JP2004198087A - 吸収冷凍装置及び吸収冷凍システム - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱媒体の出入り口温度差が大きい場合に、その排熱を有効に使って、効率良く冷熱を製造できる吸収冷凍装置及びそのような吸収冷凍装置を備える吸収冷凍システムを提供する。
【解決手段】第１、第２の凝縮器Ｃａ、Ｃｂと第１、第２の蒸発器Ｅａ、Ｅｂと第１、第２の再生器Ｇａ、Ｇｂと第１、第２の吸収器Ａａ、Ａｂとを有する第１、第２の吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂを備え、第１の冷却媒体１６ｗを、第１の凝縮器Ｃａから第２の凝縮器Ｃｂにこの順に流すように構成され、冷熱媒体４１ｗを、第１の蒸発器Ｅａから第２の蒸発器Ｅｂにこの順に流すように構成され、加熱媒体３１ｗを、第２の再生器Ｇｂから第１の再生器Ｇａにこの順に流すように構成される吸収冷凍装置。
【選択図】 図１
【解決手段】第１、第２の凝縮器Ｃａ、Ｃｂと第１、第２の蒸発器Ｅａ、Ｅｂと第１、第２の再生器Ｇａ、Ｇｂと第１、第２の吸収器Ａａ、Ａｂとを有する第１、第２の吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂを備え、第１の冷却媒体１６ｗを、第１の凝縮器Ｃａから第２の凝縮器Ｃｂにこの順に流すように構成され、冷熱媒体４１ｗを、第１の蒸発器Ｅａから第２の蒸発器Ｅｂにこの順に流すように構成され、加熱媒体３１ｗを、第２の再生器Ｇｂから第１の再生器Ｇａにこの順に流すように構成される吸収冷凍装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍装置及び冷凍装置を備える冷凍システムに関し、特に温度差の大きい排熱を有効に使って、効率良く冷熱を製造できる吸収冷凍装置及びそのような冷凍装置を備える冷凍システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、コージェネレーションシステムで発電に伴って出される排ガスや排温水によって運転する吸収冷凍機があった。ガスエンジンやガスタービンから出される排ガスは、その温度が２００〜３００℃と比較的高温であるため、この排ガスで１５０℃程度の蒸気を発生させたり、あるいは排ガスを直接投入するなどして、２重効用の吸収冷凍機を運転することが一般に知られている。また、ガスエンジン／ガソリンエンジン／ディーゼルエンジン等のジャケット温水や、太陽熱集熱器で得られる温水は、その温度が８０〜９０℃であり、単効用の吸収冷凍機や、ジェネリンク、二重効用吸収冷凍機などの熱源として利用する装置が一般に知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０４−２５１１６６号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平０８−５４１５６号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平１０−４７８０６号公報（段落０００６、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の装置では、出入り口の温度差が大きい排熱を利用することが困難であり、一方エンジンや燃料電池からの排温水は、それ自身がエンジンや燃料電池の冷却水であるため、低い温度まで冷却して戻す必要がある。また排温水の搬送動力を低減するためにも、循環する熱媒（加熱用流体）の出入り口温度差を大きくしたいという要請があるが、従来の装置ではこれに対応しきれていなかった。
【０００７】
そこで本発明は、加熱媒体の出入り口温度差が大きい場合に、その排熱を有効に使って、効率良く冷熱を製造できる吸収冷凍装置及びそのような吸収冷凍装置を備える吸収冷凍システムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による吸収冷凍装置は、例えば図１に示されるように、第１の凝縮器Ｃａと第１の蒸発器Ｅａと第１の再生器Ｇａと第１の吸収器Ａａとを有する第１の吸収冷凍機１０１ａと；第２の凝縮器Ｃｂと第２の蒸発器Ｅｂと第２の再生器Ｇｂと第２の吸収器Ａｂとを有する第２の吸収冷凍機１０１ｂとを備え；第１の凝縮器Ｃａと第２の凝縮器Ｃｂとに供給する第１の冷却媒体１６ｗを、第１の凝縮器Ｃａから第２の凝縮器Ｃｂにこの順に流すように構成され；第１の蒸発器Ｅａと第２の蒸発器Ｅｂとに供給する冷熱媒体４１ｗを、第１の蒸発器Ｅａから第２の蒸発器Ｅｂにこの順に流すように構成され；第１の再生器Ｇａと第２の再生器Ｇｂとに供給する加熱媒体３１ｗを、第２の再生器Ｇｂから第１の再生器Ｇａにこの順に流すように構成される。
【０００９】
典型的には、前記第１の吸収器Ａａと第２の吸収器Ａｂとに供給する第２の冷却媒体１５ｗを、第２の吸収器Ａｂから第１の吸収器Ａａにこの順に流すように構成される。
【００１０】
第１と第２の吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、典型的には単効用吸収冷凍機である。吸収冷凍機は第１と第２の２つに限らず第３〜第ｎの冷凍機を備えてもよい。そのとき、第１の冷却媒体と冷熱媒体を流す順番は第１から第ｎであり、加熱媒体と第２の冷却媒体の流す順番は第ｎから第１である。
【００１１】
このように構成すると、第１の凝縮器と第２の凝縮器とに供給する第１の冷却媒体を、第１の凝縮器から第２の凝縮器にこの順に流すように構成されるので、第２の凝縮器より第１の凝縮器のほうが冷却水の温度が低いため、第１の凝縮器の冷媒蒸気の凝縮温度が低くなる。すなわち第１の凝縮器の方が第２の凝縮器よりも凝縮圧力が低くなる。
【００１２】
また、第１の再生器と第２の再生器とに供給する加熱媒体を、第２の再生器から第１の再生器にこの順に流すように構成されるので、加熱媒体はまず第２の再生器で温度が低下した後、第１の再生器でさらに温度が低下する。
【００１３】
また、第１の蒸発器と第２の蒸発器とに供給する冷熱媒体を、第１の蒸発器から第２の蒸発器にこの順に流すように構成されるので、第２の蒸発器の内圧は通常の単効用サイクルの蒸発器の内圧に比べて低いため、第２の蒸発器の冷媒の蒸発温度が低くなる。すなわち第２の蒸発器で冷却される冷熱媒体の出口温度が低くできる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による吸収冷凍システムは、例えば図１に示されるように、請求項１に記載の吸収冷凍装置１０１と；加熱媒体３１ｗを供給する加熱源３とを備える。
【００１５】
このように構成すると、請求項１に記載の吸収冷凍装置を備えるので、加熱源の供給する加熱媒体の出入り口温度差が大きくても、その温度差を有効に使って、効率良く冷熱を製造することができる。
【００１６】
また請求項３に記載のように、請求項２に記載の吸収冷凍システムでは、前記加熱源３は、燃料電池としてもよい。
【００１７】
このように構成すると、出入り口温度差の比較的大きい燃料電池の排熱を有効に使うことができる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１のフロー図を参照して、本発明の実施の形態である吸収冷凍装置とそれを備える吸収冷凍システムを説明する。第１の吸収冷凍機としての吸収冷凍機１０１ａと第２の吸収冷凍機としての吸収冷凍機１０１ｂを含んで吸収冷凍装置１０１が構成され、さらに加熱源、具体的には燃料電池３を含んで、本発明の実施の形態である吸収冷凍システムが構成される。吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂの作動媒体としては、吸収剤と冷媒の組合せが用いられる。本実施の形態では、各種吸収冷凍機で現在最も広く用いられている、臭化リチウムを吸収剤として使用し、本発明の冷媒として水を使用する。しかしながらこれに限らず、例えば水を吸収剤として、アンモニアを冷媒として使用してもよい。
