JP2009275937A - 真空化装置及びこの真空化装置の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に水を吸着質として用いる吸着式ヒートポンプにおいて、モータ駆動等の駆動力を必要とする真空ポンプを省略しても、密閉容器内の真空化が可能で、しかも不要気体の溶存のない脱気水補給が可能な真空化装置及び運転制御方法を提供する
【解決手段】 密閉水槽１１に純水を導入し、加熱手段１２で沸騰させる。生じた水蒸気を大気開放路１４から排出させる。所定時間継続で水中の溶解気体は脱気され、気相部１１ａからも水蒸気以外の気体が除去される。密閉した後、加熱を継続して送給路１６を通して上部空間の水蒸気を吸着槽１に導入して大気圧以上まで押し込む。水蒸気導入を継続しつつ大気開放路１４から水蒸気を順次パージして、吸着槽内を密閉する。蒸発用熱交換器４１に低温水を循環させて吸着槽１内を冷却し、飽和水蒸気圧まで真空化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸着式冷凍サイクルを利用した吸着式ヒートポンプであって、水を吸着質として用いる吸着式ヒートポンプの内部を真空化させるために用いられる真空化装置及びこの真空化装置の運転制御方法に関する。

従来、吸着式ヒートポンプの密閉容器内に供給する冷媒量(吸着質量)を調整する濃度調節装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この吸着式ヒートポンプは、吸着剤に対し吸着質を吸着・脱着させることにより冷熱を取り出すものであって、特に作動中に吸着質が液相状態では存在しないようにしたものであり、上記濃度調節装置はこの吸着式ヒートポンプに対し効率の観点から最適量の吸着質をオンサイトで供給し得ることを意図している。

特開平９−３１８１９３号公報

ところで、冷凍サイクルを利用して吸着式ヒートポンプにより冷熱取り出しのための運転には密閉容器内を略真空状態に維持する必要がある。このため、吸着式ヒートポンプでは吸着質を内部に封入して真空状態にされて製品として出荷されることになり、又、使用に供されると定期的に密閉容器内を真空引きして真空状態に維持されることになる。かかる内部を真空化させるために吸着式ヒートポンプには真空ポンプが必要となり、このため、吸着式ヒートポンプには真空ポンプが必然的に付設されている。

又、このような吸着式ヒートポンプでは、真空状態に維持された内部に吸着質として水が封入されている場合に、その水や水蒸気以外の気体（例えばＮ２，Ｏ２，ＣＯ２，Ｈ２）が存在すると、吸着質の水を蒸発させる際に水の拡散を妨げて蒸発速度を低下させる原因となり、所定量の水を蒸発させるために要する時間がより長くなって、冷熱取り出しのための１サイクルの運転時間がより長くかかることになる。

上記の如き気体は、例えば真空ポンプとの接続部位に必要となるバルブに存在するシール部位から、つまり外部から僅かずつであっても空気が侵入したり、吸着剤に吸着されたまま残留した気体分子や熱交換器の金属表面に吸着されたままの気体分子（アウトガス）
が後になってから密閉容器内に放出されたり、内部に封入された吸着質の水が化学反応を生じて気体を発生させたり、というような原因により存在することになるおそれがある。

従って、上記の密閉容器内を恒久的に水や水蒸気のみが封入された状態の真空状態に保持することは困難であり、そのため、定期的に真空ポンプを作動させて密閉容器内を真空引きさせるというメンテナンスが行われている。このようなメンテナンスは、事業用であるとその頻度は１回／月程度であるものの、家庭用となるとその規模に起因して外部からの空気の侵入割合が大きくなってメンテナンスの頻度も増大すると考えられる。ところが、メンテナンスの頻度が増大すると、真空引きに伴い密閉容器内の水蒸気も引かれてしまって吸着質量の不足が生じるため、外部から水の補給を行う必要が生じる頻度も増大することになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特に水を吸着質として用いる吸着式ヒートポンプにおいて、真空ポンプの付設を省略することを可能とし、モータ駆動等の駆動力を必要とすることなく吸着式ヒートポンプの密閉容器内を真空化させ得る真空化装置及び真空化させるための運転制御方法を提供することにある。加えて、真空化のみならず、密閉容器内へ不要気体の溶存がない脱気水を吸着質として補給し得るようにすることも目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る真空化装置の発明では、水を吸着質として用いて吸着式冷凍サイクルが実行される吸着式ヒートポンプを構成する吸着槽であって開閉切換可能な排出路が接続された吸着槽の内部を真空化させる真空化装置を対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、密閉容器として構成され内部に水が導入可能とされた水槽と、水槽内の水を加熱して水蒸気を発生させる加熱手段と、水槽内の気相部を大気に対し開閉切換可能に開放する大気開放路と、下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の気相部から水蒸気を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路とを備えてなることとした。

