JPH08510825A

JPH08510825A - 吸収冷凍装置に関する改良

Info

Publication number: JPH08510825A
Application number: JP6516832A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムイエムズ，イアン; アフォーンラタナ，ササ
Original assignee: ザユニバーシティーオブシェフィールド
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1996-11-12
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: DE69401423T2; WO1994017343A1; US5673566A; GB9301639D0; ATE147500T1; EP0680588A1; DE69401423D1; EP0680588B1; JP3043811B2; AU5865394A

Abstract

(57)【要約】本発明は、蒸発器（３）を備えたポンプおよび冷凍システムに関する。蒸発器（３）から冷媒蒸気が吸収器（４）によって引き出され、吸収剤が発生器（１）によって最充填される。さらに、発生器（１）からの冷媒蒸気が蒸発器（３）へ戻される前に凝縮され得るように、凝縮器（２）が発生器（１）と蒸発器（３）との間に設けられる。加えて、システムは、蒸発器（３）からの冷媒蒸気を引き出すえために蒸発器（３）の下流側に配置され、かつ、前記引き出された冷媒蒸気がエゼクタ（８）を通って凝縮器（２）へ通過するように凝縮器（２）の上流側に配置されたエゼクタ（８）を備えている。このように、本発明のシステムにおいては、吸収器（４）およびエゼクタ（８）の両者が蒸発器（３）から冷媒蒸気を引き出すので、システムの効率が向上され、さらに、エゼクタ（８）を通過する冷媒蒸気が凝縮器（２）へと直接送達されるので吸収器（４）の重荷が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】吸収冷凍装置に関する改良本発明はヒートポンプおよび冷凍システムに関し、特に、インゼクタ、エゼクタまたはジェットポンプ（以下エゼクタと称する）と組み合わせた、可逆ヒートポンプおよび冷凍システムに関する。蒸気圧縮タイプに代えて熱作動の冷凍およびヒートポンプサイクルを用いるための環境的ケースは強力である。例えば、空気調節の用途において典型的に用いられる、幾分より複合的な、つまり多効果の吸収冷凍装置は、ほぼ1.5の有効性能係数（ＣＯＰ）値（一次エネルギー消費に関して）を有していることが報告されている。一方、本線からの電力によって動力を供給される蒸気圧縮システムは、電力供給の非能率性を考慮しても0.9よりも大きな有効ＣＯＰ値を有することはまれである。これらのＣＯＰ値の比較は、ＣＯ2放出を70％低減する潜在的可能性が吸収冷凍装置への変更によって可能であることを示している。これは、上記潜在的可能性に加えて、水などの環境に馴染みやすい冷媒を用いる環境的利益である。残念なことに、より複合的でない、つまり単効果の吸収冷凍装置は上述のいずれと比較しても効率的ではない傾向がある。例えば、それらは0.4〜0.45の領域においてＣＯＰを有する傾向がある。したがって、それらの性能は多効果吸収冷凍装置および蒸気圧縮冷凍装置よりも低い。さらに、それらは冷却用のｋＷあたりの設備投資に関してさらにコストがかかる傾向もある。冷凍およびヒートポンプの重要な用途の１つは建造物における空気調節である。現時点では、経済的および環境的制御の両理由から大きな中央冷凍プラントから離れる傾向が増大している。この傾向は、分割、多分割、および可変冷媒ボリューム（ＶＲＶ）システムの増加する販売の成功によって認識される。上記システムのすべては小さな本線から動力を供給される蒸気圧縮冷凍装置を有している。販売されたシステムの大多数は30ｋＷよりも低い冷却能力を有している。しかしながら、現時点では、吸収冷凍装置ユニットは一般に300ｋＷから6000ｋＷの範囲の冷却能力を持つもののみが入手可能である。小さな能力範囲においてコスト効果的および効率的な吸収冷凍装置の必要性が認識される。しかしながら、小規模な冷凍装置市場は特に価格に敏感であり、非常に競争的である。