JPS6148064B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気調和等に多用される水−臭化リチ
ウム系吸収式冷温水機に係り、特に高温再生器に
設けたボイラの排ガスから熱を回収して、冷房、
暖房の熱利用効率の向上に好適な吸収式冷温水機
に関する。

従来のこの種冷温水機は第１図に示すように、
蒸発器１、吸収器２、凝縮器３、高温再生器４、
低温再生器５、低温熱交換器６、高温熱交換器
７、循環ポンプ８、溶液スプレエゼクタポンプ
９、冷媒スプレポンプ１０、高温再生器４を加熱
するボイラ１１からなる。

冷房運転転時は、弁１４を閉める。高温再生器
４内の水と臭化リチウムの混合溶液（以下、溶液
と略記）はボイラ１１の燃焼ガスに加熱されて冷
媒蒸気（水蒸気である）を発生する。発生した冷
媒蒸気は低温再生器５に導かれ、低温再生器５内
の溶液を加熱して自身は凝縮液化して、出口ヘツ
ダ１６を経て凝縮器３に供給される。低温再生器
５内の溶液は前記高温再生器４で発生した冷媒蒸
気により加熱され、冷媒蒸気を発生する。該冷媒
蒸気は凝縮器３に導かれて、伝熱管内を流れる冷
却水１３により冷却されて凝縮液化され、前記低
温再生器５を加熱して凝縮液化した冷媒とともに
弁２５を経て蒸発器１に供給される。蒸発器１に
供給された液冷媒は冷媒スプレポンプ１０により
伝熱管群上に散布され、伝熱管内を流れる冷水１
２と熱交換して蒸発気化し、その際の蒸発潜熱を
冷水１２から奪うことにより冷水１２が冷却さ
れ、冷凍作用を供する。蒸発器１で蒸発した冷媒
蒸気は、吸収器２に導かれる。一方、高温再生器
４で冷媒蒸気を発生して濃縮された溶液（以下、
濃溶液と呼ぶ）と低温再生器５の濃溶液とはそれ
ぞれ高温熱交換器７および低温熱交換器６を経た
後、循環ポンプ８の高圧の溶液で駆動される溶液
エゼクタスプレポンプ９に吸引、昇圧されて吸収
器２の伝熱管群上に散布されて、伝熱管内に流れ
る冷却水１３により冷却されるとともに、前記蒸
発器１で蒸発した冷媒蒸気を吸収して稀釈されて
稀溶液となる。吸収器２の稀溶液は循環ポンプ８
により吸引・昇圧されて低温熱交換器６で予熱さ
れて低温再生器５に、また一部は高温熱交換器で
予熱されて高温再生器４に、それぞぞれ供給され
る。以上説明した様に冷房サイクルが構成されて
いた。

次に暖房運転について説明する。暖房時は高温
再生器４に配設されたボイラ１１により加熱され
た溶液が発生する冷媒蒸気で間接的に吸収器２お
よび凝縮器３内を流れる温水１３を加熱する方式
が一般的である。例えば、弁１４を開き、弁２
０，２１，２２，２３，２４，２５と閉じると、
高温再生器４で発生した冷媒蒸気は低温再生器５
内の溶液を加熱し、自身は凝縮液化して再び弁１
４を経て高温再生器４に戻る。低温再生器５で前
記高温再生器４の冷媒蒸気で加熱されて発生した
冷媒蒸気は、凝縮器３の伝熱管内を流れる温水１
３を加熱して、自身は凝縮液化して再び低温再生
器５にバイパス流路（図示せず、冷戻時は閉じて
いる）を経て戻される。以上の様に暖房サイクル
を構成していた。

以上のような直だき二重効用吸収式冷温水機に
おいて、高温再生器４内の溶液は、約140〜170℃
の温度レベルであり、ボイラ１１から排出される
燃焼排気ガスの温度は上記140〜170℃以上の高温
度のまま大気中に捨てられていて、何ら利用され
ていないので効率が充分でなかつた。