この真空化装置の場合、大気開放路を開にして加熱手段によって水槽内の水を沸騰させて水蒸気を所定時間放出させると水槽内の気相部から水蒸気以外の気体が追い出され、この状態で水槽を密閉して気相部に充満する水蒸気を、排出路を開にした吸着槽内に押し込み注入し、吸着槽内を水蒸気でパージした後に吸着槽内を密閉し、この密閉状態で冷却すれば吸着槽内を水の飽和水蒸気圧まで真空化させることが可能となる。このため、吸着式ヒートポンプに対し動力エネルギーを必要とするような従来の真空ポンプを付設する必要をなくして、真空化装置によって代替させることが可能となる。

上記の真空化装置においては、さらに、下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の水面下の液相部から水を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路を備える用にすることができる（請求項２）。この場合には、上記送給路を開にすることにより、液相部から水を吸着槽内へ補給することが可能となる。

又、上記水槽内の水の温度を検知する温度検知手段と、上記水槽内の所定水位を検知する水位検知手段とをさらに備えるようにすることができる（請求項３）。この場合には、真空化装置を用いて吸着槽の真空化を行うのに、より便宜となる。

さらに、上記排出路と、上記大気開放路と、上記気相部からの水蒸気の送給路とにそれぞれ開閉制御弁を介装し、これら各開閉制御弁の開閉作動制御と上記加熱手段の加熱作動制御とを行うことにより吸着槽内を真空化させる真空化運転制御手段を備えるようにすることができる（請求項４）。この場合、吸着槽内の真空化を真空化運転制御手段による制御によって自動的に行わせることが可能となる。

請求項５に係る真空化装置の運転制御方法は吸着槽内を真空化させる方法に係る発明であり、この発明では、水を吸着質として用いて吸着式冷凍サイクルが実行される吸着式ヒートポンプを構成する吸着槽であって開閉切換可能な排出路が接続された吸着槽の内部を真空化させる真空化装置の運転制御方法を対象として、次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記真空化装置として、密閉容器として構成され内部に水が導入可能とされた水槽と、水槽内の水を加熱して水蒸気を発生させる加熱手段と、水槽内の気相部を大気に対し開閉切換可能に開放する大気開放路と、下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の気相部から水蒸気を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路と、上記排出路、大気開放路及び送給路にそれぞれ介装された開閉制御弁とを備え、これら開閉制御弁と上記加熱手段とを制御対象にする。そして、上記水槽内の気相部をパージするパージ処理と、このパージ処理後の気相部から上記吸着槽内へ水蒸気を押し込み注入する押し込み注入処理と、その後に吸着槽内をパージするパージ処理と、このパージ処理後に吸着槽内を密閉状態にして冷却する冷却処理とを行うようにする。上記水槽内のパージ処理としては、上記大気開放路の開閉制御弁のみを開変換させた状態で水槽内に導入した水を加熱手段により加熱・沸騰させ、発生する水蒸気により水槽内の気相部をパージするようにし、上記水蒸気の押し込み注入処理としては、上記大気開放路の開閉制御弁を閉変換させて上記送給路の開閉制御弁を開変換させた状態で、加熱手段の加熱作動により発生する水蒸気を送給路を通して吸着槽内に大気圧以上になるように押し込み注入する。また、上記吸着槽内のパージ処理としては、上記水蒸気の押し込み注入処理を継続させつつ上記排出路の開閉制御弁を開変換させて吸着槽内の水蒸気を順次押し出して排出させ、上記冷却処理としては、上記吸着槽内のパージ処理における送給路及び排出路の両開閉制御弁を共に閉変換させて吸着槽内を密閉し、吸着槽が備える冷凍サイクルに基づく低温熱媒を循環させて吸着槽内を冷却するようにする。

