図1を参照して、本発明の実施形態に係る 中温熱溶解式冷凍装置について説明する。図 1は、本発明の実施形態に係る中温熱溶解式� �凍装置を示す構成図である。

 本実施形態に係る中温熱溶解式冷凍装置� ��、主として、エゼクター2、ジェットミキサ ー4、油水分離器6、溶質貯槽21、太陽熱受熱� �湯器22、及び太陽熱受熱形吸収媒体再生器47� ��ら構成されている。そして、溶質貯槽21の� �部で、溶質の溶媒中への溶解と、溶質の再� �晶化が繰り返し行われるようになっている� �

 本実施形態においては、太陽熱から得られ� ��100℃程度の温水を主たる駆動エネルギー源� ��する。なお、以下において、通常大気温度� ��上で100℃以下の温熱を、「中温熱」と称す� ��。また、溶解熱を得るための溶質として、� ��えば、チオシアン酸カリウムや硝酸アンモ� ��ウムを用いることができる。さらに溶媒と� ��ては、水を用いる。
 また、エゼクター2を駆動させる蒸気成分と してnブタンを、さらにエゼクター駆動蒸気� �分の吸収除去に用いる吸収媒体成分としてn� ��ンタンをそれぞれ用いる。なお、nブタンは 少量のイソブタンが含まれていてもよい。

 まず、本実施形態においては、溶質貯槽21� �で繰り返される溶解と再結晶化の工程を、� �凍工程、予熱工程、乾燥工程、予冷工程の4� ��程に分けて、これを順次繰り返す4工程シス テムとした。冷凍工程は、溶質が溶媒中(水)� ��溶解するときの溶解熱を利用して、冷熱を� ��生させる工程である。乾燥工程は、溶質が� ��媒に溶解した溶液を加熱し、溶媒を蒸発さ� ��て溶質の再結晶化を行う工程である。また� ��予冷工程および予熱工程は、それぞれ冷凍� ��程と乾燥工程の前段階の処理を行う工程で� ��る。そのため本実施形態では、溶質貯槽21� �4つ配置し、それぞれの溶質貯槽21が異なる� �程を進行するようにして、回分連続的に冷� �工程から冷熱を取り出せるようにした。
 なお、乾燥工程と予熱工程を一体化して全� ��を3工程としてもよいし、さらに予冷工程と 冷凍工程を一体化して全体を2工程にするこ� �も可能である。

 また、各流体の分配、制御には、4つの溶 質貯槽21それぞれの容器内にジメチルエーテ� ��またはnブタンを封入し、温度変化に伴う圧 力変化をベローズなどで取り出して利用する ことができる。冷凍装置の運転温度が0℃以� �の高い場合にはnブタンなどを、またマイナ� ��10℃程度と低い場合にはジメチルエーテル� �どの沸点の低いものを利用するとよい。こ� �により、溶質貯槽21に断続的に溶媒流体を流 入するための溶媒流入制御を、溶質貯槽21内� ��配置した容器の中に予め注入しておく流体� ��蒸気圧を利用して行うことができる。

 溶質貯槽21には、乾燥工程において太陽� �を容器に移入するための加熱用熱交換器24と 、冷凍工程における冷熱の取り出しのための 冷熱取出用熱交換器25とが設けられている。� ��お、熱交換器の形式は何れも利用可能であ� ��が、例えば、特許第3890475号に開示されてい るような、平行四辺形環状管路形状のものを 用いることができる。その場合、平行四辺形 環状管路の中に、高温側温度で沸騰し低温側 温度で凝縮する中間の沸点を有する揮発性の 媒体を注入するとよい。

 冷熱取出用熱交換器25の外部端部には、冷� �媒体取出弁27や冷熱媒体戻管路49が設けられ� ��おり、冷熱輸送媒体である水を介して冷熱� ��取り出すようになっている。また、加熱用� ��交換器24の外部端部には、温水制御弁13や温 水供給管路12、温水戻管路9が設けられており 、冷熱輸送媒体である水を介して太陽熱を容 器に移入するようになっている。
 なお、このように平行四辺形環状管路の外� ��端部を二重構造として熱輸送媒体を利用す� ��方法のほか、直接、太陽熱受熱給湯器22や� �熱利用施設とつなげるようにしてもよい。

