JPH07113495B2 - 低温熱駆動の吸着式冷凍機システム及び吸着式冷凍機 - Google Patents
低温熱駆動の吸着式冷凍機システム及び吸着式冷凍機Info
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- JPH07113495B2 JPH07113495B2 JP3067817A JP6781791A JPH07113495B2 JP H07113495 B2 JPH07113495 B2 JP H07113495B2 JP 3067817 A JP3067817 A JP 3067817A JP 6781791 A JP6781791 A JP 6781791A JP H07113495 B2 JPH07113495 B2 JP H07113495B2
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Description
吸着式冷凍機システムに係り、特に、複数の吸着塔間の
吸脱着作用を利用して低温熱源でも駆動可能とした吸着
式冷凍機システムと、そのシステムに使用する吸着式冷
凍機に関するものである。
シリカゲル、ゼオライト等の固体吸着剤を充填した2基
の吸着塔と、各吸着塔に連結した蒸発器及び凝縮器を有
し、各吸着塔で蒸発器及び凝縮器に対する吸脱着工程を
反復させ、連続して冷凍出力を得るようにした冷凍機シ
テスムが知られている。
は、各吸着塔に温水又は冷却水を流して吸着剤を加熱又
は冷却することにより行われており、吸着式冷凍機シス
テムにはこのような温水を供給するための手段と、冷却
水を供給するための手段とが付設されている。
グタワーが一般的で、冷却水は外気温度により例えば夏
期では30℃前後に冷却されて吸着塔に供給されるよう
になっている。
合いのもとで、所要冷凍出力が得られるような温度が必
要であり、例えば夏期において前記のように冷却水の温
度が30℃前後のときは70℃以上が必要とされ、かか
る温度を得るためにボイラー等の加熱手段が使用されて
いる。
温水の温度、それに冷凍出力の三者の関係は、図4のデ
ューリング線図からも明らかである。
て水を使用した従来の吸着式冷凍機システムの特に30
℃の冷却水を使用した場合の冷凍サイクルを吸着剤含水
率(p)と共に示しており、図において点Aから点Bを
経て点Cまでが吸着工程、また点Cから点Dを経て点A
までが再生工程である。両工程の切換点であり、吸着完
了点である点Cにおいて、シリカゲルにおける水の吸着
量は0.15(kg−H2O/kg−ゲル)、冷媒である水
の飽和温度は10℃となっている。
g−ゲル)の等吸着量線に沿って進行し、その進行につ
れてシリカゲル、水共にその飽和温度が上昇し、シリカ
ゲルの飽和温度が50℃をやや超え、水の飽和温度が3
0℃となったところで点Dに至り、ここからはシリカゲ
ルからの水の脱着が始まる。
(kg−H2 O/kg−ゲル)から0.03(kg−H2 O
/kg−ゲル)となるが、最終的に0.03(kg−H2 O
/kg−ゲル)となった点Aにおいて、シリカゲルの温
度は85℃となっている。
を使用し、0.15(kg−H2 O/kg−ゲル)と0.03
(kg−H2 O/kg−ゲル)の各吸着量間で吸脱着を
行い、10℃の冷凍出力を得るには、85℃の駆動熱源
が必要であることが判る。
式冷凍機システムにおいて、冷凍出力を得ようとすれ
ば、かなりの高温駆動熱源が必要であり、従来はこのよ
うな高温熱源を得るために、ボイラー等の加熱手段を用
いていたのであるが、近年の省エネルギーに対する考え
方、それも環境をも考慮に入れた、いわゆるエクセルギ
ー的な考え方からすれば、かかる高温熱源はボイラー等
で加熱生成するのではなく、例えば工場の生産工程や火
