JP2013539005A - 吸着冷凍機における凝縮液再循環システム - Google Patents

Abstract

本発明は、吸着冷凍機の凝縮器と蒸発器との間に配置されているとともに蒸気に対して開放されている導管として設計されている凝縮液帰還装置を記載している。
【選択図】なし

Description

本発明は、凝縮器を蒸発器に接続する少なくとも１つの導管であって、蒸気に対して開放されている（open to vapor：蒸気の通過が自由である）とともに好ましくは減圧要素を有する導管として設計されている導管を備える、吸着冷凍機用の凝縮液再循環装置に関する。加えて、本発明は、この凝縮液再循環装置の使用及び凝縮液の再循環のための方法に関する。

従来技術に記載されている冷凍機は、一般に、建物を暖房及び／又は冷房するのに用いられる。冷凍機は、例えば、熱が、周囲温度よりも低い温度では吸収され、周囲温度よりも高い温度では放出される熱力学サイクル過程に基づいている。これらの熱力学サイクル過程は、熱ポンプのものに類似している。従来技術において知られている冷凍機には、例えば、吸着冷凍システム、拡散吸収冷凍機及び圧縮冷凍システムが含まれる。

吸着冷凍機は、少なくとも１つの吸着器脱着器ユニット、蒸発器、凝縮器及び／又は蒸発器／凝縮器複合ユニットからなる。これらは、一体型容器又は別々の容器に収容され、別々の容器は、その後、冷媒を流すための導管等によって相互接続される。従来の熱ポンプ技術と比較した収着機（sorption machine）の利点は、吸着／脱着シーケンスが吸着剤の温度制御によってのみ行われるということである。したがって、吸着機（adsorptionmachine）の容器は、密封して気密にすることができる。冷媒として例えば水を用いる場合、吸着冷凍機は、好ましくは減圧範囲で動作する。

吸着機において行われる吸着は、気体の冷媒（例えば水）が固体上に吸着される物理的過程である。冷媒の脱着、すなわち固体からの冷媒の放出は、エネルギーの入力を必要とする。吸着冷凍機では、冷媒（低温及び低圧では熱を受け取り、より高温及びより高圧では熱を放出する）は、物理的状態の変化が吸着及び／又は脱着に関連付けられるように選択される。微細多孔性を有し、その結果として非常に大きな内部表面積を有する物質が、従来技術に吸着剤として記載されている。有利な材料には、活性炭、ゼオライト、酸化アルミニウム若しくはシリカゲル、リン酸アルミニウム、シリカリン酸アルミニウム、金属シリカリン酸アルミニウム、メソ構造ケイ酸塩（mesostructure silicates）、有機金属構造体及び／又は微孔性ポリマーを含む微孔性材料が含まれる。吸着材料は、様々な方法で有利に適用することができる。すなわち、吸着材料は、床（bed：層）、接着接合体及び／又は結晶体を含むことができる。これらの種々の形態の用途に起因して、吸着機は、種々の要件に適応することができる。したがって、吸着機は、用いられる場所又は冷媒に適応することができる。さらに、吸着材料の層厚は、吸着材料の性能にとって極めて重要である。

吸着機の過程において、吸着熱及び凝縮熱は、システムから除去されなければならない。これは、通常、伝熱媒体の流れを介して行われる。伝熱媒体は、熱をヒートシンク、例えば熱交換器に移送し、ヒートシンクは、熱を周囲空気に放出する。しかしながら、吸着熱及び／又は凝縮熱の散逸が不十分であるか又は全く行われない場合、吸着機の内部の温度、したがって圧力は高くなり、吸着過程は停止することになる。したがって、吸着機の効率は、伝熱を改善することによって大幅に高めることができる。これによって、システムの収益性も必然的に改善される。

真空タンクが通常、収着機における蒸発に必要である。その理由は、例えば水が冷媒として用いられる場合があり、その結果として、低圧が必要とされるからである。

例えば特許文献１は、吸着冷凍機を動作させるための方法を記載している。この方法は、第１の脱着器（吸着器）及び第２の脱着器（吸着器）が、吸着フェーズと脱着フェーズとの間で周期的に切り替えられて逆のフェーズで動作する熱温度（temperature of heat）を高める働きをする。２工程内部熱交換が、２つの吸収器［原文のまま；吸着器］の動作モードを切り替える前に実行される。この内部熱交換は、最初に、均圧工程と、その後の伝熱ループを通じた伝熱とを含む。この過程は、熱均一化（thermalequalization）が２つの吸収器［原文のまま；吸着器］間で達成された後も続けられる。このことは、吸着フェーズと脱着フェーズとの間の切替え後、これらの吸着器間の温度均一化（temperatureequalization）が脱着フェーズ後に残っている熱を利用するように行われることを意味する。

