JP2003518235A

JP2003518235A - 圧縮装置

Info

Publication number: JP2003518235A
Application number: JP2001525139A
Authority: JP
Inventors: クリトフ・ロバート・エドワード
Original assignee: University of Warwick
Current assignee: University of Warwick
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2003-06-03
Also published as: AU7029100A; GB9922339D0; CN1391644A; WO2001022010A1; CN1140746C; EP1214552A1; US6629432B1

Abstract

(57)【要約】【構成】熱再生圧縮装置（２０）は、一部がドーナツ型導管（２１）内において回転軸Ｘの周りの円周上に配置される複数の吸収剤容器（１０）を有する。熱媒流体が、吸収剤容器（１０）の回転運動に対して導管の流入口（２２）から流出口（２３）に向かって逆流する。個別のチャネル（２９、３０）は、容器（１０）とチャネル（２９、３０）に流れ込む流体との間の熱伝達を可能にする容器（１０）の蒸発/凝縮ゾーン（１５）を包括する。【効果】特に簡単でかつ便宜性の高い態様で熱が再生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この発明は、熱再生圧縮装置に関し、特にたとえば、吸収サイクルを採用した
圧縮装置に関する。吸収サイクルは、熱駆動式の冷凍機、エアコン、およびエネ
ルギ源が燃焼燃料や廃熱であるヒートポンプで用いることができる。

【０００２】

【従来の技術】

従来の蒸気圧縮サイクルは、通常モータを介して提供される機械仕事入力を必
要としている。そのような従来の蒸気圧縮機と比較して、高効率吸収機は、ラン
ニングコスト、冷却または加熱用の一次エネルギの使用およびそれに関連した二
酸化炭素の放出の削減が可能である。この後者の利点は、「温室効果」に関して高
まりつつある懸念を考慮に入れれば、特に重要である。再生サイクルの中におけ
る駆動エネルギとして廃熱または余熱を利用すれば、さらに大きな節約が実現で
きる。

【０００３】吸着式または吸収式冷凍およびヒートポンプサイクルは、アンモニアのような
冷媒ガスの固体吸収剤への吸収または低圧での固体/液体吸収剤への吸収または
吸着と、その後の加熱による脱離に基づいている。吸収剤は、熱で駆動する「化
学的圧縮機」として作用する。この発明の圧縮装置の動作の中心であるこのサイ
クルの理解を助けるために、単純な吸収サイクルを以下に簡単に説明する。

【０００４】最も単純な形として、吸収冷凍機は、２つの連係された容器２および４を含む
。第１容器２は吸収剤３を含み、両容器は、図１に示すように冷媒を含む。初期
的には、図１（ａ）に示すように、装置またはシステム全体は、低圧、低温であ
る。吸収剤３はその内部に高濃度の冷媒を含み、第２容器４は冷媒ガスを含む。
発生器としても知られる吸収剤容器２は次いで加熱され、冷媒を放出し、システ
ムの圧力を上げる。脱離した冷媒は、第２容器４で液体として凝縮し、その過程
で容器の周囲の環境に放熱する（図１（ｂ））。第２容器４によって放出された
熱は、ヒートポンプの有益な熱出力の一部をなす。次いで、発生器２は、周囲温
度まで再度冷却され、冷媒を再吸収し、システムの圧力を下げる。第２容器４内
の液体の上方での減圧によって、液体が沸騰される（図１（ｃ））。熱は液体が
沸騰している間に吸収され、第２容器４の周囲の環境に冷却/冷凍効果を生み出
す。発生器２から引き出された熱は、ヒートポンプの有益な熱出力の他の一部を
形成する。

【０００５】なお、上記のサイクルは、有益な冷却が、サイクルの半分でしか起こらないた
め非連続的である。しかし、位相が不一致の状態で運転されるそのような２つの
システムによって、理論上、連続冷却を提供することができる。熱駆動式吸収圧
縮装置の基本的な構成は、比較的低い成績係数（ＣＯＰ）を有する（冷却ＣＯＰ
＝冷却/加熱入力、そしてヒートポンプＣＯＰ＝熱出力/熱入力）。また、発生器
２の吸収ベッドの熱伝導率は一般的に低いため、サイクルに必要な時間は、１時
間かそれ以上であり、吸収剤の単位体積当たりの冷却力は、１００Ｗ/ｋｇ以下
である。熱伝導を改良すれば、このサイクル時間を数分間に短縮でき、その代わ
りに今度は、吸収剤の出力密度を１ｋＷ/ｋｇまで高めることができる。２つま
たはそれ以上の互いに位相が不一致である吸収剤ベッドを使用すれば、１つのベ
ッドからの熱は他の吸収剤を事前に加熱するために再利用される。すなわち、熱
が「再生される」のである。これによって、１つの吸収剤ベッドによって放出さ
れた熱は、他のベッドの吸収剤に必要な熱の大部分を提供することができるため
、ＣＯＰが改善される。

