JPH05172437A - 分離した２つの吸収冷却システムによって、流体、特に空気を冷却するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、流体、特に空気を冷却するための方法及び装
置に係わる。分離した２つの相互に独立的な、しかし相
互に作用し合う吸収冷却装置が設けられている。２つの
装置の中の１つの冷却システムは、他の第１装置の吸収
性液体の冷却用として用いられている。この吸収性液体
は水蒸気を吸収することで希薄になった後に熱により沸
騰させられる。この熱は第２装置の希薄吸収性液体の沸
騰から出た蒸気の凝縮により与えられ、この沸騰は外部
バーナ手段を介して行なわれる。空気を直接的に冷却さ
せるために用いられる第１の方の吸収冷却装置内の各要
素圧力は、他の冷却装置の対応要素内の圧力よりも小さ
く、この第２の冷却装置の吸収性液体は外部からの流体
によって冷却を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体、特に空気を冷却
するための方法及び装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】一般に空調として知られている空気冷却
は、異なった２つのシステムによって実施されている。

【０００３】第１のシステム、これはビルディング及び
乗物内の空調に広く利用されておるもので、クロロフロ
ロカーボンと共に操作され且つ電気モータ又は乗物エン
ジンによって駆動されるコンプレッサを用いるものであ
る。

【０００４】第２のシステム、これは通常は塩水溶液と
共に操作される吸収システムとして知られ、このシステ
ムは非常に大きいビルディングにだけ実際は応用されて
おり、これは非常に僅かの電力を消費するものである
が、発生する熱を分散させるには大きな冷却タワーを必
要とするものである。

【０００５】コンプレッサ型の従来形式の空調機は、か
なりの電力を消費するものであるが、乗物に用いられる
際はこれは非常に重大な点になる。加うるにこのタイプ
の空調機は、自動車に配備された際は、その動作がエン
ジンのr.p.m.に大きく依存することになる。

【０００６】さらにクロロフルオロカーボンの使用は、
現在世界的に周知のようにエコロジイ侵害における重大
な汚染源をなすものである。

【０００７】吸収タイプの空調機はコンプレッサタイプ
の空調と比較して疑もなく利点を有し、その１つは電力
消費が非常に低いことであり、またもう１つは一般的に
使用されている塩水溶液がエコロジイに対して損害を与
えない点で、もし装置外の環境に洩れても著しい害を生
じない。

【０００８】しかし吸収による空調は、分散されるべき
多大の熱量を発生し、この量は同一容量のコンプレッサ
空調の量の２倍である。この熱は少なくとも部分的に塩
水溶液から分散されるべきで、この溶液は一般に臭化リ
チウムであって、調節されるべき空気の冷却用になるに
は約４℃の非常に冷たい水を生産すべきであり、塩溶液
は通常約42℃と考えてよい。

【０００９】この42℃の温度は、温和な気候を含めて多
くの国での夏期の間に到達する温度に非常に近い値であ
るが、高温の又は赤道の国で到達する温度よりもしばし
ば低いものである。

【００１０】従って外部の空気を冷却媒体として用いる
方法がなく、事実今日知られている吸収式空調機は、塩
水溶液用の冷却水回路を含んでいる。この水は次に蒸発
式冷却タワーで冷却されるが、これでは乗物又は小口ユ
ーザにこのシステムに適用することはできない。

【００１１】当業者では知られているように、42℃の塩
水溶液は非常に冷たい水の蒸気圧及び溶液濃度と厳密に
関連している。温度の増加は溶液中の塩濃度を増すこと
で達成されるが、これは事実上通常の作業条件では不可
能である。

【００１２】なぜならば水の中の塩濃度がすでに結晶化
曲線に非常に近いからで、また溶液循環回路での結晶発
生は、明らかに且つ全面的に回避すべきことである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、吸収式空調のための方法と、非常に電気消費の小さ
い方法を実施する装置とを提供することであり、本発明
は外部の空気によって直接的に冷却され、設備される冷
却電力に関連しては全サイズが小さく、従って自動車及
び閉鎖環境の両方で空調に容易に適用できる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的及び更なる目的
は、次の方法により達成される。即ち分離した２つの吸
収冷却システムによって、流体、特に空気を冷却するた
めの方法であって、各々のシステムが水の蒸発システム
と、吸収性液体による水蒸気吸収用システムと、沸騰に
よる吸収性液体の濃縮システムとを含み、第１の冷却シ
ステムの水蒸発システムが、流体、特定的には空気の冷
却用に用いられ、他方で第２の冷却システムの水蒸発シ
ステムが、第１冷却システムの水蒸気吸収用システム内
にある吸収性液体の冷却用に用いられ、第１冷却システ
ムの前記濃縮システム内で発生した水蒸気が２つの冷却
システムの外にある流体を介して凝縮され、他方で第２
冷却システム内では濃縮システム内で発生した水蒸気が
第１冷却システムの濃縮システム内にある液体を沸騰す
べく使用され、第１冷却システムの各要素内の圧力が、
第２冷却システムの対応要素内の圧力よりも小さく、第
２冷却システムの吸収用システム内にある液体のための
冷却もまた提供され、さらにバーナ加熱システムが、第
２冷却システムの濃縮システム内の吸収性液体のために
備えられる方法である。