吸着冷凍機は、再循環ユニットも有する。この再循環ユニットは、動作状態に応じて変動する圧力差を維持しながら、吸着冷凍システムの構成要素間での流体、特に冷媒の排出を確実に行う働きをする。これによって、流体の連続的な流れが確保される。再循環ユニットは、特に凝縮器から蒸発器への液化冷媒の再循環に重要である。その理由は、システム内での冷媒の再循環がこの方法でしか維持されないからである。加えて、再循環ユニットは、システムの最適化されたプロセス効率に対して寄与し、したがって、重要な構成要素である。しかしながら、ここで、再循環ユニットは、空間を節約するように設計され、したがって、コンパクトな吸着冷凍機を実装することができることに留意すべきである。

以下のように、凝縮液の再循環を達成する種々の可能性が従来技術に記載されている。
−優勢な圧力差の補償を可能にする対応する長さを有するＵ字管；
−凝縮器からの蒸気用の水障壁；

ここで、１つの不利な点は、これらの再循環ユニットの製造が比較的複雑であり、吸着冷凍機の高さが本質的に凝縮液再循環の長さに依存するということである。

そのような再循環ユニットは、例えば特許文献２に開示されている。凝縮器の容器に収集されてその容器の底部に蓄えられた液体冷却材は、圧力差に基づいて、パイプラインの形態の再循環ユニットを介して蒸発器に送られる。

加えて、特許文献３は、吸着冷凍システム用の再循環ユニットを記載している。この再循環ユニットは、流体が通って流れることができる第１のサイフォン（Ｕ字管）と、下方に向けられた第１の内部導管と、この内部導管を取り囲むとともに底部が閉鎖されている第１の外部導管と、第１の圧力補償ポットとからなる構成を備える。第１のサイフォンは、第１の流出口を有し、上記外部導管の上端に配置されている。第２のサイフォンが下流において第１のサイフォンの上記流出口に接続され、下方に向けられた第２の内部導管と、この第２の内部導管を取り囲むとともに下端が密閉されている第２の外部導管と、この第２の外部導管に配置されている第２の流出口とを有する。このサイフォンは、静水圧を有する水柱によって蒸発器と凝縮器との間の変動する圧力差を補償することができるほど十分な高さを有する。このＵ字管は、水が常にこのＵ字管内に留まるので、蒸気障壁として機能し、それによって、凝縮器と蒸発器との間の圧力分離が確実に維持される。

この従来技術に開示されている再循環ユニットの１つの不利な点は、コンパクトな設計を有しておらず、再循環ユニットを空間を節約するように吸着冷凍機に配置することができず、そのため、コンパクトな吸着冷凍機を製造することも不可能であるということである。再循環ユニットの機能を確保するには、再循環ユニットが、常に、幾つかの直列に接続されたユニット（すなわちサイフォン）からなっていなければならず、これによって、再循環ユニットは非常に複雑になり、設置するのに多くの費用を要する。さらに、サイフォンのカスケード構成は、トラブルを起こしやすく、メンテナンスが困難であることが分かっている。加えて、再循環ユニットは、複数の金属導管を有し、したがって、吸着機の重量及び製造コストが大幅に増加する。

さらに、高さの低い機器の場合において利用可能な静水圧及び／又は静水圧水位が十分でない場合には、単純なサイフォンによる圧力分離は、通常、低位置にある吸着冷凍機とともに重用することはできない。凝縮液再循環の完全なアイドリング状態では、蒸気が凝縮器から移送される可能性があり、したがって、冷凍能力の大きな損失を生み出す可能性がある。

独国特許出願公開第３４０８１９３号 独国特許第３８０８６５３号 独国特許出願第１０２００８０１２５９８号

したがって、本発明の目的は、従来技術の不利な点及び欠点がなく、コンパクトな吸着冷凍機の製造を可能にし、それによって、凝縮液が凝縮器から蒸発器に効率的に誘導される装置を提供することであった。

この課題は、独立請求項によって解決される。有利な実施の形態は、従属請求項から導出される。

したがって、従来技術の不利な点及び欠点がない凝縮液再循環装置を得ることができる。この装置は、少なくとも１つの導管を有し、この少なくとも１つの導管は、蒸気に対して開放されているように吸着冷凍機の凝縮器及び蒸発器に接続されるようになっており、減圧要素がこの管内に存在することが好ましい。本発明によるこの装置は、単純な設計を有し、可動部材を有さず、長い耐用寿命を有し、凝縮液は、何ら滞留（backlog）することなく凝縮器から蒸発器に流れ込むことができる。複数の管を蒸発器と凝縮器との間に配置することが好ましい場合がある。

本発明は、特に、少なくとも１つの導管を備える吸着冷凍機用の凝縮液再循環装置であって、この少なくとも１つの導管が、蒸気に対して開放されているように吸着冷凍機の凝縮器及び蒸発器に接続されるようになっており、液体冷媒の質量流量と、この液体冷媒の質量流量の好ましくは０％〜３％未満、好ましくは０．５％〜２％、特に好ましくは１％〜１．５％の気化した冷媒の小さな質量流量とが、凝縮液再循環装置、特に導管を通って流れる、凝縮液再循環装置に関する。

