JPWO2016152399A1 - 吸収冷凍機および除湿機 - Google Patents
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Abstract
吸収冷凍機における再生器では、水とイオン液体との混合物を加熱して水を水蒸気とすることでイオン液体と水とを分離させている。このような潜熱加熱は顕熱加熱に比べて、吸収溶液の沸点以上の温度と、多大な熱量とを必要とするのでエネルギー効率が悪い、という課題があった。吸収冷凍機(10)は、冷媒との相溶性が温度で変化するイオン液体と冷媒とを混合させる混合器(30)と、混合器で混合された冷媒とイオン液体との混合物を加熱して、イオン液体と冷媒とを液体のままイオン液体と冷媒との比重差により分離させる再生器(40)と、再生器により分離された冷媒を気化させることで冷熱を発生させる蒸発器(20)と、を備える。
Description
本発明は、吸収冷凍機および除湿機に関する。
冷媒として水を、吸収剤として少なくとも１種のイオン液体を含んでなる吸収サイクルを用いて冷却する吸収冷凍機が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特表２００９−５２００７３
特許文献１ 特表２００９−５２００７３
上記吸収冷凍機における再生器では、水とイオン液体との混合物を加熱して水を水蒸気とすることでイオン液体と水とを分離させている。このような潜熱加熱は顕熱加熱に比べて、吸収溶液の沸点以上の温度と、多大な熱量とを必要とするのでエネルギー効率が悪い、という課題があった。
本発明の第１の態様における吸収冷凍機は、冷媒との相溶性が温度で変化するイオン液体と冷媒とを混合させる混合器と、前記混合器で混合された前記冷媒と前記イオン液体との混合物を加熱して、前記イオン液体と前記冷媒とを液体のまま前記イオン液体と前記冷媒との比重差により分離させる再生器と、前記再生器により分離された前記冷媒を気化させることで冷熱を発生させる蒸発器とを備える吸収冷凍機。
本発明の第２の態様における除湿機は、水との相溶性が温度で変化するイオン液体に空気に含まれる水を吸収させて、除湿された空気を出力する吸収器と、前記水を吸収したイオン液体を加熱して、前記イオン液体と前記水とを液体のまま前記イオン液体と前記水との比重差により分離させる再生器とを備える。
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、吸収冷凍機１０の一例を示す模式図である。吸収冷凍機１０は、蒸発器２０と、混合器の一例として吸収器３０と、再生器４０と、冷却器５０とを備える。吸収冷凍機１０において、まず、冷媒は、蒸発器２０において気化されて冷熱を発生させる。気化した冷媒は、吸収器３０で吸収剤に吸収される。冷媒を吸収した吸収剤は、再生器４０において冷媒と吸収剤とが分離される。冷媒が分離された吸収剤は、冷却器５０によって冷却された後に吸収器３０に搬送され、再び、気化した冷媒を吸収する。吸収剤から分離された冷媒は、同じく冷却器５０によって冷却された後に蒸発器２０に搬送される。そして、再び、冷媒は、蒸発器２０において気化されて冷熱を発生させる。
このように吸収冷凍機１０は、上記サイクルを繰り返すことで継続的に冷熱を発生する。本実施形態において、吸収冷凍機１０に用いる冷媒として水を用いている。また、吸収剤としてイオン液体を用いている。ここで、イオン液体とは、１００℃以下の温度で液体状態の塩であり、本実施形態において、冷媒である水との相溶性が温度によって変化するイオン液体を用いている。なお、以後の説明において、イオン液体をＩＬと称する場合がある。
図２は、ＩＬと水との混合状態および分離状態を示す。ＩＬと水との相溶性が変化する温度を転移温度Ｔｃとすると、転移温度Ｔｃよりも低い温度においては、図２に示すように、ＩＬと水とが相溶している混合液１００の状態となる。混合液１００を加熱して、転移温度Ｔｃ以上に温度を上昇させると、ＩＬと水との相溶性は低下し、液体のままＩＬ層１０４からなる下層と、水層１０２からなる上層とに分離した状態となる。なお、ＩＬ層１０４と水層１０２との分離は完全な分離でなくてもよく、ＩＬ層１０４がわずかな水を含んでいてもよく、水層１０２がわずかなＩＬを含んでいてもよい。
