(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液を低温熱交器の被加熱側を通した後、分岐して一部の希溶液を低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側に導入し、中温熱交換器を経由した濃溶液を低温再生器からの濃溶液と共に、低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機。
【請求項２】
高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液の一部を低温熱交換器の被加熱側を通した後、低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と、高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入し、また、低温再生器からの濃溶液は低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機。
【請求項３】
前記吸収器及び蒸発器は、それぞれ低段と高段の２段に分割され、分割したこれら各単一の吸収器と蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液は先ず低段吸収器に導いた後に、高段吸収器に導き、冷水は先ず高段蒸発器に導いた後に低段蒸発器に導き、また、冷却水は先ず凝縮器に導き、次いで、高段吸収器と低段吸収器に並列に導くように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の三重効用吸収冷凍機。
【請求項４】
前記冷媒流路は、高温再生器で発生した冷媒蒸気が中温再生器の加熱側を経由して、中温再生器で発生する冷媒蒸気と共に低温再生器の加熱側を経由して凝縮器に導入するように構成すると共に、中温再生器で発生した冷媒蒸気が低温再生器の加熱側をバイパスして直接凝縮器に至るバイパス流路を設け、該流路には、バイパスする冷媒蒸気量を調節するための弁を設けたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の三重効用吸収冷凍機。
【請求項５】
前記冷媒蒸気量を調節するための弁は、高温再生器の内圧が所定の圧力を越えないようにパイバスする冷媒蒸気量を調節する機構を有することを特徴とする請求項４記載の三重効用吸収冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍機に係り、特に熱効率が良く、経済的な三重効用吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒に水あるいは主成分として水を用い、吸収剤に塩類水溶液を用いる吸収冷凍機を対象とすると高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とする三重効用吸収冷凍機としては、溶液サイクル図で描くと、図７のようなシリーズフロー、あるは図８のような分岐フローが知られているが、これらのサイクルでは、高温再生器の内圧（溶液の飽和温度）及び溶液温度が高くなりがちであり、圧力容器としての強度上の問題あるいは高温による腐食の問題があった。
圧力容器（法規上）としては、高温再生器の圧力がゲージ圧１ｋｇ／ｃｍ2以下であることが望ましく、また腐食対策上は、溶液温度が１８０℃以下であることが望ましいが、従来、冷却水入口温度が３１℃、冷水出口温度が７℃の場合、圧力は１．５〜２．０ｋｇ／ｃｍ2溶液温度は１８５〜１９０℃程度であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決し、高温再生器内の圧力を所定の圧力以内に保持することができ、温度も所定の温度以下にできる三重効用吸収冷凍機を提供することを課題とする。
【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、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液を低温熱交器の被加熱側を通した後、分岐して一部の希溶液を低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側に導入し、中温熱交換器を経由した濃溶液を低温再生器からの濃溶液と共に、低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機としたものである。
【０００５】