この真空化装置の運転制御方法の場合、吸着槽内を確実に水の飽和水蒸気圧まで真空化させることが可能となる。すなわち、吸着式ヒートポンプに対し動力エネルギーを必要とするような従来の真空ポンプを付設する必要をなくして、真空化装置によって代替させることが可能となる。加えて、真空化が可能になると同時に、吸着槽内を吸着質である水又は水蒸気のみで満たすことができ、その水又は水蒸気も不要な溶解気体を除去した後の脱気水や水蒸気にすることができるようになる。このため、吸着式ヒートポンプの出荷時の真空化や、あるいは、その後の使用中のメンテナンス時の再真空化及びアウトガス等の不要気体の除去を効率よくしかも省エネルギー化を図った状態で行うことが可能となる。

請求項６に係る真空化装置の運転制御方法は吸着槽への脱気水の補給方法に係る発明であり、この発明では、水を吸着質として用いて吸着式冷凍サイクルが実行される吸着式ヒートポンプを構成する吸着槽であって開閉切換可能な排出路が接続された吸着槽の内部を真空化させる真空化装置の運転制御方法を対象として、次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記真空化装置として、密閉容器として構成され内部に水が導入可能とされた水槽と、水槽内の水を加熱して水蒸気を発生させる加熱手段と、水槽内の気相部を大気に対し開閉切換可能に開放する大気開放路と、下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の水面下の液相部から水を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路と、上記排出路、大気開放路及び送給路にそれぞれ介装された開閉制御弁とを備え、これら開閉制御弁と上記加熱手段とを制御対象にする。そして、上記水槽内の気相部をパージするパージ処理と、このパージ処理後の水槽を密閉して液相部から上記吸着槽内へ水を補給する補給処理とを行うようにする。上記水槽内のパージ処理としては、上記大気開放路の開閉制御弁のみを開変換させた状態で水槽内に導入した水を加熱手段により加熱・沸騰させ、水中の溶解気体を脱気させて発生する水蒸気により水槽内の気相部をパージするようにし、上記補給処理としては、上記大気開放路の開閉制御弁を閉変換させて上記送給路の開閉制御弁を開変換させた状態で、液相部から水を吸着槽内に補給させるようにする。

この真空化装置の運転制御方法の場合、吸着槽内に対し、不要気体の溶解のない脱気水を補給することが可能となり、単に純水を補給した場合に、その補給する純水に溶解している不要気体が吸着槽内に放出されて冷熱取り出し運転のサイクル時間の長時間化や、出力低下を招くおそれが生じるというような不都合発生のおそれを確実に回避することが可能となる。

以上、説明したように、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の真空化装置によれば、大気開放路を開にして加熱手段によって水槽内の水を沸騰させて水蒸気を所定時間放出させて水槽内の気相部から水蒸気以外の気体を追い出し、この状態で水槽を密閉して気相部に充満する水蒸気を、排出路を開にした吸着槽内に押し込み注入し、吸着槽内を水蒸気でパージした後に吸着槽内を密閉して冷却することにより、吸着槽内を水の飽和水蒸気圧まで真空化させることができるようになる。このため、吸着式ヒートポンプに対し動力エネルギーを必要とするような従来の真空ポンプを付設する必要をなくして、真空化装置によって代替させることができるようになる。

特に、請求項２によれば、水の送給路を追加することにより、液相部から水を吸着槽内へ補給することができるようになる。又、請求項３によれば、温度検知手段と水位検知手段とをさらに備えるようにすることにより、真空化装置を用いて吸着槽を真空化させるのをより便宜に行うことができるようになる。さらに、請求項４によれば、吸着槽内の真空化を真空化運転制御手段による制御によって自動的に行わせることができるようになる。

又、請求項５の真空化装置の運転制御方法によれば、吸着槽内を確実に水の飽和水蒸気圧まで真空化させることができるようになり、これにより、吸着式ヒートポンプに対し動力エネルギーを必要とするような従来の真空ポンプを付設する必要をなくして、真空化装置によって代替させることができるようになる。加えて、真空化が可能になると同時に、吸着槽内を吸着質である水又は水蒸気のみで満たすことができ、その水又は水蒸気も不要な溶解気体を除去した後の脱気水や水蒸気にすることができるようになる。このため、吸着式ヒートポンプの出荷時の真空化や、あるいは、その後の使用中のメンテナンス時の再真空化及びアウトガス等の不要気体の除去を効率よくしかも省エネルギー化を図った状態で行うことができるようになる。