【０００６】この分野における相当な調査にかかわらず、熱駆動式の空気調和機は市場に２
タイプしか確立されていない。臭化リチウム−水の空調機は非常に効率的ではあ
るが、冷却温度を０℃以下にすることができず、また１００ｋＷ以上のサイズで
のみ実現可能である。また、そのような空調機は冷却塔との組合せにおいてのみ
使用され得る。より小さな（１５ｋＷ）アンモニア−水のチラー(chiller)の効
率は非常に悪い。

【０００７】米国特許第５，５０３，２２２号においては回転式熱交換器が説明されていて
、この回転式熱交換器では、複数の加熱管が回転軸のまわりに放射状に配置され
ている。各加熱管は、固体吸収剤および冷媒を含み、２つのゾーンに分割されて
いる。半径方向に延びるバッフル(じゃま板またはそらせ板)が一連の軸方向に延
びる温度区画を規定し、その区画を通して、空気のような熱媒流体が加熱管を横
切って軸方向に流れる。熱交換器を回転させることによって、次々に、温度区画
の各々に交差する加熱管を形成することができる。

【０００８】米国特許第４，６６０，６２９号は、回転軸のまわりに放射状に配置された複
数の吸収チャンバを含みかつ熱媒流体の軸方向の流れを横切る同様の熱駆動方式
の吸収装置を説明している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】

上述の特許に述べられている熱駆動式の吸収装置は、それを横切って放射状に
に配置された吸収剤容器が通る複数の個別の熱媒流体の軸流を含む複雑な構造を
有する。すなわち、熱媒流体は、吸収剤容器の動きに対して直交流形(cross-flo
w)である。また、上述の特許に述べられた吸収装置の構造は、熱再生の機会を妨
げまたは制限し、そのために、装置の効率性に関して上限を設けることになる。

【００１０】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡易で効果的な方法で熱再生を可能に
し、かつこれまでの吸収装置よりもはるかに高い効率性を達成できる、吸収サイ
クルを採用した圧縮装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段、作用、効果】

この発明は、各々が吸収剤材料および吸収剤流体を含む複数の吸収剤容器、複
数の吸収剤容器の各々の少なくとも一部がその中に配置され、熱媒流体がその中
で流動し、かつ流入口と流出口を有する１つまたはそれ以上の流体導管、および
導管の流入口で熱媒流体が吸収剤容器に対して逆流となるように、流入口に対し
て吸収剤容器を相対的に循環運動させる駆動手段を備える、圧縮装置である。

【００１２】この発明の好ましい実施例では、導管は固定されており、そして、駆動手段は
、複数の吸収剤容器に接続される。導管は筒状環状体であり、その中で、吸収剤
容器が環状体の中心軸と整列する吸収剤容器の軸で動くようにしてもよい。この
ように、導管中を通して吸収剤容器の回転運動に対して熱媒流体は、逆流である
。吸収剤容器は、導管に対して、スライド式流体シール(seal) を形成する回転
円盤の端部領域に設けられてもよい。

【００１３】理想的には、熱媒流体を加熱するための加熱装置が、導管に対する流入口と流
出口との中間の位置に設けられる。加熱装置は、導管から離れて設けられ、導管
を加熱装置と液体的に接続する通路を設けてもよい。または、加熱装置は、導管
内において熱媒流体に熱を直接与えるように設けられてもよく、または加熱装置
は、熱媒流体に加えて、加熱された流体を導管に導入するためのバルブを含んで
もよい。

【００１４】さらに、シールは、好ましくは、導管を通して、選択された経路に熱媒流体の
流れを導くように、流入口と流出口との間の導管に設けられる。流体シールは回
転軸に接続された複数のベーンを含んでもよく、そこでは軸から離れた各々のベ
ーンの端部が導管に対してスライド式流体シールを形成する。あるいは、流体シ
ールは導管におけるくびれの形であってよい。

【００１５】複数の加熱/冷却チャネルが備えられてもよく、各々の吸収剤容器は、第１部
分から離れた第２部分と、加熱/冷却チャネルに対して吸収剤容器の第２部分の
相対的な循環運動をもたらす駆動手段とを有する。好ましくは、加熱/冷却チャ
ネルは、各々吸収剤容器の第２部分を越える液体の流れを生成するように配置さ
れる。

【００１６】この発明においては、連続的でかつ安定した加熱/冷却の出力が達成される。
また、適切な吸収剤を用いると、吸収剤の冷却/ｋｇが１ｋＷを超える高出力密
度が達成され得て、かつ１０ｋＷのチラーに対してわずか０．２ｍ³のシステム
ボリュームである。さらに、専門のアンモニアバルブ、ポンプおよび制御装置が
ないため、圧縮装置の建設およびメンテナンスが大幅に簡略化され、かつ装置全
体のコストが削減される。ガス燃焼空調システムにおいて、採用されるサイクル
の熱再生の特質のために、この発明を用いると、０．９５のＣＯＰが達成される
と考えられる。

