JPH0765819B2 - 吸着剤循環による吸着式冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸着剤を循環移動させる方式の吸着剤冷凍機に
係り、詳しくは、吸着剤を上昇させかつ自然落下させる
ことによって吸着剤を循環させ、もって効率的な冷凍サ
イクルを行わせるようにした吸着剤循環により吸着式冷
凍機に関するものである。

（従来の技術） 近時、吸着式冷凍において吸着式冷凍機が、装置コスト
やランニングコストの面から見直され、それに係る発
明，考案が種々発表されている。

一般に吸着式冷凍機は、シリカゲル，ゼオライト等の固
体吸着剤が水，アルコール等の冷媒との間で脱着，吸着
を繰り返し吸着時に発生する冷媒の気化熱を利用して冷
水を取り出し、室内の冷房等に利用するものである。

その作動原理を第３図を用いて説明すると、（31）は吸
着剤充填管で、伝熱管の周囲に固体吸着剤を付設してい
る。一方、（32）は伝熱管で、該管の周囲にはフィンが
設けられている。そして、この２種類の管（31），（3
2）はそれぞれ熱交換器を形成しており、吸着剤充填管
（31）側では吸着剤を加熱及び冷却し、伝熱管（32）側
では冷媒を冷却して凝縮したり、冷水を取り出したりす
るようになっておりこれらは冷媒である水と共に通常、
円筒の真空容器（33）中に収められている。

そして、脱着作用は、吸着剤充填管（31）に温水を流
し、吸着剤を加熱することにより行われ、これにより吸
着剤が吸着していた冷媒は、水蒸気となって伝熱管（3
2）近辺に浮遊し、このとき伝熱管（32）に冷却水を流
すと、前記水蒸気は伝熱管（32）付近で熱が奪われ凝縮
して水になり、伝熱管（32）に付着する。

一方、吸着作用は、吸着剤充填管（31）に冷却水を流
し、吸着剤を冷却する。これによって吸着剤は前記の伝
熱管（32）に付着の水を吸着し、水蒸気に変え、そのと
き、発生する気化熱が伝熱管（32）を冷却する。従っ
て、このとき伝熱管（32）に流れている水は冷却され、
この冷却された水が冷房等に利用される。

以上が一般的な吸着式冷凍機の原因であるが、実際には
上記の伝熱管（32）は凝縮器と蒸発器とに分かれて構成
されるものが多い。しかし、何れにしても上述のように
吸着剤は固定されていて、加熱，冷却を交互に繰り返
し、脱着及び吸着を行うようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述の如きこれまでの吸着式冷凍では、何れ
も吸着剤を特定の個所で位置せしめたまま加熱したり冷
却したりするため、吸着剤用の熱交換器には切り替え装
置が不可欠であった。そして切り替えても直ちに熱交換
器の温度が変化するものでもなく、その間に時間的にロ
スやエネルギーのロスが生じていた。

そこで本発明者等はこれらの問題を解決するために吸着
剤を循環させるという全く新規方式の吸着式冷凍機をさ
きに開示した。（特願平１−22324号（特開昭２−20316
9号公報）参照） この冷凍機の構成は第２図に示すようなもので、スクリ
ューコンベヤ（26）を介して、上方に設けられた脱着側
回転ドラム（21）に入った吸着剤（25）がこの回転ドラ
ム（21）内に設けられた脱着側用熱交換器（22）により
加熱され、凝縮器（28）に対して冷媒を脱着し、さらに
案内通路（27）を自然落下して下方に設けられた吸着側
回転ドラム（21）′に入り、ここで吸着用熱交換器（2
2）′によって冷却されて蒸発器（30）から冷媒を吸着
するという循環をくり返すものである。

従って、吸脱着作用の切り替えは不要で、両作用共並行
して連続的に行われ、このため時間的ロスやエネルギー
ロスの生じない優れた吸着式冷凍機の構成が可能とな
る。

しかし安定した冷凍出力を得るためにはこのままでは不
都合で例えば、上記冷凍機において脱着側回転ドラム
（21）の周囲は冷媒の脱着により高圧となり、他方吸着
側回転ドラム（21）′の周囲は吸着により低圧となる
が、上記の目的のためには両者の飽和蒸気圧力差を一定
に保つ必要がある。