さらに、請求項６の真空化装置の運転制御方法によれば、吸着槽内に対し、不要気体の溶解のない脱気水を補給することができ、単に純水を補給した場合に、その補給する純水に溶解している不要気体が吸着槽内に放出されて冷熱取り出し運転のサイクル時間の長時間化や、出力低下を招くおそれが生じるというような不都合発生のおそれを確実に回避することができるようになる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る真空化装置Ｓを吸着式ヒートポンプＨに接続させた状態を示す。なお、本実施形態で示す吸着式ヒートポンプＨは例示であり、真空化装置Ｓを適用する対象の吸着式ヒートポンプは、吸着質として水を用いて内部が真空状態に維持されるものであれば、上記の吸着式ヒートポンプＨに限らず、これ以外の他の構造の吸着式ヒートポンプであってもよい。

本実施形態で例示する吸着式ヒートポンプＨは、吸着槽１を構成する１つのハウジング１ａ内に吸着質として水が封入され、このハウジング１内に、一対の吸着器２ａ，２ｂを左右両側に隣接配置し、これら一対の吸着器２ａ，２ｂの上に凝縮器３を隣接配置し、下に蒸発器４を隣接配置したものである。一対の吸着器２ａ，２ｂ、凝縮器３又は蒸発器４は、ハウジング１の内部空間を区画壁５１，５２，５３で仕切ることにより互いに独立した密閉空間として区画形成された吸着／脱着室２０ａ，２０ｂ、凝縮室３０又は蒸発室４０と、各室に配設した吸着／脱着用熱交換器２１，２１、凝縮用熱交換器３１又は蒸発用熱交換器４１とで構成されている。ここで、吸着槽１とは、ハウジング１ａと、ハウジング１ａに内蔵した上記一対の吸着器２ａ，２ｂ、凝縮器３及び蒸発器４等との全体のことを指す。そして、吸着槽１には、その適所にハウジング１ａ内を、開閉制御弁Ｖ５を介して大気開放させて内部の流体を排出させる排出路１ｂが連通接続されている。かかる排出路１ｂは、吸着式ヒートポンプＨに本来設けられているものであるが、後述の真空化装置Ｓを用いた真空化運転制御の際に開閉切換が必要となるものである。

上記一対の吸着器２ａ，２ｂを構成する吸着／脱着用熱交換器２１，２１の外表面にはゼオライト，シリカゲルもしくは活性炭等の吸着剤が固定されている。そして、図示を省略しているが、各吸着／脱着用熱交換器２１には、これに対し高温（例えば７５℃）の熱媒又は低温（例えば３２℃）の熱媒のいずれかが供給切換可能に循環供給されるように熱媒供給配管が接続されている。つまり、吸着／脱着用熱交換器２１に低温の熱媒が循環供給されると、吸着器２ａ又は２ｂは、吸着工程を行うことになり、外表面の吸着剤が冷やされて気体状態の吸着質である水蒸気を吸着する吸着器の役割を果たすことになり、逆に高温の熱媒が循環供給されると、吸着器２ａ又は２ｂは、脱着工程を行うようになり、吸着剤に既に吸着されていた水蒸気を脱着(分離)させる脱着器としての役割を果たすことになる。

上記凝縮器３を構成する凝縮用熱交換器３１には、凝縮作動用に所定温度（例えば３２℃）の熱媒を循環供給する熱媒供給配管（図示省略）が接続されている。又、上記蒸発器４を構成する蒸発用熱交換器４１には、蒸発作動用に所定温度（例えば２０℃）の熱媒を循環供給する熱媒供給配管（図示省略）が接続されている。

そして、上記区画壁５１には、蒸発室４０から蒸発した気体状態の吸着質である水蒸気を吸着器２ａ又は２ｂに対し吸着のために送り込む仕切弁６１、６２が設けられ、区画壁５３には吸着器２ａ又は２ｂから脱着された水蒸気を凝縮器３に対し凝縮させるために送り込む仕切弁６３、６４が設けられている。さらに、凝縮器３内に溜まる凝縮水を下位置の蒸発器４まで導くための外部配管７が配設されている。

