(57)【要約】【課題】夜間は氷蓄熱のためのマイナス温度運転をし、昼間は空調用にプラス温度の運転をする吸収冷凍機とその運転方法を提供する。【解決手段】再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、吸収器Ａ及び蒸発器Ｅを有し、該蒸発器Ｅの伝熱部に散布する冷媒液に溶質を添加して不凍液とした吸収冷凍機において、前記蒸発器Ｅに保有する冷媒液中の溶質の量を一定に保持すると共に、蒸発器の液溜め部に保有する冷媒液量を前記凝縮器から導入される冷媒液量により調節して、蒸発器Ｅの冷媒液の溶質濃度を制御する制御機構ＬＳを有することとしたものであり、該吸収冷凍機には、二段濃縮サイクルを可能にする補助吸収器と補助再生器とを設けると共に、該二段濃縮サイクルを有効あるいは無効に変更するサイクル変更機構を備えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を有し、該蒸発器の伝熱部に散布する冷媒液に溶質を添加して不凍液とした吸収冷凍機において、前記蒸発器に保有する冷媒液中の溶質の量を一定に保持すると共に、蒸発器の液溜め部に保有する冷媒液量を前記凝縮器から導入される冷媒液量により調節して、蒸発器の冷媒液の溶質濃度を制御する制御機構を有することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項２】
請求項１記載の吸収冷凍機において、二段濃縮サイクルを可能にする補助吸収器と補助再生器とを設けると共に、該二段濃縮サイクルを有効あるいは無効に変更するサイクル変更機構を備えたことを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の吸収冷凍機の運転方法において、前記蒸発器で冷却するブラインの制御目標温度を、少なくとも２値以上有し、該制御目標温度に合わせて、蒸発器の液溜め部の冷媒液の溶質濃度を制御して運転することを特徴とする吸収冷凍機の運転方法。
【請求項４】
前記ブラインの制御目標温度が、前記蒸発器で冷却するブライン温度をマイナス温度とする運転モードと、該ブライン温度を空調に合わせた温度とする運転モードとを有し、前記運転モードにより蒸発器の液溜め部の冷媒液の溶質濃度を制御することを特徴とする請求項３に記載の吸収冷凍機の運転方法。
【請求項５】
前記冷媒液の溶質濃度の制御は、前記蒸発器の液溜め部に液面を検知、調節する液面スイッチ又は液面スイッチの作動位置を少なくとも２個設けて行い、前記制御目標温度に合わせた運転モードによって、使用する液面スイッチ又は作動位置を選択することを特徴とする請求項４に記載の吸収冷凍機の運転方法。
【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、排熱などを利用し、夜間は氷蓄熱をするためマイナス温度の運転をし、昼間は空調用途にプラス温度の運転をするような吸収冷凍機とその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特公昭５８−１５７０３号公報
【特許文献２】特開平６−３４７１２６号公報
【特許文献３】特開平７−１３９８４４号公報
【特許文献４】特開平１１−３０４２７５号公報
【特許文献５】特開平１１−３０４２７６号公報
【特許文献６】特開平１１−３０４２７７号公報
水を冷媒とする吸収冷凍機で、０℃以下のマイナス温度の冷媒温度とする場合、冷媒の凍結を防ぐため、蒸発器の冷媒に吸収剤を混入し、凍結温度を低下させることは、従来から公知である（特公昭５８−１５７０３号公報）。
また、特開平６−３４７１２６号公報には、蒸発器に保有する吸収剤を一定とし、液面を一定に保つことで、蒸発器濃度を一定に保つことが、特開平７−１３９８４４号公報には、蒸発器／吸収器を２組持ち、吸収剤を入れた蒸発器と組になる吸収器を、もう一方の蒸発器で冷却し、吸収器の結晶濃度を回避することが、さらに、特開平１１−３０４２７５号、特開平１１−３０４２７６号、特開平１１−３０４２７７号各公報は、２台の単効用機で二重効用とし、一方の蒸発器で、吸収剤を入れた蒸発器と組になる吸収器を冷却し、吸収器の結晶濃度を回避することが、それぞれ記載されている。
