(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置で加熱沸騰させて冷媒を蒸発分離し、稀吸収液から冷媒蒸気と中間吸収液を得る高温再生器と、この高温再生器で生成して供給される中間吸収液を高温再生器で生成した冷媒蒸気で加熱してさらに冷媒を蒸発分離し、中間吸収液から冷媒蒸気と濃吸収液を得る低温再生器と、この低温再生器で中間吸収液を加熱して凝縮した冷媒液が供給されると共に、低温再生器で生成して供給される冷媒蒸気を冷却して冷媒液を得る凝縮器と、この凝縮器から供給された冷媒液が伝熱管の上に散布され、伝熱管内を流れる流体から熱を奪って冷媒が蒸発する蒸発器と、この蒸発器で生成して供給される冷媒蒸気を低温再生器から冷媒蒸気を分離して供給される濃吸収液に吸収させて稀吸収液にし、高温再生器に供給する吸収器と、この吸収器に出入する稀吸収液と濃吸収液とが熱交換する低温熱交換器と、高温再生器に出入する中間吸収液と稀吸収液とが熱交換する高温熱交換器とを備えた吸収式冷凍機において、
吸収器から吐出した稀吸収液の一部が低温再生器から放熱して吐出した冷媒と低温熱交換器を迂回して熱交換する冷媒熱回収器と、冷媒熱回収器で稀吸収液に放熱した冷媒を凝縮器に導入する冷媒管に流路抵抗を付与する流量制御弁を設け、この流量制御弁より下流側に冷媒の温度を検出する温度センサを設け、冷媒熱回収器を吐出した冷媒の温度が、稀吸収液の熱交換前温度＋所定温度α（但し、α＞０）となるように流量制御弁を介して冷媒の流路抵抗が制御されることを特徴とする吸収式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱効率に優れた吸収式冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示したように、高温再生器１の稀吸収液を加熱沸騰させるガスバーナ２から排出される排ガスを、吸収液管１２の高温熱交換器１０と高温再生器１との間に設けた第１の排ガス熱回収器２６と、低温熱交換器９と高温熱交換器１０との間に設けた第２の排ガス熱回収器２７とに順次送り、吸収器７から高温再生器に１に搬送する稀吸収液の温度を上げ、ガスバーナ２による必要加熱量を減らし、燃料消費量を削減するように工夫した吸収式冷凍機が周知である。
【０００３】
すなわち、上記構成の吸収式冷凍機においては、吸収器７から吐出した約４０℃（定格運転時、以下同じ）の稀吸収液は低温熱交換器９・第２の排ガス熱回収器２７・高温熱交換器１０・第１の排ガス熱交換器２６それぞれで加熱され、１３５℃前後に上昇して高温再生器１に流入するので、ガスバーナ２で消費する燃料が節約できる。
【０００４】
なお、ガスバーナ２から出る排ガスの温度と吸収器７から供給される稀吸収液の温度が共に低くいときには、流量制御弁２８の開度を大きくして吸収液管１４に流れる稀吸収液の量を増加し、第２の排ガス熱回収器２７における排ガスからの熱回収を減少させて排ガス温度の著しい低下を防止し、排ガスに含まれる水蒸気の凝縮・結露を防止する構成となっている。
【０００５】
しかし、上記従来の吸収式冷凍機においては、流量制御弁２８が第２の排ガス熱回収器２７を迂回する吸収液管１４に設けられていたため、流量制御弁２８を全開にしても吸収液管１４を通って第２の排ガス熱回収器２７に流れる稀吸収液の量は少なからずあった。
【０００６】
そのため、運転開始時など排ガス、稀吸収液の温度が共に低くいときには、流量制御弁を全開にしても排ガスの温度が低下し過ぎ、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮・結露し、熱交換器や排気管を腐食することがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
