JP5261111B2 - 吸収式冷凍機 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍・空調に用いられる吸収式冷凍機（吸収式冷温水機を含む）に関し、特に、蒸気焚きの二重効用吸収式冷凍機に関するものである。
従来から地球環境問題への関心の高まりとともに、機器の高効率化への要求が高まってきている。特に、運転時間の長い地域冷暖房施設や商業施設などでは、この傾向が顕著であり、機器効率の向上が切望されている。
そして、この要望に対し、吸収式冷凍機内を流過する熱源流体からの熱回収効率を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、これは、吸収器から高温再生器へと供給される希液が流通する希液管を、複数回にわたり分岐および合流させているため、分岐されたそれぞれの希液管を流通する希液の調整が難しく、手間がかかるものとなっていた。また、吸収式冷凍機の高効率化を行うためには、各溶液熱交換器の温度効率を向上させる必要があるが、濃液は温度が低下すると結晶の可能性があり、低温熱交換器の温度効率を向上できないという問題があった。また、補機動力を低減するために冷却水の流量を削減すると、前記冷却水の温度が上昇して運転圧力も上昇してしまうという問題もあった。
これに対し、低圧吸収器及び低圧蒸発器と、高圧吸収器及び高圧蒸発器とを設けた構成ではあるが、係る課題を解決するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−０５６１６０号公報 特開２００５−３００１２６号公報
しかし、特許文献２のものは、熱源流体が流通する蒸気管、および、該熱源流体からの熱回収を行う熱回収器を高圧設計のものとしなければならず、製作コストも高くなるという問題がある。
本発明は、係る点に鑑みて、構成部品も少なく配管が簡素化された構成でもって、吸収式冷凍機内を流過する熱源流体からの熱回収効率を向上させることができる技術を提供する。特に、高温再生器を流通した熱源流体を２つの熱回収器に分割して熱回収させ、熱回収器の小型化が達成できる構成でもって、この熱源流体の保有熱の熱回収効率を向上させることができる技術を提供するものである。
本発明の吸収式冷凍機は、熱源流体を流通させて希吸収液を加熱し、冷媒蒸気と中間吸収液とを生成する高温再生器と、生成された前記冷媒蒸気で前記中間吸収液を再加熱し冷媒蒸気と濃吸収液とを生成する低温再生器と、前記高温再生器で生成された冷媒蒸気と前記低温再生器で生成された冷媒蒸気とを合流させて凝縮させると共に、該低温再生器を通過して凝縮した冷媒液とを合流させる凝縮器と、前記凝縮器からの冷媒液を冷水管上に散布し再度蒸発させて熱負荷への冷熱供給を可能とする蒸発器と、前記低温再生器からの濃吸収液を流入させ前記蒸発器からの冷媒蒸気を該濃吸収液へ吸収させて希吸収液を生成する吸収器とを備えた吸収式冷凍機において、
前記吸収器で生成された前記希吸収液が前記高温再生器１へ流通する希吸収液管は第１希吸収液管と第２希吸収液管とに分岐してそれぞれ前記高温再生器へ連通して接続され、
前記第１希吸収液管には、前記第１希吸収液管を流通する希吸収液が前記高温再生器を流通した熱源流体との熱交換を行なう熱回収器と、前記第１希吸収液管を流通する希吸収液が前記低温再生器を流通して放熱凝縮した冷媒液と熱交換を行なう冷媒ドレン熱回収器を設け、
前記熱回収器を少なくとも第１熱回収器と第２熱回収器との二つに分割して設けると共に前記第１熱回収器と前記第２熱回収器の間にスチームトラップを設け、
