JPH0331663A

JPH0331663A - 吸着式冷凍機

Info

Publication number: JPH0331663A
Application number: JP16756889A
Authority: JP
Inventors: Isao Nikai; 勲二階
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-02-12
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH0765818B2

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、吸着剤に対する冷媒の吸着脱着可逆反応に伴
う発熱吸熱現象を利用してヒートポンプに構成した吸着
式冷凍機の改善に関する。

〔従来の技術〕

最近、自家発電機を備えた建物や各種設備における電力
需要と熱需要の最適バランスを図るコージェネレーショ
ンシステムが注目されているがそのさい、刻々の電力と
熱の対応関係を検知して導入エネルギーが最も有効に利
用できるようなシステムに構成しなければならない、そ
のためにはエンジンやタービンの運転状況に応じて複雑
に変化する排熱を追従性よく回収することが必要とされ
る０例えば、かような排熱から冷房用冷水を製造するこ
とが一般化しており、これには吸収式冷凍機が通常使用
される。しかし、吸収式冷凍機はその立ち上がり特性に
問題があると共に、熱源や冷却水の温度変化や量的変化
に対しての追従性がいま一つ問題がある。このために、
固体吸着剤を真空系内に配置した吸着式冷凍機が着目さ
れるようになった。

この吸着式冷凍機は、シリカ等の固体吸着剤に対して水
等の冷媒が吸着脱着するさいの発熱吸熱を利用して温排
熱等を熱源として冷熱を発生させる機関であり、密閉系
の高真空容器内に吸着剤熱交換器と蒸発器または凝縮器
として機能する熱交換器を配置し、吸着工程と脱着（再
生）工程とを反復するように構成される。この吸着式冷
凍機は吸収液を利用する吸収式冷凍機に比べて立ち上が
り性が良好であり、熱源や冷却水温度・量の変動に対す
る追従性がよいという特徴がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の吸着式冷凍機は２その主要素である吸着剤熱交換
器がシェルアンドチューブ型熱交換器であった。すなわ
ち、シェル内に吸着剤を充填したうえ、吸着剤に熱の授
受を行うためのチューブをシェル内に多数本配置し、こ
のチューブ内に外部から熱媒（温水または冷却水）を通
液するもの７あった。このため、単位体積当りに含まれ
る伝熱面積に限界があることから必然的に装置全体が大
きなものとなっていた。また、単位体積当りの伝熱面積
が小さいことは、立ち上がり性並びに追従性にも限界が
あり、吸着式冷凍機の特徴を十分に引き出すことにも問
題があった。

したがって１本発明の目的とするところは、かような従
来の吸着式冷凍機の問題点を解決し、コンパクトで応答
性のよい吸着式冷凍機を提供するにある。

〔発明の構成］本発明は、真空気密室内に凝縮器または蒸発器として機
能する熱交換器と吸着剤熱交換器とを配置したうえ室内
に冷媒を封入してなる第一機能部と、真空気密室内に蒸
発器または＠縮器として機能する熱交換器と吸着剤熱交
換器とを配置したうえ室内に冷媒を封入してなる第二機
能部と、該第一機能部の凝縮器表面で凝縮した冷媒液を
第二機能部の蒸発器表面に向けて送液する膨脹弁介装の
第一送液管路と、該第二機能部の凝自器表面で凝縮した
冷媒液を第一機能部の蒸発器表面に向けて送液する膨脹
弁介装の第二送液管路と、からなる吸着式冷凍機におい
て、前記の第一機能部および第二機能部の吸着剤熱交換
器が中空プレートの外表面に吸着剤を装着したプレート
式熱交換器からなり、このプレート式熱交換器の中空プ
レート内に系外から熱媒体を供給することを特徴とする
。

そのさい、吸着剤はプレート式熱交換器の表面に形成さ
れたフィンの間に装填され、また、第一機能部および第
二機能部の凝縮器または蒸発器として機能する熱交換器
もプレート式熱交換器によって構成する。さらに、第一
送液管路と第二送液管路は、それらの送液始端を凝縮液
受けに、そして送液終端を散液ノズルに接続し、この凝
縮液受けは凝縮器または蒸発器として機能する熱交換器
の下方に、また散液ノズルは凝縮器または弯発器として
機能する熱交換器の上方に設置される。

機能部に封入する熱媒としては最も普通には水が使用で
き、この水を熱媒とした場合には、固体吸着剤として例
えばゼオライト、シリカケル、硫化ナトリウム、臭化ナ
トリウム、生石灰等が使用できる。また熱媒としてアン
モニア等モ使用テきこの場合には、吸着剤としては例え
ばよう化ナトリウム、塩化ニッケルアンモニア錯体等が
使用できる。

