JP6833199B2 - 吸着式冷凍機 - Google Patents

Description

本開示は、コンパクト化された冷却ユニットを備える吸着式冷凍機に関する。

吸着式冷凍機は、工場などから排出される６０〜７０℃の温排水を利用して５℃程度の有用な冷水を得ることができる省エネ型の冷凍機であり、今後各方面への利用が期待される。しかし、吸着剤を有する熱交換部を収容する容器の内部は真空に保持されるため、容器の隔壁を厚くして高強度とする必要があり、そのため、重量が増すと共に、大型化が避けられない。従って、設置場所が限定され、利用範囲が狭められてしまう問題がある。

今まで、吸着式冷凍機の用途拡大を図るため、必要な冷却能力を保持しながら熱交換部のコンパクト化を図る提案がなされている。
例えば、特許文献１では、バルブなどをなくすことで熱交換部を収容する容器をコンパクト化な箱形にする提案がなされている。また、特許文献２では、熱交換媒体の流路などを容器外に配置することで、収容容器をさらにコンパクトなパネル形にする提案がなされている。

特開２００１−８２８３１号公報 特開２００２−１０７００３号公報

しかし、吸着式冷凍機の用途拡大のために、熱交換部（冷却部）のさらなるコンパクト化を図る必要がある。また、熱交換部が大型化するほど熱容量が大きくなり、無駄に消費される熱量が増加し、熱効率が低下するという問題がある。

少なくとも一実施形態は、かかる従来技術の課題に鑑み、必要な冷却能力を保持しつつ、吸着式冷凍機のさらなるコンパクト化を図ることを目的とする。

（１）少なくとも一実施形態に係る吸着式冷凍機は、
内側に収納空間が形成された枠体と、
前記枠体の表裏両面に固着されて前記収納空間を密閉する薄板と、
前記収納空間において前記枠体の表面又は裏面の一方側の第１領域に収容された吸着剤と、
前記収納空間において前記枠体の表面又は裏面の他方側の第２領域に収容された熱交換媒体及び通気性を有し前記熱交換媒体を保持する無機多孔質材と、
前記第１領域側の前記薄板の外側面に接するように設けられ、温水又は冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第１通路と、
前記第２領域側の前記薄板の外側面に接するように設けられ、被冷却水及び冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第２通路と、
を有し、
前記薄板は、前記収納空間が減圧されて形成される前記収納空間と外気との圧力差で、前記吸着剤及び前記多孔質材に接するまで湾曲するように構成された冷却ユニットと、
前記第１通路に前記温水又は前記冷却水のいずれかを選択的に通水可能にする第１配管系と、
前記第２通路に前記被冷却水及び前記冷却水のいずれかを選択的に通水可能にする第２配管系と、
を備える。

上記（１）の構成によれば、上記収納空間が減圧されても、収納空間の内外の圧力差で上記薄板を吸着剤及び多孔質材に接するまで湾曲させ、薄板を吸着剤及び多孔質材で支持させるので、薄板に剛性を付与させる必要はない。そのため、薄板の板厚を低減でき重量を低減できると共に、薄板の形状の自由度を広げることができる。従って、薄板を平面状に形成できるため、上記冷却ユニットを吸着式冷凍の原理で上記被冷却水を冷却できるコンパクトな板状のユニットとすることができる。
また、冷却ユニットをコンパクト化することで、冷却ユニットが保有する熱容量を低減できるので、無駄に消費される熱量を低減でき、熱効率を高めることができる。
また、第２領域に多孔質材が存在することで、熱交換媒体の気化時に熱交換媒体の飛び散りを抑制できると共に、多孔質材は通気性（透水性）を有するため、気化した熱交換媒体の吸着剤への移動を妨げない。

なお、多孔質材として、圧縮強度がある無機多孔質材が好ましいが、有機多孔質材でもある程度の圧縮強度があれば使用できる。使用可能な有機多孔質材として、例えば、ＰＶＡスポンジがある。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記多孔質材は、水蒸気が前記多孔質材を通過可能な連続気泡を有する。
上記（２）の構成によれば、多孔質材が連続気泡を有することで、気化した熱交換媒体の吸着剤への移動を妨げることがなく、薄板を支持できる。また、連続気泡に熱交換媒体を保持させることができる。

