JP7313356B2 - 閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプ及び閉サイクル吸収チラーシステムから非凝縮ガスを除去するモータレスパージシステムと方法 - Google Patents

Description

本発明は、チラー及びヒートトランスフォーマーを含む吸収ヒートポンプの分野に関し、特に上記吸収ヒートポンプのための高効率パージシステムを設計するための分野に関する。

水素、二酸化炭素、窒素、酸素及びアルゴンのような非凝縮性ガス（ＮＣＧ）は、熱冷却及び加熱に使用される吸収システムにおける凝縮及び吸収の熱及び物質移動に有意な劣化を引き起こすことで知られている。市場における大抵の吸収システムは、異なるタイプの作動流体によって動作するチラーであり、この作動流体は大抵、水／アンモニア、又は水性臭化リチウム（ＬｉＢｒ／Ｈ_２Ｏ）である。ほぼ例外なく、ＬｉＢｒ／Ｈ_２Ｏが、吸収冷却機器の作動流体ペアとなる。水は冷媒であるから、そのようなチラーは一般に、蒸発器が４℃で動作している間、吸収器において相対的に低い圧力、典型的には約０．８ｋＰａで動作する。この圧力は、海面で約１００ｋＰａとなる大気圧をかなり下回る。

かかる閉じた系において、ＮＣＧの存在は、機械の熱出力及び効率を低下させる。一つのＮＣＧ源は、大気圧以下で動作する当該機械への空気の漏洩である。周囲大気の圧力が吸収システムの圧力より高いとＮＣＧは、ユニットアセンブリを含むパイプ、フランジ及び他のコンポーネントの接続部を通って侵入し得る。微量な漏洩を検出するべくすべてのユニットに工場漏洩試験が行われるが、機械は完全には漏れ止めされないことが多い。加えて、作動流体と機械内部の鋼表面との化学反応により、少量の水素ガスが発生する。水素は、適切な機械動作を妨げる程度に十分な量で存在するので、連続的に除去する必要がある。モリブデン酸リチウムのような腐食防止剤が水素発生を低減する。それにもかかわらず、システムがその寿命を通して適切に作動するには、満足な性能を目的としてＮＣＧを定期的にパージする必要がある。

吸収ヒートトランスフォーマー（ＡＨＴ）は一般に、吸収チラーよりも有意に高い温度で動作するので、腐食及び水素発生速度は高くなることが予測される。高温の吸収器及び凝縮器の経験は、ダブル効果及びトリプル効果の臭化リチウム／水チラーから得られる。

重要な点は、ＮＣＧが吸収プロセス及び凝縮プロセスに与える有害な影響が、不活性ＮＣＧの存在に起因する被吸収体／冷媒（ＬｉＢｒ／Ｈ_２Ｏの場合は水）の分圧低下をはるかに超えることにある。すなわち、ＮＣＧが冷媒と同程度のモル分率で凝縮器内に存在する場合、冷媒の分圧が低下し、それゆえ、凝縮の有効性及びそれに対応する飽和温度も低下する。動作している吸収システムが、そのような大きなＮＣＧ含有量の状況に達することがあってはならないし、実際にそうなることはない。しかしながら、微量のＮＣＧであっても、吸収器及び凝縮器における熱及び物質の移動を有意に低減し得ることがわかっている。ＮＣＧに起因する物質移動の低減は、冷媒／被吸収体蒸気が、凝縮され又は吸収され得る前に、これらのガスの薄層を通して拡散する必要があり、その気液界面へのアクセスをブロックすることに関連する。分析研究により、この低下は、被吸収体の拡散に対する液体及びガス間の抵抗比に依存することがわかっている。よって、微量なＮＣＧであっても有意に吸収を阻害し得る。

先行技術の解決策は、吸収システムにおけるＮＣＧの問題に対処するべく設計されている。今日、ほとんどの大型吸収チラー、すなわち１００ＴＲ又は～３５０ｋＷを超えるものは、窒素及び少量の水素を放出するべく真空ポンプを用いてＮＣＧを大気圧まで上昇させる。

吸収チラーの吸収器をパージする典型的な配列において必要なコンポーネントは以下のとおりである。（１）最低絶対圧力ゾーンの吸収器に配置されたパージプローブである。このゾーンは一般に吸収器の底部に存在する。ＮＣＧは、水蒸気流と吸収体溶液が吸収器管の上に落ちることによって下方へと引き込まれる結果、蓄積する傾向がある。（２）溶液が、その蒸気圧を主要吸収器の蒸気圧未満まで低下させるべく冷却される小型吸収器である。すなわち、機械の動作中、ＮＣＧ及び水蒸気の流れが連続的に誘発される。この小型吸収器は、他の多くの真空ポンプアプリケーションにも存在するコールドトラップの機能を果たす。（３）独自のオイルトラップ及びバルブを備えた真空ポンプである。ＮＣＧは、小型吸収器において収集及び濃縮され、冷媒水蒸気のほとんどが溶液によって吸収される。タイマーにより又は他の手段により動作する真空ポンプが、ＮＣＧを除去して大気中に排出する。

真空ポンプの使用に加え、パージシステムの小型吸収器（２）は、主要吸収器の圧力よりも低い圧力に維持されるように、慎重に設計する必要がある。よって、これは、利用可能な最低温度のヒートシンクによって主要吸収器の温度未満にまで冷却する必要がある。

真空ポンプの使用に基づくパージシステムは大抵、信頼性が高いが、極めて低い圧力を常に生成する必要がある。しかしながら、使用に伴い、真空ポンプにおけるオイルが、凝縮水蒸気によって希釈され、オイルの蒸気圧が増加し得る。すなわち、ＮＣＧの除去に必要な低圧力を一貫して達成するためには、真空ポンプの入念なメンテナンスが必要となる。加えて、冷媒／被吸収体（水）の一部がシステムから喪失されるという不利益も存在する。真空ポンプの直接的な使用での過剰な冷媒／被吸収体（水）の喪失を防止するべく、インライン構成を採用することができる。この場合、オイルフリーの真空ポンプが使用されない限り、機械がオイルによって汚染されるリスクが存在する。

他タイプのパージシステムは、インライン真空ポンプの直接の使用に基づき得る。真空ポンプが、凝縮器又は吸収器における蒸気空間内のＮＣＧパージプローブに接続され、ひいてはＮＣＧ及び冷媒／被吸収体蒸気の流れが誘発される。ポンプにより引き込まれた混合物が、蒸気が凝縮して液体として吸収機械へと戻る液体トラップに入り込んでＮＣＧが蓄積する。蓄積プロセスは、ＮＣＧの蓄積量を時間の関数として記録することによって監視される。

第三に、所定のＬｉＢｒ／Ｈ_２Ｏ吸収チラーが、真空ポンプの代わりに、排出器に基づくモータレスパージシステムを使用する。排出器は、溶液ポンプから出た（周囲圧力を上回る）高圧の溶液ストリームの一部を、吸収器及び凝縮器からの蒸気を吸引して取り込むための駆動流体として用いる。すなわち、排出器は、わずかなＮＣＧを包含する水蒸気を、格納チャンバへと送り込む。この格納チャンバは本質的に、コールドトラップと同等である。蒸気が凝縮してＮＣＧが蓄積する。周期的に、チラーのオペレータは、この格納チャンバから大気へとＮＣＧを排気する行動をとる。このような排出器ベースのパージシステムは、Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された「臭化リチウム吸収水チラーのためのパージシステム」との名称の引用文献１に記載される。

上述したパージシステムの様々な部分のうち、鍵となるコンポーネントは排出器である。パージシステムに基づく上述した排出器において、液体の駆動ストリームは、蒸気ストリームを取り込むべく使用する必要がある。これは両者間の相互作用を極めて困難にする。蒸気の比体積が液体の比体積のほぼ１０００倍だからである。加えて、チラーにおいて機能する排出器ベースパージシステムをヒートトランスフォーマーにおいて機能するものと比べると、後者における排出器の方は、はるかに高い圧力で動作するとともに、高い圧力比（典型的に、ヒートトランスフォーマーにおいて１６．５に対しチラーにおいて６．０）も有する。

さらに、これらの排出器ベースパージシステムには、駆動溶液がノズルを通っての膨張中に排出器内で沸騰するリスクが存在する。これを防止するべく、駆動ストリームをサブクール状態にする必要があるかもしれない。しかしながら、低い吸引圧力を考慮すると、沸騰を防止する程度に十分に駆動溶液を冷却することは、エネルギー的にコストがかかるので、機械のパワー及び熱効率の低下につながる。排出器ベースパージシステムの上述した欠点に加え、かかる特別なタイプの排出器の設計及び構造には、並外れた専門知識が必要となるので、吸収機械の可変動作条件に対処する能力と異なる機械に容易に適応する柔軟性との双方を欠く排出器が生産される。

