(57)【要約】【課題】吸収式冷凍機の吸収器を小型化すること。【解決手段】本開示の吸収式冷凍機（１Ａ）は、冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する蒸発器（２）と、吸収剤としての溶液に冷媒を吸収させる吸収器（３）と、溶液から冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する再生器（４）と、再生器（４）で生成された気相冷媒を凝縮させて蒸発器（２）に供給されるべき液相冷媒を生成する凝縮器（５）と、溶液を駆動流、蒸発器（２）で生成された気相冷媒を吸引流として用い、駆動流と吸引流とを混合して吸収器（３）へ向けて吐出するエジェクタ（９）と、を備えている。【選択図】図１
2019158203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する蒸発器と、
吸収剤としての溶液に前記冷媒を吸収させる吸収器と、
前記溶液から前記冷媒を蒸発させて前記気相冷媒を生成する再生器と、
前記再生器で生成された前記気相冷媒を凝縮させて前記蒸発器に供給されるべき液相冷媒を生成する凝縮器と、
前記溶液を駆動流、前記蒸発器で生成された前記気相冷媒を吸引流として用い、前記駆動流と前記吸引流とを混合して前記吸収器へ向けて吐出するエジェクタと、
を備えた、吸収式冷凍機。
【請求項２】
前記吸収器から前記再生器へと前記溶液を導くとともに、前記再生器から前記吸収器へと前記溶液を導く溶液経路をさらに備え、
前記エジェクタの駆動流入口は、前記吸収器、前記再生器又は前記溶液経路に接続されている、請求項１に記載の吸収式冷凍機。
【請求項３】
前記溶液経路は、前記吸収器から前記再生器へと前記溶液を導く第１部分と、前記再生器から前記吸収器へと前記溶液を導く第２部分とを有し、
前記エジェクタの前記駆動流入口は、駆動流経路を介して、前記再生器又は前記溶液経路の前記第２部分に接続されている、請求項２に記載の吸収式冷凍機。
【請求項４】
前記溶液経路は、前記吸収器から前記再生器へと前記溶液を導く第１部分と、前記再生器から前記吸収器へと前記溶液を導く第２部分とを有し、
前記エジェクタの前記駆動流入口は、駆動流経路を介して、前記吸収器又は前記溶液経路の前記第１部分に接続されている、請求項２に記載の吸収式冷凍機。
【請求項５】
前記駆動流経路は、前記吸収器又は前記溶液経路の前記第１部分に存在する前記溶液である稀溶液を前記エジェクタの前記駆動流入口に導く第１経路と、前記再生器又は前記溶液経路の前記第２部分に存在する前記溶液である濃溶液を前記エジェクタの前記駆動流入口に導く第２経路とを含み、
前記稀溶液と前記濃溶液との混合溶液が前記エジェクタに駆動流として供給される、請求項４に記載の吸収式冷凍機。
【請求項６】
前記再生器は、高温再生器及び低温再生器を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸収式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、吸収式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸収式冷凍機は、蒸発器、吸収器、再生器、凝縮器などのコンポーネントを順に接続することによって構成されている。図７は、特許文献１に記載された従来の吸収式冷凍機を示している。
【０００３】
図７に示すように、吸収式冷凍機１００は、高温再生器１０１、ガスバーナ１０１Ｂ、低温再生器１０２、凝縮器１０３、蒸発器１０４、吸収器１０５、低温熱交換器１０６、高温熱交換器１０７、吸収液ポンプ１１５、及び、冷媒ポンプ１１９を備えている。冷媒として水が使用され、吸収液として臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２００８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸収式冷凍機においては、吸収器を小型化することが１つの技術課題である。吸収器を小型化できれば、吸収式冷凍機の製造コストの削減、吸収式冷凍機の設置面積の削減、吸収液の量の削減などの数多くのメリットが得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する蒸発器と、
吸収剤としての溶液に前記冷媒を吸収させる吸収器と、
前記溶液から前記冷媒を蒸発させて前記気相冷媒を生成する再生器と、
前記再生器で生成された前記気相冷媒を凝縮させて前記蒸発器に供給されるべき液相冷媒を生成する凝縮器と、