導管は、好ましくは蒸発器及び凝縮器に、形状適合（form-fitting）形式又は物理的接合形式で接接続される。形状適合連結は、好ましくは少なくとも２つの連結相手同士の係合によって形成される。形状適合接続には、ねじ、リベット、ピン又はクランプが含まれる。導管は、好ましくは、対応するシールを有するねじ又はリベットによって吸着冷凍機の構成要素に接続されてもよい。

加えて、導管は、物理的接合剤によって凝縮器及び蒸発器に取り付けられてもよい。物理的接合接続は、原子間力又は分子力によって互いに保持される。それらの接続は、同時に切り離し不可能な接続であり、そのため、構成要素及び／又は連結手段の破壊によってのみ切り離すことができる。物理的接合接続には、半田付け、溶接又は接着接合が含まれる。

当業者であれば、形状適合接続又は物理的接合接続、例えば溶接継手が、１つ又は複数の連結点（例えば溶接点）の形態で実施されてよいし、直線状の連結（例えば溶接部）又は表面接続として実施されてよいことを知っているであろう。

気体流体及び／又は液体流体を含む流体は、本発明による凝縮液再循環装置によって凝縮器から導管を通って蒸発器に流れ込むことができる。換言すれば、気体流体及び液体流体を含む流れる流体が導管内に存在することが好ましい。本発明のこの意味において、流体は、気体又は特に液体を指す。本発明のこの意味において流体と呼ぶことができる冷媒は、凝縮器内では蒸気及び液体として存在する。

凝縮器内に存在する気体冷媒が蒸発器に入る程度は、大きなものであってはならない。本発明による凝縮液再循環装置は、蒸気に対して開放されているように構成され、そのため、蒸気の規定された質量流量が凝縮器から装置を通って蒸発器に流れ込む。しかしながら、蒸気の形態で装置を通って蒸発器に流れる冷媒は、吸着器／脱着器ユニットの吸着材料によって吸着されるものの、蒸発器の冷凍能力には寄与しない。その理由は、冷媒の蒸発が蒸発器チャンバー内で起こらないからである。したがって、実際の冷凍過程は損なわれ、出力の損失が生じる。この出力損失は、蒸気が凝縮器から蒸発器に直接入ることに起因して発生する。本発明による凝縮液再循環によれば、出力損失は２％未満になる。

本発明によれば、特定の直径及び対応する長さを有する導管が、従来技術と比較して驚くべき利点を有する。導管のこの直径及び長さは、一方では、凝縮液が何ら滞留することなく蒸発器に容易に流れることができるとともに、他方では、蒸気が凝縮器から蒸発器にほんの僅かな量、すなわち無視してよい量しか流れ込まないように選択される。

この効果は、特に、管内の蒸気流の圧力の降下によって生み出され、液体凝縮液と気体蒸気との間の大きな密度差に基づいている。この密度差の結果、或る特定の直径を有する導管を通る蒸気の質量流量は、例えば、冷媒が水の場合に、液体冷媒の流量の２００分の１まで小さくなる。当業者であれば、冷凍能力の損失に決定的な変量を成すのは蒸気の体積流量ではなく質量流量であることを知っている。進行中の吸着冷凍過程において、凝縮液の質量流量は０と最大値との間で変動する。凝縮液再循環装置は、完全に空にする場合であっても、流れる蒸気が、冷凍能力の無視してよい損失に対応する非常に低い質量流量を有することも確実にする。液体凝縮液の質量流量は、１ｋＷの冷凍能力当たり０．４ｇ／ｓであることが好ましく、蒸気質量流量、特に停止時の気化した冷媒の質量流量は、液体凝縮液の質量流量の最大で１％にしかならない。１ｋＷの冷凍能力当たり０．００４ｇ／ｓの蒸気質量流量が好ましい。蒸気に対して開放されている凝縮液再循環装置の使用にもかかわらず、吸着冷凍機を効率的に動作させることができることは全く驚くべきことであった。当業者が本発明を再現して、液体及び蒸気の凝縮液の必要とされる質量流量が通過することを可能にする導管を設けることは不合理なことではない。当業者は、この目的のために単純な比較実験を行うことができる。

好ましい実施の形態では、本発明は、少なくとも１つの導管を備える吸着冷凍機用の凝縮液再循環装置であって、この導管が、蒸気に対して開放されているように吸着冷凍機の凝縮器及び蒸発器に接続されるようになっており、液体凝縮液、特に液体冷媒の質量流量の最大０％〜３％、好ましくは０．５％〜２％、特に好ましくは１％〜１．５％の気化した冷媒の質量流量が導管を通って流れる、凝縮液再循環装置に関する。液体凝縮液、特に液体冷媒に加えて、気化した冷媒の質量流量が液体冷媒流の質量流量の最大で１％であり、そのため、吸着冷凍機の出力の低下が４％未満、好ましくは２％未満である凝縮液再循環装置を作り出すことができることは全く驚くべきことであった。これは、従来技術に記載されている再循環設備から脱却したもの（departure）を構成している。その理由は、従来技術の設備が、蒸気に対して排他的に閉鎖されている（exclusively closed to vapor：蒸気を排他的に通過させない）ように設計されており、したがって、蒸気の質量流量が通過することを可能にしていないからである。