効率的かつコスト効果的なユニットがさらに広く利用可能となり環境的利益が理解されるようになるには、熱によって動力を供給される冷凍装置の技術に関してさらなる調査研究が必要である。冷凍機の将来の発展に対する我々の目標は、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、およびＨＦＣ冷媒などの合成冷媒流体の使用を中止することを含み、作動中の冷凍機器に付随するＣＯ₂放出を大幅に削減することを含まなくてはならない。これらの目標を達成する１つの方法は、冷凍機器のユーザに、蒸気圧縮のオプションではなく、熱によって動力を供給される冷凍装置のオプションを選択するように働きかけることである。したがって、本発明の目的は、熱によって動力を供給されるので環境的に好ましく、また、小規模であるので商業的に好ましいヒートポンプおよび冷凍システムを提供することである。したがって、本発明によればヒートポンプおよび冷凍システムが提供され、このシステムは、システムに動力を供給するために熱を生成する発生器、該システムから熱を拒絶（reject）する凝縮器、環境との熱交換を可能にする蒸発器、該蒸発器から冷媒蒸気を抽出（extract）する吸収器、および該蒸発器から冷媒蒸気を抽出するエゼクタ、を備えており、該エゼクタは、蒸発器からエゼクタによって抽出された冷媒蒸気が凝縮器へ送達される前にエゼクタを通過するように、蒸発器の下流側かつ凝縮器の上流側に配置されていることを特徴とする。上記配置において、エゼクタを通過する冷媒蒸気は凝縮器における凝縮を容易にするために圧縮される。さらに、蒸発器から抽出された冷媒蒸気のうちいくらかはエゼクタを介して凝縮器へ飛沫同伴（混入）されるので、吸収器に要求される処理の度合いが比較的低減される。これは、本発明のシステムにおいてｋＷ冷却あたり、吸収器の大きさが従来のシステムにおいて典型的に必要であった大きさよりも小さく半分から３分の２にまで減少可能であることを意味する。さらに、凝縮器の大きさは変更されないままである。吸収器は比較的複合的であり、大きく、コストのかかるシステムの構成要素であるので、本発明による改変がシステムのコストを低減し、かつ良好な性能を提供しながら複雑さを減少させるという理由から多くの利点を有することは明らかである。本発明の好ましい実施態様において、エゼクタはまた、発生器から流出してエゼクタを通過する流体、例えばスチームなどの蒸気冷媒が蒸発器からエゼクタへの蒸気冷媒を飛沫同伴する手段を提供するように、発生器の下流側に配置される。この好ましい配置において、発生器から流出した流体は蒸気の形態であり、当業者はこれがエゼクタの動作において最大の効率を与えることを理解するであろう。好ましくは、液体冷媒は凝縮器から蒸発器へ通過し、次に、蒸発器で蒸発されるとすぐに、蒸気冷媒はエゼクタおよび吸収器の両者へと通過する。つまり、本発明のシステムにおいては冷媒流体のすべてが蒸発器を通過することになる。このことの重要性は従来技術を参照して以下に明らかになる。あるいは蒸発器での冷却能力と発生器へ入力される熱との間の比率として測定されるシステムの効率は、蒸発器からエゼクタを通して引かれる冷媒蒸気の量と吸収器内へ引かれる冷媒の量の合計量によって決定される。熱によって動力を供給される冷凍システムまたは吸収冷凍装置におけるエゼクタの使用は従来技術において説明されてきたが、上記配置および対応する利点はこれまで開示も理解もされていなかった。例えば、KuhlenschmidtはUS 3717007において塩吸収剤をベースとした作業流体を用いた吸収サイクルが低い蒸発器温度で作業することが可能であり、結晶化の問題を引き起こさずに空気冷却された吸収剤を用いることが可能であることを開示している。このサイクルの概略図を図ａに示す。このサイクルは二重効果発生器からなるが、従来の二重効果システムに対して、第２効果発生器からの低圧蒸気冷媒が、蒸発器からの冷媒蒸気を飛沫同伴するエゼクタからの一次流体として用いられている。これは、第２効果発生器からの冷媒はいずれも蒸発器を通過しないことを意味する。したがって、このシステムにおける冷媒のすべてが蒸発器における熱交換の目的のために用いられるわけではない。これは非効率的となる傾向がある。エゼクタの排気は蒸発器と吸収器との間の圧力差を維持するために吸収器へ排出される。これは、吸収器が第１効果発生器から蒸発器を通過する冷媒を処理し、蒸発器をバイパスする第２効果発生器からの冷媒も処理することを意味する。