力発電所から排出される熱をそのまま利用することが望
ましい。
熱は、通常50℃前後であり、駆動熱源としては前記し
た70℃以上という条件に及ばず、特に冷却水が前記の
如く30℃であったときは、前記図4からも明らかなよ
うに、脱着開始点D´が図の再生工程線上に位置しない
こととなり、吸着剤の含水量は全く変化せず、吸脱着作
用が生じない結果となる。
冷凍機を前記の如く駆動することはおよそ従来、不可能
なことであり、工場や火力発電所にしても、排熱を排液
としてそのまま放出するしか手段はなかった。
後の温水でも充分駆動可能な吸着式冷凍機システム及び
吸着式冷凍機を提供することを目的とするものである。
本発明の請求項1に係る発明は、固体吸着剤及び固体吸
着剤及び固体吸着剤を加熱冷却可能な手段を内蔵した吸
着塔を、蒸発器と凝縮器との間に少なくとも2基直列に
接続し、各吸着塔内の固体吸着剤を前記加熱冷却可能な
手段により交互に加熱冷却して蒸発器及び凝縮器に対す
る冷媒 吸脱着作用と、吸着塔同志による冷媒の吸脱着
作用とを交互に行わせることを基本として冷凍出力を連
続的に得ることができるようにしたシステムであり、固
体吸着剤及び該固体吸着剤を加熱冷却可能な手段を内蔵
した3基以上の吸着塔を使用し、蒸発器と凝縮器との間
に、前記吸着塔を少なくとも2基直列に接続してなる第
1の冷媒回路と、同じく前記吸着塔を前記第1の冷媒回
路と同数直列に接続してなる第2の冷媒回路とを形成す
ると共に、各冷媒回路の各吸着塔の前記固体吸着剤を前
記加熱冷却可能な手段により交互に加熱冷却して、両冷
媒回路に前記蒸発器及び凝縮器に対する冷媒の吸脱着作
用と、吸着塔同志による冷媒の吸脱着作用とを交互に行
わせることを特徴とする。
着式冷凍機システムを具体化する上で使用する吸着式冷
凍機であり、その特徴は、前記した第1の冷媒回路及び
第2の冷媒回路中、蒸発器と吸着塔、吸着塔と吸着塔及
び凝縮器と吸着塔の間の各配管に開閉バルブを夫々設け
ると共に、前記各吸着塔の固体吸着剤を加熱冷却可能な
手段により交互に加熱冷却し、さらに各冷媒回路の各配
管に設けた前記バルブのうち、蒸発器と吸着塔の間のバ
ルブを該吸着塔の固体吸着剤が前記加熱冷却可能な手段
により冷却されたときのみ開放、凝縮器と吸着塔の間の
バルブを該吸着塔の固体吸着剤が前記加熱冷却可能な手
段により加熱されたときのみ開放、各吸着塔間のバルブ
を、その冷媒回路の蒸発器と接続した吸着塔の固体吸着
剤が前記加熱冷却可能な手段により加熱され、かつ、該
冷媒回路の凝縮器と接続した吸着塔の固体吸着剤が前記
加熱冷却可能な手段により冷却されたときのみ開放する
よう制御することである。そして請求項3に記載した発
明は、請求項2における固体吸着剤加熱冷却可能な手段
として、温水と冷却水を用いるもので、各吸着塔内に伝
熱管を配設し、該伝熱管に温水と冷却水とを交互に流し
て固体吸着剤を加熱冷却し、前記開閉バルブを前記同様
に開閉制御するようになしている。
それが蒸発器と凝縮器との間に2基の吸着塔を直列に接
続して構成されたものであるとすると、まず一方の吸着
塔では蒸発器に対する冷媒の吸着作用が、又他方の吸着
塔では凝縮器に対する冷媒の脱着作用が夫々同時に発生
し、次にこれが切換わると、2つの吸着塔同志で冷媒の
吸脱着作用が始まり、さきの段階で冷媒を吸着した吸着
塔から、同じくさきの段階で冷媒を脱着した吸着塔に向
かって冷媒が移動する。そこでこうした吸脱着作用のく
り返しを1基づつの吸着塔についてみれば、各吸着塔に
おいて吸着工程と再生工程とがくり返されていることと
なり、全体のデューリング線図は図3のように、2つの
冷凍サイクルが有機的に結びついた形状になる。
ゲルの飽和温度50℃の点においても形成されており、
従って50℃の駆動熱源で充分駆動可能となる。
