(57)【要約】蒸気吸収冷凍が、凝縮ステージにおいて蒸気形態の冷媒を凝縮して凝縮冷媒を得ることと、当該冷媒の少なくとも一部が蒸発するように高温媒体との熱伝達にさらされる膨張／蒸発ステージに送ることとによって行われる。蒸発冷媒は蒸発ステージから吸収ステージに至り、ここでその一部が第１圧力において吸収体に吸収される。これにより、部分的冷媒豊富吸収体が得られる。この吸収体は、第１圧力よりも高い第２圧力にある圧縮吸収ステージにおいて蒸発冷媒と接触して冷媒豊富吸収体が得られる。これが圧縮吸収ステージから冷媒再生ステージに至り、ここで蒸気形態の冷媒が回収されて冷媒減損吸収体が得られる。回収された冷媒は凝縮ステージに再循環される。冷媒減損吸収体は吸収ステージに再循環されて吸収体を構成する。
2013539007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気吸収冷凍を行う方法であって、
凝縮ステージにおいて、蒸気形態の冷媒を凝縮して凝縮又は液化冷媒を得ることと、
前記液化冷媒を膨張／蒸発ステージに送ることと、
前記膨張／蒸発ステージにおいて、前記冷媒を高温媒体に対する熱伝達にさらすことであって、前記高温媒体から前記冷媒に熱が伝達されて前記高温媒体は所望の冷凍温度まで冷却され、前記冷媒は、前記液化冷媒の少なくとも一部が蒸発することにより蒸発冷媒が得られるように加熱されることと、
前記蒸発冷媒を前記蒸発ステージから吸収ステージに送ることと、
前記吸収ステージにおいて、前記蒸発冷媒の一部を第１圧力で吸収体に吸収させることにより部分的冷媒豊富吸収体を得ることと、
圧縮吸収ステージにおいて、前記第１圧力よりも大きな第２圧力での圧縮下、前記部分的冷媒豊富吸収体を蒸発冷媒と接触させることにより、蒸発冷媒を前記部分的冷媒豊富吸収体に吸収させ及び冷媒豊富吸収体を得ることと、
冷媒豊富吸収体を前記圧縮吸収ステージから冷媒再生ステージに送ることと、
前記再生ステージにおいて、前記冷媒豊富吸収体から蒸気形態の冷媒を回収することにより、冷媒減損吸収体を得ることと、
回収された蒸発冷媒を前記再生ステージから前記凝縮ステージに再循環させることと、
冷媒減損吸収体を前記再生ステージから前記吸収ステージに再循環させることであって、前記回収された冷媒減損吸収体は前記吸収ステージにおける前記吸収体を構成することと
を含む方法。
【請求項２】
前記吸収ステージにおいて前記蒸発冷媒を前記冷媒減損吸収体に吸収させることは、
予備接触ステージにおいて、蒸発冷媒を前記冷媒減損吸収体と接触させて部分的冷媒飽和吸収体を得ることと、
主要接触ステージにおいて、蒸発冷媒を前記部分的冷媒飽和吸収体と接触させることにより前記部分的冷媒豊富吸収体を得ることと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予備接触ステージは予備飽和ステージであり、
前記主要接触ステージは予備吸収ステージであり、
前記吸収ステージにおいて前記蒸発冷媒を前記冷媒減損吸収体に吸収せることは、
蒸発冷媒を前記蒸発ステージから前記予備吸収ステージ内に送ることと、
前記予備吸収ステージにおいて、蒸発冷媒を前記予備飽和ステージからの吸収液体に吸収させることと、
前記予備吸収ステージから未吸収蒸発冷媒を引き出し、前記再生ステージからの冷媒減損吸収体とともに前記予備飽和ステージ内に送ることであって、前記冷媒減損吸収体は、前記予備飽和ステージにおいて前記蒸発冷媒と予備接触及び部分的に飽和されることにより、前記部分的冷媒飽和吸収体が得られることと、
前記部分的冷媒飽和吸収体を前記予備飽和ステージから引き出して前記予備吸収ステージ内に送り、予備吸収ステージにおいて吸収液体構成させることと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記予備飽和ステージ及び前記予備吸収ステージは、第１圧力である圧力１．３絶対バールから約４．５絶対バールで動作する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記予備飽和ステージにおいて前記冷媒減損吸収体を前記未吸収蒸発冷媒と接触させることは、これにより接触した冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒を冷却熱伝達にさらすことを含む、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記冷媒減損吸収体を前記未吸収蒸発冷媒と接触させること及び前記これにより接触した冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒を冷却熱伝達にさらすことは、未吸収蒸発冷媒の冷媒減損吸収体への物質移動及び冷却熱交換が同時に生じるように同時に有効にされる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記圧縮吸収ステージにおいて前記部分的冷媒豊富吸収体及び蒸発冷媒を圧縮吸収にさらすことは、
前記予備飽和ステージから残留蒸発冷媒を引き出すことと、
前記予備吸収ステージから部分的冷媒豊富吸収体を引き出すことと、
前記予備飽和ステージから前記残留蒸発冷媒を及び前記予備吸収ステージから部分的冷媒豊富吸収体を前記圧縮吸収ステージに送ること、及び、前記残留蒸発冷媒を第２圧力である増加した圧力下で前記部分的冷媒豊富吸収体と接触させることにより、前記冷媒再生ステージに送られる冷媒豊富吸収体を形成することと
を含む、請求項３から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記圧縮吸収ステージにおいて前記部分的冷媒豊富吸収体及び蒸発冷媒を圧縮吸収にさらすことは、圧縮機によって達成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記圧縮機は液体リングポンプであり、
前記部分的冷媒豊富吸収体及び残留蒸発吸収体が前記液体リングポンプの吸入側に送られる一方、前記冷媒豊富吸収体が前記液体リングポンプの吐出側から吐出される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記残留蒸発冷媒は、前記圧縮吸収ステージにおいて第２圧力である圧力約３．５絶対バールから約１０絶対バールで前記部分的冷媒豊富吸収体と接触する、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記冷媒はアンモニアであり、前記吸収体は水である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
吸収冷凍装置であって、
蒸気形態の冷媒が凝縮されて凝縮又は液化冷媒が得られる凝縮器と、
前記冷媒が高温媒体との熱伝達にさらされて熱形態のエネルギーが前記高温媒体から前記冷媒に輸送され得る膨張器／蒸発器ステージであって、前記凝縮器から前記膨張器／蒸発器ステージに至る凝縮冷媒輸送管により前記高温媒体が所望の冷凍温度まで冷却又は冷凍され及び前記冷媒が蒸発される膨張器／蒸発器ステージと、
吸収ステージであって、前記蒸発器ステージから前記吸収ステージ内に至る蒸発冷媒輸送管により前記蒸発冷媒が第１圧力で吸収体に吸収されて部分的冷媒豊富吸収体が得られる吸収ステージと、
前記部分的冷媒豊富吸収体が前記第１圧力より大きな第２圧力で未吸収蒸発冷媒と接触して冷媒豊富吸収体が得られる圧縮吸収ステージと、
再生器ステージであって、前記再生器ステージ内に至る冷媒豊富吸収体輸送管により前記冷媒が前記冷媒豊富吸収体から蒸気形態で回収されることによって冷媒減損吸収体が得られる再生器ステージと、
前記再生器ステージから前記凝縮器に至る回収蒸発冷媒輸送管であって、回収された冷媒が前記再生器から引き出されて前記凝縮器に送られる回収蒸発冷媒輸送管と、
前記再生器から前記吸収ステージ内に至る冷媒減損吸収体輸送管であって、前記再生器から冷媒減損吸収体が引き出されて前記冷媒減損吸収体は前記吸収ステージにおける前記吸収体を構成する冷媒減損吸収体輸送管と
を含む装置。
【請求項１３】
前記吸収ステージは、
冷媒減損吸収体が蒸発冷媒と予備接触して部分的冷媒飽和吸収体が得られる予備接触ステージと、
前記部分的冷媒飽和吸収体が蒸発冷媒と接触して部分的冷媒豊富吸収体が得られる主要接触ステージと
を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記主要接触ステージは予備吸収器であり、
前記予備接触ステージは予備飽和器であり、
前記吸収ステージは前記予備吸収器及び前記予備飽和器を含み、
蒸発冷媒が前記蒸発冷媒輸送管に沿って前記蒸発器から前記予備吸収器に供給され、前記蒸発冷媒は、前記予備飽和器から前記予備吸収器内に至る吸収液体輸送管を介して前記予備吸収器において前記予備飽和器からの吸収液体と接触し及びこれに吸収されて部分的豊富吸収体が得られ、
冷媒減損吸収体が、冷媒減損吸収体輸送管に沿って前記再生器から前記予備飽和器に供給され、前記予備吸収器から前記予備飽和器に至る未吸収蒸発冷媒輸送管を介して前記予備吸収ステージからの未吸収蒸発冷媒と接触することにより前記冷媒減損吸収体が予備飽和される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記予備飽和器は、前記未吸収蒸発冷媒及び前記冷媒減損吸収体の接触が少なくとも部分的に有効となる予備飽和器フラッシュ容器を含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記予備飽和器は、冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒が供給される予備飽和器熱交換器を含み、
前記冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒は、前記熱交換器において互いに接触し、
