WO2018043059A1 - 冷熱生成装置 - Google Patents

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WO2018043059A1
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absorbed
absorbent
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heat
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寛 北川
卓哉 布施
平松　秀彦
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株式会社デンソー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/02—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a liquid, e.g. brine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/02—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a liquid, e.g. brine
    • F25B17/04—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a liquid, e.g. brine with two or more boilers operating alternately

Definitions

  • the present disclosure relates to a cold heat generation apparatus that generates cold heat.
  • exhaust heat of an energy conversion device such as an internal combustion engine or a fuel cell is effectively used to improve the efficiency of the system.
  • Effective use of exhaust heat includes, for example, a cold heat generating device that drives a refrigerator with exhaust heat to convert the exhaust heat into cold heat and uses the cold heat for air conditioning or the like. According to this, a part of the exhaust heat is effectively used without being discarded, and the efficiency of the system can be improved.
  • a general absorption refrigerator includes an absorbed medium capable of changing at least a gas-liquid phase, an absorbent capable of absorbing the vaporized absorbed medium, a cold heat generating unit that extracts latent heat of vaporization of the absorbed medium, and an absorbent.
  • heat is input to the regeneration unit, and cold heat is output from the cold heat generation unit.
  • the exhaust heat can be input in the above-described regeneration unit, there is a case where a loss occurs in the energy used for heating regeneration of the absorbent.
  • the energy required for heat regeneration of the absorbent is enthalpy of mixing, latent heat of evaporation of the medium to be absorbed, sensible heat of the medium to be absorbed, and heat dissipation of the medium to be absorbed.
  • an absorption refrigerator can be driven if the medium to be absorbed is separated from the absorbent. Therefore, it is essential to input heat corresponding to the mixing enthalpy.
  • the total amount of heat and heat dissipation of the absorbed medium is a loss. In the cold heat generator, it is required to suppress these losses as much as possible for further higher efficiency.
  • an object of the present disclosure is to provide a cold heat generating apparatus capable of reducing loss during heating regeneration of an absorbent.
  • the cold heat generation apparatus includes a cold heat generation unit, a regeneration unit, and an absorbed medium transport unit.
  • the cold heat generation unit vaporizes the liquid-phase absorbed medium and generates cold based on the latent heat of vaporization of the absorbed medium.
  • the regeneration unit heats and regenerates the mixture in which the absorbent has absorbed the gas-phase absorbed medium.
  • the absorbed medium transport unit transports the absorbed medium separated from the mixture to the cold heat generating unit.
  • the absorbent can be phase-separated from the mixture at least in the liquid state at a temperature lower than the vaporization temperature of the absorbent medium.
  • the absorption refrigerator includes two cold heat generation apparatuses 100 and 200.
  • the first cold heat generating device 100 and the second cold heat generating device 200 have the same configuration, and when one of the cold heat generating devices 100 and 200 is absorbing the medium to be absorbed by the absorbent, the other cold heat generating device 100 is used. , 200 separates the medium to be absorbed from the absorbent.
  • the cold heat generators 100 and 200 will be described. As described above, since the first cold heat generating device 100 and the second cold heat generating device 200 have the same configuration, only the configuration of the first cold heat generating device 100 will be described.
  • the cold heat generating apparatus 100 includes an evaporation unit 101 and an absorption / regeneration unit 102.
  • the evaporation unit 101 and the absorption / regeneration unit 102 are connected by a gas channel 103 and a liquid channel 104.
  • the evaporation unit 101 corresponds to a cold heat generation device
  • the absorption regeneration unit 102 corresponds to a regeneration unit
  • the liquid flow path 104 corresponds to an absorbed medium transport unit.
  • the evaporation unit 101 and the absorption / regeneration unit 102 are kept in a vacuum state in which the inside is lower than the atmospheric pressure.
  • the absorption / regeneration unit 102 contains an absorbent.
  • the evaporating unit 101 contains a medium to be absorbed (refrigerant).
  • the medium to be absorbed can be changed between a gas phase and a liquid phase.
  • water that is a medium having polarity is used as the medium to be absorbed.
  • the medium to be absorbed is transported between the evaporation unit 101 and the absorption / regeneration unit 102 via the flow paths 103 and 104.
  • the absorbent is a liquid that can absorb the gas-phase absorbed medium.
  • a mixture of the absorbent medium and the absorbent is generated.
  • the medium to be absorbed and the absorbent can be separated in a liquid state.
  • the mixture after the absorbent has absorbed the gas-phase absorbed medium can be phase-separated in a liquid state at the temperature lower than the vaporization temperature of the medium to be absorbed. .
  • an ionic liquid is used as the absorbent.
  • An ionic liquid is a liquid compound that is liquid at room temperature and is composed only of ions (anions and cations).
  • ions anions and cations
  • a hydrophilic ionic liquid is used as the absorbent.
  • [P4444] [fumarate] represented by the following structural formula is used as the ionic liquid used for the absorbent.
  • [P4444] [fumarate] see “Chem. Commun., 2007, 3089-3091”.
  • a heat exchange medium can be circulated from the vehicle traveling engine 300 or the outdoor heat exchanger 500 to the absorption regeneration units 102 and 202 of the cold heat generation apparatuses 100 and 200.
  • a heat exchange medium can be circulated from the vehicle air conditioner 400 or the outdoor heat exchanger 500 to the evaporators 101 and 202 of the cold heat generators 100 and 200.