また、本発明では、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及び熱交換器類を主要構成機器とし、これらを溶液流路、冷媒流路で結んだ三重効用吸収冷凍機において、前記溶液流路を、吸収器からの希溶液の一部を低温熱交換器の被加熱側を通した後、低温再生器に導入し、残りの希溶液を中温熱交換器の被加熱側を経由して中温再生器に導入して濃縮し、該中温再生器は、濃溶液出口にオーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰の上流側と、高温熱交換器の被加熱側とを流路で結び、該流路に再生器ポンプを設け、該中温再生器で濃縮された濃溶液の一部を、高温熱交換器の被加熱側を経由して高温再生器に導入して濃縮すると共に、前記オーバーフロー堰を越える側と、中温熱交換器の加熱側とを流路で結び、残部の濃溶液を高温再生器で濃縮されて高温熱交換器の加熱側を経由してきた濃溶液と共に、中温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入し、また、低温再生器からの濃溶液は低温熱交換器の加熱側を経由して吸収器に導入するように構成したことを特徴とする三重効用吸収冷凍機としたものである。
【０００６】
前記三重効用吸収冷凍機において、吸収器及び蒸発器は、それぞれ低段と高段の２段階に分割され、分割したこれら各単一の吸収器と蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液は先ず低段吸収器に導いた後に、高段吸収器に導き、冷水は先ず高段蒸発器に導いた後に低段蒸発器に導き、また、冷却水は先ず凝縮器に導き、次いで、高段吸収器と低段吸収器とに並列に導くように構成することができる。
【０００７】
また、本発明の吸収冷凍機において、前記冷媒流路は、高温再生器で発生した冷媒蒸気が中温再生器の加熱側を経由して、中温再生器で発生する冷媒蒸気と共に、低温再生器の加熱側を経由して凝縮器に導入するように構成すると共に、中温再生器で発生した冷媒蒸気が、低温再生器の加熱側をバイパスして直接凝縮器に至るバイパス流路を設け、該流路には、バイパスする冷媒蒸気量を調節するための弁を設けることができ、そして該弁は、高温再生器の内圧所定の圧力を越えないようにバイパスする冷媒蒸気量を調節する機構を有することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、三重効用吸収冷凍機において、溶液流路を吸収器からの希溶液を低温再生器及び中温再生器に導入し、各再生器での沸騰温度を下げるようにしている。
高温再生器には、中温再生器で濃縮された濃溶液の大部分を導入し、さらに濃縮し、最終的に吸収器に戻る溶液の濃度を確保している。
また、本発明では、前記吸収冷凍機において、吸収器及び蒸発器をそれぞれ低段と高段の２段階に分割し、分割したこれら各単一の吸収器、蒸発器とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液を先ず低段吸収器に導き、その後、高段吸収器に導くようにして、希溶液濃度を希薄にして、低温、中温各再生器での沸騰温度をさらに低下させ、高温再生器の圧力、温度を低下させることができる。
【０００９】
また、冷却水をまず凝縮器に導き、その後吸収器に導くようにすると、凝縮器の温度低下により、低温再生器の沸騰温度が低下し、それに伴い、中温再生器の沸騰温度も低下し、高温再生器の圧力、温度を低下させることができる。
さらに、本発明においては、冷却水温度が定格以下の場合、三重効用サイクルをさせ、冷却水温度が定格を越えて高温になったとき、高温再生器の内圧が上昇するに従い、中温再生器での発生蒸気の一部を、低温再生器の加熱側をバイパスさせて、凝縮器に導き、内圧を低下させることができる。バイパスさせた冷媒蒸気に対しては、二重効用サイクルをさせた形となり、全体としては、二重、三重の混合サイクルになる。全量バイパスした場合は、二重効用サイクルになる。
【００１０】
次に、図面を参照にして本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明の吸収冷凍機の一例を示す概略工程図である。
図１において、１は蒸発器、２は吸収器、３は凝縮器、４は高温再生器、５は中温再生器、６は低温再生器、７は低温熱交換器、８は中温熱交換器、９は高温熱交換器、１２は再生器ポンプ、１３は溶液ポンプ、１４は冷媒ポンプ、１５は熱源、１６，１７は冷却水、１８は冷水である。
【００１１】
