| 【発明の名称】 |
三重効用吸収冷凍機 |
| 【発明者】 |
【氏名】井上 修行
【氏名】松原 利男
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| 【要約】 |
【課題】加熱源からの熱回収を大きくし、高温再生器の温度・圧力を低下し、しかも効率の良い三重効用吸収冷凍機を提供する。
【解決手段】高温再生器４、中温再生器５、低温再生器６、凝縮器３、蒸発器１を主要構成機器とした三重効用吸収冷凍機において、前記中温再生器５を、高温再生器からの冷媒蒸気で加熱する中温再生器５と、高温再生器を加熱した後の外部加熱源で加熱する中温再生器１０の２つで構成することとし、前記中温再生器の溶液配管は、中温再生器５から１０に導くように接続するのがよく、また、前記高温再生器４と中温再生器５とを複数段に分割し、分割した複数段の高温再生器と中温再生器とにそれぞれ溶液をシリーズに流すと共に、濃度の最も薄い段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の最も濃い段の中温再生器の加熱側に接続し、同様に、順次薄く、又は順次濃く、接続することとしたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液配管、冷媒配管で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記中温再生器を、高温再生器からの冷媒蒸気で過熱する中温再生器と高温再生器を加熱した後の外部加熱源を用いて加熱する中温再生器の２つで構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機。
【請求項２】 前記中温再生器の溶液配管は、高温再生器からの冷媒蒸気で加熱される中温再生器で濃縮された溶液を、高温再生器からの外部加熱源を用いて加熱される中温再生器に導くように接続することを特徴とする請求項１記載の三重効用吸収冷凍機。
【請求項３】 前記高温再生器と冷媒蒸気で加熱される中温再生器とは、それぞれ２段に分割されており、分割された２段の高温再生器及び２段の中温再生器はそれぞれ溶液をシリーズに流すように構成すると共に、濃度の薄い方の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の濃い方の中温再生器の加熱側に接続し、濃度の濃い方の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の薄い方の中温再生器の加熱側に接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の三重効用吸収冷凍機。
【請求項４】 高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液配管、冷媒配管で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記高温再生器と中温再生器とを複数段に分割し、分割した複数段の高温再生器と中温再生器とは、それぞれ溶液をシリーズに流すと共に、濃度の最も薄い段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の最も濃い段の中温再生器の加熱側に接続し、次いで薄い段の高温再生器からの冷媒蒸気を、次いで濃い段の中温再生器の加熱側に接続し、同様に、順次高温再生器からの冷媒蒸気を、中温再生器の加熱側に接続し、濃度の最も濃い段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の最も薄い段の中温再生器の加熱側に接続することを特徴とする三重効用吸収冷凍機。
【請求項５】 前記複数段の高温再生器と中温再生器とが、それぞれ２段づつで構成され、濃度の薄い方の段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の濃い方の段の中温再生器の加熱側に接続し、濃度の濃い方の段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の薄い方の段の中温再生器の加熱側に接続することを特徴とする請求項４記載の三重効用吸収冷凍機。
【請求項６】 前記吸収器及び蒸発器は、それぞれ低段と高段の２個に分割されており、分割されたこれら各単一の吸収器と蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液を先ず低段吸収器に導き、その後、高段吸収器に導き、冷水は先ず、高段蒸発器に導き、次いで低段蒸発器に導くようにそれぞれの配管経路を構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の三重効用吸収冷凍機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷凍機に係り、特に熱効率が良く、経済的な高温及び中温再生器部に特徴を有する三重効用吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷媒に水あるいは主成分として水を用い、吸収剤に塩類水溶液を用いる吸収冷凍機を対象とすると、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とする三重効用吸収冷凍機では、高温再生器の溶液温度が高く高温再生器出口の加熱源温度がそれに伴い高くなって、加熱源からの熱回収が不十分になりがちである。