(57)【要約】【課題】高温再生器での界面活性剤の分解を防止すると共に、全ての溶液ポンプが標準的な温度範囲で動作する信頼性の高い三重効用吸収式冷凍機を実現する。【解決手段】高温再生器１、中温再生器２及び低温再生器３、凝縮器４、吸収器６、蒸発器５、複数の溶液熱交換器８、９、１０およびその他の熱交換器、これらの機器を結ぶ溶液配管及び冷媒配管などを備えると共に、前記溶液配管は、前記吸収器から希溶液を前記中温再生器と前記低温再生器に並列に送る経路と、前記低温再生器で加熱濃縮された中間濃度溶液を前記高温再生器に送る経路を含むように構成し、各経路にそれぞれ低温希溶液ポンプ７０、中間濃度溶液ポンプ７５を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温再生器、中温再生器及び低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、複数の溶液熱交換器、これらの機器を結ぶ溶液配管及び冷媒配管、溶液及び冷媒をサイクル内に循環させる溶液ポンプ及び冷媒ポンプを備えた三重効用吸収式冷凍機において、
前記吸収器から希溶液を前記中温再生器と前記低温再生器に並列に送り、前記低温再生器で加熱濃縮された中間濃度溶液を前記高温再生器に送るように前記溶液配管を構成したことを特徴とする三重効用吸収式冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載の三重効用吸収式冷凍機において、前記低温再生器から前記中間濃度溶液を前記高温再生器に送る溶液配管と前記吸収器から希溶液を前記中温再生器に送る溶液配管とを結ぶ、中間濃度溶液バイパス配管を備えたことを特徴とする三重効用吸収式冷凍機。
【請求項３】
高温再生器、中温再生器及び低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、高温熱交換器、中温熱交換器、低温熱交換器および熱回収溶液熱交換器、これらの機器を結ぶ溶液配管及び冷媒配管、溶液及び冷媒をサイクル内に循環させる溶液ポンプ及び冷媒ポンプを備えた三重効用吸収式冷凍機において、
上部が前記凝縮器に連通したフラッシュタンクを設け、前記高温再生器で加熱濃縮された濃溶液と前記中温再生器で加熱濃縮された濃溶液を前記フラッシュタンクに導く溶液配管を設けたことを特徴とする三重効用吸収式冷凍機。
【請求項４】
請求項３に記載の三重効用吸収式冷凍機において、前記低温再生器の低部にオーバーフロー堰を設け、このオーバーフロー堰の下流側と前記フラッシュタンクを結ぶ溶液オーバーフロー配管を備えたことを特徴とする三重効用吸収式冷凍機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の三重効用吸収式冷凍機において、前記吸収器の溶液出口部に設けた第一の溶液ポンプと、前記低温再生器又は中温再生器の溶液出口部に設けられた第二の溶液ポンプと、前記第二の溶液ポンプの駆動モータをインバータ制御する制御信号を生成する制御装置を設けたことを特徴とする三重効用吸収式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置等の熱源機、あるいは産業用冷却装置の冷熱源として使用される三重効用吸収式冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の三重効用吸収式冷凍機では、蒸発器、吸収器、高温再生器（第３のジェネレータ）、中温再生器（第２のジェネレータ）、低温再生器（第１のジェネレータ）を備え、中温再生器と低温再生器を吸収器と並列に接続し、高温再生器は、中温再生器と直列に接続して、中温再生器の出口から溶液を受け取る構成とし、溶液に界面活性剤を添加して効率の向上を図っている。ここで、三重効用吸収式冷凍機に用いられる界面活性剤は、約１８０℃以上の条件下では分解する性質を持っているため、従来技術では、溶液が高温再生器に入る前に中温再生器でこの界面活性剤を溶液から分離することによって界面活性剤の分解を回避している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また本従来技術では、溶液を吸収器から低温再生器及び中温再生器に送る低温溶液ポンプ（第１のポンプ）と、溶液を中温再生器から高温再生器に送る高温溶液ポンプ（第２のポンプ）を備えている。さらに、中温再生器に送られた溶液は、中温再生器で発生した冷媒蒸気を除く全量が高温再生器に送られる構成となっている。
