JP2001141327A

JP2001141327A - 吸着式冷凍機

Info

Publication number: JP2001141327A
Application number: JP32018999A
Authority: JP
Inventors: Shin Honda; 伸本田; Katsuya Ishii; 勝也石井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JP4281180B2

Abstract

(57)【要約】【課題】二酸化炭素排出量が増大することを抑制しつ
つ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成績係数を向上させ
る。【解決手段】吸着器を熱回収用吸着器３０及び冷凍用
吸着器２０からなる２段構成とするとともに、熱回収用
吸着器３０の廃熱（熱回収用吸着器３０にて外気から回
収した熱とバーナ１０（熱源）から熱との和）を再生用
の熱源として冷凍用吸着器２０に供給する。これによ
り、冷凍用吸着器２０には、バーナ１０から供給された
熱に加えて外部から回収された熱が再生熱として供給さ
れるので、二酸化炭素排出量が増大することを抑制しつ
つ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成績係数を向上させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着式冷凍機に関
するもので、空調装置や冷蔵庫等の冷蔵装置に適用して
有効である。

【０００２】

【従来の技術】吸着式冷凍機を利用した空調装置は、例
えば特開平５−１２６４３２号公報に記載のごとく、ケ
ーシング内に水等の冷媒及びシリカゲル等の吸着剤を封
入するとともに、ケーシング内の液相冷媒を蒸発させて
冷凍能力を発生させ、一方、その蒸発した気相冷媒（水
蒸気）を吸着剤にて吸着して液相冷媒の蒸発を持続させ
るものである。

【０００３】そして、液相冷媒の蒸発が進行して吸着剤
の水分吸着能力が飽和すると、ケーシング内の圧力が上
昇して冷媒の蒸発が停止するので、水分吸着能力が飽和
したときには、吸着剤を加熱して吸着された水分を脱離
させ（以下、この行為を吸着剤の再生と呼ぶ。）、その
後、再び水蒸気を吸着させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、吸着式冷凍
機の冷凍能力を増大させるには、吸着剤が吸着する水分
量を増大させる必要があるが、吸着剤が吸着する水分量
を増大させると、吸着剤を再生するに必要な熱（以下、
この熱を再生熱と呼ぶ。）も増大してしまう。

【０００５】一方、吸着式冷凍機の成績係数（＝冷凍能
力／再生熱量）は、吸着剤の能力によって変化するもの
の、概ね０．５〜０．８程度と蒸気圧縮式冷凍機の成績
係数（３〜５）に比べて著しく低い。

【０００６】このため、上記公報に記載のごとく、再生
熱の熱源として太陽熱温水器からの熱やボイラーの廃熱
等を利用する場合には、成績係数が低くても問題となら
ないが、火力発電による電力やガス等の化石燃料を燃焼
させることにより得られる熱を再生熱の熱源とすると、
二酸化炭素排出量の増大を招いてしまう。

【０００７】本発明は、上記点に鑑み、二酸化炭素排出
量が増大することを抑制しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能
力及び成績係数を向上させることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、冷媒及び吸
着剤が封入され、冷媒を蒸発させることにより冷凍能力
を発揮する冷凍用吸着器（２０）と、冷媒及び吸着剤が
封入され、冷媒を蒸発させることにより熱を回収する熱
回収用吸着器（３０）とを備え、熱回収用吸着器（３
０）にて回収した熱を冷凍用吸着器（２０）に供給する
ことを特徴とする。

【０００９】これにより、冷凍用吸着器（２０）には、
外部から回収された熱が再生熱として供給されるので、
二酸化炭素排出量が増大することを抑制しつつ、吸着式
冷凍機の冷凍能力及び成績係数を向上させることができ
る。

【００１０】請求項２に記載の発明では、熱を発生する
熱源（１０）と、冷媒及び吸着剤が封入された冷凍用吸
着器（２０）及び熱回収用吸着器（３０）とを有し、冷
凍用吸着器（２０）は、吸熱対象から熱を奪って冷媒を
蒸発させるとともに、内部で発生した廃熱を外部に放熱
し、熱回収用吸着器（３０）は、外部から熱を奪って冷
媒を蒸発させるとともに、熱源（１０）から熱の供給を
受けて吸着剤に吸着された冷媒を脱離し、さらに、冷凍
用吸着器（２０）は、熱回収用吸着器（３０）の内部で
発生した廃熱の供給を受けて吸着剤に吸着された冷媒を
脱離することを特徴とする。

