JPH04309756A

JPH04309756A - 混合吸収液及びそれを用いた吸収式熱変換装置

Info

Publication number: JPH04309756A
Application number: JP3075402A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Koseki; 小関　康雄; Seiji Koike; 小池　清二; Michihiko Aizawa; 相沢　道彦; Akira Yamada; 章山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1991-04-08
Publication date: 1992-11-02
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JP2950522B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸収式熱変換器用混合
吸収液とそれを用いた吸収式熱変換装置に関し、詳しく
は、吸収液の結晶化防止に有効な混合吸収液とそれを用
いた吸収式熱変換装置に関する。吸収式熱変換装置は特
に限定されるものではないが、吸収式空調装置、給湯装
置、ヒートポンプあるいは蓄熱装置等が好ましい利用分
野である。なお、本発明において、「吸収液」とは蓄熱
装置に用いる「蓄熱液」をも当然に含んでいる。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸収式熱変換装置において、その
熱媒体（熱媒又は冷媒）には水、吸収液には臭化リチウ
ム水溶液が利用されている。この吸収液は温度１０℃の
溶解度が６０重量％程度と比較的低いために、その濃度
が通常運転時は６２重量％以上、停止時は６０重量％以
上になると、結晶化が生じる。このため、それ以上に濃
度を上げられない。その結果、吸収器と蒸発器の温度差
を実用的には４０℃程度以上にはできなかった。従って
、冷房時には、吸収器を十分低い温度まで冷すために、
冷却塔からの水を用いる水冷式にする必要があった。そ
のため、冷却塔設備、配管の費用がかかると共に、設備
の設置場所に制約を受け、かつ、水消費の点で問題が有
り、特に家庭用空調には実用上不適であった。また、暖
房時には、特に寒冷地では、外気を熱源とするヒ−トポ
ンプの蒸発器が極端に低温になり、吸収液の濃度が上げ
られないため、吸収器から得られる温水の温度が暖房に
必要な温度まで上げられず、十分暖房できない欠点があ
った。

【０００３】さらに、従来は吸収液の濃度が溶解度近傍
で運転しているため、負荷変化又は停止時に局部的に吸
収液の結晶化が起こり、運転不能になるトラブルや、そ
れによる吸収液の局部濃縮等により、濃度差による局部
腐食が起こる危険が有った。吸収液の溶解度を上げるた
めに、例えば特開昭５７−１９０６３４　号公報のごと
く塩化亜鉛等の亜鉛化合物を添加する方法が提案されて
いるが、溶解度の増大と共に水蒸気吸収性が低下し、よ
り高濃度で使用する必要が有り、粘性や材料腐食性の増
大と毒性等の課題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、吸収
液の水蒸気吸収性の低下が少なくかつ溶解度を増大させ
ることにより、運転時の吸収液の濃度を上げ、吸収器と
蒸発器の温度差を大きくできるようにすることにある。これにより例えば空冷方式の冷房及び外気熱源とするヒ
−トポンプ暖房を実用的に可能とし、かつ結晶化による
運転不能や局部腐食を防止することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、吸収剤の主成分が臭化リチウムである
吸収式熱変換装置に用いる吸収液において、該臭化リチ
ウムにカリウム塩を添加することを特徴とする。

【０００６】該カリウム塩が塩化カリウムで、その添加
量が水溶液に対し重量で０．１　から２％の範囲である
こと、またカリウム塩が臭化カリウムで、その添加量が
水溶液に対し０．１　から３％の範囲であることは特に
好ましい態様である。さらに、溶解度の増大を促進させ
るために、該臭化リチウムに、カリウム塩とそれ以外の
結晶化防止剤として硝酸塩を添加したこと、該硝酸塩が
硝酸リチウムで、その添加量が水溶液に対し重量で０．
１　から８％の範囲であることも特に好ましい態様であ
る。

