JP2012017960A - 分離型固体吸着式冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】分離型固体吸着式冷却システムを提供する。
【解決手段】
本発明が提供する分離型固体吸着式冷却システムは、第１吸着ユニットと、第２吸着ユニットと、殻管式熱交換器と、を含み、そのうち、第１及び第２吸着ユニットは、殻管式熱交換器内の第１管路及び第２管路により相互に連通する。第１、第２吸着油ノットがそれぞれ交替で吸着及び脱着の作用を行なう時、第１、第２管路の温度を低減でき、冷却の効果を達成し、殻管式熱交換器内の水温を低減することができる。また、殻管式熱交換器は、真空環境の状態で操作する必要がないので、分離型固体吸着式冷却システムの製造コストを減少することができ、更に、殻管式熱交換器は、第１、第２吸着ユニットが相互に分離し、システム全体の体積を減少することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル工程に用いる通風システムに関し、特に、熱駆動冷却機制に応用するトンネル工程に用いる通風システムに関する。

近年より、オゾン層の破壊、温室効果等の問題により環境に対して負の影響をもたらし、世界各国は、何れも温室機体を発散する冷媒の管制を開始し、同時に多くの環境保護及び省エネの特長を兼ね備える技術を開発している。そのうち、固体吸着式冷却技術は、清潔無汚染で、ホストマシンが外部電源を必要とせず、構造が簡単で、使用寿命が長く、動力部材及び騒音がない等の利点を有し、更に、廃熱（例えば、工業廃熱、太陽エネルギー等の低温熱源）を利用し、駆動する等の特性を有するので、省エネ及び環境保護を同時に兼ね備える有効な鍵となる技術と認められる。

固体吸着式冷却技術の原理は、吸着剤の冷媒に対する吸着作用を利用し、冷媒液体の蒸発を引き起こし、冷却効果を発生する。固体吸着式冷却システムは、吸着床、蒸発器及び凝縮器等の３つの主要な部材から構成され、その基本原理は、冷却水及び熱水を利用し、吸着剤を冷却又は加熱し、冷媒を吸着床で吸着・脱着作用を行なわせ、冷媒を蒸発器及び凝縮器に導引し、吸熱及び放熱を行う。

また、吸着作用は、冷却水又は空気等の媒質が高温の吸着床を通過することにより、吸着剤（一般には、シリカゲル、沸石、活性炭等）の熱及び吸着熱を持ち去り、吸着剤に冷媒（一般には、水、メタノール、エタノール又はアンモニア等）を吸着させる。また、気相により冷媒圧力が低減するので、吸着床と相互に連通した蒸発器内の冷媒が蒸発吸熱し、冷却される。

脱着作用は、高熱熱水を吸着床に通過させ、吸着剤の温度を上昇させ、吸着されていた吸着剤中の冷媒が脱着し、吸着剤の再生を完成する。脱着した冷媒は、凝縮器に流動し、凝縮器中の冷却水は、それを液体冷媒に冷却凝結する。従って、交互に冷却水及び熱水が吸着床中に通入されることにより、吸着剤が冷媒の吸着・脱着を繰り返し、更に蒸発器及び凝縮器の作用を組み合わせ、冷却の効果を達成する。

固体吸着式冷却技術は、空調システム中に応用でき、既存の空調システム中のコンプレッサに取って代わる。しかしながら、現在の固体吸着式冷却システムは、吸着剤材料及び作動流体の選択の制限を受け、吸着及び脱着作用は、何れも真空圧力かで行なう必要があるので、各部材及び接続管路は、何れも耐高圧の要求を満たす必要があり、システムの全体の体積は、何れも極めて膨大である。

また、吸着床、蒸発器及び凝縮器は、何れも同一の真空チャンバ内に統合され、吸着、脱着、蒸発及び冷却は、同一の圧力環境中で行なう必要があり、蒸発器及び凝縮器を同一の熱交換器に統合しても依然として固体吸着式冷却システムの体積を効率的主口調することができない。また、周知の蒸発器及び凝縮器の機能を統合した熱交換器は、特に実際に蒸発及び冷却の熱伝導特性に対して設計を行っていないので、冷却性能を向上することができず、システムの製造コストも効率的に低減することができず、従って、固体吸着式冷却システムを空調システム中に効率的に運用することができない。