 加熱用熱交換器24の外部端部には、温水� �給管路12と温水戻管路9が接続されており、� �が循環するようになっている。温水供給管� �12からは、太陽熱により中温熱レベルに加熱 された温水が供給され、加熱用熱交換器24を� ��して、溶質貯槽21内の溶液を加熱する。そ� �て、加熱に用いられて温度が低下した温水� �、温水戻管路9を経由して太陽熱受熱給湯器2 2へと戻っていくようになっている。温水を� �環させるために、温水戻管路9上には、温水� ��環ポンプ11が設けられている。

 また、溶質貯槽21には、給水管路16が接続 されており、油水分離器6で分離された溶媒� �ある水が、給水管路16を経由して溶質貯槽21� ��に流入するようになっている。また、給水� ��路16上には、給水制御弁20とエアー抜き48が� ��けられている。

 さらに、溶質貯槽21には、水蒸気吸引管� �18が接続されており、溶質貯槽21内で気化し� ��水蒸気が、水蒸気吸引管路18を経由してエ� �クター2に吸引されるようになっている。な� ��、図1中の溶質貯槽21内の波線26は、溶質貯� �内気液界面26を示している。

 なお、本実施形態では、各工程に合わせ� ��溶質貯槽21を4つ配置しているため、溶媒で� ��る水の給水管路16には給水ヘッダ19が、水蒸 気吸引管路18には水蒸気ヘッダ17が、温水戻� �路9には温水戻ヘッダ10が、温水供給管路12に は温水供給ヘッダ14がそれぞれ設けられてい� ��。

 太陽熱受熱給湯器22は、加熱用熱交換器24の 外部端部から温水戻管路9を経由して戻って� �た水を、太陽熱により加熱して中温熱レベ� �の温水とし、温水供給管路12を経由して加熱 用熱交換器24の外部端部へと供給するように� ��っている。太陽熱受熱給湯器22の先端には� �湯ヘッダ23とエアー抜き48が設けられている� ��
 太陽熱受熱給湯器22は、

 エゼクター2は、太陽熱受熱形吸収媒体再生 器47からエゼクター駆動蒸気管路30を経由し� �きたエゼクター駆動蒸気(nブタン)により駆� �される。そして、溶質貯槽21から水蒸気吸引 管路18を経由して水蒸気を吸引して、溶質貯� ��21における溶質の再結晶化にあたり溶媒で� �る水の蒸発を助長するようになっている。� �た、エゼクター駆動蒸気管路30の途中には、 間欠噴射弁機構1が設けられて、エゼクター2� ��のエゼクター駆動蒸気の流入を制御できる� ��うになっている。
 なお、エゼクター2の吸引部には、急激な圧 力変動への緩衝として、エゼクター吸引口レ シーバータンク3を設けることが好ましい。

 エゼクター2の吐出部には、ジェットミキサ ー4が配置されている。さらに、ジェットミ� �サー4は、太陽熱受熱形吸収媒体再生器47の� �水ドラム29から、吸収媒体管路38を経由して� ��吸収媒体(nペンタン)を注入するようになっ� ��いる。そして、ジェットミキサー4により、 エゼクター駆動蒸気(nブタン)及び水蒸気と、 吸収媒体(nペンタン)とを急速に混合接触させ ることにより、エゼクター2から吐出された� �蒸気から、エゼクター駆動蒸気(nブタン)を� �収除去するようになっている。同時に、水� �気は吸収媒体と接触することで、冷却液化� �れる。
 なお、ジェットミキサー4の吸引部には、吸 引効率を高めるために、ジェットミキサー吸 引口レシーバータンク5を設けることが好ま� �い。

