JP4887871B2

JP4887871B2 - 吸収式冷凍装置

Info

Publication number: JP4887871B2
Application number: JP2006103998A
Authority: JP
Inventors: 満嗣河合
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-04-05
Also published as: JP2007278572A

Description

本願発明は、吸収式冷凍装置に関するものである。

ＬｉＢｒ水溶液の濃度変化を利用したＬｉＢｒ式の吸収式冷凍装置は、従来からよく知られているが、この種の吸収式冷凍装置において、吸収器で吸収溶液（ＬｉＢｒ濃溶液）に冷媒蒸気（水蒸気）を吸収する際に生ずる吸収熱を空冷ファンで取り除く直接空冷方式を採用する場合があるが、この場合、吸収器においては、冷媒蒸気の吸収と吸収溶液の冷却とを同時に行わなければならないため、気液界面の拡大が重要となり、小型化への制約が大きくなるという不具合がある。

例えば、空冷フィンを有する多数の垂直伝熱管を連結するための上下の吸収ヘッダーが必要となるところから該吸収ヘッダーの占有スペースが必要となるし、該伝熱管としても冷媒蒸気の圧損を考慮する必要があるため大口径管の使用が必要となるし、冷媒蒸気の流速制限に起因して蒸発器との連絡管が太くなる等が小型化への制約となっていた。また、溶接による接続箇所があるため、コスト的にも割高となる。

上記のような不具合に対処するため、吸収器に流入する吸収溶液を空冷熱交換器で予め過冷却し、吸収器内では単に冷媒蒸気を吸収させ、吸収熱は、過冷却された吸収溶液の顕熱で取り去るだけの間接空冷（溶液分離冷却）方式が提案されている。この方式では、冷媒蒸気の吸収という物質移動と冷却という熱移動とが分離されているため、吸収器を小型化することが可能である（特許文献１参照）。

特開平７−９８１６３号公報。

ところで、上記特許文献１に開示されている間接空冷（溶液分離冷却）方式を採用した場合、吸収溶液の顕熱で吸収熱を取り去る方式であるため、直接空冷方式に比べて、吸収溶液の吸収器出口温度が高くなり、吸収器圧力が上昇し、蒸発温度が高くなって、冷凍能力が劣る傾向となる。

また、発生器における加熱媒体として排温水を用いる排熱利用システムを採用した場合、蒸発温度を低下させるに従ってサイクル上の特性から発生器での加熱に要する必要温度が高くなり、発生器での交換熱量が減少するという不具合が起きる。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、排熱をより有効に利用できるようにした高性能且つ小型、低コストの吸収式冷凍装置を提供することを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、２個の発生器Ｇ1，Ｇ2、該発生器Ｇ1，Ｇ2から得られた冷媒蒸気Ｒｓを凝縮液化する凝縮器Ｃ1、Ｃ2、該凝縮器Ｃ1、Ｃ2で凝縮液化された液冷媒Ｒｗを蒸発気化させる上下２段の蒸発器Ｅ1，Ｅ2および該蒸発器Ｅ1，Ｅ2で蒸発気化された冷媒蒸気Ｒｓを前記発生器Ｇ1，Ｇ2で得られた濃溶液Ｌｃに吸収して前記発生器Ｇ1，Ｇ2へ供給される希溶液Ｌｄを生成する上下２段の吸収器Ａ1，Ａ2を備えた吸収式冷凍装置において、前記吸収器Ａ1，Ａ2に供給される吸収溶液を予め空冷熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2で過冷却状態とする間接冷却方式とし且つ前記発生器Ｇ1，Ｇ2を加熱経路７で、前記蒸発器Ｅ1，Ｅ2を被冷却流体経路８でそれぞれ接続するとともに、前記加熱経路７の入口側に位置する発生器Ｇ1と前記被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ2とで吸収冷凍サイクルＳ1を構成するように前記凝縮器Ｃ1、吸収器Ａ1および空冷熱交換器Ｈａ1を接続する一方、前記加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇ2と前記被冷却流体経路８の入口側に位置する蒸発器Ｅ2とで吸収冷凍サイクルＳ2を構成するように前記凝縮器Ｃ2、吸収器Ａ2および空冷熱交換器Ｈａ2を接続している。

