冷凍機においては、エジェクタポンプの作用により冷媒蒸気などと共に吸収器から抽気した不凝縮ガスが流入する気液分離器には、吸収液が撹拌用としても流入し内圧が上がるため、エジェクタポンプの作用が弱まり、吸収器から不凝縮ガスを含んだ冷媒蒸気を抽気する作用が弱くなると云う問題点がある。

また、エジェクタポンプによる抽気作用が弱まらないように、吸収液とアルコールとの撹拌を間歇的に行うと、冷媒が吸収液に速やかに吸収されるように吸収液に添加した界面活性剤のアルコールが気液分離器に長期間滞留し、その間は機内を循環するアルコールの量が減少し、吸収液による冷媒の吸収作用が弱まると云う問題点がある。

したがって、エジェクタポンプによる抽気作用が弱まることなく、気液分離器に流入した界面活性剤のアルコールが速やかに吸収器などに戻されるようにする必要があり、その解決が求められていた。

本発明は、吸収液が高速で噴出するエジェクタポンプにより吸収器などから導入した気体を吸収液と共に気液分離室の吸収液中に噴出し、吸収液に吸収されない水素などの不凝縮ガスを気液分離室の吸収液の上に浮上させて排出する不凝縮ガス排出装置を備えた吸収冷凍機において、不凝縮ガス排出装置の気液分離室と吸収器とを、吸収器側接続部が気液分離室側接続部より高く設けられた第１の吸収液流出管と、開閉弁が介在し、第１の吸収液流出管の吸収器側接続部と略同一高さに気液分離室側接続部が設けられ、その気液分離室側接続部と略同じ高さかそれより下方に吸収器側接続部が設けられた第２の吸収液流出管とで接続したことを主要な特徴とする吸収冷凍機。

本発明によれば、不凝縮ガス排出装置の気液分離室の下部側に貯留された吸収液が第１の吸収液流出管を介して吸収器に戻されるだけでなく、気液分離室の上部側に貯留された吸収液も第２の吸収液流出管から吸収器に戻される。

そのため、冷媒が吸収液に速やかに吸収されるように吸収液に添加された、吸収液に溶解しない比重の小さい界面活性剤のアルコールは吸収液から分離し、気液分離室の吸収液の上に浮上しても第２の吸収液流出管を介して吸収器に戻されるため、吸収器においては冷媒に対する吸収液の優れた吸収作用が維持される。

吸収液が高速で噴出するエジェクタポンプにより吸収器などから導入した気体を吸収液と共に気液分離室の吸収液中に噴出し、吸収液に吸収されない水素などの不凝縮ガスを気液分離室の吸収液の上に浮上させて排出する不凝縮ガス排出装置を備えた吸収冷凍機において、不凝縮ガス排出装置の気液分離室と吸収器とを、吸収器側接続部が気液分離室側接続部より高く設けられた第１の吸収液流出管と、開閉弁が介在し、第１の吸収液流出管の吸収器側接続部と略同一高さに気液分離室側接続部が設けられ、その気液分離室側接続部と略同じ高さかそれより下方に吸収器側接続部が設けられた第２の吸収液流出管とで接続し、気液分離室に貯留されている吸収液の液面が第２の吸収液流出管の気液分離室側接続部より僅かに上にあるか否かを判定することのできる液面検出器と、この液面検出器の計測データに基づいて気液分離室内に貯留されている吸収液の液面が第２の吸収液流出管の気液分離室接続部より高い位置を維持するように第２の吸収液流出管に介在する開閉弁の開閉を制御する制御器とを備えた吸収冷凍機。

以下、本発明の一実施例を図１、図２に基づいて詳細に説明する。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。

本発明の吸収冷凍機１００の全体構成を図２に示す。図２に示した吸収冷凍機１００においては、冷媒に水、吸収液に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液を用い、吸収を促進する界面活性剤としてオクチルアルコールが吸収液に添加されている。

図２において、１はバーナ１Ｂを備えた高温再生器、２は低温再生器、３は凝縮器、４は蒸発器、５は吸収器、６は不凝縮ガス排出装置、７は低温熱交換器、８は高温熱交換器、Ｐ１は吸収液ポンプ、Ｐ２は冷媒ポンプ、Ｖ１〜Ｖ３は開閉弁、９〜１２は吸収液管、１４〜１８は冷媒管、２１は図示しない冷／暖房負荷に循環供給する冷水または温水が流れる冷温水管、２３は冷却水管であり、それぞれ図２に示したように設けられている。また、Ｃは本発明の吸収冷凍機１００の制御器である。

