JP5253886B2

JP5253886B2 - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JP5253886B2
Application number: JP2008138933A
Authority: JP
Inventors: 淳青山; 純村田
Original assignee: 荏原冷熱システム株式会社
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: JP2009287804A

Description

本発明は、吸収冷凍機に係り、特に蒸気を熱源とし、該熱源の熱回収を有効に行うことができる高効率吸収冷凍機に関する。

蒸気を熱源とする吸収冷凍機の効率を高める手法としては、高温再生器で溶液を加熱・濃縮した後の蒸気ドレンと吸収溶液を熱交換するためのドレン熱回収器を設けることが知られている。例えば、低温溶液熱交換器と高温溶液熱交換器の間にこのドレン熱回収器を設けた例としては、特公昭５１−ｌ１３３２号公報がある。この例では、ドレン熱回収器を出た希溶液の温度が上昇しているために、高温溶液熱交換器での熱回収が不十分となる問題があり、これを改善する目的で、特公昭５１−１３２５９号公報には、低温溶液熱交換器で加熱後の希溶液を、ドレン熱回収器と高温溶液熱交換器に並列に接続後、高温再生器に導入する方法、及び、吸収器からの希溶液を低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、ドレン熱回収器に並列に接続し、高温再生器に導入する方法が開示されている。

しかし、吸収器からの希溶液を低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、ドレン熱回収器に並列に接続し、高温再生器に導入する方法は、吸収器からの希溶液を低温再生器を介さずに高温再生器へ供給するパラレルフロー、シリーズフローに限定され、吸収器からの希溶液を一度低温再生器に供給し、低温再生器で加熱・濃縮された溶液を高温再生器に供給するリバースフローには適用できない。
また、低温溶液熱交換器で加熱後の希溶液を、ドレン熱回収器と高温溶液熱交換器に並列に接続後、高温再生器に導入する方法では、ドレン熱回収器に供給される希溶液の温度が、低温溶液熱交換器で加熱されているため、蒸気ドレンからさらに熱回収を行おうとしても、回収可能な熱量は限られている。
特公昭５１−ｌ１３３２号公報特公昭５１−１３２５９号公報

本発明は、これらの問題点を解決し、外部熱源を有効に回収することのできる高効率な吸収冷凍機を提供することを課題としたものである。

上記課題を解決するために、本発明では、蒸発器、吸収器、凝縮器、低温再生器、高温再生器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、溶液ポンプ、及びこれらの機器を連結する吸収溶液経路、冷媒経路を備え、吸収器から低温再生器へ希溶液を送る経路に、第１の溶液ポンプと、低温再生器及び高温再生器で加熱・濃縮された濃溶液と吸収器からの希溶液を熱交換するための低温溶液熱交換器とを配置し、低温再生器から高温再生器へ溶液を送る経路に、第２の溶液ポンプと、高温再生器で加熱・濃縮された濃溶液と低温再生器からの溶液を熱交換するための高温溶液熱交換器とを配置した、蒸気を熱源とする二重効用吸収冷凍機であって、高温再生器を加熱した後の排熱源と、高温再生器へ送られる低温再生器からの溶液との熱交換をする第１のドレン熱回収器と、低温再生器へ送られる希溶液との熱交換をする第２のドレン熱回収器とを備え、前記排熱源を第１のドレン熱回収器、第２のドレン熱回収器の順に流れるように構成し、第１のドレン熱回収器へ供給される溶液経路を、第２の溶液ポンプと高温溶液熱交換器を接続する経路途中から分岐し、第１のドレン熱回収器の被加熱側を通り、高温再生器へ接続するように構成し、第２のドレン熱回収器へ供給される溶液経路を、第１の溶液ポンプと低温溶液熱交換器を接続する経路途中から分岐し、第２のドレン熱回収器の被加熱側を通り、低温再生器へ接続するように構成すると共に、前記吸収溶液経路には、第１のドレン熱回収器と第２の溶液ポンプを接続する経路中に流量制御機構を設け、吸収冷凍機の負荷状況によって第１のドレン熱回収器へ送る低温再生器からの溶液流量を制御し、熱源からの熱回収と内部サイクルの熱回収を適切に行えるように制御する構成としたことを特徴とする二重効用吸収冷凍機としたものである。

