JPH03282167A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸収液再生過程に蒸気透過膜等を用いたサー
モパーベーパレーション法に係り、特に、再生器と凝縮
器を一体化して小型化するに好適な吸収式冷凍機に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の吸収式冷凍機においては、例えば第８図に示され
るような二重効用式冷凍機がある。このシステムは、高
温再生器Ｇに入った希溶液４は能動熱源Ｊによって加熱
されて沸騰・濃縮し、中間濃溶液３となる。この中間濃
溶液３は吸収器Ｃからの希溶液４と熱交換を行なう高温
熱交換器Ｅを経て、低温再生器Ｈに入る。低温再生器Ｈ
内に高温再生器Ｇで発生した高温冷媒蒸気ＩＡが導かれ
ており、その熱によって中間濃溶液３は沸騰・濃縮し、
濃溶液２となる。この濃溶液２は吸収器Ｃからの希溶液
４と熱交換を行なう低温熱交換器Ｆを経て吸収器Ｃ内に
噴震される。

低温再生器Ｈで発生した冷媒蒸気ＩＢは凝縮器工に入り
冷却水５で冷却され凝縮する。一方、高温再生器Ｇで発
生し低温再生器Ｈで凝縮した冷媒液１も凝縮器■に入り
、低温再生器Ｈからの冷媒液１と共に蒸発器りに入り散
布される。蒸発器りに散布された冷媒液１は、蒸発潜熱
により管内の冷水６の熱を奪って蒸発する。この冷媒蒸
気は吸収器Ｃ管表面に噴震されている濃溶液２に吸収さ
れ希溶液４となる。冷媒蒸気の吸収による吸収熱は冷却
水５によって取り除かれる。希溶液４は溶液循環ポンプ
Ｐで低温熱交換器Ｆ及び高温熱交換器Ｅを経て加温され
高温再生器Ｇに送られる。

しかしながら、このような従来の技術にあっては、高温
再生器、低温再生器、凝縮器は各々単独の機器からなっ
ており、作動流体として、一般に多く用いられている臭
化リチウム−水系を使用した場合は、第９図のサイクル
図に示されるように高温再生器の温度が１５８℃とかな
り高温になる。

さらに、従来の冷媒の分離方法は、吸収液の加熱・沸騰
方式を採用していたため、装置が複雑化して大型化し、
高温再生器が高温になって構成材料の腐食や、その腐食
による吸収冷凍機の運転停止などを発生し、吸収液から
の冷媒分離に高エネルギーを必要としている。モしてミ
ストの飛散により冷媒へ吸収液が混入し、能力の低下を
きたしている。

第１０図に示される従来の吸収液の蒸発法は、吸収液の
蒸気圧が凝縮水の圧力以上（Ｐｓ＞Ｐｃ）にならなけれ
ば蒸発は起らない。吸収液と凝縮水とが同一温度であれ
ば当然蒸気圧は凝縮水の方がはるかに高く、吸収液の蒸
気圧をそれ以上にするには凝縮水との温度差をかなり大
きくする必要があった。ところが第４図に示されるサー
モパーベーパレーション法では、蒸気透過膜を用いるこ
とによって膜内に冷媒蒸気のみが選択的にとり込まれ、
この蒸気圧が凝縮水の蒸気圧以上になれば蒸発が可能と
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の吸収式冷凍機にあっては、吸収液を高温度に加熱
して冷媒を分離し再生するため、高エネルギーを必要と
して装置が大型化し、材料の腐食による運転停止等の問
題点があった。

本発明の目的は、機器を一体化して小型化するとともに
、低熱源の利用を可能にする蒸気透過膜又は親水性緻密
膜を用いた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〕

前記の目的を達成するため、本発明に係る吸収式冷凍機
は、希溶液を加熱して冷媒蒸気を分離し再生する再生手
段と、冷媒蒸気を冷却水で冷却し冷媒液に凝縮する凝縮
手段と、冷媒液を冷水で蒸発し再生手段からの濃溶液に
吸収させて希溶液とする蒸発・吸収手段と、希溶液を再
生手段に送出する溶液循環ポンプとよりなる吸収式冷凍
機において、再生手段と凝縮手段とを隣接させて一体化
し、再生手段と凝縮手段との間に蒸気透過膜を配設した
構成とする。