【００１７】好ましくは、吸収剤は、活性炭である。しかしながら、沸石、シリカゲル、金
属水素化物、塩化カルシウムのような化学的吸収剤、および水やリチウムブロマ
イドのような液体吸収剤などを代替材料として用いてもよい。

【００１８】この発明の圧縮装置は、直接空調や冷凍機に用いられ得る。さらに、この発明
は、液体のチリングや製氷に用いてもよい。実際、この発明の圧縮装置は、空調
や工業用冷凍機、さらにはヒートポンプ中や熱変換器として熱/冷却が求められ
る全ての場合において適している。

【００１９】ここでは、一般的に固体吸収剤について説明されたが、この発明では、また、
たとえば、冷媒としてアンモニアを含んだ水などの液体吸収剤を採用してもよい
ことが理解されるべきである。

【００２０】

【実施例】

図２に示す吸収剤容器１０は、約１ｍの長さと約１０ｍｍの直径を持つ管（チ
ューブ）を含む。このチューブは、好ましくは、熱伝導を高めるため約０．５ｍ
ｍの壁厚を有するアルミニウムやステンレス鋼から形成される。容器１０は、好
ましくは、アンモニアのような吸収流体を冷媒として含む。吸収ゾーンと呼ばれ
る容器１０の第１端部１２では、吸収剤１１の層が厚さ約２ｍｍの容器壁の内面
をライニングしている。吸収剤は、好ましくは、モノリシックカーボン(monolit
hic carbon) であるが、後に詳細に説明するように、別の吸収剤を用いてよい。
上記に設定した寸法比が好ましいが、吸収剤容器の別のサイズや形も考えられる
。

【００２１】吸収ゾーン１２に隣接して中央断熱ゾーン１３が設けられ、そこでは、不活性
材が容器壁をライニング（裏打ち）していて、かつ化学的に不活性なプラグとし
て作用する。このプラグは、容器の「死空間(dead volume)」を制限し、または
、このゾーンの容器の直径を小さくすることにより得られる。好ましくは、不活
性材料は、熱伝導性が悪く、そのために容器の一端から他端への熱伝導や熱伝達
を制限する。不活性材は、セラミックや金属材料で形成されてもよい。この吸収
剤容器１０の或る設計では、中央ゾーン１３を省略してもよく、さらに、不活性
剤のライニングを省略してもよい。

【００２２】吸収ゾーンに対して容器の反対端には、蒸発/凝縮ゾーンとしても認識される
第２端部領域１５がある。蒸発/凝縮ゾーン１５は、容器１０の壁に近くに凝縮
された冷媒を保持するための毛細管作用を保証する内壁上の金網１６を含む。金
網１６は、吸収ゾーン１２の吸収剤の材料とは違った吸収剤特性を有する吸収剤
に置換されてもよい。あるいは、もしゾーン１５がゾーン１２の下に配置されて
いれば、金網１６を省略してもよい。もしくは、蒸発/凝縮ゾーン１５における
容器の内壁を、凝縮用の核生成の場所を提供するように構成してもよい。たとえ
ば、壁は、溝付きまたは焼結されてもよい。

【００２３】ここで、図３を参照して、図２の複数の吸収剤容器１０を含んで圧縮装置２０
が示される。図３では、１６個の吸収剤容器のみが示されているが、各々が近傍
のものと位相が僅かにずれて作動する、典型的には、３０個もしくはそれ以上の
容器が用いられる。吸収剤容器１０は回転軸Ｘの円環の回りに配置され、容器１
０の各々の長手方向(length) は、回転軸Ｘに略並行である。

【００２４】容器１０は、全ての吸収剤容器に共通であるトーラス形状(torus-shaped：円
環面形状)の流体導管２１の内部に包括され、かつ回転軸Ｘのまわりに実質的に
円周上に流れる熱媒流体のための経路を提供する。トーラス形状の流体導管２１
は、図３で示すように吸収剤容器が時計方向に回転軸Ｘの周りを実質的に円環形
の経路中を移動する同心円筒の壁により規定される。導管の幅に対応する同心円
筒の半径方向の断面は、好ましくは、吸収剤容器１０の直径よりもほんの少し大
きい。たとえば、導管２１の幅は略１５ｍｍである。流体導管２１の全幅は、吸
収剤容器１０の吸収ゾーン１２の長さに略対応しており冷媒の吸収が起こる吸収
剤容器の領域を全般的にカバーする。図面では１本の導管のみが示されているが
、導管は、異なった半径の複数の別個の導管に分割されてもよく、また軸方向に
互い積み重ねられてもよい。各導管が熱媒流体の円周方向の循環のための経路を
規定し、吸収剤容器１０は、導管全体に伸長し、かつ導管内の熱媒流体の流れに
対して逆流する。