不凝縮ガス排出装置６は、例えば図１に示したように設けられている。図１において、６１は内部に気液分離室６２を備えた気液分離器、６３は気液分離器６１の上部に設けられたエジェクタポンプ、６４は気液分離室６２で吸収液などから分離した不凝縮ガスを貯留する不凝縮ガスタンク、６５は吸収液トラップ、６７と６８は抽気管、６９は排気管、９Ａ〜９Ｄは吸収液管、Ｖ４〜Ｖ７は開閉弁、Ｐ３は不凝縮ガスタンク６４内に貯留した不凝縮ガスを排出するための真空ポンプ、Ｓ１は吸収液管９Ｄの気液分離室側接続部より僅かに高い位置の気液分離室６２内に設けられて、気液分離室６２内に貯留されている吸収液（アルコール８１との混合液を含む）８０の液面が吸収液管９Ｄの気液分離室側接続部より僅かに高い位置にあるか否かを検出するための液面センサ（吸収液の有無で変動する電気抵抗などを計測して液面を検出するセンサが周知）、Ｓ２は不凝縮ガスタンク６４内のガス圧を検出する圧力センサであり、それぞれ図１に示したように設けられている。

すなわち、抽気管６７は、吸収液ポンプＰ１により吸収器５から吸収液管９を介して高温再生器１に搬送されている吸収液の一部が吸収液管９Ａを経由してエジェクタポンプ６３で噴出し気液分離室６２内の吸収液管９Ｂに高速で流入する際に生じる負圧により、吸収器５内にある冷媒蒸気などの気体を吸引して、気液分離室６２の底部に貯留されている吸収液８０の中に吸収液と共に吸収液管９Ｂの下端から噴出するように配管されている。

吸収液管９Ｃは、気液分離室６２内に吸収液８０が貯留可能に吸収器側接続部が気液分離室側接続部より高く設けられて、不凝縮ガス排出装置６の気液分離室６２と吸収器５とを接続している吸収液管であり、課題を解決する手段に第１の吸収液流出管と記載された吸収液管に相当する。

吸収液管９Ｄは、開閉弁Ｖ４が介在し、第１の吸収液流出管９Ｃの吸収器側接続部より僅かに低い位置に略水平に設けられて、不凝縮ガス排出装置６の気液分離室６２と吸収器５とを接続している吸収液管であり、課題を解決する手段に第２の吸収液流出管と記載された吸収液管に相当する。

不凝縮ガスタンク６４は、開閉弁Ｖ５が介在する抽気管６８を介して気液分離室６２の上部の気相部と連通し、真空ポンプＰ３は開閉弁Ｖ６、Ｖ７、吸収液トラップ６５が介在する排気管６９を介して不凝縮ガスタンク６４と連通している。

最初に、上記構成の吸収冷凍機１００の不凝縮ガス排出装置６の部分を除く、冷媒と吸収液の動作を説明する。開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じ、冷却水管２３に冷却水を流し、バーナ１Ｂに点火して高温再生器１で界面活性剤のオクチルアルコールを含む吸収液を加熱すると、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気（界面活性剤のオクチルアルコールを含む）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１４を通って低温再生器２に入り、高温再生器１で生成され吸収液管１０により高温熱交換器８を経由して低温再生器２に入った中間吸収液を加熱して放熱凝縮し、凝縮器３に入る。

また、低温再生器２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３へ入り、冷却水管２３内を流れる水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管１４から凝縮して供給される冷媒と一緒になって冷媒管１６を通って蒸発器４に入る。

蒸発器４に入って冷媒液溜りに溜まった冷媒液は、冷温水管２１に接続された伝熱管２１Ａの上に冷媒管１７に介在する冷媒ポンプＰ２により散布され、冷温水管２１を介して供給される水と熱交換して蒸発し、伝熱管２１Ａの内部を流れる水を冷却する。

そして、蒸発器４で蒸発した冷媒は吸収器５に入り、低温再生器２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１１により低温熱交換器７を経由して供給され、上方から散布される濃吸収液に吸収される。

