JPH08303901A - 太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍サイクル形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】昼間太陽熱を利用し、固体吸着剤を用いた蓄熱
冷房を行い、ピーク電力カットに寄与するとともに熱効
率的にも他のヒートポンプその他の冷凍装置に比し遜色
の無い、太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の提供。 【構成】 再生時には太陽熱を効率よく集熱して内蔵す
る吸着剤を加熱すべく用意された６０℃以上の温水を有
効に利用したＴＰＳＡ方式による再生方式の採用により
蓄熱効率の高い冷凍サイクルを確立するとともに、吸着
時には冷媒蒸気の吸着による発熱を押さえるべく用意さ
れた冷却水がそれぞれ切り換え供給されるようにすると
ともに、その流量の加減によりより効率良く冷凍出力を
加減できるサーマルウエーブ伝播方式を採用するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸着冷凍装置より低い
熱源温度領域で作動する吸着式冷凍装置に関し、特に太
陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍サイクル形成方法
に関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】近年、吸収式冷凍装置より低い熱源温度
領域（略６０〜７５℃）で作動する吸着式冷凍装置の開
発が行なわれている。

【０００３】例えば、小さなスペースで効率よく蓄熱で
きる装置として真空容器内に吸着剤と、該吸着剤を加熱
冷却する伝熱面及び冷媒と該冷媒を凝縮、蒸発させる伝
熱面を収容するようにした吸着式蓄熱装置に関する提案
が特開平３ー９１６６０号公報に開示されている。

【０００４】また、最近は上記発明の改良案として、上
記吸着式蓄熱装置での冷房、暖房及び蓄熱運転の開始、
停止とともに、一度蓄熱したものを容易に保持できるよ
うにした提案が特開平５ー２７２８３２号公報に開示さ
れている。

【０００５】また、ゼオライト／水系の吸着式冷凍装置
の試験及び蓄熱器（２５０ＫＷｈ）の試験では、取出し
温度６０℃（８０℃）で加熱ＣＯＰ＝（１．４）１．３
を得、また、ゼオライト／水系及び活性炭／メタノール
系の冷凍装置単体としての試験、また両系を組み合わせ
たカスケード方式冷凍装置の試験を行い、冷凍能力２．
３５ＫＷ、蒸発温度２℃での冷凍ＣＯＰ＝０．９の想定
結果が得られ、また、ゼオライト／アンモニア系を使用
したガス焚き吸着式冷凍装置の試験で、加熱ＣＯＰ＝
１．６、冷凍ＣＯＰ＝０．６が得られている。最近で
は、吸着系に活性炭／アンモニア系を使用し、冷凍能力
１０ＫＷで冷凍ＣＯＰ＞０．７を得たと言う報告がなさ
れている。

【０００６】また、現在商品化された吸着式冷凍装置に
は、シリカゲル／水系を用い且つ工場廃熱を熱源とした
冷凍能力１００ＲＴまでの吸着式冷凍装置や、ゼオライ
ト／水系を用いた冷凍能力３０ＲＴの吸着式冷凍装置が
ある。

【０００７】一方、近年における冷房装置の普及は目覚
ましいものがあり、夏期一時期に発生する電力ピークの
一原因となっている。電力平準化の点からみると、特
に、沖縄県にあっては昼夜に亙って２つの消費電力のピ
ークが存在し、このピークの回避が重要な課題になって
いる。即ち、１５時台を中心とした１２〜１７時の５時
間及び２１時を中心とした１９〜２３時の４時間の冷房
需要を電力に頼らず、他のエネルギー源で処理すること
が要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記消費電力のピーク
を回避する手段として現在実用化されているものは、揚
水発電と蓄熱式空調システムしかなく、蓄熱式空調シス
テムの普及は電力会社にとって重要な課題となってい
る。