【００２５】各容器１０の収着ゾーン１２の自由端は、バッフル（図３には、図示せず。図
６の参照番号３２参照）の対向周縁（リム）に取り付けられる。バッフルは、容
器を支持し、かつ固定導管２１を通して移動するときに容器１０の動きを制御す
るために用いられる。バッフルは、また導管２１の端部を封止するために用いら
れ、それによって、導管から流体の逃げないし漏れを制限する。バッフルは、吸
収剤容器と共に、図６の軸３３を軸に回転し、導管の端部２1´に対するスライ
ド式シールを形成する。同様のバッフル３２は、導管の端部２１´の反対方向に
、吸収ゾーン１２と断熱ゾーン１３との間にも設けられる。軸３３は、たとえば
、毎分約1回の速度での吸収剤容器の回転のための原動力を与える。

【００２６】図３の流体導管２１は、導管２１の主円周経路に向かって半径方向に内方に入
る流入口２２を有し、流出口２３は、流入口２２に隣接しかつ流入口２２に略並
行に、導管の主経路から半径方向に外方に向かって伸長する。熱媒流体は、流入
口２２から流出口２３に向かって流れ、この図に示すように、導管を通して、容
器１０の回転運動に対して逆流となる。

【００２７】流入口２２と流出口２３に対して略正反対な位置に（たとえば、およそ９０°
から１８０°の間）おいて、導管２１は、環状に押し出し成型された導管の周囲
から、吸収剤容器１０から離れた加熱区間２５へ向かって外方に伸長し、そして
、加熱区間２５から流出口２３への導管の円周経路へと戻る分岐ダクト２４を有
する。このように、熱媒流体の経路は、分岐ダクト２４で円周経路から迂回され
、その後、分岐ダクトの後ろの同じ円周経路に戻る。分岐ダクトは、流入口２２
と流出口２３の反対方向に位置されるように示されるが、流入口と流出口との間
の異なる中間点を採用してもよい。加熱区間２５は、通常の熱交換器で形成され
てよく、またガスやその他の燃料の燃焼を通しての直接加熱を受ける区間を有し
てもよい。別の加熱方法は、太陽熱のような再生資源を使用して達成され得る。
圧縮装置が内燃エンジンと組み合わせて用いられれば、加熱区間は、エンジンか
らの排気ガスの熱を使用してもよい。分岐ダクト２４を除いて、導管内の熱媒流
体は、一般的には、図３のように回転軸Ｘを軸に時計回りに回転する。このよう
に、吸収剤容器１０と熱媒流体とは互いに逆流となる。

【００２８】流体シール２６は、導管の全幅に延びる導管２１内に設けられ、そして、図３
に示すように、分岐ダクト２４が流体導管２１に合流する２つの点の間に配置さ
れる。流体シールは、吸収剤容器の通過を許容するが、分岐ダクト２４の前の導
管２７の区間から分岐ダクトの後の導管２８の区間への熱媒流体の逃げないし漏
れを制限する。流体シール２６は、シール２６が流入口２２と流出口２３との間
に位置する図７に示すように、回転軸Ｘに並行している軸上に設けられるＸ型部
材の形態であってよい。Ｘ型部材２６は、Ｘ型部材の個別ベーンと導管壁との間
のスライド式のシールを保持しつつ流体導管内で回転を可能にするような大きさ
である。もちろん流体シールは、Ｙ型であってもよい。導管の第１部分２７から
第２部分２８への流体の直接の流れを制限しつつ吸収剤容器の通過を許容するシ
ールの別の設計を図８から図１０までに示す。

【００２９】図８において、流体シールは、導管の幅のくぼみにより形成され、そのため吸
収剤容器１０は、導管壁に対してスライド式の流体シールを形成する。このよう
な設計は、管の表面が滑らかな圧縮装置に最適である。

【００３０】図９において、フレキシブルなまたはばね付勢フラップが、導管の壁に設けら
れ、吸収剤容器の各々と滑動的に係合する。

【００３１】図１０において、導管２１を通る熱媒流体のための入り組んだ(labyrinthine)
通路を形成する容器とともに動く吸収剤容器の各々の間に、バリアが配置され
る。このときも、導管の幅は流入口と流出口の間で狭められ、そのため、バリア
は、流体シールを形成する導管の壁に滑動して係合する。そのような構成によれ
ば、外表面にフィンを有する容器が用いられる場合でも、流体シールを確保でき
る。

【００３２】図３において、流体シールは、分岐ダクト２４を通り導管の第１部分２７から
導管の第２部分２８へ熱媒流体が流されることを保証する。同様な流体シールが
、まず始めに、導管２１を通ることなく、直接流入口２２から流出口２３へ熱媒
流体が流れるのを制限するために用いられる。図７のシールの場合、流体シール
のアームが、導管内の時計回りの方向に吸収剤容器を向けさせるために用いられ
てもよい。

