JP2002195682A

JP2002195682A - 吸着式冷凍機の運転方法及び吸着式冷凍機

Info

Publication number: JP2002195682A
Application number: JP2000390197A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Tsujimoto; 聡一郎辻本; Hiroki Ikemoto; 裕樹池本; Yasuo Yonezawa; 泰夫米澤; Hiroki Nakano; 博樹中野
Original assignee: NISHIYODO KUCHOKI KK; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: NISHIYODO KUCHOKI KK; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】吸着式冷凍機の小型化を図りながら、冷熱出
力の向上及び冷熱取り出し温度の低温化を図ることがで
きる吸着式冷凍機の運転方法を提供する。【解決手段】吸着剤として活性炭を用い、冷媒とし
て、メタノール若しくはエタノール、又は、メタノール
若しくはエタノールを主成分として含むものを用い、冷
凍運転サイクルの終了に伴い、一対の吸着剤熱交換器１
と凝縮器２及び蒸発器３との連通を遮断し且つ一対の吸
着剤熱交換器１を連通させて、冷媒の再生及び吸着を進
行させる進行工程を行わせてから、再生及び吸着を行う
吸着剤熱交換器１を切り換えて次の冷凍運転サイクルに
移行させるように運転する吸着式冷凍機の運転方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対の吸着剤熱交
換器のうち一方を凝縮器と連通させ且つ他方を蒸発器と
連通させて、凝縮器連通側の吸着剤熱交換器にて冷媒を
脱着させる再生工程を行わせ且つ蒸発器連通側の吸着剤
熱交換器にて冷媒を吸着させる吸着工程を行わせる冷凍
運転サイクルを、再生及び吸着を行う吸着剤熱交換器を
交互に切り換えて繰り返し行うように運転する吸着式冷
凍機の運転方法、及び、一対の吸着剤熱交換器のうち一
方を凝縮器と連通させ且つ他方を蒸発器と連通させて、
凝縮器連通側の吸着剤熱交換器にて冷媒を脱着させる再
生工程を行わせ且つ蒸発器連通側の吸着剤熱交換器にて
冷媒を吸着させる吸着工程を行わせる冷凍運転サイクル
を、再生及び吸着を行う吸着剤熱交換器を交互に切り換
えて繰り返し行うように運転を制御する制御手段が設け
られた吸着式冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸着式冷凍機の運転方法におい
て、吸着剤として、シリカゲル、ゼオライト、活性炭又
は活性アルミナを用い、冷媒として水を用い、冷凍運転
サイクルの終了に伴い、一対の吸着剤熱交換器と凝縮器
及び蒸発器との連通を遮断し且つ一対の吸着剤熱交換器
を連通させて、冷媒の再生及び吸着を進行させる進行工
程を行わせてから、再生及び吸着を行う吸着剤熱交換器
を切り換えて次の冷凍運転サイクルに移行させるように
運転するようにしたもの（例えば、特公平７−６５８１
６号公報参照、以下、第１従来法と称する場合がある）
が提案されている。つまり、この第１従来法は、進行工
程において、一対の吸着剤熱交換器と凝縮器及び蒸発器
との連通を遮断し且つ一対の吸着剤熱交換器を連通させ
て、再生工程を行っていた吸着剤熱交換器から吸着工程
を行っていた吸着剤熱交換器へ冷媒を流して、再生工程
を行っていた吸着剤熱交換器においては吸着剤からの冷
媒の脱着を更に進行させると共に、吸着工程を行ってい
た吸着剤熱交換器においては吸着剤への冷媒の吸着を更
に進行させて、冷媒の吸脱着量を増大させる。そして、
次の冷凍運転サイクルにおいては、再生工程が行われる
吸着剤熱交換器では、前の進行工程で冷媒を多量に吸着
した吸着剤から多量に冷媒を脱着させて、多量の冷媒を
凝縮器にて凝縮させて蒸発器に供給し、一方、吸着工程
が行われる吸着剤熱交換器では、前の進行工程において
冷媒の脱着が進行した吸着剤に多量の冷媒を吸着させる
ことにより、各凍運転サイクルにおける冷媒の吸脱着量
を多くして、冷熱出力を向上しようとするものである。
ちなみに、この第１従来法においては、冷凍運転サイク
ルを５．５分間行い、進行工程を１分間行っていた。

【０００３】又、吸着剤として活性炭を用い、冷媒とし
て、メタノール若しくはエタノール、又は、メタノール
若しくはエタノールを主成分として含むものを用いて、
冷凍運転サイクルを単純に繰り返して運転するようにし
たもの（例えば、特開平１１−２４１８７１号公報参
照、以下、第２従来法と称する場合がある）が提案され
ている。つまり、吸着式冷凍機において、蒸発器におけ
る冷媒蒸発の際の気化熱奪取により蒸発器を通流させる
被冷却用流体を冷却して、冷熱を得るに当たっては、冷
媒として融点が０°Ｃの水を用いる場合は、０°Ｃ以下
の冷熱を得ることができないので、冷媒として、融点が
０°Ｃ以下のメタノール若しくはエタノール、又は、メ
タノール若しくはエタノールを主成分として含むものを
用いると共に、吸着剤として、メタノール又はエタノー
ルに対する吸着性能に優れた（単位体積当たりの吸着量
が多い）活性炭を用いることにより、０°Ｃ以下の低温
の冷熱を得ようとすると共に、冷熱出力を向上しようと
するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１従
来法では、シリカゲル、ゼオライト、活性炭又は活性ア
ルミナにおける水に対する吸着性能は、活性炭における
メタノール又はエタノールに対する吸着性能に比べて低
いことから、各冷凍運転サイクルにおける冷媒の吸脱着
量が少なくて、冷媒の凝縮量及び蒸発量が少ないため、
冷熱出力を向上する上で改善の余地があり、又、冷媒と
しての水を用いることから、０°Ｃ以下の冷熱を得るこ
とができないため、冷熱取り出し温度を低くする上で
も、改善の余地があった。一方、第２従来法は、冷凍運
転サイクルを単純に繰り返すものであるので、各冷凍運
転サイクルにおける冷媒の吸脱着量が少なくて、冷媒の
凝縮量及び蒸発量が少ないため、冷熱出力を向上する上
で、並びに、冷熱取り出し温度を低くする上で改善の余
地があった。つまり、単純に、各冷凍運転サイクルの実
行時間を長くしても、各冷凍運転サイクルにおける冷媒
の吸脱着量を多くするには限度がある。ちなみに、第２
従来法において、吸着剤熱交換器への吸着剤の充填量を
多くして、各冷凍運転サイクルにおける冷媒の吸脱着量
を多くすることにより、冷媒の凝縮量及び蒸発量を多く
して、冷熱出力の向上及び冷熱取り出し温度の低温化を
図る場合が想定されるが、この場合は、吸着剤熱交換器
が大型化し、延いては、吸着式冷凍機が大型化するとい
う問題が生じる。