【０００４】
また、高温再生器で濃縮された濃溶液は、高温熱交換器、中温熱交換器、中温熱交換器の出口に設けられた減圧弁を経て低温再生器で濃縮された濃溶液と合流し、濃溶液ポンプ（溶液スプレーポンプ）、低温熱交換器を経て吸収器に導かれている。
【特許文献１】
特許第３２９９９８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の三重効用吸収式冷凍機は、上記特許第３２９９９８９号公報に記載されるように、中温再生器で加熱濃縮された溶液を高温溶液ポンプによって高温再生器に供給している。この場合、吸収式冷凍機で一般的に用いられている標準的な溶液ポンプの使用温度の上限が９０℃であるのに対して、中温再生器出口の溶液温度は約１３０℃と高温であるため、高温溶液ポンプには特別な材料の使用、あるいは冷却手段の追加が必要となり、冷凍機の製造コストが増大する。またこれらの対策を講じない場合には、溶液ポンプの故障による冷凍機の信頼性の低下を招く。
【０００６】
また上記従来技術では、中温再生器に送られた溶液から中温再生器で発生した冷媒蒸気を除く全量が高温再生器に送られる構成となっているため、各再生器の溶液循環量を独立に設定することができず、サイクルを設計する際の制約条件となっていた。例えば、冷凍機の作動温度および圧力を低減するために中温再生器の溶液循環量を増大させると、同時に高温再生器の溶液循環量も増加して、高温再生器で必要となる加熱量が増加するなどの課題があった。
【０００７】
あるいは上記従来技術では、高温再生器で濃縮された濃溶液は中温再生器の出口に設けられた減圧弁で減圧された後に低温再生器で濃縮された濃溶液と合流するように構成されている。この場合、運転条件によって減圧された濃溶液が自己蒸発すなわちフラッシュし、減圧弁の二次側の流れが二相流となることによる圧力損失の増大や、フラッシュ時に生じた冷媒蒸気が低温再生器出口の濃溶液の流れを阻害することにより、溶液に循環および冷凍機の動作に支障を来す。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決し、界面活性剤の高温での分解を回避するとともに標準的な溶液ポンプのみを用いて設計上の自由度が高い溶液サイクルを構成することで、信頼性と性能を維持しながら製造コストを抑制した三重効用吸収式冷凍機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る三重効用吸収式冷凍機は、吸収器から希溶液を中温再生器と低温再生器に並列に送り、この低温再生器で加熱濃縮された中間濃度溶液を高温再生器に送るように配管構成したものである。
【００１０】
さらに本発明に係る三重効用吸収式冷凍機は、溶液を吸収器から低温再生器及び中温再生器に送る低温希溶液ポンプと、溶液を低温再生器から高温再生器に送る中間濃度溶液ポンプを備えている。
【００１１】
これにより、高温再生器に送られる溶液に含まれる界面活性剤が低温再生器で加熱されることによって溶液から分離するので界面活性剤の高温での分解を回避することができ、さらに、低温再生器出口の溶液温度は定格運転時で約８０℃であることから、低温再生器から高温再生器に溶液を送るポンプとして標準的な溶液ポンプが使用可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る三重効用吸収式冷凍機のサイクル系統図である。図のように、吸収器から二重効用サイクルの高温再生器に相当する中温再生器と、低温再生器に並行に希溶液を流す、パラレルフロー方式の二重効用サイクルを基礎として、その低温再生器から高温再生器に中間濃度溶液を送ることによって三重効用サイクルを構成している。
【００１４】
本発明の三重効用吸収式冷凍機は、主に高温再生器１、気液分離器１５、高温再生器フロートボックス１７、中温再生器２、低温再生器３、凝縮器４、蒸発器５、冷媒ポンプ５５、吸収器６、低温希溶液ポンプ７０、中間濃度溶液ポンプ７５、濃溶液ポンプ８１、低温熱交換器８、中温熱交換器９、高温熱交換器１０、低温ドレン熱交換器８５、中温ドレン熱交換器９５、排ガス熱交換器１０５、およびこれら機器を結ぶ溶液配管及び冷媒配管などから構成されている。本実施形態においては、冷凍機の冷媒には水、吸収剤には臭化リチウムが用いられている。
【００１５】
次に、この冷凍機の構成と運転中の動作について説明する。
