JPH09250837A

JPH09250837A - 冷凍機

Info

Publication number: JPH09250837A
Application number: JP8086040A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yosomiya; 眞次四十宮; Yasuo Ogawa; 康夫小川; Shu Susami; 周須佐美; Arefueruto Georuku; アレフェルトゲオルク
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】低い温度の加熱流体を有効に利用し、また、
廃熱量の変動に対しても安定した運転のできる冷凍機を
提供する。【解決手段】吸収器１４、２５と溶液ポンプ１９、３
０と再生器７、８とを有し、これらを結んだ溶液循環経
路と、凝縮器１１と膨脹装置４５と蒸発器４６、５７と
を有し、これらを結んだ冷媒経路と、再生器７から凝縮
器１１に至る高圧冷媒ガス通路１０と、蒸発器４６から
吸収器１４に至る低圧冷媒ガス通路とを有し、前記低圧
冷媒ガス通路に圧縮機４９、５０を有し、且つ前記吸収
器が高圧側吸収器１４と低圧側吸収器２５の二つ以上の
吸収器を有し、前記圧縮機が高圧側圧縮段５０と低圧側
圧縮段４９の２段以上の圧縮段を有すると共に、前記吸
収器と圧縮機とを低圧側圧縮段４９と低圧側吸収器２５
を結び、高圧側圧縮段５０と高圧側吸収器１４を結ぶよ
うに冷媒ガス通路を設けた冷凍機において、前記再生器
は高圧側再生器７と低圧側再生器８の２つ以上の再生器
を有し、再生器の加熱流体６、６′が各再生器をそれぞ
れ加熱するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機に係り、特
に吸収式と圧縮式とを結合したハイブリッド冷凍機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、電力不足と地球温暖化の観点よ
り、動力や電力を取り出した後の廃熱だけで駆動される
「廃熱駆動吸収冷凍機」の使用が提唱されている。しか
しながら、廃熱だけでは増大する冷熱需要をカバーでき
ないので、設備に余裕のある深夜電力と組み合わせた吸
収・圧縮式ハイブリッド型冷凍機の利用が現実的と思わ
れる。

【０００３】この現実的な吸収・圧縮式ハイブリッド型
冷凍機として図４のｉ（エンタルピー）−ξ（濃度）線
図に示される冷凍サイクルの冷凍機が特許出願（特願平
３−４５８３２号）にて提案されている。即ち、図にお
いて１０１→１０２で示される再生器過程で冷媒蒸気が
発生し、弱溶液となる。その後、低圧側吸収器内に減圧
され、この内部で冷媒ガスを吸収して１０３→１０４の
ように濃度が変化し、中間濃度液となる。そしてこの溶
液はポンプにより高圧側吸収器に送られ更に冷媒ガスを
吸収して１０５→１０６と濃度が変化し強溶液となる。
その後ポンプにより再び１０６→１０１と再生器に送ら
れる。

【０００４】なお、この冷凍機では蒸発器で蒸発した冷
媒蒸気は圧縮機低圧段側で圧縮され、その一部の冷媒ガ
スは前述１０３→１０４の低圧側吸収器に送られ残りの
ガスは更に圧縮機高圧段で圧縮され、前述１０５→１０
６の高圧側吸収器に送られる。即ち、このサイクルは吸
収器が異なる圧力で作動する２つ以上の吸収器を装備す
ることにより性能向上を図っている。

【０００５】しかしながら、上述の圧縮・吸収ハイブリ
ッド冷凍機は下記のような２つの大きな問題点がある。
第１の問題点は再生器を加熱する加熱流体の入口温度が
高いということである。即ち、図４において、例えばア
ンモニア／水系の場合、凝縮温度３５℃とし、濃度幅を
２５％とする場合、加熱流体の温度が８４℃となり、か
なり高温となる。

【０００６】第２の問題点は再生器の加熱源である廃熱
量の変動によって、安定した運転が難しく、冷凍機容量
を適切に予測、設定するのが難しいということである。
即ち、吸収冷凍機の能力は温度条件を一定にした場合、
再生器加熱量で決まるが、廃熱量は冷凍機に無関係な外
的条件によって変動し、冷凍機で必要な熱量と必ずしも
一致しない。例えば冷凍機容量に比して廃熱量が少ない
場合には期待されるだけの冷熱出力が得られず、一方、
廃熱量が過剰な場合には冷凍機容量どおりの冷熱出力は
得られるものの、利用可能なエネルギーを十分に回収せ
ず捨てていることになる。