前記二重効用吸収冷凍機において、前記蒸発器と吸収器が、複数の圧力段階で作動するように多段で構成することができる。

本発明によれば、上記の構成としたことにより、従来技術の問題点を解決し、リバースフローにおいて外部熱源を有効に回収することができる高効率吸収冷凍機を提供することが可能となった。

本発明では、高温再生器で加熱に用いた後の排熱源である蒸気ドレンを、第１のドレン熱回収器で低温再生器で加熱・濃縮された溶液と熱交換し、次いで、第２のドレン熱回収器で吸収器をでた希溶液と熱交換するように構成したことにより、リバースフローにおいても、蒸気ドレンの熱を有効に回収することができるようにしたものである。
また、第１のドレン熱回収器に送る溶液流量を制御することにより、吸収冷凍機の負荷状況によって、第１のドレン熱回収器から回収できる熱量を適切に制御できるようにしたものである。

次に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１〜３は、本発明の吸収冷凍機のフロー構成図の一例である。
図1〜３において、１は吸収器、２は蒸発器、３は低温再生器、４は高温再生器、５は凝縮器、６は低温溶液熱交換器、７は高温溶液熱交換器、８は第１の溶液ポンプ、９は第２の溶液ポンプ、１０は冷媒ポンプ、１１は第１のドレン熱回収器、１２は第２のドレン熱回収器、１３は熱源経路、１４は冷水経路、１５は冷却水経路、１６〜２３は溶液経路、２５〜２７は冷媒経路である。

図１を用いて、本発明を説明する。
蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収し薄くなった希溶液は、吸収器１から第１の溶液ポンプ８により経路１６、１７を通り低温溶液熱交換器６と第２のドレン熱回収器１２の被加熱側に並列に供給され、低温溶液熱交換器６の加熱側に供給される経路２３からの濃溶液、及び、第２のドレン熱回収器１２の加熱側に供給される経路１３からの蒸気ドレンと熱交換した後、経路１８を通り低温再生器３へ導入される。この際、低温溶液熱交換器６から低温再生器３へ向かう経路１６と、第２のドレン熱回収器１１から低温再生器３へ向かう経路１７は、途中で合流して経路１８から低温再生器３へ導入してもいいし、個別に低温再生器３へ導入してもよい。
また、第２のドレン熱回収器１２へ分岐される希溶液経路１７は、低温溶液熱交換器６の途中から分岐して第２のドレン熱回収器１２へ接続するようにしてもよい。

低温再生器３で加熱・濃縮された溶液は、経路１９から分岐されて経路２０を通り第２の溶液ポンプ９により、高温溶液熱交換器７と、経路２０から分岐された経路２１を通る第１のドレン熱回収器１１との被加熱側に並列に供給され昇温後、経路２０、２１から高温再生器４へ導入される。
ここで、前述と同様、高温溶液熱交換器７から高温再生器４へ導入される経路２０と、第１のドレン熱回収器１１から高温再生器４へ導入される経路２１は、途中で合流してから高温再生器４へ導入してもいいし、個別に高温再生器４へ導入してもよい。
高温再生器４へ供給される希溶液の露点温度は、運転状況によって高温再生器４内の露点温度よりも高くなることがあり、経路途中でフラッシュすることも考えられるため、これらの経路の配管は、配管内のフラッシュを考慮して通常の配管径よりも太くしておくとよい。

一方、経路１３から導入された外部加熱源により、高温再生器４内で加熱・濃縮された濃溶液は、経路２２から高温溶液熱交換器７の加熱側を通り、経路２３から低温溶液熱交換器６の加熱側に導入され、被加熱側を流れる経路１６からの希溶液を加熱する。これによって、吸収冷凍機は内部サイクルの熱回収を行っている。
なお、高温溶液熱交換器７と低温溶液熱交換器６の間に、低温再生器３で加熱・濃縮された溶液の一部を経路１９から経路２３に導入することも可能である。
低温溶液熱交換器６で希溶液と熱交換を行った濃溶液は、経路２３から吸収器１に導入され、冷却水経路１５からの冷却水によって冷却されることで吸収能力を発揮し、蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収する。
高温再生器４で発生した冷媒蒸気は、経路２５から低温再生器３の加熱側に供給され、低温再生器３に供給された経路１８からの希溶液と熱交換することで凝縮し、凝縮器５へ導入される。