また、高温再生器の圧力及び温度を低く抑えるため、低温再生器あるいは中温再生器の濃度を上げられず、濃度幅を小さくしがちで、吸収器での濃度幅が小さくなり、吸収器能力が低下する傾向にある。さらに、三重効用吸収冷凍機のサイクルは各種存在するが、どのサイクルを用いても、高温再生器の内圧（溶液の飽和温度）及び溶液温度が高くなりがちであり、圧力容器としての強度上の問題あるいは高温による腐食の問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、加熱源からの熱回収を大きくし、高温再生器内の圧力及び温度を少しでも低下させて、強度上の問題あるいは高温による腐食の問題を緩和させると共に、吸収器濃度幅を大きくして、効率が良い三重効用吸収冷凍機を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明では、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液配管、冷媒配管で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記中温再生器を、高温再生器からの冷媒蒸気で加熱する中温再生器と、高温再生器を加熱した後の外部加熱源を用いて加熱する中温再生器の２つで構成することとしたものである。前記吸収冷凍機において、中温再生器の溶液配管は、高温再生器からの冷媒蒸気で加熱される中温再生器で濃縮された溶液を、高温再生器からの外部加熱源を用いて加熱される中温再生器に導くように接続するのがよい。
【０００５】また、本発明では、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液配管、冷媒配管で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記高温再生器と中温再生器とを複数段に分割した複数段の高温再生器と中温再生器とにそれぞれ溶液をシリーズに流すと共に、濃度の最も薄い段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の最も濃い段の中温再生器の加熱側に接続し、次いで薄い段の高温再生器からの冷媒蒸気を、次いで濃い段の中温再生器の加熱側に接続し、同様に、順次高温再生器からの冷媒蒸気を、中温再生器の加熱側に接続し、濃度の最も濃い段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の最も薄い段の中温再生器に接続することとしたものである。
【０００６】前記吸収冷凍機において、複数段の高温再生器と中温再生器とか、それぞれ２段づつ構成され、濃度の薄い方の段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の濃い方の段の中温再生器の加熱側に接続し、濃度の濃い方の段の高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の薄い方の段の中温再生器の加熱側に接続することができ、また、さらに、 中温再生器には、高温再生器を加熱した外部加熱源を用いて加熱する中温再生器を設けることができ、この場合、高温再生器からの冷媒蒸気で加熱される２段の中温再生器で濃縮された溶液を、外部加熱源を用いて加熱する中温再生器に導くように、溶液配管を接続することができる。また、前記した本発明の三重効用吸収冷凍機において、吸収器及び蒸発器を、それぞれ低段と高段の２個に分割し、分割したこれら各単一の吸収器と蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液を先ず低段吸収器に導き、その後、高段吸収器に導き、冷水は先ず、高段蒸発器に導き、次いで低段蒸発器に導くようにそれぞれの配管経路を構成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に本発明を詳細に説明する。本発明で外部熱源で加熱する中温再生器を追加したことにより、外部熱源の熱回収を、高温再生器よりも沸騰温度の低い中温再生器で行うことができ、熱回収量が増大する。また、冷媒蒸気で加熱濃縮された中温再生器からの濃溶液あるいは高温再生器で加熱濃縮された中温再生器からの濃い溶液あるいは高温再生器で濃縮された濃い溶液をさらに回収熱で濃縮するので、吸収器に戻る濃度は上昇し、吸収器での濃縮幅を大きくし、吸収器能力を充分利用できる。
【０００８】また、高温再生器及び中温再生器を複数段に分割し、濃度の最も薄い高温再生器からの冷媒蒸気を、濃度の最も濃い中温再生器の加熱側に接続し、溶液をシリーズに流し順次濃縮させることにより、中温再生器での濃度の違いによる沸騰温度（蒸発温度）の違いを利用して、高温再生器内の高濃度領域沸騰圧力を、高温再生器内の低濃度領域の沸騰圧力よりも低下させて、高濃度領域の沸騰温度を低下させようとするものである。本発明によると、高温再生器内の高濃度領域の冷媒蒸気を中温再生器の低濃度領域の伝熱部に導いており、高温再生器の高温度領域の沸騰温度を低下させることができる。また、特に、希溶液を低温再生器、中温再生器に導くサイクルにおいては、低温、中温再生器での溶液の沸騰温度を低くすることができ、より一層の沸騰温度の低下をさせることができる。