【０００７】また、廃熱量を予測し、冷凍機容量を決定
する際にも難しい点がある。廃熱量を少なく予測する
と、決定される冷凍機容量は小さくなり、十分な熱回収
ができないことになる。また決定された冷凍機容量が必
要な冷凍機容量より小さい場合、不足分の補助冷凍機を
つけることになるが、これは実際には不要であるが、少
なくともより小さいものでよく、過剰な設備となる。逆
に、廃熱量を多く予測すると、決定される冷凍機容量は
大きくなるが、実際の廃熱量に応じた以上の冷熱出力は
得られず、それ以上の分は、無駄な設備となる。さら
に、決定された冷凍機容量が必要な冷凍機容量より大き
な場合には、補助冷凍機は不要であるが、実際に得られ
る冷熱出力は、必要量に満たない可能性もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決したものであって、比較的低い温度の加熱流体で
も有効に利用でき、また廃熱量の変動する加熱源でも安
定した運転のできる冷凍機を提供することを課題とす
る。

【０００９】

【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、吸収器と溶液ポンプと再生器とを有
し、これらを結んだ溶液循環経路と、凝縮器と膨脹装置
と蒸発器とを有し、これらを結んだ冷媒経路と、再生器
から凝縮器に至る高圧冷媒ガス通路と、蒸発器から吸収
器に至る低圧冷媒ガス通路とを有し、前記低圧冷媒ガス
通路に圧縮機を有し、且つ前記吸収器が高圧側吸収器と
低圧側吸収器の二つ以上の吸収器を有し、前記圧縮機が
高圧側圧縮段と低圧側圧縮段の２段以上の圧縮段を有す
ると共に、前記吸収器と圧縮機とを低圧側圧縮段と低圧
側吸収器を結び、高圧側圧縮段と高圧側吸収器を結ぶよ
うに冷媒ガス通路を設けた冷凍機において、前記再生器
は高圧側再生器と低圧側再生器の２つ以上の再生器を有
し、再生器の加熱流体が各再生器をそれぞれ加熱するよ
うに構成されている。

【００１０】また、前記冷凍機において、再生器の加熱
量関連物理量に応じて、前記低圧側圧縮段出口の分流比
を調整する制御装置を設けるのがよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の圧縮・吸収式ハイブリッ
ド冷凍機は上記の構成を採ることにより、下記の作用を
有する。（１）本発明の冷凍機の作用を図２のエンタルピー−濃
度線図及び図３のデューリング線図で説明する。図２、
図３において、１１１→１１２の高圧側再生器で蒸気を
発生させ、残りの弱溶液（冷媒が蒸発して濃度が低下し
た溶液をいう）は１１３→１１４の高圧側吸収器で蒸気
を吸収し、１１４からポンプで再び１１１の再生器に戻
る。

【００１２】但し、高圧側吸収器で吸収する冷媒ガスは
低圧側再生器で発生する蒸気と圧縮機高圧段から送られ
る冷媒ガスの合計流量である。この低圧側再生器で発生
する蒸気は図の１１５→１１６の温度条件で行われる。
即ち、最高温度は約６６℃程度であり、図４の場合の８
４℃に比べて約２０℃低くすることができる。これは低
温の廃熱でも利用できることを示す。なお、低圧側再生
器を出た弱溶液は１１７→１１８の低圧側吸収器で蒸気
を吸収し、ポンプで再び１１５に戻される。

【００１３】また、本発明の冷凍機は、廃熱源の熱供給
可能量に応じて、電力と廃熱の負荷バランスを制御して
運転することができる。即ち、蒸発器から低圧側圧縮段
を経由して、高圧側吸収器に到る冷媒経路には、高圧側
圧縮段による電力利用のものと、低圧側吸収器と低圧側
再生器を通る廃熱を主として利用するものとの２通りが
あり、これらの流量比は低圧側圧縮段の出口で調整する
ことができる。

