(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、溶液ポンプ、冷媒ポンプ及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路を備え、熱源として低ポテンシャルエネルギと高ポテンシャルエネルギとを用いる吸収冷凍装置であって、前記溶液流路と冷媒流路には、冷房サイクルと暖房サイクルの切替機構を有し、前記溶液流路は、溶液ポンプにより希溶液を希溶液分岐点から、一部は低温再生器に、残部は高温再生器に導く流路とし、前記低温再生器は、低ポテンシャルエネルギによる加熱機構と、高温再生器で発生した冷媒蒸気による加熱機構とを備え、該低温再生器内の溶液の流れに沿って、低ポテンシャルエネルギによる加熱機構を上流側に、高温再生器からの冷媒蒸気による加熱機構を下流側に配し、希溶液を分岐点から高温再生器に導く流路中に、溶液循環量を制御する弁を設け、該弁に、冷暖房負荷が小さく高温再生器に高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない場合には、該弁を閉止又は閉止付近に制御する制御機構を設けると共に、前記高温再生器には、高ポテンシャルエネルギ調節機構を、前記低温再生器には、低ポテンシャルエネルギ調節機構を備え、該低ポテンシャルエネルギを優先的に用い、熱源が不足するときに高ポテンシャルエネルギを用いて、冷房能力又は暖房能力を制御する制御機構を有し、前記低ポテンシャルエネルギ調節機構が、低温再生器の加熱部に導入又は散布する溶液流量を調節する溶液弁であることを特徴とする吸収冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍装置に係り、特に、希溶液流路に制御弁を設け、低ポテンシャルエネルギ単独の運転を可能にした吸収冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の吸収冷凍機において、熱源熱量を調整するのは、冷水負荷信号又は冷水温度信号に基づいている。二重効用吸収冷凍機において、高温再生器と吸収器との差圧及び位置ヘッドが、高温再生器から吸収器に溶液を流す駆動力となる。一般に、定格条件における駆動力にて、必要な流量となるように、流路抵抗を調整し、オリフィス等を入れている。このように、高温再生器の圧力が変化すると、前記駆動力が変化するので、高温再生器の流出量が変化する。この流出量に見合うように流入量を調整している。
従来から、高温再生器出口部の液位を検出し、液位がある範囲で保持できるように、高温再生器への流入量を調整したり、あるいは流出量を調整したりしており、種々の溶液流路が提案されている（例えば、特公昭５８−２３５４１号公報参照）。
【０００３】
また希溶液ラインに、吸収冷凍機外部の単一排熱源から供給される流体と希溶液ラインを流れる吸収希溶液とを熱交換する排熱回収用熱交換器を介装した複合冷房装置も提案されている（特開平７−２１８０１５号あるいは特開平７−２１８０１８号各公報参照）。
コージェネレーションシステムでは、電気と共に、比較的温度の低い温水が供給される。この温水は、温度があまり高くなく、低ポテンシャルエネルギに分類され、給湯又は暖房に利用されることが多い。最近は、吸収冷凍機の熱源として冷房に利用することも多くなってきている。
コージェネレーションシステムの中で、この温水は、エンジンの冷却（ジャケット温水）あるいはエンジン排気からの熱回収、あるいは、燃料電池の場合の冷却用として得られる。低ポテンシャルエネルギ単独で、吸収冷凍機を運転する場合もあるが、前述の複合冷房装置のように、高ポテンシャルエネルギと共に用い、必要とする高ポテンシャルエネルギの量を減らそうという使い方も提案され、採用され出している。
【０００４】
ところで、これらの吸収冷凍装置は、いずれも、冷水負荷が小さく、高ポテンシャルエネルギが不要となるような負荷状態でも、通常は、高ポテンシャルエネルギを用いないと高温再生器の内圧が低く、高温再生器から吸収器に溶液を戻すことができないため、高ポテンシャルエネルギと低ポテンシャルエネルギの同時使用が必要で、両者同時の発停となり、単独使用ができないという問題点があった（特開平７−２１８０１５号公報）。