しかし、これらの冷凍機では、マイナス温度取出し専用となっており、蒸発器の吸収剤濃度をほぼ一定として、凍結を防止しているので、マイナス温度が不要でプラス温度で運転する場合でも、マイナス温度取出時の悪い効率が若干改善される程度にとどまっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、蒸発器からのブラインの取出し温度に合わせて効率を改善し、特に、マイナス温度取出し運転からプラス温度取出し運転になったときに、効率を大幅に改善することができる吸収冷凍機とその運転方法を提供することをを課題とする。
【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、再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を有し、該蒸発器の伝熱部に散布する冷媒液に溶質を添加して不凍液とした吸収冷凍機において、前記蒸発器に保有する冷媒液中の溶質の量を一定に保持すると共に、蒸発器の液溜め部に保有する冷媒液量を前記凝縮器から導入される冷媒液量により調節して、蒸発器の冷媒液の溶質濃度を制御する制御機構を有することを特徴とする吸収冷凍機としたものである。
前記吸収冷凍機において、二段濃縮サイクルを可能にする補助吸収器と補助再生器とを設けると共に、該二段濃縮サイクルを有効あるいは無効に変更するサイクル変更機構を備えることができる。
【０００５】
また、本発明では、前記の吸収冷凍機の運転方法において、前記蒸発器で冷却するブラインの制御目標温度を、少なくとも２値以上有し、該制御目標温度に合わせて、蒸発器の液溜め部の冷媒液の溶質濃度を制御して運転することを特徴とする吸収冷凍機の運転方法としたものである。
前記吸収冷凍機の運転方法において、前記ブラインの制御目標温度が、前記蒸発器で冷却するブライン温度をマイナス温度とする運転モードと、該ブライン温度を空調に合わせた温度とする運転モードとを有し、前記運転モードにより蒸発器の液溜め部の冷媒液の溶質濃度を制御することができ、また、前記冷媒液の溶質濃度の制御は、前記蒸発器の液溜め部に液面を検知、調節する液面スイッチ又は液面スイッチの作動位置を少なくとも２個設けて行い、前記制御目標温度に合わせた運転モードによって、使用する液面スイッチ又は作動位置を選択することとできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明において、０℃以下の冷媒温度でも凍結しないように、蒸発器で冷媒液に添加して不凍液とする溶質には、吸収冷凍機で冷媒を吸収するために用いる吸収剤、あるいはエチレングリコール、プロピレングリコールなどを用いることができる。
そして、マイナス温度取出しの時は、冷媒中の不凍液の溶質濃度を、冷媒が凍結しない濃度まで上げ、また、プラス温度で取出す時は、その濃度を薄くすることとしている。
本発明では、蒸発器に保有する不凍液の溶質の量を一定とし、冷媒の量を増減することで溶質濃度を変化させている。具体的な例としては、蒸発器が保有する冷媒量を液面高さで管理することで溶質の濃度変化が可能となる。
【０００７】
吸収冷凍機の効率と蒸発器の溶質濃度との関係は、蒸発器中の不凍液の溶質濃度が濃いときには、冷媒の粘性が上昇し、熱伝導率が低下するなど、伝熱は悪くなり、同一ブライン温度を取出すにも冷媒の温度は低くする必要がある。また、蒸気圧降下（沸点上昇）が大きくなるので、その飽和蒸気温度はますます低くなり、濃度の薄い冷媒のときよりも強い吸収器能力が必要で、吸収溶液側の濃度が濃くなる。吸収溶液の結晶限界のため、濃溶液の溶液濃度に制限があり、吸収溶液サイクルの濃度幅が小さくなり、効率はますます低下する。
プラス温度を取出す時は、伝熱係数が同じであるとしても冷媒温度が上昇するが、冷媒中の溶質濃度を薄くすることで、伝熱が改善されてさらに冷媒温度が上昇、また蒸気圧降下も少なくなるので、飽和蒸気温度がさらに上昇して、ますます吸収溶液側の濃度が低下し、サイクルの濃度幅を大きくすることができ、効率が上昇する。
【０００８】
また、吸収冷凍機の効率とサイクル変更との関係は、マイナス温度取出しの時、吸収能力を大幅に上げる必要があり、吸収器の濃度が濃くなっており、プラス温度取出しのときと同一サイクルで吸収溶液の再生をしようとすると、熱源の必要温度が非常に高くなる。熱源温度に制限のあるとき、たとえば、熱源温度が１００℃以下のとき、マイナス温度取出しには、二段濃縮サイクルが必要となり、低いＣＯＰとなるが、プラス温度取出し時には、単効用サイクルにしてＣＯＰを約二倍にすることができる。上記の蒸発器の濃度と併せて行うことで、さらに効率改善ができる。
