JPH07104071B2 - 吸収冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吸収冷凍機に関し、詳しくは、稀吸収液ポンプ
および中間濃度吸収液ポンプを備えた吸収冷凍機に関す
るものである。

〔従来技術〕

臭化リチウム水溶液が蒸発や凝縮を繰り返す間に発生す
る熱の授受により、冷水を得ることができる吸収冷凍機
には加熱源を備えた高温再生器を有するものがある。こ
のような吸収冷凍機では、臭化リチウムの稀吸収液から
多量の蒸気と高濃度吸収液が得られるので、吸収冷凍機
の性能を向上させることができる。その一例として、特
公昭53−30534号公報に記載された多重効用吸収冷凍機
がある。この種の吸収冷凍機にあっては、第４図に示す
ように、高温再生器５から吸収器２に供給される濃吸収
液が散布されると、蒸発器１より吸収器２に送られてく
る冷媒蒸気を吸収し、稀吸収液となって底部から稀吸収
液ポンプ13によって管路22を経て第一熱交換器６で加熱
された後、低温再生器４に送られる。その低温再生器４
で、さらに、加熱されることにより冷媒が蒸発して中間
濃度吸収液に濃縮された吸収液は、中間濃度吸収液ポン
プ14によって管路24を経て第二熱交換器８で加熱された
後、高温再生器５に送られる。その中間濃度吸収液は高
温再生器５でさらに加熱され、冷媒を蒸発させて高濃度
に濃縮され、冷媒蒸気を吸収する機能が高められる。そ
して、高温再生器５から真空に近い低圧の吸収器２へ、
濃吸収液が圧力差や位置落差を利用して送られる。その
濃吸収液は蒸発器１からの冷媒蒸気を吸収して稀吸収液
となり、一方、蒸発器１では、凝縮器３で凝縮された冷
媒が蒸発して冷水から蒸発熱を奪って冷水を冷却する。

このような吸収液の循環を繰り返す冷凍サイクルで稼働
する吸収冷凍機にあっては、その吸収器２や熱交換器6,
8の伝熱性能の向上が図られ、伝熱に必要な面積を狭小
化することができて小型化を図ることができると共に、
熱交換器6,8における吸収液間での熱エネルギ授受が有
効に行なわれる。さらに、吸収冷凍機が部分負荷になる
と、蒸発器１から取り出される冷水の温度を検出する温
度検出器31の信号により、高温再生器５における燃料制
御弁32の開度が調整され、燃料油や燃料ガスの供給量が
変えられるので、吸収冷凍機の省エネルギ化を図ること
ができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の冷凍機では、全負荷あるいは部分負荷のいずれに
おいても、冷水温度を検出した温度検出器31の信号で高
温再生器５の燃料供給量が増減される。ところで、吸収
冷凍機の稼働が部分負荷の場合でも、稀吸収液ポンプ13
や中間濃度吸収液ポンプ14の吐出量は維持されている。
これは、安価な誘導電動機を採用していることと、従来
特に回転数を変える制御を必要としなかったことに基づ
く。したがって、ポンプの回転数は常時同一であり、負
荷に対応して増減されることはない。このようにして、
両ポンプの吐出量を変化させないでおくと、部分負荷時
にも同一の吐出量となり、結果的には部分負荷時に過剰
な量の吸収液が流れることになる。そのため、ポンプ駆
動に無駄なエネルギが消費され、吸収冷凍機の部分負荷
時の省エネルギ化が阻害される問題がある。

ところが、冷凍機は一般に部分負荷で運転されることが
多く、それは概ね40〜50％程度であると言われている。
この点に着目すると、部分負荷における冷凍性能の向上
や省エネルギ化は、吸収冷凍機自体の性能や燃料消費率
の向上を意味することになる。それを実現するために、
流量制御弁41,42を管路22,24に設け、上述した温度検出
器31の信号により開度調整し、管路22,24の吸収液の循
環量を調整するようにした運転が挙げられる。しかし、
稀吸収液ポンプ13や中間濃度吸収液ポンプ14の回転数は
上述のように不変であることから、両ポンプ13,14の駆
動に消費されるエネルギを大きく低減させることはでき
ない問題が残る。