これに対処するため前記案内通路（27）に蒸気弁やオリ
フィス（29）等を付設しなければならない。

さらにこれとは別に、熱交換器を用意し、脱着側回転ド
ラム（21）に入る吸着剤と吸着側回転ドラム（21）′に
入る吸着剤との間で熱交換を行わせる等、成績係数（CO
P）を向上させるための通例の手段も併用されねばなら
ない。

また、各回転ドラム（21），（21）′のためのモータ
（Ｍ）が夫々必要で、このため装置全体が大形化する傾
向があった。

本発明はかかる実状に鑑みて、吸着剤循環方式の利点を
生かし、それをさらに小型化、簡略化すると共に、前記
オリフィスや熱交換器等を併設しなくても充分なC,O,P
が得られる更に改善された吸着剤循環による吸着式冷凍
機を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合する本発明に係る吸着剤循環によ
る吸着式冷凍機の特徴が、容器内において吸着剤を上方
へ搬送する手段を中心に配し、周囲に吸着剤の自然落下
通路を設けて吸着剤の循環経路を形成すると共に、該循
環経路の上方側を高圧側に、一方下方側を低圧側に形成
せしめたことにある。

ここで前記高圧側及び低圧側の形成は吸着剤循環経路の
上部吸着剤に対して吸着剤加熱手段を、一方吸着剤循環
経路の下部吸着剤に対して吸着剤冷却手段を夫々配設
し、かつ前記循環経路の上方に凝縮器、下方に蒸発器を
夫々配置することにより夫々形成される。

また吸着剤循環経路の上部吸着剤と下部吸着剤の間に、
脱着を終了して下降する吸着剤と吸着を終了して上昇す
る吸着剤とが伝熱面を介して熱交換する熱交換部分を設
けることにより本発明をさらに効果的なものとすること
ができる。

（作用） 上記の提出によって、吸着剤は搬送手段を介して上昇し
た後、その周囲に落下するという循環をくり返すが、そ
の間循環経路の上部では吸着剤が加熱されて、冷媒が脱
着され、一方循環経路の下部では吸着剤が冷却されて冷
媒が吸着される。そして、吸着剤の上方に配した凝縮器
において脱着冷媒が冷却され、ここで液状に凝縮する。
次いでこの液冷媒はトラップ配管等によって吸着剤の下
方に配された蒸発器に送られ、ここで前記の理由により
吸着剤に吸着される。このとき、気化熱が奪われて利用
側に冷熱が供給されるのは通常の冷凍機と同様である。

ところで本発明に係る冷凍機は上部に凝縮器、下部に蒸
発器が配置されて、この間に吸着剤循環機能が介在され
ている。従って吸着剤自身の粒子層によって高圧側と低
圧側とは夫々密閉され、両者の飽和蒸気圧力差が保たれ
て、安定した冷凍出力が得られる。

またこの配置関係により、高圧側の押圧力は降下通路に
在る吸着剤の移動を促し、吸着剤の循環をスムーズなも
のとする。

一方、吸着剤の循環経路の上部吸着剤と下部吸着剤の間
に前記の如き熱交換部分を設けることによってこの部分
を下降する加熱された吸着剤と同部分を上昇する冷却さ
れた吸着剤との間で輸送手段の壁面を介して熱交換がな
され、脱着作用に入る前の吸着剤が予熱され吸着作用に
入る前の吸着剤が予冷されて、C,O,Pの顕著な向上を得
ることができる。

（実施例） 以下、図面にもとづいて本発明に実施例を説明する。

第１図は本発明に係る吸着剤循環方式吸着式冷凍機の構
造を示す部分上面図（イ）及び側面図（ロ）である。

同図において、（１）は伝熱性素材で繭形状に形成され
た真空容器であって、上部に凝縮器（２）、下部に蒸発
器（３）が設けられ、この両者の間に吸着剤（４）が充
填されている。（５）はこの充填された吸着剤（４）に
内包された上下に開口部を有する円筒であって伝熱性素
材で形成され、内部には下端から上端にわたって、スク
リューコンベアあるいはコイルスプリング等の吸着剤搬
送手段（６）が配設されている。（７）はこの搬送手段
（６）を駆動するモータである。なお吸着剤（４）は、
真空容器（１）内周に張り渡した金網（８）によって蒸
発器（３）への落下が防止されている。