高温再生器４で発生した冷媒蒸気と熱交換することで、低温再生器３で発生した冷媒蒸気は、凝縮器５で冷却水経路１５からの冷却水により冷却され凝縮し、低温再生器３で凝縮した経路２５からの冷媒と合流し、経路２６から蒸発器２へ戻される。
蒸発器２では、冷水１４によって経路２７からの冷媒が加熱されることで冷媒蒸気が発生し、吸収器１で溶液に吸収される。
高温再生器４に導入され、溶液と熱交換することで凝縮した熱源は、熱源経路１３により第１のドレン熱回収器１１の加熱側に供給され、第２の溶液ポンプ９による経路２１からの溶液と熱交換し、さらに第２のドレン熱回収器１２の加熱側に供給される。第２のドレン熱回収器１２の被加熱側には、吸収器1をでた希溶液が経路１７から供給されるため、この希溶液の温度＋αまで熱源の温度を下げることが可能で、その分従来よりも熱源からの熱回収量を増やすことが可能となる。

低温再生器３をでた溶液の温度は、定格運転で７５℃〜８５℃程度なので、従来のフローでは熱源の温度が８０℃〜９５℃程度までしか下がらない。この場合、熱源からの熱回収量は、蒸気を例に取ると、蒸気のエンタルピ２，７６５ｋＪ／ｋｇからドレンエンタルピ３３４ｋＪ／ｋｇ（８０℃）を引いた２，４３１ｋＪ／ｋｇとなる。しかし、本発明によるフローでは、被加熱側の温度が３８℃程度のため、蒸気ドレンは４５℃〜５０℃程度まで下げることが簡単にできる。その場合、熱源からの回収熱量は、２，７６５−２０９となり、２，５５６ｋｃａｌ／ｋｇ回収できることになる。熱源の消費量（ｋｇ／Ｈ）は単純計算すれば、２，４３１／２，５５６で９５％に削減することができる。
なお、図１には記載していないが、吸収器１へ濃溶液を供給する経路中に、溶液スプレーポンプを設けることもできる。その場合、ポンプのインバータや制御弁といった流量制御機構を設け、濃溶液の流量に応じて溶液スプレー量を制御することもできるし、吸収器の希溶液をスプレーポンプの吸込側に導入してスプレーバックアップをしてもよい。

以下、他の例について簡単に説明する。
図２は、本発明の他の例であり、第２の溶液ポンプ９から第１のドレン熱回収器１１への溶液経路２１中に流量制御機構２４を設けた例である。
吸収冷凍機は部分負荷になると、熱源の流量が減少するため、第１のドレン熱回収器１１への溶液流量を固定にしておくと、第１のドレン熱回収器１１における熱源からの熱回収量が減少する。第１のドレン熱回収器１１で熱交換した後の熱源の温度は、第１のドレン熱回収器１１に供給される希溶液の温度までしか下がらない（熱回収できない）ため、その様な状況では第１のドレン熱回収器１１への溶液流量を減少させ、その分を高温溶液熱交換器７へ導入することで、熱源からの熱回収量はほとんど変わらないまま、高温再生器４からの内部サイクル熱回収量を増加させることができる。
そのため、冷凍機の負荷状況、蒸気ドレンの温度、溶液の温度などから判断し、第１のドレン熱回収器１１へ導入される希溶液の流量を流量制御機構２４によって制御することにより、運転状況に応じて適切な熱量の回収を熱源から行うことが可能となり、特に部分負荷における冷凍機の効率を向上させることが可能となる。