【０００５】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、吸着式冷凍機の小型化を図りな
がら、冷熱出力の向上及び冷熱取り出し温度の低温化を
図ることができる吸着式冷凍機の運転方法、及び、冷熱
出力を大きく且つ冷熱取り出し温度を低くすることがで
き、しかもコンパクトな吸着式冷凍機を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の吸着式冷凍機の運転方法における特徴
は、吸着剤として活性炭を用い、前記冷媒として、メタ
ノール若しくはエタノール、又は、メタノール若しくは
エタノールを主成分として含むものを用い、前記冷凍運
転サイクルの終了に伴い、前記一対の吸着剤熱交換器と
前記凝縮器及び前記蒸発器との連通を遮断し且つ前記一
対の吸着剤熱交換器を連通させて、冷媒の再生及び吸着
を進行させる進行工程を行わせてから、再生及び吸着を
行う吸着剤熱交換器を切り換えて次の冷凍運転サイクル
に移行させるように運転することにある。請求項１に記
載の吸着式冷凍機の運転方法によれば、冷凍運転サイク
ルの終了に伴い、上述の第１従来法と同様に、進行工程
を行わせて、吸着剤における冷媒の吸脱着量を増大させ
るので、各冷凍運転サイクルにおいては、吸着剤におけ
る冷媒の吸脱着量が多くなって、凝縮器での冷媒の凝縮
量及び蒸発器での冷媒の蒸発量を多くすることができ
る。しかも、冷媒として、メタノール若しくはエタノー
ル、又は、メタノール若しくはエタノールを主成分とし
て含むものを用い、吸着剤として、メタノール又はエタ
ノールに対する吸着性能に優れた活性炭を用いるので、
各冷凍運転サイクル及び各進行工程においては、吸着剤
における冷媒の吸脱着量を更に多くすることができて、
凝縮器での冷媒の凝縮量及び蒸発器での冷媒の蒸発量を
更に多くすることができる。つまり、上記の第１従来法
及び第２従来法に比べて、吸着剤熱交換器への吸着剤の
充填量を少なくして、吸着剤熱交換器を小型化しながら
も、各冷凍運転サイクルにおいて、冷熱発生に寄与する
冷媒の吸脱着量を多くして、冷媒の凝縮量及び蒸発量を
多くして、冷凍能力を大きくすることができる。従っ
て、吸着式冷凍機の小型化を図りながら、冷熱出力の向
上及び冷熱取り出し温度の低温化を図ることができる吸
着式冷凍機の運転方法を提供することができるようにな
った。

【０００７】〔請求項２記載の発明〕請求項２に記載の
吸着式冷凍機の運転方法における特徴は、前記蒸発器に
おける冷媒蒸発の際の気化熱奪取により、前記蒸発器を
通流する被冷却用流体を−１７°Ｃ〜２°Ｃに冷却する
ことにある。請求項２に記載の吸着式冷凍機の運転方法
によれば、蒸発器を通流する被冷却用流体を−１７°Ｃ
〜２°Ｃに冷却するように、上記の請求項１に記載の運
転方法により、吸着式冷凍機を運転する。つまり、本発
明の発明者らは、上記の請求項１に記載の運転方法によ
る冷凍能力を有効に利用して、上記の第２従来法でも得
られなかった−１７°Ｃ〜−１５°Ｃの範囲の冷熱を得
ることができると共に、−１５°Ｃ〜２°Ｃの範囲の冷
熱を得るように運転すると、上記の第１従来法及び第２
従来法と比較して、冷熱出力を効果的に向上することが
できて、上記の請求項１に記載の運転方法による冷凍能
力を有効に発揮することができることを見出した。従っ
て、より低温の冷熱を得ると共に、冷熱出力を一層向上
する上で好ましい吸着式冷凍機の運転方法を提供するこ
とができるようになった。

