JPH0758147B2 - サーモサイフォンを利用した回転モジュール型吸着式ヒートポンプ - Google Patents
サーモサイフォンを利用した回転モジュール型吸着式ヒートポンプInfo
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- JPH0758147B2 JPH0758147B2 JP4006948A JP694892A JPH0758147B2 JP H0758147 B2 JPH0758147 B2 JP H0758147B2 JP 4006948 A JP4006948 A JP 4006948A JP 694892 A JP694892 A JP 694892A JP H0758147 B2 JPH0758147 B2 JP H0758147B2
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- adsorbent
- refrigerant
- thermosiphon
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
- F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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- Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
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- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転モジュール型吸着
式ヒートポンプの対向する２つのモジュール空間の間に
選択的な熱遮断特性 (Thermal Diode)を具備したサーモ
サイフォン (Thermo syphon)を連結設置し、モジュール
空間の相互間で内部熱交換がなされるようにした回転モ
ジュール型吸着式ヒートポンプに関するものである。
式ヒートポンプの対向する２つのモジュール空間の間に
選択的な熱遮断特性 (Thermal Diode)を具備したサーモ
サイフォン (Thermo syphon)を連結設置し、モジュール
空間の相互間で内部熱交換がなされるようにした回転モ
ジュール型吸着式ヒートポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に圧縮機を使用しないヒートポン
プは吸収式(Absorption)と吸着式(Adsorption)の２種の
形態で大別され、吸着式は吸収式に比べ起動性及び気密
の信頼性を始めとする効率面で有利なものとして知られ
ている。吸着式ヒートポンプは、大略凝縮器及び蒸発器
で構成する容器と周期的に冷媒の吸着又は発生を順番に
遂行する吸着／発生機からなり、吸着剤としては固体状
態のゼオライト等が主に使用される。
プは吸収式(Absorption)と吸着式(Adsorption)の２種の
形態で大別され、吸着式は吸収式に比べ起動性及び気密
の信頼性を始めとする効率面で有利なものとして知られ
ている。吸着式ヒートポンプは、大略凝縮器及び蒸発器
で構成する容器と周期的に冷媒の吸着又は発生を順番に
遂行する吸着／発生機からなり、吸着剤としては固体状
態のゼオライト等が主に使用される。
【０００３】このような吸着式ヒートポンプの駆動原理
を図６により説明すれば次の通りである。図６で (Ａ)
は発生／凝縮過程であり、 (Ｂ) は吸着／蒸発過程であ
り、 (Ｃ) は各段階別温度の圧力関係を示したＴ−Ｐ線
図で、 (Ａ) ， (Ｂ) に図示したように吸着式ヒートポ
ンプは内部に吸着剤としてゼオライト１が挿入され、外
部熱源により冷媒の発生と吸着を遂行する発生／吸着器
２と、これに連結された凝縮器，凝縮冷媒貯蔵器４及び
蒸発器５とから構成される。
を図６により説明すれば次の通りである。図６で (Ａ)
は発生／凝縮過程であり、 (Ｂ) は吸着／蒸発過程であ
り、 (Ｃ) は各段階別温度の圧力関係を示したＴ−Ｐ線
図で、 (Ａ) ， (Ｂ) に図示したように吸着式ヒートポ
ンプは内部に吸着剤としてゼオライト１が挿入され、外
部熱源により冷媒の発生と吸着を遂行する発生／吸着器
２と、これに連結された凝縮器，凝縮冷媒貯蔵器４及び
蒸発器５とから構成される。
【０００４】まず、発生／凝縮過程は (Ａ) に示すよう
に発生／吸着器２に発生熱ＱH が加えられれば、内部の
圧力が増加し冷媒の発生 (吸着剤からの離脱) が起こ
り、発生した冷媒 (水蒸気)は凝縮器３に移動し凝縮熱
ＱK を放出しながら凝縮するが、暖房の場合にはこの凝
縮熱ＱK を暖房に利用するようになり、冷房の場合には
凝縮熱ＱK は大気に放出される。
に発生／吸着器２に発生熱ＱH が加えられれば、内部の
圧力が増加し冷媒の発生 (吸着剤からの離脱) が起こ
り、発生した冷媒 (水蒸気)は凝縮器３に移動し凝縮熱
ＱK を放出しながら凝縮するが、暖房の場合にはこの凝
縮熱ＱK を暖房に利用するようになり、冷房の場合には
凝縮熱ＱK は大気に放出される。
【０００５】次に、吸着／蒸発過程は (Ｂ) に示すよう
に蒸発器５で蒸発熱ＱO を受け蒸発した冷媒が発生／吸
着器２内のゼオライト１に吸着しながら吸着熱ＱA を放
出するようになるが、暖房の場合この吸着熱ＱA を利用
し、冷房の場合蒸発熱ＱO を利用するようになる。吸着
式ヒートポンプはこのような発生／凝縮過程と吸着／蒸
発過程を１つの周期として継続的に作動しながら暖房と
か冷房の機能を遂行できるようになる。
に蒸発器５で蒸発熱ＱO を受け蒸発した冷媒が発生／吸
着器２内のゼオライト１に吸着しながら吸着熱ＱA を放
出するようになるが、暖房の場合この吸着熱ＱA を利用
し、冷房の場合蒸発熱ＱO を利用するようになる。吸着
式ヒートポンプはこのような発生／凝縮過程と吸着／蒸
発過程を１つの周期として継続的に作動しながら暖房と
