JPH0442683Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用して冷
凍運転を行う吸着式冷凍機に係り、特に利用側熱
媒を通過させる蒸発凝縮器として凝縮した冷媒を
液膜状態で多量に保持可能なワイヤーフインチユ
ーブを使用した前記吸着式冷凍機に関するもので
ある。

（従来の技術） 近年の世界的なエネルギー資源枯渇の問題は、
エネルギー資源の乏しい我が国の将来にとつて極
めて深刻な問題であり、特に、エネルギー資源の
無駄使いについて今後、厳しい管理して行く必要
がある。

ところで、この種エネルギー資源のうちでも、
とりわけ、火力発電所で高温熱回収した後の冷却
水あるいは化学工場等で副次的に発生する、例え
ば80℃以下の低等級の熱源は、これを回収する装
置の効率、回収コスト等の問題が原因で全く利用
することなく廃棄しているのが実情である。

また、クリーンエネルギーの獲得を目指して開
発が進められている太陽熱エネルギーの利用技術
分野においても、平板式集熱器で容易に得られる
低等級熱源を冷房運転の熱源として利用すること
が、装置コストおよびランニングコストの面で最
も有利であることが知られているが、この場合に
おいても、従来の吸収式冷凍機を使用した冷房シ
ステムでは、熱源の温度が低いために一般的な空
調システムの温度条件（冷却水入口温度30℃、冷
水入口温度12℃、冷水出口温度７℃）を満足する
能力を十分発揮させることが出来ず、冷凍機の大
型化等による装置コストの高騰を免れなかつた。

そのため、最近では従来の吸収式冷凍機に替
え、シリカゲルあるいはゼオライト等の固体吸着
剤の冷媒吸脱着作用を応用して吸着式冷凍機を空
調システムに組み込むことが大いに見直されてい
る。

第４図は、この様な吸着式冷凍機の一例を断面
により示したものである。

この吸着式冷凍機は、一定量の冷媒を封入した
横長円筒状の真空容器１の内部に、太陽熱収集器
等で得られた低温熱媒を通過させるフイン付きの
伝熱管２と、利用側熱媒を通過させる直線状マニ
ホールド３，３′と一体の蒸発凝縮板４，４′とを
所要間隔を置いて水平に収設し、該蒸発凝縮板
４，４′の周囲を円筒状の耐発散遮蔽物５，５′で
包囲すると共に、前記伝熱管２の外周におけるフ
イン６の対向間隙にゼオライト、活性炭、活性ア
ルミナ又はシリカゲル等の固体吸着剤７を取付け
た構造を有するもので、脱着運転時においては、
前記伝熱管２に熱源から供給される液体を通過さ
せ、固体吸着剤７を加熱して脱着すると、該固体
吸着剤７から脱着された冷媒蒸気は蒸発凝縮板
４，４′の表面で凝縮してこれに付着する。また、
吸着運転時においては、前記伝熱管２に冷却水を
流し、固体吸着剤７を冷却すると、該固体吸着剤
７は、真空容器１内の冷媒蒸気および前記蒸発凝
縮板４，４′表面の冷媒を吸着するため、冷媒が
容器１内で蒸発する際に蒸発凝縮板４，４′から
熱を奪い、該蒸発凝縮板４，４′と一体の直線状
マニホールド３，３′内を通過する利用側熱媒を
冷却するようになつている。

かくして前記固体吸着剤７の冷媒吸脱着作用に
より利用側熱媒を冷却し、これをビル等の空調に
使用する。（例えば、特開昭60−36852号公報参
照） （考案が解決しようとする問題点） ところが、かかる従来構造の吸着式冷凍機で
は、凝縮した状態の冷媒を保持する蒸発凝縮板
４，４′の表面積が小さいため、蒸発に好適な薄
い液膜状態で保持できる冷媒量が充分でなく、ま
た、この冷媒量を増加しようとして冷媒液の厚み
を極端に大きくした場合は、蒸発速度が遅くな
り、前記固体吸着剤７の吸着スピードが低下して
サイクルタイムが長くなり、その分、効率の低下
を招く問題があつた。