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記吸着剤が通過できない通気性のスペーサ板を備える。
上記スペーサ板によって第１領域と第２領域とを仕切ることで、例えば吸着剤が粉状である場合に、吸着剤が第２領域に飛散するのを防止できる。また、スペーサ板は通気性を有することで、気化した熱交換媒体の通過を妨げない。

（４）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記吸着剤は前記第１領域に収容可能な大きさで一体に成形された成形体である。
上記（４）の構成によれば、吸着剤は前記第１領域に収容可能な大きさで一体に成形された成形体であるため、上記スペーサ板がなくても吸着剤を第１領域に保持できる。また、吸着剤が成形体であるため、収納空間に湾曲した薄板を支持する剛性を付与できる。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記薄板の表裏面の少なくとも一方の面に貼着されたガスバリア性を有する被膜をさらに備える。
上記（５）の構成によれば、上記被膜が薄板の表裏面の少なくとも一方に貼着されることで、外部から非凝縮気体が収納空間に侵入するのを防止できる。これによって、熱交換媒体の気化が非凝縮気体によって阻害されるのを防止できる。

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記薄板がアルミ又はアルミ合金を含む。
上記（６）の構成によれば、薄板がガスバリア性を有するアルミ又はアルミ合金を含むため、収納空間に外部から非凝縮気体が侵入するのを抑制できる。
また、アルミ又はアルミ合金は伝熱性が良いので、第１通路及び第２通路を流れる被冷却水、冷却水又は温水と収納空間内の熱交換媒体及び吸着剤との熱交換効率を向上できる。

（７）一実施形態では、前記（１）〜（６）の何れかの構成において、
前記枠体は、１列に又は２列以上に配置された複数の前記収納空間を有する。
上記（７）の構成によれば、１個の枠体に複数の冷却体を１列又は２列以上に並べて配置できるので、複数の収納空間を有する板状冷却体を低コストで製造できる。また、１個の枠体１２が持つ収納空間の数を調節することで、１個の冷却ユニットがもつ冷却能力を調節できる。

（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
複数の前記冷却ユニットを備え、
前記複数の冷却ユニットの前記第１通路の各々は前記第１配管系に対して並列に接続され、
前記複数の冷却ユニットの前記第２通路の各々は前記第２配管系に対して並列に接続される。
上記（８）の構成によれば、被冷却水が冷却ユニットで冷却されることによって生成される冷水の量は各冷却ユニットで生成される冷水量の総和となるので、冷水生成量を増加できる。また、通液される冷却ユニットの数を選択することで、冷水量を調節できる。

（９）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
複数の前記冷却ユニットを備え、
前記複数の冷却ユニットの前記第１通路の各々は前記第１配管系に対して直列に接続され、
前記複数の冷却ユニットの前記第２通路の各々は前記第２配管系に対して直列に接続される。
上記（９）の構成によれば、被冷却水を各冷却ユニットで複数段に亘って段階的に冷却するので、被冷却水を大きな温度差で冷却できる。また、被冷却水の冷却を複数の冷却ユニットで分担するので、効率良く冷却できる。また、脱着運転時には、直列に配置された複数の冷却ユニットに温水を流すので、吸着剤からの脱着を迅速に行うことができる。

少なくとも一実施形態によれば、吸着式冷凍機に設けられる冷却ユニットを、必要な冷却能力を保持しつつ板状に成形できコンパクト化できるので、吸着式冷凍機の設置場所の自由度を広げることができる。従って、吸着式冷凍機の用途を広範囲に拡大できる。

一実施形態に係る吸着式冷凍機の系統図である。 一実施形態に係る吸着式冷凍機の系統図である。 一実施形態に係る板状冷却体の断面図である。 一実施形態に係る枠体の斜視図である。 一実施形態に係る冷却ユニットの断面図である。 一実施形態に係る枠体の斜視図である。 一実施形態に係る枠体の正面図である。 一実施形態に係る多孔質材の断面図である。 一実施形態に係る吸着剤の焼結体の斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１及び図２は、少なくとも一実施形態に係る吸着式冷凍機１（１Ａ、１Ｂ）を示す。
吸着式冷凍機１（１Ａ、１Ｂ）は、図５に示す冷却ユニット２０を備える。冷却ユニット２０は、図３及び図５に示す板状冷却体１０（１０Ａ、１０Ｂ）を備える。
板状冷却体１０は、図４、図６及び図７に示すように、内側に収納空間Ｓが形成された枠体１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）を備える。
一実施形態に係る枠体１２（１２ａ）は、図４に示すように、内側に１個の収納空間Ｓを有する。別な実施形態に係る枠体１２（１２ｂ）は、図６に示すように、内側に一列に並んだ複数の収納空間Ｓを有する。さらに別な実施形態に係る枠体１２（１２ｃ）は、図７に示すように、内側に複数の収納空間Ｓを有する列が２列以上形成された複数の収納空間Ｓを有する。