好ましくは、以下の公式を用いて導管のこの例に関する寸法を計算することができる。

蒸気流（冷凍能力の損失）：
凝縮器から蒸発器への蒸気流に起因した冷凍能力の損失は、以下の公式を用いて計算することができる。

以下も適用される。

全体的に見ると、以下のようになる。

上記流速は、以下の式を用いて計算することができる。

全体的に見ると、以下のようになる。

出力の低下は、以下の抵抗係数の関数である。

導管の場合、以下の式が抵抗係数に適用される。

凝縮液：
同様の式が、凝縮液の質量流量にも適用される。

上記凝縮液再循環装置の幾何学的形状及び抵抗係数の最適な選択によって、以下のことが確保されることになる。
−許容される最大出力損失を超えない；
−凝縮液が、何ら問題なく、例えば凝縮器内に蓄積することなく凝縮器から蒸発器に流れる。

本発明の追加の利点には以下のものが含まれる。
−当該技術におけるこれまでの状況よりも小さくかつ軽い
−吸着機のサイズ及び／又は高さに依存しない
−単純であり、可動部材がなく、耐用寿命が長い
−従来技術と異なり、凝縮液再循環装置が吸着冷凍機の動作中に振動しない
−製造がより簡単である
−特に導管の長さ及び直径のみが極めて重要であることから、再循環の設計が非常に柔軟である
−導管内の大きな圧力降下に起因した停止時であっても低損失である
−凝縮液が、確実にかつ凝縮器内に蓄積することなく蒸発器にガイドされる
−吸着冷凍機全体の耐用寿命に有利に対応する長い耐用寿命を有する
−問題を被りにくい
−設計が単純であり、複雑な調節技術なしで、アクチュエーターもセンサーもなしで、容易に詰まる可能性のある構成要素なしで動作する
−自己調節型である
−吸着冷凍機のサイズ及びタイプに依存しない

本発明の意味において、導管は、特に、その長さが通常その断面よりも大幅に大きい細長い中空体を表す。導管は、方形の断面、楕円形の断面又は他の断面を有していてもよい。導管は、好ましくは０メートル〜２メートルの長さを有し、０．１ｍ〜１ｍの長さが特に有利である。導管は、吸着冷凍機の構成要素に単純に接続されてもよく、広く一般に用いることができるように容易に適応することができる。例えば、設置者が、現場で導管を短くして、必要とされる長さに調整してもよい。導管は、非常に単純な構成であるので、メンテナンスが非常に少ないか又はメンテナンスフリーでさえあることも分かっている。本発明の意味において、導管が凝縮器と蒸発器との間の単なる開口部として存在するにすぎないように導管を短く設計することが有利な場合もある。これは、特に、非常にコンパクトなシステムの場合に必要となる場合がある。それにもかかわらず、このことは従来技術には記載されていない。したがって、本発明の意味における導管には、液体及び蒸気の双方の形態の冷媒の質量流量が通って流れることができる特に開口部又は通路も含まれる。その結果として、少なくとも１つの開口部又は通路を凝縮器と蒸発器との間に配置することが好ましい場合がある。

導管は、好ましくは、金属材料、プラスチック材料及び／又はセラミック材料から作製される。好ましい変形形態には、鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、銅、真鍮、ニッケル合金、チタン合金、アルミニウム合金、プラスチック、プラスチック及び金属の組み合わせ（複合材料導管）、ガラス及び金属の組み合わせ（エナメル）又はセラミックが含まれる。幾つかの導管をフォースロック（force-locked）形式及び／又は物理的接合形式で互いに接続することが好ましい場合もある。フォースロック接続には、テンションリング、成形部材、曲管部片、ねじ又はリベットが含まれる。物理的接合接続には、接着接合、溶接、半田付け又は加硫が含まれる。良好な熱伝導率のため、銅又はアルミニウムが導管用の材料として有利に用いられるが、ステンレス鋼が高い静的強度値及び動的強度値並びに高い耐食性を有することからステンレス鋼を用いることが有利な場合もある。プラスチック、例えばポリ塩化ビニルから作製された導管は、特に軽量かつ柔軟であり、したがって、吸着冷凍機の重量を削減することができる。構造用セラミック材料を含むラミック材料は、高い安定性及び長い耐用寿命を有する。上掲した材料の組み合わせが特に有利であり、その理由は、異なる物理的特性をこのようにして組み合わせることができるからである。これらの好ましい材料は、高温又は変化する圧力に対して安定しているので、導管及び／又は吸着冷凍機の高い技術的製造需要を満たす。