図３は、ＩＬの種類と転移温度Ｔｃを示した表である。図３に示したように、これらのＩＬの転移温度Ｔｃはいずれも水の沸点より低い。
図４は、ＩＬのカチオンの具体例を示し、図５は、ＩＬのアニオンの具体例を示す。このように、ＩＬは、図４に示したカチオンと図５に示したアニオンを組み替えることによって、図３に示すように、水との相溶性が変化する転移温度Ｔｃを調整できる。本実施形態においては、ＩＬとして転移温度Ｔｃが５０℃である［Ｐ４４４４］［ＴｓＯ］を用いた。
再び、図１を参照して、蒸発器２０は、水を気化させることで冷熱を発生させる。蒸発器２０は、水を気化させる気化部２２と、水に含まれるＩＬを回収する回収部２４とを備える。蒸発器２０は、再生器４０と膨張弁６０を介して接続されており、これにより、蒸発器２０は、再生器４０の内圧よりも低い、予め定められた内圧に調整される。
再生器４０と蒸発器２０との内圧差によって、冷媒である水は、膨張弁６０を通って再生器４０から蒸発器２０へ搬送される。蒸発器２０において水は、気化部２２に向けて噴出される。噴出された水は、気化部２２から熱を奪って気化する。また、気化部２２は、気化部２２を通る対象物８０から熱を奪うことによって対象物８０を冷却する。このようにして、蒸発器２０は、冷却された対象物８０を出力する。なお、対象物８０としては、空気、水、不凍液（ブライン）等を用いてよい。
対象物８０は、温度計２６によって入力温度が検知され、温度計２８によって、出力温度が検知される。そして検知された温度に基づいて、蒸発器２０への水の供給量が制御される。例えば、対象物８０が冷却される場合であって、対象物８０の入力温度が予め設定された温度より高い場合には、蒸発器２０への水の供給量が増加される。一方、対象物８０の入力温度が予め設定された温度よりも低い場合には、蒸発器２０への水の供給量は減少される。なお、出力温度によっても同様に蒸発器２０への水の供給量を制御してよい。
回収部２４は、蒸発器２０に搬送されたＩＬを含む水を回収する。回収部２４は、ＩＬを含む水を回収した場合に、そのうちの予め定められた量のＩＬを含む水を吸収器３０に送ることによって平衡状態を作る。このように、蒸発器２０に回収部２４を設けることによって、ＩＬが、蒸発器２０に滞留することを防止できる。これにより、吸収冷凍機１０の稼働途中でＩＬを追加することなく、吸収冷凍機１０を稼働させることができる。なお、回収部２４は、回収したＩＬを含む水を、液体ポンプを用いて吸収器３０に搬送してもよい。
吸収器３０は、気化した水をＩＬに吸収させる。吸収器３０は、蒸発器２０に接続されて設けられる。蒸発器２０と吸収器３０は接続されているので、蒸発器２０と吸収器３０の内圧はほぼ等しい。水を吸収したＩＬを冷却水８２で冷却することにより、吸収器３０の内圧が下がる。この内圧の低下により、蒸発器２０と吸収器３０との間に内圧差が生じる。この内圧差により、蒸発器２０から吸収器３０へ気化した水が搬送される。
吸収器３０は、再生器４０と膨張弁６２を介して接続されている。吸収器３０の内圧は再生器４０の内圧よりも低いので、吸収剤であるＩＬは、膨張弁６２を通って再生器４０から吸収器３０へと搬送される。
吸収器３０において、ＩＬが気化した水を吸収すると、水の吸収熱によりＩＬの温度が上昇する。吸収器３０は、冷却水８２を用いてＩＬを冷却する。これにより、ＩＬは冷却され、水の吸収が促進される。このようにして水を吸収したＩＬは、液体ポンプ７０によって再生器４０へ搬送される。
再生器４０は、加熱器４２と分離器４４とを備える。加熱器４２は、外部流体８４を用いて水を吸収したＩＬを加熱して、ＩＬと水とを液体のままＩＬと水との比重差により分離させる。本実施形態において使用したＩＬ［Ｐ４４４４］［ＴｓＯ］は、転移温度Ｔｃが５０℃である。加熱器４２は、転移温度Ｔｃである５０℃より高い温度に加熱できればよいので、本実施形態においては、例えば、５０℃より高い温度であって６０℃以下の熱源を用いて、外部流体８４を加熱している。なお、転移温度Ｔｃが低いＩＬを用いることによって、加熱器４２は、より低い温度の熱源を用いることができる。これにより、吸収冷凍機１０は、今まで利用できず廃棄されていた低温の排熱等を利用して、冷熱を出力できるようになる。