【００１５】この方法は次のような装置に適用される。
即ち分離した２つの吸収冷却システムによって、流体、
特に空気を冷却するための装置であって、相互に連絡す
る蒸発器及び吸収器と発生器とを各々のシステムが含
み、この場合に１気圧よりも実質的に小さい圧力が蒸発
器内と吸収器内に保持されており、水が蒸発器内に収容
されてあって、前記蒸発器から水が抽出されて、この水
がその中で熱を吸収する熱交換器を通った後に前記蒸発
器に戻るようにされており、水蒸気吸収性液体が吸収器
内に収容されてあって、前記吸収器からこの吸収性液体
が抽出されて、それが少なくとも部分的に前記発生器内
を通った後に前記吸収器に戻るようにされており、この
場合に発生器内の圧力は対応する蒸発器及び吸収器内の
圧力よりも大であって、且つこの発生器には、水蒸気の
生成を伴なって前記吸収性液体を沸騰させるべく加熱用
部材が具備されており、この水蒸気は発生器より抽出さ
れて次に水蒸気凝縮用の熱交換器内で凝縮され且つその
後にそれは前記蒸発器に戻るようにされており、また発
生器内では濃縮された吸収性液体の生成を伴なっておっ
て、この濃縮された吸収性液体は、この液体が吸収器か
らの吸収性液体へ熱を伝達するような熱交換器を通った
後に前記吸収器へと戻るようにされており、吸収器内に
は吸収性液体を冷却するための熱交換器が具備されてお
り、さらに本装置では、第１装置での水が熱を吸収する
前記の熱交換器は、それを通ると空気が冷却されて通過
するような熱交換器であり、しかるに第２装置では、こ
れは第１装置の吸収性液体を冷却するための熱交換器を
構成しており、第２装置の吸収性液体冷却用の熱交換器
が、前記２つの装置の外部にある流体へ熱を伝達する熱
交換器であり、第１装置の発生器内の吸収性液体のため
の加熱用部材が、第２装置の発生器からの水蒸気を凝縮
するための熱交換器であり、また第２装置の発生器には
バーナが設けられており、さらに第１装置の蒸発器及び
吸収器内の圧力従って温度が、第２装置の対応要素内の
圧力及び温度よりも小さい装置である。

【００１６】好適には本発明の方法及び装置は、熱の同
時発生のために使用され、該熱は直接又は間接的に用い
られ得る水の加熱に用いられることができる。この特徴
は、真に高能率のヒートポンプとして本装置を考慮させ
得るものである。

【００１７】

【実施例】本発明の方法、及び本発明の装置の構造と特
徴とは、非限定具体例として以下に添付図を参照して示
す１つの簡単な実施例の記載によってより明らかにされ
よう。次に示す唯一の図１は、空気のための吸収冷却用
装置の概略配置図である。

【００１８】図１に概略的に示された、空気のための吸
収冷却用装置は２つの分離した吸収冷却装置を含み、そ
れら装置は相互に独立であるが相互に作用し合う。第１
の装置は図１の中央の水平方向鎖線の全く上方に存在
し、他方では第２の装置はその大半は該鎖線の下方にあ
るが、しかもその２つの要素は該線の上方にあって第１
の装置と相互作用を行なう。

【００１９】この２つの吸収装置は各々が周知の構造を
しており、従ってその操作は詳細には述べない。しかし
その理解のためには次のような説明で十分であろう。

【００２０】前記２つの装置はそれぞれ蒸発器１，１Ａ
と、該蒸発器に互いに連絡された吸収器２，２Ａ（この
中の圧力は実質的に１気圧以下に保持されている）と、
発生器３，３Ａとを含む。

