| 【発明の名称】 |
吸収式冷凍機 |
| 【発明者】 |
【氏名】田中 貴雄
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| 【要約】 |
【課題】化学プラントの塔頂蒸気などを熱源として、塔底加熱はもちろん、化学プラントなどで得られる製品や中間製品などの冷却も行えるようにする。
【解決手段】化学プラントの塔頂蒸気などを熱源として冷媒を蒸発させる高温蒸発器７と、この高温蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる高温吸収器１１と、被冷却流体を冷媒の蒸発熱で冷却させる低温蒸発器５と、この低温蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる低温吸収器９と、吸収液を塔頂蒸気などで加熱して冷媒を蒸発分離し、冷媒が低濃度になった吸収液を低温吸収器９、高温吸収器１１の順に循環供給する再生器１と、この再生器から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮し、高温および低温蒸発器に供給する凝縮器３とを備える吸収式冷凍機。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱源流体が供給されて冷媒を蒸発させる高温蒸発器と、この高温蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる高温吸収器と、被冷却流体を冷媒の蒸発熱で冷却させる低温蒸発器と、この低温蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる低温吸収器と、吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離し、冷媒が低濃度になった吸収液を低温吸収器、高温吸収器の順に循環供給する再生器と、この再生器から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮し、高温および低温蒸発器に供給する凝縮器と、を備えたことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】 低温吸収器から高温吸収器に供給される吸収液と、再生器から低温吸収器に供給される吸収液とが熱交換する低温熱交換器、および高温吸収器に供給される吸収液と、高温吸収器から再生器に戻される吸収液とが熱交換する高温熱交換器が設けられたことを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍機。
【請求項３】 再生器で冷媒蒸気を分離した吸収液が高温吸収器に流入可能に管路が形成されると共に、再生器から低温吸収器に吸収液を供給する管路と、凝縮器から低温蒸発器に冷媒液を流す管路とに弁が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の吸収式冷凍機。
【請求項４】 再生器から低温吸収器に吸収液を供給する管路の弁（以下、第1の弁と云う）が低温熱交換器の上流側に設けられられると共に、低温吸収器で冷媒蒸気を吸収した吸収液を高温吸収器に供給する管路の高温熱交換器上流側に弁（以下、第２の弁と云う）が設けられ、且つ、この第２の弁の上流側管路と、低温熱交換器と第１の弁の間の管路とが、弁を備えた管路で連結されたことを特徴とする請求項３記載の吸収式冷凍機。
【請求項５】 被冷却流体の低温蒸発器出口側温度または低温蒸発器内の冷媒の温度に基づいて、低温吸収器に供給される吸収液の流量を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜４何れかに記載の吸収式冷凍機。
【請求項６】 低温蒸発器内の冷媒液の液面に基づいて、凝縮器から低温蒸発器に供給する冷媒液の流量を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜５何れかに記載の吸収式冷凍機。
【請求項７】 低温吸収器内の吸収液の液面に基づいて、低温吸収器から高温吸収器に供給する吸収液の流量を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜６何れかに記載の吸収式冷凍機。
