JPH0623628B2

JPH0623628B2 - 吸着式冷凍システムの運転方法

Info

Publication number: JPH0623628B2
Application number: JP21614087A
Authority: JP
Inventors: 泰夫米澤; 昌生松下; 健三奥; 博樹中野; 信一奥村; 基司吉原; 章義酒井; 淳森川
Original assignee: NISHODO KUCHOKI KK
Current assignee: NISHODO KUCHOKI KK
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1987-08-28
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPS6458966A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は固体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の効率的な運転方法に係り、特
に、脱着工程から吸着工程に移行する直前の吸着塔内に
残留した吸着剤加熱用熱媒をこれから脱着工程に入らん
とする吸着塔の伝熱管に供給し、吸着剤の予熱を行うこ
とにより、その有効利用を図り、システム効率の向上を
達成せんとする前記吸着式冷凍システムの運転方法に関
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、ヒート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、コンプ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。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、かかる従来の吸着式冷凍システムの場合、吸
脱着を切替えたとき、脱着工程を終了した吸着塔では、
内部の残留温水が吸着工程に移行するための冷却水によ
って押し出され、クーリングタワー等の冷却水発生器に
捨てられるため、冷却水発生器に使用されている硬質塩
化ビニールなどの熱に弱い材質からなる充填剤が温水に
晒され、早期に劣化すると共に、脱着に用いられた吸着
塔内の温水は熱回収されることなく全量が捨てられるた
め、熱量の損失が大きくなり、それだけシステム効率が
ダウンする問題があった。

本発明はかかる従来の吸着式冷凍機が有していた問題点
に着目してなされたもので、吸着式冷凍機の吸着塔を複
数基使用し、これらを順序的に吸脱着運転して連続的に
冷凍出力を得るに際し、脱着工程から吸着工程へ移行す
る直前の吸着塔の伝熱管内の吸着剤加熱用熱媒をこれか
ら脱着工程に入らんとする吸着塔の伝熱管内に供給し、
該吸着塔内の吸着剤を予熱して熱量の無駄を防止すると
共に、予熱が終了した時点で、これを熱源側へ還流さ
せ、クーリングタワー等の冷却水発生器側へ捨てられる
分を少なくすることにより、該冷却水発生器の充填剤の
保護を図り、もって前述の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）上記目的を達成するための本発明の特徴は、第１図乃至
第５図に示す如く、固体吸着剤(S)および伝熱管(13)を
内蔵した吸着塔(11),(11)′を複数基使用し、各吸着塔
(11),(11)′の胴体(12),(12)′を冷媒が循環可能なる如
く凝縮器(14)および蒸発器(17)に接続すると共に、前記
複数基の吸着塔(11),(11)′のうち、少なくとも一つが
他と異なる工程となる如く、吸着・脱着工程切替え運転
させる吸着式冷凍システムにおいて、前記複数基の吸着
塔(11),(11)′のうち、脱着工程から吸着工程へ移行す
る直前の吸着塔(11)′の伝熱管(13)′内に残留した吸着
剤加熱用熱媒を吸着工程から脱着工程へ移行する直前の
吸着塔(11)の伝熱管(13)へ供給し、該伝熱管(13)内を残
留温水の略全量が通過し、固体吸着剤(S)の予熱が終了
した時点で吸着塔(11)の吸脱着工程を切換え運転せしめ
ることにある。

（作用）従って、いま、一基の吸着塔(11)′を脱着工程から吸着
工程に切換える直前において、該吸着塔(11)′の伝熱管
(13)′内に残留した吸着剤加熱用熱媒を他の吸着工程か
ら脱着工程に入らんとする吸着塔(11)内の伝熱管(13)に
供給し、該吸着塔(11)内の固体吸着剤(S)を予熱した
後、流路を切換えて加熱用熱媒を供給する。かくして脱
着工程に入れば、前記固体吸着剤を予熱した熱媒は、ク
ーリングタワー等へ向うことなくその略全量が熱源側に
還流し、熱量の損失が減少すると共に、クーリングタワ
ー等の冷却水発生器側へ流れる熱媒の量が少なくなり、
冷却水発生器内の充填剤を保護することが出来る。

（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、(11)および(11)′は真空容器(12)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
リングタワ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、(14)は両吸着塔
(11),(11)′の胴体(12),(12)′にバルブ(15),(15)′を
備えたダクト(16),(16)′を介して接続された凝縮器、
(17)は該凝縮器(14)の胴体(14a)の底部にトラップ形状
の配管(18)を介して接続された蒸発器であって、該蒸発
器(17)のケーシング(17a)と前記第１，第２の吸着塔(1
1),(11)′の真空容器(12),(12)′とは、途中にバルブ(1
9),(19)′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(15),(15)′，(19),(19)′の開
閉に伴ってこの間を循環し得るようになっている。

前記凝縮器(14)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(18)を通じて前記蒸発器(1
7)へ供給するようになっている。

