JPH02230068A - 吸着式冷凍機とその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸着式冷凍機の構造及びその運転方法に係り、
詳しくは、冷凍効率を向上させるため、２基の吸着塔間
にバルブを付設した配管を設けてなる吸着式冷凍機と前
記バルブの操作方法に関するものである。

（従来の技術） 固体吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用し、冷熱を発生した
り、ヒードポンプ運転を行うための吸着式冷凍機は、太
陽集熱器等で得られる温水や工場廃熱などの低等級の熱
源（例えば、８５℃前後の温水）を有効利用出来ると共
に、コンブレッサタイプの冷凍機と比較してポンプなど
の可動部分が少なく装置コストが安価で、かつ、運転騒
音が小さいなど多くの利点を有している。

ところで、この種従来の吸着式冷凍機は、一般に、シリ
カゲル．ゼオライト，活性炭，活性アルミナ等の固体吸
着剤を収設した吸着塔を２基並列に設置し、両吸着塔に
吸着剤加熱用熱媒および冷却水を交互に供給し、吸脱着
工程を反復させることにより連続して冷凍出力が得られ
るようシステムが組まれている。

本発明者は、上記システムにおいて、さらに冷凍出力を
向上させるべく、効率的な運転方法を先に開示した（特
願昭６２−２１６１４０号公報）。これは、吸脱着工程
を切り換える直前に、脱着工程を終了した吸着塔内部の
残留温水を、他の吸着塔、即ち、これから脱着工程に入
ろうとする吸着塔に供給し、かかる吸着塔内の固体吸着
剤の予熱を行い、しかる後、吸脱着工程を切り換える方
法で、熱量を有効に利用し得るものであった。

一方、これとは別に従来の吸着式冷凍機において、例え
ば２基のうち１基の吸着塔に着目したとき、これが脱着
工程にあるとすると、このとき吸着塔の内部は固体吸着
剤から吐出した冷媒蒸気が充満しており、ここで上記の
予熱を行い、又は行なわずして吸着工程に切り換えても
、吸着工程当初は自身の内部に充満する冷媒蒸気を吸着
しなげればならないという不合理な一面も有していた。

従って、吸着工程に切り換わった初期の段階では、本来
の目的である蒸発器内の冷媒液を吸着して所定の冷凍出
力を得ることが困難であり、冷凍出力を低下させていた
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、かかる実状に対処して、吸着式冷凍機の脱着
工程の終了に伴って残存する上記の冷媒蒸気を、吸脱着
工程切り換えに先立って他の吸着塔に吸着せしめ、各吸
着塔内で進行していた吸着あるいは脱着の各工程をさら
に進行させることにより、冷媒の効率的な利用を図り、
冷凍効率の向上を得ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合する本発明の特徴は、固体吸着剤
および伝熱管を内蔵した吸着塔を２基使用し、各吸着塔
の胴体を冷媒が循環可能なる如く凝縮器及び蒸発器に接
続すると共に、前記吸着塔のうち、一方が他方と異なる
工程となる如く、吸着・脱着工程切り換え運転がされる
吸着式冷凍システムにおいて、通常の吸脱着工程の終了
と共に、２基の吸着塔の間だけで、さらに、吸脱着を進
行せしめ、その後、通常の吸脱着工程に切り換える運転
方法にある。

また、このために、前述の如く、２基の吸着塔のうち一
方が他方と異なる工程となる如く、吸着，脱着工程が切
り換え運転される吸着式冷凍システムにおいて、２基の
吸着塔間を直接連結する配管を設けると共に、該配管に
バルブを付設して吸着式冷凍機を構成する。

そして上記の如く構成された吸着式冷凍機の運転に際し
ては、吸脱着工程の終了にあたり、吸着塔と蒸発器との
間、及び吸着塔と凝縮器との間の冷媒の移動を、バルブ
を閉じる等の手段によって停止すると共に、前記２基の
吸着塔を接続する配管中に設けられたバルプを開き、２
基の吸着塔間の圧力を均衡せしめ、圧力が略々均衡した
時点で前記バルブを再び閉じて吸脱着工程を終える。

（作用） しかして、吸脱着工程終了時においては、脱着側の吸着
塔内部の圧力は脱着した冷媒蒸気のため吸着側のそれよ
りも極めて高く、ここで前記の如く、各吸着塔と、蒸発
器や凝縮器との間のバルブを全て閉じる等によって冷媒
の移動を停止すると共に、前記吸着塔間を接続する配管
中に設けられたバルブを開放すると、脱着工程側の吸着
塔内に充満していた冷媒蒸気は、一勢に配管を通って吸
着工程側の吸着塔へ移動し、この後、両者の圧力が均衡
するまでこの状態が続く。この間、上記工程中と同様に
吸着工程側には冷却水を、一方、脱着工程側には熱源側
熱媒を供給し続けておくと、前記冷媒蒸気の移動に伴い
、各吸着塔における吸脱着は、それぞれさらに進行する
。