また前記凝縮器（２）には下方に傾斜したフィン（9A）
と、該フィン（9A）に対向した傾斜板（10）が設けら
れ、一方蒸発器（３）にはフィン（9B）が設けられてい
る。そして前記傾斜板（10）と真空容器（１）内壁とで
凝縮器（２）内部に冷媒貯溜部（11）が形成され、該冷
媒貯溜部（11）と蒸発器（３）上部とがトラップ配管
（12）によって連結されている。

さらに通常の吸着式冷凍機と同様、所定量の冷媒が上記
真空容器（１）内に封入されている。

一方、（13A）〜（13D）は前記真空容器（１）の外周に
周設されたチューブであって、凝縮器（２）及び吸着剤
（４）循環経路における上部報吸着剤（4A）、下部吸着
剤（4C）及び蒸発器（３）に夫々該当して設けられ、い
ずれも入口（14）から出口（15）に向かって後記する所
定の熱媒が流れ、各部分の加熱や冷却等がなされる。

また、前記上部吸着剤（4A）と下部吸着剤（4C）との間
にはチューブの周設されていない部分が設けられて、後
記する吸着剤（４）同志の熱交換部分（4B）を形成して
いる。

以上が本発明にかかる吸着式冷凍機の構成の概略である
が、次にこの吸着式冷凍機の作用について以下説明す
る。

モータ（７）を駆動すると前記搬送手段（６）が回転
し、これによって吸着剤（４）は、円筒（５）内を上昇
し、円筒（５）上端に至り周辺に拡がって円筒（５）外
周と真空容器（１）内周との間に構成された通路（16）
を金網（８）部分まで落下し、再び円筒（５）内に入っ
て上昇するという循環をくり返す。

同時にこの間、凝縮器（２）に周設したチューブ（13
A）に冷却水を供給し、上部報吸着剤（4A）に周設した
チューブ（13B）に熱源を供給し、下部吸着剤（4C）に
周設したチューブ（13C）に冷却水を供給し、蒸発器
（３）に周設したチューブ（13D）に冷水を供給する。

すると上部吸着剤（4A）は加熱されて脱着作用が生じ、
凝縮器（２）に向かって水蒸気が放出される。この水蒸
気は、凝縮器（２）の中で冷却され、フィン（9A）に水
滴として付着後、前記冷媒貯溜部（11）に蓄えられ、ト
ラップ配管（12）を介して蒸発器（３）に送られる。一
方冷媒を脱着した後の吸着剤（４）は通路（16）を落下
して下部吸着剤（4C）となり、ここで冷却される。この
結果、下部吸着剤（4C）の側では吸着作用が生じて蒸発
器（３）の中の冷媒は吸着剤（４）に吸着され、蒸発器
（３）に冷熱が発生する。この冷熱がチューブ（13D）
を流れる冷水によって蒸発器（３）から利用側に供給さ
れるのは通常の場合と同様である。

勿論、上記の各作用は、吸着剤（４）が循環することに
より連続して生じており、このためロスのない冷凍運転
が可能になるのは言う迄もない。

さらに、前記のように吸着剤（４）を中間に配し、上方
に凝縮器（２）、下方に蒸発器（３）が配置されている
ため、吸着剤（４）の上方が高圧側、下方が低圧側とな
り、通路（16）を落下する吸着剤（４）を上方から押圧
することができ、下降する吸着剤が滞留することなく円
滑な循環が可能となる。

また、縦方向に構成された吸着剤粒子層、下降しながら
絶えず輸送装置の上方からの後続粒子によって補給さ
れ、殆ど一定層厚みが維持される。これにより上下の圧
力差を保つ役割りをさせることも本発明に係る吸着式冷
凍機の特徴である。

