JP2022000604A - 分割レベル吸着冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】二床もしくは多床の単一段もしくは複数段の吸着サイクル、または、単一段もしくは複数段の吸収サイクルをその作動基準として利用する分割レベルエアコンディショニングシステムを提供すること。【解決手段】本発明は、新規の分割レベル吸着冷却システムに関する。詳細には、本発明は、従来の吸着に基づく冷却ユニットを用いる新規の方法として、分割レベル吸着に基づくユニットを提供する。本発明は、吸着チラーの蒸発器を吸着床および凝縮器から分割することで得られる、様々な冷却負荷の場所への有効な冷却能力の送達を伴う配置の自由な構成を提供する。【選択図】図６

Description

本発明は、新規の分割レベル吸着冷却システムに関する。詳細には、本発明は、従来の吸着に基づく冷却ユニットを用いる新規の方法として、分割レベル吸着に基づくシステムを提供する。本発明は、詳細には、新規の分割レベル吸着システムを提供する。本発明は、吸着チラーの蒸発器を吸着床および凝縮器から分割することで得られる、様々な冷却負荷の場所への有効な冷却能力の送達を伴う配置の自由な構成を提供する。本発明の本質的な焦点は、装置における蒸発から、凝縮および熱圧縮の機能を分離することにあり、詳細には、より機能的にふさわしい動作のモードを可能にするために、装置における冷媒の流れを最適化することにある。本発明は、以後に記載されているような分割レベル吸着冷却のための方法も提供する。

地球温暖化、空気および水の汚染に加えて、加熱および冷却のための一次エネルギー消費などの環境問題のため、環境にやさしい技術の早急な開発に対する要求がある。中でも、低温熱源駆動システムまたは熱動力吸着システムは、そうでない場合には周囲へと放出されることになる典型的には１００℃未満の低温排熱源を回収および再使用できるため［非特許文献１〜３］、重要な技術のうちの１つとして見なされている。

冷やすまたは冷却の目的のために使用される既存の機械的または電気的に駆動される蒸気圧縮に基づくシステムを置き換える必要性の認識がある。このようなシステムは、典型的には、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）などのガスを使用する。第２７回モントリオール議定書締約国会合（ＭＯＰ２７）が、２０１５年にアラブ首長国連邦において開催され、モントリオール議定書の下、ＨＦＣの規制について議論された。したがって、ＨＦＣが環境に対して持っている悪影響を考慮して、このような物質の使用を置き換えるための緊急の必要性がある。［非特許文献１〜３］

機械的な冷却ユニットはよく知られている。これらのユニットは、凝縮器ユニットと蒸発器ユニットとが電気圧縮機と冷媒ラインとを介して互いと接続される蒸気圧縮冷却サイクルにおいて作動する。このようなシステムは、典型的には、作動流体として、フレオン類、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）類、およびハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類などの合成冷媒を使用する。蒸気圧縮システムは効率的でコンパクトである一方、作動流体として使用される物質は、オゾン層の破壊や地球温暖化などの環境問題の領域の原因であることが徐々に分かってきており、発がん性があることも分かってきた。

蒸気圧縮システムは、４つの主要な構成要素、すなわち、電気駆動圧縮機、凝縮器、絞り弁／膨張装置、および蒸発器を本質的に有している。一体の製品では、これらがすべて単一のフレーム上／筐体内に収容されている。分割のユニットでは、上記の一体の製品が分けられる２つの主要なサブセクションがある。一方は、室外ユニットまたは凝縮ユニットと称され、主に電気圧縮機と凝縮器とを収容し、他方は、室内ユニットまたは冷却ユニットと称される。蒸発器セクションが絞り装置と共に収容されるのは、この室内ユニットまたは冷却ユニットにおいてである。

蒸気圧縮システムは、一体モデルとしての使用であろうと、分割レベルモデルとしての使用であろうと、作動流体を冷却するために、および、冷却される雰囲気／空間／流体と直接接触している蒸発器ユニットへと作動流体を再循環させるために、凝縮器ユニットを本質的に備えている。蒸発した作動流体は、冷媒とも称され、電気圧縮機ユニットを通じて凝縮器ユニットへと戻される。このような蒸気圧縮に基づくシステムの動力消費レベルも大きく、大きな二酸化炭素排出量をもたらす。

ここ数十年間にわたって、遠隔／室内の加熱／冷却ユニットを伴う分割のユニットが非常に人気になっており、特には、単一の分割としては３５ｋＷまで、可変冷媒ユニットと称される共通の室外凝縮ユニットまたは室外ＶＲＦからの複数の分割としては概して３〜５ｋＷのものが、非常に人気になっている。

蒸気吸収または蒸気吸着を作動原理として用いる熱動作冷却システムが、当技術分野において公知である。しかしながら、このようなシステムは、凝縮器ユニットおよび蒸発器ユニットが互いと近接して同じ筐体に必ず設けられる必要がある一体（分割レベルでない）ユニットについてのみ知られている。これらのシステムは、合成冷媒に基づくシステムの欠点の一部を克服する一方、主により大きい能力（３０ＲＴ超の能力）のシステムについては、有用／経済的であることの欠点を被る。このようなシステムで利用される吸着または吸収の冷却サイクルは、機械的な冷却サイクルの電気圧縮機を、熱交換器に基づく吸収体または吸着体での置き換えを含む。吸収体または吸着体は、電気圧縮機と同類であるとして、熱圧縮機と称され、凝縮器セクションと一緒にされる場合、２つは従来の蒸気圧縮のユニットまたはシステムの凝縮ユニットと同類となる。吸着に基づく冷却技術は数十年前に開発されているが、ユニットを小さい能力／寸法で作る法外なコストおよび困難によって、この技術はまったく実行可能とはされなかった。最近５〜１０年において、注目に値する２つのことが起こった。１つは、環境保全技術を開発するための強力な動きがある。地球全体にわたる政府の支持、新たな規制、および財政的インセンティブが、特に、再生エネルギーの選択肢、排熱などの使用の増進と、現在の電気蒸気圧縮冷却機械において広範囲に使用されている合成冷媒への依存の低下とに基づくＣＯ_２削減に対する緊急の必要性の背景において、これを可能にしている。

最近の技術的進歩は、一体吸着ユニットのコストおよび寸法を縮小し、そのため、特には２０ｋＷ未満の範囲において、使用を増大させることを可能にしている。ここ５〜１０年で、より小さい能力の吸着冷却ユニットの高まる商業的な実行可能性は、さらなるステップへと進み、２つの部品、つまり、熱圧縮機および凝縮器を備える凝縮ユニットと、蒸発器熱交換器に加えて液冷媒を絞るための手段を備える室内／遠隔の蒸発器セクション／ユニットとを本質的に備える分割式吸着冷却ユニットを開発するための当技術分野における必要性を引き起こしている。

しかしながら、主にはここ４〜６年で、特には２０ｋＷ未満で、商業的に利用可能な吸着ユニットの最近の出現にも拘らず、蒸発器セクションが吸着ユニットの残りの構成要素から遠隔にある分割式吸着ユニットを開発するために行われた明確な試みはない。

吸着システムまたは吸収システムの一体の設計は、異なる供給源から、冷水回路を用いる吸着チラーの蒸発器へと冷却負荷を搬送する追加的な空気処理ユニットからの熱移送から生じる重大な損失を負わせる。本発明は、冷水回路と、配置の自由な冷却システムとを排除する分割式吸着システムを導入することで、吸着チラーの効率を向上し、資本コストを削減する。