前記予備飽和器熱交換器は、前記未吸収蒸発冷媒の前記冷媒減損吸収体への吸収から生じる吸収熱の除去を目的とする冷却熱伝達を与えることができる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記予備飽和器フラッシュ容器は、予備飽和器熱交換器から下流に設けられる、請求項１５及び１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記圧縮吸収ステージは圧縮機を含む、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記圧縮機は液体リングポンプを含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記冷媒はアンモニアであり、前記吸収体は水である、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍に関する。詳しくは、本発明は蒸気吸収冷凍に関する。本発明は、蒸気吸収冷凍を行う方法及び蒸気吸収冷凍装置を与える。本発明はさらに、蒸気吸収冷凍システムの吸収ステージを操作する方法、及び蒸気吸収冷凍装置のための吸収ステージ設置の方法も与える。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、主な２つの熱伝達レジームの一方が冷凍に使用されている。すなわち、蒸気圧縮又は蒸気吸収である。本発明は後者に関する。
【０００３】
蒸気圧縮サイクル及び蒸気吸収冷凍サイクルは双方とも、一般的に、逆ランキンサイクル又は逆カルノーサイクルに基づく。これは、連続的に（ｉ）圧縮ステージにおいて気体冷媒の圧力を増加し、（ｉｉ）当該冷媒を一定圧力で凝縮して液化することにより当該冷媒の熱容量を低減し、（ｉｉｉ）部分的に蒸発した冷媒を得るべくバルブを介して又は膨張タービンを通して当該圧力を低減し、及び（ｉｖ）高温にあってそれゆえ当該冷媒との熱交換によって冷却される水、空気等の流体である熱伝達媒体との熱伝達関係をもたらすことによって当該冷媒をさらに蒸発させることを含む。その後、蒸発された冷媒が圧縮ステージに戻り当該サイクルが繰り返される。熱伝達媒体は冷却又は冷凍される。
【０００４】
蒸気圧縮サイクルと蒸気吸収サイクルとの大きな違いは、冷媒の圧力を増加させる態様にある。蒸気圧縮冷凍サイクルにおいては、圧縮は、圧縮機によって機械的に達成される。圧縮機は、蒸気圧縮冷凍システムに対する主要な仕事入力要件を構成する。しかしながら、蒸気吸収冷凍サイクルにおいては、圧縮機は、（ｉ）吸収器、（ｉｉ）冷媒豊富吸収体を当該吸収器から通過させるポンプ、及び（ｉｉｉ）生成器又は再生器カラムによって置換される。すなわち、蒸発された冷媒が吸収器において、液体である吸収体と接触し、ポンプが冷媒豊富吸収体を吸収器から生成器又は再生器カラムまで通過させ、カラムの中で冷媒豊富吸収体から冷媒が分留され、冷媒豊富蒸気が、凝縮器内で凝縮されるのに十分高い圧力にあるオーバーヘッド生成物として当該カラムから出る。
【０００５】
上述の簡単な説明から、蒸気吸収冷凍サイクル又はシステムへの仕事入力は、循環ポンプを動かすのに必要な仕事と、冷媒豊富吸収体から冷媒を蒸発させひいては回収するのに必要な仕事又は熱とを含むということになる。したがって、蒸気吸収冷凍システムにおいては、特定の冷却効果を与えるべくシステムへの必要な仕事入力を低減してパフォーマンス係数を高めることが望まれる。
【０００６】
いくつかの因子が、蒸気吸収冷凍システムによって達成可能なパフォーマンス係数に影響を与える。このような因子の一つが、達成可能な再生器オーバーヘッド温度、すなわち再生器から離れる冷媒の温度である。この温度は、システムの動作圧力を決定し、パフォーマンス係数に有意な影響を与える。増加した温度によって、冷却デューティの大部分を、所望蒸発温度までの冷媒の冷却に費やさなければならなくなるからである。
【０００７】
効率に影響を与えるもう一つの因子は、再生器オーバーヘッド生成物において回収される冷媒の純度である。これは特に、蒸発器の効率に影響を与えることとなる。詳しくは、オーバーヘッド生成物に含有される任意の吸収体によって、冷媒よりもむしろ当該吸収体を冷却するのに冷却デューティの一部を費やす必要が生じる。
【０００８】
蒸気吸収冷凍システムの効率的な動作に対するなおもさらなる制限は、吸収器の塔底平衡温度、すなわち冷媒豊富吸収体の温度である。この温度は、吸収器出口温度における冷媒豊富吸収体の蒸気圧を考慮して生成器が動作しなければならない圧力に影響を与える。詳しくは、吸収器出口温度が高ければ高いほど、冷媒に対する吸収体の比を高くする必要があり、ひいては再生器への必要な入熱を増加させる必要がある。
【０００９】
さらに注目すべきなのは、吸収冷凍システムの典型的な動作が、蒸発器内で蒸発された冷媒、例えばアンモニアを、溶媒、例えば水に低圧力で溶解（すなわち吸収）させ、その後、蒸溜によって当該水から冷媒、例えばアンモニアを分離する点にある。蒸溜圧力は、分離された冷媒が、利用可能な冷却用媒体によって達成可能な温度にある凝縮器において凝縮され得る程度に高い必要がある。この原則の結果、大量の溶媒、例えば水が、この入熱が回復できない温度において加熱及び冷却される。また、例えば、水は蒸発の潜熱が高いので、放熱量が高い傾向にある。圧縮冷凍システムに関しては、唯一の循環流体が例えばアンモニアのような冷媒なので、当該システムを循環する例えば水のような、吸収冷凍システムにおいて該当する溶媒に関連する熱負荷が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４０５６４８４（Ａ１）号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２０５，１３７号明細書
【発明の概要】
【００１１】
したがって、本発明は、蒸気吸収冷凍を行うのに必要な入熱量を低減する一方で前述のプロセス制限を解決することによりそのパフォーマンス係数を増加させることを目的とする。
【００１２】
本発明の一側面によれば、蒸気吸収冷凍を行う方法が与えられる。本方法は、
凝縮ステージにおいて、蒸気形態の冷媒を凝縮して凝縮又は液化冷媒を得ることと、
液化冷媒を膨張／蒸発ステージに送ることと、
膨張／蒸発ステージにおいて、冷媒を高温媒体に対する熱伝達にさらすことであって、高温媒体から冷媒に熱が伝達されて高温媒体は冷却され、冷媒は、液化冷媒の少なくとも一部分が蒸発して蒸発冷媒が得られるように加熱されることと、
蒸発冷媒を蒸発ステージから吸収ステージに送ることと、
吸収ステージにおいて、蒸発冷媒の一部を第１圧力で吸収体に吸収させることにより部分的冷媒豊富吸収体を得ることと、
圧縮吸収ステージにおいて、第１圧力よりも大きな第２圧力での圧縮下、部分的冷媒豊富吸収体を蒸発冷媒と接触させることにより、蒸発冷媒を部分的冷媒豊富吸収体に吸収させ及び冷媒豊富吸収体を得ることと、
冷媒豊富吸収体を圧縮吸収ステージから冷媒再生ステージに送ることと、
再生ステージにおいて、冷媒豊富吸収体から蒸気形態の冷媒を回収することにより冷媒減損吸収体を得ることと、
回収された蒸発冷媒を再生ステージから凝縮ステージに再循環させることと、
冷媒減損吸収体を再生ステージから吸収ステージに再循環させることであって、この冷媒減損吸収体は吸収ステージにおいて吸収体を構成することと
を含む。
【００１３】
「高温媒体」とは、冷媒が蒸発器に入るときに当該冷媒よりも高い温度にある媒体を意味する。したがって、冷媒は、膨張／蒸発ステージに温度Ｔ１で入り、温度Ｔ２にある高温媒体との熱伝達関係がもたらされるとみなすことができる。ここで、Ｔ１はＴ２よりも大きい。
【００１４】
また注目すべきことに、圧縮吸収ステージにおいて、（部分的冷媒豊富吸収体が形成されているときの）吸収ステージにおいて吸収体に吸収されていた蒸気吸収体に加えて追加的な蒸発冷媒が吸収体（部分的冷媒豊富吸収体から構成される）に吸収される。
【００１５】
吸収ステージにおける蒸発冷媒の冷媒減損吸収体への吸収は、
予備接触ステージにおいて、蒸発冷媒を冷媒減損吸収体に接触させて部分的冷媒飽和吸収体を得ることと、
主要接触ステージにおいて、蒸発冷媒を部分的冷媒飽和吸収体に接触させることにより部分的冷媒豊富吸収体を得ることと
を含む。
【００１６】
詳しくは、予備接触ステージが予備飽和ステージであり、主要接触ステージが予備吸収ステージであり得る。そして、プロセスは、
蒸発冷媒を蒸発ステージから予備吸収ステージに送ることと、
予備吸収ステージにおいて、蒸発冷媒を、予備飽和ステージからの吸収液体に吸収させることと、
未吸収蒸発冷媒を予備吸収ステージから引き出して、再生ステージからの冷媒減損吸収体とともに予備飽和ステージに送ることであって、冷媒減損吸収体が予備飽和ステージにおいて蒸発冷媒と予備接触しかつ部分的飽和することにより部分的冷媒飽和吸収体が得られることと、
部分的冷媒飽和吸収体を予備飽和ステージから引き出して予備吸収ステージ内に送り、予備吸収ステージにおいて吸収液体を構成させることと
を含む。
【００１７】
方法は、予備飽和ステージにおいて、未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体を冷却することを含む。
【００１８】
予備飽和ステージ及び予備吸収ステージは、第１圧力である圧力約１．３絶対バールから約４．５絶対バールで動作し得る。
【００１９】
圧縮吸収ステージにおいて部分的冷媒豊富吸収体及び蒸発冷媒を圧縮吸収にさらすことは、
予備飽和ステージから残留蒸発冷媒を引き出すことと、
予備吸収ステージから部分的冷媒豊富吸収体を引き出すことと、
予備飽和ステージから残留蒸発冷媒を及び予備吸収ステージから部分的冷媒豊富吸収体を圧縮吸収ステージに送ることであって、残留蒸発冷媒が、増加した圧力下で部分的冷媒豊富吸収体と接触することにより、冷媒再生ステージに送られる冷媒豊富吸収体を形成することと
を含む。
【００２０】
圧縮吸収ステージにおいて部分的冷媒豊富吸収体及び残留蒸発冷媒を圧縮吸収にさらすことは、特に圧縮機によって達成され得る。このような圧縮機は特に液体リングポンプを含み、部分的冷媒豊富吸収体及び残留蒸発冷媒が当該液体リングポンプの吸入側に送られる。冷媒豊富吸収体は当該液体リングポンプの圧力側から引き出され又は吐出される。それにもかかわらず予測されるのは、他のタイプの圧縮機も、圧縮吸収ステージにおける圧縮吸収を行うのに適切ということである。これには、アルキメディアンスクリュータイプ圧縮機及びベーンレスインペラ圧縮機が含まれるがこれらに限られない。すなわち、本発明は液体リングポンプの実施例に限られない。