さらに、流量制御弁41,42を設けると、その接続のため
のフランジ部や弁体のステム部にシール処理を施す必要
があり、その介装されるシール部材が吸収液の影響を受
けて早期に劣化する場合がある。吸収冷凍機の蒸発器
１、吸収器２、凝縮器３および低温再生器４を備える冷
凍機胴部は、真空に近い低圧に保持されることから、シ
ール部材の劣化によって真空度が損なわれて冷凍性能の
低下を招いたり、長期間の稼働に耐えられない問題が生
じる。

本発明は上述の問題が解決するためになされたもので、
その目的は、負荷に応じて稀吸収液ポンプおよび中間濃
度吸収液ポンプの吐出量の増減・調整が廉価・簡便に行
なわれ、この循環量の調整によって熱交換性能の向上や
省エネルギ化が図れると共に、継手個所の数を減らして
シール対策も軽減でき、長期間にわたって安定に稼働さ
せることができる吸収冷凍機を提供することである。

〔発明の構成〕

本発明の吸収冷凍機の特徴を、第１図を参照して説明す
る。吸収器２、低温再生器４、凝縮器３、蒸発器１およ
び加熱源７を備えた高温再生器５を有し、吸収器２内の
稀吸収液を稀吸収液ポンプ13で低温再生器４へ送り、こ
の低温再生器４で中間濃度に濃縮された吸収液を中間濃
度吸収液ポンプ14で高温再生器５へ送り、この高温再生
器５で高濃度に濃縮された吸収液を、吸収器２へ循環さ
せるようにした吸収冷凍機である。そして、稀吸収液ポ
ンプ13と中間濃度吸収液ポンプ14との２台のポンプを、
冷凍機の稼働状態が部分負荷であるときの冷水温度など
の負荷信号を基に、吐出量制御する１台のインバータ50
が設けられている。

〔作用〕

吸収冷凍機が負荷の大小にかかわらず、吸収器２内の稀
吸収液は稀吸収液ポンプ13で低温再生器４へ送られ、こ
の低温再生器４で中間濃度に濃縮された吸収液が中間濃
度吸収液ポンプ14で高温再生器５へ送られる。この高温
再生器５で高濃度に濃縮された吸収液は、吸収器２へ循
環される。高温再生器５の加熱源７から、中間濃度吸収
液を濃吸収液に濃縮するに必要な熱エネルギが供給され
る。この吸収液の循環によって、吸収器２、低温再生器
４、凝縮器３、蒸発器１における冷媒の蒸発や吸収が行
なわれ、冷水は所望の温度に冷却される。吸収冷凍機が
部分負荷運転にあるときは、１台のインバータ30が、冷
凍機の部分負荷時の冷水温度などの負荷信号を基に、稀
吸収液ポンプ13と中間濃度吸収液ポンプ14との２台のポ
ンプの吐出量を減少させるべく、回転数低下指令する。
その結果、吸収液の循環量が制御され、吸収器や高温再
生器における熱交換性能の向上が図られ、省エネルギ化
を実現することができる。さらに、両ポンプにあって
は、部分負荷に適合した回転数となり、ポンプ駆動のた
めの電力消費量も節減することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、稀吸収液ポンプと中間濃度吸収液ポンプとの
２台のポンプを、冷凍機の部分負荷にあるときの冷水温
度などの負荷信号を基に吐出量制御する１台のインバー
タが設けられているので、負荷に応じて吸収液ポンプお
よび中間濃度吸収液ポンプの回転数が簡便に増減され
る。その結果、ポンプ吐出量が例えば減少され、吸収冷
凍機の部分負荷運転において過剰な吸収液が流過せず、
熱交換器や高温再生器での熱交換率が向上され、吸収冷
凍機の冷凍性能の向上および加熱源における省エネルギ
化を図ることができる。もちろん、ポンプ駆動用の電力
消費量をも節減することができる。

加えて、２台のポンプを１台のインバータで制御するこ
とから、それぞれのポンプにインバータを設ける場合よ
りは安価となる。それのみならず、１台でも異なる２つ
のポンプを負荷に応じたそれぞれの吐出量にできるのが
確認され、部分負荷運転における成績係数を高めること
ができる。そのインバータによる吐出量制御によれば、
管路に流量制御弁を設置することもないので、管路の接
続個所が少なくなり、冷凍機胴部の真空の保持が容易
で、長期間の稼働が実現される。