  • a pump (not shown) for circulating the heat exchange medium is provided in the circulation path of the heat exchange medium.
  • Engine 300 is a water-cooled internal combustion engine, and uses a fluid (engine cooling water) in which ethylene glycol-based antifreeze is mixed with water as a heat exchange medium for engine cooling.
  • a fluid engine cooling water
  • ethylene glycol-based antifreeze is mixed with water as a heat exchange medium for engine cooling.
  • the vehicle air conditioner 400 includes an air conditioning case 401 that forms a passage for air blown into the passenger compartment.
  • a blower 402 that circulates air in the air conditioning case 401 is provided on the upstream side of the air flow of the air conditioning case 401.
  • An indoor heat exchanger 403 that cools the air flowing through the air conditioning case 400 is provided on the downstream side of the air flow of the blower 402 in the air conditioning case 401.
  • the indoor heat exchanger 403 obtains refrigeration capacity from the cold heat generation apparatuses 100 and 200 via a heat exchange medium for air conditioning.
  • a fluid obtained by mixing ethylene glycol antifreeze with water (same as engine cooling water) is used as a heat exchange medium for air conditioning.
  • the outdoor heat exchanger 500 heat-exchanges the heat exchange medium and the outdoor air flowing out from the absorption regeneration units 102 and 202 or the evaporation units 101 and 202 of the cold heat generation apparatuses 100 and 200, and cools the heat exchange medium. That is, the outdoor heat exchanger 500 functions as a radiator.
  • the absorption chiller is provided with two switching valves 510 and 520 that switch the circulation path of the heat exchange medium that circulates in the cold heat generators 100 and 200.
  • the connection destination of the absorption regeneration units 102 and 202 of the cold heat generating devices 100 and 200 can be switched to either the engine 300 or the outdoor heat exchanger 500.
  • the connection destination of the evaporation units 101 and 202 of the cold heat generating devices 100 and 200 can be switched to either the vehicle air conditioner 400 or the outdoor heat exchanger 500.
  • the absorption refrigerator of the present embodiment is a batch type system in which the two cold heat generation apparatuses 100 and 200 alternately absorb the absorbed medium and separate the absorbed medium every predetermined time.
  • the absorption refrigerator is provided with an electronic control device (not shown).
  • the electronic control device controls operations of the switching valves 510 and 520, a pump (not shown) for circulating the heat exchange medium, the blower 402, and the like.
  • FIGS. 1 and 2 differ in the operating state of the switching valves 510 and 520, and the flow path of the heat exchange medium is different.
  • 3A and 3C show changes in the state of the medium to be absorbed and the absorbent in the cold heat generating apparatus 100.
  • 3B and 3D show changes in the state of the medium to be absorbed and the absorbent of the cold heat generator 200.
  • 3A and 3B correspond to FIG. 1
  • the lower part of FIGS. 3C and 3D corresponds to FIG.
  • IL represents an ionic liquid as an absorbent
  • ILaq Represents a mixture of the absorbent that has absorbed the medium to be absorbed
  • (L) represents a liquid phase
  • (G) indicates a gas phase.
  • the pump (not shown) and the blower 402 are operated to circulate the heat exchange medium through the indoor heat exchanger 403 and circulate the air through the air conditioning case 401. Then, the switching valves 510 and 520 are operated to bring the flow path of the heat medium into the state shown in FIG.
  • the first switching valve 510 causes the heat exchange medium to circulate from the outdoor heat exchanger 500 to the absorption regeneration unit 102 of the first cold heat generation device 100, and the absorption regeneration unit 102 of the second cold heat generation device 200. Then, the heat exchange medium circulates from the vehicle engine 300.
  • the second switching valve 520 causes the heat exchange medium to circulate from the indoor heat exchanger 403 to the evaporator 101 of the first cold heat generator 100, and from the outdoor heat exchanger 500 to the evaporator 201 of the second cold heat generator 200.
  • the heat exchange medium circulates.
  • the first cold heat generator 100 absorbs the medium to be absorbed by the absorbent
  • the second cold heat generator 200 separates the medium to be absorbed from the absorbent.
  • the heat exchange medium after the conditioned air is cooled by the indoor heat exchanger 403 flows into the evaporation unit 101 of the first cold heat generation apparatus 100, and the absorbed medium is evaporated by the heat of the heat exchange medium. At this time, cold heat is generated in the evaporation unit 101. Specifically, in the evaporation unit 101, the heat exchange medium is cooled by the latent heat of evaporation of the medium to be absorbed, the cooled heat exchange medium flows into the indoor heat exchanger 403, and the conditioned air blown into the room is cooled.
  • the absorbed medium evaporated in the evaporation unit 101 moves to the absorption / regeneration unit 102 via the gas flow path 103.
  • the gas-phase absorbed medium is absorbed by the absorbent, and the evaporation of the absorbed medium in the evaporation unit 101 is promoted.
  • the medium to be absorbed is absorbed by the absorbent, whereby a mixture of the medium to be absorbed and the absorbent is generated.
  • the absorption / regeneration unit 102 generates heat when the absorbent absorbs the medium to be absorbed.
  • the temperature of the absorbent increases, the water absorption capacity of the absorbent decreases.
  • the heat exchange medium is circulated between the outdoor heat exchangers 500 to release the heat of the absorbent, and the temperature rise of the absorbent is suppressed.
  • the mixture of the medium to be absorbed and the absorbent is present in the absorption / regeneration unit 102 of the second cold heat generator 200.
