JPH06180159A - 吸着冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定格条件（冷水温度が７℃、冷却水温度が３
１℃）あっても、６０℃以下の低質排熱を駆動熱源とし
て利用する事が出来る様な吸着冷凍機の提供。 【構成】 吸着剤熱交換器（２４Ａ−２４Ｄ）を介装し
た複数の系統を含む吸着冷凍機（２０）において、前記
複数の系統の各々は吸着剤熱交換器を備えた独立した領
域（２２Ａ−２２Ｄ）を複数含んで構成され、該複数の
領域は気相熱媒用の配管（２６−１、２６−２）で連通
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業状の利用分野】本発明は、蒸発器と、蒸発器に液
相熱媒を供給する配管系と、蒸発器の熱交換により冷却
される冷水の配管系と、凝縮器と、凝縮器に冷却水を供
給する配管系と、吸着剤の熱交換器を介装した複数の系
統および吸着剤熱交換器に温水または冷却水を供給する
配管系、とを含む吸着冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この様な吸着冷凍機の従来例が図４で示
されている。この吸着冷凍機は熱媒として水を利用し、
吸着剤としてシリカゲル或いはゼオライトを用いてい
る。全体を符号１で示す吸着冷凍機の本体部２には、蒸
発器３と、凝縮器４とが包含されている。本体部２の内
部は符号Ａ、Ｂで示す２つの領域に分離されており、そ
の領域にはそれぞれ吸着剤熱交換器５Ａ、５Ｂが設けら
れている。

【０００３】蒸発器３に噴霧された熱媒（水）は、蒸発
して気化熱を奪い、配管系Ｌ１を循環する冷水を冷却す
る。そして図４の状態では、符号ＨＧ１で示す蒸発した
熱媒（水蒸気）は開放状態の仕切蓋６Ａを介して領域Ａ
に流入し、吸着剤熱交換器５Ａに充填された吸着剤（シ
リカゲル或いはゼオライト）により吸着される。ここで
吸着剤は水分を吸着すると発熱するので、配管系Ｌ２を
介して供給される冷却水により冷却される。配管系Ｌ２
に冷却水を供給するためには、冷却水供給源８Ｇからの
冷却水回収手段８Ｂに至る配管系に介装された切り換え
弁Ｖ１、Ｖ２を、図４において実線で示す系統に切り換
えればよい。なお、領域Ａ上方の仕切蓋７Ａは閉鎖状態
であるため、水蒸気は上方に漏出する事無く、熱交換器
５Ａ中の吸着剤により十分に吸着される。

【０００４】一方、図４の領域Ｂでは吸着剤熱交換器５
Ｂによる吸着が完了しており、そのため下方の仕切蓋６
Ｂを閉鎖状態として水蒸気が流入しないようになってい
る。この状態では、熱交換器５Ｂの吸着剤は飽和状態近
くまで水蒸気を吸着しており、配管系Ｌ３を介して温水
を供給すると、吸着された水分が吸着剤から分離して
（脱着）、符号ＨＧ２で示す様に、開放状態にある上方
の仕切蓋７Ｂから凝縮器４側へ流出する。そして、吸着
剤から脱着した水分（水蒸気）ＨＧ２は、配管系Ｌ４を
介して凝縮器４に供給される冷却水との熱交換により、
凝縮熱を奪われて液相、すなわち水、に変化する。この
水は図示しない配管系を経由して、蒸発器３に噴霧され
る。なお、吸着剤熱交換器５Ｂに温水を供給するために
は、温水源９Ｇと温水回収手段９Ｂとの間の配管系に介
装された開閉弁の内、図中黒く示された開閉弁Ｖ３、Ｖ
４を開放し、白で示された開閉弁Ｖ５、Ｖ６を閉鎖する
とともに切り替え弁Ｖを図中において実線で示す系統に
切り換えれば良い。