図６は、分離器４４の一例を示す模式図である。分離器４４は、加熱器４２によって分離されたＩＬと水とを別々に取り出す。分離器４４は、容器１１０と、センサ１１２と、１つの供給バルブ１１４と、２つの排出バルブ１１６、１１８と、を備える。
容器１１０は、中空の容器であって、ＩＬと水とに分離された混合液を収納する。加熱器４２と接続した供給管１２０は、供給バルブ１１４を介して容器１１０の上面に接続されている。排出管１２２は、容器１１０の側面の予め定められた高さに排出バルブ１１６を介して接続されている。排出管１２４は、容器１１０の下面に排出バルブ１１８を介して接続されている。なお、容器１１０の側面の予め定められた高さは、ＩＬと水との界面が容器１１０の中央に位置している場合において、例えば、容器１１０の高さに対して６／１０となる高さである。排出バルブ１１６を容器１１０の高さに対して６／１０となる高さに接続することによって、排出バルブ１１６を解放させて水を取り出した後においても、容器１１０の高さに対して１／１０の高さの水を容器１１０内に残している。
吸収冷凍機１０において、冷媒である水にＩＬが含まれると、回収部２４から吸収器３０へ搬送するＩＬを含む水の量が増える。水とＩＬとの界面よりも高い位置に排出バルブ１１６を設け、水を取り出した後においても、水を容器１１０内に残すことにより、蒸発器２０へ搬送されるＩＬの量を少なくすることができる。これにより、回収部２４から吸収器３０へ搬送されるＩＬを含む水の量を減らすことができる。
容器１１０が空の状態において、供給バルブ１１４が開放されると、容器１１０の上面からＩＬと水とに分離された混合液が供給される。ＩＬと水との混合液は、センサ１１２が液面を検出するまで供給される。センサ１１２は、液面を検出すると、供給バルブ１１４を閉じて、ＩＬと水との混合液の供給を停止させる。
供給バルブ１１４を閉じてから予め定められた時間が経過した後、排出バルブ１１６が開放されて、上層の水が取り出される。なお、予め定められた時間は、例えば、５分である。予め定められた時間は、予め測定されたＩＬと水との混合液が分離するのに必要な時間であってよく、さらに当該時間に予め定められた安全率を乗じた時間であってもよい。取り出された水は、冷却器５０によって冷却されて、蒸発器２０へ搬送される。
排出バルブ１１６は、例えば、予め定められた時間が経過した後に閉じられる。なお、予め定められた時間は、予め測定された容器１１０内の水が排出バルブ１１６を通って排出されるのに必要な時間であってよく、さらに、当該時間に予め定められた安全率を乗じた時間であってもよい。その後、排出バルブ１１８が開放され、ＩＬと水とが取り出される。取り出されたＩＬと水は、冷却器５０によって冷却されて、吸収器３０へ搬送される。
冷却器５０は、分離器４４によって取り出されたＩＬおよび水を冷却する。冷却器５０は、冷却水８６を循環させることによって、冷却器５０内を通過するＩＬおよび水を冷却する。冷却器５０で冷却された水は、膨張弁６０を通って蒸発器２０へ供給される。そして、蒸発器２０は、再び、供給された水を気化させて冷熱を発生させる。一方、冷却器５０で冷却されたＩＬは、膨張弁６２を通って吸収器３０へ供給される。そして、吸収器３０は、再び、供給されたＩＬを用いて気化された水を吸収させる。このように、本実施形態における吸収冷凍機１０は、蒸発器２０、吸収器３０、再生器４０、冷却器５０において上記で説明した処理を繰り返し実行することで継続的に冷熱を発生する。
本実施形態の吸収冷凍機１０は、吸収剤として冷媒である水との相溶性が５０℃で変化するＩＬを用いている。そのため、ＩＬと水との混合物を５０℃以上に顕熱加熱するだけで、ＩＬと水との比重差によりＩＬと水とを分離できる。このように、本実施形態の吸収冷凍機１０においては冷媒と吸収剤とを分離するのに冷媒を気化させる潜熱加熱をしないので、吸収冷凍機１０のエネルギー効率を大きく向上させることができる。
