特開 2023-19576 吸収式冷凍機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023019576

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】吸収式冷凍機

(51)【国際特許分類】

   F25B 15/00 20060101AFI20230202BHJP

【ＦＩ】

F25B15/00 306V

F25B15/00 306N

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021124399

(22)【出願日】2021-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】501418498

【氏名又は名称】矢崎エナジーシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145908

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 信雄

(74)【代理人】

【識別番号】100136711

【弁理士】

【氏名又は名称】益頭 正一

(72)【発明者】

【氏名】佐潟 輝洋

(72)【発明者】

【氏名】植松 博

(72)【発明者】

【氏名】檜山 修

【テーマコード（参考）】

3L093

【Ｆターム（参考）】

3L093BB01

3L093BB31

3L093CC03

3L093DD04

3L093EE22

3L093HH02

3L093HH08

3L093JJ04

3L093JJ06

3L093LL03

(57)【要約】

【課題】長期停止中における凍結を防止すると共に、再起動時により短い時間で冷媒と吸収液とを置換することができる吸収式冷凍機を提供する。
【解決手段】吸収式冷凍機１は、第１分岐配管Ｌ９と、溶液切替弁Ｖ１と、稀溶液ポンプＰ２とを備え、制御装置３０が、運転停止後において溶液切替弁Ｖ１を開き稀溶液ポンプＰ２を運転させることで、蒸発器１３内の冷媒を吸収液と混合させる。さらに、吸収式冷凍機１は、蒸発器１３内の液体を吸収器１４内に供給するための第２分岐配管Ｌ１０と、第２分岐配管Ｌ１０を開閉する冷媒切替弁Ｖ２と、蒸発器１３内の液体を吸収器１４内に供給する動力を発生させる冷媒ポンプＰ３とを備え、制御装置３０は、運転停止後において、溶液切替弁Ｖ１を開き稀溶液ポンプＰ２を運転させるのに先立って、冷媒切替弁Ｖ２を開き冷媒ポンプＰ３を運転させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生器、凝縮器、蒸発器、及び吸収器を有する冷凍サイクル部と、前記吸収器内の吸収液を前記蒸発器内に供給するための第１供給流路と、前記第１供給流路を開閉する第１制御弁と、前記吸収器内の吸収液を前記蒸発器内に供給する動力を発生させる第１ポンプと、前記第１制御弁の開閉、及び、前記第１ポンプの運転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、運転停止後において前記第１制御弁を開き前記第１ポンプを運転させることで、前記蒸発器内の冷媒を吸収液と混合させる吸収式冷凍機であって、
前記蒸発器内の液体を前記吸収器内に供給するための第２供給流路と、
前記第２供給流路を開閉する第２制御弁と、
前記蒸発器内の液体を前記吸収器内に供給する動力を発生させる第２ポンプと、を備え、
前記制御手段は、運転停止後において、前記第１制御弁を開き前記第１ポンプを運転させるのに先立って、前記第２制御弁を開き前記第２ポンプを運転させる
ことを特徴とする吸収式冷凍機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸収式冷凍機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、運転中において吸収液を蒸発器に供給する吸収式冷凍機が知られている（特許文献１参照）。この吸収式冷凍機によれば、凝固点が冷媒（例えば水）よりも低い吸収液を蒸発器に供給することで、蒸発器における凍結の可能性を低減させ、より低い温度で蒸発器を制御し、例えばマイナス温度での運転を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－４３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の吸収式冷凍機は運転中において吸収液を蒸発器に供給するものである。ここで、本件発明者らは、吸収式冷凍機の運転停止中に冷媒と吸収液とを混ぜることで長期の停止中において凍結を防止することを検討している。

【0005】

しかし、蒸発器内において冷媒と吸収液とが混ざった状態のままで吸収式冷凍機を運転してしまうと、冷凍能力が低下してしまう。このため、吸収式冷凍機の長期停止からの再起動時には吸収液を排出する必要があり、この排出に要する時間が長いと再起動時に多くの時間を要してしまう。