〔実施例〕

以下に図面に示した実施例について説明する。

第１図は本発明に従う吸着式冷凍機の要部断面を示した
もので１両端が閉じた円筒状のシェルｌ内を、中心軸を
通る隔壁２によって二つの気密室３と４に分割し、気密
室３を第一機能部を構成する室（以下、第−機能室３と
よぶ）に、また気密室４を第二機能部を構成する室（以
下、第二機能室４と呼ぶ）とした本発明実施例を示す、
また第２図は、第１図と同じ断面であるが、第１図の場
合とは冷媒の流れ方向が逆になっている状況を示してい
る。

第１〜２図に見られるように５第−機能室３には吸着剤
熱交換器５（以下、第一吸着剤熱交換器５と呼ぶ）と、
凝縮器または蒸発器として機能する熱交換器６（同、第
一熱交換器６と呼ぶ）とが配置され、同じく第二機能室
４には吸着剤熱交換器７（同５第二吸着剤熱交換器７と
呼ぶ）と、蒸発器または凝縮器として機能する熱交換器
８（同。

第二熱交換器８と呼ぶ）が配置されている。

第一吸着剤熱交換器５と第二吸着剤熱交換器７は同じ構
造を有しており、いずれも、中空プレート９の外表面に
吸着剤１０を装着させた吸着剤付きプレートの多数を、
互いに隣接しながらシェルｌの軸方向に沿ってシェル内
（第−機能室３および第二機能室４内）に設置されたプ
レート型熱交換器である。各中空プレート９の両端は、
シェル１の両端に設けられたヘッダー（図示されていな
い）に接続されており、一方のへラダーから各中空プレ
ート９内に熱媒体が供給され、各中空プレート９内を通
過したあと他方のへラグ−に流出する。

中空プレート９の外表面に装着される吸着剤１ｏは既述
のようにゼオライトやシリカゲル等の如き固体の吸着剤
であり、その装着機構は後記の第３〜５図で詳述するが
、中空プレート９の外表面に設けたフィンの間隙に装填
され、多孔質の板または綱体を用いてその表面を押さえ
て該間隙に保持される。

凝縮器または蒸発器として機能する第一熱交換器６と第
二熱交換器８も互いに同じ構造を有しており、中空プレ
ート１１の多数を互いに隣接しながらシェル１の軸方向
に沿ってシェル内（第−機能室３および第二機能室４内
）に設置されたプレート型熱交換器である。各中空プレ
ート１１の両端はシェル１の両端に設けられたヘッダー
（図示されていない）に接続されており、一方のヘング
ーから各中空プレート１１内に熱媒が供給され、各中空
プレート１１内を通過したあと他方のヘングーに排出さ
れる。

第一熱交換器６と第二熱交換器８の下方にはそれぞれ凝
縮液受け１２．１３が設置されており、これら熱交換器
６．８の外表面で凝縮した冷媒液を集液する。また第一
熱交換器６と第二熱交換器８の上方には、器表面に冷媒
液を均等に分散して散液するための散液ノズル板１４．
１５がそれぞれ設置されている。そして、第一熱交換器
６の凝縮液受け１２から第二熱交換器８の散液ノズル１
５に通ずる第一送液管路１６と、第二熱交換器８の凝縮
液受け１３から第一熱交換器６の散液ノズル１４に通ず
る第二送液管路１７が施設され、これら第一送液管路１
６と第二送液管路１７には、いずれも膨張弁１８．１９
が介装されている０図示の例では第一送液管路１６と第
二送液管路１７はいずれも隔壁２を貫通して施設した例
が示されている０本例に限らず、第−機能室３および第
二機能室４のシェル壁を貫通していったんシェル外に管
路を取出し、このシェル外に露出する管路部分に膨張弁
１８．１９を介装させる構成でもよい、いずれにしても
膨張弁１８と１９は、吸着脱着動作の切換に応じてその
開閉制御がなされるものであり、この開閉動作を自動化
するために電磁弁が使用される。

第３〜５図は、第一および第二吸着剤熱交換器における
中空プレート９の外表面に吸着剤を装着する場合の装填
構造を示したもので、熱交換面となる中空プレート９の
ほぼ全外表面積にわたってフィンを用いて掛目状のセル
２１を多数形成する例を示している。すなわち、中空プ
レート９の両外表面に軸方向に延びるフィン２２とこれ
と直交する方向に延びる同じ高さのフィン２３を互いに
クロスしながら基盤目状に多数設けることによって、フ
ィン２２と２３で囲われるセル２１を多数形成し、この
各々のセル２１を固体吸着剤の装填容器としたものであ
る。これによって、中空プレート９の両外表面には所定
の厚みをもつ固体吸着剤の層がプレート９の外面および
フィン面と接触して取付けられることになり、各セルを
形成する６面体のうち５面体が伝熱面となって吸着剤と
接し、しかも小さなセルに分割されることから中空プレ
ート９内を流れる熱媒体と吸着剤との熱交換は極めて良
好となる。各セル２１の全外側面には１図示しないが多
孔質の板または網体が被着され、この通気性カバーによ
って各セル２１内に吸着剤が押え込まれる。