【００１６】
冷房に供される冷水は、蒸発伝熱管群５３内に供給された水が蒸発器５で冷媒の蒸発熱によって冷却されて、冷水配管５９から冷房負荷系に送られる。このとき発生した冷媒蒸気は吸収器６内に供給され、そこで吸収伝熱管群６３上に滴下される溶液によって吸収される。この吸収によって蒸発器５内の圧力と蒸発温度とが低圧、低温に維持される。なお、蒸発器５内の冷媒液は冷媒配管Ｒ１に設けられた冷媒ポンプ５５で加圧され蒸発器５上部より蒸発伝熱管群５３に滴下する構成となっている。
【００１７】
また、本実施形態における蒸発器５及び吸収器６は、２段蒸発吸収型の構成としている。すなわち蒸発器５の上段側の蒸発部５ａで蒸発した冷媒蒸気は、吸収器６の上段側の吸収部６ａへ、蒸発器５の下段側の蒸発部５ｂで蒸発した冷媒蒸気は、吸収器６の下段側の吸収部６ｂに供給され、そこでそれぞれ吸収される。この構成により、冷凍機の運転効率を一層向上している。
【００１８】
吸収器６には、高温再生器１、中温再生器２の各再生器で加熱濃縮された溶液すなわち濃溶液が各熱交換器を経由し濃溶液配管Ｐ１により送られてきて、伝熱管群６３上に滴下される。滴下された濃溶液は、吸収器６内の伝熱管群６３内を流れる冷却水によって冷却されると共に冷媒蒸気を吸収し、濃度のより薄い溶液すなわち希溶液となって吸収器６の下部に滞留する。
【００１９】
この希溶液は、希溶液配管Ｐ２に設けられた低温希溶液ポンプ７０によって、低温熱交換器８および低温ドレン熱交換器８５に送られる。低温熱交換器８に送られた希溶液は、配管Ｐ１によって吸収器６に流入する濃溶液と熱交換して温度上昇する。一方、低温ドレン熱交換器８５に送られた希溶液は、中温再生器２で発生した冷媒蒸気を低温再生器３内で凝縮した冷媒配管Ｒ２からの冷媒液と、配管Ｒ３を流れる中温ドレン熱交換器９５からの冷媒液とが、合流した冷媒液と熱交換して温度上昇する。
【００２０】
低温熱交換器８と低温ドレン熱交換器８５とで熱交換した希溶液は一旦合流し、その後再び分岐して、一部は低温再生器３に、残りは中温再生器２に送られる。一方、低温ドレン熱交換器８５で希溶液と熱交換して温度低下した冷媒液は、冷媒配管Ｒ４により凝縮器４に導かれる。
【００２１】
中温再生器２に送られる希溶液はさらに分岐して、一部は中温熱交換器９の低温側流路に導かれ、残りは中温ドレン熱交換器９５に送られる。中温熱交換器９に送られた希溶液は、中温再生器２からの濃溶液と熱交換してさらに温度上昇する。また中温ドレン熱交換器９５に送られた希溶液は、冷媒配管Ｒ６の、高温再生器１で発生した冷媒蒸気を中温再生器２内で凝縮した冷媒液と熱交換して温度上昇する。
【００２２】
中温熱交換器９と中温ドレン熱交換器９５とで熱交換した希溶液は再び合流して中温再生器２に導かれる。なお、冷媒配管Ｒ３の中温ドレン熱交換器９５で希溶液と熱交換して温度を下げた冷媒液は、低温再生器３内で凝縮した冷媒液（冷媒配管Ｒ２）と合流して低温ドレン熱交換器８５に送られる。
【００２３】
中温再生器２に送られた希溶液は、高温再生器１で発生した冷媒蒸気の凝縮熱によって加熱濃縮されて濃溶液となり、フロートボックス２４にオーバーフローする。フロートボックス２４内にはフロートバルブ２５が設置されており、このフロートバルブ２５は、フロートボックス２４内の濃溶液の液位によって中温再生器２に送られる希溶液量を調節する流量調整手段となっている。フロートボックス２４内の濃溶液は、中温熱交換器９の高温側流路に導かれて低温側流路を流れる希溶液を加熱する。
【００２４】
中温再生器２の加熱に用いられて管内で凝縮した冷媒は、上述の通り冷媒配管Ｒ６により中温ドレン熱交換器９５に送られて希溶液を顕熱で加熱した後に、低温再生器３で凝縮した冷媒液と合流し、低温ドレン熱交換器８５を経て凝縮器４に送られる。また中温再生器２で発生した冷媒蒸気は低温再生器３の伝熱管群３３内に送られ、ここで低温再生器３に流入した希溶液を加熱濃縮する。また、低温再生器３の伝熱管群３３内の冷媒蒸気は冷却液化され、配管Ｒ２により低温ドレン熱交換器８５の入口側で中温再生器２で液化された高温再生器１からの冷媒蒸気の配管Ｒ３と合流する。
【００２５】
一方、低温再生器３に送られた希溶液は、中温再生器２で発生した冷媒蒸気の凝縮熱を伝える伝熱管群３３、および外部から投入される排熱源の熱を伝える伝熱管群３４上に滴下されることよって加熱濃縮されて濃度上昇する。このとき、希溶液から冷媒蒸気と共に溶液中に含まれる界面活性剤が加熱分離され、滴下された希溶液は界面活性剤をほとんど含まない中間濃度溶液となる。