したがって、吸収器は蒸発器内での熱交換に直接関与しない冷媒も処理しなくてはならない。これは非効率的となる傾向がある。さらに、吸収器が行わなくてはならない処理が増加すればするほど、その大きさおよび複雑さ、したがってシステムのそれも増大する。高圧の冷媒蒸気は第２効果発生器において凝縮されるのでこのサイクルにおいては凝縮器は存在しないこと、および低圧の冷媒蒸気がエゼクタの一次流体として用いられることに注意されたい。同様に、Chenらはthe Journal of Applied Energy Volume 30 Pages 37〜51において、エゼクタを備えたサイクルが発生器から戻った高温液体溶液を一次流体として用い、蒸発器からの冷凍蒸気を二次流体として用いることを開示した。流体をエゼクタの一次流体として用いることは発生器から直接得られる蒸気を用いるよりも非効率的である。発生器の排気は図ｂに示すように吸収器へ排出される。ここでも、吸収器はシステムを流れる冷媒のすべてを処理する責任を負っている。したがって、吸収器の大きさおよび複雑さはそれに従って修正されなくてはならない。吸収器と蒸発器との間の差分圧力比率は1.1から1.2の間であることが請求の範囲に規定されている。本発明のさらに他の局面によれば、蒸発器からの蒸気を飛沫同伴し、前記蒸気を凝縮器へ送達することによってシステムの性能を向上させるように蒸発器および凝縮器とはエゼクタが流体接続していることを特徴とするヒートポンプおよび冷凍システムが提供される。ここに開示され発明される単効果システムのコンピュータシミュレーションは、二重効果サイクルから得ることが可能な値に近いＣＯＰ値が可能であるが、構成の複合性が低下していることを示す。新しい設計に基づく製品は、冷却のキロワットあたりの価格の点から従来の機器よりも小型でありかつ安価とすることができる。提案されるサイクルは二重効果システムに比べてさらに容易に逆転させることができ、同様のＣＯＰ値でさらに高い吸込み温度を提供することができる。ＣＯＰのさらなる増加は、組み合わせたエゼクタ−吸収サイクルにエコノマイザユニットを導入することによって達成され得る。最も迅速な適用は、注文製造の機器に対してであり、その後は主要なパートナーと直接組んで、および／または技術の使用許可を受けることによって大衆市場装置の発展となる。本発明の一実施態様を以下の図面を参照することによって単なる実施例として以下に説明する。図１は従来の単効果吸収サイクルの概略図を示し、図２は本発明による新規のエゼクタ−吸収システムの概略図を示し、図３は分離器をさらに備えた本発明による新規のエゼクタ−吸収システムの概略図を示し、さらに、図４はエゼクタエコノマイザ装置をさらに備えた本発明による新規のエゼクタ −吸収システムを示す。先ず図１では、従来の吸収ヒートポンプおよび冷凍装置システムが図示され、その最も簡単な形態において、凝縮器２と流体接続した発生器１を備え、凝縮器２は蒸発器３と流体接続している。蒸発器３は吸収器４と流体接続しており、吸収器４は最終的に発生器と流体接続している。このように、少なくとも４つの部材を有するシステムが図示される。説明の目的のために、吸収剤および吸収器は臭化リチウムであり、冷媒は水であるとする。冷媒（水）の蒸気は蒸発器３から吸収器４へ流れ、そこで吸収剤（臭化リチウム）と共に溶液に取り込まれる。冷媒蒸気の流れは蒸発器３内のボイル工程によって維持され、これによって、必要な冷凍効果が生成される。吸収工程は発熱を伴うので、吸収器４はその温度を維持するように一定の冷却を必要とする。冷媒が吸収剤と共に溶液に入ると、水蒸気を吸収するその能力が減少する。吸収剤の力を維持するために、大量の溶液が高圧で発生器１へ継続的にポンプ注入され、そこで溶液は加熱されて溶液から引き出された冷媒水を発生し、その後、それは圧力調整バルブ５を介して吸収剤４に戻される。高圧冷却水蒸気は発生器１から凝縮器２へ流れ、そこで液化されて膨張バルブ６を介して蒸発器３へ戻される。このようにしてサイクルは完了する。溶液熱交換器７は、発生器１から戻った高温の溶液を用いる吸収器を離れる溶液を予め加熱するために追加され得る。このように、発生器１の入力が低減され、システムの性能が改良される。これに対し、図２において、本発明による吸収熱／冷凍装置システムが図示される。エゼクタ８が蒸発器３および発生器１の下流側であって、凝縮器２の上流側に配置される。