(57)【要約】【課題】吸収冷凍機において、停止時の希釈運転が不要な冷凍機用吸収剤を提供する。【解決手段】本発明による吸収冷凍機用吸収剤は、アルカリ金属酢酸塩水溶液を主成分とする。また、本発明による吸収冷凍機用吸収剤の好ましい態様は、アルカリ金属酢酸塩が、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム及びそれらの混合物である。また、本発明による吸収冷凍機１は、アルカリ金属酢酸塩水溶液を主成分とする吸収剤と水を主成分とする冷媒とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属酢酸塩水溶液を主成分とする；
吸収冷凍機用または吸収ヒートポンプ用吸収剤。
【請求項２】
前記アルカリ金属酢酸塩が、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム又はこれらの混合物である；
請求項１に記載の吸収冷凍機用または吸収ヒートポンプ用吸収剤。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の吸収剤と；
水を主成分とする冷媒とを備える；
吸収冷凍機または吸収ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収冷凍機用吸収剤及びその吸収剤を用いた吸収冷凍機、または吸収ヒートポンプ用吸収剤及びその吸収剤を用いた吸収ヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球環境に優しく、かつコージェネレーション利用可能で省エネルギー性の大きな冷凍機として、吸収冷凍機が注目されている。吸収冷凍機は例えば水等の冷媒が蒸発するときに被冷却物から熱を吸収することを利用するもので、冷媒を吸収剤に吸収させて冷媒の蒸発を促進させる。他方、吸収剤は冷媒を吸収すると吸収能力が低下するので、加熱して冷媒を蒸発させ、吸収剤を再生して使用する。また、蒸発した冷媒を凝縮させて再使用する。上述のように構成され作用する吸収冷凍機として、従来から一般的に、冷媒として水を冷媒吸収剤として臭化リチウム水溶液または臭化リチウムを基材とした複数のハロゲン化リチウム金属塩から成る水溶液が用いられている。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２６３４６６号公報（実施例  第４図〜第５図）
【特許文献２】特開２０００−３１９６４６号公報（段落００１６〜００２８、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般的に使用されている臭化リチウム水溶液は、高濃度で結晶する性質があり、運転状態から機械を停止する場合には、運転により高濃度化した吸収溶液を冷媒で希釈した後に停止する必要が生じる。吸収溶液を冷媒にて希釈することは、吸収サイクル内に蓄えたエネルギーを系外に放出することにあたるため、省エネルギーの観点からは、希釈停止は好ましくない。例えば、希釈停止直後に、冷凍機を再起動する場合は、放熱したエネルギー分を再度系内に投入する必要がある。また、運転中に停電等で機械が停止し、希釈運転ができない場合には、溶液の結晶により配管等が閉塞してしまう場合があり、結晶を解晶する作業が必要になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、停止時の希釈運転が不要な冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る吸収冷凍機用または吸収ヒートポンプ用吸収剤は、アルカリ金属酢酸塩水溶液を主成分とする。このように構成すると、停止時の希釈運転が不要な吸収剤を提供できる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明に係る吸収冷凍機用または吸収ヒートポンプ用吸収剤は、アルカリ金属酢酸塩が、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム又はこれらの混合物である。このように構成すると、特に停止時の希釈運転が不要な吸収剤を提供できる。