以上の吸着式ヒートポンプＨを用いた、吸着式冷凍サイクルに基づく冷熱取り出しのための運転について簡単に説明すると、この冷熱取り出し運転は、一対の吸着器２ａ，２ｂで吸着工程と脱着工程とを交互に切換えるというバッチ処理方式によって連続した冷熱取り出しを可能とするものである。すなわち、あるサイクルでのバッチ処理として、例えば図２に示すように、蒸発器４から蒸発された水蒸気の供給を開変換させた仕切弁６１を通して受けて一方の吸着器２ａで吸着工程を行うと同時に、他方の吸着器２ｂで脱着工程を行って脱着後の水蒸気を開変換させた仕切弁６４を通して凝縮器３に供給して凝縮させ、次のサイクルのバッチ処理では、一対の吸着器２ａ，２ｂでの工程を互いに切換えて、上記の吸着器２ａで脱着工程を行わせると同時に上記の吸着器２ｂで吸着工程を行わせる。つまり吸着器２ａでは前のサイクルで吸着させた水蒸気を脱着させて凝縮器３に供給し、吸着器２ｂでは前のサイクルで脱着させた後の吸着剤に対し蒸発器４からの水蒸気を供給して吸着させるのである。このようなサイクルを交互に繰り返す。例えば吸着器２ａでは、その吸着／脱着用熱交換器２１に対し循環供給する熱媒を低温−高温−低温−高温…と交互に供給切換することにより、吸着−脱着−吸着−脱着…の工程を交互に繰り返し、一方、吸着器２ｂでは、吸着２ａとは逆に循環供給する熱媒を高温−低温−高温−低温…と交互に供給切換して脱着−吸着−脱着−吸着…というように工程切換を行う。このようにすることにより、蒸発器４での蒸発と、凝縮器３での凝縮とが連続して行われ、蒸発器４に循環供給される熱媒が蒸発熱により冷却されて戻され、この冷却された熱媒によって冷熱を連続して取り出すことができるようになる。

次に、図１に戻って真空化装置Ｓについて説明すると、この真空化装置Ｓは、密閉容器として構成された水槽１１と、この水槽１１内の水（純水）を加熱する加熱手段１２とを備えている。水槽１１には、この水槽１１内に開閉制御弁Ｖ１を介して純水を供給する水供給路１３と、水槽１１内を開閉制御弁Ｖ２を介して大気開放する大気開放路１４と、水槽１１内の設定水位の水面よりも上の上部空間に相当する気相部１１ａに連通されて開閉制御弁Ｖ３を介して水槽１１内の水蒸気を導出する水蒸気導出路１５ａと、水槽１１内の設定水位よりも下の水中部分に相当する液相部１１ｂに連通されて開閉制御弁Ｖ４を介して水槽１１内の水を導出する水導出路１５ｂとが接続されている。上記の水蒸気導出路１５ａと水導出路１５ｂとは下流側で互いに合流されて送給路１６となり、この送給路１６の下流端は吸着槽１内の適所、例えば蒸発室４０内に連通されるように接続されている。上記水槽１１には、水槽１１内の水位を予め設定した設定水位に制御するための水位検知手段１７と、水槽１１内の水の温度を検知する温度検知手段１８が配設されている。そして、真空化装置Ｓには、その運転制御を行うコントローラ１９が付設されている。

上記水供給路１３の上流端には純水供給源（例えば浄水器とイオン交換樹脂を組み合わせて純水生成器）が接続され、開閉制御弁Ｖ１が開変換されると、純水供給源から純水が水槽１１内に供給されるようになっている。又、吸着槽１に対する上記の送給路１６の下流端と、排出路１ｂの上流端との接続位置については、送給路１６を通してハウジング１ａ内に供給される水蒸気が全ての密閉空間とされた各室（吸着／脱着室２０ａ，２０ｂ、凝縮室３０及び蒸発室４０）を通過した後に排出路１ｂを通して排出されるような各位置に設定されている。

次に、コントローラ１９による真空化装置Ｓの運転制御について説明する。コントローラ１９は、吸着槽１内を真空化させる真空化運転制御手段と、吸着槽１内に不純気体の混入のない脱気水を補給する脱気水補給運転制御手段とを備えており、これらにより真空化運転制御及び脱気水補給運転制御とを実行するようになっている。真空化運転制御を実行する際には、吸着式ヒートポンプＨの側では図１に示すように仕切弁６１〜６４を全て開又は全開状態にして各室（吸着／脱着室２０ａ，２０ｂ、凝縮室３０及び蒸発室４０）を連通状態に、つまりハウジング１内が１つの密閉空間とされた状態にしておく。