【0006】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、長期停止中における凍結を防止すると共に、再起動時により短い時間で冷媒と吸収液とを置換することができる吸収式冷凍機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の吸収式冷凍機は、再生器、凝縮器、蒸発器、及び吸収器を有する冷凍サイクル部と、前記吸収器内の吸収液を前記蒸発器内に供給するための第１供給流路と、前記第１供給流路を開閉する第１制御弁と、前記吸収器内の吸収液を前記蒸発器内に供給する動力を発生させる第１ポンプと、前記第１制御弁の開閉、及び、前記第１ポンプの運転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、運転停止後において前記第１制御弁を開き前記第１ポンプを運転させることで、前記蒸発器内の冷媒を吸収液と混合させる吸収式冷凍機であって、前記蒸発器内の液体を前記吸収器内に供給するための第２供給流路と、前記第２供給流路を開閉する第２制御弁と、前記蒸発器内の液体を前記吸収器内に供給する動力を発生させる第２ポンプと、を備え、前記制御手段は、運転停止後において、前記第１制御弁を開き前記第１ポンプを運転させるのに先立って、前記第２制御弁を開き前記第２ポンプを運転させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、運転停止後において第１制御弁を開き第１ポンプを運転させることで、蒸発器内の冷媒を吸収液と混合させるため、冷媒と吸収液とが混合して凝固点が下がることとなり、蒸発器内の液体が凍結し難くなる。さらに、運転停止後において、第１制御弁を開き第１ポンプを運転させるのに先立って、第２制御弁を開き第２ポンプを運転させるため、まず蒸発器内における冷媒量を少なくすることとなる。この結果、蒸発器内における冷媒に対して混合させる吸収液量を少なくすることが可能となり、再起動時には蒸発器内の比較的少量の混合液から吸収液を排出させるだけでよく、再起動に要する時間を短縮させることができる。従って、長期停止中における凍結を防止すると共に、再起動時により短い時間で冷媒と吸収液とを置換することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る吸収式冷凍機を示す構成図である。

【図2】本実施形態に係る吸収式冷凍機の動作を示すフローチャートである。

【図3】本実施形態に係る吸収式冷凍機の凍結防止動作の第１段階目の状態を示す状態図である。

【図4】本実施形態に係る吸収式冷凍機の凍結防止動作の第２段階目の状態を示す状態図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

【0011】

図１は、本実施形態に係る吸収式冷凍機を示す構成図である。図１に示すように、吸収式冷凍機１は、冷凍サイクル部１０と、各種配管Ｌ１～Ｌ８と、ポンプＰ１～Ｐ３と、熱交換器２０と、制御装置（制御手段）３０と、外気温センサＴとを備えて構成されている。

【0012】

冷凍サイクル部１０は、再生器１１、凝縮器１２、蒸発器１３、及び吸収器１４を備えている。吸収式冷凍機１は、再生器１１、凝縮器１２、蒸発器１３、及び吸収器１４の冷凍サイクルによって冷水を得るものである。

【0013】

再生器１１は、例えば冷媒となる水（以下、冷媒が蒸気化したものを蒸気冷媒と称し、冷媒が液化したものを液冷媒と称する）と、吸収液となる臭化リチウム（ＬｉＢｒ）とが混合された稀溶液（吸収液の濃度が低い溶液）を加熱するものである。本実施形態において再生器１１内には高温の熱媒が流れる熱媒配管Ｌ１が挿通されている。再生器１１は、熱媒配管Ｌ１を流れる高温の熱媒を利用して稀溶液を加熱する。この加熱によって稀溶液は濃溶液と蒸気冷媒とに分離される。濃溶液は再生器１１の下部に溜まり、蒸気冷媒は再生器１１とつながる凝縮器１２に供給される。

【0014】

凝縮器１２は、再生器１１から供給される蒸気冷媒を液化させるものである。この凝縮器１２内には、第１冷却水配管Ｌ２が挿通されている。第１冷却水配管Ｌ２には冷却水ポンプ（不図示）を動力として冷却塔（不図示）からの冷却水が流れている。よって、再生器１１における蒸発により得られた蒸気冷媒は、第１冷却水配管Ｌ２内の冷却水によって冷却されて液化する。さらに、凝縮器１２にて液化して得られた液冷媒は冷媒配管Ｌ３を通じて蒸発器１３に供給される。