【０００５】領域Ａにおける吸着及び領域Ｂにおける脱
着が完了すると、開放状態の仕切蓋６Ａ、７Ｂを閉鎖
し、閉鎖状態の仕切蓋６Ｂ、７Ａを開放する。そして、
切り換え弁Ｖ１、Ｖを図４で点線で示す系統側に切り換
える事により吸着剤熱交換器５Ｂ側に冷却水を供給せし
める。更に、開閉弁Ｖ３、Ｖ４を閉鎖して、開閉弁Ｖ
５、Ｖ６を開放するとともに切り替え弁Ｖ２を、図中の
点線で示す系統側に切り換える事により、吸着剤熱交換
器５Ａ側に脱着用の温水を供給せしめる。

【０００６】図４で示す吸着冷凍機１を一般空調用に用
いる場合、吸着剤熱交換器への冷却水源及び凝縮器４の
冷却水源１０からの冷却水の入口温度（吸着冷凍機１へ
流入する際の温度）は定格温度３１℃が、蒸発器３にお
いて冷却された冷水の出口温度（吸着冷凍機１から流出
する際の温度）は定格温度７℃が望まれている。そして
従来は、温水源９Ｇからの温水の入口温度は６５℃程度
が必要とされていた。換言すれば、図４で示す吸着冷凍
機１では、一般空調用として望まれる定格条件で運転す
るためには、駆動熱源の温度として６５℃程度が必要と
されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】６０℃以下の比較的低
い温度の排熱は俗に「低質排熱」と呼ばれ、従来は単に
廃棄（排熱）するのみであった。ここで、省エネルギー
が大きな課題となっている近年では、この様な低質排熱
であっても有効利用したいという要請が非常に強い。

【０００８】しかし、上述した様に従来の吸着冷凍機で
は、定格条件（冷却水温度が３１℃、得られた冷水の温
度が７℃）で運転するためには、駆動熱源の温度として
６５℃程度が要求されており、６０℃以下の低質排熱を
駆動熱源として利用する事が出来ない。

【０００９】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたもので、冷却水温度が３１℃、得られた冷
水の温度が７℃（定格条件による運転）であっても、６
０℃以下の低質排熱を駆動熱源として利用する事が出来
る様な吸着冷凍機の提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の吸着冷凍機によ
れば、蒸発器と、蒸発器に液相熱媒を供給する配管系
と、蒸発器の熱交換により冷却される冷水の配管系と、
凝縮器と、凝縮器に冷却水を供給する配管系と、吸着剤
熱交換器を介装した複数の系統および吸着剤熱交換器に
温水または冷却水を供給する配管系、とを含む吸着冷凍
機において、前記複数の系統の各々は吸着剤熱交換器を
備えた独立した領域を複数含んで構成され、該複数の領
域は気相熱媒用の配管で連通している。

【００１１】本発明の実施に際して、吸着剤熱交換器を
介装した系統は例えば２系統設けるのが好ましいが、３
系統以上設けても良い。そして、各系統には吸着剤熱交
換器を設けた独立した領域を２つ以上含んで構成される
のが好ましい。

【００１２】

【作用】上述した様な構成を具備する本発明の吸着冷凍
機によれば、各系統は吸着剤熱交換気器を設けた複数、
例えば２つ、の領域を含んで構成されており、その領域
を気相熱媒用の配管で連通しているので、熱媒（水或い
は水蒸気）の濃度を変更して飽和蒸気圧を調節・制御す
る事が可能となる。蒸発器を出た気相熱媒（水蒸気）は
冷却水の流れる吸着剤熱交換器を設けた第１の領域へ流
入し、吸着される。第１の領域における吸着が完了する
と、第２の領域へ連通する気相熱媒用の配管に介装され
た開閉弁が開放する。ここで、第１の領域の熱交換器に
温水を流し、第２の領域の熱交換器に冷却水を流すと、
温度差或いは圧力差により第１の領域中で吸着された熱
媒が脱着されて、第２の領域に流入しそこの熱交換器の
吸着剤によって吸着される。そして、第２の領域の吸着
剤熱交換器に温水を供給すると、熱媒が脱着されて気相
熱媒として凝縮器側へ流入する。そして、凝縮器の冷却
水と熱交換を行い、液相熱媒となり、凝縮液配管を通り
蒸発器に再び噴霧されて蒸発するのである。