  • a heat exchange medium flows from the vehicle engine 300 into the absorption regeneration unit 102, and the mixture of the medium to be absorbed and the absorbent is heated by the heat of the heat exchange medium.
  • the heating temperature is lower than the vaporization temperature of the medium to be absorbed.
  • the liquid-phase absorbed medium separated from the absorbent by the absorption / regeneration unit 102 moves to the evaporation unit 201 via the liquid channel 204.
  • a heat exchange medium circulates between the outdoor heat exchanger 500. Thereby, heat is dissipated from the absorbed medium, and the absorbed medium is cooled.
  • the first switching valve 510 causes the heat exchange medium to circulate from the vehicle engine 300 to the absorption regeneration unit 102 of the first cold heat generation device 100, and to the absorption regeneration unit 102 of the second cold heat generation device 200.
  • a heat exchange medium circulates from the heat exchanger 500.
  • the second switching valve 520 circulates the heat exchange medium from the outdoor heat exchanger 500 to the evaporator 101 of the first cold heat generator 100 and the indoor heat exchanger 403 to the evaporator 201 of the second cold generator 200.
  • the heat exchange medium circulates.
  • the switching action between the two heat generation apparatuses 100 and 200 is switched by switching the flow path of the heat exchange medium from the state shown in FIG. 1 to the state shown in FIG. be able to. That is, in the state shown in FIG. 2, the first cold heat generating apparatus 100 performs phase separation in the liquid state of the absorbent and the medium to be absorbed, and the second cold heat generating apparatus 200 evaporates the liquid to be absorbed and its evaporation. The absorbed gas in the absorbed medium in the vapor phase is absorbed.
  • the switching valves 510 and 520 are operated to alternately switch the state shown in FIG. 1 and the state shown in FIG. Thereby, in an absorption refrigerator, cold can be continuously generated by the two cold generators 100 and 200.
  • the absorbent that can phase-separate the medium to be absorbed in a liquid state after absorbing the gas-phase medium to be absorbed is used.
  • the latent heat of vaporization of the absorbed medium, the sensible heat of the absorbed medium, and the heat dissipation of the absorbed medium becomes unnecessary.
  • an ionic liquid consisting only of ions is used as the absorbent.
  • the type of ions constituting the ionic liquid it is possible to adjust the phase separation temperature at which the liquid medium is separated.
  • the solid content of the absorbent due to heating does not occur during heating and regeneration of the absorbent that has absorbed the medium to be absorbed.
  • the ionic liquid used as the absorbent has no vapor pressure, it is not necessary to provide a purifier in the cold heat generator.
  • the ionic liquid used as the absorbent does not have corrosive properties, it is possible to use a material that does not have corrosion resistance for containers, pipes, etc. that are in contact with the absorbent.
  • a medium having polarity is used as the medium to be absorbed. For this reason, since mixing enthalpy becomes large, free energy becomes large and an equilibrium vapor pressure falls. Thereby, the amount of absorption of the medium to be absorbed by the absorbent can be increased, and the absorption speed can be increased.
  • a polymerized ionic liquid obtained by polymerizing an ionic liquid is used as an absorbent.
  • a polymerized ionic liquid represented by the following structural formula is used.
  • Polym. Chem., 2015, 2163-2178 For information on polymerized ionic liquids, see "Polym. Chem., 2015, 2163-2178".
  • the separation rate between the medium to be absorbed and the absorbent can be improved by using the polymerized ionic liquid as the absorbent.
  • the third embodiment is not provided with a switching valve for switching the flow path of the heat medium, and is a continuous type in which the absorption of the medium to be absorbed and the separation of the medium to be absorbed are simultaneously performed by one cold heat generation apparatus 500. It is a system.
  • the same ionic liquid as that in the first embodiment is used as the absorbent.
  • the absorption refrigerator As shown in FIG. 4, the absorption refrigerator according to the third embodiment is provided with one cold heat generating device 600.
  • the cold heat generation apparatus 600 includes an evaporation unit 601, an absorption unit 602, a regeneration unit 603, and a heat dissipation unit 604.
  • the evaporation unit 601 the medium to be absorbed is vaporized.
  • the absorption part 602 the absorption medium in the gas phase is absorbed by the absorbent.
  • the reproducing unit 603 the absorbed medium is separated from the mixture of the absorbed medium and the absorbent.
  • the heat radiating unit 604 the absorbed medium is radiated.
  • the evaporation unit 601 and the absorption unit 602 are connected by a first flow path 607.
  • the absorption unit 602 and the regeneration unit 603 are connected by a second channel 608 and a third channel 609.
  • the reproduction unit 603 and the heat dissipation unit 604 are connected by a fourth flow path 610.
  • the heat radiation part 604 and the evaporation part 601 are connected by a fifth flow path 611.
  • the 4th flow path and the 5th flow path 611 of this 3rd Embodiment are equivalent to the to-be-absorbed medium transport part.
  • the heat medium can be circulated from the outdoor heat exchange base 500 to the absorption unit 602 and the heat dissipation unit 604.
  • a heat medium can be circulated from the engine 300 to the reproduction unit 603.
  • a heat medium can be circulated from the indoor unit 403 to the evaporation unit 601.
  • the pressurization part 605 which pressurizes the mixture of a to-be-absorbed medium and an absorbent is provided.
  • the pressurizing unit 605 is provided in the second flow path 608.