かくして、二基の吸着塔間で圧力が略々均衡すれば前記
バルブを閉じて、一つの吸脱着工程を終え、しかる後、
脱着工程にあった吸着塔内の残留温水を他の吸着塔に供
給して、次に脱着工程を行う吸着塔の予熱を行い、ある
いは、かかる予熱工程を省略して、次の吸脱着工程に切
り換える。

そこで、いま新たな吸脱着工程に切り換えたとすると、
前回の工程終了時に上記の如く脱着側の吸着塔に充満す
る冷媒蒸気が直接、他方の吸着塔に移動したことにより
、新たな脱着工程に係る吸着塔においては、より多量の
冷媒を含んだ吸着剤が存在し、従って多量の冷媒を脱着
することが可能となり、多くの冷媒液が凝縮器に貯溜さ
れ、そして蒸発器に供給されることになる。一方、該蒸
発器の冷媒を吸着する側の吸着塔においても、前記の如
く内部に充満していた冷媒ガスが減少しているので、吸
着能力に余裕ができ、充分これを吸着し得る。

（実施例） 以下本発明方法を第１図乃至第５図に示す冷凍システム
の場合について説明する。

第１図乃至第５図は、本発明に係る吸着式冷凍機の一例
を示す概要図である。

なお、熱媒又は冷媒が流れている流路は実線で、また、
流れていない流路は破線で示している。

これらの図において、（１）および（１１）’は真空容
器亜および（１２）’内に太陽熱集熱器あるいは工場廃
熱など低等級熱源から熱交換器を介し、又は介さずして
供給される温水と、クーリングタヮー等の冷却水発生器
等で生成された冷却水を交互に通過させるフィンチュー
ブ（１３）　，　（１３）’を内蔵し、該フィンチュー
ブ（１３）　，　（１３）’のフィン間隙にシリカゲル
，ゼオライト，活性炭．活性アルミナ等の固体吸着剤（
Ｓ）を充填してなる２基の吸着塔であって、該吸着塔（
１１），（１１）’は、本発明の特徴として途中にバル
ブ（Ｖ，）を備えた配管０ωを設けることによって２基
が連結されている。Ｏａは両吸着塔（１１），（１１）
’　（７）胴体（１２）　，　（１２）′ニハ／ｌ／ブ
（Ｖｚ）　．（Ｖ４）を備えたダク｝　（１６）　，　
（１６）’を介して接続された凝縮器、α力は該凝縮器
α旬の胴体（１４ａ）の底部にトラップ形状の配管α勅
を介して接続された蒸発器であって、該蒸発器０ηのケ
ーシング（１７ａ）と前記第１，台２の吸着塔（１１）
　，　（１１）’の真空容器（１２）　．　（１２）’
とは、途中ニハルブ（νＩ），（ｖ，）を備えたダクト
（２０）　，　（２０）′により互いに接続され、真空
容器（１２）　，　（１２）’内に封入された所定量の
水などの冷媒が前記バルブ（Ｖ，），　（Ｖ．）．　（
ｖｉ），　（ｖ．）の開閉に伴ってコノ間を循環し得る
ようになっている。

前記凝縮器Ｑ４）は、胴体（１４ａ）の内部に、クロス
フィンチューブあるいはエロフィンチューブ等のフィン
付伝熱管（２１）を収設したもので、該伝熱管（２１）
内に常時供給される冷却水により、前記吸着塔（１１）
　，　（１１）’内の固体吸着剤（Ｓ）から吐き出され
た冷媒蒸気を凝縮液化して胴体（１４ａ）の底部に貯溜
し、配管０匂を通じて前記蒸発器０７）へ供給するよう
になっている。

一方、上記蒸発器ａηは、横長のケーシング（１７ａ）
内に利用側熱媒を通過させる伝熱管（２２）を挿通し、
該伝熱管（２２）の下部に設けた蒸発皿（図示せず）に
前記凝縮器０旬から導入された冷媒液を貯溜して伝熱管
（２２）の表面で蒸発気化させ、前記利用側熱媒体から
蒸発潜熱を奪いこれを冷却する。