上記のように構成したことにより、被冷却流体経路８の入口側に位置する蒸発器Ｅ2は、被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ1に比べて蒸発温度が高くてよいことから、加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇ2ではより低い温度まで冷媒蒸気の発生が可能となるとともに、より低い蒸発温度が必要な被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ2に接続される発生器Ｇ2では、加熱媒体として排温水を用いる排熱利用システムを採用した場合、高い温度の入口排熱によって加熱されることとなり、排熱をより有効に利用することができる。しかも、前記蒸発器Ｅ1，Ｅ2および前記吸収器Ａ1，Ａ2を、上下方向に２分割して２段の吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2を構成したことによりコンパクトな構成で排熱をより一層有効に利用することができる。また、前記凝縮器Ｃ1，Ｃ2および前記空冷熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2を、前記蒸発器Ｅ1，Ｅ2および前記吸収器Ａ1，Ａ2に対応させて２分割したことにより、凝縮器Ｃ1，Ｃ2と蒸発器Ｅ1，Ｅ2および空冷熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2と吸収器Ａ1，Ａ2とが対応した吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2を構成できるところから、蒸発器Ｅ1，Ｅ2および吸収器Ａ1，Ａ2の能力を最大に発揮することができる。さらに、前記加熱経路７の入口側に位置する発生器Ｇ1と前記被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ1とで吸収冷凍サイクルＳ1を構成するように前記凝縮器Ｃ1、吸収器Ａ1および空冷熱交換器Ｈａ1を接続する一方、前記加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇ2と前記被冷却流体経路８の入口側に位置する蒸発器Ｅ2とで吸収冷凍サイクルＳ2を構成するように前記凝縮器Ｃ2、吸収器Ａ2および空冷熱交換器Ｈａ2を接続したことにより、各吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2を効率よく作動させることができる。

本願発明の第１の手段によれば、２個の発生器Ｇ1，Ｇ2、該発生器Ｇ1，Ｇ2から得られた冷媒蒸気Ｒｓを凝縮液化する凝縮器Ｃ1、Ｃ2、該凝縮器Ｃ1、Ｃ2で凝縮液化された液冷媒Ｒｗを蒸発気化させる上下２段の蒸発器Ｅ1，Ｅ2および該蒸発器Ｅ1，Ｅ2で蒸発気化された冷媒蒸気Ｒｓを前記発生器Ｇ1，Ｇ2で得られた濃溶液Ｌｃに吸収して前記発生器Ｇ1，Ｇ2へ供給される希溶液Ｌｄを生成する上下２段の吸収器Ａ1，Ａ2を備えた吸収式冷凍装置において、前記吸収器Ａ1，Ａ2に供給される吸収溶液を予め空冷熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2で過冷却状態とする間接冷却方式とし且つ前記発生器Ｇ1，Ｇ2を加熱経路７で、前記蒸発器Ｅ1，Ｅ2を被冷却流体経路８でそれぞれ接続するとともに、前記加熱経路７の入口側に位置する発生器Ｇ1と前記被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ2とで吸収冷凍サイクルＳ1を構成するように前記凝縮器Ｃ1、吸収器Ａ1および空冷熱交換器Ｈａ1を接続する一方、前記加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇ2と前記被冷却流体経路８の入口側に位置する蒸発器Ｅ2とで吸収冷凍サイクルＳ2を構成するように前記凝縮器Ｃ2、吸収器Ａ2および空冷熱交換器Ｈａ2を接続しているので、被冷却流体経路８の入口側に位置する蒸発器Ｅ2は、被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ1に比べて蒸発温度が高くてよいことから、加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇ2ではより低い温度まで冷媒蒸気の発生が可能となるとともに、より低い蒸発温度が必要な被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ2に接続される発生器Ｇ2では、加熱媒体として排温水を用いる排熱利用システムを採用した場合、高い温度の入口排熱によって加熱されることとなり、排熱をより有効に利用することができるという効果がある。しかも、前記蒸発器Ｅ1，Ｅ2および前記吸収器Ａ1，Ａ2を、上下方向に２分割して２段の吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2を構成したことによりコンパクトな構成で排熱をより一層有効に利用することができるという効果もある。また、前記凝縮器Ｃ1，Ｃ2および前記空冷熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2を、前記蒸発器Ｅ1，Ｅ2および前記吸収器Ａ1，Ａ2に対応させて２分割したことにより、凝縮器Ｃ1，Ｃ2と蒸発器Ｅ1，Ｅ2および空冷熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2と吸収器Ａ1，Ａ2とが対応した吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2を構成できるところから、蒸発器Ｅ1，Ｅ2および吸収器Ａ1，Ａ2の能力を最大に発揮することができるという効果もある。さらに、前記加熱経路７の入口側に位置する発生器Ｇ1と前記被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅ1とで吸収冷凍サイクルＳ1を構成するように前記凝縮器Ｃ1、吸収器Ａ1および空冷熱交換器Ｈａ1を接続する一方、前記加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇ2と前記被冷却流体経路８の入口側に位置する蒸発器Ｅ2とで吸収冷凍サイクルＳ2を構成するように前記凝縮器Ｃ2、吸収器Ａ2および空冷熱交換器Ｈａ2を接続したことにより、各吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2を効率よく作動させることができるという効果もある。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの参考例および好適な実施の形態について説明する。