いくつかの異なる分割式ユニットが、従来の蒸気圧縮システムに関して当技術分野において仮定されている。特許文献１は、室内ユニット、室外ユニットを有する分割エアコンディショナを開示している。室内ユニットは水平の棒材によって室外ユニットに接続され、それによって、分割エアコンディショナへの支持として、窓台の使用を可能にする。この開示には、吸着に基づく熱圧縮方法に使用に向けての指針への言及はない。それどころか、この開示は、いつもの先行技術のルーム式分割エアコンディショナの使用における移動性および融通性を向上することに注力している。特許文献２は、室内ユニットと室外ユニットとを伴う分割式エアコンディショナを開示している。この開示は、室外熱交換器の霜付き状態を検出するために、および、室外ファンモータの室内駆動回路における変流器を作動させるために、室外ユニットに設けられた機械的な温度装置検出器を通じた制御に注力している。ここでも、蒸発器構成要素の分割の使用に向けて、および、熱圧縮の使用に向けての開示または指針はない。特許文献３は、分割式ルームエアコンディショナを開示している。この開示における注力は、共同住宅およびマンションへの分割式ルームエアコンディショニングのアクセスを確保することにある。しかしながら、この意図された目的がどのように達成されるかについての開示がないだけでなく、具体的な圧縮手段または蒸発器セクションを分割することについての開示がまったくない。

前述の代表的な開示は、研究が分割式エアコンディショナの分野においてであるが、蒸発器構成要素の分離と熱圧縮手段の使用とを確保することに配慮がされていないことを示している。

同様に、いくつかの異なる吸着剤に基づく冷却システムが、吸着式の加熱ユニット／冷却ユニットについての当技術分野において仮定されている。特許文献４は、接着層が熱交換器構造体に形成され、次に、交換器がその接着を確保するために吸着剤材料へと浸漬される吸着熱交換器を開示している。特許文献５は、蒸気を通過させることができるようにするために、多孔性材料が交換器の管状部分と接触して設けられる熱交換器を開示している。その材料は繊維性材料である。特許文献６は、重ねて配置されている複数のプレートを含む吸着構成要素を備える、吸着チラーのための部分組立体を開示している。重なりにおけるプレートの隣接する対の冷媒側は冷媒通路を定め、吸着剤材料がこれらの通路内に設けられる。特許文献７は、増大された吸着体能力を伴う熱交換器を開示している。熱交換器は、特定のフィンピッチ、フィン長さ、およびフィン高さを伴うプレートフィンチューブ式熱交換器を備える。活性炭が充填吸着剤として使用され、炭は特定の蒸気吸着能力を有する。そのように形成された床が、吸着剤材料の漏れを防止するために、網状の材料によって覆われる。

上記の開示のいずれも、蒸発器構成要素が凝縮器および圧縮機ユニットから遠隔に維持され、少なくとも１つの圧縮機ユニットが熱圧縮ユニットである分割吸着冷却ユニットに向けた情報または指針をまったく提供していない。ここまで出願人の知る限りでは、遠隔の冷却セクションを伴う分割式吸着ユニットを発明するためにも、克服するために技術的挑戦に対処させるためにも、明確な試みが行われてこなかった。

米国特許出願公開第２０１５／０１９２３０９号明細書 欧州特許出願公開第０７８９２０１号明細書 米国特許出願公開第２００６／００４２２９０号明細書 米国特許第８，５９０，１５３号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２１６５６３号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００１４５３８号明細書 特開２００５−２９１５２８号公報 インド特許出願２１５４／ＤＥＬ／２０１５号明細書

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本発明は、二床もしくは多床の単一段もしくは複数段の吸着サイクル、または、単一段もしくは複数段の吸収サイクルをその作動基準として利用する分割レベルエアコンディショニングシステムを提供する。本発明では、蒸発器は、吸着／吸収チラーの空気処理ユニットおよび蒸発ユニットの両方として機能し、それによって冷水回路を効果的に排除する。

一実施形態では、室内ユニット／セクションとも称される蒸発器セクション全体が、熱圧縮機および凝縮器を備える凝縮ユニットとも称される室外ユニットを残したまま、主ユニットから切り離される。

この実施形態では、蒸発器チューブが、空気流、または、冷却される流体を伴って、拡張されたフィンまたは強化された表面のありまたはなしで、冷媒がチューブを通過して蒸発する状態で、蒸発器チューブの外表面上に水平または鉛直に置かれ得る。この実施形態では、蒸発器と、吸着体床または吸収体とは、液体凝縮物が凝縮器から蒸発器へと戻る状態で、単一または複数の蒸気ダクトを介して接続される。特に蒸発器ユニットが蒸発器と凝縮器との間の圧力差よりも高い位置にある場合には、配置を自由にするために、凝縮物ラインにおいて小型の液体ポンプが必要とされることがある。この分割式蒸発は、様々な絞り装置／膨張装置、および、絞り弁、オリフィス、細管、計量装置などのそれらの代用品との組合せで、異なる吸着剤／吸収剤兼冷媒の対にも適用可能である。

この種類の分割蒸発器は、この実施形態では、吸着またはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットを用いる移動輸送ユニットにも適用可能である。

別の実施形態では、典型的には蒸発器セクションに提供される、通常は銅または金属の熱交換器チューブが取り除かれ、遠隔／室内ユニットに収容される。ここでは、蒸発器と吸着体／吸収体床とは、液冷媒ラインだけによって接続される。液冷媒ポンプが、蒸発器と疑似蒸発器または噴霧室との間で冷媒を搬送するために使用される。これは、冷却セクションまたは疑似蒸発器セクションになる蒸発器セクションをもたらす。「疑似蒸発」という用語は、以後において、蒸発手段が冷却セクションから分離され、蒸発手段が、凝縮器セクションと共に、または、独立してのいずれかで収容される特定の実施形態に言及している。この種類の分割蒸発器は、様々な絞り装置／膨張装置、および、絞り弁、オリフィス、細管、計量装置などのそれらの代用品との組合せで、異なる吸着剤／吸収剤兼冷媒の対にも適用可能である。

この種類の分割蒸発器は、この実施形態では、吸着またはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットを用いる移動輸送ユニットにも適用可能である。

そのため、本発明は、
− 少なくとも１つの圧縮手段が熱圧縮手段である１つまたは複数の圧縮手段、および凝縮手段を含む第１の構成要素と、
− 専用の筐体に各々設けられ、蒸発手段を備える、第１の構成要素から分離された１つまたは複数の第２の構成要素と
を備え、
− 各々の蒸発手段は、１つまたは複数の冷媒入口ラインと、１つまたは複数の冷媒出口ラインとを通じて、凝縮手段に接続され、
− １つまたは複数の前記冷媒出口ラインは、使用された冷媒流体を、各々の蒸発手段から、１つまたは複数の圧縮手段を通じて、凝縮手段へと提供し、
− １つまたは複数の冷媒入口ラインは、凝縮した冷媒流体を、凝縮手段から各々の蒸発手段へと搬送する、
分割式エアコンディショニングユニットを提供する。

本発明の一実施形態では、圧縮手段は、吸着ユニット、吸収ユニット、ハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニット、およびハイブリッド蒸気圧縮／吸収ユニットから成る群から選択される。

本発明の別の実施形態では、圧縮手段は吸着ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットである。

本発明のさらに別の実施形態では、吸着ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットの場合に用いられる吸着剤が、ゼオライト、メソポーラスケイ酸塩、不溶性金属ケイ酸塩、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＳ２型、活性炭繊維、粒状活性炭、活性アルミナ、高多孔質活性炭、リンカーと結合されたＺｒ_６Ｏ_４（ＯＨ）_４、ＭＩＬ−１０１Ｃｒ、有機金属構造体（ＭＯＦ）、共有結合性有機構造体（ＣＯＦ）、機能性吸着剤材料などから成る群から、単独で、または、それらの任意の組合せで選択される。

本発明のさらに別の実施形態では、圧縮手段は吸収ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸収ユニットである。

本発明の別の実施形態では、吸収ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸収ユニットは、水−臭化リチウム、アンモニア−水などから成る群から選択される冷媒−吸収剤混合物が提供される。

本発明の別の実施形態では、冷媒は、水、メタン、メタノール、エタノール、アンモニア、プロパン、ＣＦＣ、１３４Ａなどから成る群から選択される。

本発明の別の実施形態では、各々の冷媒入口ラインは、膨張弁、細管、Ｐトラップ、および計量装置など、異なる種類の絞り装置／膨張装置から選択される１つまたは複数の冷媒流れ制御手段が設けられる。

