JPH11304311A - アンモニア吸収式冷凍機及びその操作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンモニア水溶液が漏洩した場合直ちに検知
し、アンモニアの漏洩を最小限に押さえることができる
アンモニア吸収式冷凍機を得ること。 【解決手段】 アンモニア水溶液を動作媒体とするアン
モニア吸収式冷凍機であって、溶液ポンプとしてのダイ
ヤフラムポンプが備えられ、前記ダイヤフラムポンプの
ダイヤフラム２を駆動させる作動流体が収納される作動
流体液ケーシング４内に電極１を有し、前記作動流体液
ケーシング４内の作動流体の電気伝導度の変化を前記電
極１からの検出信号に基づいて検知するセンサ１１を有
し、前記センサ１１からの検出信号に基づいてアンモニ
ア水溶液の作動流体液ケーシング４内への漏洩を判断す
る漏洩検知手段１２を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンモニア水溶液
を動作媒体とするアンモニア吸収式冷凍機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍機の冷媒として使用されるフ
ロンは、オゾン層破壊の問題から、その使用が制限され
ており、非フロン系冷媒へ切り替えるため各種冷媒の検
討がなされているが、天然物質で地球環境を破壊せず、
しかも安価で熱力学的に優れた物性を有するアンモニア
が再び注目されている。また、熱源によって冷凍サイク
ルを実行させる吸収式冷凍機は、熱エネルギーの有効利
用が可能であり、その中でも、アンモニアは低温型の吸
収式冷凍機の冷媒に適しているため、アンモニア吸収式
冷凍機が注目されている。ところで、アンモニア吸収式
冷凍機は冷凍機容量が小さく、また、アンモニア水溶液
は比較的粘度が低いため、使用される溶液ポンプとして
は、ダイヤフラム型が最も好適である。一方、アンモニ
ア吸収式冷凍機の動作媒体であるアンモニア水溶液に含
有されるアンモニアは刺激臭を伴ない、１５〜２８体積
％で燃焼可能な可燃性の毒性ガスで、対空気比重が０．
５９６と低いという性質を有する。従って、取り扱い等
の安全性面から各種の問題が生じる。例えば、仮にアン
モニアが漏洩した場合、アンモニア吸収式冷凍機の設置
された場所の天井近傍に滞留して爆発するおそれがあ
る。また、人体に対しては粘膜刺激作用を有するため、
口や鼻等に炎症を生じさせるおそれがあり、高濃度アン
モニアガスを吸収した場合にあっては刺激により呼吸停
止を起こす可能性もある。さらに、通常、人はアンモニ
ア濃度約５ｐｐｍから不快な臭気を感じ、約５０ｐｐｍ
で不快感が強まるため、労働環境におけるアンモニアの
許容濃度は、産業衛生学会勧告値では２５ｐｐｍとされ
ている。ここで、アンモニア漏洩対策の一つとして、ダ
イヤフラムの破損対策が考えられるが、ダイヤフラムの
破損対策としては、例えば、溶液ポンプをダイヤフラム
ポンプとし、そのダイヤフラムポンプのダイヤフラムを
サンドイッチ構造にして、どちらか一方のダイヤフラム
が損傷して液漏れが生じた場合、動作媒体がサンドイッ
チ構造のダイヤフラム間の隙間を通過し、検出器に入り
ダイヤフラムの破損を検知するという方法が考えられ
る。また、例えば、作動流体液溜にフロートスイッチを
設け、動作媒体が漏洩した場合、作動液体液溜の液面上
昇によるフロートスイッチの移動を利用して、ダイヤフ
ラムの破損を警報する方法も考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ダイヤフラム
ポンプのダイヤフラムをサンドイッチ構造にする方法で
は、構造が複雑で高価になるという欠点がある。また、
作動流体液溜にフロートスイッチを設ける方法では、作
動流体液溜の液面が常に波動していること、また、温度
変化に伴なう液の密度変化により液面位置が常に変化す
ること、により誤作動が避けられない。さらには、作動
流体液溜部は大気圧下にあるため、高圧の動作媒体が漏
れた場合、フラッシングして蒸気となり液面の上昇分が
比較的少なくなり、作動精度の低下を招くという欠点も
ある。また、この方法では後に詳細に示すように、動作
媒体の漏洩量が比較的多量でないと検知できないという
欠点も有する。