【００１１】これにより、冷凍用吸着器（２０）には、
熱源（１０）から供給された熱に加えて外部から回収さ
れた熱が再生熱として供給されるので、二酸化炭素排出
量が増大することを抑制しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能
力及び成績係数を向上させることができる。

【００１２】請求項３に記載の発明では、冷凍用吸着器
（２０）の廃熱を外部に放熱するための放熱器（５１）
に液体を噴射し、放熱器（５１）の放熱能力を増大させ
る噴射装置（６０）を備えることを特徴とする。

【００１３】これにより、冷凍用吸着器（２０）の廃熱
を確実に外部に放熱することができるので、確実に冷凍
能力（冷熱）を得ることができる。

【００１４】請求項４に記載の発明では、冷凍用吸着器
（２０）に封入された吸着剤と、熱回収用吸着器（３
０）に封入された吸着剤とは、冷媒の吸着特性が異なる
ものであることを特徴とする。

【００１５】これにより、吸着剤の量をいたずらに増や
して吸着冷凍機の大型化を招くことなく、冷凍能力及び
成績係数を向上させることが可能となる。

【００１６】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る吸着式冷凍機を空調装置に適用したもので
あって、図１は本実施形態に係る空調装置（吸着式冷凍
機）の模式図である。

【００１８】１０は灯油等の化石（石油）燃料を燃焼さ
せることにより熱を発生し、熱媒体（本実施形態では、
エチレングリコール系の不凍液が混入された水）を加熱
するバーナ（熱源）である。２０、３０は冷媒（本実施
形態では、水）を蒸発又は凝縮させる吸着器であり、こ
れら吸着器２０、３０は、同一構造を有するものである
ので、吸着器２０を例に吸着器２０、３０の構造につい
て述べる。

【００１９】図２は吸着器２０の模式図であり、第１、
２吸着ユニット２１、２２及び熱媒体流れを切り換える
第１〜４切換弁Ｖ２１〜Ｖ２４を有して構成されたもの
である。そして、第１、２吸着ユニット２１、２２は、
冷媒が封入された略真空のケーシング２１ａ、２２ａ、
このケーシング２１ａ、２２ａ内に収納された冷媒を脱
着する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）２１ｂ、
２２ｂ、熱媒体と吸着剤２１ｂ、２２ｂとを熱交換する
第１熱交換器２１ｃ、２２ｃ、及びケーシング２１ａ、
２２ａ内に封入された冷媒と熱媒体とを熱交換する第２
熱交換器２１ｄ、２２ｄ等からなる周知のものである。
また、吸着剤２１ｂ、２２ｂは、周知のごとく、気相冷
媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることに
よりその吸着した冷媒を脱離するものである。

【００２０】なお、前述のごとく、両吸着器２０、３０
は同一構造であるので、吸着器３０のうち吸着器２０に
対応するものは、図３に示すように、数字符号の２桁目
を３とした。

【００２１】また、図１中、４０は室内空気（冷却対
象）と熱媒体とを熱交換する室内熱交換器（以下、室内
器と略す。）であり、５１は吸着器２０から流出する熱
媒体と室外空気（外部）とを熱交換する第１室外熱交換
器（以下、第１室外器と略す。）であり、５２は吸着器
３０から流出する熱媒体と室外空気（外部）とを熱交換
する第２室外熱交換器（以下、第２室外器と略す。）で
ある。

【００２２】Ｐ１〜Ｐ５は熱媒体を循環させる第１〜７
ポンプであり、第１〜５ポンプＰ１〜Ｐ５、第１〜４切
換弁Ｖ２１〜Ｖ２４、Ｖ３１〜Ｖ３４及びバーナ１０
は、電子制御装置（図示せず。）により制御されてい
る。

【００２３】次に、本実施形態に係る冷蔵装置（吸着式
冷凍機）の作動について述べる。

【００２４】先ず、吸着器２０、３０作動を吸着器２０
を例に述べる（図２参照）。

【００２５】第１〜４切換弁Ｖ２１〜Ｖ２４が実線に示
す状態になっているとき（以下、この状態を第１状態と
呼ぶ。）においては、第１吸着ユニット２１内の液相冷
媒が第２熱交換器２１ｄを流通する冷媒から熱を奪って
蒸発するとともに、その蒸発した気相冷媒（水蒸気）を
吸着剤２１ｂにて吸着する。なお、水蒸気を吸着する際
に発生する吸着熱（凝縮熱）は、第１熱交換器２１ｃを
循環する熱媒体により吸熱される。