【００３３】圧縮装置の反対端には、２つの流体チャネル２９および３０が形成される。２
つの流体チャネルは流体導管２１に似た構造を有し得るが、各チャネルはその流
入口と径方向の反対にある流出口を有する。あるいは、あまり制限的でないその
２つのチャネル２９および３０の構造は、図１１に示すように、全体に断面が矩
形のパイプの形状をしており、そのパイプを２つに分割する分割器３１を有して
もよい。チャネル２９および３０は、好ましくは、容器１０の蒸発/凝縮ゾーン
１５を越えて延びる。あるいは、チャネル２９および３０は、容器１０の中央な
いし断熱ゾーン１３を部分的にないしは全体的に覆うように伸長してもよい。分
割器３１は、適宜の流体シールを用いて吸収剤容器の回転通過を許容しながら、
一方の流体チャネルから他方の流体チャネルへの流体の流れを封止するために配
置される。チャネルの両端を閉鎖し、流体の軸方向への漏れを制限するために、
バッフル３２が再度使用される。そのうえ、最も外側のバッフルは、容器の両端
を支持するために使用される。蒸発/凝縮チャネル２９および３０と家庭用温水
ないし放熱システム等における外部流体の流れとの間で熱伝達するために、ヒー
トパイプ、熱交換器または熱サイホン(thermosypon)を使用されてもよい。

【００３４】吸収剤容器の回転方向Ｙを図３に示し、流体管２１を通った熱媒流体の逆流方
向を図４に示す。流体チャネル２９および３０を通る空気等の流体の流れを図５
に示す。明確にするために、図５は圧縮装置の端部から見て描かれているので、
吸収剤容器の回転方向は図３および図４で示されるのとは逆である。図３から分
かるように、チャネル２９および３０における流体の流れは、吸収剤容器の動作
方向にも逆であり、そして以下に詳細に説明されるように、吸収剤容器の温度勾
配にも逆である。図４および図５を参照して圧縮装置の動作を説明する。

【００３５】最初は冷たくかつ吸収ゾーン２１の流出口２３でサイクルを開始し、そして、
約２５％のアンモニアを含むモノリシックカーボンの形での吸収剤を備える単一
吸収剤容器を考えると、吸収ゾーン２１が加熱され、それが、カーボンの温度を
上昇させかつ容器内の圧力を上昇させ、その結果アンモニアが脱離される。アン
モニアは、蒸発/凝縮ゾーン１５で凝縮し、その環境に熱を放出する。凝縮膜は
、その厚みが増すにつれて熱伝導もよい金網１６の毛細管作用によって、容器の
壁に近接して保持される。その金網１６は、ヒートパイプ芯と似た作用を行う。
好ましくは、蒸発/凝縮ゾーン１５の長さは、アンモニアの単位体積につき１０
〜１５％間でカーボンを脱離可能にするに十分なものである。引力の作用によっ
て液状の吸収剤がゾーン１２に戻ることが妨げられるため、ゾーン１５がゾーン
１２の下方にあれば、金網１６を省略してもよい。その沸騰熱伝導は金網によっ
て高められるが、金網は本質的なものではない。

【００３６】収着ゾーン１２は周囲温度に向かって再度冷却されるので、アンモニアはモノ
リシックカーボン１１へと再度吸収される。このため、容器１０内の圧力は減じ
られ、蒸発/凝縮ゾーン１５において液状のアンモニアが沸騰する結果となる。
このため、熱が蒸発/凝縮ゾーン１５の周囲から奪われ、そしてその周囲が環境
温度以下に冷却される。

【００３７】図３に示される装置に関して、吸収剤容器１０の各々は、隣接する容器のサイ
クルに対してわずかに位相がずれている。それらの容器は、図３に示されるよう
に、流体導管２１内で回転軸Ｘを中心に時計方向に回転する。熱媒流体は、吸収
剤容器の回転に対して逆流となり、そのために図３において半時計方向に流動す
る。

【００３８】ここで導管２１を通る熱媒流体の流れに戻って、熱媒流体は、環境温度で流入
口２２を通って流入し、そして逆流移動する吸収剤容器１０に遭遇する。外気は
吸収剤容器を冷却し、そのため吸収剤容器が冷媒を吸収させることを可能にし、
蒸発チャネル２９内に冷却効果を生じさせる。熱容量が緩やかに動くがさらによ
り大きな収剤容器にマッチするように、熱媒流体の流速が選択される。その熱媒
流体は、導管の第１区間２７のまわりに反時計方向に進むにつれて、その温度が
上昇する。同様に、吸収剤容器の温度も、その容器１０が流入口２２から離れる
につれて、上昇する。