この問題を解決するものとして、特開平７−２１８０１８号が提案されているが、溶液の流れを三方弁で選択的に切替えているため、切替時の変動が大きくなりがちである。特に、高ポテンシャルエネルギを止め、低ポテンシャル単独運転に移る時には、高温熱交換器、高温再生器の濃度を低下させ、流動停止中の結晶防止をする必要があり、移行のための時間がかかる等の問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、冷水負荷が小さく、高ポテンシャルエネルギが不要となるような負荷状態の時に、低ポテンシャルエネルギの単独使用を簡単な装置構成の変更によって可能にする吸収冷凍装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【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、吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器、溶液ポンプ、冷媒ポンプ及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路を備え、熱源として低ポテンシャルエネルギと高ポテンシャルエネルギとを用いる吸収冷凍装置であって、前記溶液流路と冷媒流路には、冷房サイクルと暖房サイクルの切替機構を有し、前記溶液流路は、溶液ポンプにより希溶液を希溶液分岐点から、一部は低温再生器に、残部は高温再生器に導く流路とし、前記低温再生器は、低ポテンシャルエネルギによる加熱機構と、高温再生器で発生した冷媒蒸気による加熱機構とを備え、該低温再生器内の溶液の流れに沿って、低ポテンシャルエネルギによる加熱機構を上流側に、高温再生器からの冷媒蒸気による加熱機構を下流側に配し、希溶液を分岐点から高温再生器に導く流路中に、溶液循環量を制御する弁を設け、該弁に、冷暖房負荷が小さく高温再生器に高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない場合には、該弁を閉止又は閉止付近に制御する制御機構を設けると共に、前記高温再生器には、高ポテンシャルエネルギ調節機構を、前記低温再生器には、低ポテンシャルエネルギ調節機構を備え、該低ポテンシャルエネルギを優先的に用い、熱源が不足するときに高ポテンシャルエネルギを用いて、冷房能力又は暖房能力を制御する制御機構を有し、前記低ポテンシャルエネルギ調節機構が、低温再生器の加熱部に導入又は散布する溶液流量を調節する溶液弁であることを特徴とする吸収冷凍装置としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記のように、本発明は、低温熱交換器と高温熱交換器との間の希溶液流路に分岐点を有し、一部の溶液を低温再生器に、残部を高温熱交換器を経由して高温再生器に導くサイクルにおいて、低温再生器の加熱部の上流側に低ポテンシャルエネルギによる加熱機器を配すると共に、前記分岐点と高温熱交換器の間に、溶液循環量を制御する弁を設け、高温再生器へ高ポテンシャルエネルギを用いる必要がない冷房負荷の場合は、該弁を閉止又は閉止付近に制御する制御機構を有するものである。
次に、本発明を、図１〜図４に示す吸収冷凍装置のフロー構成図を用いて説明する。なお、図１と図２は、本発明を説明するための参考例であり、図３と図４は、本発明の装置例である。
【０００９】
図１〜図４において、Ａは吸収器、ＧＬは低温再生器、ＧＨは高温再生器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、ＸＬは低温熱交換器、ＸＨ、ＸＨａ、ＸＨｂは高温熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、Ｆはフロート、Ｌａは低ポテンシャルエネルギを用いる加熱機構、Ｌｂは高温再生器からの冷媒蒸気を用いる加熱機構、Ｖ１〜Ｖ６は切替弁、１は冷暖房負荷に接続する冷水配管、２は冷却水配管、３、４は熱源配管、５は温度センサ、６は制御器、７は熱源熱量調整弁、８は循環量制御弁、９はインバータ回転数制御器、１１〜１６は冷媒流路、２１〜３１は溶液流路、２０は分岐点である。
