(57)【要約】【課題】本発明は、揮発性二次冷媒による冷温熱出力方式と蒸発器、流下液膜式再生器と流下液膜式再生凝縮器の組合わせ使用または単独使用により、成績係数の向上や装置の簡素化を図ることを目的とする。【解決手段】本発明による二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置は、少なくとも低温再生器(1)、高温再生器(2)、凝縮器(3)、吸収器(4)と揮発性二次冷媒による冷・温熱出力用蒸発器／凝縮器（以下、蒸発器と称す）(5)、空調機(7)とレシーバー(6)により構成され、高温再生器(2)からの高温冷媒蒸気(2c)をバイパス管(70)を経て蒸発器(5)に供給することにより、冷熱発生・出力モードと温熱発生・出力モードを行うことができる構成である。【選択図】図１
2009168271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも低温再生器(1)、高温再生器(2)、凝縮器(3)、吸収器(4)と揮発性二次冷媒による冷・温熱出力用蒸発器／凝縮器（以下、蒸発器と称す）(5)、空調機(7)とレシーバー(6)より構成され、
冷熱発生・出力モードでは、希吸収液(4g)を前記高温再生器(2)と低温再生器(1)により再生するために、希吸収液ポンプ(4d)により吸収器(4)底部の吸収液貯室(4b)から送られる前記希吸収液(4g)を、低温溶液熱交換器(9)と高温溶液熱交換器(10)を経て前記高温再生器(2)に供給して再生し、前記高温再生器(2)からの再生後吸収液(2b)を高温溶液熱交換器(10)において前記希吸収液(4g)と熱交換させて熱回収がなされてから、前記低温再生器(1)に供給して再生済吸収液(1c)まで再生し、前記低温再生器(1)からの再生済吸収液(1c)を、低温溶液熱交換器(9)において前記希吸収液(4g)と熱交換させて熱回収がなされた後、前記吸収器(4)に戻し、前記高温再生器(2)からの発生冷媒蒸気(2a)を前記低温再生器(1)の吸収液再生用熱源として使用し、前記低温再生器(1)において吸収液を冷媒蒸気により加熱して生じた冷媒凝縮液(1b)を希吸収液と熱交換させて熱回収がなされてから前記凝縮器(3)にフラッシュさせるかあるいは直接に前記凝縮器(3)にフラッシュさせるかどうかに拘わらず、そこでの発生冷媒蒸気を凝縮器(3)の伝熱管内に流される冷却水(26)により凝縮させ、前記凝縮器(3)内の冷媒凝縮液(8a)を圧力差によりＵ字管(8)を経て前記蒸発器(5)内に供給し、循環冷媒液ポンプ(5a)により、前記蒸発器(5)底部の冷媒液貯室(5b)内の冷媒液を循環させて前記蒸発器(5)の伝熱管外壁面に散布し、その蒸発吸熱による発生冷熱により、前記蒸発器(5)の伝熱管内に入ってくる揮発性二次冷媒蒸気を凝縮させ、この揮発性二次冷媒液を前記蒸発器(5)に接続された三方バルブ(6b,6c)を通じてレシーバー(6)内に戻していったん溜め、一方、前記レシーバー(6)内の揮発性二次冷媒液を揮発性二次冷媒液ポンプ(6a)により前記三方バルブ(6d,6e)を通じて空調機(7)の伝熱管内に流し、その蒸発吸熱による発生冷熱により、前記空調機(7)を通る空調用空気を冷やして冷熱出力がなされ、また前記空調機(7)の伝熱管内の揮発性二次冷媒蒸気を圧力差により、前記蒸発器(5)の伝熱管内に戻し、
また、前記吸収器(4)において循環希吸収液ポンプ(4a)により前記吸収器(4)底部の希吸収液貯室(4b)からの希吸収液(4e)を循環し、前記低温溶液熱交換器(9)を出た再生済吸収液(4f)と共に前記吸収器(4)の伝熱管外壁面に散布して流下させながら前記蒸発器(5)からの発生冷媒蒸気を吸収し、その際の吸収熱を前記吸収器(4)の伝熱管内に流される冷却水(26)により除去し、
また、温熱発生・出力モードでは、前記吸収器(4)と凝縮器(3)の冷却水(26)を止め、前記高温再生器(2)と前記蒸発器(5)間のバイパス管(70)に設けられた第１弁(13)及び前記循環冷媒液ポンプ(5a)と希吸収液貯室(4b)間に設けられた第２弁(5e)を開けて前記希吸収液ポンプ(4d)だけを動かし、これにより前記吸収器(4)底部の吸収液貯室(4b)内の希吸収液(4g)を前記低温溶液熱交換器(9)と前記高温溶液熱交換器(10)を経て前記高温再生器(2)に送り、そこで加熱して生じる高温冷媒蒸気(2c)がバルブ(13)を通じて蒸発器(5)内に流入し、
また、前記高温再生器(2)からの吸収液(2b)を高温溶液熱交換器(10)により前記希吸収液(4g)と熱交換させた後に前記低温再生器(1)を通らせ、また前記低温再生器(1)を出た前記再生済吸収液(1c)を低温溶液熱交換器(9)により前記希吸収液(4g)と熱交換させてから前記吸収器(4)に導入し、また前記吸収器(4)に入った吸収液が蒸発器(5)からの前記冷媒凝縮液(8a)と混合して希吸収液になり、
