JPH07146023A - 吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の２重効用サイクル程の高温熱源或いは
高圧蒸気を必要とせず、しかも単効用サイクルよりも成
績係数が優秀となるように改良された新規な二重効用サ
イクルの吸収冷凍機の提供。 【構成】 凝縮器（２６）と、蒸発器（１２）と、吸収
器（１４）と、低温再生器（２０）と、高温再生器（２
４）と、高温熱交換器（２２）と、低温熱交換器（１
８）、とを含む吸収冷凍機（１０）において、第２の吸
収器（３２）及び第３の再生器（２８）が凝縮器（２
６）と低温再生器（２０）、高温再生器（２４）との間
に介装されており、該第２の吸収器（３２）と第３の再
生器（２８）との間には第３の熱交換器（３０）が介装
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、凝縮器と、蒸発器と、
吸収器と、低温再生器と、高温再生器と、高温熱交換器
と、低温熱交換器、とを含む吸収冷凍機、所謂「二重効
用吸収冷凍機」の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この様な所謂「シリーズフロー」の二重
効用吸収冷凍機の従来例が、図３、４に示されている。
図３において、全体を符号１で示す二重効用吸収冷凍機
は、吸収器１と、溶液ポンプ２と、低温熱交換器３と、
低温再生器４と、高温熱交換器５と、高温再生器６と、
凝縮器７と、蒸発器８と、これ等を連通する配管系、と
から構成されている。そして、図３において英小文字で
示す位置における状態が、図４のデューリング線図上で
同一の英小文字で示されている。

【０００３】この二重効用吸収冷凍機は、高圧サイクル
で発生した高圧冷媒蒸気の凝縮熱で低圧サイクルを駆動
するので、成績係数（ＣＯＰ）が約１．２であり、優れ
ている。

【０００４】ここで、図３で示すシリーズフローは、二
重効用サイクル中では高圧サイクルの最高温度が低い。
そして、シリーズフローの標準的な運転条件は、希溶液
濃度５８％、中液濃度６０％、濃溶液濃度６２％、蒸発
温度５℃、低圧冷媒蒸気凝縮温度４０℃、低圧サイクル
の最高温度と高圧冷媒蒸気の凝縮温度の温度差５℃であ
り、図４のデューリング線図はこの条件におけるもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４で示す様
に、二重効用吸収冷凍機においては高圧サイクル最高温
度、すなわち高温再生器６の出口における溶液温度（符
号ｅで示す状態）が１５０℃となるので、この温度（１
５０℃）よりも高温の熱源を有していない場合には、当
該二重効用サイクルを運転する事が不可能となってしま
う。

【０００６】ここで、従来の蒸気焚二重効用吸収冷凍機
のほとんどは、定格蒸気圧を８ｋｇ／ｃｍ² Ｇとしてお
り、この圧力における飽和温度は約１７５℃であるので
二重効用サイクルの運転には問題はなく、蒸気圧が４．
５ｋｇ／ｃｍ² Ｇまで低下しても飽和温度は約１５５℃
であるので、二重効用吸収冷凍機は運転可能である。し
かし、蒸気圧が４．０ｋｇ／ｃｍ² Ｇまで下がると、飽
和温度は約１５１℃となり、二重効用サイクルの運転は
実用的に不可能となる。

【０００７】これに対して、所謂「単効用サイクル」の
吸収冷凍機であれば、９０℃程度の温水で運転可能であ
る。しかし、成績係数が０．７程度と低いので、効率の
点で問題がある。

【０００８】本発明は上記した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたものであり、従来の２重効用サイクル程の
高温熱源或いは高圧蒸気を必要とせず、しかも単効用サ
イクルよりも成績係数が優秀となるように改良された新
規な二重効用サイクルの吸収冷凍機の提供を目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、種々研究の結
果、所謂「二段吸収サイクル」に着目した。二段吸収サ
イクルは、特に低温の熱源で駆動する場合に用いられる
もので、標準的な条件であれば約７０℃の温水でも駆動
する事が出来る。但し、成績係数は単効用サイクルより
も悪く、約０．３５である。発明者は、二重効用サイク
ル中の高圧サイクルにおける高圧冷媒蒸気の凝縮熱によ
り、二段吸収サイクルを駆動すれば、上述した目的を達
成できる事を見い出した。

【００１０】本発明の吸収冷凍機は、凝縮器と、蒸発器
と、吸収器と、低温再生器と、高温再生器と、高温熱交
換器と、低温熱交換器、とを含む吸収冷凍機において、
第２の吸収器及び第３の再生器が凝縮器と低温再生器、
高温再生器との間に介装されており、該第２の吸収器と
第３の再生器との間には第３の熱交換器が介装されてい
る。