【００２６】
この中間濃度溶液は、中間濃度溶液ポンプ７５によって一部が高温再生器１に送られ、残りは中間濃度溶液バイパス配管Ｐ５１を通って、中温再生器２に送られる希溶液に合流する。なお、中間濃度溶液バイパス配管Ｐ５１には中間濃度溶液のバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁Ｖ５１が設けられている。
【００２７】
また、低温再生器３の底部にはオーバーフロー堰３６が設けられており、低温再生器３に送られる希溶液の流量が、低温再生器３から高温再生器１に送られる中間濃度溶液の流量に対して過剰となった場合には、低温再生器３の底部の液位が上昇してオーバーフロー堰３６からオーバーフローする。この中間濃度溶液は中間濃度溶液オーバーフロー配管Ｐ５２を通って、フラッシュタンク３５に導かれる。
【００２８】
高温再生器１に送られる中間濃度溶液はさらに分岐して、一部は高温熱交換器１０の低温側流路に導かれ、残りは排ガス熱交換器１０５に送られる。高温熱交換器１０に送られた中間濃度溶液は、高温再生器１からの濃溶液と熱交換してさらに温度上昇する。また排ガス熱交換器１０５に送られた中間濃度溶液は、高温再生器１の加熱に用いられた後の燃焼ガスと熱交換して温度上昇する。
【００２９】
高温熱交換器１０と排ガス熱交換器１０５とで熱交換した中間濃度溶液は再び合流して高温再生器１に導かれる。高温再生器１への中間濃度溶液の流入量は、高温再生器１の出口に設けられた高温再生器フロートボックス１７内のフロートバルブ１８および中間濃度溶液ポンプ７５のモータに電源を供給するインバータ２０２によって調整される。フロートバルブ１８の開度は高温再生器フロートボックス１７内の液位によって変化する。また、インバータ２０２の電源周波数は制御装置２００によって演算され、入力信号として高温再生器１の気液分離器１５に設けられた圧力センサ１６からの信号を用いている。なお、排ガス熱交換器１０５で中間濃度溶液と熱交換して温度を下げた排ガスは外部に放出される。
【００３０】
高温再生器１は貫流式となっており、燃料を燃焼するバーナ１２、このバーナ１２の周囲に同心円状に配置されて溶液を加熱濃縮する伝熱管群などから構成されている。
【００３１】
高温再生器１に流入した中間濃度溶液は、伝熱管群の管内に導かれ、燃焼ガスとの熱交換によって加熱濃縮されて濃溶液となる。このとき、高温再生器１に流入した中間濃度溶液は界面活性剤が分解される領域内の２００℃程度まで加熱される。しかし、この中間濃度溶液は前述のように低温再生器３でほとんどの界面活性剤が加熱分離されており、界面活性剤をほとんど含まないため、界面活性剤の分解量およびそれに伴う冷凍機の性能劣化は微小である。
【００３２】
高温再生器１で加熱濃縮された濃溶液は、発生した冷媒蒸気とともに、高温再生器１の出口部に設置された気液分離器１５に導かれる。そして、気液分離器１５内において冷媒蒸気と分離される。気液分離器１５の上部には、上述した高温再生器の圧力を検出する圧力センサ１６が設置されている。
【００３３】
気液分離器１５で冷媒蒸気から分離された濃溶液は、上部が気液分離器１５の上部と連通した高温再生器フロートボックス１７内に一旦滞留して液面を形成する。この液面の高さによって先に述べたフロートバルブ１８の開度が変化する。高温再生器フロートボックス１７内の溶液は高温熱交換器１０に送られ、高温再生器１に流入する希溶液と熱交換して温度低下する。そして、中温再生器２で加熱濃縮されて中温熱交換器９を経た濃溶液と合流し、フラッシュタンク３５に導かれる。
【００３４】
気液分離器１５で濃溶液から分離された冷媒蒸気は、中温再生器２に送られて中温再生器２の希溶液を加熱濃縮して管内で凝縮した後、中温ドレン熱交換器９５に導かれる。
【００３５】
フラッシュタンク３５は、上部が連通管Ｐ６１を介して低温再生器３および凝縮器４と連通しており、フラッシュタンク３５に導かれた濃溶液は減圧されてフラッシュし、冷媒蒸気が発生する。この冷媒蒸気は凝縮器４において伝熱管群４３内を流れる冷却水によって冷却されて凝縮する。一方、冷媒蒸気を放出してさらに濃度上昇した濃溶液は、フラッシュタンク３５の下部に設けられた濃溶液ポンプ８１によって、低温熱交換器８を経由して吸収器６へ送られる。
【００３６】