【００１９】
本実施の形態で使用する吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、単効用吸収冷凍機である。吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、冷媒としての水を蒸発させて、冷熱媒体としての被冷却用流体である冷水４１ｗを冷却する第１の蒸発器Ｅａ、第２の蒸発器Ｅｂをそれぞれ備える。蒸発器Ｅａ、Ｅｂは伝熱部を有するが、本実施の形態では、伝熱部として冷水伝熱管４１ａ、４１ｂをそれぞれ採用している。蒸発器Ｅａ、Ｅｂでは、冷水伝熱管４１ａ、４１ｂの内部を流れる冷水４１ｗを冷却する。蒸発器Ｅａ、Ｅｂには、冷水４１ｗを供給する冷水配管４１が接続されている。
【００２０】
冷水配管４１は、冷水４１ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。冷水配管４１は、空調負荷としての室内空調機４から蒸発器Ｅａの冷水入口に先ず接続され、蒸発器Ｅａの冷水出口と蒸発器Ｅｂの冷水入口とを接続し、蒸発器Ｅｂの冷水出口と室内空調機４とを接続している。
【００２１】
さらに吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、蒸発器Ｅａ、Ｅｂで蒸発した冷媒をそれぞれ吸収する第１の吸収器Ａａ、第２の吸収器Ａｂと、吸収器Ａａ、Ａｂから送られる吸収液（吸収剤と冷媒の混合物、以下適宜「溶液」とも呼ぶ）を加熱して冷媒ガスを発生させる第１の再生器Ｇａ、第２の再生器Ｇｂをそれぞれ備える。さらに吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、再生器Ｇａ、Ｇｂで発生した冷媒ガスを凝縮して、凝縮した冷媒液を蒸発器Ｅａ、Ｅｂに送る第１の凝縮器Ｃａ、第２の凝縮器Ｃｂをそれぞれ備える。
【００２２】
蒸発器Ｅａと吸収器Ａａ、蒸発器Ｅｂと吸収器Ａｂは、それぞれ一つの缶胴に収納され、再生器Ｇａと凝縮器Ｃａ、再生器Ｇｂと凝縮器Ｃｂは、それぞれ前記缶胴とは別の一つの缶胴にそれぞれ収納されている。蒸発器と吸収器の缶胴と、再生器と凝縮器の缶胴とは別体に構成されるか、仕切壁により隔離されている。それぞれの缶胴内の圧力は互いに異なる。
【００２３】
吸収器Ａａ、Ａｂは伝熱部としてそれぞれ冷却水伝熱管１５ａ、１５ｂを有し、この内部を流れる第２の冷却媒体としての冷却流体、具体的には冷却水１５ｗで、冷却水伝熱管１５ａ、１５ｂの外部に散布される溶液を冷却する。
【００２４】
再生器Ｇａ、Ｇｂは伝熱部としてそれぞれ温水伝熱管３１ａ、３１ｂを有し、この内部を流れる加熱媒体（外部熱源媒体）としての加熱用流体、具体的には温水で、それぞれ温水伝熱管３１ａ、３１ｂの外部に溜まっている、または散布されている溶液を加熱する。
【００２５】
凝縮器Ｃａ、Ｃｂは伝熱部としてそれぞれ冷却水伝熱管１６ａ、１６ｂを有し、この内部を流れる第１の冷却媒体としての冷却流体、具体的には冷却水１６ｗで、冷却水伝熱管１６ａ、１６ｂの外部に存在する冷媒ガスから熱を奪い凝縮させる。
【００２６】
以下、冷水伝熱管４１ａ、４１ｂ、冷却水伝熱管１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、温水伝熱管３１ａ、３１ｂは、紛らわしくない限り、適宜単に伝熱管４１ａ、４１ｂ、伝熱管１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、伝熱管３１ａ、３１ｂという。
【００２７】
吸収器Ａａ、Ａｂには、冷却水１５ｗを供給する冷却水配管１５が接続されている。冷却水配管１５は、冷却水１５ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。冷却塔等の冷却水供給源（不図示）から吸収器Ａｂの冷却水入口に先ず接続され、吸収器Ａｂの冷却水出口と吸収器Ａａの冷却水入口とを接続し、吸収器Ａａの冷却水出口と冷却水源とを接続している。但し、冷却水の流れ方向は、逆に吸収器Ａａから吸収器Ａｂとしてもよいし、吸収器Ａａと吸収器Ａｂを並列にしてもよい。
【００２８】
再生器Ｇａ、Ｇｂには、温水３１ｗを供給する温水配管３１が接続されており、 凝縮機Ｃａ、Ｃｂには、冷却水１６ｗを供給する冷却水配管１６が、それぞれ接続されている。
【００２９】
温水配管３１は、温水３１ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。温水配管３１は、燃料電池３から再生器Ｇｂの温水入口に先ず接続され、再生器Ｇｂの温水出口と再生器Ｇａの温水入口とを接続し、再生器Ｇａの温水出口と燃料電池３とを接続している。
【００３０】
また冷却水配管１６は、冷却水１５ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。冷却水配管１５は、冷却塔等の冷却水供給源（不図示）から凝縮器Ｃａの冷却水入口に先ず接続され、凝縮器Ｃａの冷却水出口と凝縮器Ｃｂの冷却水入口とを接続し、凝縮器Ｇｂの冷却水出口と冷却水供給源とを接続している。
【００３１】
また、第１の再生器Ｇａと第１の吸収器Ａａとは、第１の再生器Ｇａで再生された吸収液である高濃度の吸収液（濃溶液）を吸収器Ａａに戻す濃溶液配管１３ａで接続され、第１の吸収器Ａａと第１の再生器Ｇａとは、吸収器Ａａで冷媒を吸収して希溶液となった溶液を第１の再生器Ｇａに送る希溶液配管１４ａで接続されている。濃溶液配管１３ａと希溶液配管１４ａには、溶液熱交換器１０ａが挿入配置されており、再生器Ｇａから吸収器Ａａに戻される濃溶液と吸収器Ａａから再生器Ｇａに送られる希溶液との間で熱交換を行うように構成されている。
【００３２】
また再生器Ｇａは吸収器Ａａよりも高所に配置されており、また再生器Ｇａの作動圧力は吸収器Ａａのそれよりも高い。したがって、希溶液配管１４には溶液ポンプ１１ａが挿入配置されており、希溶液配管１４ａを通して吸収器Ａａから再生器Ｇａに溶液を送ることを可能としている。濃溶液配管１３ａを通して行われる、再生器Ｇａから吸収器Ａａへの濃溶液の移送は重力と作動圧力差とにより行われる。
【００３３】
吸収冷凍機１０１ａは、さらに凝縮器Ｃａで凝縮した冷媒液を蒸発器Ｅａに戻す冷媒配管１２ａを備える。
【００３４】
第２の吸収冷凍機１０１ｂについても同様に、濃溶液配管１３ｂ、希溶液配管１４ｂ、溶液熱交換器１０ｂ、溶液ポンプ１１ｂ、冷媒配管１２ｂを備える。これら各要素の関係は、第１の吸収冷凍機１０１ａの場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００３５】
吸収冷凍装置１０１の外部には、冷水負荷としての室内空調機４があり、室内空調機４と蒸発器Ｅａ、Ｅｂとは、前述のように冷水配管４１で接続されている。このような構成により、冷水配管４１を流れる冷水４１ｗは、室内空調機４と吸収圧縮冷凍装置１０１との間を循環するように構成されている。
【００３６】