【００２１】蒸発器１，１Ａ内には水が収容されてお
り、水はここから抽出されてライン４，４Ａと、各ポン
プＰと、この水が熱を吸収する（即ち外部環境を冷たい
ものにする）熱交換器５，５Ａと、ライン６，６Ａとを
通ってから蒸発器の頂部に戻るようにされている。

【００２２】隣接の蒸発器内で発生した水蒸気を吸収す
るための液体（好ましくは臭化リチウムの水溶液）が、
吸収器２，２Ａ内に収容されている。該液体はライン
７，７Ａを介して抽出され、ポンプＰを備えた循環ライ
ン８，８Ａを通って吸収器２，２Ａに再循環される。吸
収器２，２Ａから抽出された別の液体部分は、ライン
９，９Ａと、各ポンプＰと、熱交換器10，10Ａとを通っ
て発生器３，３Ａに送られるが、この発生器内の圧力は
対応の蒸発器及び吸収器よりも圧力が大である。

【００２３】発生器３，３Ａ内の液体は加熱用部材11，
11Ａによって沸騰状態にされる。この条件で水蒸気が発
生し、該水蒸気が発生器の頂部から抽出され、且つライ
ン12，12Ａを経てから凝縮用熱交換器13，11を通過す
る。この熱交換器内で水蒸気は凝縮し、次に周知タイプ
の液−蒸気分離装置15，15Ａを含む戻りライン14，14Ａ
を介してから各々の蒸発器１，１Ａへ戻る。熱交換器19
は、液体温度を更に下げるべくライン14Ａ内に組込まれ
ている。

【００２４】参照番号11は、発生器３内にある吸収性液
体のための加熱用部材として働く要素であり、また同時
に発生器３Ａからの過熱水蒸気の冷却用及び凝縮用部材
としても作成する。

【００２５】第１装置の発生器３内にある吸収性液体
は、加熱用部材11によって加熱され沸騰されるが、該部
材はまた第２の装置の冷却及び凝縮回路の一部を形成す
る。他方発生器３Ａ内にある吸収性液体は、通常はガス
燃料を用いる燃料バーナ11Ａのフレームによって加熱さ
れ且つ沸騰される。

【００２６】各発生器３，３Ａ内で得られた濃縮吸収性
液体が、それぞれの吸収器２，２Ａに戻される。この場
合該液体は、前記熱交換器10，10Ａ（この中で該液体は
吸収器からの希薄吸収性液体に熱を伝達する）を通過
し、且つ戻りライン16，16Ａを通る。該戻りラインは前
記ライン８，８Ａに接続されている各ポンプＰの上流に
おいて開口する。図から分かるように、既知タイプの液
−蒸気分離器17，17Ａもまたライン16，16Ａに組込まれ
ている。

【００２７】各吸収器２，２Ａ内にある液体は、冷却用
熱交換器５Ａ，20により冷却される。吸収器２の場合で
は、冷却用熱交換器はすでに述べた熱交換器５Ａであっ
て、該熱交換器は第２の吸収冷却装置の部分を形成し、
且つその中では第２装置の水が熱を吸収する熱交換器と
しても作動する。吸収器２Ａの場合においては、該吸収
器内に存在する希薄吸収性液体に対する冷却用の熱交換
器は番号20で示され、該熱交換器20はラジエータ21を含
む冷却用回路の一部を形成し、また該ラジエータは２つ
の吸収冷却装置とは独立的であり、従って外部環境へ熱
を伝達する。

【００２８】第１装置の熱交換器５内においては、蒸発
器１からの非常に冷たい水が現実に熱を吸収し、該熱交
換器を通過する空気は冷やされた乗物や又はビルディン
グを冷却するのに用いられる。一方で第２装置の熱交換
器５Ａは、この中を発器１Ａからの非常に冷たい水が流
れて該水が熱を吸収する。従って該熱交換器は、第１装
置の吸収器２内の希薄吸収性液体の冷却のためのもので
ある（第２装置の希薄吸収性液体冷却用の熱交換器は熱
交換器21であって、それは熱を２つの装置の外部にある
一般には空気である流体に伝達する）。

【００２９】第１装置の発生器３内の吸収性液体加熱用
部材11は、実際では第２装置の発生器３Ａからの水蒸気
に対する冷却及び凝縮用熱交換器であることが分かる。
しかるに発生器３Ａでの加熱用部材11Ａはバーナ、特定
的にはガスバーナであり得る。発生器３からの加熱水蒸
気は、分離装置15の上流に位置した熱交換器13を通る際
に凝縮する。