【０００９】以下、図面を参照にして本発明を具体的に説明するする。図１は、本発明の吸収冷凍機の一例を示す概略工程図である。図１において、１は蒸発器、２は吸収器、３は凝縮器、４は高温再生器、５は中温再生器、６は低温再生器、７は低温熱交換器、８は中温熱交換器、９は高温熱交換器、１０は外部熱源中温再生器、１２は再生器ポンプ、１３は溶液ポンプ、１４は冷媒ポンプ、１５は外部熱源、１６，１７は冷却水、１８は冷水、２０〜２６は溶液配管、２７〜３０は冷媒配管である。
【００１０】図１の作用について説明すると、吸収器２からの希溶液は溶液ポンプ１３により、低温熱交換器７の被加熱側に導入し、加熱側濃溶液と熱交換して温度を高め、低温熱交換器７を出た後、分岐して一部の希溶液を低温再生器６に導き、残部の希溶液を管２２で中温熱交換器８を経由して中温再生器５に導き、中温再生器５で濃縮された濃溶液の一部は、管２３で高温熱交換器９の被加熱側を経由して高温再生器４に導入し、外部熱源１５により加熱濃縮し、濃溶液となった溶液は、管２４で高温熱交換器９の加熱側を経由し、中温再生器５で濃縮された濃溶液の残部と共に、外部熱源で加熱される中温再生器１０に導かれる。溶液は、この中温再生器１０で、高温再生器４を経由してきた外部熱源１５により、加熱濃縮された後、中温熱交換器８の加熱側を経由し、低温再生器６からの濃溶液と共に、低温熱交換器７の加熱側に導く。低温熱交換器７の加熱側に入った濃溶液は、被加熱側の希溶液を加熱し、それ自身は冷却され、低温熱交換器７を出た後、吸収器２に入る。
【００１１】高温再生器４で、外部熱源５により加熱され、溶液から発生した冷媒蒸気は、管２７から中温再生器５の加熱側に導かれ、中温再生器５に導入された希溶液を加熱濃縮する。中温再生器５で発生した冷媒蒸気は、外部熱源で加熱される中温再生器１０からの冷媒蒸気と共に管２８で低温再生器６の加熱側に導かれ、低温熱交換器８の被加熱側を経由して導かれた希溶液を加熱濃縮し、加熱後の冷媒蒸気は凝縮して、凝縮器３に導かれる。低温再生器６で発生した冷媒蒸気は、凝縮器３に導かれ、冷却水１７により、冷却されて凝縮する。凝縮器３の冷媒は管２９より蒸発器１に導かれ、ここで、冷水１８から熱を奪い冷凍効果を発揮して蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、吸収器２にて、溶液に吸収される。吸収の際の吸収熱は吸収器を流れる冷却水１６により冷却される。蒸発しない冷媒は、冷媒ポンプ１４により管３０を通り蒸発器１に循環され、また、冷媒を吸収した希溶液は溶液ポンプ１３で熱交換器を通って循環される。中温再生器５から高温再生器４に導く際、再生器ポンプ１２側に優先的に導き、残りが溢れて、外部熱源で加熱される中温再生器１０に導かれる。
【００１２】図２は、本発明の三重効用吸収冷凍機の他の例を示す概略工程図であり、図２の符号は、すべて図１と同じ意味を有する。図２においては、図１との相違点は、吸収器２からの希溶液が、図２では、低温熱交換器７、中温熱交換器８、高温熱交換器９の被加熱側を通った後で、分岐されて、一部がそれぞれ、低温再生器６、中温再生器５、高温再生器４に導入されるように構成されている点であり、中温再生器５からの濃溶液は高温再生器４からの濃溶液と共に、全量外部熱源で加熱される中温再生器１０に導入されている。このように構成しても図１と同様の作用を有することができる。
【００１３】図３（ａ）は、本発明の吸収冷凍機の別の一例を示す概略工程図であり、図３（ｂ）に吸収器と蒸発器を２段とした部分拡大図を示す。図３においても符号は図１と同じ意味を有する。図３では、吸収器２からの希溶液は溶液ポンプ１３により、低温熱交換器７の被加熱側に導入し、加熱側の濃溶液と熱交換して温度を高め、低温熱交換器７を出た後、分岐して一部の希溶液を低温再生器６に導き、残部の希溶液を管２２で中温熱交換器８を経由して中温再生器５に導き、中温再生器５で濃縮された濃溶液の一部は、管２３で高温熱交換器９の被加熱側を経由して高温再生器４ａに導入して濃縮され、次いで高温再生器４ｂにてさらに濃縮された溶液は、管２４で高温熱交換器９の加熱側を経由し、中温再生器５で濃縮された濃溶液の残部と共に、中温熱交換器８の加熱側に導かれ、これを経由し、低温再生器６からの濃溶液と共に、低温熱交換器７の加熱側に導く。低温熱交換器７の加熱側に入った濃溶液は、被加熱側の希溶液を加熱し、それ自身は冷却され、低温熱交換器７を出た後、吸収器２に入る。
【００１４】高温再生器４では、外部熱源１５により加熱され、溶液は、４ａ、４ｂと順次濃縮され、この際発生する４ｂからの冷媒蒸気は、管２７から中温再生器５の低濃度側の加熱部５ａに導かれ、４ａからの冷媒蒸気は、中温再生器５の高濃度側の加熱部５ｂに導かれ、中温再生器５に導入された希溶液は５ａ、５ｂの順に加熱濃縮される。高温再生器４からの冷媒蒸気は加熱後凝縮して、低温再生器６加熱側（又は凝縮器３）に導かれる。中温再生器５で発生した冷媒蒸気は、管２８で低温再生器６の加熱側に導かれ、低温熱交換器８の被加熱側を経由して導かれた希溶液を加熱濃縮し、加熱後の冷媒蒸気は凝縮し、凝縮器３に導かれる。低温再生器６で発生した冷媒蒸気は、凝縮器３に導かれ、冷却水１７により、冷却されて凝縮する。