【００３９】第１区間２７の端部にある分岐ダクト２４付近で、吸収剤容器は、熱媒流体を
約２００℃の吸収剤で約１２５℃に加熱し得た。事前に加熱された熱媒流体は、
分岐ダクト２４に沿って加熱区間２５へと流れ、そこでその熱媒流体は、たとえ
ば約２５０℃の領域の温度に加熱される。その高温の熱媒流体は、導管２１の第
２区間２８にある吸収剤容器に再導入される。加熱された熱媒流体は、容器内の
吸収剤を環境温度ないし５０℃のような低温から約２００℃の温度へと加熱する
。冷媒の脱離を起こすこの容器の加熱により、蒸発/凝縮ゾーン１５において対
応する凝縮が生じる。冷媒が凝縮されるので、凝縮チャネル３０に流れ込む流体
が加熱される。

【００４０】上で挙げた温度の例示は理解を容易にするためのもので、制限的に考えられる
べきでない。

【００４１】図６に戻って、類似するが別の圧縮装置が同様の参照数字によって識別される
同様の要素で示される。この圧縮装置では、分岐ダクトは省略され、その代わり
に、ヒータ２５によって熱が直接導管２１内の熱媒流体に供給される。さらに他
の代替例において、高温の流体の流れがこの時点で熱媒流体に追加されてもよい
。その他全ての点で、この圧縮装置は、図３で示される圧縮装置と同じである。

【００４２】図１２において、圧縮装置は、吸収剤容器を循環経路周りに駆動する２つの軸
３３および３４を備える概略矩形である。外側のケースは、この図面から省略さ
れている。容器を導管２１中心に回転させるため、各軸は、容器１０の対向する
自由端に係合される１対のスプロケットホイール３５に接続される。リンク３６
の連続鎖は、各リンク３６がそれぞれの容器の端部に固定されながら、容器の移
動を制御する。各リンク３６は、相対的な回転移動を許容するように隣接リンク
へと固定され、そしてその鎖によって、容器を循環経路で導くことが可能となる
。鎖はまた、熱媒流体の導管２１から外方への軸流を防止するための流体シール
も提供する。シールのベーン３７は、図１２において下方のスプロケットに隣接
し、そして、蒸発/凝縮チャネルにある最上位の容器間にも示される。ヒータ２
５が、流入口２２および流出口２３に正反対の位置を反時計回りに越えて、導管
２１の外壁に直接装着されることが図１２から分かる。それゆえに、ヒータ２５
の軸方向の端部は蒸発/凝縮チャネル間にあるスプロケット３５に接触しないた
め、蒸発/凝縮ゾーン１５がチャネル３０に存在する場合にのみ、各々の容器の
吸収剤領域が加熱される。

【００４３】図１３において、冷媒の供給それ自身を含む各容器１０の代わりに、全容器１
０´がチェックバルブ３８を介して接続される。ゆえに、容器１０´は、吸収ゾ
ーン１２や発生部のみからなるような先の図面の容器とは幾分異なる構造である
。容器１０´の両端は、凝縮器３０´および蒸発器２９´に連通する。図示され
ないが、図１３の装置は、導管の円周に配置される一連の容器１０´を有する（
図１３にはただ２つの容器しか示されていないが、実際は３２個以上の別々の容
器が使用される）。先の実施例に関して、熱媒流体は、容器１０´内の吸収剤を
加熱および冷却するために導管内で容器の回転方向とは逆に流れるように、導管
に供給される。

【００４４】使用の際、容器１０´内の内部圧力が凝縮器の圧力を超えると、チェックバル
ブ３８の開口により、冷媒は全容器１０´に共通の凝縮器３０´へと流出可能と
なる。冷媒は、外部流体の流れによって冷却される凝縮器のチューブにおいて凝
縮する。冷媒液は、次いで、従来の蒸気圧縮冷凍システムで使用されるタイプの
減圧膨張バルブ３９を通って流出し、そして全容器１０´に共通の蒸発器２９´
に流入する。冷媒は、外部流体の流れから熱を引き出し、蒸発器２９´内で沸騰
する。その冷媒ガスは、次に、蒸発器以下の圧力にあるいずれの容器１０´へも
チェックバルブを介して逆流する。

【００４５】容器１０´は、もはや個々の蒸発/凝縮ゾーンを有さないので、先の実施例に
おいて固有のかつ非効率的なこれらのゾーンにおける反復的な容器の加熱/冷却
が回避される。そのかわりに、冷媒は、容器と共に回転する個別の凝縮器および
個別の蒸発器へと流出される。この構造により、凝縮器および蒸発器が異なる位
置で一定温度に保たれるので、さらに効率的となる。図１３に示されるように、
フィンが、さらに熱伝導を高めるために、容器１０´、凝縮器３０´、および
蒸発器２９´の各外壁に導入され得る。

