JPH0810091B2 - 吸着式冷凍機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の吸着塔を有する吸着式冷凍機におけ
る冷凍出力の制御方法に係り、詳しくは、利用側の負荷
減少に対応して、前記吸着式冷凍機の冷凍出力を効率的
に減少させ、出力／入力の特性を最大限に利用する制御
方法に関するものである。

（従来の技術） 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
冷却水を一定時間毎に交互に供給し、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に
システムが組まれている。

そして、上記吸着式冷凍機の運転中における利用側負
荷の軽減等に伴って、冷凍出力を減少させる場合には、
通常、吸着剤が加熱用熱媒の流量を制御することが行わ
れている。一般に加熱用熱媒としては、前記固体吸着剤
の加熱脱着が可能なように85℃前後の温水が使用されて
いることを考慮し、この方法は、負荷の低下に応じてこ
の温水の供給弁を絞ったり、あるいは供給ポンプの回転
数を下げたりしている。

また、他の制御方法としては、負荷が低下したとき、
一定時間、冷凍機自身の運転を停止する、いわゆるON,O
FF制御がある。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前者の方法では供給弁の開度を制御するた
めの複雑な機構が必要であったり、ポンプの回転数を変
更するための補機の併設を余儀無くされ、また、後者の
方法では運転再開に伴う動力損失が大きいという問題が
ある。

しかも、上記の方法はいずれも、吸着式冷凍機の特性
を考慮するとき、充分にそれが生かされたものとは云え
なかった。

即ち、第３図に示すように、吸着式冷凍機においては
一般に入力がなされると、直ちに出力を得、しかる後、
入力が急速に消滅するにもかかわらず出力はかなりの時
間をかけて低下するという特性を有している。

そのため、通常にあっては所定の時点、例えば（Ｔ）
で吸，脱着工程が切り換わり、（Ｔ）以降の低出力は切
り捨てられるが、これは高負荷運転に際しては、低出力
のため、支障のないものであるが、前述の制御方法で
は、同様のことが低負荷時にも起こり、吸，脱着が切り
換わったとき、あるいは運転が停止した時に低負荷に充
分見合うだけの低出力が残っているにもかかわらず、そ
れを廃棄しなければならないという不都合を生じる。

本発明は、上記の如き実状に鑑み、吸着式冷凍機の特
性を十二分に利用して、前記吸着式冷凍機の負荷に応じ
た出力制御を効率的に行う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、上記課題に適合するための本発明の特徴は、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、前記蒸発器には利用側熱
媒を循環せしめ、また前記複数基の吸着塔のうち、少く
とも一つが他と異なる工程となる如く、吸着，脱着工程
の切り換え運転がなされる吸着式冷凍機において、冷凍
出力を制御するため、蒸発器入口の利用側熱媒の状態を
検知し、吸着，脱着工程の切り換えを停止することによ
って負荷が少なくなったとき、出力も亦、小さいものと
させることにある。

ここで、上記吸脱着工程の切り換えの停止は、吸着式
冷凍機内の冷却水および熱源側熱媒更には冷媒の配管中
のバルブの開閉動作を全て現状で停止させることによ
る。

また、検知する利用側熱媒の蒸発器入口直前の状態と
しては、該熱媒が、利用側負荷に冷熱を与え、自身は温
度を上昇させて、再び循環してきた時の温度の検知が最
も容易であり、利用側の負荷が大きいときは温度は高
く、逆に利用側負荷の小さいときは温度は低く表示され
る。しかし、これに限らず、他にも圧力または出口温度
を検知して蒸発器入口直前の利用側熱媒の状態を検知す
ることもできる。

そして、例えば、温度を検知する場合には、利用側熱
媒の配管中、蒸発器入口手前に温度感知器を設置するこ
とで、負荷の状況を知らしめると共に、前記吸，脱着工
程の切り換え停止機構と連動させて、効率的な吸着式冷
凍機の制御を行わしめる。