特開２０１０−８９６９７号公報

本発明の目的は、分離型固体吸着式冷却システムを提供し、殻管式熱交換器を蒸発冷却の部材とし、殻管式熱交換器が有する熱伝導特性が、冷却効果を上昇し、また、固体吸着式冷却システムの製造コストを低減することである。

本発明の目的は、分離型固体吸着式冷却システムを提供し、殻管式の熱交換器により真空環境に設置する必要がなく、真空チャンバと分離設置することができ、システム全体の体積を減少する効果を達成するようにすることである。

上記の効果を達成する為、本発明が提供する分離型固体吸着式冷却システムは、第１真空チャンバと、第１吸着床と、第１凝縮器と、を含み、第１吸着床及び第１凝縮器は、第１真空チャンバ中に設置され、且つ第１吸着床は、第１入水口と、第１出水口と、を含み、第１凝縮器は、第１冷媒入口と、第１冷媒出口と、を含む第１吸着ユニットと、第２真空チャンバと、第２吸着床と、第２凝縮器と、を含み、第２吸着床及び第２凝縮器は、第２真空チャンバ中に設置され、且つ第２吸着床は、第２入水口と、第２出水口と、を含み、第２凝縮器は、第２冷媒入口と、第２冷媒出口と、を含む第２吸着ユニットと、冷水入口及び冷水出口を含む殻体と、第１端部及び第２端部を有し、第１端部が第１弁組を介して第１冷媒出口と連通し、第２端部が第２弁組を介して第２冷媒入口と連通する少なくとも１つの第１管路と、第３端部及び第４端部を有し、且つ第３端部は、第３弁組を介して第２冷媒出口と連有し、第４端部は、第４弁組を介して第１冷媒入口と連通する少なくとも１つの第２管路と、を有する殻管式熱交換器と、を含む。

本発明の実施により、少なくとも以下の効果を達成することができる：
一、 殻管式熱交換器が有する熱伝導特性を利用し、冷却効果を上昇する。
二、 殻管式熱交換器及び真空チャンバを分離設でき、システム全体の製造コストを低減する。
三、 殻管式熱交換器は、真空チャンバ外に設置されるので、システム全体の体積を減少する効果を達成することができる。

本発明の実施例の分離型固体吸着式冷却システムの構成説明図である。 本発明の実施例の分離型固体吸着式冷却システムの動作説明図である。 本発明の実施例の分離型固体吸着式冷却システムの動作説明図である。

図１は、本発明の実施例の分離型固体吸着式冷却システム１００の構成説明図である。図２及び図３は、本発明の実施例の分離型固体吸着式冷却システム１００の動作説明図である。

図１に示すように、本実施例は、分離型固体吸着式冷却システム１００であり、それは、第１吸着ユニット１０と、第２吸着ユニット２０と、熱管式熱交換器３０と、を含む。

そのうち、第１吸着ユニット１０は、第１真空チャンバ１１と、第１吸着床１２と、第１凝縮器１３と、を含み第１吸着床１２及び第１凝縮器１３は、第１真空チャンバ１１１中に設置される。第１吸着床１２は、第１入水口１２１及び第１出水口１２２を含み、必要に応じて熱水又は冷却水を第１入水口１２１から流入し第１出水口１２２から流出し、熱水又は冷却水が第１吸着床１２を通入するようにする。第１凝縮器１３は、第１冷媒入口１３１及び第１冷媒出口１３２を含み、冷媒の第１凝縮器１３への流入及び流出を提供する。