本発明の別の実施形態では、蒸発器は、流下膜式管（水平／鉛直）、上昇／流下膜式管、強制循環（管／プレート）、プレート式、流下膜式プレート、強制循環、およびそれらの任意の組合せから成る群から、すべて表面蒸発を援助するための強化された表面処理を伴うかまたは伴わずに選択される。

本発明の別の実施形態では、吸着ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットを含むときに分割のユニットは、任意の車両装置に搭載可能である。

本発明の別の実施形態では、蒸発器からの熱交換チューブが取り除かれ、別の分割の室内／遠隔／冷却ユニットに位置付けられ、疑似蒸発手段は、冷媒を冷却して分割の室内／遠隔／冷却ユニットに供給するために、室外ユニットに用いられる。

本発明は、
− 少なくとも１つの圧縮手段が熱圧縮手段である１つまたは複数の圧縮手段、凝縮手段、および疑似蒸発手段を含む第１の構成要素と、
− 専用の筐体に各々設けられ、冷却手段を備える、第１の構成要素から分離された１つまたは複数の第２の構成要素と
を備え、
− 各々の冷却手段は、１つまたは複数の液冷媒供給および戻しラインを通じて、疑似蒸発器手段に接続され、
− １つまたは複数の前記液冷媒戻しラインは、吐出された液冷媒を、各々の冷却手段から疑似蒸発器手段へと提供し、吐出された冷媒の液部分は疑似蒸発器手段へと戻され、疑似蒸発器からの蒸発された冷媒は、凝縮および再循環のために、圧縮手段を通じて凝縮器に導かれる、
分割式エアコンディショニングユニットも提供する。

本発明の一実施形態では、圧縮手段は、吸着ユニット、吸収ユニット、ハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニット、およびハイブリッド蒸気圧縮／吸収ユニットから成る群から選択される。

本発明の別の実施形態では、圧縮手段は吸着ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットである。

本発明のさらに別の実施形態では、吸着ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットの場合に用いられる吸着剤が、ゼオライト、メソポーラスケイ酸塩、不溶性金属ケイ酸塩、シリカゲルＡ型、シリカゲルＲＤ型、シリカゲルＳ２型、活性炭繊維、粒状活性炭、活性アルミナ、高多孔質活性炭、リンカーと結合されたＺｒ_６Ｏ_４（ＯＨ）_４、ＭＩＬ−１０１Ｃｒ、有機金属構造体（ＭＯＦ）、共有結合性有機構造体（ＣＯＦ）、機能性吸着剤材料などから成る群から、単独で、または、それらの任意の組合せで選択される。

本発明のさらに別の実施形態では、圧縮手段は吸収ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸収ユニットである。

本発明の別の実施形態では、吸収ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸収ユニットは、水−臭化リチウム、アンモニア−水などから成る群から選択される冷媒−吸収剤混合物が提供される。

本発明の別の実施形態では、冷媒は、水、メタン、メタノール、エタノール、アンモニア、プロパン、ＣＦＣ、１３４Ａなどから成る群から選択される。

本発明の別の実施形態では、疑似蒸発器ユニットは、冷却塔充填、金属網たわし、金属または無機の繊維発泡などの種類の、相当に拡張された表面積を伴う構成要素にわたる流下／噴霧膜から成る群から選択される蒸発手段を有する。

本発明の別の実施形態では、冷却ユニットは、従来のチューブフィン熱交換器および強化されたチューブ熱交換器から選択される熱交換器を有する。

本発明の別の実施形態では、吸着ユニットまたはハイブリッド蒸気圧縮／吸着ユニットを含むときに分割のユニットは、任意の車両装置に搭載可能である。

本発明は、添付の図面を参照しつつ、とりわけ下記においてより詳細に説明されることになる。

先行技術の典型的な蒸気圧縮ユニットまたはエアコンディショニングユニットの図である。 先行技術の典型的な吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの図である。 先行技術の典型的な吸収の冷却／エアコンディショニングユニットの図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸収の冷却／エアコンディショニングユニットの概略図である。 典型的な分割蒸気圧縮の冷却／エアコンディショニングユニットの概略図である。 機能的な接続を保持しつつ装置の残りの構成要素からの冷却／室内／遠隔ユニットの隔離／遠隔性を描写している本発明の広範な実施形態のブロック図である。 遠隔／室内／冷却ユニットに収容された蒸発器および蒸発器チューブを伴う吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 冷却セクションが蒸発手段から遠隔に設けられている、吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 遠隔／室内／冷却ユニットに収容された蒸発器および蒸発器チューブを伴う吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 冷却セクションが蒸発手段から遠隔に設けられている、吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 遠隔／室内／冷却ユニットに収容された蒸発器および蒸発器チューブを伴うハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 冷却セクションが蒸発手段から遠隔に設けられている、ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 遠隔／室内／冷却ユニットに収容された蒸発器および蒸発器チューブを伴うハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの別の実施形態に適用される本発明の分割技術の概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの別の実施形態に適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの別の実施形態に適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの別の実施形態に適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 冷却セクションが蒸発手段から遠隔に設けられている、ハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの別の実施形態に適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 遠隔／室内／冷却ユニットに収容された蒸発器および蒸発器チューブを伴うハイブリッド蒸気圧縮／吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 ハイブリッド蒸気圧縮／吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の詳細における概略図である。 冷却セクションが蒸発手段から遠隔に設けられている、ハイブリッド蒸気圧縮／吸収の冷却／エアコンディショニングユニットに適用されるときの本発明の分割技術の概略図である。

ここで、本発明は、添付の図面を参照しつつ記載されることになる。

本明細書では、「室内ユニット」および「冷却ユニット」という用語は、本発明に関して使用されるとき、互いと置き換え可能に使用される。具体的には、「疑似蒸発」という用語は、室内／冷却ユニットが蒸発手段から遠隔に設けられる様々な実施形態に言及しており、凝縮器＋圧縮機セクションと組み合わせられるか、または、別々に設けられるかのいずれかであり得る。

本発明は、本質的に、室内／冷却セクション／ユニットを凝縮ユニットから「分割」または分離することにあり、使用される圧縮手段の少なくとも１つが熱圧縮手段となっている。

望む場合、室内／冷却セクションは、冷却セクションが蒸発器手段から遠隔に設けられるように、さらに「分割」されてもよい。この特定の実施形態は、本文書において「疑似蒸発器」または「疑似蒸発」手段／機構と称される。

図１は、前述しているように、典型的な蒸気圧縮冷却サイクルを用いるエアコンディショニングユニットの先行技術の典型的な／従来の蒸気圧縮ユニットの図である。ここでは、数種の冷媒が使用でき、大部分はＣＦＣまたは合成冷媒であり、すべてＣＯ_２生成に直接的な影響を持つと共に、地球温暖化の一因となる。また、これらは電気エネルギーを直接的に使用し、電気エネルギーもまた、電気生成の大部分がＣＯ_２生成および地球温暖化の大きな原因となる化石燃料に基づくため、消費低減に向けた焦点である。