さらに、前記レシーバー(6)に接続された揮発性二次冷媒液ポンプ(6a)により前記レシーバー(6)内の揮発性二次冷媒液を三方バルブ(6d,6b)を経て前記蒸発器(5)の伝熱管内に導入し、前記蒸発器(5)の伝熱管外高温冷媒蒸気の凝縮放熱による発生温熱により前記蒸発器(5)の伝熱管内に流される揮発性二次冷媒液を蒸発させ、次にこの揮発性二次冷媒蒸気を前記空調機(7)の伝熱管内に導入し、その凝縮放熱による発生温熱により前記空調機(7)を通る空調用空気を加熱して温熱出力がなされ、この温熱出力後の揮発性二次冷媒凝縮液を三方バルブ(6e,6c)を通じて前記レシーバー(6)内に導入していったん溜めることを特徴とする二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置。
【請求項２】
前記高温再生器(2)に燃料ガスまたは燃料油直だき再生器を適用し、前記低温再生器(1)に流下液膜式再生凝縮器(200)またはプール加熱式再生器を適用することを特徴とする請求項１記載の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置。
【請求項３】
前記高温再生器(2)に流下液膜式再生器(100)を適用して相変化のない熱源流体または排熱を前記高温再生器(2)の熱源とし、前記低温再生器(1)に流下液膜式再生凝縮器(200)またはプール加熱式再生器を適用することを特徴とする請求項１記載の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置。
【請求項４】
前記高温再生器(2)に流下液膜式再生凝縮器(200)を適用して相変化のある熱源流体または高温水蒸気を前記高温再生器(2)の熱源とし、前記低温再生器(1)に流下液膜式再生凝縮器(200)またはプール加熱式再生器を適用することを特徴とする請求項１記載の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置。
【請求項５】
前記凝縮器(3)、揮発性二次冷媒冷熱出力用の蒸発器(5)と吸収器(4)を胴体(12)内に設置し、前記凝縮器(3)を前記胴体(12)内部の上方に設置し、前記蒸発器(5)と吸収器(4)をそれぞれ前記凝縮器(3)下方の左右両方に設置してなる凝縮器・吸収器・蒸発器ユニット装置(20)を適用することを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置。
【請求項６】
前記冷熱発生・出力モードでは、前記高温再生器(2)からの高温冷媒蒸気を前記低温再生器(1)に供給し、そこでの吸収液の再生に使用して生じる冷媒凝縮液(1b)を、前記低温溶液熱交換器(9)の希吸収液の出側に設けられる希吸収液／冷媒液熱交換器(9a)において前記吸収器(4)からの前記低温溶液熱交換器(9)により予熱された希吸収液(4g)の再予熱に使用して熱回収がなされることを特徴とする請求項記１ないし５の何れかに記載の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置。
【請求項７】
前記冷熱発生・出力モードでは、希吸収液／冷媒液熱交換器(9a)を前記低温溶液熱交換器(9)の付近における希吸収液(4g)の分流流路に設置し、前記希吸収液ポンプ(4a)により前記吸収器(4)の希吸収液貯室(4b)から送ってくる希吸収液を分流し、主流の希吸収液を前記低温溶液熱交換器(9)に送って前記低温再生器(1)からの再生済吸収液(1c)により予熱し、支流の希吸収液を希吸収液／冷媒液熱交換器(9b)において前記低温再生器(1)からの冷媒凝縮液(1b)により予熱した後、前記低温溶液熱交換器(9)からの主流の希吸収液に合流させることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置に関し、特に、揮発性二次冷媒による冷温熱出力方式と蒸発器、流下液膜式再生器と流下液膜式再生凝縮器の組み合わせ使用または単独使用により、成績係数の向上や装置の簡素化を図るための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の汎用臭化リチウム／水素二重効用吸収冷温水機は、冷熱発生・出力モードの吸収液の再生方式によりシリーズ、パラレルとリバースフローを適用するものに分類され、さらに二段吸収・二段蒸発サイクルの適用や、再生器部、吸収器部と蒸発器部における違う種類の熱交換器、違う熱交換方式の適用や違う熱交換器の構成と配置により違うものに分類される。
また、どの種類の二重効用吸収冷温水機であっても、蒸発器部において循環冷温水による発生冷・温熱の出力方式を採用しており、つまりこの様な蒸発器は冷温熱発生・出力のための冷媒と循環冷温水の熱交換器である。
【０００３】
ここで、循環冷水による発生冷熱の出力方式とは、蒸発器伝熱管外壁面に散布される冷媒液の蒸発吸熱による発生冷熱により、前記蒸発器伝熱管管内に流される循環冷水を冷却し、この様に温度が下がった循環冷水を循環冷水ポンプにより、空調機に送り、そこで空調用空気を冷やして冷熱出力がなされるものである。即ち、蒸発器と空調機による発生冷熱の出力は、循環冷水の冷却と前記循環冷水による空気の冷却によりなされるのである。また、循環温水による発生温熱の出力方式とは、高温再生器から蒸発器部に導入される高温冷媒蒸気により、前記蒸発器伝熱管管内に流される循環温水を加熱し、この様に温度が上がった循環温水を循環冷温水ポンプにより、空調機に送り、そこで空調用空気を温めて温熱出力がなされるのである。この様にして、発生冷熱の出力と発生温熱の出力は、循環冷温水の顕熱変化を利用してなされるのである。