第１の参考例
図１には、本願発明の第１の参考例にかかる吸収式冷凍装置における吸収冷凍サイクルが示されている。

この吸収冷凍サイクルは、冷媒（例えば、水）を吸収する能力に優れた吸収剤（例えば、ＬｉＢｒ）の水溶液（以下、単に希溶液という）の冷媒吸収能力が増強するように該溶液を加熱媒体（例えば、排温水）Ｗｈで加熱して濃縮するための発生器Ｇと、該発生器Ｇにおいて溶液から分離した蒸気（冷媒）Ｒｓを導入してこれを冷却することによって液化させる凝縮器Ｃと、該凝縮器Ｃによって液化された冷媒Ｒｗを導入して低圧下で蒸発（気化）させる蒸発器Ｅと、該蒸発器Ｅで発生した蒸気（冷媒）Ｒｓを吸収するために前記発生器Ｇで濃縮された濃溶液Ｌｃを収容する吸収器Ａと、該吸収器Ａで蒸気（冷媒）Ｒｓを吸収したことによって希釈された溶液（希溶液）Ｌｄを濃縮するために再び発生器Ｇへ送り込むための溶液ポンプＰと、該溶液ポンプＰから吐出される希溶液Ｌｄの一部（大部分）を導入してこれを冷却する空冷熱交換器Ｈａとを備えて構成されている。符号Ｈｂは吸収器Ａから出た希溶液Ｌｄの一部（発生器Ｇへ供給される希溶液Ｌｄ）と発生器Ｇから出た濃溶液Ｌｃとを熱交換する溶液熱交換器、Ｆ１は凝縮器Ｃを空冷する冷却ファン、Ｆ２は空冷熱交換器Ｈａを空冷する冷却ファンである。

また、この吸収冷凍サイクルにおいては、前記蒸発器Ｅおよび吸収器Ａは一体化されてユニットＵを構成している。

上記ユニットＵは、図２に示すように、蒸発器Ｅと吸収器Ａとを水平に並べて一体化して構成されており、本参考例においては、前記ユニットＵ，Ｕは上下方向に２段積層されている。このようにすると、上段側のユニットＵから下段側のユニットＵへの冷媒および吸収溶液の流下をヘッド差を利用して行うことができるところから、ユニットＵ，Ｕの組立構造が簡略となる。ここで、ユニットＵ，Ｕにおける蒸発器Ｅ，Ｅおよび吸収器Ａ，Ａはそれぞれ連通可能な構造とされている。