一方、上記蒸発器(17)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(1
4)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、前記利用側熱媒から蒸発潜熱を奪いこれ
を冷却する。

図中、(V₁),(V₂),(V₃)…(V₁₁)は前記吸着塔(11),(11)′
の伝熱管(13),(13)′、凝縮器(14)の伝熱管(21)、冷却
水入口(23)、冷却水出口(24)、熱願側熱媒入口(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、各バルブ(V₁),(V₂),(V₃)…(V₁₁)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。

なお、前記吸着塔(11),(11)′と凝縮器(14)および蒸発
器(17)とを繋ぐダクト(16),(16)′，(20),(20)′に設け
られるバルブ(15),(15)′，(19),(19)′の構成として
は、例えば、第６図に示す如く、偏心した位置に支軸(2
7)を有するバタフライ弁(28)が用いられる。このバタフ
ライ弁(28)はパッキン(29)に着座する部分の背面の面積
(S₁)がパッキン(30)に着座する側の背面の面積(S₂)より
大きく、凝縮器側と蒸発器側との内圧(P₁),(P₂)の差圧
によって開閉し得るようになっていると共に、前記支軸
(27)の外部突出端には空気圧によって作動する可逆式エ
アーモータ出力軸が取付けられ、開放位置，閉鎖位置で
の前記バタフライ弁(28)の固定動作、緊急時におけるバ
タフライ弁(28)の開閉動作あるいはバタフライ弁(28)の
所定の弁閉鎖方向の回動力を付与する動作を行う様にな
っている。

次いで本発明方法を上記構成の冷凍システムにもとづい
て説明する。

第１図は第１の吸着塔(11)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(V
₆)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(1
5)を通って凝縮器(14)に入り、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(18)を通じて蒸発器(17)に送ら
れる。

また、この間、第１の吸着塔(11)においては、凝縮器(1
4)の伝熱管(21)からバルブ(V₅)を通じて伝熱管(13)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(17)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ットに供給すれ
ば一般的な空調システムの温度条件（例えば、冷却水入
口温度30℃，利用側熱媒入口温度12℃，同出口温度７
℃）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(11),(11)′の
吸脱着工程を切換えて運転するに当っては、先ず、第２
図に示す如くバルブ(V₁),(V₂),(V₅)(V₇)〜(V₁₁)は、そ
のままにしてバルブ(V₃),(V₄),(V₆)を一勢に切換え、入
口(25)から導入される熱源側熱媒をバルブ(V₃)を通じて
出口(26)へバイパスさせ、第２の吸着塔(11)′への熱源
側熱媒の供給を遮断する。これによって第２の吸着塔(1
1)′の伝熱管(13)′には残溜水温が閉じ込められる。こ
のとき、第１の吸着塔(11)では吸着工程が終りに近付
き、また、第２の吸着塔(11)′でも脱着工程が終了直前
にあるため、ダクト(16)及び(20)に設けたバルブ(15)，
(19)が圧力差に対応して半開きの状態になっている。

更に、上記の状態からバルブ(V₂),(V₃),(V₄),(V₆),
(V₇),(V₈),(V₁₀),(V₁₁)をそのままにして第３図の如く
バルブ(V₁),(V₅),(V₉)を一勢に切換えると、凝縮器(14)
の伝熱管(21)に供給される冷却水により第２の吸着塔(1
1)′の伝熱管(13)′内に残留した温水が押し出され、バ
ルブ(V₁)を通って第１の吸着塔(11)の伝熱管(13)内に導
入されるため、該第１の吸着塔(11)内の固体吸着剤(S)
が、脱着工程に入る直前において該温水により予熱され
ると共に、前記凝縮器(14)の胴体(14a)内に貯溜された
冷媒が配管(18)を通じて蒸発器(17)に導入される。

なお、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１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図の如くバルブ(V₁),
(V₈),(V₁₁)を切換えれば、残留温水の流れを一時停止さ
せ、第２の吸着塔(11)′の伝熱管(13)′から出た冷却水
をバルブ(V₈)を通じて冷却水出口(24)に給送することが
出来る。これによって、第２の吸着塔(11)′内では、固
体着剤(S)の冷却によって吸着工程が開始し、蒸発器(1
7)内の冷媒が蒸発するため、利用側熱媒が略連続的に冷
却されることになる。なお、前記第３図の状態から第４
図の如くバルブ(V₁),(V₈),(V₁₁)を切換えるタイミング
は、通常、冷却水の圧送速度に対応してタイマーにより
制御されるが、管路途中に設けた温度検知器により温水
の通過を検知し、バルブを制御することも可能である。

一方、第５図は、前記第４図の状態から第１の吸着塔(1
1)に対し熱源側熱媒を供給すべくバルブ(V₂),(V₃),(V₇)
を切換えたときの状態を示したもので、入口(25)から入
った熱源側熱媒はバルブ(V₂)を通じて第１の吸着塔(11)
の伝熱管(13)内に流入し、該伝熱管(13)内に滞留してい
た吸着剤予熱用の残留温水が追い出しながら、バルブ(V
₇)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
防止されると共に、クーリングタワー側への温水の流出
を防止し、充填材の早期劣化を防止することが出来る。