【０００４】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、簡単な構造および簡単な工程でありなが
ら、アンモニア水溶液が漏洩した場合直ちに検知し、ア
ンモニアの漏洩を最小限に押さえることができるアンモ
ニア吸収式冷凍機を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアンモニア
吸収式冷凍機は、アンモニア水溶液を動作媒体とするア
ンモニア吸収式冷凍機であって、溶液ポンプとしてのダ
イヤフラムポンプが備えられ、前記ダイヤフラムポンプ
のダイヤフラムを駆動させる作動流体が収納される作動
流体液ケーシング内に電極を有し、前記作動流体液ケー
シング内の作動流体の電気伝導度の変化を前記電極から
の検出信号に基づいて検知するセンサを有し、前記セン
サからの検出信号に基づいてアンモニア水溶液の作動流
体液ケーシング内への漏洩を判断する漏洩検知手段を有
することを特徴とするものである。前記ダイヤフラムポ
ンプの吸い込み側に、前記漏洩検知手段によりアンモニ
ア水溶液の漏洩が検知された場合に自動的に弁を閉じる
自動弁を設けたものであれば好適である。また、本発明
に係るアンモニア吸収式冷凍機の操作は、溶液ポンプと
して採用されたダイヤフラムポンプにおけるダイヤフラ
ムを駆動させる作動流体液ケーシング内の作動流体の電
気伝導度を測定し、前記電気伝導度の変化に基づいてア
ンモニア水溶液の前記作動流体液ケーシング内への漏洩
を検知し、前記検知結果に基づいて操作指令を出すこと
を特徴とするものである。

【０００６】〔作用〕本構成のように、前記作動流体液
ケーシング内に電極を有し、前記作動流体液ケーシング
内の作動流体の電気伝導度の変化を前記電極からの検出
信号に基づいて検知するセンサを有し、前記センサから
の検出信号に基づいてアンモニア水溶液の作動流体液ケ
ーシング内への漏洩を判断する漏洩検知手段を有するこ
ととすれば、仮にダイヤフラムポンプのダイヤフラムが
破損した場合、作動流体液ケーシング内の前記作動流体
にアンモニア水溶液が混入すると、一般にアンモニア水
溶液の電気伝導度は作動流体の電気伝導度よりも極めて
大きいことから、前記作動流体液の電気抵抗値が低下す
る。そのため、前記作動流体液ケーシング内へのアンモ
ニア水溶液の進入に伴ない前記電極間の電流量が変化す
る。従って、前記センサでその電流量の変化を検出信号
として検知すれば、前記漏洩検知手段によりアンモニア
水溶液の前記作動流体液ケーシング内への漏洩を判断で
きるのである。前記ダイヤフラムポンプの吸い込み側
に、前記漏洩検知手段によりアンモニア水溶液の漏洩が
検知された場合に自動的に弁を閉じる自動弁を設けるこ
ととすれば、アンモニア水溶液が漏洩した場合直ちに運
転を停止し前記自動弁を閉じることにより、アンモニア
吸収式冷凍機の安全な操作を行うことができる。即ち、
作動流体液ケーシング内にアンモニア水溶液が進入した
とき、上述したように作動流体液溜にフロートスイッチ
を設ける方法では、大量のアンモニア水溶液の漏洩がな
ければフロートスイッチの作動が確実にならないのに対
し、本願発明では少量のアンモニア水溶液の進入でもそ
の漏洩を検知できるため、アンモニア吸収式冷凍機の安
全な操作を行うことができるのである。

【０００７】

【発明の効果】従って、本発明によれば、アンモニア水
溶液が漏洩した場合直ちに検知し、アンモニアの漏洩に
対して早急に対応策をとることができる。そのため、た
とえアンモニア水溶液が漏洩したとしてもその漏洩量を
最小限に押さえることができるアンモニア吸収式冷凍機
を得ることができた。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係るアンモニア吸収式冷
凍機の実施の形態を図に基づいて説明する。