【００２１】
残留蒸発冷媒は、第２圧力である圧力、詳しくは約３．５絶対バールから約１０絶対バールのポンプ吐出圧力にある圧縮吸収ステージにおいて部分的冷媒豊富吸収体と再接触される。
【００２２】
予備飽和ステージにおいて冷媒減損吸収体を未吸収蒸発冷媒と接触させることは、これにより接触した冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒を冷却熱伝達にさらすことを含む。好ましくは、冷媒減損吸収体を未吸収蒸発冷媒と接触させること及びこれにより接触した冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒を冷却熱伝達にさらすことは、未吸収蒸発冷媒の冷媒減損吸収体への物質移動及び冷却熱伝達が同時に生じるように同時に有効にされる。
【００２３】
本発明の一実施例では、所望の冷凍温度約５℃から約−３０℃に対して冷媒は、凝縮ステージにおいて、再生ステージからの回収蒸発冷媒を冷却剤媒体に対し熱交換させることにより、凝縮温度５℃から６０℃、かつ、再生ステージ動作圧力５．５絶対バールから２５絶対バールに実質的に等しい凝縮圧力で凝縮される。凝縮冷媒はその後、第１圧力６絶対バールから２６絶対バールで膨張／蒸発ステージに供給され、次に、当該膨張／蒸発ステージにおいて第２圧力４．５絶対バールから１．３絶対バールまで膨張又は減圧される。第２圧力は、当該所望の冷凍温度に対する冷媒の蒸気圧に実質的に等しい。凝縮冷媒はオプションとして、当該凝縮冷媒が膨張／蒸発ステージに供給される前に、当該凝縮冷媒を膨張／蒸発ステージからの蒸発冷媒に対し熱交換させることにより、温度３４℃から０℃まで冷却される。第２圧力かつ温度３０℃から５℃において、蒸発冷媒は予備吸収ステージに供給され、未吸収蒸発冷媒は予備飽和ステージに供給される。再生ステージからの冷媒減損吸収体は、温度１０℃から６０℃かつ圧力２．０絶対バールから５絶対バールで予備飽和ステージに供給される。残留蒸発冷媒は、第２圧力である吐出圧力３．５絶対バールから１０．０絶対バールで部分的冷媒豊富吸収体への圧縮吸収にさらされる。冷媒豊富吸収体は、５℃から７０℃の温度で再生ステージに供給される。最終的に、冷媒は、再生ステージにおいて、再生器底部の温度１３５℃から２２０℃かつ圧力５．５絶対バールから２５絶対バールで吸収体から蒸発され、ひいては回収される。
【００２４】
上述のように、方法は、膨張／蒸発ステージにおいて、かつ、冷媒を高温媒体との熱伝達にさらす前に、凝縮冷媒を膨張バルブ又は機械的タービンを介して膨張させることによって、当該冷媒を当該高温媒体に対する熱伝達にさらす前に液化冷媒及び蒸発冷媒の混合物を得ることを含む。冷媒混合物はその後、冷媒であり得るもう一つの高温媒体に対する熱伝達にさらされる。
【００２５】
冷媒は特にアンモニアであり得る。しかしながら想定されるのは、冷媒はその代わり、吸収及び熱的に再生できる適切な冷媒の範囲から選択され得ることである。
【００２６】
吸収体は、沸点が冷媒よりも高い液体である。吸収体は特に水である。しかしながら想定されるのは、冷媒はその代わり、吸収及び熱的に再生できる適切な吸収体の範囲から選択され得ることである。
【００２７】
また、上述のように冷媒は、再生ステージ動作圧力に実質的に等しい圧力で凝縮ステージに供給される。
【００２８】
方法は、冷却媒体、典型的には空気及び／又は冷却水を凝縮ステージに供給して冷媒蒸気を凝縮することを含む。好ましくは、方法は、凝縮ステージ熱伝達デューティを達成するのに十分な温度及び流速で冷却媒体を凝縮ステージに供給することを含む。そして、凝縮ステージ熱伝達デューティは、再生ステージから凝縮ステージに送られる実質的にすべての冷媒を、実質的に一定の圧力で、回収冷媒再生ステージ出口温度から、当該出口圧力に対する所望の凝縮温度すなわち典型的には約３５℃である温度まで、当該回収冷媒を冷却することによって凝縮するのに十分である。
【００２９】
方法はさらに、凝縮冷媒蓄積ステージにおいて凝縮冷媒を蓄積することも含む。典型的に蓄積ステージは、周囲温度かつ冷媒を液相に維持するのに十分高い圧力にある。このような実施例において、方法は、蓄積ステージから膨張／蒸発ステージに、詳しくは膨張バルブ又は膨張タービンに、選択された圧力で、典型的には選択された圧力ヘッドを凝縮冷媒蓄積ステージポンプによって生成することにより、凝縮冷媒を供給することを含む。選択された圧力は好ましくは、膨張ステージを介しての凝縮冷媒膨張後、当該冷媒の膨張後圧力が、上述のように定量される所望の冷凍温度のための冷媒蒸気圧と実質的に等しくなるようにされる。
【００３０】
本発明の一実施例において、凝縮冷媒ストリームが蓄積ステージから引き出されて再生ステージに還流される。
【００３１】
方法はまた、凝縮冷媒を膨張ステージに送り及び当該膨張ステージを介して当該凝縮冷媒を膨張させる前に、すなわち膨張ステージの上流において、当該凝縮冷媒を冷却熱伝達にさらすことを含む。好ましくは、凝縮冷媒は、蒸発器から出る蒸発冷媒との冷却熱伝達にさらされる。
【００３２】
蒸発ステージにおいて冷媒は、蒸発ステージ動作圧力における蒸発ステージ動作温度すなわち冷媒飽和温度に接近又は近似するように冷却されることが所望される高温媒体に対して熱交換される。したがって、蒸発ステージにおいて熱形態のエネルギーが、典型的には冷媒飽和温度で、高温媒体と冷媒との間で交換される。これにより、実質的にすべての冷媒が蒸発され、蒸発器は、上述のように定量される実質的冷媒飽和温度になる。
【００３３】
すなわち方法は、所望の冷凍温度における冷媒蒸気圧に実質的に等しい圧力で蒸発ステージを動作させることを含む。これにより、蒸発冷媒は、温度、圧力、及びエントロピーの点で実質的飽和条件において蒸発ステージから引き出される。
【００３４】
したがって、蒸発冷媒を吸収ステージに、詳しくは予備吸収ステージに送ることは、蒸発器動作圧力と実質的に等しいか又は典型的にはわずかに低い圧力で行われる。したがって方法は、予備吸収ステージ及び可能な限り予備飽和ステージを、蒸発ステージ冷媒動作圧力と実質的に等しいか又はわずかに低い第１吸収ステージ圧力で動作させることを含む。理解されることだが、上述したように蒸発冷媒が蒸発ステージ上流の凝縮冷媒に対して熱交換される場合、当該蒸発冷媒はもはや蒸発器動作温度にはない。
【００３５】
予備吸収ステージにおいて蒸発冷媒を吸収液体に吸収させることは、対向流形式で、典型的には予備吸収ステージフラッシュ容器によって行われる。予備吸収ステージフラッシュ容器には、予備飽和ステージからの吸収液体が当該フラッシュ容器の頂部から動作可能に導入される一方、蒸発冷媒が当該フラッシュ容器の底部から動作可能に導入される。したがって、フラッシュ容器の底部において部分的冷媒豊富吸収液体が得られ、フラッシュ容器の頂部において未吸収蒸発冷媒が得られる。フラッシュ容器は、本プロセスに必要な液体と蒸気との解離に適切な内部コンポーネントを有する。
【００３６】
蒸発冷媒、典型的には予備吸収ステージからの未吸収蒸発冷媒を吸収することはまた、フラッシュ容器において一部が行われてよい。これもまた、本プロセスに必要な液体と蒸気との解離に適切な内部コンポーネントを有する。
【００３７】
上述のように、方法は、冷却熱伝達によって吸収ステージから、望ましくは予備飽和ステージから除熱することを含む。詳しくは、方法は、予備飽和熱伝達動作において、予備吸収ステージから得られた未吸収蒸発冷媒及び再生器ステージから得られた冷媒減損吸収体を、予備飽和ステージ熱交換器において、典型的には当該未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体の接触又は混合が完了した後又は当該接触又は混合の間に、予備飽和ステージ冷却媒体に対する冷却熱伝達にさらすことを含む。このような接触又は混合は、一部が、熱交換器で行われるか又はこれの上流で行われ得る。方法は、未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体詳しくはこれらの混合物を、所望の予備飽和器入口温度典型的に約３５℃まで冷却するのに十分な熱伝達デューティを達成する温度及び圧力で、予備飽和ステージ冷却媒体を予備飽和熱伝達動作に供給することを含む。予備飽和器熱伝達動作は、予備飽和器フラッシュ容器、典型的にはこれの上流から又は未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体が接触若しくは混合される混合箇所の下流から分離して行われる。上述から想定されるように、当該混合箇所が予備飽和器熱伝達動作箇所となる。代替的に、予備飽和器熱伝達動作は、予備飽和器フラッシュ容器の一部を形成する。その結果、再生ステージからの冷媒減損吸収体が予備吸収ステージからの未吸収蒸発冷媒により予備飽和されることは、予備飽和ステージフラッシュ容器において同時冷却熱交換及び吸収（すなわち物質移動）を伴って行われる。したがって全体的には、予備飽和ステージは、冷媒の同時冷却（すなわち熱伝達）及び冷媒減損吸収体内への吸収（すなわち物質移動）を含む。
【００３８】
圧縮吸収ステージにおいて予備飽和ステージからの残留蒸発冷媒を予備吸収ステージからの部分的豊富吸収体と接触させることは、上述のように、液体リングポンプの使用を含む。すなわち、圧縮吸収ステージは、いわゆる「液体リング」ポンプステージを含む。したがって、方法は、液体リングポンプ又は液体リングポンプステージ内の液体リングのように予備吸収ステージからの部分的豊富吸収体を遠心的に分散することと、予備飽和ステージからの残留蒸発冷媒を当該液体リングの目の中に導入することであって、当該残留蒸発冷媒がこれにより、当該液体リングポンプのインペラの複数ベーン間の増加した圧力下で、当該ベーンが当該液体リング内に侵入するときに部分的豊富吸収体に吸収されることとを含む。理解されることだが、圧縮吸収ステージにおいて吸収が行われる圧力は、予備吸収及び予備飽和ステージの動作圧力よりも高く、ひいては蒸発ステージの動作圧力よりも高い。この圧力はすでに上述のように定量されている。すでに上述したように、液体リングポンプは、本発明に関して好ましいが排他的とみなされるわけではない。他のタイプの圧縮機も可能な限り使用することができる。