【０００９】また、吸着式冷凍装置は、地球温暖化現象
やオゾン層破壊等の環境問題の顕在化により、「脱フロ
ン」、「脱炭酸ガス」に加えて無公害性、安全性が高い
ことから廃熱回収システムとして注目を浴びている。一
方太陽熱に恵まれている地域ではこのエネルギーを冷房
の駆動源とするシステムが有効と考えられ、特に昼間太
陽熱を利用し、固体吸着剤を用いた家屋の蓄熱冷房を行
い、昼間のピーク電力カットに寄与する吸着式蓄熱型冷
房器の開発が強く望まれている。

【００１０】しかしながら、上記従来の吸着式冷凍装置
には、成績係数ＣＯＰの値も小さく熱効率的にはいまだ
しの状態にある。

【００１１】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、昼間太陽熱を利用し、固体吸着剤を用いた蓄熱冷房
を行い、ピーク電力カットに寄与するとともに熱効率的
にも他のヒートポンプその他の冷凍装置に比し遜色の無
い、太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍サイクル形
成方法の提供を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のために
は、太陽熱の集熱部から得られる６０℃以上の温水、具
体的には、７５℃前後の温水を利用し蓄熱型冷房システ
ムを構築する必要がある。即ち、太陽熱エネルギーの集
熱及び供給システムの確立と熱効率及び蓄熱密度の高い
吸着式蓄熱型反応器の用意等の手段の確立が必要であ
る。そのため、本発明に対しては、再生時には太陽熱を
効率よく集熱して内蔵する吸着剤を加熱すべく用意され
た６０℃以上の温水を有効に利用した温度スイング（Ｔ
ＳＡ）及び圧力スイング方式（ＰＳＡ）とを併用したＴ
ＰＳＡ方式による再生方式の採用により蓄熱効率の高い
冷凍サイクルを確立するとともに、吸着時には冷媒蒸気
の吸着による発熱を押さえるべく用意された冷却水がそ
れぞれ切り換え供給されるようにするとともに、その流
量の加減により効率良く冷凍出力を加減できるサーマル
ウエーブ伝播方式を採用するようにした。

【００１３】また、シリカゲル／水系の採用により、比
較的高い冷熱蓄熱密度４０〜５０Ｋｃａｌ／Ｋｇが得ら
れるようにした。また、吸着反応器と蒸発器との間に設
けた連結路には、吸着工程時以外は遮断できる蓄熱用の
蒸気バルブにより再生状態を維持できるようにした。こ
れにより再生工程後、吸着工程に移行するまでの間前記
蒸気バルブを閉じておく事により昼間若しくは夜間の冷
房需要時に電力に頼らず冷房運転を行う事が出来る。

【００１４】即ち、本発明は、吸着剤を充填して冷媒の
吸着及び再生をする吸着反応器と、再生時には前記吸着
剤の加熱により吸着剤より脱着した冷媒蒸気を凝縮器を
経由して冷媒液として貯蔵し吸着時には前記冷媒液を自
己蒸発させる蒸発器と、冷媒液の自己蒸発により発生す
る冷熱に対し冷熱負荷を形成する熱交換器とからなる吸
着式蓄熱型冷凍装置において、再生時に吸着反応器に内
蔵する吸着剤より冷媒を脱着させる加熱温水生成用の太
陽熱集熱器と、吸着剤より脱着した冷媒蒸気を排気する
真空ポンプと、前記脱着した冷媒蒸気を凝縮する凝縮器
とを設け、前記集熱器より反応器への温水供給と真空ポ
ンプの吸引量を適宜変化させて、好ましくは温度スイン
グと圧力スイング方式とを併用して吸着剤の再生を行う
再生工程と、吸着時に吸着剤の発熱を押さえる冷却水生
成用のラジエータその他の熱交換手段と、吸着反応器と
蒸発器との間に介装され、吸着時に蒸発器内の冷媒液に
自己蒸発作用を誘起させる蒸気バルブとを設け、前記再
生工程終了後前記蒸気バルブの遮断状態の継続により蓄
熱状態を維持した後、吸着工程時に該蒸気バルブを開放
して冷媒蒸気を蒸発器より反応器側に導き、該冷媒蒸気
の吸着による発熱をラジエータその他の熱交換手段より
の冷却水で押さえながら吸着を行う吸着工程とを備え、
前記蓄熱状態を挟んで前記再生工程と前記吸着工程との
交互繰り返しにより冷凍サイクル系を形成したことを特
徴とするものである。