【０００８】〔請求項３記載の発明〕請求項３に記載の
吸着式冷凍機の運転方法における特徴は、前記進行工程
を５〜２５秒間行うことにある。進行工程が実行されて
いる間は冷熱の発生が停止していることから、進行工程
の実行時間を短くするほど効率が良くなり好ましいので
あるが、短くし過ぎると、吸脱着の進行が制限されて、
進行工程における冷媒の吸脱着量が少なくなるので、冷
熱出力が低下する。一方、進行工程の実行時間を長くす
るほど、冷媒の吸脱着を進行させることができるのであ
るが、長くし過ぎても、冷媒の吸脱着の進行が停止する
だけであり、しかも、進行工程の間は冷熱の発生が停止
していることから、却って、効率が悪くなって、冷熱出
力が低下する傾向となる。本発明の発明者らは、上記の
如き観点から、冷熱出力をできるだけ向上すべく鋭意研
究し、進行工程を５〜２５秒間行うと、進行工程におけ
る吸脱着量を多くしながら、効率良く運転できて、冷熱
出力を向上することができることを見出した。ちなみ
に、冷凍運転サイクルを、例えば３分４５秒程度の間行
い、進行工程を５〜２５秒間行うと、例えば、冷凍運転
サイクルを５分３０秒程度行い、進行工程を１分間程度
行う場合に比べて、進行工程における冷媒の吸脱着の進
行作用を効果的に発揮させながら、効率良く運転するこ
とができて、冷熱出力を向上することができる。従っ
て、冷熱出力を一層向上する上で好ましい吸着式冷凍機
の運転方法を提供することができるようになった。

【０００９】〔請求項４記載の発明〕請求項４に記載の
吸着式冷凍機の特徴構成は、吸着剤として活性炭が用い
られ、前記冷媒として、メタノール若しくはエタノー
ル、又は、メタノール若しくはエタノールを主成分とし
て含むものが用いられ、前記制御手段が、前記冷凍運転
サイクルの終了に伴い、前記一対の吸着剤熱交換器と前
記凝縮器及び前記蒸発器との連通を遮断し且つ前記一対
の吸着剤熱交換器を連通させて、冷媒の再生及び吸着を
進行させる進行工程を行わせてから、再生及び吸着を行
う吸着剤熱交換器を切り換えて次の冷凍運転サイクルに
移行させるべく運転を制御するように構成されているこ
とにある。請求項４に記載の吸着式冷凍機の特徴構成に
よれば、制御手段によって、冷凍運転サイクルの終了に
伴い、一対の吸着剤熱交換器と凝縮器及び蒸発器との連
通が遮断された状態とされ、且つ、一対の吸着剤熱交換
器が連通されて、冷媒の再生及び吸着を進行させる進行
工程が実行され、進行工程が終わると、再生及び吸着を
行う吸着剤熱交換器が切り換えられて、次の冷凍運転サ
イクルが行われるように、運転が制御される。そして、
進行工程においては、吸着剤における冷媒の吸脱着量が
増大するので、各冷凍運転サイクルにおいては、吸着剤
における冷媒の吸脱着量が多くなって、凝縮器での冷媒
の凝縮量及び蒸発器での冷媒の蒸発量が多くなる。しか
も、冷媒として、メタノール若しくはエタノール、又
は、メタノール若しくはエタノールを主成分として含む
ものを用い、吸着剤として、メタノール又はエタノール
に対する吸着性能に優れた活性炭を用いるので、各冷凍
運転サイクル及び各進行工程においては、吸着剤におけ
る冷媒の吸脱着量が更に多くなって、凝縮器での冷媒の
凝縮量及び蒸発器での冷媒の蒸発量が更に多くなる。つ
まり、上記の第１従来法や第２従来法を実行する従来の
吸着式冷凍機に比べて、吸着剤熱交換器への吸着剤の充
填量を少なくして、吸着剤熱交換器を小型化しながら
も、各冷凍運転サイクルにおいて、冷熱発生に寄与する
冷媒の吸脱着量が多くなって、冷媒の凝縮量及び蒸発量
が多くなり、冷凍能力が大きくなる。従って、冷熱出力
を大きく且つ冷熱取り出し温度を低くすることができ、
しかもコンパクトな吸着式冷凍機を提供することができ
るようになった。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。図１に示すように、吸着式冷凍
機は、一対の吸着剤熱交換器１と、凝縮器２と、蒸発器
３と、一対の吸着剤熱交換器１のうち一方を凝縮器２と
連通させ且つ他方を蒸発器３と連通させて、凝縮器連通
側の吸着剤熱交換器１にて冷媒を脱着させる再生工程を
行わせ且つ蒸発器連通側の吸着剤熱交換器１にて冷媒を
吸着させる吸着工程を行わせる冷凍運転サイクルを、再
生及び吸着を行う吸着剤熱交換器１を交互に切り換えて
繰り返し行うように運転を制御する制御手段としての制
御部Ｋとを備えて構成してある。尚、一対の吸着剤熱交
換器１は同様の構成であるが、以下の説明では、説明を
分かり易くするために、一対の吸着剤熱交換器１のうち
の一方を第１吸着剤熱交換器１Ａ、他方を第２吸着剤熱
交換器１Ｂと称する場合がある。

【００１１】第１吸着剤熱交換器１Ａと凝縮器２とを第
１凝縮器側冷媒蒸気路４Ａにて接続すると共に、その第
１凝縮器側冷媒蒸気路４Ａに第１凝縮器側開閉弁ＶｃＡ
を設け、第２吸着剤熱交換器１Ｂと凝縮器２とを第２凝
縮器側冷媒蒸気路４Ｂにて接続すると共に、その第２凝
縮器側冷媒蒸気路４Ｂに第２凝縮器側開閉弁ＶｃＢを設
けてある。又、第１吸着剤熱交換器１Ａと蒸発器３とを
第１蒸発器側冷媒蒸気路５Ａにて接続すると共に、その
第１蒸発器側冷媒蒸気路５Ａに第１蒸発器側開閉弁Ｖｅ
Ａを設け、第２吸着剤熱交換器１Ｂと蒸発器３とを第２
蒸発器側冷媒蒸気路５Ｂにて接続すると共に、その第２
蒸発器側冷媒蒸気路５Ｂに第２蒸発器側開閉弁ＶｅＢを
設けてある。そして、第１凝縮器側開閉弁ＶｃＡ及び第
２凝縮器側開閉弁ＶｃＢ夫々の開閉操作により、一対の
吸着剤熱交換器１を交互に凝縮器２と連通させ、第１蒸
発器側開閉弁ＶｅＡ及び第２蒸発器側開閉弁ＶｅＢ夫々
の開閉操作により、一対の吸着剤熱交換器１を交互に蒸
発器３と連通させるように構成してある。又、凝縮器２
と蒸発器３とは、トラップ付の冷媒液路６にて接続して
ある。

