JP4565539B2 - 吸着冷凍機の運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学反応を利用して、高温熱源から熱を吸収し、低温の熱を生成するか又は低温熱源から熱を吸収し高温の熱を発生させる吸着冷凍機の運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図４を参照して、従来の吸着冷凍機について説明すると、図示の吸着冷凍機は、反応器１１を有しており、この反応器１１は第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂを備え、各反応部１１ａ及び１１ｂには吸着剤（例えば、シリカゲル）１２が充填されている。第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂにはそれぞれ吸着剤１２を加熱・冷却する第１及び第２の熱交換器１３及び１４が備えられている。
【０００３】
そして、反応器１１には凝縮器１５及び蒸発器１６が連結されている。つまり、凝縮器１５はそれぞれ弁１７ａ及び１７ｂを介して第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂに接続され、蒸発器１６はそれぞれ弁１８ａ及び１８ｂを介して第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂに接続されている。
【０００４】
ここで、図５を参照すると、図５は、吸着冷凍機の作動原理を示す図であり、説明の便宜上、反応器１１には一つの反応部のみを示している（つまり、反応器１１は第１の反応部１１ａのみを有する状態を示している）。
【０００５】
図５（ａ）に示すように、再生工程においては、第１の熱交換器１３に、例えば、温排水が流され、これによって、吸着剤１２から脱着（脱気）が行われる。凝縮器１５には熱交換器１５ａが備えられ、この熱交換器１５ａには冷却水が流されて、反応器１４からの脱気によって輸送される冷媒蒸気（水蒸気）が凝縮器１５（つまり、熱交換器１５ａ）によって凝縮・液化して凝縮器１５内に冷媒液（水）として溜まる。
【０００６】
このようにして、温排水の熱駆動によって反応器１１において脱気を行うにつれて、吸着剤１２中の冷媒液が冷媒蒸気として凝縮器１５に輸送されて、吸着剤１２は乾燥することになる。この際、凝縮器１５を流れる冷却水は冷媒蒸気から熱を吸収して温められることになる。
【０００７】
一方、吸着工程においては、図５（ｂ）に示すように、第１の熱交換器１３に、例えば、冷却水が流される。蒸発器１６には熱交換器１６ａが備えられるとともにポンプ１６ｂが備えられ、熱交換器１６ａには冷水が流される。ポンプ１６ｂによって蒸発器１６に溜まった冷媒液が、蒸発器１６の上部から熱交換器１６ａにシャワー状に降り注がれて、熱交換器１６ａによって、冷媒液（水）が蒸発して、冷媒蒸気となって反応器１１に輸送される。
【０００８】
この際、つまり、蒸発の際、熱交換器１６ａを流れる冷水は冷やされることになる。そして、蒸発器１６から輸送された冷媒蒸気は吸着剤１２に吸着される。そして、水分の吸収に伴って、吸着剤１２が発熱するため、第１の熱交換器１３を流れる冷却水によって吸着熱が除去される（冷やされる）。
【０００９】
再び、図４を参照して、図示の吸着冷凍機では、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂで交互に前述の再生工程及び吸着工程が行われる。つまり、第１の反応部１１ａが再生工程にある際には、第２の反応部１１ｂは吸着工程にあり、第１の反応部１１ａが吸着工程にある際には、第２の反応部１１ｂは再生工程にある。
【００１０】
いま、第１の反応部１１ａが再生工程にあり、第２の反応部１１ｂが吸着工程にあるものとする。この際には、弁１７ａ及び１７ｂはそれぞれ開状態及び閉状態とされ、弁１８ａ及び１８ｂはそれぞれ閉状態及び開状態とされる。つまり、凝縮器１５は第１の反応部１１ａと連通し、蒸発器１６は第２の反応部１１ｂと連通した状態となって、図５（ａ）及び（ｂ）で説明したように、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂでそれぞれ再生工程及び吸着工程が行われることになる。
【００１１】
