(57)【要約】【課題】動作係数（効率）を向上するとともに、構成を簡単にする。【解決手段】吸収器１内の吸収剤により蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収し、この吸収剤をポンプ３により分離膜９に送入する。吸収剤中の蒸気は分離膜９を通り、液体冷媒として膨張弁８により減圧され、蒸発器２で蒸発する。一方、分離膜９を通らなかった吸収剤は減圧弁１０を介して吸収器１に戻る。【選択図】　図１
2004003765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を吸収剤に吸収・分離する吸収冷凍機・吸収ヒートポンプにおいて、冷媒を吸収した吸収剤から冷媒を分離する分離膜を設けたことを特徴とする吸収冷凍機・吸収ヒートポンプ。
【請求項２】
蒸発器からの冷媒を吸収剤により吸収する吸収器と、吸収器からの吸収剤を冷媒と吸収剤とに分離する分離膜と、分離膜で分離された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えたことを特徴とする吸収冷凍機・吸収ヒートポンプ。
【請求項３】
蒸発器からの冷媒を吸収剤により吸収する吸収器と、吸収器からの吸収剤を冷媒と吸収剤とに分離する分離膜と、分離膜からの冷媒を導入され、駆動熱源により加熱して冷媒蒸気を発生させる発生器と、発生器からの冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、凝縮器からの冷媒を蒸発させる蒸発器を備えたことを特徴とする吸収冷凍機・吸収ヒートポンプ。
【請求項４】
請求項３記載の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプを高圧発生器と低圧発生器を有する多重効用とし、少なくとも吸収器と高圧発生器との間に冷媒と吸収剤とを分離する分離膜を設けたことを特徴とする吸収冷凍機・吸収ヒートポンプ。
【請求項５】
分離膜に熱交換機能を持たせたことを特徴とする請求項３又は４記載の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプ。
【請求項６】
分離膜の出口側に、分離膜に圧力をかけるための減圧弁又は膨張弁を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸収冷凍機・吸収ヒートポンプに関し、特にその動作係数の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、吸収冷凍機としては、商業的には、冷媒にアンモニア、吸収剤に水を用いたアンモニア吸収冷凍機が低温用、冷媒に水、吸収剤に臭化リチウムを用いた臭化リチウム吸収冷凍機が冷水用に用いられている。又、吸収冷凍機は吸収ヒートポンプとしても用いられる。
【０００３】
図１０は従来の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、１は蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収剤により吸収する吸収器であり、吸収の際には熱を発生して吸収能力が低下するので、冷却水により冷却する。吸収により薄くなった吸収剤はポンプ３により熱交換器４を介して発生器５に導入され、発生器５においては蒸気等の駆動熱源によって加熱されて冷媒蒸気を発生し、この冷媒蒸気は凝縮器６へ出て行く。発生器５において冷媒の分離により濃くなった吸収剤は熱交換器４において吸収器１からの吸収剤を加熱した後、減圧弁７で減圧され、吸収器１に戻される。
【０００４】
凝縮器６においては、冷媒蒸気は冷却水により冷却されて凝縮し、液体冷媒となり、膨張弁８により減圧され、蒸発器２へ導入される。蒸発器２においては、周囲から吸熱して冷媒が蒸発し、冷水が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプは、冷媒蒸気を吸収剤に吸収させ、加熱することにより冷媒を吸収剤から分離する。そして、このように、熱を必要とするので、動作係数は１．２程度である。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、動作係数を向上することができるとともに、構成が簡単な吸収冷凍機・吸収ヒートポンプを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る吸収冷凍機・吸収ヒートポンプは、冷媒を吸収剤に吸収・分離する吸収冷凍機・吸収ヒートポンプにおいて、冷媒を吸収した吸収剤から冷媒を分離する分離膜を設けたものである。吸収冷凍機・吸収ヒートポンプとしては、例えば、冷媒にアンモニア、吸収剤に水を用いたアンモニア式、又は冷媒に水、吸収剤に臭化リチウムを用いた臭化リチウム式を用いる。
