JP2013228120A - 吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置およびアンモニア除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は吸収式冷温水機または吸収式冷凍機に広く用いることができ、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の能力を極端に低下させることのないアンモニア除去装置及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかる吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置及び方法は、蒸発器３と、凝縮器４と、冷媒５と、冷媒ポンプ６と、散布経路７と、冷媒経路８とを備えた吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２の冷媒５からアンモニアを除去するアンモニア除去装置及び方法において、冷媒５を凝縮器４または冷媒経路８から抜き出し、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２内部の気圧よりも低い気圧にされた容器１３内部を通すことで、凝縮器４によって生成された冷媒５の熱を利用して冷媒５よりアンモニアを除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置およびアンモニア除去方法に関する。

硝酸塩を腐食抑制剤として用いた吸収式冷温水機または吸収式冷凍機では、防食作用の副産物として、真空密閉空間である吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内にアンモニアが発生する。この発生したアンモニアは、その濃度および吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内の環境によって、伝熱材料として用いられている銅を溶解あるいは腐食させる働きがある。伝熱材料の溶解あるいは腐食は、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の運転を不可能とし、冷水や冷却水などの漏水や機器の他部材や建屋床などの浸水に繋がることから、定期的な除去が必要となる。

従来の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機からアンモニアを除去する手段としては、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内に封入されている冷媒を交換することで、間接的に除去する手法が一般的である。しかし、機内冷媒の交換には多大な作業時間と廃冷媒の産業廃棄物処理が発生することから、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の適切なメンテナンスが行いやすいものではない。

また機内冷媒の交換は、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の運転中に行うと、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の運転バランスを狂わす可能性があるため、冷房負荷の大きい時期には実施が難しい作業である。

このように冷媒中からアンモニアを除去する技術として、特許文献１が知られていた。特許文献１では、冷媒中に生成するアンモニアガスを固定する手段を設けているが、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機への組込みには、アンモニア除去剤を設置するための部位設置の改造や、アンモニア除去剤が吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内に拡散しないよう、除去剤のパッキングが必要である。

また、アンモニア除去剤の寿命が不明確であり、さらにアンモニア除去剤の機内影響が検討されていないなど、実際の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機に適用するには不明確な点があり、実用的ではない。

さらにアンモニア除去剤として示されている成分の一部は、近年の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機用防食剤として追添加されているモリブデン酸塩を析出させてしまい、それにより析出したモリブデン酸塩を沈殿させる恐れのある物質であるため、モリブデン酸塩が腐食抑制剤として用いられていない吸収式冷温水機または吸収式冷凍機にしか適用できない。

また水などからアンモニアを除去する手法として特許文献２なども知られている。この特許文献２に示されるガスストリッピング法は、廃水処理などの分野でアンモニアを除去する手法としてよく用いられるが、加熱または加熱と減圧の併用手法ばかりであり、このままの適用では、温まった冷媒を吸収式冷温水機または吸収式冷凍機に投入することになり、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の冷水を作る能力を極端に低下させるものとなってしまう。

特開平１−３１２３６８号公報 特開２０１０−８９０２０号公報

硝酸塩を腐食抑制剤として用いる手法は、防食効果の即効性や毒性の低さなどの観点から変更できないため、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の安価な作業提供による吸収式冷温水機または吸収式冷凍機長寿命化のためには、何らかの代替アンモニア除去手法が必要となる。

硝酸塩を腐食抑制剤として用いた吸収式冷温水機または吸収式冷凍機を対象に、密閉循環されている冷媒から、吸収冷温水機の運転中に、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の機内状態および冷房負荷に大きな影響を与えずに、アンモニアを除去する手法が必要となっている。

本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、硝酸塩を腐食抑制剤として用いた吸収式冷温水機または吸収式冷凍機に広く用いることができ、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の能力を極端に低下させることのない吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置およびアンモニア除去方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明にかかる吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置は、再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、前記凝縮器で生成された冷媒を前記蒸発器に導く冷媒経路と、前記蒸発器の下部に溜まった冷媒を前記蒸発器の上部より前記蒸発器内に散布する散布経路と、冷媒散布用の冷媒ポンプと、を備え、吸収剤と冷媒とを混合した吸収液が器内に充填された吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置において、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機から抜き出した前記冷媒からアンモニアを除去する分離容器と、前記分離容器下部に溜まった冷媒を前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機に戻す戻しポンプと、前記分離容器内部の気圧を低下させるための真空ポンプとを備え、前記冷媒は前記冷媒経路から前記冷媒を抜き出し、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内部の気圧よりも低い気圧にされた前記分離容器内部に散布することで、前記凝縮器で生成される冷媒がもっている熱を利用して前記冷媒よりアンモニアを除去することを特徴とする。

