JP2018013277A - 吸収式システム - Google Patents

Abstract

【課題】より低い温度で駆動可能な吸収式システムを提供する。【解決手段】吸収式システム１は、蒸発器１０と、吸収器２０と、再生器３０と、凝縮器４０と、冷媒移送器５０とを備え、冷媒移送器５０は、第１室５１と、第２室５２と、これらを仕切る半透膜５３とを有し、吸収器２０と第１室５１とは、気化した冷媒を吸収器２０において第１吸収液に吸収し、冷媒を吸収した第１吸収液を第１室５１に導入して、半透膜５３を介して冷媒を第２室５２へ移送させると共に、冷媒の移送により濃化した第１吸収液を吸収器２０に導入させる第１循環構造Ｒ１をなし、再生器３０と第２室５２とは、再生器３０において第２吸収液から冷媒を沸騰分離し、冷媒が沸騰分離した第２吸収液を第２室５２に導入して、半透膜５３を介して第１室５１からの冷媒を第２吸収液で吸収すると共に、冷媒の吸収により希薄化した第２吸収液を再生器３０に導入させる第２循環構造をなす。【選択図】図１

Description

本発明は、吸収式システムに関する。

従来、吸収式システムとして吸収式冷凍機や吸収式ヒートポンプが知られている。このうち吸収式冷凍機は、吸収器と凝縮器とにおいて放熱過程があり、蒸発器において集熱過程がある。また、吸収式冷凍機は、再生器において外部からの駆動熱を必要とし、蒸発器において得られる冷水を冷房に利用することができる。ここで、蒸発器の伝熱管には摂氏７℃程度の冷水を滴下等することが必要であり、空調用途で普及している水冷媒と臭化リチウム吸収液とを使用している場合には、蒸発器と吸収器との圧力は１ｋＰａ程度とされる。一方、吸収器と凝縮器とからの放熱は直接空冷するにせよ冷却水を経るにせよ大気に対してされるため、大気温度よりも高い温度で放熱する必要があり、一般的に摂氏３８℃以上に設定される（特許文献１，２参照）。

特開平５−９９５３１号公報 特開平８−２６１５８９号公報

図７は、従来の吸収式冷凍機の一例に係るデューリング線図である。なお、図７においては単効用におけるデューリング線図の一例を示している。図７に示すように、吸収過程後の希薄化した吸収液を５４％程度以上（図７では５４％）の濃度に設定し、凝縮器及び再生器の圧力を６．５ｋＰａ程度以上（図７では６．５ｋＰａ）に設定したとする。この場合、再生器温度は、図７に示すように、摂氏８８℃程度の熱源がないとサイクル設計が成立しなくなる。

ここで、単効用の吸収式冷凍機の熱源には、レシプロエンジンの発電機の排熱や太陽熱が考えられるが、レシプロエンジンにおいてはエンジン冷却の観点から摂氏８０℃程度以下の温水の利用が望まれ、太陽熱においても６０℃前後より低温の温水しか供給できないことがある。このため、単効用の吸収式冷凍機の熱源にはレシプロエンジンの発電機の排熱や太陽熱の利用が困難となってしまう。

さらに、図示を省略するが、二重効用においては図７に示す再生温度よりも再生温度が更に高くなってしまい、少なくとも１２０℃の熱源が必要となってしまう。このため、上記排熱や太陽熱の熱源としての利用が一層困難となってしまう。

加えて、中東やアフリカなどの大気温度が摂氏４５℃程度になり得る地域では図７に示した放熱温度が３８℃から５５℃程度以上に引き上げられることとなり、これに合わせて熱源温度も高まってしまう。よって、この場合においても、上記排熱や太陽熱の熱源としての利用が一層困難となってしまう。

このように、従来では上記熱源の利用が困難であることから、より低い温度で駆動可能な吸収式冷凍機の開発が望まれる。なお、上記の問題は吸収式冷凍機に限らず、他の吸収式システムである吸収式ヒートポンプや吸収式ヒートトランスフォーマーにおいても共通する問題である。

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、より低い温度で駆動可能な吸収式システムを提供することにある。