そして、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂをそれぞれ吸着工程及び再生工程に移行させる前に、第１の反応部１１ａの吸着剤１２を冷し、第２の反応部１１ｂの吸着剤１２を温めるために、熱回収工程が行われる。この熱回収工程においては、図６に示すように、第１及び第２の熱交換器１３及び１４が連結されて、第１及び第２の熱交換器１３及び１４間で冷水が循環されて熱回収が行われる。
【００１２】
熱回収工程が終了すると、弁１７ａ及び１７ｂがそれぞれ閉状態及び開状態とされるとともに、弁１８ａ及び１８ｂはそれぞれ開状態及び閉状態とされる。つまり、凝縮器１５は第２の反応部１１ｂと連通し、蒸発器１６は第１の反応部１１ａと連通した状態となって、図５（ａ）及び（ｂ）で説明したように、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂでそれぞれ吸着工程及び再生工程が行われることになる。
【００１３】
その後、再び前述の熱回収工程が行われた後、前述のようにして、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂでそれぞれ再生工程及び吸着工程が行われ、以後この動作が繰り返される。
【００１４】
一方、特許文献１（特開平１１−３７５９６号公報）に開示されているように、上述のような吸着冷凍機において、反応器１１（図４参照）と凝縮器１５（図４参照）とを連結する配管に吸入ポンプを配置して、反応器で吐き出された冷媒蒸気を吸入ポンプによって吸引して、加速した状態で凝縮器に送り込むようにして、より多くの冷媒蒸気を反応器から吐き出させ、これによって、熱効率を向上させるようにしたものがある。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１１−３７５９６号公報（段落（００４１）〜（００６６）、第１図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１及び第２の反応部において再生工程と吸着工程とを切り換える際、凝縮器と第１及び第２の反応部との間に配置された弁（バルブ）を一旦わずかの時間（数秒程度）二つとも全閉する必要がある。ところが、これらのバルブを全閉すると、吸入ポンプの吸入側に配置されたバルブが閉じられることになって、吸入圧力が急激に低下してしまい、吐出圧力と吸入圧力との差圧が極めて大きくなってしまう。
【００１７】
この結果、例えば、図７に示すように、吸入ポンプの動力（ｋＷ）が、周期的に２〜２．５倍程度まで跳ね上がってしまい、吸入ポンプに大きな負荷が掛かり、吸入ポンプに悪影響を与えてしまうことになる。さらに、熱回収運転においては、１分程冷水供給が行われず、冷水供給を行わないにもかかわらず、吸入ポンプが運転される結果、動力が無駄となってしまう。
【００１８】
本発明の目的は、凝縮器と反応器との間に配置される吸入ポンプ等の気体輸送手段に悪影響を与えることなく、効率的に再生工程及び吸着工程の切り換えを行うことのできる吸着冷凍機の運転方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、吸着剤が充填された第１及び第２の反応部と、該第１及び該第２の反応部にそれぞれ第１及び第２のバルブを介して連結された凝縮器と、前記第１及び前記第２の反応部にそれぞれ第３及び第４のバルブを介して連結された蒸発器と、前記第１及び前記第２のバルブと前記凝縮器との間に配置され冷媒蒸気を前記凝縮器に輸送するメカニカルブースタポンプとを有し、前記第１及び前記第２の反応部にはそれぞれ第１及び第２の熱交換器が配置されて、前記第１〜第４のバルブを制御装置によって開閉制御して前記第１及び前記第２の反応部で選択的に前記吸着剤から冷媒の脱着を行う再生工程を行うとともに前記吸着剤に前記冷媒の吸着を行う吸着工程を行い、前記第１及び前記第２の反応部で交互に前記再生工程及び前記吸着工程を行うようにした吸着冷凍機の運転方法において、
前記メカニカルブースタポンプを常時運転した状態で、
前記第１の熱交換器に流体として冷却水を流すとともに前記第２の熱交換器に流体として温水を流す第１のステップと、
前記第２及び前記第３のバルブを開状態とし、前記第１及び前記第４のバルブを閉状態として、前記凝縮器及び前記蒸発器をそれぞれ前記第２及び前記第１の反応部と連通して前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ吸着工程及び再生工程を行う第２のステップと、