【００１４】例えば、廃熱量が十分にあるときは、高圧
側圧縮段を停止して、低圧側吸収器に冷媒全量を送っ
て、廃熱の利用度を高め電力消費量を節約することがで
きる。また、高圧側再生器で必要なだけの廃熱量があれ
ば、高圧側圧縮段に全量を流すことにより、冷凍容量１
００％での運転が可能となる。その中間の廃熱量の場
合、高圧側圧縮段の流量を増減する等の方法により、廃
熱エネルギーによる冷媒流量と電力による冷媒流量との
比を変えることにより、必要最小限の電力で冷凍機の運
転を行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例により図面を用いて具
体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。実施例１図１は、本発明の冷凍機を示すフロー構成図である。図
１において、１は圧縮・吸収式ハイブリッド冷凍機であ
る。即ち、この冷凍機は、通常、夜間に廃熱駆動吸収冷
凍機と深夜電力駆動圧縮式冷凍機とのハイブリッドシス
テムとなっている。２は廃熱回収装置であり、廃熱とし
ては例えば、ガスエンジン駆動冷凍機の廃熱や燃料電池
廃ガスなどの通常廃棄されているものが使用される。

【００１６】この廃熱回収装置には高温水がポンプ３に
より供給され、ノズル４から供給される廃ガスなどから
熱回収する。廃ガスは、冷却され配管５より外部に放出
される。加熱された温水は分岐間６、６′により、高圧
側再生器７、低圧側再生器８にパラレルに送られそれぞ
れの再生器で溶液を加熱して冷媒を蒸発させる。

【００１７】高圧側再生器７で蒸発した冷媒蒸気は、高
圧側分縮器９で冷媒純度を高めた後に、配管１０から凝
縮器１１へ吐出される。また、冷媒が蒸発して濃度が低
下した溶液（以下、高圧弱溶液という。また、高圧側で
冷媒濃度の高い溶液を高圧強溶液、低圧側で冷媒濃度の
高い溶液を低圧強溶液、冷媒濃度の低下した溶液を低圧
弱溶液という）は配管１２、１３から高圧側吸収器１４
に流入し、配管１５から流入する冷却水によりチューブ
１６伝熱面で冷却し、ノズル１７からの冷媒蒸気を吸収
して、高圧強溶液となる。そしてノズル１８からポンプ
１９により配管２０、２１高圧側分縮器９、配管２１を
経由して、高圧側発生器に流入する。

【００１８】一方、低圧側再生器で発生した蒸気は、低
圧側分縮器２２で冷媒純度を高めた後に、配管２３から
ノズル１７を経由して高圧側吸収器に吐出され高圧弱溶
液に接触吸収される。また冷媒蒸発後の低圧弱溶液は、
配管２４から低圧側吸収器２５に流入し、配管２６から
流入する冷却水によりチューブ２７伝熱面で冷却し配管
２８からの冷媒蒸気を吸収して低圧強溶液となる。そし
てノズル２９からポンプ３０により配管３１、低圧側分
縮器２２を経由して配管３２から低圧側発生器に流入す
る。一方、再生器により冷却された温水はノズル３３、
３４から流出し、３５で合流して配管３６から前述の熱
回収装置２に流入する。なお、冷却される廃ガス中の凝
縮水分は配管３７より廃水処理装置３８を経由して外部
に放出される。

【００１９】吸収器で加熱された冷却水は、配管３９を
経由し、前記凝縮器１１で冷媒を凝縮し、配管４０を経
由し放熱器４１で冷却され、ポンプ４２により、配管４
３を経由して再び低圧側吸収器２５、高圧側吸収器１４
に送られる。一方、凝縮した冷媒は配管４４、膨張装置
４５を経由して、蒸発器４６に送られる。蒸発器で蒸発
した冷媒蒸気は低圧側圧縮段４９で圧縮され、その一部
が配管５１を経由して、低圧側吸収器２５に送られる。
また、その残りの冷媒ガスは高圧側圧縮段５０で再び圧
縮され、高圧側吸収器１４に吐出される。

【００２０】本装置は昼間時は、圧縮機４９、５０は運
転されない。即ちバルブ５２、５２′が開けられ、バル
ブ５３、５３′、５４が閉じられる。従って凝縮した冷
媒は４４→５２→配管５５→膨張弁５６を通り、高温蒸
発器５７で、冷水を冷却して蒸発し、バルブ５２′よ
り、高圧側吸収器１４に送られ廃熱だけで溶液中の冷媒
を蒸発させる。溶液ポンプとしては１９だけが運転さ
れ、３０は運転されない。高温蒸発器５７には冷水が送
られ、冷却され、冷却された冷水は冷水槽６０に蓄えら
れる。