図１を用いて、この吸収冷凍装置の運転操作について説明すると、この装置の通常の高ポテンシャルエネルギを用いて加熱する冷房運転においては、冷媒を吸収した希溶液は、吸収器Ａから溶液ポンプＳＰにより低温熱交換器ＸＬの被加熱側を経た後、希溶液分岐点２０より、一部は低温再生器ＧＬに、残部は高温熱交換器ＸＨの被加熱側を通り流路２３から高温再生器ＧＨに導入される。高温再生器ＧＨでは希溶液は加熱熱源により加熱されて冷媒を蒸発して濃縮され、濃縮された濃溶液は流路２６を通り高温熱交換器ＸＨで熱交換され、流路２７から低温再生器ＧＬからの濃溶液２５と合流する。
【００１０】
分岐点２０より流路２４を通り低温再生器に導入された希溶液は、低温再生器で低ポテンシャルエネルギを用いて加熱する加熱機構Ｌａ及び高温再生器からの冷媒蒸気により加熱される加熱機構Ｌｂにより、加熱濃縮された後、流路２５で高温再生器からの濃溶液と合流した後、低温熱交換器ＸＬの加熱側を通り、流路２８から吸収器Ａに導入される。
高温再生器ＧＨで蒸発した冷媒ガスは、冷媒流路１３を通り、低温再生器ＧＬの熱源として用いられたのち凝縮器Ｃに導入される。凝縮器Ｃでは、低温再生器ＧＬからの冷媒ガスと共に冷却水により冷却されて凝縮し、流路１２から蒸発器Ｅに入る。蒸発器Ｅでは、冷媒が冷媒ポンプＲＰにより、流路１１により循環されて蒸発し、その際に蒸発熱を負荷側の冷水から奪い、冷水を冷却し、冷房に供される。
蒸発した冷媒は、吸収器Ａで濃溶液により吸収されて、希溶液となり溶液ポンプで循環されるサイクルとなる。
【００１１】
このような吸収冷凍装置において、吸収器Ａから高温再生器ＧＨに溶液を送る溶液ポンプＳＰをインバータ９により、回転数可変とし、さらに、中間点２０から高温再生器ＧＨまでの希溶液ライン中に、溶液制御弁８を設ける。
通常の運転では、高温再生器ＧＨへの溶液制御弁８を全開（あるいは所定の開度）とし、高温再生器ＧＨの液面をフロートＦで検出し、制御するように溶液ポンプＳＰの回転数を調節する。
溶液ポンプの回転数は、基本回転数を高温再生器の冷媒飽和温度（又は相当温度、あるいは圧力）で決め、これにフロートＦで微調整するなどの方法もとられる。
温度センサ５の検出値が所定値より低下したとき、負荷が小さいと判断して、高ポテンシャルエネルギの供給を停止し、低ポテンシャルエネルギの単独運転とする。
【００１２】
また、低ポテンシャルエネルギ単独運転中、温度センサ５の検出値が所定値より上昇したとき、負荷が大きくなったと判断して、高ポテンシャルエネルギの供給を再開し、低ポテンシャルと高ポテンシャルエネルギの併用に戻る。
なお、低ポテンシャルエネルギ（温水）の供給温度により、単独運転による冷凍能力が変化する（温水温度上昇で能力大。温水温度下降で能力小）ので、前述の判断に用いる所定値を、温水温度の関数としてもよい。この場合、ポテンシャルのエネルギが無い場合（高ポテンシャル単独運転）も含め、単一のロジックで、高ポテンシャルエネルギの供給停止の制御ができる。
負荷の大小は、冷水出入口温度差の所定値との比較、あるいは、直接冷水負荷（冷水出入口温度差×冷水流量）を算出し、所定値と比較する等の方法がとられる。
【００１３】
冷房負荷を温度センサ５で検出して、小さく高ポテンシャルエネルギを使用せずに低ポテンシャルエネルギを単独で使用する場合には、溶液制御弁８を全閉あるいは閉止近くとし、高温再生器ＧＨへの流量を、高温再生器ＧＨから吸収器Ａに溶液を戻せる流量（通常、アクチュアルヘッドのみとなる）以下として、運転する。この際、低温再生器ＧＬには、溶液流量を多く流したいので、溶液ポンプＳＰの回転数制御を高温再生器の液面ではなく、所定の回転数にする。
また、冷水負荷に応じて、溶液ポンプの回転数を調節することもできる。
このように、本発明では、低温再生器に低ポテンシャルエネルギによる加熱機構Ｌａを設けると共に、溶液制御弁を設けているので、高温再生器ＧＨと切り離して低温再生器ＧＬのみを単独で運転することができるようになった。
図２は、図１の吸収冷凍装置において、分岐点２０を低温熱交換機ＸＬの前に配し、高温再生器への希溶液を加熱する高温再生器をＸＨａ、ＸＨｂの２段用いて、高温再生器からの濃溶液で加熱することとしたものであり、図１と同様の作用・効果を有する。