【００２６】一方、第２吸着ユニット２２内の吸着剤２
２ｂは、第１熱交換器２２ｃを介して加熱されて吸着し
ていた冷媒（水分）を脱離する（再生される）。なお、
脱離した水蒸気は第２熱交換器２２ｄにより冷却されて
凝縮し、その凝縮熱が第２熱交換器２２ｄ内を流通する
熱媒体に吸熱される。

【００２７】そして、第１状態で所定時間運転し続け、
吸着剤２１ｂの水分吸着能力及び吸着剤２２ｂの水分脱
離量が飽和したときは、第１〜４切換弁Ｖ２１〜Ｖ２４
を破線に示す状態（以下、この状態を第２状態と呼
ぶ。）とする。これにより、第２吸着ユニット２２内の
液相冷媒が第２熱交換器２２ｄを流通する冷媒から熱を
奪って蒸発するとともに、その蒸発した気相冷媒（水蒸
気）を吸着剤２２ｂにて吸着する。なお、水蒸気を吸着
する際に発生する吸着熱（凝縮熱）は、第１熱交換器２
２ｃを循環する熱媒体により吸熱される。

【００２８】一方、第１吸着ユニット２１内の吸着剤２
１ｂは、第１熱交換器２１ｃを介して加熱されて吸着し
ていた冷媒（水分）を脱離する（再生される）。なお、
脱離した水蒸気は第２熱交換器２１ｄにより冷却されて
凝縮し、その凝縮熱が第２熱交換器２１ｄ内を流通する
熱媒体に吸熱される。

【００２９】その後、第１状態と第２状態とを所定時間
毎に交互に行う。なお、所定時間は、吸着剤の水分吸着
特性及び水分脱離特性等を考慮して適宜選定されるもの
である。

【００３０】次に、冷蔵装置の全体作動（熱の流れ）に
ついて述べる。

【００３１】第１〜５ポンプＰ１〜Ｐ５及びバーナ１０
を稼働させる。

【００３２】これにより、吸着器２０内で液相冷媒が蒸
発することにより発生した冷凍能力（冷熱）は、第２熱
交換器２１ｄ、２２ｄ及び熱媒体を介して室内器４０に
伝達され、室内空気（吸熱対象）を冷却する。そこで、
本実施形態では、吸着器２０を冷凍用吸着器２０と呼
ぶ。

【００３３】また、冷凍用吸着器２０内部で発生した廃
熱（水蒸気が吸着される際に発生する吸着熱と脱離した
水蒸気を冷却凝縮させる際に発生する凝縮熱）は、第１
室外器５１から室外空気中に放熱される。

【００３４】一方、吸着器３０内では、液相冷媒が第２
室外器５２を流通する熱媒体から熱を奪って蒸発するこ
よにより、室外空気から熱を吸熱する。そこで、本実施
形態では、吸着器３０を熱回収用吸着器３０と呼ぶ。

【００３５】ところで、熱回収用吸着器３０は、バーナ
１０の熱を再生熱として吸着剤３１ｂ、３２ｂを再生す
るとともに、内部で発生した廃熱（水蒸気が吸着される
際に発生する吸着熱と脱離した水蒸気を冷却凝縮させる
際に発生する凝縮熱）を冷凍用吸着器２０に供給する。
そして、冷凍用吸着器２０は熱回収用吸着器３０の廃熱
を再生熱として吸着剤を再生する。

【００３６】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００３７】本実施形態では、室内空気を冷却するのは
冷凍用吸着器２０で発生する冷凍能力（冷熱）Ｑｒであ
り、の冷凍能力Ｑｒを発生させるために冷凍用吸着器２
０に供給する再生熱は、熱回収用吸着器３０の廃熱Ｑ１
である。

【００３８】一方、熱回収用吸着器３０の廃熱Ｑ１は、
バーナ１０から供給した熱Ｑ２と熱回収用吸着器３０に
て室外空気から回収した熱Ｑ３との和である。したがっ
て、本実施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数（ＣＯ
Ｐ）は、Ｑｒ／（Ｑ１−Ｑ３）＝Ｑｒ／Ｑ２となるの
で、本実施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数は、冷凍
用吸着器２０単体の成績係数（＝Ｑｒ／Ｑ１）が従来と
同様に０．５〜０．８であっても、従来の技術に係る吸
着式冷凍機より大きくなる。