典型的な／従来の蒸気圧縮ユニットに基づくエアコンディショニングユニットは、本質的に、蒸発器構成要素４と、電気圧縮機１と、凝縮器構成要素２とから成る。蒸発器ユニット４と凝縮器ユニット２との両方は、それらへの空気の投入を確保するためのファン７および８がそれぞれ設けられている。凝縮器ユニット２の場合では、空冷凝縮器として設けられるとき、凝縮器ファン７は、周囲（屋外）空気９を投入し、暖かい空気を放出する１０。空冷蒸発器が設けられる場合には、蒸発器ユニット４は、室内の暖かい戻り空気１１を引き込み、冷却／冷やされた空気１２を、冷却される空間へと放出することを確保するために、蒸発器ファン８を有している。蒸発器４を凝縮器２へと電気圧縮機１を通じて接続する吸い込みライン１３が設けられている。吸い込みライン１３の機能は、冷媒を凝縮器ユニット２へと戻すように移送することである。凝縮された冷媒は、膨張弁６、または、冷媒圧力を低減し、蒸発器４への冷媒の流れの量を制御し、それによって蒸発器４の出口における過熱を制御する装置もしくは手段が設けられた液流れライン１５を通じて、凝縮器ユニット２から蒸発器ユニット４へと再循環される。この先行技術のシステムの機能性は、後で説明されている。このシステムの重要な特徴は、凝縮器構成要素２と蒸発器構成要素４との両方が同じ筐体１７に設けられた一体になっていることである。

典型的な蒸気圧縮冷却サイクルでは、電気圧縮機１は、凝縮器セクション２へと移動する冷媒ガスを上昇圧力まで圧縮する。凝縮器２では、圧縮されたガスは、周囲空気９または冷却水に依存する冷却手段によって圧縮の熱が抽出されるにつれて、冷却で液化する。次に、液化された冷媒ガスは、膨張弁６または細管と称される絞り装置またはオリフィスへと移動し、そこで圧力が低下させられ、温度が低下させられる。液体から気体への相変化が、蒸発器４と称される熱交換器５において起こる。蒸発のこの潜熱は、冷却効果として流体に与えられ、その流体は、蒸発器熱交換器５と接触するときに冷却される。ガスの形態でのこの蒸気は、圧縮機１へと進み、再び圧縮され、サイクルを繰り返していく。

図２は、先行技術の吸着に基づく冷却／エアコンディショニングユニットの概略図である。吸着の冷却システム／ユニットでは、蒸気圧縮に基づくユニットの電気圧縮機が、２つ以上の交互の吸着体床１および１Ａから成る熱圧縮機によって代用されている。これらの吸着体床１および１Ａは、シリカゲル、ゼオライト、分子篩、活性炭、ＭＯＦ、ＣＯＦ、ＦＡＭ、および、開発中の他の新しい種類の吸着剤の族に由来する様々な種類の吸着剤２７で充填されている。

図２で見て取れるように、熱圧縮に基づくエアコンディショニングユニットは、本質的に、蒸発器構成要素４と、２つの交互の吸着剤反応器１および１Ａから成る圧縮機構成要素と、凝縮器構成要素２とから成る。凝縮器ユニット２は、導入されて出口１０を通じて排出される、中で冷却手段を通じて循環する水９などの冷却流体を利用する。蒸発器ユニット４は、独立した吸着剤反応器を通じて各々延びる２つの別々のラインを通じて、凝縮器ユニット２に接続されている。２つの吸着剤反応器１および１Ａは各々、冷水のための入口２３、２６と、温水のための出口２４、２５とがそれぞれ設けられており、後で記載しているような所定の時間サイクルで交互に機能する。二方弁１８、１９、２０、および２１が、蒸発器ユニット４への使用された冷媒の戻る流れのないことを確保するために、吸着剤反応器１および１Ａの前後の各々のラインに設けられている。凝縮された冷媒は、典型的にはＰトラップが設けられた液流れライン１５を通じて、凝縮器ユニット２から蒸発器ユニット４へと戻される。

このシステムの重要な特徴は、圧縮構成要素／吸着体１および１Ａの両方と、凝縮器構成要素２と、蒸発器構成要素４とが同じ筐体１７に設けられた一体になっていることである。

先に説明しているように、吸着熱交換器１および１Ａは、典型的には、熱エネルギーを供給および吐出するために使用され、潜熱と結び付いて放出するための吸着質作動媒体の相変化を用いる吸着剤材料２７と熱接触している熱交換器２２および２２Ａ構造体を備えている。熱は、蒸気性作動媒体の吸着を通じて放出される。反対に、熱交換器構造体２２および２２Ａを介して供給される熱エネルギーは、吸着質の新たな蒸発のために使用され得る。

様々な種類の吸着剤反応器１および１Ａの種類が知られており、様々な吸着剤／冷媒の対がある。

吸着式の冷却ユニットでは、吸着剤および冷媒は、吸着剤兼冷媒の対として概して称される。シリカゲルおよび水と、分子篩および水とが、最も一般的に使用されている対であり、加えて、環境にやさしく安全な冷媒の対であるが、ゼオライトおよび水、活性炭およびエタノール、活性炭およびプロパン［非特許文献４〜９］などのいくつかの他の冷媒の対が、使用および調査されており、製品開発されている。

典型的な吸着の冷却ユニットサイクルでは、冷却エネルギーが、吸着過程の間の蒸発器４から吸着体床１への質量移動過程を介して、冷媒蒸発から抽出される。この過程は、通常、吸着支援蒸発と称される。飽和されない吸着剤材料による取り込みの潜在性が、吸着過程における冷媒の蒸発を引き起こす。これは発熱過程であり、したがって、外部冷却が、吸着過程を維持する吸着熱の除去のために必要とされる。吸着剤材料が冷媒で飽和されることになると、または、あらかじめ設定されたサイクル時間に到達されると、吸着剤材料は蒸発器４から隔離され、外部熱源を用いて予熱され、システムの圧力を上昇させる。圧力が凝縮器圧力またはあらかじめ設定された時間に到達すると、吸着体床は次に凝縮器２と連通される。吸着剤の連続的な加熱は再生過程をもたらし、脱着された蒸気は凝縮器２内部で凝縮される。脱着過程の完結において、吸着体は、吸着体を凝縮器２から隔離する一方で、外部冷却回路を用いて冷却される。吸着剤材料は吸着−蒸発の過程に曝され、サイクルは完結する。実用的な吸着システムでは、複数床の手法が、１つまたは一団の床が吸着過程を実施する一方で他の床が脱着過程を受ける連続的に有効な効果を得るために採用される［非特許文献１０および１１］。

吸着に基づくシステムは、多孔性の固体吸着剤２７による吸着と、吸着質蒸気の脱着とによって駆動される。圧縮機によって駆動される従来の蒸気−圧縮冷却システムと対照的に、電気エネルギーが吸着サイクルを駆動するために必要とされない。基本的なサイクルは、吸着段階と脱着段階とを伴う。吸着段階では、冷媒蒸気は吸着剤物質２７によって吸着され、熱の放出をもたらす。脱着段階では、熱が吸着剤２７に加えられ、冷媒の脱着を引き起こす。これらの過程の間に搬送される熱は、吸着剤２７と熱搬送流体（例えば、水、メタノール、または水−グリコール混合物）または外部環境との間で、熱交換器２２および２２Ａによって搬送される。吸着過程および脱着過程は、蒸発器４／凝縮器２における冷媒の蒸発および凝縮と連動して起こる。ガス状の冷媒の吸着は、蒸気圧を低下させ、蒸発器４における液冷媒の蒸発を促進させる。この蒸発の間、熱が、冷却される環境から抽出され、冷却をもたらす。熱交換器２２および２２Ａを介して吸着剤２７に熱を供給することで、吸着された冷媒は蒸気相へと放出され、したがって、次の吸着サイクルに向けて吸着剤材料２７を再生する。結果生じるガス状の吸着質は、環境への熱除去が行われる凝縮器２へと移動する。従来の蒸気−圧縮冷却にあるように、液冷媒は、集合サイフォンまたはＰトラップなどに通されて蒸発器４へと戻され、サイクルが繰り返され得る。

図３は、吸収に基づく冷却システムの概略図である。この図に示しているように、吸収冷却ユニットでは、電気圧縮機が熱圧縮機／セクション１によって代用されているが、吸収の原理に基づいている。典型的な吸収ユニットで用いられる吸着剤の対は、水＋臭化リチウム２７またはアンモニア＋水であり、両方とも、大きな毒性と腐食性との両方がある。