吸収冷凍装置１０１の外部には、前述のように外部熱源装置としての燃料電池３があり、燃料電池３と第２の再生器Ｇｂ、第１の再生器Ｇａとは、温水配管３１で接続されている。第２の再生器Ｇｂの伝熱管３１ｂと第１の再生器Ｇ１の伝熱管３１ａとは、温水配管３１により、温水の流れの上流側からこの順番で直列に連結されている。したがって、温水配管３１を流れる温水３１ｗは、燃料電池３、第２の再生器Ｇｂの温水伝熱管３１ｂ、第１の再生器Ｇａの温水伝熱管３１ａの順番で流れ、燃料電池３に戻る。このようにして、温水３１ｗは燃料電池３と吸収冷凍機１０１ａの間を循環するように構成されている。
【００３７】
引き続き図１を参照して、実施の形態中の吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂのサイクルを説明する。両吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、以上説明した構成から分かる通り、単効用の吸収冷凍機である。
【００３８】
蒸発器Ｅａで冷水伝熱管４１ａを流れる冷水４１ｗから熱を奪い蒸発した冷媒蒸気は、吸収器Ａａにて冷却水伝熱管１５ａを流れる冷却水１５ｗで冷却されている溶液に吸収される。
【００３９】
冷媒を吸収して吸収剤の濃度が低下した希溶液は、溶液ポンプ１１ａによって溶液熱交換器１０ａに送られ、そこで再生器Ｇａから戻る高温の濃溶液と熱交換し、昇温して再生器Ｇａに入る。
【００４０】
再生器Ｇａでは温水伝熱管３１ａを流れる温水３１ｗによって溶液が加熱され、冷媒蒸気を放出して濃縮されて濃溶液となる。この濃溶液は溶液熱交換器１０ａにて熱回収され温度が低下して吸収器Ａａに戻る。
【００４１】
一方、発生器Ｇａで発生した冷媒蒸気は、凝縮器Ｃａで冷却水伝熱管１６ａを流れる冷却水１６ｗに冷却され凝縮する。凝縮した冷媒液は蒸発器Ｅａに戻り、サイクルを一巡する。
【００４２】
吸収冷凍機１０１ｂのサイクルも、以上の吸収冷凍機１０１ａと同様である。
【００４３】
凝縮器の冷却水１６ｗは、凝縮器Ｃａから凝縮器Ｃｂの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ａの凝縮器Ｃａに入った冷却水は、冷却水伝熱管１６ａで、再生器Ｇａで発生した冷媒蒸気から凝縮熱を奪って温度が上昇する。続いて吸収冷凍機１０１ｂの凝縮器Ｃｂに入った冷却水は、冷却水伝熱管１６ｂで、再生器Ｇｂで発生した冷媒蒸気から凝縮熱を奪ってさらに温度が上昇して出て行く。
【００４４】
このため、凝縮器Ｃｂより凝縮器Ｃａのほうが冷却水の温度が低いため、凝縮器Ｃａの冷媒蒸気の凝縮温度が低くなる。すなわち凝縮器Ｃａの方が凝縮器Ｃｂよりも凝縮圧力が低くなる。
【００４５】
再生器Ｇａと凝縮器Ｃａ、および再生器Ｇｂと凝縮器Ｃｂはそれぞれ連通しており圧力が等しいので、再生器Ｇｂと凝縮器Ｃｂの缶胴より、再生器Ｇａと凝縮器Ｃａの缶胴のほうが、内圧が低くなる。
【００４６】
燃料電池などの排温水源３から送られてきた温水３１ｗは、再生器Ｇｂから再生器Ｇａの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ｂの再生器Ｇｂに入った温水３１ｗは温水伝熱管３１ｂで溶液を加熱し、自身は熱を失い温度が低下する。続いて吸収冷凍機１０１ａの再生器Ｇａに入った温水３１ｗは温水伝熱管３１ａで溶液を加熱し、さらに温度が低下して排温水源３に戻る。
【００４７】
以上説明したところから、吸収冷凍機１０１ａの再生器Ｇａと凝縮器Ｃａを収納した缶胴は、通常の単効用サイクルの再生器／凝縮器の缶胴に比べて内圧が低いため、再生器Ｇａの溶液の沸点が低くなる。すなわち再生器を加熱する熱源の温度が低くても良いため、温水の再生器出口温度を低くできる。
【００４８】
吸収器の冷却水１５ｗは、吸収器Ａｂから吸収器Ａａの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ｂの吸収器Ａｂに入った冷却水１５ｗは、冷却水伝熱管１５ｂで吸収液の冷却に使用される。即ち、蒸発器Ｅｂで蒸発した冷媒蒸気の吸収熱で温度が上昇する。続いて吸収冷凍機１０１ａの吸収器Ａａに入った冷却水１５ｗは、冷却水伝熱管１５ａで、蒸発器Ｅａで蒸発した冷媒蒸気の吸収熱でさらに温度が上昇して出て行く。
【００４９】
このため、吸収器Ａａより吸収器Ａｂのほうが冷却水の温度が低い。したがって、吸収器Ａｂのほうが冷媒蒸気を吸収する力が強くなり、冷媒の蒸発圧力が低くなる。吸収器Ａａと蒸発器Ｅａ、および吸収器Ａｂと蒸発器Ｅｂはそれぞれ連通しており圧力が等しいので、吸収器Ａａと蒸発器Ｅａの缶胴より、吸収器Ａｂと蒸発器Ｅｂの缶胴のほうが、内圧が小さくなる。
【００５０】
室内空調機４から送られてきた冷水４１ｗは、蒸発器Ｅａから蒸発器Ｅｂの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ａの蒸発器Ｅａに入った冷水は冷水伝熱管４１ａで冷媒を蒸発させ、自身は熱を失い温度が低下する。続いて吸収冷凍機１０１ｂの蒸発器Ｅｂに入った冷水４１ｗは冷水伝熱管４１ｂで冷媒を蒸発させ、さらに温度が低下して室内空調機４に戻る。
【００５１】
上述のように、吸収冷凍機１０１ｂの吸収器Ａｂと蒸発器Ｅｂの缶胴は、通常の単効用サイクルの吸収器／蒸発器缶胴に比べて内圧が低いため、蒸発器Ｅｂの冷媒の蒸発温度が低くなる。すなわち蒸発器Ｅｂで冷却される冷水の出口温度が低くできる。
【００５２】
図２のデューリング線図を参照して、本発明の実施の形態の吸収冷凍装置１０１の作用を説明する。各線図の横軸は溶液の温度、縦軸は冷媒の飽和温度を表している。以下の温度は具体的な比較例（ａ）と実施例（ｂ）として、温水の入り／戻り温度が７５／６５℃、冷却水の入り／戻り温度が３０／３５℃の場合のものを示す。例示する具体的な温度は（カッコ）内に示す。
【００５３】
（ａ）は比較例としての単効用サイクルを線図で表したもので、再生器の圧力は冷媒の凝縮温度Ｔｃ（３６℃）によって決められる。また、再生器の濃溶液温度Ｔｇは、熱源の温水の再生器出口温度（６５℃）から熱交換器での温度差（１℃）を差し引いたものになる（６５−１＝６４℃）。一方、吸収器の希溶液温度Ｔａ（３６℃）によって冷媒の蒸発圧力すなわち蒸発温度Ｔｅ（１５．５℃）が決められる。蒸発器でつくられる冷水の温度は、冷媒の蒸発温度に熱交換器での温度差（１℃）を加えたものになる（１５．５＋１＝１６．５℃）。
【００５４】
（ｂ）は図１の吸収冷凍装置１０１（吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂ）のサイクルを線図に表したもので、再生器Ｇａの圧力は凝縮器Ｃａの凝縮温度Ｔｃａ（３３．５℃）によって、また、再生器Ｇｂの圧力は凝縮器Ｃｂの凝縮温度Ｔｃｂ（３６℃）によって、それぞれ決められる。
【００５５】
第１、第２の再生器Ｇａ、Ｇｂの溶液温度Ｔｇａ、Ｔｇｂは、各々の再生器の温水出口温度（６５℃、７０℃）から、熱交換器での温度差（１℃）を差し引いたものになるため、それぞれＴｇａ（６４℃）、Ｔｇｂ（６９℃）となり、（ａ）に示す単効用サイクルに比べて濃溶液と希溶液の濃度幅が大きくなる。このように熱源の温水の高温（高ポテンシャル）部分を有効に利用することができる。
【００５６】
一方、吸収器Ａｂの温度（３３．５℃）は吸収器Ａａの温度（３６℃）より低いため、蒸発器Ｅｂの冷媒蒸発温度Ｔｅｂ（６．５℃）は蒸発器Ｅａの冷媒蒸発温度Ｔｅａ（１０．５℃）より低くなり、蒸発器でつくられる冷水の温度はＴｅｂに熱交換器での温度差（１℃）を加えたものとなる（６．５＋１＝７．５℃）。すなわち、蒸発器でつくられる冷水の温度を、（ａ）の通常の単効用サイクルよりＴｅ−Ｔｅｂに相当する温度だけ低くすることができる（１６．５−７．０＝９．５℃）。