真空化運転制御は、図３に示すように、まず、水槽１１内に純水を設定水位まで導入する（ステップＳ１１）。この処理のために、開閉制御弁Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５を共に閉状態に維持しつつ開閉制御弁Ｖ１及びＶ２を共に開変換させて、水供給路１３から水（純水）を水槽１１内に導入する。次に、水槽１１内の気相部１１ａをパージする（ステップＳ１２）。このパージ処理を行うために、開閉制御弁Ｖ２のみを開状態に維持して他の開閉制御弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５を閉状態に切換え、この後、加熱手段１２を加熱作動させて水槽１１内の水を加熱する。水槽１１内の水が１００℃まで加熱されて沸騰した後も、加熱作動を所定時間継続させる。これにより、水に溶解している気体を追い出し、水蒸気を発生させ続けて大気開放路１４から排出させ続けることで、水槽１１内の水を脱気させかつ気相部１１ａから水蒸気以外の気体をパージさせる。上記の所定時間としては、水槽１１の設定水位に基づく水量や気相部１１ａの内容積等のサイズに応じて、水から溶解気体を脱気させかつ気相部１１ａから水蒸気以外の気体をパージさせ得る時間値として試験等により予め定めた時間値が設定されている。

上記の所定時間の加熱により水槽１１内のパージが終了すると、次に、水槽１１から水蒸気を吸着槽１内に押し込み注入する（ステップＳ１３）。この押し込み注入処理のために、開閉制御弁Ｖ３を開変換させて他の開閉制御弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５を閉状態に切換えて、水槽１１の気相部１１ａの水蒸気を開状態の開閉制御弁Ｖ３，水蒸気導出路１５ａ及び送給路１６を通して吸着槽１内に送給する。この際、加熱手段１２の加熱作動を続け、発生する水蒸気の内圧によって吸着槽１内に送給し、吸着槽１内が大気圧を超えるようになるまで押し込み注入して水蒸気を吸着槽１内に充満させる。大気圧を超えて所定内圧まで水蒸気が充満すれば、次に、吸着槽１内を水蒸気でパージして内部の気体を排除する（ステップＳ１４）。このためのパージ処理として、開閉制御弁Ｖ３のみが開状態であるステップＳ１３の状態に追加して、排出路１ｂの開閉制御弁Ｖ５を開変換させる。この際にも加熱手段１２による加熱作動を継続させる。これにより、水槽１１からの水蒸気が送給路１６を通して吸着槽１内（図例では蒸発室４０内）に導入され、この導入された水蒸気に押されることにより、それまで吸着槽１内に充満していた水蒸気が両吸着／脱着室２０ａ，２０ｂ及び凝縮室３０を経て開状態の開閉制御弁Ｖ５及び排出路１ｂに流入し、大気に放出されることになる。これを所定時間継続させると、その結果、吸着槽１内から水蒸気以外の気体が吸着槽１外に追い出されてパージされることになる。

そして、吸着槽１内から水蒸気以外の気体がパージされて吸着槽１内には水蒸気のみが存在するようになると、次に、吸着槽１内を密閉して冷却させることにより減圧させる（ステップＳ１５）。このための冷却処理として、水蒸気導出路１５ａの開閉制御弁Ｖ３と、排出路１ｂの開閉制御弁Ｖ５とを共に閉変換すると共に、加熱手段１２の加熱作動を停止させる。加えて、吸着槽１内の冷却を行う。この冷却は例えば蒸発器４の蒸発用熱交換器４１に対し蒸発作動用の低温（例えば２０℃）の熱媒（例えば水道水）を循環供給させることにより、吸着槽１内を冷却させるようにすればよい。冷却は吸着槽１内が常温（外気温）になるまで行う。以上の結果、吸着槽１内は絶対圧が水の飽和水蒸気圧であるような真空状態に真空化されることになる。なお、この際、水槽１１側は吸着槽１とは遮断されているため、大気開放路１４の開閉制御弁Ｖ２は必ずしも閉状態にする必要はないものの、次回又は他の運転制御のためになるべく外気を入れないように閉状態に維持することが好ましい。

以上の真空化装置Ｓを用いた真空化運転制御によって、吸着槽１内を真空化させることができるようになる。すなわち、吸着式ヒートポンプＨに対し動力エネルギーを必要とするような従来の真空ポンプを付設する必要をなくして、真空化装置Ｓによって代替させることができる。加えて、真空化が可能になると同時に、吸着槽１内を吸着質である水又は水蒸気のみで満たすことができ、その水又は水蒸気も不要な溶解気体を除去した後の脱気水や水蒸気にすることができる。このため、吸着式ヒートポンプＨの出荷時の真空化や、その後の使用中のメンテナンス時の再真空化及びアウトガス等の不要気体の除去を効率よくしかも省エネルギー化を図った状態で行うことができるようになる。