典型的な吸収チラー（冷却）ユニットでは、蒸発器４は、吸収体セクション４９の近くに設けられる。蒸発器ユニット４は、冷水のための入口１２と出口１１とを有している。吸収体ユニットは、凝縮器ユニット２につながる冷却水の流れのための入ライン９を伴う吸収体床３７を備えている。凝縮器ユニット２は、冷却水のための出口１０を有している。発生器３６が、凝縮器２の近くに設けられており、高温流体のための入口手段２５および出口手段２６が設けられている。熱交換手段が、蒸発器４および吸収体セクション４９と動作可能な関連で設けられている。

図４Ａおよび図４Ｂは、本明細書における出願者の所有する、同時継続の特許文献８に開示されているハイブリッド蒸気圧縮／吸着の冷却／エアコンディショニングユニットの概略図であり、特許文献８の開示は、簡略化のために、参照により本明細書に含まれていると見なされる。

具体的には、図４Ａは、吸着サイクルの吸着床からの熱が、圧縮サイクルを用いて脱着床へと汲み上げられる装置を包含している。別の言い方をすると、蒸気圧縮サイクルの蒸発過程が、発熱過程である吸着過程を維持するために利用される。吸着サイクルからの凝縮熱と、蒸気圧縮サイクルからのエネルギー、つまり、圧縮エネルギーとは、水または空気で冷却される熱交換器を通じて周囲へと除去され得る。

図４Ｂでは、吸着体床３９と凝縮器２との両方からの熱が脱着体床３９Ａへと汲み上げられる。過剰なエネルギー、つまり、吸着サイクルの蒸発エネルギーとＭＶＣサイクルの圧縮機１の動力とは、脱着体床３９Ａから出てくる冷媒をさらに冷却することで、脱着体３９Ａにおいて、外部冷却装置へと除去される。

両方の構成において、冷却エネルギーが吸着サイクルの蒸発器４から抽出される一方、吸着サイクルの凝縮熱と圧縮機１の仕事とは、冷却塔などの熱除去装置において除去される。

図４Ｃは、本明細書における出願者の所有する、同時継続の特許文献８に開示されているハイブリッド蒸気圧縮／吸収剤システムの概略図であり、特許文献８の開示は、簡略化のために、参照により本明細書に含まれていると見なされる。蒸発器４は、吸収体セクション４９の近くに設けられる。蒸発器ユニット４は、冷水のための入口１２と出口１１とを有している。吸収体ユニットは、凝縮器ユニット２につながる冷却水の流れのための入ライン９を伴う吸収体床３７を備えている。凝縮器ユニット２は、冷却水のための出口１０を有している。発生器３６が、凝縮器２の近くに設けられており、高温流体のための入口手段２５および出口手段２６が設けられている。熱交換手段３５が、蒸発器４および吸収体セクション４９と動作可能な関連で設けられている。見て取れるように、システム全体は一体であり、つまり、単一の一体の筐体に設けられている。蒸気圧縮サイクルの蒸発過程が、吸収過程を維持するために利用される。吸収サイクルからの凝縮熱と、蒸気圧縮サイクルからのエネルギー、つまり、圧縮エネルギーとは、水または空気で冷却される熱交換器を通じて周囲へと除去され得る。

図５は、典型的な分割蒸気圧縮の冷却／エアコンディショニングユニットの概略図である。図５の装置と図１の装置との間の基本的な差異は、蒸発器ユニット４が遠隔に維持されることである。しかしながら、圧縮ユニットは、ＣＦＣおよび／または合成冷媒を利用する電気的に駆動される圧縮機ユニット１を残している。図５に表されている装置の部品は、図１の装置の対応する部分として同じ符号を持っている。蒸発器ユニットのための筐体と、凝縮器／圧縮機ユニットのための筐体とは、それぞれ２０および２１と符号付けされる。

図１に記載されている冷却サイクルは、第１の冷却ユニットの発明から何年にもわたって知られているが、電気圧縮機１に基づく分割エアコンディショニングユニットの使用は、特には３０ｋＷ未満の能力において、過去３０〜４０年にわたってのみ行われてきた。この分割式のユニットでは、蒸発器セクション４は、図５で参照された室内ユニットに別に収容される。

本発明は、本質的に、凝縮ユニット３２から、全体的または部分的のいずれかで、冷たい供給空気１２を供給する室内／冷却ユニットを場所的に隔離することにある。例えば、本発明の範囲は、凝縮ユニット３２からの冷却ユニット３３全体の分離と、それら２つを、凝縮器２と同じ筐体に設けられた熱圧縮機１を通じて接続することとの両方を含む。

あるいは、冷却セクションを２つの部分として提供すること、すなわち、冷たい供給空気１２を供給し、主室外ユニットにおける疑似蒸発器手段から冷却された液冷媒が送り込まれる直接冷却／室内／遠隔ユニット３３を提供することは、本発明の範囲内にある。この疑似蒸発器は、熱圧縮機１と凝縮器２とを備える凝縮ユニット３２と同じ筐体に含まれ得る、または、まったく別体のユニットとされ得る。

図６は、この出願において包含されている装置における広範な根本的発明概念のブロック図である。見て取れるように、冷却／室内／遠隔ユニット３３が、遠隔／別体ユニットとして設けられているが、熱圧縮機１と、延いては凝縮器２とに機能的に接続されている。圧縮機ユニット３２は、吸着剤式であろうと吸収剤式であろうと、少なくとも１つの熱圧縮機１を備えている。凝縮器２ユニットおよび圧縮機１ユニットを包囲する点線のボックス３２は、両方のユニットが概して１つの筐体にあることを示しているが、別々の筐体で提供されてもよい。冷却／室内／遠隔ユニット３３は、冷たい空気１２を冷却される空間へと送達するのを支援する冷却部分を本質的に備えている。このユニットは、実施形態のうちの１つでは、蒸発器４のチューブを含み得る。あるいは、冷却部分は、疑似蒸発器ユニット４８から遠隔に設けられ得る。疑似蒸発器４８は、点線の円によって描写されている。

図７ａは、分割の室内／冷却／遠隔ユニット３３が、別体の筐体における凝縮ユニット３２から場所的に隔離されている本発明の装置の１つの概略図である。図は、同じ筐体における凝縮器２と吸着剤反応器１および１Ａとを示している一方、それらが互いから隔離／遠隔であってもよいことは、理解されなければならない。本質的に、液冷媒は、独立したライン１５を通じて、凝縮器ユニット２から分割の室内／冷却／遠隔ユニット４へと供給される。概して、Ｐトラップまたは集合サイフォンなどが含まれる。分割の遠隔／冷却／室内ユニット３３には、ファン８を通じて室内から戻る暖かい空気１１が供給される。分割の冷却／遠隔／室内ユニット３３は、室内から戻る暖かい空気１１を冷やし／冷却し、その空気を冷却される空間のための供給空気１２へと変換する。冷媒は、所定の時間サイクルで作動する２つ以上の吸着体１および１Ａを有する熱圧縮ユニットを通じて、凝縮器２へと戻される。

各々の吸着体１および１Ａには、冷却水のための入口２３／２６と、温水のための出口２４／２５とが設けられている。２つの吸着体は、後に詳述しているように、所定の二回の時間サイクルで作動する。各々の吸着体／熱吸着体／熱圧縮機には、蒸発器４から受け入れられる冷媒を凝縮器ユニット２へと移送するために、専用の逆止式の弁１８、１９、２０、および２１が設けられている。

前述したように、本発明の装置では、先行技術の機械的冷媒システムで使用される圧縮機ユニットは、熱圧縮機ユニット１および１Ａの双対によって置き換えられている。連続的に運転する圧縮機と異なり、２つの吸着体は、３〜１５分間といった、所与のサイクル時間で交互に作動する。本分割レベルシステムの別の利点は、２つの吸着剤反応器１および１Ａと、凝縮器２と、蒸発器４ユニットとが単一の筐体に収容されていないことであり、実際、逆止弁１８、１９、２０、および２１と共に別体の筐体に設けられている。作動する対は、シリカゲル／ゼオライト／ＭＯＦ／ＣＯＦ／ＦＡＭ（吸着剤）＋水（冷媒）とでき、両方とも非常に不活性であり、環境にやさしい。上記の作動する対であれば、機械は、動作設計パラメータに依存して、６，０００（６．０ＴＯＲＲ）ミクロンと５０，０００（５０ＴＯＲＲ）ミクロンとの間の真空の下で動作する。