【００１５】この場合、太陽熱の熱変動を防ぐために、
前記脱着用加熱温水の生成を、太陽熱集熱器とともに併
設した廃熱等を使用した補助熱源、または夜間に使用す
る電力ヒータにより行うようにした。また、好ましくは
前記吸着反応器は複数基を備えて再生工程と吸着工程を
並行して行うようにするのがよい。また、前記吸着剤／
冷媒系はシリカゲル／水系より構成した。更に前記蒸発
器はスプレイノズルからのシャワリングを行なって、蒸
発面積を大きくすることにより、蒸発層厚さを薄くし必
要な蒸発速度が得られるようにするのがよい。又前記再
生工程及び吸着工程はサーマルウエーブ伝播方式を採る
のがよい。この結果本発明においては、前記再生工程終
了後前記蒸気バルブの閉の状態を維持して再生工程によ
り生成した熱エネルギーの蓄熱を行った後、電力ピーク
時に前記蒸気バルブを開いて吸着工程を行う事が出来、
ピーク電力カットに有効に寄与する。

【００１６】

【作用】かかる技術手段によれば、蓄熱状態を挟んだ再
生工程と吸着工程とにより冷凍サイクルを形成して特に
太陽熱利用のＴＰＳＡ方式による再生を利用した冷房を
行なう事が出来る。即ち、冷房需要がピークに達しない
時間帯に再生工程を行い、即ち該再生工程は、集熱器に
より得られた６０℃以上の温水の反応器への温水供給量
を変化させて例えば吸着剤の再生温度を４０℃より６０
℃以上にスイングさせる。これにより内蔵された吸着剤
より脱着を始めた冷媒蒸気は例えば図２に示すように、
Ｐｅ→Ｐｇ（加熱工程）に上昇し、次に真空ポンプの吸
引量をＰｇ→４．６Torr（冷却工程）間で変化させて前
記反応器の温度スイング方式と圧力スイング方式とを併
用した再生を行い、反応器より排出された冷媒蒸気は凝
縮器を経由して蒸発器に冷媒液として貯蔵され、温度ス
イングと圧力スイング併用のＴＰＳＡ方式の再生をす
る。尚、夏の晴天時の様に太陽熱が豊富に利用できる場
合は、ｂ’まで温度再生を行ないその後減圧再生により
ｃ’まで再生を行なえば、冷媒循環量を増すことも可能
である。

【００１７】ついで、前記吸着剤の再生が終了した後、
電力需要がピークに達するまでの間、前記蒸気バルブを
閉じた状態を維持して、再生エネルギの貯蔵を行う。そ
して電力需要ピーク時には吸着工程を行うために、前記
蒸気バルブを開き、減圧された吸着反応器と冷媒液を貯
蔵した蒸発器とを結ぶ蓄熱用の蒸気バルブよりの冷媒蒸
気の吸着による発熱をラジエータその他の熱交換手段よ
りの冷却水で押さえながら好ましくはサーマルウエーブ
伝播方式による吸着を行えば、蒸発器の冷媒液は自己蒸
発作用を誘起し冷熱を発生するとともに、発生した冷媒
蒸気は前記バルブを介して冷却水により冷却中の吸着剤
に吸着される。そして前記冷熱により自ら冷やされた冷
媒液（冷水）は直接熱交換器に送られ冷房を行なう。

【００１８】この時吸着剤に発生する吸着熱は、ラジエ
ータその他の熱交換手段を介して前記温水に代わり冷却
水を反応器内の熱交換コイルを介して吸着剤と接触さ
せ、該冷却水により冷却除去される。尚、前記温水若し
くは冷却水の吸着剤の吸熱／放熱は、充填吸着剤若しく
は吸着剤モジュール内を循環する熱交換コイルにより行
われるが、これのみに限定されず、前記反応容器を外被
する水冷（温水）ジャケットにより行ってもよい。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載
されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は
特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそ
れに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の実施例にかかる太陽熱利用吸着式蓄熱型
冷凍装置の概略図で、図２は図１による冷凍サイクルを
示すグラフ図である。