また、ガスバーナから出る排ガスが保有する熱の大半は回収し尽くしており、排ガスから今以上の熱回収を図ると、運転開始時でなくても排ガスに含まれる水蒸気の露天以下に排ガスの温度が低下し、結露して熱回収器や配管部を腐食することがあったので、他の方法によりさらに熱効率の改善を図る必要があり、それが解決すべき課題となっていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来技術の課題を解決するため、燃焼装置で加熱沸騰させて冷媒を蒸発分離し、稀吸収液から冷媒蒸気と中間吸収液を得る高温再生器と、この高温再生器で生成して供給される中間吸収液を高温再生器で生成した冷媒蒸気で加熱してさらに冷媒を蒸発分離し、中間吸収液から冷媒蒸気と濃吸収液を得る低温再生器と、この低温再生器で中間吸収液を加熱して凝縮した冷媒液が供給されると共に、低温再生器で生成して供給される冷媒蒸気を冷却して冷媒液を得る凝縮器と、この凝縮器から供給された冷媒液が伝熱管の上に散布され、伝熱管内を流れる流体から熱を奪って冷媒が蒸発する蒸発器と、この蒸発器で生成して供給される冷媒蒸気を低温再生器から冷媒蒸気を分離して供給される濃吸収液に吸収させて稀吸収液にし、高温再生器に供給する吸収器と、この吸収器に出入する稀吸収液と濃吸収液とが熱交換する低温熱交換器と、高温再生器に出入する中間吸収液と稀吸収液とが熱交換する高温熱交換器とを備えた吸収式冷凍機において、
吸収器から吐出した稀吸収液の一部が低温再生器から放熱して吐出した冷媒と低温熱交換器を迂回して熱交換する冷媒熱回収器と、冷媒熱回収器で稀吸収液に放熱した冷媒を凝縮器に導入する冷媒管に流路抵抗を付与する流量制御弁を設け、この流量制御弁より下流側に冷媒の温度を検出する温度センサを設け、冷媒熱回収器を吐出した冷媒の温度が、稀吸収液の熱交換前温度＋所定温度α（但し、α＞０）となるように流量制御弁を介して冷媒の流路抵抗が制御されることを特徴とする吸収式冷凍機を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、水を冷媒とし、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液を吸収液とした吸収式冷凍機を例に挙げて説明する。
【００１２】
本発明の一実施形態を、図１に基づいて説明する。図中１は、例えば都市ガスを燃料とするガスバーナ２の火力によって吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離するように構成された高温再生器、３は低温再生器、４は凝縮器、５は低温再生器３と凝縮器４が収納されている高温胴、６は蒸発器、７は吸収器、８は蒸発器６と吸収器７が収納されている低温胴、９は低温熱交換器、１０は高温熱交換器、１１は冷媒熱回収器、１２〜１６は吸収液管、１７、１８は吸収液ポンプ、１９〜２１は冷媒管、２２は冷媒ポンプ、２３は冷水管、２４は冷却水管、２５はガスバーナ２から出る排ガスが通る排気管、２６は第１の排ガス熱回収器、２７は第２の排ガス熱回収器、２８は吸収液管１４との分岐部より下流側で第２の排ガス熱回収器２７より上流側の吸収液管１２に設けられた流量制御弁、２９は冷媒管１９の冷媒熱回収器１１より下流側に設けられた流量制御弁、３０は排気管２５の下流部分に設けられて排ガスの温度を検出する温度センサ、３１は吸収液管１２の上流部分に設けられて熱交換する前の稀吸収液の温度を検出する温度センサ、３２は冷媒管１９の下流部分に設けられて冷媒熱回収器１１で稀吸収液と熱交換して放熱した冷媒の温度を検出する温度センサ、３３は温度センサ３０が所定の温度、例えば１００℃を検出し続けるように流量制御弁２８の開度を制御すると共に、温度センサ３２が検出する温度が、温度センサ３１が検出する温度＋所定温度α（但し、α>０）となるように流量制御弁２９の開度を調節して冷媒管１９の流路抵抗を制御するための制御器である。