この吸着に基づく冷媒サイクルでは、冷却される冷水は、熱を冷媒に提供して沸騰および蒸発させ、それを、どの吸着体が吸着過程を受けているかに依存して、相互接続弁Ｖ４／２１またはＶ１／２１を通じて吸着体に向けて追いやる。蒸発における冷媒は、出ていく冷水を提供するために、入ってくる水を冷却する。蒸気（吸着質）は、吸着体熱交換器２２において、吸着剤に吸着され続ける。有用な作動能力に近付くと、吸着体サイクルが完結される。この期間の間、冷却水が、吸着の間に発生させられる熱を抽出して奪い去るために、吸着体熱交換器２２へと提供される。サイクルの終わりにおいて、分割の室内／冷却／遠隔ユニット４と吸着体１との間の弁２０が閉じられ、吸着体１Ａと凝縮器２との間の弁１９が開けられ、吸着剤２７からの吸着質の脱着のための熱を提供し、それを凝縮器２へと追いやるために、高温水が吸着体熱交換器２２Ａを通じて流れる。

蒸気としての圧力下にある高温冷媒は凝縮器２に入り、そこで、外部冷却水が熱を抽出し、それによって冷媒を液化し、それを重力によって蒸発器４へと継続的に流す。吸着サイクルの終わりにおいて、先に説明したように、次の吸着体が作用し始め、ここでの吸着体となり、つまり、吸着サイクルの完結の後、吸着体がそのモードを切り替え、脱着体となる。３〜１５分間の間といったサイクル時間は、熱交換器、吸着質の吸着剤への動力学、再生の高温水の温度、使用される吸着剤の種類、および冷却水温度に依存することになる。

図７ａ（ｉ）、図７ａ（ｉｉ）、および図７ａ（ｉｉｉ）に描写されている装置は、主に、蒸発器の種類、設計、および構造において異なる。

真空式蒸発器は、真空下において液冷媒水を気相へと蒸発させる効率的な手段を提供する特別な流下膜式蒸発器熱交換器を収容している。示しているような流下膜式蒸発器５は単なる一例であり、蒸発のための他の種類の熱交換器も適用され得る。典型的には、検討中の蒸発器５において、蒸気の形態の水は、おおよそ５〜７℃で主ユニットへと戻される。

蒸発器ユニット５と組み合わされるのは、蒸発されたガスが液体を主ユニットの凝縮器２へと押し戻すのを防止するＰトラップである。蒸発器５では、冷媒が流れる、落ちる、蒸発されるのに通る蒸発器チューブが、鉛直であるとして示されている。しかしながら、これは必須または義務ではなく、水平または斜めのチューブが構成されてもよい。いずれの場合も、使用は、冷却される空気流れとのより効率的な熱交換のための拡張されたチューブ表面のための拡張されたフィンから概して作られる。示しているような蒸発器５は、チューブへの流れのために冷媒を循環して噴霧するために、冷媒貯留部と小型の液体ポンプ４４とを有している。

図７ｂに描写した本発明の別の実施形態では、圧縮手段は、凝縮器手段と共に分離でき、それによって、分割の室内／遠隔／冷却ユニット３３を、冷却される空間への空気１２の供給のために、室内ユニットへと隔離する。これらの実施形態／構成要素は、後で詳細に記載されており、次のように言及される。
（ａ）主吸着ユニットから冷却された液冷媒が送り込まれる分割の遠隔／室内／冷却ユニット３３。
（ｂ）熱圧縮機１および１Ａと、凝縮器２と、疑似蒸発器４８とを備える主吸着ユニット３２。

吸着体ユニットは、任意の知られている吸着剤−冷媒の対を利用できる。以下の作動原理は、最も一般的に顕著に使用されているため、シリカゲル−水の対に準拠している。シリカゲル−水の対の場合、疑似蒸発器は、負圧の下で動作する必要がある。

図７ａ（ｉ）、図７ａ（ｉｉ）、図７ａ（ｉｉｉ）、および図７ｂに概略的に描写されている分割の室内／冷却／遠隔ユニット３３は、１トンの遠隔ユニットについての構成を、同じく１ＲＴ（３．５ｋＷ）の冷却能力を有している主ユニットと共に表している。水が非常に大きな蒸発潜熱を有するため、主ユニットから分割の冷却／遠隔／室内ユニット３３への液体ラインは、おおよそ３０〜３５℃の温度において、直径が小さくなるように設計される。

図７ｂでは、遠隔にあるファンコイルユニット３３には、遠隔または室外にある主吸着ユニットから、液（水）冷媒が送り込まれる。示しているような室内ユニット３２は、モータおよび凝縮物ドレンパンと共に、拡張されたフィン式熱交換器、空気フィルタ、および送風機で完結している。この種類の室内ユニットについては、７℃といった冷たい冷媒液の水（冷水）であり、１２℃といった熱交換の後の液体の水が、熱交換器チューブが完全に取り除かれた疑似蒸発器４８へと、主ユニットに戻される。図７ｂに示しているように、チューブが取り除かれた主ユニットの従来の蒸発セクションは、冷却塔充填式の構成、または、おおよそ７℃の低温の水の液体を分割の遠隔／室内／冷却ユニット３３へと連続的に生成するための任意の他の同等の適切な構成によって、置き換え／代用／占有される。おおよそ１２℃の戻り水は、凝縮器２からの戻り凝縮物と共に、疑似蒸発器４８へと連続的に供給される。典型的には１ＲＴについてのこの冷却ユニットの場合、主ユニット貯留部からの液体ラインは、おおよそ７℃で２．４ＵＳＧＰＭにおける液体の水を運ぶ必要があり、ユニットへの典型的な戻り水温度はおおよそ１２℃となる。

図８ａは、吸収チラーシステムへの本発明の「分割」の概念の適用の描写である。蒸発器４が吸収体セクション４９の近くに設けられる典型的な吸収チラー（冷却）ユニットと異なり、本発明では、分割の室内／遠隔／冷却セクション３３が分離され、独立した筐体３３に設けられている。分割の冷却／室内／遠隔ユニット３３は、吸収体ユニット４９と熱交換器３５とを含む主筐体に機能的に接続されている。別体のラインが、冷媒液を凝縮器ユニット２から分割の遠隔／室内／冷却ユニット３３へと搬送する。暖められて蒸発された冷媒が吸収体ユニットへと搬送される。冷たい供給空気１２が、蒸発器筐体３３に設けられた蒸発器ファン８を用いて、室内へと提供される。

凝縮器２、発生器３６、吸収体セクション４９、および熱交換器セクション３５の構造は、当技術分野において同じままであり得る。吸収体ユニットは、室内／遠隔／冷却ユニット３３からの使用された冷媒の流れのための入ラインを伴う吸収体床３７を備えており、その冷媒の流れは、次に凝縮器ユニット２へと送り込まれる。凝縮器ユニット２は、冷却水のための出口１０を有している。発生器３６が、凝縮器２の近くに設けられており、高温流体を入れるための手段２５および出すための手段２６が設けられている。熱交換手段３５が、蒸発器４および吸収体セクション４９と動作可能な関連で設けられている。