また、本発明にかかる吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去方法は、再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、前記凝縮器で生成された冷媒を前記蒸発器に導く冷媒経路と、前記蒸発器の下部に溜まった冷媒を前記蒸発器の上部より前記蒸発器内に散布する散布経路と、冷媒散布用の冷媒ポンプと、を備え、吸収剤と冷媒とを混合した吸収液が器内に充填された吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去方法において、前記凝縮器または前記冷媒経路から冷媒を抜き出し、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内部の気圧よりも低い気圧にされた前記容器内部を通すことにより、前記凝縮器で生成される冷媒がもっている熱を利用して前記冷媒よりアンモニアを分離除去することを特徴とする。

本発明によれば、硝酸塩を腐食抑制剤として用いた吸収式冷温水機または吸収式冷凍機に広く用いることができ、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機の能力を極端に低下させることのない吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置およびアンモニア除去方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるアンモニア除去装置の構成と冷凍機を接続した状態を示すブロック図である。 本発明の一実施形態であるアンモニア除去装置の稼働時間と冷媒に含まれるアンモニアの濃度との関係を示したグラフである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態にかかるアンモニア除去装置の構成と冷凍機を接続した状態を示すブロック図である。なお同図において、アンモニア除去装置と関連する部分以外の冷凍機の構成部分は省略している。

本実施形態におけるアンモニア除去装置１が用いられる吸収式冷凍機２は、加熱源を有し、器内の吸収溶液を加熱して冷媒を発生させる再生器（図示せず）と、再生器（図示せず）で発生した冷媒（蒸気）を器内に受け入れ、冷却水管４Ａ内を流れる冷却源（たとえば冷却水）により冷却して冷媒を液化させる凝縮器４と、凝縮器４内の冷媒を受け入れ、これを蒸発させることにより被冷却媒体管３Ａ内を通る被冷却媒体から気化潜熱を奪って冷却能力を発生させる蒸発器３と、蒸発器３で蒸発した冷媒（蒸気）を前記再生器（図示せず）から戻された吸収溶液に吸収させて冷媒を多く含んだ吸収溶液を生成する吸収器（図示せず）と、吸収器（図示せず）で生成された吸収溶液を前記再生器（図示せず）に送り込む溶液ポンプ（図示せず）と、前記蒸発器３の下部に溜まった冷媒５を蒸発器３の上部より蒸発器３内に散布する散布経路７と、前記散布経路７に設置された冷媒散布用の冷媒ポンプ６と、前記凝縮器４内の冷媒を蒸発器３に導く冷媒経路８と、を備え、器内には、吸収剤（たとえば臭化リチウム）と冷媒（たとえば水）とを混合した吸収溶液が充填されている。

なお、散布経路７には外部に連通する連通路９がバルブ１０を介して開閉自在に設けられている。同様に冷媒経路８にも外部に連通する連通路１１がバルブ１２を介して開閉自在に設けられている。なお、本実施形態を説明するに当たり、アンモニア除去装置１を適用する機器として吸収式冷凍機２を例に挙げて説明しているがこれに限られるものではなく、適用対象として吸収式冷温水機であってもよい。

また、アンモニア除去装置１は吸収式冷凍機２から抜き出した冷媒５からアンモニアを除去する分離容器１３と、分離容器１３下部に溜まった冷媒５を吸収式冷凍機２に戻す戻しポンプ１４と、分離容器１３内部の気圧を低下させるための真空ポンプ１５とを備えている。

分離容器１３は冷媒５からアンモニアを分離するための容器である。分離容器１３には、連通路１１と連結される冷媒抽出路１６が接続される。真空ポンプ１５は分離容器１３を吸収式冷凍機２より高い真空度に保ち、吸収式冷凍機２から冷媒抽出路１６を介して冷媒５を抽出すると共に、分離容器１３内では冷媒５からアンモニアを分離させる。

アンモニアが抽出されて除去された冷媒５は、分離容器１３の下部に溜まり、戻しポンプ１４の動作によって、連通路９と連結された冷媒戻し経路１７からバルブ１０を介して散布経路７に戻される。

このような構造を持つアンモニア除去装置１によって、常設された吸収式冷凍機２の冷媒５からアンモニアを除去するには、まず連通路１１と冷媒抽出路１６、及び、連通路９と冷媒戻し経路１７を接続し、真空ポンプ１５を動作させて分離容器１３内部の気圧を吸収式冷凍機内部の気圧よりも低い気圧とし、この状態でバルブ１２を開放することで分離容器１３内部に冷媒５が散布される。散布された冷媒５からアンモニアが除去され、分離容器１３の下部に溜まる。ここで戻しポンプ１４を動作させ、バルブ１０を開放することでアンモニアが除去された冷媒５が散布経路７に戻される。この状態のまま、所定の時間アンモニア除去装置１を動作させ続けることによって、吸収式冷凍機２の冷媒５のアンモニア濃度が所定の値になるまでアンモニアを除去することができる。