本実施形態における吸収冷凍機１０のＣＯＰ（成績係数）について説明する。吸収冷凍機１０において、吸収剤であるＩＬの転移温度Ｔｃが５５℃であり、加熱器４２において３５℃から６０℃に加熱して、６０重量％の水を含むＩＬと水との混合物から１／１０の水を分離したとしてＣＯＰを算出したところ、ＣＯＰは１．５であった。９０℃で潜熱加熱を行い水と吸収剤とを分離している従来の吸収冷凍機のＣＯＰが０．７であることを考えると、本実施形態における吸収冷凍機１０のエネルギー効率は、従来の吸収冷凍機に対して大きく向上している。
また、本実施形態においては、供給バルブ１１４を閉じてから予め定められた時間が経過した後、排出バルブ１１６が開放されて、上層の水が取り出される例を説明した。しかしながらこれに限られず、例えば、容器１１０に対して６／１０となる高さに発光素子および受光素子を設け、受光素子が受光した光量に基づいてＩＬと水とが分離したかを検出してもよい。水層１０２の透明度は、ＩＬと水とが相溶した状態の透明度よりも高い。そのため、受光素子が受光した光量に閾値を設け、受光素子の受光量が当該閾値を超えたことを条件として、排出バルブ１１６を解放させてもよい。
また、本実施形態においては、加熱器４２は、外部流体８４を用いて水を吸収したＩＬを加熱して、ＩＬと水とを分離させる例を示したが、加熱器４２は、さらに、外部流体８４を用いて分離器４４の容器１１０を加熱してもよい。容器１１０の加熱により、容器１１０におけるＩＬと水との分離状態が維持できるので、分離器４４におけるＩＬと水との分離能力が向上する。
次に、吸収冷凍機１０の他の例について説明する。図７は、吸収冷凍機１５０を示す模式図である。図７において、図１と共通する要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。図７に示した吸収冷凍機１５０は、熱交換器１５２をさらに備える。
熱交換器１５２は、混合器の一例である吸収器３０から搬送される水を含むＩＬと、分離器４４から搬送されるＩＬとの間で熱交換を行う。吸収器３０から搬送される水を含むＩＬの温度は、分離器４４から搬送されるＩＬの温度よりも低い。熱交換器１５２は、相対的に温度が高い分離器４４から搬送されるＩＬの熱を回収し、吸収器３０から搬送される水を含むＩＬを加熱する。これにより、加熱器４２における加熱を削減できる。
次に、分離器４４の他の例について説明する。図８は、分離器２００の第１の状態を示す模式図である。図８において、図６と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。また、以降の図において、黒色バルブは、閉じたバルブを示し、白色バルブは、開いたバルブを示す。分離器２００は、並列に接続された複数の分離器４４を備える。そして、これら複数の分離器４４を切り替えながら順番にＩＬと水との混合液を供給し、供給されてから予め定められた時間が経過してＩＬと水とが分離した後に、ＩＬと水とが別々に取り出される。
分離器２００は、４つの容器２０２、２０４、２０６、２０８と、４つの供給バルブ２１０、２１２、２１４、２１６と、４つのセンサ１１２と、８つの排出バルブ２２０、２２２、２２４、２２６、２３０、２３２、２３４、２３６と、１つの供給管２４０と、２つの排出管２４２、２４４と、を備える。加熱器４２と接続した供給管２４０は、４つの容器２０２、２０４、２０６、２０８に接続することを目的として、４つに分岐されている。分岐された供給管２４０の１つは、供給バルブ２１０介して容器２０２の上面に接続されている。同様に他の分岐された供給管の１つは、供給バルブ２１２を介して容器２０４の天面に接続されている。さらに他の分岐された供給管の１つは、供給バルブ２１４を介して容器２０６の天面に接続されており、他の分岐された供給管の１つは、供給バルブ２１６を介して容器２０８の天面に接続されている。