前記第１希吸収液管を流通する前記希吸収液が前記冷媒ドレン熱回収器を通過した後、前記第２熱回収器から前記第１熱回収器を通って前記高温再生器へ流通する配置をなし、前記高温再生器を流通した熱源流体が前記第１熱回収器を流通し、前記スチームトラップを経由して前記第２熱回収器へ流通する配置をなし、
前記第２希吸収液管には、前記第２希吸収液管を流通する希吸収液が前記高温再生器で生成された中間吸収液との熱交換を行なう高温熱交換器、及び前記低温再生器で生成された濃吸収液との熱交換を行なう低温熱交換器を備え、前記第２希吸収液管を流通する希吸収液が前記低温熱交換器から前記高温熱交換器を通って前記高温再生器へ流通する配置であることを特徴とする。
第１発明によれば、第１希吸収液管には、吸収器で生成された希吸収液が、順次冷媒ドレン熱回収器、第２熱回収器、第１熱回収器を通って高温再生器へ流通するよう配置され、
高温再生器を流通した熱源流体は、第１熱回収器を流通し、スチームトラップを経由して第２熱回収器へ流通する配置であり、且つ、第２希吸収液管の希吸収液は、低温再生器で生成された濃吸収液との熱交換を行なう低温熱交換器、及び高温再生器で生成された中間吸収液との熱交換を行なう高温熱交換器にて順次熱交換を行なうことにより、構成部品も少なく配管が簡素化された構成でもって、高温再生器を流過する熱源流体からの熱回収効率を向上させることができる。また、分岐された第１希吸収液管と第２希吸収液管を流通する希液の調整が容易になり、更に、第１希吸収液管を流通する希吸収液は、冷媒ドレン熱回収器によって、低温再生器を流通して放熱凝縮した冷媒液からの熱回収を行なうと共に、第２熱回収器から第１熱回収器を順次流通することにより熱源流体からの熱回収も行なうことができる。特に、第１希吸収液管を流通する希吸収液は、第２熱回収器及び第１熱回収器へ流通する前に冷媒ドレン熱回収器で加熱されるため、第１熱回収器及び第２熱回収器における熱源流体からの熱回収効率を向上させることができ、機器効率を向上させることが可能となる。そして、高温再生器を流通した熱源流体は、第１希吸収液管を流通する間に、第１熱回収器で熱回収され、スチームトラップを経由して第２熱回収器で更に熱回収される。このため、熱回収器の小型化を含めた熱源流体管路の設計の簡素化が達成できる構成でもって、第１熱回収器、第２熱回収器及び冷媒ドレン熱回収器によって、熱源流体から希吸収液への熱回収が効果的となり、吸収冷凍機器の効率を向上させることが可能となる。
本発明の吸収式冷凍機は、熱源流体を流通させて希吸収液を加熱し、冷媒蒸気と中間吸収液とを生成する高温再生器と、生成された前記冷媒蒸気で前記中間吸収液を再加熱し冷媒蒸気と濃吸収液とを生成する低温再生器と、前記高温再生器で生成された冷媒蒸気と前記低温再生器で生成された冷媒蒸気とを合流させて凝縮させると共に、該低温再生器を通過して凝縮した冷媒液とを合流させる凝縮器と、前記凝縮器からの冷媒液を冷水管上に散布し再度蒸発させて熱負荷への冷熱供給を可能とする蒸発器と、前記低温再生器からの濃吸収液を流入させ前記蒸発器からの冷媒蒸気を該濃吸収液へ吸収させて希吸収液を生成する吸収器とを備えた吸収式冷凍機において、
前記吸収器で生成された前記希吸収液が前記高温再生器１へ流通する希吸収液管は第１希吸収液管と第２希吸収液管とに分岐してそれぞれ前記高温再生器へ連通して接続され、
前記第１希吸収液管には、前記第１希吸収液管を流通する希吸収液が前記高温再生器を流通した熱源流体との熱交換を行なう熱回収器と、前記第１希吸収液管を流通する希吸収液が前記低温再生器を流通して放熱凝縮した冷媒液と熱交換を行なう冷媒ドレン熱回収器を設け、
前記熱回収器を少なくとも第１熱回収器と第２熱回収器との二つに分割して設けると共に前記第１熱回収器と前記第２熱回収器の間にスチームトラップを設け、