吸収チラー及び吸収ヒートトランスフォーマーが双方ともパージを要求する一方、これら２つのシステム間のいくつかの重要な差異に対処する必要がある。一つは、ヒートトランスフォーマーにおいてはかなり高い圧力及び圧力比が使用されることである。もう一つは、ＮＣＧが、システムにおける最低圧力領域に移動しがちなことである。チラーの最低圧力のコンポーネントは吸収器であるが、ヒートトランスフォーマーでは凝縮器である。一般に、容器は圧力が低いほど、ＮＣＧの存在に対して敏感となる。凝縮器においては、気液界面近くのＮＣＧの存在が熱抵抗を増加させるが、吸収器においてはＮＣＧの存在はさらに物質移動抵抗も増大させる。したがって、たとえ同じ圧力レベルで動作していても、吸収器は凝縮器よりもＮＣＧの存在に対して敏感な傾向がある。よって、ＮＣＧを吸収機械の吸収器及び凝縮器双方からパージすることが極めて重要となる。

そうすると、吸収システムをパージする既存の方法が３つのカテゴリーに分類され、それぞれに固有の欠点がある。実際に及び文献に存在するパージシステムは吸収チラー用であり、ＮＣＧを吸収ヒートトランスフォーマーからパージする解決策を与えることがない。使用される最も一般的な３つの方法は、真空ポンプ補助二次吸収器、液体／気体排出器、及び真空ポンプであり、最後のものが最も一般的である。

ＮＣＧは吸収チラーの最低圧力箇所まで移動するので、蒸気のごく一部を、そこから抽出して冷却媒体によりパージユニット内で凝縮させることができる。ＮＣＧはその後、真空ポンプによって排気することができる。スタンドアロンの標準的な真空ポンプを直接使用することには、システムから冷媒（水蒸気）が喪失される欠点と、継続的なメンテナンスを必要とする電動コンポーネントが使用される欠点とがある。スタンドアロンのドライ（オイルフリー）真空ポンプを直接使用することには、専用の電動コンポーネントが必要になる欠点がある。真空ポンプによって補助される二次的な小型吸収器ベースの方法を使用することには、冷媒の喪失を最小限にする利点がある。ただし、この利益は追加吸収器を要するとの犠牲のもとで得られ、この追加吸収器は、主要吸収器の圧力よりも低い圧力に維持するべく、必須冷却のための微調整を必然的に伴う。最後に、モータレス排出器ベースの方法（図３のＡＨＴに示す）の設計及び製造には、問題があり、これらの条件下で成功裏に作動させることは困難であり、専門知識を必要とし、様々な動作条件に対処する柔軟性を欠く。加えて、かかるコンポーネントは、各機械に対して特注する必要があるので、他のシステムに容易に適合させるということができない。

したがって、先行技術のシステム及び方法の欠点の少なくともいくつかを克服する、吸収チラー及びヒートトランスフォーマー双方のための単純、堅牢かつ効率的なパージシステムの必要性が存在する。このセクションで及び本明細書の他のセクションで言及される各公報の開示は、それぞれにおいてその全体がここに参照により組み入れられる。

米国特許第３，５９７，９３６号明細書

本開示は、利用可能な設計よりも顕著な利点を有するモータレスＮＣＧパージのための新しい典型的なシステムを記載する。このシステムは、任意数の吸収システム、特に吸収ヒートトランスフォーマー及び吸収チラー双方とともに動作するべく適合することができる。

吸収ヒートトランスフォーマーのためのパージシステムは、吸収システムの吸収器コンポーネントとは別個の真空気密断熱吸収容器（ＡＡＶ）と、水蒸気を収集してＮＣＧを排気する排気容器と、水・溶液熱交換器と、溶液スプリッタと、パージ動作を制御する関連バルブ及び器具とを含む。二次ＡＡＶへと導かれる水蒸気又は溶液のストリームを制御するバルブは、ヒートトランスフォーマーの通常動作中に通常開とされる。

吸収ヒートトランスフォーマーは２つの圧力レベルにおいて動作する。高圧Ｐ_Ｈが吸収器・蒸発器ペアに存在する一方、低圧Ｐ_Ｌは脱離器・凝縮器ペアに存在する。このパージシステムは、以下の態様で動作する。Ｐ_Ｈにある吸収器及びＰ_Ｌにある凝縮器からのＮＣＧを包含する水蒸気が、これらよりも低い圧力にある小型セルにもたらされる。小型セルにおいて、水蒸気が凝縮する一方、残ったＮＣＧが格納される。脱離器からの高濃度かつ中間温度にあるＬｉＢｒ／Ｈ_２Ｏのような飽和溶液が、２つのストリームに分離される。主要ストリームが、先行技術の吸収ヒートトランスフォーマーにおいて、溶液・溶液熱交換器を通って吸収器へと流れ続ける。総溶液の近似的に５～１０％を含む小さな溶液ブランチが、水・溶液熱交換器を通過することによって約５℃～１５℃だけ冷却され、それに引き続き、噴霧ノズルによりＡＡＶの中に噴霧される。噴霧ノズル入口において溶液ポンプによって課される溶液の必要圧力は、周囲圧力を上回る。

オプションとして、外部の冷媒・溶液熱交換器を統合してＡＡＶにすることも可能である。このＡＡＶは非断熱吸収容器となる。

噴霧ノズルを通ってＡＡＶに入るサブクール溶液の微小液滴は、容器の底にある液体溶液プールに到達する前に、ＡＡＶに入る水蒸気を断熱的に吸収することができる。蒸気中に存在するＮＣＧの分離は、サブクール溶液による水蒸気吸収の結果として達成される。これにより、ＮＣＧが当該容器内部に蓄積し始める。サブクール溶液の噴霧により、低い蒸気圧力がもたらされる。システムにおける最低の圧力は、真空気密ＡＡＶの内部でＰ_Ｌよりもわずかに低いのが典型的である。それゆえ、吸収器からの水蒸気に加えて凝縮器からの水蒸気は、ＡＡＶの中に流れ込むことが強制される。吸収器からの水蒸気は、ＡＡＶに存在する水蒸気よりもはるかに高い圧力を有する。したがって、その流れを制限する必要がある。吸収器からＡＡＶに到達する最大蒸気流速を制限するべく、制限器バルブを加えることができる。一実装例において、吸収器からパージラインを通ってやってくる水蒸気は、吸収器からの出口を、計量バルブを通るように接続することによって、直接凝縮器ラインに戻される。この場合、凝縮器からパージラインに接続される一つのバルブのみが必要となる。ＡＡＶから出てくる溶液は、出口ポートを通って脱離器に戻るように導かれる。ＡＡＶからの蒸気が脱離器に直接アクセスするのを防止するべく、ＡＡＶ内部の液体溶液プールが、脱離器容器内部の溶液プールのレベルに又は当該レベルを上回るレベルに維持される。

所定量のＮＣＧがＡＡＶ内部に蓄積すると、排気プロセスを起動することができる。ヒートトランスフォーマーの排気プロセスは、通常動作中に、ＡＡＶにつながる通常開バルブを単に閉にして、凝縮器及び吸収器からの蒸気が当該ＡＡＶに入るのを防止することによって実装され得る。このバルブを閉にして脱離器につながることにより、ＡＡＶからの溶液の戻りが防止され、当該ＡＡＶ内の圧力及び溶液プールレベルの双方を上昇させる。この圧力が周囲圧力を上回るまで増加すると、上昇した液体レベルにより、蒸気は当該容器から出て、ガス逆止／逃がしバルブを通り、排気容器の液体プールへと流れる。排気容器において液体プールを通過する水蒸気が当該液体内で凝縮する一方、ＮＣＧは、気泡の形態で当該液体プールの外側で上昇し、一方向バルブを通って周囲環境へと出る。

本開示のパージシステムはまた、吸収システム（チラー及びヒートトランスフォーマー）のための排出器ベースのパージシステムとしても動作し得る。かかるシステムは、吸収チラー用排出器パージシステムと称してよいが、かかるシステムはまた、ヒートトランスフォーマーにとっても適している。この実装におけるパージシステムの動作は、吸収ヒートトランスフォーマーに対する上記動作と同様であるが、以下に説明する差異がある。吸収容器（ＡＶ）内には内部熱交換器が流体レベルよりも上に配置され、冷却水が、例えば冷却塔から及び冷却塔へ、流れる。チラーのためのパージシステムはさらに、超音速であり得る蒸気・蒸気排出器を含む。これは、凝縮器からの高圧ストリームを使用して低圧蒸気を吸収器から取り込む。

吸収ヒートトランスフォーマーと同様に、吸収チラーは２つの圧力レベルで動作する。しかしながら、チラーにおいては、高圧Ｐ_Ｈが離脱器・凝縮器ペアに存在する一方、低圧Ｐ_Ｌは吸収器・蒸発器ペアに存在する。ＮＣＧを包含する水蒸気は、Ｐ_Ｌで動作する吸収器、及びＰ_Ｈで動作する凝縮器の双方から、小型セルにもたらされる。小型セルでは、水蒸気が凝縮する一方で残りのＮＣＧが格納される。