そして再生手段は、高温再生手段と低温再生手段とを隣
接して形成され、それぞれの手段の間に蒸気透過膜が配
設されている構成でも良い。

また希溶液は、溶液循環ポンプの吐出圧力が加えられ、
蒸気透過速度が増加されている構成でも良い。

また希溶液を加熱して冷媒蒸気を分離し再生する再生手
段と、冷媒蒸気を冷却水で冷却し冷媒液に凝縮する凝縮
手段と、冷媒液を冷水で蒸発し再生手段からの濃溶液に
吸収させて希溶液とする蒸発・吸収手段と、希溶液を再
生手段に送出する溶液循環ポンプとよりなる吸収式冷凍
機において、再生手段と凝縮手段とを隣接させて一体化
し、再生手段と凝縮手段との間に親水性緻密膜又はイオ
ン交換膜を配設した構成とする。

さらに再生手段は、高温再生手段と低温再生手段とを隣
接して形成され、それぞれの手段の間に親水性緻密膜又
はイオン交換膜が配設されている構成でも良い。

〔作用〕

本発明によれば、再生手段は高温再生手段（希溶液濃縮
室）と低温再生手段（中間濃溶液濃縮室）とを隣接して
形成され、それぞれの手段の間に蒸気透過膜が配設され
ているため、希溶液は希溶液濃縮室に入って中間濃溶液
に濃縮され、蒸気透過膜で冷媒蒸気を分離され高温熱交
換器を経由して中間濃溶液濃縮室に入る。そして壁面で
冷媒蒸気を凝縮しかつ凝縮熱を得て他方側の蒸気透過膜
により冷媒蒸気を分離して低温熱交換器を経由して蒸発
・吸収手段に至る。

また高温再生手段と低温再生手段との間に親水性緻密膜
（又はイオン交換膜）が配設されているため、希溶液例
えば臭化リチウム水溶液が溶解し、親水性緻密膜が膨潤
して水のみが膜内を拡散して進行し、凝縮手段側の膜面
を通過しかつ蒸発した後に凝縮手段により凝縮し前記と
同様にそれぞれの機器を経由する。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照しながら説
明する。

第１図に示されるように、希溶液４を加熱器Ｊで加熱し
て冷媒蒸気を分離し再生する再生手段Ｇ。

Ｈと、冷媒蒸気を冷却水５で冷却し冷媒液１に凝縮する
凝縮手段■と、冷媒液１を冷水６で蒸発し再生手段Ｇ、
Ｈからの濃溶液２に吸収させて希溶液４とする蒸発・吸
収手段Ｃ７Ｄと、希溶液４を再生手段Ｇ、Ｈに送出する
溶液循環ポンプＰとよりなる吸収式冷凍機において、再
生手段Ｇ、Ｈと凝縮手段工とを隣接させ一体化して分離
槽Ａを形成し、再生手段Ｇ、Ｈと凝縮手段■との間に蒸
気透過膜Ｍ２を配設した構成とする。

そして再生手段Ｇ、Ｈは、高温再生手段（希溶液濃縮室
）Ｇと低温再生手段（中間濃溶液濃縮室）Ｈとを隣接し
て形成され、それぞれの手段の間に蒸気透過膜Ｍ１が配
設されている構成でも良い。

また希溶液４は、溶液循環ポンプＰの吐畠圧力が加えら
れ、蒸気透過速度が増加されている構成でも良い。

第３図は一般に多く用いられている臭化リチウム水溶液
のサーモパーベーパレーション法による二重効用システ
ムをサイクル図で示したものである。１００℃に加熱さ
れた希溶液は、疎水性の多孔質膜（蒸気透過膜）で水蒸
気を分離される。このとき、多孔質膜を通過した水蒸気
の圧力は７６０ｍＨｇとなる。この水蒸気は、中間濃溶
液（７０℃）で凝縮され、その近傍の圧力は２３４ｍｌ
Ｈｇとなる。この圧力差（７６０−２３４＝）５２６ｍ
ｍＨｇが訃動力となって多孔質膜中を水蒸気が拡散し、
冷媒を分離する。

さらに中間濃溶液も同様に中間濃溶液（７０℃）から発
生した水蒸気の圧力（２３４ｍＨｇ）と冷却水（４０℃
）の水の蒸気圧（５５ｍＨｇ）との差が駆動力となって
冷媒を分離する。