本発明の吸収式システムは、蒸発器と、吸収器と、再生器と、凝縮器とを備えると共に、冷媒移送器を備えている。冷媒移送器は、第１吸収液が流れる第１室と、第１吸収液と異なる第２吸収液が流れる第２室と、第１室と第２室との間を仕切る半透膜とを有している。第１吸収液は、吸収器において気化した冷媒を吸収して第１室に至り、第１室において半透膜を介して冷媒が第２室の第２吸収液に吸収されることで濃化して再度吸収器に至る。第２吸収液は、再生器において冷媒が沸騰分離して第２室に至り、第２室において半透膜を介して第１室の第１吸収液から冷媒を吸収することで希薄化して再度再生器に至る。

本発明によれば、第１吸収液は吸収器から第１室を経て再度吸収器に至り、第２吸収液は再生器から第２室を経て再度再生器に至る。この過程において第１室における第１吸収液内の冷媒が半透膜を介して第２室に至り、第２室の第２吸収液に吸収される。このような構成を採用することで、第１吸収液から冷媒を沸騰分離させる必要が無くなり、第２吸収液から冷媒を沸騰分離させればよいこととなる。このため、第２吸収液の飽和蒸気圧等を適正化することで、第１吸収液に対して再生処理する際の温度よりも低い温度で再生処理が可能となり、より低い温度で駆動可能な吸収式システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る吸収式システムを示す構成図である。 本実施形態に係る吸収式システムのデューリング線図である。 第２実施形態に係る吸収式システムのデューリング線図である。 第３実施形態に係る吸収式システムを示す構成図である。 第３実施形態に係る吸収式システムのデューリング線図である。 第４実施形態に係る吸収式システムを示す構成図である。 従来の吸収式冷凍機の一例に係るデューリング線図である。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る吸収式システムを示す構成図である。図１に示すように、吸収式システム１は、液体冷媒を気化させて冷却効果を得る蒸発器１０と、気化した冷媒を吸収液で吸収して吸収熱を放出する吸収器２０と、外部からの熱エネルギーによって冷媒を吸収した吸収液から冷媒を沸騰分離させる再生器３０と、沸騰気化した冷媒を放熱凝縮させる凝縮器４０とを備えた吸収式冷凍機である。さらに、本実施形態において吸収式システム１は、冷媒移送器５０を備えると共に、第１吸収液と、第１吸収液とは異なる第２吸収液とを用い、第１吸収液を循環させる第１循環構造Ｒ１と、第２吸収液を循環させる第２循環構造Ｒ２とを構築している。以下、各部ついては詳細に説明する。

冷媒移送器５０は、第１室５１と、第２室５２と、これら室５１，５２を隔てる半透膜５３とによって構成されている。第１室５１は、第１吸収液が流れる室であり、第２室５２は、第２吸収液が流れる室である。ここで、本実施形態において第２吸収液は、第１吸収液よりも飽和蒸気圧が高い液体であり、第１吸収液よりも高い浸透圧を有する液体である。好ましくは、第１吸収液が主成分に一価の無機塩又は有機塩を含み、第２吸収液が主成分に多価の無機塩又は有機塩を含むものとなっている。特に第１吸収液には、溶解度が高く、飽和蒸気圧が低いことが求められ、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、及び塩化リチウムの少なくとも１つを主成分に含むことが好ましく、またイオン液体であってもよい。第２吸収液は、溶解度が高く、飽和蒸気圧及び浸透圧が第１の吸収液より適度に高いことが求められ、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化亜鉛、の少なくとも１つを主成分に含むことが好ましい。なお、以下の実施形態においては、第１吸収液が臭化リチウムを主成分とする溶液であり、第２吸収液が塩化カルシウムを主成分とする溶液であるものとして説明する。さらに、以下の実施形態においては冷媒の例として水を挙げて説明するものとする。このため、液体冷媒とは液体状態の水であり、気化した冷媒や蒸発した冷媒とは水蒸気を意味する。

第１循環構造Ｒ１は、吸収器２０と、冷媒移送器５０の第１室５１とによって構成されている。吸収器２０は、蒸発器１０において気化した冷媒を第１吸収液により吸収する。第１室５１は、吸収器２０において冷媒を吸収して希薄化した第１吸収液を導入する。導入される第１吸収液の濃度は５６％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）となっている。第１室５１においては、第１吸収液に吸収された冷媒が半透膜５３を通じて第２室５２の第２吸収液に吸収される。これにより、第１吸収液は濃化して、第１室５１から排出される。排出される第１吸収液の濃度は６０％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）となる。吸収器２０は、上記の濃化した第１吸収液を導入して、蒸発器１０において気化した冷媒を第１吸収液に吸収させる。以降、この循環を繰り返すこととなる。