吸収チラーのためのパージシステムにおいて吸収器由来の溶液は脱離器由来の溶液よりも吸収体濃度が低く、利用可能な周囲ヒートシンクとほぼ同じ温度を有するので、パージ吸収容器（ＡＶ）は、内部冷却吸収器とする必要がある。加えて、パージＡＶにおける圧力は、チラー吸収器の低圧Ｐ_Ｌと同様又はわずかに高くなるように設計される。よって、蒸気は必ずしも、十分な速度でＡＶに引き込まれるわけではない。このため、蒸気・蒸気排出器が使用されて蒸気はＰ_Ｌのチラー吸収器からＡＶへと強制的に流される。この排出器は、凝縮器からのＰ_Ｈの高圧蒸気ストリームを駆動ストリームとして使用して、吸収器からの二次蒸気ストリームを取り込む。双方のストリームは、排出器のディフューザを通過する前に収集セルを通過する。すなわち、吸収器及び凝縮器からのストリームが、Ｐ_ＬとＰ_Ｈとの間にある圧力レベルでパージＡＶに入る。この設計の利点は、排出器出口の圧力により、パージＡＶを、チラー吸収器の圧力を上回る圧力で動作させることができる点にある。これにより、特別な熱設計の吸収容器の必要性がなくなる。

本開示におけるパージシステムをモータレスパージシステムとして使用することができる一方、標準真空ポンプを用いる効率的なＮＣＧ排気プロセスを、吸収チラー又は吸収ヒートトランスフォーマーのいずれかのためのパージシステムとインラインで使用することができる。真空ポンプは、通常閉バルブを有する管を介してＡＶから出るオプションポートに接続される。吸収システムの通常動作中、排気手順として以下のステップを行い得る。最初に、ＡＶへと導かれ及びＡＶから導かれる通常開バルブをすべて閉にする。真空ポンプをオンにする。その後、ＡＶに当該ポンプを接続するバルブを開にする。十分な真空に到達した後、バルブが閉にされ、真空ポンプはオフにされる。最後に、通常開バルブをすべて開にする。この時点で、ＮＣＧはすべて、システムから排気されている。

すなわち、本開示に記載されるシステムの第１の典型的な実装によれば、吸収器、凝縮器及び脱離器を含む閉サイクル吸収ヒートポンプから非凝縮ガスを除去するモータレスパージシステムが与えられる。このシステムは、
（ｉ）閉サイクル吸収ヒートポンプの吸収体溶液の一部分を、第１バルブ付き流体通路を通して収集するべく適合された吸収容器と、
（ｉｉ）当該吸収体溶液の当該一部分を当該吸収容器の中に導入し、当該吸収体溶液が、当該吸収容器に入る被吸収体蒸気を吸収するように適合された吸収体溶液分配器と、
（ｉｉｉ）ベント出口を有する排気容器であって、第２バルブを介して当該吸収容器に流体接続された排気容器と、
（ｉｖ）（ａ）当該吸収器及び当該凝縮器からの被吸収体蒸気を当該吸収容器に、（ｂ）当該吸収容器の中に蓄積した溶液を、当該ヒートポンプが吸収ヒートトランスフォーマーである場合には当該脱離器に、又は当該ヒートポンプがチラーシステムである場合には当該吸収器に、送達するべく適合されたさらなるバルブ付き流体通路と
を含み、
当該さらなるバルブ付き通路の閉は、当該吸収容器における圧力を増加させるように構成され、当該第２バルブが開のとき、当該非凝縮ガスは当該ベント出口を通して出可能となるように当該排気容器に収集される。

かかるシステムにおいて、吸収容器は、吸収器及び凝縮器よりも低圧となるので、当該吸収容器に入る被吸収体蒸気が液体に凝縮される一方、当該吸収容器に入る非凝縮ガスは気体状態のまま残る。

さらに、上記システムのいずれにおいても、さらなるバルブ付き通路の閉により、吸収容器における蓄積した非凝縮ガスの濃度は予め定められたレベルに到達する。

さらに、上記システムのいずれにおいても、排気容器は、絶えず逆止バルブを通して吸収容器から非凝縮ガス及び吸収体溶液を収集し、連続的にベント出口から排気するべく適合されてよく、又は非凝縮ガス及び蒸気を収集し、周囲圧力を上回る圧力に達しているときに当該非凝縮ガスを逃がすべく適合されてよい。

なおもさらなる実装によれば、本開示に記載のシステムにおいて、吸収容器における圧力の増加は、閉サイクル吸収ヒートポンプの、吸収容器に入る吸収体溶液の圧力によって生成され得る。代替的に、この圧力の増加は、凝縮器からの低圧の蒸気及び非凝縮ガスを、吸収器からの高圧の蒸気及び非凝縮ガスのストリームの中に取り込むべく適合された気体・気体排出器によって生成され得る。

付加的に、上記システムのいずれにおいても、システムはさらに、吸収体溶液の当該一部分を冷却する熱交換器を含んでよい。この熱交換器は、第１バルブ付き流体通路に配置され得る。代替的に、この熱交換器は、吸収容器の中に配置されてもよい。

さらに、上記システムのいずれにおけるモータレスパージシステムにおいても、吸収体溶液の当該一部分を、圧力を受けた吸収容器の中に注入する溶液分配器は、噴霧ノズル、又は滴下分配アレイとしてよい。さらに、噴霧ノズルの場合、これは、液滴の表面対体積比が被吸収体分子の急速な吸収を確保できるように予め定められたサイズ未満の噴霧液滴を生成するべく適合され得る。

上記開示の実施形態のいずれにおけるシステムも、吸収容器における蒸気分圧と液体蒸気圧との差に起因して非凝縮ガスをパージすることができる。

さらに、上記システムのいずれにおいても、システムはさらに、吸収容器内の非圧縮ガスの量を推定するべく、吸収容器における実際の温度及び／又は圧力と予測された温度及び／又は圧力との関係を使用することを含む。

加えて、上述したシステムのいずれかによれば、バルブ付き流体通路は、吸収容器に蓄積した流体を、（ｉ）脱離器又は（ｉｉ）吸収器のいずれかに送達し、そのバルブ付き流体通路は、当該脱離器又は吸収器から当該吸収容器への吸収体溶液の逆流を防止する高さに配置することができる。

本開示に記載されるさらなる他の実装例は、吸収器、凝縮器及び脱離器を含む閉サイクル吸収ヒートポンプの吸収体溶液から非凝縮ガスをモータレスパージする方法を行い、この方法は、
（ｉ）吸収体溶液の冷却されたサンプルを吸収容器に導入することであって、当該サンプルは分散して液滴になり、当該液滴は当該吸収容器において被吸収体を急速に吸収する能力を有し、当該被吸収体は、当該吸収器及び凝縮器から蒸気としてバルブ付き通路を通して受容されることと、
（ｉｉ）当該吸収容器からの溶液を、第１バルブを有する通路を通して、当該ヒートポンプが吸収ヒートトランスフォーマーの場合に当該脱離器に戻し、又は当該ヒートポンプがチラーシステムの場合に当該吸収器に戻すことと、
（ｉｉｉ）当該吸収容器における非凝縮ガスの濃度が予め定められたレベルに到達したときに当該バルブ付き通路及び当該第１バルブを閉にして当該吸収容器における圧力が増加するようにし、当該吸収容器からの非凝縮ガスを含む蒸気を、第２バルブ付き通路を介して、ベント出口を有する排気容器へ移送することと、
（ｉｖ）当該ベント出口を介して当該排気容器から当該非凝縮ガスを排出することと
を含む。

かかる方法において、吸収体溶液の冷却されたサンプルは、噴霧ノズル又は滴下分配吸収体溶液アレイを通して吸収容器の中に導入されてよいがこれに限られない。加えて、噴霧ノズルは、予め定められたサイズ未満の噴霧液滴を生成するべく適合され得る。その結果、液滴の表面対体積比により、被吸収体分子の急速な吸収が確保される。

上記方法のいずれかのいくつかの実装例において、排気容器は、非凝縮ガス及び吸収体溶液を、連続的に逆止バルブを通して吸収容器から収集し、ベント出口から連続排出することができる。代替的に、非凝縮ガス及び蒸気を収集して当該非凝縮ガスを、第２バルブ付き通路を介して非凝縮ガスを含む蒸気を吸収容器から排気容器へと移送することによって周囲圧力を上回る圧力が達成されたときに、逃がしてよい。

上記方法のいずれかのいくつかの実装例において、吸収容器における圧力の増加は、当該吸収容器に入る閉サイクル吸収ヒートポンプの吸収体溶液の圧力によって生成することができる。代替的に、この圧力の増加は、凝縮器からの低圧の蒸気及び非凝縮ガスを、吸収器からの高圧の蒸気及び非凝縮ガスのストリームの中に取り込むべく適合された気体・気体排出器によって生成され得る。

上記方法の実装例のいずれかによれば、この方法はさらに、吸収容器の中に入る前に熱交換器を使用して、吸収体溶液のサンプルを冷却するステップを含み得る。代替的に、吸収体溶液を冷却するステップは、吸収容器における熱交換器を使用してもよい。