【００１２】本発明においては、一対の吸着剤熱交換器
１を、連通路７にて連通接続すると共に、その連通路４
に連通切り換え用開閉弁Ｖｐを設けて、その連通切り換
え用開閉弁Ｖｐの開閉により、一対の吸着剤熱交換器１
同士を連通させる状態と遮断する状態とに切り換えるよ
うに構成してある。

【００１３】吸着剤熱交換器１は、真空容器から成るケ
ーシング１ａ内に、フィン付の伝熱管１ｂを配設すると
共に、伝熱管１ｂのフィン間に吸着剤１ｃを充填して構
成してある。詳細は後述するが、吸着剤熱交換器１にて
再生工程を行わせる場合は、伝熱管１ｂには、工場排
熱、エンジン排熱等を回収した温水等の熱源側熱媒を流
し、吸着剤熱交換器１にて吸着工程を行わせる場合は、
伝熱管１ｂには、クーリングタワー等にて生成した冷却
水を流す。

【００１４】凝縮器２は、ケーシング２ａ内に、伝熱管
２ｂを配設して構成し、その伝熱管１ｂに冷却水を通流
させて、冷媒蒸気を凝縮すると共に、凝縮した冷媒液を
貯留し、貯留冷媒液を冷媒液路６を通じて蒸発器３に供
給するように構成してある。蒸発器３は、ケーシング３
ａ内に、伝熱管３ｂを配設して構成し、冷媒液の蒸発に
よる気化熱奪取により、伝熱管３ｂを通流する被冷却用
流体を冷却して、冷熱を得るように構成してある。

【００１５】冷媒としては、メタノールを用い、吸着剤
としては、活性炭を用い、被冷却用流体としては、ポリ
エチレングリコール水溶液（５０重量％）等のブライン
を用いる。

【００１６】吸着剤１ｃに用いる活性炭について更に説
明を加えると、活性炭は、粒経が実質的に０．０７ｍｍ
〜１．２ｍｍの範囲に含まれ、単位体積当たりのＢＥＴ
比表面積が６２０ｍ²／ｃｍ³以上であり、且つ、ＪＩ
ＳＫ１４７４−１９７５により測定される硬さが４５
％以上である。尚、単位体積当たりのＢＥＴ比表面積
は、下記の式により算出されるものである。単位体積当たりの比表面積＝活性炭の充填密度×重量当
たりの比表面積充填密度の測定方法は、ＪＩＳＫ１４７４−１９７５
により、重量当たりの比表面積は、液体窒素温度での窒
素ガスの吸着によるＢＥＴ法による比表面積である。

【００１７】つまり、活性炭の粒径が、実質的に粒径が
実質的に０．０７ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲に含まれるた
め、吸着速度を大きくしながら、充填を良好にしつつ、
飛散を防止することができ、その結果、冷凍能力を高め
ることができる。つまり、０．０７ｍｍ未満であると、
吸着剤熱交換器１に充填したとき冷媒蒸気のの通気抵抗
が大きくなり、吸着工程における動的な吸着量が小さく
なる。また脱着時活性炭が吸着剤熱交換器１の外に飛散
しやすくなり、飛散した活性炭は凝縮器２の伝熱管２ｂ
や、蒸発器３の伝熱管３ｂに付着しその能力を低下させ
てしまう。一方、１．２ｍｍを超えると、吸着剤熱交換
器１の伝熱管１ｂのフィンのピッチ（１ｍｍ〜３．５ｍ
ｍ）と同程度になって、一様な充填が困難になり、充填
密度も大きく低下してしまうため、能力が低下してしま
う。かかる観点より、好ましくは実質的に０．１ｍｍ〜
１．０ｍｍの範囲の分級されているものである。

【００１８】また、単位体積あたりのＢＥＴ比表面積が
６２０ｍ²／ｃｍ³以上であるため、吸着性能が高く、
吸着剤熱交換器１を小さくすることができる。この場
合、単位体積あたりのＢＥＴ比表面積を大きくするほ
ど、吸着性能が高くなり、好ましい。逆に、６２０ｍ²
／ｃｍ³未満では、活性炭の単位体積あたりの冷媒蒸気
の吸着性能が不充分であって、吸着剤熱交換器１が大き
くなるため、コストが大きくなりすぎ、実用性が小さく
なる。更に、ＪＩＳ硬さが４５％以上であるため、長期
間使用中の粉化を防止して、飛散の問題を解消すること
ができる。この場合、硬度が上がるに従って一層粉化を
防止して、飛散の問題を解消する効果がある。逆に、４
５％未満では、長期間使用中に吸脱着により活性炭が微
視的に往復運動するため粉化が生じ、吸着剤熱交換器１
から活性炭が外へ飛散して冷凍能力を低下させるという
問題が発生しやすく好ましくない。

【００１９】一対の吸着剤熱交換器１の伝熱管１ｂ夫々
に対する、熱源側熱媒入口１１ｉ、熱源側熱媒出口１１
ｅ、冷却水入口１２ｉ及び冷却水出口１２ｅ夫々との接
続状態を切り換えて、一対の吸着剤熱交換器１の伝熱管
１ｂ夫々に対する熱源側熱媒及び冷却水夫々の通流状態
を切り換えるべく、１１個の流路切り換え用開閉弁Ｖ１
〜Ｖ１１を設けてある。凝縮器２の伝熱管２ｂには、冷
却水入口１２ｉ及び冷却水出口１２ｅを直結して、常
時、冷却水を通流させる。