【０００８】
請求項２に係る吸収冷凍機・吸収ヒートポンプは、蒸発器からの冷媒を吸収剤により吸収する吸収器と、吸収器からの吸収剤を冷媒と吸収剤とに分離する分離膜と、分離膜で分離された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えたものである。分離膜には、冷媒を分離する分離膜と、吸収剤を分離する分離膜とがある。
【０００９】
請求項３に係る吸収冷凍機・吸収ヒートポンプは、蒸発器からの冷媒を吸収剤により吸収する吸収器と、吸収器からの吸収剤を冷媒と吸収剤とに分離する分離膜と、分離膜からの冷媒を導入され、駆動熱源により加熱して冷媒蒸気を発生させる発生器と、発生器からの冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、凝縮器からの冷媒を蒸発させる蒸発器を設けたものである。分離膜には、冷媒を分離する分離膜と、吸収剤を分離する分離膜とがある。
【００１０】
請求項４に係る吸収冷凍機・吸収ヒートポンプは、請求項３記載の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプを高圧発生器と低圧発生器を有する多重効用とし、少なくとも吸収器と高圧発生器との間に冷媒と吸収剤とを分離する分離膜を設けたものである。分離膜には、冷媒を分離する分離膜と、吸収剤を分離する分離膜とがある。
【００１１】
請求項５に係る吸収冷凍機・吸収ヒートポンプは、分離膜に熱交換機能を持たせたものである。分離膜には、冷媒を分離する分離膜と、吸収剤を分離する分離膜とがある。
【００１２】
請求項６に係る吸収冷凍機・吸収ヒートポンプは、分離膜の出口側に、分離膜に圧力をかけるための減圧弁又は膨張弁を設けものである。減圧弁、膨張弁としては、オリフィス、キャピラリ、ノズル、保圧弁、ニードル弁等の固定、手動、自動の何れかの弁を用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施形態１
以下、この発明の実施の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施形態１による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、蒸発器２からの冷媒（例えば、アンモニア、水）蒸気を吸収した吸収器１の薄い吸収剤（例えば、水、臭化リチウム）は、ポンプ３の加圧力により冷媒が液体として分離膜９を通過し、分離膜９を通過しない吸収剤は濃い吸収剤として減圧弁１０を介して減圧され、吸収器１に戻る。一方、液体冷媒は膨張弁８により減圧されて蒸発器２に導入され、蒸発器２において蒸発して吸熱し、冷熱が得られる。減圧弁１０は、分離膜９に圧力をかける役割を果たしている。減圧弁１０及び膨張弁８としては、オリフィス、キャピラリ、ノズル、保圧弁、ニードル弁等の固定、手動、自動の何れかの弁を用いることができる。
【００１４】
実施形態１においては、駆動熱源が不要となる。又、発生器及び凝縮器も不要となり、構成が簡単になる。さらに、冷媒を吸収剤に吸収させると、冷媒が蒸気のときより体積が少なくなるとともに、非圧縮性流体となる。そのため、加圧ポンプ３に必要な動力は、蒸気圧縮冷凍機において冷媒蒸気を圧縮する場合に比べ、小さくできる。なお、分離膜９への圧力は、分離膜９自身の圧力損失で加えることができることもあるので、減圧弁１０は必ずしも必要でない。
【００１５】
実施形態２
図２は実施形態２による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、吸収器１からの薄い吸収剤のうち、吸収剤はポンプ３の加圧力により分離膜９を通過し、濃い吸収剤として吸収器１に戻る。冷媒は分離膜を通過せず、吸収剤と分離され、膨張弁８を介して蒸発器２に導入される。このように、冷媒、吸収剤、分離膜９の組み合わせにより、分離膜９の作用は異なる。分離膜９に圧力をかける役割は、膨張弁８が果たしているが、分離膜９自身の圧力損失でも圧力を加えることができるため、圧力印加のためには、膨張弁８は必ずしも必要でない。