濃溶液ポンプ８１は、インバータ２０３によって電源を供給され、この電源周波数は制御装置２００によって演算される。演算に用いられる制御装置２００への入力信号は、高温再生器の圧力を検出する圧力センサ１６からの信号を用いている。さらにこの電源周波数は、濃溶液ポンプの能力が過剰となってフラッシュタンク３５内の冷媒蒸気が吸引されて冷凍機の能力が低下することを防止するように演算、設定される。
【００３７】
なお、前述のように低温再生器２への希溶液供給量が過剰となって、低温再生器で加熱濃縮された中間濃度溶液がオーバーフロー堰から配管Ｐ５２を経てフラッシュタンク３５にオーバーフローした場合は、この中間濃度溶液もフラッシュタンク内の濃溶液とともに吸収器６に送られる。
【００３８】
低温再生器３で発生した界面活性剤を含む冷媒蒸気は、フラッシュタンク３５で発生した冷媒蒸気と共に低温再生器３と同一筐体内の凝縮器４に設置された凝縮伝熱管４３内を流れる冷却水によって冷却されて凝縮し、低温ドレン熱交換器８５から冷媒配管Ｒ４により供給された冷媒液と混合され冷媒配管Ｒ５により蒸発器５の下段側の蒸発部５ｂへ送られる。なお、本実施形態では凝縮伝熱管４３は吸収器６内の伝熱管群と連通している。
【００３９】
また、低温再生器３で希溶液の加熱濃縮に用いられて凝縮した冷媒液は、前述の中温ドレン熱交換器９５からの冷媒液と合流し、低温ドレン熱交換器８５、凝縮器４を経て、凝縮器４で凝縮した冷媒液と共に蒸発器５へ送られる。
【００４０】
本実施形態では、高温再生器１での燃料の燃焼による入熱の他に、外部から９０℃程度の低温排熱を投入できる構成となっている。すなわち、低温再生器３の内部には、中温再生器２で発生した冷媒蒸気が流入する伝熱管群３３に加えて、外部から排熱を投入する伝熱管群３４が設置されている。
【００４１】
また、低温再生器の希溶液入口配管には制御弁２１０が設けられ、排熱投入量によって開度が制御されている。また、高温再生器１の圧力センサ１６の出力値が高くなると制御弁２１０の開度が大きくなり、弁を開くように制御されている。
【００４２】
以上説明したように本実施形態によれば、希溶液を吸収器６から中温再生器２と低温再生器３に並列に送り、低温再生器３で加熱濃縮された中間濃度溶液を高温再生器１に送るように溶液配管を構成したので、溶液が高温となる中温再生器２の出口には溶液ポンプが不要となる。
【００４３】
その結果、低温希溶液ポンプ７０、中間濃度溶液ポンプ７５、濃溶液ポンプ８１の作動温度は夫々約３６℃、７９℃、７５℃となり、全てのポンプを標準的な温度範囲である９０℃以下で動作させることができるので、特別な軸受け材料や冷却手段を用いる必要がなく、冷凍機のコストの上昇を抑制しながら信頼性を確保することができる。
【００４４】
また本実施形態によれば、低温再生器３で加熱濃縮された中間濃度溶液の一部を、て吸収器６から中温再生器２に送られる希溶液に合流させる中間濃度溶液バイパス配管Ｐ５１を設けたので、定格条件での各再生器の溶液循環量を独立に設定することができる。すなわち、低温再生器３の溶液循環量を大きく設定して冷凍機の作動温度及び圧力を低減し、同時に高温再生器１の溶液循環量を小さく設定することにより高温再生器１での必要加熱量の低減を図ることができる。
【００４５】
さらに本実施形態によれば、上部が連通管Ｐ６１を介して凝縮器４に連通したフラッシュタンク３５を設け、高温再生器１からの濃溶液と中温再生器２からの濃溶液をこのフラッシュタンク３５に導くように溶液配管を構成したので、冷凍機の運転中に濃溶液がフラッシュして冷媒蒸気が生じても、この冷媒蒸気は連通管Ｐ６１から凝縮器４に流れるので、高温再生器１および中温再生器２からの濃溶液の循環が阻害されない。
【００４６】
一方、フラッシュ時に生じた冷媒蒸気は凝縮器４で凝縮して冷媒液となり、蒸発器に導かれて冷房能力を発揮するので、フラッシュタンク３５を設けない場合と比較して、冷凍機の性能が向上する。
【００４７】
さらに本実施形態によれば、低温再生器３の底部にオーバーフロー堰３６を設けたので、高温再生器１の圧力低下によって高温再生器１への溶液循環量が減少した場合には低温再生器３の過剰な溶液がオーバーフロー堰３６からオーバーフローして、フラッシュタンク３５で濃溶液と合流して吸収器に送られる。従って、低温再生器３に滞留するの溶液量が過剰となって吸収器６の溶液が不足となったり、低温再生器３内の溶液液面の上昇によって凝縮器４の冷媒に溶液が混入するなどの不具合が回避される。
【００４８】