吸収器５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Ｐ１の運転により、低温熱交換器７・高温熱交換器８を経由して高温再生器１へ吸収液管９から送られる。

吸収冷凍機１００は上記のように運転されると、蒸発器４の内部に配管された伝熱管２１Ａ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２１を介して図示しない冷／暖房負荷に循環供給できるので、冷房などの冷却運転に供することができる。

そして、本発明の吸収冷凍機１００においては、吸収液管９の吸収液ポンプＰ１下流側から分岐した吸収液管９Ａの端部にエジェクタポンプ６３が設けられているので、吸収液ポンプＰ１により搬送されている吸収液の一部がエジェクタポンプ６３から噴出し、気液分離室６２内の吸収液管９Ｂに高速で流入する際に負圧が生じ、その負圧により吸収器５内にある冷媒蒸気などの気体が抽気管６７を介して気液分離器６１に抽気され、気液分離室６２に貯留されている吸収液８０の中に吸収液と共に吸収液管９Ｂから噴出する。

なお、この冷房などの冷却運転は、開閉弁Ｖ５は開弁、開閉弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７は閉弁した状態で行われる。そして、気液分離室６２の底部に貯留されている吸収液８０の中に吸収液と共に噴出された前記気体の内、冷媒蒸気と気化していた吸収液は貯留されている吸収液８０に溶け込み吸収され、気化していた界面活性剤のアルコール８１は吸収液８０により冷却されて凝縮し、吸収液８０より比重が小さいので吸収液８０から分離してその上部に溜まる。

一方、水素ガス、酸素ガス、窒素ガスなどの不凝縮ガスは吸収液８０に溶け込むことができないので、吸収液８０の中を浮上して気液分離室６２の上部に溜まる。そして、気液分離室６２の底側に溜まった吸収液８０は吸収液管９Ｃを経由して吸収器５に戻され、気液分離室６２の上部に溜まった不凝縮ガスは抽気管６８を通ってタンク６４に入る。

制御器Ｃは、マイクロコンピュータや記憶手段などを備えて構成され、上記冷房などの冷却運転においては冷温水管２１を介して図示しない冷／暖房負荷に循環供給する冷水の温度が所定の温度、例えば７℃となるように、バーナ１Ｂに接続された図示しない加熱量制御弁の開度を調節して高温再生器１への入熱量を制御する容量制御機能を備えている。

また、制御器Ｃは、高温再生器１にある吸収液の液面が所定のレベルを維持するように吸収液ポンプＰ１の運転を制御すると共に、冷房などの冷却運転時に冷温水管２１を介して図示しない冷／暖房負荷に循環供給する冷水の温度が所定温度（例えば７℃）より高いときに冷媒ポンプＰ２を運転する機能も備えている。

さらに、制御器Ｃは、吸収冷凍機１００の運転を終了する際には吸収液ポンプＰ１の運転停止と共に吸収液管９Ｄに介在する開閉弁Ｖ４を開弁し、吸収液管９Ｄの気液分離室側接続部より僅かに高い位置に吸収液８０の液面が存在していることが液面センサＳ１により検出されると、開弁していた開閉弁Ｖ４を閉弁する機能を備えている。

また、この制御器Ｃは、圧力センサＳ２が計測する圧力が所定圧力（例えば９ｋＰa）に達すると、開閉弁Ｖ６、Ｖ７を開弁すると共に、真空ポンプＰ３を起動して不凝縮ガスタンク６４内に貯留された水素ガスなどの不凝縮ガスを排出する機能も備えている。

吸収冷凍機１００の運転中は気液分離室６２内の吸収液８０が吸収液管９Ｃを介して吸収器５に流出していても、吸収液ポンプＰ１により搬送されている吸収液が吸収液管９Ａを介して気液分離室６２内に供給されるため、気液分離室６２内にある吸収液８０の液面は吸収液ポンプＰ１の運転が停止された直後では吸収液管９Ｃより高い位置にある。

そして、本発明の吸収冷凍機１００においてはその状態で開閉弁Ｖ４が開弁され、吸収液管９Ｄより上に位置する気液分離室６２内の吸収液８０は吸収液管９Ｄを介して吸収器５に戻されるので、気液分離室６２内で比重差から吸収液より分離して吸収液８０の上に溜まりがちな界面活性剤のアルコール８１も吸収液管９Ｄを介して吸収器５に戻される。