発生器１から出た冷媒蒸気がエゼクタ８を駆動させ、続いて蒸発器３からの冷媒蒸気を飛沫同伴する。さらに、図１を参照して説明されるように、吸収器４内の吸収剤もまた、蒸発器３からの冷媒蒸気を飛沫同伴する。このように、本発明のシステムにおいて、２つの手段８および４が蒸発器３からの冷媒蒸気を飛沫同伴するために設けられており、これによってシステムの性能が向上する。しかしながら、蒸発器３を出てエゼクタ８を通過する冷媒蒸気は凝縮器２へ送達される。これは、エゼクタ８を通過する冷媒蒸気が圧縮されて凝縮器２内で凝縮するので、吸収器４にかかる重荷が大きく低減されたことを意味する。吸収器４にかかる重荷または負担は大きく低減され、その結果、吸収器４の大きさおよび複雑さが従来の比較可能なシステムにおいて通常見られるものの半分から３分の２にまで減少され得る。本発明のシステムを流れる冷媒のすべてが蒸発器を直接通過し、したがって、周囲の環境との熱交換のために用いられることに注意されたい。エゼクタによって蒸発器から引き出される蒸気の量はシステムの性能およびシステムの冷却の効率の両方を決定する。引き出される蒸気の量が増加すればするほど、冷却性能は増大する。図３は分離器９を備えた本発明によるエゼクタ−吸収システムを示す。分離器９はシステムを流れる吸収剤溶液の再充填または乾燥を制御するために設けられる。図２に示すシステムにおいて、吸収剤の再充填は、発生器１からエゼクタ２を通って流れる冷媒蒸気によって大部分が決定されている。したがって、冷媒蒸気のエゼクタ８を通る流れの速度は、吸収剤の再充填に対する重要な制御効果を有している。これに対し、図３に示すシステムにおいて、分離器９は、発生器１を通過して吸収器４に戻る途中の吸収剤が分離器９においてさらに再充填されることができるように設けられ、生成された冷媒蒸気が供給ライン１０を介して凝縮器２へと通過される。分離器９における再充填は膨張などの従来の技術によって実施され得る。分離器９の設置は用いられる吸収剤の性質に依存し、分離器などのある吸収剤を備えたものとすれば、システムが動作する方法を制御する際に有益である。図４はエゼクタエコノマイザ装置11をさらに備えた本発明によるエゼクタ−吸収システムを示す。エコノマイザ装置11はエゼクタ８の下流側かつ凝縮器２の上流側に設けられる。エコノマイザ装置11は吸収剤溶液が発生器１を通過する前にそれを加熱するために用いられる。このように、吸収器４を出た吸収剤は供給ライン12に沿って移動する。この供給ラインは供給ライン13を通って平行な流れを生成するために点Ｘで分岐している。ライン13はエコノマイザ装置11を通って進み、供給ライン13aを介して発生器１へ進む。さらに、発生器１およびエゼクタ８をすでに通過した冷媒蒸気も同様にエコノマイザ装置11を通過する。このように、この冷媒蒸気からの熱は供給ライン13 を流れる吸収剤を加熱するために用いられる。供給ライン13aを介して発生器１へ通過する吸収剤はこのようにして発生器１へ入る前に予め加熱される。これによってシステムの効率が増大する。加えて、蒸発器３から飛沫同伴され、エゼクタ８を通過する冷媒蒸気も同様にエコノマイザ装置11を通過することも理解され得る。したがって、発生器１および蒸発器３から引き出された冷媒蒸気は供給ライン 13を通過する吸収剤を予め加熱するために用いられる。この構成によって発生器にかかる負担が低減され、凝縮器での外部熱転移を低減させる。これは、凝縮器の大きさ／能力が低減され得ることを意味する。加熱器およびボイラーへの本発明の応用は本発明の範囲内であり、さらに、本発明は化学および加工産業における市場性開発へも適用可能である。本発明の主な論点はシステムの性能を変えるために蒸発器と凝縮器との間にエゼクタを設けることに関する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年１２月７日【補正内容】明細書吸収冷凍装置に関する改良本発明はヒートポンプおよび冷凍システムに関し、特に、インゼクタ、エゼクタまたはジェットポンプ（以下エゼクタと称する）と組み合わせた、可逆ヒートポンプおよび冷凍システムに関する。蒸気圧縮タイプに代えて熱作動の冷凍およびヒートポンプサイクルを用いるための環境的ケースは強力である。例えば、空気調節の用途において典型的に用いられる、幾分より複合的な、つまり多効果の吸収冷凍装置は、ほぼ1.5の有効性能係数（ＣＯＰ）値（一次エネルギー消費に関して）を有していることが報告されている。