JP2003329330A - 吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動熱源を有効に利用し、冷熱又は温熱発生
量を増大する。 【解決手段】 吸収器１において吸収剤により冷媒を吸
収し、この吸収剤は第１発生器７において駆動熱源によ
り加熱され、発生した冷媒蒸気は熱源として第２、第３
発生器８，１０に供給される、第２，第３発生器８，１
０で発生した冷媒蒸気は凝縮器１２に供給され、放熱凝
縮する。この結果、生じた液体冷媒は蒸発器２に送入さ
れ、周囲から熱を奪って蒸発し、再び吸収器１に送られ
る。ここで、第２、第３発生器８，１０に廃熱回収器８
ａ，１０ａを設け、第１発生器７で使用した駆動熱源の
廃熱を廃熱回収器８ａ，１０ａに導入し、吸収剤を加熱
して冷媒を蒸発分離させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、吸収冷凍機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、直火式の三重効用吸収冷凍機
（吸収ヒートポンプ）の基本構成を示し、吸収器１は吸
収剤を収納し、蒸発器２から出てくる低温低圧の冷媒蒸
気を吸収する。吸収すると、吸収剤の温度が高くなり、
吸収能力が落ちるので、冷却水により冷却する。冷媒濃
度が高くなった吸収剤はポンプ３により送出され、第１
〜第３熱交換器４〜６を介して加熱され、第１発生器７
において、燃料の燃焼により直接加熱され、高温高圧の
冷媒蒸気が発生し、燃焼ガスは煙突から排気される。こ
の冷媒蒸気は第２発生器８に熱源として供給され、さら
に減圧弁９を介して第３発生器１０にも熱源として供給
され、さらに減圧弁１１を介して凝縮器１２に供給され
る。

【０００３】又、第１発生器７から冷媒を含んだ吸収剤
（吸収液）が第３熱交換器６及び減圧弁１３を介して第
２発生器８に供給され、この吸収液は冷媒蒸気に加熱さ
れて冷媒蒸気となり、この冷媒蒸気も加熱源として第３
発生器１０に供給され、減圧弁１１を介して凝縮器１２
に供給される。又、第２発生器８からの冷媒を含んだ吸
収液が第２熱交換器５及び減圧弁１４を介して第３発生
器１０に供給され、加熱されて冷媒蒸気となって凝縮器
１２に供給される。又、第３発生器１０から残りの吸収
液が第１熱交換器４及び減圧弁１６を介して吸収器１に
戻される。

【０００４】凝縮器１２においては、冷媒蒸気は放熱凝
縮して冷却水を加熱した後、液体冷媒は膨張弁１５を介
して減圧されて、蒸発器２に供給され、周囲から熱を奪
って蒸発する。この低温低圧の冷媒蒸気は、吸収器１に
送られる。

【０００５】一般に、吸収冷凍機は温熱を用いて冷熱を
発生し、構造が単純なため大容量化が容易であり、振動
・騒音の発生も少なく、他の装置の廃熱を用いて冷熱を
発生させることもできる。現在は、動作係数が高い二重
効用吸収冷凍機が普及しているが、より動作係数が高い
三重効用吸収冷凍機も開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、理想的な吸
収冷凍サイクルを示す。吸収冷凍機の駆動熱源として利
用可能なものは、発生器より高温の熱である。図中の実
線は、吸収冷凍サイクルのＴ−ｓ線図である。二重線の
矢印は、Ｔ−ｓ線図に対応する、駆動熱源、冷却水及び
冷水の温度である。図に示すように、温度Ｔｉｎの駆動
熱源は発生器で熱を奪われ、温度Ｔｏｕｔの廃熱とな
る。このとき、廃熱温度Ｔｏｕｔは発生器の温度Ｔｄ以
上であり、Ｔｄより低い温度の熱は利用できない。図１
０は単効用吸収冷凍機のＴ−ｓ線図であるが、二重効用
以上の吸収冷凍機／吸収ヒートポンプにおいても事情は
同じであり、発生器より高温の熱でなければ利用できな
い。そのため、二重効用、三重効用というように効用数
が多くなるほど高温の駆動熱源が必要となるとともに、
廃熱温度も高温となり、吸収冷凍機自身が大量の廃熱を
出すことになった。