前記溶液を駆動流、前記蒸発器で生成された前記気相冷媒を吸引流として用い、前記駆動流と前記吸引流とを混合して前記吸収器へ向けて吐出するエジェクタと、
を備えた、吸収式冷凍機を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の技術によれば、吸収式冷凍機の吸収器を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の実施形態１に係る吸収式冷凍機の構成図である。
【図２】図２は、吸収式冷凍サイクル（一重効用）のデューリング線図である。
【図３】図３は、本開示の実施形態２に係る吸収式冷凍機の構成図である。
【図４】図４は、吸収式冷凍サイクル（二重効用）のデューリング線図である。
【図５】図５は、本開示の実施形態３に係る吸収式冷凍機の構成図である。
【図６】図６は、本開示の実施形態４に係る吸収式冷凍機の構成図である。
【図７】図７は、従来の吸収式冷凍機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の基礎となった知見）
従来の構成においては、吸収器内の溶液の濃度勾配を増加させると再生器から吸収器へと戻されるべき溶液が結晶化を起こす。そのため、溶液の循環量を減らすことが難しい。溶液の循環量を減らすことができないので、吸収器を小型化することも難しい。
【００１０】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る吸収式冷凍機は、
冷媒を蒸発させて気相冷媒を生成する蒸発器と、
吸収剤としての溶液に前記冷媒を吸収させる吸収器と、
前記溶液から前記冷媒を蒸発させて前記気相冷媒を生成する再生器と、
前記再生器で生成された前記気相冷媒を凝縮させて前記蒸発器に供給されるべき液相冷媒を生成する凝縮器と、
前記溶液を駆動流、前記蒸発器で生成された前記気相冷媒を吸引流として用い、前記駆動流と前記吸引流とを混合して前記吸収器へ向けて吐出するエジェクタと、
を備えている。
【００１１】
第１態様によれば、蒸発器で生成された気相冷媒がエジェクタにおいて二相状態で圧縮される。駆動流である溶液の飽和圧力を吸引流である気相冷媒の圧力が上回ることによって、エジェクタに吸入された気相冷媒の一部が溶液に吸収される。吸収器で溶液に吸収されるべき気相冷媒の量が低減される。これにより、吸収サイクルがデューリング線図における低濃度側へシフトする。その結果、溶液の結晶化を抑制しながら、溶液の循環量を低減することが可能となる。ＬＭＴＤの増加に伴う必要伝熱面積の削減により、吸収器を小型化することが可能となる。
【００１２】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る吸収式冷凍機は、前記吸収器から前記再生器へと前記溶液を導くとともに、前記再生器から前記吸収器へと前記溶液を導く溶液経路をさらに備え、前記エジェクタの駆動流入口は、前記吸収器、前記再生器又は前記溶液経路に接続されている。第２態様によれば、再生器で生成された濃溶液の一部がエジェクタに駆動流として供給される。
【００１３】
本開示の第３態様において、例えば、第２態様に係る吸収式冷凍機では、前記溶液経路は、前記吸収器から前記再生器へと前記溶液を導く第１部分と、前記再生器から前記吸収器へと前記溶液を導く第２部分とを有し、前記エジェクタの前記駆動流入口は、駆動流経路を介して、前記再生器又は前記溶液経路の前記第２部分に接続されている。第３態様によれば、再生器で生成された濃溶液の一部がエジェクタに駆動流として供給される。
【００１４】
本開示の第４態様において、例えば、第２態様に係る吸収式冷凍機では、前記溶液経路は、前記吸収器から前記再生器へと前記溶液を導く第１部分と、前記再生器から前記吸収器へと前記溶液を導く第２部分とを有し、前記エジェクタの前記駆動流入口は、駆動流経路を介して、前記吸収器又は前記溶液経路の前記第１部分に接続されている。第４態様によれば、稀溶液の一部が駆動流経路を介して循環するので、吸収サイクルを循環する溶液の循環量によらず、エジェクタが気相冷媒を昇圧するのに必要な溶液の流量が確保されうる。
【００１５】