【請求項８】 冷却流体が流れる管路が低温吸収器と凝縮器とに並列に設けられると共に、被冷却流体の温度に基づいて低温吸収器に供給する冷却流体の流量を制御し、且つ、高温蒸発器で発生する冷媒蒸気の圧力またはその温度、あるいは高温吸収器に供給される流体の入口または出口温度に基づいて、凝縮器に供給する冷却流体の流量を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜７何れかに記載の吸収式冷凍機。
【請求項９】 低温蒸発器から高温蒸発器に冷媒液が供給可能に管路が設けられたことを特徴とする請求項１〜８何れかに記載の吸収式冷凍機。
【請求項１０】 低温蒸発器における冷媒液の量に基づいて、低温蒸発器から高温蒸発器への冷媒液の供給を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項９に記載の吸収式冷凍機。
【請求項１１】 再生器、高温蒸発器の少なくとも何れかで加熱作用を終えた熱源流体と、凝縮器から高温蒸発器に供給される冷媒液とが熱交換する熱交換器が設けられたことを特徴とする請求項１〜１０何れかに記載の吸収式冷凍機。
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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、排熱を熱源として駆動する吸収式冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学プラントなどに併設され、プラントから出る排熱を利用して駆動する従来の吸収式冷凍機は、加熱を目的としたものであり、製品や中間製品などの冷却が必要な場合には、冷凍機を別途設置していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、加熱と冷却機能を併有させる場合には、従来は広い設置スペースが必要になると共に、その配管も複雑になると云った欠点があり、これが解決すべき課題となっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の課題を解決するため、熱源流体が供給されて冷媒を蒸発させる高温蒸発器と、この高温蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる高温吸収器と、被冷却流体を冷媒の蒸発熱で冷却させる低温蒸発器と、この低温蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる低温吸収器と、吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離し、冷媒が低濃度になった吸収液を低温吸収器、高温吸収器の順に循環供給する再生器と、この再生器から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮し、高温および低温蒸発器に供給する凝縮器と、を備えるようにした第１の構成の吸収式冷凍機と、【０００５】前記第１の構成の吸収式冷凍機において、低温吸収器から高温吸収器に供給される吸収液と、再生器から低温吸収器に供給される吸収液とが熱交換する低温熱交換器、および高温吸収器に供給される吸収液と、高温吸収器から再生器に戻される吸収液とが熱交換する高温熱交換器を設けるようにした第２の構成の吸収式冷凍機と、【０００６】前記第１または第２の構成の吸収式冷凍機において、再生器で冷媒蒸気を分離した吸収液が高温吸収器に流入可能に管路を形成すると共に、再生器から低温吸収器に吸収液を供給する管路と、凝縮器から低温蒸発器に冷媒液を流す管路とに弁を設けるようにした第３の構成の吸収式冷凍機と、【０００７】前記第３の構成の吸収式冷凍機において、再生器から低温吸収器に吸収液を供給する管路の弁（以下、第１の弁と云う）を低温熱交換器の上流側に設けると共に、低温吸収器で冷媒蒸気を吸収した吸収液を高温吸収器に供給する管路の高温熱交換器上流側に弁（以下、第２の弁と云う）を設け、且つ、この第２の弁の上流側管路と、低温熱交換器と第１の弁の間の管路とを、弁を備えた管路で連結するようにした第４の構成の吸収式冷凍機と、【０００８】前記第１〜第４何れかの構成の吸収式冷凍機において、被冷却流体の低温蒸発器出口側温度または低温蒸発器内の冷媒の温度に基づいて、低温吸収器に供給される吸収液の流量を制御する制御手段を設けるようにした第５の構成の吸収式