本発明の目的は、高温再生器４に設けたボイラ
１１の燃焼排ガス流路に熱交換器を配設して低温
再生器５の高温の液冷媒を使つて低温再生器５に
熱回収して冷房、暖房の熱利用効率の向上を図る
とともに、前記熱交換器配設による不具合点すな
わち界面活性剤の滞留、凝縮器への冷媒蒸気流
出、凝縮器流出液冷媒の高温度化に伴う熱損失の
増大等の防止を図つた吸収式冷温水機を提供する
ことにある。

高温再生器４に設けたボイラ１１の燃焼排ガス
流路に熱交換器を配設して低温再生器５の凝縮液
冷媒を一部または全部を供給し、発生した冷媒蒸
気は低温再生器５の加熱に利用するとともに、余
つた液冷媒は冷房時は凝縮器３に、暖房時は高温
再生器４にそれぞれ供給して (i) 熱交換器内の液冷媒液面を適正に保持して、
冷媒蒸気に同伴する液冷媒の流出量を少なくし
て、冷房時該液冷媒が高温再生器４の溶液の濃
縮を阻害しないようにした。

(ii) 熱交換器に流入する液冷媒中に含まれる微量
の溶液分が蒸発しないで残ることによる熱交換
器内冷媒の溶液化（沸点上昇をもたらす）を蒸
発量より多い液冷媒を供給して再び液冷媒のま
まで排出させることにより防止した。

(iii) 熱交換器に流入する液冷媒中に含まれる微量
の界面活性剤（たとえばｎオクチルアルコー
ル）が蒸発しないで残ることによる熱交換器内
冷媒の界面活性剤化を(ii)と同様にして防止し
た。

ことを特徴とする。また、上述のように熱交換
器と凝縮器３とを連絡したところ、熱交換器で発
生した冷媒蒸気が液冷媒とともに同伴して凝縮器
３内に流入して熱損失（冷媒蒸気は液冷媒の場合
に比べ約500kcal／Kgだけエンタルピが大きく熱
損失も大きい）となることが判明した。そこで冷
媒蒸気が流出しないように熱交換器内の冷媒液面
に応じて開閉する制御弁（例えばフロート弁）を
前記熱交換器と凝縮器３とを連絡する冷媒導管に
配設したことを特徴とする。さらに、熱交換器内
の液冷媒は、熱交換器と低温再生器５の加熱部と
を連絡するダクトおよび低温再生器５の加熱管５
ａの流動圧力損失分だけ、熱交換器に供給される
液冷媒の温度より高温度となつていることが分つ
た。この熱交換器の液冷媒をそのまま凝縮器３に
供給すれば、熱損失が大きい。そこで、吸収器２
から高温再生器４および低温再生器５に送られる
溶液と、前記熱交換器から凝縮器へ送られる液冷
媒とを熱交換させたことを特徴とする 以下、本発明の実施例を図面について説明す
る。第２図ないし第６図において、同一または相
当するものには第１図に示す符号と同一符号を付
し、それらの説明は省略する。第２図および第３
図において３０はボイラ１１により発生する燃焼
排ガスＧの排気路３７に配設された熱交換器で、
その熱交換器３０は下部ヘツダ３１と気分離器を
兼ねた上部ヘツダ３２と、そのヘツダ３１，３２
に連結する多数の伝熱管とそれらの伝熱管に植え
られた多数のフインとから構成されている。下部
ヘツダ３１と低温再生器５の液冷媒出口ヘツダ１
６とが冷媒液導管３３で連結されている。上部ヘ
ツダ３２はその下部で弁３４を介して高温再生器
４の気相部と連結され、同じく仕切板３８を介し
て液冷媒導管３５により凝縮器３と連結されてい
る。また、高温再生器４と低温再生器５の入口蒸
気ヘツダ１８とを連結する蒸気管１７と、上部ヘ
ツダ３２の頂部とが蒸気ダクト３６により連絡さ
れている。