そのため、吸収液に冷媒吸収作用を高める目的で添加したアルコール８１は気液分離器６１の気液分離室６２に滞留することはなく、機内を循環して吸収器５に戻るので、吸収器５における吸収液の冷媒に対する吸収作用が低下することがない。

なお、気液分離室６２内の吸収液８０の液面が、液面センサＳ１により吸収液管９Ｄのすぐ上まで下がったことが確認されると、制御器Ｃにより開閉弁Ｖ４が閉弁されるので、不凝縮ガスタンク６４などに溜まった不凝縮ガスが吸収器５に戻されることはない。

また、圧力センサＳ２が計測する圧力が所定圧力（例えば９ｋＰa）に達すると、制御器Ｃにより開閉弁Ｖ６、Ｖ７が開弁されると共に、真空ポンプＰ３が起動されるので、不凝縮ガスタンク６４内に所定量（圧力）を超える水素ガスなどの不凝縮ガスが貯留されると、不凝縮ガスは真空ポンプＰ３により速やかに機外に排出される。

なお、図２に例示した構成の吸収冷凍機１００においては、開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を開弁し、冷却水管２３に冷却水を流さないでバーナ１Ｂに点火して高温再生器１で稀吸収液を加熱すると、高温再生器１で稀吸収液から蒸発した冷媒は主に流路抵抗の小さい冷媒管１４・１５を通って吸収器５・蒸発器４に入り、冷温水管２１から供給される水と伝熱管２１Ａを介して熱交換して凝縮し、主にこのときの凝縮熱により伝熱管２１Ａの内部を流れる水が加熱されるので、伝熱管２１Ａで加熱された温水を冷温水管２１を介して図示しない冷／暖房負荷に循環供給することにより、暖房などの加熱運転に供することもできる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

例えば、吸収液管９Ｄは吸収器側接続部を気液分離器側接続部より低く配管することができる。また、この吸収液管９Ｄは、中間部分を吸収器側接続部や気液分離器側接続部より高く配管したり、低く配管することも可能である。

また、不凝縮ガスタンク６４には、所定温度以上に加熱されると水素ガスが透過可能となるパラジウムにより作製した水素透過管を設置することも可能である。

本発明の吸収冷凍機の要部を示す説明図である。本発明の吸収冷凍機の全体構成を示す説明図である。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低温再生器
３凝縮器
４蒸発器
５吸収器
６不凝縮ガス排出装置
７低温熱交換器
８高温熱交換器
９、９Ａ〜９Ｄ吸収液管
６１気液分離器
６２気液分離室
６３エジェクタポンプ
６４不凝縮ガスタンク
６７、６８抽気管
６９排気管
Ｃ制御器
Ｐ１吸収液ポンプ
Ｐ２冷媒ポンプ
Ｐ３真空ポンプ
Ｓ１液面センサ
Ｓ２圧力センサ
Ｖ１〜Ｖ８開閉弁
１００吸収冷凍機

Claims

吸収液が高速で噴出するエジェクタポンプにより吸収器などから導入した気体を吸収液と共に気液分離室の吸収液中に噴出し、吸収液に吸収されない水素などの不凝縮ガスを気液分離室の吸収液の上に浮上させて排出する不凝縮ガス排出装置を備えた吸収冷凍機において、不凝縮ガス排出装置の気液分離室と吸収器とが吸収器側接続部が気液分離室側接続部より高く設けられた第１の吸収液流出管と、開閉弁が介在し、第１の吸収液流出管の吸収器側接続部と略同一高さに気液分離室側接続部が設けられ、その気液分離室側接続部と略同じ高さかそれより下方に吸収器側接続部が設けられた第２の吸収液流出管とで接続されたことを特徴とする吸収冷凍機。
気液分離室に貯留された吸収液の液面が第２の吸収液流出管の気液分離室側接続部より僅かに上にあるか否かを判定することのできる液面検出器と、この液面検出器の計測データに基づいて気液分離室内に貯留された吸収液の液面が第２の吸収液流出管の気液分離室接続部より高い位置を維持するように第２の吸収液流出管に介在する開閉弁の開閉を制御する制御器とを備えたことを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。