次に本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図に示されるように、加熱ＩＪで１００
℃で加熱された５　７　ｗ　ｔ％臭化リチウム水溶液は
疎水性の多孔質膜からなる分離槽Ａの希溶液濃縮室Ｇに
入ることによって濃縮され５９ｗｔ％の中間濃溶液３と
なり、高温熱交換器Ｅに入る。このとき、疎水性の多孔
質膜（蒸気透過膜）Ｍｌで分離された冷媒蒸気は、分離
槽Ａ内の中間濃溶液濃縮室Ｈを通る中間濃溶液で冷却さ
れ、壁面Ｂにおいて凝縮する。さらに中間濃溶液濃縮室
Ｈ内の中間濃溶液は、この凝縮熱によって加熱され多孔
質膜Ｍ２により冷媒蒸気を分離し、６１ｗｔ％の濃溶液
となって低温熱交換器Ｅで熱交換され、吸収器Ｃに噴霧
される。また分離された冷媒蒸気は、冷却管Ｔを流れる
冷却水５で冷やされ凝縮される。

この凝縮した冷媒液は減圧弁Ｖを通って減圧され蒸発器
りに散布される。

冷水管に散布された冷媒液は、蒸発潜熱により冷水６か
ら熱を奪い蒸発し、吸収器Ｃに噴震されている濃溶液２
に吸収される。このときの吸収熱は冷却水５によって外
部に除去される。

吸収器Ｃで冷媒蒸気を吸収し６１ｗｔ％から５７ｗｔ％
に希釈された希溶液４は、溶液Ｓ環ポンプＰによって低
温熱交換器Ｆ、高温熱交換器Ｅを経て、加熱され、加熱
１１ｉＪに送られる。

ここで用いた分離槽（膜モジュール）Ａは、Ｇ室で濃縮
された中間濃溶液の温度を降下してＨ室に送ることによ
ってＧ室からの蒸気の凝縮を行いさらにこの凝縮熱によ
ってＨ室内の中間濃溶液を加熱することを特徴としてお
り、従来のシステムの二重効用吸収式冷凍機の高温再生
器（高温再生手段）、低温再生器（低温再生手段）、及
び凝縮器（凝縮手段）を一体化したものである。

このように装置が小型化され単純化され、また運転温度
も従来のシステムに比べ非常に低温となる。

多孔質膜（蒸気透過膜）は、ポリテトラフルオロエチレ
ン膜、シリコン膜又はセラミック膜等が用いられ、第４
図及び第５図に示されるように。

蒸気透過膜Ｍ、、Ｍ２を用いることによって膜内に冷媒
蒸気■のみが選択的にとり込まれ、この蒸気圧が凝縮水
の蒸気圧以上になれば蒸発が可能となる。すなわち、両
者共冷媒であるため、膜内の温度の方が凝縮液より高け
れば（Ｔｓ″）　Ｔ　ｃ　）蒸発が起こり、冷媒蒸気が
分離されて吸収液が再生される。サーモパーベーパレー
ション法では、膜面と凝縮水の温度差（蒸気圧差）が駆
動力となって吸収液の再生が可能となる。また、この睨
動力は吸収液側に溶液ポンプによる吐呂圧を加えること
で見かけの上の蒸気圧差が生じ増加することができる。

次に本発明の他の実施例を第６図を参照しながら説明す
る。

この他の実施例は、第２図に示される蒸気透過膜Ｍ１．
　Ｍ２の代りに、親水性緻密膜（又はイオン交換膜）Ｎ
ｘ、Ｎｚを用いた構成である。この他の実施例の作用は
前記第一実施例と同様であるが、親水性緻密膜を用いる
ため、冷媒蒸気を分離する過程で若干の相違がある。疎
水性の多孔質膜を用いる場合は、第５図に示されるよう
に、細孔Ｓを水蒸気■のみが通過するため、水蒸気■が
結露等によって液化し、再生手段及び凝縮手段と液通し
た時は、細孔Ｓを希溶液が通過して臭化リチウム水溶液
４からの水の分離が不可能になる恐れがある。親水性緻
密膜（又はイオン交換膜）Ｎよ、Ｎ２は、その膜内に細
孔が存在せず、臭化リチウム水溶液が溶解して親水性緻
密膜Ｎ、、　Ｎ２の再生手段側（−次側）が膨潤する。

膜内の臭化リチウム水溶液の拡散性は臭化リチウムに比
べて水の方がはるかに高く（数百〜数千倍）、水のみが
膜内殻拡散して凝縮手段側（二次側）の膜面Ｆに進む。

二次側で水は蒸発して膜面Ｆから離れ、−次側の臭化リ
チウム水溶液４が濃縮される。蒸発した水は、冷却面（
壁面）Ｂを介して冷却水５で凝縮され、蒸発器りに送ら
れる。膜面Ｆにおける水の蒸発は、例えば臭化リチウム
水溶液４の温度を６０℃、冷却水５の温度を４０℃とし
た場合、膜面Ｆ近傍のＹ点の温度も６０℃となり、その
温度に対する圧力と冷却面Ｂ近傍の２点の圧力との間の
圧力差によって生じるもので、圧力差ΔＰと臭化リチウ
ム水溶液５のＷ点及びＸ点のそれぞれの点の圧力Ｐ−湿
温度の関係が第７図に示される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、吸収式冷凍機に蒸気透過膜又は親水性
緻密膜を設けて吸収液を再生することにより、再生器と
凝縮器の一体化が可能となり装置が小型化でき単純化す
る。そして低温でのサイクル運転が可能となり構成材料
の腐食問題が軽減され、低温熱源の利用が可能となる。