このように本実施形態におけるアンモニア除去装置１は、加熱を行わないガスストリッピング法をとる。つまり、吸収式冷温水機または冷凍機２内でアンモニア濃度が高く、サービス用バルブであるバルブ１２が設置されている凝縮器４から冷媒経路８より機内冷媒５の一部を抜き出し、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２内部の気圧よりも低い気圧にされた分離容器１３内部に散布することで、ガスストリッピング法にてアンモニアを除去する。アンモニアが取り除かれた冷媒５は、吸収式冷温水機または冷凍機２の運転に影響を与えないために、蒸発器３〜冷媒ポンプ６〜冷媒スプレー１８の間でサービス用バルブであるバルブ１０が設けられた散布経路７を利用し機内に戻す。

通常のガスストリッピング法では、本実施形態における冷媒抽出路１６から分離容器１３に相当する部分である抽出部―分離容器間で加熱することでアンモニアガスの蒸発を加速させているが、本実施形態ではこの加熱を行わない。本実施形態では凝縮器４戻りラインである冷媒経路８より冷媒５を抽出することで、減圧下でアンモニアを分離するために必要な熱量を確保している。即ち本実施形態では凝縮器４で生成された冷媒５の熱を利用して冷媒５よりアンモニアを除去するのである。なお、本実施形態では冷媒経路８から冷媒５を抽出する例を挙げて説明したが、凝縮器４で生成された冷媒５の熱を利用可能な、例えば凝縮器４から冷媒５を抽出できる経路を別途設け、ここから抽出する方法や凝縮器４から直接冷媒５を抽出する構造や方法を用いてもよい。

このような構成及びアンモニア除去方法をとることによって、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２に広く用いることができ、凝縮器４によって生成された冷媒５の熱を利用して冷媒５よりアンモニアを除去するので吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２の能力を極端に低下させることのない吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置とすることができる。

なお、本実施形態のアンモニア除去装置１において、分離容器１３と真空ポンプ１５は除湿器１９を介して接続している。真空ポンプ１５は過剰な水分を含む気体の導入に弱い場合が多いため、このような接続状態を取ることによって真空ポンプ１５が水蒸気を吸わないように分離容器１３から出るアンモニアと水蒸気の混合体から水分を除去することが可能となる。

さらに、本実施形態では除湿器１９によって分離容器１３から出るアンモニアと水蒸気の混合体から水分を除去しても、混合体に残留する水分が真空ポンプ１５に入った場合に対応するため、真空ポンプ１５の油から水を分離する油水分離器２０を適用している。

なお、本実施形態では真空ポンプ１５を水蒸気から保護するために除湿器１９を用いているが、水蒸気の吸引による能力低下の発生しない真空ポンプの使用、もしくは真空ポンプ用油水分離器２０の導入のみによって除湿器１９を省略する構成であってもよい。このような構成とすることで装置の小型化やコストの低減を図ることも可能である。

さらに本実施形態においては、冷媒経路８と分離容器１３を接続する経路中、即ち冷媒抽出経路１６から分離容器１３の上部の冷媒スプレー２１に、冷媒経路８から分離容器１３に冷媒５を送り出す抜き出しポンプ２２を設けている。また、前述のように凝縮器４から冷媒５を抽出できる経路を別途設けた場合や凝縮器４から直接冷媒５を抽出する構造や方法を用いた場合も考えられるが、このような形態や前述の本実施形態のように吸収式冷温水機または冷凍機２の冷媒取出し部〜分離容器１３間に、真空環境下で使用できるポンプを加えることで、機内冷媒５が多く生成される冷温水機や冷凍機２の場合であっても、除去時間の短縮を図ることができる。

また、本実施形態のアンモニア除去装置１及びアンモニアの除去方法では、凝縮器４によって生成された冷媒５の熱を利用して冷媒５よりアンモニアを除去し、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２の能力を極端に低下させるような冷媒の加熱は行わないことから、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２が稼働状態で使用することを可能としている。これにより、冷房負荷の大きい時期であつても、装置を止めることなくアンモニアの除去作業を行うことができ、サービス性を向上することができる。

また本実施形態のアンモニア除去装置では、冷媒５を分離容器１３の上方にある冷媒スプレー２１から分離容器１３内部に散布させ、分離容器１３下部に溜まった冷媒５を散布経路７から吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２内部に戻す構成とすることで、分離容器１３の内部における放熱効果により、冷却された冷媒５を蒸発器３内の冷媒スプレー１８より散布させることができ、熱交換の効率を落とすことなくアンモニアの除去作業を行うことができる。また、アンモニアが除去された冷媒５を蒸発器３内の冷媒スプレー１８より散布させることで、吸収式冷温水機または吸収式冷凍機２の内部機器を構成する伝熱材料への悪影響を早期に取り除くことが可能となる。