【００３０】全ての場合において、第１装置の各構成要
素内の圧力従って温度は、第２装置内の対応要素内の圧
力及び温度よりも常に小さい。

【００３１】好ましくは、発生器３から出発してライン
14Ａを介する熱水は、ライン６Ａに接続された冷却用熱
交換器19内で冷却される。

【００３２】例えば実例によると、空気を冷やす目的で
は熱交換器５で望まれる入口温度は４℃である。この場
合、蒸発器１及び吸収器２内の圧力は、この温度での水
の飽和圧力である。吸収性液体としては水蒸気を吸収し
得る任意液体が使用可能であり、例えば重量％で62〜65
の臭化リチウムの水溶液である。

【００３３】蒸発器１に戻った高温水は、熱を吸収して
いることにより蒸発する。温度50℃において吸収器２へ
戻った吸収性液体は、水蒸気を吸収する際に熱を吸収
し、その結果として吸収器の底内にある希薄吸収性液体
は、熱交換器５Ａによって42℃に温度まで冷やされるべ
きである。吸収器２の底から取出された液体は発生器３
内に送給され、またこの発生器は圧力が約１ata で且つ
温度が約 160℃であり、その内に存在する水蒸気は飽和
温度 100℃である（従って赤道地方においてすらも環境
温度の空気によって容易に冷却される）。

【００３４】発生器３の底からの液体は熱交換器10内で
冷却され、約60℃の温度にされてライン７へと送給され
る。

【００３５】発生器３の頂部からの過熱水蒸気は、熱交
換器13内で凝縮し且つ冷却され、次に約45℃でライン６
へと送給される。

【００３６】それを通過して約35℃の水が循環する熱交
換器５Ａは、吸収器２内にある希薄吸収性液体を冷却す
るのに使用される。蒸発器１Ａ及び吸収器２Ａ内の圧力
は、その状態における温度での水蒸気飽和圧である。

【００３７】第２装置内の吸収性液体は第１装置内の吸
収性液体と同一濃度を持ち得、吸収器２Ａ内の液温は入
るときで約80℃、また出る際は約72℃である。この液体
はラジエータ21を介し大気空気で容易に冷却され、これ
は赤道においても実施され得るものである。

【００３８】発生器３Ａでは、温度が約 230℃で圧力は
約7.5ataであり、存在する水蒸気の飽和温度は約 168℃
で従って該水蒸気は発生器３を加熱できる。発生器３Ａ
内で発生した水蒸気の飽和温度がもし発生器３内の液体
を濃縮する上で十分に高温でないならば（即ち加熱用部
材11の熱伝達面積に関連して）、バーナ11Ａが自動的に
この温度を最適温度に上昇させる。したがって２つの発
生器３，３Ａ内の温度及び圧力の制御は自動的であり、
凝縮熱交換器13内の冷却条件に依存する。該熱交換器は
発生器３内の一定圧を保持すべく制御され得、それは装
置内のより冷たい部分内で吸収性液体が結晶化するのを
防止するためである。

【００３９】熱交換器19は加熱用部材11からの戻り液体
をさらに冷却して約45℃にするもので、システムの効率
をより改善する目的を有している。

【００４０】添付図に概略的に示された第１装置の吸収
器２は熱交換器５Ａによって冷却される。これは顕熱の
伝達で、従って該熱交換器に入り且つ出て行く冷却用流
体間の温度差に関係する。本発明の装置においては、冷
却用の流体は飽和条件の下にあり且つ従って蒸発によっ
て熱を吸収し、生成した水蒸気は第２装置の吸収器２Ａ
によって直接的に吸収される。

【００４１】前記の装置においては、熱交換器13が熱交
換器21と直列であることに注目すべきである。凝縮温度
100℃の蒸気が熱交換器13内で凝縮し、一方で熱交換器
21では液体が、入口温度80℃から出口温度72℃に冷却さ
れる。このことによって使用すべき冷却流体の量を減少
させることができ、またもし空気が冷却用流体として用
いられる場合は、その流量（スループット）は通常のコ
ンプレッサ冷却装置で所要の流量の約50％だけとなるだ
ろう。

【００４２】本装置がヒートポンプとしても用い得るこ
とは注目されよう。この態様では熱の発生が、吸収器２
Ａ内で、凝縮熱交換器13で、さらには熱交換器19内にお
いて少なくとも72℃で生じる。発生される熱の全体（そ
れは適当に配置された装置によって水と共に分散され
る）は、２つ熱源の和によって表わされ、第１のものは
バーナ11Ａであり、第２のものは外部の流体から熱交換
器５によって２つの装置へ伝達される熱である。