する冷媒の吸着作用が、断続的にしか行われておらず、
連続して冷凍出力を得ることはできないが、本発明請求
項1に記載したように吸着塔の数を3基以上とし、上記
の如き冷媒の移動する冷媒回路を2列設け、互いにこれ
を切換えることで、連続して冷凍出力を得ることが可能
となる。また、本発明システムの具体的な冷凍機装置と
しては、請求項2あるいは請求項3に記載した装置が適
用でき、その駆動に際しては、請求項2の場合であれ
ば、吸着塔に設けられた固体吸着剤を加熱冷却可能な手
段により、また請求項3の場合であれば、各吸着塔に対
し、温水と冷却水とを交互に供給することにより、各吸
着塔の固体吸着剤を夫々加熱冷却すると共に、各吸着塔
間等を連結する各配管に設けられた各バルブを、前記し
たように開閉制御して、前記冷凍機システムについて説
明したと同様の作用を奏することができる。
明する。
る吸着式冷凍機の一実施例を示す配管系統図である。図
において最上方に位置する(1)は凝縮器、最下方に位
置する(2)は蒸発器を示し、いずれも周知の構造のも
のが適用され、前者凝縮器(1)では、その内部に設け
られたフィン付伝熱管(3)等に冷却水が流れて後記す
る吸着塔(5A),(5B)内の吸着剤から吐き出され
た冷媒蒸気を凝縮液化し、一方、後者蒸発器(2)で
は、図示しない配管を通じて前記凝縮器(1)において
凝縮液化された冷媒が図示なき配管を通じて伝熱管
(4)下部に設けられた図示なき受皿に流れ込み、後記
する吸着塔(6A) ,(6B)内の吸着剤により吸着
される。
(2)内部の伝熱管(4)に流れている冷水から蒸発潜
熱が奪われ、冷水は冷却されて利用側(図示しない)に
冷凍出力として供給されるようになっている。
に対して、吸着塔(5A),(5B)、(6A),(6
B)は、この実施例の場合、凝縮器(1)と蒸発器
(2)との間に4基設けられている。各吸着塔(5
A),(5B)、(6A),(6B)の構造自体は、い
ずれも周知のもので、真空容器の内部に固体吸着剤を加
熱冷却可能な手段として、例えばフィンチューブ(7)
等の伝熱管が内蔵され、該フィンチューブ(7)のフィ
ン間隙にシリカゲル,ゼオライト等の固体吸着剤(図示
しない)が充填され、さらに所定量の冷媒が封入された
ものである。
B)、(6A),(6B)は、そのうち2基(5A),
(5B)が前記凝縮器(1)に対して、開閉バルブ(8
A),(8B)を備えた配管(9A),(9B)により
夫々接続され、残る2基(6A),(6B)が前記蒸発
器(2)に対して、開閉バルブ(10A),(10B)
を備えた別の配管(11A),(11B)により夫々接
続されている。
A),(6B)同志は、凝縮器(1)に接続されたもの
(5A),(5B)と蒸発器(2)に接続されたもの
(6A),(6B)とが、一対一の関係を有して、夫々
開閉バルブ(12A),(12B)を備えた配管(13
A),(13B)により接続されている。
B),(11A),(11B),(13A),(13
B)を通じて移動する。
凝縮器(1)と蒸発器(2)との間に、2基づつの吸着
塔(5A),(6A)、(5B),(6B)が夫々直列
に配管接続されてなる冷媒流通可能な冷媒回路(A),
(B)が2本並行して形成された形状となっている。
(6A),(6B)内の前記フィンチューブ(7)には
温水と冷却水とが交互に供給されるが、その供給態様
は、公知のシーケンス制御技術により定められており、
例えば前記2つの冷媒回路(A),(B)のうち、一方
の第1の冷媒回路(A)の凝縮器(1)接続側吸着塔
(5A)に温水が供給されたとき、他方の第2の冷媒回
路(B)の凝縮器(1)接続側吸着塔(5B)には冷却
水が供給されるようになっている。同様の関係は蒸発器
(2)接続側の各吸着塔(6A),(6B)についても