【００４６】上述の圧縮装置に関して、熱の入出力は、安定していてかつ連続的である。ま
た、導管の第１区分２７にある一方のチューブからの吸収熱が、導管の第２区分
２８の他方を脱離するために使用されるような吸収剤容器の高度な再生加熱法も
ある。これにより、ＣＯＰが高められる。さらに、この装置は、簡単な構造を有
し、かつ複雑な冷媒バルブおよびポンプを必要としないので、製造コストが低減
される。この装置の追加的な利点として、いずれか１つの吸収剤容器が故障した
場合でも、ごく少量の冷媒が放出されるだけであるので、その装置の潜在的な公
害を制限できる。

【００４７】吸収剤容器との熱伝達を最大にするために、たとえば図１２および図１３を参
照して、たとえば、容器に対して軸方向にまたは同心円状に整列したフィンを増
やすことによって表面領域が増加するように、吸収剤容器の外面を構成してもよ
い。また、４の倍数(factor of four)によって表面領域を増やすために適度なチ
ューブフィン付けが有効であろう。さらに、今例示された熱媒流体の流れのかわ
りに、吸収剤の熱勾配とは逆の通常流出方向を維持しながら、熱媒流体は、入り
組んだ経路を規定する固定スロットを通って導管に沿って放射状に流れてもよい
。

【００４８】適宜な吸収剤は、活性炭、沸石、シリカゲル、金属水素化物、および塩化カル
シウム等の化学吸収剤を含む。ゾーン１２および１５間での液体の吸収剤および
液体の吸着剤の搬送を回避するために適宜な手段が使用される場合には、水また
は臭化リチウム等の液体の吸収剤を代用として使用してもよい。固体の吸収剤に
関しては、容器壁と熱的接触を高め、吸収ガスが容器の軸方向に沿ってチャネル
を通って自由に移動でききるように、粒体材料をバインダで固定および/または
結合してもよい。適宜な冷媒は、アンモニア、水、従来の冷媒、および二酸化炭
素を含む。導管２１内の熱媒流体およびチャネル２９および３０内の流体は、こ
れらに限られないが、空気、燃焼ガス、伝熱オイル、水またはグリコール混合物
を含む適宜な流体でよい。

【００４９】上述した圧縮装置は固定導管を通って移動する吸収剤容器を有するが、別の設
計では、導管の第１および第２区間で吸収剤容器の高まる温度勾配と同じ方向に
流体の流れを維持しつつ、容器および/または熱媒流体のみに対して相対的に回
転移動する導管を有する吸収剤容器が固定的に保持されてもよい。つまり、熱媒
流体の流動方向は、導管の第１区間における冷たい容器から導管の第２区間にお
けるの熱い容器へと向かう方向である。流入口２２を基準の枠組みとすると、移
動するものが容器であれ導管であれ、熱媒流体は吸収剤容器に対して逆流する。
さらなる代替例では、吸収剤容器が、導管の内壁に固着され、その導管の内壁と
ともに回転し得る一方、その外壁は固定されたままである。いずれにしろ、必要
なことは、導管の流入口（または流出口）に対する容器の相対的な移動である。

【００５０】しかしながら、熱再生は、蒸発/凝縮チャネル２９および３０に関して問題で
はないので、容器に対するチャネル内の流体の流れは、たとえば放射状、軸方向
または接線方向等のどの方向でもよい。さらに、チャネル２９および３０内の流
体が容器１０の回転方向に反して流動することは本質的なことではない。

【００５１】圧縮装置が、全体として、円筒型の構造を有することは不可欠なことではない
。図１２に示されるように、吸収剤容器の温度勾配に対する熱媒流体の相対的な
流れを依然維持するならば、別の形状を利用してもよい。さらに、圧縮装置は、
任意の実施例で、ほぼ水平な回転軸を備えて示されているが、圧縮装置は、その
回転軸が吸収剤ゾーンの真下の蒸発/凝縮ゾーン１５に対して垂直に整列するこ
とが好ましい。

【００５２】さらに、流体シールを設けることについて始終言及されてきたが、そのような
シールは完全でなくてもよい。シール越しの多少の流体の漏れも、圧縮装置の動
作および効率を大幅に低減することなく許容され得る。

【００５３】最後に、さらに高度なＣＯＰを達成するために複数の圧縮装置がリンクされて
もよい。これによって、達成される温度幅が広がり、必要とされる駆動温度が低
減され得る。そのようなリンクしたシステム内の個々の圧縮装置は、同じ速度で
回転されたり、同じ吸収剤材料や冷媒が使用される必要はない。そのサブアセン
ブリは、放射線状または軸方向にずらされてもよい。さらなる変形例では、熱媒
流体の逆流を依然維持しながら、異なる放射状の複数行の容器が使用され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は基本的な吸収サイクルを示す図解図である。