なお、図１及び図２に示す吸着式冷凍機１が備える冷却ユニット２０は、いずれも複数の収納空間Ｓを有する枠体１２（１２ｂ、１２ｃ）を有する板状冷却体１０（１０Ｂ）を備えているが、冷却ユニット２０は、１個の収納空間Ｓを有する枠体１２（１２ａ）を有する板状冷却体１０（１０Ａ）であってもよい。

一実施形態では、図４、図６及び図７に示すように、枠体１２は、平面視で、正方形又は長方形を有す。また、一実施形態では、図３及び図５に示すように、枠体１２は矩形の断面を有する。また、一実施形態では、後述する薄板１４が固着される枠体１２の表裏面は互いに平行な平坦面を有する。

図３に示すように、板状冷却体１０は、薄板１４を備え、薄板１４は枠体１２の表裏両面に固着されて収納空間Ｓを密閉する。収納空間Ｓにおいて枠体１２の表面又は裏面の一方側の第１領域Ｓｕに吸着剤１６（１６ａ、１６ｂ）が収容され、他方側の第２領域Ｓｄに熱交換媒体Ｗ（例えば水）及び通気性を有し熱交換媒体Ｗを保持する多孔質材１８と、を備える。熱交換媒体Ｗと多孔質材１８とは第２領域Ｓｄで混在している。多孔質材１８は、熱交換媒体Ｗが気化する際に、熱交換媒体Ｗの飛び跳ねなどを抑制する機能を有する。
多孔質材１８は、前述のように、無機多孔質材又は有機多孔質材を使用できるが、圧縮強度が高いものが望ましい。有機多孔質材として、ＰＶＡスポンジが使用可能である。
収納空間Ｓは熱交換媒体Ｗの気化を促進するため真空に近い圧力まで減圧される。薄板１４は、収納空間Ｓと外気との圧力差で、吸着剤１６及び多孔質材１８に接するように湾曲される。
一実施形態では、薄板１４の板厚を薄くすることで薄板１４の剛性を低減させ、湾曲可能な弾力性を付与する。

図５に示すように、冷却ユニット２０は、上記構成を有する板状冷却体１０（１０Ａ、１０Ｂ）に加えて、第１通路２２及び第２通路２４を備える。
第１通路２２は、第１領域Ｓｕ側の薄板１４の外側面に接し、第１領域Ｓｕと第１通路２２を流れる流体との熱交換が可能なように設けられ、温水又は冷却水のいずれかを選択的に通水可能になっている。
第２通路２４は、第２領域Ｓｄ側の薄板１４の外側面に接し、第２領域Ｓｄと第２通路２４を流れる流体との熱交換が可能なように設けられ、被冷却水及び冷却水のいずれかを選択的に通水可能になっている。
一実施形態では、図５に示すように、複数の収納空間Ｓが１つの第１通路２２及び１つの第２通路２４を兼用している。
一実施形態では、図５に示すように、第１通路２２及び第２通路２４に被冷却水、冷却水、温水等の流体を出入りさせるための配管３０、３２、３４及び３６が接続される。

吸着式冷凍機１（１Ａ、１Ｂ）は、冷却ユニット２０に加えて、図１及び図２に示すように、第１通路２２に温水又は冷却水のいずれかを選択的に通水可能にする第１配管系３（３Ａ、３Ｂ）と、第２通路２４に被冷却水及び冷却水のいずれかを選択的に通水可能にする第２配管系５（５Ａ、５Ｂ）と、を備える。