  • the pressurizing unit 605 can be configured by a pump, for example.
  • a decompression unit 606 that decompresses the medium to be absorbed is provided.
  • the evaporation unit 606 can be configured by a pressure reducing valve, for example.
  • the evaporation unit 601 and the absorption unit 602 are kept in a vacuum state in which the inside is lower than the atmospheric pressure.
  • the reproduction unit 603 and the heat radiation unit 604 are higher in pressure than the absorption unit 602 and the evaporation unit 601 inside.
  • the pump (not shown) and the blower 402 are operated to circulate the heat exchange medium through the indoor heat exchanger 403 and circulate the air through the air conditioning case 401.
  • the heat exchange medium is cooled by the latent heat of vaporization of the absorbed medium, the cooled heat exchange medium flows into the indoor heat exchanger 403, and the conditioned air blown into the room is cooled.
  • the absorbed medium evaporated in the evaporation unit 601 moves to the absorption unit 602 via the first flow path 607.
  • the gas-phase absorbed medium is absorbed by the absorbent.
  • the medium to be absorbed is absorbed by the absorbent, whereby a mixture of the medium to be absorbed and the absorbent is generated.
  • the heat exchange medium is circulated between the outdoor heat exchangers 500 to release the heat of the absorbent, and the temperature rise of the absorbent due to the absorption of the absorbed medium is suppressed.
  • the mixture moves from the evaporation unit 602 to the regeneration unit 603 via the second flow path 608. At this time, the mixture is pressurized by the pressure unit 605.
  • the heat exchange medium flows into the regeneration unit 603 from the vehicle engine 300, and the mixture of the medium to be absorbed and the absorbent is heated by the heat of the heat exchange medium.
  • regeneration part 603 a to-be-absorbed medium and an absorber each phase-separate in a liquid state, and an absorber is reproduced
  • the liquid-phase absorbent phase-separated by the regenerating unit 603 moves to the absorbing unit 603 via the third channel 609.
  • the liquid-phase absorbed medium phase-separated by the regenerating unit 603 moves to the heat radiating unit 604 via the fourth flow path 610.
  • the heat exchange medium circulates between the outdoor heat exchanger 500. Thereby, heat is dissipated from the absorbed medium, and the absorbed medium is cooled. The absorbed medium moves from the heat dissipation unit 604 to the evaporation unit 601 through the fifth flow path 611. At this time, the medium to be absorbed is decompressed by the decompression unit 606.