か冷房の機能を遂行できるようになる。
【０００６】しかし、吸着式ヒートポンプは吸着と発生
行程を周期的に反復遂行する過程で熱を周期的に加える
一方で除去しなければならないから熱の供給と回収が断
続的に起こる短所があって連続的な熱量の供給が要求さ
れる一般的な冷暖房機器には適合できない問題点があ
る。一方、吸着式ヒートポンプの上記問題点を解決する
ための方便として、加熱した熱伝達媒体をバルブ操作に
より２個の発生／吸着器で交代に通過させ２台の発生／
吸着器が常に交代で発生と吸着とを行うようにした構造
の吸着式ヒートポンプが知られているが、このような構
造のヒートポンプはバルブ操作を通じ熱伝達媒体の方向
を随時に調節しなければならないので制御が複雑である
だけでなく、熱量供給の不連続性に対する問題点は依然
存在するようになる。
行程を周期的に反復遂行する過程で熱を周期的に加える
一方で除去しなければならないから熱の供給と回収が断
続的に起こる短所があって連続的な熱量の供給が要求さ
れる一般的な冷暖房機器には適合できない問題点があ
る。一方、吸着式ヒートポンプの上記問題点を解決する
ための方便として、加熱した熱伝達媒体をバルブ操作に
より２個の発生／吸着器で交代に通過させ２台の発生／
吸着器が常に交代で発生と吸着とを行うようにした構造
の吸着式ヒートポンプが知られているが、このような構
造のヒートポンプはバルブ操作を通じ熱伝達媒体の方向
を随時に調節しなければならないので制御が複雑である
だけでなく、熱量供給の不連続性に対する問題点は依然
存在するようになる。
【０００７】このような吸着式ヒートポンプの性能の不
連続とバルブ制御の複雑性を解決するための方案とし
て、ドイツ特許第３３４２９８５Ａ１号で回転モジュー
ル型吸着式ヒートポンプが現れている。図７に符号１で
示した回転モジュール型吸着式ヒートポンプは、外方側
の発生／吸着器２と内方側の凝縮／蒸発器４とにより構
成されている。前記発生／吸着器２内には吸着剤が充填
され、該吸着剤は加熱されると作動蒸気を発生し、冷却
されると作動蒸気を吸着する。かつ、凝縮／蒸発器４は
発生／吸着器２と連結されているので、発生する蒸気を
凝縮させ、モジュールが回転したときその凝縮した作動
液体を蒸発させる。隔壁で仕切られる各モジュール空間
は装置自体の回転に従い発生→冷却→吸着→加熱→発生
の過程を反復するようになる。図７で符号７は、各モジ
ュール空間の間で必要な熱伝達を遂行する熱伝達媒体を
示したものである。図７において発生が終わった後の冷
却部と吸着部の加熱部とが内部熱交換を行うと、冷媒発
生に必要な発生熱が減少される。
連続とバルブ制御の複雑性を解決するための方案とし
て、ドイツ特許第３３４２９８５Ａ１号で回転モジュー
ル型吸着式ヒートポンプが現れている。図７に符号１で
示した回転モジュール型吸着式ヒートポンプは、外方側
の発生／吸着器２と内方側の凝縮／蒸発器４とにより構
成されている。前記発生／吸着器２内には吸着剤が充填
され、該吸着剤は加熱されると作動蒸気を発生し、冷却
されると作動蒸気を吸着する。かつ、凝縮／蒸発器４は
発生／吸着器２と連結されているので、発生する蒸気を
凝縮させ、モジュールが回転したときその凝縮した作動
液体を蒸発させる。隔壁で仕切られる各モジュール空間
は装置自体の回転に従い発生→冷却→吸着→加熱→発生
の過程を反復するようになる。図７で符号７は、各モジ
ュール空間の間で必要な熱伝達を遂行する熱伝達媒体を
示したものである。図７において発生が終わった後の冷
却部と吸着部の加熱部とが内部熱交換を行うと、冷媒発
生に必要な発生熱が減少される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の回転モジュール型吸着式ヒートポンプにおい
ては、オイル又は空気のような熱伝達媒体の顕熱を利用
して冷却部と加熱部間の内部熱交換を遂行するのに限界
があり、かつ、熱伝達手段の構造が複雑でヒートポンプ
装置自体の大きさを増加させる問題点がある。
うな従来の回転モジュール型吸着式ヒートポンプにおい
ては、オイル又は空気のような熱伝達媒体の顕熱を利用
して冷却部と加熱部間の内部熱交換を遂行するのに限界
があり、かつ、熱伝達手段の構造が複雑でヒートポンプ
装置自体の大きさを増加させる問題点がある。
【０００９】これに従い、本発明は回転モジュール型吸
着式ヒートポンプの内部熱交換を向上させるための方便
として対向するモジュール空間の間に伝熱特性の優秀な
サーモサイフォンを通じ効果的な内部熱交換がなされる
よう構成された回転モジュール型吸着式ヒートポンプを
提供することを目的とする。
着式ヒートポンプの内部熱交換を向上させるための方便
として対向するモジュール空間の間に伝熱特性の優秀な
サーモサイフォンを通じ効果的な内部熱交換がなされる
よう構成された回転モジュール型吸着式ヒートポンプを
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このため本発明に係るサ
ーモサイフォンを利用した回転モジュール型吸着式ヒー
トポンプは、水平状態に配置した回転軸を中心として回
転する回転体の回転軸を中心として放射状に密閉して仕
切られた各モジュール空間に、冷媒と該冷媒の吸着時に
発熱し吸熱時に冷媒を離脱して発生する機能を有した吸
着剤とを充填すると共に、各モジュール空間内の吸着剤
と前記回転軸を挟んで対向するモジュール空間内の吸着
剤との間に、回転軸の下側に流下するように液状熱媒体
が封入され下側部分が上側部分より高温である場合のみ
下側から上側への熱伝達が行われる機能を有したサーモ
サイフォンを連結設置し、かつ、回転軸より上側の所定
位置に吸着剤の加熱部及び冷媒の放熱部，回転軸より下
側の所定位置に冷媒の吸熱部及び吸着剤の放熱部を設け
て構成した。
ーモサイフォンを利用した回転モジュール型吸着式ヒー
トポンプは、水平状態に配置した回転軸を中心として回
転する回転体の回転軸を中心として放射状に密閉して仕
切られた各モジュール空間に、冷媒と該冷媒の吸着時に