【００３９】
方法はさらに、再生ステージの上流にある冷媒豊富吸収体蓄積ステージにおいて冷媒豊富吸収体を蓄積することを含む。冷媒豊富吸収体蓄積ステージにおける冷媒豊富吸収体の蓄積は、周囲温度で、かつ、当該冷媒豊富吸収体を液相に維持するのに十分高い圧力で行われる。このような実施例において、方法は、冷媒豊富吸収体蓄積ステージの上流において、冷媒豊富吸収体を典型的には水のような冷却流体によって冷却熱伝達にさらすことを含む。冷媒豊富吸収体の温度は、吸収ステージ出口温度から典型的には約３５℃まで低減される。
【００４０】
方法が冷媒豊富吸収体蓄積ステージにおいて冷媒豊富吸収体を蓄積することを含む場合、当該方法はまた、冷媒豊富吸収体を蓄積ステージから引き出し、引き出された冷媒豊富吸収体を、すでに上述のように定量された再生ステージの動作圧力に実質的に等しい圧力で再生ステージに送ることも含む。このような場合は典型的に、冷媒豊富吸収体が、実質的に再生器動作圧力で冷媒豊富吸収体を再生器内に導入するのに十分な圧力ヘッドを生成するポンプによって再生ステージに送られる。
【００４１】
さらに、またも典型的に方法が冷媒豊富吸収体蓄積ステージにおいて冷媒豊富吸収体を蓄積することを含む場合には、蓄積ステージの圧力を制御する手段として方法はさらに、残留冷媒蒸気を圧縮吸収ステージから、吸収ステージの上流、詳しくは当該吸収ステージの予備吸収ステージの上流にある蒸発冷媒内に導入することを含む。詳しくは、方法は、再生ステージの上流にある一箇所から、典型的には冷媒豊富吸収体蓄積ステージから残留冷媒蒸気を引き出すことと、引き出された残留冷媒蒸気を蒸発器ステージからの蒸発冷媒と結合することとを含む。
【００４２】
方法はまた、圧縮吸収ステージから出る冷媒豊富吸収体が冷却及び蓄積にさらされる場合において典型的に、冷媒豊富吸収体の少なくとも一部を、当該冷媒豊富吸収体を再生器ステージに供給する前に予熱することを含む。
【００４３】
冷媒豊富吸収体を予熱することは、冷媒豊富吸収体の少なくとも一部を、好ましくは本発明の方法を行うことにより生成される利用可能な熱による熱伝達にさらすことによって、すなわち本発明の方法を行うことにより得られるプロセスストリームに対する熱伝達にさらすことによって行われる。
【００４４】
詳しくは方法は、第１冷媒豊富吸収体熱伝達ステージにおいて、下流冷媒豊富吸収体の一部を上流冷媒豊富吸収体との熱伝達にさらすことを含む。さらに詳しくは、方法が冷媒豊富吸収体蓄積ステージにおいて冷媒豊富吸収体を蓄積することを含む場合、上述のように方法は、蓄積ステージから引き出された蓄積冷媒豊富吸収体の少なくとも一部を、再生ステージの上流ではあるが当該蓄積ステージの下流において、吸収ステージから当該蓄積ステージに供給される冷媒豊富吸収体に対する熱伝達にさらすことを含む。
【００４５】
代替的に又は好ましくは追加的に、方法は、第２冷媒豊富吸収体熱伝達ステージにおいて、冷媒豊富吸収体蓄積ステージから引き出された冷媒豊富吸収体の少なくとも一部を、再生ステージから得られた冷媒減損吸収体との熱伝達にさらすことを含む。詳しくは方法は、上述のように冷媒豊富吸収体が蓄積ステージに蓄積されている場合、再生ステージの上流において、当該冷媒豊富吸収体蓄積ステージから引き出されて当該再生ステージに送られる蓄積冷媒豊富吸収体を、当該再生ステージからの冷媒減損吸収体との熱伝達にさらすことを含む。
【００４６】
本発明の好ましい実施例において、方法は、冷媒豊富吸収体蓄積ステージから引き出された冷媒豊富吸収体を、第１及び第２ストリーム部分に分岐させることと、再生ステージの上流において第１ストリーム部分を上流冷媒豊富吸収体との熱伝達にさらし、かつ、第２ストリーム部分を当該再生ステージからの冷媒減損吸収体との熱伝達にさらすることとを含む。そして方法は、それぞれが熱伝達にさらされた後に第１及び第２冷媒豊富吸収体部分双方を再生ステージに供給することを含む。好ましくは方法は、再生ステージの上流において第１及び第２冷媒豊富吸収体ストリーム部分を結合することと、当該第１及び第２冷媒豊富吸収体ストリーム部分の結合を当該再生ステージに供給することとを含む。しかしながら、第１及び第２冷媒豊富吸収体ストリーム部分はまた、再生ステージに独立して供給することもできる。
【００４７】
再生ステージにおいて蒸気形態の冷媒を回収することは、冷媒豊富吸収体を分留にさらすことを含む。詳しくは、方法は、再生ステージにおいて冷媒豊富吸収体を加熱することにより、当該冷媒豊富吸収体から冷媒を蒸発させて液体形態の冷媒減損吸収体及び蒸気形態の回収冷媒を得ることを含む。
【００４８】
再生ステージにおいて冷媒豊富吸収体を加熱することは、当該冷媒豊富吸収体を再生ステージ熱伝達媒体との熱伝達にさらすことを含む。すなわち、方法は、再生ステージ熱伝達媒体を、再生ステージとの、詳しくは当該再生ステージ内の冷媒豊富吸収体との熱伝達関係を有して通過させることを含む。本発明の一実施例において方法は、再生ステージにおいて、少なくとも２つの別個の再生ステージ熱伝達媒体ストリームを当該再生ステージとの、詳しくは当該再生ステージ内の冷媒豊富吸収体との熱伝達関係を有して通過させることを含む。再生ステージ熱伝達媒体は好ましくは、加熱された油又は蒸気である。本発明の好ましい実施例において方法は、少なくとも２つの再生加熱ステージを含む。これらは、当該カラムの底部に配置される主要再生器再沸騰器に加えての側方再沸騰器として構成される。
【００４９】
方法はまた、一以上の再生加熱ステージに加え、再生ステージを、当該再生ステージから引き出された冷媒減損吸収体との熱交換にさらすことも含む。
【００５０】
方法はまた、再生ステージにおいて、冷媒減損吸収体の少なくとも一部を還流して加熱媒体との熱交換にさらすことも含む。
【００５１】
加熱媒体は典型的に油又は蒸気であり、温度約１２５℃から約２７５℃にある。
【００５２】
冷却媒体は典型的に水又は大気中の空気であり、温度約１℃から約５０℃にある。
【００５３】
冷媒蒸発温度、ひいては所望冷却温度は典型的に約−３０℃から約５℃にある。
【００５４】
出願人は、本発明の方法、特に蒸発冷媒を冷媒減損吸収体に吸収させる提案アプローチが高い吸収効率を達成し、吸収された冷媒によって構成される冷媒豊富吸収体の大きな分留が得られると信じている。したがって、純粋な再生器ステージオーバーヘッド生成物が生成される。これは、蒸発器において達成される冷却効果を増加させることによって、達成可能なパフォーマンス係数にプラスの影響を与える。加えて、出願人は、本発明の方法がプロセス熱利用を管理する態様により、本方法を実装する蒸気吸収冷凍システム又は装置のエネルギー効率的な運転が、特にシステムにとって必要なエネルギー入力を低減することによって可能になると信じている。
【００５５】
本発明のもう一つの側面によれば、吸収冷凍装置が与えられる。これは、
蒸気形態の冷媒が凝縮されて凝縮又は液化冷媒が得られる凝縮器と、
前記冷媒が高温媒体との熱伝達にさらされて熱形態のエネルギーが高温媒体から冷媒に輸送され得る膨張器／蒸発器ステージであって、凝縮器から膨張器／蒸発器ステージに至る凝縮冷媒輸送管により高温媒体が所望の冷凍温度まで冷却又は冷凍され及び冷媒が蒸発される膨張器／蒸発器ステージと、
吸収ステージであって、蒸発器ステージから当該吸収ステージ内に至る蒸発冷媒輸送管により加熱冷媒が第１圧力で吸収体に吸収されて部分的冷媒豊富吸収体が得られる吸収ステージと、
部分的冷媒豊富吸収体が第１圧力より大きな第２圧力で未吸収蒸発冷媒と接触して冷媒豊富吸収体が得られる圧縮吸収ステージと、
再生器ステージであって、当該再生器ステージ内に至る冷媒豊富吸収体輸送管により冷媒が冷媒豊富吸収体から蒸気形態で回収されることによって冷媒減損吸収体が得られる再生器ステージと、
再生器ステージから凝縮器に至る回収蒸発冷媒輸送管であって、回収された冷媒が前記再生器から引き出されて前記凝縮器に送られる回収蒸発冷媒輸送管と、
再生器から吸収ステージ内に至る冷媒減損吸収体輸送管であって、再生器から冷媒減損吸収体が引き出されて当該冷媒減損吸収体は当該吸収ステージにおける吸収体を構成する冷媒減損吸収体輸送管と
を含む。
【００５６】
吸収ステージは、
冷媒減損吸収体が蒸発冷媒と予備接触して部分的冷媒飽和吸収体が得られる予備接触ステージと、
部分的冷媒飽和吸収体が蒸発冷媒として部分的冷媒豊富吸収体が得られる主要接触ステージと
を含む。
【００５７】
詳しくは、予備接触ステージが予備飽和器を含む一方、主要接触ステージは予備吸収器ステージを含む。そして吸収ステージは予備吸収器及び予備飽和器を含み、
蒸発冷媒が蒸発冷媒輸送管に沿って蒸発器から当該予備吸収器に供給され、当該蒸発冷媒は、当該予備飽和器から当該予備吸収器内に至る吸収液体輸送管を介して当該予備吸収器において当該予備飽和器からの吸収液体と接触し及びこれに吸収されて部分的豊富吸収体が得られ、
冷媒減損吸収体が、冷媒減損吸収体輸送管に沿って再生器から当該予備飽和器に供給され、当該予備吸収器から当該予備飽和器に至る未吸収蒸発冷媒輸送管を介して予備吸収ステージからの未吸収蒸発冷媒と接触することにより当該冷媒減損吸収体が予備飽和される。
【００５８】
部分的冷媒豊富吸収体及び残留蒸発冷媒管はそれぞれ、予備吸収器から及び予備飽和器から圧縮吸収ステージに至る。圧縮吸収ステージは圧縮機を含んでよい。本発明の好ましい実施例において、圧縮機はいわゆる「液体リング」ポンプと称される。したがって、液体リングポンプに対し、吸入側供給は、（ｉ）部分的冷媒豊富吸収体輸送管に沿って予備吸収器から供給される部分的冷媒豊富吸収体と、（ｉｉ）残留蒸発冷媒輸送管に沿って予備飽和器から供給される残留蒸発冷媒とを含む。しかしながら、圧縮機は、液体リングポンプに限られることはなく、所望の圧縮吸収効果を達成するのに適切な任意のタイプの圧縮機、例えばアルキメディアンスクリュータイプ圧縮機又はベーンレスインペラ圧縮機を含み得る。
【００５９】
すなわち、使用時、予備飽和器からの残留蒸発冷媒は、圧縮吸収ステージにおける増加した圧力下で、予備吸収器からの部分的冷媒豊富吸収体と接触させることができる。これにより、冷媒再生ステージに送られる冷媒豊富吸収体が形成される。
【００６０】
膨張器／蒸発器ステージは、冷媒を高温媒体との熱伝達にさらすことができる蒸発器を含む。その結果、熱形態のエネルギーが高温媒体から冷媒に輸送される。