次に、図１の作用を説明すると、吸収器２からの希溶液は、溶液ポンプ１３により、流路２０から熱交換器７の被加熱側に導入し、加熱側の濃溶液と熱交換して温度を高め、低温熱交換器７を出た後、分岐して一部の希溶液を流路２１から低温再生器６へ導き、残りの希溶液を流路２２で中温熱交換器８の被加熱側を経由し、中温再生器５に導き、中温再生器５で濃縮された濃溶液の一部は、流路２３で高温熱交換器９の被加熱側を経由して高温再生器４に導入し、高温再生器４で濃縮された溶液は流路２４で高温熱交換器９の加熱側を経由し、中温再生器５で濃縮された濃溶液の残部と共に、流路２５から中温熱交換器８の加熱側に導かれ、これを経由し、低温再生器６からの濃溶液と共に、流路２６から低温熱交換器７の加熱側に導く。低温熱交換器７の加熱側に入った濃溶液は、被加熱側の希溶液を加熱し、それ自身は冷却され、低温熱交換器７を出た後、吸収器２に入る。
【００１２】
高温再生器４では、外部熱源１５により加熱され、溶液の濃縮が行われ、この際発生する冷媒蒸気は、流路２７から中温再生器５の加熱側に導かれ、前述の中温再生器５に導かれた希溶液を加熱後の冷媒蒸気は凝縮して、低温再生器６の加熱側（又は、凝縮器）に導かれる。中温再生器５で発生した冷媒蒸気は流路２８で低温再生器６の加熱側に導かれ、前述の低温熱交換器７の被加熱側を経由して導かれた溶液を加熱濃縮し、加熱後の冷媒蒸気は凝縮し、凝縮器３に導かれる。低温再生器６で発生した冷媒蒸気は凝縮器３に導かれ、冷却水１６により．、冷却されて凝縮する。
【００１３】
凝縮器３で凝縮された冷媒は、流路２９より蒸発器１に導かれ、ここで、冷水１８から熱を奪い冷凍効果を発揮して、蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、吸収器２にて、溶液に吸収される。吸収の際の吸収熱は吸収器を流れる冷却水１７により冷却される。蒸発しない冷媒は、冷媒ポンプ１４により流路３０を通り蒸発器１に循環され、また、冷媒を吸収した希溶液は溶液ポンプ１３で熱交換器を通って循環される。
上記において、中温再生器５から高温再生器４に導く際、再生器ポンプ１２側に優先的に導き、残りが溢れて、中温熱交換器８の加熱側に導かれるようにすることができる。
【００１４】
図２に、本発明の吸収冷凍機の他の例の概略工程図を示す。
図２においては、溶液流路の吸収器２からの希溶液は、流路２０から低温熱交換器７に入る前に分岐して、一部は低温熱交換器の被加熱側を通り流路２１から低温再生器６に導き、残りは、直接中温熱交換器８の被熱側を通り流路２２から中温再生器５に導入している。また、高温再生器４と中温再生器５からの濃溶液は流路２５から中温熱交換器８の加熱側を通り、直接吸収器２に導かれており、低温熱交換器７は低温再生器６からの濃溶液のみで加熱されている。
一方、冷媒流路には、中温再生器５からの冷媒蒸気流路２８に、調節弁３２を有するバイパス流路３１をもうけており、高温再生器４の内圧が上昇するとこの弁３２を開として、中温再生器５からの冷媒蒸気を直接凝縮器３に導入するようにしている。
その他の溶液流路、冷媒流路は図１と同様であり、同様の作用効果を奏することができる。
【００１５】
図３に、本発明の吸収冷凍機の別の例の概略工程図を示す。
図３では、吸収器及び蒸発器をそれぞれ低段１’、２’と高段１”、２”の２段階に分割し、分割したこれら各単一の吸収器２’、２”、発生器１’、１”とを、それぞれ一対として独立したシェル内に設けると共に、濃溶液を先ず低段吸収器２’に導き、その後、高段吸収器２"に導き、冷水は先ず、高段蒸発器１”に導き、次いで低段蒸発器１’に導き、凝縮器３を出た冷却水７は、高段吸収器２”低段吸収器２’とに並列に導くようにしたものである。
図４に本発明の図１１に対応する冷凍サイクル図を示し、図５に吸収器と蒸発器とを２段構成とし濃溶液を先ず低段吸収器に導き、その後、高段吸収器に導いた場合の冷凍サイクル図を示し、図６に本発明の図３に対応する冷凍サイクル図を示す。
【００１６】
なお、比較のために、従来の三重効用吸収冷凍機で、吸収器からの溶液を先ず、高温再生器に導き、順次、中温再生器、低温再生器に導くシリーズフローの概略工程図を図７に示し、また、吸収器からの溶液を、高温再生器、中温再生器、低温再生器に並列に導く分岐フローの概略工程図を図８に示す。
次に、冷水条件：入口１３℃、出口７℃、冷却水入口、３１℃の場合の各サイクル側を比較してみる。
【００１７】
シリーズフロー：図７に対応
蒸発器の蒸発温度：５．５℃、    吸収器の溶液出口温度：３６．０℃、
希溶液濃度：５５．５ｗｔ％
凝縮温度：３７．０℃、          低温再生器溶液出口温度：７８．３℃
中温再生器露点：８３．３℃、    中温再生器溶液出口温度：１２９．６℃
高温再生器露点：１３４．６℃、  高温再生器溶液出口温度：１８６．８℃
高温再生器圧力：３．１６kｇ／ｃｍ2Ａ（２．１２kg／ｃｍ2Ｇ）
【００１８】
パラレルフロー：図８に対応
蒸発器の蒸発温度：５．５℃、    吸収器の溶液出口温度：３６．０℃、
希溶液濃度：５５．５ｗｔ％