また、一般に低温再生器には伝熱管横型配置の周知のプール加熱方式は採用されている。
【０００４】
図６は、特許文献等は特に示していないが、本発明者がこれまでに発明した周知の揮発性二次冷媒冷熱発生・出力装置の構成例を示している。
図示の揮発性二次冷媒冷熱発生・出力装置５００は、図示しない凝縮器からの冷媒凝縮液を蒸発器５の伝熱管外壁面に散布し、その蒸発吸熱によって発生する冷熱により、前記蒸発器５の伝熱管内側に流される揮発性二次冷媒蒸気を凝縮させ、次にこの様な揮発性二次冷媒凝縮液をいったんレシーバー６に溜めてから揮発性二次冷媒液ポンプ６ａにより空調機７に送り、その蒸発吸熱により前記空調機７を通る空気を冷やして冷熱出力が得られる。
尚、前記揮発性二次冷媒液ポンプ６ａと空調機７との間には、一対の三方バルブ６ｅ、６ｄが設けられ、前記レシーバー６と蒸発器５との間には、三方バルブ６ｃ、６ｂが設けられている。
冷熱出力モードでは、レシーバー６内の揮発性二次冷媒を前記揮発性二次冷媒液ポンプ６ａにより、三方バルブ６ｄ、６ｅを通じて空調機７伝熱管内に送り、その蒸発吸熱による発生冷熱により、前記空調機７伝熱管外に送風される空調用空気を冷やして冷熱出力がなされる。また、前記空調機からの揮発性二次冷媒蒸気を圧力差により蒸発器５内に流入させ、その際、蒸発器部冷媒液循環ポンプ５ａにより冷媒液を循環し、前記冷媒液散布器４ｆにより、前記蒸発器５伝熱管外壁面に散布して流下させ、その蒸発吸熱による発生冷熱より前記蒸発器５伝熱管内に流される揮発性二次冷媒蒸気を凝縮させ、この様になった揮発性二次冷媒凝縮液が三方バルブ６ｂ、６ｃを経てレシーバー６内に導入され、そこでいったん溜まる。
また温熱出力モードでは、図示しない高温再生器から前記蒸発器５部に高温冷媒蒸気をバイパスし、また前記揮発性冷媒液ポンプ６ａにより前記レシーバー６内の揮発性二次冷媒液を三方バルブ６ｄ、６ｂを経て前記蒸発器５伝熱管内に導入し、そこで前記蒸発器５伝熱管外高温冷媒蒸気の凝縮放熱による発生温熱により前記蒸発器５伝熱管内の揮発性二次冷媒液を蒸発させる。次にこの様になった揮発性二次冷媒蒸気が圧力差により前記空調機７伝熱管内に導入され、そこでその凝縮放熱による発生温熱により、前記空調機７伝熱管外に送風される空調用空気を加熱する。またこの様になった揮発性二次冷媒凝縮液が三方バルブ６ｅ、６ｃを経てレシーバー６に戻される。
また前記冷熱出力用揮発性二次冷媒に関しては、ＨＦＥ系冷媒や炭化水素系冷媒や代替フロン系冷媒、アンモニアや二酸化炭素等が適用できる。
【０００５】
図７は、本発明者がこれまでに発明した周知の揮発性二次冷媒冷熱出力用蒸発器６００の構成例を示している。
図示の蒸発器伝熱管は伝熱管の間に前記伝熱管外径より薄いプレート部が設けられるプレートチューブ伝熱管６０１で構成され、図７の管内流体初期分配器６０２はこれに入ってくる揮発性二次冷媒流体（蒸気）を、複数のプレートチューブ伝熱管６０１のそれぞれの複数チューブ管内に分配するものである。
図７の管内流体サブ分配器６０３は図示しない上流側プレートチューブの複数管内流路からの蒸気または蒸気と流体の二相流体を混合してその下流側プレートチューブの複数並列流路に分配する機能を備えるものである。
また、管外液サブ分配装置６０４はプレートチューブ管外壁面に沿って流下した液流体を受けた後、その下流側プレートチューブの外壁面に再散布する機能を有するものである。
図７の出口ヘッダー６０５は複数のプレートチューブからの管内流体を集合して導出するものである。
従って、図７に示した熱交換器は上述の管内流体初期分配器６０２、管内流体サブ分配器６０３、管外液サブ分配器６０４、出口ヘッダー６０５とプレートチューブ伝熱管６０１より構成されるコンパクト熱交換器である。
図８は、本発明者がこれまでに発明した吸収冷熱出力発生装置に適用する揮発性二次冷媒冷熱出力装置に含まれる周知の空調機熱交換器７００の構成例を示す。図示の空調機熱交換器７００は、パネル７０２ａに設けられた伝熱管７０２内に揮発性二次冷媒液７０３を流し、管外のプレートフィン７０１間流路に空調用空気を流して、揮発性二次冷媒による空調用空気の冷却用３層パネル型コンパクト熱交換器である。また、図示の空調機熱交換器は温熱出力モードでは揮発性二次冷媒用凝縮器の役割も果たしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の吸収冷温水機には、次のような課題が存在していた。
（１）．循環冷水冷熱出力は循環冷水の顕熱を利用するものなので、蒸発器部においてなるべく低い冷熱発生温度、例えば５℃が求められている。よって、一般に希吸収液と再生済吸収液の濃度を５８〜６４ｗｔ％の範囲に設定している。冷熱発生温度が低い場合、再生済吸収液は濃度が高いと、まず吸収器へ戻される際、低温溶液熱交換器下流側の吸収液出口または吸収液戻し管における局部温度低下による結晶現象が生じやすく、これにより、運転支障が生じる場合もある。