また、本実施形態では、吸収器６の溶液出口部に第一の溶液ポンプである低温希溶液ポンプ７０を設け、低温再生器３の溶液出口部に第二の溶液ポンプである中間濃度溶液ポンプ７５を設け、この中間濃度溶液ポンプ７５をインバータ制御するインバータ２０２、制御装置２００を設け、圧力センサ１６の出力によって電源周波数を設定するので、高温再生器圧力が低く、高温再生器からの溶液流出量が少ない場合においても、その流出量に応じた流量で高温再生器１に希溶液を供給することが可能となる。
【００４９】
従って、高温再生器１の溶液保有量が過剰となって気液分離器１５内の液面が上昇して気液分離に支障を来たしたり、吸収器６の溶液が不足となって低温希溶液ポンプの動作に支障を来たすことがない。
【００５０】
なお、本実施形態では、冷凍機の起動時に低温希溶液ポンプ７０の運転を開始し、高温希溶液ポンプは高温再生器圧力が所定値以上となった時点で運転を開始してもよい。この場合は、起動時の高温再生器１への溶液供給量の過剰とそれに伴う不具合を防止できる利点がある。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る三重効用吸収式冷凍機の系統図である。図のように、吸収器から低温再生器、中温再生器、高温再生器の順に溶液を流す、いわゆるリバースフロー方式のものである。なお、三重効用吸収式冷凍機においてリバースフロー方式を採用すると、図１のようなパラレルフロー方式を採用した場合と比較して、冷凍機運転時の高温再生器圧力を抑制することができるため、耐圧力性の点で若干有利となる。
【００５２】
図２に示す三重効用吸収式冷凍機の基本構成要素は、図１の実施形態と同様である。図１の実施形態と異なる点は、吸収器６で冷媒蒸気を吸収し希溶液が低温希溶液ポンプ７０によって全量低温再生器３に送られ、低温再生器で加熱濃縮された中間濃度溶液の全量または大部分が中間濃度溶液ポンプ７５によって中温再生器２に送られ、中温再生器２で加熱濃縮された中間濃度溶液の全量または大部分が高温溶液ポンプ７６によって高温再生器１に送られる点である。
【００５３】
高温再生器１への中間濃度溶液の流入量は、図１の実施形態と同様に、フロートバルブ１８および高温溶液ポンプ７６のモータに電源を供給するインバータ２０４によって調整される。インバータ２０４の電源周波数は制御装置２００によって演算され、入力信号として高温再生器１の気液分離器１５に設けられた圧力センサ１６からの信号を用いる点も図１の実施形態と同様である。
【００５４】
また本実施形態では、図１の実施形態で用いた低温ドレン熱交換器、中温ドレン熱交換器は用いておらず、中温再生器２の加熱に用いられて凝縮した冷媒液と低温再生器３の加熱に用いられて凝縮した冷媒液とは、直接合流して凝縮器４に導かれている。さらに、低温再生器３の下部のオーバーフロー堰を省略して、溶液オーバーフロー配管Ｐ５２を低温再生器３の側面下部に接続している。
【００５５】
本実施形態によれば、高温再生器１で加熱濃縮された濃溶液を高温熱交換器１０、中温熱交換器９、減圧弁３７を介して凝縮器４と連通したフラッシュタンク３５に導いているので、図１の実施例と同様に、フラッシュタンク３５で発生した冷媒蒸気が凝縮器４で凝縮して冷媒液となり、冷房能力に寄与するので冷凍機の性能が向上する。
【００５６】
また本実施形態によれば、低温再生器３にオーバーフロー堰を用いずに、低温再生器３の下部とフラッシュタンク３５とを結ぶ溶液オーバーフロー配管Ｐ５２を低温再生器３の側面下部に接続したので、図１の実施の形態と比較して簡略化した構造で低温再生器３への溶液の偏在を防止することができる。
【００５７】
次に、本発明のさらに他の実施形態について、図３を用いて説明する。図３に示す三重効用吸収式冷凍機は、吸収器から二重効用サイクルの高温再生器に相当する中温再生器と、低温再生器に並行に希溶液を流す、パラレルフロー方式の二重効用サイクルを基礎として、その中温再生器から高温再生器に中間濃度溶液を送ることによって三重効用サイクルを構成している。
【００５８】
図３に示す三重効用吸収式冷凍機の基本構成要素は、図１の実施形態と同様である。また、図１の実施形態との相違点は以下の通りである。
【００５９】
吸収器６から中温再生器２に送られた希溶液は中温再生器２ににおいて加熱濃縮されて中間濃度溶液となる。この中間濃度溶液は中間濃度溶液ポンプ７５によって高温再生器１へと導かれ、高温再生器１でさらに加熱濃縮されて濃溶液となる。この濃溶液は、高温再生器フロートボックス１７、高温熱交換器１０、減圧弁３７を経由してフラッシュタンク３５に導かれる。