【００２０】図１に示すように、本装置は吸着剤１１を
内蔵し冷媒の吸着再生をする吸着反応器１０と、再生時
凝縮器１９を介して凝縮された冷媒液１３を貯蔵して吸
着時には前記冷媒液１３に自己蒸発を誘起させる蒸発器
１２と、前記蒸発器１２内で自己蒸発により発生する冷
熱により降温された冷媒液１３（冷水）、負荷ポンプ２
２により循環させて冷房を行なわせる冷熱負荷を形成す
るファンコイル１５とで主構成を形成する。又前記反応
容器１０には温水（再生時）若しくは冷却水が循環して
吸着剤との熱交換を行う熱交換コイル１０ａが内包され
ている。

【００２１】一方再生工程時の主要構成として、加熱温
水生成用の太陽熱集熱器１６と、該集熱器１６で生成し
た加熱温水を反応器１０内の加熱コイル１０ａに循環さ
せて吸着剤を加熱して冷媒を脱着させる循環ポンプ１７
と、真空ポンプ１８を介して前記脱着した冷媒蒸気を吸
引して冷却水との熱交換により凝縮させる凝縮器１９と
を設け、後記する温度スイングと圧力スイングとを併用
した構成とする。尚、前記真空ポンプ１８は冷媒（水）
中へのオイルミストの混入を避けるために、オイルフリ
ー式のポンプ、例えばダイアフラム式ポンプで構成す
る。又前記循環ポンプ１７は管路２８中に設けた温度検
知センサＴよりの検知信号に基づいて集熱器１６より供
給される加熱温水の供給量の制御を行い、熱交換コイル
１０ａを介して加熱温水と吸着剤と熱交換して、反応器
１０内の吸着剤温度を４０℃より６０℃以上に温度上昇
可能に構成する。

【００２２】又前記装置の吸着工程側の主要構成とし
て、吸着工程時に作動し、該吸着工程時に吸着剤の発生
熱を押さえるべく前記循環ポンプ１７により管路２５及
び熱交換コイル１０ａを介して吸着剤を冷却する冷却水
を生成させるラジエータ２１と、蒸発器１２と吸着反応
器１０とを吸着時に連結して蒸発器１２内の冷媒液１３
に自己蒸発を誘起させる蒸気バルブ１４とを設け、前記
再生工程終了後前記蒸気バルブ１４の遮断状態の継続に
より蓄熱状態を維持した後、吸着工程時に該蒸気バルブ
１４を開放して冷媒蒸気を蒸発器１２より反応器側に導
き、該冷媒蒸気の吸着による発熱をラジエータその他の
熱交換手段よりの冷却水で押さえながら吸着を行うよう
にしている。また吸着工程時の冷熱取り出し制御はサー
マルウェーブ伝幡方式とし、循環ポンプ１７の回転数制
御により流量を調整することにより行う。

【００２３】前記集熱器１６と反応器１０間を結ぶ管路
２４、管路２７及び前記管路２７を分岐させてラジエー
タ間を結ぶ管路２５には夫々開閉弁２６，２７を設け、
再生工程時には弁２６を閉じ且つ集熱器１６側の弁２７
を開放して前記ポンプ１７を介して加熱温水を吸着剤に
供給可能に、又吸着工程時には吸着剤の発生熱を押さえ
るべく前記弁２７を閉じ弁２６を開放してしてポンプ１
７を介してラジエータ２１にて吸着剤に供給する冷却水
を生成させている。尚、３０は凝縮器１９で冷却後の冷
却水を蒸発器１２に戻す弁である。なお、吸着反応器１
０には、廃熱または夜間電力ヒータその他の補助熱源２
９を設け、太陽熱のみによる集熱困難な場合に前記集熱
器１６と併用して若しくは集熱器１６に代えて使用でき
るようにしてある。