 吸収媒体管路38の一部は、放熱形吸収媒� �管路40となっている。さらに、吸収媒体管路 38の途中には、熱交換器45を備えた吸収媒体� �却器44が設けられており、吸収媒体(nペンタ� ��)の吸収効果を高めるために予冷される。吸 収媒体冷却器44の予冷用冷熱源としては、後� ��する油水分離器6内の未吸収蒸気を、未吸収 蒸気圧縮機41により圧縮し、放熱形未吸収蒸� ��レシーバータンク46において大気熱で予冷� �た後、断熱膨張弁42を通過させて、その際の 断熱膨張に伴い発生する冷熱を利用する。な お、低温排水などの冷熱源がある場合には、 これを利用してもよい。

 ジェットミキサー4の吐出部には、油水分離 器6が配置され、親水性成分である水と、親� �性成分であるnブタンおよびnペンタンが、液 相側において密度差によって分離されるよう になっている。油水分離器6には、油滴が通� �できる程度の孔が開けられた有孔仕切板7と� ��仕切板8が配置されており、油水分離を助長 する構成となっている。なお、金属ブランケ ットを配置しても効果が高まる。
 図1中の油水分離器6内の波線31,32,33,34は、そ れぞれ、親油性成分最高液位31、親油性成分� ��低液位32、親水性成分最高液位33、親水性成 分最低液位34を示している。

 油水分離器6で分離された、親油性成分であ るnブタンおよびnペンタンは、吸収媒体戻管� ��39を経由して、太陽熱受熱形吸収媒体再生� �47へと循環するようになっている。吸収媒体 戻管路39の途中には、nブタンおよびnペンタ� �を循環させるための吸収媒体循環ポンプ36が 配置されている。
 なお、吸収媒体循環ポンプ36としては、電� �駆動ポンプを用いることができるが、後述� �るように、間欠噴射弁機構1において発生す� ��圧力変動を利用した、蒸気圧駆動吸収媒体� ��ンプ56を用いることもできる。

 油水分離器6で分離された、溶媒である水 は、給水管路16を経由して、再び溶質貯槽21� �と供給されるようになっている。

 一方、油水分離器6の上層部(気相側)には、n ブタンを主成分とする未吸収蒸気が存在する ことがある。この未吸収蒸気は、未吸収蒸気 管路43を経由して循環するようになっている� ��そして、未吸収蒸気管路43において、未吸� �蒸気を未吸収蒸気圧縮機41により圧縮し、放 熱形未吸収蒸気レシーバータンク46において� ��気熱で予冷した後、断熱膨張弁42を通過さ� �る。その際の断熱膨張に伴い発生する冷熱� �より、nブタン自体を冷却するとともに、吸� ��媒体冷却器44を介して、吸収媒体管路38の吸 収媒体(nペンタン)を冷却する。
 なお、未吸収蒸気圧縮機41としては、電気� �動ポンプを用いることができるが、後述す� �ように、間欠噴射弁機構1において発生する� ��力変動を利用した、蒸気圧駆動未吸収蒸気� ��縮機57を用いることもできる。

 太陽熱受熱形吸収媒体再生器47は、太陽� �受熱管28と、汽水ドラム29から構成されてい� ��。油水分離器6から吸収媒体戻管路39を経由� ��て戻ってきた、nブタンおよびnペンタンの� �合流体は、太陽熱受熱管28を通過しながら中 温熱レベルまで加熱され、汽水ドラム29にお� ��て気液分離される。これにより、吸収媒体� ��あるnペンタンが再生される。図1中の汽水� �ラム29内の波線37は、汽水ドラム内気液界面3 7を示している。なお、汽水ドラム37には、安 全弁35が設けられている。

 このとき、nブタンとnペンタンの沸点の� �いから、汽水ドラム29内の気相側には、nブ� �ンを主成分とする加圧気体が発生し、液相� �にはnペンタンを主成分とする吸収媒体が再� ��される。そして、nブタンを主成分とする加 圧気体は、エゼクター駆動蒸気管路30を経由� ��て、エゼクター2へと向かう。一方、nペン� �ンを主成分とする吸収媒体は、吸収媒体管� �38を経由してジェットミキサー4へと向かう� �

 次に、本実施形態に係る中温熱溶解式冷� ��装置の作用効果について、冷凍工程と乾燥� ��程を中心に説明する。

 まず、冷凍工程では、溶質貯槽21内にお� �て、溶質(例えば、チオシアン酸カリウムや� ��酸アンモニウム)が溶媒(水)へ溶解し、冷熱� ��発生する。発生した冷熱は、冷熱取出用熱� ��換器25を介して外部に取り出され利用され� �。

 次に、乾燥工程では、溶質貯槽21内にお� �て、溶質が溶媒に溶解した溶液を加熱し、� �媒を蒸発させて溶質の再結晶化を行う。こ� �とき溶液を加熱するためには、太陽熱受熱� �湯器22から供給される温水を利用し、加熱用 熱交換器24を介して行う。溶液の加熱により� ��生した溶媒蒸気は、水蒸気吸引管路18を経� �して、エゼクター2へと向かう。

 このとき、太陽熱受熱給湯器22から供給� �れる温水は中温熱レベルであるため、これ� �けでは溶質の再結晶化を行うための溶媒の� �発速度が遅い。これに対して、本実施形態� �は、水蒸気吸引管路18を経由してエゼクター 2により水蒸気を吸引することで、溶質貯槽21 内の溶媒の蒸発速度を速めて、溶質の再結晶 化を促進することができる。

 また、エゼクター2を駆動させるための蒸 気成分として、nブタンを用いた。nブタンは� ��太陽熱受熱形吸収媒体再生器47を用いて中� �熱レベルで加熱することで気化し、エゼク� �ー2の駆動蒸気として必要な圧力を得ること� ��できる。

 一方、エゼクター2に吸引された水蒸気は 、冷却液化させた後、再び溶質貯槽21に供給� ��る必要があるため、油水分離機6において密 度差によって分離され、給水管路16を経由し� ��溶質貯槽21へと還流する。

 ここで、本実施形態では、エゼクター2の 吸引力をより高めるための吸収媒体として、 エゼクター駆動蒸気であるnブタンと親和性� �高いnペンタンを用いた。すなわち、エゼク� ��ー2から吐出されたエゼクター駆動蒸気(nブ� ��ン)及び水蒸気と、吸収媒体(nペンタン)とを 急速に混合接触させることにより、エゼクタ ー2から吐出された水蒸気から、エゼクター� �動蒸気(nブタン)を吸収除去するようになっ� �いる。その結果、エゼクター2の吐出口では� ��nブタンが除去されることで圧力が低下し、 エゼクター2の吸引力を高めることができる� �

 また、nペンタンの吸収効果を高めるため に、nペンタンを吸収媒体冷却器44で予冷する 構成となっている。さらに、その予冷用冷熱 源として、油水分離器6内の未吸収蒸気を、� �吸収蒸気圧縮機41により圧縮し、放熱形未吸 収蒸気レシーバータンク46において大気熱で� ��冷した後、断熱膨張弁42を通過させて、そ� �際の断熱膨張に伴い発生する冷熱を利用す� �。そのため、別途の冷熱源を用意すること� �く、効果的にnペンタンの吸収効果を高める� ��とができる。

 なお、本実施形態では、エゼクター駆動蒸� ��としてnブタンを、吸収媒体としてnペンタ� �を用いたが、エゼクター駆動蒸気に用いる� �質の沸点よりも、吸収媒体に用いる物質の� �点の方が高くなるような組み合わせであれ� �、様々な物質を用いることができる。
 例えば、エゼクター駆動蒸気として、分子� ��の炭素数が3から5のいずれかである炭化水� �を単一または二種類以上混合して用い、吸� �媒体として、エゼクター駆動蒸気に用いた� �べての炭化水素よりも分子中の炭素数が1か� ��2多い炭化水素を単一または二種類以上混合 して用いることが好ましい。

 次に、図2を参照して、吸収媒体循環ポン プ36として用いることが可能な、蒸気圧駆動� ��収媒体ポンプについて説明する。図2は、間 欠噴射弁機構55および蒸気圧駆動吸収媒体循� ��ポンプ56を示す構成図である。図2に示すよ� ��に、蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ56は、� �欠噴射弁機構55と一体に構成されており、間 欠噴射弁機構55(図1における間欠噴射弁機構1) において発生する圧力変動を利用するもので ある。