第２循環構造Ｒ２は、再生器３０と、冷媒移送器５０の第２室５２とによって構成されている。再生器３０は、外部からの熱エネルギーによって、冷媒を吸収した第２吸収液から冷媒を沸騰分離させる。第２室５２は、再生器３０において冷媒が分離して濃化した第２吸収液を導入する。導入される第２吸収液の濃度は５８％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）となっている。第２室５２においては、半透膜５３を通じて第１吸収液に吸収されていた冷媒が第２吸収液に吸収される。これにより、第２吸収液は希薄化して、第２室５２から排出される。排出される第２吸収液の濃度は５６％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）となる。再生器３０は、上記の希薄化した第２吸収液を外部からの熱エネルギーによって沸騰させて冷媒を分離させる。以降、この循環を繰り返すこととなる。

なお、図１に示す吸収式システム１において、再生器３０にて分離された冷媒（水蒸気）は凝縮器４０において液体冷媒とされる。蒸発器１０は、この液体冷媒を導入し、不図示の伝熱管に滴下することで伝熱管内の水を冷却する。一方、滴下された水は蒸発して吸収器２０の第１吸収液に吸収される。なお、蒸発器１０において蒸発しなかった水は微量ながら塩化カルシウムを含んでいることから、再度再生器３０に供給される。

ここで、上記したように、第１室５１には５６％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液が供給される。５６％濃度の臭化リチウム水溶液の浸透圧は凡そ１９０ＭＰａであり、５４％濃度の塩化カルシウム水溶液の浸透圧と同等である。また、第１室５１の排出時における第１吸収液の濃度は６０％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）である。６０％濃度の臭化リチウム水溶液の浸透圧は凡そ２３０ＭＰａであり、５７％濃度の塩化カルシウム水溶液の浸透圧と同等である。一方、第２室５２の導入時及び排出時の第２吸収液の濃度はそれぞれ５８％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）及び５６％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）であり、浸透圧はそれぞれ２５０ＭＰａ及び２２０ＭＰａとなる。従って、冷媒移送器５０においては、２０〜３０ＭＰａの浸透圧差で第１吸収液から第２吸収液に冷媒が移動する。すなわち、加圧を要することなく、正浸透により水を臭化リチウム水溶液から塩化カルシウム水溶液に移行させることができる。

次に、本実施形態に係る吸収式システム１の動作、をデューリング線図を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る吸収式システム１のデューリング線図である。なお、図２に示すように、蒸発器１０及び吸収器２０における圧力は１．０ｋＰａであり、再生器３０及び凝縮器４０における圧力は６．５ｋＰａであるとする。

図２に示すように、まず６０％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液が１．０ｋＰａ圧力の吸収器２０内に供給される（点Ａ２参照）。吸収器２０内において６０％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液は蒸発器１０にて蒸発した水を吸収して濃度が５６％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）に低下する（点Ｂ２参照）。なお、６０％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液が水蒸気を吸収したことにより生じる吸収熱は、大気との熱交換によって除去される。次に、５６％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液は冷媒移送器５０の第１室５１に供給される（点Ｃ２参照）。冷媒移送器５０においては浸透圧差から水分子が第２室５２に移動するため（符号Ｅ２参照）、第１吸収液は再度６０％の濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）となる（点Ｄ２参照）。以後、吸収式システム１は、点Ａ２〜点Ｄ２のサイクルを繰り返しながら、符号Ｅ２に示すように水分子を第２室５２に移動させる。

一方、再生器３０（６．５ｋＰａ圧力）には５６％濃度の（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）の第２吸収液が供給される（点Ｆ２参照）。５６％濃度（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）の第２吸収液は、再生器３０内においてＴ（Ａ）℃まで昇温させられることで水蒸気を沸騰分離し、濃度５８％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）まで濃化される（点Ｇ２参照）。濃度が５８％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）に上昇した第２吸収液は冷媒移送器５０の第２室５２に供給される（点Ｈ２参照）。冷媒移送器５０においては浸透圧差から水分子が第２室５２に移動するため（符号Ｅ２参照）、第２吸収液は再度５６％の濃度（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）となる（点Ｉ２参照）。以後、吸収式システム１は、点Ｆ２〜点Ｉ２のサイクルを繰り返しながら、符号Ｅ２に示すように第２室５２において水分子を受け取ることとなる。