（作用） 以上のような制御方法によれば、吸着式冷凍機におい
て、利用側負荷の減少を蒸発器入口状態により感知した
際、前述の如くバルブを全て現状で固定し、これによっ
て吸，脱着工程の切り換えを停止すると、第３図の出力
側における通常の切り換え時（Ｔ）以降の比較的低出力
部分を出力され、これを利用側の低負荷の冷凍に利用す
る。

しかも、蒸発器入口手前の利用側熱媒の状態を感知す
ることによって、利用側の負荷状況を判断できるため、
前記感知状態が所定以下の場合、前記バルブを全て固定
するように設定された制御装置を用いれば、前述の制御
運転の状態を自動的に行わせることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明方法を第１図および第２図に示す吸着式
冷凍機で温度検知により制御する場合について説明す
る。

第１図および第２図は本発明方法が適用可能な吸着式
冷凍機の一例を示す概要図である。なお、熱媒または冷
媒が流れている流路は実線で、流れていない流路は破線
で示している。

これら図において（11）及び（11）′は真空容器（1
2）及び（12）′内に太陽熱収集器あるいは工場廃熱な
どの低等級熱源から、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）′を真空容器（12）（12）′とは、途中にバ
ルブ（19）（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）（1
1）′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）の底部に貯留し、配管（1
8）を通じて前記蒸発器（17）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（17
a）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（14）から導入された冷媒液を貯留して伝
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。

また前記利用側熱媒は、前記蒸発器（17）と利用側の
負荷（図示せず）とを循環するように配管され、そし
て、蒸発器（17）入口手前では、その配管中に設けられ
た温度感知器（27）によって、蒸発器（17）流入温度が
計測される。

図中、（V₁）（V₂）（V₃）・・・（V₈）が、前記吸着
塔（11）（11）′の伝熱管（13）（13）′、凝縮器（1
4）の伝熱管（21）、冷却水入口（23），冷却水出口（2
4）、熱源側熱媒入口（25）ならびに熱源側熱媒出口（2
6）を撃ぐ管路に設けられたバルブであって、各バルブ
（V₁）（V₂）（V₃）・・・（V₈）は、通常、順序的に開
閉動作をすると共に、前記温度感知器（27）の温度にも
とづき、その開閉動作を停止することができるようにな
っている。

また、前記吸着塔（11）（11）′と凝縮器（14）及び
蒸発器（17）とを撃ぐダクト（16）（16）′（20）（2
0）′に設けられるバルブ（15）（15）′（19）（1
9）′も上記同様、順序的に開閉すると共に、その開閉
動作を止めることも可能である。

次いで、上記の吸着式冷凍機の通常の高負荷運転時の
作動状況を説明する。

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）から逆出された熱源側熱媒は、バル
ブ（V₆）を通じて第２の吸着塔（11）′の伝熱管（1
3）′に入り、固体吸着剤（Ｓ）を加熱脱着し、バルブ
（V₂）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（15）を通って凝縮器（14）に入り、伝熱管（21）内
を通過する冷却水で冷却されて液化し、胴体（14a）の
底部に貯留され、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（14）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）内を流れる利用側熱媒から蒸着潜熱を
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等の利用側負荷（図示せず）
に供給すれば一般的な空調システムの温度条件（例え
ば、冷却水に温度30℃，利用側熱媒入口温度12℃，同出
口温度７℃）で満足させることができる。

次に、上記の運転状態から２基の吸着塔（11）（1
1）′の吸，脱着工程を切り換えて運転した状況を第２
図に示す。

先ず、バルブ（V₁）（V₂）（V₃）・・・（V₈）及びバ
ルブ（15）（15）′（19）（19）を一斉に切り換える
と、入口（25）から入った熱源側熱媒は、バルブ（V₁）
を通じて第１の吸着塔（11）′へ流入し、該第１の吸着
塔（11）′内で固体吸着剤（Ｓ）の加熱脱着をした後、
バルブ（V₇）を通って熱源側熱媒出口（26）へ向かう。
一方、入口（23）から流入した冷却水は、凝縮器（14）
を経て、バルブ（V₃）を通り、第２の吸着塔（11）′へ
入り、ここで固定吸着剤（Ｓ）を冷却した後、バルブ
（V₈）を通って出口（24）へ向かう。