本開示の第５態様において、例えば、第４態様に係る吸収式冷凍機では、前記駆動流経路は、前記吸収器又は前記溶液経路の前記第１部分に存在する前記溶液である稀溶液を前記エジェクタの前記駆動流入口に導く第１経路と、前記再生器又は前記溶液経路の前記第２部分に存在する前記溶液である濃溶液を前記エジェクタの前記駆動流入口に導く第２経路とを含み、前記稀溶液と前記濃溶液との混合溶液が前記エジェクタに駆動流として供給される。駆動流である溶液の濃度が増加すると、エジェクタにおいて溶液に吸収される気相冷媒の量が増加し、吸収サイクルがデューリング線図における低濃度側へとシフトする。部分負荷、定格負荷及び過負荷などの様々な条件に対応する必要がある場合においても、溶液の結晶化を抑制しながら、溶液の循環量を低減することが可能となる。
【００１６】
本開示の第６態様において、例えば、第１〜第５態様のいずれか１つに係る吸収式冷凍機では、前記再生器は、高温再生器及び低温再生器を有する。二重効用サイクルの吸収式冷凍機は、一般に、一重効用サイクルの吸収式冷凍機よりも高い成績係数（ＣＯＰ）を達成できる。
【００１７】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、本開示の実施形態１に係る吸収式冷凍機の構成を示している。吸収式冷凍機１Ａは、蒸発器２、吸収器３、再生器４、凝縮器５、溶液ポンプ６及びエジェクタ９を備えている。吸収式冷凍機１Ａは、一重効用サイクルの吸収式冷凍機である。
【００１９】
吸収式冷凍機１Ａには、冷媒及び吸収剤としての溶液が充填されている。冷媒としては、水が挙げられる。溶液としては、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液が挙げられる。冷媒の蒸発によって、空調又はプロセス冷却に使用される冷熱が生成される。溶液に冷媒が吸収された後、再生及び凝縮を経て吸収式の冷凍サイクルが形成されている。
【００２０】
蒸発器２は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。蒸発器２は、液相冷媒を貯留するとともに、外部熱源と液相冷媒とを熱交換させることによって冷媒を内部で蒸発させる。蒸発器２において、気相冷媒が生成する。外部熱源は、例えば、室内の空気である。蒸発器２に貯留された液相冷媒の温度、及び、蒸発器２で発生した気相冷媒の温度は、例えば５℃である。蒸発器２は、シェルチューブ熱交換器のように液相冷媒と熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器であってもよいし、噴霧式熱交換器又は充填材式熱交換器のような直接接触型の熱交換器であってもよい。熱媒体は、例えば、水、ブラインなどの液体である。
【００２１】
吸収器３は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。吸収器３は、溶液を貯留するとともに、溶液に冷媒を吸収させる。冷媒を吸収すると溶液の温度が上昇する。溶液の熱は外部冷熱源に放出される。これらのプロセスが同時に進行することによって、吸収器３における溶液の温度は、例えば、冷媒を吸収する前の状態で５０℃、冷媒を吸収した後の状態で３６℃である。外部冷熱源は、例えば、外気である。吸収器３は、シェルチューブ熱交換器のように溶液と熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器であってもよいし、噴霧式熱交換器又は充填材式熱交換器のような直接接触型の熱交換器であってもよい。熱媒体は、例えば、水、ブラインなどの液体である。
【００２２】
再生器４は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。再生器４は、溶液を貯留するとともに、外部熱源によって溶液を加熱することによって、溶液から冷媒を蒸発させる。再生器４において、気相冷媒が生成する。外部熱源としては、バーナ、工場排熱などが挙げられる。再生器４は、シェルチューブ熱交換器のように溶液と熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器でありうる。熱媒体としては、バーナの燃焼ガス、工場の排気ガスなどが挙げられる。
【００２３】
凝縮器５は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。凝縮器５は、液相冷媒を貯留するとともに、外部冷熱源と気相冷媒とを熱交換させることによって、再生器４で生成された気相冷媒を凝縮させる。凝縮器５において、蒸発器２に供給されるべき液相冷媒が生成される。凝縮器５で生成された液相冷媒の温度は、例えば、３５℃である。外部冷熱源は、例えば、外気である。凝縮器５は、シェルチューブ熱交換器のように溶液と熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器であってもよいし、噴霧式熱交換器又は充填材式熱交換器のような直接接触型の熱交換器であってもよい。熱媒体は、例えば、水、ブラインなどの液体である。