【0015】

蒸発器１３は、液冷媒を蒸発させるものである。この蒸発器１３内には、室内機等の外部機器に接続される冷水配管Ｌ４と、凝縮器１２からの液冷媒を受け入れる冷媒分配器１３ａとが設けられている。冷水配管Ｌ４は、例えば室内機と接続されており、室内機からの冷水が流れている。また、蒸発器１３内は、真空状態となっている。このため、液冷媒である水の蒸発温度は約５℃等となる。よって、冷媒分配器１３ａによって冷水配管Ｌ４上に散布された液冷媒は冷水配管Ｌ４の温度によって蒸発することとなる。また、冷水配管Ｌ４内の冷水は、液冷媒の蒸発によって温度が奪われる。これにより、冷水配管Ｌ４の冷水は温度が低下した状態で室内機に供給され、室内機は冷水を利用して冷風を室内に供給することとなる。

【0016】

吸収器１４は、蒸発器１３において蒸発した冷媒（蒸気冷媒）を吸収するものである。この吸収器１４内には再生器１１から濃溶液を受け入れる濃溶液分配器１４ａが設けられている。濃溶液は濃溶液分配器１４ａから吸収器１４内に散布される。これにより、蒸発器１３での蒸発により得られた蒸気冷媒は散布される濃溶液によって吸収され、稀溶液が生成される。また、吸収器１４には、第２冷却水配管Ｌ５が挿通されている。第２冷却水配管Ｌ５には冷却水ポンプ（不図示）を動力として冷却塔（不図示）からの冷却水が流れており、濃溶液の冷媒吸収により生じる吸収熱は、第２冷却水配管Ｌ５の冷却水により除去される。なお、第２冷却水配管Ｌ５の出口側は、第１冷却水配管Ｌ２の入口側と接続されている。

【0017】

再生器１１の下部は、濃溶液配管Ｌ６及び熱交換器２０の濃溶液貯留部２１を通じて吸収器１４の上部に接続されている。再生器１１の下部の濃溶液は、濃溶液ポンプＰ１の動力によって吸収器１４の上部まで圧送される。また、吸収器１４の下部は、稀溶液配管Ｌ７及び熱交換器２０の稀溶液貯留部２２を通じて再生器１１の上部に接続されている。吸収器１４の下部の稀溶液は、稀溶液ポンプ（第１ポンプ）Ｐ２の動力によって再生器１１の上部まで圧送される。

【0018】

熱交換器２０には、再生器１１から濃溶液と吸収器１４からの稀溶液とが導入され、熱交換される。すなわち、再生器１１からの濃溶液は、稀溶液を加熱して温度が低下した状態で吸収器１４の上部に供給されることとなる。一方、吸収器１４からの稀溶液は、濃溶液から受熱して昇温のうえ再生器１１の上部に供給されることとなる。

【0019】

さらに、蒸発器１３には、蒸発器１３の下部と上部とを接続する循環配管Ｌ８が設けられている。循環配管Ｌ８上には冷媒ポンプ（第２ポンプ）Ｐ３が設けられている。このため、蒸発器１３の下部の液冷媒は、冷媒ポンプＰ３の動力により循環配管Ｌ８を通じて冷媒分配器１３ａまで供給される。このため、蒸発器１３内において蒸発に寄与しなかった液冷媒は再度冷媒分配器１３ａから散布されることとなる。

【0020】

制御装置３０は、吸収式冷凍機１の全体を制御するものであって、例えばポンプＰ１～Ｐ３の稼働や再生器１１への熱媒の導入等を制御するものである。外気温センサＴは、外気温に応じた信号を制御装置３０に出力するものである。制御装置３０は、外気温センサＴからの信号に基づいて外気温を判断する。また、制御装置３０は、後述のフローチャートに示すようにタイマー機能を備えている。

【0021】

さらに、本実施形態に係る吸収式冷凍機１は、第１分岐配管（第１供給流路）Ｌ９と、溶液切替弁（第１制御弁）Ｖ１とを備えている。第１分岐配管Ｌ９は、一端が稀溶液配管Ｌ７のうち稀溶液ポンプＰ２と熱交換器２０との間に接続され、他端が冷媒分配器１３ａに接続された配管である。溶液切替弁Ｖ１は、第１分岐配管Ｌ９上に設けられて流路を開閉するものである。

【0022】

本実施形態において制御装置３０は、吸収式冷凍機１の冬季等における長期停止時において液冷媒の凍結防止のために吸収器１４内の吸収液を蒸発器１３内に送り込む制御を実行するようになっている。すなわち、制御装置３０は、溶液切替弁Ｖ１を開け、稀溶液ポンプＰ２を運転させる。また、この際に制御装置３０は、濃溶液ポンプＰ１についても運転させる。これにより、制御装置３０は、再生器１１と吸収器１４とで吸収液を循環させつつ、吸収液の一部を蒸発器１３内に送り込むこととなる。