また、再生器３０において発生した水蒸発は凝縮器４０に至り凝縮器４０において大気との熱交換により摂氏３８℃まで冷却されて液化する（点Ｊ２参照）。その後、液体冷媒である水は蒸発器１０に供給されて気化する（点Ｋ２参照）。これにより、冷房用の冷水を得ることとなる。気化した水は吸収器２０において６０％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液に吸収される（点Ｂ２参照）。以後、水は上記した点Ｃ２、符号Ｅ２、点Ｈ２、点Ｉ２、点Ｆ２を経て、再度点Ｊ２の状態に至り、上記を繰り返すこととなる。

ここで、図７に示す例では、６．５ｋＰａ圧力の環境下において６０％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液が飽和水蒸気圧となる温度が８８℃である。このため、再生器の駆動熱は少なくとも９０℃を要する。しかし、本実施形態では、図２に示すように、６．５ｋＰａ圧力の環境下において５８％濃度（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）の第２吸収液の飽和水蒸気圧となる温度は８８℃より低いＴ（Ａ）℃となっている（点Ｇ２参照）。従って、再生器３０の駆動熱はＴ（Ａ）＋５℃〜１０℃程度で済むこととなり、より低い温度で駆動することができる。Ｔ（Ａ）は、第２吸収液の成分や成分比を適宜調整することによって、調整できる。例えば、カルシウム塩を中心とした場合リチウム塩を中心とした第１吸収液より１０℃〜２０℃程度低くでき、その他の塩等をブレンドすることにより更に低くすることができる。

なお、上記においては吸収器２０及び凝縮器４０における放熱温度は摂氏３８℃とされ、外気温度＋ΔＴ１となっている。同様に、再生器３０における再生温度はＴ（Ａ）℃とされ、熱源温度−ΔＴ２となっている。このΔＴ１，ΔＴ２は、熱交換器の熱交換効率を考慮すると必要なものであり、最小でも５℃必要あり、１０℃程度とすることが好ましい。また、ΔＴ１，ΔＴ２を大きくとれる設計の場合には、ΔＴ１，ΔＴ２の大きさに反比例して熱交換器の伝熱面積を小さくすることができ、コストの低減に寄与することができるからである。

このようにして、本実施形態に係る吸収式システム１によれば、第１吸収液が吸収器２０から第１室５１を経て再度吸収器２０に至る第１循環構造Ｒ１と、第２吸収液が再生器３０から第２室５２を経て再度再生器３０に至る第２循環構造Ｒ２とを構築し、この過程において第１室５１における第１吸収液内の冷媒が半透膜５３を介して第２室５２に至り、第２室５２の第２吸収液に吸収される。このような構成を採用することで、第１吸収液から冷媒を沸騰分離させる必要が無くなり、第２吸収液から冷媒を沸騰分離させればよいこととなる。このため、第２吸収液の飽和蒸気圧等を適正化することで、第１吸収液に対して再生処理する際の温度よりも低い温度で再生処理が可能となり、より低い温度で駆動可能な吸収式システム１を提供することができる。

また、第２吸収液は、第１吸収液よりも高い浸透圧を有するため、冷媒移送器５０において加圧することなく、正浸透により冷媒を移送することができる。

また、第１吸収液は主成分に一価の無機塩又は有機塩を含み、第２吸収液は主成分に多価の無機塩又は有機塩を含む。特に、第１吸収液は、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、及び塩化リチウムの少なくとも１つを主成分に含み、第２吸収液は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化亜鉛、の少なくとも１つを主成分に含む。このような第１吸収液を採用することにより冷媒である水に対する高い吸収性を確保できると共に、第２吸収液を採用することによりコストダウンに貢献することができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る吸収式システム１は第１実施形態のものと同様であるが、一部動作が第１実施形態のものと異なっている。以下、第１実施形態との相違点のみを説明する。

図３は、第２実施形態に係る吸収式システム１のデューリング線図である。なお、図３に示す例では、中東やアフリカなどの大気温度が摂氏４５℃程度になり得る地域での使用を想定している。