【０００９】アンモニア吸収式冷凍機は、冷媒にアンモ
ニア、吸収剤に水を使用したもので、図４に示すよう
に、主として、蒸発器４１、吸収器４２、溶液ポンプ４
３、精留塔４４、発生器４５及び凝縮器４６から成り立
つ。ここで、アンモニア吸収式冷凍機のサイクルは以下
に示すように構成されている。即ち、蒸発器４１で発生
したアンモニアは、吸収器４２でアンモニア希溶液に吸
収され、濃いアンモニア溶液になる。この濃いアンモニ
ア溶液は、溶液ポンプ４３によって精留塔４４を経て高
圧の発生器４５に送られ、加熱されてアンモニア蒸気を
分離する。このアンモニア蒸気には水蒸気を含んでいる
ため、精留塔４４で精留され、高純度となったアンモニ
アガスは凝縮器４６で液化される。発生器４５からのア
ンモニア希溶液は、熱交換器４７で冷却され、吸収器４
２で再び冷媒蒸気を吸収する。

【００１０】アンモニア吸収式冷凍機は冷凍機容量が小
さく、また、精留塔に送られる濃いアンモニア溶液は少
流量高揚程なので、使用される溶液ポンプとしてはギャ
ーポンプ、プランジャーポンプ等が考えられるが、アン
モニア水溶液は比較的粘度が低いのでギャーポンプは不
向きである。ここで、プランジャーポンプが最適なポン
プと考えられるが、グランド部からの漏洩を避けるため
にも、プランジャーポンプの中でもダイヤフラム型が最
も好適である。従って、本発明に係るアンモニア吸収式
冷凍機では溶液ポンプとしてのダイヤフラムポンプが備
えられている。ダイヤフラムポンプは図１に示すような
構成をしている。作動流体ケーシング４及び作動流体液
溜９内には作動流体として通常絶縁性潤滑オイルが使用
される。図１（イ）に示すように、プランジャ３が図１
（イ）左方へ押し出すと作動流体ケーシング４内の作動
油がダイヤフラム２を押し、これによって吸い込み逆止
弁７を閉じ、吐出逆止弁８を開いてアンモニア水溶液が
図１（イ）下方へ吐出する。一方、図１（ロ）に示すよ
うに、プランジャ３が図１（ロ）右方向へ引くと作動流
体ケーシング４内の作動流体がダイヤフラム２を引き戻
し、これによって吸い込み逆止弁７を開き、吐出逆止弁
８を閉じ、アンモニア水溶液が図１（ロ）上方より流入
する。ダイヤフラムポンプは、これの繰り返しによって
液体を図１上方より下方へ流通させるのである。

【００１１】作動流体ケーシング４と作動流体液溜９と
は、作動流体液連通路５で連通しており、図１（ロ）に
示すように、プランジャ３が引き戻しされたときには作
動流体が作動流体液溜９より、作動流体ケーシング４へ
作動流体液連通路５を経て流れ、また、図１（イ）に示
すように、プランジャ３が押し出し時には作動流体が作
動流体ケーシング４より作動流体液溜９へ流れる。プラ
ンジャ３が作動流体液連通路５の開孔部を超えて押し出
すと、作動流体液連通路５中の作動流体の流れは止ま
り、作動流体ケーシング４内の作動流体がダイヤフラム
２を押す。

【００１２】作動流体液ケーシング４内の前記作動流体
である例えば絶縁性潤滑オイルに電気伝導性を有するア
ンモニア水溶液が一定量混入した場合、作動流体液ケー
シング４内の作動流体の電気伝導度が変化することで前
記電極１間の電気抵抗値が変化する。前記センサ１１は
前記電極１の近傍に設けられており、前記電極１間の電
気抵抗値の変化に伴なう前記電極１間の電流量の変化を
検出信号として検知できる。従って、前記電極１間の電
流量の変化が一定値以上になった場合に前記センサ１１
から前記漏洩検知手段１２に検出信号としての電気信号
が送られることとしておくことで、アンモニア水溶液の
前記作動流体液ケーシング４内への漏洩を判断できるの
である。アンモニア水溶液の前記作動流体液ケーシング
４内への漏洩を検知した場合にあっては、前記検知結果
に基づいて、前記漏洩検知手段１２から電気信号を送
り、アンモニア吸収式冷凍機の運転の停止或いは動作媒
体であるアンモニア水溶液量の減少等の操作指令を出す
ことができる。