（２）．冷熱発生・出力モードでは、蒸発器部での発生冷熱温度の設定が低いと、逆に再生器部または高温再生器での吸収液再生操作温度が高くなり、所用熱源流体をより低温または低品位まで利用できず、一次エネルギー利用効率が劣っている。
（３）．蒸発器部における循環冷温水側の局部熱伝達係数が比較的低いことにより、所要蒸発器伝熱面積あるいは熱交換器サイズが大きく、所用材料が多くなる。
（４）．空調器部における循環冷温水側局部熱伝達係数が比較的低いことと、空気側局部熱伝達係数が低いことにより、熱交換器のコンパクト化が困難であり、所用材料が多くなる。
（５）．冷熱出力の際、蒸発器部での発生冷熱により循環冷水を冷やし、この様に冷やされた循環冷水により空調用空気を冷やすという二重顕熱交換により、蒸発器部と空調機部でのトータル不可逆的エネルギー損失が大きい。
（６）．循環冷温水量が多いため、所用循環冷温水ポンプ動力または電力が多くなる。
（７）．循環冷温水装置所用材料が多くなる。
（８）．補給水による蒸発器部伝熱管管内の汚れの定期的清掃が必要となる。
（９）．再生器内の吸収液プール側局部熱伝達係数が低く、所用伝熱管内凝縮冷媒液の流れにより管内局部熱伝達係数が劣っている場合も多く、所用伝熱面積または所用材料が多いと見られる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置は、少なくとも低温再生器、高温再生器、凝縮器、吸収器と揮発性二次冷媒による冷・温熱出力用蒸発器／凝縮器（以下、蒸発器と称す）、空調機とレシーバーより構成され、冷熱発生・出力モードでは、希吸収液を前記高温再生器と低温再生器により再生するために、希吸収液ポンプにより吸収器底部の吸収液貯室から送られる前記希吸収液を、低温溶液熱交換器と高温溶液熱交換器を経て前記高温再生器に供給して再生し、前記高温再生器からの再生後吸収液を高温溶液熱交換器において前記希吸収液と熱交換させて熱回収がなされてから、前記低温再生器に供給して再生済吸収液まで再生し、前記低温再生器からの再生済吸収液を、低温溶液熱交換器において前記希吸収液と熱交換させて熱回収がなされた後、前記吸収器に戻し、前記高温再生器からの発生冷媒蒸気を前記低温再生器の吸収液再生用熱源として使用し、前記低温再生器において吸収液を冷媒蒸気により加熱して生じた冷媒凝縮液を希吸収液と熱交換させて熱回収がなされてから前記凝縮器にフラッシュさせるかあるいは直接に前記凝縮器にフラッシュさせるかどうかに拘わらず、そこでの発生冷媒蒸気を凝縮器の伝熱管内に流される冷却水により凝縮させ、前記凝縮器内の冷媒凝縮液を圧力差によりＵ字管を経て前記蒸発器内に供給し、循環冷媒液ポンプにより、前記蒸発器底部の冷媒液貯室内の冷媒液を循環させて前記蒸発器の伝熱管外壁面に散布し、その蒸発吸熱による発生冷熱により、前記蒸発器の伝熱管内に入ってくる揮発性二次冷媒蒸気を凝縮させ、この揮発性二次冷媒液を前記蒸発器に接続された三方バルブを通じてレシーバー内に戻していったん溜め、一方、前記レシーバー内の揮発性二次冷媒液を揮発性二次冷媒液ポンプにより前記三方バルブを通じて空調機の伝熱管内に流し、その蒸発吸熱による発生冷熱により、前記空調機を通る空調用空気を冷やして冷熱出力がなされ、また前記空調機の伝熱管内の揮発性二次冷媒蒸気を圧力差により、前記蒸発器の伝熱管内に戻し、また、前記吸収器において循環希吸収液ポンプにより前記吸収器底部の希吸収液貯室からの希吸収液を循環し、前記低温溶液熱交換器を出た再生済吸収液と共に前記吸収器の伝熱管外壁面に散布して流下させながら前記蒸発器からの発生冷媒蒸気を吸収し、その際の吸収熱を前記吸収器の伝熱管内に流される冷却水により除去し、また、温熱発生・出力モードでは、前記吸収器と凝縮器の冷却水を止め、前記高温再生器と前記蒸発器間のバイパス管に設けられた第１弁及び前記循環冷媒液ポンプと希吸収液貯室間に設けられた第２弁を開けて前記希吸収液ポンプだけを動かし、これにより前記吸収器底部の吸収液貯室内の希吸収液を前記低温溶液熱交換器と前記高温溶液熱交換器を経て前記高温再生器に送り、そこで加熱して生じる高温冷媒蒸気がバルブを通じて蒸発器内に流入し、また、前記高温再生器からの吸収液を高温溶液熱交換器により前記希吸収液と熱交換させた後に前記低温再生器を通らせ、また前記低温再生器を出た前記再生済吸収液を低温溶液熱交換器により前記希吸収液と熱交換させてから前記吸収器に導入し、また前記吸収器に入った吸収液が蒸発器からの前記冷媒凝縮液と混合して希吸収液になり、さらに、前記レシーバーに接続された揮発性二次冷媒液ポンプにより前記レシーバー内の揮発性二次冷媒液を三方バルブを経て前記蒸発器の伝熱管内に導入し、前記蒸発器の伝熱管外高温冷媒蒸気の凝縮放熱による発生温熱により前記蒸発器の伝熱管内に流される揮発性二次冷媒液を蒸発させ、次にこの揮発性二次冷媒蒸気を前記空調機の伝熱管内に導入し、その凝縮放熱による発生温熱により前記空調機を通る空調用空気を加熱して温熱出力がなされ、この温熱出力後の揮発性二次冷媒凝縮液をバルブを通じて前記レシーバー内に導入していったん溜める構成であり、また、前記高温再生器に燃料ガスまたは燃料油直だき再生器を適用し、前記低温再生器に流下液膜式再生凝縮器またはプール加熱式再生器を適用する構成