かくして、第１の吸着塔(11)は、吸着工程から予熱工程
を経て脱着工程に入り、固体吸着剤(S)から吐出された
冷媒蒸気がバルブ(15)′およびダクト(16)′を通って凝
縮器(14)′に入り、ここで凝縮し、液化する。

更に、第１の吸着塔(11)および第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、第１の吸着塔(11)内の残留
温水を第２の吸着塔(11)′の吸着剤予熱に使用した後、
熱源側へ還流させればよい。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は、吸着塔を２基使用し、こ
れらを凝縮器および蒸発器に対し、冷媒循環可能なる如
く並列に接続した場合について説明したが、本発明方法
は、吸着塔を３基以上並設し、これらを順に吸脱着運転
し、連続した冷凍出力を得る場合にも同様に適用が可能
である。

ただし、３基以上の吸着塔を時間を少しずつ遅らせて吸
脱着させる場合には、相互に残留温水を遣り取りするタ
イミングがずれるため、少なくとも１ケ所に残留温水を
蓄積するタンクを設け、これに一時的に温水を貯えてお
き、吸着から脱着に移行する直前の吸着塔に送り込め
ば、固体吸着剤の予熱ならびに熱源への温水の還流を容
易に達成することが出来る。

（発明の効果）以上述べた如く本発明は、固体吸着剤および伝熱管を内
蔵した吸着塔を複数基使用し、各吸着塔の胴体を冷媒が
循環可能なる如く凝縮器および蒸発器に接続すると共
に、前記複数基の吸着塔のうち、少なくとも一つが他と
異なる工程となる如く、吸着・脱着工程切換え運転させ
る吸着式冷凍システムにおいて、前記複数基の吸着塔の
うち、脱着工程から吸着工程へ移行する直前の吸着塔の
伝熱管内に残留した吸着剤加熱用熱媒を、吸着工程から
脱着工程へ移行する直前の吸着塔の伝熱管に供給し、該
伝熱管内を前記残留熱媒の略全量が通過し、固体吸着剤
の予熱が終了した時点で吸脱着を切替え運転せしめるも
のであるから、一つの脱着工程から吸着工程に移行する
直前の吸着塔に残留した吸着剤加熱用熱媒を他の吸着塔
に供給し、該吸着塔の固体吸着剤の予熱を行うことが可
能となり、熱量を有効に利用出来ると共に、前記脱着工
程から吸着工程へ移行する吸着塔内の高温の熱媒をその
まま、クーリングタワー等の冷却水発生器に送り出すこ
とが無くなるため、該冷却水発生器の充填材を急激な温
度変化による劣化から保護することが出来、装置寿命を
大巾に延長出来るというすぐれた効果を発揮する。

しかも、本発明において、脱着工程に入る直前の固体吸
着剤を予熱した熱媒を熱源側へ還流させ、再利用するよ
うにした場合は、更に、熱量の損失を低減することが出
来、システム効率を向上し得るという効果も期待出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５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６図は同吸着式冷凍シ
ステムに使用可能なバルブの一例を示す側断面図であ
る。 (11),(11)′……吸着塔、 (12),(12)′……胴体（真空容器）、 (13),(13)′……伝熱管、 (14)……凝縮器、 (17)……蒸発器、 (S)……固体吸着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉原基司京都府八幡市八幡武蔵芝６−９ (72)発明者酒井章義大阪府豊中市宮山町４−６−23 (72)発明者森川淳大阪府箕面市瀬川町１丁目24−６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体吸着剤および伝熱管を内蔵した吸着塔
を複数基使用し、各吸着塔の胴体を冷媒が循環可能なる
如く凝縮器および蒸発器に接続すると共に、前記複数基
の吸着塔のうち、少なくとも一つが他と異なる工程とな
る如く、吸着・脱着工程切換え運転される吸着式冷凍シ
ステムにおいて、前記複数基の吸着塔のうち、脱着工程
から吸着工程へ移行する直前の吸着塔の伝熱管内に残留
した吸着剤加熱用熱媒を、吸着工程から脱着工程へ移行
する直前の吸着塔の伝熱管に供給し、該伝熱管内を前記
残留熱媒の略全量が通過し、固体吸着剤の予熱が終了し
た時点で吸脱着を切換え運転せしめることを特徴とする
吸着式冷凍システムの運転方法。
【請求項２】吸着工程から脱着工程に移行する直前の吸
着塔に供給された残留熱媒が、該吸着塔に熱源から送り
込まれる熱源側熱媒によって押し出され、熱源側へ還流
する如く管路が構成されている特許請求の範囲第１項記
載の吸着式冷凍システムの運転方法。