図３に示すように、上記の地域では大気温度が摂氏４５℃程度になり得ることから、吸収器２０及び凝縮器４０における放熱温度も摂氏５０℃に引き上げられている。また、再生器３０及び凝縮器４０の圧力は１２ｋＰａとされている。さらに、第２実施形態においては、半透膜５３を介した水分子の移動の便のため、第２吸収液の濃度を第１実施形態よりも若干高くしている。一方、第１吸収液の濃度についても高めているが、晶析点が近いため、濃化した場合においても（すなわち上限で）６３％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）となるように設定している。詳細には以下のように動作する。

まず６３％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液は、１．０ｋＰａ圧力の吸収器２０内に供給され（点Ａ３参照）、吸収器２０内において蒸発器１０からの水蒸気を吸収して濃度が６１％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）に低下する（点Ｂ３参照）。ここでの吸収熱は大気との熱交換によって除去される。次に、６１％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液は、冷媒移送器５０の第１室５１に供給され（点Ｃ３参照）、冷媒移送器５０において浸透圧差から水分子が第２室５２に移動し（符号Ｅ３参照）、第１吸収液は再度６３％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の濃度となる（点Ｄ３参照）。以後、吸収式システム１は、点Ａ３〜点Ｄ３のサイクルを繰り返しながら、符号Ｅ３に示すように水分子を第２室５２に移動させる。

一方、再生器３０（１２ｋＰａ圧力）には５７％濃度（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）の第２吸収液が供給される（点Ｆ３参照）。５７％濃度（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）の第２吸収液は、再生器３０内においてＴ（Ｂ）℃まで昇温させられることで水蒸気を沸騰分離し、濃度６０％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）まで濃化される（点Ｇ３参照）。濃度が６０％（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）に上昇した第２吸収液は冷媒移送器５０の第２室５２に供給される（点Ｈ３参照）。冷媒移送器５０において浸透圧差から水分子が第２室５２に移動し（符号Ｅ３参照）、第２吸収液は再度５７％の濃度（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）となる（点Ｉ３参照）。以後、吸収式システム１は、点Ｆ３〜点Ｉ３のサイクルを繰り返しながら、符号Ｅ３に示すように第２室５２において水分子を受け取ることとなる。

また、再生器３０において発生した水蒸発は凝縮器４０に至り凝縮器４０において大気との熱交換により摂氏５０℃まで冷却されて液化する（点Ｊ３参照）。その後、液体冷媒である水は蒸発器１０に供給されて気化する（点Ｋ３参照）。これにより、冷房用の冷水を得ることとなる。気化した水は吸収器２０において６３％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液に吸収される（点Ｂ３参照）。以後、水は上記した点Ｃ３、符号Ｅ３、点Ｈ３、点Ｉ３、点Ｆ３を経て、再度点Ｊ３の状態に至り、上記を繰り返すこととなる。

ここで、図３に示すように、６３％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液が飽和水蒸気圧となる温度は１２ｋＰａ圧力の環境下において１１０℃となっている。このため、高温地域に使用される従来の吸収式冷凍機は再生器の駆動熱が少なくとも１１０℃必要となる。しかし、本実施形態では、図３に示すように、１２ｋＰａ圧力の環境下において６０％濃度（塩化カルシウム水溶液相当、浸透圧に関して）の第２吸収液の飽和水蒸気圧となる温度がＴ（Ｂ）℃となっている（点Ｇ３参照）。従って、再生器３０の駆動熱はＴ（Ｂ）＋５℃〜１０℃程度で済むこととなり、より低い温度で駆動することができる。Ｔ（Ｂ）は、第２吸収液の成分や成分比を適宜調整することによって、調整できる。

このようにして、第２実施形態に係る吸収式システム１によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、第２実施形態では、中東やアフリカ等の大気温度が高くなる地域においてもより低温にて支障のない運転を行うことができる。

特に、図３の例に示すように、摂氏７℃程度の冷水を供給しながら、放熱温度を摂氏５０℃程度以上で設計できれば、上記の地域において貴重な水を冷却塔で消費することのない空冷機を実現することもできる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る吸収式システムは第１実施形態のものと同様であるが、一部構成及び動作が第１実施形態のものと異なっている。以下、第１実施形態との相違点のみを説明する。