【０００７】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、駆動熱源を有効に利用するこ
とができ、冷熱又は温熱発生量を増大することができる
とともに、廃熱温度を低減することができる吸収冷凍機
を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る吸収冷凍機は、多重効用の吸収冷凍機であって、二重
効用以上の吸収冷凍機の第２発生器以降の少なくとも一
つの発生器内に廃熱回収用の熱交換器を併設し、第１発
生器で使用した駆動熱源の廃熱を熱交換器に導入して吸
収剤を加熱することにより冷媒を蒸発分離させ、冷熱の
発生量を増加させるようにしたものである。

【０００９】駆動熱源は、例えば直火式とする。又、吸
収剤や冷媒の流路に用いられる減圧弁や膨張弁として
は、リリーフ弁、絞り弁、ノズル、オリフィス、キャピ
ラリ、Ｕ字管、水封止等を用いてもよい。さらに、吸収
剤と冷媒としては、例えば、臭化リチウム水溶液と水の
組み合わせ、濃い臭化リチウム水溶液と薄い臭化リチウ
ム水溶液の組み合わせ、水とアンモニアの組み合わせ等
を用いる。

【００１０】請求項２に係る吸収冷凍機は、上記駆動熱
源として、内燃機関の廃熱を利用したものである。内燃
機関としては、ガスタービン、ディーゼルエンジン、ガ
スエンジン、ガソリンエンジン等を用いる。内燃機関は
吸収冷凍機内に組み込み、内燃機関を制御して冷熱発生
量を調整する。

【００１１】請求項３に係る吸収冷凍機は、上記内燃機
関に排気弁、バイパス弁を設け、該弁の開度調整により
冷熱発生量を制御するようにしたものである。

【００１２】請求項４に係る吸収冷凍機は、上記駆動熱
源として、高温水又は水蒸気を利用したものである。高
温水又は水蒸気を発生するボイラは他機器と共用しても
よく、ボイラの熱源として、内燃機関の廃熱を利用して
もよい。

【００１３】請求項５に係る吸収冷凍機は、発生器内に
少なくとも一つの補助熱源用の熱交換器を併設し、この
熱交換器に補助熱源を導入して冷熱を発生させるように
したものである。補助熱源としては、太陽熱、地熱、夜
間電力温水、焼成窯、焼却炉、空気圧縮機、内燃機関等
の排気や冷却水、蒸気機関の廃熱、製鉄所・化学プラン
トの廃熱等を用いる。

【００１４】請求項６に係る吸収冷凍機は、給湯器を設
けたものである。第１発生器からの冷媒蒸気を給湯加熱
器に導入する。

【００１５】請求項７に係る吸収冷凍機は、吸収剤によ
り冷媒を吸収する吸収器において、又は発生器で生じた
冷媒蒸気が直接送り込まれた蒸発器において温水を得る
ようにしたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記
載の吸収冷凍機。

【００１６】請求項８に係る吸収冷凍機は、蒸発器に外
部熱源を供給することにより、ヒートポンプ運転を行う
ものである。

【００１７】

【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による直火式三重効用吸収
冷凍機の構成図を示し、第１発生器７は直火で駆動さ
れ、その排気として高温空気を発生し、この高温空気の
熱を第２発生器８内に併設した廃熱回収器（熱交換器）
８ａにより回収する。即ち、第１発生器７からの吸収液
を第２発生器８内に導入し、この吸収液を第１発生器７
からの冷媒蒸気と高温空気によって加熱し、冷媒蒸気を
蒸発分離させている。廃熱回収器８ａから排出された高
温空気の熱は第３発生器１０内に併設された廃熱回収器
１０ａによっても回収され、この高温空気は煙突から排
出される。その他の動作は従来と同様である。

【００１８】実施形態１においては、熱源の温度が第１
発生器７の温度より低い場合でも、その熱を有効活用す
ることにより冷凍能力を向上させている。三重効用吸収
冷凍機の場合、３個の発生器はそれぞれ内部圧力が異な
っており、圧力の違いによる冷媒の沸点の変化を応用し
て、前段の発生器で生じる冷媒の潜熱を再利用し、動作
係数を向上させているが、実施形態１においても、同様
に、発生器７，８，１０間の圧力の違いによる沸点の変
化を利用している。