【００２４】
溶液ポンプ６は、例えば速度型ポンプである。速度型ポンプとは、液相冷媒に運動量を与え、その後、減速させることによって液相冷媒の圧力を上昇させるポンプである。速度型ポンプ（ターボポンプ）として、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどが挙げられる。溶液ポンプ６は、インバータによって駆動されるモータなど、回転数を変化させるための機構を備えていてもよい。
【００２５】
エジェクタ９は、溶液を駆動流、気相冷媒を吸引流として用い、吸引した気相冷媒を昇圧するデバイスである。駆動流と吸引流との混合流は吸収器３に供給される。エジェクタ９は、蒸発器２から吸収器３への経路上に配置されている。
【００２６】
エジェクタ９は、例えば、噴霧ノズル、蒸気経路及び混合室によって構成されている。噴霧ノズルは、溶液を微粒化して噴射する。蒸気経路は、吸引した気相冷媒が流れる流路である。混合室は、微粒化された溶液と吸引された気相冷媒とを混合して圧力を上昇させるための空間である。噴霧ノズルは、例えば、真鍮などの金属材料で作られている。混合室及び蒸気経路を形成している部分は、ステンレス、鉄などの金属材料で作られている。
【００２７】
エジェクタ９に溶液が供給されると、溶液は、エジェクタ９の噴霧ノズルに導かれる。噴霧ノズルにおいて、溶液の微細噴霧流が生成される。蒸発器２で生成された気相冷媒がエジェクタ９に供給されると、気相冷媒は、エジェクタ９の蒸気経路に導かれ、噴霧ノズルで生成された溶液の微細噴霧流と合流する。これにより、溶液の微細噴霧流と気相冷媒との二相噴霧流が生成される。高速で流動している溶液の噴霧の液滴抗力によって運動量が溶液の液滴から気相冷媒へと輸送される。これにより、気相冷媒が加速される。その後、気相冷媒が減速されて気相冷媒の圧力が上昇する。
【００２８】
エジェクタ９に供給されるべき溶液は、再生器４に貯留された濃溶液に限定されない。後述するように、エジェクタ９に供給されるべき溶液は、吸収器３に貯留された稀溶液であってもよい。「濃溶液」及び「稀溶液」の語句は、それぞれ、溶液における溶質（例えば、臭化リチウム）の濃度（重量％濃度）が相対的に濃いこと及び相対的に薄いことを意味する。
【００２９】
吸収式冷凍機１Ａは、さらに、溶液経路８、気相冷媒経路１９、液相冷媒経路２０、気相冷媒経路２１、混合流経路２２及び駆動流経路２３を備えている。各経路は、少なくとも１つの配管によって構成されていてもよく、容器と容器との直接的な接続部分によって構成されていてもよい。エジェクタ９の場合は、エジェクタ９のハウジングと他の容器との直接的な接続部分によって、相冷媒経路２１又は混合流経路２２が構成されていてもよい。各経路には、オリフィス、弁、バッファタンク、センサ、熱交換器などの他のコンポーネントが配置されていてもよい。
【００３０】
溶液経路８は、吸収器３から再生器４へと溶液を導くとともに、再生器４から吸収器３へと溶液を導くための流路である。本実施形態において、溶液経路８は、第１部分８ａ及び第２部分８ｂを含む。第１部分８ａは、吸収器３から再生器４へと溶液（稀溶液）を導くための流路であって、吸収器３の溶液出口と再生器４の溶液入口とを接続している。第２部分８ｂは、再生器４から吸収器３へと溶液（濃溶液）を導くための流路であって、再生器４の溶液出口と吸収器３の溶液入口とを接続している。本実施形態では、溶液経路８の第１部分８ａに溶液ポンプ６が配置されている。
【００３１】
気相冷媒経路１９は、再生器４から凝縮器５へと気相冷媒を導くための流路である。気相冷媒経路１９を介して、再生器４の冷媒出口が凝縮器５の冷媒入口に接続されている。
【００３２】
液相冷媒経路２０は、凝縮器５から蒸発器２へと液相冷媒を導くための流路である。液相冷媒経路２０を介して、凝縮器５の冷媒出口が蒸発器２の冷媒入口に接続されている。凝縮器５に貯留された液相冷媒がフラッシュ膨張するように、液相冷媒経路２０には、膨張弁又は流量制御弁が配置されていてもよい。液相冷媒経路２０は、水位ヘッドで差圧を保持するＵ字流路を含んでいてもよい。
【００３３】
気相冷媒経路２１は、蒸発器２からエジェクタ９へと気相冷媒を導くための流路である。気相冷媒経路２１を介して、蒸発器２の冷媒出口がエジェクタ９の吸引流入口に接続されている。本実施形態では、蒸発器２で生成された気相冷媒がエジェクタ９に吸引流として供給される。
【００３４】