であり、また、前記高温再生器に流下液膜式再生器を適用して相変化のない熱源流体または排熱を前記高温再生器の熱源とし、前記低温再生器に流下液膜式再生凝縮器またはプール加熱式再生器を適用する構成であり、また、前記高温再生器に流下液膜式再生凝縮器を適用して相変化のある熱源流体または高温水蒸気を前記高温再生器の熱源とし、前記低温再生器に流下液膜式再生凝縮器またはプール加熱式再生器を適用する構成であり、また、前記凝縮器、揮発性二次冷媒冷熱出力用の蒸発器と吸収器を胴体内に設置し、前記凝縮器を前記胴体内部の上方に設置し、前記蒸発器と吸収器をそれぞれ前記凝縮器下方の左右両方に設置してなる凝縮器・吸収器・蒸発器ユニット装置を適用する構成であり、また、前記冷熱発生・出力モードでは、前記高温再生器からの高温冷媒蒸気を前記低温再生器に供給し、そこでの吸収液の再生に使用して生じる冷媒凝縮液を、前記低温溶液熱交換器の希吸収液の出側に設けられる希吸収液／冷媒液熱交換器において前記吸収器からの前記低温溶液熱交換器により予熱された希吸収液の再予熱に使用して熱回収がなされる構成であり、また、前記冷熱発生・出力モードでは、希吸収液／冷媒液熱交換器を前記低温溶液熱交換器の付近における希吸収液の分流流路に設置し、前記希吸収液ポンプにより前記吸収器の希吸収液貯室から送ってくる希吸収液を分流し、主流の希吸収液を前記低温溶液熱交換器に送って前記低温再生器からの再生済吸収液により予熱し、支流の希吸収液を希吸収液／冷媒液熱交換器において前記低温再生器からの冷媒凝縮液により予熱した後、前記低温溶液熱交換器からの主流の希吸収液に合流させる構成である。
【発明の効果】
【０００８】
従来の吸収冷凍機では、蒸発器内冷媒蒸発温度を５℃に設定し、循環冷水の出口温度を７℃に設定し、循環冷水入り口温度を１２〜１４℃に設定するのは一般的である。二重効用吸収冷温水機の冷熱発生・出力モードでは、蒸発器部循環冷水の出口温度を高く設定すれば、吸収冷凍機の成績係数が向上でき、例えば二重効用吸収冷凍機の場合、循環冷水温度が１℃高く設定すると、成績係数が６〜７％の増加になることと報告されている。これにより成績係数に対する蒸発器部冷熱発生温度の影響が大きいことが分かる。
本発明の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置の冷熱発生・出力モードによれば、揮発性二次冷媒の凝縮、蒸発潜熱を利用して冷熱出力がなされるため、蒸発器部の冷熱発生温度を合理的に高く設定でき、これにより最高再生温度、圧力の低下と成績係数の向上が図られる。また、最高再生温度の低下により、熱源流体をより低温または低品位まで利用でき、熱源の熱エネルギー利用効率の向上が図れる。
また、揮発性二次冷媒による冷温熱出力に同一の蒸発器と空調機を適用するほか、蒸発器と空調機のコンパクト化、装置全体のサイズが低減、省材料が図れる。また、所要循環二次冷媒動力は極めて小さく、省エネの効果が顕著である。さらに、循環冷水装置が不要なことにより、蒸発器熱交換器伝熱管内の定期的清掃は不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、揮発性二次冷媒による冷温熱出力方式と蒸発器、流下液膜式再生器と流下液膜式再生凝縮器の組合わせ使用又は単独使用により、成績係数の向上や装置の簡素化を図れる二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１０】
以下、図面と共に本発明による二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１には、本発明の請求項１、２、５に記載の吸収液のシリーズ再生フロー、揮発性二次冷媒冷・温熱出力方式、蒸発器と図５の流下液膜式再生凝縮器２００を適用する二重効用吸収式冷温熱発生装置の構成例を示す。ここで、高温再生器２には、燃料ガスまたは燃料油直だき再生器を、低温再生器１には流下液膜式再生凝縮器２００を適用し、凝縮器３、吸収器４と蒸発器５を同一の胴体１２で収納して構成している。
すなわち、前記蒸発器５には、レシーバー６を有する空調機７が接続され、前記胴体１２には、循環冷媒液ポンプ５ａ、希吸収液ポンプ４ｄ、循環希吸収液ポンプ４ａ、低温溶液熱交換器９及び低温再生器１が接続されている。
前記高温再生器２は前記低温再生器１に直接接続されると共に、第１弁１３及びバイパス管７０を介して前記胴体１２に接続されている。
前記低温溶液熱交換器９は、前記希吸収液ポンプ４ｄ、胴体１２、低温再生器１、前記高温再生器２に接続された高温溶液熱交換器１０に接続され、前記高温溶液熱交換器１０は前記低温再生器１及び高温再生器２に接続されている。
【００１１】
次に、図１の二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置による冷温熱発生・出力は以下のようになされる。