【００６１】
膨張器／蒸発器ステージは膨張デバイスを含む。これは典型的に、凝縮冷媒が膨張して液化冷媒及び蒸発冷媒の混合物が得ることができる膨張バルブ又は機械的タービンの形態である。このような実施例において、凝縮冷媒輸送管は凝縮器から膨張デバイスに至り、冷媒混合物輸送管は膨張デバイスから蒸発器に至る。
【００６２】
上述のような冷媒及び吸収体が記載され得る。
【００６３】
装置は冷却媒体源を含む。冷却媒体源は、当該冷却媒体源から凝縮器に至る冷却媒体管に沿って冷却媒体を凝縮器に供給することができる。冷却媒体は典型的には水又は空気である。
【００６４】
装置はまた凝縮冷媒蓄積容器又はタンクを含む。凝縮冷媒蓄積容器又はタンクは、凝縮器から蓄積容器に至る凝縮冷媒管により凝縮冷媒を蓄積することができる。凝縮冷媒管に沿って凝縮冷媒を凝縮器から蓄積容器に送ることができる。
【００６５】
装置はさらに、典型的には凝縮冷媒蓄積容器から膨張器／蒸発器ステージ詳しくは膨張ステージに凝縮冷媒を送り込む凝縮冷媒ポンプを含む。ポンプは、膨張バルブを介した膨張後の冷媒圧力が、所望の蒸発器ステージ動作温度における冷媒蒸気圧と実質的に等しくなるのに十分な圧力ヘッドを生成することができる。
【００６６】
装置はまた、膨張バルブの上流にある凝縮冷媒熱交換器を、当該冷媒熱交換器を通って当該膨張バルブに至る凝縮冷媒輸送管とともに含む。吸収器ステージに至る蒸発冷媒輸送管はまた、凝縮冷媒熱交換器を貫通する。その結果、凝縮冷媒熱交換器において、蒸発器からの蒸発冷媒と凝縮器からの凝縮冷媒との間で熱交換が行われ得る。
【００６７】
装置は、蒸発器ステージにおける冷媒の蒸発を介して冷却される高温媒体を搬送することができる高温媒体輸送管を含む。したがって高温媒体輸送管は、冷媒混合物輸送管と熱伝達関係を有して蒸発器ステージを貫通する。すなわち装置は、媒体に熱を伝達できる熱源と冷却関係を有して設置される。これにより、高温媒体輸送管において高温媒体が生成される。
【００６８】
予備吸収器は予備吸収器容器／カラムを含む。そして、蒸発冷媒輸送管は蒸発器ステージから予備吸収器カラムの底部内に至り、吸収体液体輸送管は予備飽和器から予備吸収器カラムの頂部内に至る。したがって、理解されることだが、使用時、吸収体液体は対向流形式で予備吸収器において蒸発冷媒と接触する。したがって、部分的冷媒豊富吸収体は予備吸収器カラムの底部に蓄積し、未吸収蒸発冷媒は予備吸収器カラムの頂部に送られる。すなわち、部分的冷媒豊富吸収体輸送管は予備吸収器カラムの底部から導かれ、未吸収蒸発冷媒輸送管は予備吸収器カラムの頂部から導かれる。
【００６９】
予備飽和器は、未吸収蒸発冷媒と冷媒減損吸収体との接触が少なくとも部分的に有効となる予備飽和器容器、好ましくは予備飽和器フラッシュ容器を含む。予備飽和器はまた、冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒が供給される予備飽和器熱交換器を含む。冷媒減損吸収体及び未吸収蒸発冷媒は互いに熱交換器において接触する。予備飽和器熱交換器は、未吸収蒸発冷媒の冷媒減損吸収体への吸収を目的とする冷却熱伝達を与えることができる。本発明の一実施例において、未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体輸送管は、予備飽和器フラッシュ容器の上流における、好ましくは予備飽和器熱交換器からの上流における、又はさらに好ましくは予備飽和器熱交換器における混合箇所で互いに出会う。したがって、冷媒の冷媒減損吸収体への所定の吸収は、すでに予備飽和器フラッシュ容器からの上流において、当該熱交換器からの上流において、又は当該熱交換器において生じる。すなわち、予備飽和器への入口ストリームは使用時、未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体の混合物を含み、当該未吸収蒸発冷媒の一部はすでに当該冷媒減損吸収体に吸収されている。代替的に、未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体輸送管は別個に予備飽和器容器に至る。未吸収蒸発冷媒及び冷媒減損吸収体は、予備飽和器容器において互いに接触する。この場合、予備飽和器熱交換器は予備飽和器フラッシュ容器内に組み入れられる。
【００７０】
したがって吸収器ステージには冷却熱伝達構成が設けられる。これは、吸収器ステージにおいて生成された熱を冷却熱交換によって除去することができる。典型的に、吸収器ステージ冷却熱伝達構成は、冷却媒体源から当該冷却熱伝達構成に冷却媒体を供給することができる吸収器ステージ冷却媒体管を含む。
【００７１】
好ましくは上述のとおり、吸収器ステージ冷却熱伝達構成は予備飽和器と熱伝達関係を有して構成される。そして、吸収器ステージ冷却熱伝達構成は典型的に、使用時に未吸収蒸発冷媒と冷媒減損吸収体との混合物に対して熱交換するべく構成される。
【００７２】
装置はさらに、冷媒豊富吸収体蓄積ステージを含む。典型的には冷媒豊富吸収体蓄積容器又はタンクを含む。すなわち、冷媒豊富吸収体輸送管は、再生ステージに至る代わりに冷媒豊富吸収体蓄積容器に至る。このような場合、装置は、冷媒豊富吸収体蓄積容器から再生器ステージに至る蓄積冷媒豊富吸収体輸送管を含む。
【００７３】
さらに、装置が冷媒豊富吸収体蓄積容器を含む場合、装置はまた、典型的には冷媒豊富吸収体蓄積容器から再生器ステージに冷媒豊富吸収体を送り込むことができる冷媒豊富吸収体ポンプも含む。冷媒豊富吸収体ポンプは、冷媒豊富吸収体が再生器ステージ動作圧力で再生器ステージに入ることができるのに十分な圧力ヘッドを生成することができる。
【００７４】
装置はまた、冷媒豊富吸収体輸送管に沿って吸収ステージから出る冷媒豊富吸収体が、冷却媒体に対して熱交換できる冷媒豊富吸収体冷却熱交換器を含む。すなわち装置はまた、冷却媒体源から冷媒豊富吸収体熱交換器に至る冷媒豊富吸収体熱交換器冷却媒体供給管を含む。
【００７５】
装置はさらに、冷媒豊富吸収体蓄積容器から蒸発冷媒輸送管に至る冷媒豊富吸収体蓄積ステージ残留蒸発冷媒輸送管を含む。蒸発冷媒輸送管は、蒸発器から吸収器ステージに、詳しくは予備吸収器に至る。したがって、使用時、冷媒豊富吸収体蓄積ステージからの残留蒸発冷媒と蒸発器からの蒸発冷媒との混合物は予備吸収器に供給される。
【００７６】
装置はなおもさらに、少なくとも一つの冷媒豊富吸収体予熱ステージを含む。これは典型的に、冷媒豊富吸収体が再生器ステージに入る前において、予熱冷媒豊富吸収体のための所定数の冷媒豊富吸収体予熱熱交換器を含む。詳しくは、装置は、冷媒豊富吸収体輸送管又は蓄積冷媒豊富吸収体輸送管が場合により導かれる第１冷媒豊富吸収体予熱熱交換器を含む。ここでは、冷媒豊富吸収体輸送管又は蓄積冷媒豊富吸収体輸送管が冷媒豊富吸収体輸送管の上流部分と熱交換関係を有して設けられる。
【００７７】
代替的にではあるが好ましくは付加的に、装置はまた、冷媒豊富吸収体輸送管又は蓄積冷媒豊富吸収体輸送管が場合により導かれる第２冷媒豊富吸収体予熱熱交換器を含む。ここでは、冷媒豊富吸収体輸送管又は蓄積冷媒豊富吸収体輸送管が、再生器ステージから吸収器ステージに至る冷媒減損吸収体輸送管と熱交換関係を有して設けられる。
【００７８】
本発明の好ましい実施例において、冷媒豊富吸収体輸送管又は蓄積冷媒豊富吸収体輸送管は、場合により、第１及び第２冷媒豊富吸収体予熱熱交換器に分岐され、その後再生器に入る前に再結合される。代替的に、当該分岐された管は、独立して再生器の中に至る。
【００７９】
再生器は、再生器カラム、詳しくは分留カラムを含む。使用時、分留蒸発を介して冷媒を回収するべく冷媒豊富吸収体を分留する加熱が当該カラムの底部に与えられる。理解されることだが、使用時、回収された蒸発冷媒はカラムの頂部に蓄積し、冷媒減損吸収体はカラムの底部に蓄積する。すなわち、冷媒豊富吸収体輸送管又は蓄積冷媒豊富吸収体輸送管が場合により、再生器カラムに実質的に頂部から入る。回収蒸発冷媒管が再生器カラムの頂部から導かれ、冷媒減損吸収体管が反応器の底部から導かれる。
【００８０】
装置はさらに、再生器ステージ加熱熱伝達構成を有する。再生器ステージ加熱熱伝達構成は、加熱熱伝達媒体が再生器カラムと熱伝達関係を有して通過することができる少なくとも一つの加熱熱伝達媒体管を含む。使用時、再生器カラムが加熱され、ひいては冷媒豊富吸収体が蒸発して冷媒が回収される。好ましくは装置は、再生器ステージ加熱熱伝達構成において、２つの加熱熱伝達媒体管を含む。
【００８１】
装置はさらに、再生器ステージ加熱熱伝達構成において、再生器カラムと熱伝達関係を有して通過する冷媒減損吸収体熱輸送管も含む。
【００８２】
本発明のさらにもう一つの側面によれば、蒸気吸収冷凍システムの吸収ステージを動作させる方法が与えられる。方法は、
予備接触ステージにおいて、蒸発ステージから発生する蒸発冷媒を冷媒減損吸収体と接触させて部分的冷媒飽和吸収体を得ることと、
主要接触ステージにおいて、蒸発冷媒を当該部分的冷媒飽和吸収体と接触させることにより部分的冷媒豊富吸収体を得ることと
を含む。
【００８３】
詳しくは、予備接触ステージは予備飽和ステージであり、主要接触ステージは予備吸収ステージである。方法はさらに、
蒸発冷媒をシステムの蒸発ステージから予備吸収ステージに送ることと、
予備吸収ステージにおいて、蒸発冷媒を、予備飽和ステージからの吸収液体に吸収させることと、
予備吸収ステージから未吸収蒸発冷媒を引き出し、再生ステージからの冷媒減損吸収体とともに当該予備飽和ステージ内に送ることであって、当該冷媒減損吸収体は、当該予備飽和ステージにおいて当該蒸発冷媒と予備接触及び部分的に飽和されることにより、部分的冷媒飽和吸収体が得られることと、
部分的冷媒飽和吸収体を予備飽和ステージから引き出して当該予備吸収ステージ内に送り、予備吸収ステージにおいて吸収液体構成させることと
を含む。
【００８４】
方法はさらに、圧縮吸収ステージにおいて部分的冷媒豊富吸収体及び残留蒸発冷媒を圧縮吸収にさらすことを含む。そして方法は、
予備飽和ステージから残留蒸発冷媒を引き出すことと、
当該予備吸収ステージから部分的冷媒豊富吸収体を引き出すことと、