混合流経路２２は、エジェクタ９から吸収器３へと混合流を導くための流路である。混合流経路２２を介して、エジェクタ９の出口が吸収器３の冷媒入口に接続されている。
【００３５】
駆動流経路２３は、エジェクタ９に溶液を導くための流路である。駆動流経路２３を介して、再生器４の溶液出口がエジェクタ９の駆動流入口に接続されている。詳細には、駆動流経路２３は、位置Ｐ１において、溶液経路８の第２部分８ｂから分岐している。ただし、駆動流経路２３は、再生器４に直接接続されていてもよい。本実施形態によれば、再生器４で生成された濃溶液の一部がエジェクタ９に駆動流として供給される。
【００３６】
次に、吸収式冷凍機１Ａの動作を説明する。
【００３７】
図２は、吸収式冷凍サイクル（一重効用）のデューリング線図である。破線の溶液サイクルＣＤＥＦは、従来例における溶液サイクルを示している。実線の溶液サイクルｃｄｅｆは、本開示の実施形態１における溶液サイクルを示している。
【００３８】
破線で示すように、従来の吸収式冷凍機によれば、点Ａの状態（６℃）の気相冷媒が蒸発器で生成される。吸収器には点Ｆの状態（４５℃、６０％）の濃溶液が再生器から流入する。点Ｆの状態の濃溶液に点Ａの状態の気相冷媒が接触すると吸収が始まる。吸収器では、気相冷媒の吸収によって濃溶液が希釈されると同時に、外部冷熱源に溶液の熱が放出される。最終的には、点Ｃの状態（３６℃、５５％）の稀溶液が吸収器で生成される。
【００３９】
稀溶液は吸収器から再生器に移される。再生器において、例えば、点Ｄの状態（７２℃、５５％）まで稀溶液を加熱すると、点Ｂの状態（３５℃）の気相冷媒と点Ｅの状態（８３℃、６０％）の濃溶液とが生成される。気相冷媒は凝縮器で凝縮して液相冷媒に変化する。液相冷媒が凝縮器から蒸発器に供給される。濃溶液は吸収器に戻される。
【００４０】
図２に示すように、臭化リチウム水溶液には結晶化ラインが存在し、点Ｆの状態の濃溶液が結晶化ラインに最も近い。従来の吸収式冷凍機は、点Ｆで特定される濃溶液の状態が結晶化ラインを超えないように構成されている。結晶化ラインを超えると臭化リチウムが析出する。
【００４１】
ここで、放熱するべき熱量Ｑ及び熱伝達率Ｋが決まっている場合、ＬＭＴＤ（対数平均温度差）が大きければ大きいほど、吸収器の伝熱面積を減らすことが可能である。すなわち、吸収器を小型化することが可能である。ＬＭＴＤを拡大するには、溶液の循環量を減らす、すなわち、溶液の温度勾配（点Ｆ−点Ｃ）を拡大する必要がある。しかし、点Ｆの状態の濃溶液が結晶化ラインを超えてはならないという制約があるので、溶液の循環量を減らして吸収器を小型化することは容易ではない。
【００４２】
これに対し、本実施形態の吸収式冷凍機１Ａにおいては、エジェクタ９の働きによって吸収器３の内部の圧力が蒸発器２の内部の圧力の約１．４倍に上昇する。本実施形態によれば、破線の溶液サイクルＣＤＥＦを実線の溶液サイクルｃｄｅｆにシフトさせることが可能である。結晶化ラインに対する点ｆの状態の余裕度Ｍａ（点ｆから結晶化ラインまでの温度）は、結晶化ラインに対する点Ｆの状態の余裕度を基準として、例えば、１３．５％増加している。
【００４３】
以上のように、エジェクタ９を用いて吸収器３の内部の圧力を上昇させると、結晶化濃度時の吸収液の温度が上昇する。そのため、溶液の流量を減らして吸収器３の内部の溶液の温度勾配を拡大したとしても、濃溶液の状態は結晶化ラインを越えず、溶液の結晶化は抑制される。ＬＭＴＤの拡大によって吸収器３の必要伝熱面積が削減される。溶液の結晶化を抑制しながら吸収器３の必要伝熱面積が削減されることによって、吸収器３を小型化することが可能となる。エジェクタ９における圧力比が１．４である場合、例えば、吸収器３の容積を４０％削減できる。
【００４４】
エジェクタ９の内部で気相冷媒が二相状態で圧縮される過程において、駆動流である溶液の飽和圧力と吸引流である気相冷媒の圧力との間に圧力差が発生する。これにより、エジェクタ９に吸入された気相冷媒の一部が溶液に吸収される。ＬＭＴＤの拡大による必要伝熱面積の削減に加えて、吸収器３で吸収すべき気相冷媒の量が低減される。このことも吸収器３の小型化に寄与する。
【００４５】
以下、他の実施形態について説明する。実施形態１と他の実施形態との間の共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