前記第１希吸収液管を流通する前記希吸収液が前記冷媒ドレン熱回収器を通過した後、前記第２熱回収器から前記第１熱回収器を通って前記高温再生器へ流通する配置をなし、前記高温再生器を流通した熱源流体が前記第１熱回収器を流通し、前記スチームトラップを経由して前記第２熱回収器へ流通する配置をなし、
前記第２希吸収液管には、前記第２希吸収液管を流通する希吸収液が前記高温再生器で生成された中間吸収液との熱交換を行なう高温熱交換器、及び前記低温再生器で生成された濃吸収液との熱交換を行なう低温熱交換器を備え、前記第２希吸収液管を流通する希吸収液が前記低温熱交換器から前記高温熱交換器を通って前記高温再生器へ流通する配置であり、本発明の実施例を以下に記載する。
次に、本発明の吸収式冷凍機１００の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る吸収式冷凍機１００の配管構成図、図２は本発明に係る吸収式冷凍機１００の外観構成図である。
本発明に係る吸収式冷凍機１００は、例えば、冷媒に水、吸収液に臭化リチウム（ＬｉＢｒ）溶液を用いた二重効用吸収式冷凍機であり、熱源流体（高温・高圧の水蒸気、高温水など）を供給する熱源供給管２が内部を経由して配管され、希吸収液（以下「希液」という。）を加熱することによって冷媒蒸気を発生させて中間吸収液（以下「中間液」という。）に濃縮する高温再生器１と、前記蒸気冷媒により前記中間液を加熱して濃吸収液（以下「濃液」という。）にする低温再生器３と、低温再生器３から供給される冷媒蒸気を冷却水管２２を流れる冷却水と熱交換させて冷却し、凝縮させる凝縮器４とを内蔵した上胴５と、蒸発器６および吸収器７を内蔵した下胴８とを備えている。冷却水管２２は、下胴８の吸収器７内を経由して凝縮器４内に配設されている。
下胴８の蒸発器６内上部に設けられた散布器６Ａは、中間に冷媒ポンプ１１が介在し始端が蒸発器６の下部に接続された冷媒管２１の終端側に接続されて、蒸発器６の下部に溜まった冷媒液を冷媒ポンプ１１の運転により、冷媒管２１を通して散布器６Ａにより、内部を水などのブラインが流通するブライン管２３の上に散布可能に構成されている。
そして、下胴８の吸収器７下部側から吸収液ポンプ１２が介在して延びる希液管１５は、第１希液管１５Ａ（第１希吸収液管１５Ａ）と第２希液管１５Ｂ（第２希吸収液管１５Ｂ）とに分岐されて、これら第１希液管１５Ａおよび第２希液管１５Ｂのそれぞれが高温再生器１へと連通して接続されている。
第１希液管１５Ａには、この第１希液管１５Ａ内を流通する希液の流量を制御する制御弁２７と、高温再生器１で再生され、凝縮器４へと流通する吸収液管１９に介装されて冷媒蒸気との熱交換を行う冷媒ドレン熱回収器２４と、高温再生器１を流通した後の熱源流体管２に介装されて熱源流体管２内の熱源流体との熱交換を行う第１熱回収器２５及び第２熱回収器２６とが介装されており、冷媒ドレン熱回収器２４の下流側、つまり、高温再生器１寄りに向けて、第１希液管１５Ａ上に、第２熱回収器２６と第１熱交換器２５が順次配設されている。これによって、後述のように、高温再生器を流通した熱源流体との熱交換が、順次第１熱回収器２５、第２熱回収器２６によって行われ、前記熱源流体から熱回収が行われる。
また、第２希液管１５Ｂには、入口側に制御弁２８を備え、低温再生器３の下部側から下胴８の吸収器７内側上部に設けられた散布器７Ａへと接続される吸収液管１７に介装された低温熱交換器９と、高温再生器１で生成された中間液が低温再生器３へと流通する吸収液管１６に介装された高温熱交換器１０とが順次介装されている。制御弁２７、２８は、希液管１５が第１希液管１５Ａと第２希液管１５Ｂとに分岐された直後に設けられている。