【０００８】
また、請求項３に記載の吸収冷凍機または吸収ヒートポンプは、請求項１又は請求項２に記載の吸収剤と、水を主成分とする冷媒とを備える。このように構成すると、停止時の希釈運転が不要な吸収冷凍機または吸収ヒートポンプを提供できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、停止時の希釈運転が不要な吸収冷凍機または吸収ヒートポンプ用吸収剤を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置等には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
まず、第１の実施の形態は吸収剤が酢酸セシウムであり、吸収冷凍機が単効用冷凍機である例を説明する。
【００１１】
図１に本実施の形態による単効用吸収冷凍機１の構成を示す。単効用吸収冷凍機１は、冷媒Ｌを蒸発させ、蒸発時の潜熱により冷水を冷却する蒸発器Ｅと、溶液Ｓ（冷媒Ｌと吸収剤からなる溶液で、以下、主として吸収前の濃溶液をＳ、吸収後の希溶液をＳ＋Ｌと表示するが、両者を総称して溶液Ｓと称することもある。）を冷却しながら蒸発器Ｅで蒸発した冷媒Ｌを吸収する吸収器Ａと、吸収器Ａで冷媒Ｌを吸収した溶液（希溶液）Ｓ＋Ｌを加熱して、冷媒Ｌを蒸発させる再生器Ｇと、再生器Ｇで蒸発した冷媒Ｌを冷却して、凝縮する凝縮器Ｃとを備える。また、吸収冷凍機１は、吸収器Ａから再生器Ｇへ至る希溶液配管２０と、再生器Ｇから吸収器Ａへ至る濃溶液配管３０と、凝縮器Ｃから蒸発器Ｅに至る冷媒配管４０とを備える。また、希溶液配管２０上には、冷媒Ｌを吸収した希溶液Ｓ＋Ｌを圧送する溶液ポンプ５０を備え、更に、希溶液配管２０を流れる冷媒Ｌを吸収した希溶液Ｓ＋Ｌと、濃溶液配管３０を流れる濃溶液Ｓとの熱交換を行う溶液熱交換器６０とを備える。
【００１２】
蒸発器Ｅでは、冷媒散布装置７１から、冷却する対象である冷水が流れる蒸発器チューブ１０上に散布される冷媒Ｌを、蒸発器チューブ１０で熱交換することにより蒸発させる。すなわち、冷媒Ｌが蒸発する際の気化熱により蒸発器チューブ１０を流れる冷水Ｗ０から熱を奪う。この熱が奪われることにより、冷水Ｗ０が冷却される。
【００１３】
吸収器Ａでは、溶液散布装置７２から吸収器チューブ１１上に散布される溶液（濃溶液）Ｓを、吸収器チューブ１１を流れる冷却水Ｗ１で冷却しながら、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒Ｌを溶液Ｓ中に吸収する。冷媒Ｌを吸収した溶液（希溶液）Ｓ＋Ｌは、吸収器Ａの下部に接続された希溶液配管２０から流出する。
吸収器Ａから流出した、冷媒Ｌを吸収した希溶液Ｓ＋Ｌは、希溶液配管２０の途中に配置された溶液ポンプ５０で圧送され、熱交換器６０で昇温される。
【００１４】
再生器Ｇでは、溶液散布装置７３から再生器チューブ１３に散布される、冷媒Ｌを吸収した溶液（希溶液）Ｓ＋Ｌを、再生器チューブ１３で加熱し、冷媒Ｌを蒸発させる。冷媒Ｌが蒸発することにより濃度が高くなった溶液（濃溶液）Ｓは、再生器Ｇの下部に接続された濃溶液配管３０から流出する。濃溶液配管３０から流出した濃溶液Ｓは、熱交換器６０で、冷媒Ｌを吸収した希溶液Ｓ＋Ｌを昇温することにより、温度が低下し、その後に、吸収器Ａにおいて溶液散布装置７２から散布される。再生器チューブ１３に供給される外部熱源Ｗ２として例えば、温水、蒸気を使用できる。
【００１５】
凝縮器Ｃでは、再生器Ｇで蒸発した冷媒Ｌが凝縮器チューブ１２を流れる冷却水Ｗ１にて冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒Ｌは、凝縮器Ｃの下部に接続された冷媒配管４０を通って、蒸発器Ｅで冷媒散布装置７１から散布される。
【００１６】
なお、吸収器チューブ１１を流れる冷却水と、凝縮器チューブ１２を流れる冷却水とは、同じ冷却水Ｗ１でもよい。