上記構成において、吸着式冷凍機１の吸着運転では、第２配管系５から第１通路２２に冷却水を通水すると共に、第２通路２４に被冷却水を通水する。収納空間Ｓが真空に近い減圧状態であるために、熱交換媒体Ｗは被冷却水から蒸発潜熱を奪って気化する。吸着剤１６は冷却水によって冷却されるため、気化した熱交換媒体Ｗを吸着可能な状態にあり、気化した熱交換媒体Ｗは吸着剤１６に吸着される。被冷却水は熱交換媒体Ｗによって冷却され利用先に送られる。
脱着運転では、第１配管系３から第１通路２２に温水を通水すると共に、第２通路２４に冷却水を通水する。吸着剤１６に吸着された気化した熱交換媒体Ｗは、温水の熱で加温された吸着剤１６から脱着し、第２領域Ｓｄに流入する。第２領域Ｓｄに流入した熱交換媒体Ｗは第２通路２４を流れる冷却水によって冷却され凝縮する。

上記構成によれば、密閉状態の収納空間Ｓが減圧されても、収納空間Ｓの内外の圧力差で薄板１４は吸着剤１６及び多孔質材１８に接するまで湾曲され、吸着剤１６及び多孔質材１８に支持されるので、薄板１４に剛性を付与する必要はない。そのため、薄板１４の板厚を低減でき、薄板１４の重量を低減できると共に、薄板１４の形状の自由度を広げることができる。そのため、薄板１４を平面状に形成でき、板状冷却体１０をコンパクトな板状に形成できる。
例えば、薄板１４としてアルミ又はアルミ合金製の薄板を用いる場合、薄板の板厚を０．１ｍｍ以下にすることができる。

また、板状冷却体１０をコンパクト化することで、板状冷却体１０が保有する熱容量を低減できるので、無駄に消費される熱量を低減でき、熱効率を高めることができる。
また、多孔質材１８は通気性を有するため、気化した熱交換媒体Ｗの吸着剤１６への移動を妨げない。
また、冷却ユニット２０は、吸着式冷凍の原理で被冷却水を冷却できるコンパクトな板状の冷却ユニットとすることができる。

一実施形態では、図６及び図７に示すように、枠体１２（１２ｂ、１２ｃ）は、１列に複数の収納空間Ｓが形成され、１列に又は２列以上に配置された複数の収納空間Ｓを有するので、１個の枠体１２に複数の冷却体を１列又は２列以上に並べて配置できる。従って、複数の収納空間Ｓを有する板状冷却体１０を低コストで製造できる。また、枠体１２が持つ収納空間の数を調節することで、１個の冷却ユニット２０がもつ冷却能力を調節できる。

一実施形態では、枠体１２は熱伝達係数が小さい材料で構成される。例えば、枠体１２は樹脂、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２等のセラミックスで構成される。枠体１２を熱交換効率が小さい材料で構成することで、第１通路２２及び第２通路２４間の熱伝達を抑制し、熱効率を向上できる。

一実施形態では、図３に示すように、薄板１４は枠体１２の表裏面の両面に接着剤２６によって接着される。
前述のように、薄板１４は、収納空間Ｓの内外の圧力差で外気圧によって枠体１２の表裏面に押圧保持されるので、溶接のように高強度の接着力を必要としない。そのため、接着剤を用いた簡易な接着方法を採用でき低コスト化できる。

一実施形態では、図３及び図４に示すように、第１領域Ｓｕの高さｈ１及び第２領域Ｓｄの高さｈ２は収納空間Ｓの長さＬ及び幅Ｄより小さく形成され、かつ第１通路２２及び第２通路２４は収納空間Ｓの全面に亘って薄板１４に隣接配置される。
これによって、板状冷却体１０を板状にコンパクト化できると共に、第１通路２２及び第２通路２４と内側に収納空間Ｓを形成する薄板１４との接触面積を増大できる。そのため、第１通路２２に通水される冷却水及び温水と吸着剤１６との熱交換効率を向上できると共に、第２通路２４に通水される被冷却水及び冷却水と熱交換媒体Ｗとの熱交換効率を増大できる。
一実施形態では、冷凍能力を保持しつつ、ｈ１及びｈ２を約２ｍｍぐらいまで縮小できる。従って、冷却ユニット２０の設置場所の自由度を広げることができる。