【００２４】吸着反応器１０の構造は図４に示すよう
に、シリカゲルを用いた吸着モジュール１００を板状に
形成するとともに、該板状モジュール１００を垂直に立
設させた状態で長手方向にそって延在させ、そして該延
在させた板状モジュール１００を５枚、所定空隙を介し
て反応器１０内に平行に並設することにより冷媒の圧損
をなくする構成とする。

【００２５】又前記モジュール１００には熱交換コイル
１０ａが巻回されており、太陽熱集熱器１６若しくはラ
ジエータよりの温水若しくは冷却水を前記熱交換コイル
１０ａを介して吸着剤と熱接触可能に構成されている。
なお前記熱交換コイル１０ａは各モジュール１００に巻
回可能に分岐管２４ａを介して管路２４を介して太陽熱
集熱器１６若しくはラジエータ側の管路２８、２５と接
続されている。

【００２６】一方前記反応器１０の冷媒導入口１０ｂは
前記板モジュール１００の延在方向に短手側側壁に開口
し、サーマルウエーブの形成の容易化を図るとともに蒸
気バルブ１４を介して蒸発器１２と接続されている。
（図１参照） 又前記熱交換コイル１０ａもその入口側１０ａ₁ を冷媒
導入口１０ｂの反応容器上面側に設け、板モジュール１
００の延在方向に沿って巻回し、その出口側１０ｂ₁ を
冷媒導入口反対側の反応容器上面側より導出させてお
り、これによってもサーマルウエーブの形成の容易化を
図る。又真空ポンプ１８の吸引口１８ａは前記入口開口
反対側の反応器上面側に設け、板モジュール１００の延
在方向に冷媒が流れるように構成するとともに、該ポン
プ１４にオイルフリー真空ポンプを用いるのがよい。前
記板状モジュール１００には図３に示すように温度セン
サＴが長手方向に沿って直線状に取付けられ、サーマル
ウエーブの検知の容易化を図る。

【００２７】凝縮器１９はシェル＆チューブ型の熱交換
器を採用し、蒸発器１２はスプレイノズル１３Ａからの
シャワリングを行なって、蒸発面積を大きく、蒸発層厚
さを薄くし、必要な蒸発速度が得られるようにした。

【００２８】そしてかかる実施例に基づく冷凍サイクル
は図２に示すように、再生工程はａ→ｂの加熱工程とｂ
→ｃの減圧再生工程とで構成される。即ち、再生工程で
は、弁２６を閉じ且つ集熱器１６側の弁２７を開放して
ポンプ１７を介して、前記太陽熱集熱器１０から得られ
た６５〜８０℃前後の温水で吸着剤１１を加熱しながら
蒸気圧をＰｅ→Ｐｇに上昇させつつ吸着剤１１温度を４
０から６０℃以上に上昇させるａ→ｂの加熱工程を行っ
た後、ポンプ１７の回転数制御により吸着剤１１温度を
６０℃以上に維持させつつ真空ポンプ１８で吸引し、反
応器１０内圧力をＰｇ→４．６Torrに減圧させるｂ→ｃ
の減圧再生工程により吸着剤の再生、言換えれば温度ス
イング方式と圧力スイング方式との併用により吸着剤の
再生を行なう。尚、太陽熱が豊富に利用できる場合は、
ｂ’まで温度再生を行ないその後減圧再生によりｃ’ま
で再生を行なえば、冷媒循環量を増すことも可能であ
る。図５は前記再生工程におけるサーマルウエーブ特性
を示し、吸着剤板モジュール１００の流れ方向に沿って
時間経過とともに吸着剤温度が平滑化していることが理
解できる。

【００２９】ついで、前記吸着剤の再生が終了した後、
電力需要がピークに達するまでの時間に対応させて、所
定時間前記蒸気バルブ１４の閉じた状態を維持して、再
生エネルギの貯蔵を行う。