発熱し吸熱時に冷媒を離脱して発生する機能を有した吸
着剤とを充填すると共に、各モジュール空間内の吸着剤
と前記回転軸を挟んで対向するモジュール空間内の吸着
剤との間に、回転軸の下側に流下するように液状熱媒体
が封入され下側部分が上側部分より高温である場合のみ
下側から上側への熱伝達が行われる機能を有したサーモ
サイフォンを連結設置し、かつ、回転軸より上側の所定
位置に吸着剤の加熱部及び冷媒の放熱部，回転軸より下
側の所定位置に冷媒の吸熱部及び吸着剤の放熱部を設け
て構成した。
【００１１】
【作用】回転体が水平状態に配置された回転軸を中心と
して一方向に回転すると、各モジュール空間は回転軸よ
り上側にあるときに吸着剤の加熱部に移動し、ここで前
記モジュール空間内の吸着剤が加熱されるので該吸着剤
に吸着されていた冷媒が離脱して発生しつつ冷媒の放熱
部において放熱しながら凝縮する。
して一方向に回転すると、各モジュール空間は回転軸よ
り上側にあるときに吸着剤の加熱部に移動し、ここで前
記モジュール空間内の吸着剤が加熱されるので該吸着剤
に吸着されていた冷媒が離脱して発生しつつ冷媒の放熱
部において放熱しながら凝縮する。
【００１２】次いで、回転軸より下側に移動すると、サ
ーモサイフォン内の液状熱媒体が回転軸より下側に流下
し、前記加熱により高温状態となっている吸着剤から該
サーモサイフォンを介して対向する上側のモジュール空
間内の吸着剤に熱が伝達される。その結果、前記上側の
モジュール空間内吸着剤は受熱により、その後の冷媒発
生に要する前記加熱部での加熱量を減少でき、一方、下
側のモジュール空間内の吸着剤は熱送達により冷却され
る。
ーモサイフォン内の液状熱媒体が回転軸より下側に流下
し、前記加熱により高温状態となっている吸着剤から該
サーモサイフォンを介して対向する上側のモジュール空
間内の吸着剤に熱が伝達される。その結果、前記上側の
モジュール空間内吸着剤は受熱により、その後の冷媒発
生に要する前記加熱部での加熱量を減少でき、一方、下
側のモジュール空間内の吸着剤は熱送達により冷却され
る。
【００１３】したがって、更に回転して下側のモジュー
ル空間が冷媒の吸熱部に位置した時に吸熱により蒸発し
た冷媒の吸着剤への吸着が前記吸着剤の冷却によって促
進される。また、ここで、冷媒の吸着剤への吸着により
発生した熱は、同一部に設けられる吸着剤の放熱部によ
り外部に放熱される。このようにして冷媒の吸着，発生
を繰り返しつつ所定位置で放熱と冷却が継続的に行われ
る。
ル空間が冷媒の吸熱部に位置した時に吸熱により蒸発し
た冷媒の吸着剤への吸着が前記吸着剤の冷却によって促
進される。また、ここで、冷媒の吸着剤への吸着により
発生した熱は、同一部に設けられる吸着剤の放熱部によ
り外部に放熱される。このようにして冷媒の吸着，発生
を繰り返しつつ所定位置で放熱と冷却が継続的に行われ
る。
【００１４】
【実施例】図１〜図５は本発明に係る回転モジュール型
吸着式ヒートポンプ装置の一実施例を示し、該装置は図
示したように重力方向ｇと垂直、つまり水平状態に配置
される回転軸Ｏを中心として回転する回転体の内部空間
が回転軸Ｏを中心として放射状に仕切られて、扇形形態
の８個のモジュール空間 (Ｉ番〜VIII番) から構成され
るが、各モジュール空間は隣接するモジュール空間とは
独立的に密閉されている。各々のモジュール空間は内部
にサーモサイフォン15の１軸が挿入設置され、その周囲
に固体状態の吸着剤であるゼオライト16が充填された内
室ａ〜ｈとその外側の比較的大きい空間部から構成され
た外室Ａ〜Ｈの間には冷媒が出入りできるように上部が
開かれている。
吸着式ヒートポンプ装置の一実施例を示し、該装置は図
示したように重力方向ｇと垂直、つまり水平状態に配置
される回転軸Ｏを中心として回転する回転体の内部空間
が回転軸Ｏを中心として放射状に仕切られて、扇形形態
の８個のモジュール空間 (Ｉ番〜VIII番) から構成され
るが、各モジュール空間は隣接するモジュール空間とは
独立的に密閉されている。各々のモジュール空間は内部
にサーモサイフォン15の１軸が挿入設置され、その周囲
に固体状態の吸着剤であるゼオライト16が充填された内
室ａ〜ｈとその外側の比較的大きい空間部から構成され
た外室Ａ〜Ｈの間には冷媒が出入りできるように上部が
開かれている。
【００１５】また、回転軸Ｏより直上の所定位置に吸着
剤 (ゼオライト16) の加熱部とその外側に冷媒の放熱部
が設けられる。加熱部の底部にはゼオライト16を加熱す
るため高温の空気を送風する加熱用ファン17が設けら
れ、冷媒の放熱は冷却ファン18により送風される空気を
外室壁に当て、該外室壁を介して冷媒の熱を送風空気に
伝達して熱交換することにより行う。
剤 (ゼオライト16) の加熱部とその外側に冷媒の放熱部
が設けられる。加熱部の底部にはゼオライト16を加熱す
るため高温の空気を送風する加熱用ファン17が設けら
れ、冷媒の放熱は冷却ファン18により送風される空気を
外室壁に当て、該外室壁を介して冷媒の熱を送風空気に
伝達して熱交換することにより行う。
【００１６】一方、前記加熱部と回転軸Ｏを挟んで対向
する下側の所定位置に冷媒の吸熱部とその内側に吸着剤
の放熱部が設けられる。該冷媒の吸熱は外室壁に送風フ
ァン19により空気を送風し、該外室壁を介して空気の持
つ熱を冷媒に伝達して熱交換することにより行う。ま
た、放熱部の底部には冷媒のゼオライト16への吸着によ
り発生する熱を外部に放熱するための放熱用ファン20が
設けられる。
する下側の所定位置に冷媒の吸熱部とその内側に吸着剤
の放熱部が設けられる。該冷媒の吸熱は外室壁に送風フ
ァン19により空気を送風し、該外室壁を介して空気の持
つ熱を冷媒に伝達して熱交換することにより行う。ま
た、放熱部の底部には冷媒のゼオライト16への吸着によ
り発生する熱を外部に放熱するための放熱用ファン20が
設けられる。
【００１７】ここで、対角線上の２個のモジュールを横
切ってゼオライト16の内部に挿入される４個のサーモサ
イフォン15は各々両端部が対向する内室即ちａ−ｅ, ｂ