【００１３】
上記構成の吸収式冷凍機においては、ガスバーナ２で都市ガスを燃焼して高温再生器１で稀吸収液を加熱沸騰させると、稀吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気と、冷媒蒸気を分離して吸収液の濃度が高くなった中間吸収液とが得られる。
【００１４】
高温再生器１で生成された高温の冷媒蒸気は、冷媒管１９の上流部分を通って低温再生器３に入り、高温再生器１で生成され吸収液管１５により高温熱交換器１０を経由して低温再生器３に入った中間吸収液を加熱して放熱凝縮し、冷媒熱回収器１１が介在する冷媒管１９の下流部分を通って凝縮器４に入る。
【００１５】
また、低温再生器３で加熱されて中間吸収液から蒸発分離した冷媒は凝縮器４へ入り、冷却水管２４内を流れる水と熱交換して凝縮液化し、冷媒管１９から凝縮して供給される冷媒と一緒になって冷媒管２０を通って蒸発器６に入る。
【００１６】
蒸発器６の底に溜まった冷媒液は、冷水管２３に接続された伝熱管２３Ａの上に冷媒管２１に介在する冷媒ポンプ２２によって散布され、冷水管２３を介して供給される水と熱交換して蒸発し、伝熱管２３Ａの内部を流れる水を冷却する。
【００１７】
蒸発器６で蒸発した冷媒は吸収器７に入り、低温再生器３で加熱されて冷媒を蒸発分離し、吸収液の濃度が一層高まった吸収液、すなわち吸収液管１６により低温熱交換器９を経由して吸収液ポンプ１８により供給され、上方から散布される濃吸収液に吸収される。
【００１８】
そして、吸収器７で冷媒を吸収して濃度の薄くなった吸収液、すなわち稀吸収液は吸収液ポンプ１７の運転により高温再生器１に戻される。
【００１９】
上記のように吸収式冷凍機の運転が行われると、蒸発器６の内部に配管された伝熱管２３Ａにおいて冷媒の気化熱によって冷却された冷水が、冷水管２３を介して図示しない空調負荷に循環供給できるので、冷房などの冷却運転が行える。
【００２０】
上記構成の吸収式冷凍機においては、吸収液ポンプ１７の運転により吸収器７から高温再生器１に戻される稀吸収液の一部は吸収液管１２に介在する低温熱交換器９を経由し、残部は吸収液管１３に介在する冷媒熱回収器１１を経由し、それぞれの熱交換器において加熱される。
【００２１】
また、第２の排ガス熱回収器２７を経由してガスバーナ２から出る排ガスにより加熱される稀吸収液の量は、吸収液管１２に介在する流量制御弁２８により制御され、高温熱交換器１０と第１の排ガス熱回収器２６には吸収器７から高温再生器１に戻す稀吸収液の全量が流れてそれぞれで加熱される。
【００２２】
すなわち、吸収器７から吸収液管１２に吐出した約４０℃の稀吸収液の一部は、低温再生器３から吸収液管１６に吐出して吸収器７に流れている約９０℃の濃吸収液と低温熱交換器９で熱交換し、残部は低温再生器３で凝縮して凝縮器４に流れている冷媒管１９の約９５℃の冷媒液と熱交換する。
【００２３】
冷媒管１９の下流部分には流路抵抗となる流量制御弁２９が設置されて冷媒の流速を下げているので、低温再生器３内で中間吸収液に放熱して凝縮し、冷媒管１９に吐出した気液２相流の冷媒は冷媒熱回収器１１に至るまでに液相のみになり、冷媒熱回収器１１における冷媒と稀吸収液との熱交換効率が改善される。
【００２４】