【００１１】

【作用】上記したような構成を具備する本発明の吸収冷
凍機によれば、凝縮器と低温或いは高温再生器との間に
介装された第２の吸収器及び第３の再生器により、二重
効用サイクル中に二段吸収サイクルが組み込まれる。図
２を参照しつつ本発明の作用を説明すれば、二段吸収サ
イクルの最高温度は約６５℃なので、高圧冷媒蒸気の凝
縮温度との温度差を５℃とすれば高圧冷媒蒸気凝縮温度
は約７０℃となる。高圧サイクルの濃溶液濃度を６０％
とすれば高圧サイクルの最高温度は約１２０℃となるの
で、同じく温度差を５℃とすれば駆動熱源温度は約１２
５℃となり蒸気圧としては約１．４ｋｇ／ｃｍ² Ｇに相
当する。

【００１２】ここで、本発明は高温再生器と低温再生器
とを具備しており、基本的には二重効用サイクルである
ので、単効用サイクルに比較して成績係数が良好であ
る。しかし、二段吸収サイクルを使用しているので、従
来の二重効用サイクルに比較すると成績係数は低く、約
１．０程度である。

【００１３】この様に、本発明によれば、従来は成績係
数が約０．７の単効用サイクルを使用せざるを得なかっ
た範囲、すなわち駆動熱源温度が１２０−１５０℃であ
るか或いは蒸気圧が１．５−４．０ｋｇ／ｃｍ² Ｇであ
る範囲において、約１．０程度の成績係数が達成され
る。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面の図１、２を参照して、本発
明の実施例について説明する。

【００１５】図１において、全体を符号１０で示す本発
明の吸収冷凍機は、蒸発器１２、吸収器１４、溶液ポン
プ１６、低温熱交換器１８、低温再生器２０、高温熱交
換器２２、高温再生器２４、凝縮器２６を備えている。
そして、低温再生器２０或いは高温再生器２４と、凝縮
器２６とを連通する配管系には、第３の再生器２８、第
３の熱交換器３０、第２の吸収器３２、第２のポンプ３
４が介装された配管系（２段吸収サイクル配管系）が合
流しており、これにより二重効用サイクルに二段吸収サ
イクルが組み込まれている。

【００１６】蒸発器１２には冷水管路Ｌ１が組み込ま
れ、該管路Ｌ１は図示しない冷房負荷に連通しており、
吸収器１４、第２の吸収器３２、凝縮器２６には、それ
ぞれ冷却水管路Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が組み込まれている。
また、低温再生器２０及び第３の再生器２８には、例え
ば燃料電池（図示せず）等に連通して温排水と熱交換を
行わしめるための温水管路Ｌ５、Ｌ６がそれぞれ組み込
まれている。さらに、高温再生器２４には、例えば燃料
電池（図示せず）の排蒸気等の様な比較的高温の蒸気が
流れる蒸気管路Ｌ７が組み込まれている。

【００１７】次に、冷媒或いは冷媒蒸気の流れについ
て、図２で示すデューリング線図をも参照して説明す
る。ここで、図１のブロック図において英大文字で示す
箇所における状態が、図２のデューリング線図において
同一の英大文字により示されている。

【００１８】蒸発器１２において、冷水管路Ｌ１内を流
れる冷水から気化熱を奪って蒸発する事により発生した
冷媒蒸気は（状態Ａ）、管路Ｌ１０を介して吸収器１４
へ移動し（状態Ｂ）、吸収溶液により吸収される（状態
Ｃ）。冷媒蒸気を吸収して、濃度が６０％から５８％に
低下した吸収溶液は、溶液ポンプ１６によりヘッドを付
加されて管路Ｌ１２を流れ、該管路に介装された低温熱
交換器１８により過熱される。そして、符号Ｘで示す分
岐点において、一部の吸収溶液は低温再生器２０に連通
する管路Ｌ１２−２０側に流入し、残りの吸収溶液は高
温再生器２４に連通する管路Ｌ１２−２４側に向かう。

【００１９】管路Ｌ１２−２０側へ流入した吸収溶液は
低温再生器２０に導入され（状態Ｄ）、温水管路Ｌ５を
流れる温水および管路Ｌ３０を流れる蒸気により加熱さ
れて、一部の冷媒が蒸発して管路Ｌ２４を介して第２の
吸収器３２へ流入し、冷媒が蒸発して濃度が高くなった
吸収溶液は（状態Ｅ）管路Ｌ２６内を流れる。

【００２０】一方、分岐点Ｘから管路Ｌ１２−２４側へ
流入した吸収溶液は、高温熱交換器２２により加熱され
て高温再生器２４に供給され（状態Ｊ）、管路Ｌ７を流
れる高温蒸気により加熱され冷媒が蒸発し、吸収溶液の
濃度が上昇する（状態Ｋ）。そして、管路Ｌ３４を流
れ、合流点Ｗで管路Ｌ２６と合流し、管路Ｌ３６として
吸収器１４へ連通する。