溶液Ｓのルートとしては、吸収器Ａ−熱交換器６０−再生器Ｇ−熱交換器６０−吸収器Ａを循環する（途中の配管を省略した）単効用サイクルを構成する。
【００１７】
このような、吸収冷凍機に使用される冷媒として、潜熱が大きいこと、物理的・化学的に安定であること、経済的安価ベースで容易に生産され、安全な運転ができることから、水は冷媒Ｌとして望ましいといえる。
【００１８】
また、吸収冷凍機に使用される吸収剤として、次の要件を満たすものが望ましいとされている。
（１）冷媒の溶解度が高いこと
（２）冷媒の蒸気圧を低くできること（冷媒の蒸発を促進させること）
（３）吸収器で生成される希溶液の溶液濃度と再生器で生成される濃溶液の溶液濃度の差を大きくできるような吸収サイクルを形成できること
（４）冷凍効果が高いこと（溶液のエンタルピー差を大きくできること）
（５）不活性で金属などと化合せず安定なこと（腐食性がないこと）
（６）結晶化を起こし難いこと
【００１９】
図２に酢酸セシウムの溶解度曲線を示す。この溶解度曲線は「ＣＨＩＭＩＥ  ＭＩＮＥＲＡＬＥ．−Ｌｅｓ  ｅｑｕｉｌｉｂｒｅｓ  ｌｉｑｕｉｄｅ−ｓｏｌｉｄｅ  ｄｕ  ｂｉｎａｉｒｅ  ｅａｕａｃｅｔａｔｅ  ｄｅ  ｃｅｓｉｕｍ．」  Ｎｏｔｅ  ｄｅ  Ｍｍｅ  Ｃｏｌｅｔｔｅ  Ｍａｒａｉｎｅ，    ＭＭ．    Ｐｈｉｌｉｐｐｅ  Ｍａｒａｉｎｅ  ｅｔ  Ｒｏｇｅｒ  Ｂｏｕａｚｉｚ，  ｐｒｅｓｅｎｔｅｅ  ｐａｒ  Ｍ．  Ｇｅｏｒｇｅｓ  Ｃｈａｍｐｅｔｉｅｒ  Ｃ．Ｒ．Ａｃａｄ．Ｓｃ．  Ｐａｒｉｓ，ｔ．２７２（２２  ｍａｒｓ  １９７１）  ＳｅｒｉｅＣ  １１３７−１１４０（「鉱物化学−水・セシウム酢酸塩の二成分系における固溶体平衡」  コレット・マレス夫人、フィリップ・マレス氏、ロジャン・ブアジス氏のメモに基き、ジョルジュ・シャンプチエ氏が発表、Ｃ．Ｒ．パリ学術協会、第２７２巻（１９７１年３月２２日発行版）  Ｃシリーズ  １１３７−１１４０頁）による。縦軸に温度（℃）、横軸に酢酸セシウムの濃度（重量％）を示す。酢酸セシウムは極めて水に溶解し易く、例えば、常温における飽和溶液の濃度は９０％以上であり、ＬｉＢｒの約６０％より高濃度である。
【００２０】
図３に酢酸セシウム水溶液のデューリング線図（単効用線図）を示す。縦軸に露点温度（℃）を、横軸に溶液温度（℃）を示す。図中の実線は左から、水、６０ｗｔ％水溶液、７０ｗｔ％水溶液、７８．６ｗｔ％水溶液、８５ｗｔ％水溶液、８９．３ｗｔ％水溶液のデータを示し、破線は結晶ラインを示す。ａｂｃｄａで囲まれた太線が吸収冷凍機内の吸収サイクルを示す。
【００２１】
吸収器Ａ内での吸収反応はａｂで表される。ａ点から等圧下で水を吸収しながらｂ点に至る。このときの吸収器Ａにおける水蒸気圧は、蒸発器Ｅにおける水蒸気圧と等しい。蒸発器Ｅ内では水蒸気圧が低いので、水の蒸発とこれによる冷凍が促進される。吸収器Ａ内の溶液（希溶液）Ｓ＋Ｌは溶液ポンプ５０で熱交換器６０に送られる。
【００２２】
希溶液Ｓ＋Ｌは熱交換器６０及び再生器Ｇ内で加熱され、ｃ点に至る。再生器Ｇ内ではｃ点から等圧下で水を蒸発しながらｄ点に至る。再生器Ｇにて発生した水蒸気Ｌは凝縮器Ｃに送られ、凝縮した後、蒸発器Ｅへ送られる。
【００２３】
再生器Ｇにて濃縮された濃溶液Ｓは熱交換器６０及び吸収器Ａ内で冷却され、ａ点に至る。このように冷媒としての水と吸収剤としての酢酸セシウムについて、吸収サイクルａｂｃｄａが形成される。
【００２４】
吸収器で生成される希溶液Ｓ＋Ｌの溶液濃度と再生器Ｇで生成される濃溶液Ｓの溶液濃度の差は約４ｗｔ％で、臭化リチウムの場合とほぼ同様であり、溶液濃度の差を大きくできるような吸収サイクルを形成できるといえる。
【００２５】
吸収冷凍サイクルの設計では、吸収溶液の結晶化を防ぐため、濃溶液（点ａ及び点ｄ）が結晶ラインより離れていることが要求される。図３より、酢酸セシウムを吸収溶液に使用した場合も臭化リチウムの場合と同様に、結晶ラインより十分離れており、吸収冷凍サイクルとして問題を起こすことはない。