−ｆ，ｃ−ｇ及びｄ−ｈ内に位置するように互いに交差
した状態を維持する。本発明で使用するサーモサイフォ
ン15は密閉式２相サーモサイフォン (Two phase closed
Thermo syphon) でヒートパイプ (heat pipe ) とは次
の点で区別される。
切ってゼオライト16の内部に挿入される４個のサーモサ
イフォン15は各々両端部が対向する内室即ちａ−ｅ, ｂ
−ｆ，ｃ−ｇ及びｄ−ｈ内に位置するように互いに交差
した状態を維持する。本発明で使用するサーモサイフォ
ン15は密閉式２相サーモサイフォン (Two phase closed
Thermo syphon) でヒートパイプ (heat pipe ) とは次
の点で区別される。
【００１８】即ち、ヒートパイプは加熱部で蒸発した気
体が凝縮部で凝縮し、加熱部に復元する際において、円
周面に付着された芯地体 (wick) を通じた毛細管現象を
利用することによって加熱部位置の上下に関係なく常に
加熱部から凝縮部に熱を輸送するのに対し、密閉式２相
サーモサイフォンは重力を復元力に利用することによっ
て加熱部が重力方向に対し、下部に位置する場合に限り
加熱部から冷却部である凝縮部に熱を輸送する特性があ
る。
体が凝縮部で凝縮し、加熱部に復元する際において、円
周面に付着された芯地体 (wick) を通じた毛細管現象を
利用することによって加熱部位置の上下に関係なく常に
加熱部から凝縮部に熱を輸送するのに対し、密閉式２相
サーモサイフォンは重力を復元力に利用することによっ
て加熱部が重力方向に対し、下部に位置する場合に限り
加熱部から冷却部である凝縮部に熱を輸送する特性があ
る。
【００１９】即ち、密閉式２相サーモサイフォンは加熱
部が重力方向に対し上部にある時には熱を輸送せず、最
近報告された研究論文によれば加熱部が水平から３°以
上の傾斜を維持しながら下側に位置する場合の熱輸送量
は加熱部が重力方向の最下部に位置する場合と殆ど似た
ものと報告されている (参照:"HEAT TRANSFAR PERFORMA
NCE OF AN INCLINED TWO FACE CLOSED THERMO SYPHON",
Int.J.Heat TransfarVol 26. No.8 pp1207-1213, 1983)
。
部が重力方向に対し上部にある時には熱を輸送せず、最
近報告された研究論文によれば加熱部が水平から３°以
上の傾斜を維持しながら下側に位置する場合の熱輸送量
は加熱部が重力方向の最下部に位置する場合と殆ど似た
ものと報告されている (参照:"HEAT TRANSFAR PERFORMA
NCE OF AN INCLINED TWO FACE CLOSED THERMO SYPHON",
Int.J.Heat TransfarVol 26. No.8 pp1207-1213, 1983)
。
【００２０】このような本発明の一実施例を利用し、冷
房時の作動過程を添付図面の図２及び図３により詳細に
説明すれば次の通りである。図２は本発明の正面を示し
た図２からモジュール全体が反時計方向に1/8 回転した
状態の正面図であり、図５は水の吸着したゼオライトの
ｈ−ｘ線図である (但し、Ｘは乾燥したゼオライト１Kg
当り水の質量分率) 。
房時の作動過程を添付図面の図２及び図３により詳細に
説明すれば次の通りである。図２は本発明の正面を示し
た図２からモジュール全体が反時計方向に1/8 回転した
状態の正面図であり、図５は水の吸着したゼオライトの
ｈ−ｘ線図である (但し、Ｘは乾燥したゼオライト１Kg
当り水の質量分率) 。
【００２１】冷房時の作動条件及び設計条件は次のよう
に設定する。 ・吸着剤：ゼオライト ・作動流体 (冷媒) ：２回蒸留した水 ・設計条件：作動流体５°Ｃ，8.7mbar ・凝縮器 :35°Ｃ，56.3mbar ・吸着器 :35°Ｃ,8.7mbar, Ｘ＝0.243 ・再生器 :200 °Ｃ，56.3mbar，Ｘ＝0.075 ・サーモサイフォン内の作動流体 (液状熱媒体) ：２回
蒸留した水 上記のような作動流体及び設計条件を具備した本発明実
施例の作動過程として先ず各々独立した８個のモジュー
ル (即ち、A/a 乃至H/h )に対し真空ポンプを利用し、
8.7mbar の真空に維持する。
に設定する。 ・吸着剤：ゼオライト ・作動流体 (冷媒) ：２回蒸留した水 ・設計条件：作動流体５°Ｃ，8.7mbar ・凝縮器 :35°Ｃ，56.3mbar ・吸着器 :35°Ｃ,8.7mbar, Ｘ＝0.243 ・再生器 :200 °Ｃ，56.3mbar，Ｘ＝0.075 ・サーモサイフォン内の作動流体 (液状熱媒体) ：２回
蒸留した水 上記のような作動流体及び設計条件を具備した本発明実
施例の作動過程として先ず各々独立した８個のモジュー
ル (即ち、A/a 乃至H/h )に対し真空ポンプを利用し、
8.7mbar の真空に維持する。
【００２２】この時の各モジュール空間状態は図５で
番に該当する状態で水がゼオライト16に吸着されている
状態である。この時、図２でＩ番モジュール空間の内室
ａに80〜90°の熱が加えられれば、Ｉ番モジュール空間
の内室ａ内のゼオライト16に吸着されていた水分の温度
が上昇するようになり、ゼオライト16に吸着されていた
水泡の発生が起こる。このような発生と並行し内室ａの
圧力が高くなるに従い (図５の番位置) 図３に示すよ
うにＩ番モジュール空間の内室ａ, 外室Ａの間に形成さ
れた間隙を経由し水蒸気が外室Ａに移動する。この過程
で外室Ａの圧力はそれ以上上昇しないまま温度だけが上
昇するが、これは図５で−の過程に該当する。
番に該当する状態で水がゼオライト16に吸着されている
状態である。この時、図２でＩ番モジュール空間の内室
ａに80〜90°の熱が加えられれば、Ｉ番モジュール空間
の内室ａ内のゼオライト16に吸着されていた水分の温度
が上昇するようになり、ゼオライト16に吸着されていた
水泡の発生が起こる。このような発生と並行し内室ａの
圧力が高くなるに従い (図５の番位置) 図３に示すよ