冷凍機と、【０００９】前記第１〜第５何れかの構成の吸収式冷凍機において、低温蒸発器内の冷媒液の液面に基づいて、凝縮器から低温蒸発器に供給する冷媒液の流量を制御する制御手段を設けるようにした第６の構成の吸収式冷凍機と、【００１０】前記第１〜第６何れかの構成の吸収式冷凍機において、低温吸収器内の吸収液の液面に基づいて、低温吸収器から高温吸収器に供給する吸収液の流量を制御する制御手段を設けるようにした第７の構成の吸収式冷凍機と、【００１１】前記第１〜第７何れかの構成の吸収式冷凍機において、冷却流体が流れる管路を低温吸収器と凝縮器とに並列に設けると共に、被冷却流体の温度に基づいて低温吸収器に供給する冷却流体の流量を制御し、且つ、高温蒸発器で発生する冷媒蒸気の圧力またはその温度、あるいは高温吸収器に供給される流体の入口または出口温度に基づいて、凝縮器に供給する冷却流体の流量を制御する制御手段を設けるようにした第８の構成の吸収式冷凍機と、【００１２】前記第１〜第８何れかの構成の吸収式冷凍機において、低温蒸発器から高温蒸発器に冷媒液が供給可能に管路を設けるようにした第９の構成の吸収式冷凍機と、【００１３】前記第９の構成の吸収式冷凍機において、低温蒸発器における冷媒液の量に基づいて、低温蒸発器から高温蒸発器への冷媒液の供給を制御する制御手段を設けるようにした第１０の構成の吸収式冷凍機と、【００１４】前記第１〜第１０何れかの構成の吸収式冷凍機において、再生器、高温蒸発器の少なくとも何れかで加熱作用を終えた熱源流体と、凝縮器から高温蒸発器に供給される冷媒液とが熱交換する熱交換器を設けようにした第１１の構成の吸収式冷凍機と、を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、冷媒に水、吸収液に臭化リチウム水溶液を使用し、例えば化学プラントから供給される塔頂蒸気を熱源として駆動し、塔頂蒸気の温度より高い熱を得て塔底加熱などを行うと共に、適宜の流体、例えば化学プラントで生成されるヘキサンなど（以下、被冷却流体と云う）を所定の温度に冷却する吸収式冷凍機を例に挙げて説明する。
【００１６】図１において、１は伝熱管2を内部に備えた再生器、３は伝熱管４を内部に備えた凝縮器、５は伝熱管６を内部に備えた低温蒸発器、７は伝熱管８を内部に備えた高温蒸発器、９は伝熱管１０を内部に備えた低温吸収器、１１は伝熱管１２を内部に備えた高温吸収器、１３と１４は低温および高温熱交換器、１５、１６、１７、１８は弁、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は冷媒ポンプ、Ｐ４、Ｐ５は吸収液ポンプであり、それぞれ図のように設けられて冷媒と吸収液との循環路が形成されている。
【００１７】また、温度センサ１９と２０が、図に示す位置に設けられて、伝熱管６で冷却されて低温蒸発器５から吐出した被冷却流体の温度と、伝熱管１２に供給される温水の温度が検出できるようになっている。
【００１８】また、伝熱管４、伝熱管１０に連なる各管路には流量制御弁２１、２２が設けられて、それぞれに冷却水が独立制御で供給できるようになっている。
【００１９】また、低温蒸発器５と低温吸収器９には、液面センサ２３、２４がそれぞれ設けられて、冷媒液と吸収液の液面位置がそれぞれ検出できるようになっている。そして、２５が、マイコンなどを備えて構成される制御手段である。
【００２０】再生器１は、化学プラントから供給される９０℃程度の塔頂蒸気が熱源として内部の伝熱管２に通され、冷媒の水を多量に含んで上方から散布される吸収液、すなわち稀液を前記塔頂蒸気が保有する熱によって加熱し、吸収液から冷媒蒸気を分離する。
【００２１】再生器１で分離された冷媒蒸気は凝縮器３に入り、ここで伝熱管４の内部を流れる冷却水に放熱して凝縮液化する。
【００２２】凝縮器３で放熱して液化した冷媒液は、冷媒ポンプＰ１によって低温蒸発器５と高温蒸発器７とに供給される。
【００２３】低温蒸発器５に入った冷媒液は、内部に配設された伝熱管６の上に冷媒ポンプＰ２によって散布され、伝熱管６内部に流される被冷却流体の熱を奪って蒸発し、例えば３５℃の被冷却流体が２０℃に冷却される。
【００２４】低温蒸発器５で蒸発した冷媒蒸気は低温吸収器９に入り、再生器１から供給されて上方から散布される吸収液、すなわち塔頂蒸気による加熱により冷媒を蒸発分離し、吸収液濃度が高まった濃液に吸収され、中間液となって吸収液ポンプＰ４により高温吸収器器１１に供給される。