上記方法の実装例のいずれかによれば、吸収容器における非凝縮ガスの量を、吸収容器における実際の温度と予測された温度との関係から推定することができる。付加的又は代替的に、吸収容器における非凝縮ガスの量は、吸収容器における実際の圧力と予測された圧力との関係から推定してよい。

上記方法の実装例のいずれかによれば、吸収容器を（ｉ）脱離器又は（ｉｉ）吸収器のいずれかと接続する第１バルブを有する通路が、当該脱離器又は吸収器から当該吸収容器への吸収体溶液の逆流が防止される高さに配置され得る。

上記方法の実装例のいずれかによれば、当該吸収容器における蒸気分圧と液体蒸気圧との差により、非凝縮ガスをパージすることができる。

本開示の一定数の箇所において、通路又は管におけるこれらを通る流れを制御するバルブが参照される。理解すべきことだが、用語「一のバルブ」の使用は、当該アイテムを一つのバルブに限定することを意味するわけではなく、当該用語がまた、当該バルブによる動作を行うべく一を超える数の物理的なバルブが使用される状況をもカバーすることも意味する。その点に関し、システムのかかるコンポーネントは、当該通路沿いに使用されるバルブの数とは無関係に、バルブ付き通路を意味するものと理解され、それゆえに請求されるとも理解される。

加えて、システムの吸収体溶液は、作動流体若しくは単なる流体として、又は吸収体として様々に記載されていてもよいので、そのような用語はすべて、本願の現在記載されるシステムの吸収体溶液を言及するべく使用されていてもよく、そのように意図されるように理解される。

ここに請求される発明は、図面と併用される以下の詳細な説明から十分に理解かつ認識される。

チラーにおけるＬｉＢｒ・水吸収体のための典型的な先行技術真空ポンプパージシステムの模式的表現である。 吸収ヒートトランスフォーマーのための断熱吸収器ベースのモータレスパージシステムを模式的に示す。 非凝縮ガスの代替的な排気方法を示す。 オプションの真空ポンプを加えてヒートトランスフォーマー及び吸収チラー双方のための現行ＮＣＧパージシステムを動作させるステップを示すフローチャートである。 吸収チラーシステムのための革新的な排出器ベースのモータレスパージシステムを示す。 非凝縮ガスの代替的な排気方法を示す。

背景技術において要約されて以下に簡単に記載される先行技術のパージシステムの例は、図１及び特許文献１に示される。図１は、臭化リチウム・水吸収システムのためのＮＣＧパージシステムを示し、これは、真空ポンプ２を介してコールドトラップ及びリザーバ３に接続された吸収システム容器１を含む。ＮＣＧは、コールドトラップ及びリザーバ３から逃がしバルブ４を通して逃がされる。特許文献１は、チラー用の排出器ベースのモータレスパージシステムの模式的な記載を示す。このシステムによれば、パージ動作は自動的、モータレス、かつ連続的である。ＮＣＧは、機械の外側にトラップされ、シャットダウン中であっても再侵入することができない。

ここで図２Ａを参照すると、本願に記載されるとおりの、吸収ヒートトランスフォーマー用の断熱吸収体ベースのパージシステムの模式的な記載が示される。パージシステムは、真空気密断熱吸収容器（ＡＡＶ）４２３、水蒸気を収集してＮＣＧを排気する排気容器４２２、水・溶液熱交換器４１９、溶液分割器４２６、並びにパージ動作を制御する関連バルブ及び機器を含む。バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ５は、ヒートトランスフォーマーの通常動作中は通常開であるが、バルブＶ４及びＶ６は通常閉である。

ここで図２Ａと同様の図２Ｂを参照すると、代替的な排気方法が示される。ここで、容器４２２は、４２３よりも高い位置にある。図２Ａのバルブ４２１は使用されない。容器４２２は、（図２Ａにおいてのように）ライン４１３及びバルブＶ６を介して容器４２３に接続される。ライン４１５における付加的なバルブＶ７が加えられる。しかしながら、このバージョンにおいて、バルブＶ６は通常開であり、Ｖ７は通常閉である。

吸収ヒートトランスフォーマーには、典型的に２つの圧力レベルが存在する。一般にはこれよりも大きな圧力レベルが存在し得るにもかかわらず、簡潔のため、以下の記載では、２つの圧力レベルの支配的な使用が考慮される。高圧Ｐ_Ｈが吸収器・蒸発器ペアに存在する一方、低圧Ｐ_Ｌは脱離器・凝縮器ペアに存在する。（異なる圧力で動作する）吸収器及び凝縮器双方からの（ＮＣＧを含有する）水蒸気は、当該水蒸気が凝縮する一方で残りのＮＣＧが格納される低圧にある小型セル４２３の中にもたらされる。

パージシステムは以下のように動作する。脱離器（図示せず）からの飽和した溶液４１、典型的には高濃度かつ中間温度のＬｉＢｒ／Ｈ_２Ｏが、溶液ポンプ４２５によってくみ上げられた後、溶液分割器４２６によって分割されて２つのストリーム４３及び４６になる。主要ストリーム４３は、先行技術の吸収ヒートトランスフォーマーにおける役割と同様に、溶液・溶液熱交換器４１８及び溶液逆止バルブ４２０を通り、ストリーム４５を介して吸収器（図示せず）まで続く。溶液分岐ストリーム４６（典型的には主要流の５～１０％）は、水・溶液熱交換器４１９を通過することによって、典型的には５℃から１５℃だけ過冷却すなわちサブクールされる。これは、その後、ストリーム４７としてバルブ（Ｖ３）を通過し、溶液噴霧ノズル４２４によってＡＡＶ４２３の中に噴霧される。オプションとして、外部の冷媒・溶液熱交換器４１９を統合してＡＡＶ４２３にすることも可能である。このＡＡＶ４２３は非断熱吸収容器となる。

噴霧ノズル入口において溶液ポンプ４２５によって課される溶液の必要圧力は、周囲圧力を上回る。

溶液のサブクールレベルに関する熱損失は存在しない。水・溶液熱交換器４１９を通過することによってｉ溶液４６から抽出される熱はすべて、凝縮器４８から出て蒸発器４９へと向かう凝縮水を加熱するのに必要とされるからである。

サブクール溶液の噴霧により、低い蒸気圧力がもたらされる。システムにおける最低の圧力は、真空気密ＡＡＶ４２３の内部でＰ_Ｌよりもわずかに低いのが典型的である。それゆえ、吸収器４１０からの水蒸気に加えて凝縮器４１１からの水蒸気は、ＡＡＶ４２３の中に流れ込むことが強制される。

吸収器４１０からの水蒸気は、ＡＡＶ４２３に存在する水蒸気よりもはるかに高い圧力を有する。よって、吸収器からＡＡＶ４２３に到達する最大蒸気流速を制限するべく、制限器バルブ４２８を加えることができる。

一実装例において、吸収器からパージライン４１０を通って（バルブＶ１を通って）やってくる水蒸気は、当該吸収器からのパージ出口を、計量バルブを通るように接続することによって、直接凝縮器ラインに戻される。この場合、バルブＶ２を通る凝縮器からのパージラインのみが使用される。

噴霧されたサブクール溶液の微小液滴は、ＡＡＶ４２３の底にある液体溶液プールに到達する前に、当該ＡＡＶに入る水蒸気を断熱的に吸収することができる。蒸気中に存在するＮＣＧの分離は、サブクール溶液による水蒸気吸収の結果として達成される。これにより、ＮＣＧは、当該容器４２３の内部に蓄積し始め、次の排気プロセスまで続く。

噴霧ノズル４２４は、溶液微小液滴を生成する。これにより、断熱吸収プロセスが大きく増進されるので、複雑な吸収器を必要としなくて済む。計算によれば、吸収されるべく必要な水蒸気量は、ＡＡＶ４２３に入る溶液質量流量の１％を超えることがないことが示される。上述した吸収質量比は、断熱吸収によって容易に達成することができる。

噴霧ノズル４２４を通ってＡＡＶ４２３に入った溶液は、吸収後に溶液出口４１２を通って当該容器から出て、脱離器へと戻る。ＡＡＶ４２３から脱離器空間への、出口ポートを通る蒸気の直接的なアクセスを防止するべく、ＡＡＶ４２３における液体溶液プールは所定レベル４２７に維持される。溶液を脱離器に戻す管の形状は、ＡＡＶ４２３の溶液プールに最小限必要な液体レベルが残るのを確保する屈曲部を含み得る。ストリーム４１２により示される溶液出口管のレベルは、脱離器容器（図示せず）内部の溶液プールのレベル以上にする必要がある。

吸収ヒートトランスフォーマーが定常状態で動作するように、脱離器の出口における溶液は、例えば０．５８ＬｉＢｒ質量分率のような所定濃度を有する。よって、気相中にＮＣＧが存在せずかつ液体が所与の溶液濃度を有する場合には、ＡＡＶ４２３の中の温度と飽和圧力との間には直接的な相関が存在する。すなわち、温度（Ｔ）が増加すると、溶液飽和蒸気圧（Ｐ）も増加する。溶液の濃度は、定常状態計算に従って測定又は推定することができる。ＡＡＶの中の溶液の飽和圧力は、その後、溶液の濃度、及び温度センサＴ１により測定された温度の関数として計算することができる。圧力センサＰ１により測定された実際の圧力と、ＡＡＶ４２３内部の溶液の計算された飽和圧力とを比較することにより、当該容器内部に蓄積したＮＣＧの量の良好な推定が得られる。容器体積が既知なので、圧力差は、ＮＣＧ分圧の直接的な帰結である。