【００１３】従来のように単一の領域内にて吸着・脱着
を繰り返す場合には飽和蒸気圧の調節は不可能である。
したがって、冷却水温度が３１℃、得られる冷水の温度
が７℃であれば（定格条件による運転）、温水は６５℃
程度の温度が必要であった。これに対して本発明では、
気相熱媒用の配管を介して熱媒が異なる領域間を移動す
る際に飽和蒸気圧が調節されて、６０℃以下（例えば５
６℃）の温水が吸着剤熱交換器に供給されても熱媒
（水）が蒸発して脱着される。すなわち、気相熱媒用の
配管を介して熱媒を異なる領域間で順次移動させ、等吸
着量温度線図上で吸着剤熱交換器の作動吸着濃度領域を
調節することにより熱媒が脱着するのに必要な吸着剤温
度が低下する方向にスライドさせるのである。この場
合、吸着冷凍機のサイクル線図において３水準以上の飽
和蒸気圧が存在する。

【００１４】

【実施例】以下、図１−３を参照して、本発明の１実施
例について説明する。なお、図４で示すのと同一の部材
には、同一の符号を付してある。

【００１５】図１において符号２０で示す本発明の吸着
冷凍機は、熱媒として水を使用している。すなわち、液
相熱媒としては水（凝縮水）、気相熱媒としては水蒸気
が用いられている。

【００１６】吸着冷凍機２０は、添え字Ａ、Ｄを付して
示す系統と、添え字Ｂ、Ｃを付して示す系統の２系統を
含んで構成されている。そして、独立した領域或いは部
分２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと、その内部に設け
られた第１吸着剤熱交換器２４Ａ、第２吸着剤熱交換器
２４Ｂ、第３吸着剤熱交換器２４Ｃ、第４吸着剤熱交換
器２４Ｄを含んでいる。

【００１７】部分２２Ａと２２Ｄは、熱媒用配管２６−
１により連通しており、一方、部分２２Ｂと２２Ｃは熱
媒用配管２６−２により連通している。そして、部分２
２Ａと２２Ｄを含む系統は、開閉弁Ｖ１０−１を介装し
た配管２８−１を介して蒸発器３と連通し、部分２２Ｂ
と２２Ｃとを含む系統は開閉弁Ｖ１０−２を介装した配
管２８−２を介して蒸発器３と連通している。さらに、
部分２２Ａ、２２Ｄを含む系統及び部分２２Ｂ、２２Ｃ
を含む系統は、それぞれ、開閉弁Ｖ１２−１を介装した
配管３０−１、開閉弁Ｖ１２−２を改装した配管３０−
２を介して、凝縮器４に連通している。なお、凝縮器４
と蒸発器３は、配管３２（液相熱媒用配管）を介して連
通している。

【００１８】第１吸着剤熱交換器２４Ａ、第２吸着剤熱
交換器２４Ｂ、第３吸着剤熱交換器２４Ｃ、第４吸着剤
熱交換器２４Ｄと、吸着剤熱交換器冷却水入口８Ｇ、吸
着剤熱交換器冷却水出口８Ｂ、温水入口９Ｇ、温水出口
９Ｂは、開閉弁及び三方弁が介装された図１では点線で
示す様な配管系により連通しているが、その詳細につい
ては図２、３を参照して後述する。