冷熱発生・出力モードでは、希吸収液を高温再生器２と低温再生器１によりその順で再生する。つまり、希吸収液ポンプ４ｄにより吸収器４底部の吸収液貯室４ｂから希吸収液ポンプ４ｄにより送られる希吸収液４ｇを、低温溶液熱交換器９と高温溶液熱交換器１０を経て高温再生器２に供給して再生し、前記高温再生器２からのワンステップ再生後の再生後吸収液２ｂを高温溶液熱交換器１０において希吸収液４ｇと熱交換させて熱回収がなされてから、前記低温再生器１に供給して再生済吸収液１ｃまで再生する。また前記再生済吸収液１ｃを、低温溶液熱交換器９において希吸収液４ｇと熱交換させて熱回収をなされた後、吸収器４に戻す。また、前記高温再生器２からの発生冷媒蒸気を前記低温再生器１の吸収液再生用熱源として使用する。
【００１２】
また、前記凝縮器３内の冷媒凝縮液８ａを圧力差によりＵ字管８を経て蒸発器５内に供給し、循環冷媒液ポンプ５ａにより、蒸発器５底部の冷媒液貯室５ｂ内の冷媒液を循環させて蒸発器５の伝熱管外壁面に散布し、その蒸発吸熱による発生冷熱により、蒸発器５の伝熱管内に入ってくる揮発性二次冷媒蒸気を凝縮させ、この様になった揮発性二次冷媒液を三方バルブ６ｂ、６ｃを通じてレシーバー６内に戻していったん溜める、もう一方、レシーバー６内の揮発性二次冷媒液を揮発性二次冷媒液ポンプ６ａにより三方バルブ６ｄ、６ｅを通じて空調機７の伝熱管内に流し、その蒸発吸熱による発生冷熱により、空調機７を通る空調用空気を冷やして冷熱出力がなされる。また前記空調機７の伝熱管内の揮発性二次冷媒蒸気を圧力差により、前記蒸発器５の伝熱管内に戻す。
【００１３】
また、吸収器４において循環希吸収液ポンプ４ａにより吸収器４底部の希吸収液貯室４ｂからの希吸収液４ｅを循環し、低温溶液熱交換器９を出た再生済吸収液２ｂと共に吸収器４の伝熱管外壁面に散布して流下させながら前記蒸発器５からの発生冷媒蒸気を吸収し、その際の吸収熱を前記吸収器４の伝熱管内に流される冷却水２６により除去する。
また、温熱発生・出力モードでは、前記吸収器４部と凝縮器３部の冷却水２６を止め、バルブ１３、５ｅを開け、希吸収液ポンプ４ｄだけを動かし、これにより吸収器４底部の吸収液貯室４ｂから希吸収液４ｇを低温溶液熱交換器９と高温溶液熱交換器１０を経て高温再生器２に送り、そこで加熱して生じる高温冷媒蒸気がバルブ１３を通じて蒸発器５内に流入する。
【００１４】
ただし、前記低温再生器１の伝熱管内側は凝縮器３とＵ字管を通じて蒸発器５部に連通するため、正常状態では低温再生器１の伝熱管の内外両側は共に高温再生器２の発生冷媒蒸気の圧力、温度下に置かれている。この高温再生器２からの高温溶液熱交換器を経てきたワンステップ再生後の再生後吸収液２ｂは低温再生器１を通る際、熱交換がなく、そのまま低温溶液熱交換器９に入って希吸収液４ｇと熱交換がなされてから、吸収器４内に戻り、蒸発器５からの冷媒凝縮液と混合して希吸収液になる。
もう一方、前記揮発性二次冷媒液ポンプ６ａによりレシーバー６内の揮発性二次冷媒液を三方バルブ６ｄ、６ｂを経て前記蒸発器５の伝熱管内に導入し、前記蒸発器５の伝熱管外冷媒蒸気の凝縮放熱による発生温熱により前記蒸発器５の伝熱管内に流される揮発性二次冷媒液を蒸発させ、次にこの様になった揮発性二次冷媒蒸気を前記空調機７の伝熱管内に導入し、その凝縮放熱による発生温熱により前記空調機を通る空調用空気を加熱して温熱出力がなされ、また温熱出力後の揮発性二次冷媒凝縮液をバルブ６ｅ、６ｃを通じてレシーバー６内に導入していったん溜める。
【００１５】
図２は請求項１、３、５に記載の揮発性二次冷媒冷温熱出力方式を採用する二重効用吸収式冷温熱発生装置において、請求項６に記載の冷媒凝縮液から熱回収かなされる装置の適用について説明するものである。ここで、高温再生器２には図４に示した後述する周知の流下液膜式再生凝縮器２００を適用としている。尚、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
前記吸収器４から送られてきた希吸収液４ｇを高温再生器２としての図５の前記流下液膜式再生凝縮器の伝熱管内壁面に分布して膜状に流下させ、この様な流下吸収液膜を管外加熱室に導入される相変化のある熱源流体または排熱またはボイラからの高温水蒸気２ｄにより加熱して再生する。また、前記吸収器４からの希吸収液を低温溶液熱交換器９において低温再生器１からの再生済吸収液１ｃにより予熱してから、希吸収液／冷媒液熱交換器９ａに送り、そこで低温再生器１からの冷媒凝縮液１ｂにより再予熱してから前記高温溶液熱交換器１０を経て高温再生器２である流下液膜式再生凝縮器２００に供給して再生する。
【００１６】
図３は同様に請求項１、３、５に記載の揮発性二次冷媒冷温熱出力方式を採用する二重効用吸収式冷温熱発生装置において、請求項７に記載の冷媒凝縮液から熱回収がなされる装置の適用について説明するものである。ただし、ここで、高温再生器２には図５に示した後述の周知の流下液膜式再生器１００を適用としている。尚、図１及び図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
前記吸収器４から送られた希吸収液４ｇを前記流下液膜式再生器１００の伝熱管内壁面に分布して膜状に流下させ、この様な流下吸収液膜を管外加熱室に導入される相変化のない熱源流体または排熱２ｃにより加熱して再生する。
【００１７】
前記低温再生器１の冷媒凝縮液からの熱回収は以下のようになされる。