【００２０】第１凝縮器側開閉弁ＶｃＡ、第２凝縮器側
開閉弁ＶｃＢ、第１蒸発器側開閉弁ＶｅＡ、第２蒸発器
側開閉弁ＶｅＢ、連通切り換え用開閉弁Ｖｐ及び１１個
の流路切り換え用開閉弁Ｖ１〜Ｖ１１を、予め設定して
記憶させてあるタイムチャートに基づいて開閉操作する
コントローラ１０を設けてある。つまり、コントローラ
１０により、第１凝縮器側開閉弁ＶｃＡ、第２凝縮器側
開閉弁ＶｃＢ、第１蒸発器側開閉弁ＶｅＡ、第２蒸発器
側開閉弁ＶｅＢ、連通切り換え用開閉弁Ｖｐ及び１１個
の流路切り換え用開閉弁Ｖ１〜Ｖ１１夫々を、図７に示
すタイムチャートに基づいて開閉操作することにより、
以下に詳述する第１冷凍運転サイクル、第１進行工程、
第１予熱工程、第２冷凍運転サイクル、第２進行工程、
第２予熱工程を記載順に実行するのを１周期として、そ
の周期を繰り返すように構成してあり、もって、コント
ローラ１０、第１凝縮器側開閉弁ＶｃＡ、第２凝縮器側
開閉弁ＶｃＢ、第１蒸発器側開閉弁ＶｅＡ、第２蒸発器
側開閉弁ＶｅＢ、連通切り換え用開閉弁Ｖｐ及び１１個
の流路切り換え用開閉弁Ｖ１〜Ｖ１１により、制御部Ｋ
を構成してある、尚、図７において、「○」は弁の開き
状態を示し、「×」は弁の閉じ状態を示す。

【００２１】（第１冷凍運転サイクル）第１冷凍運転サ
イクルは、連通切り換え用開閉弁Ｖｐを閉じ状態にし
て、第１吸着剤熱交換器１Ａと第２吸着剤熱交換器１Ｂ
とを遮断し、第１凝縮器側開閉弁ＶｃＡを開き状態、第
２凝縮器側開閉弁ＶｃＢを閉じ状態にして、第１吸着剤
熱交換器１Ａを凝縮器２に連通させ、第１蒸発器側開閉
弁ＶｅＡを閉じ状態、第２蒸発器側開閉弁ＶｅＢを開き
状態にして、第２吸着剤熱交換器１Ｂを蒸発器３に連通
させ、流路切り換え用開閉弁のうちＶ４，Ｖ５，Ｖ６，
Ｖ１１を開き状態にし、他を閉じ状態にして、第１吸着
剤熱交換器１Ａの伝熱管１ｂに熱源側熱媒ｈを通流さ
せ、且つ、第２吸着剤熱交換器１Ｂの伝熱管１ｂに冷却
水ｗを通流させる状態に操作して、もって、第１吸着剤
熱交換器１Ａにて再生工程を行わせ、第２吸着剤熱交換
器１Ｂにて吸着工程を行わせる。

【００２２】つまり、熱源側熱媒入口１１ｉから導入さ
れた熱源側熱媒ｈは、流路切り換え用開閉弁Ｖ６、第１
吸着剤熱交換器１Ａの伝熱管１ｂ、流路切り換え用開閉
弁Ｖ４を順に流れる経路で流れて、熱源側熱媒出口１１
ｅから流出し、第１吸着剤熱交換器１Ａ内の吸着剤１ｃ
が、伝熱管１ｂを流れる熱源側熱媒ｈによって加熱され
て、冷媒蒸気ｒが脱着され、脱着された冷媒蒸気ｒは、
第１冷媒液路４Ａを通じて凝縮器２に流入して、伝熱管
２ｂを流れる冷却水ｗによって冷却されて液化し、液化
した冷媒液ｒは圧力差等によって冷媒液路６を通じて蒸
発器３に供給される。又、冷却水入口１２ｉから導入さ
れた冷却水ｗは、流路切り換え用開閉弁Ｖ５、第２吸着
剤熱交換器１Ｂの伝熱管１ｂ、流路切り換え用開閉弁Ｖ
１１を順に流れる経路で流れて、冷却水出口１２ｅから
流出し、第２吸着剤熱交換器１Ｂ内の吸着剤１ｃが、伝
熱管１ｂを流れる冷却水ｗによって冷却されて、第２冷
媒蒸気路５Ｂを通じて蒸発器３から流入してくる冷媒蒸
気ｒを吸着するので、蒸発器３内においては、冷媒液が
蒸発して、その蒸発による気化熱奪取により、伝熱管３
ｂを通流する被冷却用流体が冷却されて、冷熱が得られ
る。