  • the present invention is not limited thereto, and a substance other than the ionic liquid may be used as the absorbent.
  • the present disclosure is applied to an absorption refrigerator for a vehicle air conditioner.
  • the present disclosure is not limited to this, and may be applied to an absorption refrigerator for home use or business use.

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Abstract

冷熱生成装置は、冷熱生成部（１０１、２０１、６０１）と、再生部（１０２、２０２、６０３）と、被吸収媒体輸送部（１０４、２０４、６１０、６１１）と、を備える。冷熱生成部は、液相の被吸収媒体を気化させ、被吸収媒体の蒸発潜熱に基づいて冷熱を生成する。再生部は、吸収剤が気相の被吸収媒体を吸収した混合物を加熱再生する。被吸収媒体輸送部は、混合物から分離した被吸収媒体を冷熱生成部に輸送する。吸収剤は、混合物から、被吸収媒体の気化温度よりも低い温度にて、少なくとも被吸収媒体が液状態で相分離可能である。この冷熱生成装置によれば、吸収剤の加熱再生時における損失を低減させて高効率化を図ることができる。

Description

冷熱生成装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１６年８月２９日に出願された日本出願番号２０１６－１６６５９３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、冷熱を生成する冷熱生成装置に関する。
　従来より、内燃機関や燃料電池等のエネルギ変換機器の排熱を有効利用し、システムを高効率化することが知られている。排熱の有効利用としては、例えば排熱で冷凍機を駆動して排熱を冷熱に変換し、冷熱を空調等に利用する冷熱生成装置がある。これによれば、排熱の一部が廃棄されることなく有効利用され、システムの高効率化が可能となる。
　排熱によって駆動可能な冷熱生成装置としては、将来的に排熱温度が低下することを見据え、吸収式冷凍機が注目されている。一般的な吸収式冷凍機は、少なくとも気液相変化が可能な被吸収媒体と、気化した被吸収媒体を吸収可能な吸収剤と、被吸収媒体の蒸発潜熱を取り出す冷熱生成部と、吸収剤を加熱再生する再生部とを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような吸収式冷凍機においては、再生部に熱を入力し、冷熱生成部から冷熱が出力される。
国際公開第２０１３／０９８９５０号
　本発明者らの検討によれば、上記の再生部では排熱が入力できるものの、吸収剤の加熱再生に用いられるエネルギに損失が生じる場合がある。吸収剤の加熱再生に必要なエネルギは、混合エンタルピ、被吸収媒体の蒸発潜熱、被吸収媒体の顕熱、被吸収媒体の放熱である。吸収式冷凍機は、原理上、被吸収媒体と吸収剤とが分離されれば駆動可能なので、混合エンタルピに相当する熱の入力は必須であり、被吸収媒体の蒸発潜熱、被吸収媒体の顕熱、被吸収媒体の放熱の総量分が損失となる。冷熱生成装置では、更なる高効率化に向けて、これら損失を極力抑制することが求められている。
　本開示は上記点に鑑み、吸収剤の加熱再生時の損失を低減することが可能な冷熱生成装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様による冷熱生成装置は、冷熱生成部と、再生部と、被吸収媒体輸送部と、を備える。冷熱生成部は、液相の被吸収媒体を気化させ、被吸収媒体の蒸発潜熱に基づいて冷熱を生成する。再生部は、吸収剤が気相の被吸収媒体を吸収した混合物を加熱再生する。被吸収媒体輸送部は、混合物から分離した被吸収媒体を冷熱生成部に輸送する。吸収剤は、混合物から、被吸収媒体の気化温度よりも低い温度にて、少なくとも被吸収媒体が液状態で相分離可能である。
　本開示では、気相の被吸収媒体を吸収した後、被吸収媒体を液状態で相分離可能な吸収剤を用いることで、吸収剤の加熱再生時に被吸収媒体を蒸発させるための熱が不要となる。この結果、吸収剤の加熱再生時における損失を低減させて高効率化を図ることができる。
本開示の第１実施形態の吸収式冷凍機の全体構成を示す概念図である。 第１実施形態の吸収式冷凍機において、切替弁の作動状態が切り替えられた状態を示す図である。 第１実施形態の冷熱生成装置の被吸収媒体および吸収剤の状態変化を示す図である。 第１実施形態の冷熱生成装置の被吸収媒体および吸収剤の状態変化を示す図である。 第１実施形態の冷熱生成装置の被吸収媒体および吸収剤の状態変化を示す図である。 第１実施形態の冷熱生成装置の被吸収媒体および吸収剤の状態変化を示す図である。 第３実施形態の吸収式冷凍機の全体構成を示す概念図である。 第３実施形態の冷熱生成装置の被吸収媒体および吸収剤の状態変化を示す図である。
　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
　（第１実施形態）
　以下、本開示の冷熱生成装置を吸収式冷凍機に適用した第１実施形態を図１～図３に基づいて説明する。本実施形態では、冷熱生成装置を車両用空調装置用吸収式冷凍機に適用している。
　図１に示すように、吸収式冷凍機は、２つの冷熱生成装置１００、２００を備えている。第１冷熱生成装置１００および第２冷熱生成装置２００は同一の構成であり、一方の冷熱生成装置１００、２００で吸収剤による被吸収媒体の吸収が行われているときに他方の冷熱生成装置１００、２００で吸収剤からの被吸収媒体の分離が行われる。
　ここで、冷熱生成装置１００、２００について説明する。上述のように、第１冷熱生成装置１００および第２冷熱生成装置２００は同一の構成であるので、第１冷熱生成装置１００の構成についてのみ説明する。
　冷熱生成装置１００は、蒸発部１０１および吸収再生部１０２を備えている。蒸発部１０１および吸収再生部１０２は、気体用流路１０３および液体用流路１０４で接続されている。なお、蒸発部１０１が冷熱生成装置に相当し、吸収再生部１０２が再生部に相当し、液体用流路１０４が被吸収媒体輸送部に相当している。