【００５７】
また本実施の形態によれば、冷却水の通水順序を変更することで、冷凍機の特性を変えることができる。例えば、冷却水を吸収器Ａｂ、吸収器Ａａ、凝縮器Ｃａ、凝縮器Ｃｂ、の順に通水すると、吸収器および凝縮器の温度は、Ｔａｂ＜Ｔａａ＜Ｔｃａ＜Ｔｃｂとなり、吸収器Ａｂの温度が低くなるので吸収冷凍機１０１ｂの吸収器Ａｂ／蒸発器Ｅｂ缶胴の圧力が低くなり蒸発器Ｅｂの冷媒蒸発温度Ｔｅｂが低くなるため、冷水出口温度を低くすることができる。
【００５８】
また、冷却水を凝縮器Ｃａ、凝縮器Ｃｂ、吸収器Ａｂ、吸収器Ａａ、の順に通水すると、吸収器および凝縮器の温度は、Ｔｃａ＜Ｔｃｂ＜Ｔａｂ＜Ｔａａとなり、凝縮器Ｃａの温度が低くなるので吸収冷凍機１０１ａの凝縮器Ｃａ／再生器Ｇａ缶胴の圧力が低くなり、再生器Ｇａの濃溶液温度Ｔｇａが低くなるため、熱源温水の再生器出口温度を低くすることができる。
【００５９】
さらに、冷却水を吸収器Ａｂと吸収器Ａａおよび凝縮器Ｃａと凝縮器Ｃｂに並列に通水すると、吸収器および凝縮器の温度は、Ｔｃａ＝Ｔａｂ＜Ｔｃｂ＝Ｔａａとなり、吸収器Ａｂの温度が低く、かつ凝縮器Ｃａの温度が低くなるので、上記２者の特性を併せ持たせることができる。そのため、冷水出口温度が低く、かつ熱源温水の再生器出口温度を低くすることができる。
【００６０】
以上吸収冷凍装置１０１を構成する吸収冷凍機は２基（１０１ａ、１０１ｂ）の場合で説明したが、これに限らず、単効用の吸収冷凍機を３以上の複数（第１、第２、・・・第ｎ）を接続してもよい。そして、各凝縮器に供給する冷却水と各蒸発器に供給する冷水は、第１冷凍機から第ｎ冷凍機に向かって直列に流すとともに、各再生器に供給する温水と各吸収器に供給する冷却水は、第ｎ冷凍機から第１冷凍機に向かって流すようにするとよい。
またその他の機器も１台に限らず、複数であっても良い。
【００６１】
このように構成することにより、燃料電池等の排熱を熱源として冷熱をつくる吸収冷凍装置で、熱源の出入口温度差が大きい場合に対応することができる。即ち、排熱の温度差が大きい場合に、特殊仕様の吸収冷凍機を用いることなく、標準的な単効用冷凍機を複数組み合わせることで、排熱の高温（高ポテンシャル）部分を有効に使って効率良く冷熱を製造できる吸収冷凍装置と吸収冷凍システムを提供することができる。
【００６２】
以上説明した本発明の実施の形態は、以下のような特徴を有する。
吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、以上の実施の形態では単効用の場合で説明したが、多重効用吸収冷凍機であってもよいし、多段吸収サイクルなどであってもよい。
吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂの作動媒体は、リチウムブロマイドと水の組合せ、水とアンモニアの組合せの他、吸収冷凍機に使用できる作動媒体であれば何でもよい。
外部熱源は燃料電池に限らず、例えばガスタービンやガスエンジンなどであってもよい。排熱の形態も、温水に限らず、水蒸気、排ガスなどであってもよい。
冷熱負荷は冷房の室内機に限らず、例えば冷蔵・冷蔵庫やショーケースなどであってもよい。冷熱媒体は冷水に限らず、例えばブラインやフロンなどの冷媒であってもよい。
【００６３】
以上説明した本発明の実施の形態は、以下のような利点を有する。複数の単効用の吸収冷凍機を直列に接続して、各凝縮器に供給する冷却水をカスケード利用することによって、既に説明したように、各々の再生器／凝縮器缶胴内の圧力を変えることができるため、冷却水温が低い凝縮器に対応する再生器の溶液温度が低くなる。熱源温水を、冷却水温が高い凝縮器に対応する吸収冷凍機から、冷却水温が低い凝縮器に対応する吸収冷凍機に向かって流すことによって、熱源温水をより低温まで利用できるため、入口と出口の温度差が大きい熱源温水の持つエネルギーを高温から低温まで有効に利用することが可能になる。
【００６４】
また、同様に、吸収器に供給する冷却水をカスケード利用することによって、各々の吸収器／蒸発器缶胴内の圧力を変えることができるため、冷却水温が低い吸収器に対応する蒸発器の冷媒蒸発温度が低くなる。冷水を、冷却水温が高い吸収器に対応する吸収冷凍機から、冷却水温が低い吸収器に対応する吸収冷凍機に向かって流すことによって、冷水をより低温まで冷却することが可能になる。
【００６５】
さらにこれらを組み合わせ、冷却水の通水順序を変えることによって、冷水温度が低くなる組み合わせや、熱源温水をより低温まで利用できる組み合わせなど、様々な特性の組み合わせを得ることができる。
【００６６】
また、本発明の実施の形態では、特殊仕様の吸収冷凍機を用いることなく、標準的な単効用冷凍機を複数組み合わせることで、大温度差の熱源を有効に利用できるため、既設の設備に対する追加対応や、量産標準機を利用できることなどの利点がある。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１の凝縮器と第２の凝縮器とに供給する第１の冷却媒体を、第１の凝縮器から第２の凝縮器にこの順に流すように構成されるので、第２の凝縮器より第１の凝縮器のほうが冷却水の温度が低いため、第１の凝縮器の冷媒蒸気の凝縮温度が低くなる。すなわち第１の凝縮器の方が第２の凝縮器よりも凝縮圧力が低くなり、第１の再生器と第２の再生器とに供給する加熱媒体を、第２の再生器から第１の再生器にこの順に流すように構成されるので、加熱媒体はまず第２の再生器で温度が低下した後、第１の再生器でさらに温度が低下し、第１の蒸発器と第２の蒸発器とに供給する冷熱媒体を、第１の蒸発器から第２の蒸発器にこの順に流すように構成されるので、第２の蒸発器の内圧は通常の単効用サイクルの蒸発器の内圧に比べて低いため、第２の蒸発器の冷媒の蒸発温度が低くなる。すなわち第２の蒸発器で冷却される冷熱媒体の出口温度が低くできる。以上のような吸収冷凍装置と吸収冷凍システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である吸収冷凍装置及びそれを含む吸収冷凍システムのフロー図である。
【図２】比較例の単効用の吸収冷凍機と、図１に示す実施の形態の吸収冷凍装置のデューリング線図である。
【符号の説明】
３ 燃料電池
４ 空調負荷
１０ａ、１０ｂ 溶液熱交換器
１１ａ、１１ｂ 溶液ポンプ
１２ａ、１２ｂ 冷媒配管
１３ａ、１３ｂ 濃溶液配管
１４ａ、１４ｂ 希溶液配管
１５、１６ 冷却水配管
１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ 冷却水伝熱管
１５ｗ、１６ｗ 冷却水
３１ 温水配管
３１ｗ 温水
３１ａ、３１ｂ 温水伝熱管
４１ 冷水配管
４１ａ、４１ｂ 冷水伝熱管
４１ｗ 冷水
１０１ 吸収冷凍装置
１０１ａ、１０１ｂ 吸収冷凍機
Ｅａ 第１の蒸発器
Ｅｂ 第２の蒸発器
Ａａ 第１の吸収器
Ａｂ 第２の吸収器
Ｇａ 第１の再生器
Ｇｂ 第２の再生器
Ｃａ 第１の凝縮器
Ｃｂ 第２の凝縮器