しかも、温度センサ３２が検出する冷媒熱交換器１１で熱交換した後の冷媒の温度が、例えば温度センサ３１が検出する冷媒熱交換器１１で熱交換する前の稀吸収液の温度＋所定温度、例えば５℃だけ高い温度となるように、流量制御弁２９の開度が制御器３３により制御され、吸収器７から高温再生器１に送る稀吸収液は加熱され、低温再生器３から凝縮器４に送る冷媒は冷却される。
【００２５】
そして、低温熱交換器９、冷媒熱回収器１１それぞれで熱交換して加熱された稀吸収液は合流し、例えば８０℃前後の稀吸収液となって第２の排ガス熱回収器２７に流入する。
【００２６】
さらに、第２の排ガス熱回収器２７に流入する稀吸収液の流量は、吸収液管１２に介在する流量制御弁２８の開度が制御器３３により調節制御される。例えば、制御器３３は温度センサ３０が所定の１００℃より高い温度を検出しているときには流量制御弁２８の開度を大きくし、吸収器７から高温再生器１に戻している稀吸収液のより多くを第２の熱回収器２７に供給して排ガスが保有する熱の回収を促進するので、熱効率は改善されガスバーナ２の燃料消費が抑えられる。
【００２７】
しかも、温度センサ３０が１００℃より低い温度を検出しているときには、稀吸収液の全量が第２の排ガス熱回収器２７を迂回して吸収液管１４に流れるまで、流量制御弁２８を最大全閉まで絞って排ガスから回収する熱量を最大ゼロまで抑えることが可能であるので、排気管２５を介して排気される排ガスの温度は露点温度（都市ガス、すなわち天然ガスを燃料としたときの燃焼排ガスの露点温度は６０〜７０℃）より高い１００℃に維持され、これにより排ガス温度が低い起動時や部分負荷運転時においても、排ガスに含まれる水蒸気が凝縮してドレン水が発生することがないし、ドレン水による腐食問題を引き起こすこともない。
【００２８】
第２の排ガス熱回収器２７を経由して加熱された稀吸収液と、第２の排ガス熱回収器２７を経由せず、したがって加熱されなかった稀吸収液とは合流して高温熱交換器１０と第１の排ガス熱回収器２６とを経由し、高温再生器１から低温再生器３に吸収液管１５を介して流れている中間吸収液と、ガスバーナ２から排出された約２００℃の排ガスと熱交換して１３５℃程度の稀吸収液となって高温再生器１に流入するので、ガスバーナ２で消費する燃料が節約できる。
【００２９】
また、低温再生器３で凝縮して凝縮器４に冷媒管１９の下流部分を通って流入する冷媒液は、前記したように冷媒熱回収器１１で約４０℃の稀吸収液と熱交換してこれを加熱し、冷媒自身は約４５℃に冷却され、冷却水管２４の内部を流れる冷却水に放熱する熱量が減少するので、高温再生器１における所用入熱量が削減でき、この点でも吸収式冷凍機の熱効率が顕著に改善される。
【００３０】
なお、低温再生器３で中間吸収液を加熱して放熱し、さらに冷媒熱回収器１１でも稀吸収液を加熱して放熱する冷媒の温度は、前記したように４５℃程度まで低下しているので、凝縮器４に送って冷却水管２４内を流れる冷却水で冷却する必要はない。
【００３１】
そのため、冷媒管１９の下流側は凝縮器４ではなく、仮想線で示すように凝縮冷媒が蒸発器６に流入可能に連結し、管長の短縮と配管構成の簡素化とを図ることも可能である（図１では冷媒管１９、２０の図面上の最短部分を仮想線で連結しているが、実際の装置では高温胴５は上方に位置し、低温胴８と冷媒熱回収器１１とは下方に位置するので、低温胴８の蒸発器６と冷媒熱回収器１１とを近接させ、その間を短い冷媒管により連結することが可能。）。
【００３２】
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲でさらに各種の変形実施が可能である。
【００３３】
例えば、冷媒管１９の流量制御弁２９は、冷媒管１９の流路抵抗を調節する手段として設けてあるので、高価な流量制御弁２９に代えて廉価なオリフィスを設置することも可能である。