排出管２４２は、４つの容器２０２、２０４、２０６、２０８に接続することを目的として、４つに分岐されている。分岐された排出管２４２の１つは、排出バルブ２２０を介して、容器２０２の側面の予め定められた高さに接続されている。同様に他の分岐された排出管２４２の１つは、排出バルブ２２２を介して、容器２０４の側面の予め定められた高さに接続されている。さらに他の分岐された排出管２４２の１つは、排出バルブ２２４を介して容器２０６の側面の予め定められた高さに接続されており、他の分岐された排出管２４２の１つは、排出バルブ２２６を介して容器２０８の側面の予め定められた高さに接続されている。なお、予め定められた高さは、分離器４４における予め定められた高さと同じなので、重複する説明を省略する。
排出管２４４は、４つの容器２０２、２０４、２０６、２０８に接続することを目的として、４つに分岐されている。分岐された排出管２４４の１つは、排出バルブ２３０を介して、容器２０２の下面に接続されている。同様に他の分岐された排出管２４２の１つは、排出バルブ２３２を介して、容器２０４の下面に接続されている。さらに他の分岐された排出管２４２の１つは、排出バルブ２３４を介して容器２０６の側面の予め定められた高さに接続されており、他の分岐された供給管の１つは、排出バルブ２３６を介して容器２０８の下面に接続されている。
第１の状態において、容器２０２では、排出バルブ２２０が開放され、容器２０２から水が取り出される。また、容器２０４では、排出バルブ２３２が開放され、容器２０４からＩＬと若干量の水とが取り出される。また、容器２０６では、供給バルブ２１４が開放され、容器２０６にＩＬと水とに分離された混合液が供給される。また、容器２０８では、水とＩＬとに分離された混合液により満たされた状態で放置されてＩＬと水とが分離される。
図９は、分離器２００の第２の状態を示す模式図である。図９において、図８と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。第２の状態において、容器２０２では、排出バルブ２２０が閉じられるとともに排出バルブ２３０が開放され、容器２０２からＩＬと若干量の水とが取り出される。容器２０４では、排出バルブ２３２が閉じられるとともに供給バルブ２１２が開放され、容器２０４にＩＬと水とに分離された混合液が供給される。容器２０６では、ＩＬと水とに分離された混合液により満たされた状態で放置されてＩＬと水とが分離される。容器２０８では、排出バルブ２２６が開放され、容器２０８から水が取り出される。
このように分離器２００では、ＩＬと水とに分離された混合液が供給される工程、ＩＬと水との混合溶液により満たされた状態で放置して分離させる工程、水が取り出される工程、ＩＬと若干量の水とが取り出される工程が、４つの容器２０２、２０４、２０６、２０８のそれぞれで順番に実行される。そして、それぞれの工程が４つの容器２０２、２０４、２０６、２０８で同時に実行されるように、それぞれの容器において１つずれた工程を同じ時間で実行させている。これにより、加熱器４２から分離器２００へ連続的にＩＬと水とに分離された混合液の供給することができる。また、分離器２００から蒸発器２０へ、連続的に水を供給することができ、また、分離器２００から吸収器３０へ、連続的にＩＬを供給することができる。
なお、図８、９においては、容器の数を４とした分離器２００の例を示したが、容器の数は４つに限られず、複数であればよい。また、容器の数は、上述した４つの工程の時間に基づいて定めてもよい。
図１０は、比重が水よりも小さい他のＩＬと水との混合状態および相分離状態を示す。図１０に示したＩＬは、転移温度Ｔｃよりも低い温度においては、ＩＬと水とが相溶している混合液１００の状態となる。混合液１００を加熱して、転移温度Ｔｃ以上に温度を上昇させると、ＩＬと水との相溶性は低下し、ＩＬ層１０４からなる上層と、水層１０２からなる下層とに分離した状態となる。このように、比重が水よりも小さいＩＬにおいては、図２に示した例と異なり、ＩＬ層１０４が上層となり、水層１０２が下層となる。
図１１は、比重が水よりも小さい他のＩＬの種類と転移温度Ｔｃを示した表である。また、図１２は、他のＩＬのカチオンの具体例を示し、図１３は、他のＩＬのアニオンの具体例を示す。このように、ＩＬは、図１２に示したカチオンと図１３に示したアニオンとを含み、当該ＩＬは、冷媒である水よりも比重が小さい。このようなＩＬとしては、例えば［Ｐ６６６８］［ＥｔＯＨＰＯ２］を用いることができる。