一実施形態では、薄板１４は、例えば、銅、アルミ、アルミ合金、その他伝熱性が良い金属で構成される。これによって、第１通路２２又は第２通路２４を流れる被冷却水などの流体と吸着剤１６又は熱交換媒体Ｗとの熱交換効率を向上できる。
一実施形態では、薄板１４は、ガスバリア性を有するアルミ又はアルミ合金で構成される。これによって、収納空間Ｓに外部から水素などの非凝縮気体が侵入するのを抑制でき、非凝縮気体の侵入によって、第１通路２２又は第２通路２４を流れる流体と吸着剤１６又は熱交換媒体Ｗとの熱交換効率が低下するのを抑制できる。
また、薄板１４として、銅を用いる場合でも、別途ガスガリア性を有するコーティング膜を被覆すれば、ガスガリア性をもたせることができる。
なお、薄板１４の板厚を例えば０．０１ｍｍ程度にすれば、薄板１４の材質に拘わりなく薄板１４の伝熱性を無視でき、薄板１４の伝熱性の良否を考慮しないで済む。

一実施形態では、図８に示すように、第２領域Ｓｄにある多孔質材１８は、気化した熱交換媒体Ｗ（例えば水蒸気）が多孔質材１８を通過可能な連続気泡Ｂｃを有し、連続気泡Ｂｃに熱交換媒体Ｗが保持される。多孔質材１８が連続気泡Ｂｃを有することで、気化した熱交換媒体Ｗの吸着剤１６への移動を妨げることがなく、かつ多孔質材１８で薄板１４を支持できる。
また、連続気泡Ｂｃに熱交換媒体Ｗを保持できるので、被冷却水と熱交換媒体Ｗとの熱交換を促進できる。

一実施形態では、第２領域Ｓｄに収容される多孔質材１８は、無機多孔質材としては、例えば、通気性を有した多孔質（発泡）セラミック、多孔質（発泡）アルミのいずれでもよい。なお、多孔質材１８は、下側に多孔質（発泡）アルミを配設し、多孔質（発泡）アルミニウムの上方に、セラミック又は多孔質（発泡）セラミックを配設した２段構造でもよい。
無機多孔質材の材質として伝熱性が良い金属を用いると、熱交換媒体Ｗなどの熱交換効率を向上できる。
また、多孔質材１８の空隙率を増加させると、多孔質材１８の熱容量を低減でき、これによって、多孔質材１８に吸収される無駄な熱量を低減でき、熱効率を向上できる。
一実施形態では、多孔質材１８に形成される連続気泡Ｂｃの径を２０〜１００μｍとするとよい。これによって、空隙率を高め、熱容量を低減できる。

一実施形態では、図３に示すように、第１領域Ｓｕに収容される吸着剤１６は、ゼオライトやシリカゲル等を用いた粒状の吸着剤１６（１６ａ）を用いることができる。
これによって、第１領域Ｓｕを形成する薄板１４に対して吸着剤１６を均一に接触させた状態にでき、第１通路２２を流れる流体と吸着剤１６との熱交換効率を向上できる。

一実施形態では、図３に示すように、第１領域Ｓｕと第２領域Ｓｄとの間に設けられ、吸着剤１６が通過できない通気性のスペーサ板２８を備える。
スペーサ板２８は吸着剤１６が通過できない通気性を有するため、気化した熱交換媒体Ｗの通過を妨げることなく、吸着剤１６の脱落を防止し第１領域Ｓｕに保持できる。
一実施形態では、スペーサ板２８は多数の細孔が形成される。例えば、多数の細孔が網目状に形成される。
一実施形態では、スペーサ板２８は熱伝達係数が小さい材料、例えば織布などで構成される。これによって、吸着式冷凍の熱サイクルを阻害する第１領域Ｓｕ及び第２領域Ｓｄ間の熱伝達を抑制できる。

一実施形態では、図９に示すように、吸着剤１６（１６ｂ）は第１領域Ｓｕに収容可能な大きさで一体に成形された成形体に形成される。
上記構成によれば、吸着剤１６（１６ｂ）は第１領域Ｓｕに収容可能な大きさで一体に成形された成形体であるため、スペーサ板２８がなくても吸着剤１６（１６ｂ）を第１領域Ｓｕに保持できる。また、吸着剤１６（１６ｂ）が成形体であるため、収納空間Ｓの減圧によって収納空間Ｓに湾曲した薄板１４を支持する剛性を十分得ることができる。
一実施形態では、吸着剤１６（１６ｂ）は焼結などの方法によって成形される。