【００１９】実施形態１においては、各発生器７，８，
１０内の沸点の違いを利用した廃熱回収器８ａ，１０ａ
により、従来廃熱となっていた、第１発生器７より温度
が低い駆動熱源まで有効活用することができ、同じ量の
燃料で発生する冷熱の量を増加することができ、経済性
が向上する。又、発生器８，１０内に廃熱回収器８ａ，
１０ａを併設する構造であるため、部品としては廃熱回
収器が増えるのみである。気密容器、気液分離器等の数
は変わらず、既設の物が少し大きくなる程度である。さ
らに、廃熱を有効利用するため、廃熱温度を低減するこ
とができる。

【００２０】なお、実施形態１においては、三重効用吸
収冷凍機に適用したが、二重効用や四重効用以上の吸収
冷凍機においても、第２以降の発生器内に廃熱回収器を
併設することで適用できる。ただし、第２以降の全ての
発生器内に併設する必要はなく、一部を省略してもよ
い。廃熱回収器を一部省略することにより、初期コスト
や設置スペースの削減が可能である。又、直火式以外の
吸収冷凍機にも適用できる。又、減圧弁９，１１，１
３，１４，１６や膨張弁１５としては、リリーフ弁、絞
り弁、ノズル、オリフィス、キャピラリ、Ｕ字管、水封
止等を用いてもよい。さらに、吸収剤と冷媒として、臭
化リチウム水溶液と水の組み合わせが常温付近での動作
に適しており、空調等に利用できる。また、濃い臭化リ
チウム水溶液と薄い臭化リチウム水溶液の組み合わせに
より、氷温付近での動作が可能である。又、水とアンモ
ニアの組み合わせの場合、液体アンモニアから水分を除
去することにより、氷点下での動作が可能であり、冷凍
用に利用できる。

【００２１】実施形態２ 図２は実施形態２による三重効用吸収冷凍機の構成を示
し、１７はガスタービン発電機（内燃機関）である。ガ
スタービン等の内燃機関の排気は高温空気であるため、
この高温空気を第１発生器７内の熱交換器７ａに導入し
て駆動熱源とする。その他の構成は図１と同様である。
内燃機関は吸収冷凍機内に組み込むことが容易である。

【００２２】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。又、ガスタービン発電機１７は振動が
少ないため、このような用途に適している。さらに、冷
熱と共に動力も得られる。冷凍能力の調整は、内燃機関
の制御により行う。内燃機関としては、ガスタービン以
外にも、ディーゼルエンジンやガスエンジン、ガソリン
エンジン等も使用することができる。

【００２３】実施形態３ 図３は実施形態３による三重効用吸収冷凍機の構成を示
し、ガスタービン発電機１７と第１発生器７の熱交換器
７ａとの間の排気流路に制御弁（排気弁）１８を設ける
とともに、ガスタービン発電機１７と煙突との間の排気
流路にバイパス弁１９を設け、制御弁１８とバイパス弁
１９を連動するようにしたものである。その他の構成
は、図２と同様である。

【００２４】実施形態３において、冷凍能力即ち冷熱発
生量の調整は、制御弁１８とバイパス弁１９の開度調整
により行う。この結果、冷凍能力の最大値は内燃機関の
運転状態に制約されるものの、その範囲内では冷凍能力
を自由に調整することができる。その他の効果は実施形
態２と同様である。

【００２５】実施形態４ 図４は実施形態４による三重効用吸収冷凍機の構成を示
し、第１発生器７に導入される駆動熱源として高温水、
蒸気等を用い、この高温水、蒸気等をボイラ２０により
発生し、制御弁２１を介して第１発生器７に導入し、駆
動熱源とする。この高温水、蒸気等は廃熱回収器８ａ，
１０ａを通って吸収剤を加熱して冷媒を蒸発分離させた
後、循環ポンプ２２を通り、熱交換器であるエコノマイ
ザ２３においてボイラ２０からの排気と熱交換されて加
熱され、再びボイラ２０内に戻される。