　蒸発部１０１および吸収再生部１０２は、内部が大気圧よりも低圧である真空状態に保たれている。吸収再生部１０２には、吸収剤が収容されている。蒸発部１０１には、被吸収媒体（冷媒）が収容されている。
　被吸収媒体は、気相と液相に相変化可能となっている。本実施形態では、被吸収媒体として極性を有する媒体である水を用いている。被吸収媒体は、流路１０３、１０４を介して、蒸発部１０１および吸収再生部１０２との間を輸送されるようなっている。
　吸収剤は、気相の被吸収媒体を吸収可能な液体である。気相の被吸収媒体が吸収剤に吸収されると、被吸収媒体と吸収剤の混合物が生成される。被吸収媒体と吸収剤の混合物は、被吸収媒体と吸収剤が液状態で相分離可能となっている。つまり、吸収剤が気相の被吸収媒体を吸収した後の混合物は、被吸収媒体の気化温度よりも低い温度で、被吸収媒体と吸収剤が、それぞれ液状態で相分離可能となっている。
　本実施形態では、吸収剤としてイオン液体を用いている。イオン液体は、常温で液体であり、イオン（アニオン、カチオン）のみから構成される液体化合物である。本実施形態では、被吸収媒体として水を用いているので、吸収剤として親水性のイオン液体を用いている。
　本実施形態では、吸収剤に用いるイオン液体として、以下の構造式で示される［Ｐ4444］［fumarate］を用いている。［Ｐ4444］［fumarate］については、「Chem. Commun., 2007, 3089-3091」を参照のこと。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 　本実施形態のイオン液体は、水との相分離温度が６２℃であり、水との分離モル比は、水：イオン液体＝５０：１となっている。
　冷熱生成装置１００、２００の吸収再生部１０２、２０２には、車両走行用エンジン３００または室外熱交換器５００から熱交換媒体が循環可能となっている。冷熱生成装置１００、２００の蒸発部１０１、２０２には、車両用空調装置４００または室外熱交換器５００から熱交換媒体が循環可能となっている。熱交換媒体の循環経路には、熱交換媒体を循環させるポンプ（図示せず）が設けられている。
　エンジン３００は水冷式内燃機関であり、エンジン冷却用の熱交換媒体として、水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体（エンジン冷却水）を用いている。
　車両用空調装置４００は、車室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケース４０１を備えている。空調ケース４０１の空気流れ上流側には、空調ケース４０１内に空気を流通させる送風機４０２が設けられている。空調ケース４０１における送風機４０２の空気流れ下流側には、空調ケース４００内を流通する空気を冷却する室内熱交換器４０３が設けられている。室内熱交換器４０３は、空調用の熱交換媒体を介して冷熱生成装置１００、２００から冷凍能力を得ている。本実施形態では、空調用の熱交換媒体として水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体（エンジン冷却水と同一）を用いている。
　室外熱交換器５００は、冷熱生成装置１００、２００の吸収再生部１０２、２０２または蒸発部１０１、２０２から流出する熱交換媒体と室外空気を熱交換し、熱交換媒体を冷却する。つまり、室外熱交換器５００は、放熱器として機能する。
　吸収式冷凍機には、冷熱生成装置１００、２００に循環する熱交換媒体の循環経路を切り替える２つの切替弁５１０、５２０が設けられている。第１切替弁５１０によって、冷熱生成装置１００、２００の吸収再生部１０２、２０２の接続先をエンジン３００または室外熱交換器５００のいずれかに切り替えることができる。第２切替弁５２０によって、冷熱生成装置１００、２００の蒸発部１０１、２０２の接続先を車両空調装置４００または室外熱交換器５００のいずれかに切り替えることができる。
　切替弁５１０、５２０によって熱交換媒体の循環経路を切り替えることで、２つの冷熱生成装置１００、２００の作動状態を切り替えることができる。つまり、本実施形態の吸収式冷凍機は、２つの冷熱生成装置１００、２００で、被吸収媒体の吸収および被吸収媒体の分離を所定時間毎に交互に行うバッチ式のシステムとなっている。
　吸収式冷凍機には、電子制御装置（図示せず）が設けられている。この電子制御装置によって、切替弁５１０、５２０、熱交換媒体を循環させるポンプ（図示せず）、および送風機４０２等の作動が制御される。
　次に、上記構成を備える吸収式冷凍機の作動を図１～図３を用いて説明する。図１および図２は、切替弁５１０、５２０の作動状態が異なり、熱交換媒体の流路が異なっている。また、図３Ａ、図３Ｃは、冷熱生成装置１００の被吸収媒体および吸収剤の状態変化を示している。図３Ｂ、図３Ｄは、冷熱生成装置２００の被吸収媒体および吸収剤の状態変化を示している。図３Ａ、図３Ｂは図１に対応し、図３Ｃ、図３Ｄの下段は図２に対応している。図３Ａ-図３Ｄにおいて、「ＩＬ」は吸収剤としてのイオン液体を示し、「ＩＬａｑ．」は被吸収媒体を吸収した吸収剤からなる混合物を示し、「（Ｌ）」は液相を示し、「（Ｇ）」は気相を示している。
　まず、ポンプ（図示せず）および送風機４０２を作動させて室内熱交換器４０３に熱交換媒体を流通させ、空調ケース４０１に空気を流通させる。そして、切替弁５１０、５２０を作動させ、熱媒体の流路を図１に示す状態にする。
　図１に示す状態では、第１切替弁５１０によって、第１冷熱生成装置１００の吸収再生部１０２に室外熱交換器５００から熱交換媒体が循環し、第２冷熱生成装置２００の吸収再生部１０２に車両エンジン３００から熱交換媒体が循環する。また、第２切替弁５２０によって、第１冷熱生成装置１００の蒸発部１０１に室内熱交換器４０３から熱交換媒体が循環し、第２冷熱生成装置２００の蒸発部２０１に室外熱交換器５００から熱交換媒体が循環する。このとき、第１冷熱生成装置１００では吸収剤による被吸収媒体の吸収が行われ、第２冷熱生成装置２００では吸収剤からの被吸収媒体の分離が行われる。