〔実 施 例〕

以下に本発明をその実施例に基づいて詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例である吸収冷凍機の系統図を
示すもので、下部低圧室には蒸発器１および吸収器２
が、上部高圧室には凝縮器３および低温再生器４が内蔵
され、いずれも所要の流体を管内に流通させる管群が設
置されている。５は高温再生器、６は吸収器２から低温
再生器４への稀吸収液供給管路21に設けた第一熱交換
器、８は第二熱交換器、12は冷媒ポンプ、13は稀吸収液
ポンプ、14は中間濃度吸収液ポンプ、15は冷媒液溜め、
16は稀吸収液溜めである。

本図において、蒸発器１で冷却作用を行なって蒸発した
冷媒蒸気が吸収器２で吸収液に吸収され、吸収液は濃度
が低下して吸収力を失い下部の稀吸収液溜め16に溜めら
れる。この稀吸収液を稀吸収液ポンプ13で管路22、第一
熱交換器６および稀吸収液供給管路21を経て低温再生器
４に送り、その送られた稀吸収液は、低温再生器４にお
いて、高温再生器５で発生された冷媒蒸気が導入される
加熱管4aで加熱される。低温再生器４で稀吸収液を加熱
して冷媒を蒸発分離すると、稀吸収液の濃度が上昇する
一方、蒸発した冷媒は凝縮器３で凝縮器管3aの冷却水に
より凝縮される。濃度の上昇した稀吸収液は中間濃度吸
収液となり、中間濃度吸収液ポンプ14により、管路23、
管路24を流過し、第二熱交換器８でさらに昇温された
後、管路25を流過して高温再生器５に導入される。その
とき、高温再生器５に備えられた加熱源７で、外部から
供給された燃料が燃焼され、その排ガスが排気筒９から
排出されるようになっており、中間濃度吸収液は加熱さ
れて冷媒が蒸発し、吸収液は圧力上昇と共に高濃度に濃
縮され、濃吸収液となって吸収力を高める。高温再生器
５で蒸発した冷媒蒸気は上述のように、低温再生器４で
加熱に用いられ、自らは凝縮して冷媒液となって凝縮器
３に導かれ、冷却水で冷却されてさらに温度が下がり、
前述の冷媒液と共に管路26を経て蒸発器１に戻り、そこ
で蒸発することによって冷却作用する。

一方、高温再生器５で濃縮された濃吸収液は、真空に近
い低圧の吸収器２に向け、その圧力差および位置落差を
利用して、管路27、第二熱交換器８、管路28、第一熱交
換器６、管路29を経て移動し、その間に熱交換器8,6で
放熱して、散布装置から散布され、吸収器２に戻って吸
収作用を行なう。なお、蒸発器１の蒸発器管1a内には冷
やされる液体が流されており、蒸発器管出口部に設けら
れた温度検出器31の信号により高温再生器５の加熱を調
節して、冷水の冷却を調整するようになっている。すな
わち、温度検出器31などからの信号が調整器40を経て燃
料制御弁32に入力されることにより、燃料制御弁32が適
正な開度に調整され、外部から供給される加熱源７の可
燃ガス量や重油量の増減が行なわれる。

吸収器２の吸収器管2a内には矢示のごとく冷却水33が流
され、吸収器２の管表面に散布される吸収液が低温なほ
ど吸収能力が大きいので、吸収液を冷却させつゝ蒸発器
１で発生した冷却蒸気を吸収する。また、凝縮器３の凝
縮器管3a内にも冷却水が流されており、低温再生器４か
らの冷媒蒸気や冷媒ドレーンを冷却する。ちなみに、吸
収冷凍機の吸収器２の下部は著しく低い圧力になるた
め、不凝縮性ガスが溜りやすく、吸収器２の下部より抽
気装置によって不凝縮性ガスを外部に排出することがで
きるようになっている。34はその排出用の抽気ポンプで
ある。