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍装置及び冷凍装置を備える冷凍システムに関し、特に温度差の大きい排熱を有効に使って、効率良く冷熱を製造できる吸収冷凍装置及びそのような冷凍装置を備える冷凍システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、コージェネレーションシステムで発電に伴って出される排ガスや排温水によって運転する吸収冷凍機があった。ガスエンジンやガスタービンから出される排ガスは、その温度が２００〜３００℃と比較的高温であるため、この排ガスで１５０℃程度の蒸気を発生させたり、あるいは排ガスを直接投入するなどして、２重効用の吸収冷凍機を運転することが一般に知られている。また、ガスエンジン／ガソリンエンジン／ディーゼルエンジン等のジャケット温水や、太陽熱集熱器で得られる温水は、その温度が８０〜９０℃であり、単効用の吸収冷凍機や、ジェネリンク、二重効用吸収冷凍機などの熱源として利用する装置が一般に知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０４−２５１１６６号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平０８−５４１５６号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平１０−４７８０６号公報（段落０００６、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の装置では、出入り口の温度差が大きい排熱を利用することが困難であり、一方エンジンや燃料電池からの排温水は、それ自身がエンジンや燃料電池の冷却水であるため、低い温度まで冷却して戻す必要がある。また排温水の搬送動力を低減するためにも、循環する熱媒（加熱用流体）の出入り口温度差を大きくしたいという要請があるが、従来の装置ではこれに対応しきれていなかった。
【０００７】
そこで本発明は、加熱媒体の出入り口温度差が大きい場合に、その排熱を有効に使って、効率良く冷熱を製造できる吸収冷凍装置及びそのような吸収冷凍装置を備える吸収冷凍システムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による吸収冷凍装置は、例えば図１に示されるように、第１の凝縮器Ｃａと第１の蒸発器Ｅａと第１の再生器Ｇａと第１の吸収器Ａａとを有する第１の吸収冷凍機１０１ａと；第２の凝縮器Ｃｂと第２の蒸発器Ｅｂと第２の再生器Ｇｂと第２の吸収器Ａｂとを有する第２の吸収冷凍機１０１ｂとを備え；第１の凝縮器Ｃａと第２の凝縮器Ｃｂとに供給する第１の冷却媒体１６ｗを、第１の凝縮器Ｃａから第２の凝縮器Ｃｂにこの順に流すように構成され；第１の蒸発器Ｅａと第２の蒸発器Ｅｂとに供給する冷熱媒体４１ｗを、第１の蒸発器Ｅａから第２の蒸発器Ｅｂにこの順に流すように構成され；第１の再生器Ｇａと第２の再生器Ｇｂとに供給する加熱媒体３１ｗを、第２の再生器Ｇｂから第１の再生器Ｇａにこの順に流すように構成される。
【０００９】
典型的には、前記第１の吸収器Ａａと第２の吸収器Ａｂとに供給する第２の冷却媒体１５ｗを、第２の吸収器Ａｂから第１の吸収器Ａａにこの順に流すように構成される。
【００１０】
第１と第２の吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、典型的には単効用吸収冷凍機である。吸収冷凍機は第１と第２の２つに限らず第３〜第ｎの冷凍機を備えてもよい。そのとき、第１の冷却媒体と冷熱媒体を流す順番は第１から第ｎであり、加熱媒体と第２の冷却媒体の流す順番は第ｎから第１である。
【００１１】
このように構成すると、第１の凝縮器と第２の凝縮器とに供給する第１の冷却媒体を、第１の凝縮器から第２の凝縮器にこの順に流すように構成されるので、第２の凝縮器より第１の凝縮器のほうが冷却水の温度が低いため、第１の凝縮器の冷媒蒸気の凝縮温度が低くなる。すなわち第１の凝縮器の方が第２の凝縮器よりも凝縮圧力が低くなる。
【００１２】
また、第１の再生器と第２の再生器とに供給する加熱媒体を、第２の再生器から第１の再生器にこの順に流すように構成されるので、加熱媒体はまず第２の再生器で温度が低下した後、第１の再生器でさらに温度が低下する。
【００１３】
また、第１の蒸発器と第２の蒸発器とに供給する冷熱媒体を、第１の蒸発器から第２の蒸発器にこの順に流すように構成されるので、第２の蒸発器の内圧は通常の単効用サイクルの蒸発器の内圧に比べて低いため、第２の蒸発器の冷媒の蒸発温度が低くなる。すなわち第２の蒸発器で冷却される冷熱媒体の出口温度が低くできる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による吸収冷凍システムは、例えば図１に示されるように、請求項１に記載の吸収冷凍装置１０１と；加熱媒体３１ｗを供給する加熱源３とを備える。
【００１５】
このように構成すると、請求項１に記載の吸収冷凍装置を備えるので、加熱源の供給する加熱媒体の出入り口温度差が大きくても、その温度差を有効に使って、効率良く冷熱を製造することができる。
【００１６】
また請求項３に記載のように、請求項２に記載の吸収冷凍システムでは、前記加熱源３は、燃料電池としてもよい。
【００１７】
このように構成すると、出入り口温度差の比較的大きい燃料電池の排熱を有効に使うことができる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１のフロー図を参照して、本発明の実施の形態である吸収冷凍装置とそれを備える吸収冷凍システムを説明する。第１の吸収冷凍機としての吸収冷凍機１０１ａと第２の吸収冷凍機としての吸収冷凍機１０１ｂを含んで吸収冷凍装置１０１が構成され、さらに加熱源、具体的には燃料電池３を含んで、本発明の実施の形態である吸収冷凍システムが構成される。吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂの作動媒体としては、吸収剤と冷媒の組合せが用いられる。本実施の形態では、各種吸収冷凍機で現在最も広く用いられている、臭化リチウムを吸収剤として使用し、本発明の冷媒として水を使用する。しかしながらこれに限らず、例えば水を吸収剤として、アンモニアを冷媒として使用してもよい。
【００１９】
本実施の形態で使用する吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、単効用吸収冷凍機である。吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、冷媒としての水を蒸発させて、冷熱媒体としての被冷却用流体である冷水４１ｗを冷却する第１の蒸発器Ｅａ、第２の蒸発器Ｅｂをそれぞれ備える。蒸発器Ｅａ、Ｅｂは伝熱部を有するが、本実施の形態では、伝熱部として冷水伝熱管４１ａ、４１ｂをそれぞれ採用している。蒸発器Ｅａ、Ｅｂでは、冷水伝熱管４１ａ、４１ｂの内部を流れる冷水４１ｗを冷却する。蒸発器Ｅａ、Ｅｂには、冷水４１ｗを供給する冷水配管４１が接続されている。
【００２０】
冷水配管４１は、冷水４１ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。冷水配管４１は、空調負荷としての室内空調機４から蒸発器Ｅａの冷水入口に先ず接続され、蒸発器Ｅａの冷水出口と蒸発器Ｅｂの冷水入口とを接続し、蒸発器Ｅｂの冷水出口と室内空調機４とを接続している。
【００２１】
さらに吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、蒸発器Ｅａ、Ｅｂで蒸発した冷媒をそれぞれ吸収する第１の吸収器Ａａ、第２の吸収器Ａｂと、吸収器Ａａ、Ａｂから送られる吸収液（吸収剤と冷媒の混合物、以下適宜「溶液」とも呼ぶ）を加熱して冷媒ガスを発生させる第１の再生器Ｇａ、第２の再生器Ｇｂをそれぞれ備える。さらに吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、再生器Ｇａ、Ｇｂで発生した冷媒ガスを凝縮して、凝縮した冷媒液を蒸発器Ｅａ、Ｅｂに送る第１の凝縮器Ｃａ、第２の凝縮器Ｃｂをそれぞれ備える。