そして、吸収器７下部側に溜まった希液を吸収液ポンプ１２の運転および制御弁２７、２８の開度により第１希液管１５Ａおよび第２希液管１５Ｂの流通量を制御して高温再生器１に搬送可能に構成されている。
また、高温再生器１と低温再生器３とは、高温熱交換器１０が介在する吸収液管１６により接続されて、高温再生器１で冷媒を蒸気分離して吸収液濃度が高まった中間液は、吸収液管１６により低温再生器３に送られる。
更に、高温再生器１と凝縮器４とは、低温再生器３の内部を経由し、冷媒ドレン熱回収器２４を介装された冷媒管１９により接続されて、高温再生器１で熱源流体により加熱されて吸収液から蒸発分離して供給される蒸気冷媒が、低温再生器３を経由して凝縮器４に流入可能に構成されている。
また、低温再生器３の下部側と、下胴８の吸収器７内側上部に設けられた散布器７Ａとは、低温熱交換器９が介在する吸収液管１７により接続されて、低温再生器３で冷媒の吸収が可能に再生された濃液が、低温熱交換器９で第２希液管１５Ｂ内を流通する希液に放熱して吸収器７に流入可能に構成されている。
上記構成になる本発明の吸収式冷凍機１００においては、熱源供給管２を開閉する蒸気遮断弁１８が開いて、熱源流体が熱源流体管２へと流通すると、高温再生器１内の希液は前記熱源流体により加熱され、沸騰して希液から蒸発分離した冷媒蒸気と、冷媒を蒸気分離して吸収液の濃度が高くなった中間液とが得られる。
このようにして高温再生器１で生成された高温の冷媒蒸気は、冷媒管１９を通って低温再生器３に入り、吸収液管１６を通って低温再生器３内に流入する中間液を更に加熱するとともに、冷媒ドレン熱回収器２４にて第１希液管１５Ａを流通する希液を加熱して、放熱凝縮して凝縮器４へと流入する。一方、高温再生器１で生成された吸収液（中間液）は、吸収液管１６により高温熱交換器１０を経由して第２希液管１５Ｂを流通する希液を加熱して低温再生器３に入る。
また、低温再生器３で冷媒管１９内を流通する冷媒蒸気で加熱されて中間液から蒸発分離した冷媒蒸気は、エリミネータ１３を介して隣接する凝縮器４へと入り、冷却水管２２内を流通する冷却水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管１９から凝縮して供給される冷媒と一緒になって冷媒管２０を流通し、下胴８の蒸発器６へと流入する。
蒸発器６に入って下部に溜まった冷媒液は、冷媒ポンプ１１により蒸発器６の散布器６Ａからブライン管２３の上に散布され、ブライン管２３を介して供給される水などのブラインから熱を奪って蒸発し、ブライン管２３の内部を流通するブラインを冷却する。
蒸発器６で蒸発した冷媒は、エリミネータ１４を介して隣接する吸収器７に入り、低温再生器３において冷媒を蒸発分離して濃縮再生された吸収液（濃液）、すなわち吸収液管１７により低温熱交換器９を経由して供給され、冷却水管２２の上に散布器７Ａから散布されている吸収液（濃液）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、すなわち希液は、吸収液ポンプ１２の運転により希液管１５へと流出し、制御弁２７、２８の開度により制御されて第１希液管１５Ａおよび第２希液管１５Ｂへと分流され、これら第１希液管１５Ａおよび第２希液管１５Ｂを流通して、それぞれ高温再生器１へと流入する。