うにＩ番モジュール空間の内室ａ, 外室Ａの間に形成さ
れた間隙を経由し水蒸気が外室Ａに移動する。この過程
で外室Ａの圧力はそれ以上上昇しないまま温度だけが上
昇するが、これは図５で−の過程に該当する。
【００２３】次に、外室Ａに移動した水蒸気は現在の外
室Ａ外側に固定設置され外室Ａ内の水蒸気より低い温度
の空気を通過させる冷却ファン18の作動により、前述し
たように該空気と熱交換して凝縮が行われる。このよう
な凝縮過程で発生した凝縮熱は冷却ファン18の駆動によ
り外室Ａを通過する空気を通じ除去され、除去された熱
は冷房しようとする室内空間の外側と連結されたダクト
に案内され外部に排出される。
室Ａ外側に固定設置され外室Ａ内の水蒸気より低い温度
の空気を通過させる冷却ファン18の作動により、前述し
たように該空気と熱交換して凝縮が行われる。このよう
な凝縮過程で発生した凝縮熱は冷却ファン18の駆動によ
り外室Ａを通過する空気を通じ除去され、除去された熱
は冷房しようとする室内空間の外側と連結されたダクト
に案内され外部に排出される。
【００２４】この時、冷却ファン18の位置は反時計方向
に回転する全体モジュール空間に対し常に固定した位置
を維持するに従い冷却ファン18に接触する各モジュール
空間の外室 (Ａ乃至Ｈ) は図２を基準とする時Ａ→Ｈ→
Ｇ→Ｆの順序となる。したがって、モジュール空間が反
時計方向に1/8 回転しＩ番モジュール空間が図４のよう
に水平方向の下側に位置するようになる場合に冷却ファ
ン18はVIII番モジュール空間の外室Ｈを冷却するように
なる。そして、加熱源 (加熱部) は今度はVIII番モジュ
ール空間の内室ｂに接触することになるから前のＩ番モ
ジュール空間でと同一に内室ｈで蒸発し、ゼオライト16
から分離されて出た水蒸気は冷却ファン18により外室Ｈ
で冷却され、凝縮しながら周辺に凝縮熱を放出する。
に回転する全体モジュール空間に対し常に固定した位置
を維持するに従い冷却ファン18に接触する各モジュール
空間の外室 (Ａ乃至Ｈ) は図２を基準とする時Ａ→Ｈ→
Ｇ→Ｆの順序となる。したがって、モジュール空間が反
時計方向に1/8 回転しＩ番モジュール空間が図４のよう
に水平方向の下側に位置するようになる場合に冷却ファ
ン18はVIII番モジュール空間の外室Ｈを冷却するように
なる。そして、加熱源 (加熱部) は今度はVIII番モジュ
ール空間の内室ｂに接触することになるから前のＩ番モ
ジュール空間でと同一に内室ｈで蒸発し、ゼオライト16
から分離されて出た水蒸気は冷却ファン18により外室Ｈ
で冷却され、凝縮しながら周辺に凝縮熱を放出する。
【００２５】一方、水平方向より下側に位置するように
なった１番モジュール空間の内室ａは直ぐ前に加熱源が
接触したセクションであるためにその温度が80°Ｃ程度
の高い温度を維持するようになり、この熱はＩ番モジュ
ール空間の内室ａとＶ番モジュール空間の内室ｅ間の間
を横切って挿入されているサーモサイフォン15を通じＩ
番モジュール空間の内室ａからＶ番モジュール空間の内
室ｅに移動するようになる。
なった１番モジュール空間の内室ａは直ぐ前に加熱源が
接触したセクションであるためにその温度が80°Ｃ程度
の高い温度を維持するようになり、この熱はＩ番モジュ
ール空間の内室ａとＶ番モジュール空間の内室ｅ間の間
を横切って挿入されているサーモサイフォン15を通じＩ
番モジュール空間の内室ａからＶ番モジュール空間の内
室ｅに移動するようになる。
【００２６】このようなサーモサイフォン15を通じた熱
の移動は前に説明したように密閉式２相サーモサイフォ
ンの特性に起因するもので、図４のＩ番モジュール空間
のようにサーモサイフォン15の加熱部が水平方向に対
し、約３°以上の角度を維持しながら下に位置する場合
下部の加熱部から上側に熱を輸送するようになる。次
に、全体モジュール空間が継続回転し (即ち、3/8 回転
し) 内番モジュール空間が図４のIVモジュール空間位置
にくる間Ｉ番モジュール空間をサーモサイフォン15によ
り継続的に冷却されこれに並行し内部圧力も低くなる。
の移動は前に説明したように密閉式２相サーモサイフォ
ンの特性に起因するもので、図４のＩ番モジュール空間
のようにサーモサイフォン15の加熱部が水平方向に対
し、約３°以上の角度を維持しながら下に位置する場合
下部の加熱部から上側に熱を輸送するようになる。次
に、全体モジュール空間が継続回転し (即ち、3/8 回転
し) 内番モジュール空間が図４のIVモジュール空間位置
にくる間Ｉ番モジュール空間をサーモサイフォン15によ
り継続的に冷却されこれに並行し内部圧力も低くなる。
【００２７】この過程は図５のゼオライト線図上で−
過程に該当し、この時ゼオライト16でそれ以上の水分
含量変化は無く、Ｉ番モジュール空間が水平線の直ぐ下
の位置である図４のIV番モジュール空間位置に至るよう
になれば温度と圧力は図５の即ち、５°Ｃ,8.7mab 状
態の飽和状態になる。一方、図２でＩ番モジュール空間
の外室Ａ位置に冷却ファン18が固定設置されているよう
にＶ番モジュール空間の外室Ｅ側にも送風ファン19が固
定設置され、冷房しようとする室内の空気を送風ファン
19を利用し送風ファン19と接触する各モジュール空間の
外室に吹き入れるようになる。したがって、Ｉ番モジュ
ール空間の外室Ａが送風ファン19に接触するようになれ
ば送風ファン19の駆動による室内空気との接触を通じ吸
熱によって外室Ａにある水が蒸発し内室ａ側に移動する
ようになる。
過程に該当し、この時ゼオライト16でそれ以上の水分
含量変化は無く、Ｉ番モジュール空間が水平線の直ぐ下
の位置である図４のIV番モジュール空間位置に至るよう
になれば温度と圧力は図５の即ち、５°Ｃ,8.7mab 状
態の飽和状態になる。一方、図２でＩ番モジュール空間
の外室Ａ位置に冷却ファン18が固定設置されているよう
にＶ番モジュール空間の外室Ｅ側にも送風ファン19が固
定設置され、冷房しようとする室内の空気を送風ファン
19を利用し送風ファン19と接触する各モジュール空間の