図中、（Ｖｚ）．（ν１２），（Ｖｌｌ）−（Ｖｚ＋）
は前記吸着塔（１１）　，　（１１）’の伝熱管（１３
）　，　（１３）’　、凝縮器ａ４Ｊノ伝熱管（２１）
、冷却水入口（２３）、冷却水出口（２４）、熱源側熱
媒入口（２５）ならびに熱源側熱媒出口（２６）を繋ぐ
管路に設けられたバルブであって、各ハルブ（Ｖｚ），
（Ｖ＋ｚ），（Ｖ＋：＋）　・”（Ｖｚ＋）及び前記ハ
ルブ（Ｖ＋），（ｖ２）・・・（Ｖ，）は図示なき制御
手段の指令にもとづき順序的に開閉動作するようになっ
ている。

次いで本発明方法を上記構成の冷凍機にもとづいて説明
する。

第１図は第１の吸着塔αυに冷却水を供給し、吸着運転
を行うと共に、第２の吸着塔（１１）’に熱源側熱媒を
供給し、脱着運転を行っている場合である。

即ち、入口（２５）から導入された熱源側熱媒は、バル
ブ（ｖ６）を通じて第２の吸着塔（１１）’の伝熱管（
１３）’に入り、固体吸着剤（Ｓ）を加熱脱着し、バル
ブ（ｖ４）を介して熱源側熱媒出口（２６）から熱源に
還流する。

吸着塔（１１）’内で加熱脱着された冷媒蒸気は、バル
ブ０９を通って凝縮器θ信こ入り、伝熱管（２１）内を
流れる冷却水で冷却されて液化し、胴体（１４ａ）の底
部に貯溜され、圧力差等により配管ａ印を通じて蒸発器
θ７》に送られる。

また、この間、第１の吸着塔（１ｌ）においては、凝縮
器ａ４ｌの伝熱管（２１）と共に、バルブ（Ｖ　＋　Ｓ
　）を通じて伝熱管０３）に冷却水が導入され、固体吸
着剤（Ｓ）が冷却されて冷媒蒸気を吸着するため、蒸発
器Ｑ７１内の冷媒液が伝熱管（２２）の表面から盛んに
蒸発し、伝熱管（２２）内を流れる利用側熱媒から蒸発
潜熱を奪って冷却するため、該利用側熱媒を空調対象域
に設置したファンコイルユニソトに供給すれば一般的な
空調システＪ、の温度条件（例えば、冷却水人口温度３
０℃１利用側熱媒人口温度１２℃，同出口温度７゜Ｃ）
を満足させることが出来る。

次に、上記の運転状態から２基の吸着塔（１．１），（
Ｈ）’の吸脱着工程を切り換えて運転するに当たっては
、第２図に示す如くバルブ（Ｖｚ），（Ｖ＋ｚ）〜（Ｖ
２１）は、そのまましてバルブ（Ｖｚ）　，　（Ｖ３）
及びバルブ（Ｖ，）を一勢に切り換えると、第１の吸着
塔（１１）には冷却水が、第２の吸着塔（１１）’には
熱源側熱媒が変わらず供給されるが、各吸着塔（１１）
，（１１）′と蒸発器αで及び凝縮器Ｑ４）との間の冷
媒の流れは停止し、かつ、第１の吸着塔（１１）と第２
の吸着塔（１１）’との間だけで冷媒が流れることにな
る。

ここで、第２の吸着塔（１１）’は脱着した冷媒蒸気で
高圧状態にあり、これに比べて第１の吸着塔（１１）は
冷媒を吸着して低圧状態にある。従って冷媒蒸気はバル
ブ（Ｖ，）の開放によって配管α０）を経て、第２の吸
着塔（１１）’から第１の吸着塔（ｌ１）へ噴出する如
く移動し、両吸着塔（１１）　，　（１１）’内の圧力
を均衡させる。

この間、上記の如く伝熱管（１３）　，　（１３）’に
はそれぞれ冷却水、熱源側熱媒が流れ、第１の吸着塔（
１１）では固体吸着剤（Ｓ）が冷却されて、移動してき
た冷媒蒸気を吸着し、また第２の吸着塔（１１）’では
固体吸着剤（Ｓ）が加熱されて、脱着を促し、上記の冷
媒蒸気の移動を助け、かくして、それぞれの吸着塔（１
１）　，　（１１）’において、吸着あるいは脱着の各
工程がさらに進行することになる。

次いで両吸着塔（１１）　，　（１１）’の圧力が均衡
し、両吸着塔（１１）　．　（１１）’間で吸脱着が進
行しな《なった時点で、第３図の如《バルブ（Ｖ，）を
閉じ、上記の吸脱着進行工程を終え、それと同時に、バ
ルブ（Ｖ口），　（Ｌ！），　（Ｌ４），　（ＶＩ５）
，（Ｌ６）．（ＶＩ９）を一勢に切り換える。すると入
口（２５）から導入される熱源側熱媒はバルブ（Ｖ＋＋
）を通じてそのまま出口（２６）へ向かい、第２の吸着
塔（１１）’への供給が停止され、また、第２の吸着塔
（１１）’の伝熱管（１３）’内には温水が残留する。