第２吸着ユニット２０は、第２真空チャンバ２１と、第２吸着床２２と、第２凝縮器２３と、を含む。第２吸着床２２及び第２凝縮器２３は、第２真空チャンバ２１中に設置され、且つ第２吸着床２２は、第２入水口２２１及び第２出水口２２２を含み、熱水又は冷却水を第２入水口２２１から第２吸着床２２に流入し、第２出水口２２２から第２吸着床２２に流出する。第２凝縮器２３は、同様に、第２冷媒入口２３１及び第２冷媒出口２３２を含み、冷媒の第２凝縮器２３への進出を提供することに用いる。

上記の第１吸着床１２及び第２吸着床２２は、吸着剤、例えば、シリカゲル、沸石、活性炭等を蓄積することに用いる。第１凝縮器１３及び第２凝縮器２３は、冷媒、例えば、水、メタノール、エタノール又はアンモニア等を蓄積することに用いる。また、吸着剤及び冷媒は、組み合わせて使用する必要があり、常用の吸着剤及び冷媒は、例えば、活性炭-メタノール、沸石-水及びシリカゲル−水である。

殻管式熱交換器３０は、殻体３１と、少なくとも１つの第１管路３２と、少なくとも１つの第２管路３３と、を有する。

そのうち、第１管路３２及び第２管路３３は、殻管式熱交換器３０の殻体３１中に被覆され、第１管路３２及び第２管路３３は、何れも真空管路である。殻体３１は、冷水入口３１１及び冷水出口３１２を含み、冷水入口３１１及び冷水出口３１２は、殻体３１の相対両側に分けて設けることができ、冷水が冷水入口３１１から殻体３１に流入し、冷水出口３１２から流出することができるようにする。また、殻管式熱交換器３０は、更に空調システムと結合し、低温の冷水を空調システムに使用させることができる。

また、分離型固体吸着式冷却システム１００は、更に蓄積槽４０を含むことができ、それは、殻体３１の冷水入口３１１及び冷水出口３１２を連通することができ、冷水の蓄積に用い、冷水を殻管式熱交換器３０に提供する。冷水が殻管式熱交換器３０を経過して、第１吸着ユニット１０及び第２吸着ユニット２０と組み合わせて作用した後、冷水の温度を更に低減し、温度が更に低下した冷水は、蓄積槽４０中に蓄積でき、空調システムに使用させることができる。

殻管式熱交換器３０中の第１管路３２は、第１端部３２１及び第２端部３２２を有し、第１端部３２１は、第１弁組５０を介して第１吸着ユニット１０の第１冷媒出口１３２と連通し、第２端部３２２は、第２弁組６０を介して第２吸着ユニット２０の第２冷媒入口２３１と連通する。類似して、第２管路３３は、第３端部３３１及び第４端部３３２を有し、且つ第３端部３３１は、第３弁組７０を介して第２吸着ユニット２０の第２冷媒出口２３２と連通し、第４端部３３２は、第４弁組８０を介して第１吸着ユニット１０の第１冷媒入口１３１と連通する。

上記の第１弁組５０は、第１膨張弁５１及び第１不可逆弁５２を含む。そのうち、第１膨張弁５１の一端は、第１凝縮器１３の第１冷媒出口１３２に接続し、他端は、第１不可逆弁５２の一端に接続し、第１不可逆弁５２の他端は、第１管路３２の第１端部３２１に接続する。第２弁組６０は、第２不可逆弁６１を含み、その一端は、第１管路３２の第２端部３２２に接続し、他端は、第２吸着ユニット２０の第２冷媒入口２３１に接続する。そのうち、第１不可逆弁５２は、冷媒が第１冷媒出口１３２から第１管路３２にのみ流れるようにし、第２不可逆弁６１は、冷媒が第１管路３２から第２冷媒入口２３１にのみ流れるようにする。

上記の第３弁組７０は、第２膨張弁７１及び第３不可逆弁７２を含む。そのうち、第２膨張弁７１の一端は、第２凝縮器２３の第２冷媒出口２３２に接続し、他端は、第３不可逆弁７２の一端に接続し、第３不可逆弁７２の他端は、第２管路３３の第３端部３３１に接続する。第４弁組８０は、第４不可逆弁８１を含み、その一端は、第２管路３３の第４端部３３２に接続し、且つ他端は、第１吸着ユニット１０の第１冷媒入口１３１に接続する。そのうち、第３不可逆弁７２は、第２冷媒出口２３２から第２管路３３にのみ流れるようにし、第４不可逆弁８１は、第２管路３３から第１冷媒入口１３１にのみ流れるようにする。