【００１３】図１に示すように、前記作動流体液ケーシ
ング４内の電極１は、前記作動流体液ケーシング４内の
下底近傍に配置されるのが好ましい。作動流体として使
用される例えば絶縁性潤滑オイルの比重は、動作媒体と
して使用されるアンモニア水溶液の比重よりも軽いた
め、作動流体液ケーシング４内に漏洩したアンモニア水
溶液は作動流体液ケーシング４内の下底近傍に溜まる傾
向があるからである。このように電極１を配置すること
で、正確かつ早期にアンモニア水溶液の漏洩を検知でき
る。

【００１４】前記ダイヤフラムポンプの吸い込み側に
は、前記漏洩検知手段１２によりアンモニアの漏洩が検
知された場合に自動的に弁を閉じる自動弁１０が設けて
ある。これにより、アンモニア水溶液の前記作動流体液
ケーシング４内への漏洩を検知した場合、直ちに前記漏
洩検知手段１２から電気信号を送り、前記自動弁１０を
閉じることで、アンモニア水溶液の前記作動流体液ケー
シング４内への漏洩を最小限に防止できる。従って、ア
ンモニア吸収式冷凍機の安全な操作を行うことができ
る。

【００１５】本発明の発明者は鋭意研究の末、ダイヤフ
ラムポンプのダイヤフラム２を駆動させる作動流体にア
ンモニア水溶液が混入した場合における作動流体液ケー
シング４内の作動流体の電気伝導度の変化を具体的に測
定した。５００ｃｃビーカーに前記作動流体として使用
される一例としての絶縁性潤滑オイルを入れ、太さ２ｍ
ｍの電極を絶縁性潤滑オイル内に投入して、攪拌しなが
ら２０重量％アンモニア水溶液を絶縁性潤滑オイルに徐
々に滴下し電気テスタで電気抵抗値を測定した。図２
（イ）に示すように、最初、アンモニア水溶液は絶縁性
潤滑オイルに抱き込まれ、アンモニア水滴の独立分散状
態で存在する。これは言い換えれば絶縁性潤滑オイル中
にアンモニア水溶液のエマルジョンが存在する状態であ
る。図２（ハ）が示すようにこの状態での電気抵抗値は
絶縁性潤滑オイル単独で存在する場合と同様に無限大で
あった。しかし、絶縁性潤滑オイルに対してアンモニア
水溶液が４５体積％以上になると、図２（ロ）に示すよ
うに、絶縁性潤滑オイルはアンモニア水溶液に抱き込ま
れ、絶縁性潤滑オイルは油適の独立分散状態で存在す
る。これは、言い換えればアンモニア水溶液中に絶縁性
潤滑オイルのエマルジョンが存在する状態である。この
状態になると、アンモニア水溶液の連続層が存在するこ
とになり、図２（ハ）が示すように電気抵抗値の値は１
０オームへ急変した。従って、ダイヤフラムポンプのダ
イヤフラム２を駆動させる作動流体に、作動流体に対し
てアンモニア水溶液が４５体積％以上混入した場合、作
動流体の電気伝導度が変化するということがわかった。
また、この状態における電気伝導度をアンモニア水溶液
の漏洩値とすることができた。本発明に係るアンモニア
吸収式冷凍機は係る電気伝導度の変化に着目して、アン
モニア水溶液の前記作動流体液ケーシング内への漏洩を
判断するものである。尚、絶縁性潤滑オイルとしては出
光ダフニーメカニックオイル♯１００を採用した。