図４は、第３実施形態に係る吸収式システムを示す構成図である。図４に示すように、第３実施形態に係る吸収式システム２は、第１実施形態のものと同様であるが、再生器３０及び凝縮器４０の構成が異なっている。

図４に示すように、第３実施形態において再生器３０は、高温再生器３１と、低温再生器３２とから構成されている。また、凝縮器４０は、高温凝縮器４１と、低温凝縮器４２とから構成されている。

高温再生器３１は、冷媒移送器５０を経て希薄化した第２吸収液を加熱沸騰させて冷媒を分離すると共に第２吸収液の中間濃溶液を生成するものである。低温再生器３２は、高温再生器３１からの中間濃溶液を再沸騰させて冷媒を分離すると共に第２吸収液の濃溶液を生成するものである。濃溶液は冷媒移送器５０の第２室５２に供給される。高温凝縮器４１は、高温再生器３１にて分離された冷媒（水蒸気）を凝縮し液化させるものである。なお、高温凝縮器４１での凝縮熱は低温再生器３２における再生処理に用いられる。低温凝縮器４２は、低温再生器３２にて分離された冷媒（水蒸気）を凝縮し液化させるものである。これらの凝縮器４１，４２により得られた水冷媒は蒸発器１０に供給される。

以上のように、第３実施形態においてはいわゆる二重効用の吸収式冷凍機を構成することとなる。

図５は、第３実施形態に係る吸収式システム１のデューリング線図である。なお、図５に示すように、第３実施形態においては蒸発器１０及び吸収器２０における圧力は１．０ｋＰａであり、高温再生器３１及び高温凝縮器４１における圧力は２１ｋＰａであり、低温再生器３２及び低温凝縮器４２における圧力は６．５ｋＰａであるとする。

図５に示すように、まず６０％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液は、１．０ｋＰａ圧力の吸収器２０内に供給され（点Ａ５参照）、吸収器２０内において蒸発器１０からの水蒸気を吸収して濃度が５４％（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）に低下する（点Ｂ５参照）。ここでの吸収熱は大気との熱交換によって除去される。次に、５４％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液は冷媒移送器５０の第１室５１に供給され（点Ｃ５参照）、冷媒移送器５０において浸透圧差から水分子が第２室５２に移動し（符号Ｅ５参照）、第１吸収液は再度６０％の濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）となる（点Ｄ５参照）。以後、吸収式システム１は、点Ａ５〜点Ｄ５のサイクルを繰り返しながら、符号Ｅ５に示すように水分子を第２室５２に移動させる。

一方、高温再生器３１（２１ｋＰａ圧力）には低濃度の第２吸収液が供給される（点Ｆ５参照）。低濃度の第２吸収液は、高温再生器３１内においてＴ（ＨＧＥ）℃まで昇温させられることで水蒸気を沸騰分離し、中濃度まで濃化される（点Ｇ５参照）。濃度が中濃度に上昇した第２吸収液は低温再生器３２に供給され（点Ｈ５参照）、高温凝縮器４１の凝縮熱によりＴ（ＬＧＥ）℃まで昇温させられることで再度水蒸気を沸騰分離し、高濃度まで濃化される（点Ｉ５参照）。高濃度の第２吸収液は、冷媒移送器５０の第２室５２に供給される（点Ｊ５参照）。冷媒移送器５０においては浸透圧差から水分子が第２室５２に移動し（符号Ｅ３参照）、第２吸収液は再度低濃度となる（点Ｋ５参照）。以後、吸収式システム１は、点Ｆ５〜点Ｋ３のサイクルを繰り返しながら、符号Ｅ３に示すように第２室５２において水分子を受け取ることとなる。

また、高温再生器３１において発生した水蒸発は高温凝縮器４１に至り高温凝縮器４１においてＴ（ＨＣＯＮ）℃まで冷却されて液化する（点Ｌ５参照）。また、低温再生器３２において発生した水蒸発は低温凝縮器４２に至り低温凝縮器４２においてＴ（ＬＣＯＮ）℃まで冷却されて液化する（点Ｍ５参照）。その後、これらの液体冷媒である水は蒸発器１０に供給されて気化する（点Ｎ５参照）。これにより、冷房用の冷水を得ることとなる。気化した水は吸収器２０において６０％濃度（臭化リチウム水溶液相当、蒸気圧と浸透圧に関して）の第１吸収液に吸収される（点Ｂ５参照）。以後、水は上記した点Ｃ５、符号Ｅ５、点Ｊ５、点Ｋ５、点Ｆ５、点Ｇ５、点Ｈ５、点Ｍ５を経て、再度点Ｎ５の状態に至り、上記を繰り返すこととなる。