【００２３】（第１進行工程）第１進行工程は、第１冷
凍運転サイクルの状態から、連通切り換え用開閉弁Ｖ
ｐ、流路切り換え用開閉弁Ｖ３を開き状態に切り換え、
且つ、第１凝縮器側開閉弁ＶｃＡ、第２蒸発器側開閉弁
ＶｅＢ及び流路切り換え用開閉弁Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ
１１を閉じ状態に切り換え、他をそのままの状態にし
て、第１吸着剤熱交換器１Ａ及び第２吸着剤熱交換器１
Ｂと凝縮器及び蒸発器３とを遮断し、且つ、第１吸着剤
熱交換器１Ａ及び第２吸着剤熱交換器１Ｂ夫々の伝熱管
１ｂには熱源側熱媒ｈ及び冷却水ｗのいずれも流さない
状態で、第１吸着剤熱交換器１Ａと第２吸着剤熱交換器
１Ｂとを連通させる。すると、冷媒蒸気ｒの脱着が行わ
れていた高圧側の第１吸着剤熱交換器１Ａから、冷媒蒸
気ｒの吸着が行われていた低圧側の第２吸着剤熱交換器
１Ｂへ連通管７を通じて冷媒蒸気ｒが流れるので、冷媒
蒸気ｒの脱着が行われていた第１吸着剤熱交換器１Ａに
おいては更に冷媒蒸気ｒの脱着が進行し、並びに、冷媒
蒸気ｒの吸着が行われていた第２吸着剤熱交換器１Ｂに
おいては更に冷媒蒸気ｒの吸着が進行する。従って、第
２吸着剤熱交換器１Ｂ内の吸着剤１ｃは、より多量の冷
媒を吸着して保持することとなる。

【００２４】( 第１予熱工程)第１予熱工程は、先の第
１進行工程において、第１吸着剤熱交換器１Ａ及び第２
吸着剤熱交換器１Ｂの圧力が均衡する状態となると、連
通切り換え用開閉弁Ｖｐを閉じ状態に切り換え、流路切
り換え用開閉弁Ｖ１，Ｖ９，Ｖ１１を開き状態に切り換
え、他をそのままの状態にして、第１吸着剤熱交換器１
Ａ及び第２吸着剤熱交換器１Ｂと凝縮器及び蒸発器３と
を遮断し、且つ、第１吸着剤熱交換器１Ａと第２吸着剤
熱交換器１Ｂとを遮断した状態で、熱源側熱媒入口１１
ｉから導入された熱源側熱媒ｈは、いずれにも流さずに
そのまま熱源側熱媒出口１１ｅから流出させ、冷却水入
口１２ｉから、流路切り換え用開閉弁Ｖ９、第１吸着剤
熱交換器１Ａの伝熱管１ｂ、流路切り換え用開閉弁Ｖ
１、第２吸着剤熱交換器１Ｂの伝熱管１ｂ、流路切り換
え用開閉弁Ｖ１１を順に流れて、冷却水出口１２ｅに至
る通流経路を形成する。すると、第１吸着剤熱交換器１
Ａの伝熱管１ｂに残留していた熱源側熱媒ｈは、冷却水
ｗによって第２吸着剤熱交換器１Ｂの伝熱管１ｂに押し
流されて、次の第２冷凍運転サイクルのために、第２吸
着剤熱交換器１Ｂ内の吸着剤１ｃを予熱する。

【００２５】（第２冷凍運転サイクル）第２冷凍運転サ
イクルは、前の第１予熱工程において、第１吸着剤熱交
換器１Ａの伝熱管１ｂに残留していた熱源側熱媒が、第
２吸着剤熱交換器１Ｂの伝熱管１ｂを流れて、第２吸着
剤熱交換器１Ｂの伝熱管１ｂから流出し始める手前のタ
イミングにて、第２凝縮器側開閉弁ＶｃＢ、第１蒸発器
側開閉弁ＶｅＡ、流路切り換え用開閉弁Ｖ２，Ｖ７，Ｖ
８を閉じ状態から開き状態に切り換え、且つ、流路切り
換え用開閉弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ１１を開き状態から閉じ状
態に切り換え、他はそのままの状態にして、第１吸着剤
熱交換器１Ａと第２吸着剤熱交換器１Ｂとを遮断し、第
２吸着剤熱交換器１Ｂを凝縮器２に連通させ、第１吸着
剤熱交換器１Ａを蒸発器３に連通させ、第２吸着剤熱交
換器１Ｂの伝熱管１ｂに熱源側熱媒ｈを通流させ、且
つ、第１吸着剤熱交換器１Ａの伝熱管１ｂに冷却水ｗを
通流させる状態に操作して、もって、第１吸着剤熱交換
器１Ａにて吸着工程を行わせ、第２吸着剤熱交換器１Ｂ
にて再生工程を行わせる。つまり、再生工程が行われる
第２吸着剤熱交換器１Ｂ内の吸着剤１ｃは、第１予熱工
程に先立つ第１進行工程において、より多量の冷媒を吸
着していることから、再生工程によって、より多量の冷
媒蒸気が脱着されて、凝縮器２にて液化され、蒸発器３
に供給される。そして、吸着工程が行われる第１吸着剤
熱交換器１Ａ内の吸着剤１ｃは、第１予熱工程に先立つ
第１進行工程において、より多量の冷媒蒸気を脱着して
いることから、吸着工程によって、より多量の冷媒蒸気
を吸着するので、蒸発器２における冷媒蒸発量がより多
くなり、伝熱管３ｂを通流する被冷却用流体を冷却する
冷却能力が向上する。

【００２６】（第２進行工程）第２進行工程は、第２冷
凍運転サイクルの状態から、連通切り換え用開閉弁Ｖ
ｐ、流路切り換え用開閉弁Ｖ３を開き状態に切り換え、
且つ、第２凝縮器側開閉弁ＶｃＢ、第１蒸発器側開閉弁
ＶｅＡ及び流路切り換え用開閉弁Ｖ２，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ
９を閉じ状態に切り換え、他をそのままの状態にして、
第１進行工程と同様に、第１吸着剤熱交換器１Ａ及び第
２吸着剤熱交換器１Ｂと凝縮器及び蒸発器３とを遮断
し、且つ、第１吸着剤熱交換器１Ａ及び第２吸着剤熱交
換器１Ｂ夫々の伝熱管１ｂには熱源側熱媒ｈ及び冷却水
ｗのいずれも流さない状態で、第１吸着剤熱交換器１Ａ
と第２吸着剤熱交換器１Ｂとを連通させる。すると、第
１進行工程とは逆に、第２吸着剤熱交換器１Ｂから第１
吸着剤熱交換器１Ａへ冷媒蒸気ｒが流れて、冷媒蒸気ｒ
の脱着が行われていた第２吸着剤熱交換器１Ｂにおいて
は更に冷媒蒸気ｒの脱着が進行し、並びに、冷媒蒸気ｒ
の吸着が行われていた第１吸着剤熱交換器１Ａにおいて
は更に冷媒蒸気ｒの吸着が進行する。