ところが一方、冷却水がバルブ（Ｖ　ｌｑ　）を経て前
記伝熱管（１３）’に供給されるため、前記の残留温水
は押し出され、バルブ（ＶＩｌ）を経て第１の吸着塔（
１１）の伝熱管（１３）に導入され、ここで脱着工程に
入る直前の固定吸着剤（Ｓ）の予熱に供される。

？お、このまま運転を続行すると第２の吸着塔（１１）
’に供給される冷却水によって、第工の吸着塔（１１）
に導入された残留温水が冷却水出口（２４）側に流出し
てしまうため、タイミングを見計らって第４図の如＜ハ
ルブ（Ｖｌ　１），　（ｌＩ＋ｚ），（Ｖｌ？），　（
ＶＩ［＋），　（Ｖ２１）を切り換えると共にバルブ（
Ｖｌ），　（Ｖ４）を開けば第１の吸着塔（１１）に対
し熱源側熱媒を供給すべく入口（２５）から入った熱源
側熱媒はバルブ（Ｖ，■）を通じて第１の吸着塔（工１
）の伝熱管（ｌ３）に流入し、該伝熱管（１３）内に残
留していた吸着剤予熱用の残留温水を追い出しながら、
バルブ（νＩ７）を通って熱源側熱媒出口（２６）に向
かうため、前記残留温水は熱源側の熱交換器に還流し、
温水の熱量の損失が防止される。

かくして第１の吸着塔（１１）は予熱工程を経て脱着工
程に入るが、予熱工程に先立つ前記第２図の吸着進行工
程において、より多量の冷媒を吸着していることから、
固体吸着剤（Ｓ）から吐出される冷媒ガスは多量を極め
、これがバルブ（ν４）及びダクト　（１６）’を通っ
て凝縮器αａに入り、ここで凝縮液化し、蒸発器０ηに
送られる。

そして同時に吸着工程に入った第２の吸着塔（１１）’
は内部に充満する冷媒蒸気を、第２図の脱着進行工程に
よって減少しているため、上記の蒸発器０７１内の多量
の冷媒液を固体吸着剤（Ｓ）によって余裕をもって吸着
気化して冷凍効率の向上に寄与する。

更に、第１の吸着塔（１１）及び第２の吸着塔（１１）
′をこの状態から前記第１図の如く吸脱着を反転させる
場合には、上記と同様な手順にて、先ずノ＜ルブ（Ｖｌ
）．（Ｖ４）を閉じる一方、バルブ（■，）を開け、第
１の吸着塔（１１）と第２の吸着塔（１１）’との間を
連通せしめることによって、第１の吸着塔（１１）から
第２の吸着塔（１１）’へ向かって冷媒ガスを移行させ
、第１の吸着塔（１１）における脱着、及び第２の吸着
塔（１１）′における吸着の各工程をいずれもさらに進
行させる（第５図）。次いで、第１の吸着塔（１１）内
の残留温水によって、第２の吸着塔（１１）’の吸着剤
予熱を図り　（第６図）、この後、吸脱着の切り換えを
行えばよい。

この間のバルブの操作手順については説明を省略する。

なお、上記実施例において、吸脱着進行工程に引き続い
て予熱工程を行っているが、かかる予熱工程を省略して
も本発明の意図する冷凍効率の向上が得られることは言
う迄もない。

次に本発明に係る吸着式冷凍機を本発明方法によって運
転した場合と、２基の吸着塔を接続する配管αω及びバ
ルブ（Ｖ，）を有しない従来の吸着式冷凍機との冷却効
率比較結果を示す。なお従来の吸着式冷凍機は、配管０
０及びバルプ（Ｖ，）を有しない他は、何ら本発明に係
る吸着式冷凍機と変わらないものである。

比較にあたって、その方法は、第１，第２各吸着塔内の
圧力と蒸発器内の圧力とを測定し、冷凍に寄与する吸着
容量、ｗｔ％を求め、これを比較した。

先ず、従来の吸着式冷凍機は、脱着側の吸着塔の圧力が
４３３．６　ｍｌｌｇ、吸着剤の吸着塔の圧力が３３．
７ｍｍｌｌｇ、蒸発器内の圧力が７．５　ｍｌｌｇであ
り、脱着　△ｑ＝０．３４６（３３．７／４３３．６）
　　　＝０．０７吸着　△ｑ＝０．３４６（７．５／３
３．７）　　＝０．１３６となる。従って冷凍に寄与さ
れる吸着容量は、一ｔ％−１００（０．１３６　−０．
０７）　＝６．５％である。