このようにして、第３実施形態に係る吸収式システム２によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

詳細に説明すると、第３実施形態によれば、Ｔ（ＨＧＥ）℃＋５〜１０℃程度の駆動熱源であっても、二重効用の吸収式冷凍機を成立させることができる。第２吸収液の調整によってＴ（ＨＧＥ）を８０℃程度に設定することによって、高々８５℃〜９０℃の温水によって二重効用の吸収式冷凍機を成立させることができる。水・臭化リチウム式の二重効用の吸収式冷凍機のエネルギー効率ＣＯＰは一般に１．３程度であり、単効用（ＣＯＰ０．７）のおよそ２倍のエネルギー効率を持つことができる。従来技術では水・臭化リチウム式の二重効用の駆動には少なくとも１２０℃程度の熱源を必要としたのに対し、第３実施形態では従来の単効用の駆動温度以下の温度で二重効用を実現できるという格別な効果を有し、レシプロエンジンの排熱を利用する冷房エネルギー効率がおよそ倍増し、太陽電池と共存できる温度の太陽熱温水を利用する冷房エネルギー効率もおよそ倍増する効果がある。

次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態に係る吸収式システムは第１実施形態のものと同様であるが、一部構成及び動作が第１実施形態のものと異なっている。以下、第１実施形態との相違点のみを説明する。

図６は、第４実施形態に係る吸収式システムを示す構成図である。図６に示すように、第４実施形態に係る吸収式システム３は、第１実施形態のものに加えて、貯蔵部６０を備えている。貯蔵部６０は、第２吸収液を貯蔵する第１タンク（貯蔵タンク）６１と、液体冷媒を貯蔵する第２タンク６２とから構成されている。

図６に示す例において、再生器３０は第１タンク６１に接続されている。このため、第１タンク６１は、再生器３０によって濃化された第２吸収液を貯蔵することとなる。さらに、第１タンク６１は冷媒移送器５０の第２室５２に接続されている。このため、第１タンク６１内に貯蔵される濃化された第２吸収液は、冷媒移送器５０の第２室５２に供給されることとなる。

また、凝縮器４０は第２タンク６２に接続されている。このため、第２タンク６２は、凝縮器４０によって液化した液体冷媒を貯蔵することとなる。さらに、第２タンク６２は蒸発器１０に接続されている。このため、第２タンク６２内に貯蔵される液体冷媒は蒸発器１０に供給されることとなる。

このような第４実施形態に係る吸収式システム３では、第１実施形態に示したものと同様であるが、貯蔵部６０を備えるため、第２吸収液や液体冷媒を貯蔵することができる。よって、冷房需要等が無い時に再生器３０での再生処理を行っておき、冷房需要がある時に再生器３０を動作させずに冷房を行うことも可能となる。すなわち、第４実施形態では、エネルギーを貯蔵することと同義となり、効率の良いエネルギー貯蔵を行うことができる。ここで、熱源となる高温水を貯湯槽で貯蔵する場合と比較した場合には、貯湯槽からの放熱により高温水の温度が低下してしまい、長期の貯蔵が困難となってしまう。しかし、第４実施形態では高温水を貯蔵するのではなく、濃化された第２吸収液を貯蔵するため、放熱を考慮する必要が無く、エネルギー放出が少ない状態でのエネルギー貯蔵を行うことができる。

このようにして、第４実施形態に係る吸収式システム３によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、第４実施形態によれば、第２吸収液を貯蔵する第１タンク６１を更に備えるため、例えば再生器３０にて濃化させた第２吸収液を貯蔵する場合などには、エネルギーを貯蔵することと同義となり、熱源を貯蔵する場合（例えば貯湯槽で高温水を貯蔵する場合）と比較して放熱等によるエネルギー放出が少ない状態でのエネルギー貯蔵を行うことができる。