【００２２】
蒸発器Ｅａと吸収器Ａａ、蒸発器Ｅｂと吸収器Ａｂは、それぞれ一つの缶胴に収納され、再生器Ｇａと凝縮器Ｃａ、再生器Ｇｂと凝縮器Ｃｂは、それぞれ前記缶胴とは別の一つの缶胴にそれぞれ収納されている。蒸発器と吸収器の缶胴と、再生器と凝縮器の缶胴とは別体に構成されるか、仕切壁により隔離されている。それぞれの缶胴内の圧力は互いに異なる。
【００２３】
吸収器Ａａ、Ａｂは伝熱部としてそれぞれ冷却水伝熱管１５ａ、１５ｂを有し、この内部を流れる第２の冷却媒体としての冷却流体、具体的には冷却水１５ｗで、冷却水伝熱管１５ａ、１５ｂの外部に散布される溶液を冷却する。
【００２４】
再生器Ｇａ、Ｇｂは伝熱部としてそれぞれ温水伝熱管３１ａ、３１ｂを有し、この内部を流れる加熱媒体（外部熱源媒体）としての加熱用流体、具体的には温水で、それぞれ温水伝熱管３１ａ、３１ｂの外部に溜まっている、または散布されている溶液を加熱する。
【００２５】
凝縮器Ｃａ、Ｃｂは伝熱部としてそれぞれ冷却水伝熱管１６ａ、１６ｂを有し、この内部を流れる第１の冷却媒体としての冷却流体、具体的には冷却水１６ｗで、冷却水伝熱管１６ａ、１６ｂの外部に存在する冷媒ガスから熱を奪い凝縮させる。
【００２６】
以下、冷水伝熱管４１ａ、４１ｂ、冷却水伝熱管１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、温水伝熱管３１ａ、３１ｂは、紛らわしくない限り、適宜単に伝熱管４１ａ、４１ｂ、伝熱管１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、伝熱管３１ａ、３１ｂという。
【００２７】
吸収器Ａａ、Ａｂには、冷却水１５ｗを供給する冷却水配管１５が接続されている。冷却水配管１５は、冷却水１５ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。冷却塔等の冷却水供給源（不図示）から吸収器Ａｂの冷却水入口に先ず接続され、吸収器Ａｂの冷却水出口と吸収器Ａａの冷却水入口とを接続し、吸収器Ａａの冷却水出口と冷却水源とを接続している。但し、冷却水の流れ方向は、逆に吸収器Ａａから吸収器Ａｂとしてもよいし、吸収器Ａａと吸収器Ａｂを並列にしてもよい。
【００２８】
再生器Ｇａ、Ｇｂには、温水３１ｗを供給する温水配管３１が接続されており、 凝縮機Ｃａ、Ｃｂには、冷却水１６ｗを供給する冷却水配管１６が、それぞれ接続されている。
【００２９】
温水配管３１は、温水３１ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。温水配管３１は、燃料電池３から再生器Ｇｂの温水入口に先ず接続され、再生器Ｇｂの温水出口と再生器Ｇａの温水入口とを接続し、再生器Ｇａの温水出口と燃料電池３とを接続している。
【００３０】
また冷却水配管１６は、冷却水１５ｗの流れの上流から下流に向かって次のような接続関係にある。冷却水配管１５は、冷却塔等の冷却水供給源（不図示）から凝縮器Ｃａの冷却水入口に先ず接続され、凝縮器Ｃａの冷却水出口と凝縮器Ｃｂの冷却水入口とを接続し、凝縮器Ｇｂの冷却水出口と冷却水供給源とを接続している。
【００３１】
また、第１の再生器Ｇａと第１の吸収器Ａａとは、第１の再生器Ｇａで再生された吸収液である高濃度の吸収液（濃溶液）を吸収器Ａａに戻す濃溶液配管１３ａで接続され、第１の吸収器Ａａと第１の再生器Ｇａとは、吸収器Ａａで冷媒を吸収して希溶液となった溶液を第１の再生器Ｇａに送る希溶液配管１４ａで接続されている。濃溶液配管１３ａと希溶液配管１４ａには、溶液熱交換器１０ａが挿入配置されており、再生器Ｇａから吸収器Ａａに戻される濃溶液と吸収器Ａａから再生器Ｇａに送られる希溶液との間で熱交換を行うように構成されている。
【００３２】
また再生器Ｇａは吸収器Ａａよりも高所に配置されており、また再生器Ｇａの作動圧力は吸収器Ａａのそれよりも高い。したがって、希溶液配管１４には溶液ポンプ１１ａが挿入配置されており、希溶液配管１４ａを通して吸収器Ａａから再生器Ｇａに溶液を送ることを可能としている。濃溶液配管１３ａを通して行われる、再生器Ｇａから吸収器Ａａへの濃溶液の移送は重力と作動圧力差とにより行われる。
【００３３】
吸収冷凍機１０１ａは、さらに凝縮器Ｃａで凝縮した冷媒液を蒸発器Ｅａに戻す冷媒配管１２ａを備える。
【００３４】
第２の吸収冷凍機１０１ｂについても同様に、濃溶液配管１３ｂ、希溶液配管１４ｂ、溶液熱交換器１０ｂ、溶液ポンプ１１ｂ、冷媒配管１２ｂを備える。これら各要素の関係は、第１の吸収冷凍機１０１ａの場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００３５】
吸収冷凍装置１０１の外部には、冷水負荷としての室内空調機４があり、室内空調機４と蒸発器Ｅａ、Ｅｂとは、前述のように冷水配管４１で接続されている。このような構成により、冷水配管４１を流れる冷水４１ｗは、室内空調機４と吸収圧縮冷凍装置１０１との間を循環するように構成されている。
【００３６】
吸収冷凍装置１０１の外部には、前述のように外部熱源装置としての燃料電池３があり、燃料電池３と第２の再生器Ｇｂ、第１の再生器Ｇａとは、温水配管３１で接続されている。第２の再生器Ｇｂの伝熱管３１ｂと第１の再生器Ｇ１の伝熱管３１ａとは、温水配管３１により、温水の流れの上流側からこの順番で直列に連結されている。したがって、温水配管３１を流れる温水３１ｗは、燃料電池３、第２の再生器Ｇｂの温水伝熱管３１ｂ、第１の再生器Ｇａの温水伝熱管３１ａの順番で流れ、燃料電池３に戻る。このようにして、温水３１ｗは燃料電池３と吸収冷凍機１０１ａの間を循環するように構成されている。
【００３７】
引き続き図１を参照して、実施の形態中の吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂのサイクルを説明する。両吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、以上説明した構成から分かる通り、単効用の吸収冷凍機である。
【００３８】
蒸発器Ｅａで冷水伝熱管４１ａを流れる冷水４１ｗから熱を奪い蒸発した冷媒蒸気は、吸収器Ａａにて冷却水伝熱管１５ａを流れる冷却水１５ｗで冷却されている溶液に吸収される。
【００３９】
冷媒を吸収して吸収剤の濃度が低下した希溶液は、溶液ポンプ１１ａによって溶液熱交換器１０ａに送られ、そこで再生器Ｇａから戻る高温の濃溶液と熱交換し、昇温して再生器Ｇａに入る。
【００４０】
再生器Ｇａでは温水伝熱管３１ａを流れる温水３１ｗによって溶液が加熱され、冷媒蒸気を放出して濃縮されて濃溶液となる。この濃溶液は溶液熱交換器１０ａにて熱回収され温度が低下して吸収器Ａａに戻る。
【００４１】
一方、発生器Ｇａで発生した冷媒蒸気は、凝縮器Ｃａで冷却水伝熱管１６ａを流れる冷却水１６ｗに冷却され凝縮する。凝縮した冷媒液は蒸発器Ｅａに戻り、サイクルを一巡する。
【００４２】
吸収冷凍機１０１ｂのサイクルも、以上の吸収冷凍機１０１ａと同様である。
【００４３】