図１４は、分離器３００を示す模式図である。図１４において、図８と共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。分離器３００は、吸収剤として冷媒である水よりも比重が小さいＩＬに対応している。
分離器３００は、４つの容器３０２、３０４、３０６、３０８と、４つの供給バルブ２１０、２１２、２１４、２１６と、４つのセンサ１１２と、４つのセンサ３１０と、８つの排出バルブ２２０、２２２、２２４、２２６、２３０、２３２、２３４、２３６と、１つの供給管２４０と、２つの排出管２４４、３２０と、を備える。
排出管３２０は、４つの容器３０２、３０４、３０６、３０８に接続することを目的として、４つに分岐されている。分岐された排出管３２０の１つは、排出バルブ２２０を介して、容器３０２の下面に接続されている。同様に他の分岐された排出管３２０の１つは、排出バルブ２２２を介して、容器３０４の下面に接続されている。さらに他の分岐された排出管３２０の１つは、排出バルブ２２４を介して容器３０６の下面に接続されており、他の分岐された排出管３２０の１つは、排出バルブ２２６を介して容器３０８の下面に接続されている。
図１４に示した状態において、容器３０２では、排出バルブ２２０が開放され、容器３０２から水が取り出される。水の取り出しは、センサ３１０が液面を検出するまで取り出される。センサ３１０は、液面を検出すると、排出バルブ２２０を閉じて水の取り出しを停止させる。なお、センサ３１０の高さは、例えば、水の取り出しを停止させた後において、容器３０２の高さの１／１０の高さの水が容器の底に残るように設定されている。
容器３０４では、排出バルブ２３２が開放され、容器３０４からＩＬと若干量の水とが取り出される。また、容器３０６では、供給バルブ２１４が開放され、容器３０６にＩＬと水とに分離された混合液が供給される。また、容器３０８では、ＩＬと水とに分離された混合液により満たされた状態で放置されてＩＬと水とが分離される。
このように、比重が水よりも小さいＩＬを用いることで、容器３０２の下面から水を取り出すことができる。容器３０２において、排出管３２０にかかる圧力は、水の重量とＩＬの重量が加算された重量に基づく圧力となる。このため、排出管３２０にかかる圧力は、比重が水よりも大きいＩＬを用いた場合における分離器２００における圧力よりも大きくなる。圧力を大きくすることによって排出管３２０からの水の取り出し速度を速めることができる。
図１５は、除湿機４００の一例を示す模式図である。図１５において、図１と共通する要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。除湿機４００は、吸収器４１０と再生器４０と、冷却器５０とを備える。
除湿機４００において、まず、吸収器４１０で空気４１２に含まれる水４１４をＩＬに吸収させて、除湿した空気４１２を出力する。吸収器４１０は、図１に示した吸収器３０と水４１４をＩＬに吸収させる構成において共通するが、水４１４を含む空気４１２を取り込み、ＩＬに水４１４を吸収させることによって、水４１４を含まない空気４１２を出力する点において異なる。
水４１４を吸収したＩＬは、再生器４０において水４１４とＩＬとに分離される。水４１４が分離されたＩＬは、冷却器５０によって冷却された後に吸収器３０に搬送され、再び、空気４１２から水４１４を吸収する。再生器４０は、ＩＬから分離された水４１４を排出する。このように、除湿機４００は、上記サイクルを繰り返すことで継続的に水４１４を含まない空気４１２を出力する。図１５に示した除湿機４００において、ＩＬとして転移温度Ｔｃが５０℃である［Ｐ４４４４］［ＴｓＯ］を用いた。
図１５に示した除湿機４００においても、冷媒吸収剤として、水４１４との相溶性が５０℃で変化するＩＬを用いている。そのため、ＩＬと水４１４との混合物を５０℃以上に顕熱加熱するだけで、ＩＬと水４１４との比重差によりＩＬと水４１４とを分離できる。このため、図１５に示した除湿機４００においても、ＩＬと水４１４とを分離するのに潜熱加熱しないので、除湿機４００のエネルギー効率を大きく向上させることができる。