【００２７】(第２予熱工程)第２予熱工程は、先の第２
進行工程において、第１吸着剤熱交換器１Ａ及び第２吸
着剤熱交換器１Ｂの圧力が均衡する状態となると、連通
切り換え用開閉弁Ｖｐを閉じ状態に切り換え、流路切り
換え用開閉弁Ｖ５，Ｖ８，Ｖ１０を開き状態に切り換
え、他をそのままの状態にして、冷却水入口１２ｉか
ら、流路切り換え用開閉弁Ｖ５、第２吸着剤熱交換器１
Ｂの伝熱管１ｂ、流路切り換え用開閉弁Ｖ１０、第１吸
着剤熱交換器１Ａの伝熱管１ｂ、流路切り換え用開閉弁
Ｖ８を順に流れて、冷却水出口１２ｅに至る通流経路を
形成して、第１予熱工程とは逆に、、第２吸着剤熱交換
器１Ｂの伝熱管１ｂに残留していた熱源側熱媒ｈを、冷
却水ｗによって第１吸着剤熱交換器１Ａの伝熱管１ｂに
押し流して、次の第１冷凍運転サイクルのために、第１
吸着剤熱交換器１Ａ内の吸着剤１ｃを予熱する。

【００２８】次に、上述のように構成した本発明の吸着
式冷凍機の性能を検証した結果を、下記の表１〜表５に
基づいて説明する。尚、吸着剤１ｃ用の活性炭として
は、下記のような条件のものを用いた。即ち、粒径が実
質的に０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲に含まれ、単位重
量当たりの比表面積が１８００ｍ²／ｇ、活性炭の充填
密度が０．３８ｇ／ｃｍ³で、単位体積当たりのＢＥＴ
比表面積が６８４ｍ²／ｃｍ³であり、ＪＩＳＫ１４
７４−１９７５により測定される硬さが７５％である。
尚、重量当たりの比表面積は、液体窒素温度での窒素ガ
スの吸着によるＢＥＴ法による比表面積である。活性炭
の使用量は、一対の吸着剤熱交換器１で、１１．１ｋｇ
である。熱源側熱媒の温度は８８°Ｃ、冷却水の温度は
３１°Ｃである。冷凍運転サイクルの実行時間は３分４
５秒間であり、予熱工程の実行時間は２０秒間程度であ
る。

【００２９】そして、冷凍運転サイクルの終了に伴い進
行工程を行わせてから、次の冷凍運転サイクルに移行す
る本発明による運転方法と、進行工程を行わせない比較
用運転方法（先述の第２従来法に相当する）との間で、
冷熱取り出し温度（被冷却用流体の取り出し温度）を種
々に変更しながら、夫々の冷熱取り出し温度において、
吸着剤における冷媒蒸気の有効吸着量（冷熱発生に寄与
する吸着量）及び冷熱の出力を比較した。本発明の運転
方法による結果を表１〜表４に示し、比較用運転方法に
よる結果を表５に示す。本発明の運転方法による結果を
示す表１〜表４は、夫々、進行工程の実行時間が異な
り、表１は１５秒間、表２は２４秒間、表３は６０秒
間、表４は３秒間である。

【００３０】表１〜表５に示すように、冷熱取り出し温
度が、−１５°Ｃ〜−５°Ｃの範囲において、本発明に
よる運転方法では、比較用運転方法に比べて冷熱出力を
向上させることができ、冷熱取り出し温度を低くするほ
ど、比較用運転方法に対する冷熱出力倍率（本発明の運
転方法による冷熱出力／比較用運転方法による冷熱出
力）が大となることが分かる。例えば、表１に示す本発
明の運転方法（進行工程の実行時間が１５秒間）の場
合、比較用運転方法に対する冷熱出力倍率は、冷熱取り
出し温度が−５°Ｃのときは１．４、−１０°Ｃのとき
は１．９、−１５°Ｃのときは無限大となり、表２に示
す本発明の運転方法（進行工程の実行時間が２４秒間）
の場合、比較用運転方法に対する冷熱出力倍率は、冷熱
取り出し温度が−５°Ｃのときは１．３、−１０°Ｃの
ときは１．８、−１５°Ｃのときは無限大となる。

【００３１】本発明による運転方法において、進行工程
の実行時間が性能に与える影響を検証すると、進行工程
の実行時間が１５〜２４秒間の間では、実行時間が長く
なると、有効吸着量が増加する傾向にあるが、２４秒間
よりも長くなっても、有効吸着量はほとんど増加しない
ので、実行時間を２５秒よりも長くすると、却って冷熱
出力が低下する傾向になる。又、表４の例に示すよう
に、進行工程の実行時間が５秒間未満になると、有効吸
着量が著しく少なくなるため、冷熱出力が少なくなる。
従って、進行工程の実行時間としては、５〜２５秒間の
範囲で設定するのが好ましく、更には、１０〜２０秒間
の範囲で設定するのが一層好ましい。