このカバーの取付けは、フィン２２と２３の端部を廻る
枠体２４を用いて行われる。なお、第３〜５図において
、第３図のものは中空プレート９が金属などの一体成形
品からなり、第４図のものは二枚の金属板２５．２６と
スペーサー２７を用いてチューブプレートに加工したも
の、第５図のものは、二枚の金属Ｆｉ２５．２６の端部
を重ね合わせ溶接によって接合することによってチュー
ブプレートとした例を示したもので、いずれの場合にも
フィン２２と２３で吸着剤装填用のセル２１を多数形成
する点では変わりはない。

第６図は、第１〜２図の装置の一部分を図解的に示した
もので、第１〜２図と同じ参照数字で示した部材は第１
〜２図のものと同じである。なお２９．３０は管板を示
しており、この外側に各々の熱交換器のプレート内に外
部から出入する熱媒のヘソグーが設けられる。

以上の構成になる本発明の吸着式冷凍機の運転ＬＩｉ様
を第１〜２図およびこれに対応する第７〜８図を参照し
ながら具体的に説明する。第１図と第７図は、第−機能
室３の第一熱交換器６が凝縮器５第二機能室４の第二熱
交換器８が蒸発器として機能している状態を、また第２
図と第８図は第−機能室３の第一熱交換器６が蒸発器、
第二機能室４の第二熱交換器８がａ検器として機能して
いる状態を示したものである。

先ず第１図と第７図の運転状態について説明すると、こ
の状態では廃熱（例えば温排水）等を利用して冷水を製
造する場合、温排水を第−機能室３の第一吸着剤熱交換
器５に循環供給し、第二熱交換器８に被冷却水を通水し
て冷水を取り出す。

そのさい、第一熱交換器６および第二吸着剤熱交換器７
には冷却水等の抜熱用熱媒を流す、そしてこの第１図と
第７図の状態では、膨張弁１８を開。

膨張弁１９を閉にしておく、これによって、第一吸着剤
熱交換器５の吸着剤に吸着していた冷媒（例えば水）は
温排水によって加熱されて第−機能室３内に蒸発し、そ
の蒸気は第一熱交換器６の表面で凝縮する。そのさいの
Ｉａ＆ＩｉＩ熱は第一熱交換器６のプレート内を通液す
る冷却水によって系外に運び出される。凝縮した液はａ
ｍ液受け１２に集液される。このＩｊｉ縮液受け１２内
の液は第一送液管路１６を経て散液ノズル１５に圧力差
によって送り込まれるが、そのさい膨張弁１８を通過し
て低圧となって散液ノズル１５から第二熱交換器８の表
面に向けてに噴霧される。第二熱交換器８の表面に付着
した噴霧液はここで蒸発し、その蒸気は第二吸着剤熱交
換器７の吸着剤に吸着される。すなわち、第二熱交換器
８に通液される被冷却水から抜熱して蒸発してここで冷
水が製造され５吸着剤に吸着されるさいに発生する吸着
熱は第二吸着剤熱交換器７を流れる熱媒（例えば冷却水
または空気）によって系外に運び出される。このように
、第−機能室３では吸着剤からの冷媒の脱着、第二機能
室４では吸着剤への冷媒の吸着が行われ、この状態が行
われている間は、第−機能室３が高圧側、第二機能室４
が低圧側となり、やがて脱着吸着が終了すると圧が均衡
して第二熱交換器８で冷水が製造される運転が終わり１
次いで、第２図および第８図に示す運転態様に切り換え
る。

第２図および第８図に示す運転では、膨張弁１９を開、
膨張弁１８を閉に切り換え、温排水は第二吸着剤熱交換
器７に流され、冷水は第一熱交換器６で製造される。そ
のさい、第一吸着剤熱交換器５には冷媒の吸着熱を抜熱
するための熱媒例えば冷却水または空気が流され、第二
熱交換器８にも冷媒の凝縮熱を取り出す冷却水が流され
る。これによって、第二吸着剤熱交換器７に吸着してい
た冷媒は第二熱交換器８で凝縮し、この凝縮液は第一送
液管路１７を経て、膨張弁１９で絞られたあと散液ノズ
ル１４に圧力差で送り出され、第一熱交換器６の表面に
散液されここで蒸発し、この第−熱交換器６に流される
被冷却水を冷却して冷水を製造する。蒸発した冷媒は第
一吸着剤熱交換器５の吸着剤に吸着され、その吸着熱は
ここを流れる熱媒によって系外に運び出される。