一実施形態では、薄板１４の表裏面の少なくとも一方の面にガスバリア性を有する被膜を貼着する。
上記被膜が薄板１４の表裏面の少なくとも一方に貼着されることで、収納空間Ｓに外部から非凝縮気体が侵入するのを抑制でき、これによって、熱交換媒体Ｗの気化が阻害されるのを防止できる。
一実施形態では、上記被膜を伝熱性が良い材料で構成することで、第１通路２２及び第２通路２４との熱交換効率の低下を防止できる。
一実施形態では、熱交換媒体Ｗとしてアルカリ性の水を用いる。水素イオンが少ないアルカリ性の水を用いることで、外部からの水素ガスの侵入を抑制できる。

一実施形態に係る吸着式冷凍機１（１Ａ）は、図１に示すように、複数の冷却ユニット２０を備え、各冷却ユニット２０が有する第１通路２２は、第１配管系３（３Ａ）に対して並列に接続され、第２通路２４の各々は第２配管系５（５Ａ）に対して並列に接続される。
上記構成によれば、被冷却水が冷却ユニットで冷却されることによって生成される冷水の量は各冷却ユニット２０で生成される冷水量の総和となるので、冷水生成量を増加できる。また、通液される冷却ユニット２０の数を選択することで、冷水量を調節できる。

一実施形態では、図１に示すように、１列に並ぶ複数の収納空間Ｓを有する複数の冷却ユニット２０が並列に配置される。吸着運転時に、被冷却水を各冷却ユニット２０に設けられた第２通路２４に出入りさせるための配管４２，４８及び分岐配管４４，４６が設けられる。吸着運転時に、冷却水を被冷却水と逆方向で第１通路２２に出入りさせる配管５０、５６及び分岐配管５２、５４が設けられる。これらの配管は第１配管系３（３Ａ）に属する。
脱着運転時に、冷却水を各冷却ユニット２０の第２通路２４に出入りさせるために、分岐配管４６に接続する配管５８及び分岐配管４４に接続する配管６０が設けられる。また、脱着運転時に、温水を冷却水と逆方向で第１通路２２に出入りさせるために、分岐配管５４に接続する配管６２及び分岐配管５２に接続する配管６４が設けられる。これらの配管は第２配管系５（５Ａ）に属する。
各配管には、夫々開閉弁６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８及び８０が設けられる。

吸着運転では、被冷却水が複数の冷却ユニット２０の第２通路２４に通水され、第２通路２４で熱交換媒体Ｗと熱交換して冷却され、例えば５℃程度となった被冷却水は分岐配管４６及び配管４８を通って需要先に送られる。熱交換媒体Ｗは被冷却水から蒸発潜熱を奪って気化する。
一方、冷却水が、被冷却水と逆方向に複数の冷却ユニット２０の第１通路２２に通水され、各収納空間Ｓに収容された吸着剤１６を冷却し、気化した熱交換媒体Ｗを吸着剤１６に吸着させる。

脱着運転では、温水が各冷却ユニット２０の第１通路２２に通水され、収納空間Ｓの吸着剤１６を加熱して気化した熱交換媒体Ｗを脱着する。一方、冷却水が温水とは逆方向から各冷却ユニット２０の第２通路２４に通水され、脱着した熱交換媒体Ｗを冷却して凝縮させ、第２領域Ｓｄに戻す。

温水は、工場、燃料電池、エンジンのラジエター等の廃熱から得られる比較的低温（例えば、６０〜７０℃程度）の温排水が利用可能である。また、例えば、太陽電池パネルは、冷却することで発電効率を向上できることが知られているが、太陽電池パネルを冷却する際に生じる温排水を利用することも可能である。この場合、発電効率を向上しつつ温排水による冷水を得ることが可能になる。
冷却水は通常は常温である。

冷却ユニット２０は板状を有するので、薄板１４と第１通路２２及び第２通路２４との接触面積を大きく取れ、かつ薄板１４の板厚は小さいので、収納空間Ｓの吸着剤１６及び熱交換媒体Ｗと第１通路２２及び第２通路２４を流れる流体との熱交換効率を高めることができる。また、冷却ユニット２０の熱容量を低減でき、これによって、無駄に消費される熱量を低減でき、熱効率を高めることができる。