【００２５】なお、再生器１から低温吸収器９に供給される吸収液（濃液）と、低温吸収器９から高温吸収器１１に供給される吸収液（中間液）とは低温熱交換器１３で熱交換し、低温吸収器９に入る吸収液（濃液）の温度は下がり、高温吸収器１１に入る吸収液（中間液）の温度は上がるので、低温蒸発器５における冷媒の蒸発を促進するために低温吸収器９で要求される冷却量は減少し、高温吸収器１１に入ってくる温水に対する伝熱管１２の加熱作用は強まる。
【００２６】また、低温吸収器９の内部には伝熱管１０が配設され、ここには冷却水が供給されて、上方から散布される吸収液（濃液）は冷却されるので、低温蒸発器５から入ってくる冷媒蒸気は吸収液に良く吸収される。
【００２７】一方、高温蒸発器７に入った冷媒液は、内部に配設された伝熱管８の上に冷媒ポンプＰ３によって散布され、その内部を流れる高温流体、例えば前記塔頂蒸気などの熱を奪って蒸発し、高温吸収器１１に入る。
【００２８】高温吸収器１１に入った冷媒蒸気は、吸収液ポンプＰ４により低温吸収器１１から供給されて上方から散布される吸収液（中間液）に吸収され、吸収液濃度がさらに下がって、すなわち稀液となって圧力差と自重により再生器１に戻される。
【００２９】低温吸収器９から高温吸収器１１に供給される吸収液（中間液）と、高温吸収器１１から再生器１に戻される吸収液（稀液）とは高温熱交換器１４で熱交換し、高温吸収器１１に入る吸収液（中間液）の温度は高くなるので、伝熱管１２で加熱して高温吸収器１１から取り出す利用温水の熱量を増やすことができる。
【００３０】すなわち、高温吸収器１１の内部に設けられた伝熱管１２には、所定の温度に制御される温水が供給され、上方から散布される吸収液の温度が高くなり過ぎないように冷却しているので、高温蒸発器７から入ってくる冷媒蒸気の吸収液への吸収が妨げられることはない。そして、この高温吸収器１１の伝熱管１２で吸収液を冷却し、１３０℃程度に温度上昇した温水が塔底加熱などに供給される。
【００３１】上記のように冷媒と吸収液とが循環する吸収式冷凍機にいて、制御手段２５は少なくとも以下に示す機能を備えている。
【００３２】例えば、高温吸収器１１の伝熱管１２内に通水して加熱した温水で塔底加熱などを行うと共に、例えば３５℃で供給される被冷却流体を、伝熱管６に通して２０℃に冷却するように、弁１５、１６、１８を開弁し、弁１７を閉弁して上記構成の吸収式冷凍機を運転する場合を例に挙げて説明すると、制御手段２５は温度センサ２０が検出する温水の温度が設定値になるように、流量制御弁２１の開度を制御する。
【００３３】すなわち、流量制御弁２１は、例えば予め設定された所定の開度を基本に、温度センサ２０が検出する温水の温度が設定値より高い（低い）とその開度を絞って（開いて）凝縮器３の伝熱管４に供給する冷却水の量を減らし（増やし）、再生器１における塔頂蒸気からの熱の取り込み量を減らして（増やして）、高温吸収器１１から加熱して供給する温水の温度を下げ（上げ）、設定値になるように、制御手段２５によって制御される。
【００３４】また、制御手段２５は、温度センサ１９が検出する被冷却流体の温度が設定値になるように、流量制御弁２２の開度を制御する。
【００３５】流量制御弁２２は、例えば予め設定された所定の開度を基本に、温度センサ１９が検出する被冷却流体の温度が設定値より高い（低い）とその開度を開いて（絞って）低温吸収器９の伝熱管１０に通水する冷却水の量を増やし（減らし）、低温吸収器９における吸収液と冷媒の放熱量を増やして（減らして）低温蒸発器５での冷媒の蒸発を促進し（抑え）、低温蒸発器５から冷却して供給する被冷却流体の温度を下げ（上げ）、設定値になるように、制御手段２５によって制御される。
【００３６】また、制御手段２５は、温度センサ１９が検出する被冷却流体の温度が設定値になるように、弁１５の開度を制御する。
【００３７】すなわち、弁１５は、例えば予め設定された所定の開度を基本に、温度センサ１９が検出する被冷却流体の温度が設定値より高い（低い）とその開度を開いて（絞って）低温吸収器９に供給する吸収液（濃液）の流量を増やし（減らし）、低温吸収器９における冷媒吸収量を増やして（減らして）低温蒸発器５での冷媒の蒸発を促進し（抑え）、低温蒸発器５から冷却して供給する被冷却流体の温度を下げ（上げ）、設定値になるように、制御手段２５によって制御される。
【００３８】また、制御手段２５は、液面センサ２３が検出する冷媒液の液面レベルが所定位置にあるように、弁１８の開度を制御する。