次に、脱気水補給運転制御について図４を参照しつつ説明する。まず、水槽１１内への水（純水）導入処理（ステップＳ２１）と、水槽１１内のパージ処理（ステップＳ２２）とを、真空化運転制御におけるステップＳ１１とステップＳ１２と同様にして行う。これにより、これにより、水槽１１内の水に溶解している気体を追い出し、水蒸気を発生させ続けて大気開放路１４から排出させ続けることで、水槽１１内の水を脱気させかつ気相部１１ａから水蒸気以外の気体をパージさせる。そして、開閉制御弁Ｖ２を閉変換させて水槽１１内を密閉し併せて加熱手段１２の加熱作動を停止させる（ステップＳ２３）。この加熱作動の停止は必須ではないものの、次工程での吸着槽１への補給に際し、補給水があまりに高温であると吸着槽１を構成する各種樹脂部品又はゴム部品（例えばＯリング等のシール部品）の損傷を招くおそれがあることを考慮して、加熱作動を停止させて所定温度以下(例えば８０℃以下)まで下げておくことが好ましい。

次に、水導出路１５ｂの開閉制御弁Ｖ４を開変換させて、水槽１１内の水（脱気水）を送給路１６を通して吸着槽１内に補給する補給処理を行う（ステップＳ２４）。この際、水槽１１からは吸着槽１内の真空環境により水が吸引されることになる。所定量の補給が済めば、水導出路１５ｂの開閉制御弁Ｖ４を閉変換させて、補給を終了させる（ステップＳ２５）。

以上により、単に純水を補給した場合には、その補給する純水に溶解している不要気体が吸着槽１内に放出されて冷熱取り出し運転のサイクル時間の長時間化や、出力（仕事率又は単位時間当たりの熱移動量）の低下を招くおそれがあるのに対し、真空化装置Ｓを用いた脱気水補給運転によって不要気体の溶解のない脱気水を補給することができ、上記の不都合発生のおそれを確実に回避することができるようになる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、吸着式ヒートポンプの出荷時にも真空化装置Ｓを用いて真空化させているが、これに限らず、出荷時だけは工場に設置した真空ポンプに接続して吸着槽１（ハウジング１ａ）内を真空化させるようにしてもよい。この場合、例えば図１の送給路１６の下流端を吸着槽１側に接続する接続口１６１から送給路１６の下流端を外し、この接続口１６１に真空ポンプを接続するようにすればよい。つまり、最初の真空化は工場設置の真空ポンプ又はサービスマン持参の真空ポンプを用いて真空引きし、以後のメンテナンス時の再真空化は本願発明の真空化装置を用いるようにしてもよい。

上記実施形態では、水蒸気導出路１５ａと送給路１６とで水槽１１内の気相部１１ａから水蒸気を吸着槽１に送給する送給路を構成し、水導出路１５ｂと送給路１６とで水槽１１内の液相部１１ｂから水を吸着槽１に送給する送給路を構成し、水蒸気導出路１５ａと水導出路１５ｂとを送給路１６で合流させているが、これに限らず、水蒸気の送給路と、水の送給路とを個別に設けるようにしてもよい。

本発明の実施形態を示す模式図である。 吸着式ヒートポンプの冷熱取り出し運転を説明するための模式図である。 真空化運転制御のフローチャートである。 脱気水補給運転制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 吸着槽
１ｂ 排出路
１１ 水槽
１１ａ 気相部
１１ｂ 液相部
１２ 加熱手段
１４ 大気開放路
１５ａ 水蒸気導出路（水蒸気の送給路）
１５ｂ 水導出路（水の送給路）
１６ 送給路
１７ 水位検知手段
１８ 温度検知手段
１９ コントローラ（真空化運転制御手段）
Ｖ２ 大気開放路の開閉制御弁
Ｖ３ 水蒸気導出路の開閉制御弁
Ｖ４ 水導出路の開閉制御弁
Ｖ５ 排出路の開閉制御弁
Ｈ 吸着式ヒートポンプ
Ｓ 真空化装置

Claims (6)