一方、吸着剤（４）の循環経路中、上部吸着剤（4A）と
下部吸着剤（4C）の間に設けられた熱媒のチューブが周
設されていない部分、即ち熱交換部分（4B）は円筒
（５）の中を上昇する吸着剤（４）とその周囲の通路
（16）を落下する吸着剤（４）とが円筒（５）を介して
互いに熱交換する部分である。前者は冷却された後の吸
着剤（４）であり、これに対して後者は加熱された後の
吸着剤（４）であって、この両者が対向することにより
上昇する吸着剤（４）は加熱され、下降する吸着剤
（４）は冷却される。周知のように脱着作用に入る前の
吸着剤（４）を予熱し、吸着作用に入る前の吸着剤
（４）を予冷することで、吸着式冷凍サイクルのC,O,P
は向上する。上記の熱交換部分は、このための作用効果
を具備したものであり、従来のように同目的のためにさ
らに熱交換器を付設する必要はない。

なお、最後に本発明は以上の実施例に抱泥されるもので
ないことは勿論である。例えば真空容器（１）に周設し
たチューブ（13A）〜（13D）等は、既知の加熱手段，冷
却手段に適宜変更可能なことは言う迄もない。

（発明の効果） 本発明は以上のように吸着剤を搬送手段によって上昇せ
しめ、その周囲に吸着剤の自然落下通路を設けると共
に、吸着剤の上方に高圧側、吸着剤の下方に低圧側を形
成して吸着剤循環による構造の簡素な吸着式冷凍機を構
成するものである。

この他に以下のような特徴を有する。

即ち前記上方の高圧側と、下方の低圧側との間に吸着剤
の集合体が介在して両者の飽和蒸気圧力差を保っている
ため、あえてこのための隔壁やその他の機構、あるいは
オリフィス等を付設する必要がない。

また吸着剤同志の対向流による熱交換部分を上部吸着剤
と下部吸着剤の間に設けることで脱着前の吸着剤が予熱
され、吸着前の吸着剤が予冷されるため、熱交換器を付
設しなくても良好な成績係数を得ることができる。

さらに本発明の如く構成することによって、吸着剤の循
環に係る駆動装置は一基だけで良く、装置全体を小型，
かつ簡略な構成にすることができ、性能的には勿論、実
用的にも一層すぐれた吸着剤循環による吸着式冷凍機と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明吸着剤循環による吸着式冷凍機の部分上
面図及び側面図、第２図，第３図は従来の吸着式冷凍機
の側面図である。 （１）…真空容器、（２）…凝縮器、（３）…蒸発器、
（４）…吸着剤、（4A）…上部吸着剤、（4B）…熱交換
部分、（4C）…下部吸着剤、（６）…搬送手段、（13
A）〜（13D）…チューブ、（16）…通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 昌生 大阪府寝屋川市松屋町13―８―1108 (72)発明者 森川 淳 京都府八幡市男山八望２番地Ｃ―15―402 (72)発明者 吉原 基司 京都府八幡市八幡武蔵芝６―９ (56)参考文献 特開 昭57−73369（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−156192（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内において吸着剤を上方へ搬送する手
   段を中心に配し、周囲に吸着剤の自然落下通路を設けて
   吸着剤の循環経路を形成して、該循環サイクルと共に冷
   凍サイクルを形成せしめたことを特徴とする吸着剤循環
   による吸着式冷凍機。
2. 【請求項２】吸着剤循環経路の上方に高圧側の吸着剤加
   熱手段と凝縮器を、一方、下方に低圧側の吸着剤冷却手
   段と蒸発器を夫々配設し、両者の蒸気圧力差を吸着剤粒
   子層で保持したことを特徴とする請求項１記載の吸着剤
   循環による吸着式冷凍機。
3. 【請求項３】吸着剤循環経路の上部吸着剤と下部吸着剤
   の間に、脱着を終了して下降する吸着剤と吸着を終了し
   て上昇する吸着剤とが伝熱壁面を介して熱交換する熱交
   換部分を搬送通路と兼ねそなえたことを特徴とする請求
   項２記載の吸着剤循環による吸着式冷凍機。