前記各ユニットＵにおいては、左側に蒸発器Ｅを、右側に吸収器Ｅをそれぞれ形成してなるプレート１，１・・を複数枚積層し、前記蒸発器Ｅにおいては、凝縮器Ｃから供給された凝縮水（液冷媒）が内部を流れる水と熱交換して蒸発気化するとともに、利用側の熱源として冷水Ｗｃが得られる一方、前記吸収器Ａにおいては、発生器Ｇから供給された濃溶液Ｌｃに蒸発器Ｅから得られた蒸気（冷媒）Ｒｓが吸収されることにより、溶液濃度が希釈されることとなっている。符号２はユニットＵの外郭を構成するケーシング、３は吸収器Ａに供給された溶液を均等に散布するための散布トレー、４は冷水通路、５は吸収器Ａを構成する多孔部材である。なお、前記各プレート１は、熱良導体（例えば、鋼板、ステンレス鋼等）により製作される。

また、本参考例においては、加熱経路７を介して加熱媒体Ｗｈがシリーズに流れる二つの発生器Ｇ，Ｇと、それぞれの発生器Ｇ，Ｇにおいて発生する冷媒蒸気Ｒｓをそれぞれ凝縮する二つの凝縮器Ｃ，Ｃとが設けられており、該凝縮器Ｃ，Ｃで凝縮された冷媒Ｒｗは、上段側の蒸発器Ｅに供給されるように構成されている。このようにすると、加熱媒体Ｗｈの温度レベルにより被加熱側の濃縮される溶液の濃度が変化するため、加熱媒体Ｗｈの保有する熱を有効に利用することができることとなり、加熱媒体Ｗｈとして排熱流体を用いた場合の排熱回収効率が向上することとなる。また、前記ユニットＵ，Ｕを構成する蒸発器Ｅ，Ｅは、冷水が流れる被冷却流体経路８で直列に接続されている。なお、本実施の形態においては、前記溶液熱交換器Ｈｗは、下段側の吸収器Ａの出口からの希溶液Ｌｄの一部と発生器Ｇ，Ｇから出た後に合流した濃溶液Ｌｃとが熱交換することとなっており、溶液熱交換器Ｈｗを出た希溶液Ｌｄは、分岐して発生器Ｇ，Ｇに供給されることとなっている。

さらに、本参考例においては、下段側の吸収器Ａから出た希溶液Ｌｄの大部分を空冷熱交換器Ｈａで過冷却し、上段側の吸収器Ａの上部に還流させる還流回路６が付設されており、該還流回路６における前記空冷熱交換器Ｈａの入口側には、前記発生器Ｇ，Ｇで得られ、前記溶液熱交換器Ｈａを出た濃溶液Ｌｃが合流する合流点９が設けられている。なお、この合流点９は、還流回路６における溶液熱交換器Ｈａの出口側に設ける場合もある。

上記のように構成したことにより、下段側の吸収器Ａの出口からの希溶液Ｌｄの大部分は、空冷熱交換器Ｈａを経て過冷却状態で上段側の吸収器Ａの上部に還流されるが、下段側の吸収器Ａの出口からの希溶液Ｌｄの一部は、発生器Ｇにおいて濃縮されて濃溶液となり、該濃溶液Ｌｃは、還流回路６における空冷熱交換器Ｈａの入口側の合流点９において合流し、空冷熱交換器Ｈａで過冷却状態となって上段側の吸収器Ａの上部に供給される。また、発生器Ｇ，Ｇにおいて蒸発気化された冷媒蒸気Ｒｓは、凝縮器Ｃ，Ｃにおいて凝縮液化され、液冷媒Ｒｗとして上段側の蒸発器Ｅの上部に供給される。従って、ユニットＵ，Ｕにおいては、上段側の吸収器Ａでは上段側の蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気Ｒｓが濃溶液Ｌｄに吸収され、冷媒蒸気Ｒｓの吸収により希釈された溶液は下段側の吸収器Ａに流入し、下段側の吸収器Ａでは下段側の蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気Ｒｓを吸収してさらに希釈される。そのとき発生する吸収熱は、過冷却された溶液が保有する顕熱で取り去られることとなる。