前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ前記吸着工程及び前記再生工程が終了すると、温水冷却水切り換え制御を行って該温水冷却水切り換え制御が完了するまで前記第１及び前記第２のバルブを開状態とするとともに前記第３及び前記第４のバルブを閉状態として前記第１及び前記第２の反応部を、前記運転が維持されているメカニカルブースタポンプを介して前記凝縮器に連通させる第３のステップと、
前記温水冷却水切り換え制御の完了によって、前記第１の熱交換器に流体として温水を流し、前記第２の熱交換器に流体として冷却水を流す第４のステップと、
前記第１及び前記第４のバルブを開状態とし、前記第２及び前記第３のバルブを閉状態として、前記凝縮器及び前記蒸発器をそれぞれ前記第１及び前記第２の反応部と連通して前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ再生工程及び吸着工程を行う第５のステップと、
前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ前記再生工程及び前記吸着工程が終了すると、前記温水冷却水切り換え制御を行って、該温水冷却水切り換え制御が完了するまで前記第１及び前記第２のバルブを開状態とするとともに前記第３及び前記第４のバルブを閉状態として前記第１及び前記第２の反応部を、前記運転が維持されているメカニカルブースタポンプを介して前記凝縮器に連通させる第６のステップを有し、
前記第６のステップにおける温水冷却水切り換え制御の完了によって、前記メカニカルブースタポンプの運転を維持した状態で前記第１のステップを行うようにしたことを特徴とする吸着冷凍機の運転方法が得られる。
【００２０】
そして、第１及び第２の反応部がそれぞれ吸着工程及び再生工程にある際、上述のような運転制御を行って、第１及び第２の反応部をそれぞれ再生工程及び吸着工程に移行させれば、輸送手段における吸入側圧力と吐出側圧力との差圧が大きくなることがなく、熱回収を行う際、輸送手段が過酷な運転を強いられることがない。従って、輸送手段に悪影響を与えることなく、効率的に再生工程及び吸着工程を行うことができることになる。
【００２２】
そして、第１及び第２の反応部がそれぞれ再生工程及び吸着工程にある際、上述のような運転制御を行って、第１及び第２の反応部をそれぞれ吸着工程及び再生工程に移行させれば、輸送手段における吸入側圧力と吐出側圧力との差圧が大きくなることがなく、熱回収を行う際、輸送手段が過酷な運転を強いられることがない。従って、輸送手段に悪影響を与えることなく、効率的に再生工程及び吸着工程を行うことができることになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その他相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎり、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２４】
図１を参照して、図示の吸着冷凍機において、図４に示す吸着冷凍機と同一の構成要素については同一の参照番号を付し説明を省略する。図示の例では、弁１７ａ及び１７ｂと凝縮器１５との間に気体輸送手段であるメカニカルブースターポンプ（以下ＭＢＰという）２１が配置されており、このＭＢＰ２１によって、再生工程の際第１又は第２の反応部１１ａ又は１１ｂから冷媒蒸気が強制的に凝縮器１５に輸送され、これによって、熱効率を向上させる。
【００２５】
なお、弁１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは図示しない制御装置によって開閉制御され、さらに、この制御装置は後述するようにして、第１及び第２の熱交換器１３及び１４に流す温排水及び冷却水の切換制御を行う（なお、弁１７ａ、弁１７ｂ、弁１８ａ、及び弁１８ｂは、それぞれ第１のバルブ、第２のバルブ、第３のバルブ、及び第４のバルブである）。
【００２６】
ここで、図２も参照して、まず、第１の熱交換器１３に冷却水が流され、第２の熱交換器１４に温排水が流される（ステップＳ１）。その後、制御装置は、弁１７ｂ及び１８ａを開状態とし、弁１７ａ及び１８ｂを閉状態とする（ステップＳ２）。つまり、凝縮器１５は第２の反応部１１ｂと連通し、蒸発器１６は第１の反応部１１ａと連通した状態となって、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂでそれぞれ吸着工程及び再生工程が行われることになる。なお、以下の運転制御においてＭＢＰ２１は常時運転されている（制御装置の制御下で常時運転されている）。