また吸収液を沸点以下の低温で循環させるため、入熱量
が少なくて済み高効率の冷凍サイクルが実現できる。

さらに膜分離であるため、又は膜に細孔がないため、冷
媒への吸収液の混入を阻止することができ、能力の向上
につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の分離槽を拡大した図、第３図はサーモパーベーパレ
ーション法による二重効用システムの臭化リチウム−水
系のサイクルを示す図、第４図はサーモパーベーパレー
ション法を説明する図、第５図は蒸気透過膜の作用を説
明する図、第６図は本発明の他の実施例に用いる親水性
緻密膜の作用を説明する図、第７図は第６図の圧力−温
度関係を示すグラフ、第８図は従来の技術を示す図、第
９図は従来の二重効用システムのサイクルを示す図、第
１０図は従来の蒸発法を説明する図である。 １・・・冷媒液、２・・・濃縮液、３・・・中間濃溶液
、４・・・希溶液、５・・・冷却水、６−・・冷水、Ａ
・・・分離槽、Ｃ・・・吸収器、Ｄ・・・蒸発器、Ｇ・
・・高温再生手段、Ｈ・・・低温再生手段、■・・・凝
縮手段、Ｍｌ、Ｎ２・・・蒸気透過膜、Ｎｌ、Ｎ２・・
・親水性緻密膜又はイオン交換膜。 ５：　〕令去ｐ水 ６　：　；令　フ１く Ａ　：４す紐ヂＩ Ｇ：高温再生手段又 Ｈ：低温再生乎ｆ２ Ｉ：；疑縮手ｆα 第 図 ン；ｉｎ水 り （否１発器へ〕 第 図 温壌 （°Ｃ） 第 ４ 図 第 図 第 図 Ｎｉ＋Ｎ２−−−−−　　＊Ｉ−ａｍ　ｌ’　１１　ヌ
ｒ２４１　：ＪＬ＊梗岡第 図 ■ （０Ｃ） 第 図 （劣Ｈ”）（１“ヨＥ）′ 第 ０ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、希溶液を加熱して冷媒蒸気を分離し再生する再生手
   段と、前記冷媒蒸気を冷却水で冷却し冷媒液に凝縮する
   凝縮手段と、該冷媒液を冷水で蒸発し前記再生手段から
   の濃溶液に吸収させて前記希溶液とする蒸発・吸収手段
   と、該希溶液を前記再生手段に送出する溶液循環ポンプ
   とよりなる吸収式冷凍機において、前記再生手段と前記
   凝縮手段とを隣接させて一体化し、該再生手段と該凝縮
   手段との間に蒸気透過膜を配設したことを特徴とする吸
   収式冷凍機。 ２、再生手段は、高温再生手段と低温再生手段とを隣接
   して形成され、それぞれの手段の間に蒸気透過膜が配設
   されていることを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍
   機。 ３、希溶液は、溶液循環ポンプの吐出圧力が加えられ、
   蒸気透過速度が増加されていることを特徴とする請求項
   １又は２記載の吸収式冷凍機。 ４、希溶液を加熱して冷媒蒸気を分離し再生する再生手
   段と、前記冷媒蒸気を冷却水で冷却し冷媒液に凝縮する
   凝縮手段と、該冷媒液を冷水で蒸発し前記再生手段から
   の濃溶液に吸収させて前記希溶液とする蒸発・吸収手段
   と、該希溶液を前記再生手段に送出する溶液循環ポンプ
   とよりなる吸収式冷凍機において、前記再生手段と前記
   凝縮手段とを隣接させて一体化し、該再生手段と該凝縮
   手段との間に親水性緻密膜又はイオン交換膜を配設した
   ことを特徴とする吸収式冷凍機。 ５、再生手段は、高温再生手段と低温再生手段とを隣接
   して形成され、それぞれの手段の間に親水性緻密膜又は
   イオン交換膜が配設されていることを特徴とする請求項
   ４記載の吸収式冷凍機。