適用されている。
れば、凝縮器(1)接続側の吸着塔(5A),(5B)
と蒸発器(2)接続側の吸着塔(6A),(6B)とで
は、互いに別のものが供給されるようになっている。
(A)の凝縮器(1)側吸着塔(5A)(以下単に吸着
塔(5A)という)と第2の冷媒回路(B)の蒸発器
(2)側吸着塔(6B)(以下単に吸着塔(6B)とい
う)との各フィンチューブ(7)間は配管(14)によ
り直結されると共に、第1の冷媒回路(A)の蒸発器
(2)側吸着塔(6A)(以下単に吸着塔(6A)とい
う)と第2の冷媒回路(B)の凝縮器(1)側吸着塔
(5B)(以下単に吸着塔(5B)という)との各フィ
ンチューブ(7)間は他の配管(15)により直結され
ていて、温水又は冷却水は入口側切換弁(16A),
(17A)を介して各フィンチューブ(7)間で直結さ
れた各2基の吸着塔(5A),(6B)、(5B),
(6A)に対して夫々共通して流れ、出口側切換弁(1
6B),(17B)を介して夫々流出するようになって
いる。
特に50℃前後のものでよく、従ってその条件を満足す
るものとしてここでは工場や発電所等から通常に排出さ
れる50℃前後の排出液を利用する。
A)の流入側は工場等の前記排出液の排出口(図示しな
い)に配管接続され、他方出口側切換弁(6B)の流出
側は外部に開放されていて吸着剤加熱後の温水を放出す
る構成となっている。
入口側切換弁(17A)及び出口側切換弁(17B)の
各流入側あるいは流出側が、図示していないクーリング
タワーの吐出口及び吸入口に夫々配管接続されていて、
冷却水がクーリングタワーにより、例えば夏期では30
℃前後に冷却されて、各吸着塔(5A),(5B),
(6A),(6B)の各フィンチューブ(7)に適宜供
給されるようになっている。
通りであるが、次に上記冷凍機の作動について説明す
る。
(太線で示す)が、吸着塔(5B)に冷却水(細線で示
す)が、吸着塔(6A)に冷却水が、そして吸着塔(6
B)に温水が供給されているとする。このとき、第1の
冷媒回路(A)では凝縮器(1)と吸着塔(5A)との
間のバルブ(8A)及び蒸発器(2)と吸着塔(6A)
との間のバルブ(10A)が共に開放され、吸着塔(5
A)と吸着塔(6A)との間のバルブ(12A)が閉鎖
されている。
逆に凝縮器(1)と吸着塔(5B)との間のバルブ(8
B)及び蒸発器(2)と吸着塔(6B)との間のバルブ
(10B)が共に閉鎖され、吸着塔(5B),(6B)
間のバルブ(12B)が開放されている。
においては、吸着塔(5A)の吸着剤は加熱されていて
吸着塔(5A)から凝縮器(1)に向かって冷媒が吐き
出されると共に、吸着塔(6A)の吸着剤は冷却されて
いて蒸発器(2)の冷媒が吸着塔(6A)に吸着され、
一方、第2の冷媒回路(B)においては、吸着塔(5
B)の吸着剤は冷却されると共に、吸着塔(6B)の吸
着剤は加熱されていて吸着塔(5B)と吸着塔(6B)
との間で吸脱着作用が生じ、冷媒が後者(6B)から前
者(5B)に向かって移動する。そして次に図2のよう
に切換弁(16A),(17A),(16B),(17
B)及びバルブ(8A),(8B),(10A),(1
0B)(12A),(12B)を全て図1の場合と逆に
切換えると、今度は吸着塔(5A)の吸着剤は冷却さ
れ、吸着塔(6A)の吸着剤は加熱され、その一方で吸
着塔(5B)の吸着剤は加熱され、吸着塔(6B)の吸
着剤は冷却されることになり、吸着塔(6A)から吸着
塔(5A)に向かって冷媒の吸脱着作用が生じる一方、
吸着塔(5B)から凝縮器(1)に向かって冷媒が吐き
出され、さらには蒸発器(2)の冷媒が吸着塔(6B)
に吸着されることとなる。吸着冷凍機の運転は、この図
1の場合と図2の場合とを交互に繰り返すことで行われ