図８ａ（ｉ）、図８ａ（ｉｉ）、および図８ａ（ｉｉｉ）に描写されている装置は、主に、蒸発器の種類、設計、および構造において異なる。

図８ｂは、疑似蒸発器４８の概念が利用されている吸収体に基づくシステムの描写である。先に記したように、蒸発器手段５と分割の室内／遠隔／冷却セクション４とは、互いから遠隔に維持される。蒸発および冷やす機能は、熱交換チューブユニット５における１つのレベルにおいて実行される。冷やされた冷媒液は、このユニットから蒸発器／冷却セクション４へと導入され、室内の暖かい戻り空気１１を冷やすために利用され、冷たい供給空気１２を、冷却される空間へと追い散らす。使用された冷媒流体は、次に、疑似蒸発器ユニット４８へと再循環させられる。液部分は、疑似蒸発器４８の貯留部に戻される。冷媒の蒸気部分は、それが凝縮される凝縮器セクション１へと搬送され、次に、使用するために疑似蒸発器４８へと戻すように再循環させられる。

ここで図９ａおよび図１０ａを見ると、分割ハイブリッド蒸気圧縮／吸着システムのための代替の機構を描写している。図９ａは、吸着サイクルの吸着床３９からの熱が、圧縮サイクルを用いて脱着体床３９Ａへと汲み上げられるシステムを描写している。別の言い方をすると、蒸気圧縮サイクルの蒸発過程が、発熱過程である吸着過程を維持するために利用される。吸着サイクルからの凝縮熱と、蒸気圧縮サイクルからのエネルギー、つまり、圧縮エネルギーとは、水または空気で冷却される熱交換器３８を通じて周囲へと除去され得る。

図１０ａでは、吸着体床３９と凝縮器２との両方からの熱が脱着体床３９Ａへと汲み上げられる。過剰なエネルギー、つまり、吸着サイクルの蒸発エネルギーとＭＶＣサイクルの圧縮機の動力とは、脱着体床３９Ａから出てくる冷媒をさらに冷却することで、脱着体３９Ａにおいて、外部冷却装置へと除去される。

両方の構成において、冷却エネルギーが吸着サイクルの蒸発器４から抽出される一方、吸着サイクルの凝縮熱と圧縮機１の仕事とは、冷却塔などの熱除去装置において除去される。

蒸気圧縮サイクルの凝縮過程は、脱着モードでの吸着サイクル作動の再生過程のための熱源を提供する。したがって、組み合わされたサイクルは、従来の吸着サイクルの吸着体床３９および３９Ａへの冷却回路および加熱回路を本質的に排除し、システムは、電気的に駆動される圧縮機１によって、大幅にコンパクトで、携帯性があり、動作可能になる。吸着サイクルの吸着、凝縮、および再生のための冷却および加熱の方法は、任意の種類の吸着剤＋吸着質の対に適用可能である。

上記で詳述された組み合わされたサイクルは、従来の蒸気圧縮サイクルまたは吸着サイクルのいずれかと比較して、優れた成績係数（ＣＯＰ）を提供する。蒸気圧縮サイクルの蒸発および凝縮のための吸着体床３９と３９Ａとの間の切り替えは、四方弁５０を用いて達成されるが、三方弁５１が、図２に描写した吸着サイクルからの凝縮エネルギーの除去のために使用される。

分割ハイブリッド蒸気圧縮／吸着システムの吸着サイクルは、２つの吸着体床３９および３９Ａから、３つの床または４つの床など、複数床のシステムまで及ぶ。複数床の状況については、冷却および加熱のための冷媒は、吸着体床３９および３９Ａに分配でき、したがって、吸着過程および脱着過程を実現できる。

様々な材料の対（水−シリカゲル、水−ゼオライトなど）が吸着サイクルで使用でき、吸着サイクルは、典型的には、真空で動作し、蒸気圧縮サイクルから独立している。この吸着サイクルシステムは、そうでない場合に周囲へと除去される凝縮器からの熱を専ら用いる。冷媒流体は互いと決して混ざらない。蒸気圧縮システムは、吸着体床を冷却し、脱着体床を完全に加熱するために利用され、それによって吸着体のための外部の冷却および加熱を排除する。冷却負荷は、吸着サイクルの蒸発器４から抽出される。ＭＶＣサイクルの蒸発温度は吸着温度まで上昇させられるが、冷却の凝縮器２は、脱着温度において行われる。システムは、２つの別々の冷媒回路、つまり、吸着サイクルのための一方と、ＭＶＣサイクルのための他方との冷媒回路を有する。

見て取れるように、図９ａおよび図１０ａの実施形態は、図１０ａでは、吸着床と凝縮器２との両方からの熱が脱着床３９Ａへと汲み上げられ、図９ａでは、吸着床３９からの熱だけが汲み上げられる点において、本質的に異なる。両方の副次的な実施形態では、分割の室内／遠隔／冷却セクション４が遠隔にあり、システムの他の構成要素とは別体に収容されている。分割の室内／冷却／遠隔ユニット４は、冷媒ガスの戻りのために熱交換器３８および３８Ａと、冷媒流体１５の入口のために凝縮器２とに動作可能に接続されている。

図９ａ（ｉ）、図９ａ（ｉｉ）、および図９ａ（ｉｉｉ）は、異なる種類の蒸発器４が利用されている図９ａの装置のさらなる描写である。図９ｂは、分割の遠隔／室内／冷却ユニット４が疑似蒸発器手段から遠隔にある「分割」のハイブリッド蒸気圧縮／吸着剤システムの描写である。疑似蒸発器チューブは、分割の遠隔／室内／冷却ユニットから遠くに設けられ、凝縮器ユニット２および圧縮システムを含む主／室外ユニットと一体または別体であり得る。冷媒ガスは、分割の室内／遠隔／冷却ユニットから疑似蒸発器４８構成要素ユニットへと出され、そこから圧縮システムへと出される。次に、冷媒ガスは凝縮器２へと送られ、次に、冷却された冷媒液１５の形態で、冷やすために疑似蒸発器手段へと戻され、分割の室内／冷却／遠隔ユニットへと先に進む。図１０ａ（ｉ）、図１０ａ（ｉｉ）、および図１０ａ（ｉｉｉ）は、異なる種類の蒸発器が利用されている図１０ａの装置のさらなる描写である。

図１０ｂは、分割の遠隔／室内／冷却ユニット４が疑似蒸発器手段から遠隔にある「分割」のハイブリッド蒸気圧縮／吸着剤システムの描写である。疑似蒸発器チューブは、分割の遠隔／室内／冷却ユニットから遠くに設けられ、凝縮器ユニット２および圧縮システムを含む主／室外ユニットと一体または別体であり得る。冷媒ガスは、分割の室内／遠隔／冷却ユニットから疑似蒸発器４８構成要素ユニットへと出され、そこから圧縮システムへと出される。次に、冷媒ガスは凝縮器２へと送られ、次に、冷却された冷媒液１５の形態で、冷やすために疑似蒸発器手段へと戻され、分割の室内／冷却／遠隔ユニットへと先に進む。

図１１ａは、ハイブリッド蒸気圧縮／吸収チラーシステムへの本発明の「分割」の概念の適用の描写である。蒸発器４が吸収体セクション４９の近くに設けられる典型的な吸収チラー（冷却）ユニットと異なり、本発明では、分割の室内／遠隔／冷却セクション３３が分離され、独立した筐体３３に設けられている。分割の冷却／室内／遠隔ユニット３３は、吸収体ユニット４９と熱交換器３５とを含む主筐体に機能的に接続されている。別体のラインが、冷媒液を凝縮器ユニット２から分割の遠隔／室内／冷却ユニット３３へと搬送する。暖められて一部蒸発された冷媒が吸収体ユニット３３へと搬送される。冷たい供給空気１２が、蒸発器筐体３３に設けられた蒸発器ファン８を用いて、室内へと提供される。蒸気圧縮サイクルの蒸発過程が、吸収過程を維持するために利用される。吸収サイクルからの凝縮熱と、蒸気圧縮サイクルからのエネルギー、つまり、圧縮エネルギーとは、水または空気で冷却される熱交換器を通じて周囲へと除去され得る。