ＡＡＶ４２３内に蓄積したＮＣＧの量を推定する他の手段は、温度変化に基づく。容器内部の断熱吸収により、１０℃までのオーダーの溶液温度の急増が生じる。ＮＣＧが容器４２３内部に蓄積するにつれ、断熱吸収の強さが低下するので、溶液の温度上昇も同様に低下する。したがって、ストリーム４７の温度が既知であるとすれば、容器に入る溶液の温度上昇（Ｔ１マイナス４７の温度）を測定することにより、当該容器内部に蓄積したＮＣＧの量の定量的逆指標が得られる。すなわち、ＮＣＧが蓄積するにつれて、この温度上昇は弱まる。

（上記方法のいずれかにより又は任意の他の方法により決定された）所定量のＮＣＧがＡＡＶ４２３内部に蓄積したとき、ＮＣＧの排気プロセスを起動することができる。提案されるモータレス排気プロセスには、溶液ポンプ４２５がストリーム４７において大気圧を上回る圧力を維持することが必要とされる。モータレス排気プロセスは、単にバルブＶ１、Ｖ２及びＶ５を閉にすることによるヒートトランスフォーマーの通常動作中に実装され得る。バルブＶ１及びＶ２を閉にすることにより、ストリーム４１１を介する凝縮器からの蒸気、及びストリーム４１０を介する吸収器からの蒸気がＡＡＶ４２３に入ることが防止される。バルブＶ５を閉にすることにより、ストリーム４１２を介する容器４２３から脱離器への溶液の戻りが防止される。噴霧ノズルを通るように多くの溶液を注入し続けている間にバルブＶ５を閉にすると、ＡＡＶ４２３内の圧力及び溶液プールレベル双方の上昇が引き起こされる。２つの代替的な方法がここに提案される。

１．（図２Ａ）圧力が周囲圧力を上回るまで増加すると、上昇した液体レベルにより、上記は当該容器から蒸気ライン４１３を通って出て、ガス逆止／逃がしバルブ４２１を通り、排気容器４２２の液体（水又は溶液）プールへと流れる。排気容器４２２において液体プールを通過する水蒸気が当該液体内で凝縮する一方、ＮＣＧは、気泡の形態で当該液体プールの上へと上昇し、バルブ出口４１５を通って周囲環境へと出る。このプロセスは、容器４２２における液体レベルが上昇し始めたらすぐに、すなわち液体レベルよりも上にあるガスすべてが４２３から除去されていることが示されるとすぐに、停止させる必要がある。この時点で、バルブＶ５は、測定圧力Ｐ１が低圧容器レベルまで低下するまで再び開にしておく必要がある。この時点で、Ｖ１及びＶ２もまた再び開にされ、システムは通常動作に戻る。なお、容器４２２における圧力が周囲圧力となるこの時点において、容器４２３における圧力はかなり低い。排気プロセス中にＡＡＶ４２３から排気容器４２２へと移送された量の溶液は、容器４２３に戻す必要がある。これは、排気容器４２２からの一定の液体を、ライン４１３を通してＡＡＶ４２３へと戻すことができるようにバルブＶ６を開にし、その後バルブＶ６を閉にすることによって行うことができる。

２．（図２Ｂ）定常状態ＡＨＴ動作中、Ｖ６は通常開（ＮＯ）である。排気プロセス中、容器４２３が溶液により充填されるにつれて圧力が増加し、容器４２２には、加圧されたＮＣＧ、一定の蒸気、及び（４２２の体積に応じて）可能であれば一定の液体溶液の混合物が充填される。圧力が大気圧を上回る圧力で安定すると、Ｖ６が閉にされる。次に、加圧されたガスを大気に逃がすべく、通常閉（ＮＣ）のＶ７が開にされる。その後間もなく、蓄積したＮＣＧが逃げることができる程度に十分長い時間、典型的には数秒間、Ｖ７が閉にされ、その後Ｖ６及びＶ５が、測定圧力Ｐ１が低圧容器レベルまで低下するまで再び開にされる。この時点で、Ｖ１及びＶ２もまた再び開にされ、システムは通常動作に戻る。

利用可能な場合、オプションの真空ポンプ４２９を、図２Ａ及び２Ｂに示されるようにライン４１４を介して接続することができる。誤動作の場合に上記プロセスを置換することができるからである。このモータ排気プロセスにおいては、容器４２３の排気ステージの間中、（液体溶液が真空ポンプに入らないことを確実にするべく）Ｖ３を閉のままにしておくことが肝要である。この排気モードはまた、溶液ポンプ４２５がライン４７において大気圧を上回る圧力を生成できない場合に有用となる。なお、この排気プロセスがモータによるにもかかわらず、ＡＡＶ４２３にＮＣＧをトラップするプロセスはモータレスである。加えて、この真空ポンプの方法は、以下の２つの理由により、真空ポンプを使用する代替的な先行技術の方法よりも効率的である。（１）ポンプは連続的に動作しているわけではなく、分離された容器４２３からガスを除去するだけであるからであり、（２）インラインオイルフリー動作のような、真空ポンプに対する特別な要件が必要とされないからである。

ここで図３を参照する。これは、モータレスＮＣＧトラップ方法において使用されるモータＮＣＧ排気を動作させる典型的な方法を示すフローチャートであり、標準的な真空ポンプを使用する効率的なＮＣＧ排気プロセスが与えられる。この実施形態では、吸収ヒートトランスフォーマーの通常動作中に、排気手順のための、以下のステップを行うことができる。この手順はステップ５０から開始する。ステップ５１において、通常開バルブ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ５）が閉にされる。ステップ５２において、オプションのポート４１４に接続されたオプションの真空ポンプ４２９がオンにされる。ステップ５３においてバルブＶ４が開にされる。ステップ５４において、典型的に数秒待った後にライン４１４が低真空に到達する。ステップ５５においてバルブＶ４が閉にされる。ステップ５６において真空ポンプがオフにされる。ステップ５７において、通常開バルブ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ５）が再び開にされる。ステップ５８により手順が完了する。この時点でほぼすべてのＮＣＧが容器４２３から排気されている。真空ポンプの追加は、本願に記載のシステムのいずれとも使用することができる。すなわち、図２Ａ及び２Ｂの吸収ヒートトランスフォーマー、及び図４Ａ及び４Ｂの、以下に記載される排出器ベースの吸収チラー又はヒートトランスフォーマーの双方において使用することができる。

ここで図４Ａ及び４Ｂを参照すると、吸収チラーシステムのための排出器ベースのパージシステムの模式的な記載が示される。これらのシステムは、吸収チラーのための排出器パージシステムと称されるが、ヒートトランスフォーマーにとっても適している。この実装例において、パージシステムは、内部熱交換器６１９を含む真空気密パージ容器ＡＶ６３０と、水蒸気を収集してＮＣＧを排気する排気容器６２２と、超音速となり得る蒸気・蒸気排出器６１７と、溶液分割器６２６と、パージシステム操作を制御する関連バルブ及び機器とを含む。バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ５は、吸収 チラーの通常動作中は通常開であるが、バルブＶ４及びＶ６は通常閉である。溶液６１が、溶液ポンプ６２５を介してシステムに入り、溶液分割器６２６において２つのストリームに分割される。一方のストリーム６３は溶液・溶液熱交換器６１８及び逆止バルブ６２０を通過して主要ストリーム６５へと向かい、他方のストリーム６６はバルブＶ３を通過し、溶液噴霧ノズル６２４を介してパージ容器６３０の中に入る。ＡＶの中には内部熱交換器６１９が存在するので、冷却塔からの冷却水が内部熱交換器６１９を通り、ストリーム６７を介して容器６３０の中へと流れ、ストリーム６８を介して当該冷却塔へと戻る。この内部熱交換器６１９の中の水は自己完結しており、パージＡＶ６３０の中の溶液と直接接触することはない。熱交換器は、パージＡＶ６３０の中の液体レベル６２７を上回るように位置決めされる。

内部熱交換器６１９は、６１１を通って入る蒸気の連続的な吸収を可能にするべく溶液の温度／蒸気圧を低下させるように使用される。この熱交換器６１９は省略可能であるが、そのためには、放出された吸収熱による温度／蒸気圧上昇を補償するべく、ライン６６を通って流入する溶液の増加が必要となる。

ここで図４Ｂを参照すると、図４Ａの実装例において示された方法の、代替的な排気方法が示される。ここで、容器６２２は、６３０よりも上に上げられている。図４Ａの容器６２１は使用されない。容器６２２は、（図４Ａにおいてのように）ライン６１３及びバルブＶ６を介して容器６３０に接続される。ライン６１５における付加的なバルブＶ７が加えられる。しかしながら、このバージョンにおいて、バルブＶ６は通常開であり、Ｖ７は通常閉である。