るが、その際の冷凍サイクルをデューリング線図上に示
したものが図3である。
来の吸着式冷凍機システムの場合とは違っていて、2つ
の冷凍サイクル(I),(II)が形成されている。
に接続した2基の吸着塔(6A),(6B)により形成
されたものであり、他方の冷凍サイクル(II)は凝縮
器(1)に接続した2基の吸着塔(5A),(5B)に
より形成されたものである。共に図中、シリカゲルの飽
和温度30℃から50℃の間で充分形成されており、点
I−A(又はII−A)からI−B(又はII−B)を
経てI−C(又はII−C)までが吸着工程、点I−C
(又はII−C)から点I−D(又はII−D)を経て
点I−A(又はII−A)までが再生工程であり、両サ
イクル(I),(II)は、例えば、一方の冷凍サイク
ル(I)が点I−Aから出発したとすると、他方の冷凍
サイクル(II)は点II−Cから出発する如く、互い
に異なった工程で進行する。
いて再生工程に入ったとき、他方の冷凍サイクル(I
I)は点II−Aから吸着工程に入り、一方の冷凍サイ
クル(I)の再生工程と他方の冷凍サイクル(II)の
吸着工程とが同時に進行するが、このときの両サイクル
(I),(II)の両工程が、前記した吸着塔同志の吸
脱着作用によるものである。かくして以上説明した吸着
式冷凍機においては、30℃の冷却水と50℃の駆動熱
源により、10℃の冷熱が得られることになる。
機に限定されるものではなく、例えば固体吸着剤を加熱
冷却する手段としては、前記した温水や冷却水の利用以
外にも電気ヒータを設けて固体吸着剤を加熱し、冷却フ
ァンを設けて固体吸着剤を冷却するなど、適宜公知の加
熱冷却手段が適用可能である。また、これまでの説明で
は、吸着塔を第1の冷媒回路(A)、第2の冷媒回路
(B)に夫々2基づつ、合計4基設けたが、吸着塔を全
部で3基用い、凝縮器(1)又は蒸発器(2)に対して
そのうちの1基だけを接続し、該1基を第1の冷媒回路
(A)と第2の冷媒回路(B)とで交互に使用する回路
構成とすることも可能である。また、さらに吸着塔の数
を減らして2基の吸着塔を凝縮器(1)と蒸発器(2)
との間に直列に接続し、冷媒回路を1つだけとしてもよ
く、その場合、冷凍出力は断続したものとなるが、装置
全体の構成を簡略化し、小型化できる利点が生ずる。一
方、逆に吸着塔の数を増やし、第1の冷媒回路(A)と
第2の冷媒回路(B)の吸着塔接続数を多くしてもよ
い。そしてこの場合は、冷凍サイクルがそれだけ多く形
成されることとなり、より低温の駆動熱源によっても所
期の冷熱を得ることができるようになる。
凝縮器との間に、2基以上の吸着塔を直列に接続して、
蒸発器及び凝縮器に対する冷媒の吸脱着作用と吸着塔同
志による冷媒の吸脱着作用とを交互に行うことを基本と
するものであるから、その冷凍サイクルは2つの冷凍サ
イクルが有機的に結びついたものとなり、吸着剤を冷却
するために30℃の冷却水を使用したとしても、50℃
前後の比較的低温の駆動熱源によって充分10℃以下の
冷熱を得ることができる。
上の吸着塔により、蒸発器及び凝縮器との間に、2基以
上の吸着塔を直列に接続して冷媒回路を2列設けたもの
であるから一方の冷媒回路により蒸発器と凝縮器に対す
る冷媒の吸脱着作用を行っている間、他方の冷媒回路に
おいて吸着塔同志による冷媒の吸脱着作用を行うことが
できるため、前記冷熱をより効率よく取得することがで
きる。また請求項2及び請求項3に記載した発明は、請
求項1に記載した発明を具体化する上で使用する吸着式
冷凍機であり、低温熱源で上述した効果を奏することが
でき、極めて実用的であり、特に請求項3に記載のもの
では、低温の温水を駆動熱源とするものであるため、低
エクセルギーなエネルギーとして従来、廃棄されていた