【００３９】すなわち、弁１８は、予め設定された所定の開度を基本に、液面センサ２３が検出する冷媒液の液面が所定の位置より高いとその開度を絞り、液面センサ２３が検出する冷媒液の液面が所定の位置より低いとその開度を増やすように制御したり、あるいは単に開閉制御して、低温蒸発器５における冷媒液の液面が所定の範囲内に制御される。
【００４０】また、制御手段２５は、液面センサ２４が検出する吸収液の液面レベルが所定位置にあるように、吸収液ポンプＰ４の運転を制御する。
【００４１】すなわち、制御手段２５は、低温吸収器９内の吸収液の液面が所定の範囲にあるように吸収液ポンプＰ４の回転数を制御したり、吸収液ポンプＰ４を単にオン／オフ制御して、低温吸収器９における吸収液の液面位置を制御する。
【００４２】なお、弁１５の開度を温度センサ１９が検出する被冷却流体の温度に基づいて制御する代わりに、低温蒸発器５内の冷媒の温度に基づいて制御するように、制御手段２５を構成することもできる。
【００４３】また、吸収液ポンプＰ４による制御によって低温吸収器９内の吸収液の液面が所定の範囲にあるように制御する代わりに、弁１６の開度を調整して低温吸収器９における吸収液の液面位置を制御するように、制御手段２５を構成することもできる。
【００４４】また、温度センサ２０が検出する温水の温度が設定値になるように流量制御弁２１の開度を制御する代わりに、高温吸収器１１から加熱して供給する温水の温度、または高温蒸発器７で発生する冷媒蒸気の圧力、あるいはその温度が所定値になるように、流量制御弁２１の開度を制御するするように、制御手段２５を構成することもできる。
【００４５】また、弁１５、１６、１７、１８を閉弁すると、再生器１、凝縮器３、高温蒸発器７、高温吸収器１１側だけで冷媒と吸収液とを循環させることができるので、加熱機能だけを有する装置として利用することもできる。
【００４６】なお、弁１７を開弁し、弁１５、１６を閉弁した状態で吸収液ポンプＰ４を運転すると、低温吸収器９と低温熱交換器１３の間で吸収液が循環するので、低温吸収器９で吸収液に冷媒を吸収させる吸収液の希釈運転が行える。
【００４６】また、図２に示したように、冷媒ポンプＰ２によって低温蒸発器５から高温蒸発器７に冷媒液が揚送可能に配管すると共に、弁２６をその管路に設け、低温蒸発器５における冷媒液の液面が所定位置より高くなったときに、制御手段２５からの指令によって弁２６を開け、冷媒ポンプＰ２によって送られている冷媒液の一部が高温蒸発器７に揚送されるように構成することもできる。
【００４７】また、低温蒸発器５から高温蒸発器７に揚送する冷媒液の量が、冷媒ポンプＰ２の回転数によって制御可能に構成することもできる。
【００４８】また、凝縮器３から低温蒸発器５への冷媒液の供給は、この図２に示したように圧力差と自重で流入するように構成することもできる。
【００４９】さらに、凝縮器３から高温蒸発器７に供給される冷媒蒸気が、再生器１と高温蒸発器７の何れか、または両方に供給されて加熱作用を果たした塔頂蒸気のドレンと熱交換するための熱交換器を設置し、凝縮器３からの冷媒液が予熱されて高温蒸発器７に供給されるように構成し、熱回収の効率を一層高めるようにすることなども可能である。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の吸収式冷凍機によれば、化学プラントの塔頂蒸気などを熱源として、塔底加熱などの加熱作用はもちろん、化学プラントなどで得られる製品や中間製品などの冷却が一つの装置で行えるので、従来のような広い設置スペースは不要となるし、その配管が複雑になると云ったこともない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月７日（１９９８．１２．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２２２５
【弁理士】
【氏名又は名称】秋元 輝雄
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７１１２２（Ｐ２０００−１７１１２２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４７３３３ |
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