【００１６】
実施形態２においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
【００１７】
実施形態３
図３は実施形態３による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、冷媒蒸気を吸収した吸収器１から吸収剤がポンプ３により分離膜９に導入され、冷媒は分離膜９を通過し、吸収剤は分離膜９を通過しないので、吸収剤と冷媒は分離される。分離された液体冷媒（吸収剤を含む。）は熱交換器４を介して発生器５に導入される。一方、分離された吸収剤は減圧弁１０を介して吸収器１に戻される。
【００１８】
発生器５において蒸気等の駆動熱源により加熱された冷媒は冷媒蒸気として凝縮器６に導入される。又、これによって濃度が増した吸収剤は熱交換器４で冷媒と熱交換して冷媒を加熱した後、減圧弁７を介して吸収器１に戻る。凝縮器６では冷媒蒸気は放熱凝縮して液体冷媒となり、膨張弁８により減圧された後、蒸発器２において吸熱して蒸発する。
【００１９】
実施形態３においては、分離膜９で冷媒から吸収剤が分離されるので、冷媒は濃縮されてから発生器５に導入され、吸収剤を分離するための特別な機器、例えば精留塔は小形化、あるいは省略が可能となる。又、発生器５内の沸点を下げることができるため、温度配分に余裕ができ、温度が低い熱源を駆動熱源とすることができる。さらに、発生器５から吸収器１に戻る吸収剤の量を減らせるため、熱損失を少なくできる。
【００２０】
実施形態４
図４は実施形態４による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、吸収器１内で冷媒蒸気を吸収した吸収剤はポンプ３により分離膜９に圧入され、吸収剤は分離膜９を通過し、冷媒は分離膜９を通過しない。このため、吸収剤は吸収器１に戻り、冷媒は熱交換器４を介して発生器５に導入される。以後は実施形態３と同様である。効果も実施形態３と同様である。
【００２１】
実施形態５
図５は実施形態５による二重効用吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収した吸収器１の吸収剤はポンプ３により分離膜９に圧入され、冷媒は分離膜９を通過し、吸収剤は分離膜９を通過しない。吸収剤は減圧弁１０を介して吸収器１に戻り、冷媒は熱交換器４，１１を介して高圧発生器１５に導入される。
【００２２】
高圧発生器１５においては、冷媒は蒸気等の駆動熱源により加熱されて冷媒蒸気となり、低圧発生器１３に熱源として導入される。高圧発生器１５からの濃い吸収剤は熱交換器１１を介して分離膜１２に導入され、冷媒は分離膜１２を通って低圧発生器１３に導入され、吸収剤は分離膜１２を通らずに、減圧弁１４を介して吸収器１に戻される。
【００２３】
低圧発生器１３においては、分離膜１２からの冷媒が高圧発生器１５からの冷媒によって加熱され、冷媒蒸気となって凝縮器６に導入される。高圧発生器１５からの冷媒も低圧発生器１３を通って凝縮器６に導入される。以後の動作は上記実施形態と同様である。
【００２４】
実施形態５においては、二重効用化しており、単効用より温度の高い駆動熱源が必要になる。しかし、予め分離膜９，１２で吸収剤を取り除くので、分離が容易となり、また発生器１３，１５内の沸点を下げることができ、通常の二重効用のものよりも温度分布に余裕ができ、低い温度の熱源を駆動熱源とすることができる。又、アンモニア吸収冷凍機等は二重効用化が困難であったが、予め分離膜９，１２で冷媒を濃縮しておくことにより、発生器１５，１３で生じる冷媒蒸気の純度を上げることができ、精留塔の小形化、省略が可能となり、二重効用化が可能となった。
【００２５】
なお、上記したように分離膜を設けることは、三重効用以上の吸収冷凍機等にも適用できる。又、分離膜９，１２は必ずしも複数設ける必要はなく、分離膜９のみを設けるだけでもよい。
【００２６】
実施形態６
図６は実施形態６による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、分離膜９，１２は吸収剤は通すが、冷媒は通さないという点が実施形態５との主な相違点であり、全体的な動作は実施形態５と同様であり、効果も実施形態５と同様である。