【0023】

ここで、吸収液は液冷媒よりも凝固点が低い。よって、吸収器１４内の吸収液を蒸発器１３内に送り込んで液冷媒に吸収液を混ぜることで液体の凝固点を低下させることとなり、冬季等における長期停止時の冷媒凍結を防止することができる。

【0024】

しかし、吸収器１４内の吸収液を蒸発器１３内に送り込んで凍結防止を行った場合、吸収式冷凍機１の再起動時には吸収冷凍効率の観点から吸収液を排出する必要があり、この排出に要する時間が長いと再起動時に多くの時間を要してしまう。

【0025】

そこで、本実施形態に係る吸収式冷凍機１は、第２分岐配管（第２供給流路）Ｌ１０と、冷媒切替弁（第２制御弁）Ｖ２とを備えている。第２分岐配管Ｌ１０は、一端が循環配管Ｌ８のうち冷媒ポンプＰ３の下流側に接続され、他端が吸収器１４の下部に接続された配管である。なお、第２分岐配管Ｌ１０の他端は吸収器１４の下部に限らず上部等に接続されてもよい。冷媒切替弁Ｖ２は、第２分岐配管Ｌ１０上に設けられて流路を開閉するものである。

【0026】

本実施形態において制御装置３０は、液冷媒の凍結防止のために吸収器１４内の吸収液を蒸発器１３内に送り込む制御を実行するに先立って、蒸発器１３内の液冷媒を吸収器１４に送り込む制御を実行する。すなわち、制御装置３０は、冷媒切替弁Ｖ２を開け、冷媒ポンプＰ３を運転させる。これにより、吸収液を蒸発器１３に送り込むのに先立って、蒸発器１３内の液冷媒の量を減少させる。この結果、蒸発器１３内に送り込む吸収液の量も少なくしてよく、蒸発器１３内において吸収液の排出に要する時間も短縮化されることとなる。

【0027】

図２は、本実施形態に係る吸収式冷凍機１の動作を示すフローチャートである。図３及び図４は、本実施形態に係る吸収式冷凍機１の凍結防止動作の第１段階及び第２段階目の状態を示す状態図である。

【0028】

制御装置３０は、運転を停止後、図２に示す処理を実行する。すなわち、まず制御装置３０は、凍結防止制御信号がＯＮであるかを判断する（Ｓ１）。凍結防止制御信号は、例えばユーザや作業員等が予め停止時に凍結防止制御を行う旨の設定をしている場合や、ユーザや作業員等の操作を通じて凍結防止制御を行う旨の指示があった場合に、ＯＮと判断される。

【0029】

凍結防止制御信号がＯＮである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、処理はステップＳ４に移行する。凍結防止制御信号がＯＮでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、制御装置３０は、吸収式冷凍機１の運転を停止してから所定時間経過したかを判断する（Ｓ２）。所定時間が経過していない場合（Ｓ２：ＮＯ）、経過したと判断されるまで、この処理が繰り返される。

【0030】

所定時間が経過した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御装置３０は、外気温センサＴからの信号に基づいて外気温が所定温度以下であるかを判断する（Ｓ３）。外気温が所定温度以下でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、処理はステップＳ２に移行する。

【0031】

一方、外気温が所定温度以下である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御装置３０は、図３に示すように、冷媒ポンプＰ３をＯＮすると共に、冷媒切替弁Ｖ２を開動作させる（Ｓ４）。これにより、図３に示すように、まず蒸発器１３内の液冷媒が吸収器１４内に移送されて水位が減少していくこととなる。

【0032】

再度、図２を参照する。制御装置３０は、冷媒ポンプＰ３をＯＮし、冷媒切替弁Ｖ２を開動作させた後（Ｓ４の後）、冷媒ポンプＰ３の運転開始から第１規定時間経過したかを判断する（Ｓ５）。第１規定時間が経過していない場合（Ｓ５：ＮＯ）、第１規定時間経過したと判断されるまで、この処理が繰り返される。