【０００７】また、混合液を用いた吸収式熱変換装置と
しては、吸収式空調装置、給湯装置、ヒートポンプある
いは蓄熱装置等をあげることができる。

【０００８】

【作用】本発明者等は各種実験の結果、上述のように臭
化リチウムに塩化カリウムや臭化カリウム等のカリウム
塩の１種以上を添加すると水蒸気吸収性を低下させずに
溶解度のみが増大することを見出した。さらに硝酸リチ
ウム等の硝酸塩の添加では溶解度の大幅増大と共に、水
蒸気吸収性が低下するが、さらに上記カリウム塩を添加
すると、水蒸気吸収性の低下を防止できることを見出し
た。そのことにより、吸収器と蒸発器の温度差を、結晶
化させることなく、従来より１０℃程度増大できる。そ
の結果、冷房時の空冷方式が可能となり、設備を安価で
小型にできると共に、水供給が不用になるため、設置場
所の限定が無く、特に家庭用空調の実用化に好適である
。また、暖房時の外気熱源ヒ−トポンプ暖房が実用的に可
能となり、従来の燃焼暖房に比べ、５０％の省エネルギ
−が図れる。さらに、吸収液の結晶化による運転不能や
局所腐食が防止でき、装置の信頼性が大幅に向上できる
。

【０００９】

【実施例】以下、本発明である混合吸収液およびそれを
用いた吸収式熱変換装置を実施例を用いて詳細に説明す
る。臭化リチウムに各種塩類を添加したときの、溶解度
特性、水蒸気吸収性、そして粘性を測定評価した結果を
表１に示す。溶解度特性は、温度１０℃における溶解度
Ｓ１０（重量％）で表し、この値が高いほど吸収液とし
ては優れている。水蒸気吸収性は、実機の吸収器条件を
模擬し、圧力　６．７ｍｍＨｇで温度　４５　℃で水蒸
気を吸収できる吸収液濃度Ｃ（重量％）で表しており、
この条件での上記濃度は実機の冷房運転に必要な吸収液
の運転濃度に対応しており、この値が低いほど吸収液と
しては優れているといえる。

【００１０】また一般に吸収液は溶解度が増大すると、
水蒸気吸収性が低下するものが多く、例え溶解度が増大
しても、水蒸気吸収性が低下した場合には、その分濃い
吸収液を使う必要が有り、結果として結晶化防止効果は
低下する。従って結晶化防止効果を表すには溶解度Ｓ１
０と運転濃度Ｃの差ΔＳ（重量％）を用いるのが実情に
則したものであり、その値が大きいほど結晶しにくいこ
とを表すこととなる。

【００１１】また、粘性μ（ｃＰ）は温度４０℃での濃
度Ｃの値で評価し、低いほど吸収伝熱や液輸送の面で有
利である。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【実施例１】　　カリウム塩添加の効果（Ｎｏ．１，２
，３）Ｎｏ．２は塩化カリウム、Ｎｏ．３は臭化カリウ
ムを添加した結果であり、臭化リチウムのみの場合（Ｎ
ｏ．１）に比べ、両者とも溶解度が高く運転濃度は逆に
低く結晶防止効果は大きい。また、粘性も低く優れてい
る。この効果は添加量が増すほど増大するが、ある量を
超えると部分沈殿現象が生じる。それが起きない添加量
の有効範囲は、吸収液全量に対し塩化カリウムで０．１
から２重量％、臭化カリウムで０．１から３重量％であ
る。

【００１４】

【実施例２】　　カリウム塩、硝酸塩混合添加の効果　
（Ｎｏ．１，４，５，６）比較のためＮｏ．４に、硝酸リチウムを添加したときの
結果を示すが、溶解度は大幅に増大するが、逆に水蒸気
吸収性は低下するため、結晶防止効果はあまり増大せず
、粘性も増大する。それに塩化カリウム（Ｎｏ．５）、
臭化カリウム（Ｎｏ．６）を混合添加すると、溶解度は
変わらず、水蒸気吸収性が向上し、運転濃度が低下する
ため、結晶防止効果が増大する。また粘性も低下する傾
向にある。

【００１５】溶解度の増大は、混合（Ｎｏ．５，６）系
では、硝酸リチウムの添加量が多いほど大きいが、多す
ぎると部分結晶沈殿があり、それが起きない有効添加量
は、吸収液全量に対し０．１　から８　重量％である。また水蒸気吸収性と粘性の改善効果は、カリウム塩が多
いほど大きいが、硝酸リチウムと同様の部分沈殿現象が
有り、それが起きない添加量の有効範囲は、吸収液全量
に対し塩化カリウムで０．１　から２　重量％、臭化カ
リウムで０．１　から３　重量％で、実施例−１と同じ
範囲である。