予備飽和ステージから残留蒸発冷媒を及び予備吸収ステージから部分的冷媒豊富吸収体を圧縮吸収ステージに送ることであって、残留蒸発冷媒が、増加した圧力で部分的冷媒豊富吸収体と接触することにより、冷媒再生ステージに送られる冷媒豊富吸収体を形成することと
を含む。
【００８５】
予備飽和ステージ、予備吸収ステージ、及び圧縮吸収ステージはそれぞれ上述のとおりであり、上述のとおりに行われる。
【００８６】
本発明のなおもさらなる側面によれば、蒸気吸収冷凍装置のための吸収ステージ装置が与えられる。吸収ステージ装置は、
冷媒減損吸収体が、蒸発器から発生する蒸発冷媒と予備接触して部分的冷媒飽和吸収体が得られる予備接触ステージと、
当該部分的冷媒飽和吸収体が蒸発冷媒と接触して部分的冷媒豊富吸収体が得られる主要接触ステージと
を含む。
【００８７】
詳しくは、予備接触ステージは予備飽和器を含む一方、主要接触ステージは予備吸収器を含む。そして吸収ステージ装置は予備吸収器及び予備飽和器を含み、
加熱された冷媒が加熱冷媒輸送管に沿って蒸発器から当該予備吸収器に供給され、当該加熱された冷媒は、当該予備飽和器から当該予備吸収器内に至る吸収液体輸送管を介して当該予備吸収器において当該予備飽和器からの吸収液体と接触し及びこれに吸収されて部分的豊富吸収体が得られ、
冷媒減損吸収体が、冷媒減損吸収体輸送管に沿って再生器から当該予備飽和器に供給され、当該予備吸収器から当該予備飽和器に至る未吸収蒸発冷媒輸送管を介して当該予備吸収ステージからの未吸収蒸発冷媒と接触することにより当該冷媒減損吸収体が予備飽和される。
【００８８】
吸収ステージ装置はさらに圧縮吸収ステージを含む。これは、予備飽和器からの残留蒸発冷媒が、圧縮下又は加圧下で予備吸収器からの部分的冷媒豊富吸収体と接触することができる圧縮吸収器を含む。
【００８９】
予備飽和器、予備吸収器及び圧縮吸収ステージ、又は圧縮吸収器はそれぞれ以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】蒸気吸収冷凍装置のプロセスフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
添付の概略的図面を参照して例示のみによって本発明がここに記載される。
【００９２】
図面において、参照番号１０は、本発明に係る蒸気吸収装置を一般に示す。
【００９３】
装置１０は凝縮冷媒蓄積容器１２を含む。凝縮冷媒蓄積容器１２において、図示の実施例においてアンモニアを含む凝縮冷媒が、当該アンモニアを液相に維持するのに十分高い凝縮器出口温度及び圧力で蓄積される。
【００９４】
アンモニア蓄積容器１２からアンモニアを引き出すことができるアンモニア冷媒輸送管１４が、当該蓄積容器１２から、一般に参照番号１６で示される膨張器／蒸発器ステージ又はシステムに至る。
【００９５】
ポンプ１８が輸送管１４に設けられる。ポンプ１８は、輸送管１４に沿って蓄積容器１２から膨張器／蒸発器システム１６へ冷媒を輸送する圧力ヘッドを生成する。その結果、冷媒が、当該冷媒が蓄積容器１２に蓄積された圧力よりも高い圧力で蒸発システム１６へ送達される。
【００９６】
膨張器／蒸発器システム１６は、直列に接続された膨張デバイス２０及び蒸発器２２を含む。膨張デバイス２０は蒸発器２２の上流に設けられる。
【００９７】
冷媒冷却熱交換器２４は膨張デバイス２０の上流に設けられる。すなわち輸送管１４は、熱交換器２４を介して膨張器／蒸発器システム１６に至る。
【００９８】
熱交換器２４からは、冷媒輸送管１４が膨張デバイス２０に至る。
【００９９】
膨張デバイス２０からは、混合相冷媒輸送管２６が蒸発器２２に至る。
【０１００】
蒸発器２２において、混合相冷媒輸送管２６は、冷却されることが所望される高温媒体との熱伝達関係を有して通過する。図示の実施例においては、加熱媒体が、一般に参照番号２９で示される高温媒体循環管に沿って流れる。
【０１０１】
蒸発器２２からは、蒸発冷媒輸送管２８が、一般に参照番号３０で示される吸収器システム又はステージに至る。
【０１０２】
吸収器システム３０の上流において、冷媒輸送管２８は、冷媒輸送管１４との熱伝達関係を有して冷媒冷却熱交換器２４を貫通する。
【０１０３】
吸収器システム３０は予備接触ステージを含む。予備接触ステージは、予備飽和器システム３２と、予備吸収器３４を含む主要接触ステージとを含む。吸収器ステージ冷媒供給管３６が予備接触ステージ３４内に至る。冷媒減損吸収体輸送管３７が予備飽和器システム３２内に至る。未吸収冷媒蒸気輸送管３８が予備吸収器３４から予備飽和器システム３２に至り、予備飽和吸収体液体輸送管４０が予備飽和器システム３２から予備吸収器３４に至る。
【０１０４】
予備飽和器システム３２は、予備飽和器熱交換器４２及び予備飽和器フラッシュ容器４４を含み、熱交換器４２はフラッシュ容器４４の上流に設けられる。図示の実施例において、未吸収蒸発冷媒管３８が冷媒減損輸送管３７に結合され、ひいては熱交換器４２の上流において、未吸収蒸発冷媒が冷媒減損吸収体と接触する。その後、結合した冷媒／吸収体供給管４６は熱交換器４２に至り、冷却媒体循環管４８と熱伝達関係を有してここを通過する。
【０１０５】
冷却冷媒／吸収体輸送管５０が、熱交換器４２からフラッシュ容器４４内に至る。
【０１０６】
理解されることだが、本発明によれば、上述した図示の実施例以外の予備飽和器構成も可能である。例えば、想定されるのは、予備飽和器フラッシュ容器４４及び熱交換器４２が、一つのプロセスユニットとして動作し得ることである。このような結合された予備飽和器カラムは、その後の動作で同時の吸収及び熱除去を行う。代替的に、予備吸収器は、本例示のとおり、熱交換器４２及びフラッシュ容器４４とともに動作し得るが、熱交換器４２の中においては冷媒減損吸収体輸送管３７と未吸収蒸発冷媒輸送管３８との組み合わせが生じ得る。
【０１０７】
残留蒸発冷媒輸送管５２が、予備飽和器システム３２から、詳しくは予備飽和器フラッシュ容器４４から導かれ、及び部分的冷媒豊富輸送管５４が予備吸収器３４から導かれる。
【０１０８】
残留蒸発冷媒輸送管５２及び部分的冷媒豊富輸送管５４は圧縮吸収システム５６内に至る。圧縮吸収システム５６は、液体リングポンプ５８の態様にある圧縮機を含む。残留蒸発冷媒輸送管５２及び部分的冷媒豊富輸送管５４双方が、液体リングポンプの吸入側に至る。
【０１０９】
冷媒豊富吸収体輸送管６０が、圧縮吸収システム５６から、詳しくは圧縮吸収システム５６の液体リングポンプ５８の吐出側から、一般に参照番号６２で参照される吸収体再生システムに至る。
【０１１０】
吸収体再生システム６２は、冷媒豊富吸収体蓄積容器６４を含む。輸送管６０はこれの中に通じる。
【０１１１】
蓄積容器６４の上流おいて、輸送管６０が、冷却媒体循環管６８と熱伝達関係を有して冷媒豊富吸収体冷却熱交換器６６を貫通する。
【０１１２】
冷媒豊富吸収体蓄積ステージ残留蒸発冷媒輸送管７０が、蓄積容器６４から通じる蒸発冷媒輸送管２８と、蒸発器２２から通じる吸収器システム３０の上流にある混合箇所７２において出会いかつ結合される。したがって、吸収器システム冷媒供給管３６は、混合箇所７２から吸収器システム３０に、詳しくは予備吸収器３４に至る。
【０１１３】
再生システム６２はまた、蓄積容器６４の下流に再生器カラム６９を含む。
【０１１４】
蓄積冷媒豊富吸収体輸送管７４が蓄積容器６４から導かれる。輸送管７４にはポンプ７６が設けられる。当該輸送管は、再生器カラム６９の上流にある第１及び第２輸送管７４．１、７４．２に分岐する。その代わりに、輸送管７４．１、７４．２は独立して再生器カラム６９内に至ることもできる。
【０１１５】
輸送管７４．１は第１予熱熱交換器７７内に至る。管７４．１は、熱交換器６６及び蓄積容器６４の上流にある圧縮吸収システム５６から、詳しくは液体リングポンプ５８からの冷媒豊富吸収体輸送管６０と熱伝達関係を有して第１予熱熱交換器７７を貫通する。
【０１１６】
輸送管７４．２は第２予熱熱交換器７８内に至る。管７４．２は、冷媒減損吸収体輸送管３７と熱伝達関係を有し、管３７が通じる予備飽和器３２の上流において第２予熱熱交換器７８を貫通する。
【０１１７】
輸送管７４．１、７４．２は、熱交換器７７、７８から下流にある混合箇所８０において再結合され、再生器カラム６９内に至る冷媒豊富吸収体供給管８２を形成する。
【０１１８】
再生吸収体輸送管８４及び冷媒減損吸収体輸送管３７はそれぞれ、再生器カラム６９の頂部及び底部から導かれる。
【０１１９】
冷媒減損吸収体輸送管３７は、再生器カラム６９と熱伝達関係を有して第２予熱熱交換器７８の上流を通過する。図示の実施例において、熱伝達関係は、第１再生器カラム熱交換器８６によって示されている。
【０１２０】
冷媒減損吸収体循環管８８が、熱交換器８６の上流かつ再生器カラム６９から下流において輸送管３７から導かれる。管８８は、第２再生器カラム熱交換器９２内にある第１熱伝達媒体管９０と熱伝達関係を有して再生器カラム６９内に再び導かれる。
【０１２１】
再生器カラム６９には、第２熱伝達媒体管９４がカラム６９と熱伝達関係を有して通過することによってさらなる加熱が与えられる。図示の実施例において、熱伝達関係は、第３再生器カラム熱交換器９６によって示されている。
【０１２２】
再生冷媒輸送管８４が、再生器カラム６９の頂部から冷媒凝縮器９８内に至る。管８４は、冷却媒体管１００と熱伝達関係を有して冷媒凝縮器９８を通過する。
【０１２３】
凝縮冷媒輸送管１０２が、凝縮器９８から冷媒蓄積容器１２内に至る。
【０１２４】
使用時、実質的に純粋な形態にあるアンモニア冷媒が、液体形態で、かつ、当該凝縮アンモニアを液相に維持するのに十分高い圧力において蓄積容器１２に蓄積される。典型的に、アンモニアは、温度約３５℃で蓄積容器に存在する。
【０１２５】
液体アンモニアストリームはその後、輸送管１４に沿って蓄積容器１２から引き出され、ポンプ１８によって膨張器／蒸発器システム１６に送り込まれる。液体アンモニアストリームの一部は、管１５に沿って環流として再生器の頂部に戻され、当該再生器において必要な分留効果を与える。
【０１２６】
輸送管１４に沿って流れる液体アンモニアストリームは、膨張器／蒸発器システム１６に入る前に、熱交換器２４において、輸送管２８に沿って流れる蒸発アンモニアに対して熱交換される。その結果、当該アンモニアが予備冷却され、及び膨張デバイス２０を介する部分的な蒸発によって喪失し得る冷凍ポテンシャルが増加する。典型的に、凝縮冷媒は、熱交換器２４において、約０℃から約３４℃の温度まで冷却される。