吸収チラーは２つの圧力レベルにおいて動作する。高圧Ｐ_Ｈが脱離器・凝縮器ペアに存在してストリーム６０９により代表される一方、低圧Ｐ_Ｌは吸収器・蒸発器ペアに存在してストリーム６１０及び６１２により代表される。ＮＣＧを包含する水蒸気は、ストリーム６１０を介する低圧で動作する吸収器、及びストリーム６０９を介する高圧で動作する凝縮器の双方から、排出器６１７を通るようにもたらされてＡＶ６３０の中に入る。ＡＶ６３０において水蒸気が凝縮する一方、残りのＮＣＧが格納される。

パージシステムは以下のように動作する。吸収器からの飽和溶液（典型的にはほぼ周囲温度のＬｉＢｒ・水）が、溶液ポンプ６２５によってくみ上げられた後、溶液分割器６２６によって分割されて２つのストリームになる。主要ストリーム６３は通常、すなわち、典型的な吸収チラーにおけるその役割においてのように、溶液・溶液熱交換器６１８及び溶液逆止バルブ６２０を通り、ストリーム６５を介して脱離器（図示せず）へと続く。典型的には合計溶液の５～１０％である溶液分岐蒸気６６が、バルブＶ３を通過し、溶液噴霧ノズル６２４を介してパージ容器ＡＶ６３０の中に噴霧される。噴霧ノズル入口において溶液ポンプによって課される溶液の必要圧力は、周囲圧力を上回る。

噴霧ノズル６２４は、溶液を効率的かつ簡潔な態様でパージ容器ＡＶ６３０内部に分散させるべく使用される。いくつかの実装例において、噴霧ノズル６２４は、滴下分配システムにより置換してよい。図２Ａ及び２Ｂに示される実装例においてのように、計算によれば、吸収されるべく必要な水蒸気量は、パージ容器ＡＶ６３０に入る容器流量質量の１％を超えることがないことが示される。噴霧ノズル６２４を通ってパージ容器ＡＶ６３０に入った溶液は、吸収後に溶液出口６１２を通って当該容器６３０から出て、吸収器へと戻る。パージ容器ＡＶ６３０から吸収器空間への、出口ポートを通る蒸気の直接的なアクセスを防止するべく、ＡＡＶ６３０内部の液体溶液プールは所定レベル６２７に維持される。溶液を吸収器に戻す管の形状は、溶液プールの最小限必要な液体レベルを保証するべく設計された屈曲部６２８を含み得る。溶液出口管６１２のレベルは、吸収器容器（図示せず）内部の溶液プールのレベル以上にする必要がある。

図２Ａ及び２Ｂに記載される吸収ヒートトランスフォーマーのためのパージシステムにおいて、脱離器４１からの熱い溶液と凝縮器４８からの冷たい凝縮水との間には、著しい利用可能温度差が存在する。凝縮器４８からの冷たい凝縮水は、水及び溶液が水・溶液熱交換器４１９を通過するときの当該溶液のためのヒートシンクとして使用される。加熱された水は、ストリーム４９を介して蒸発器に戻り、冷却された溶液４７は吸収容器４２３へと流れる。それゆえ、この実装例においては、水蒸気を断熱的に吸収することができるサブクール溶液を取得することが実現可能となる。吸収チラーのための図４Ａ及び４Ｂに示される実装例において、吸収器から来た溶液６１は、利用可能な周囲ヒートシンクとほぼ同じ温度を有する。それゆえ、パージ容器ＡＶ６３０は、内部冷却吸収器にする必要がある。

パージ容器ＡＶ６３０に存在する圧力は、チラー吸収器（図示せず）の低圧Ｐ_Ｌにほぼ等しい。ヒートシンクすなわち内部熱交換器６１９の温度に応じて圧力はわずかに高く又は低くなり得る。よって、蒸気が十分な速度で容器ＡＶ６３０の中に自動的に引き込まれることがない。これにより、蒸気・蒸気排出器６１７が使用され、蒸気は、Ｐ_Ｌのチラー吸収器６１０からストリーム６１１を介して容器ＡＶ６３０の中へ強制的に流される。排出器６１７は、吸収器６１０からの二次蒸気ストリームを引き込むための駆動ストリームとして、凝縮器６０９からのＰ_Ｈの高圧蒸気ストリームを使用する。双方のストリームが排出器６１７を通過する。凝縮器からの６０９及び吸収器からの６１０双方のストリームは、排出器のディフューザを通過した後、吸収器の圧力レベルと凝縮器の圧力レベルとの間にある圧力レベルのパージ吸収容器ＡＶ６３０に入る。排出器出口の圧力レベルにより、パージ容器ＡＶ６３０は、チラー吸収器の圧力を上回る圧力で動作し得る。これにより、熱的に設計された特別な吸収容器の必要性がなくなる。

先行技術のパージシステムにおいて、重要なコンポーネントである排出器は、かなり大量の特定体積の蒸気を引き込むべく液体駆動ストリームを用いる。加えて、液体駆動溶液ストリームが排出器内部で沸騰するリスクが存在する。したがって、溶液を排出器に入る前に事前冷却する熱交換器を含む設計が必須となる。この事前冷却は、システムのパワー及び性能効率の低下に関与する。上述した困難を回避するべく、本願は、蒸気ストリーム６１０を引き込むべく蒸気駆動ストリーム６０９を用いる。これは、蒸気を引き込むべく蒸気駆動ストリームを、又は液体を引き込むべく液体駆動ストリームを用いる従来型排出器の使用と同様である。

蒸気内に存在する非凝縮ガスの分離は、内部冷却されたＬｉＢｒ・Ｈ_２Ｏ溶液（又は他の冷媒吸収体溶液）による水蒸気吸収の結果として達成される。非凝縮ＮＣＧは、排気プロセスが行われるまでずっとパージ容器ＡＶ６３０の内部に蓄積する。

吸収チラーが定常状態で動作するように、吸収器６１の出口における溶液は、例えば０．５５ＬｉＢｒ質量分率のような所定濃度を有する。よって、蒸気相にＮＣＧが存在せずＡＶ６３０に所定の溶液濃度が存在する場合、パージ容器ＡＶ６３０内部の温度（Ｔ）と飽和圧力（Ｐ）との間には一定の相関が存在する。溶液濃度は、定常状態計算に従って測定又は推定することができる。予測される溶液飽和圧力は、溶液濃度と、温度センサＴ１により測定された温度との関数として計算することができる。圧力センサＰ１により測定された溶液の実際の圧力と、パージ容器ＡＶ６３０内部の溶液の計算された飽和圧力とを比較すると、当該容器内部に蓄積したＮＣＧの量の良好な推定が得られる。

容器内部の吸収により、吸収熱の放出が引き起こされる。この熱は、内部熱交換器６１９の入口６７と出口６８との冷却水温度差を測定することによって推定され得る。容器６３０内部のＮＣＧの蓄積により、吸収プロセスの強度が低下するので、結果的に冷却水の温度差も低下する。したがって、冷却水の温度上昇を測定することが、容器内部に蓄積したＮＣＧの量の良好な定性的逆指標となり得る。

上述した方法によって又は任意の他の手段によって決定された所定量のＮＣＧがＡＶ６３０内部に蓄積すると、ＮＣＧを除去するべく排気プロセスが起動され得る。排気プロセスは、バルブＶ２を介した凝縮器６０９からの、及びバルブＶ１を介した吸収器６１０からの蒸気のアクセスと、バルブＶ５を通る吸収器６１２への容器の戻りとを防止するべく、チラーの通常動作中に単にバルブＶ１、Ｖ２及びＶ５を閉にすることによって実装し得る。

ＡＶ６３０が大気圧未満で動作している典型的な場合には、噴霧ノズルを通して多くの溶液の注入を続けている間にバルブＶ５を閉にすると、パージ吸収容器６３０における圧力及び溶液プールレベル６２７の上昇が引き起こされる。次に、２つの方法が提案される。

１．（図４Ａ）周囲を上回る圧力に到達すると、上昇した液体レベル６２７と、プローブＰ１によって測定された増加した圧力により、蒸気がガス逆止／逃がしバルブ６２１を通ってパージ容器ＡＶ６３０から排気容器６２２の液体（水又は溶液）プールへと流れ出るように強制される。液体プールを通過する水蒸気が液体内で凝縮する一方、ＮＣＧは、気泡の形態で液体プールの上方へと移動し、ベント出口６１５を通って周囲環境に至る。このプロセスは、容器６２２における液体レベルが上昇し始めたらすぐに、すなわちガスすべてが６３０から除去されていることが示されるとすぐに、停止させる必要がある。この時点で、バルブＶ５は、測定圧力Ｐ１が低圧容器レベルまで低下するまで再び開にしておく必要がある。この時点で、Ｖ１及びＶ２もまた再び開にされ、システムは通常動作に戻る。なお、容器６２２における圧力が周囲圧力となるこの時点において、容器６３０における圧力はかなり低い。排気プロセス中にＡＶ６３０から排気容器６２２へと移送された量の溶液は、容器６３０に戻す必要がある。これは、排気容器６２２からの一定の液体をＡＶ６３０へと戻すことができるようにバルブＶ６を開にし、その後バルブＶ６を再び閉にすることによって行うことができる。このプロセスは、スケジュール化されたルーチン保守の必要性に基づいて又は当該保守の一部として決定されるインターバルで、オペレータにより手動で行うことができ、代替的に、部分的又は完全に自動化してもよい。パージ容器ＡＶ６３０が大気圧よりも上で動作する場合、ガス逆止／逃がしバルブ６２１を使用してはならない。その代わり、通常閉バルブＶ６を開にすることによって、蓄積したＮＣＧを排気容器６２２に逃がす。この排気プロセスの後、Ｖ６は再び閉にされる。