次に上記のような構成からなる本実施例の作用
および効果について説明する。

冷房運転時には仕切弁３４を閉状態に、仕切弁
３８，２１，２２，２３，２４，２５を開状態に
セツトする。低温再生器５の加熱管５ａ内で凝縮
液化した液冷媒は出口ヘツダ１６、導管３３を経
て熱交換器３０を導入され、ボイラ１１の燃焼排
気ガスと熱交換して86℃〜96℃の冷媒蒸気を発生
する。この冷媒蒸気はエリミネータ（図示せず）
を経て蒸気ダクト３６および蒸気管１７に導か
れ、高温再生器４で発生した冷媒蒸気とともに低
温再生器５の入口ヘツダ１８を経て加熱管５ａに
導かれて凝縮液化し、その際の潜熱の放熱によ
り、低温再生器５内の溶液を加熱して、冷媒蒸気
発生と溶液濃縮の作用を行う。液化した冷媒は再
び出口ヘツダ１６、導管３３を経て熱交換器３０
に導入される。熱交換器３０の液冷媒は高温再生
器４で発生した冷媒蒸気量と等しい量だけ凝縮器
３に導管３５と仕切弁３８とを経て排出される。
したがつて熱交換器３０が液冷媒で溢れて、蒸気
ダクト３６および蒸気管１７を経て液冷媒が高温
再生器４に溢流して、溶液の濃縮作用を阻害する
という不具合を防止できた。高温再生器４で発生
した冷媒蒸気中には、吸収器２の熱伝達を促進さ
せる作用がある界面活性剤（例えばｎオクチルア
ルコール）の蒸気および微細な溶液ミストが含ま
れている。該界面活性剤は一般に冷媒（水）より
沸点の高い高級アルコール系を用いている。熱交
換器３０では高温再生器４よりも低温で冷媒蒸気
が発生するため、前記界面活性剤が滞留するが、
液冷媒とともに凝縮器３に導管３５により排出さ
れる。したがつて、熱交換器３０内の界面活性剤
濃度および溶液の濃度は極めて低く、これら不純
分による沸点上昇はほとんど起らない。したがつ
て、熱交換器３０の圧力レベルは高温再生器４と
ほぼ同一であるのに対して、被加熱媒体の温度レ
ベルは、60〜70℃低く、ボイラ１１の排気ガスと
十分熱交換可能な温度レベルにある。以上のよう
にしてボイラ１１の排気ガスの熱は、低温再生器
５の溶液に回収され、溶液の濃縮と冷媒発生に使
われるので、吸収式冷温水機の冷凍能力の増大に
寄与する。

通常、上記低温再生器５および高温再生器４の
溶液温度はそれぞれ80〜90℃、および130〜160℃
であり、ボイラ１１の排ガス温度は約200℃であ
る。熱交換器３０の冷媒の沸点は低温再生器５の
溶液温度より高い86〜96℃であり、熱交換器３０
で熱交換後の排ガス温度レベルを約100℃にする
ことは容易である。これから、おおよそボイラ１
１の熱入力の約５％が熱回収でき、その結果回収
熱量の70〜80％の冷凍能力の増大が図られる。す
なわち、熱入力をベースとする成績係数を約４％
向上でき、省エネルギーが図れる効果が得られ
る。

暖房運転時には、仕切弁３４を開状態に、仕切
弁３８，２１，２２，２３，２４，２５を閉状態
にセツトする。低温再生器５の加熱管５ａ内で凝
縮液化した液冷媒は出口ヘツダ１６、導管３３を
経て熱交換器３０に導入され、ボイラ１１の燃焼
排気ガスと熱交換して冷媒蒸気を発生する。ま
た、余つた液冷媒は弁３４を介して高温再生器４
の気相部に戻される。この冷媒蒸気はエリミネー
タ（図示せず）を経て蒸気ダクト３６および蒸気
管１７に導かれ、高温再生器４で発生した冷媒蒸
気とともに低温再生器の入口ヘツダ１８を経て加
熱管５ａに導かれて凝縮液化し、その際の潜熱の
放熱により、低温再生器５内溶液を加熱して冷媒
蒸気を発生させる。低温再生器５で発生した冷媒
蒸気は凝縮器３に導かれ、伝熱管内を流れる温水
１３を加熱して凝縮液化し、再び低温再生器５に
戻される。以上のようにして、ボイラ１１の排気
ガスの熱が温水に回収される。