また、同様に、二重効用サイクルと、二段吸収を組込んだ二重効用サイクルとの切替え等で改善ができる。
次に、本発明を図面を用いて説明する。
【０００９】
図１は、単効用吸収冷凍機に本発明を適用した一例を示すフロー構成図である。
図１において、Ｇは再生器、Ｃは凝縮器、Ａは吸収器、Ｅは蒸発器、ＸＬは溶液熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、Ｖ１は調節弁、ＬＳは液面検出器である。図１では、冷媒を吸収した希溶液は、吸収器Ａから溶液熱交換器ＸＬの被加熱側を通り、再生器Ｇに送られる。再生器Ｇで、温水あるいは蒸気などの熱源により加熱濃縮され、濃縮された濃溶液は溶液熱交換器ＸＬの加熱側を通り、吸収器Ａに戻る。一方、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は凝縮器Ｃに入り、冷却されて凝縮液となり、凝縮器下部の冷媒タンク（液溜め、別置きでも可）に溜まる。タンクに溜まった冷媒液は、蒸発器Ｅに設けた液面検出器ＬＳの信号で、液面を目標値にするように、弁Ｖ１を調節し、蒸発器Ｅに導入される。蒸発器Ｅには、冷媒液を不凍液にする溶質が一定量入っており、液面を調節することで、冷媒量が調節され、目標の不凍液の溶質濃度となる。この冷媒は、蒸発器Ｅの上部から伝熱部に散水され、被冷却媒体であるブラインから熱を奪い、冷媒の一部は蒸発して、吸収器Ａの吸収溶液に吸収される。
【００１０】
マイナス温度取出しのときは、不凍液の溶質濃度を濃く、プラス温度のときは薄くすると効率のよい運転ができるので、濃度制御のため、この例では、マイナス温度取出しのときは、液面をＬ１位置で、プラス温度のときは液面をＬ２で制御するようにしている。
蒸発器Ｅには、冷媒中に一定量の溶質を保有させているが、長時間の運転を続ける内に保有量が変化することがあるので、冷媒液を蒸発器Ｅから吸収器Ａあるいは吸収溶液を吸収器Ａから蒸発器Ｅに（図示していないが）、出入する弁を有する配管を設けて、シーズン毎のメンテナンスによる調節を容易にしてもよい。
【００１１】
図２は、図１の吸収冷凍機のサイクルをデューリング線図上に示したもので、図２（ａ）がマイナス温度時、図２（ｂ）がプラス温度時のサイクル線図である。破線で示す結晶ラインは、溶質として用いる吸収剤にＬｉＢｒとＣａＣｌ２を２：１で混合したものである（ＬｉＢｒ単独の場合より、結晶濃度を数％〜１０％程度濃い方にずらすことができる）。
マイナス温度を取り出すときは、結晶ラインに近づくので溶液循環量を増して、濃溶液濃度を少しでも薄くしようとしている。プラス温度のときは、結晶ラインまで余裕があるので、溶液循環量を少なくし、濃度幅を広く取ってサイクル効率をよくしている。溶液循環量の増減は、溶液ポンプＳＰの回転数をインバータによる電源の周波数調整で行っている。
【００１２】
図３は、本発明の吸収冷凍機の他の例を示すフロー構成図で、サイクル切換えによる二段濃縮／単効用の混合機で、蒸発器Ｅ、吸収器Ａ、再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、補助吸収器ＡＸ、補助再生器ＧＸ及び低温側熱交換器ＸＬ、高温側熱交換器ＸＨから構成されている。
図３では、弁Ｖ２と弁Ｖ３で、溶液のサイクルが変更できる。図３の実線の矢印は、マイナス温度取出しに対応する二段濃縮サイクルの場合を示す。
図３において、蒸発器でマイナス温度取出しのときは、蒸発器Ｅの上部から伝熱部に不凍液となっている冷媒が散水され、被冷却媒体であるブラインから熱を奪い、冷媒の一部が蒸発する。吸収器Ａに導かれた濃溶液は、冷却水で冷却されながら、蒸発器Ｅからの冷媒蒸気を吸収し、希溶液となる。吸収器Ａからの希溶液は、弁Ｖ２を通って補助再生器ＧＸに送られ、温水などの熱源で加熱濃縮され濃溶液となり、吸収器Ａに戻る。
【００１３】