一方、本線からの電力によって動力を供給される蒸気圧縮システムは、電力供給の非能率性を考慮しても0.9よりも大きな有効ＣＯＰ値を有することはまれである。これらのＣＯＰ値の比較は、ＣＯ₂放出を70％低減する潜在的可能性が吸収冷凍装置への変更によって可能であることを示している。これは、上記潜在的可能性に加えて、水などの環境に馴染みやすい冷媒を用いる環境的利益である。残念なことに、より複合的でない、つまり単効果の吸収冷凍装置は上述のいずれと比較しても効率的ではない傾向がある。例えば、それらは0.4〜0.45の領域においてＣＯＰを有する傾向がある。したがって、それらの性能は多効果吸収冷凍装置および蒸気圧縮冷凍装置よりも低い。さらに、それらは冷却用のｋＷあたりの設備投資に関してさらにコストがかかる傾向もある。冷凍およびヒートポンプの重要な用途の１つは建造物における空気調節である。現時点では、経済的および環境的制御の両理由から大きな中央冷凍プラントから離れる傾向が増大している。この傾向は、分割、多分割、および可変冷媒ボリューム（ＶＲＶ）システムの増加する販売の成功によって認識される。上記システムのすべては小さな本線から動力を供給される蒸気圧縮冷凍装置を有している。販売されたシステムの大多数は30ｋＷよりも低い冷却能力を有している。しかしながら、現時点では、吸収冷凍装置ユニットは一般に300ｋＷから6000ｋＷの範囲の冷却能力を持つもののみが入手可能である。小さな能力範囲においてコスト効果的および効率的な吸収冷凍装置の必要性が認識される。しかしながら、小規模な冷凍装置市場は特に価格に敏感であり、非常に競争的である。効率的かつコスト効果的なユニットがさらに広く利用可能となり環境的利益が理解されるようになるには、熱によって動力を供給される冷凍装置の技術に関してさらなる調査研究が必要である。冷凍機の将来の発展に対する我々の目標は、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、およびＨＦＣ冷媒などの合成冷媒流体の使用を中止することを含み、作動中の冷凍機器に付随するＣＯ₂放出を大幅に削減することを含まなくてはならない。これらの目標を達成する１つの方法は、冷凍機器のユーザに、蒸気圧縮のオプションではなく、熱によって動力を供給される冷凍装置のオプションを選択するように働きかけることである。したがって、我々は吸収器にかかる負担が軽減されるように適用されたヒートポンプおよび冷凍システムを提供することを望む。凝縮器の上流側となるように配置されたエゼクタを備えたヒートポンプおよび冷凍システムを提供することは公知である。例えば、US 4,290,273はそのようなシステムを説明しているが、エゼクタが蒸発器からの冷媒蒸気を抽出し、システムの効率を増大させるために吸収器の需要を低減させる目的では用いられていないことに注目されたい。一方、エゼクタを設けることは吸収器にかかる負担には何の影響も持たないので、本特許書類において説明されるシステムにおけるエゼクタの相対的配置は本発明の主題とは何の関係もない。同様に、US 3,440,832もまた、エゼクタが組み込まれており、このエゼクタが凝縮器の上流側に配置されているシステムを説明している。しかしながら、この文献は同様に、吸収器にかかる負担を低減する方法に関しては述べておらず、逆に、吸収器にかかる極度の負担のインパクトを最小化する方法を述べている点で本出願に述べられる発明とは異なった教示を行っている。したがって、本発明の目的は、熱によって動力を供給されるので環境的に好ましく、また、小規模であるので商業的に好ましいヒートポンプおよび冷凍システムを提供することである。したがって、本発明によればヒートポンプおよび冷凍システムが提供され、このシステムは、システムに動力を供給するために熱を生成する発生器、該システムから熱を拒絶（reject）する凝縮器、環境との熱交換を行う蒸発器、該蒸発器から冷媒蒸気を抽出（extract）する吸収器、および該蒸発器から冷媒蒸気を抽出するエゼクタ、を備えており、該エゼクタは、前記蒸発器からエゼクタによって抽出された冷媒蒸気が凝縮器へ送達される前にエゼクタを通過するように、前記蒸発器の下流側かつ凝縮器の上流側に配置されていることを特徴とする。上記配置において、エゼクタを通過する冷媒蒸気は凝縮器における凝縮を容易にするために圧縮される。