【００２７】
第１の反応部１１ａにおける吸着工程及び第２の反応部１１ｂにおける再生工程が終了すると（ステップＳ３）、制御装置では、温排水・冷却水の切り換え制御を行う（ステップＳ４）。そして、温排水・冷却水の切り換え制御が完了しないと（つまり、温排水・冷却水の切り換え制御が完了するまで）、制御装置は、弁１７ｂを開状態とするとともに、弁１８ｂを閉状態とする。つまり、弁１７ａ及び１７ｂが開状態となり、弁１８ａ及び弁１８ｂが閉状態となる（ステップＳ５）。この結果、凝縮器１５は第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂと連通した状態となる。そして、温排水・冷却水の切り換え制御が完了すると、制御装置では、第１の熱交換器１３に冷却水に代えて温排水を流し、第２の熱交換器１４に温排水に代えて冷却水を流す（ステップＳ６）。
【００２８】
その後、制御装置は、弁１７ｂを閉状態とし、弁１８ｂを開状態とする。つまり、弁１７ａ及び１８ｂが開状態となり、弁１７ｂ及び１８ａが閉状態となる（ステップＳ７）。この結果、凝縮器１５は第１の反応部１１ａと連通し、蒸発器１６は第２の反応部１１ｂと連通した状態となって、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂでそれぞれ再生工程及び吸着工程が行われることになる。
【００２９】
第１の反応部１１ａにおける再生工程及び第２の反応部１１ｂにおける吸着工程が終了すると（ステップＳ８）、制御装置では、温排水・冷却水の切り換え制御を行う（ステップＳ９）。そして、温排水・冷却水の切り換え制御が完了しないと（つまり、温排水・冷却水の切り換え制御が完了するまで）、制御装置は、弁１７ｂを開状態とするとともに、弁１８ｂを閉状態とする。つまり、弁１７ａ及び１７ｂが開状態となり、弁１８ａ及び弁１８ｂが閉状態となる（ステップＳ１０）。この結果、凝縮器１５は第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂと連通した状態となる。そして、温排水・冷却水の切り換え制御が完了すると、制御装置はステップＳ１を行い、以降前述したようにステップが繰り返されることになる。
【００３０】
上述のような制御を行うと、凝縮器１５と反応器１１との間に配置された弁１７ａ及び１７ｂのうち少なくとも一方が開いた状態であるから、ＭＢＰ２１の吸入側圧力と吐出側圧力との差圧が大きくなることがなく、図３に示すように、図７のように従来見られたＭＢＰ２１の動力が大きくなることがほとんどなくなる。
【００３１】
なお、前述のように、第１及び第２の反応部１１ａ及び１１ｂで再生工程と吸着工程とを切り換える前に、温排水と冷却水とを切り換えて第１及び第２の熱交換器１３及び１４に流すようにしているから、熱回収を行う際、ＭＢＰ２１を停止しなくてもよく（つまり、ＭＢＰ２１を発停しなくてもよく）、例えば、図３に見るように、ＭＢＰ２１が過酷な運転を強いられることがなくなる（つまり、ＭＢＰ２１は劣悪な環境下で運転されることがない）。
【００３２】
このように、図１で説明した吸着冷凍機では、凝縮器と反応器との間に配置されるＭＢＰ等の気体輸送手段に悪影響を与えることなく、効率的に再生工程及び吸着工程を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第１の熱交換器に流体として冷却水を流すとともに第２の熱交換器に流体として温水を流して、第２及び第３のバルブを開状態とし、第１の及び第４のバルブを閉状態として、凝縮器及び蒸発器をそれぞれ第２及び第１の反応部と連通して第１及び第２の反応部でそれぞれ吸着工程及び再生工程を行った後、温水冷却水切り換え制御の際、第１及び第２のバルブを開状態とするとともに第３及び第４のバルブを閉状態として、第１及び第２の反応部を凝縮器に連通させ、第１の熱交換器に流れる流体として温水を流し、第２の熱交換器に流れる流体として冷却水を流して、第１及び第４のバルブを開状態とし、第２及び第３のバルブを閉状態として、凝縮器及び蒸発器をそれぞれ第１及び第２の反応部と連通して第１及び第２の反応部でそれぞれ再生工程及び吸着工程を行うようにしたから、第１及び第２の反応部で交互に再生工程及び吸着工程を移行させる際、輸送手段（ＭＢＰ）における吸入側圧力と吐出側圧力との差圧が大きくなることがなく、熱回収を行う際、輸送手段が過酷な運転を強いられることがない。この結果、輸送手段に悪影響を与えることなく、効率的に再生工程及び吸着工程の切り換えを行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による吸着冷凍機の一例を示す図である。
