JP5024815B2

JP5024815B2 - 吸着剤粒子循環式冷凍機

Info

Publication number: JP5024815B2
Application number: JP2006314046A
Authority: JP
Inventors: 博之幡野
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP2008128560A

Description

本発明は、吸着剤を吸着式冷凍機の蒸発側と再生側との間で循環させる吸着剤粒子循環式冷凍機に関する。

吸着式冷凍機は蒸気を吸着する吸着剤を用いて液体を蒸発させ、その気化熱により冷水を発生させると共に、蒸気を吸着した吸着剤を加熱或いは減圧して、吸着した蒸気を放出させて再生する作動を繰り返す。このような吸着式冷凍機では一例として図２に示すように、吸着剤５１を充填し内部に熱交換器５２を設けた第１容器５３と、内部に熱交換器５４を配置し冷媒としての水５５を入れた第２容器５６とを備え、各容器の上部を連通管５７で接続して水蒸気を流通可能としている。

吸着行程を示す図２（ａ）の例においては、吸着剤を充填した第１容器５３内の熱交換器５２の熱媒体は、吸着剤の水蒸気吸着により加熱されており、この熱交換器５２内の熱媒体を室外排出熱交換器５８を通すことにより、室外に排気される室内空気により冷却する。水蒸気を吸着し発熱した吸着剤による高温の水の熱を外気に放出する。また第２容器５６内では内部の水が連通管５７を介して第１容器５３内の吸着剤に吸着され、蒸発することによって内部が冷却され、熱交換器５４内の熱媒体が冷却されることにより、室内供給熱交換器５９で室内への空気を冷却する。

また脱離行程を示す図２（ｂ）の態様では、第１容器５３の熱交換器５２の配管をエンジン６０の排熱利用可能側に切り替えて、エンジン６０の排熱で吸着剤を加熱して、吸着剤が吸着した水分を脱離する。また、第２容器５６側では第１容器５３で脱離した水蒸気を復水し、復水により温度が上昇した水を、内部の熱交換器５４を室外排気用熱交換器５８に切り替えて連結し、室内から室外に排出される空気により冷却し復水効果を高める。上記作動を切り替え、これを繰り返すことによってこの吸着式冷凍機は作動する。このように従来の吸着式冷凍機は間欠的な動作であり、能力を一定にするためには複雑な動作を頻繁に繰り返さなくてはならなかった。

このような操作の煩雑さを解消するため、本件出願人により粒子を循環することにより複雑な流路切り替えを無くし、更に粒子貯蔵機能を付加することで負荷変動に対応可能な冷凍機を提案しており、その粒子循環方法として空気輸送、機械的輸送方法等を提案している（特許文献１）。この技術においては常圧付近での作動を主として想定しており、真空引き操作によって作動温度を低下させるために必要な真空ポンプは取り付けているが、高真空連続操作を保証するための機構については明示していなかった。また、先に提案していた方式は、機械的輸送時も真空引きが必要な構造であった。

また、特公平７−６５８１９号公報では真空容器下部で蒸発させ、機械的に上部に除湿剤粒子を搬送し、上部で粒子を再生する吸着式冷凍機を提案している。しかし、ここでは粒子の上方輸送にスクリュー式に近い方式を採用しており、摩耗や上方輸送効率が低いといった問題を抱えている。
特開２００５−２２１１１９号公報特公平７−６５８１９号公報

上記のように従来より用いられていた吸着式冷凍機は複雑な作動の切り替えを必要とし、また本発明者等が先に提案している粒子循環式においては高真空で連続操作することが困難であり、更に前記特許文献２に開示された技術では除湿剤粒子を下方から上方にスクリュー等で輸送しなければならず、摩耗や輸送効率が低いという問題があった。

したがって本発明は前記従来のものの欠点を改良し、複雑な作動の切り替え機構や操作を必要としない粒子循環式の吸着式冷凍機のシステムを採用し、且つ、高真空でも安定して作動し真空引き動力を削減でき、且つ粒子輸送に際してスクリュー等の粒子を摩耗させやすい機構を用いることのない吸着剤粒子循環式冷凍機を提供することを主たる目的とする。