【0033】

一方、第１規定時間経過した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御装置３０は、図４に示すように、濃溶液ポンプＰ１及び稀溶液ポンプＰ２をＯＮすると共に、溶液切替弁Ｖ１を開動作させる（Ｓ６）。これにより、制御装置３０は、吸収器１４内の吸収液を蒸発器１３内に送り込むこととなり、凍結防止が図られることとなる。なお、吸収液が蒸発器１３内に送り込まれる過程においても、冷媒ポンプＰ３はＯＮしており、且つ冷媒切替弁Ｖ２が開状態となっていることから、蒸発器１３内における液体量は比較的少ないままの状態を維持する。

【0034】

その後、制御装置３０は、濃溶液ポンプＰ１及び稀溶液ポンプＰ２の運転開始から第２規定時間経過したかを判断する（Ｓ７）。第２規定時間が経過していない場合（Ｓ７：ＮＯ）、第２規定時間経過したと判断されるまで、この処理が繰り返される。

【0035】

一方、第２規定時間経過した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、制御装置３０は、全ポンプＰ１～Ｐ３を停止すると共に、全切替弁Ｖ１，Ｖ２を閉動作せる（Ｓ８）。その後、図２に示す処理は終了する。

【0036】

このようにして、本実施形態に係る吸収式冷凍機１によれば、運転停止後において溶液切替弁Ｖ１を開き稀溶液ポンプＰ２（更には濃溶液ポンプＰ１）を運転させることで、蒸発器１３内の液冷媒を吸収液と混合させる。このため、液冷媒と吸収液とが混合して液体の凝固点が下がることとなり、蒸発器１３内の液体が凍結し難くなる。さらに、運転停止後において、溶液切替弁Ｖ１を開き稀溶液ポンプＰ２を運転させるのに先立って、冷媒切替弁Ｖ２を開き冷媒ポンプＰ３を運転させるため、まず蒸発器１３内における冷媒量を少なくすることとなる。この結果、蒸発器１３内における液冷媒に対して混合させる吸収液量を少なくすることが可能となり、再起動時には蒸発器１３内の少量の混合液を液冷媒に置換させるだけでよく、再起動に要する時間を短縮させることができる。従って、長期停止中における凍結を防止すると共に、再起動時により短い時間で液冷媒に置換することができる。

【0037】

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜他の技術を組み合わせてもよい。さらに、可能な範囲で公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。

【0038】

例えば、上記実施形態において循環配管Ｌ８のうち第２分岐配管Ｌ１０が接続される部位よりも下流側の位置に別途制御弁を設け、図２に示すステップＳ４の処理においてこの制御弁を閉じるようにしてもよい。

【0039】

また、蒸発器１３に水位センサを設け、図２に示すステップＳ５の処理において水位が所定水位以下となったときに図２に示すステップＳ６の処理に移行するようにしてもよい。

【0040】

さらには、外気温センサＴからの信号に基づいて外気温が低くなるほど、水位センサにより検出される水位が低くなるように制御してもよい。すなわち、外気温が低くなるほどステップＳ５の第１規定時間が長くなるようにしてもよい。

【0041】

また、本実施形態において再生器１１は熱媒により稀溶液を加熱している。しかし、これに限らず、再生器１１は、可燃性ガスを燃料としたガスバーナーや木質ペレットを燃料としたペレットバーナーにより稀溶液を加熱してもよいし、更には高温の排ガス等を利用して稀溶液を加熱してもよい。

【0042】

さらに、本実施形態に係る吸収式冷凍機１は稀溶液と濃溶液とを熱交換する熱交換器２０を備えているが、特にこれに限らず、熱交換器２０を備えていなくともよい。

【0043】

加えて、本実施形態においては、室内機等に冷水を供給する吸収式冷凍機１を例に説明しているが、特にこれに限らず、室内機等に温水を供給可能な吸収式冷温水機に適応されてもよい。

【符号の説明】

【0044】

１ ：吸収式冷凍機
１０ ：冷凍サイクル部
１１ ：再生器
１２ ：凝縮器
１３ ：蒸発器
１４ ：吸収器
３０ ：制御装置（制御手段）
Ｌ９ ：第１分岐配管（第１供給流路）
Ｌ１０ ：第２分岐配管（第２供給流路）
Ｐ２ ：稀溶液ポンプ（第１ポンプ）
Ｐ３ ：冷媒ポンプ（第２ポンプ）
Ｖ１ ：溶液切替弁（第１制御弁）
Ｖ２ ：冷媒切替弁（第２制御弁）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】