【００４６】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る吸収式冷凍機の構成図を示している。吸収式冷凍機１Ｂにおいて、再生器４は、高温再生器４ａ及び低温再生器４ｂを含む。吸収式冷凍機１Ｂは、二重効用サイクルの吸収式冷凍機である。つまり、本開示の吸収式冷凍機は、一重効用サイクルのものに限定されない。二重効用サイクルの吸収式冷凍機は、一般に、一重効用サイクルの吸収式冷凍機よりも高い成績係数（ＣＯＰ）を達成できる。さらに、本開示の吸収式冷凍機は、三重効用サイクルのものであってもよい。
【００４７】
高温再生器４ａは、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。高温再生器４ａは、溶液を貯留するとともに、外部熱源によって溶液を加熱することによって、溶液から冷媒を蒸発させる。高温再生器４ａにおいて、気相冷媒が生成する。外部熱源としては、バーナ、工場排熱などが挙げられる。高温再生器４ａは、シェルチューブ熱交換器のように溶液と熱媒体とが間接的に熱交換する間接型の熱交換器でありうる。熱媒体としては、バーナの燃焼ガス、工場の排気ガスなどが挙げられる。
【００４８】
本実施形態では、稀溶液の全量が吸収器３から高温再生器４ａに供給される。溶液経路８は、第３部分８ｃを含む。第３部分８ｃは、高温再生器４ａから低温再生器４ｂへと中間濃度の溶液を導くための流路であって、高温再生器４ａの溶液出口と低温再生器４ｂの溶液入口とを接続している。つまり、吸収式冷凍機１Ｂは、シリーズフロー方式の二重効用サイクルを採用している。ただし、二重効用サイクルは、シリーズフロー方式に限定されない。パラレルフロー方式、リバースフロー方式などの他の方式の二重効用サイクルを採用することもできる。パラレルフロー方式は、稀溶液が吸収器から高温再生器と低温再生器との両方に並列で送られる方式である。リバースフロー方式は、稀溶液の全量が吸収器から低温再生器に送られる方式である。
【００４９】
低温再生器４ｂは、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって構成されている。シリーズフロー方式の場合、低温再生器４ｂは、中間濃度の溶液と高温再生器４ａで生成された気相冷媒とを熱交換させることによって溶液から冷媒を蒸発させる。低温再生器４ｂの内部において、溶液の温度は、例えば、８５℃である。低温再生器４ｂの内部において、気相冷媒の温度は、例えば、３５℃である。低温再生器４ｂは、例えば、シェルチューブ熱交換器のような間接型の熱交換器でありうる。低温再生器４ｂにおいて、管内の気相冷媒と管外の溶液とが間接的に熱交換する。
【００５０】
本実施形態において、溶液経路８の第１部分８ａは、吸収器３から高温再生器４ａへと溶液（稀溶液）を導くための流路であって、吸収器３の溶液出口と高温再生器４ａの溶液入口とを接続している。溶液経路８の第２部分８ｂは、低温再生器４ｂから吸収器３へと溶液（濃溶液）を導くための流路であって、低温再生器４ｂの溶液出口と吸収器３の溶液入口とを接続している。駆動流経路２３は、位置Ｐ１において、溶液経路８の第２部分８ｂから分岐している。ただし、駆動流経路２３は、第３部分８ｃから分岐していてもよい。この場合、中間濃度の溶液が駆動流としてエジェクタ９に供給される。駆動流経路２３は、高温再生器４ａ又は低温再生器４ｂに直接接続されていてもよい。
【００５１】
吸収式冷凍機１Ｂは、さらに、低温熱交換器１２及び高温熱交換器１３を備えている。
【００５２】
低温熱交換器１２は、例えば、ブレージング熱交換器又はプレート式熱交換器である。低温熱交換器１２は、溶液経路８の第１部分８ａ及び溶液経路８の第２部分８ｂにまたがって配置されている。低温熱交換器１２は、吸収器３から高温再生器４ａに供給されるべき溶液と低温再生器４ｂから吸収器３に供給されるべき溶液とを熱交換させる。これにより、吸収式冷凍機１Ｂに投入されたエネルギーの利用効率が高まる。
【００５３】
高温熱交換器１３は、例えば、ブレージング熱交換器又はプレート式熱交換器である。高温熱交換器１３は、溶液経路８の第１部分８ａ及び溶液経路８の第３部分８ｃにまたがって配置されている。高温熱交換器１３は、吸収器３から高温再生器４ａに供給されるべき溶液と高温再生器４ａから低温再生器４ｂに供給されるべき溶液とを熱交換させる。これにより、吸収式冷凍機１Ｂに投入されたエネルギーの利用効率が高まる。
【００５４】
次に、吸収式冷凍機１Ｂの動作を説明する。
【００５５】
図３は、吸収式冷凍サイクル（二重効用）のデューリング線図である。破線の溶液サイクルＣＤＥＧＦは、従来例における溶液サイクルを示している。実線の溶液サイクルｃｄｅｇｆは、本開示の実施形態２における溶液サイクルを示している。
【００５６】