なお、かかる不都合を克服するため、本考案者
らは、蒸発凝縮板の代わりとしてフインを水平に
配置したプレートフイン型フインチユーブまたは
ハイフイン型フインチユーブを使用し、冷媒保持
面積の大巾な増加を図ると共に、冷媒液膜を極力
薄く設定して吸着スピードを向上させるようにし
た吸着式冷凍機を先に提案した。（特願昭60−
229376号、特願昭61−17326号など参照） しかしながら、上記提案の吸着式冷凍機におい
ても、フインチユーブ全体に冷媒を均一な厚さで
保持させることは実際上困難であり、必然的に液
膜が厚過ぎる部分や薄過ぎる部分が生じ、全体と
して冷媒保持面積に見合う冷媒量を保持出来なく
なるため、この点について更に改善すべき余地が
残されていた。

また、従来の吸着式冷凍機においては、フイン
チユーブをフインが水平になるよう胴体内に収設
する必要があるため、冷媒保持量の増大を図るべ
く伝熱管の長さを長くした場合は、装置の全高が
高くなる問題があつた。

勿論、冷媒保持量の増加を図るべく、蒸発凝縮
器としてのフインチユーブの本数を増加すること
も可能であるが、この場合は、装置の大型化や製
造コストおよび製品価格の大巾な高騰を招くので
好ましくない。

本考案はかかる従来の吸着式冷凍機における蒸
発凝縮器側の冷媒保持量不足の問題に着目してな
されたもので、該蒸発凝縮器の伝熱管本数を増加
させることなしに表面での冷媒保持量を増加させ
ると共に、冷媒を液膜状態で保持し該冷媒の蒸発
を良好ならしめ、もつて前記問題点を解消せんと
するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための本考案の構成を第
１図および第２図について説明する。

本考案の吸着式冷凍機は、所要量の冷媒を封入
した真空の胴体１１内部に熱源側熱媒を通過させ
る第２のフインチユーブ１２と、利用側熱媒を通
過させる第２のフインチユーブ１４とを収設し、
前記第１のフインチユーブ１２のフイン間隙に吸
着剤１９を充填保持せしめた構成を有しており、
前記第２のフインチユーブ１４のフイン２２とし
ては、伝熱管の外周に波形ワイヤーフインを取り
つけたワイヤーフインチユーブが用いられてい
る。

（作用） 上記構成を備えた本考案の吸着式冷凍機は、第
１のフインチユーブ１２に熱源側熱媒を通過させ
て吸着剤１９を加熱脱着し、第２のフインチユー
ブ１４に冷却水を通過させ、その表面において胴
体１１内の冷媒蒸気を凝縮させると、液化した冷
媒は表面張力により第２のフインチユーブ１４の
フイン２２相互の間隙あるいは伝熱管２１の表面
とフイン２２との間隙にブリツジを形成し液膜状
態で付着するため、第２のフインチユーブ１４全
体として保持冷媒量が増加する。

なお、前記第１のフインチユーブ１２に冷却水
を通過させて吸着剤１９の冷媒吸着作用を促し、
かつ、第２のフインチユーブ１４に利用側熱媒を
通過させながら吸着工程を行うときは、第２のフ
インチユーブ１４の外周に液膜状態で保持された
冷媒が蒸発し、利用側熱媒から蒸発潜熱を奪つて
これを冷却する。

かくして、第２のフインチユーブ１４は、従来
の吸着式冷凍機の蒸発凝縮器より大きな冷媒保持
量を有し、吸着工程終了時点まで冷媒を液膜状態
で保持するため、吸着工程全般に亘り利用側熱媒
冷却器としての作用を持続することが出来る。

（実施例） 以下、本考案の実施例を添付図面にもとづいて
詳細に説明する。

第１図は本考案に係る吸着式冷凍機の正断面
図、第２図は同吸着式冷凍機に使用される第２の
フインチユーブの拡大断面図、第３図は該第２フ
インチユーブの平断面図である。

これらの図において、１１は吸着式冷凍機の本
体を構成する胴体、１２は該胴体１１の内部空間
１３に収設されたエロフイン型熱交換器からなる
第１のフインチユーブ、１４は第１のフインチユ
ーブ１２と所要間隔を置いて平行に配設された凝
縮器および蒸発器兼用の第２のフインチユーブ、
１５は前記胴体１１内の圧力を検出する圧力セン
サーであつて、前記胴体１１の内部には所要量の
水等の冷媒液が封入されていると共に、該胴体１
１の内部空間１３が真空に保たれている。