【００３２】尚、結果を示していないが、本発明による
運転方法によれば、−１７°Ｃまでは、被冷却用流体を
冷却して取り出すことができる。又、冷熱取り出し温度
が−５°Ｃより高い場合でも、本発明による運転方法で
は比較用運転方法に比べて出力を向上させることができ
るが、−５°Ｃ〜２°Ｃの範囲においては、それ以下の
範囲に比べて、比較用運転方法に対する冷熱出力倍率が
比較的小さくなる。ちなみに、表１に示す本発明の運転
方法においては、冷熱取り出し温度が２°Ｃのときは、
比較用運転方法に対する冷熱出力倍率は、１．１〜１．
２である。

【００３３】従って、本発明による運転方法では、冷熱
取り出し温度を−１７°Ｃ〜２°Ｃの範囲に設定する
と、冷熱出力向上の効果が大きくなって、好ましく、更
には、冷熱取り出し温度を−１５°Ｃ〜−５°Ｃの範囲
に設定すると、冷熱出力向上の効果が更に大きくなり、
一層好ましい。冷熱取り出し温度が−１７°Ｃ〜−１５
°Ｃの範囲は、冷熱取り出し温度は低いものの、冷熱出
力が小さくなるので、より低温の冷熱取り出し温度が要
求される用途に向いている。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。（イ）上記の実施形態においては、進行工程中は、一
対の吸着剤熱交換器１夫々の伝熱管１ｂには熱源側熱媒
及び冷却水のいずれも流さない場合について例示した
が、これに代えて、進行工程中は、その進行工程の前の
冷凍運転サイクルにおいて再生工程が行われた吸着剤熱
交換器１の伝熱管１ｂには熱源側熱媒ｈを通流させ、吸
着工程が行われた吸着剤熱交換器１の伝熱管１ｂには冷
却水ｗを通流させても良い。

【００４０】（ロ）冷媒としては、上記の実施形態に
おいて例示したメタノール以外に、エタノール、メタノ
ールとエタノールを混合したもの、メタノールと水を混
合したもの、エタノールと水を混合したもの、その他、
メタノール又はエタノールを主成分として含むもの等、
各種のものを用いることができる。

【００４１】（ハ）冷凍運転サイクル及び予熱工程夫
々の実行時間は、適宜変更可能である。（ニ）予熱工程は省略可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸着式冷凍機の全体構成、及び、第１冷凍運転
サイクルの作動状態を示す図

【図２】第１進行工程の作動状態を示す図

【図３】第１予熱工程の作動状態を示す図

【図４】第２冷凍運転サイクルの作動状態を示す図

【図５】第２進行工程の作動状態を示す図

【図６】第２予熱工程の作動状態を示す図

【図７】制御動作のタイムチャートを示す図

【符号の説明】

１吸着剤熱交換器２凝縮器３蒸発器１０制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池本裕樹大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者米澤泰夫大阪府大阪市西淀川区姫里１丁目15番10号西淀空調機株式会社内 (72)発明者中野博樹大阪府大阪市西淀川区姫里１丁目15番10号西淀空調機株式会社内Ｆターム(参考） 3L093 NN03 PP07 PP13 PP19 QQ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の吸着剤熱交換器のうち一方を凝縮
器と連通させ且つ他方を蒸発器と連通させて、凝縮器連
通側の吸着剤熱交換器にて冷媒を脱着させる再生工程を
行わせ且つ蒸発器連通側の吸着剤熱交換器にて冷媒を吸
着させる吸着工程を行わせる冷凍運転サイクルを、再生
及び吸着を行う吸着剤熱交換器を交互に切り換えて繰り
返し行うように運転する吸着式冷凍機の運転方法であっ
て、吸着剤として活性炭を用い、前記冷媒として、メタノー
ル若しくはエタノール、又は、メタノール若しくはエタ
ノールを主成分として含むものを用い、前記冷凍運転サイクルの終了に伴い、前記一対の吸着剤
熱交換器と前記凝縮器及び前記蒸発器との連通を遮断し
且つ前記一対の吸着剤熱交換器を連通させて、冷媒の再
生及び吸着を進行させる進行工程を行わせてから、再生
及び吸着を行う吸着剤熱交換器を切り換えて次の冷凍運
転サイクルに移行させるように運転する吸着式冷凍機の
運転方法。
【請求項２】前記蒸発器における冷媒蒸発の際の気化
熱奪取により、前記蒸発器を通流する被冷却用流体を−
１７°Ｃ〜２°Ｃに冷却する請求項１記載の吸着式冷凍
機の運転方法。
【請求項３】前記進行工程を５〜２５秒間行う請求項
１又は２記載の吸着式冷凍機の運転方法。
【請求項４】一対の吸着剤熱交換器のうち一方を凝縮
器と連通させ且つ他方を蒸発器と連通させて、凝縮器連
通側の吸着剤熱交換器にて冷媒を脱着させる再生工程を
行わせ且つ蒸発器連通側の吸着剤熱交換器にて冷媒を吸
着させる吸着工程を行わせる冷凍運転サイクルを、再生
及び吸着を行う吸着剤熱交換器を交互に切り換えて繰り
返し行うように運転を制御する制御手段が設けられた吸
着式冷凍機であって、吸着剤として活性炭が用いられ、前記冷媒として、メタ
ノール若しくはエタノール、又は、メタノール若しくは
エタノールを主成分として含むものが用いられ、前記制
御手段が、前記冷凍運転サイクルの終了に伴い、前記一
対の吸着剤熱交換器と前記凝縮器及び前記蒸発器との連
通を遮断し且つ前記一対の吸着剤熱交換器を連通させ
て、冷媒の再生及び吸着を進行させる進行工程を行わせ
てから、再生及び吸着を行う吸着剤熱交換器を切り換え
て次の冷凍運転サイクルに移行させるべく運転を制御す
るように構成されている吸着式冷凍機。