【００１９】図２において、蒸発器３で発生した水蒸気
は、矢印Ｇ−１で示す様に、弁Ｖ１０−１が開放してい
る配管２８−１を介して部分２２Ｄに流入し、第４吸着
剤熱交換器２４Ｄで吸着される。図２の状態では、吸着
剤熱交換器入口８Ｇのすぐ下流に配置された三方弁Ｖ２
０は、該入口８Ｇからの冷却水を配管Ｌ１１に流入させ
る。配管Ｌ１１は配管Ｌ１２、Ｌ１３に分岐して、配管
Ｌ１２を流れる冷却水は第４吸着剤熱交換器２４Ｄが水
分を吸着する際に発熱するのを冷却する。なお、熱交換
器２４Ｄを冷却した後、配管Ｌ１２内を流れる冷却水は
配管Ｌ１４に合流して、三方弁Ｖ２１を介して配管Ｌ１
５に流入せられる。そして、三方弁Ｖ２２、配管Ｌ１６
を介して、吸着剤熱交換器冷却水出口８Ｂに送られる。

【００２０】ここで、気相熱媒用配管２６−１に介装さ
れた開閉弁Ｖ９−１は閉鎖状態であるため、部分２２Ｄ
に流入した水蒸気は当該部分２２Ｄに留まり、吸着剤に
より効率良く吸着される。

【００２１】部分２２Ｄにおける吸着が終了すると、図
３で示すように、開閉弁Ｖ１０−１を閉鎖し、弁Ｖ９−
１を開放する。同時に、温水入口９Ｇ近傍の開閉弁Ｖ２
３を開放し、温水を配管Ｌ１７内に流入する。更に、三
方弁Ｖ２１を切り換えて温水を配管Ｌ１４に流し、Ｌ１
４から分岐した配管Ｌ１２を流れる温水が第４吸着剤熱
交換器２４Ｄを加熱する。温水により吸着剤が加熱され
るので、吸着された水分は脱着する。ここで、部分２２
Ａは部分２２Ｄよりも低温・低圧であるため、第４吸着
剤熱交換器２４Ｄを脱着した水分は、矢印Ｇ２で示す様
に、気相熱媒用配管２６−１を介して部分２２Ａに流入
する。なお、熱交換器２４Ｄに供給された温水は、配管
Ｌ１８及び開閉弁Ｖ２４を介して温水出口９Ｂに戻され
る。

【００２２】部分２２Ａに流入した水分は、第１吸着剤
熱交換器２４Ａにより吸着される。吸着に際して発生し
た熱は、吸着剤熱交換器冷却水入口８Ｇから、弁Ｖ２
０、配管Ｌ１９、Ｌ２０を介して供給される冷却水によ
り除去される。なお、この冷却水は、配管Ｌ２２、弁Ｖ
２５、Ｖ２２、配管Ｌ１６を介して、吸収剤熱交換器冷
却水出口８Ｂへ送出される。

【００２３】部分２２Ａにおける吸着が完了すると、再
び図２で示す状態となる。すなわち、開閉弁Ｖ２６、Ｖ
２７が開放されるため、温水は温水出口９Ｇより、開閉
弁Ｖ２６、配管Ｌ２３、Ｌ２０を介して第１吸着剤熱交
換器２４Ａを加熱する。なお、加熱後、温水は配管Ｌ２
２、弁Ｖ２５、配管Ｌ２４、弁Ｖ２７を介して温水出口
９Ｂに戻される。

【００２４】第１吸着剤熱交換器２４Ａが加熱されて吸
着された水分が脱着すると共に、開閉弁Ｖ１２−１が開
放するので、脱着された水分（水蒸気）は矢印Ｇ３で示
す様に、配管３０−１を介して凝縮器４に到達する。そ
して凝縮器４で凝縮して液相に変化する。そして、凝縮
水は矢印ＨＬで示す様に、配管３２を介して蒸発器３に
噴霧される。

【００２５】以上は部分２２Ａ、２２Ｄを含む系統につ
いて説明したが、部分２２Ｂ、２２Ｃを含む系統につい
ても同様である。この系統による熱媒の循環経路を説明
すると、先ず、図３で示す様に、蒸発器３で蒸発した水
蒸気は、矢印Ｇ４で示す様に、配管２８−２、開閉弁Ｖ
１０−２を介して部分２２Ｂに流入する。そして、第２
吸着剤熱交換器２４Ｂで吸着される。吸着による発熱
は、吸着剤熱交換器冷却水入口８Ｇから配管Ｌ１９、Ｌ
２５を介して供給される冷却水により除去される。