一方の希液管１５から制御弁２７を介して第１希液管１５Ａへと流入した希液は、冷媒ドレン熱回収器２４で、高温再生器１で吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気により加熱され、更に、第２熱回収器２６及び第１熱回収器２５によって、熱源流体管２内を流通して高温再生器１内に貯留された吸収液を加熱した熱源流体により加熱されて、高温再生器１へと流入する。
他方の希液管１５から制御弁２８を介して第２希液管１５Ｂへと流入した希液は、低温熱交換器９で、低温再生器３の下部側から低圧吸収器７Ａへと供給される濃液により加熱され、更に、高温熱交換器１０で、吸収液管１６を通って高温再生器１から低温再生器３へと供給される中間液により加熱されて高温再生器１へと流入する。
本発明では、第１希液管１５Ａ上に設けられた熱回収器を、第１熱回収器２５と第２熱回収器２６との二つに分割して設け、高温再生器１を流通した熱源流体は、第１熱回収器２５を流通し、スチームトラップ２１を経由して第２熱回収器２６へと流通する構成となっている。これは、スチームトラップ２１の前後で、蒸気かドレン（凝縮水となった蒸気）で熱回収器を分けている。即ち、第１熱回収器２５では熱源流体（蒸気、ドレン）の潜熱・顕熱を回収し、第２熱回収器２６では顕熱を回収する。
もし、このように第１希液管１５Ａ上に設けられる熱回収器を分割しない場合は、熱源流体が流通する部分全体が高圧用の設計となり、熱回収器も高圧容器となり、大型となりコストアップをきたす。しかし、本発明では、上記のように、熱回収器を分割することで、スチームトラップ２１以降の構成を高圧設計としなくて済み、熱源流体管路の設計の簡素化ができ、且つ、圧力容器となる第１熱回収器２５を小型化することができるものとなる。
このように、熱回収器の小型化を達成し、構成部品も少なく配管が簡素化された構成でもって、熱源流体管２内を流通する高温高圧蒸気の熱源流体から希液への熱回収が効果的に行なわれるものとなり、熱源流体からの熱回収効率が向上し、機器効率を向上させることが可能となる。また、分岐された第１希液管１５Ａと第２希液管１５Ｂを流通する希液の調整は、それぞれ単独で行えるため調整が容易になり、熱源流体からの熱回収効率を向上させることができ、機器効率を向上させることが可能となる。
また、第１希液管１５Ａ内を流通して高温再生器１へと流れる希吸収液と、低温再生器３を流通して放熱凝縮した冷媒液とが、熱交換を行なう冷媒ドレン熱回収器２４を設けたことにより、低温再生器３を流通して放熱凝縮した冷媒液からの熱回収を行なうと共に、熱源流体管２内を流通する熱源流体からの熱回収も行なうことができ、第１熱回収器２５、第２熱回収器２６及び冷媒ドレン熱回収器２４によって、熱源流体から希吸収液への熱回収が効果的となり、吸収冷凍機器の効率を向上させることが可能となる。
冷媒と吸収液とが上記のように循環することにより、蒸発器６の内部を経由して設けられたブライン管２３内で冷媒の気化熱により冷却された水などのブラインが、ブライン管２３を介して図示しない空調負荷などに循環供給できるので、冷房などの冷却運転が行なえる。
そして、高温再生器１で吸収液を加熱する前記熱源流体の熱源を、高温再生器１へと供給される希液を第１希液管１５Ａと第２希液管１５Ｂへと分流して、それぞれの希液の加熱に利用させることで、前記熱源流体の低温度域まで利用可能となって、消費蒸気量が削減できて低温熱交換器９の結晶余裕度が増す（結晶し難い範囲を拡大できる）。また、吸収器７から高温再生器１へと連通する希液管１５を、上記のように、第１希液管１５Ａと第２希液管１５Ｂとに分岐し、これら希液管をそのまま前記高温再生器１へと連通させているため、分岐されたそれぞれの希液管を流通する希液の分流配分を容易に調整することができる。