導管は、０．０１ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜１０ｍｍ、特に好ましくは３ｍｍ〜６ｍｍの直径を有することが好ましい。本発明の好ましい実施の形態では、導管は、角度を有するように、すなわち直線でないように設計される。導管は、湾曲又は角度を有していてもよい。１０ｋＷの吸着冷凍機用の導管は、冷凍能力の損失が特に１．５％になるように、４ｍｍの直径及び２ｍｍの長さを有することが好ましい。直径／長さの比は、好ましくは１〜５００であり、吸着冷凍機の出力の比は単に一例として与えられているにすぎない。

導管の内部には好ましくは減圧要素がある。しかしながら、導管がその直径対長さの比によって減圧要素として機能することが好ましい場合もある。これは、液体凝縮液（特に冷媒）と、少量の蒸気冷媒、好ましくは１％以下の質量流量の液体凝縮液とが蒸発器から流れ出て導管を通って蒸発器［原文のまま；凝縮器？］に流れ込む程度に直径を削減するか又は長さが増加させることを意味する。吸着冷凍機による出力損失は、好ましくは２％未満である。当業者であれば、液体のみが導管を通って流れるとともに蒸気がほとんど又は全く存在しない程度に導管の直径を削減することができることを知っている。本発明の意味において、この状態は、蒸気に対して開放されていると呼ぶことができる。

好ましくは導管内に配置される減圧要素は、好ましくは絞り弁又は締切り弁である。これらの要素は、導管に組み込まれてもよく、流れ断面の局所的な狭窄部をもたらしてもよい。幾何学的形状に従って分類することができる種々の弁を導管に有利に組み込むことができる。ここで、用いられ弁には、直通弁、アングル弁、傾斜した座を有するＹ形弁及び／又は三方弁が含まれ得る。パイプライン内の流量率は、弁の使用中に公称幅を変化させることによって正確かつ精密に制御することができ、パイプラインは、環境に対して確実に密封することができる。弁は、手動で、媒介物によって、機械によって、又は電磁的に有利に動作させることができる。本発明の意味における絞りは、好ましくは、導管の内部にある円錐形の導管部片であり、この場合、同心又は偏心の減圧部も好ましい。

別の好ましい実施の形態では、減圧要素は、開口及び／又は組込み部材である。組込み部材は、例えば、縮小した断面の導管設置セクション若しくは縮小した断面の導管設置セクションの複数の部分、縮小した流出口若しくはスリーブを有するＴ継手（T-piece）、開口、取付具、又は縮小した断面を有する測定制御システムが含まれる。流体力学の当業者であれば、そのような組込み部材を導管に組み込むことができることを知っているであろう。減圧要素又は断面縮小要素は、１つ又は複数の導管に有利に組み込むことができ、そのため、それらの要素を調整可能で可変とするように設計することが有利な場合がある。これは、減圧要素が調節可能又は自己調節型であってもよいことを意味し、そのため、流れが通過する導管の断面を増加又は減少させることができるので、好ましくは最適な又は好ましい減圧をいつでも任意の境界条件下で達成することができる。

減圧要素を調整可能にすることは、例えば手動弁によって手動で実施されてもよい。しかしながら、流れが通過する減圧要素及び導管断面は、自動的に及び／又は自己調節型で調整されることが好ましい場合もある。減圧要素は、例えば、導管内の圧力を測定し、次いで、これらの測定の結果に基づいて減圧要素によって、導管の公称幅、すなわち導管の断面を変化させる測定制御装置を備えてもよい。

したがって、減圧要素は、本質的に液体の凝縮液及び少量の蒸気が凝縮器から流れ出て蒸発器に流れ込むように、単数又は複数の導管の公称幅、すなわち導管を通る自由流れの断面を変更することが好ましい場合がある。

別の好ましい実施の形態では、少なくとも１つの測定及び／又は調節装置が、凝縮液再循環装置、特に凝縮器及び／又は蒸発器に設置される。この測定及び／又は調節装置は、温度及び／又は圧力を含む特に冷媒の物理的特性を測定する。したがって、この測定及び／又は調節装置は、凝縮器内の蒸気圧を求めることができ、測定された変量がデジタル化されてデータとして出力されるようにする。測定されたデータを保存し、このデータを比較の目的で用いることも有利に可能であり、したがって、吸着冷凍機の最適化が可能になる。測定されたデータ、いわゆる実際の値は、所与の設定点値と比較されることが好ましい場合があり、その場合、その結果得られるいずれかの差によって、調節装置は、好ましくは、導管の公称幅及び／又は減圧要素を通る自由流れの断面を変化させることができる。このようにして、凝縮液再循環装置を、吸着冷凍機の種々の動作モード又は種々の動作点に容易かつ迅速に調整することができる。ここで、設定点値は、好ましくは或る特定の動作モードを規定する値に対応する。