【００２６】部分２２Ｂの吸着が完了したならば、図２
で示す様に開閉弁Ｖ９−２を開放して、矢印Ｇ５で示す
様に、水蒸気を気相熱媒用配管２６−２を介して部分２
２Ｃに流入させる。この際に、第２吸着剤熱交換器２４
Ｂを加熱するため、温水入口９Ｇより、配管Ｌ２３、Ｌ
２６を介して温水を供給する。一方、第３吸着剤熱交換
器２４Ｃを冷却するため、吸着剤熱交換器冷却水入口８
Ｇから、配管Ｌ１１、Ｌ１３を介して冷却水が供給され
る。

【００２７】部分２２Ｃの吸着が完了すると、再び図３
に示すように温水入口９Ｇから配管Ｌ１７、Ｌ１４、Ｌ
１３を介して供給される温水により第３吸着剤熱交換器
２４Ｃを加熱し、脱着を行う。その結果、図３の矢印Ｇ
６で示す様に水蒸気が配管３０−２を介して凝縮器４に
送られる。そして、液相（符号ＨＬ）の状態で配管３２
を介して蒸発器３へ送られるのである。

【００２８】図示の実施例において、冷却水温度を３１
℃、得られる冷水の温度を７℃に設定（定格条件で運
転）しても、温水の温度は５６℃で十分作動する。すな
わち、各吸着熱交換器２４Ａ−２４Ｄにおける脱着は５
６℃程度で行われる。これは、各系統に２つの部分（２
２Ａと２２Ｄ、或いは２２Ｂと２２Ｃ）を設け、各部分
間を気相熱媒用配管２６−１或は２６−２で連通し、熱
媒を異なる作動吸着濃度領域をもつ２つの吸着熱交換器
（２４Ａと２４Ｄ、或いは２４Ｂと２４Ｃ）に順次異な
る飽和蒸気圧において移動させることにより熱媒が脱着
するのに必要な温度の低下をはかったためである。

【００２９】なお、図示の実施例はあくまでも例示であ
り、本発明の技術的範囲の限定を意図するものではない
事を付記する。

【００３０】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。

【００３１】（１） ６０℃以下の低質排熱（低温排
熱）が吸着冷凍機の熱源として有効利用される。

【００３２】（２） 省エネルギーの要請に応える事が
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示すブロック図。

【図２】図１で示す実施例の作用を示すブロック図。

【図３】図２とは別の状態を示すブロック図。

【図４】従来例を示す説明図。

【符号の説明】

１、２０・・・吸着冷凍機 ２・・・本体部 ３・・・蒸発器 ４・・・凝縮器 Ａ、Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ・・・本体部
内部の領域（部分） ５Ａ、５Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ・・・吸
着剤熱交換器 Ｌ１−Ｌ４、Ｌ１１−Ｌ２５、２６−１、２６−２、２
８−１、２８−２、３０−１、３０−２、３２・・・配
管 ＨＧ１、ＨＧ２、Ｇ１−Ｇ６・・・水蒸気 ＨＬ・・・凝縮水 ６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ・・・仕切蓋 ８Ｇ・・・吸着剤熱交換器冷却水入口 ８Ｂ・・・吸着剤熱交換器冷却水出口 Ｖ１−Ｖ５、Ｖ２０−Ｖ２７、Ｖ・・・弁 ９Ｇ・・・温水入口 ９Ｂ・・・温水出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器と、蒸発器に液相熱媒を供給する
   配管系と、蒸発器の熱交換により冷却される冷水の配管
   系と、凝縮器と、凝縮器に冷却水を供給する配管系と、
   吸着剤熱交換器を介装した複数の系統および吸着剤熱交
   換器に温水または冷却水を供給する配管系、とを含む吸
   着冷凍機において、前記複数の系統の各々は吸着剤熱交
   換器を備えた独立した領域を複数含んで構成され、該複
   数の領域は気相熱媒用の配管で連通している事を特徴と
   する吸着冷凍機。