【００６０】
フラッシュタンク３５では、減圧弁３７で減圧された濃溶液がフラッシュして冷媒蒸気が発生し、連通管Ｐ６１を通って低温再生器３及び凝縮器４に導かれて凝縮器４で凝縮する。また濃溶液はフラッシュタンク３５の下部に滞留する。低温再生器３で加熱濃縮された濃溶液は、図１、図２の実施形態とは異なり全量がフラッシュタンク３５に導かれて高温再生器１からの濃溶液と混合して、濃溶液ポンプ８１によって低温熱交換器８を介して吸収器６に送られる。
【００６１】
本実施形態においては、高温再生器１からの濃溶液を、凝縮器４と連通したフラッシュタンク３５に導いてフラッシュさせ、発生した冷媒蒸気を連通管Ｐ６１から凝縮器４に導くようにしたので、発生した冷媒蒸気によって高温再生器１及び低温再生器３からの濃溶液の流れが阻害されることがなく、運転条件が様々に変化しても溶液循環が確保されるので、吸収冷凍機の信頼性が向上する。
【００６２】
また本実施形態においては、高温再生器１に送る中間濃度溶液の加熱濃縮と界面活性剤の分離を中温再生器２で行うようにした。このため、図１に実施の形態と比較して、中間濃度溶液ポンプの作動温度が上昇し、特殊仕様のポンプまたはポンプ冷却手段の必要が生じる。しかし、界面活性剤を分離する際の加熱温度が高いので、高温再生器１に流入する中間濃度溶液の界面活性剤濃度がさらに減少して、三重効用吸収式冷凍機の性能をさらに長期に渡って維持することが可能となる。
【００６３】
次に、本発明のさらに他の実施形態について、図４を用いて説明する。図４に示す三重効用吸収式冷凍機は、吸収器から高温再生器、中温再生器、低温再生器に並行に希溶液を流す、いわゆるパラレルフロー方式のものである。図４に示す三重効用吸収式冷凍機の基本構成要素は図１の実施の形態と同様であるが、希溶液の循環を低温希溶液ポンプ７０のみで行うことにより、中間濃度溶液ポンプおよび中間濃度溶液ポンプ用インバータを用いない構成としている。
【００６４】
本実施形態による溶液の循環経路は以下の通りである。吸収器６で冷媒蒸気を吸収した希溶液は、低温再生器８および低温ドレン熱交換器８５で加熱されて温度上昇し、一旦合流した後再び分岐して、一部は低温再生器３に導かれる。残りの希溶液はさらに分岐して、一部は中温再生器２に、残りは高温再生器１に導かれる。
【００６５】
高温再生器１で加熱濃縮された濃溶液は、気液分離器１５、高温再生器フロートボックス１７を介して高温熱交換器１０に導かれ、高温再生器１に送られる希溶液と熱交換して温度低下する。そして、減圧弁３８を会してフラッシュタンク３５に導かれる。また、中温再生器２で加熱された濃溶液は、中温熱交換器９、減圧弁３７を介してフラッシュタンク３５に導かれる。
【００６６】
フラッシュタンク３５は低温再生器３及び凝縮器４と連通しており、高温再生器１および中温再生器２から導かれた濃溶液はこのフラッシュタンク３５内でフラッシュする。このとき発生した冷媒蒸気は連通管Ｐ６１及び低温再生器３を通って凝縮器４に流れ、低温再生器３で発生した冷媒蒸気と共に凝縮器４の伝熱管群４３上で凝縮し、低温ドレン熱交換器８５から冷媒配管Ｒ４で導かれた冷媒液と共に蒸発器５に送られて冷房能力を発揮する。
【００６７】
一方、低温再生器３で加熱濃縮された濃溶液もフラッシュタンク３５に導かれて、高温再生器１及び中温再生器２からの濃溶液がそれぞれフラッシュして混合した濃溶液に合流する。フラッシュタンク３５の下部には濃溶液ポンプ８１が接続されており、合流した濃溶液はこの濃溶液ポンプによって低温熱交換器８を介して吸収器６の上段側の吸収部６ａに導かれて伝熱管群６３上に滴下される。
【００６８】
本実施形態では、希溶液の循環を１台の低温希溶液ポンプ７０で駆動するようにした。このため、低温希溶液ポンプ７０の必要な揚程が大きくなり、さらに大型化する。しかし、他の希溶液ポンプが不要となって構造が簡略化され、高温溶液に対応した特殊仕様の溶液ポンプや特別なポンプ冷却手段が不要になるという利点がある
また本実施形態では、高温再生器１で加熱濃縮された濃溶液と、中温再生器２で加熱濃縮された濃溶液を、それぞれ異なる配管に設けられた減圧弁３８と３７で減圧して、フラッシュタンク３５でフラッシュさせる構成とした。このため、図１の実施形態と比較すると配管構成が複雑になる。しかし、最も圧力の高い高温再生器１からの濃溶液のフラッシュする際に生じる冷媒蒸気が、中温再生器２および低温再生器３からの濃溶液の流れを阻害することがない。このため、溶液の循環が円滑になり、三重効用吸収式冷凍機の信頼性が向上する。