当業者であれば、動作点が、技術的装置、好ましくは収着機、特に好ましくは吸着冷凍機又は熱吸着機（adsorption heat machine）の特性マップ内又は特性線上の或る特定の点を示す場合があることを知っているであろう。これらの特性マップ又は特性線は、システム特性、並びにシステムに作用する外部影響及び外部パラメーターに基づいて実現することができる。例としては、ヒートシンク及び熱源の温度、又は蒸発器ストランド若しくは脱着器ストランドでの再循環における全体積流量が含まれる。

本発明の意味において、システム構成は、好ましくは吸着冷凍機の構成、すなわち、例えば吸着冷凍機の構成要素の内部の水流に関する配線（hydraulic wiring）、冷媒側における構成要素の内部の配線又は吸着冷凍機の変更された基本設計（例えば、吸着器の数、蒸発器の動作、凝縮器の動作等）を示す。

凝縮液再循環装置は、蒸気に対して開放されている接続が凝縮器と凝縮器［；蒸発器？］との間に存在するように、当業者がよく知っている締結装置によって凝縮器及び蒸発器に容易に接続することができる。直径及び長さの組み合わせのため又は開口等の構成要素によって減圧をもたらす導管をこの目的に用いることができることは全く驚くべきことであった。この驚くべきことによって、液体凝縮液が凝縮器から流れ出て蒸発器に流れ込むことができ、そのため、蒸気冷媒も蒸発器に流れ込むという結果が達成される。しかしながら、蒸気の流量率は、非常に小さいので、２％未満の出力の低減しか生じない。蒸気の質量流量は、特に有利には、液体冷媒の質量流量の最大で１％にしかならない。これは、この業界で慣例的なものから脱却したものであり、新規な技術分野を開く。その理由は、この導管を用いると、設備を収着機、好ましくは吸着機の種々の動作モードに調整する必要がもはやないからである。また、これによって、収着機の製造コストが削減されることになり、収着機を普遍的に用いることができるようになる。さらに、凝縮液再循環装置は、様々な長さ又は寸法で実施することができる単純な設計である。蒸気に対して開放されている再循環装置の使用は、従来技術では敬遠されており、そのため、本発明は、この業界における従来のものから脱却している。

凝縮液再循環装置は、例えばシングルチャンバーシステムの場合に、２つの吸着器とともに有利に用いることができるが、マルチチャンバーシステムのデュアルチャンバーの場合であっても、吸着冷凍機の１つのみの吸着器とともに用いることもできる。さらに、凝縮液再循環装置は、他のタイプの収着機に容易かつ迅速に適応することができる。それを行うために機器に対してこれらの収着機を基本的に変更する必要はない。

当業者であれば、圧力降下がパイプライン内の壁の摩擦及び内部流体摩擦に起因した圧力差を指すことを知っているであろう。異なる圧力が好ましくは凝縮器及び蒸発器内に広がっている。これによって、本質的に、液体冷媒又は蒸気冷媒が蒸発器から流れ出ず、また凝縮器に流れ込まないという結果が達成される。「本質的に」という用語を含めることによって、圧力の観点からすれば、表現が当業者には不明確となる。その理由は、当業者は、本発明による教示の全体的な開示に基づいて、圧力が好ましくは吸着冷凍機の２つの構成要素内で異なり、この言い回しが、当然、小さな圧力差及び大きな圧力差の双方を等しく含むことを認識するからである。異なる圧力は、例えば、従来技術に記載されている測定方法によって求めることができる。

当業者であれば、蒸気が凝縮器から出て蒸発器内へ再循環装置を通って流れることができないと、これまでならば仮定したであろう。その理由は、流れることができるということが吸着冷凍機による出力損失をもたらすからである。換言すれば、蒸気に対して開放されている再循環装置は、過去において、上記の明言した目的には用いられていなかった。その理由は、この技術業界は、再循環装置を上記の明言した目的に用いることが出力の低下に関連付けられていることを前提としていたからである。しかしながら、特に吸着冷凍機内での使用において、蒸気に対して開放されている少なくとも１つの導管を凝縮液再循環装置として用いても、出力の実質的な損失も他の不利な点ももたらされないことが判明した。これは、全く驚くべきことであり、従来技術から脱却したものを構成する。ここで、蒸気、特に蒸気冷媒の質量流量は、液体冷媒の質量流量の特に最大で１％にしかならないことが好ましい。当業者であれば、本発明による寄与を行う必要なく、この情報を用いて本発明を再現することができる。その理由は、当業者であれば、大きな技術的努力を何ら必要とすることなく単純な比較試験によって凝縮液再循環装置、特に導管の寸法を求めることができるからである。