【００１６】（比較例）作動流体液溜にフロートスイッ
チを設け、アンモニア水溶液が漏洩した場合、作動液体
液溜の液面上昇によるフロートスイッチの移動を利用し
て、アンモニアの漏洩を警報する検知方法（液面フロー
トスイッチ方法とする。）と本発明に係る前記作動流体
液ケーシング４内の作動流体の電気伝導度を測定するこ
とにより、アンモニア水溶液の漏洩を検知する方法の漏
洩検知量を比較した。使用するダイヤフラムポンプとし
ては、吐出量２３００リットル／ｈ、ブランジャーシリ
ンダー径４６ｍｍ、ストローク３９ｍｍ、２運式、回転
数３００ｒｐｍのものを使用し、作動流体としての絶縁
性潤滑オイルは６リットルであった。本発明に係る検知
方法では、アンモニア水溶液濃度が４５体積％以上で検
知できることは上述の通りであるが、ここでアンモニア
の漏洩を実際に検知できる漏洩量を計算してみた。尚、
ダイヤフラムからプランジャまでの容積は１００ｃｃで
ある。 １００ｃｃ×４５体積％＝４５ｃｃ 従って、アンモニア水溶液の漏洩量は４５ｃｃで検知で
きることが判明した。一方、従来の液面フロートスイッ
チ方法では、作動液体液溜の液面は４５ｍｍ程度以上上
昇しないと漏洩の検知ができない。これは、プランジ
ャ、クロスヘッド，クランク等の運動で液面が２０ｍｍ
程度常に振動しており、さらに作動流体の消耗並びに補
給も必要であるためである。ここでアンモニアの漏洩を
実際に検知できる漏洩量を計算してみた。尚、作動液体
液溜の液面の面積は１８０ｍｍ×２４０ｍｍである。 １８０ｍｍ×２４０ｍｍ×４５ｍｍ／１０００＝１９４
４ｃｃ 従って、アンモニア水溶液の漏洩量が１９４４ｃｃで検
知できることが判明した。この結果から、本発明に係る
アンモニア漏洩検知方法は液面フロートスイッチ方法と
比較して約４３分の１の漏洩量でアンモニア水溶液の漏
洩を検知できることが判明した。

【００１７】（別実施の形態）前記作動流体液連通路５
の代わりに、図３に示すように作動流体液溜９から作動
流体ケーシング４へ流れる作動流体液吸い込み弁１３を
設け、また、作動流体ケーシング４から作動流体液溜９
へ流れる作動流体リリーフ弁１４を設けることも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明アンモニア吸収式冷凍機の溶液ポンプと
して使用されるダイヤフラムポンプの近傍を示す説明
図、（イ）はアンモニア水溶液が吐出する場合、（ロ）
はアンモニア水溶液が流入する場合

【図２】絶縁性潤滑オイルにアンモニア水溶液が混入し
たの説明図、（イ）は絶縁性潤滑オイル中にアンモニア
水溶液のエマルジョンが存在する場合、（ロ）はアンモ
ニア水溶液に絶縁性潤滑オイルのエマルジョンが存在す
る場合、（ハ）は電気抵抗値の変化を示す図

【図３】別実施形態例における本発明アンモニア吸収式
冷凍機の溶液ポンプとして使用されるダイヤフラムポン
プの近傍を示す説明図

【図４】本発明アンモニア吸収式冷凍機の冷凍サイクル
説明図

【符号の説明】

１ 電極 ２ ダイヤフラム ３ プランジャ ４ 作動流体ケーシング ５ 作動流体液連通路 ７ 吸い込み逆止弁 ８ 吐出逆止弁 ９ 作動流体液溜 １０ 自動弁 １１ センサ １２ 漏洩検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 敦之 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 松上 哲也 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンモニア水溶液を動作媒体とするアン
   モニア吸収式冷凍機であって、 溶液ポンプとしてのダイヤフラムポンプが備えられ、 前記ダイヤフラムポンプのダイヤフラムを駆動させる作
   動流体が収納される作動流体液ケーシング内に電極を有
   し、 前記作動流体液ケーシング内の作動流体の電気伝導度の
   変化を前記電極からの検出信号に基づいて検知するセン
   サを有し、 前記センサからの検出信号に基づいてアンモニア水溶液
   の作動流体液ケーシング内への漏洩を判断する漏洩検知
   手段を有することを特徴とするアンモニア吸収式冷凍
   機。
2. 【請求項２】 前記ダイヤフラムポンプの吸い込み側
   に、前記漏洩検知手段によりアンモニア水溶液の漏洩が
   検知された場合に自動的に弁を閉じる自動弁を設けた請
   求項１記載のアンモニア吸収式冷凍機。
3. 【請求項３】 アンモニア水溶液を動作媒体とし、ダイ
   ヤフラムポンプを溶液ポンプとして備えたアンモニア吸
   収式冷凍機の操作方法であって、 前記ダイヤフラムポンプにおけるダイヤフラムを駆動さ
   せる作動流体液ケーシング内の作動流体の電気伝導度を
   測定し、前記電気伝導度の変化に基づいてアンモニア水
   溶液の前記作動流体液ケーシング内への漏洩を検知し、
   前記検知結果に基づいて操作指令を出すことを特徴とす
   るアンモニア吸収式冷凍機の操作方法。