凝縮器の冷却水１６ｗは、凝縮器Ｃａから凝縮器Ｃｂの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ａの凝縮器Ｃａに入った冷却水は、冷却水伝熱管１６ａで、再生器Ｇａで発生した冷媒蒸気から凝縮熱を奪って温度が上昇する。続いて吸収冷凍機１０１ｂの凝縮器Ｃｂに入った冷却水は、冷却水伝熱管１６ｂで、再生器Ｇｂで発生した冷媒蒸気から凝縮熱を奪ってさらに温度が上昇して出て行く。
【００４４】
このため、凝縮器Ｃｂより凝縮器Ｃａのほうが冷却水の温度が低いため、凝縮器Ｃａの冷媒蒸気の凝縮温度が低くなる。すなわち凝縮器Ｃａの方が凝縮器Ｃｂよりも凝縮圧力が低くなる。
【００４５】
再生器Ｇａと凝縮器Ｃａ、および再生器Ｇｂと凝縮器Ｃｂはそれぞれ連通しており圧力が等しいので、再生器Ｇｂと凝縮器Ｃｂの缶胴より、再生器Ｇａと凝縮器Ｃａの缶胴のほうが、内圧が低くなる。
【００４６】
燃料電池などの排温水源３から送られてきた温水３１ｗは、再生器Ｇｂから再生器Ｇａの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ｂの再生器Ｇｂに入った温水３１ｗは温水伝熱管３１ｂで溶液を加熱し、自身は熱を失い温度が低下する。続いて吸収冷凍機１０１ａの再生器Ｇａに入った温水３１ｗは温水伝熱管３１ａで溶液を加熱し、さらに温度が低下して排温水源３に戻る。
【００４７】
以上説明したところから、吸収冷凍機１０１ａの再生器Ｇａと凝縮器Ｃａを収納した缶胴は、通常の単効用サイクルの再生器／凝縮器の缶胴に比べて内圧が低いため、再生器Ｇａの溶液の沸点が低くなる。すなわち再生器を加熱する熱源の温度が低くても良いため、温水の再生器出口温度を低くできる。
【００４８】
吸収器の冷却水１５ｗは、吸収器Ａｂから吸収器Ａａの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ｂの吸収器Ａｂに入った冷却水１５ｗは、冷却水伝熱管１５ｂで吸収液の冷却に使用される。即ち、蒸発器Ｅｂで蒸発した冷媒蒸気の吸収熱で温度が上昇する。続いて吸収冷凍機１０１ａの吸収器Ａａに入った冷却水１５ｗは、冷却水伝熱管１５ａで、蒸発器Ｅａで蒸発した冷媒蒸気の吸収熱でさらに温度が上昇して出て行く。
【００４９】
このため、吸収器Ａａより吸収器Ａｂのほうが冷却水の温度が低い。したがって、吸収器Ａｂのほうが冷媒蒸気を吸収する力が強くなり、冷媒の蒸発圧力が低くなる。吸収器Ａａと蒸発器Ｅａ、および吸収器Ａｂと蒸発器Ｅｂはそれぞれ連通しており圧力が等しいので、吸収器Ａａと蒸発器Ｅａの缶胴より、吸収器Ａｂと蒸発器Ｅｂの缶胴のほうが、内圧が小さくなる。
【００５０】
室内空調機４から送られてきた冷水４１ｗは、蒸発器Ｅａから蒸発器Ｅｂの順に通水する。まず吸収冷凍機１０１ａの蒸発器Ｅａに入った冷水は冷水伝熱管４１ａで冷媒を蒸発させ、自身は熱を失い温度が低下する。続いて吸収冷凍機１０１ｂの蒸発器Ｅｂに入った冷水４１ｗは冷水伝熱管４１ｂで冷媒を蒸発させ、さらに温度が低下して室内空調機４に戻る。
【００５１】
上述のように、吸収冷凍機１０１ｂの吸収器Ａｂと蒸発器Ｅｂの缶胴は、通常の単効用サイクルの吸収器／蒸発器缶胴に比べて内圧が低いため、蒸発器Ｅｂの冷媒の蒸発温度が低くなる。すなわち蒸発器Ｅｂで冷却される冷水の出口温度が低くできる。
【００５２】
図２のデューリング線図を参照して、本発明の実施の形態の吸収冷凍装置１０１の作用を説明する。各線図の横軸は溶液の温度、縦軸は冷媒の飽和温度を表している。以下の温度は具体的な比較例（ａ）と実施例（ｂ）として、温水の入り／戻り温度が７５／６５℃、冷却水の入り／戻り温度が３０／３５℃の場合のものを示す。例示する具体的な温度は（カッコ）内に示す。
【００５３】
（ａ）は比較例としての単効用サイクルを線図で表したもので、再生器の圧力は冷媒の凝縮温度Ｔｃ（３６℃）によって決められる。また、再生器の濃溶液温度Ｔｇは、熱源の温水の再生器出口温度（６５℃）から熱交換器での温度差（１℃）を差し引いたものになる（６５−１＝６４℃）。一方、吸収器の希溶液温度Ｔａ（３６℃）によって冷媒の蒸発圧力すなわち蒸発温度Ｔｅ（１５．５℃）が決められる。蒸発器でつくられる冷水の温度は、冷媒の蒸発温度に熱交換器での温度差（１℃）を加えたものになる（１５．５＋１＝１６．５℃）。
【００５４】
（ｂ）は図１の吸収冷凍装置１０１（吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂ）のサイクルを線図に表したもので、再生器Ｇａの圧力は凝縮器Ｃａの凝縮温度Ｔｃａ（３３．５℃）によって、また、再生器Ｇｂの圧力は凝縮器Ｃｂの凝縮温度Ｔｃｂ（３６℃）によって、それぞれ決められる。
【００５５】
第１、第２の再生器Ｇａ、Ｇｂの溶液温度Ｔｇａ、Ｔｇｂは、各々の再生器の温水出口温度（６５℃、７０℃）から、熱交換器での温度差（１℃）を差し引いたものになるため、それぞれＴｇａ（６４℃）、Ｔｇｂ（６９℃）となり、（ａ）に示す単効用サイクルに比べて濃溶液と希溶液の濃度幅が大きくなる。このように熱源の温水の高温（高ポテンシャル）部分を有効に利用することができる。
【００５６】
一方、吸収器Ａｂの温度（３３．５℃）は吸収器Ａａの温度（３６℃）より低いため、蒸発器Ｅｂの冷媒蒸発温度Ｔｅｂ（６．５℃）は蒸発器Ｅａの冷媒蒸発温度Ｔｅａ（１０．５℃）より低くなり、蒸発器でつくられる冷水の温度はＴｅｂに熱交換器での温度差（１℃）を加えたものとなる（６．５＋１＝７．５℃）。すなわち、蒸発器でつくられる冷水の温度を、（ａ）の通常の単効用サイクルよりＴｅ−Ｔｅｂに相当する温度だけ低くすることができる（１６．５−７．０＝９．５℃）。
【００５７】
また本実施の形態によれば、冷却水の通水順序を変更することで、冷凍機の特性を変えることができる。例えば、冷却水を吸収器Ａｂ、吸収器Ａａ、凝縮器Ｃａ、凝縮器Ｃｂ、の順に通水すると、吸収器および凝縮器の温度は、Ｔａｂ＜Ｔａａ＜Ｔｃａ＜Ｔｃｂとなり、吸収器Ａｂの温度が低くなるので吸収冷凍機１０１ｂの吸収器Ａｂ／蒸発器Ｅｂ缶胴の圧力が低くなり蒸発器Ｅｂの冷媒蒸発温度Ｔｅｂが低くなるため、冷水出口温度を低くすることができる。
【００５８】
また、冷却水を凝縮器Ｃａ、凝縮器Ｃｂ、吸収器Ａｂ、吸収器Ａａ、の順に通水すると、吸収器および凝縮器の温度は、Ｔｃａ＜Ｔｃｂ＜Ｔａｂ＜Ｔａａとなり、凝縮器Ｃａの温度が低くなるので吸収冷凍機１０１ａの凝縮器Ｃａ／再生器Ｇａ缶胴の圧力が低くなり、再生器Ｇａの濃溶液温度Ｔｇａが低くなるため、熱源温水の再生器出口温度を低くすることができる。
【００５９】
さらに、冷却水を吸収器Ａｂと吸収器Ａａおよび凝縮器Ｃａと凝縮器Ｃｂに並列に通水すると、吸収器および凝縮器の温度は、Ｔｃａ＝Ｔａｂ＜Ｔｃｂ＝Ｔａａとなり、吸収器Ａｂの温度が低く、かつ凝縮器Ｃａの温度が低くなるので、上記２者の特性を併せ持たせることができる。そのため、冷水出口温度が低く、かつ熱源温水の再生器出口温度を低くすることができる。
【００６０】
以上吸収冷凍装置１０１を構成する吸収冷凍機は２基（１０１ａ、１０１ｂ）の場合で説明したが、これに限らず、単効用の吸収冷凍機を３以上の複数（第１、第２、・・・第ｎ）を接続してもよい。そして、各凝縮器に供給する冷却水と各蒸発器に供給する冷水は、第１冷凍機から第ｎ冷凍機に向かって直列に流すとともに、各再生器に供給する温水と各吸収器に供給する冷却水は、第ｎ冷凍機から第１冷凍機に向かって流すようにするとよい。
またその他の機器も１台に限らず、複数であっても良い。
【００６１】