本発明はまた、少なくとも１つの吸着器脱着器ユニットと、少なくとも１つの凝縮器ユニットと、少なくとも１つの蒸発器ユニットとを備える凝縮液再循環装置を備える吸着冷凍機であって、
該凝縮液再循環装置は、蒸気に対して開放されているとともに該蒸発器ユニットと該凝縮器ユニットの間に存在している導管からなりを備え、減圧要素が導管内に存在する、吸着冷凍機に関する。少なくとも１つの導管、好ましくは幾つかの導管を蒸発器と凝縮器との間に設けることが好ましい場合もある。加えて、本発明は、特に、熱交換器及び収着材料を有する少なくとも１つの吸着器脱着器ユニット、少なくとも１つの凝縮器、少なくとも１つの凝縮器熱交換器、少なくとも１つの蒸発器凝縮器ユニット及び／又は少なくとも１つの蒸発器熱交換器を備える吸着冷凍機であって、凝縮液再循環装置が、蒸発器と凝縮器との間における、蒸気に対して開放されている少なくとも１つの導管からなり、減圧要素が少なくとも１つの導管内に存在するようになっており、この吸着冷凍機が、水圧接続（hydraulic connection）及び水圧動作用の接続要素及び導管ブッシュを有するようなっている、吸着冷凍機に関する。当業者であれば、吸着冷凍機のタイプに応じて、上述した構成要素のいずれを用いなければならないかを知っているであろう。上記に列挙した一覧は、モジュールの群であり、これらのモジュールの個々のユニットは、吸着冷凍機のタイプに応じて互いに結合することができる。個々の構成要素の選択及びそれらの構成要素をどのようにして互いに結合するのかは、当業者によく知られている。

また、本発明は、吸着冷凍機の凝縮器から蒸発器内への流体の再循環のための凝縮液再循環装置の使用に関する。本発明の特に好ましい実施の形態では、少なくとも１つの導管が、蒸気に対して開放されており、好ましくは減圧要素が少なくとも１つの導管内に存在するように、少なくとも１つの導管が蒸発器と凝縮器との間に配置されることが提供される。少なくとも１つの導管は、単なる通路又は開口部として設計されることも好ましく、したがって、少なくとも１つの通路又は少なくとも１つの開口部が蒸発器と凝縮器との間に設けられる。

さらに、本発明は、吸着冷凍機の凝縮器と蒸発器との間に配置されている少なくとも１つの導管を備える当該吸着冷凍機における凝縮液再循環のための方法であって、凝縮器内に存在する液体冷媒及び蒸気冷媒が、少なくとも１つの導管を通って蒸発器に流れ込み、吸着冷凍機による出力降下が５％未満、好ましくは２％未満であるようになっている、方法に関する。好ましくは、少なくとも１つの導管は減圧要素を有する。

以下では、本発明を図に基づいて一例として説明することにする。ただし、本発明はこれらの図に限定されるものではない。

従来技術による吸着冷凍機を示す図である。 凝縮液再循環装置の好ましい実施形態を示す図である。 凝縮液再循環装置の好ましい実施形態を示す図である。 代替的な設計を有する好ましくはコンパクトな吸着冷凍機を示す図である。 凝縮液再循環装置の好ましい設計範囲を示す図である。

図１は、従来技術による吸着冷凍機を示している。吸着冷凍機１は、いずれの従来の冷凍機とも同様に、異なる圧力の２つのエリアに細分されている。凝縮器２及び脱着器３は高圧エリアに属する一方、蒸発器４及び吸着器３は低圧エリアに属する。吸着機の再循環過程において、凝縮液は、凝縮器２（高圧）から蒸発器４（低圧）に戻るように運ばれなければならない。これらの個々の構成要素は、蒸気が流れることを可能にする蒸気開口部を介して相互接続されている。

図２及び図３は、凝縮液再循環装置の好ましい実施形態を示している。吸着冷凍機の凝縮器２は、凝縮液再循環装置７によって凝縮器２から流れ出て蒸発器４に流れ込む液体冷媒６の或る特定の充填レベルを有する。凝縮器２と蒸発器４との間の接続は、少なくとも１つの導管によって確立され、この導管は有利には減圧要素９を含む。凝縮液再循環装置７は、当該凝縮液再循環装置７の特定の導管８の直径及び対応する長さに起因して、従来技術と比較して驚くべき利点を提供する。導管８の直径及び長さは、好ましくは、液体冷媒６が何ら問題なくかつ何ら蓄積することなく蒸発器４に容易に流れることができるように選択され、この場合、凝縮器２からの蒸気は、ほんの僅かな又は無視してよい量、好ましくは液体冷媒の質量流量の１％未満が蒸発器４に流入する。この効果は、好ましくは、導管８内の蒸気流の圧力降下によって生み出され、液体凝縮液と気体蒸気との間の大きな密度差に基づいている。導管８自体は、例えば開口が導管８内に配置されているという点で減圧要素を有することができる。しかしながら、導管８の直径及び長さは、液体冷媒は導管８を通って流れるが、蒸気冷媒の質量流量は低くなるように選択されることが好ましい場合がある。本発明のこの意味において、導管８は減圧要素９と呼ぶこともできる。