外室に吹き入れるようになる。したがって、Ｉ番モジュ
ール空間の外室Ａが送風ファン19に接触するようになれ
ば送風ファン19の駆動による室内空気との接触を通じ吸
熱によって外室Ａにある水が蒸発し内室ａ側に移動する
ようになる。
【００２８】この時周辺から蒸発熱を吸収するようにな
り、ヒートポンプはこのように蒸発によって周辺から熱
を奪う過程を利用し室内を冷房させるようになる。万一
熱伝達の能力が無限であると仮定する場合送風ファン19
を通過した室内の空気温度は５°Ｃになるであろう。次
に、Ｉ番モジュール空間の内室ａ側に移動した水蒸気は
ゼオライト16に吸着が起こりこの時の過程は図５で−
の過程に該当する。
り、ヒートポンプはこのように蒸発によって周辺から熱
を奪う過程を利用し室内を冷房させるようになる。万一
熱伝達の能力が無限であると仮定する場合送風ファン19
を通過した室内の空気温度は５°Ｃになるであろう。次
に、Ｉ番モジュール空間の内室ａ側に移動した水蒸気は
ゼオライト16に吸着が起こりこの時の過程は図５で−
の過程に該当する。
【００２９】このような吸着過程中に吸着熱が発生する
ようになるが、この吸着熱は前の凝縮熱と同じく冷房し
ようとする室内空気の外側に放出させなければならな
い。以上の事実を総合し全体的な動作過程を説明すれ
ば、図２の状態を基準とするとき、Ｉ番モジュール空間
の内室ａ内にあるゼオライトに含有されていた水が外部
熱を通じた加熱により蒸発しながらゼオライトから離脱
する状態即ち、発生 (Generation) が起こり蒸発した水
蒸気は外室Ａに移動し冷却空気との接触により凝縮 (Co
ndensation) が起こる。この時Ｖ番モジュール空間の外
室Ｅでは蒸発 (Evaporation ) が起こりながら室内の空
気を冷却するようになり、この時蒸発した水蒸気は内室
ｅに移動しゼオライトに吸着 (Adsorption) する。
ようになるが、この吸着熱は前の凝縮熱と同じく冷房し
ようとする室内空気の外側に放出させなければならな
い。以上の事実を総合し全体的な動作過程を説明すれ
ば、図２の状態を基準とするとき、Ｉ番モジュール空間
の内室ａ内にあるゼオライトに含有されていた水が外部
熱を通じた加熱により蒸発しながらゼオライトから離脱
する状態即ち、発生 (Generation) が起こり蒸発した水
蒸気は外室Ａに移動し冷却空気との接触により凝縮 (Co
ndensation) が起こる。この時Ｖ番モジュール空間の外
室Ｅでは蒸発 (Evaporation ) が起こりながら室内の空
気を冷却するようになり、この時蒸発した水蒸気は内室
ｅに移動しゼオライトに吸着 (Adsorption) する。
【００３０】然るに、Ｉ番モジュール空間の内室ａは発
生のために人為的に外部から熱を加えねばならず、Ｖ番
モジュール空間の内室ｅは吸着されるとき発生する熱を
除去させねばならないが、これは、発生熱を外部方向へ
放熱する放熱用ファン20により、良好に除去される。ま
た、万一この時Ｉ番モジュール空間の内室ａとＶ番モジ
ュール空間の内室ｅ間に熱伝達がなされる場合であれば
全体システムに悪影響を及ぼすようになる。但し、この
ような吸着過程中にはサーモサイフォン15の作動流体が
水平方向の下側であるＶ番モジュール空間の内室ｅ側に
位置し、この時の温度は水平方向に対し上側に位置する
Ｉ番モジュール空間の内室ａの温度がＶ番モジュール空
間の内室ｅの温度より高いからサーモサイフォンは作動
しない。従ってサーモサイフォンを通じた熱伝達は発生
しないでただサーモサイフォンの周壁を通じた伝導 (Co
nduction) によりある程度の熱が伝達するのが予想でき
るがヒートポンプ自体が回転するに従い伝導に十分な時
間が無いからサーモサイフォンの周壁を通じ伝達される
熱は無視することのできる程度の極めて一部に過ぎな
い。
生のために人為的に外部から熱を加えねばならず、Ｖ番
モジュール空間の内室ｅは吸着されるとき発生する熱を
除去させねばならないが、これは、発生熱を外部方向へ
放熱する放熱用ファン20により、良好に除去される。ま
た、万一この時Ｉ番モジュール空間の内室ａとＶ番モジ
ュール空間の内室ｅ間に熱伝達がなされる場合であれば
全体システムに悪影響を及ぼすようになる。但し、この
ような吸着過程中にはサーモサイフォン15の作動流体が
水平方向の下側であるＶ番モジュール空間の内室ｅ側に
位置し、この時の温度は水平方向に対し上側に位置する
Ｉ番モジュール空間の内室ａの温度がＶ番モジュール空
間の内室ｅの温度より高いからサーモサイフォンは作動
しない。従ってサーモサイフォンを通じた熱伝達は発生
しないでただサーモサイフォンの周壁を通じた伝導 (Co
nduction) によりある程度の熱が伝達するのが予想でき
るがヒートポンプ自体が回転するに従い伝導に十分な時
間が無いからサーモサイフォンの周壁を通じ伝達される
熱は無視することのできる程度の極めて一部に過ぎな
い。
【００３１】一方、モジュール全体が回転 (1/8 回転)
し、図４でのようにＩ番モジュール空間の無い室ａが水
平以下に下って来ればサーモサイフォンの作動流体も又
下側の高温部に下って来てＩ番モジュール空間の内室ａ
からＶ番モジュール空間の内室ｅに熱の伝達がなされ
る。この時、Ｉ番モジュール空間の内室ａは発生が完了
し吸着の位置に移動するためには温度を低くしなければ
ならなく、又、Ｖ番モジュール空間の内室ｅは吸着が完
了し発生の位置に行くために温度を上げねばならない
が、このような２つの条件はサーモサイフォン15による
内部熱交換を通じ円滑に充足される。
し、図４でのようにＩ番モジュール空間の無い室ａが水
平以下に下って来ればサーモサイフォンの作動流体も又
下側の高温部に下って来てＩ番モジュール空間の内室ａ
からＶ番モジュール空間の内室ｅに熱の伝達がなされ
る。この時、Ｉ番モジュール空間の内室ａは発生が完了
し吸着の位置に移動するためには温度を低くしなければ
ならなく、又、Ｖ番モジュール空間の内室ｅは吸着が完
了し発生の位置に行くために温度を上げねばならない