【００４３】従ってバーナ11Ａにより提供される熱量Ｘ
とすると、該装置はＸとＸに装置の全効率を掛けたもの
との和が提供でき、この効率は操作条件に依存するが一
般には60％より小さくはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気のための冷却用装置の概略配置図である。

【符号の説明】

１，１Ａ 蒸発器 ２，２Ａ 吸収器 ３，３Ａ 発生器 10，10Ａ 熱交換器 ５Ａ，20 冷却用熱交換器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分離した２つの吸収冷却システムによっ
   て、流体、特に空気を冷却するための方法であって、各
   々のシステムが水の蒸発システムと、吸収性液体による
   水蒸気吸収用システムと、沸騰による吸収性液体の濃縮
   システムとを含み、第１の冷却システムの水蒸発システ
   ムが、流体、特定的には空気の冷却用に用いられ、他方
   で第２の冷却システムの水蒸発システムが、第１冷却シ
   ステムの水蒸気吸収用システム内にある吸収性液体の冷
   却用に用いられ、第１冷却システムの前記濃縮システム
   内で発生した水蒸気が２つの冷却システムの外にある流
   体を介して凝縮され、他方で第２冷却システム内では濃
   縮システム内で発生した水蒸気が第１冷却システムの濃
   縮システム内にある液体を沸騰すべく使用され、第１冷
   却システムの各要素内の圧力が、第２冷却システムの対
   応要素内の圧力よりも小さく、第２冷却システムの吸収
   用システム内にある液体のための冷却もまた提供され、
   さらにバーナ加熱システムが、第２冷却システムの濃縮
   システム内の吸収性液体のために備えられる方法。
2. 【請求項２】 分離した２つの吸収冷却システムによっ
   て、流体、特に空気を冷却するための装置であって、相
   互に連絡する蒸発器及び吸収器と発生器とを各々のシス
   テムが含み、この場合に１気圧よりも実質的に小さい圧
   力が蒸発器内と吸収器内に保持されており、水が蒸発器
   内に収容されてあって、前記蒸発器から水が抽出され
   て、この水がその中で熱を吸収する熱交換器を通った後
   に前記蒸発器に戻るようにされており、水蒸気吸収性液
   体が吸収器内に収容されてあって、前記吸収器からこの
   吸収性液体が抽出されて、それが少なくとも部分的に前
   記発生器内を通った後に前記吸収器に戻るようにされて
   おり、この場合に発生器内の圧力は対応する蒸発器及び
   吸収器内の圧力よりも大であって、且つこの発生器に
   は、水蒸気の生成を伴なって前記吸収性液体を沸騰させ
   るべく加熱用部材が具備されており、この水蒸気は発生
   器より抽出されて次に水蒸気凝縮用の熱交換器内で凝縮
   され、且つその後にそれは前記蒸発器に戻るようにされ
   ており、また発生器内では濃縮された吸収性液体の生成
   を伴なっておって、この濃縮された吸収性液体は、この
   液体が吸収器からの吸収性液体へ熱を伝達するような熱
   交換器を通った後前記吸収器へと戻るようにされてお
   り、吸収器内には吸収性液体を冷却するための熱交換器
   が具備されており、さらに本装置では、第１装置での水
   が熱を吸収する前記の熱交換器は、それを通ると空気が
   冷却されて通過するような熱交換器であり、しかるに第
   ２装置では、これは第１装置の吸収性液体を冷却するた
   めの熱交換器を構成しており、第２装置の吸収性液体冷
   却用の熱交換器が、前記２つの装置の外部にある流体へ
   熱を伝達する熱交換器であり、第１装置の発生器内の吸
   収性液体のための加熱用部材が、第２装置の発生器から
   の水蒸気を凝縮するための熱交換器であり、また第２装
   置の発生器にはバーナが設けられており、さらに第１装
   置の蒸発器及び吸収器内の圧力従って温度が、第２装置
   の対応要素内の圧力及び温度よりも小さい装置。
3. 【請求項３】 第２装置の水蒸気凝縮熱交換器から蒸発
   器へ水を戻すための回路が、この水を冷却するための熱
   交換器を含む請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 液−蒸気分離装置が、前記蒸発器への水
   戻り回路内と、前記吸収器への濃縮された吸収性液体戻
   り回路とに設けられている請求項２又は３に記載の装
   置。
5. 【請求項５】 前記吸収性液体が、臭化リチウムの水溶
   液である請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。