さらに、本発明の吸収式冷凍機１００においては、図２に示すように、低温再生器３、凝縮器４を内蔵した上胴５および高温再生器１を上部に配置し、下方に、蒸発器６および吸収器７を内蔵した下胴８を配設してあるので、高さ方向の寸法を抑えた小型化に適した吸収式冷凍機となっている。
また、その下胴８は従来と同様に蒸発器と吸収器とを並設したものであるので、内部構造が複雑化することもなく、保守点検や修理の際にも従来と同様に行うことができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、熱源からの熱回収により機器の効率を向上させる吸収式冷凍機に好適である。
本発明に係る吸収式冷凍機の配管構成図である。 本発明に係る吸収式冷凍機の外観構成図である。
符号の説明
１・・・ ・高温再生器
２・・・・熱源流体管
３・・・・低温再生器
４・・・・凝縮器
５・・・・上胴
６・・・・蒸発器
７・・・・吸収器
８・・・・下胴
９・・・・低温熱交換器
１０・・・高温熱交換器
１１・・・冷媒ポンプ
１２・・・吸収液ポンプ
１３、１４・・・エリミネータ
１５・・・希液管
１５Ａ・・第１希液管
１５Ｂ・・第２希液管
１６、１７・・・吸収液管
１８・・・蒸気遮断弁
１９、２０、２１・・・ 冷媒管
２２・・・冷却水管
２３・・・ブライン管
２４・・・冷媒ドレン熱回収器
２５・・・第１熱回収器
２６・・・第２熱回収器
２７、２８・・・制御弁
１００・・吸収式冷凍機

Claims (1)

  1. 熱源流体を流通させて希吸収液を加熱し、冷媒蒸気と中間吸収液とを生成する高温再生器と、生成された前記冷媒蒸気で前記中間吸収液を再加熱し冷媒蒸気と濃吸収液とを生成する低温再生器と、前記高温再生器で生成された冷媒蒸気と前記低温再生器で生成された冷媒蒸気とを合流させて凝縮させると共に、該低温再生器を通過して凝縮した冷媒液とを合流させる凝縮器と、前記凝縮器からの冷媒液を冷水管上に散布し再度蒸発させて熱負荷への冷熱供給を可能とする蒸発器と、前記低温再生器からの濃吸収液を流入させ前記蒸発器からの冷媒蒸気を該濃吸収液へ吸収させて希吸収液を生成する吸収器とを備えた吸収式冷凍機において、
    前記吸収器で生成された前記希吸収液が前記高温再生器１へ流通する希吸収液管は第１希吸収液管と第２希吸収液管とに分岐してそれぞれ前記高温再生器へ連通して接続され、
    前記第１希吸収液管には、前記第１希吸収液管を流通する希吸収液が前記高温再生器を流通した熱源流体との熱交換を行なう熱回収器と、前記第１希吸収液管を流通する希吸収液が前記低温再生器を流通して放熱凝縮した冷媒液と熱交換を行なう冷媒ドレン熱回収器を設け、
    前記熱回収器を少なくとも第１熱回収器と第２熱回収器との二つに分割して設けると共に前記第１熱回収器と前記第２熱回収器の間にスチームトラップを設け、
    前記第１希吸収液管を流通する前記希吸収液が前記冷媒ドレン熱回収器を通過した後、前記第２熱回収器から前記第１熱回収器を通って前記高温再生器へ流通する配置をなし、前記高温再生器を流通した熱源流体が前記第１熱回収器を流通し、前記スチームトラップを経由して前記第２熱回収器へ流通する配置をなし、
    前記第２希吸収液管には、前記第２希吸収液管を流通する希吸収液が前記高温再生器で生成された中間吸収液との熱交換を行なう高温熱交換器、及び前記低温再生器で生成された濃吸収液との熱交換を行なう低温熱交換器を備え、前記第２希吸収液管を流通する希吸収液が前記低温熱交換器から前記高温熱交換器を通って前記高温再生器へ流通する配置であることを特徴とする吸収式冷凍機。
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