本実施形態において、冷媒吸収剤として、例えば、［Ｐ４４４４］［ＴｓＯ］からなるＩＬを用いた例を示したが、冷媒吸収剤は、複数の種類のＩＬを含んでもよい。また、ＩＬにＩＬ以外の添加物を含めてもよく、例えば、ＩＬに界面活性剤を含めてもよい。さらに、冷媒吸収剤はＩＬ以外であってもよく、そのような実施形態の例を図１６と図１７において示す。
図１６は、吸収冷凍機５００を示す模式図である。図１６において、図１と共通する要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。図１６に示した吸収冷凍機５００の混合器５２０は、吸収器３０及び液体ポンプ７０にくわえて分離部５１０をさらに備える。本実施例において、吸収器３０で気化した水を吸収するのは、臭化リチウム水溶液である。冷媒吸収剤の他の例として、臭化カルシウムや塩化カルシウム等の潮解性の高い物質の水溶液を用いてもよい。
吸収器３０において水を吸収した臭化リチウム水溶液は、液体ポンプ７０によって分離部５１０に搬送される。分離部５１０は、半透膜５１６と、半透膜５１６で隔てられた第１チャンバ５１２と第２チャンバ５１４を備える。臭化リチウム水溶液は第２チャンバ５１４に収納される。臭化リチウム水溶液に含まれる水は、半透膜を浸透して、ＩＬを収納する第１チャンバ５１２に移動する。半透膜の浸透法は、逆浸透であってもいいし正浸透であってもよい。このようにして水を吸収したＩＬは、再生器４０へ送られる。
再生器４０において水と分離したＩＬは、冷却器５０による冷却後に、液体ポンプ７２によって分離部５１０の第１チャンバ５１２に搬送される。蒸発器２０の回収部２４によって回収されたＩＬを含む水も、分離部５１０の第１チャンバ５１２に送られる。このようにして、ＩＬは、半透膜を通過してくる水の吸収に再び利用される。一方、第２チャンバ内の臭化リチウム水溶液は吸収器３０に戻され、気化した水の吸収に再び用いられる。これにより、水との相溶性が高い臭化リチウム水溶液を冷媒吸収剤として使用して、効率的に水を吸収することができる。また、相溶性の変化に基づいてＩＬと水を効率的に分離することができる。
次に、吸収冷凍機５００の他の例について説明する。図１７は、吸収冷凍機５５０を示す模式図である。図１７において、図１６と共通する要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。図１７に示した吸収冷凍機５５０は、濃度調節器５６０をさらに備える。濃度調節器５６０として、例えば、電気化学的に脱イオン処理する容量性脱イオン（ＣＤＩ）装置を用いてもよい。
分離部５１０から濃度調節器５６０に送られてくる臭化リチウム水溶液は、そこで、臭化リチウムを高濃度に含む水溶液と低濃度に含む水溶液とに分けられる。低濃度の臭化リチウム水溶液は、吸収器３０から分離部５１０に搬送される臭化リチウム水溶液に混ぜられる。一方、高濃度の臭化リチウム水溶液は吸収器３０に送られる。これにより，半透膜による水分離後の吸収器に流入する臭化リチウム水溶液の濃度をさらに高めることができる。
また、本実施形態において、蒸発器２０、混合器の一例である吸収器３０、再生器４０、冷却器５０をそれぞれ１つ備える吸収冷凍機１０を示した。しかしながら、当該構成に限られず、蒸発器２０、吸収器３０、再生器４０、冷却器５０は、それぞれ複数設けられていてもよい。同様に、除湿機４００においても、吸収器４１０、再生器４０、冷却器５０は、それぞれ複数設けられていてもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