【００３０】そして電力需要ピーク時に対応する所定時
間経過後、図２のｃ→ｄの吸着剤冷却を行った後前記蒸
気バルブ１４を開き、ｄ→ａの吸着を行う。即ち、吸着
工程では前記集熱器１６側の弁２７を閉じラジエータ２
１側の弁２６を開放してしてポンプ１７を介してラジエ
ータ２１にて生成した冷却水を吸着反応器１０側に供給
して吸着剤１１温度を６０℃以上から４０℃以下に下降
させるｃ→ｄの冷却工程を行った後、蒸気バルブ１４を
開にし、蒸発器１２の水を蒸発させてその冷媒蒸気を冷
却水で冷却中の吸着剤１１に吸着させるとともに、蒸発
器１２で起きる前記自己蒸発作用によって、冷熱を発生
させるｄ→ａの吸着工程を行い、この冷熱により自ら冷
却された冷媒液（水）は冷水となり、直接ファンコイル
１５に送られ、冷房を行なう。なお、この時発生する吸
着熱は、ラジエータ２１により形成された前記冷却水に
より冷却除去される。尚、上記ｄ→ａの吸着工程に於い
ては、温度は４０℃を維持しつつ圧力は４．６Torrから
Ｐｅに上昇する。

【００３１】図６は前記吸着工程におけるサーマルウエ
ーブ特性を示し、吸着剤板モジュール１００の流れ方向
に沿って時間経過とともに吸着剤温度が平滑化している
ことが理解できる。そして前記吸着工程と再生工程は蓄
熱状態を挟んで交互に行われる。この際、前記吸着反応
器１０は２基を用意しバッチ式に吸着工程と再生工程を
交互に並行して行い、蓄熱冷房を行なうようにすること
により一層効率的である。

【００３２】図３には、本発明の実施例である日中４〜
５時間の冷房を賄える冷熱蓄熱容量１２０００〜１５０
００Ｋｃａｌ、冷房能力２０００〜３０００Ｋｃａｌ／
ｈの太陽利用吸着式蓄熱型冷凍装置に就いての、性能検
討用概略図が示してある。図に示すように、Ｔは温度検
知器を示し、Ｐは圧力トランジューサを示し、Ｆは流量
計を示してある。吸着反応器１０にはサーマルウエーブ
伝播方式を確認するために温度検知器が上下（流路方
向）にシリーズに配設されている。太陽熱集熱器１６は
集熱板１６Ａと該集熱板１６Ａにより加温された温水を
貯溜する貯溜部１６Ｂからなる。

【００３３】吸着反応器１０は、前記したように反応容
器内に複数の吸着器反応モジュール１００が上下に平行
に並設して構成され、単一モジュール１００はプレート
型構造にしてあるとともに夫々に熱交換コイル１０ａが
巻回されている。なお、該モジュール１００の伝熱面
積、吸着剤充填量及び充填層の厚さは熱移動及び物質移
動の両面から最適化がはかられている。また、吸着工程
時の冷熱取出しは、前記したようにサーマルウエーブ伝
播方式によるため、流路方向に温度分布が形成される構
成とした。

【００３４】なお、図１に加え、詳細な配管系、特に吸
着反応器内の温水、冷却水配管の状況を示す図が追加記
載され、また、凝縮された冷媒液がいきなり蒸発器１２
に送り込む前に、計量用の液溜め２０を経由するように
してある。

【００３５】性能検討の試験は、サイクル線図に従って
下記操作手順で行なった。再生工程は前記したように温
度スイングと圧力スイングとの併用したＴＰＳＡ方法で
行なった。即ち、所定の温度（６５〜８０℃）の温水を
吸着反応器１０に供給して、吸着反応器１０を加熱しな
がら真空ポンプ１８にて吸着剤１１より脱着される冷媒
蒸気を排気し、凝縮器１９へ送り凝縮させ、計量用液溜
め２０を経由して凝縮量を計量させ、蒸発器１２に送り
込む。再生温度のコントロールはサーマルウェーブ伝播
方式を効率的に行えるように前記吸着反応器１０への冷
却水量を調節することにより行なうようにした。