一実施形態に係る吸着式冷凍機１（１Ｂ）は、図２に示すように、複数の冷却ユニット２０を備え、各冷却ユニット２０が有する第１通路２２の各々は第１配管系３（３Ｂ）に対して直列に接続され、第２通路２４の各々は第２配管系５（５Ｂ）に対して直列に接続される。
上記構成によれば、被冷却水を各冷却ユニット２０で複数段に亘って段階的に冷却するので、被冷却水を大きな温度差で冷却できる。また、被冷却水の冷却を複数の冷却ユニット２０で分担するので、効率良く冷却できる。また、脱着運転時には、直列に配置された複数の冷却ユニット２０に温水を流すので、吸着剤からの脱着を迅速に行うことができる。

一実施形態では、図２に示すように、第１配管系３（３Ｂ）に属する温水供給路８２は電磁切替弁８４を介して一端（図では上端）に設けられた冷却ユニット２０の第１通路２２に接続される。各冷却ユニット２０の第１通路２２は配管８６で直列に接続される。脱着運転時に、温水は各冷却ユニット２０の第１通路２２を通り、各冷却ユニット２０で吸着剤１６を加温した後、最終段（図では最下端）の第１通路２２から排出され、電磁切替弁８８を介して温水排出路９０に排出される。
第１配管系３（３Ｂ）に属する冷却水供給路９２は冷却水供給主路９１から電磁切替弁９４を介して他端（図２では下端）に設けられた冷却ユニット２０の第２通路２４に接続される。各冷却ユニット２０の第２通路２４は配管９６で直列に接続される。脱着運転時に、冷却水供給路９２から供給された冷却水は、各冷却ユニット２０で気化した熱交換媒体Ｗを凝縮した後、電磁切替弁９８を介して冷却水排出路１００から冷却水排出主路１０３に排出される。

第２配管系５（５Ｂ）に属する冷却水供給路１０２は、冷却水供給主路９１から電磁切替弁８４を介して一端に設けられた冷却ユニット２０の第１通路２２に接続される。吸着運転時に、冷却水供給路１０２から第１通路２２に供給された冷却水は、各冷却ユニット２０の吸着剤１６を冷却した後、電磁切替弁８８を介して冷却水排出路１０４から冷却水排出主路１０３に排出される。
第２配管系５（５Ｂ）に属する被冷却水供給路１０６は電磁切替弁９４を介して他端に設けられた冷却ユニット２０の第２通路２４に接続される。吸着運転時に、被冷却水供給路１０６から第２通路２４に供給された被冷却水は、熱交換媒体Ｗによって冷却された後、電磁切替弁９８を介して被冷却水排出路１０８に排出される。

図２において、実線で示す矢印ａは吸着運転時の流体の流れを示し、破線で示す矢印ｂは脱着運転時の流体の流れを示す。
電磁切替弁８４は温水供給路８２と冷却水供給路１０２とに選択的に切り替えられる。電磁切替弁８８は温水排出路９０と冷却水排出路１０４とに選択的に切り替えられる。電磁切替弁９４は冷却水供給路９２と被冷却水供給路１０６とに選択的に切り替えられる。電磁切替弁９８は冷却水排出路１００と被冷却水排出路１０８とに選択的に切り替えられる。
電磁切替弁８４と電磁切替弁８８とは開閉時期が同一となるように設定され、電磁切替弁９４と電磁切替弁９８とは開閉時期が同一となるように設定される。

一実施形態では、吸着運転において、被冷却水を第１通路２２に通水するのに先行して、冷却水を第１通路２２に予め通水する予備通水を行う。この予備通水を行うことで、脱着運転で加温された吸着剤１６の温度を低下させることができるので、吸着剤１６の本来の吸着性能を発揮させることができる。

一実施形態では、吸着運転時に、吸着剤１６への熱交換媒体Ｗの吸着が完了（飽和）したことを、第１通路２２における冷却水の入口温度と出口温度との偏差に基づき検知する。吸着運転時における吸着剤１６への熱交換媒体Ｗの吸着は、吸着が進むにつれて冷却水の入口温度と出口温度との偏差が小さくなる。このため、吸着運転時においては、冷却水の入口温度と出口温度との偏差が予め設定された偏差の閾値を下回ったときに、吸着が完了したことを検出できる。
吸着運転時に吸着の完了が検知されると、電磁切替弁８４、８８、９４及び９８を切替えて脱着運転が行われる。

一実施形態では、脱着運転時に、吸着剤１６からの熱交換媒体Ｗの脱着が完了したことを、第１通路２２における温水の入口温度と出口温度との偏差に基づき検知する。脱着運転時における温水の入口温度と出口温度との偏差は、吸着が進むにつれて小さくなる。温水の入口温度と出口温度との偏差が、熱交換媒体Ｗの脱着完了を検知するために予め設定された偏差の閾値を下回ったときに、脱着の完了を検知できる。