次に、本発明に係る吸着式冷凍機において、吸脱着切り
換え時にバルブ（Ｖ，）を開放して吸着塔間の圧力の均
衡を図った時点では、各吸着塔の圧力は共に１０．８９
　ｍｍＨｇであり、各工程終了時のｈｔ％は脱着　へｑ
　＝０．３４６（１０．８６／４３３．６）”６＝０．
０３へｑ　　’　＝０．０７−０．０３５　＝０．０３
５１／１６ 吸着　△ｑ＝０．３４６（１０．８６／３３．７）　　
　＝０．１７△ｑ　　’　−０．１７−０．１３５　＝
０．０３５となってこの△ｑ　′分だけ冷凍に反映され
るｗｔ％が増す事になる。

即ちーｔ（％）　　＝１００　ｘ（０．０６５＋０．０
３５）＝１０　（％）から１０％の吸着容量を得ること
ができる。

この関係をグラフで示すと第７図のようになる。

同グラフにおいて太線で示す部分がパルブ（Ｖ，）を開
放して吸脱着を進行させた部分てある。

また、従来の吸着式冷凍機を、脱着及び吸着を共に５．
５分のサイクルで運転すると、１００１？Ｔの能力を得
、一方、本発明に係る吸着式冷凍機を、吸脱着切り換え
時に１分間バルブ（Ｖ，）を開放すると共に、吸，脱着
時間を上記従来の吸着式冷凍機と同様に行ったときは、
１３０ＲＴとなって１．３倍の能力向上を得た。

（発明の効果） 以上述べたように本発明に係る吸着式冷凍機は２．基の
吸着塔を直接配管で接続し、かつ、該配管中にバルプを
設けたことを特徴とするもので、これを本発明方法によ
って運転するとき、吸脱着工程切り換えに先立ち、脱着
工程にあった吸着塔から、吸着工程にあった吸着塔に向
かって冷媒蒸気が移行することにより、従来では冷凍に
供されていなかった冷媒蒸気を有効に利用して、吸着塔
間の吸脱着をさらに進行させ、吸脱着工程切り換え直後
における冷凍効率を向上させ、ひいては効率的な吸着式
冷凍機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明方法を適用可能な吸着式冷凍
システムの一例を示す概要図、第７図は同吸着式冷凍機
と従来の吸着式冷凍機の吸着容量の比較を時間と共に表
したグラフである。 （ＩＯ）・・・配管、 （１１）　，　（１１）’・・・吸着塔、（１２）　，
　（１２）’・・・胴体（真空容器）、（１４）・・・
凝縮器、 （１７）・・・蒸発器、 （Ｓ）・・・固体吸着剤、 （ν，）・・・バルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸着剤および伝熱管を内蔵した吸着塔を２基使用し
   、各吸着塔の胴体を冷媒が循環可能なる如く凝縮器及び
   蒸発器に接続すると共に、前記吸着塔のうち、一方が他
   方と異なる工程となる如く、吸着、脱着工程切り換え運
   転される吸着式冷凍システムにおいて、吸脱着工程の終
   了時に、２基の吸着塔間で吸脱着を進行させ、その後に
   吸脱着の工程を切り換えることを特徴とする吸着式冷凍
   機の運転方法。 ２、吸着剤および伝熱管を内蔵した吸着塔を２基使用し
   、各吸着塔の胴体を冷媒が循環可能なる如く凝縮器及び
   蒸発器に接続すると共に、前記吸着塔のうち、一方が他
   方と異なる工程となる如く、吸着、脱着工程切り換え運
   転される吸着式冷凍機において、前記２基の吸着塔を配
   管によって直接接続すると共に、該配管中にバルブを設
   けたことを特徴とする吸着式冷凍機。 ３、請求項２記載の冷凍機を用いて、吸着塔のうち、一
   方が他方と異なる工程となる如く、吸着、脱着工程切り
   換え運転される吸着式冷凍システムにおいて、吸脱着工
   程の終了に際し、吸着塔と蒸発器及び吸着塔と凝縮器と
   の間の冷媒通路をいずれも遮断すると共に、２基の吸着
   塔間を接続する配管中に設けられたバルブを開き、次い
   で２基の吸着塔間の圧力が略々均衡した時点で、上記バ
   ルブを閉じて吸脱着工程を終えることを特徴とする吸着
   式冷凍機の運転方法。