破線で示すように、従来の吸収式冷凍機によれば、点Ａの状態（６℃）の気相冷媒が蒸発器で生成される。吸収器には点Ｆの状態（５１℃、６３％）の濃溶液が低温再生器から流入する。点Ｆの状態の濃溶液に点Ａの状態の気相冷媒が接触すると吸収が始まる。吸収器では、気相冷媒の吸収によって濃溶液が希釈されると同時に、外部冷熱源に溶液の熱が放出される。最終的には、点Ｃの状態（３６℃、５７％）の稀溶液が吸収器で生成される。
【００５７】
稀溶液は吸収器から高温再生器に移される。高温再生器において、例えば、点Ｄの状態（７２℃、５５％）まで稀溶液を加熱すると、点Ｂの状態（３５℃）の気相冷媒と点Ｅの状態（８３℃、６０％）の中間濃度の溶液とが生成される。気相冷媒及び中間濃度の溶液は、それぞれ低温再生器に流入する。低温再生器において、気相冷媒の凝縮熱で中間濃度の溶液がさらに加熱され、点Ｂの状態（３５℃）の気相冷媒と点Ｇの状態（９２℃、６３％）の濃溶液とが生成される。気相冷媒は凝縮器で凝縮して液相冷媒に変化する。液相冷媒が凝縮器から蒸発器に供給される。濃溶液は、溶液流路を通じて吸収器に戻される。
【００５８】
図４に示すように、臭化リチウム水溶液には結晶化ラインが存在し、点Ｆの状態の濃溶液が結晶化ラインに最も近い。従来の吸収式冷凍機は、点Ｆで特定される濃溶液の状態が結晶化ラインを超えないように構成されている。結晶化ラインを超えると臭化リチウムが析出する。
【００５９】
ここで、放熱するべき熱量Ｑ及び熱伝達率Ｋが決まっている場合、ＬＭＴＤ（対数平均温度差）が大きければ大きいほど、吸収器の伝熱面積を減らすことが可能である。すなわち、吸収器を小型化することが可能となる。ＬＭＴＤを拡大するには、溶液の循環量を減らす、すなわち、溶液の温度勾配（点Ｆ−点Ｃ）を拡大する必要がある。しかし、点Ｆの状態の濃溶液が結晶化ラインを超えてはならないという制約があるので、溶液の循環量を減らして吸収器を小型化することは容易ではない。
【００６０】
これに対し、本実施形態の吸収式冷凍機１Ｂにおいては、エジェクタ９の働きによって吸収器３の内部の圧力が蒸発器２の内部の圧力の約１．２倍に上昇する。本実施形態によれば、破線の溶液サイクルＣＤＥＧＦを実線の溶液サイクルｃｄｅｇｆにシフトさせることが可能である。結晶化ラインに対する点ｆの状態の余裕度Ｍａは、結晶化ラインに対する点Ｆの状態の余裕度を基準として、例えば、６．４％増加している。
【００６１】
以上のように、エジェクタ９を用いて吸収器３の内部の圧力を上昇させると、結晶化濃度時の吸収液の温度が上昇する。そのため、溶液の流量を減らして吸収器３の内部の溶液の温度勾配を拡大したとしても、濃溶液の状態は結晶化ラインを越えず、溶液の結晶化は抑制される。ＬＭＴＤの拡大によって吸収器３の必要伝熱面積が削減される。溶液の結晶化を抑制しながら吸収器３の必要伝熱面積が削減されることによって、吸収器３を小型化することが可能となる。エジェクタ９における圧力比が１．２である場合、例えば、吸収器３の容積を１２％削減できる。
【００６２】
エジェクタ９の内部で気相冷媒が二相状態で圧縮される過程において、駆動流である溶液の飽和圧力と吸引流である気相冷媒の圧力との間に圧力差が発生する。これにより、エジェクタ９に吸入された気相冷媒の一部が溶液に吸収される。ＬＭＴＤの拡大による必要伝熱面積の削減に加えて、吸収器３で吸収すべき気相冷媒の量が低減される。このことも吸収器３の小型化に寄与する。
【００６３】
（実施形態３）
図５は、実施形態３に係る吸収式冷凍機の構成図を示している。吸収式冷凍機１Ｃにおいて、駆動流経路２５は、溶液経路８の第１部分８ａとエジェクタ９の駆動流入口とを接続している。本実施形態において、駆動流経路２５は、位置Ｐ２において、溶液経路８の第１部分８ａから分岐している。位置Ｐ２は、溶液ポンプ６と低温熱交換器１２との間に位置している。駆動流経路２５は、吸収器３に直接接続されていてもよい。本実施形態によれば、吸収器３で生成された稀溶液の一部がエジェクタ９に駆動流として供給される。
【００６４】
エジェクタ９には、気相冷媒を効果的に昇圧する際に必要な溶液の運動量が存在する。溶液の運動量は、エジェクタ９の内部における溶液の噴霧速度（エジェクタ９に供給された溶液の圧力）に溶液の流量を乗じた値で表される。本実施形態によれば、稀溶液の一部が駆動流経路２５を介して循環するので、吸収サイクルにおける溶液の循環量によらず、エジェクタ９が気相冷媒を昇圧するのに必要な溶液の流量が確保されうる。
【００６５】