図３は、本発明のもう一つの例であり、吸収器１と蒸発器２を複数段（１Ａと１Ｂ、２Ａと２Ｂ）で構成した場合の例である。本図では、吸収器１、蒸発器２が２段で構成されているが、２段に特定されるものではない。
空調負荷から戻った比較的高温の冷水は、高圧蒸発器２Ａに流入後冷却され、次に定圧蒸発器２Ｂでさらい冷却されて空調機側に供給される。この様な構成の場合は、高圧蒸発器２Ａ、低圧蒸発器２Ｂは例えば、８℃、５℃などの蒸発器で作動し、それらの蒸発器と組み合わされて作動する高圧吸収器１Ａ、低圧吸収器１Ｂにより、吸収器をでる希溶液濃度を大幅に低下させることができる。
この結果、溶液循環量を少なくし、希溶液と濃溶液の濃度差を大きく設定することができるので、吸収冷凍機の効率を更に高めることが可能となる。
図３においては、冷却水１５の流れる方向を、高圧吸収器１Ａ、低圧吸収器１Ｂ、凝縮器５の順に流すように図示されているが、これに特定されるものではなく、例えば凝縮器５から吸収器側１に流すことも可能であり、任意の流し方を構成することができる。

本発明における吸収冷凍機の一例を示すフロー構成図。本発明における吸収冷凍機の他の一例を示すフロー構成図。本発明における吸収冷凍機のもう一つの一例を示すフロー構成図。

符号の説明

１：吸収器、１Ａ：高圧吸収器、１Ｂ：低圧吸収器、２：蒸発器、２Ａ：高圧蒸発器、２Ｂ：低圧蒸発器、３：低温再生器、４：高温再生器、５：凝縮器、６：低温溶液熱交換器、７：高温溶液熱交換器、８：第１の溶液ポンプ、９：第２の溶液ポンプ、１０：冷媒ポンプ、１１：第１のドレン熱回収器、１２：第２のドレン熱回収器、１３：熱源経路、１４：冷水経路、１５：冷却水経路、１６〜２３：溶液経路、２４：流量制御機構、２５〜２７：冷媒経路、

Claims

蒸発器、吸収器、凝縮器、低温再生器、高温再生器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、溶液ポンプ、及びこれらの機器を連結する吸収溶液経路、冷媒経路を備え、吸収器から低温再生器へ希溶液を送る経路に、第１の溶液ポンプと、低温再生器及び高温再生器で加熱・濃縮された濃溶液と吸収器からの希溶液を熱交換するための低温溶液熱交換器とを配置し、低温再生器から高温再生器へ溶液を送る経路に、第２の溶液ポンプと、高温再生器で加熱・濃縮された濃溶液と低温再生器からの溶液を熱交換するための高温溶液熱交換器とを配置した、蒸気を熱源とする二重効用吸収冷凍機であって、高温再生器を加熱した後の排熱源と、高温再生器へ送られる低温再生器からの溶液との熱交換をする第１のドレン熱回収器と、低温再生器へ送られる希溶液との熱交換をする第２のドレン熱回収器とを備え、前記排熱源を第１のドレン熱回収器、第２のドレン熱回収器の順に流れるように構成し、第１のドレン熱回収器へ供給される溶液経路を、第２の溶液ポンプと高温溶液熱交換器を接続する経路途中から分岐し、第１のドレン熱回収器の被加熱側を通り、高温再生器へ接続するように構成し、第２のドレン熱回収器へ供給される溶液経路を、第１の溶液ポンプと低温溶液熱交換器を接続する経路途中から分岐し、第２のドレン熱回収器の被加熱側を通り、低温再生器へ接続するように構成すると共に、前記吸収溶液経路には、第１のドレン熱回収器と第２の溶液ポンプを接続する経路中に流量制御機構を設け、吸収冷凍機の負荷状況によって第１のドレン熱回収器へ送る低温再生器からの溶液流量を制御し、熱源からの熱回収と内部サイクルの熱回収を適切に行えるように制御する構成としたことを特徴とする二重効用吸収冷凍機。
前記蒸発器と吸収器が、複数の圧力段階で作動するように多段で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の二重効用吸収冷凍機。