熱回収の効果は冷房時と異なり、回収した熱量
の全量がその効果であり、およそ５％の省エネル
ギーが図れる。

次に、本発明の他の実施例を第４図により説明
する。本実施例と前述の実施例とは、 低温再生器５の出口水室１６と熱交換器３０と
を仕切弁３９を介して接続し、また、熱交換器３
０と蒸気管１７とを仕切弁４０を介して接続する
とともに、従来のサイクルが持つている冷媒流路
系即ち、仕切弁２０を介して凝縮器３と出口水室
１６とを接続する系と高温再生器４の気相部と出
口水室１６とを接続する系とが残されたままであ
るところが、異なる。以上のようにしたので、仕
切弁４０，３９，３４を閉じることにより、排熱
回収用熱交換器３０を冷温水機の主サイクルから
切離すことが容易になる。したがつて既設の冷温
水機への熱回収用熱交換器３０の設置も容易にで
きるという利点がある。なお、不凝縮性ガスは、
出口水室１６に滞留するので、抽気管４５が配設
されている。

つぎに、動作を説明する。冷房時は仕切弁２
０，２１，２２，２３，２４，２５，３８，３
９，４０を開状態に、仕切弁１４，３４を閉状態
にセツトする。低温再生器５の凝縮液冷媒は出口
水室１６より、一部は仕切弁２０を経て凝縮器３
へ、残りは仕切弁３９を経て熱交換器３０へ供給
される。熱交換器３０で発生した冷媒蒸気は仕切
弁４０、ダクト３６、蒸気管１７、入口水室１８
を経て高温再生器４で発生した冷媒蒸気とともに
低温再生器５に供給され溶液を加熱する。また、
余つた液冷媒は仕切弁３８、導管３５を経て凝縮
器３に送られる。なお、前記導管３５の液冷媒の
取出し口は、下部ヘツダ３１に取付けても熱交換
器３０の冷媒液面は適当にバランスした位置に維
持される。適当にバランスした位置とは熱交換器
３０の液ヘツドとダクト３６、蒸気管１７、伝熱
管５ａの圧力降下が、冷媒液導管３３の液ヘツド
とその流動圧力降下を考慮したバランス点であ
る。

暖房時には、仕切弁２０，２１，２２，２３，
２４，２５，３８を閉状態に、仕切弁１４，３
４，３９，４０を開状態にセツトする。出口水室
１６の液冷媒の一部は仕切弁１４を経て高温再生
器４に戻る。残りの液冷媒は導管３３、仕切弁３
９を経熱交換器３０に導入され、ボイラ１１の排
ガスと熱交換して冷媒蒸気を発生する。発生した
冷媒蒸気は、ダクト３６、仕切弁４０を経て、蒸
気管１７、入口ダクト１８を経て、高温再生器４
で発生した冷媒蒸気とともに低温再生器５に供給
され、低温再生器５内の溶液を加熱する。また、
余つた液冷媒は仕切弁３４を経て高温再生器４に
戻される。以上のようにしてボイラ１１の排気ガ
スの熱を低温再生器５の溶液に回収される。

効果については、前述の通りである。

ただし、導管３５を経由して、熱交換器３０で
発生した冷媒蒸気の一部（１％程度）が凝縮器３
に排出される。それによる熱損失を防止する手段
として、次の方法がある。以下、第５図を使つて
この発明を説明する。

熱交換器３０にフロート室４２をせき４３を介
して接続し、フロート弁４１を介して導管３５、
仕切弁３８を介して凝縮器３と接続している。フ
ロート弁４１はフロート室４２の冷媒液面が低下
すると閉じられ冷媒蒸気が導管３５に排出されな
いので、蒸気流出による熱損失がなく、より熱回
収による効果を高めることができる。また、熱交
換器３０の液面が冷媒の沸とうにより波出つてい
るのに対して、フロート室４２はせき４３を溢れ
た液冷媒で満たされるので、フロート弁４１が異
常に振動したりすることがなく、フロート弁４１
の耐久上好都合である。

ところで、前述の如く、熱交換器３０内の液冷
媒は、低温再生器５の出口水室１６の液冷媒にく
らべ、流路の圧力降下および冷媒のヘツド分だけ
温度レベルが約２〜３℃高い。従つて凝縮器３に
供給される液冷媒のエンタルピが大きく、熱回収
による熱効率の向上が十分でない。そこで、第６
図のように構成して、さらに熱効率の向上を図つ
た。