【００６９】
なお、図１の実施形態の構成でも、高温再生器１からの濃溶液と中温再生器２からの濃溶液を途中の配管で合流させずに、それぞれ絞り弁を介してフラッシュタンク３５に導く構成にすることにより同様の効果を得られることは明白である。
【００７０】
以上説明してきた実施形態において、フラッシュタンク３５と凝縮器４を連通させる連通管Ｐ６１を、凝縮器４と同一筐体内の低温再生器３に接続した構成とした。このため、フラッシュタンク３５からの冷媒蒸気に溶液のミストが混入した場合でも、この溶液ミストが低温再生器３内の伝熱管群３３などに捕捉されるので、凝縮器の冷媒に溶液が混入することによる冷凍機の性能低下が回避される。
【００７１】
さらに以上の実施形態によれば、濃溶液ポンプ８１の電源周波数がインバータ２０３および制御装置２００によって設定される。このため、濃溶液ポンプ８１の能力が過剰となってフラッシュタンク３５または低温再生器３から冷媒蒸気を吸引し、凝縮器４から蒸発器５に送られる冷媒液の量が減少して冷房能力が低下することを防止できる。
【００７２】
また以上説明した実施形態においては、蒸発器５および吸収器６はいわゆる２段蒸発吸収の構成となっているが、これは、吸収式冷凍機で一般的に用いられている１段蒸発吸収の構成とした場合においても、本発明の適用により、同様の優れた効果を発揮することは明白である。
【００７３】
また以上説明してきた全ての実施形態においては、吸収器の溶液出口に設けられた低温溶液ポンプ７０をインバータ２０１、制御装置２００によって制御している。この場合は、低温再生器３への溶液供給量制御による部分負荷効率の向上、起動時のハンマリング回避による低温熱交換器８及び低温ドレン熱交換器８５の耐圧強度低減、さらには必要最小限の動力で駆動することによる消費電力の低減、図１、図３及び図４の実施形態においてはフロートバルブ２５の動作安定化による信頼性向上などの利点がある。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、大幅なコストの上昇を招くことなく、全ての溶液ポンプの作動温度が標準的な温度範囲である９０℃以下となって特殊な仕様のポンプや冷却手段を用いる必要がなく、各再生器の溶液循環量を独立に設定することが可能となり、溶液流路内でのフラッシュや低温再生器への溶液の偏在による不具合が回避された、信頼性の高い三重効用吸収式冷凍機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る三重効用吸収式冷凍機の系統図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る三重効用吸収式冷凍機の系統図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態に係る三重効用吸収式冷凍機の系統図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態に係る三重効用吸収式冷凍機の系統図である。
【図５】従来技術による三重効用吸収式冷凍機の系統図である。
【符号の説明】
１…高温再生器、２…中温再生器、３…低温再生器、４…凝縮器、５…蒸発器、６…吸収器、８…低温熱交換器、９…中温熱交換器、１０…高温熱交換器、１２…バーナ、１５…気液分離器、１６…圧力センサ、１７…高温再生器フロートボックス、１８、２５…フロートバルブ、３３、３４、４３、５３、６３…伝熱管群、３５…フラッシュタンク、３６…オーバーフロー堰、５５…冷媒ポンプ、５９…冷水配管、５ａ…上段側蒸発部、５ｂ…下段側蒸発部、６ａ…上段側吸収部、６ｂ…下段側吸収部、７０…低温希溶液ポンプ、７５…中間濃度溶液ポンプ、７６…高温溶液ポンプ、８１…濃溶液ポンプ、８５…低温ドレン熱交換器、９５…中温ドレン熱交換器、１０５…排ガス熱交換器、２００…制御装置、２０１、２０２、２０３、２０４…インバータ  、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６…冷媒配管。
【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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