 間欠噴射弁機構55は、図2の上半分に該当� ��、複数の磁石51、磁石内蔵閉止栓53、逆支弁 50から構成されており、導圧管52を介して図2� ��下半分に該当する蒸気圧駆動吸収媒体循環� ��ンプ56と接続されている。磁石内蔵閉止栓53 は、T字形に形成されており、上下に可動で� �るようになっている。図2は、磁石内蔵閉止� ��53が、磁石51,51に引き付けられて、栓を塞い だ状態を示している。次に、太陽熱受熱形吸 収媒体再生器47の汽水ドラム29から、エゼク� �ー駆動蒸気であるnブタンが供給されると、� ��の圧力により磁石内蔵閉止栓53が押し上げ� �れ、栓が開く。そして、逆支弁30を経由して エゼクター駆動蒸気がエゼクター2に供給さ� �る。

 いったん栓が開いてエゼクター駆動蒸気� ��排出されると、磁石内蔵閉止栓53を押し上� �る圧力は低下し、再び磁石51,51に引き付けら れて、栓が塞がれる。そして、エゼクター駆 動蒸気のエゼクター2への供給が止まる。以� �を繰り返すことにより、間欠噴射弁機構55は 、エゼクター2に対してエゼクター駆動蒸気� �間欠噴射することができる。このように、� �欠噴射を行うことで、圧力の高いエゼクタ� �駆動蒸気を用いて、エネルギー効率を高め� �ことができる。

 一方、蒸気圧駆動吸収媒体循環ポンプ56� �、図2の下半分に該当し、複数の磁石51,磁石� ��蔵ピストン54,逆支弁50から構成されており� �導圧管52を介して図2の上半分に該当する間� �噴射弁機構55と接続されている。磁石内蔵ピ ストン54は、T字形に形成されており、上下に 可動できるようになっている。ここで、間欠 噴射弁機構55において発生するエゼクター駆� ��蒸気の圧力変動は、導圧管52を介して蒸気� �駆動吸収媒体循環ポンプ56側に伝わる。そし て、磁石内臓ピストン54は、エゼクター駆動� ��気の圧力変動と、複数の磁石51の引力・反� �力の影響を受けて上下運動する。その結果� �吸収媒体戻管路39で吸収媒体を循環させるポ ンプとして機能する。なお、本ポンプの構成 は、図1における温水循環ポンプ11にも適用可 能である。

 次に、図3を参照して、未吸収蒸気圧縮機 41として用いることが可能な、蒸気圧駆動未� ��収蒸気圧縮機について説明する。図3は、間 欠噴射弁機構55および蒸気圧駆動未吸収蒸気� ��縮機57示す構成図である。図3に示すように� ��蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機57は、間欠噴� �弁機構55と一体に構成されており、間欠噴射 弁機構55(図1における間欠噴射弁機構1)におい て発生する圧力変動を利用するものである。 なお、間欠噴射弁機構55は、図2と同様の構成 であるため、説明を省略する。

 一方、蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮機57は� �図3の下半分に該当し、複数の磁石51,磁石内� ��ピストン54,逆支弁50から構成されており、� �圧管52を介して図3の上半分に該当する間欠� �射弁機構55と接続されている。磁石内蔵ピス トン54は、T字形に形成されており、上下に可 動できるようになっている。ここで、間欠噴 射弁機構55において発生するエゼクター駆動� ��気の圧力変動は、導圧管52を介して蒸気圧� �動未吸収蒸気圧圧縮機57側に伝わる。そして 、磁石内臓ピストン54は、エゼクター駆動蒸� ��の圧力変動と、複数の磁石51の引力・反発� �の影響を受けて上下運動する。その結果、� �吸収蒸気管路43で未吸収蒸気を圧縮する圧縮 機として機能する。

 なお、間欠噴射弁機構55、蒸気圧駆動吸収� �体循環ポンプ56、蒸気圧駆動未吸収蒸気圧縮 機57では、圧力変動に伴う反動力の力として� ��石を利用したが、ばねなどの機械力を利用� ��てもよい。
 また、間欠噴射弁機構55の閉止栓53に内蔵し ている磁石は、開栓時の圧力を初期の瞬間だ け高める目的であり、これにより瞬間的な間 欠噴射力を高めることができる。