前記第１のフインチユーブ１２は、伝熱管１６
の外面に、これと直交して設けた多数のフイン１
７を具備し、該フイン１７が水平になるよう、前
記胴体１１内に収設されていると共に、伝熱管１
６外周のフイン間隙１８において、天然ゼオライ
ト、活性炭、活性アルミナあるいはシリカゲルの
如き粒状の固体吸着剤１９を充填保持しており、
該固体吸着剤１９がフインチユーブ１２の外周に
周設した金網２０により、前記固体吸着剤１９間
に連続した冷媒蒸気通路が生じるよう保持されて
いる。

前記第２のフインチユーブ１４は、伝熱管２１
の外周に波型に成形したワイヤーフイン２２を溶
接等の手段により螺旋状に取りつけてなるワイヤ
ーフインチユーブであつて、前記胴体１１内に伝
熱管２１が垂直になるよう収設されている。

なお、第２のフインチユーブ１４に取りつけら
れたワイヤーフイン２２はそのフインピツチP₁
が0.1mm〜1.5mm、波形ピツチP₂が0.3mm〜２mm、フ
イン高さｈが0.3mm〜２mmの範囲に概ね設定され
ており、隣接するワイヤーフイン２２相互の間隙
およびフイン２２と伝熱管２１との間隙に夫々冷
媒が表面張力によるブリツジを生じ易いようにな
つている。なお、ここでいうフイン高さとは、伝
熱管２１外面からフイン２２の対向面までの最大
距離を指す。

一方、前記胴体１１は、その底部において、胴
体底面１１ａを温水又は冷却水を通過させて加熱
又は冷却するタンク２３を一体に具備していると
共に、該タンク２３の下方位置において、中間に
真空バルブ２４を備えた配管２５を介して常時真
空を保持し得る所定容量の冷媒貯蔵タンク２６を
接続している。

本考案の吸着式冷凍機は叙上の構成を有するも
のであるが、次にその作用について説明すると、
先ず、脱着運転時において、第１のフインチユー
ブ１２に熱源側熱媒（例えば60〜80℃の水）を供
給し、吸着剤１９を加熱脱着すると共に、第２の
フインチユーブ１４にクーリングタワー等で生成
した30〜32℃の冷却水を供給すると、前記吸着剤
１９の脱着により吐き出された冷媒蒸気が第２の
フインチユーブ１４の表面で冷却されて凝縮し、
液状の冷媒がフイン２２および伝熱管２１の対向
間隙に多量に保持される。即ち、第２のフインチ
ユーブ１４の表面においてはフイン２２および伝
熱管２１と接触し凝縮した冷媒がフイン２２相互
の間隙およびフイン２２と伝熱管２１との間にお
いて表面張力作用によりブリツジを形成し、液膜
状態で保持される。

また、この間、真空バルブ２４は閉じたままの
状態にあり、胴体１１内部の冷媒量は、所定の運
転条件下における作動温度範囲で必要最小限に調
整されているため、冷媒の略全量が第２のフイン
チユーブ１４の表面に付着する。また、部分的に
過剰に凝縮し保持し切れなくなつた冷媒液の一部
は水滴状となつて胴体１１ａの底面１１に滴下す
るが、胴体１１下部のタンク２３には低温熱源よ
り前記第１のフインチユーブ１２と並行して低温
熱媒（60〜80℃）が供給されており、冷媒が加熱
蒸発すると共に、第２のフインチユーブ１４表面
のうち、液膜厚さが小さい箇所においては、液膜
の厚い部分より凝縮が盛んに行われるため、その
結果として冷媒が第２のフインチユーブ１４全体
に亘り均一な厚さの液膜状態をなして凝縮するこ
とになる。

次に、吸着運転時の作用について説明する。先
ず、第１のフインチユーブ１２に冷却水（30〜32
℃）を供給し、吸着剤１９を冷却して胴体１１内
の冷媒蒸気を吸着させると、第２のフインチユー
ブ１４の表面では、フイン２２に保持された冷媒
が盛んに蒸発し、該フインチユーブ１４から気化
熱を奪い第２のフインチユーブ１４内を通過する
利用側熱媒が入口の温度12℃から出口温度７℃程
度まで冷却される。

なお、運転条件（温度条件）の変化により胴体
１１内部の冷媒封入量が過多になつた場合は、第
２のフインチユーブ１４への熱媒供給を遮断した
まま第１のフインチユーブ１２に熱源側熱媒を供
給し、吸着剤１９を加熱脱着しながら、タンク２
３に冷却水を供給すると、胴体１１内の冷媒はそ
のほとんどが胴体１１の底面１１ａで凝縮するか
ら、このとき真空バルブ２４を開放すると冷媒液
は重力により冷媒貯蔵タンク２６に回収される。