かくして、第１の吸着塔（11）は脱着、第２の吸着塔
は吸着運転へと反転すると共に、第１図の場合と同様の
作用によって、利用側熱媒を冷却し、吸着式冷凍機の連
続運転を可能にしている。

以上のように作動する吸着式冷凍機において、利用側
負荷が減少した際の、本発明に係る制御方法を次に説明
する。

利用側負荷の減少は、利用側負荷に冷熱を与えて、再
び蒸発器（17）へ還流する利用側熱媒の温度の低下とな
って表われる。（例えば今の場合は前記の12℃以下の値
となる。） 従って、この場合は、先ず、前記利用側熱媒の蒸発器
（17）流入前の温度を、前記温度感知器（27）によって
計測し、利用側負荷の状況を把握し、次いで、その結果
が所定温度より低く、低負荷と判断する場合は、全バル
ブの開閉動作を現状で停止させて、吸，脱着工程の切り
換えを停止する。

以上の操作によって、冷凍出力は第３図の吸，脱着切
り換え時点（Ｔ）においても切り換わらず入力が殆ど無
いにもかかわらず、低出力を放出し続ける。

次いで、（Ｔ）以降の出力が低くなり過ぎ、もはや利
用側の低負荷に対応できなくなったときは前記温度感知
器（27）の温度が再び所定温度以上に上昇し、これを表
示する。このとき、再び吸，脱着運転を始めるべく、バ
ルブの開閉動作を開始することによって通常の出力を得
る。

本発明は、上記の方法を繰り返すことによって低負荷
に対応する低出力を得ることが可能であるが、さらにこ
れを自動運転すべく、前記温度感知器（27）の所定温度
での信号に応答する制御装置を設け、該制御装置によっ
て、全バルブの開閉動作を制御すれば、より本発明方法
を実効ならしめることができる。

なお、以上は吸着塔を２基並設した吸着式冷凍機につ
いて説明したが、本発明方法は何らこれに限定されるも
のではなく、吸着塔を３基以上並設し、連続した冷凍出
力を得るように構成された吸着式冷凍機にも適用可能な
ことは云う迄もない。

（発明の効果） 以上述べた如く、本発明は、利用側の負荷が減少した
とき、吸着式冷凍機の吸着及び脱着の工程切り換えを一
時、停止し、これによって従来、廃棄されていた低出力
を排出せしめ、これを利用側の低負荷に適用せしめるも
のであるから、複雑な機構を必要としないことは勿論、
吸着式冷凍機の出力及び入力特性に鑑みた場合、入力が
殆ど無い時点での出力を利用するという効率的な資源の
利用方法であり、本発明方法を適用することによってCO
Pの向上も果たすことができる。

また、利用側熱媒の状態を蒸発器入口手前で計測する
ことによって、負荷の変化を正確に素早く把握でき、前
記の制御方法をより効果的ならしめ、更にバルブの開閉
機構と、前記の状態を検知する検知器との間に制御装置
等を設け、両者を連動させることによって効率的な自動
制御運転をも可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明方法を適用可能な吸着式冷凍
機システムの一例を示す概要図、第３図は同吸着式冷凍
システムの出力及び入力の特性を示すグラフである。 （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， （27）……温度感知器（検知器），

───────────────────────────────────────────────────── 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―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63−46356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−225561（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   如く凝縮器及び蒸発器に接続すると共に、前記蒸発器に
   は利用側熱媒を循環せしめ、また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，脱着工程の切り換え運転がなされる吸着式冷凍機に
   おいて、蒸発器入口の利用側熱媒の状態を検知し、利用
   側負荷が減少したとき、前記吸着，脱着の工程切り換え
   を一時停止することによって、高負荷運転時に廃棄され
   る低出力を前記低負荷に適用せしめる前記吸着式冷凍機
   の制御方法。