【００３９】つまり、本実施形態では、冷凍用吸着器２
０には、バーナ１０から（熱回収用冷凍機３０を介し
て）供給された熱に加えて室外空気から回収された熱が
再生熱として供給されるので、二酸化炭素排出量が増大
することを抑制しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成
績係数を向上させることができる。因みに、両吸着器２
０、３０それぞれの成績係数を０．７５とすれば、本実
施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数は１．３１とな
る。

【００４０】（第２実施形態）本実施形態は、図４に示
すように、熱回収用熱交換器３０を２個（２段）とした
ものである。以下、本実施形態の特徴的作動を述べる。

【００４１】なお、紙面左側の（バーナ１０から直接に
熱の供給を受ける）熱回収用吸着器３０を第１熱回収用
吸着器３０と呼び、紙面右側の（冷凍用吸着器２０に廃
熱の供給する）熱回収用吸着器３０を第２熱回収用吸着
器３０と呼ぶ。

【００４２】第１熱回収用吸着器３０は、バーナ１０か
ら直接に熱の供給を受けて吸着剤の再生を行いながら室
外空気から熱を回収し、内部で発生した廃熱を第２熱回
収用吸着器３０に供給する。第２熱回収用吸着器３０
は、第１熱回収用吸着器３０の廃熱を受けて吸着剤の再
生を行いながら室外空気から熱を回収し、内部で発生し
た廃熱を冷凍用吸着器３０に供給する。そして、冷凍用
吸着器２０は、第２熱回収用吸着器３０の廃熱を受けて
吸着剤の再生を行いながら室内空気を冷却して、内部で
発生した廃熱を室外に放熱する。

【００４３】したがって、本実施形態では、第１実施形
態に比べて室外空気から回収する熱量を増大させること
ができるので、二酸化炭素排出量が増大することを抑制
しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成績係数をより一
層向上させることができる。

【００４４】因みに、第１熱回収用吸着器３０の成績係
数を０．７５とし、第２熱回収用吸着器３０の成績係数
を０．８５とし、冷凍用吸着器２０の成績係数を０．７
９とれば、本実施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数は
２．５６となる。

【００４５】（第３実施形態）ところで、第１実施形態
に係る吸着式冷凍機において、例えばバーナ１０から供
給される熱媒体の温度が約８０℃とし、室外空気温度が
３５℃として、室内温度（庫内温度）を１０℃とする
と、熱回収用吸着器３０の廃熱温度は約５０℃となり、
冷凍用吸着器２０の廃熱温度は約２０℃となり、冷凍用
吸着器２０の廃熱温度が室外空気温度より低くなるの
で、冷凍用吸着器２０の廃熱を室外空気に放熱すること
ができない。

【００４６】そこで、本実施形態では、図５に示すよう
に、第１室外器（放熱器）５１に霧状（ミスト状）の水
（液体）噴射し、第１室外器５１の放熱能力を増大させ
る噴射装置６０を設けたものである。

【００４７】因みに、噴射装置６０は、水タンク６１、
噴射ポンプ６２及び噴射弁（インジェクタ）６３からな
るもので、冷凍用吸着器２０の廃熱温度と室外空気温度
との温度差が所定温度以下となったときに水を噴射する
ように構成されている。

【００４８】これにより、冷凍用吸着器２０の廃熱を確
実に室外（庫外）に放熱することができるので、確実に
冷凍能力（冷熱）を得ることができる。

【００４９】なお、本実施形態は、第１実施形態に係る
吸着式冷凍機に対して噴射装置６０を設けたものであっ
たが、第２実施形態に係る吸着式冷凍機に設けてもよ
い。

【００５０】（第４実施形態）本実施形態は、冷凍用吸
着器２０に封入された吸着剤の水分脱着特性と、熱回収
用吸着器３０（第１、２熱回収用吸着器３０を含む。）
に封入された吸着剤の水分脱着特性とを相違させたもの
である。

【００５１】具体的には、第１実施形態に係る吸着式冷
凍機において、例えばバーナ１０から供給される熱媒体
の温度が約８０℃とし、室外空気温度が３５℃として、
室内温度（庫内温度）を１０℃とすると、前述のごと
く、熱回収用吸着器３０の廃熱温度は約５０℃となり、
冷凍用吸着器２０の廃熱温度は約２０℃となる。

【００５２】このとき、冷凍用吸着器２０が水分を吸着
する際に吸着剤３１ｂ、３２ｂが晒される相対湿度は約
５２％であり、水分を脱離するとき（再生時）の相対湿
度は約１９％である。また、熱回収用吸着器３０が水分
を吸着する際に吸着剤３１ｂ、３２ｂが晒される相対湿
度は約４６％であり、水分を脱離するとき（再生時）の
相対湿度は約２６％である。