このような吸収冷凍機には、前述した第一熱交換器６に
供給される前の稀吸収液の一部を分流する分岐管路35が
設けられ、その分岐管路35に設けられた止め弁36を開閉
することにより、稀吸収液ポンプ13の全吐出量を低温再
生器４に供給したり、必要に応じて、ほぼ1/2の吐出量
を供給できるようになっている。一方、冷媒ポンプ12に
より冷媒溜め15の冷媒液が管路37および管路38を通り、
散布装置によって散布されて蒸発が促進され、その蒸発
熱を蒸発器管1a表面を介して冷水から奪うことにより、
冷水は冷却されることなる。この冷媒による冷却作用に
より発生した冷媒蒸気は吸収器２に流入して、そこで散
布中の濃吸収液に吸収され、その濃吸収液は稀吸収液と
なる。

本例にあっては、稀吸収液ポンプ13および中間濃度吸収
液ポンプ14よりなる２台のポンプが、それぞれ誘導電動
機で駆動され、冷凍機が部分負荷のとき、冷水温度など
の負荷信号を基に各ポンプの吐出量が１台のインバータ
30で制御されるようになっている。上述した温度検出器
31から負荷信号である信号が調整器40を経てインバータ
30に入力されると、インバータ30は、両電動機に供給さ
れる電力周波数を増減させるようになっており、その電
力周波数に比例する電動機回転数とすることができる。
その結果、この各電動機で駆動される稀吸収液ポンプ13
および中間濃度吸収液ポンプ14の吐出量が少なくてよい
とき、例えば50％の吐出量が要求される場合には、両ポ
ンプ13,14は同時に50％の吐出量となるような回転数に
調整される。部分負荷時に両ポンプ13,14に要求される
回転数の低減率が異なるなら、両ポンプ13,14にそれぞ
れインバータを必要とすることになるが、本発明者らの
研究によれば、負荷に応じて変化させる両ポンプの回転
数低減率は同じでよいことが確認された。例えば両方の
回転数を一律に50％にしても、50％負荷での運転に何ら
支障がないのである。したがって、吸収液循環量の調整
を目的とするインバータ30の設置台数は１台でよく、２
台設ける場合には過剰品質を招きかつ不経済となるのを
回避することができる。そのようなインバータ30により
部分負荷時にポンプ吐出量が減少されると、熱交換器6,
8や高温再生器５における熱交換性能の向上が図られ
る。

なお、上述の分岐管路35が設けられられていない場合
や、破線で示した分岐管路44が設けられているような場
合の吸収冷凍機にも、本発明を適用することができる。
上述した高温再生器５における加熱源７は、例えば都市
ガスなどのガスを燃焼させる場合や油を焚く場合などで
あるが、それらに代えて蒸気を高温再生器に導入する場
合にも適用でき、その場合には上述した燃焼制御弁32は
蒸気量調整弁が採用されることになる。

このような構成の吸収冷凍機にあっては、以下のよう
に、作動させて冷凍性能の向上および省エネルギ化を図
ることができる。

所望の負荷で稼働している吸収冷凍機の蒸発器１におい
て、蒸発器管1a内を冷水が流過する一方、冷媒ポンプ12
によって冷媒溜め15の冷媒が循環中に散布されて冷媒が
蒸発する。このとき、冷媒が冷水から蒸発熱を奪うの
で、冷水は所定の温度に下降して取り出される。その
際、冷媒蒸気は吸収器２に流入するが、高温再生器５で
濃縮された濃吸収液は、第二熱交換器８や第一熱交換器
６で放熱した後、吸収器２に散布される。吸収力が高め
られた濃吸収液は、流入した冷媒蒸気を吸収して稀吸収
液となり、吸収器管2aで冷却されて稀吸収液溜り16に貯
留され、さらに、稀吸収液ポンプ13により、第一熱交換
器６で加熱された後、低温再生器４で加熱管4aで加熱さ
れる。この加熱により稀吸収液は中間濃度の中間濃度吸
収液とされ、中間濃度吸収液ポンプ14により第二熱交換
器８へ移動され、そこで加熱された後高温再生器５に導
入され、加熱源７の発生熱で加熱されることによって、
高濃度に濃縮されて濃吸収液となり、上述のように、吸
収器２に導入・散布される。