【０１２７】
熱交換器２４からは、今や冷却されたアンモニアストリームが、圧力約６絶対バールから約２６絶対バールで膨張デバイス２０に至る。膨張デバイス２０を介して当該アンモニアが、その圧力が圧力約１．３絶対バールから約４．５絶対バールまで低減されて膨張する。当該膨張により当該アンモニアが少なくとも部分的に蒸発及び冷却され、当該アンモニアの、高温源から除熱する容量が増加する。したがって、液体／蒸気アンモニアストリームが、輸送管２６に沿って膨張デバイス２０から引き出される。
【０１２８】
膨張デバイス２０を介しての液体アンモニアストリーム膨張は、当該膨張デバイスから出るアンモニアに、所望冷凍温度における当該アンモニアの蒸気圧をもたらすのに十分であり、前記蒸気圧は好ましくは、約−３０℃から約５℃の冷凍温度に対し約１．３絶対バールから約４．５絶対バールである。本実施例の場合、所望冷凍温度は−１８℃であり、対応する蒸気圧は約１．９絶対バールである。
【０１２９】
このため、液体／蒸気アンモニアストリームは、輸送管２６を沿って蒸発器２２に輸送される。
【０１３０】
蒸発器２２において、液体／蒸気アンモニアストリームは、高温媒体循環管２９を流れる高温媒体に対して熱交換される。液体／蒸気アンモニアストリームは、理想的には一定の圧力及び温度で高温媒体から熱を吸収するので高温媒体が冷却され及びそれ自身のエンタルピーが増加する。その結果、完全に蒸発し、温度約−１８℃及び圧力約１．９絶対バールにある飽和冷媒蒸気ストリームとして、輸送管２８に沿って蒸発器２２から出る。
【０１３１】
輸送管２８に沿って流れる冷媒ストリームは上述のように、吸収システム３０へ輸送される前に、輸送管１４に沿って流れる液体冷媒ストリームに対し熱交換器２４において熱交換され、約３４℃から約０℃の温度まで冷却される。
【０１３２】
すなわち、蒸発アンモニアストリームは、熱交換器２４を貫通した後に吸収器システム３０まで、詳しくは予備吸収器３４まで輸送される。
【０１３３】
吸収器カラム３４において、輸送管３６に沿って流れる蒸発アンモニアが、輸送管４０において供給されるアンモニア豊富液体水ストリームの形態にある吸収体に吸収される。その結果、さらなるアンモニア豊富液体水ストリーム５４が得られる。圧縮吸収ステージ５６において、アンモニア豊富液体水ストリーム５４が残留蒸発冷媒ストリーム５２と結合されて冷媒豊富吸収体ストリーム６０が生成される。冷媒豊富吸収体ストリーム６０からは、蒸発器２２での再使用を目的としてアンモニアを再生器システム６２において回収することができる。
【０１３４】
輸送管３６に沿って流れる蒸発アンモニアストリームは、予備吸収器３４内に導入される前に、蓄積容器６４からの残留蒸発アンモニアと混合箇所７２において結合される。その後、蒸発アンモニアストリームは予備吸収器３４の底部内に導入され、予備飽和吸収体液体が、輸送管４０に沿って予備飽和器３２から予備吸収器３４の頂部内に導入される。すなわち、蒸発冷媒ストリームが、対向流形式で予備吸収器３４において予備飽和吸収体液体と接触する。部分的冷媒豊富アンモニアが予備吸収器３４の底部に蓄積し、未吸収蒸発アンモニアが予備吸収器３４の頂部に蓄積する。
【０１３５】
吸収システム３０、詳しくは予備吸収器３４は、蒸発器の圧力よりもわずかに低減された圧力で、詳しくは約１．８絶対バールで動作する。これは、以下で何度か言及される「第１圧力」を構成し、本発明によればむしろ、約１．３絶対バールから４．５絶対バールであり得る。
【０１３６】
予備吸収器３４の頂部に蓄積する未吸収蒸発アンモニアが、輸送管３８に沿って予備吸収器３４から引き出され、輸送管３７に沿って流れる冷媒減損吸収体と混合される。その結果、アンモニア／水ストリームが得られ、これが輸送管４６に沿って流れる。
【０１３７】
理解されることだが、当該アンモニアの少なくとも一部は、アンモニア減損水ストリームと結合され、未吸収蒸発アンモニア冷媒とアンモニア冷媒減損水吸収体との間に生じる物質移動に起因してアンモニア減損水ストリームに吸収される。この結果、アンモニア／水ストリームの温度が、生成される吸収熱に起因して増加する。すなわち、水／アンモニアストリームが輸送管４６に沿って熱交換器４８に至り、水／アンモニアストリームは、当該ストリームが予備飽和カラム３２まで輸送される前に冷却される。熱交換器４２において、水／アンモニアストリームは、循環管４８に沿って流れる冷却水ストリームに対し熱交換され、さらなるアンモニア吸収が達成される。循環管４８における冷却水の温度及び流速は、水／アンモニアストリームが、輸送管５０に沿ってフラッシュ容器４４に入る前に温度約３５℃まで冷却されるように選択される。したがって、理解されることだが、予備飽和器フラッシュ容器４４の上流において、未吸収アンモニア冷媒とアンモニア減損水吸収体との間の物質移動と同時に冷却熱伝達が生じる。
【０１３８】
フラッシュ容器４４において、未吸収蒸発アンモニア及びアンモニア減損水は、アンモニア減損水とさらに接触してアンモニアが部分的に飽和する。部分的飽和アンモニアが、部分的飽和アンモニアストリームとして、輸送管４０に沿って予備吸収器３４まで輸送される。すなわち、部分的飽和アンモニアは、予備吸収器３４において吸収体液体を構成する。
【０１３９】
残留未吸収アンモニア蒸気が、輸送管５２に沿ってフラッシュ容器４４の頂部から残留アンモニア蒸気ストリームとして引き出される。部分的アンモニア豊富吸収体が、輸送管５４に沿って予備吸収器３４の底部から引き出される。
【０１４０】
その後、残留アンモニア蒸気ストリーム及び部分的アンモニア豊富吸収体ストリームは、液体リングポンプ５８の吸入側に供給される。液体リングポンプ５８において、部分的アンモニア豊富吸収体ストリームは、実質的に円筒状の液体膜として遠心的に分散される。これは可能な限り、ポンプ５８内に配置されて可能な限りポンプ体の軸から偏心したインペラによるが、これに限定されない。インペラの複数のブレードが、これらの間に圧縮容積を画定し、当該ブレードは、回転軸まわりに進行し、ひいては当該圧縮容積を低減してその中に存在する任意のガス又は蒸気を圧縮するときに、液体膜内に部分的に侵入する。残留アンモニア蒸気ストリームが液体膜の目の中に導入されて、液体リングポンプ５８の複数のインペラ間に侵入する。このため、残留アンモニア蒸気ストリームは、インペラが液体膜内に侵入するときに圧縮されることにより、当該液体膜内に圧縮吸収される。注目すべき重要なことは、本発明が、このような構成の液体リングポンプに、又はついでに言えば液体リングポンプ自体に限定されないことである。残留蒸発冷媒及び部分的冷媒豊富吸収体の圧力を高めることによって所望の圧縮吸収効果を達成する任意のポンプ等の圧力生成機器又は圧縮機は、圧縮吸収ステージを構成するのに適切である。このような他のタイプの圧縮機には、アルキメディアンスクリュータイプ圧縮機、及びベーンレス又はブレードレスのインペラポンプ又は圧縮機が含まれる。
【０１４１】
液体リングポンプ５８は、圧力約３．５絶対バールから約１０絶対バールで動作する。これは、第２圧力を構成する。第２圧力は第１圧力よりも高い。
【０１４２】
したがって、アンモニア豊富水ストリームが、輸送管６０に沿って液体リングポンプ５８の圧力側から吐出され、蓄積容器６４に送られる。アンモニア豊富水ストリームは、アンモニア濃度約５０モル％を有する。
【０１４３】
残留蒸発アンモニアストリームが部分的アンモニア豊富水ストリームに圧縮吸収されることにより、得られるアンモニア豊富水ストリームの温度が、吸収熱の生成によって上昇する。したがって、アンモニア豊富水ストリームは、蓄積容器６４に入る前において、第１に、管７４．１に沿って第１予熱熱交換器７７の中を流れる第１分岐蓄積アンモニア豊富水ストリームと熱交換し、第２に、循環管６８に沿って熱交換器６６の中を流れる冷却水ストリームと熱交換する。冷却水ストリームの流速及び温度は、アンモニア豊富水ストリームが温度３５℃で熱交換器６６から出るように選択される。
【０１４４】
蓄積されたアンモニア豊富水ストリームが、輸送管７４に沿って蓄積容器６４から引き出され、ポンプ７６によって再生器カラム６９に送り込まれる。
【０１４５】
蓄積アンモニア豊富水ストリームは、再生器カラム６９の上流において輸送管７４．１及び７４．２に沿ってそれぞれ第１分岐蓄積アンモニア豊富水ストリーム及び第２分岐蓄積アンモニア豊富水ストリームとして分割される。
【０１４６】
第１分岐蓄積アンモニア豊富水ストリームは、輸送管６０に沿って流れるアンモニア豊富水ストリームに対し熱交換される。第２分岐蓄積アンモニア豊富水ストリームは、熱交換器７８において、輸送管３７に沿って流れるアンモニア減損水ストリームに対し熱交換される。
【０１４７】
その後、第１及び第２分岐ストリームは混合箇所８０において再結合された後、アンモニア豊富水供給ストリームとして再生器カラム６９に供給される。熱交換器７７、７８は集合的に、第１及び第２分岐ストリームそれぞれの温度を高めるように構成される。その結果、当該供給ストリームの温度は約８０℃となる。
【０１４８】
再生器カラム６９において、再生器カラムでのアンモニア豊富水の加熱によりアンモニアがアンモニア豊富水供給ストリームから回収される。その結果、アンモニアが分留されて取り出される一方、水は液体形態に維持されるので、回収アンモニア及びアンモニア減損水が得られる。回収アンモニアは、輸送管８４に沿って再生器カラム６９から回収アンモニアストリームとして引き出され、アンモニア減損水は、輸送管３７に沿って再生器カラム６９からアンモニア減損水ストリームとして引き出される。得られたアンモニア減損水ストリームは、アンモニア濃度約２．５モル％を有し、温度約１８５℃で再生器カラム６９から出る。
【０１４９】
再生器カラムは、圧力約１３．２絶対バールで動作する。したがって、ポンプ７６は好ましくは、アンモニア豊富水ストリームを再生器カラム動作圧力で再生器カラム内に導入するのに十分な圧力ヘッドを生成する。
【０１５０】
再生器カラムにおけるアンモニア豊富水の加熱は、上述のとおり、第１、第２、及び第３再生器カラム熱交換器８６、９２、９６によって達成される。
【０１５１】
アンモニア減損水ストリームは、第１熱交換器８６内を、再生器カラム６９と熱伝達関係を有して通過する。