【００３４】
また、高価な流量制御弁２８に代えて、廉価な開閉弁を第２の熱回収器２７上流側の吸収液管１４に設置する、あるいは廉価な切替弁を吸収液管１２、１４の分岐部（または合流部）に設置するなどし、温度センサ３０が検出する排ガス温度が所定の温度、例えば１００℃を下回らないように、制御器３３により弁の開閉、切替を制御する構成とすることもできる。
【００３５】
また、第２の熱回収器２７を迂回する吸収液管１４に代えて、図２に示したように、第２の熱回収器２７を迂回する排気管２５Ａを設けると共に、その排気管２５Ａとの分岐部（あるいは合流部）に流路切換弁２８Ａを設ける。あるいは、第２の熱回収器２７を経由する排気管２５に開閉弁を設けるなどして、第２の熱回収器２７に流れて稀吸収液と熱交換した排ガスの温度が所定の１００℃より低下しないように制御器３３によりその弁の開閉、切替を制御をしてもよい。
【００３６】
また、吸収式冷凍機は、上記のように冷房などの冷却運転を専用に行うものであっても良いし、高温再生器１で加熱生成した冷媒蒸気と、冷媒蒸気を蒸発分離した吸収液とが低温胴８に直接供給できるように配管接続し、冷却水管２４に冷却水を流すことなくガスバーナ２による稀吸収液の加熱を行い、蒸発器６の伝熱管２３Ａで例えば５５℃程度に加熱した水を冷水管（温水が循環する場合は温水管と呼ぶのが好ましい）２３を介して負荷に循環供給して暖房などの加熱運転も行えるようにしたものであってもよい。
【００３７】
また、蒸発器６で冷却などして空調負荷などに供給する流体としては、水などを上記実施形態のように相変化させないで供給するほか、潜熱を利用した熱搬送が可能なようにフロンなどを相変化させて供給するようにしても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、冷媒熱回収器で稀吸収液に放熱した冷媒を凝縮器に導入する冷媒管に流路抵抗を付与する手段が設置されているので、冷媒管を流れる冷媒の流速が低下し、低温再生器内で中間吸収液に放熱して凝縮し、冷媒管に吐出した気液２相流の冷媒は冷媒熱回収器に至るまでに液相のみになり、冷媒熱回収器における冷媒と稀吸収液との熱交換効率が改善される。
【００４０】
また、冷媒管に設けた流路抵抗を付与する手段が流量制御弁であり、この流量制御弁の下流側に温度センサを設けたので、冷媒熱回収器を吐出した冷媒の温度が、稀吸収液の熱交換前温度＋所定温度α（但し、α＞０）となるように流量制御弁を介して冷媒の流路抵抗を制御することができ、これにより冷媒が保有する熱を吸収器から高温再生器に送っている稀吸収液により確実に回収して、凝縮器で放熱する冷媒の保有熱を下げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明の変形実施形態を示す説明図である。
【図３】従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
１  高温再生器
２  ガスバーナ
３  低温再生器
４  凝縮器
５  高温胴
６  蒸発器
７  吸収器
８  低温胴
９  低温熱交換器
１０  高温熱交換器
１１  冷媒熱回収器
１２〜１６  吸収液管
１７、１８  吸収液ポンプ
１９〜２１  冷媒管
２２  冷媒ポンプ
２３  冷水管
２４  冷却水管
２５  排気管
２６  第１の排ガス熱回収器
２７  第２の排ガス熱回収器
２８  流量制御弁
２８Ａ  切替弁
２９  流量制御弁
３０〜３２  温度センサ
３３  制御器
【図１】
0003851204.tif 000002
【図２】
0003851204.tif 000003
【図３】
0003851204.tif 000004