【図２】 図１に示す吸着冷凍機の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３】 図１に示すＭＢＰの動力変化を示す図である。
【図４】 従来の吸着冷凍機の一例を示す図である。
【図５】 吸着冷凍機における再生工程及び吸着工程を説明するための図であり、（ａ）は再生工程を示す図、（ｂ）は吸着工程を示す図である。
【図６】 図４に示す吸着冷凍機における熱回収工程を説明するための図である。
【図７】 図４に示す吸着冷凍機に吸引ポンプを備えた際の吸引ポンプの動力変化を示す図である。
【符号の説明】
１１ 反応器
１１ａ 第１の反応部
１１ｂ 第２の反応部
１２ 吸着剤
１３ 第１の熱交換器
１４ 第２の熱交換器
１５ 凝縮器
１６ 蒸発器
１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 弁（バルブ）
２１ メカニカルブースターポンプ（ＭＢＰ）

Claims (1)

1. 吸着剤が充填された第１及び第２の反応部と、該第１及び該第２の反応部にそれぞれ第１及び第２のバルブを介して連結された凝縮器と、前記第１及び前記第２の反応部にそれぞれ第３及び第４のバルブを介して連結された蒸発器と、前記第１及び前記第２のバルブと前記凝縮器との間に配置され冷媒蒸気を前記凝縮器に輸送するメカニカルブースタポンプとを有し、前記第１及び前記第２の反応部にはそれぞれ第１及び第２の熱交換器が配置されて、前記第１〜第４のバルブを制御装置によって開閉制御して前記第１及び前記第２の反応部で選択的に前記吸着剤から冷媒の脱着を行う再生工程を行うとともに前記吸着剤に前記冷媒の吸着を行う吸着工程を行い、前記第１及び前記第２の反応部で交互に前記再生工程及び前記吸着工程を行うようにした吸着冷凍機の運転方法において、
   前記メカニカルブースタポンプを常時運転した状態で、
   前記第１の熱交換器に流体として冷却水を流すとともに前記第２の熱交換器に流体として温水を流す第１のステップと、
   前記第２及び前記第３のバルブを開状態とし、前記第１及び前記第４のバルブを閉状態として、前記凝縮器及び前記蒸発器をそれぞれ前記第２及び前記第１の反応部と連通して前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ吸着工程及び再生工程を行う第２のステップと、
   前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ前記吸着工程及び前記再生工程が終了すると、温水冷却水切り換え制御を行って該温水冷却水切り換え制御が完了するまで前記第１及び前記第２のバルブを開状態とするとともに前記第３及び前記第４のバルブを閉状態として前記第１及び前記第２の反応部を、前記運転が維持されているメカニカルブースタポンプを介して前記凝縮器に連通させる第３のステップと、
   前記温水冷却水切り換え制御の完了によって、前記第１の熱交換器に流体として温水を流し、前記第２の熱交換器に流体として冷却水を流す第４のステップと、
   前記第１及び前記第４のバルブを開状態とし、前記第２及び前記第３のバルブを閉状態として、前記凝縮器及び前記蒸発器をそれぞれ前記第１及び前記第２の反応部と連通して前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ再生工程及び吸着工程を行う第５のステップと、
   前記第１及び前記第２の反応部でそれぞれ前記再生工程及び前記吸着工程が終了すると、前記温水冷却水切り換え制御を行って、該温水冷却水切り換え制御が完了するまで前記第１及び前記第２のバルブを開状態とするとともに前記第３及び前記第４のバルブを閉状態として前記第１及び前記第２の反応部を、前記運転が維持されているメカニカルブースタポンプを介して前記凝縮器に連通させる第６のステップを有し、
   前記第６のステップにおける温水冷却水切り換え制御の完了によって、前記メカニカルブースタポンプの運転を維持した状態で前記第１のステップを行うようにしたことを特徴とする吸着冷凍機の運転方法。

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