　第１冷熱生成装置１００の蒸発部１０１には、室内熱交換器４０３で空調風を冷却した後の熱交換媒体が流入し、熱交換媒体の熱によって被吸収媒体が蒸発する。このとき、蒸発部１０１では冷熱が生成される。具体的には、蒸発部１０１では、被吸収媒体の蒸発潜熱で熱交換媒体が冷却され、冷却された熱交換媒体が室内熱交換器４０３に流入し、室内に吹き出す空調風が冷却される。
　蒸発部１０１で蒸発した被吸収媒体は、気体用流路１０３を介して吸収再生部１０２に移動する。吸収再生部１０２では、気相の被吸収媒体が吸収剤に吸収され、蒸発部１０１での被吸収媒体の蒸発が促進される。吸収再生部１０２では、被吸収媒体が吸収剤に吸収されることで、被吸収媒体および吸収剤の混合物が生成する。
　吸収再生部１０２では、吸収剤が被吸収媒体を吸収する際に熱を発生する。吸収剤の温度が上昇すると、吸収剤による水分の吸収能力が低下する。このため、吸収再生部１０２では、室外熱交換器５００の間で熱交換媒体を循環させて吸収剤の熱を放出し、吸収剤の温度上昇が抑制される。
　第２冷熱生成装置２００の吸収再生部１０２には、被吸収媒体および吸収剤の混合物が存在している。吸収再生部１０２には、車両エンジン３００から熱交換媒体が流入し、被吸収媒体および吸収剤の混合物が熱交換媒体の熱で加熱される。加熱温度は、被吸収媒体の気化温度よりも低い温度となっている。被吸収媒体および吸収剤の混合物が加熱されることで、被吸収媒体と吸収剤がそれぞれ液状態で相分離する。これにより、吸収剤が再生される。
　吸収再生部１０２で吸収剤から分離された液相の被吸収媒体は、液体用流路２０４を介して蒸発部２０１に移動する。蒸発部２０１では、室外熱交換器５００との間で熱交換媒体が循環する。これにより、被吸収媒体からの放熱が行われ、被吸収媒体が冷却される。
　以上のように、図１に示す状態では、第１冷熱生成装置１００においては、被吸収媒体媒の蒸発及び吸収剤による気相の被吸収媒体の吸収が行われ、第２冷熱生成装置２００においては、吸収剤から液相の被吸収媒体の分離が行われる。
　次に、図１に示す状態での運転が所定時間経過すると、切替弁５１０、５２０を作動させ、図２に示す状態に切り替える。
　図２に示す状態では、第１切替弁５１０によって、第１冷熱生成装置１００の吸収再生部１０２に車両エンジン３００から熱交換媒体が循環し、第２冷熱生成装置２００の吸収再生部１０２に室外熱交換器５００から熱交換媒体が循環する。また、第２切替弁５２０によって、第１冷熱生成装置１００の蒸発部１０１に室外熱交換器５００から熱交換媒体が循環し、第２冷熱生成装置２００の蒸発部２０１に室内熱交換器４０３から熱交換媒体が循環する。
　このように、切替弁５１０、５２０によって、熱交換媒体の流路を図１に示す状態から図２に示す状態に切り替えることによって、２つの冷熱生成装置１００、２００における吸収作用および分離作用を切り替えることができる。つまり、図２に示す状態では、第１冷熱生成装置１００では、吸収剤および被吸収媒体の液状態での相分離が行われ、第２冷熱生成装置２００では、被吸収媒体の蒸発及びその蒸発した気相の被吸収媒体の吸収剤への吸収が行われる。
　以後、所定時間が経過する毎に切替弁５１０、５２０を作動させ、図１に示す状態と図２に示す状態を交互に切り替える。これにより、吸収式冷凍機では、２つの冷熱生成装置１００、２００で連続的に冷熱を生成することができる。
　以上説明した本実施形態によれば、気相の被吸収媒体を吸収した後、被吸収媒体を液状態で相分離可能な吸収剤を用いている。このため、「発明が解決しようとする課題」で吸収剤の加熱再生に必要なエネルギとして挙げた混合エンタルピ、被吸収媒体の蒸発潜熱、被吸収媒体の顕熱、被吸収媒体の放熱のうち、媒体の蒸発潜熱が不要となる。この結果、吸収剤の加熱再生時における損失を低減させて高効率化を図ることができ、成績計数ＣＯＰ（冷房出力／作動時に必要となる熱量）を向上させることができる。
　また、本実施形態では、吸収剤としてイオンのみからなるイオン液体を用いている。このイオン液体を構成するイオンの種類を変更することで、液状態の被吸収媒体が分離する相分離温度を調整することができる。
　また、吸収剤としてイオン液体を用いることで、被吸収媒体を吸収した吸収剤の加熱再生時に、加熱による吸収剤の固形分の析出が起きない。
　また、吸収剤として用いられるイオン液体は蒸気圧を持たないことから、冷熱生成装置に精製器を設ける必要がない。
　また、吸収剤として用いられるイオン液体は腐食性を有しないことから、吸収剤に接触する容器や配管等に耐腐食性を有しない材料を用いることが可能となる。
　また、本実施形態では、被吸収媒体として極性を有する媒体を用いている。このため、混合エンタルピーが大きくなることから、自由エネルギーが大きくなり、平衡蒸気圧が低下する。これにより、吸収剤による被吸収媒体の吸収量を増大させることができ、吸収速度を速くすることができる。
　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について説明する。本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　本第２実施形態では、吸収剤としてイオン液体がポリマー化された高分子化イオン液体を用いている。本第２実施形態では、以下の構造式で示される高分子化イオン液体を用いている。高分子化イオン液体については、「Polym. Chem., 2015, 2163-2178」を参照のこと。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 　本第２実施形態で用いる高分子化イオン液体は、相分離温度が２５～６４℃であり、吸収率が水：高分子化イオン液体＝９７：３である。また、吸収剤から液状態の被吸収媒体を相分離した後は、水：高分子化イオン液体＝１００：０で分離することができる。
　以上説明した本第２実施形態によれば、吸収剤として高分子化イオン液体を用いることで、被吸収媒体と吸収剤との分離率を向上させることができる。
　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態について説明する。本第３実施形態では、上記第１実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　本第３実施形態は、熱媒体の流路を切り替える切替弁が設けられておらず、１つの冷熱生成装置５００で被吸収媒体の吸収および被吸収媒体の分離を並行して同時に行う連続式のシステムとなっている。本第３実施形態では、吸収剤として上記第１実施形態と同一のイオン液体を用いている。