凝縮温度：３７．０℃、          低温再生器溶液出口温度：７８．３℃
中温再生器露点：８１．２℃、    中温再生器溶液出口温度：１２９．４℃
高温再生器露点：１３２．０℃、  高温再生器溶液出口温度：１８８．３℃
高温再生器圧力：２．９２kg／ｃｍ2Ａ(１．８７kg／ｃｍ2G)
【００１９】
本発明によるフロー：図４
蒸発器の蒸発温度：５．５℃、    吸収器の溶液出口温度：３６．０℃、
希溶液濃度：５５．５ｗｔ％
凝縮温度：３７．０℃、          低温再生器溶液出口温度：７６．２℃
中温再生器露点：８０．１℃、    中温再生器溶液出口温度：１２５．４℃
高温再生器露点：１２９．３℃、  高温再生器溶液出口温度：１８６．９℃
高温再生器圧力：２．７３kg／ｃｍ2Ａ(１．６７kg／ｃｍ2G)
パラレルフロー（図７）に対し、圧力、温度共に有利。
シリーズフロー（図８）に対しては、温度がほぼ同等であるが、圧力的に有利になる。
【００２０】
本発明によるフロー：図５
高段蒸発器の蒸発温度：８．５℃  高段吸収器の溶液出口温度：３６．０℃
希溶液濃度：５３．６ｗｔ％
低段蒸発器の蒸発温度：５．５℃、低段吸収器の溶液出口温度：３６．０℃
希溶液濃度：５５．４ｗｔ％
凝縮温度：３７．０℃、          低温再生器溶液出口温度：７２．３℃
中温再生器露点：７６．３℃、    中温再生器溶液出口温度：１１６．９℃
高温再生器露点：１２０．９℃、  高温再生器溶液出口温度：１７２．３℃
高温再生器圧力：２．０８kg／ｃｍ2Ａ(１．０５kg／ｃｍ2G)
Ａ／Ｅを２段化することで、従来のシリーズフローパラレルフローに対し、圧力、温度共に有利。
【００２１】
本発明によるフロー：図６／冷却水を凝縮器から入れる。
高段蒸発器の蒸発温度：８・５℃  高段吸収器の溶液出口温度：３７．０℃
希溶液濃度：５４．２ｗｔ％
低段蒸発器の蒸発温度：５・５℃  低段吸収器の溶液出口温度：３７．０℃
希溶液濃度：５６．０ｗｔ％
凝縮温度：３３．０℃、          低温再生器溶液出口温度：６８．９℃
中温再生器露点：７２．９℃、    中温再生器溶液出口温度：１１４．１℃
高温再生器露点：１１８．１℃、  高温再生器溶液出口温度：１７０．５℃
高温再生器圧力：１．９１kg／ｃｍ2Ａ(０．８８kg／ｃｍ2G)
Ａ／Ｅを２段化し、さらに、冷却水を凝縮器から流すことで、ゲージ圧１ｋｇ／ｃｍ2以下、溶液温度１８０℃以下が可能になっている。
本発明によれば、図２を用いた場合も同様な効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、希溶液を低温再生器、中温再生器に導いているので、低温、中温再生器での溶液の沸騰温度を低くすることができる。一方、中温再生器で濃縮した溶液を、高温再生器でさらに濃縮するので、サイクルの濃度幅が確保でき、吸収器入口濃度を高くすることができる。
また、吸収器及び蒸発器をそれぞれ低段と高段の２段に分割し、高段吸収器からでる希溶液濃度を低下させると、低温、中温再生器での溶液沸騰温度をさらに下げることができる。
また、冷却水を凝縮器から導入することで、凝縮温度を低下させ、低温再生器の沸騰温度の低下、それに伴う中温再生器の沸騰湿度の低下により、高温再生器の圧力、温度を低下させることができる。
このように、本発明よると、高温再生器の圧力、温度を低下させることができるので、腐食環境が緩和し、また、圧力上の問題も緩和でき、従来から、二重効用で用いられている軟鋼等の材料が便用できるようになった。
【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概略工程図。
【図２】本発明の吸収冷凍機の他の例を示す概略工程図。
【図３】本発明の吸収冷凍機の別の例を示す概略工程図。
【図４】本発明の吸収冷凍機の一例の冷凍サイクル図。
【図５】本発明の吸収冷凍機の他の例の冷凍サイクル図。
【図６】本発明の吸収冷凍機の別の例の冷凍サイクル図。
【図７】従来の三重効用吸収冷凍機のシリーズフローの概略工程図。
【図８】従来の三重効用吸収冷凍機のパラレルフローの概略工程図。
【符号の説明】
１、１’、１”：蒸発器、２、２’、２”：吸収器、３：凝縮器、４：高温再生器、５：中温再生器、６：低温再生器、７：低温熱交換器、８：中温熱交換器、９：高温熱交換器、１２：再生器ポンプ、１３：溶液ポンプ、１４：冷媒ポンプ、１５：外部熱源、１６、１７：冷却水、１８：冷水、２０〜２６：溶液流路、２７〜３０：冷媒流路、３１：冷媒バイパス流路、３２：調節弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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