図１及び図２に示す吸着式冷凍機１（１Ａ、１Ｂ）は、各冷却ユニット２０は複数の板状冷却体１０（１０Ｂ）を有するが、１個の板状冷却体１０（１０Ａ）をもつ冷却ユニット２０としてもよい。

少なくとも一実施形態によれば、必要な冷却能力を保持しつつ、吸着式冷凍機のさらなるコンパクト化が可能になる。そのため、吸着式冷凍機の設置場所の自由度を広げることができ、吸着式冷凍機の用途を広範囲に拡大できる。

１（１Ａ、１Ｂ） 吸着式冷凍機
３（３Ａ、３Ｂ） 第１配管系
５（５Ａ、５Ｂ） 第２配管系
１０（１０Ａ、１０Ｂ） 板状冷却体
１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ） 枠体
１４ 薄板
１６（１６ａ、１６ｂ） 吸着剤
１８ 多孔質材
２０ 冷却ユニット
２２ 第１通路
２４ 第２通路
２６ 接着剤
２８ スペーサ板
３０、３２、３４、３６、４２、４８、５０、５６、５８、６０、６２、６４、８６、９６ 配管
４０ 吸着式冷凍機
４４、４６、５２、５４ 分岐配管
６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８、８０ 開閉弁
８２ 温水供給路
８４、８６、８８、９８ 電磁切替弁
９０ 温水排出路
９１、１０３ 冷却水供給主路
９２、１０２ 冷却水供給路
１００、１０４ 冷却水排出路
１０６ 被冷却水供給路
１０８ 被冷却水排出路
Ｂｃ 連続気泡
Ｓ 収納空間
Ｓｄ 第２領域
Ｓｕ 第１領域
Ｗ 熱交換媒体

Claims (9)

1. 内側に収納空間が形成された枠体と、
   前記枠体の表裏両面に固着されて前記収納空間を密閉する薄板と、
   前記収納空間において前記枠体の表面又は裏面の一方側の第１領域に収容された吸着剤と、
   前記収納空間において前記枠体の表面又は裏面の他方側の第２領域に収容された熱交換媒体及び通気性を有し前記熱交換媒体を保持する多孔質材と、
   前記第１領域側の前記薄板の外側面に接するように設けられ、温水又は冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第１通路と、
   前記第２領域側の前記薄板の外側面に接するように設けられ、被冷却水及び冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第２通路と、
   を有し、
   前記薄板は、前記収納空間が減圧されて形成される前記収納空間と外気との圧力差で、前記吸着剤及び前記多孔質材に接するまで湾曲するように構成された冷却ユニットと、
   前記第１通路に前記温水又は前記冷却水のいずれかを選択的に通水可能にする第１配管系と、
   前記第２通路に前記被冷却水及び前記冷却水のいずれかを選択的に通水可能にする第２配管系と、
   を備えることを特徴とする吸着式冷凍機。
2. 前記多孔質材は、水蒸気が前記多孔質材を通過可能な連続気泡を有することを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機。
3. 前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記吸着剤が通過できない通気性のスペーサ板を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着式冷凍機。
4. 前記吸着剤は前記第１領域に収容可能な大きさで一体に成形された成形体であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の吸着式冷凍機。
5. 前記薄板の表裏面の少なくとも一方の面に貼着されたガスバリア性を有する被膜をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の吸着式冷凍機。
6. 前記薄板がアルミ又はアルミ合金を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の吸着式冷凍機。
7. 前記枠体は、１列に又は２列以上に配置された複数の前記収納空間を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の吸着式冷凍機。
8. 複数の前記冷却ユニットを備え、
   前記複数の冷却ユニットの前記第１通路の各々は前記第１配管系に対して並列に接続され、
   前記複数の冷却ユニットの前記第２通路の各々は前記第２配管系に対して並列に接続されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の吸着式冷凍機。
9. 複数の前記冷却ユニットを備え、
   前記複数の冷却ユニットの前記第１通路の各々は前記第１配管系に対して直列に接続され、
   前記複数の冷却ユニットの前記第２通路の各々は前記第２配管系に対して直列に接続されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の吸着式冷凍機。

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