【００１４】
図３、図４は、それぞれ図１、図２に対応し、図１、図２に暖房サイクルにも適用可能なように、冷房サイクルと暖房サイクルの切替機構を設け、該機構が、前記高温再生器ＧＨからの冷媒蒸気を蒸発器Ｅ又は吸収器Ａに導く冷媒流路１４に設けた蒸気弁Ｖ１とするか、前記蒸発器Ｅ下部の液を吸収器Ａ又は吸収器につながる溶液流路２１に導く冷媒流路１５に設けた弁Ｖ２とするか、前記濃溶液２５を、低温熱交換器ＸＬをバイパスさせて、吸収器Ａに導く溶液流路２９に設けた弁Ｖ３とするか、又は、前記低温再生器ＧＬの発生蒸気を蒸発器Ｅ又は吸収器Ａに導く冷媒流路１６に設けた弁Ｖ３’としたものである。
また、温水単独運転のときの、容量制御法として、熱源投入量を、低温再生器ＧＬ加熱部への溶液導入量で調節する弁Ｖ５を有している。該Ｖ５を三方弁として、温水温度が溶液温度より低い時、熱が外部温水３に逃げるのを防ぐため、溶液流路３０を設け、溶液の導入位置を切替えてもよい。Ｖ５は三方弁の代りに、散布量を直接制御する二方弁としてもよく、また、散布をバイパスし、下部にブローする二方弁であってもよい。また、ＳＰの回転数を調節して散布量を制御する方法もとれる。また、温水温度が溶液温度より低い時、温水熱源３が低温再生器ＧＬをバイパスする弁Ｖ６を設けてもよい。
【００１５】
さらに、暖房サイクルのとき、蒸発器Ｅで冷媒の凝縮をさせる方式では、凝縮温度に対し、溶液温度は少なくとも沸点上昇分は温度が高くなっており、低温再生器ＧＬで温水から溶液に熱を与え、蒸気を発生させるのが難しくなる。
例えば、溶液濃度と溶液の平衡温度の関係を、ＬｉＢｒ水溶液を例に下記に示す。
【表１】
0003880333.tif 000002
【００１６】
排熱としての温水は、９０℃程度が最高温で、通常８０℃程度まで利用する。冷房サイクル時、５５ｗｔ％〜６２ｗｔ％程度の溶液を、暖房サイクル時には、４０ｗｔ％近くまで希釈する必要があり、このため、希釈用冷媒を多量に装置内に持っておく必要がある。
本発明では、低温再生器ＧＬからの溶液流路２５からバイパス管３１を接続し、このバイパス管に弁Ｖ４を設けて蒸発器Ｅに溶液を散布し、上述の関係を変えるものであり、例えば、低温再生器ＧＬの溶液濃度と蒸発器Ｅに散布する溶液濃度とをほぼ同じにすると、沸点上昇分をほとんど解消できる。
【００１７】
例えば、５５ｗｔ％のＬｉＢｒ水溶液とすると、
濃度５５ｗｔ％
低温再生器  飽和温度（露点）４０．４℃      溶液温度７５℃
蒸発器      飽和温度（露点）３５．４℃      溶液温度６９．２℃
の関係が有り、単純に説明すれば、温水で、５５ｗｔ％溶液が温水で７５℃まで加熱沸騰させられると、飽和温度４０．４℃の蒸気が発生し、これが圧力損失を伴って、蒸発器に入り、蒸発器の５５ｗｔ％溶液に吸収される。その際の溶液温度は約７３℃である。蒸気の流れで飽和温度に差がでてくるが、この圧力差は、配管のＶ３’のサイズなどが関係する。
溶液の戻しのため、ある程度の差圧が必要であり、弁サイズを選定し、場合によっては配管中にオリフィスを入れて差圧を付けるようにする。
【００１８】
【発明の効果】
前記のように、本発明では、低温再生器のみの単独運転が可能となったので、吸収冷凍装置の低負荷の場合の効率的な運転ができ、エネルギ的にも経済的にも効率のよい吸収冷凍装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を説明するための参考例である吸収冷凍装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】  本発明を説明するための参考例である吸収冷凍装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】  本発明の吸収冷凍装置の一例を示すフロー構成図。
【図４】  本発明の吸収冷凍装置の他の例を示すフロー構成図。
【図１】
0003880333.tif 000003
【図２】
0003880333.tif 000004
【図３】
0003880333.tif 000005
【図４】
0003880333.tif 000006