【００３６】ついで、前記再生工程が終了した後、電力
需要がピークに達するまでの時間を考慮して、前記蒸気
バルブ１４の閉じた状態を維持して再生エネルギの貯蔵
を行った後、吸着工程に移行する。吸着工程では計量液
溜め２０の凝縮水を蒸発器１２に戻し、ラジエータ２１
を作動させ、ポンプ１７を介して冷却水を吸着反応器１
０へ供給し吸着剤を冷却する。同時に蒸発器１２へのス
プレイをポンプ２２及びノズル１３Ａにより開始させな
がら、負荷用のファンコイル１５を起動し、所定の冷房
を行う。その後、吸着反応器１０と蒸発器１２との間の
蒸気バルブ１４を開にする。

【００３７】冷却出力のコントロールは図６に示すサー
マルウェーブ伝播を円滑に行うために前記吸着反応器１
０への冷却水量を調節することにより行なうようにし
た。なお、成績係数ＣＯＰは温水出入口温度差と流量よ
り求めた加熱量、真空ポンプの軸動力、並びに負荷１５
の冷水温度差と流量から求めた冷熱量より評価した。な
お、運転試験条件は、再生温度Ｔｇ＝６５〜７５℃、凝
縮温度Ｔｃ＝３５〜４０℃、吸着温度Ｔａ＝２５〜４０
℃、蒸発温度Ｔｅ＝５〜１０℃の範囲で行なった。

【００３８】上記試験の結果、吸着反応器へ供給される
温水及び冷却水流量の調整により、図５及び図６に示す
サーマルウェーブ伝播が円滑に行われ、吸着剤各部の温
度は時間とともに流路方向に伝播していく様子が観察さ
れた。また、冷凍出力の運転制御は吸着反応器へ供給す
る冷却水量をポンプ１７で絞りながら、図６に示すサー
マルウェーブを形成することで略冷水温度入り口／出口
＝１０／５℃一定の運転が可能であることが確認され
た。また、夜間に外気温度により吸着反応器の温度が低
下した状態からの冷房運転の際もサーマルウェーブによ
る運転方法が有効であることが確認された。

【００３９】上記一連の運転試験により冷凍能力、冷熱
蓄熱量ともに良い結果が得られた。太陽熱利用吸収式冷
凍装置及びクラスレート式蓄熱冷房システムに対し、本
発明の太陽熱利用吸着式蓄熱型冷房機との性能比較は表
１に示すとおりである。

【００４０】

【表１】

【００４１】本実施例によれば、蓄熱密度は本発明の吸
着式冷凍装置ではクラスレート式に比較し約 1.9 倍で
あり、成績係数は若干落ちる程度である。また、基本的
には脱フロンであり、シリカゲル／水系のみを使用して
いるため、安全性も高く、吸収式にみられる腐蝕の問題
もなく、電力ピークカットに対しても有効である。特に
下記事項に関しては顕著な効果を持つものである。即ち
本発明は低温熱源で作動することができ、特に太陽熱を
利用して６０〜７０℃の低熱源でも作動することができ
る。

【００４２】又吸着剤（シリカゲル）及び冷媒（水）は
化学的にも安定しており、地球環境のみならず人体に対
しても悪影響を与えることがない。加熱減圧再生（ＴＰ
ＳＡ）法を使用しているので、蓄熱効率が高い。吸着剤
は真空下冷媒（水）のみを吸着させるので、半永久的に
使用でき交換する必要がない。

【００４３】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、昼間
太陽熱を利用し、固体吸着剤を用いた蓄熱冷房を行い、
昼間のピーク電力カットに寄与するとともに熱効率的に
も他のヒートポンプその他の冷凍装置に比し遜色の無
い、太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍サイクル形
成方法を得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる太陽熱利用吸着式蓄熱
型冷凍装置の概略図である。

【図２】図１による冷凍サイクルを示すグラフ図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例にかかる太陽熱利用吸着式
蓄熱型冷凍装置の概略図である。