【００１６】

【実施例３】　　複数カリウム塩添加の効果　（Ｎｏ．
１，７）Ｎｏ．７は塩化カリウムと臭化カリウムを混合
添加したときの結果を示すが、結晶防止効果及び粘性低
減効果は実施例−１と同様で有り、特に溶解度増大効果
が大きい。

【００１７】

【実施例４】　　複数カリウム塩と硝酸塩の混合添加の
効果　（Ｎｏ．１，８）Ｎｏ．８は塩化カリウムと臭化カリウムと硝酸リチウム
を混合添加したときの結果を示すが、粘性低減効果は実
施例−１より低下するが、溶解度増大効果が特に大きく
、結晶防止効果が大きい。以上４つの実施例を用いて説
明したが、本発明は、この物質に限定されるものではな
い。硝酸カリウム、硫酸カリウム、チオ硫酸カリウム、炭酸
カリウム、リン酸カリウム等のカリウム塩、又は硝酸ナ
トリウム、硝酸亜鉛、硝酸アルミニウム、硝酸カリウム
、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム等の硝酸塩でも、
これらの実施例と同様の効果がある。

【００１８】次に、本発明の混合吸収液を用いた吸収式
熱変換装置について、実施例に基づき説明する。図１は
、吸収式熱変換装置の一例としての吸収式空調装置を示
している。装置自体は従来公知のものと同様であり、蒸
発器１　、吸収器２　、高温再生器４　、低温再生器５
　、蒸発器６　、熱交換器３　より構成される。基本的
な相違は本発明では吸収液２０、２１、２２として上記
実施例の混合吸収液を用いた点である。

【００１９】冷房を例にとりその作動を説明する。蒸発
器１　の伝熱管１００　の表面に冷媒である水２６が冷
媒ポンプ７　により散布され、水が蒸発しその蒸発潜熱
により伝熱管１００　内の冷水１０が冷却され、その冷
水１０が冷房に利用される。発生した水蒸気２５は吸収
器２　へ入り、そこの伝熱管１０１　に散布されている
混合吸収液２０に吸収される。吸収液は水蒸気の吸収により発熱するが、伝熱管１０１
　内を流れる冷却水１１により冷却される。水蒸気を吸
収して希釈された吸収液２　０　は吸収液ポンプ８　に
より熱交換器３　へ送られ予熱されて、一部は低温再生
器５　へ、残りは高温再生器４　は送られる。高温再生
器４　では燃料１２の燃焼により加熱され、吸収液の水
分が蒸発し濃縮される。発生した水蒸気２３は低温再生器５　の伝熱管１０３内
に送られ、吸収液２０の加熱源として利用されて凝縮し
た後、水２６となって蒸発器１　へ送られる。低温再生
器５　では、吸収液が加熱濃縮され、発生した水蒸気２
４は凝縮器６　で伝熱管１０４　内を流れる冷却水１１
で冷却されて凝縮した後、水２６となって蒸発器１へ送
られる。低温再生器５　と高温再生器４　で濃縮された
吸収液２１、２２は熱交換器３　で熱回収冷却された後
、再び吸収器２　へ戻される。

【００２０】この装置は高温再生器４を加熱することに
より、蒸発器１より冷水１０を得るものであり、その熱
効率は熱交換器３　における熱回収量に大きく依存し、
熱効率の向上には、熱交換器性能の向上と吸収液の流量
の低減があるが、前者は大型化やコスト増大が起こる。例えば実施例−４の混合吸収液を用いることにより、吸
収液の濃度を４．５％増大できるため、吸収器２　での
濃度低下幅を従来の３％から７．５　％へ２．５　倍に
できるため、吸収液の流量を従来より６０％低減でき、
大幅に熱効率を向上できる。

【００２１】なお、図１に示した吸収式空調装置は二重
効用パラレルフロー（吸収液が吸収器から高温再生器と
低温再生器へ並行して流れる）　型であるが、他にいわ
ゆる一重効用、三重効用またはシリーズフロー（吸収液
が高温再生器から低温再生器へ直列に流れる）　でも、
さらには加熱源が水蒸気または温水等でも、同様の効果
があることは明らかであり、本発明の混合吸収液を用い
る吸収式熱変換装置は図１に示す装置の方式等に限定さ
れるものではない。