【００２６】
また、酢酸セシウムのデューリング線図の結晶ラインは溶液温度に対してほぼ一定濃度であるのに比して、臭化リチウムの結晶ラインには低温側で結晶溶液濃度の低下が見られる。このため、臭化リチウム溶液の場合には冷凍機の運転停止時に、温度低下による溶液の結晶化が起こる。これを防止するため、溶液を希釈してから停止する希釈運転が必要である。これに対して酢酸セシウム溶液の場合には冷凍機の運転停止時に、結晶化が起こらず、このような希釈運転を必要としない。すなわち、停止時に稀釈が不要であるため、停止時に系外へ不要なエネルギーを放出しなくても良く、省エネルギー面で優れている。また、停電時等希釈運転ができない場合でも、結晶化による問題が生じない。
【００２７】
以上、説明したように、酢酸セシウム水溶液は吸収冷凍機の吸収剤としての条件を充分備えているといえる。
吸収剤の吸収性能を向上するために界面活性剤を添加しても良い。界面活性剤の添加により、界面にマランゴニ対流が発生し、吸収剤の吸収能力が向上する。界面活性剤としては、界面張力が小さいものが効果が大きく、例えばｎ−オクチルアルコール（オクタノール）、ｎ−デカノール、２−オクチルアルコール（オクタノール）、２−デカノール、炭素数が７〜６で、水酸基数が１であるアルコール系鎖式飽和炭化水素等を使用できる。また、防食効果を増加するためにインヒビターを添加しても良い。インヒビターの添加は再生器に使用する鋼材の防食を抑制する。
【００２８】
以上により、酢酸セシウム水溶液を吸収冷凍機の吸収剤として使用できることが明白になった。
【００２９】
以上に単効用吸収冷凍サイクル（第一種吸収ヒートポンプ）の例を示したが、同デューリング線図上にて吸収ヒートポンプ（第二種吸収ヒートポンプサイクル）としても使用でき、単効用吸収冷凍サイクルと同様に停止時の希釈運転が不要なヒートポンプサイクルとなることは明白である。すなわち、酢酸セシウムのようなアルカリ金属酢酸塩水溶液は、吸収冷凍機や吸収ヒートポンプのような吸収システムに使用できる。
【００３０】
なお、本発明は上記の実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態に種々の変更を加え得ることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、吸収冷凍機、または吸収ヒートポンプに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態である単効用吸収冷凍機の構成を示す図である。
【図２】酢酸セシウムの溶解度曲線を示す図である。
【図３】酢酸セシウム水溶液のデューリング線図（単効用線図）を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１              吸収冷凍機
１０            蒸発器チューブ
１１            吸収器チューブ
１２            凝縮器チューブ
１３            再発器チューブ
２０            希溶液配管
３０            濃溶液配管
４０            冷媒配管
５０            溶液ポンプ
５１            冷媒ポンプ
６０            熱交換器
７１            冷媒散布装置
７２、７３        溶液散布装置
Ａ              吸収器
Ｃ              凝縮器
Ｅ              蒸発器
Ｇ              再生器
Ｌ              冷媒
Ｓ              溶液
Ｗ０            冷水
Ｗ１            冷却水
Ｗ２            外部熱源
【図１】
2006214626.tif 000003
【図２】
2006214626.tif 000004
【図３】
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