２．（図４Ｂ）定常状態チラー動作中、Ｖ６は通常開（ＮＯ）である。排気プロセス中、容器６３０が溶液により充填されるにつれて圧力が増加し、容器６２２には、加圧されたＮＣＧ、一定の蒸気、及び（６２２の体積に応じて）可能であれば一定の液体溶液の混合物が充填される。圧力が大気圧を上回る圧力で安定すると、Ｖ６が閉にされる。次に、通常閉（ＮＣ）バルブＶ７が、加圧されたガスを大気に逃がすべく開にされる。数秒後、蓄積したＮＣＧが逃がされた後にＶ７が閉にされ、その後、測定圧力Ｐ１が低圧容器レベルまで低下するまでＶ６及びＶ５が開にされる。この時点で、Ｖ１及びＶ２もまた再び開にされ、システムは通常動作に戻る。

利用可能な場合、オプションの真空ポンプ６２９を、図４Ａにも示されるようにライン６１４を介して接続することが推奨される。誤動作の場合に上記プロセスを置換することができるからである。このモータ排気プロセスにおいては、容器６３０の排気ステージの間中、（液体溶液が真空ポンプに入らないことを確実にするべく）Ｖ３を閉のままにしておくことが肝要である。この排気モードはまた、溶液ポンプ６２５がライン６６において大気圧を上回る圧力を生成できない場合に有用となる。なお、この排気プロセスがモータによるにもかかわらず、ＡＶ（６３０）にＮＣＧをトラップするプロセスはモータレスである。加えて、この真空ポンプの方法は、以下の２つの理由により、真空ポンプを使用する代替的な方法よりも効率的である。（１）ポンプは連続的に動作しているわけではなく、分離された容器６３０からガスを除去するだけであるからであり、（２）インラインオイルフリー動作のような、真空ポンプに対する特別な要件が必要とされないからである。この代替実装例において、排気プロセスは、標準タイプの真空ポンプ６１４を使用して実装され得る。この場合、再びチラーの通常動作中に、排気タスクのための、図３のフローチャートに記載されるのと同じステップが行われる。

本開示に記載されるシステムの様々な実装例は、一定範囲の作動流体を使用する吸収ヒートポンプを用いる一定範囲のシステムにおいて機能し得る。信頼できるパージシステムは、冷却及び加熱双方のアプリケーションにとって重要となるからである。ここに開示のデバイスのためのいくつかのアプリケーションは、例えば空調アプリケーションのような吸収チラー、及び、例えば熱駆動工業プロセスのようなヒートトランスフォーマーであり、これら双方にとってパージシステムは必須である。

本発明の重要な利点は、モータレスの態様で連続的に動作するパージシステムに存在し、これにより、システムを有害なＮＣＧから保護しながら吸収ヒートポンプを途切れなく動作させることができる。付加的な利点も明らかである。吸収ヒートトランスフォーマーのパージに対し、システムは、噴霧ノズルにより供給される溶液を有するＡＡＶを使用する。これは、排出器又は複雑な二次吸収器の使用が回避される簡単な設計である。蒸発器に供給される凝縮水により、溶液から抽出された熱が、過冷却すなわちサブクールを目的として回収される。本方法は、設計が簡単であり、排出器を必要としない。これは、他の周知の方法よりも効果的かつエネルギー効率的である。

吸収チラーのパージに対し、本システムは、吸収チラー吸収器の圧力よりも高圧で動作し得る二次吸収器を使用してパージ完了を可能にするので、結果的に、必要なヒートシンク温度も高くなる。これは、吸収チラーの凝縮器と吸収器との間に通常存在する圧力差を利用する簡単な気体・気体排出器を使用することによって、達成され得る。本方法は、システム動作条件に対して鈍感である点で、及びパージ吸収器を主要吸収器よりも低温又は低圧にする必要がない点で、設計が簡単（単純な従来型気体・気体排出器を使用）であり、効果的かつ堅牢である。

ヒートトランスフォーマー及びチラー双方に対し、本開示のシステムは、ＮＣＧ排出機能を行う他のパージ方法を、吸収ヒートポンプが途切れなく確実に動作させ得るモータレスデバイスによって置換することを意図している。

当業者にわかることだが、本発明は、上述した特定的に図示及び記載したものに限定されない。むしろ、本発明の範囲は、上述した様々な特徴のコンビネーション及びサブコンビネーション双方と、上記説明を読んだときに当業者に想到されるが先行技術には存在しないその変形例及び修正例とを含む。

Claims (38)