【００５３】したがって、冷凍用吸着器２０には、図６
の吸着剤Ａで示すような水分脱着特性を有する吸着剤を
使用すれば、吸着剤Ｂで示すような水分脱着特性を有す
る吸着剤を使用する場合に比べて、水分吸着量を増大さ
せることができ、冷凍能力及び成績係数を向上させるこ
とができる。

【００５４】一方、熱回収用吸着器３０には、図６の吸
着剤Ｂで示すような水分脱着特性を有する吸着剤を使用
すれば、吸着剤Ａで示すような水分脱着特性を有する吸
着剤を使用する場合に比べて、水分吸着量を増大させる
ことができ、冷凍能力及び成績係数を向上させることが
できる。

【００５５】つまり、吸着器の作動相対湿度範囲の上限
と下限とおいて、水分吸着量の差ができる限り大きくな
るような水分脱着特性を有する吸着剤を採用すれば、吸
着剤の量をいたずらに増やして吸着冷凍機の大型化を招
くことなく、冷凍能力及び成績係数を向上させることが
可能となる。

【００５６】（その他の実施形態）上述の実施形態では
空調装置に本願発明を適用したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、冷蔵装置等のその他の冷凍装置に
も適用することができる。

【００５７】また、熱回収用吸着器３０は、１個又は２
個に限定されるものではなく、３個以上であってもよ
い。

【００５８】また、上述の実施形態では、吸着剤として
シリカゲルを用いたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、吸着剤として活性炭、ゼオライト、活性アル
ミナなどを用いてもよい。

【００５９】また、上述の実施形態では、熱源として化
石燃料を燃焼させるバーナを用いたが、本発明はこれに
限定されるものではなく、発電機のエンジン廃熱、燃料
電池の廃熱及び太陽熱等の１００℃以下の低温熱源であ
っても十分に機能する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る吸着式冷凍機の模
式図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る冷凍用吸着器の模
式図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る熱回収用吸着器の
模式図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る吸着式冷凍機の模
式図である。

【図５】本発明の第３実施形態に係る吸着式冷凍機の模
式図である。

【図６】本発明の第３実施形態に係る吸着式冷凍機に使
用される吸着剤の水分脱着特性（相対湿度と水分吸着量
との関係）を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…バーナ（熱源）、２０…冷凍用吸着器、３０…熱
回収用吸着器、４０…室内熱交換器、５１…第１室外熱
交換器（放熱器）、５２…第１室外熱交換器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、か
つ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する
吸着剤を有する吸着式冷凍機であって、冷媒及び前記吸着剤が封入され、冷媒を蒸発させること
により冷凍能力を発揮する冷凍用吸着器（２０）と、冷媒及び前記吸着剤が封入され、冷媒を蒸発させること
により熱を回収する熱回収用吸着器（３０）とを備え、前記熱回収用吸着器（３０）にて回収した熱を前記冷凍
用吸着器（２０）に供給することを特徴とする吸着式冷
凍機。
【請求項２】気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、か
つ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する
吸着剤を有する冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機であっ
て、熱を発生する熱源（１０）と、冷媒及び前記吸着剤が封入された冷凍用吸着器（２０）
及び熱回収用吸着器（３０）とを有し、前記冷凍用吸着器（２０）は、吸熱対象から熱を奪って
冷媒を蒸発させるとともに、内部で発生した廃熱を外部
に放熱し、前記熱回収用吸着器（３０）は、外部から熱を奪って冷
媒を蒸発させるとともに、前記熱源（１０）から熱の供
給を受けて前記吸着剤に吸着された冷媒を脱離し、さらに、前記冷凍用吸着器（２０）は、前記熱回収用吸
着器（３０）の内部で発生した廃熱の供給を受けて前記
吸着剤に吸着された冷媒を脱離することを特徴とする吸
着式冷凍機。
【請求項３】前記冷凍用吸着器（２０）の廃熱を外部
に放熱するための放熱器（５１）に液体を噴射し、前記
放熱器（５１）の放熱能力を増大させる噴射装置（６
０）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の
吸着式冷凍機。
【請求項４】前記冷凍用吸着器（２０）に封入された
前記吸着剤と、前記熱回収用吸着器（３０）に封入され
た前記吸着剤とは、冷媒の吸着特性が異なるものである
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記
載の吸着式冷凍機。