【００２７】
実施形態７
図７は実施形態７による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収器１内で吸収剤が吸収し、この吸収剤はポンプ３により分離膜９に圧入され、冷媒は分離膜９を通り、分離膜兼熱交換器１６で熱交換して発生器５に導入される。この冷媒には吸収剤も含まれる。分離膜９を通過しない吸収剤は減圧弁１０を介して吸収器１に戻る。発生器５では、蒸気等の駆動熱源により加熱され、冷媒は冷媒蒸気となり、凝縮器６に導入される。発生器５からの吸収剤はポンプ１７により分離膜兼熱交換器１６に圧入され、発生器５で蒸発しなかった冷媒は分離膜兼熱交換器１７を通って熱と共に発生器５に戻る。分離膜兼熱交換器１６を通らなかった吸収剤は減圧弁１４を介して吸収器１に戻る。冷媒は、凝縮器６で凝縮し、膨張弁８を介して蒸発器２に導入され、蒸発する。
【００２８】
実施形態７においては、分離膜１６に熱交換器を兼用させたので、発生器５から持ち去られた熱を分離膜兼熱交換器１６を介して回収するので、動作係数（効率）を向上させることができる。又、部品点数の増加、設置スペースの増大、表面積の増大による放熱ロスの増大などを防止することができる。その他の効果は、上記各実施形態と同様である。
【００２９】
実施形態８
図８は実施形態８による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成を示し、蒸発器２からの冷媒蒸気を吸収した吸収器１の吸収剤はポンプ３により分離膜兼熱交換器１６に圧入され、吸収剤は分離膜兼熱交換器１６を通過し、吸収器１に戻る。分離膜兼熱交換器１６を通過しなかった冷媒（吸収剤を含む。）は発生器５に導入され、発生器５で冷媒蒸気を発生し、残りの吸収剤は減圧弁７を介して分離膜兼熱交換器１６に導入され、吸収剤は分離膜兼熱交換器１６を通って吸収器１に戻り、発生器５から出た熱は吸収器１からの冷媒と共に発生器５に戻される。
【００３０】
実施形態８においても、分離膜１６に熱交換機能を持たせたので、発生器５から持ち出された熱を分離膜兼熱交換器１６により回収することができ、実施形態７と同様な効果を奏する。
【００３１】
実施形態９
図９は実施形態９による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプを示し、吸収器１からの吸収剤はポンプ３により分離膜兼熱交換器１６に圧入され、吸収剤は分離膜兼熱交換器１６を通り、吸収器１に戻る。冷媒（吸収剤を含む。）は分離膜兼熱交換器１６を通らず、熱交換器４を介して高圧発生器１５に導入される。高圧発生器１５においては、冷媒蒸気が発生し、この冷媒蒸気は低圧発生器１３に駆動熱源として導入された後、凝縮器６に導入される。又、高圧発生器１５からの吸収剤は熱交換器４を介して分離膜兼熱交換器１８に導入され、冷媒は分離膜兼熱交換器１８を通過せず、減圧弁１４を介して低圧発生器１３に導入され、この冷媒は高圧発生器１５からの冷媒蒸気により加熱され、冷媒蒸気となって凝縮器６に導入される。
【００３２】
又、高圧発生器１５からの吸収剤は熱交換器４を介して分離膜兼熱交換器１８，１６を通過するとともに熱交換し、吸収器１に戻る。低圧発生器１３に含まれた吸収剤は減圧弁１９を介して分離膜兼熱交換器１８，１６を通るとともに熱交換し、吸収気１に戻る。
【００３３】
実施形態９においても、各発生器１５，１３から戻る吸収剤が各発生器１５，１３に導入される冷媒と熱交換するので、熱が回収され、実施形態７と同様な効果を奏する。
【００３４】
なお、上記各実施形態においては、分離膜で分離された冷媒に、少量の吸収剤しか含まれていない場合には、発生器５，１５，１３から吸収器１に戻る吸収剤の量が少なくなる。このような場合、この吸収剤が発生器５，１５，１３から吸収器１に持ち去る熱量は少なくなるため、熱交換器で回収する必要も少なくなり、熱交換器４，１１を設ける必要がなくなり、また分離膜兼熱交換器１６，１８に熱交換機能を持たせる必要もなくなり、コストダウンが可能となる。又、前述したように、減圧弁７，１０，１４，１９、膨張弁８は、オリフィス、キャピラリ、ノズル、保圧弁、ニードル弁等の固定、手動あるいは自動弁に置き換えることができ、また分離膜９，１２、分離膜兼熱交換器１６，１８の圧力損失を減圧弁１０，１４、膨張弁８の代わりとすることができ、柔軟なバルブ構成が可能であり、コストダウンが可能である。