本発明に係る吸着剤粒子循環式冷凍機は、前記課題を解決するため、吸着剤粒子を担持した吸着剤担持部材を用い、真空室内に設けた蒸発部と吸着剤再生部との間を循環させる吸着剤循環移動装置を備えた吸着剤粒子循環式冷凍機において、前記吸着剤担持部材は、吸着剤を担持した無端ベルト状であり、かつ、前記真空室内において、前記吸着剤再生部の下流側に吸着剤貯蔵部を設け、前記蒸発部、前記吸着剤再生部及び前記吸着剤貯蔵部の内部に、前記無端ベルト状の吸着剤担持部材を案内する多数の対向するガイドプーリーを設け、該ガイドプーリーの片側を前記無端ベルト状の吸着剤担持部材の搬送方向に移動可能とすることにより、前記吸着剤貯蔵部に貯蔵される前記吸着剤担持部材の貯蔵量を変更するとともに、前記蒸発部、前記吸着剤再生部を通過する前記吸着剤担持部材の移動量を変更することにより、前記吸着剤再生部を通過する前記吸着剤担持部材の量を調整できるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の吸着剤粒子循環式冷凍機は、前記吸着剤粒子循環式冷凍機において、前記吸着剤担持部材は、吸着剤を担持した柔軟な繊維で構成される糸、長尺の布、長尺の網、あるいは、除湿剤を繊維に担持することで製作できる糸、長尺の布、長尺の網、あるいは、除湿剤粒子を2枚の布や紙で挟み込んだもののいずれかであることを特徴とする。

本発明は上記のように構成したので、従来のもののような複雑な作動の切り替え機構や操作を必要とせず、且つ、高真空でも安定して作動し真空引き動力を削減でき、しかも粒子輸送に際してスクリュー等の粒子を摩耗させやすい機構を用いることのない、コンパクトな、吸着剤粒子循環式冷凍機とすることができる。特に、吸着剤担持部材を、吸着剤を担持した柔軟な繊維で構成される糸、長尺の布、長尺の網、あるいは、除湿剤を繊維に担持することで製作できる糸、長尺の布、長尺の網、あるいは、除湿剤粒子を2枚の布や紙で挟み込んだもののいずれかとすることにより、従来の吸着剤粒子をそのまま用いるものよりも搬送、貯溜等の取り扱いが容易となる。

本発明は、複雑な作動の切り替え機構や操作を必要とせず、且つ、高真空でも安定して作動し真空引き動力を削減でき、しかも粒子輸送に際してスクリュー等の粒子を摩耗させやすい機構を用いることのない、コンパクトな吸着剤粒子循環式冷凍機とするため、吸着剤粒子を担持した吸着剤担持部材を用い、真空室内に蒸発部と吸着剤再生部と吸着剤貯蔵部とを設け、前記真空室内の各部に前記吸着剤担持部材を循環させる吸着剤循環移動装置を備えたものである。

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１（ａ）は本発明の実施例１の基本構成を示し、内部の全体を所定の真空に保っている真空室１内は、上段の蒸発部２、中段の吸着剤再生部３、下段の吸着剤貯蔵部４、及び下段の吸着剤貯蔵部４から上段の蒸発部２に吸着剤を移動する吸着剤返送部５とに大別されている。

この吸着式冷凍機で用いられる吸着剤は、例えば図１（ｂ）に示すように、多孔紙や網のような水分透過性のシートに吸着剤６を挟み込んだ吸着剤シート８を、例えば３枚等の適宜の枚数を重ね各両端を接着して各々無端の吸着剤シート８として吸着剤粒子を担持したものを用いる。このような無端の吸着剤シート８はガイドプーリー９によって所定の搬送路を搬送可能とし、これらのガイドプーリーの内のいくつかを駆動プーリーを兼ねるようにし、或いは別途シートを挟み込んで搬送する駆動プーリーを設けることにより、図示するような無端の吸着剤シート８の搬送を行う。

吸着剤シート８としては前記のような除湿剤粒子を２枚の布や紙で挟み込んで担持したもののほか種々のものを用いることができ、例えば除湿能力を持った柔軟な繊維で構成される糸、長尺の布、長尺の網、あるいは、除湿剤を繊維に担持することで製作できる糸、長尺の布、長尺の網、あるいは、、除湿剤粒子を充填あるいは担持したパネル状素子を無限軌道状に連結したものを用いることもできる。

図１（ａ）に示す例においては、蒸発部２内の上部に配置した冷媒貯蔵器１０から液体冷媒を、冷媒供給ライン１１により蒸発器１２としての、図中３段示している冷水発生管１４の周囲の冷媒貯溜部１５に供給する。冷媒貯溜部１５は各種の多孔体を用いることができるが、単なる上部が解放した液体容器としても良い。前記のような無端の吸着剤シート８は図中の例では３枚に分けられ、ガイドプーリー９により各段の間及び上部を通過できるようにし、再度一体化してガイドプーリーに案内されて下方の吸着剤再生部３に移動するようにしている。

蒸発部２では再生された吸着剤シート８が冷媒貯溜部１５の周囲を通過するとき冷媒蒸気を吸着し、冷媒貯溜部１５においては冷媒が蒸発し、蒸発潜熱を奪って全体が低温となる。それにより、内部の冷水発生管１４を冷却し、ここを流れる水を冷却することにより、その冷水を冷房等に用いることができる。