【００１５】凝縮器３の冷媒は管２９より蒸発器１に導かれ、ここで、冷水１８から熱を奪い冷凍効果を発揮して、蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、吸収器２にて、溶液に吸収される。吸収の際の吸収熱は吸収器を流れる冷却水１６により冷却される。蒸発しない冷媒は、冷媒ポンプ１４により管３０を通り蒸発器１に循環され、また、冷媒を吸収した希溶液は溶波ポンプ１３で熱交換器を通って循環される。中温再生器５から高温再生器４に導く際、再生器ポンプ１２側に優先的に導き、残りが溢れて、中温熱交換器８の加熱側に導かれるようにしている。
【００１６】図４は、本発明の吸収冷凍機の他の例を示す概略工程図であり、図４においては、吸収器２からの希溶液が低温熱交換器７、中温熱交換器８、高温熱交換器９の被加熱側を通った後で分岐されて、一部がそれぞれ低温再生器６、中温再生器５、高温再生器４に導入されるように構成されており、また、中温再生器５からの濃溶液は、高温再生器４からの濃溶液と共に全量中温熱交換器の加熱側に導入されている点で図３とは相違している。また、図５も本発明の吸収冷凍機の他の例を示す概略工程図であり、図３との相違点は、外部熱源１５で加熱する中温再生器１０を設けた点のみで相違している。図６に、本発明の三重効用吸収冷凍機が、適用できる溶液サイクル図を示す。図６で（ａ）シリーズフロー、（ｂ）分岐フロー、（ｃ）パラレルフロー、（ｄ）リパースフローであり、その他これらの組合せが適用でき、どのサイクルに適用しても、沸騰温度の低下が図れる。
【００１７】次に、冷水条件：入口１３℃、出口７℃、冷却水入口３１℃の場合のサイクル例を比較してみる。（冷媒に水を用い、吸収剤にＬｉＢｒ水溶液を用いる。）高温再生器と中温再生器とを一対のみとした場合、 蒸発器の蒸発温度 ５．５℃、 吸収器の溶液出口温度 ３６．０℃、 希溶液濃度 ５５．５ｗｔ％ 凝縮温度 ３７．０℃、 低温再生器溶液出口温度 ７６．２℃ 中温再生器露点 ８０．１℃、 中温再生器溶液出口温度１２５．４℃ 高温再生器露点 １２９．３℃、 高温再生器溶液出口温度１８６．９℃ 高温再生器圧力 ２．７０ｋｇ／ｃｍ2Ａ（１．６７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）
【００１８】
本発明によるフロー：図３ 蒸発器の蒸発温度 ５．５℃、 吸収器の溶液出口温度 ３６．０℃、 希溶液濃度 ５５．５ｗｔ％ 凝縮温度 ３７．０℃、 低温再生器溶液出口温度 ７６．２℃ 中温再生器露点 ８０．１℃、 中温再生器溶液中間温度１２３．４℃ ８０．１℃、 中温再生器溶液出口温度１２５．４℃ 高温再生器露点（ａ）１２９．３℃、 高温再生器溶液中間温度１８４．５℃ 高温再生器露点（ｂ）１２７．３℃、 高温再生器溶液出口温度１８４．５℃ 高温再生器圧力 ２．７０ｋｇ／ｃｍ2Ａ（１．６７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）
本発明により、圧力はほぼ同等であるが、温度的に有利になる。
【００１９】さらに、図３（ｂ）に示すように、前記吸収冷凍機において、吸収器及び蒸発器をそれぞれ低段２’、１’と高段２’’、１’’の２個に分割し、分割したこれら各単一の吸収器、蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液を先ず低段吸収器２’に導き、その後、高段吸収器２’’に導くようにして、希溶液濃度を希薄にして、低温、中温各再生器での沸騰温度をさらに低下させると、高温再生器の圧力、温度を低下させることができ、さらに、効果がでる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によると、外部熱源で加熱する中温再生器を付加することにより、外部熱源の熱回収を充分行って、熱効率を上げると共に、吸収器出入りの温度幅を大きくとることができるので、吸収器能力を充分利用して、冷凍機の能力を充分発揮する事ができる。また、高温再生器と中温再生器とを複数段に分割し、溶液をシリーズに流すようにしたことにより高温発生器の圧力、温度を低下させることができ、腐食環境が緩和し、また、圧力上の問題も緩和でき、従来から、二重効用で用いられている軟鋼等の材料が使用できるようになった。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２３９
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月８日（１９９８．１２．８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９４２８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉嶺 桂 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７１１１９（Ｐ２０００−１７１１１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４８３４０ |
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