１０、１５０、５００、５５０ 吸収冷凍機、２０ 蒸発器、２２ 気化部、２４ 回収部、２６、２８ 温度計、３０、４１０ 吸収器、４０ 再生器、４２ 加熱器、４４、２００、３００ 分離器、５０ 冷却器、６０、６２ 膨張弁、７０、７２ 液体ポンプ、８０ 対象物、８４ 外部流体、８２、８６ 冷却水、１００ 混合液、１０２ 水層、１０４ ＩＬ層、１１０、２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８ 容器、１１２、３１０ センサ、１１４、２１０、２１２、２１４、２１６ 供給バルブ、１１６、１１８、２２０、２２２、２２４、２２６、２３０、２３２、２３４、２３６ 排出バルブ、１２０、２４０ 供給管、１２２、１２４、２４２、２４４、３２０ 排出管、１５２ 熱交換器、４００ 除湿機、４１２ 空気、４１４ 水、５１０ 分離部、５１２ 第１チャンバ、５１４ 第２チャンバ、５１６ 半透膜、５２０ 混合器、５６０ 濃度調節器
Claims (14)
- 冷媒との相溶性が温度で変化するイオン液体と冷媒とを混合させる混合器と、
前記混合器で混合された前記冷媒と前記イオン液体との混合物を加熱して、前記イオン液体と前記冷媒とを液体のまま前記イオン液体と前記冷媒との比重差により分離させる再生器と、
前記再生器により分離された前記冷媒を気化させることで冷熱を発生させる蒸発器と、を備える吸収冷凍機。 - 前記混合器は、前記蒸発器で気化した前記冷媒を前記イオン液体に吸収させる吸収器を有する請求項１に記載の吸収冷凍機。
- 前記混合器は、
前記蒸発器で気化した前記冷媒を前記イオン液体とは異なる冷媒吸収剤に吸収させる吸収器と、
前記吸収器から搬送され、前記冷媒を吸収した前記冷媒吸収剤から分離する分離部と
を備える請求項１の吸収冷凍機。 - 前記分離部は浸透圧を用いて前記冷媒を前記冷媒吸収剤から分離する請求項３に記載の吸収冷凍機。
- 前記冷媒吸収剤が臭化リチウム、臭化カルシウム、または塩化カルシウムを含む請求項３または４に記載の吸収冷凍機。
- 前記蒸発器は、前記冷媒を気化させる気化部と、前記冷媒に含まれる前記イオン液体を回収する回収部と、
を備え、
前記回収部は、前記冷媒に含まれるイオン液体を回収して、回収した前記イオン液体を前記混合器へ搬送する請求項１から５のいずれか１項に記載の吸収冷凍機。 - 前記再生器は、加熱器と分離器を備え、
前記加熱器は、前記冷媒を吸収したイオン液体を加熱して、前記冷媒を液体のまま前記イオン液体と、を分離させ、
前記分離器は、分離した前記冷媒と前記イオン液体とを別々に取り出す請求項１から６のいずれか１項に記載の吸収冷凍機。 - 前記再生器は、並列に複数の前記分離器を備え、前記加熱器は、複数の前記分離器を切り替えながら順番に前記冷媒と前記イオン液体とを供給し、前記分離した冷媒とイオン液体が供給されてから予め定められた時間が経過した後に、前記冷媒と前記イオン液体とを別々に取り出す請求項７に記載の吸収冷凍機。
- 前記分離器は、前記冷媒を前記分離器に残しながら、前記冷媒と前記イオン液体とを別々に取り出す請求項７または請求項８に記載の吸収冷凍機。
- 前記分離器は、前記冷媒を前記分離器に残しながら取り出した後に、前記イオン液体を取り出す請求項９に記載の吸収冷凍機。
- 前記再生器は、さらに冷却器を備え、
前記冷却器は、前記分離器によって取り出されたイオン液体を冷却する請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の吸収冷凍機。 - 前記冷媒は、水であり、
前記イオン液体は、前記イオン液体と、前記水とを等量混ぜた場合における前記イオン液体と前記水との相溶性が変化する温度が、５℃以上７０℃以下の範囲内である請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の吸収冷凍機。 - 前記加熱器は、６０℃以下の熱源を用いて加熱し、前記イオン液体と前記水との相溶性が変化する温度は、前記熱源の温度以下である請求項１２に記載の吸収冷凍機。
- 水との相溶性が温度で変化するイオン液体に空気に含まれる前記水を吸収させて、除湿された空気を出力する吸収器と、
前記水を吸収したイオン液体を加熱して、前記イオン液体と前記水とを液体のまま前記イオン液体と前記水との比重差により分離させる再生器と、
を備える除湿機。
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