【００３５】
さらに、この発明は、臭化リチウム、吸収冷凍機、アンモニア吸収冷凍機等、分離膜で分離可能な冷媒及び吸収剤を用いるすべての吸収冷凍機に適用可能であり、これらの吸収冷凍機の効率化、熱源の低温化、熱源の不要化等が可能となる。又、これらの吸収冷凍機は吸収ヒートポンプとして用いることも可能であり、入熱を上回る熱量の温熱を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の請求項１，２，６によれば、冷媒を吸収した吸収剤から冷媒を分離するのに分離膜を用いており、加熱不要となり、駆動熱源が不要となって、動作係数（効率）を向上することができるとともに、発生器や凝縮器が不要となって構成を簡単にすることができる。
【００３７】
請求項３，６によれば、冷媒を濃縮してから発生器に送ることができ、精留塔のような吸収剤を分離するための特別な機器が不要となり、装置の小形化が可能となり、また発生器内の吸収剤が少なくなるので、発生器内の沸点を下げることができ、温度配分に余裕ができ、駆動熱源の低温化が可能となる。さらに、発生器から吸収器に戻る吸収剤の量を減らせるので、熱損失を少なくすることができる。
【００３８】
請求項４，６によれば、二重効用、あるいは三重効用以上の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプにおいても、請求項３と同様な効果を得ることができ、また精留塔のような吸収剤の分離のための機器を小形化あるいは省略することができるため、アンモニア吸収冷凍機等の二重効用化も可能となる。
【００３９】
請求項５によれば、分離膜に熱交換機能を持たせており、発生器から持ち去られた熱を分離膜兼熱交換器を介して回収するので、動作係数（効率）を向上させることができる。又、部品点数の増加、設置スペースの増大、表面積の増大による放熱ロスの増大などを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図２】この発明の実施形態２による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図３】この発明の実施形態３による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図４】この発明の実施形態４による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図５】この発明の実施形態５による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図６】この発明の実施形態６による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図７】この発明の実施形態７による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図８】この発明の実施形態８による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図９】この発明の実施形態９による吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【図１０】従来の吸収冷凍機・吸収ヒートポンプの構成図である。
【符号の説明】
１…吸収器
２…蒸発器
５…発生器
６…凝縮器
７，１０，１４，１９…減圧弁
８…膨張弁
９，１２…分離膜
１３…低圧発生器
１５…高圧発生器
１６，１８…分離膜兼熱交換器
【図１】
2004003765.tif 000003
【図２】
2004003765.tif 000004
【図３】
2004003765.tif 000005
【図４】
2004003765.tif 000006
【図５】
2004003765.tif 000007
【図６】
2004003765.tif 000008
【図７】
2004003765.tif 000009
【図８】
2004003765.tif 000010
【図９】
2004003765.tif 000011
【図１０】
2004003765.tif 000012