【００２６】実施形態４においては、各発生器７，８，
１０を高温水、蒸気等を介して間接加熱しており、第１
発生器７より低温の熱を利用することができるととも
に、直火で駆動する場合に比べ、発生器７，８，１０内
に設けた熱交換器７ａ、廃熱回収器８ａ，１０ａを小形
化することができる。又、すす等を含む熱源や腐食性の
ある熱源等を用いる場合のように、駆動熱源を吸収冷凍
機に直接供給したくないような場合に有効であり、駆動
熱源による汚染、腐食等の防止が可能である。さらに、
ボイラ２０のみを変更することにより、多様な駆動熱源
に対応することができ、吸収冷凍機の標準化が可能とな
る。その他の効果は、実施形態１と同様である。

【００２７】なお、ボイラ２０を複数の機器で共有する
ことができ、またボイラ２０の熱源として内燃機関を使
用することができる。

【００２８】実施形態５ 図５は実施形態５による三重効用吸収冷凍機の要部構成
を示し、第２発生器８内に外部熱源（補助熱源）用の熱
交換器８ｂを設けている。その他の構成は上記各実施形
態と同様である。外部熱源としては、太陽熱（太陽熱温
水器等）、地熱（蒸気、温泉水等）、夜間電力温水器、
焼成窯、焼却炉、空気圧縮機、内燃機関等の排気や冷却
水、蒸気機関の廃熱、製鉄所・化学プラントの廃熱等の
様々な温度の廃熱を使用することができる。なお、第２
発生器８に外部熱源用の熱交換器８ｂを設けたが、何れ
の発生器に設けても良い。又、外部熱源用の熱交換器を
複数設け、同時に複数の外部熱源を使用してもよい。
又、低負荷時などには、外部熱源だけで吸収冷凍機を駆
動してもよい。

【００２９】実施形態５においては、発生器内に外部熱
源用の熱交換器を設けることにより、主たる駆動熱源と
補助的な外部熱源を併用して冷熱を発生させることがで
きる。

【００３０】実施形態６ 図６は実施形態６による三重効用吸収冷凍機の要部構成
を示し、第１発生器７に制御弁２４を介して給湯加熱器
２５を接続しており、第１発生器７からの高温高圧の冷
媒蒸気を給湯加熱器２５に導入し、水を加熱して給湯を
可能にする。実施形態６では、このように冷熱と同時に
温熱も供給することができる。

【００３１】実施形態７ 図７は実施形態７による二重効用吸収冷凍機の構成を示
し、第１発生器７からの冷媒蒸気を第１閉切弁２６を介
して第２発生器８に供給するとともに、第２切換弁２９
を介して蒸発器２に供給し、また第２発生器８からの冷
媒蒸気が第２閉切弁２７を介して凝縮器１２に供給され
るとともに、第１切換弁２８を介して蒸発器２に供給さ
れる。

【００３２】上記構成において、閉切弁２６，２７を開
いて切換弁２８，２９を閉じると、通常の二重効用吸収
冷凍機の運転が行われ、閉切弁２６，２７を閉じて切換
弁２８，２９を開くと、発生器７，８で生じた冷媒蒸気
が蒸発器２に直接送られ、蒸発器２から温水が得られ
る。又、冷媒と吸収剤の組み合わせによっては溶解熱を
生じるため、吸収器１からも温水を得ることができる。
この温水は、冬季の暖房等に使用される。

【００３３】実施形態７においては、上記したように、
吸収器１又は発生器７，８において生じた冷媒蒸気を直
接送り込まれた蒸発器２において温水を得ることができ
る。なお、第３発生器を設けた場合も、第３発生器で生
じた冷媒蒸気を蒸発器に直接送ることにより温水が得ら
れる。このため、三重効用吸収冷凍機にもこの実施形態
を適用することができる。又、閉切弁２６，２７を用い
ているが、流路内の減圧弁や膨張弁等が実質的な閉切弁
２６，２７の役割をすることもあるので、閉切弁２６，
２７は必ずしも必要でない。

【００３４】実施形態８ 図８は実施形態８による三重効用吸収冷凍機の構成を示
し、構成自体は図１と同様であるが、蒸発器２に外部熱
源となる河川水、地下水等を供給することにより、吸収
器１と凝縮器１２において温熱を得ることができる。得
られた熱量は、蒸発器２において熱源から奪った熱量
と、駆動熱源から奪った熱量との和であり、この二つの
熱量は廃熱回収器８ａ，１０ａを設けたことにより増大
するため、ヒートポンプ運転時の経済性も向上する。