さらに、蒸発器から抽出された冷媒蒸気のうちいくらかはエゼクタを介して凝縮器へ飛沫同伴（混入）されるので、吸収器に要求される処理の度合いが比較的低減される。これは、本発明のシステムにおいてｋＷ冷却あたり、吸収器の大きさが従来のシステムにおいて典型的に必要であった大きさよりも小さく半分から３分の２にまで減少可能であることを意味する。さらに、凝縮器の大きさは変更されないままである。吸収器は比較的複合的であり、大きく、コストのかかるシステムの構成要素であるので、本発明による改変がシステムのコストを低減し、かつ良好な性能を提供しながら複雑さを減少させるという理由から多くの利点を有することは明らかである。本発明の好ましい実施態様において、エゼクタはまた、発生器から流出してエゼクタを通過する流体、例えばスチームなどの蒸気冷媒が蒸発器からエゼクタへの蒸気冷媒を飛沫同伴する手段を提供するように、発生器の下流側に配置される。この好ましい配置において、発生器から流出した流体は蒸気の形態であり、当業者はこれがエゼクタの動作において最大の効率を与えることを理解するであろう。好ましくは、液体冷媒は凝縮器から蒸発器へ通過し、次に、蒸発器で蒸発されるとすぐに、蒸気冷媒はエゼクタおよび吸収器の両者へと通過する。つまり、本発明のシステムにおいては冷媒流体のすべてが蒸発器を通過することになる。このことの重要性は従来技術を参照して以下に明らかになる。あるいは蒸発器での冷却能力と発生器へ入力される熱との間の比率として測定されるシステムの効率は、蒸発器からエゼクタを通して引かれる冷媒蒸気の量と吸収器内へ引かれる冷媒の量の合計量によって決定される。熱によって動力を供給される冷凍システムまたは吸収冷凍装置におけるエゼクタの使用は従来技術において説明されてきたが、上記配置および対応する利点はこれまで開示も理解もされていなかった。例えば、KuhlenschmidtはUS 3717007において塩吸収剤をベースとした作業流体を用いた吸収サイクルが低い蒸発器温度で作業することが可能であり、結晶化の問題を引き起こさずに空気冷却された吸収剤を用いることが可能であることを開示している。このサイクルの概略図を図ａに示す。このサイクルは二重効果発生器からなるが、従来の二重効果システムに対して、第２効果発生器からの低圧蒸気冷媒が、蒸発器からの冷媒蒸気を飛沫同伴するエゼクタからの一次流体として用いられている。これは、第２効果発生器からの冷媒はいずれも蒸発器を通過しないことを意味する。したがって、このシステムにおける冷媒のすべてが蒸発器における熱交換の目的のために用いられるわけではない。これは非効率的となる傾向がある。エゼクタの排気は蒸発器と吸収器との間の圧力差を維持するために吸収器へ排出される。これは、吸収器が第１効果発生器から蒸発器を通過する冷媒を処理し、蒸発器をバイパスする第２効果発生器からの冷媒も処理することを意味する。したがって、吸収器は蒸発器内での熱交換に直接関与しない冷媒も処理しなくてはならない。これは非効率的となる傾向がある。さらに、吸収器が行わなくてはならない処理が増加すればするほど、その大きさおよび複雑さ、したがってシステムのそれも増大する。高圧の冷媒蒸気は第２効果発生器において凝縮されるのでこのサイクルにおいては凝縮器は存在しないこと、および低圧の冷媒蒸気がエゼクタの一次流体として用いられることに注意されたい。同様に、Chenらはthe Journal of Applied Energy Volume 30 Pages 37〜51において、エゼクタを備えたサイクルが発生器から戻った高温液体溶液を一次流体として用い、蒸発器からの冷凍蒸気を二次流体として用いることを開示した。流体をエゼクタの一次流体として用いることは発生器から直接得られる蒸気を用いるよりも非効率的である。発生器の排気は図ｂに示すように吸収器へ排出される。ここでも、吸収器はシステムを流れる冷媒のすべてを処理する責任を負っている。したがって、吸収器の大きさおよび複雑さはそれに従って修正されなくてはならない。吸収器と蒸発器との間の差分圧力比率は1.1から1.2の間であることが請求の範囲に規定されている。ここに開示され発明される単効果システムのコンピュータシミュレーションは、二重効果サイクルから得ることが可能な値に近いＣＯＰ値が可能であるが、構成の複合性が低下していることを示す。新しい設計に基づく製品は、冷却のキロワットあたりの価格の点から従来の機器よりも小型でありかつ安価とすることができる。