以下、中規模負荷に使用される１５０冷凍トンの吸収式冷凍機を使用し、以下の条件でトライアルを実施した。

冷凍機封入全冷媒量：８４０［Ｌ］
除去装置冷媒循環量：１５０［Ｌ／ｈ］
初期アンモニア濃度：１１６［ｍｇ／Ｌ］
この結果を図２に示す。○は実測したアンモニア濃度を、実線は計算上の予測濃度を示している。

なお、計算上の予想濃度は、以下の式で算出している。

Ｃ_ｔ＝Ｃ_０・ｅｘｐ（−Ａ・ｔ・Ｆ／Ｖ）
Ｃ_ｔ：除去装置稼働時間ｔ時間時のアンモニア濃度
Ｃ_０：除去開始前のアンモニア濃度
Ａ ：除去装置でのアンモニア除去率
ｔ ：除去装置稼働時間
Ｆ ：除去装置への冷媒循環量
Ｖ ：吸収式冷温水機・冷凍機内封入全冷媒量
図２に示すように、試行により得られた結果と、上記計算式により得られる計算値とは略一致しており、試行に使用したアンモニア除去装置は、実用に供し得るものであることが理解できる。

また、試験に使用した吸収式冷凍機では、従来の冷媒交換方法を用いた場合、延べで４工数の作業と、０.５〜１トンの産業廃棄物が発生していたが、本実施形態の装置及び方法を用いた場合は半分以下の工数となり、産業廃棄物も作業後に交換する真空ポンプ油のみとすることができた。

さらに、従来手法では、常に作業員がつききりで作業を行っているが、本実施形態の装置及び方法ではアンモニア除去装置稼働後は付き添い作業が不要であり、実工数はさらに低くなった。

１ アンモニア除去装置
２ 吸収式冷凍機
３ 蒸発器
４ 凝縮器
５ 冷媒
６ 冷媒ポンプ
７ 散布経路
８ 冷媒経路
９ 連通路
１０ バルブ
１１ 連通路
１２ バルブ
１３ 分離容器
１４ 戻しポンプ
１５ 真空ポンプ
１６ 冷媒抽出路
１７ 冷媒戻し経路
１８ 冷媒スプレー
１９ 除湿器
２０ 油水分離器
２１ 冷媒スプレー
２２ 抜き出しポンプ

Claims (7)

1. 再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、前記凝縮器で生成された冷媒を前記蒸発器に導く冷媒経路と、前記蒸発器の下部に溜まった冷媒を前記蒸発器の上部より前記蒸発器内に散布する散布経路と、冷媒散布用の冷媒ポンプと、を備え、吸収剤と冷媒とを混合した吸収溶液が器内に充填された吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置において、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機から抜き出した前記冷媒からアンモニアを除去する分離容器と、前記分離容器下部に溜まった冷媒を前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機に戻す戻しポンプと、前記分離容器内部の気圧を低下させるための真空ポンプとを備え、前記凝縮器または前記冷媒経路から前記冷媒を抜き出し、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内部の気圧よりも低い気圧にされた前記分離容器内部に散布することで、前記凝縮器で生成される冷媒がもっている熱を利用して前記冷媒よりアンモニアを除去することを特徴とする吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置。
2. 請求項１に記載の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置において、前記分離容器と前記真空ポンプを除湿器を介して接続したことを特徴とする吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置において、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機が稼働状態で使用可能であることを特徴とする吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置において、前記凝縮器または前記冷媒経路と前記分離容器を接続する経路中に前記凝縮器または前記冷媒経路から前記分離容器に前記冷媒を送り出す抜き出しポンプを設けたことを特徴とする吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置において、前記冷媒を前記分離容器の上方から分離容器内部に散布させ、前記分離容器下部に溜まった冷媒を前記散布経路から前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内部に戻すことを特徴とする吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去装置。
6. 再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、前記凝縮器で生成された冷媒を前記蒸発器に導く冷媒経路と、前記蒸発器の下部に溜まった冷媒を前記蒸発器の上部より前記蒸発器内に散布する散布経路と、冷媒散布用の冷媒ポンプと、を備え、吸収剤と冷媒とを混合した吸収液が器内に充填された吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去方法において、前記凝縮器または前記冷媒経路から冷媒を抜き出し、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機内部の気圧よりも低い気圧にされた前記容器内部を通すことにより、前記凝縮器で生成される冷媒がもっている熱を利用して前記冷媒よりアンモニアを分離除去することを特徴とする吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去方法。
7. 請求項６に記載の吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去方法において、前記吸収式冷温水機または吸収式冷凍機が稼働状態で前記冷媒よりアンモニアを除去することを特徴とする吸収式冷温水機または吸収式冷凍機のアンモニア除去方法。