即ち、前記吸収器４からの希吸収液４ｇを分流して低温溶液熱交換器９と希吸収液／冷媒液熱交換器９ａにおいてそれぞれ前記低温再生器１に適用した流下液膜式再生凝縮器２００からの再生済吸収液１ｃと冷媒凝縮液１ｂと熱交換させ、また希吸収液／冷媒液熱交換器９ａを出た希吸収液を、低温溶液熱交換器９を出た主流の希吸収液に合流させる。
また本発明の揮発性二次冷媒による冷温熱出力方式を採用する二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置は低温再生器１にも高温再生器２にもプール加熱方式の再生器が適用できることが容易に分かるので、これについての説明も省略する。
【００１８】
次に、前述の本発明者が開発して周知の図４の流下液膜式再生器１００の構成について述べる。
図４は、本発明者がこれまでに発明した周知の流下液膜式再生器１００の構成例を示す。この流下液膜式再生器１００は相変化のない熱源流体、例えばガス状排熱や高温水を吸収液の再生用熱源とする二重効用吸収冷凍機の高温再生器２に適用する。
図示の流下液膜式再生器１００は、要再生吸収液を伝熱管の管内壁面に分布して膜状に流下させながら、前記伝熱管の管外流路から熱源流体を提供して前記伝熱管壁を通じて加熱し、この様な流下吸収液膜中の冷媒を液位差の影響を受けない条件下で蒸発させて吸収液の再生をなされるのが特徴である。
図４は、吸収液の再生過程にわたって相変化のない高温排熱を吸収液の再生に利用する前記流下液膜式再生装置１００の構成について説明するものである。
まず、図４に示した様に、本発明で適用する周知の流下液膜式再生装置１００は、縦型筒状の胴体４０を上仕切板４１と下仕切板４２により区切って形成される吸収液分配室３０、加熱室３５と気液分離室３８を備えている。
前記吸収液分配室３０は、前記胴体４０の上部と上仕切板４１との間の空間より形成され、吸収液導入部３１、前記吸収液を吸収液プール４２内に散液するための散液器４３、前記吸収液を伝熱管３４の管束３４Ａの各管内に均等の流量で分配すること及び管内壁面に膜状に分布する機能を有する流下液分配器５０が設けられている。
【００１９】
また、前記加熱室３５が、上仕切板４１、下仕切板４２及び胴体４０で囲まれる空間より形成され、熱源流体である高温排熱や高温水と流下吸収液膜との熱交換部を形成する伝熱管３４の管束３４Ａ、排熱導入部３６と排熱導出部３２とを備え、伝熱管３４の管外加熱側流路に複数のじゃま板３３が所要の間隔で千鳥状に設けられている。そのため、前記排熱導入部３６と前記排熱導出部３２をそれぞれ前記加熱室３５の下端部と上端部に設けている。また、下仕切板４２と吸収液導出部３９間には気液分離室３８が形成され、発生冷媒蒸気導出部３７が形成されている。
【００２０】
前記流下液分配器５０には、吸収液は吸収液プール４２からこの間隙流路部４１により容易に伝熱管３４の管内壁面に膜状に分布されて流下する。また各々の伝熱管３４に設置される流下液分配器５０が同じ形状のため、同じ液位差により各伝熱管３４に分配される要再生の吸収液の流量は同一である。
【００２１】
次に、前述の構成において、吸収液分配室３０内において要再生の吸収液、例えば希吸収液が散液器４３より吸収液プール４２に散布された後、流下液分配器５０により伝熱管３４の管内壁面に分布されて流下液膜状に流下し、その際、加熱室３５に導入される相変化のない、例えば、ガス状高温排熱からなる熱源流体により加熱されてその中から冷媒成分が蒸発していく。また伝熱管３４の底部を出た再生後の吸収液は下方の吸収液貯室５１に入っていったん溜まる。また、伝熱管３４底部を出た冷媒蒸気は、その中の飛沫がエリミネータ３７ａにより捕獲されて発生冷媒蒸気導出部３７より導出される。
【００２２】
また、本発明者が発明した前述の周知の前記流下液膜式再生凝縮器２００は、図５に示されるように相変化のある熱源流体又は高温水蒸気を用いて構成され、図４と同一部分には同一符号を付して説明する。
図５に示した様に、本発明の流下液膜式再生凝縮装置２００は、要再生吸収液（または希吸収液）を伝熱管３４の内壁面に分布させて膜状に流下させながら、伝熱管３４の管外流路から凝縮性熱源流体を提供して伝熱管３４の壁を通じて加熱し、この様な吸収液膜中の冷媒を液位差の影響を受けない条件下で蒸発させ、前記流下吸収液膜を再生し、基本的に、縦型筒状の胴体４０を上仕切板４１、下仕切板４２により区切って形成される吸収液分配室３０、加熱室３５及び気液分離室３８を有するものである。
【００２３】
また、前記吸収液分配室３０が、胴体４０の上部と上仕切板４１との間の空間より形成され、吸収液導入部３１、前記要再生吸収液を伝熱管３４の管束３４Ａの管内壁面に散液するための散液器４３、吸収液プール４２、前記プール４２内の要再生吸収液を各伝熱管３４の各管内に均等の流量で分配すると共に前記各伝熱管３４の各管内壁面に膜状に分布する機能を有する流下液分配器５０を備えている。また、散液器４３は吸収液プール４２上方の胴体４０内に配置され、その吸収液導入部３１は胴体４０を貫通して設けられている。
【００２４】