【図２】図２はこの発明に従った吸収剤容器の図解的な断面図である。

【図３】図３はこの発明に従った圧縮装置の第１実施例を示す図解的斜視図である。

【図４】図４は圧縮装置の吸収ゾーンの温度分布を示す図解図である。

【図５】図５は圧縮装置の蒸発/凝縮ゾーンの熱伝達を示す図解図である。

【図６】図６はこの発明に従った圧縮装置の第２実施例を示す図解図である。

【図７】図７は圧縮装置に用いられる別の流体シールをさらに詳しく示す図解図である
。

【図８】図８は圧縮装置に用いられるさらに別の流体シールをさらに詳しく示す図解図
である。

【図９】図９は圧縮装置に用いられるなおも他の流体シールをさらに詳しく示す図解図
である。

【図１０】図１０は圧縮装置に用いられるその他の流体シールをさらに詳しく示す図解図
である。

【図１１】図１１は圧縮装置の蒸発/凝縮チャネルに使用される流体シールをさらに詳し
く示す図解図である。

【図１２】図１２はこの発明に従った圧縮装置の第３実施例を示す図解図である。

【図１３】図１３はこの発明に従った圧縮装置の第４実施例を示す図解図である。

【符号の説明】１０ …吸収剤容器２０ …圧縮装置２１ …流体導管２２ …流入口２３ …流出口２４ …分岐ダクト２６ …流体シール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々が吸収剤材料および吸収剤流体を含む複数の吸収剤容器、複数の吸収剤容器の各々の少なくとも一部がその中に配置され、熱媒流体がそ
の中で流動し、かつ流入口と流出口を有する１つまたはそれ以上の流体導管、お
よび導管の流入口で熱媒流体が吸収剤容器に対して逆流になるように流入口に対し
て吸収剤容器を相対的に循環運動させる駆動手段を備える、圧縮装置。
【請求項２】導管は固定され、そして駆動手段は複数の吸収剤容器に接続される、請求項１
記載の圧縮装置。
【請求項３】導管は押し出しした環状体であり、その中で、吸収剤容器が環状体の中心軸に
整列した吸収剤容器の軸で動く、請求項２記載の圧縮装置。
【請求項４】吸収剤容器が回転円盤のエッジ領域に装着され、その回転円盤は導管に対して
スライド式流体シールを形成する、請求項３記載の圧縮装置。
【請求項５】導管の流入口と流出口との間の中間位置において熱媒流体を加熱する加熱装置
をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧縮装置。
【請求項６】加熱装置は導管から離れて位置決めされ、そして通路が導管を加熱装置に流体
接続する、請求項５記載の圧縮装置。
【請求項７】加熱装置は熱媒流体に加えて、加熱された流体を導管へ導入するバルブを含む
、請求項１ないし５のいずれかに記載した圧縮装置。
【請求項８】熱媒流体の流れを、導管を通る一方方向に制限するために流入口と流出口の間
の導管に流体シールを設けた、請求項１ないし７のいずれかに記載の圧縮装置。
【請求項９】流体シールは回転軸に接続される複数のベーンを含み、軸から離れた各ベーン
の端部が導管に対してスライド式流体シールを形成する、請求項８記載の圧縮装
置。
【請求項１０】複数の加熱/冷却チャネルが設けられ、吸収剤容器の各々は第１部分から離れ
た第２部分を有し、そして前記駆動手段は加熱/冷却チャネルに対して吸収剤容
器の第２部分を相対的に循環運動させる、請求項１ないし９のいずれかに記載の
圧縮装置。
【請求項１１】加熱/冷却チャネルは吸収剤容器の各々の第２部分を通る流体の流れを生成す
るように配置される、請求項１０記載の圧縮装置。
【請求項１２】各吸収剤容器は、第１部分と第２部分との中間にある第３部分を含み、その第
３部分は第１部分から第２部分またその逆への熱の移動を制限する、請求項１０
または１１記載の圧縮装置。
【請求項１３】流体シールが導管と加熱/冷却チャネルとの間に設けられる、請求項１ないし
１２のいずれかに記載の圧縮装置。
【請求項１４】１つまたはそれ以上の吸収剤容器が、その１つまたはそれ以上の容器とは別で
ある凝縮器および蒸発器に流体連通する、請求項１ないし９のいずれかに記載の
圧縮装置。
【請求項１５】凝縮器および蒸発器が複数の容器に対して共通である、請求項１４記載の圧縮
装置。
【請求項１６】請求項１ないし１５のいずれかに記載の圧縮装置を備える、冷凍器。
【請求項１７】請求項１ないし１５記載のいずれかに記載の圧縮装置を備える、ヒートポンプ
。
【請求項１８】請求項１ないし１５記載のいずれかに記載の圧縮装置を備える、空気調和シス
テム。
【請求項１９】請求項１ないし１５記載のいずれかに記載の圧縮装置を備える、熱変換器。