従って、被冷却流体経路８の入口側に位置する蒸発器Ｅは、被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅに比べて蒸発温度が高くてよいことから、加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇではより低い温度まで冷媒蒸気Ｒｓの発生が可能となるとともに、より低い蒸発温度が必要な被冷却流体経路８の出口側に位置する蒸発器Ｅに接続される発生器Ｇでは、加熱媒体として排温水を用いる排熱利用システムを採用した場合、高い温度の入口排熱によって加熱されることとなり、排熱をより有効に利用することができる。

第１の実施の形態
図３には、本願発明の第１の実施の形態にかかる吸収式冷凍装置における吸収冷凍サイクルが示されている。

この場合、上下２段配置とされた二つのユニットＵ，Ｕに対応して、二つの溶液ポンプＰ1，Ｐ2、二つの空冷熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2および二つの溶液熱交換器Ｈｗ1，Ｈｗ2を付設している。そして、加熱経路７の入口側に位置する発生器Ｇ1において発生した冷媒蒸気Ｒｓは、一方の凝縮器Ｃ1で凝縮液化され、液冷媒Ｒｗとして上段側の蒸発器Ｅ1に供給され、該上段側の蒸発器Ｅ1で蒸発気化され、該蒸発気化により得られた冷媒蒸気Ｒｓは、上段側の吸収器Ａ1において発生器Ｇ1から溶液熱交換器Ｈｗ1を経て還流回路６Ａの合流点９Ａにおいて合流した後、空冷熱交換器Ｈａ1で過冷却状態とされた濃溶液Ｌｃに吸収される吸収冷凍サイクルＳ1と、加熱経路７の出口側に位置する発生器Ｇ2において発生した冷媒蒸気Ｒｓは、他方の凝縮器Ｃ2で凝縮液化され、液冷媒Ｒｗとして下段側の蒸発器Ｅ2に供給され、該下段側の蒸発器Ｅ2で蒸発気化され、該蒸発気化により得られた冷媒蒸気Ｒｓは、下段側の吸収器Ａ2において発生器Ｇ2から溶液熱交換器Ｈｗ2を経て還流回路６Ｂの合流点９Ｂにおいて合流した後、空冷熱交換器Ｈａ2で過冷却状態とされた濃溶液Ｌｃに吸収される吸収冷凍サイクルＳ2とを構成することとなっている。なお、上段側および下段側の吸収器Ａ1，Ａ2の出口から出る希溶液Ｌｄは、溶液ポンプＰ1，Ｐ2にそれぞれ圧送され、還流回路６Ａ，６Ｂおよび溶液熱交換器Ｈａ1，Ｈａ2に供給されることとなっている。このようにすると、吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2は独立したサイクルを構成することとなり、蒸発器Ｅ1，Ｅ2および吸収器Ａ1，Ａ2の能力を最大に発揮することができるとともに、吸収冷凍サイクルＳ1，Ｓ2を効率よく作動させることができる。