以下に本実施例の分離型固体吸着式冷却システム１００の動作方式を説明する。

図２に示すように、熱水を第１吸着ユニット１０中に通入し、冷却水を第２吸着ユニット２０中に通入し、第１吸着ユニット１０内で吸着作用を行い、第２吸着ユニット内で吸着作用を行なうようにする。

第１吸着ユニット１０が脱着作用を行う時、第１吸着床１２の吸着剤内に吸着されていた冷媒が脱着され、第１凝縮器１３中に流動する。この時、第１真空チャンバ１１は、高温高圧の環境にあり、第２真空チャンバ２１は、低温低圧の状況にあるので、冷媒は、２つの真空チャンバ１１，２１間の圧力差により、第２真空チャンバ２１中に押し込まれる。

従って、冷媒は、第１冷媒出口１３２から流出し、第１膨張弁５１、第１不可逆弁５２を経過した後、第１管路３２の第１端部３２１から第１管路３２に流入する。その後、冷媒は、第１管路３２内で流動し、第１管路３２の第２端部３２２から第２不可逆弁６１に流出し、第２不可逆弁６１を介して第２冷媒入口２３１から第２真空チャンバ２１中に流入する。また、第２吸着ユニット２０は、冷却水を通入試、吸着作用を行うので、第１管路３２中の冷媒を蒸発させ、吸熱させ、第１管路３２の温度を低減する。

図３に示すように、熱水を第２吸着ユニット２０中に通入し、冷却水を第１吸着ユニット１０中に通入し、第２吸着ユニット２０に脱着作用を行い、第１吸着ユニット１０は、吸着作用を行なうことができる。

同様に、第２吸着ユニット２０が脱着作用を行なう時、第２吸着床２２の吸着剤内に吸着されていた冷媒が脱着され、第２凝縮器２３中に流動する。この時、第２真空チャンバ２１は、高温高圧の環境にあり、第１真空チャンバ１１は、低温低圧の状況にあるので、第２吸着床２２中から脱着した冷媒は、２つの真空チャンバ１１，２１間の圧力差により第１真空チャンバ１１中に押し込まれる。

従って、冷媒は、第２冷媒出口２３２から流出し、第２膨張弁７１、第３不可逆弁７２を経過した後、第２管路３３の第３端部３３１から第２管路３３に流入し、第２管路３３に沿って殻管式熱交換器３０内で流動する。その後、冷媒は、第２管路３３の第４端部３３２から第４不可逆弁８１に流出し、第４不可逆弁８１を経由し第１冷媒入口１３１から第１真空チャンバ１１中に流入する。

これと同時に、第１吸着ユニット１０内も冷却水を通入し、吸着作用を行い、第２管路３３内の冷媒は、蒸発、吸熱されるので、第２管路３３の温度を低減できる。

熱水及び冷却水を交替で第１吸着ユニット１０及び第２吸着ユニット２０中に絶え間なく通入することにより、第１吸着ユニット１０及び第２吸着ユニット２０が脱着作用及び吸着作用を連続的に行なうことができ、第１管路３２及び第２管路３３の温度を絶えることなく低温に保持する。従って、冷水が殻管式熱交換器３０の冷水入口３１１が殻体３１を流入した後、第１管路３２及び第２管路３３が交替で発生する冷却効果により冷水の温度を低減し、温度低下した冷水は、冷水出口３１２から流出することができ、空調システムに使用を提供することができる。

これにより、殻管式熱交換器３０は、固体吸着式冷却システムが絶え間なく冷却するようにすることができ、殻管式熱交換器３０は、真空環境中に設置する必要がないので、真空チャンバ１１，２１に移すことができ、システム全体の製造コストを低減し、システム全体の体積を減少することができる。

なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。

１００ 分離型固体吸着式冷却システム
１０ 第1吸着ユニット
１１ 第1真空チャンバ
１２ 第1吸着床
１２１ 第1入水口
１２２ 第1出水口
１３ 第1凝縮器
１３１ 第1冷媒入口
１３２ 第1冷媒出口
２０ 第２吸着ユニット
２１ 第２真空チャンバ
２２ 第２吸着床
２２１ 第２入水口
２２２ 第２出水口
２３ 第２凝縮器
２３１ 第２冷媒入口
２３２ 第２冷媒出口
３０ 殻管式熱交換器
３１ 殻体
３１１ 冷水入口
３１２ 冷水出口
３２ 第１管路
３２１ 第１端部
３２２ 第２端部
３３ 第２管路
３３１ 第３端部
３３２ 第４端部
４０ 蓄積槽
５０ 第１弁組
５１ 第１膨張弁
５２ 第１不可逆弁
６０ 第２弁組
６１ 第２不可逆弁
７０ 第３弁組
７１ 第２膨張弁
７２ 第３不可逆弁
８０ 第４弁組
８１ 第４不可逆弁

Claims (6)

1. 第１真空チャンバと、第１吸着床と、第１凝縮器と、を含み、該第１吸着床及び該第１凝縮器は、該第１真空チャンバ中に設置され、且つ該第１吸着床は、第１入水口と、第１出水口と、を含み、該第１凝縮器は、第１冷媒入口と、第１冷媒出口と、を含む第１吸着ユニットと、
   第２真空チャンバと、第２吸着床と、第２凝縮器と、を含み、該第２吸着床及び該第２凝縮器は、該第２真空チャンバ中に設置され、且つ該第２吸着床は、第２入水口と、第２出水口と、を含み、該第２凝縮器は、第２冷媒入口と、第２冷媒出口と、を含む第２吸着ユニットと、
   冷水入口及び冷水出口を含む殻体と、
   第１端部及び第２端部を有し、該第１端部が第１弁組を介して第１冷媒出口と連通し、該第２端部が第２弁組を介して第２冷媒入口と連通する少なくとも１つの第１管路と、
   第３端部及び第４端部を有し、且つ該第３端部は、第３弁組を介して該第２冷媒出口と連有し、該第４端部は、第４弁組を介して該第１冷媒入口と連通する少なくとも１つの第２管路と、
   を有する殻管式熱交換器と、
   を含む分離型固体吸着式冷却システム。
2. 前記冷水入口及び該冷水出口は、該殻体の相対する両側に分けて設けられる請求項１に記載の分離型固体吸着式冷却システム。
3. 更に蓄積槽を含み、冷水を蓄積することに用い、該冷水入口及び該冷水出口と連通する請求項１に記載の分離型固体吸着式冷却システム。
4. 前記第１弁組は、一端が該第１冷媒出口に接続する第１膨張弁と、第１不可逆弁と、を含み、該第１不可逆弁の一端が該第１膨張弁の他端に接続し、該第１不可逆弁の他端が該第１端部に接続し、該第２弁組は、第２不可逆弁を含み、該第２不可逆弁の一端が該第２端部に接続し、且つ該第２不可逆弁の他端が第２冷媒入口に接続する請求項１に記載の分離型固体吸着式冷却システム。
5. 前記第３弁組は、一端が該第２冷媒出口に接続する第１膨張弁と、第３不可逆弁と、を含み、該第３不可逆弁の一端が該第２膨張弁の他端に接続し、該第３不可逆弁の他端が該第３端部に接続し、該第４弁組は、第４不可逆弁を含み、該第４不可逆弁の一端が該第４端部に接続し、且つ該第４不可逆弁の他端が第１冷媒入口に接続する請求項４に記載の分離型固体吸着式冷却システム。
6. 前記第１吸着床及び該第２吸着床は、吸着剤を蓄積することに用い、該第１凝縮器及び該第２凝縮器は、冷媒を蓄積することに用いる請求項５に記載の分離型固体吸着式冷却システム。

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