【００３５】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、第２以降の発生器内に廃熱回収用の熱交換器を設
け、第１発生器の駆動熱源の廃熱をこの熱交換器に導入
しており、駆動熱源を有効に利用することができ、冷熱
又は温熱発生量を増加することができる。又、廃熱温度
を低減することができる。

【００３６】又、請求項２によれば、駆動熱源として内
燃機関の廃熱を利用しており、冷熱と共に動力も得られ
る。

【００３７】請求項３によれば、内燃機関の廃熱の流路
に排気弁、バイパス弁を設けており、該弁の開度調整に
より冷熱発生量を自由に調整することができる。

【００３８】請求項４によれば、駆動熱源として、高温
水又は水蒸気を利用しており、発生器を間接加熱するの
で、駆動熱源による汚染、腐食を防止することができ
る。

【００３９】請求項５によれば、発生器内に補助熱源用
の熱交換器を設けており、駆動熱源と補助熱源を併用し
て冷熱を発生することができる。

【００４０】請求項６によれば、給湯器を設けており、
冷熱と共に温熱も供給することができる。

【００４１】請求項７によれば、吸収器又は冷媒蒸気を
直接送入された蒸発器において温水を得るようにしてお
り、冷熱と共に温水も得ることができる。

【００４２】請求項８によれば、蒸発器に外部熱源を供
給して、ヒートポンプ運転を行っており、吸収器と凝縮
器において温熱を得ることができ、しかも発生器に廃熱
回収用の熱交換器を設けたので、温熱が効率よく得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態１による三重効用吸収冷凍
機の構成図である。

【図２】実施形態２による三重効用吸収冷凍機の構成図
である。

【図３】実施形態３による三重効用吸収冷凍機の構成図
である。

【図４】実施形態４による三重効用吸収冷凍機の構成図
である。

【図５】実施形態５による三重効用吸収冷凍機の要部構
成図である。

【図６】実施形態６による三重効用吸収冷凍機の要部構
成図である。

【図７】実施形態７による二重効用吸収冷凍機の構成図
である。

【図８】実施形態８による三重効用吸収冷凍機の構成図
である。

【図９】従来の三重効用吸収冷凍機の構成図である。

【図１０】理想的な吸収冷凍サイクル図である。

【符号の説明】

１…吸収器 ２…蒸発器 ７…第１発生器 ８…第２発生器 １０…第３発生器 ８ａ，１０ａ…廃熱回収器 ８ｂ…熱交換器 １２…凝縮器 １７…ガスタービン発電機 １８…制御弁 １９…バイパス弁 ２０…ボイラ ２５…給湯加熱器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多重効用の吸収冷凍機であって、二重効
   用以上の吸収冷凍機の第２発生器以降の少なくとも一つ
   の発生器内に廃熱回収用の熱交換器を併設し、第１発生
   器で使用した駆動熱源の廃熱を熱交換器に導入して吸収
   剤を加熱することにより冷媒を蒸発分離させ、冷熱の発
   生量を増加させるようにしたことを特徴とする吸収冷凍
   機。
2. 【請求項２】 上記駆動熱源として、内燃機関の廃熱を
   利用したことを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
3. 【請求項３】 上記内燃機関に排気弁、バイパス弁を設
   け、これらの弁の開度調整により冷熱発生量を制御する
   ようにしたことを特徴とする請求項２記載の吸収冷凍
   機。
4. 【請求項４】 上記駆動熱源として、高温水又は水蒸気
   を利用したことを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍
   機。
5. 【請求項５】 発生器内に少なくとも一つの補助熱源用
   の熱交換器を併設し、この熱交換器に補助熱源を導入し
   て冷熱を発生させるようにしたことを特徴とする請求項
   １〜４の何れかに記載の吸収冷凍機。
6. 【請求項６】 給湯器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。
7. 【請求項７】 吸収剤により冷媒を吸収する吸収器にお
   いて、又は発生器で生じた冷媒蒸気が直接送り込まれた
   蒸発器において温水を得るようにしたことを特徴とする
   請求項１〜６の何れかに記載の吸収冷凍機。
8. 【請求項８】 蒸発器に外部熱源を供給することによ
   り、ヒートポンプ運転を行うことを特徴とする請求項１
   〜７の何れかに記載の吸収冷凍機。