【００２１】なお、廃熱がなく、冷水槽６０に冷熱が蓄
えられているときは、この冷水を冷却水として、「圧縮
式モード」で運転される。即ち、バルブ５２′、５
３′、５４、５３が閉じられ、バルブ６１が開けられ
る。従って、凝縮器として高温側蒸発器５７が用いら
れ、凝縮した冷媒液はチェッキ弁６３→膨張弁６４→蒸
発器４６→圧縮機４９、５０→バルブ６１→高温側蒸発
器兼凝縮器５７と流れ、低温側蒸発器４６で、ブライン
や氷を冷却する。

【００２２】また、省エネモードのときは、バイパスバ
ルブ６５を開け、バルブ６７、６１、５２′を閉め、水
側バルブ６６、６６′、６６″、６７、６７′、６７″
を切替え、圧縮機の運転を停止し、冷水冷却による廃熱
駆動冷凍機として運転する。即ち、冷媒は１０→１１→
４４→５３→４５→４６→６５→１７と流れ４６でブラ
インや氷を冷却する。また冷水は６０→６６→１５→２
６→１６，２７→３９→１１→４０→６７→６０と流れ
吸収冷凍サイクルを冷却する。なお、圧縮機は通常２段
の分流型圧縮機が用いられるが、低段側圧縮機と高段側
圧縮機の２台の圧縮機を用いてもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、再生器を高圧側と低圧
側の２つ以上設け、それぞれに加熱流体を通すように構
成したことにより、加熱流体としてより温度の低い廃熱
でも有効に利用できるようになった。また、再生器への
廃熱源の熱供給可能量に応じて、圧縮機の低圧側と高圧
側への分流比を調整することによって、電力と廃熱の負
荷バランスを制御して運転することができ、廃熱エネル
ギーを最大限に利用でき、必要最小限の電力で冷凍機が
運転できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍機を示すフロー構成図。

【図２】エンタルピー−濃度線図。

【図３】デューリング線図。

【図４】公知の吸収・圧縮式ハイブリッド型冷凍機のエ
ンタルピー−濃度線図。

【符号の説明】

１：吸収・圧縮式ハイブリッド冷凍機、２：廃熱回収装
置、３、１９、３０、４２：ポンプ、４：廃熱ノズル、
５：放出配管、６、６′：温水分岐管、７：高圧側再生
器、８：低圧側再生器、９：高圧側分縮器、１１：凝縮
器、１４：高圧側吸収器、２２：低圧側分縮器、２５：
低圧側吸収器、３８：廃水処理装置、４１：放熱器、４
５、６４：膨張装置、４６：蒸発器、４９：低圧側圧縮
段、５０：高圧側圧縮段、５７：高温蒸発器、６０：冷
水槽、６３：チェッキ弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゲオルクアレフェルトドイツ連邦共和国デー8000 ミュンヘン40 ヨーゼフラップスシュトラーセ３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸収器と溶液ポンプと再生器とを有し、
これらを結んだ溶液循環経路と、凝縮器と膨脹装置と蒸
発器とを有し、これらを結んだ冷媒経路と、再生器から
凝縮器に至る高圧冷媒ガス通路と、蒸発器から吸収器に
至る低圧冷媒ガス通路とを有し、前記低圧冷媒ガス通路
に圧縮機を有し、且つ前記吸収器が高圧側吸収器と低圧
側吸収器の二つ以上の吸収器を有し、前記圧縮機が高圧
側圧縮段と低圧側圧縮段の２段以上の圧縮段を有すると
共に、前記吸収器と圧縮機とを低圧側圧縮段と低圧側吸
収器を結び、高圧側圧縮段と高圧側吸収器を結ぶように
冷媒ガス通路を設けた冷凍機において、前記再生器は高
圧側再生器と低圧側再生器の２つ以上の再生器を有し、
再生器の加熱流体が各再生器をそれぞれ加熱するように
構成されていることを特徴とする冷凍機。
【請求項２】前記冷凍機には、再生器の加熱量関連物
理量に応じて、前記低圧側圧縮段出口の分流比を調整す
る制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷
凍機。