補助再生器ＧＸで発生した冷媒蒸気は、補助吸収器ＡＸで吸収溶液に吸収される。補助吸収器ＡＸの希溶液は、溶液ポンプＳＰＸで再生器Ｇに送られ、温水などの熱源で加熱減縮され濃溶液となり、弁Ｖ３を通って補助吸収器ＡＸに戻る。再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は、凝縮器Ｃに入り、冷却されて凝縮液となり凝縮器Ｃ下部の冷媒タンク（液溜め）に溜まる。タンクに溜まった冷媒液は、蒸発器Ｅに設けた液面検出器ＬＳの信号で、液面を目標値にするように、弁Ｖ１を調節し蒸発器Ｅに導入される。蒸発器Ｅには、冷媒中に不凍液とすべき溶質が一定量入っており、液面を冷媒量の少ないＬ１に調節することで、不凍液濃度の濃い目標濃度となる。
【００１４】
蒸発器Ｅでプラス温度取出しのときは、弁Ｖ２と弁Ｖ３を切り替え、溶液を破線の矢印方向に流し、補助吸収器ＡＸ、補助再生器ＧＸをはずして、単効用サイクルを形成する。即ち、吸収器Ａからの希溶液を低温溶液熱交換器ＸＬを通した後、弁Ｖ２で高温熱交換器ＸＨを経由して再生器Ｇに導く。再生器Ｇで加熱濃縮された濃溶液は、高温熱交換器ＸＨの加熱側を通った後、弁Ｖ３で低温溶液熱交換器ＸＬ経由で吸収器Ａに導く。
再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は、凝縮器Ｃで冷却されて凝縮液となり、下部の冷媒タンクに溜まる。タンクに溜まった冷媒液は、蒸発器Ｅに設けた液面検出器ＬＳの信号で、液面を目標値Ｌ２にするように、弁Ｖ１を調節し蒸発器Ｅに導入される。蒸発器の溶質濃度は、冷媒量が多いことで薄くなっている。この冷媒は、蒸発器Ｅの上部から伝熱部に散水され、被冷却媒体であるブラインから熱を奪い、冷媒の一部は蒸発して、吸収器Ａの吸収溶液に吸収される。
【００１５】
図４は、図３において、二段濃縮と単効用の混合機で連続的なサイクル変更を行うフロー構成図である。
図４においては、サイクル変更を弁Ｖ２’と弁Ｖ３’で行うようににしたものであり、弁Ｖ２’、弁Ｖ３’で溶液を矢印方向に流すことで、図３の弁Ｖ２、弁Ｖ３の矢印の場合と同じサイクルができる。また、弁Ｖ２’、弁Ｖ３’の切替えで、溶液を吸収器Ａ→補助吸収器ＡＸ→再生器Ｇ→補助再生器ＧＸ→吸収器Ａのサイクルとすることができ、弁Ｖ４の熱源投入変化で、単効用サイクル（Ｖ４全閉）から二段濃縮サイクル方向（Ｖ４開方向）とすることができる。
【００１６】
図５は、サイクル切替えによる二段濃縮と二重効用の混合機のフロー構成図である。
図５では、二重効用サイクルに二段濃縮サイクルを組込んだ場合の例を示し、マイナス温度にするとき、弁Ｖ３’、弁Ｖ５で、実線の矢印方向に溶液を流し、二段濃縮サイクルを機能させ、溶液濃度が高濃度になっても、二重効用サイクルに必要な熱源温度が高くなり過ぎるのを防ぐ。
一方、プラス温度にするとき、弁Ｖ３’、弁Ｖ５で、破線の矢印方向に溶液を流し、二段濃縮機能を外し、完全な二重効用サイクルとして効率を上げる。
なお、図３に対する図４と同様な切替えを、図５に対しても設けることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、排熱などを利用し、夜間は氷蓄熱をするためマイナス温度の運転をし、昼間は空調用途にプラス温度の運転をするような吸収冷凍機において、マイナス温度取出し運転からプラス温度取出し運転になったときに、効率を大幅に改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸収冷凍機の一例を示すフロー構成図。
【図２】図１の吸収冷凍機の冷凍サイクルのデューリング線図で、（ａ）マイナス温度時、（ｂ）プラス温度時。
【図３】本発明の吸収冷凍機の他の例を示すフロー構成図。
【図４】本発明の吸収冷凍機の他の例を示すフロー構成図。
【図５】本発明の吸収冷凍機の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
Ｇ：再生器、Ｃ：凝縮器、Ａ：吸収器、Ｅ：蒸発器、ＧＬ：高温再生器、ＡＸ：補助吸収器、ＧＸ：補助再生器、ＸＬ：低温側熱交換器、ＸＭ：中温側熱交換器、ＸＨ：高温側熱交換器、ＳＰ、ＳＰＸ：溶液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、Ｖ１〜Ｖ５、Ｖ２’、Ｖ３’：調節弁、ＬＳ：液面検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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