【００２１】高温再生器２４で発生して管路Ｌ２６を流
れる冷媒蒸気は（状態Ｌ）、分岐点Ｙで管路Ｌ２８と管
路Ｌ３０とに分岐する。管路Ｌ２８は第３の再生器２８
側に連通しており、該管路Ｌ２８を流れる冷媒蒸気はそ
の保有する熱量により、温水配管Ｌ６を流れる温排水と
共に該再生器２８を加熱する。一方、管路Ｌ３０は低温
再生器２０に連通しており、その内部を流れる冷媒蒸気
は、温水配管Ｌ５を流れる温排水と共に、該再生器２０
を加熱する。そして、管路Ｌ２８とＬ３０とは合流点Ｚ
において合流し、配管Ｌ３２として凝縮器２６へ供給さ
れて、凝縮する（状態Ｍ）。

【００２２】低温再生器２４から管路Ｌ２４を介して第
２の吸収器３２へ供給された冷媒蒸気（状態Ｆ）は、管
路Ｌ３を流れる冷却水により冷却されると共に、第３の
再生器２８から供給される吸収溶液により吸収される
（状態Ｇ）。該凝縮した冷媒は、ポンプ３４により必要
なヘッドが付与されて管路Ｌ３８を流れ、第３の熱交換
器３０により加熱されて、第３の再生器２８に供給され
る（状態Ｈ）。

【００２３】前述した通り、第３の再生器２８において
は、管路Ｌ６を流れる温排水及び管路Ｌ２８を流れる冷
媒蒸気により加熱が為される（状態Ｉ）。そして、発生
した冷媒蒸気は管路Ｌ４０を介して凝縮器２６に送られ
る。なお、冷媒が蒸発したことによって濃くなった吸収
溶液は、管路Ｌ４２及びそこに介装された第３の熱交換
器３０を介して、第２の吸収器３２に送られるのであ
る。

【００２４】凝縮器２６においては、管路Ｌ３２及びＬ
４０を介して供給された凝縮冷媒および第３の再生器２
８により発生し管路Ｌ４の冷却水により凝縮された凝縮
冷媒（状態Ｍ）が管路Ｌ４４を介して蒸発器１２に送ら
れる。

【００２５】図２のデューリング線図から明らかなよう
に、図示の実施例によれば、状態Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉで示す
領域において二段吸収サイクルが組み込まれているの
で、従来の二重効用サイクルで必要とされるよりも遥か
に低温、すなわち１２０℃以上の熱源が確保されれば運
転が可能となる。そして、高温再生器から発生する冷媒
蒸気が保有する熱量が、状態Ｄ、Ｅで示す箇所及び状態
Ｈ、Ｉで示す箇所の加熱に用いられるため、二重効用と
同様な効率的な利用が為されているので、従来の単効用
サイクル（ＣＯＰは約０．７）よりも遥かに優秀な成績
係数（約１．０）が達成される。

【００２６】なお、図示の実施例はあくまでも例示であ
り、本発明の技術内容を限定する趣旨ではない。例え
ば、高温再生器に供給される高温蒸気、低温再生器及び
第３の再生器に供給される温水としては、図示の実施例
では燃料電池の排蒸気及び温排水がそれぞれ用いられて
いるが、その他の熱源も利用可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のサイクルでは約０．７程度の成績係数でしか運転
できなかった条件下で、約１．０程度の成績係数の運転
が達成される。その結果、排熱の有効利用を通じて、エ
ネルギの有効利用が行われ、省エネルギ、省資源の要請
に合致する事が出来るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示すブロック図。

【図２】図１の実施例のデューリング線図。

【図３】従来の二重効用吸収冷凍機を示すブロック図。

【図４】図３の従来技術のデューリング線図。

【符号の説明】 １・・・二重効用吸収冷凍機 １、１４・・・吸収器 ２、１６、３４・・・溶液ポンプ ３、２０・・・低温熱交換器 ４、１８・・・低温再生器 ５、２２・・・高温熱交換器 ６、２４・・・高温再生器 ７、２６・・・凝縮器 ８、１２・・・蒸発器 ２８・・・第３の再生器 ３０・・・第３の熱交換器 ３２・・・第２の吸収器 Ｌ１・・・冷水管路 Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４・・・冷却水管路 Ｌ５、Ｌ６・・・温水管路 Ｌ７・・・蒸気管路 Ｌ１０、Ｌ１２、Ｌ１２−２０、Ｌ１２−２４、Ｌ２
４、Ｌ２６、Ｌ２８、Ｌ３０、Ｌ３２、Ｌ３４、Ｌ３
６、Ｌ３８、Ｌ４０、Ｌ４２、Ｌ４４・・・管路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、低温再
   生器と、高温再生器と、高温熱交換器と、低温熱交換
   器、とを含む吸収冷凍機において、第２の吸収器及び第
   ３の再生器が凝縮器と低温再生器、高温再生器との間に
   介装されており、該第２の吸収器と第３の再生器との間
   には第３の熱交換器が介装されていることを特徴とする
   吸収冷凍機。