　図４に示すように、本第３実施形態の吸収式冷凍機には、１つの冷熱生成装置６００が設けられている。冷熱生成装置６００は、蒸発部６０１、吸収部６０２、再生部６０３、放熱部６０４を備えている。蒸発部６０１では、被吸収媒体の気化が行われる。吸収部６０２では、吸収剤による気相の被吸収媒体の吸収が行われる。再生部６０３では、被吸収媒体および吸収剤の混合物から被吸収媒体の分離が行われる。放熱部６０４では、被吸収媒体の放熱が行われる。
　蒸発部６０１および吸収部６０２は、第１流路６０７で接続されている。吸収部６０２および再生部６０３は、第２流路６０８および第３流路６０９で接続されている。再生部６０３および放熱部６０４は、第４流路６１０で接続されている。放熱部６０４および蒸発部６０１は、第５流路６１１で接続されている。なお、本第３実施形態の第４流路および第５流路６１１が被吸収媒体輸送部に相当している。
　吸収部６０２および放熱部６０４には、室外熱交換基５００から熱媒体が循環可能となっている。再生部６０３には、エンジン３００から熱媒体が循環可能となっている。蒸発部６０１には、室内器４０３から熱媒体が循環可能となっている。
　吸収部６０２と再生部６０３との間には、被吸収媒体および吸収剤の混合物を加圧する加圧部６０５が設けられている。加圧部６０５は、第２流路６０８に設けられている。加圧部６０５は、例えばポンプによって構成することができる。放熱部６０４と蒸発部６０１との間には、被吸収媒体を減圧させる減圧部６０６が設けられている。蒸発部６０６は、例えば減圧弁によって構成することができる。
　蒸発部６０１および吸収部６０２は、内部が大気圧よりも低圧である真空状態に保たれている。再生部６０３および放熱部６０４は、内部が吸収部６０２および蒸発部６０１よりも高圧になっている。
　次に、本第３実施形態の吸収式冷凍機の作動を説明する。まず、ポンプ（図示せず）および送風機４０２を作動させて室内熱交換器４０３に熱交換媒体を流通させ、空調ケース４０１に空気を流通させる。
　蒸発部６０１には、室内熱交換器４０３で空調風を冷却した後の熱交換媒体が流入し、熱交換媒体の熱によって被吸収媒体が蒸発する。蒸発部６０１では被吸収媒体の蒸発潜熱で熱交換媒体が冷却され、冷却された熱交換媒体が室内熱交換器４０３に流入し、室内に吹き出す空調風が冷却される。
　蒸発部６０１で蒸発した被吸収媒体は、第１流路６０７を介して吸収部６０２に移動する。吸収部６０２では、気相の被吸収媒体が吸収剤に吸収される。吸収部６０２では、被吸収媒体が吸収剤に吸収されることで、被吸収媒体および吸収剤の混合物が生成する。吸収部６０２では、室外熱交換器５００の間で熱交換媒体を循環させて吸収剤の熱を放出し、被吸収媒体の吸収に伴う吸収剤の温度上昇が抑制される。
　混合物は、第２流路６０８を介して蒸発部６０２から再生部６０３に移動する。このとき、混合物は加圧部６０５によって加圧される。
　再生部６０３には、車両エンジン３００から熱交換媒体が流入し、被吸収媒体および吸収剤の混合物が熱交換媒体の熱で加熱される。これにより、再生部６０３では、被吸収媒体と吸収剤がそれぞれ液状態で相分離し、吸収剤が再生される。
　再生部６０３で相分離した液相の吸収剤は、第３流路６０９を介して吸収部６０３に移動する。再生部６０３で相分離した液相の被吸収媒体は、第４流路６１０を介して放熱部６０４に移動する。
　放熱部６０４では、室外熱交換器５００との間で熱交換媒体が循環する。これにより、被吸収媒体からの放熱が行われ、被吸収媒体が冷却される。被吸収媒体は、第５流路６１１を介して放熱部６０４から蒸発部６０１に移動する。このとき、被吸収媒体は減圧部６０６によって減圧される。
　以上説明した本第３実施形態によれば、１つの冷熱生成装置５００で被吸収媒体の吸収および被吸収媒体の分離が並行して同時に行われる連続式のシステムを提供することができる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
　例えば、上記各実施形態では、吸収剤としてイオン液体を用いた例について説明したが、これに限らず、イオン液体以外の物質を吸収剤として用いてもよい。
　また、上記各実施形態では、被吸収媒体として水を用いた例について説明したが、これにかぎらず、水以外の物質を被吸収媒体として用いてもよい。
　また、上記各実施形態では、本開示を車両用空調装置用吸収式冷凍機に適用したが、これに限らず、家庭用や業務用等の吸収式冷凍機に適用してもよい。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1. 　液相の被吸収媒体を気化させ、前記被吸収媒体の蒸発潜熱に基づいて冷熱を生成する冷熱生成部（１０１、２０１、６０１）と、
    　吸収剤が気相の前記被吸収媒体を吸収した混合物を加熱再生する再生部（１０２、２０２、６０３）と、
    　前記混合物から分離した前記被吸収媒体を前記冷熱生成部に輸送する被吸収媒体輸送部（１０４、２０４、６１０、６１１）と、を備え、
    　前記吸収剤は、前記混合物から、前記被吸収媒体の気化温度よりも低い温度にて、少なくとも前記被吸収媒体が液状態で相分離可能である冷熱生成装置。
  2. 　前記吸収剤はイオン液体である請求項１に記載の冷熱生成装置。
  3. 　前記イオン液体はポリマー化されている請求項２に記載の冷熱生成装置。
  4. 　前記被吸収媒体は水である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷熱生成装置。
  5. 　前記吸収剤による前記被吸収媒体の吸収および前記混合物からの前記被吸収媒体の相分離が所定時間毎に交互に行われる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷熱生成装置。
  6. 　前記被吸収媒体の吸収および前記被吸収媒体の相分離が並行して同時に行われる請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷熱生成装置。
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