が、このような２つの条件はサーモサイフォン15による
内部熱交換を通じ円滑に充足される。
【００３２】以上では本発明の１実施例が冷房用に使用
される時の動作過程を説明したが、反対に暖房用として
使用する場合には作動原理は冷房時と同一であり、ただ
図２を基準とする外室Ａで起こる凝縮過程で発生する発
生熱と吸着熱を利用して暖房をし、Ｖ番モジュール空間
の外室Ｅで蒸発が起こる時暖房をしようとする室外側か
らヒートポンプ内に熱量を受け入れるようになる。
される時の動作過程を説明したが、反対に暖房用として
使用する場合には作動原理は冷房時と同一であり、ただ
図２を基準とする外室Ａで起こる凝縮過程で発生する発
生熱と吸着熱を利用して暖房をし、Ｖ番モジュール空間
の外室Ｅで蒸発が起こる時暖房をしようとする室外側か
らヒートポンプ内に熱量を受け入れるようになる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は伝熱特性
が優秀で重力を復元力とするサーモサイフォンを回転モ
ジュール型吸着式ヒートポンプに利用し、望ましい方向
のみに内部熱交換を遂行することで熱量供給と回収を連
続的に行えると同時に熱回収効率を高めて外部供給熱量
を低減でき、かつ、外部から別途制御の必要性を排除し
たまま高効率を現す効果があり、圧縮機のいらない低ラ
ンニングコストの冷暖房装置等に十分適合できる。
が優秀で重力を復元力とするサーモサイフォンを回転モ
ジュール型吸着式ヒートポンプに利用し、望ましい方向
のみに内部熱交換を遂行することで熱量供給と回収を連
続的に行えると同時に熱回収効率を高めて外部供給熱量
を低減でき、かつ、外部から別途制御の必要性を排除し
たまま高効率を現す効果があり、圧縮機のいらない低ラ
ンニングコストの冷暖房装置等に十分適合できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る回転モジュール型吸着
式ヒートポンプの斜視図
式ヒートポンプの斜視図
【図２】同上ヒートポンプの縦断面図
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図
【図４】同上ヒートポンプの縦断面図の図２とは異なる
回転位置の縦断面図
回転位置の縦断面図
【図５】同上ヒートポンプのｈ−ｘ線図
【図６】一般的な吸着式ヒートポンプの駆動原理の説明
図で、 (Ａ) は発生／凝縮過程， (Ｂ) は吸着／蒸発過
程， (Ｃ) は各過程別Ｔ−ｐ線図
図で、 (Ａ) は発生／凝縮過程， (Ｂ) は吸着／蒸発過
程， (Ｃ) は各過程別Ｔ−ｐ線図
【図７】従来例に係る回転モジュール型吸着式ヒートポ
ンプの構造を示す断面図
ンプの構造を示す断面図
15 サーモサイフォン 16 ゼオライト 17 加熱用ファン 18 冷却ファン 19 送風ファン 20 放熱用ファン Ｉ〜VIII モジュール空間 Ｏ 回転軸
Claims (1)
- 【請求項１】水平状態に配置した回転軸を中心として回
転する回転体の回転軸を中心として放射状に密閉して仕
切られた各モジュール空間に、冷媒と該冷媒の吸着時に
発熱し吸熱時に冷媒を離脱して発生する機能を有した吸
着剤とを充填すると共に、各モジュール空間内の吸着剤
と前記回転軸を挟んで対向するモジュール空間内の吸着
剤との間に、回転軸の下側に流下するように液状熱媒体
が封入され下側部分が上側部分より高温である場合のみ
下側から上側への熱伝達が行われる機能を有したサーモ
サイフォンを連結設置し、かつ、回転軸より上側の所定
位置に吸着剤の加熱部及び冷媒の放熱部，回転軸より下
側の所定位置に冷媒の吸熱部及び吸着剤の放熱部を設け
て構成したことを特徴とするサーモサイフォンを利用し
た回転モジュール型吸着式ヒートポンプ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR748/1991 | 1991-01-17 | ||
| KR1019910000748A KR930004389B1 (ko) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | 써모싸이펀을 이용한 회전모듈형 흡착식 히트펌프 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04309760A JPH04309760A (ja) | 1992-11-02 |
| JPH0758147B2 true JPH0758147B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=19309980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4006948A Expired - Lifetime JPH0758147B2 (ja) | 1991-01-17 | 1992-01-17 | サーモサイフォンを利用した回転モジュール型吸着式ヒートポンプ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5157937A (ja) |
| JP (1) | JPH0758147B2 (ja) |
| KR (1) | KR930004389B1 (ja) |
| DE (1) | DE4110481A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5628205A (en) * | 1989-03-08 | 1997-05-13 | Rocky Research | Refrigerators/freezers incorporating solid-vapor sorption reactors capable of high reaction rates |
| US5477706A (en) * | 1991-11-19 | 1995-12-26 | Rocky Research | Heat transfer apparatus and methods for solid-vapor sorption systems |