エジェクタ９の吸引流の圧力が低い場合（必要圧力比が大きい場合）には、駆動流の流量を増やし、吸引流の圧力が高い場合（必要圧力比が小さい場合）には、駆動流の流量を減少させる制御を行ってもよい。このようにすれば、吸収式冷凍機１Ｃの運転状態によらず、気相冷媒が高い圧力比で吸収器３に供給され、吸収サイクルがデューリング線図における低濃度側へとシフトする。部分負荷から定格負荷にわたる様々な条件に対応する必要がある場合においても、溶液の結晶化を抑制しながら、溶液の循環量を低減することが可能となる。ＬＭＴＤの増加に伴う伝熱面積の削減により、吸収式冷凍機１Ｃの吸収器３を小型化することが可能となる。
【００６６】
エジェクタ９の内部で気相冷媒が二相状態で圧縮される過程において、駆動流である溶液の飽和圧力と吸引流である気相冷媒の圧力との間に圧力差が発生する。これにより、エジェクタ９に吸入された気相冷媒の一部が溶液に吸収される。ＬＭＴＤの拡大による必要伝熱面積の削減に加えて、吸収器３で吸収すべき気相冷媒の量が低減される。このことも吸収器３の小型化に寄与する。
【００６７】
本実施形態によれば、冷却水の温度が高く、大型の吸収器３が必要となる過負荷条件に対応する必要がある場合においても、溶液の結晶化を抑制しながら吸収器３を小型化することが可能である。エジェクタ９における圧力比が１．２である場合、例えば、吸収器３の容積を１２％削減できる。エジェクタ９が気相冷媒を効果的に昇圧するための駆動流の質量流量Ｍ１（ｋｇ／ｍｉｎ）の気相冷媒の質量流量Ｍ２（ｋｇ／ｍｉｎ）に対する比率（Ｍ１／Ｍ２）は、例えば、６７である。
【００６８】
（実施形態４）
図６は、実施形態４に係る吸収式冷凍機の構成図を示している。吸収式冷凍機１Ｄは、各実施形態の組み合わせである。
【００６９】
吸収式冷凍機１Ｄは、駆動流経路２７を備えている。駆動流経路２７は、第１経路２５及び第２経路２３を含む。第１経路２５は、実施形態３で説明した駆動流経路２５であって、吸収器３又は溶液経路８の第１部分８ａに存在する溶液である稀溶液をエジェクタ９の駆動流入口に導く役割を担っている。第２経路２３は、実施形態１及び実施形態２で説明した駆動流経路２３であって、再生器４（本実施形態では低温再生器４ｂ）又は溶液経路８の第２部分８ｂに存在する溶液である濃溶液をエジェクタ９の駆動流入口に導く役割を担っている。本実施形態では、第２経路２３は、位置Ｐ３において、第１経路２５に合流している。ただし、第２経路２３がエジェクタ９に直接接続されていてもよい。エジェクタ９には、稀溶液と濃溶液との混合溶液が駆動流として供給される。
【００７０】
本実施形態によれば、稀溶液及び濃溶液の循環量によらず、エジェクタ９の駆動流の流量を適切に制御することができる。駆動流である溶液の濃度が増加すると、エジェクタ９において溶液に吸収される気相冷媒の量が増加し、吸収サイクルがデューリング線図における低濃度側へとシフトする。部分負荷、定格負荷及び過負荷（冷却水温：高）などの様々な条件に対応する必要がある場合においても、溶液の結晶化を抑制しながら、溶液の循環量を低減することが可能となる。ＬＭＴＤの増加に伴う伝熱面積の削減により、吸収式冷凍機１Ｄの吸収器３を小型化することが可能となる。エジェクタ９における圧力比が１．２である場合、例えば、吸収器３の容積を１５％削減できる。
【００７１】
エジェクタ９の内部で気相冷媒が二相状態で圧縮される過程において、駆動流である溶液の飽和圧力と吸引流である気相冷媒の圧力との間に圧力差が発生する。これにより、エジェクタ９に吸入された気相冷媒の一部が溶液に吸収される。ＬＭＴＤの拡大による必要伝熱面積の削減に加えて、吸収器３で吸収すべき気相冷媒の量が低減される。このことも吸収器３の小型化に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本開示の吸収式冷凍機は、ビルのセントラル空調システム、プロセス冷却用のチラーなどの様々な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  吸収式冷凍機
２  蒸発器
３  吸収器
４  再生器
４ａ  高温再生器
４ｂ  低温再生器
５  凝縮器
６  溶液ポンプ
８  溶液経路
８ａ  第１部分
８ｂ  第２部分
８ｃ  第３部分
９  エジェクタ
１２  低温熱交換器
１３  高温熱交換器
１９  気相冷媒経路
２０  液相冷媒経路
２１  気相冷媒経路
２２  混合流経路
２３  駆動流経路（第１経路）
２５  駆動流経路（第２経路）
２７  駆動流経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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