その他の構成および作用効果は、第１の参考例におけると同様なので説明を省略する。

第２の参考例
図４には、本願発明の第２の参考例にかかる吸収式冷凍装置における吸収冷凍サイクルが示されている。

この場合、上段側の凝縮器Ｅには、加熱経路７における上流側に位置する温度の高い加熱媒体Ｗｈにより発生され、一方の凝縮器Ｃで凝縮された冷媒Ｒｗが供給される一方、前記下段側の蒸発器Ｅには、加熱経路７における下流側に位置する温度の低い加熱媒体Ｗｈにより発生され、他方の凝縮器Ｃで凝縮された冷媒が供給されるように構成されている。このようにすると、加熱媒体Ｗｈの温度レベルにより被加熱側の濃縮される溶液の濃度が変化するため、加熱媒体Ｗｈの保有する熱を有効に利用することができることとなり、加熱媒体として排熱流体を用いた場合の排熱回収効率が向上することとなる。

本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。

本願発明の第１の参考例にかかる吸収式冷凍装置における吸収冷凍サイクルを示す系統図である。本願発明の第１の参考例にかかる吸収式冷凍装置における蒸発器・吸収器ユニットの正面図である。本願発明の第１の実施の形態にかかる吸収式冷凍装置における吸収冷凍サイクルを示す系統図である。本願発明の第２の参考例にかかる吸収式冷凍装置における吸収冷凍サイクルを示す系統図である。

６は還流回路
７は加熱経路
８は被冷却流体経路
９は合流点
Ｇ，Ｇ1，Ｇ2は発生器
Ｃ，Ｃ1，Ｃ2は凝縮器
Ｅ，Ｅ1，Ｅ2は蒸発器
Ａ，Ａ1，Ａ2は吸収器
Ｈａ，Ｈａ1，Ｈａ2は空冷熱交換器
Ｈｗ，Ｈｗ1，Ｈｗ2は溶液熱交換器
Ｕ，Ｕ1，Ｕ2はユニット
Ｓ1，Ｓ2は吸収冷凍サイクル
Ｌｃは濃溶液
Ｌｄは希溶液
Ｒｓは冷媒蒸気（水蒸気）
Ｒｗは液冷媒（凝縮水）
Ｗｈは加熱媒体（排温水）

Claims

２個の発生器（Ｇ1），（Ｇ2）、該発生器（Ｇ1），（Ｇ2）から得られた冷媒蒸気（Ｒｓ）を凝縮液化する凝縮器（Ｃ1）、（Ｃ2）、該凝縮器（Ｃ1）、（Ｃ2）で凝縮液化された液冷媒（Ｒｗ）を蒸発気化させる上下２段の蒸発器（Ｅ1），（Ｅ2）および該蒸発器（Ｅ1），（Ｅ2）で蒸発気化された冷媒蒸気（Ｒｓ）を前記発生器（Ｇ1），（Ｇ2）で得られた濃溶液（Ｌｃ）に吸収して前記発生器（Ｇ1），（Ｇ2）へ供給される希溶液（Ｌｄ）を生成する上下２段の吸収器（Ａ1），（Ａ2）を備えた吸収式冷凍装置であって、前記吸収器（Ａ1），（Ａ2）に供給される吸収溶液を予め空冷熱交換器（Ｈａ1），（Ｈａ2）で過冷却状態とする間接冷却方式とし且つ前記発生器（Ｇ1），（Ｇ2）を加熱経路（７）で、前記蒸発器（Ｅ1），（Ｅ2）を被冷却流体経路（８）でそれぞれ接続するとともに、前記加熱経路（７）の入口側に位置する発生器（Ｇ1）と前記被冷却流体経路（８）の出口側に位置する蒸発器（Ｅ2）とで吸収冷凍サイクル（Ｓ1）を構成するように前記凝縮器（Ｃ1）、吸収器（Ａ1）および空冷熱交換器（Ｈａ1）を接続する一方、前記加熱経路（７）の出口側に位置する発生器（Ｇ2）と前記被冷却流体経路（８）の入口側に位置する蒸発器（Ｅ2）とで吸収冷凍サイクル（Ｓ2)を構成するように前記凝縮器（Ｃ2）、吸収器（Ａ2）および空冷熱交換器（Ｈａ2）を接続したことを特徴とする吸収式冷凍装置。