凝縮器２、発生器３６、吸収体セクション４９、および熱交換器セクション３５の構造は、当技術分野において同じままであり得る。吸収体ユニットは、室内／遠隔／冷却ユニット３３からの使用された冷媒の流れのための入ラインを伴う吸収体床３７を備えており、その冷媒の流れは、次に凝縮器ユニット２へと送り込まれる。凝縮器ユニット２は、冷却水のための出口１０を有している。発生器３６が、凝縮器２の近くに設けられており、高温流体を入れるための手段２５および出すための手段２６が設けられている。熱交換手段３５が、蒸発器４および吸収体セクション４９と動作可能な関連で設けられている。

図１１ａ（ｉ）、図１１ａ（ｉｉ）、および図１１ａ（ｉｉｉ）は、異なる種類の蒸発器が利用されている図１１ａの装置のさらなる描写である。図１１ｂは、分割の遠隔／室内／冷却ユニット４が疑似蒸発器手段から遠隔にある「分割」のハイブリッド蒸気圧縮／吸収剤システムの描写である。疑似蒸発器チューブは、分割の遠隔／室内／冷却ユニットから遠くに設けられ、凝縮器ユニット２および圧縮システムを含む主／室外ユニットと一体または別体であり得る。冷媒流体は、分割の室内／遠隔／冷却ユニットから疑似蒸発器４８構成要素ユニットへと出され、そこから圧縮システムへと出される。次に、冷媒ガスは凝縮器２へと送られ、次に、冷却された冷媒液１５の形態で、冷やすために疑似蒸発器手段へと戻され、分割の室内／冷却／遠隔ユニットへと先に進む。

広範囲に及ぶ作業が、向上された動力学、より短いサイクル時間、および、向上された、熱交換器の単位体積当たり冷却能力を提供する特別な熱交換器と先進の「材料」を組み合わせた熱圧縮機、つまり、吸着体の寸法を小さくするために、全世界において進行中である。これは、吸着冷却ユニットを移動輸送のために使用することを可能にした。本発明において記載した遠隔冷却方法は、このような移動輸送機器に容易に使用できる。

向上されたＣＯＰ（成績係数）のためのいくつかの進歩が、ハイブリッド蒸気電気圧縮ユニットを、吸着／吸収ユニットと共に使用することで、進行中である。すべてのこのような場合において、共通の種類の蒸発器セクションがあるため、この蒸発器セクションは、すでに先に記載しているような遠隔にある分割の室内冷却ユニットへと、両方の方法および追加の方法で、変更されてもよい。

吸着熱交換器は、装置の重要な部分を形成している。この構成要素およびその特定の冷却出力は、「材料」と称される吸着剤と、熱交換器、動力学に影響する組合せ、サイクル時間、および、吸着体の体積当たりの全体的な比冷却能力に関連して結び付けられる方法とによって、大いに影響される。

使用される材料は、シリカゲル／分子篩、ＭＯＦ、ＦＡＭ、ＣＯＦなどのいずれかであり得る。吸着体熱交換器は、本質的に、２つの主要な項目、つまり、基本チューブフィンまたは強化された表面の熱交換器＋吸着剤（「材料」）から成る。これら２つの組合せは、吸着体熱交換器のリットル当たりの比冷却能力を向上する。いくつかの進歩が、熱伝導性および動力学などを向上するために、新たな材料、新たな吸着剤（材料）を付着する方法を用いて進行中である。

使用される吸着剤は、物理吸着剤、化学吸着剤、または複合吸着剤のいずれかであり得る。使用可能である物理吸着剤は、メソポーラスケイ酸塩、ゼオライト、メタロアルミノリン酸塩、多孔質炭素、および有機金属構造体など、異なる小孔の寸法の材料を含む。メソポーラスケイ酸塩は、水和したＳｉＯ_４の小さい粒子に接続されたコロイド状シリカの剛体の連続する網を有する合成非晶質シリカゲルなどの材料を含む。多孔質炭素は、炭化物を酸化剤で気化させることによって得られる活性炭を含む。ゼオライトは、結晶細孔アルミナケイ酸塩材料を含み、ＨＺＳＭ−５、ＺＳＭ５、ゼオライトＨＹなどのいくつかの範囲を含む。ゼオライトまたはゼオライトに基づく材料の利点は、それらの使用の多様性と、使用の目的に依存する変更へのそれらの感受性である。有機金属構造体は、細孔性であり、大きな多孔性を有し、孔寸法を均一にし、良好に定められた吸着部位と大きな表面積とを有する新世代の材料である。これらの構造体は、典型的には、金属中心に連結する有機リンカーから成る。

化学吸着剤は、塩化カルシウム、塩化バリウム、塩化ストロンチウムなどの金属塩化物と、塩と、水素化リチウム、水素化カルシウム、共有結合性質の高重合水素などの金属水素化物と、非金属水素化物と、金属酸化物とを含む。

複合吸着剤は、金属塩化物と、活性炭繊維、膨張黒鉛、シリカゲル、またはゼオライトとの組合せなど、化学吸着剤と物理吸着剤との組合せを含む。複合吸着剤は、膨張、脆弱な伝導性、または凝集などの化学吸着剤の影響を被ることなく、物理吸着剤の性能の向上において利点を提供する。

使用される熱交換器は、二床式または三床式とでき、被覆フィンもしくは粒状床の手法のいずれか、または、それらの組合せを利用できる。簡略化の目的のために、２０１４年１月１０日に出願された同時継続の特許出願８１／ＤＥＬ／２０１４の記載が、参照により本明細書において組み込まれている。同時継続出願は、比冷却能力が増大されている新規のハイブリッド吸着熱交換器装置に関する。すべてのその変更を伴うこの装置が、本発明の分割の吸着エアコンディショニングユニットで利用され得る。

本発明の装置は、先行技術のシステムに対していくつかの明らかな利点を提供すると合理的に考えられている。これらは、以下のように要約される。
１．５０℃の低さの再生温度（典型的には１００℃未満）。
２．加熱、冷却、および冷やすことのための温度の幅広い範囲にわたる動作。
３．廃棄処理の熱エネルギー／太陽エネルギーがその動作を駆動する。
４．低い運転コストおよび保守。
５．機械耐用年数の延長。
６．水を冷媒として使用することで、地球温暖化の可能性やオゾン層の破壊などの環境問題を回避し、また、大きな二酸化炭素排出量を回避する。
７．結晶化、腐食、有害な漏れ、または薬品廃棄の問題がない。
８．振動または騒音のない、単純で連続的な運転。
９．追加的な空気処理ユニット（ＡＨＵ）を排除することによる、全体サイクルの効率の向上。
１０．追加のＡＨＵおよび冷水回路を排除することによる資本コストおよび運転コストの低減。
１１．分割式の蒸発器を伴う配向の自由な吸着システム。

本明細書に提供されている開示への変更および発展が本発明の範囲内にあることは、理解されるものである。

１ 吸着剤反応器、圧縮機ｓ
１Ａ 吸着体床
２ 凝縮器
４ 蒸発器ユニット、遠隔／室内／冷却ユニット
５ 流下膜式蒸発器、蒸発器ユニット
６ 膨張弁
７ 凝縮器ファン
８ 蒸発器ファン
９ 周囲空気
１０ 出口
１１ 戻り空気
１２ 供給空気
１３ 吸い込みライン
１５ ライン
１８，１９，２０，２１ 弁
２２、２２Ａ 吸着体熱交換器、熱交換器
２３ 冷却水のための入口
２４ 温水のための出口
２５ 温水のための出口
２６ 冷却水のための入口
２７ 吸着剤材料
３２ 凝縮ユニット
３３ 冷却／室内／遠隔ユニット
３５ 熱交換器
３６ 発生器
３７ 吸収体床
３８、３８Ａ 熱交換器
３９ 吸着床体
３９Ａ 吸着床体
４４ 液体ポンプ
４８ 疑似蒸発器
４９ 吸収体ユニット
５０ 四方弁
５１ 三方弁

Claims (1)

1. 明細書及び添付図面に関連付けて実質的に説明された分割式エアコンディショニングユニット。

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