このように構成することにより、燃料電池等の排熱を熱源として冷熱をつくる吸収冷凍装置で、熱源の出入口温度差が大きい場合に対応することができる。即ち、排熱の温度差が大きい場合に、特殊仕様の吸収冷凍機を用いることなく、標準的な単効用冷凍機を複数組み合わせることで、排熱の高温（高ポテンシャル）部分を有効に使って効率良く冷熱を製造できる吸収冷凍装置と吸収冷凍システムを提供することができる。
【００６２】
以上説明した本発明の実施の形態は、以下のような特徴を有する。
吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂは、以上の実施の形態では単効用の場合で説明したが、多重効用吸収冷凍機であってもよいし、多段吸収サイクルなどであってもよい。
吸収冷凍機１０１ａ、１０１ｂの作動媒体は、リチウムブロマイドと水の組合せ、水とアンモニアの組合せの他、吸収冷凍機に使用できる作動媒体であれば何でもよい。
外部熱源は燃料電池に限らず、例えばガスタービンやガスエンジンなどであってもよい。排熱の形態も、温水に限らず、水蒸気、排ガスなどであってもよい。
冷熱負荷は冷房の室内機に限らず、例えば冷蔵・冷蔵庫やショーケースなどであってもよい。冷熱媒体は冷水に限らず、例えばブラインやフロンなどの冷媒であってもよい。
【００６３】
以上説明した本発明の実施の形態は、以下のような利点を有する。複数の単効用の吸収冷凍機を直列に接続して、各凝縮器に供給する冷却水をカスケード利用することによって、既に説明したように、各々の再生器／凝縮器缶胴内の圧力を変えることができるため、冷却水温が低い凝縮器に対応する再生器の溶液温度が低くなる。熱源温水を、冷却水温が高い凝縮器に対応する吸収冷凍機から、冷却水温が低い凝縮器に対応する吸収冷凍機に向かって流すことによって、熱源温水をより低温まで利用できるため、入口と出口の温度差が大きい熱源温水の持つエネルギーを高温から低温まで有効に利用することが可能になる。
【００６４】
また、同様に、吸収器に供給する冷却水をカスケード利用することによって、各々の吸収器／蒸発器缶胴内の圧力を変えることができるため、冷却水温が低い吸収器に対応する蒸発器の冷媒蒸発温度が低くなる。冷水を、冷却水温が高い吸収器に対応する吸収冷凍機から、冷却水温が低い吸収器に対応する吸収冷凍機に向かって流すことによって、冷水をより低温まで冷却することが可能になる。
【００６５】
さらにこれらを組み合わせ、冷却水の通水順序を変えることによって、冷水温度が低くなる組み合わせや、熱源温水をより低温まで利用できる組み合わせなど、様々な特性の組み合わせを得ることができる。
【００６６】
また、本発明の実施の形態では、特殊仕様の吸収冷凍機を用いることなく、標準的な単効用冷凍機を複数組み合わせることで、大温度差の熱源を有効に利用できるため、既設の設備に対する追加対応や、量産標準機を利用できることなどの利点がある。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１の凝縮器と第２の凝縮器とに供給する第１の冷却媒体を、第１の凝縮器から第２の凝縮器にこの順に流すように構成されるので、第２の凝縮器より第１の凝縮器のほうが冷却水の温度が低いため、第１の凝縮器の冷媒蒸気の凝縮温度が低くなる。すなわち第１の凝縮器の方が第２の凝縮器よりも凝縮圧力が低くなり、第１の再生器と第２の再生器とに供給する加熱媒体を、第２の再生器から第１の再生器にこの順に流すように構成されるので、加熱媒体はまず第２の再生器で温度が低下した後、第１の再生器でさらに温度が低下し、第１の蒸発器と第２の蒸発器とに供給する冷熱媒体を、第１の蒸発器から第２の蒸発器にこの順に流すように構成されるので、第２の蒸発器の内圧は通常の単効用サイクルの蒸発器の内圧に比べて低いため、第２の蒸発器の冷媒の蒸発温度が低くなる。すなわち第２の蒸発器で冷却される冷熱媒体の出口温度が低くできる。以上のような吸収冷凍装置と吸収冷凍システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である吸収冷凍装置及びそれを含む吸収冷凍システムのフロー図である。
【図２】比較例の単効用の吸収冷凍機と、図１に示す実施の形態の吸収冷凍装置のデューリング線図である。
【符号の説明】
３ 燃料電池
４ 空調負荷
１０ａ、１０ｂ 溶液熱交換器
１１ａ、１１ｂ 溶液ポンプ
１２ａ、１２ｂ 冷媒配管
１３ａ、１３ｂ 濃溶液配管
１４ａ、１４ｂ 希溶液配管
１５、１６ 冷却水配管
１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ 冷却水伝熱管
１５ｗ、１６ｗ 冷却水
３１ 温水配管
３１ｗ 温水
３１ａ、３１ｂ 温水伝熱管
４１ 冷水配管
４１ａ、４１ｂ 冷水伝熱管
４１ｗ 冷水
１０１ 吸収冷凍装置
１０１ａ、１０１ｂ 吸収冷凍機
Ｅａ 第１の蒸発器
Ｅｂ 第２の蒸発器
Ａａ 第１の吸収器
Ａｂ 第２の吸収器
Ｇａ 第１の再生器
Ｇｂ 第２の再生器
Ｃａ 第１の凝縮器
Ｃｂ 第２の凝縮器
Claims (3)
- 第１の凝縮器と第１の蒸発器と第１の再生器と第１の吸収器とを有する第１の吸収冷凍機と；
第２の凝縮器と第２の蒸発器と第２の再生器と第２の吸収器とを有する第２の吸収冷凍機とを備え；
前記第１の凝縮器と第２の凝縮器とに供給する第１の冷却媒体を、前記第１の凝縮器から前記第２の凝縮器にこの順に流すように構成され；
前記第１の蒸発器と第２の蒸発器とに供給する冷熱媒体を、前記第１の蒸発器から前記第２の蒸発器にこの順に流すように構成され；
前記第１の再生器と第２の再生器とに供給する加熱媒体を、前記第２の再生器から前記第１の再生器にこの順に流すように構成された；
吸収冷凍装置。 - 請求項１に記載の吸収冷凍装置と；
前記加熱媒体を供給する加熱源とを備える；
吸収冷凍システム。 - 前記加熱源は、燃料電池である、請求項２に記載の吸収冷凍システム。
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|---|---|---|---|
| JP2002370666A JP2004198087A (ja) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | 吸収冷凍装置及び吸収冷凍システム |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| JP2004198087A true JP2004198087A (ja) | 2004-07-15 |
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009168358A (ja) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Hitachi Appliances Inc | 冷水発生システム及び吸収式冷凍機 |
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| CN109974329A (zh) * | 2017-12-25 | 2019-07-05 | 荏原冷热系统株式会社 | 吸收式热交换系统 |
| JP2019113260A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 荏原冷熱システム株式会社 | 吸収式熱交換システム |
-
2002
- 2002-12-20 JP JP2002370666A patent/JP2004198087A/ja not_active Withdrawn
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