【図４】図１に示す冷凍装置の吸着反応器の内部構成を
示す概略斜視図である。

【図５】再生工程におけるサーマルウエーブを示す特性
図である。

【図６】吸着工程におけるサーマルウエーブを示す特性
図である。

【符号の説明】

１０…吸着反応器 １１…吸着剤 １２…蒸発器 １３…冷媒液 １４…蒸発バルブ １５…ファンコイル（熱交換器） １６…太陽熱の集熱器 １８…真空ポンプ １９…凝縮器 ２１…ラジエータその他の熱交換手段

フロントページの続き (72)発明者 柳 秀治 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 伊佐 修 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着剤を充填して冷媒の吸着及び再生を
   する吸着反応器と、再生時には前記吸着剤の加熱により
   吸着剤より脱着した冷媒蒸気を凝縮器を経由して冷媒液
   として貯蔵し吸着時には前記冷媒液を自己蒸発させる蒸
   発器と、冷媒液の自己蒸発により発生する冷熱を利用し
   て冷熱負荷との熱交換を行う熱交換器とを含む吸着式蓄
   熱型冷凍装置において、 再生時に吸着反応器に内蔵する吸着剤より冷媒を脱着さ
   せる加熱温水生成用の太陽熱集熱器と、吸着剤より脱着
   した冷媒蒸気を排気する真空ポンプと、前記脱着した冷
   媒蒸気を凝縮する凝縮器とを設け、前記集熱器より反応
   器への温水供給と真空ポンプの吸引量を適宜変化させ
   て、好ましくは温度スイングと圧力スイング方式とを併
   用して吸着剤の再生を行う再生工程と、 吸着時に吸着剤の発熱を押さえる冷却水生成用のラジエ
   ータその他の熱交換手段と、吸着反応器と蒸発器との間
   に介装され、吸着時に蒸発器内の冷媒液に自己蒸発作用
   を誘起させる蒸気バルブとを設け、前記再生工程終了後
   前記蒸気バルブの遮断状態の継続により蓄熱状態を維持
   した後、吸着工程時に該蒸気バルブを開放して冷媒蒸気
   を蒸発器より反応器側に導き、該冷媒蒸気の吸着による
   発熱をラジエータその他の熱交換手段よりの冷却水で押
   さえながら吸着を行う吸着工程とを備え、 前記蓄熱状態を挟んで前記再生工程と前記吸着工程との
   交互繰り返しにより冷凍サイクル系を形成したことを特
   徴とする太陽熱利用の吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍サイ
   クル形成方法。
2. 【請求項２】 前記脱着用加熱温水の生成を、太陽熱集
   熱器とともに併設した廃熱等を使用した補助熱源、また
   は夜間に使用する電力ヒータにより行う事を特徴とする
   請求項１記載の太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍
   サイクル形成方法。
3. 【請求項３】 前記吸着反応器は複数基を備えて再生工
   程と吸着工程を並行して行うことを特徴とする請求項１
   記載の太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍サイクル
   形成方法。
4. 【請求項４】 前記吸着剤／冷媒系はシリカゲル／水系
   より構成した請求項１記載の太陽熱利用吸着式蓄熱型冷
   凍装置の冷凍サイクル形成方法。
5. 【請求項５】 前記吸着反応器へ供給される温水及び冷
   却水の流量調整をしてサーマルウエーブ伝播方式により
   再生及び吸着時の出力調整を行うことを特徴とする請求
   項１記載の太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置の冷凍サイ
   クル形成方法。
6. 【請求項６】 前記蒸発器はスプレイノズルからのシャ
   ワリングを行なって、蒸発面積を大きくすることを特徴
   とする請求項１記載の太陽熱利用吸着式蓄熱型冷凍装置
   の冷凍サイクル形成方法。
7. 【請求項７】 前記再生工程終了後前記蒸気バルブの閉
   の状態を維持して再生工程により生成した熱エネルギー
   の蓄熱を行った後、電力ピーク時に前記蒸気バルブを開
   いて吸着工程を行うようにした請求項１記載の吸着式蓄
   熱型冷凍装置の冷凍サイクル形成方法。