提案されるサイクルは二重効果システムに比べてさらに容易に逆転させることができ、同様のＣＯＰ値でさらに高い吸込み温度を提供することができる。ＣＯＰのさらなる増加は、組み合わせたエゼクタ−吸収サイクルにエコノマイザユニットを導入することによって達成され得る。最も迅速な適用は、注文製造の機器に対してであり、その後は主要なパートナーと直接組んで、および／または技術の使用許可を受けることによって大衆市場装置の発展となる。本発明の一実施態様を以下の図面を参照することによって単なる実施例として以下に説明する。図１は従来の単効果吸収サイクルの概略図を示し、図２は本発明による新規のエゼクタ−吸収システムの概略図を示し、図３は分離器をさらに備えた本発明による新規のエゼクタ−吸収システムの概略図を示し、さらに、図４はエゼクタエコノマイザ装置をさらに備えた本発明による新規のエゼクタ −吸収システムを示す。先ず図１では、従来の吸収ヒートポンプおよび冷凍装置システムが図示され、その最も簡単な形態において、凝縮器２と流体接続した発生器１を備え、凝縮器２は蒸発器３と流体接続している。蒸発器３は吸収器４と流体接続しており、吸収器４は最終的に発生器と流体接続している。このように、少なくとも４つの部材を有するシステムが図示される。説明の目的のために、吸収剤および吸収器は臭化リチウムであり、冷媒は水であるとする。冷媒（水）の蒸気は蒸発器３から吸収器４へ流れ、そこで吸収剤（臭化リチウム）と共に溶液に取り込まれる。冷媒蒸気の流れは蒸発器３内のボイル工程によって維持され、これによって、必要な冷凍効果が生成される。吸収工程は発熱を伴うので、吸収器４はその温度を維持するように一定の冷却を必要とする。冷媒が吸収剤と共に溶液に入ると、水蒸気を吸収するその能力が減少する。吸収剤の力を維持するために、大量の溶液が高圧で発生器１へ継続的にポンプ注入され、そこで溶液は加熱されて溶液から引き出された冷媒水を発生し、その後、それは圧力調整バルブ５を介して吸収剤４に戻される。高圧冷却水蒸気は発生器１から凝縮器２へ流れ、そこで液化されて膨張バルブ６を介して蒸発器３へ戻される。このようにしてサイクルは完了する。溶液熱交換器７は、発生器１から戻った高温の溶液を用いる吸収器を離れる溶液を予め加熱するために追加され得る。このように、発生器１の入力が低減され、システムの性能が改良される。これに対し、図２において、本発明による吸収熱／冷凍装置システムが図示される。エゼクタ８が蒸発器３および発生器１の下流側であって、凝縮器２の上流側に配置される。発生器１から出た冷媒蒸気がエゼクタ８を駆動させ、続いて蒸発器３からの冷媒蒸気を飛沫同伴する。さらに、図１を参照して説明されるように、吸収器４内の吸収剤もまた、蒸発器３からの冷媒蒸気を飛沫同伴する。このように、本発明のシステムにおいて、２つの手段８および４が蒸発器３からの冷媒蒸気を飛沫同伴するために設けられており、これによってシステムの性能が向上する。しかしながら、蒸発器３を出てエゼクタ８を通過する冷媒蒸気は凝縮器２へ送達される。これは、エゼクタ８を通過する冷媒蒸気が圧縮されて凝縮器２内で凝縮するので、吸収器４にかかる重荷が大きく低減されたことを意味する。吸収器４にかかる重荷または負担は大きく低減され、その結果、吸収器４の大きさおよび複雑さが従来の比較可能なシステムにおいて通常見られるものの半分から３分の２にまで減少され得る。本発明のシステムを流れる冷媒のすべてが蒸発器を直接通過し、したがって、周囲の環境との熱交換のために用いられることに注意されたい。エゼクタによって蒸発器から引き出される蒸気の量はシステムの性能およびシステムの冷却の効率の両方を決定する。引き出される蒸気の量が増加すればするほど、冷却性能は増大する。図３は分離器９を備えた本発明によるエゼクター吸収システムを示す。分離器９はシステムを流れる吸収剤溶液の再充填または乾燥を制御するために設けられる。図２に示すシステムにおいて、吸収剤の再充填は、発生器１からエゼクタ２を通って流れる冷媒蒸気によって大部分が決定されている。したがって、冷媒蒸気のエゼクタ８を通る流れの速度は、吸収剤の再充填に対する重要な制御効果を有している。これに対し、図３に示すシステムにおいて、分離器９は、発生器１を通過して吸収器４に戻る途中の吸収剤が分離器９においてさらに再充填されることができるように設けられ、生成された冷媒蒸気が供給ライン１０を介して凝縮器２へと通過される。