【０１５２】
アンモニア減損水ストリームの循環ストリームが、輸送管８８に沿って輸送管３７から引き出され、第２熱交換器９２内を、循環管９０に沿って流れる第１加熱媒体と熱伝達関係を有して通過し、その後再生器カラム６９に戻される。第１加熱媒体は入口温度約２００℃にあり、可能な限り約１２５℃から約２７５℃であるが、本発明は、装置１０の設計に依存するこのような温度に必ずしも限定されるわけではない。
【０１５３】
第３熱交換器９６内では、循環管９４内を流れる第２加熱媒体が、再生器カラム６９と熱伝達関係を有して通過する。第２加熱媒体は入口温度約１７５℃にあり、可能な限り約１２５℃から約２７５℃であるが、本発明は、装置１０の設計に依存するこのような温度に必ずしも限定されるわけではない。
【０１５４】
輸送管８４に沿って再生器カラム６９の頂部から引き出された回収蒸発アンモニアストリームが、凝縮器９８に送られる。凝縮器９８において、蒸発アンモニアストリームは、当該ストリームが循環管１００に沿って流れる冷却媒体ストリームと熱伝達関係を有して通過することによって凝縮される。
【０１５５】
凝縮器９８からは、凝縮アンモニアがアンモニア蓄積容器１２まで輸送される。アンモニア蓄積容器１２から当該アンモニアが蒸発器２２まで再循環される。
【０１５６】
記載のとおり装置１０は、任意の所望蒸発器ディーティに対してではあるが、具体的には約０．５ＭＷから約５ＭＷの蒸発器デューティに対して、冷凍を与えることができると期待される。
【０１５７】
本発明の一の特定実施例において、システム１０の様々なストリームの特性が０．５ＭＷの蒸発器デューティに対して定められている。これらの特性は、本明細書の最後に与えられる表に含まれている（第５３頁）。
【０１５８】
吸収冷凍システムの吸収ステージにおいて冷媒吸収が行われる効率は、当該冷凍システムのパフォーマンス係数の達成可能係数に著しい影響を与える。出願人は、本発明の方法及び装置が、特にその予備吸収、吸収及び吸収器ステージが、本発明の、一般に当てはまるものよりも高いパフォーマンス係数を可能にしていると信じている。これは、出願人の経験によれば、再生器システムに供給される冷媒豊富吸収体ストリームにおいて、従来型システムの場合よりも高い冷媒濃度が達成可能だからである。
【０１５９】
さらに、好ましくは液体リングポンプを含む圧縮吸収ステージの使用が、冷媒の吸収体への達成可能吸収度を著しく増加させるのみならず、著しい量の吸収熱量も生成する。この吸収熱を再生器システムに、特に再生器カラム供給ストリームに回収することは、再生器カラムを動作させるための外熱の必要性を低減し、ひいてはシステムの全体的な仕事又はエネルギー入力の必要性も低減する。その結果、パフォーマンス係数が向上する。
【０１６０】
本発明の装置及び方法はさらに、プロセスストリームから廃熱を回収することによりプロセス熱利用を最適化する。その結果、動作時の装置への外的仕事入力の必要性がさらに低減される。簡潔に言えば、再生器カラムから引き出された冷媒減損吸収体が、第１に、第２熱交換器において熱伝達媒体と熱交換されて再生器カラムに低温再沸騰熱を与える。第２に、冷媒減損吸収体が第２予熱熱交換器において、第２予熱熱交換器における液体リングポンプからの冷媒豊富吸収体とともに、冷媒豊富吸収体蓄積容器からの冷媒豊富吸収体と交換される。その結果、冷媒豊富吸収体は、再生カラムに入る前に予熱される。
【０１６１】
本発明の装置及び方法は、蒸気吸収冷凍システムのパフォーマンス係数の増加を達成しようとする。これを目的として、パフォーマンス係数（ＣＯＰ）が、得られた有用エネルギー（冷却デューティ）と適用されたエネルギー（エネルギー入力）との比として定義される。詳しくは、ＣＯＰは、
ＣＯＰ＝Ｅｕ／Ｅａ
として表現される。
ここで、
ＣＯＰ＝パフォーマンス係数
Ｅｕ＝得られた有用エネルギー（帝国単位系では英国熱量単位／ＳＩ単位系ではキロワット時）
Ｅａ＝適用されたエネルギー（帝国単位系では英国熱量単位／ＳＩ単位系ではキロワット時）
である。
【０１６２】
本発明の記載に関し、ＣＯＰは、図面のＥｕ：ストリーム９０及び９４並びにＥａ：ストリーム２９に代表されるストリームにおけるエンタルピー変化から計算される。
【０１６３】
本発明が従来型蒸気吸収冷凍システム又は運転に対して提案する所定の改良は、以下のようにまとめることができるが、本発明に関して網羅的とはみなされない。
【０１６４】
出願人は、予備飽和器及び圧縮吸収ステージが、本発明の特に重要な２つの特徴であると考える。これらの特徴の動作により、所定セットのプロセス制約、すなわちプロセス運転制限に対し吸収体の必要な循環比を低減することができる。これらの制約には、利用可能な冷却媒体温度及び必要な冷凍温度が含まれる。
【０１６５】
吸収体循環比（すなわち、吸収を行うのに必要な吸収体体積）を最小化することにより、再生器の負荷が低減され、ひいては再生器への必要なエネルギー入力が低減される。したがって、ＣＯＰの向上がもたらされる。
【０１６６】
本発明は、２つのステージでＣＯＰ向上を達成することを目的とする。第１に、蒸発器ステージからの蒸発冷媒を、熱交換器クーラにおいて再生ステージからの冷媒減損吸収体に接触させることによる。冷媒が減損吸収体に吸収されると、吸収熱が生成され、吸収体／冷媒混合物が加熱される傾向がある。吸収体／冷媒混合物の温度が上昇すると、吸収体のさらに冷媒を吸収する容量が低減される。したがって、本発明は、最低可能平衡温度を利用可能な冷却媒体温度で達成するべく、極力多くの熱を吸収体／冷媒混合物から抽出することを提案する。これは、本発明では予備飽和器交換器クーラにおいて最も効率的に達成される。熱が除去される一方で吸収が実際に行われるからである。予備吸収器は、予備飽和器交換器クーラにおいて完全な平衡が十分に達成されない場合の「吸収度の保険」として含まれる。
【０１６７】
したがって、上記構成の一つの目的は、所定の冷却媒体温度に対する、最低限可能な吸収体冷媒混合物平衡温度を達成することにある。
【０１６８】
好ましくは液体リングポンプから構成される圧縮吸収ステージが含められる。これにより、部分的冷媒豊富吸収体の、予備飽和器及び予備吸収器に存在する高圧条件における未吸収冷媒との接触が許容され、さらには、必要な吸収体循環比及びこれゆえの再生器への必要なエネルギー入力（増加した吸収に起因）が低減される。圧縮吸収ステージ又は液体リングポンプはその駆動エネルギーを必要とするので、圧縮吸収ステージへの負荷を極力低減しなければならない。これは、上記予備飽和器システムを設けることによって行われる。
【０１６９】
したがって、予備飽和器及び圧縮吸収ステージは、互いに補い合うこと及び吸収体への冷媒吸収を最大化することが特に著しい相互関連プロセスコンポーネントを構成する。
【０１７０】
圧縮吸収ステージ及び特に液体リングポンプによって得られるもう一つの利益は、この高圧吸収ステージにおいて生成される吸収熱が、その主要再生器供給ストリームに対する冷媒豊富吐出ストリームの熱回収にとって十分な高温をもたらし、さらにはプロセス熱を使用しての再生器へのエネルギー入力を低減するということである。
【０１７１】
したがって、本発明によれば、圧縮吸収ステージにおいて生成された吸収熱を再生器に伝達することによって、再生熱需要を低減することができる。
【０１７２】
注目すべき重要なことは、圧縮吸収ステージにおいて完全な吸収が典型的に達成されることがないということ、及びこれゆえに圧縮吸収ステージ吐出が典型的に２層混合物からなるということである。この吐出混合物は、再生器供給に対する熱交換によって冷却され、さらには吸収が生じる。その結果、再生器供給に対して上述されたように回収される追加的な吸収熱がもたらされる。
【０１７３】
詳細に上述されたいくつかのさらなる利点及び改良点は、
吸収システムにおける予備飽和器及び予備吸収器の使用が、所定冷却媒体温度に対して達成可能な冷媒吸収を最大化することと、
圧縮吸収システム及び特に液体リングポンプの使用がさらに、達成可能な冷媒吸収を最大化し、液体リングポンプにおいて生成された吸収熱の回収による必要な再生器再沸騰熱の低減を可能とすることと
を含む。
【０１７４】
予備接触器がさらに、吸収ステージの温度制御を可能とする。その結果、吸収プロセスが、所望温度での最大吸収に対する圧力を確立することでその最適状態に維持されることにより、圧縮ステージ内で吸収ステージを完結することが可能となる。出願人の知識によれば、さもなくば一つのステージユニットでは達成することができない吸収レベルを達成することができる。
【０１７５】
吸収レベルが高められる結果、吸収体の必要性が低減され、ひいては再生器に与えられる外熱の必要性も相応に低減される。得られる「二重の勝利」が、出願人が認識している従来型システムと比べた場合におけるプロセス効率の著しい増加をもたらす。
【０１７６】
出願人は、本発明の方法及び装置が、圧力約１３．５絶対バール、再生器オーバーヘッド（回収蒸発冷媒）温度約３５℃、及び蒸発器動作温度約−１８℃で動作する再生器によれば、１程度のパフォーマンス係数を達成することを発見している。
【０１７７】
出願人はまた、本発明の方法及び装置が、一般的には冷凍生成に有用ではない熱源を蒸気吸収冷凍熱源として活用する上で有用であると信じている。
【０１７８】
出願人は、本発明が、ＣＯＰ向上を達成しようとする既存システムに対し特に有利であると認識している。他の典型的な吸収冷凍システムは、「単一効果サイクル」、すなわち、冷凍システム蒸発器、吸収器、生成器、及び凝縮器という４つの主要コンポーネントを介する流体輸送に関連するシステムを含む。「二重効果サイクル」システムは、吸収溶液から多くの冷媒を沸騰させて取り出すことを可能とする２つの凝縮器及び２つの生成器を含む。「三重効果サイクルシステム」は、「二重効果サイクル」システムに対する論理的改良に関連し、典型的には、低温凝縮器、中温凝縮器、高温凝縮器、中温生成器、低温生成器、及び吸収器を含む。
【０１７９】
【表１】
2013539007.tif 000003
【図１】
2013539007.tif 000004
【国際調査報告】
2013539007.tif 000005
2013539007.tif 000006
2013539007.tif 000007
2013539007.tif 000008