図４は、凝縮器２が蒸発器４の真上に配置されている吸着冷凍機の代替的な設計を示している。凝縮液再循環装置７は、凝縮器２と蒸発器４との間に配置され、凝縮液再循環装置７の導管８は、開口部又は通路８として設計されている。しかしながら、少なくとも１つ、好ましくは複数の開口部及び／又は通路８を蒸発器４と凝縮器２との間に配置することが好ましい場合もある。この場合、凝縮液再循環は、１つ又は複数の開口部／通路８を通って行われ、これらの開口部／通路８は、本発明のこの意味において、特に２つのチャンバー間の隔壁にある孔と呼ぶことができる。

図５は、凝縮液再循環装置の好ましい設計範囲を示している。或る圧力降下が、凝縮液再循環装置の最適な設計に好ましく、特に、液体凝縮液、特に液体冷媒が凝縮液再循環装置を通って流れるが蒸気も凝縮液再循環装置を通って流れる直径／長さの比が好ましい。この結果、性能の損失が大きくなる。他方、凝縮液再循環装置は、性能の損失が最小限になるとともに、蒸気は凝縮液再循環装置を通って流れないが、液体凝縮液は凝縮液再循環装置内で増大するように設計することができる。液体冷媒、特に凝縮液の質量流量を有するが、冷媒蒸気としては特に液体凝縮液の質量流量の最大で１％しか有しない凝縮液再循環装置を作製することが可能であることは全く驚くべきことであった。これは、この業界で慣例的なものから脱却したものを構成している。

１ 吸着冷凍機
２ 凝縮器ユニット
３ 吸着器脱着器ユニット
４ 蒸発器
５ 蒸気開口部
６ 液体冷媒
７ 凝縮液再循環装置
８ 導管／開口部／通路
９ 減圧要素

Claims (14)

1. 少なくとも１つの導管（８）を備える、吸着冷凍機（１）用の凝縮液再循環装置（７）であって、
   少なくとも１つの導管（８）が、蒸気に対して開放されているように該吸着冷凍機（１）の凝縮器（２）及び蒸発器（４）に接続されていることを特徴とする、凝縮液再循環装置。
2. 凝縮液再循環装置（７）であって、
   減圧要素（９）が該導管（８）内に存在することを特徴とする、請求項１に記載の凝縮液再循環装置。
3. 凝縮液再循環装置（７）であって、
   該導管（８）は、金属材料、プラスチック材料及び／又はセラミック材料から作製されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の凝縮液再循環装置。
4. 凝縮液再循環装置（７）であって、
   該導管（８）は、０．０１ｍｍ〜１５ｍｍ、又は２ｍｍ〜１０ｍｍ、又は３ｍｍ〜６ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の凝縮液再循環装置。
5. 凝縮液再循環装置（７）であって、
   該減圧要素（９）は、絞り弁、締切り弁、開口及び／又は組込み部材を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の凝縮液再循環装置。
6. 凝縮液再循環装置（７）であって、
   該減圧要素（９）は、調整可能であるとともに可変であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の凝縮液再循環装置。
7. 凝縮液再循環装置（７）であって、
   該導管（８）は、該蒸発器（４）及び該凝縮器（２）に、形状適合形式又は物理的接合形式で接続されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の凝縮液再循環装置。
8. 凝縮液再循環装置（７）であって、
   蒸気流体及び液体流体を含む流れる流体が、該導管（８）内に存在することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の凝縮液再循環装置。
9. 少なくとも１つの導管（８）を備える吸着冷凍機（１）における凝縮液再循環のための方法であって、該導管は、該吸着冷凍機（１）の凝縮器（２）と蒸発器（４）との間に配置され、該蒸発器（４）内に存在する液体冷媒と、蒸気冷媒とが、少なくとも１つの導管（８）を通って該蒸発器（４）に流れ込み、５％未満又は２％未満の該吸着冷凍機（１）の出力降下が確立されるようになっている、少なくとも１つの導管を備える吸着冷凍機における凝縮液再循環のための方法。
10. 減圧要素（９）が少なくとも１つの導管（８）内に存在する、請求項９に記載の方法。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の凝縮液再循環装置（７）の使用であって、吸着冷凍機（１）の凝縮器（２）から蒸発器（４）内への流体の再循環のための、凝縮液再循環装置の使用。
12. 凝縮液再循環装置（７）の使用であって、
    少なくとも１つの導管（８）が、該蒸発器（４）と該凝縮器（２）との間配置されている、請求項１１に記載の凝縮液再循環装置の使用。
13. 少なくとも１つの導管（８）が、蒸気に対して開放されており、減圧要素（９）が少なくとも１つの導管（８）内に存在する、請求項１１又は１２に記載の使用。
14. 少なくとも１つの吸着器脱着器ユニット（３）と、少なくとも１つの凝縮器ユニット（２）と、少なくとも１つの蒸発器ユニット（４）とを備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の凝縮液再循環装置（７）を備える吸着冷凍機（１）であって、
    該凝縮液再循環装置（７）は、蒸気に対して開放されているとともに該蒸発器ユニット（４）と該凝縮器ユニット（２）の間に位置している少なくとも１つの導管（８）を備え、減圧要素（９）が少なくとも１つの導管（８）内に存在する、吸着冷凍機。

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