分離器９における再充填は膨張などの従来の技術によって実施され得る。分離器９の設置は用いられる吸収剤の性質に依存し、分離器などのある吸収剤を備えたものとすれば、システムが動作する方法を制御する際に有益である。図４はエゼクタエコノマイザ装置11をさらに備えた本発明によるエゼクタ−吸収システムを示す。エコノマイザ装置11はエゼクタ８の下流側かつ凝縮器２の上流側に設けられる。エコノマイザ装置11は吸収剤溶液が発生器１を通過する前にそれを加熱するために用いられる。このように、吸収器４を出た吸収剤は供給ライン12に沿って移動する。この供給ラインは供給ライン13を通って平行な流れを生成するために点Ｘで分岐している。ライン13はエコノマイザ装置11を通って進み、供給ライン13aを介して発生器１へ進む。さらに、発生器１およびエゼクタ８をすでに通過した冷媒蒸気も同様にエコノマイザ装置11を通過する。このように、この冷媒蒸気からの熱は供給ライン13を流れる吸収剤を加熱するために用いられる。供給ライン13aを介して発生器１へ通過する吸収剤はこのようにして発生器１へ入る前に予め加熱される。これによってシステムの効率が増大する。加えて、蒸発器３から飛沫同伴され、エゼクタ８を通過する冷媒蒸気も同様にエコノマイザ装置11を通過することも理解され得る。したがって、発生器１および蒸発器３から引き出された冷媒蒸気は供給ライン 13を通過する吸収剤を予め加熱するために用いられる。この構成によって発生器にかかる負担が低減され、凝縮器での外部熱転移を低減させる。これは、凝縮器の大きさ／能力が低減され得ることを意味する。加熱器およびボイラーへの本発明の応用は本発明の範囲内であり、さらに、本発明は化学および加工産業における市場性開発へも適用可能である。本発明の主な論点はシステムの性能を変えるために蒸発器と凝縮器との間にエゼクタを設けることに関する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者アフォーンラタナ，ササイギリス国エス６３ディーゼット，サウスヨークシャー，シェフィールド，インフィアマリーロード，ポートランドストリート，ポートランドビルディングス，フラット２（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】１．ヒートポンプおよび冷凍システムであって、該システムへ動力を供給するために熱を生成する発生器、該システムから熱を拒絶する凝縮器、環境との熱交換を行う蒸発器、該蒸発器から冷媒蒸気を抽出する吸収器、および該蒸発器から冷媒蒸気を抽出するエゼクタを備えており、該蒸発器から該エゼクタによって抽出された冷媒蒸気が該凝縮器へ直接送達される前に該エゼクタを通過するように、該エゼクタが該蒸発器の下流側であってかつ該凝縮器の上流側に配置されていることを特徴とするヒートポンプおよび冷凍システム。２．前記エゼクタがさらに、前記発生器から出た冷媒蒸気が該エゼクタを通過するように、該発生器の下流側に配置されて、前記蒸発器からの冷媒蒸気の飛沫同伴を引き起こす請求項１に記載のシステム。３．すべての冷媒蒸気が前記蒸発器を通過し、その後該蒸気の一部が該蒸発器を出て前記エゼクタへ通過し、残りの部分が該蒸発器を出て前記吸収器へ通過するように回路が形成されている請求項１または２に記載のシステム。４．前記発生器と前記吸収器との間に分離器がさらに設けられており、該発生器から該吸収器へ戻る吸収剤が該分離器を通過して冷媒蒸気を離す請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。５．前記分離器が、前記吸収剤によって生じた冷媒蒸気が該分離器から前記凝縮器へ通過するように、該凝縮器とは流体接続している請求項４に記載のシステム。６．前記エゼクタの下流側に配置され、供給ラインを備えたエゼクタ−エコノマイザ装置がさらに設けられており、該供給ラインは吸収剤を前記吸収器から該エコノマイザ装置へ引き出し、該エコノマイザ装置を通過した後に該吸収剤を前記発生器へ送達する請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。７．前記供給ラインが、前記吸収器を離れて前記発生器へ向かう途中の前記吸収剤の一部が前記エコノマイザ装置を通過するように迂回するように、該吸収器の下流側に設けられている請求項６に記載のシステム。