また、前記胴体４０の中部の加熱室３５は、前記上仕切板４１、下仕切板４２の間で胴体４０で囲まれる空間により形成され、加熱用の凝縮性熱源流体と吸収液膜との熱交換部を形成する伝熱管３４の管束３４Ａ、凝縮性の熱源流体導入部６０と凝縮液導出部６１ａ付き凝縮液貯室６１を備えている。また、前記熱源流体導入部６０と凝縮液貯室６１はそれぞれ前記加熱室３５の胴体４０の上端部側と下端部に設けられている。
【００２５】
また、前記下仕切板４２の下方には気液分離室３８が形成され、この気液分離室３８の側部には、エリミネータ３７ａ付きエントレ防止装置３７Ａと発生冷媒蒸気導出部３７とが設けられている。
【００２６】
従って、要再生吸収液は前記吸収液分配室３０の散液器４３より前記吸収液分配室３０内の吸収液プール４２に散布された後、流下液分配器５０により各伝熱管３４の管内壁面に膜状に分布されて流下し、その際加熱室３５に導入される加熱用の凝縮性熱源流体６０ａにより加熱され、その中から冷媒成分が蒸発していく。また伝熱管３４の底部を出た再生後の吸収液５１ａは下方の吸収液貯室５１に入っていったん溜まる。また、前記伝熱管３４の底部を出た冷媒蒸気は、前記エントレ防止装置３７Ａに入り、その持っている飛沫がエリミネータ３７ａにより捕獲されて発生冷媒蒸気導出部３７より下流側の図示しない低温再生器部または凝縮器部に導入される。
また、伝熱管３４の構成材料としては、銅系材またはキュプロニッケル材が好適である。
【００２７】
従って、本発明による二重効用吸収式冷熱発生・出力装置によれば、次のような作用を得ることができる。
（１）．揮発性二次冷媒冷熱出力方式は、循環揮発性二次冷媒の潜熱を利用して冷熱出力をなされるため、循環揮発性二次冷媒の圧損による温度変化を小さく抑えられるように設計できることにより、冷熱出力時に蒸発器部の冷熱発生温度を適宜に高く設定でき、そのため、冷媒蒸気と吸収液との気液平衡関係により、吸収器部吸収操作温度一定の条件下において再生済吸収液の濃度を低く設定でき、これにより再生器部または高温再生器部の吸収液再生操作温度が低くなり、熱源流体をより低温または低品位まで利用でき、熱源の熱エネルギー利用効率の向上が図れる。
（２）．再生済吸収液濃度を低く設定できることにより、吸収液の結晶現象による運転支障発生の可能性は低くなるかあるいは無くなる。
（３）．冷・温熱の出力には同一の蒸発器と空調機を適用する。
（４）．蒸発器と空調機所用熱交換器サイズが小さくなり、それらのコンパクト化と省材料が図れる。
（５）．循環冷・温水冷熱出力時に比較的大きい循環冷温水動力の代わりに、所要循環二次冷媒動力は極小さく、省エネの効果が顕著である。
（６）．補給水が不要なことにより、蒸発器伝熱管内の定期的清掃は不要である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による二重効用吸収式冷温熱発生・出力装置の構成図である。
【図２】図１の他の形態を示す低温再生器の凝縮冷媒液から熱回収の例の構成図である。
【図３】図１の他の形態を示す低温再生器の凝縮冷媒液から熱回収の例の構成図である。
【図４】本発明に適用される周知の流下液膜式再生器の構成図である。
【図５】本発明に適用される周知の流下液膜式再生凝縮器の構成図である。
【図６】従来の揮発性二次冷媒冷温熱出力装置の構成図である。
【図７】従来の揮発性二次冷媒冷温熱出力用蒸発器の構成図である。
【図８】従来の揮発性二次冷媒冷温熱出力用空調機の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    低温再生器（流下液膜式再生凝縮器、プール加熱方式再生器適用）
１ａ    低温再生器からの発生冷媒蒸気
１ｂ    冷媒凝縮液
１ｃ    低温再生器から再生済吸収液
２    高温再生器（直だき再生器、流下液膜式再生器、流下液膜式再生凝縮器、プール加熱方式再生器適用）
２ａ    高温再生器からの発生冷媒蒸気
２ｂ    高温再生器からの再生後吸収液
２ｃ    高温冷媒蒸気
３    凝縮器
４    吸収器
４ａ    循環冷媒液ポンプ
４ｂ    吸収液貯室
４ｄ    希吸収液ポンプ
４ｅ    希吸収液
４ｆ    再生済吸収液
４ｇ    希吸収液
５    蒸発器
５ａ    循環冷媒液ポンプ
５ｂ    蒸発器底部の冷媒液貯室
５ｅ    第２バルブ
５ｉ    冷媒液散布器
６    レシーバー
６ａ    揮発性二次冷媒液ポンプ
６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ    三方バルブ
７    空調機
８    Ｕ字管
８ａ    凝縮器からの冷媒凝縮液
８ｂ    循環冷媒液
９    低温溶液熱交換器
９ａ    希吸収液／冷媒液熱交換器
１０    高温溶液熱交換器
１２    胴体
１３    第１バルブ
２０    凝縮器・吸収器・蒸発器ユニット装置
２６    冷却水
【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】
2009168271.tif 000008
【図７】
2009168271.tif 000009
【図８】
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