第６図において、第２図に示した実施例と異な
る点は、熱交換器３０と凝縮器３とを連絡する導
管３５が、吸収器２から低温再生器６に循環ポン
プ８により圧送される溶液と熱交換する熱交換器
４４を配設した点にある。該熱交換器４４の作用
は熱交換器３０から排出される高温の液冷媒の顕
熱を溶液に熱回収して、もつて凝縮器３より冷却
水１３にすてられる熱エネルギーを少なくして、
冷房運転時の熱利用効率を高めるものである。

なお、熱交換器３０より導管３５へ排出される
液冷媒に冷媒蒸気が混入する場合も、溶液に熱回
収できる。

以上説明したように、第１の発明に於いて、ボ
イラの燃焼ガスの排気路に熱交換器を配設して低
温再生器の高温の液冷媒を供給して、低温再生器
の溶液にサーモサイフオン（冷媒の沸とうと凝縮
により熱移動させる）の原理で熱回収できるよう
に構成するとともに、余つた液冷媒を冷房時は凝
縮器に、暖房時は高温再生器に戻すように構成し
たので、 (1) 前記熱交換器内の液冷媒が、溶液化、界面活
性剤化しないので、冷媒の沸点上昇が起らず、
熱回収温度をほぼ一定に維持できる。

(2) 冷、暖房時にサイクルに熱回収できるので、
熱交換器の利用効率が高く、投入資金当りの省
エネルギー効果が大きい。

また、第２の発明を併用することにより、 (3) 冷房時、熱交換器３０で発生した冷媒蒸気の
凝縮器への吹き抜けが防止できるので、その分
熱利用効率が向上する。

さらに、第３の発明を併用することにより、 (4) 冷房時、熱交換器３０で加熱された高温の液
冷媒の顕熱を溶液に熱回収してから凝縮器に送
るように構成したので、前記液冷媒の顕熱分だ
け熱利用効率が向上する。

という効果がある。

なお、低温再生器５の液冷媒出口ヘツダ１６か
ら熱交換器３０へ導入される液冷媒と、熱交換器
３０から凝縮器３へ排出される液冷媒とを熱交換
させることも考えられる。これは、出口水室１６
から熱交換器３０へ導入される液冷媒が前記熱交
換器３０から凝縮器３へ排出される液冷媒と比べ
て、温度が低いことによる。したがつて、冷媒蒸
気が凝縮器３へ排出されて効率が低下することを
軽減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の吸収式冷温水機の構成図、第２
図は本発明の一実施例の構成図、第３図は第２図
の部分詳細説明図、第４図、第５図、第６図は本
発明の他の実施例の構成図である。 １……蒸発器、５……吸収器、３……凝縮器、
４……高温再生器、５……低温再生器、３０……
熱交換器、４２……フロートボツクス、４１……
フロート弁、４４……冷媒顕熱回収用熱交換器、
４５……抽気配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラを有する高温再生器、加熱器を有する
   低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、高温熱交
   換器、低温熱交換器およびポンプを備え、これら
   が作動的に連絡された吸収式冷温水機において、
   高温再生器を出た後の燃焼ガスの排気路に、熱交
   換器を設け、この熱交換器の入口側と低温再生器
   の加熱管の出口側とを連絡する冷媒液導管を有
   し、熱交換器の出口側と低温再生器の加熱管の入
   口側とを連絡する蒸気ダクトを有し、熱交換器と
   凝縮器とを連絡する液冷媒導管および、熱交換器
   と高温再生器とを連絡する導管を有し、熱交換器
   の液冷媒を冷房運転時は液冷媒導管を介して凝縮
   器に、暖房運転時は導管を介して高温再生器に選
   択的に供給する弁を有することを特徴とする吸収
   式冷温水機。 ２ 前記熱交換器と凝縮器とを連絡する液冷媒導
   管に、前記熱交換器の液冷媒液面に応じて開閉す
   る制御弁を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の吸収式冷温水機。 ３ 前記熱交換器から凝縮器へ供給される液冷媒
   と、前記吸収器から低温再生器または高温再生器
   に供給される溶液とを熱交換させる熱交換器を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の吸収式冷温水機。