| US5598721A (en) * | 1989-03-08 | 1997-02-04 | Rocky Research | Heating and air conditioning systems incorporating solid-vapor sorption reactors capable of high reaction rates |
| US5503222A (en) * | 1989-07-28 | 1996-04-02 | Uop | Carousel heat exchanger for sorption cooling process |
| DE4233062A1 (de) * | 1992-10-01 | 1994-04-07 | Electrolux Leisure Appliances | Sorptionsapparat zur Verwendung in einer Kühlanlage |
| US5408847A (en) * | 1993-05-26 | 1995-04-25 | Erickson; Donald C. | Rotary solid sorption heat pump with embedded thermosyphons |
| CN1304801C (zh) * | 2005-03-25 | 2007-03-14 | 北京工业大学 | 旋转转轮固体吸附制冷装置 |
| DE102010022941A1 (de) * | 2010-06-08 | 2011-12-08 | Torsten Enders | Adsorptionswärmepumpe mit Zweiphasen-Thermosiphon als thermische Dioden |
| EP2447624A3 (de) * | 2010-10-28 | 2012-12-05 | Vaillant GmbH | Wärmepumpe |
| US9322600B2 (en) | 2011-03-17 | 2016-04-26 | Olive Tree Patents 1 Llc | Thermosyphon heat recovery |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2559217A (en) * | 1949-04-01 | 1951-07-03 | Cons Edison Company | Air-conditioning apparatus |
| CH609140A5 (ja) * | 1976-05-18 | 1979-02-15 | Sulzer Ag | |
| US4169362A (en) * | 1977-03-24 | 1979-10-02 | Institute Of Gas Technology | Solid adsorption air conditioning apparatus |
| SU832270A1 (ru) * | 1979-07-05 | 1981-05-23 | Институт Проблем Машиностроенияан Украинской Ccp | Компрессорна установка |
| US4599870A (en) * | 1981-03-25 | 1986-07-15 | Hebert Theodore M | Thermosyphon heat recovery |
| IL66166A (en) * | 1982-06-29 | 1985-12-31 | Solar Power Lab Ltd | Solar concentrator |
| DE3229646A1 (de) * | 1982-08-09 | 1984-02-09 | Bosch-Siemens Hausgeräte GmbH, 7000 Stuttgart | Kontinuierlich arbeitende adsorptions-kaelteanlage, insbesondere zum betrieb durch abwaerme von verbrennungsmotoren oder dgl. |
| DE3342985A1 (de) * | 1983-11-28 | 1985-06-13 | Fritz Dipl.-Ing. Kaubek | Kontinuierlichwirkende sorptionsapparate und verfahren zu deren betrieb |
-
1991
- 1991-01-17 KR KR1019910000748A patent/KR930004389B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1991-03-25 US US07/674,184 patent/US5157937A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-30 DE DE4110481A patent/DE4110481A1/de active Granted
-
1992
- 1992-01-17 JP JP4006948A patent/JPH0758147B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR930004389B1 (ko) | 1993-05-27 |
| DE4110481C2 (ja) | 1993-02-18 |
| DE4110481A1 (de) | 1992-07-23 |
| JPH04309760A (ja) | 1992-11-02 |
| US5157937A (en) | 1992-10-27 |
| KR920015103A (ko) | 1992-08-26 |
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