【００２２】さらに装置の吸収器と凝縮器の冷却源に空
気を用いたとき（空冷）　は冷却温度が水に比べ５　℃
以上増大するため、より高濃度（従来より２ないし５％
程度）　で吸収液を運転する必要があり、従来の吸収液
では溶解度が低いため、結晶化の恐れがあり、困難であ
った。本発明の高溶解性混合吸収液を用いれば、その問
題を解消でき、空冷吸収式空調装置が実現できる。

【００２３】また本発明の高溶解性混合吸収液を用いた
吸収式ヒートポンプでは、吸収器と蒸発器の温度差が高
くとれるために、寒冷地で用いても吸収器から得られる
出熱温度が高くとれ、暖房効果が確保できる。図２は本
発明の混合吸収液を蓄熱液として用いた蓄熱装置を示し
ている。この装置自体も従来公知のものと同様であり、
凝縮蒸発器１０、再生吸収器２０、冷媒タンク３０、蓄
熱剤タンク４０より構成される。蓄熱剤タンク５０内の
混合蓄熱液はポンプにより再生吸収器２０に送られ加熱
水５０により水分が蒸発し、そこで濃縮され蓄熱剤タン
ク４０に還流する。一方水蒸気は凝縮蒸発器１０に移動
し、冷却水６０により冷却され冷媒タンク３０に流入す
る。このような蓄熱装置に本発明の混合蓄熱液を用いる
ことにより、前記した吸収式空調装置におけると同様に
その熱効率を大幅に向上させるしことができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、冷房時の空冷方式が可能
となり、設備を安価で小型にできると共に、水供給が不
用になるため、設置場所の限定が無く、特に家庭用空調
の実用化に好適である。また、暖房時の外気熱源ヒ−ト
ポンプ暖房が実用的に可能となり、従来の燃焼暖房に比
べ、５０％の省エネルギ−が図れる。さらに、吸収液の
結晶化による運転不能や局所腐食が防止でき、装置の信
頼性が大幅に向上できる。また、蓄熱装置の蓄熱液とし
て用いた場合にもその熱効率を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による混合吸収液を用いた二重効用パラ
レルフロー型吸収式空調装置の概念図。

【図２】本発明による混合吸収液を蓄熱液として用いた
蓄熱装置の概念図。

【符号の説明】

１…蒸発器、　　　　２…吸収器、３…熱交換器、４…
高温再生器５…低温再生器、６…凝縮器、２６…水　　　　　　　
　２０、２１…混合吸収液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　吸収剤の主成分が臭化リチウムである
吸収式熱変換装置に用いる吸収液にカリウム塩を添加し
たことを特徴とする混合吸収液。
【請求項２】　　カリウム塩が塩化カリウムで、その添
加量が水溶液に対し重量で０．１　から２％の範囲であ
ることを特徴とする請求項１記載の混合吸収液。
【請求項３】　　カリウム塩が臭化カリウムで、その添
加量が水溶液に対し重量で０．１　から３％の範囲であ
ることを特徴とする請求項１記載の混合吸収液。
【請求項４】　　吸収剤の主成分が臭化リチウムである
吸収式熱変換装置に用いる吸収液にカリウム塩と硝酸塩
を添加したことを特徴とする混合吸収液。
【請求項５】　　硝酸塩が硝酸リチウムで、その添加量
が水溶液に対し重量で０．１　から８％の範囲であるこ
とを特徴とする請求項４記載の混合吸収液。
【請求項６】　　水溶液に対し塩化カリウム０．１〜２
重量％または臭化カリウム０．１〜３重量％と、硝酸リ
チウム０．１〜８重量％を添加したことを特徴とする請
求項４記載の混合吸収液。
【請求項７】　　吸収剤と熱媒体よりなる吸収液から熱
媒体の一部を分離する吸収液濃縮手段と、該吸収液濃縮
手段で分離された熱媒体から蒸気を発生させる蒸発室と
該蒸発室で得られた蒸気を前記吸収液濃縮手段で濃縮さ
れた吸収液に吸収させる希釈室とを備えた吸収液希釈手
段とを有し、前記吸収液に請求項１ないし５記載の混合
吸収液を用いたことを特徴とする吸収式熱変換装置。
【請求項８】　　吸収式熱変換装置が、吸収式空調装置
、吸収式給湯装置または吸収式ヒートポンプのいずれか
である請求項６記載の吸収式熱変換装置。
【請求項９】　　吸収式熱変換装置が、蓄熱装置である
請求項６記載の吸収式熱変換装置。