その後、真空バルブ２４を開放したまま、第１
のフインチユーブ１２に冷却水を供給し、第２の
フインチユーブ１４に利用側熱媒を通過させる
と、吸着剤１９は配管２５を通じて胴体１１内に
流入する冷媒蒸気を吸着するから、胴体１内の圧
力を圧力センサー１５により検出し、これが設定
の蒸発温度における飽和蒸気圧になつた時点で真
空バルブ２４を閉鎖すれば胴体１１内の冷媒量を
温度条件に見合う必要最小限の量に調整すること
が出来る。更に、温度条件の変更により胴体１１
内の冷媒量が反対に不足したときは、吸着運転時
間内に真空バルブ２４を開放し、冷媒貯蔵タンク
２６から冷媒蒸気を圧力センサーで検出しながら
必要量だけ導入すればよい。勿論、冷媒量が過剰
の場合においては、上記の場合と同様にして圧力
センサーにより胴体内の圧力を検出しながら過剰
分を回収し、目標の値になつた時点で真空バルブ
２を閉じることにより冷媒量調整を行うことも出
来る。

なお、上記実施例においては、縦長の胴体１１
内部に、第１のフインチユーブ１２および第２の
フインチユーブ１４をその伝熱管１６，２１が垂
直になるよう収設した場合について説明したが、
前記第１のフインチユーブ１２および第２のフイ
ンチユーブ１４の配置は別段これに限定されるも
のではなく、特に第２のフインチユーブ１４につ
いては、冷媒を液膜状態で保持する際、重力の影
響が極めて小さいため、伝熱管２１が水平になる
よう胴体１１内に収設することが可能であり、従
つて、例えば胴体１１を横長に形成し、これに伝
熱管１６，２１が水平になるよう第１のフインチ
ユーブ１２および第２のフインチユーブ１４を収
設すれば、装置の全高を大巾に小さくすることが
出来る。

（考案の効果） 以上述べた如く本考案の吸着式冷凍機は、所要
量の冷媒を封入した真空の胴体内部に熱源側熱媒
を通過させる第１のフインチユーブと、利用側熱
媒を通過させる第２のフインチユーブとを収設
し、前記第１のフインチユーブのフイン間隙に吸
着剤を充填保持せしめてなる吸着式冷凍機におい
て、前記第２のフインチユーブとして、伝熱管の
外周に波形ワイヤーフインを取りつけたワイヤー
フインチユーブを用い、該フインチユーブの外面
に保持される冷媒の量を大巾に増加させたもので
あるから、蒸発凝縮器としてのフインチユーブの
大型化を阻止することが可能であり、また、冷媒
が薄い液膜状態で保持され蒸発作用が頗る良好と
なるため冷凍機の能力を飛躍的に向上させること
が出来るというすぐれた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案吸着式冷凍機の一例を示す断面
図、第２図は同吸着式冷凍機に適用可能なフイン
チユーブの断面図、第３図は同フインチユーブの
平断面図である。また、第４図は従来の吸着式冷
凍機の一例を示す概要断面図である。 １１……胴体、１２……第１のフインチユー
ブ、１４……第２のフインチユーブ（蒸発凝縮
器）、１８……フイン間隙、１９……吸着剤、２
１……伝熱管、２２……波形ワイヤーフイン。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 所要量の冷媒を封入した真空の胴体内部に熱
   源側熱媒を通過させる第１のフインチユーブ
   と、利用側熱媒を通過させる第２のフインチユ
   ーブとを収設し、前記第１のフインチユーブの
   フイン間隙に吸着剤を充填保持せしめてなる吸
   着式冷凍機において、前記第２のフインチユー
   ブとして、伝熱管の外周に波形ワイヤーフイン
   を取りつけたワイヤーフインチユーブを用いた
   ことを特徴とする吸着式冷凍機。 ２ 第２フインチユーブの波形ワイヤーフインが
   フインピツチ0.1〜1.5mm、波形ピツチ0.3mm〜２
   mm、フイン高さ0.3mm〜２mmのフインである実
   用新案登録請求の範囲第１項又は第２項記載の
   吸着式冷凍機。