1. 水を吸着質として用いて吸着式冷凍サイクルが実行される吸着式ヒートポンプを構成する吸着槽であって開閉切換可能な排出路が接続された吸着槽の内部を真空化させる真空化装置であって、
   密閉容器として構成され内部に水が導入可能とされた水槽と、水槽内の水を加熱して水蒸気を発生させる加熱手段と、水槽内の気相部を大気に対し開閉切換可能に開放する大気開放路と、下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の気相部から水蒸気を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路とを備えてなる
   ことを特徴とする真空化装置。
2. 請求項１に記載の真空化装置であって、
   下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の水面下の液相部から水を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路をさらに備えている、真空化装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の真空化装置であって、
   上記水槽内の水の温度を検知する温度検知手段と、上記水槽内の所定水位を検知する水位検知手段とをさらに備えている、真空化装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の真空化装置であって、
   上記排出路と、上記大気開放路と、上記気相部からの水蒸気の送給路とにはそれぞれ開閉制御弁が介装され、これら各開閉制御弁の開閉作動制御と上記加熱手段の加熱作動制御とを行うことにより吸着槽内を真空化させる真空化運転制御手段を備えている、真空化装置。
5. 水を吸着質として用いて吸着式冷凍サイクルが実行される吸着式ヒートポンプを構成する吸着槽であって開閉切換可能な排出路が接続された吸着槽の内部を真空化させる真空化装置の運転制御方法であって、
   上記真空化装置として、密閉容器として構成され内部に水が導入可能とされた水槽と、水槽内の水を加熱して水蒸気を発生させる加熱手段と、水槽内の気相部を大気に対し開閉切換可能に開放する大気開放路と、下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の気相部から水蒸気を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路と、上記排出路、大気開放路及び送給路にそれぞれ介装された開閉制御弁とを備え、これら開閉制御弁と上記加熱手段とを制御対象にして、
   上記水槽内の気相部をパージするパージ処理と、このパージ処理後の気相部から上記吸着槽内へ水蒸気を押し込み注入する押し込み注入処理と、その後に吸着槽内をパージするパージ処理と、このパージ処理後に吸着槽内を密閉状態にして冷却する冷却処理とを行うようにし、
   上記水槽内のパージ処理として、上記大気開放路の開閉制御弁のみを開変換させた状態で水槽内に導入した水を加熱手段により加熱・沸騰させ、発生する水蒸気により水槽内の気相部をパージし、
   上記水蒸気の押し込み注入処理として、上記大気開放路の開閉制御弁を閉変換させて上記送給路の開閉制御弁を開変換させた状態で、加熱手段の加熱作動により発生する水蒸気を送給路を通して吸着槽内に大気圧以上になるように押し込み注入し、
   上記吸着槽内のパージ処理として、上記水蒸気の押し込み注入処理を継続させつつ上記排出路の開閉制御弁を開変換させて吸着槽内の水蒸気を順次押し出して排出させ、
   上記冷却処理として、上記吸着槽内のパージ処理における送給路及び排出路の両開閉制御弁を共に閉変換させて吸着槽内を密閉し、吸着槽が備える冷凍サイクルに基づく低温熱媒を循環させて吸着槽内を冷却するようにする、
   ことを特徴とする真空化装置の運転制御方法。
6. 水を吸着質として用いて吸着式冷凍サイクルが実行される吸着式ヒートポンプを構成する吸着槽であって開閉切換可能な排出路が接続された吸着槽の内部を真空化させる真空化装置の運転制御方法であって、
   上記真空化装置として、密閉容器として構成され内部に水が導入可能とされた水槽と、水槽内の水を加熱して水蒸気を発生させる加熱手段と、水槽内の気相部を大気に対し開閉切換可能に開放する大気開放路と、下流端が上記吸着槽に連通接続可能に構成されて上記水槽内の水面下の液相部から水を上記吸着槽内に対し開閉切換可能に送給する送給路と、上記排出路、大気開放路及び送給路にそれぞれ介装された開閉制御弁とを備え、これら開閉制御弁と上記加熱手段とを制御対象にして、
   上記水槽内の気相部をパージするパージ処理と、このパージ処理後の水槽を密閉して液相部から上記吸着槽内へ水を補給する補給処理とを行うようにし、
   上記水槽内のパージ処理として、上記大気開放路の開閉制御弁のみを開変換させた状態で水槽内に導入した水を加熱手段により加熱・沸騰させ、水中の溶解気体を脱気させて発生する水蒸気により水槽内の気相部をパージし、
   上記補給処理として、上記大気開放路の開閉制御弁を閉変換させて上記送給路の開閉制御弁を開変換させた状態で、液相部から水を吸着槽内に補給させるようにする、
   ことを特徴とする真空化装置の運転制御方法。

Images