1. 閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプから非凝縮ガスを除去するモータレスパージシステムであって、
   前記閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプの吸収体溶液の一部分を、第１バルブ付き流体通路を通して収集するべく適合された吸収容器と、
   前記吸収体溶液の前記一部分を冷却するべく適合された熱交換器と、
   前記吸収体溶液の前記一部分を前記吸収容器の中に、前記吸収体溶液が前記吸収容器に入る被吸収蒸気を吸収するように導入するべく適合された吸収体溶液分配器と、
   収集した非凝縮ガスを排気するべく一方向ベント又はバルブ付き出口のいずれかを有する排気容器であって、前記吸収容器に流体接続された排気容器と、
   前記閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプの吸収器からの及び凝縮器からの被吸収蒸気を前記吸収容器の中に送達するべく適合された第２バルブ付き流体通路と、
   前記吸収容器に蓄積された溶液を、前記閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプの脱離器へ送達するべく適合された第３バルブ付き流体通路と
   を含み、
   前記第２バルブ付き流体通路及び前記第３バルブ付き流体通路を閉にすることが、前記吸収容器における圧力を増加させるように構成され、
   前記非凝縮ガスは前記排気容器において収集されて前記一方向ベント又はバルブ付き出口のいずれかを通して前記排気容器から放出可能とされる、モータレスパージシステム。
2. 前記吸収容器は前記吸収器及び前記凝縮器よりも低圧において機能するべく適合され、
   前記吸収容器に入った前記被吸収蒸気が液体に凝縮する一方、前記吸収容器に入った非凝縮ガスは気体状態のまま残る、請求項１に記載のモータレスパージシステム。
3. 前記第２バルブ付き流体通路及び前記第３バルブ付き通路は、前記吸収容器に蓄積した非凝縮ガスの濃度が予め定められたレベルに到達するときに閉になるように適合される、請求項１又は２に記載のモータレスパージシステム。
4. 前記排気容器は、前記吸収容器からの前記非凝縮ガス及び吸収体溶液を、逆止バルブを通して継続的に収集して前記一方向ベント又は前記バルブ付き出口のいずれかから連続排気するべく適合され、又は非凝縮ガス及び蒸気を収集し、周囲圧力を上回る予め定められた圧力が達成されたときに前記非凝縮ガスを逃がすべく適合される、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
5. 前記吸収容器は、前記吸収容器に入る前記閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプの吸収体溶液の収集によって圧力の増加を生じさせるように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
6. 前記熱交換器は前記第１バルブ付き流体通路に配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
7. 前記吸収体溶液の前記一部分を圧力下の前記吸収容器の中に注入するべく適合された前記吸収体溶液分配器は、噴霧ノズル又は滴下分配アレイである、請求項１から６のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
8. 前記噴霧ノズルは、予め定められたサイズ未満の噴霧液滴を生成するべく適合され、
   前記噴霧液滴の表面対体積比により、被吸収体分子の急速な吸収が可能になる、請求項７に記載のモータレスパージシステム。
9. 前記吸収容器における蒸気分圧と液体蒸気圧との差を使用して非凝縮ガスをパージするべく適合される、請求項１から８のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
10. 前記吸収容器における実際の温度と予測された温度との関係を使用して前記吸収容器における非凝縮ガスの量を推定するべく適合される、請求項１から９のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
11. 前記吸収容器における実際の圧力と予測された圧力との関係を使用して前記吸収容器における非凝縮ガスの量を推定するべく適合される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
12. 前記吸収容器に蓄積した流体を前記脱離器に戻すように送達する前記第３バルブ付き流体通路は、前記脱離器から前記吸収容器への吸収体溶液の逆流を防止する高さに配置される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
13. 吸収器、凝縮器及び脱離器を含む閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプの吸収体溶液から非凝縮ガスをモータレスパージする方法であって、
    （ａ）熱交換器を使用して前記吸収体溶液のサンプルを冷却することと、
    （ｂ）前記吸収体溶液の冷却されたサンプルを、第１バルブ付き通路を通して吸収容器に導入することであって、前記サンプルは分散して液滴になり、前記液滴は前記吸収容器において被吸収体を吸収する能力を有し、前記被吸収体は、前記吸収器から及び前記凝縮器から蒸気として第２バルブ付き通路を通して受容されることと、
    （ｃ）前記吸収容器からの溶液を、第３バルブ付き通路を通して前記脱離器に戻すことと、
    （ｄ）前記吸収容器における非凝縮ガスの濃度が予め定められたレベルに到達したときに前記第２バルブ付き通路及び前記第３バルブ付き通路を閉にして前記吸収容器における圧力が増加するようにし、前記吸収容器からの非凝縮ガスを含む蒸気を、さらなる通路を介して、一方向ベント又はバルブ付き出口のいずれかを有する排気容器へ移送することと、
    （ｅ）前記一方向ベント又はバルブ付き出口を介して前記排気容器から前記非凝縮ガスを排気することと
    を含む、方法。
14. 前記吸収体溶液の前記冷却されたサンプルは、噴霧ノズル又は滴下分配アレイのいずれかを通して前記吸収容器の中に導入される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記噴霧ノズルは、予め定められたサイズ未満の噴霧液滴を生成するべく適合され、
    前記噴霧液滴の表面対体積比により、被吸収体分子の急速な吸収が可能になる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記排気容器は、前記吸収容器からの前記非凝縮ガス及び吸収体溶液を、逆止バルブを通して継続的に収集して前記一方向ベントから連続排気するべく適合され、又は非凝縮ガス及び蒸気を収集し、非凝縮ガスを含む蒸気の前記さらなる通路を介した前記吸収容器から前記排気容器への移送によって周囲圧力を上回る予め定められた圧力が達成されたときに前記非凝縮ガスを逃がすべく適合される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記吸収容器における圧力の増加は、前記吸収容器に入る前記閉サイクル吸収トランスフォーマーヒートポンプの吸収体溶液の圧力によって生成される、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記吸収容器における非凝縮ガスの量が、前記吸収容器における実際の温度と予測された温度との関係から推定される、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記吸収容器における非凝縮ガスの量が、前記吸収容器における実際の圧力と予測された圧力との関係から推定される、請求項１３から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記吸収容器を前記脱離器に接続する前記第３バルブ付き通路は、前記脱離器から前記吸収容器への吸収体溶液の逆流を防止する高さに配置される、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記吸収容器における蒸気分圧と液体蒸気圧との差により、非凝縮ガスをパージすることができる、請求項１３から２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 閉サイクル吸収チラーシステムから非凝縮ガスを除去するモータレスパージシステムであって、
    前記閉サイクル吸収チラーシステムの吸収体溶液の一部分を、第１バルブ付き流体通路を通して収集するべく適合された吸収容器と、
    前記吸収体溶液の前記一部分を前記吸収容器の中に、前記吸収容器に入る被吸収蒸気を前記吸収体溶液が吸収するように導入するべく適合された吸収体溶液分配器と、
    前記閉サイクル吸収チラーシステムの吸収器からの低圧の蒸気及び非凝縮ガスを、凝縮器からの高圧の蒸気及び非凝縮ガスのストリームの中に取り込んで前記吸収容器の中に入れるべく適合された気体・気体排出器と、
    収集した非凝縮ガスを排気するべく一方向ベント又はバルブ付き出口のいずれかを有する排気容器であって、前記吸収容器に流体接続された排気容器と、
    前記閉サイクル吸収チラーシステムの吸収器からの及び凝縮器からの被吸収蒸気を前記吸収容器の中に送達するべく適合された第２バルブ付き流体通路と、
    前記吸収容器に蓄積された溶液を前記吸収器へ送達するべく適合された第３バルブ付き流体通路と
    を含み、
    前記第２バルブ付き流体通路及び前記第３バルブ付き流体通路を閉にすることが、前記吸収容器における圧力を増加させるように構成され、
    前記非凝縮ガスは前記排気容器において収集されて前記一方向ベント又はバルブ付き出口のいずれかを通して前記排気容器から放出可能とされる、モータレスパージシステム。
23. 前記第２バルブ付き流体通路及び前記第３バルブ付き通路は、前記吸収容器に蓄積した非凝縮ガスの濃度が予め定められたレベルに到達するときに閉になるように適合される、請求項２２に記載のモータレスパージシステム。
24. 前記排気容器は、前記吸収容器からの前記非凝縮ガス及び吸収体溶液を、逆止バルブを通して継続的に収集して前記バルブ付き出口から連続排気するべく適合され、又は非凝縮ガス及び蒸気を収集し、周囲圧力を上回る予め定められた圧力が達成されたときに前記非凝縮ガスを逃がすべく適合される、請求項２２から２３のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
25. 前記吸収容器の中に内部配置された熱交換器をさらに含む、請求項２２から２４のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
26. 前記吸収体溶液の前記一部分を圧力下の前記吸収容器の中に注入するべく適合された前記吸収体溶液分配器は、噴霧ノズル又は滴下分配アレイである、請求項２２から２５のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
27. 前記噴霧ノズルは、予め定められたサイズ未満の噴霧液滴を生成するべく適合され、
    前記噴霧液滴の表面対体積比により、被吸収体分子の急速な吸収が可能になる、請求項２６に記載のモータレスパージシステム。
28. 前記吸収容器に蓄積した流体を前記吸収器に戻すように送達する前記第３バルブ付き流体通路は、前記吸収器から前記吸収容器への吸収体溶液の逆流を防止する高さに配置される、請求項２２から２７のいずれか一項に記載のモータレスパージシステム。
29. 吸収器、凝縮器及び脱離器を含む閉サイクル吸収チラーシステムの吸収体溶液から非凝縮ガスをモータレスパージする方法であって、
    （ａ）前記吸収体溶液のサンプルを、第１バルブ付き通路を通して吸収容器の中に導入することであって、前記サンプルは分散して液滴になり、前記液滴は前記吸収容器において被吸収体を吸収する能力を有することと、
    （ｂ）前記閉サイクル吸収チラーシステムの吸収器からの及び前記閉サイクル吸収チラーシステムの凝縮器からの被吸収蒸気及び非凝縮ガスを、前記吸収器からの低圧の気体を前記凝縮器からの高圧の気体の中に取り入れる気体・気体排出器を使用して、第２バルブ付き通路を通して前記吸収容器の中に導入することと、
    （ｃ）前記吸収容器からの溶液を、第３バルブ付き通路を通して前記吸収器に戻すことと、
    （ｄ）前記吸収容器における非凝縮ガスの濃度が予め定められたレベルに到達したときに前記第２バルブ付き通路及び前記第３バルブ付き通路を閉にして前記吸収容器における圧力が増加するようにし、前記吸収容器からの非凝縮ガスを含む蒸気を、一方向ベント又はバルブ付き出口のいずれかを有する排気容器へ移送することと、
    （ｅ）前記一方向ベント又は前記バルブ付き出口を介して前記排気容器から前記非凝縮ガスを排気することと
    を含む、方法。
30. 前記吸収容器における前記吸収体溶液は、前記吸収容器の中の熱交換器によって冷却される、請求項２９に記載の方法。
31. 前記吸収体溶液の前記冷却されたサンプルは、噴霧ノズル又は滴下分配アレイのいずれかを通して前記吸収容器の中に導入される、請求項３０に記載の方法。
32. 前記噴霧ノズルは、予め定められたサイズ未満の噴霧液滴を生成するべく適合され、
    前記噴霧液滴の表面対体積比により、被吸収体分子の急速な吸収が可能になる、請求項３１に記載の方法。
33. 前記排気容器は、前記吸収容器からの前記非凝縮ガス及び吸収体溶液を、逆止バルブを通して継続的に収集して前記一方向ベントから連続排気するべく適合され、又は非凝縮ガス及び蒸気を収集し、非凝縮ガスを含む蒸気の前記吸収容器から前記排気容器への移送によって周囲圧力を上回る予め定められた圧力が達成されたときに前記非凝縮ガスを逃がすべく適合される、請求項２９から３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 前記吸収容器における圧力の増加は、前記吸収容器に入る前記閉サイクル吸収チラーシステムの吸収体溶液の圧力によって生成される、請求項２９から３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記吸収容器における非凝縮ガスの量が、前記吸収容器における実際の温度と予測された温度との関係から推定される、請求項２９から３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 前記吸収容器における非凝縮ガスの量が、前記吸収容器における実際の圧力と予測された圧力との関係から推定される、請求項２９から３４のいずれか一項に記載の方法。
37. 前記吸収容器を前記吸収器に接続する前記第３バルブ付き通路は、前記吸収器から前記吸収容器への吸収体溶液の逆流を防止する高さに配置される、請求項２９から３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 前記吸収容器における蒸気分圧と液体蒸気圧との差により、非凝縮ガスをパージすることができる、請求項２９から３７のいずれか一項に記載の方法。

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