 本実施形態に係る中温熱溶解式冷凍装置� ��、以上のように構成されているので、以下� ��示すような効果を奏する。

 同一の溶質貯槽21において、溶質の溶媒� �への溶解と、溶解した溶質の再結晶化が行� �れるため、各工程間で溶質結晶及び溶質結� �からなる結晶スラリーを輸送する必要がな� �。従って、異常停止時等に各工程間の管路� �溶質結晶が閉塞することはない。さらに、� �工程間での輸送が不要であるため、溶質を� �結晶化する際に、輸送可能な流動性を確保� �る必要はなく、限界まで乾燥させることが� �きる。そのため、再結晶化がより進んだ溶� �を溶媒に溶解させることができ、溶解熱を� �率よく発生させることができる。

 また、溶質を再結晶化させるための溶質� ��槽加熱手段として、太陽熱受熱給湯器22に� �いて100℃以下の中温熱を用いることにより� �化石燃料を消費することはなく環境破壊の� �題が生じない。

 また、溶質を再結晶化させるときに、溶� ��貯槽21から発生する水蒸気をエゼクターで� �引することにより、溶質貯槽21内の水の蒸発 速度を速めて、溶質の再結晶化を促進するこ とができる。従って、高温熱源ではなく100℃ 以下の中温熱を用いても支障はない。

 また、吸引した水蒸気は、液化されて、� ��ゼクター駆動蒸気(nブタン)と分離されてか� ��、再び溶質貯槽21に供給されるため、溶媒� �ある水を循環させて有効に利用できる。

 また、エゼクター駆動蒸気(nブタン)と水� ��気とがエゼクター2を通過した後に、エゼク ター駆動蒸気(nブタン)と親和性の高い吸収媒 体(nペンタン)を接触させることにより、エゼ クター駆動蒸気を吸収媒体に吸収させて、水 蒸気から除去することができる。その結果、 エゼクター2の吐出口では、エゼクター駆動� �気が除去されることで圧力が低下し、エゼ� �ター2の吸引力を高めることができる。

 また、吸収媒体として、エゼクター駆動� ��気に用いるnブタンの沸点よりも高い沸点の 物質であるnペンタンを用い、さらに吸収媒� �再生手段である太陽熱受熱形吸収媒体再生� �47により100℃以下の中温熱で加熱して、エゼ クター駆動蒸気(nブタン)と液体状態である吸 収媒体(nペンタン)を気液分離することにより 、分離したエゼクター駆動蒸気をエゼクター 2に供給し、分離した吸収媒体をエゼクター2� ��過後のエゼクター駆動蒸気とエゼクターに� ��引された溶媒蒸気とに接触させ、エゼクタ� ��駆動蒸気を吸収した吸収媒体を再び太陽熱� ��熱形吸収媒体再生器47に供給するという、� �環サイクルを形成することができる。

 また、吸収媒体(nペンタン)を、エゼクタ� ��2通過後のエゼクター駆動蒸気(nブタン)と水 蒸気に接触させる前に、予め冷却することに より、吸収媒体の吸収効果を高めることがで きる。冷却するための冷熱は、吸収媒体によ り吸収されなかった未吸収のエゼクター駆動 蒸気を、圧縮して予冷した後、断熱膨張させ て発生させることにより、別途の熱源を用意 する必要はない。

 また、エゼクター駆動蒸気の圧力に応じ� ��開閉する間欠噴射弁機構1により、エゼクタ ー2を断続的に稼動させることにより、圧力� �高いエゼクター駆動蒸気を用いて、エネル� �ー効率を高めることができる。

 また、溶質貯槽21を複数設けることによ� �、それぞれの溶質貯槽21が異なる工程を進行 するようにして、回分連続的に冷熱を取り出 すことができる。

 なお、本実施形態においては、駆動エネ� ��ギー源として太陽熱を用いたが、ごみ排熱� ��地熱を利用することも可能である。