この二つのサイクルを繰り返すことによって。

第一熱交換器６と第二熱交換器８で冷水が作りだされ、
切り換え動作を連続化することによって。

連続流れの温排水から連続流れの冷水を作り出すことが
できる。

一方、見方を変えると、蒸発器として機能している第−
熱交換器６または第二熱交換器８から凝縮器として機能
している第二熱交換器８または第一熱交換器６に熱の移
動が行われることになり。

ヒートポンプが形成されることになる。また、切り換え
動作を連続化しないで例えば第−機能室３で脱着が完了
した時点でその状態を保持しておけば、また、第二機能
室で吸着が完了した時点でその状態を維持しておけば、
必要な時間までそのエネルギー状態を蓄えておくことが
でき１Ｍ熱装置としても機能する。

〔効果〕

以上の構成および作用をもつ本発明の吸着式冷凍機は、
特に吸着剤熱交換器としてプレート型熱交換器を使用し
、その表面に吸着剤を大きな伝熱面積をもって装着した
ものであるから、脱着吸着性能が高くなり、装置を小型
することができると共に、この種装置の問題であった立
ち上がり性すなわち起動性が良好となり、短い起動時間
で良好に応答し、サイクルの連続化がスムースに行われ
るという特色をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う吸着式冷凍機の成る時点の運転状
態を示す略断面図、第２図は他の時点の運転状態を示す
第１図同様の略断面図、第３図は本発明に従う吸着剤熱
交換器の表面構造の一例を示す斜視図、第４図は吸着剤
熱交換器の他の例を示す第３図同様の斜視図、第５図は
吸着剤熱交換器のさらに他の例を示す第３図同様の斜視
図、第６図は本発明に従う吸着式冷凍機の内部の一部を
示す斜視図、第７図は第１図の時点における吸着剤冷凍
機の稼働状態を図解した系統図、第８図は第２図の時点
における吸着剤冷凍機の稼働状態を図解した系統図であ
る。ｌ・・シェル、　　　　　２・・隔壁。３・・気密室（第−機能室）。４・・気密室（第二機能室）。５・・第一吸着剤熱交換器。６・・第一熱交換器。７・・第二吸着剤熱交換器。８・・第二熱交換器。９　・　・１２．１３　　・１６　・　・１８．１９　　・２２．２３　　・２９．３０中空プレート。・凝縮液受け。第一送液管路・膨張弁。・フィン・管板。１０　・　・１４．１５１７　・　・２０　　・　・２４　　・　・

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空気密室内に凝縮器または蒸発器として機能す
る熱交換器と吸着剤熱交換器とを配置したうえ室内に冷
媒を封入してなる第一機能部と、真空気密室内に蒸発器
または凝縮器として機能する熱交換器と吸着剤熱交換器
とを配置したうえ室内に冷媒を封入してなる第二機能部
と、該第一機能部の凝縮器表面で凝縮した冷媒液を第二
機能部の蒸発器表面に向けて送液する膨脹弁介装の第一
送液管路と、該第二機能部の凝縮器表面で凝縮した冷媒
液を第一機能部の蒸発器表面に向けて送液する膨脹弁介
装の第二送液管路と、からなる吸着式冷凍機において、
前記の第一機能部および第二機能部の吸着剤熱交換器が
中空プレートの外表面に吸着剤を装着したプレート式熱
交換器からなり、この中空プレート内に系外から熱媒体
が供給されることを特徴とする吸着式冷凍機。
（２）吸着剤はプレート式熱交換器の表面に形成された
フィンの間に装填される請求項１に記載の吸着式冷凍機
。
（３）第一機能部および第二機能部の凝縮器または蒸発
器として機能する熱交換器は、プレート式熱交換器から
なり、このプレート式熱交換器の中空プレート内に系外
から熱媒が供給される請求項１または２に記載の吸着式
冷凍機。
（４）第一機能部および第二機能部に封入される冷媒は
水である請求項１、２または３に記載の吸着式冷凍機。
（５）第一送液管路と第二送液管路は、いずれも送液始
端が凝縮液受けに接続され、送液終端が散液ノズルに接
続されており、凝縮液受けは凝縮器または蒸発器として
機能する熱交換器の下方に、そして散液ノズルは凝縮器
または蒸発器として機能する熱交換器の上方に設置され
ている請求項１、２、３または４に記載の吸着式冷凍機
。
（６）第一機能部と第二機能部は、単胴シェル内を軸に
沿った隔壁で二分した室内にそれぞれ形成される請求項
１、２、３、４または５に記載の吸着式冷凍機。