このように吸収液が冷凍機内を循環する際、稀吸収液ポ
ンプ13および中間濃度吸収液ポンプ14は電動機で駆動さ
れており、蒸発器１の蒸発器管1aの出口側では、冷水の
温度を検出する温度検出器31が負荷信号である温度信号
を発信する。その温度信号が調整器40を介して燃料制御
弁32および１台のインバータ30に入力される。その信号
により、インバータ30が電動機に供給する電力周波数を
制御し、その温度に応じて回転数を決定するので、両ポ
ンプ13,14は周波数に比例した回転数で駆動され、他
方、燃料制御弁32は所定の開度で所望する燃料量を加熱
源７に供給する。温度検出器31の検出する冷水の温度が
低すぎるときは、その温度信号が調整器40で処理され、
所望の温度にするに必要な信号がインバータ30および燃
料制御弁32に入力される。燃料制御弁32はその開度を小
さくして燃料供給量を制御する。このため、吸収冷凍機
における燃料の無駄な燃焼が回避され、省エネルギ化が
図られる。インバータ30は、調整器40を介した信号で、
両ポンプ13,14の駆動電動機に供給する電力周波数を減
少させるので、１つの信号で同時に、両方のポンプを低
い回転数で回転させることができ、その吐出量が抑えら
れる。この吐出量の減少によって、吸収液の循環量は部
分負荷に適した量となり、外部から与えられる少ない熱
エネルギで効率よく加熱できるので、冷凍性能の向上が
図られる。加えて、吸収液制御弁を使用することなく吐
出量制御できるので、冷凍機胴部の真空が維持され、長
期間の稼働が可能となる。

第２図は、吸収冷凍機の冷凍負荷（％）の変化に対する
エネルギ消費量比（％）の関係を示すもので、Ａ線は本
発明の吸収冷凍機のもの、Ｂ線は従来の吸収冷凍機のも
のである。ポンプ吐出量がインバータにより制御されて
少なくなっているので、加熱源７でのガスや油による加
熱もしくは供給蒸気量が減少し、エネルギ消費量が低減
するのである。冷凍負荷40〜50％におけるエネルギ消費
量比の改善率は15〜20％にもなっていることが判る。第
３図は、冷凍負荷（％）の変化に対する稀吸収液ポンプ
と中間濃度吸収液ポンプ両者の消費電力比（％）の関係
を示すもので、Ｃ線はインバータを用いた本発明の吸収
冷凍機もの、Ｄ線は従来の吸収冷凍機のものである。冷
凍負荷40〜50％における消費電力比の改善率は45〜50％
にもなることが理解できるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の吸収冷凍機の一実施例における系統
図、第２図は冷凍負荷とエネルギ消費量比のグラフ、第
３図は冷凍負荷と消費電力比のグラフ、第４図は吸収冷
凍機の全体系統図である。 １……蒸発器、２……吸収器、３……凝縮器、４……低
温再生器、５……高温再生器、７……加熱源、13……稀
吸収液ポンプ、14……中間濃度吸収液ポンプ、30……イ
ンバータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高畠 修蔵 滋賀県大津市国分１丁目13―44 (72)発明者 中島 邦彦 滋賀県大津市大江３丁目１番16―705号 (72)発明者 永岡 義一 東京都世田谷区上祖師谷５丁目22番４号 (72)発明者 閑納 真一 大阪府羽曳野市高鷲４丁目９―４―303 (72)発明者 竹本 貞寿 愛知県名古屋市千種区豊年町11番８号 (56)参考文献 特開 昭58−78061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−117978（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸収器、低温再生器、凝縮器、蒸発器およ
   び加熱源を備えた高温再生器を有し、吸収器内の稀吸収
   液を稀吸収液ポンプで低温再生器へ送り、この低温再生
   器で中間濃度に濃縮された吸収液を中間濃度吸収液ポン
   プで高温再生器へ送り、この高温再生器で高濃度に濃縮
   された吸収液を、前記吸収器へ循環させるようにした吸
   収冷凍機において、 上記稀吸収液ポンプと中間濃度吸収液ポンプとの２台の
   ポンプを、冷凍機の稼働状態が部分負荷であるときの冷
   水温度などの負荷信号を基に、吐出量制御する１台のイ
   ンバータが設けられていることを特徴とする吸収冷凍
   機。