工場や発電所等から排出される50℃前後の排熱も、駆
動熱源として充分利用可能となる。
テム及び吸着式冷凍機においては、これまで到底不可能
であった、低温熱源を駆動熱源として利用するというこ
とが可能となるため、これからの新しい省エネルギー時
代に対する有用性が大いに期待される。
管系統図である。
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 固体吸着剤及び該固体吸着剤を加熱冷却
可能な手段を内蔵した3基以上の吸着塔を使用し、蒸発
器と凝縮器との間に、前記吸着塔を少なくとも2基直列
に接続してなる第1の冷媒回路と、同じく前記吸着塔を
前記第1の冷媒回路と同数直列に接続してなる第2の冷
媒回路とを形成すると共に、各冷媒回路の各吸着塔の前
記固体吸着剤を前記加熱冷却可能な手段により交互に加
熱冷却して、両冷媒回路に前記蒸発器及び凝縮器に対す
る冷媒の吸脱着作用と、吸着塔同志による冷媒の吸脱着
作用とを交互に行わせることを特徴とする低温熱駆動の
吸着式冷凍機システム。 - 【請求項2】 固体吸着剤及び該固体吸着剤を加熱冷却
可能な手段を内蔵した3基以上の吸着塔を使用し、蒸発
器と凝縮器との間に、配管を介して前記吸着塔を2基以
上直列に接続してなる第1の冷媒回路と、同じく配管を
介して前記吸着塔を第1の冷媒回路と同数直列に接続し
てなる第2の冷媒回路とを形成し、これらの冷媒回路
中、蒸発器と吸着塔、吸着塔と吸着塔及び凝縮器と吸着
塔の各間の各配管に開閉バルブを夫々設けると共に、各
吸着塔の前記固体吸着剤を前記加熱冷却可能な手段によ
り交互に加熱冷却し、さらに各冷媒回路の各配管に設け
た前記バルブのうち、蒸発器と吸着塔の間のバルブを、
該吸着塔の固体吸着剤が前記加熱冷却可能な手段により
冷却されたときのみ開放、凝縮器と吸着塔の間のバルブ
を、該吸着塔の固体吸着剤が前記加熱冷却可能な手段に
より加熱されたときのみ開放、各吸着塔間のバルブを、
その冷媒回路の蒸発器と接続した吸着塔の固体吸着剤が
前記加熱冷却可能な手段により加熱され、かつ、該冷媒
回路の凝縮器と接続した吸着塔の固体吸着剤が前記加熱
冷却可能な手段により冷却されたときのみ開放するよう
制御せしめてなることを特徴とする吸着式冷凍機。 - 【請求項3】 固体吸着剤及び伝熱管を内蔵した3基以
上の吸着塔を使用し、蒸発器と凝縮器との間に、配管を
介して前記吸着塔を2基以上直列に接続してなる第1の
冷媒回路と、同じく配管を介して前記吸着塔を第1の冷
媒回路と同数直列に接続してなる第2の冷媒回路とを形
成し、これらの冷媒回路中、蒸発器と吸着塔、吸着塔と
吸着塔及び凝縮器と吸着塔の各間の各配管に開閉バルブ
を夫々設けると共に、前記各吸着塔の伝熱管に温水と冷
却水とを交互に流し、さらに各冷媒回路の各配管に設け
た前記バルブのうち、蒸発器と吸着塔の間のバルブを該
吸着塔の伝熱管に冷却水が供給されたときのみ開放、凝
縮器と吸着塔の間のバルブを該吸着塔の伝熱管に温水が
供給されたときのみ開放、各吸着塔間のバルブを、その
冷媒回路の蒸発器と接続した吸着塔の伝熱管に温水が供
給され、かつ、該回路の凝縮器と接続した吸着塔の伝熱
管に冷却水が流れたときのみ開放するよう制御せしめて
なることを特徴とする吸着式冷凍機。
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JP3067817A Expired - Fee Related JPH07113495B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 低温熱駆動の吸着式冷凍機システム及び吸着式冷凍機 |
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