特に、塩化カルシウムや塩化マグネシウムは、道路の凍結防止剤としても使用されているもので、大量供給が可能で安価である。よって、第２吸収液として塩化カルシウム水溶液や塩化マグネシウム水溶液を用いる場合には、濃化再生を終えた第２吸収液である塩化カルシウム水溶液や塩化マグネシウム水溶液と水冷媒とを大量に貯蔵し、空調エネルギーを長期保存することについて、経済的に実現することができる。

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。

例えば、上記実施形態において第２吸収液は第１吸収液よりも高い浸透圧を有するが、これに限られるものではない。例えば、第２吸収液が第１吸収液以下の浸透圧を有する場合には、冷媒移送器５０に対して加圧機構を設けるなどすればよい。また、飽和蒸気圧が低いことが要求される第１吸収液として一般的に利用されているリチウム塩の例を挙げており、リチウム塩は浸透圧が高いためにそれより高い浸透圧を持つことが好ましい第２吸収液成分の選択範囲を狭めているが、これに限られるものではない。例えば、第１吸収液の一部または全部にイオン液体を使用すれば、浸透圧をおさえながら低い飽和蒸気圧を実現でき、Ｔ（Ａ），Ｔ（Ｂ），Ｔ（ＨＧＥ）を容易に低く設定することができる。

さらに、第４実施形態においては、再生後の濃化した第２吸収液を貯蔵しているが、これに限らず、例えば高温再生器３１及び低温再生器３２を備える場合などにおいては、高温再生器３１からの中間濃溶液（再生途中の第２吸収液）を貯蔵してもよいし、別途冷媒移送器５０相当の構成を備え、第２吸収液から冷媒を除去して（すなわち再生器３０以外の構成により濃化して）貯蔵してもよい。

１〜３：吸収式システム
１０ ：蒸発器
２０ ：吸収器
３０ ：再生器
３１ ：高温再生器
３２ ：低温再生器
４０ ：凝縮器
４１ ：高温凝縮器
４２ ：低温凝縮器
５０ ：冷媒移送器
５１ ：第１室
５２ ：第２室
５３ ：半透膜
６０ ：貯蔵部
６１ ：第１タンク（貯蔵タンク）
６２ ：第２タンク
Ｒ１ ：第１循環構造
Ｒ２ ：第２循環構造

Claims (5)

1. 液体冷媒を気化させて冷却効果を得る蒸発器と、気化した冷媒を吸収液で吸収して吸収熱を放出する吸収器と、外部からの熱エネルギーによって冷媒を吸収した吸収液から冷媒を沸騰分離させる再生器と、沸騰気化した冷媒を放熱凝縮させる凝縮器と、を備えた吸収式システムであって、
   第１吸収液が流れる第１室と、第１吸収液と異なる第２吸収液が流れる第２室と、前記第１室と前記第２室との間を仕切る半透膜とを有した冷媒移送器を備え、
   前記吸収器と前記第１室とは、気化した冷媒を前記吸収器において第１吸収液に吸収し、前記吸収器において冷媒を吸収した第１吸収液を前記第１室に導入して、前記半透膜を介して冷媒を前記第２室へ移送させると共に、冷媒の移送により濃化した第１吸収液を前記吸収器に導入させる第１循環構造をなし、
   前記再生器と前記第２室とは、前記再生器において第２吸収液から冷媒を沸騰分離し、前記再生器において冷媒が沸騰分離した第２吸収液を前記第２室に導入して、前記半透膜を介して前記第１室からの冷媒を第２吸収液で吸収すると共に、冷媒の吸収により希薄化した第２吸収液を前記再生器に導入させる第２循環構造をなし、
   前記第２吸収液は、前記第１吸収液よりも高い飽和蒸気圧を有する
   ことを特徴とする吸収式システム。
2. 前記第２吸収液は、前記第１吸収液よりも高い浸透圧を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸収式システム。
3. 前記第１吸収液は、主成分に一価の無機塩又は有機塩を含み、
   前記第２吸収液は、主成分に多価の無機塩又は有機塩を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の吸収式システム。
4. 前記第１吸収液は、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、及び塩化リチウムの少なくとも１つを主成分に含み、
   前記第２吸収液は、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、及び臭化亜鉛の少なくとも１つを主成分に含む
   ことを特徴とする請求項３に記載の吸収式システム。
5. 前記第２吸収液を貯蔵する貯蔵タンクを更に備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の吸収式システム。

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