一方、吸着剤再生部３に移動した吸着剤シート８は、図中３段示している温水管等の加熱用ヒーター１６の群で加熱され、吸着した冷媒を脱離して吸着剤シート８の再生を行う。この吸着剤再生部３において脱離した吸着剤蒸気は、冷水等が供給される凝縮器１７の周囲で凝縮し、下方に配置した冷媒受け皿１８内に滴下する。この冷媒受け皿１８に集められた冷媒は、冷媒ポンプ１９により前記蒸発部２の冷媒貯蔵器１０に送られ、前記の作動を繰り返す。

吸着剤再生部３で再生した吸着剤シート８は、吸着剤循環移動装置としてのガイドプーリー９によりその下方の吸着剤貯蔵部４に搬送され、吸着剤貯蔵部４では多数のガイドプーリー間を経由し、吸着剤返送部５を通って蒸発部２に返送され、前記作動を繰り返す。この吸着剤貯蔵部４では多数のガイドプーリー間を経由し、且つ対向するガイドプーリーの片側を吸着剤シートの搬送方向に移動可能として搬送路の長さを調節可能とし、同様の機構を蒸発部２或いは吸着剤再生部３にも設けることにより、吸着式冷凍機の熱需要に応じて蒸発部２及び吸着剤再生部３を通過する吸着剤シートの移動距離を調節できるようにする。

前記吸着剤シートとしては前記のような無端状のシートにするほか、一般のプリント紙のように１枚の紙のように形成して吸着剤を担持し、プリンタと同様のシート送り機構によって前記と同様にして搬送し、前記と同様の吸着式冷凍機として作動させることができる。また、例えば図１（ｃ）に示すように、内部に吸着剤粒子を収容して担持したパレット状に形成し、この吸着剤パレット２０をパレット搬送装置を用いて前記と同様の作動を行わせることができる。このような１枚毎のシートやパレット状の吸着剤を用いると、熱の需要に応じて吸着剤貯蔵部４に貯蔵しているこれらの吸着剤の供給と貯蔵のバランス調整により調節することができる。

図１に示す実施例においては蒸発部２、吸着剤再生部３、吸着剤貯蔵部４の順で上下に配置した例を示したが、蒸発部２を一番下に、吸着剤再生部３と吸着剤貯蔵部４を上部に配置しても良く、その際には冷媒貯蔵器１０及び凝縮部１７、冷媒受け皿１８等をこれに対応して配置する。また、冷媒ポンプ１９を省くことも可能である。

また図１に示す実施例においては、蒸発部２、吸着剤再生部３、吸着剤貯蔵部４を上下方向に配置した例を示したが、これらを平面上に配置しても良く、その際には冷媒貯蔵器１０及び凝縮部１７、冷媒受け皿１８等をこれに対応して配置する。

上記のような吸着剤シートを用いた吸着式冷凍機においては、前記従来の複雑な作動を行う切り替え機構や切り替え操作を必要とせず、且つ従来の粒子循環式の吸着式冷凍機のような、高真空下での作動の困難性を解消し、真空引き動力を削減できるとともに、粒子輸送に際してスクリュー等を用いることなく粒子の摩耗を防ぐことが可能となる。

本発明による吸着剤粒子循環式冷凍機は小型で高効率であるので、空調装置用以外にも、種々の冷却器として、また他の冷凍機の補助冷却水供給用として使用することができる。

本発明の第１実施例の基本構成を示す断面図である。従来の吸着式冷凍機の説明図である。

符号の説明

１真空室
２蒸発部
３吸着剤再生部
４吸着剤貯蔵部
５吸着剤返送部
６吸着剤
８吸着剤シート
９ガイドプーリー
１０冷媒貯蔵器
１１冷媒供給ライン
１２蒸発器
１４冷水発生管
１５冷媒貯溜部
１６加熱用ヒーター
１７凝縮器
１８冷媒受け皿
１９冷媒ポンプ
２０吸着剤パレット

Claims

吸着剤粒子を担持した吸着剤担持部材を用い、
真空室内に設けた蒸発部と吸着剤再生部との間を循環させる吸着剤循環移動装置を備えた吸着剤粒子循環式冷凍機において、
前記吸着剤担持部材は、吸着剤を担持した無端ベルト状であり、かつ、
前記真空室内において、前記吸着剤再生部の下流側に吸着剤貯蔵部を設け、前記蒸発部、前記吸着剤再生部及び前記吸着剤貯蔵部の内部に、前記無端ベルト状の吸着剤担持部材を案内する多数の対向するガイドプーリーを設け、該ガイドプーリーの片側を前記無端ベルト状の吸着剤担持部材の搬送方向に移動可能とすることにより、前記吸着剤貯蔵部に貯蔵される前記吸着剤担持部材の貯蔵量を変更するとともに、前記蒸発部、前記吸着剤再生部を通過する前記吸着剤担持部材の移動量を変更することにより、前記吸着剤再生部を通過する前記吸着剤担持部材の量を調整できるようにしたことを特徴とする吸着剤粒子循環式冷凍機。