JPS62175562A - 吸着式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用して冷凍運転を
行う吸着式冷凍装置に関するものである。

（従来の技術） 近年の世界的なエネルギー資源枯渇の問題は、エネルギ
ー資源の乏しい我が国の将来にとって極めて深刻な問題
であり、特に、エネルギー資源の無駄使いについては今
後、厳しく管理して行く必要がある。

ところで、この種エネルギー資源のうちでも、とりわけ
、火力発電所で高温熱回収した後の冷却水あるいは化学
工場等で副次的に発生する８０℃以下の低温熱源は、こ
れを回収する装置の効率、回収コスト等の問題が原因で
全く利用することなく廃棄しているのが実情である。

また、クリーンエネルギーの獲得を目指して開発が進め
られている太陽熱エネルギーの利用技術分野においても
、平板式集熱器で容易に得られる８０℃以下の低温熱媒
を冷房運転の熱源として利用することが、装置コストお
よびランニングコストの面で最も有利であることが知ら
れているが、この場合においても、従来の吸収式冷凍機
を使用した冷房システムでは、熱源の温度が低いために
一般的な空調システムの温度条件（冷却水入口温度３０
℃、冷却入口温度１２℃、冷水出口温度７℃）を満足す
る能力を十分発揮させることが出来ず、冷凍機の大型化
等による装置コストの高騰を免れなかった。

そのため、最近では従来の吸収式冷凍機に替え、シリカ
ゲルあるいはゼオライト等の吸着剤の冷媒吸脱着作用を
応用した吸着式冷凍機を空調システムに組み込むことが
見立されつつある。

第８図は、この様な吸着式冷凍機の一例を断面により示
したものである。

この吸着式冷凍機は、一定量の冷媒を封入した横長円筒
状の真空容器（１）の内部に、太陽エネルギー収集器等
で得られた熱媒を通過させるフィン付の伝熱管（２）と
、利用側熱媒を通過させる直線状マニホールド（３）　
、　（ｉ）と一体の板状の蒸発凝縮器（４）。

（４５とを所要間隔を置いて水平に収設し、該蒸発凝縮
器（４）　、　（４’）の周囲を円筒状の耐発散遮蔽物
（５）　、　＜ｒ；＞で包囲すると共に、前記伝熱管（
２）の外周におけるフィン（６）の対向間隙にゼオライ
ト、活性炭、活性アルミナ又はシリカゲル等の固体吸着
剤（７）を取付けた構造を有し、脱着運転時においては
、前記伝熱管（２）に熱源から供給される流体を通過さ
せ、固体吸着剤（７）を加熱して脱着すると、該固体吸
着剤（７）から吐き出された冷媒蒸気は蒸発凝縮器（４
）　、　（４’）の表面で凝縮してこれに付着する。ま
た、吸着運転時においては、前記伝熱管（２）に冷却水
を流し、固体吸着剤（７）を冷却すると、該固体吸着剤
（７）は、真空容器（１）内の冷媒蒸気および前記蒸発
凝縮器（４）。

（４）表面の冷媒を吸着するため、冷媒が容器（１）内
で蒸発する際に蒸発凝縮器（４）　、　（４’）から熱
を奪い、該蒸発凝縮器（４）　、　（４）と一体の直線
状マニホールド（３）内を通過する利用側熱媒を冷却す
る。

かくして上記吸着・脱着を交互に反災して行い冷却され
た利用側熱媒をビル等の空調に使用する。

（特開昭６０−１６８５２号公報参照）（発明が解決し
ようとする問題点） ところが上記従来構造の吸着式冷凍機においては、真空
容器（１）内に封入され、吸脱着される冷媒が常時一定
量であるため、冷凍機の負荷変動に伴う温度条件の変化
、例えば、利用側における負荷が増加し、設定温度を下
げたときは、冷媒量が不足し、充分に冷凍能力を発揮出
来ず、また、これとは反対に利用側の負荷が減少し、余
剰冷媒が生じた場合は、蒸発凝縮板表面の冷媒液膜が設
定値より厚くなり、熱伝達率の低下を招くと共に、これ
が真空容器（１）の底部に滴下し、吸着時に容器自体が
冷却されてエネルギーロスを生じる問題がある。

なお、上記冷媒量の過不足の原因としては次のようなこ
とが考えられる。

吸着剤の性質を示す第９図の比蒸気圧−吸着量線図をも
とに吸着式冷凍機の作動例について説明する。今、脱着
終了時点の吸着剤温度８０℃、凝縮温度３０℃、吸着剤
をシリカゲル、冷媒を水とすると 比蒸気圧（Ｐ／ｐｏ　）　＝　８１．８皿Ｈｇ／ａ　５
５．３　ｍｍＨｇ＝　０．０９ この時の吸着量は第９図のグラフより０．０７２に％で
ある。（グラフの点（Ａ）） また吸着終了時の吸着剤温度３０℃、蒸発温度５℃とす
ると、比蒸気圧は Ｐ／Ｐｏ＝　６．５４皿Ｈｇ／３１．８　ｍｍＩ（ｇ　
＝　０．２このときのシリカゲルの冷媒吸着量はグラフ
より０、１２５　”９／に９である。（グラフの点Φ）
）これから冷凍に反映される冷媒量（冷媒循環量）は ；、０．１２５−０．０７２＝０．０５８に９７Ｋｇで
ある。

一方、脱着終了時の比蒸気圧が点（４）であっても吸着
終了時の吸着剤温度３０℃、蒸発温度１０℃とすると比
蒸気圧は Ｐ／ＰＯ＝　９．２６ｍｍｎｇ／ａ　ｔ、ｓｍｍ■ｇ　
＝　０．２９となり、このときの吸着量は０．１６に９
／Ｋｇ（グラフの点（Ｏ）であるため、冷媒循環量は、
：、　０．１６−０．０７２　＝　０．０８８ＫＶＫ９
に増加する。

この様に脱着終了時の比蒸気圧が同じであっても吸着終
了時の蒸発温度が上昇するか、又は吸着剤温度が降下す
れば冷媒循環量が増し冷凍能力が上がることになるが、
点（４）から点（９）の間で冷媒を循環させるように冷
媒封入量を設定していると、温度設定の変更により点（
４）から点（Ｏの間で作動させようとしても冷媒量が不
足し能力が出ないことになる。

また、反対に点（４）から点（Ｏの間で冷媒が循環する
ように冷媒封入量を設定した後、点（４）から点の）の
間に運転条件を変更すると冷媒量が過剰になり、この過
料冷媒が真空容器（１）の内面に付着し、これが蒸発す
るとき、該真空容器（１）を冷却するエネルギーとして
消費されエネルギーロスを生じる問題がある。

一方、この種吸着剤を使用した吸着式冷凍機は、一般に
吸着剤（７）の吸脱着に要する時間が短い程単位時間当
りの冷凍能力が増し、連続運転冷凍能力も大巾に向上す
るが、容器（１）内の冷媒の量（吸着剤の飽和吸着量）
は、前述の如く装置がＭ転されるときの空調システムの
温度条件、即ち、冷凍能力および設定温度を設計基準に
して求められるため、このときに必要な吸着剤の量も必
然的に決定される。従って、吸着剤の量を同じと仮定す
れば、これを充填保持する伝熱管（２）の形状等によっ
て吸脱着サイクル時間、特に吸着時のスピードが大きく
左右されることになる。

また、蒸発凝縮器側においても同様に冷媒の凝縮保持能
力、特に、冷媒を均一で、かつ、可能な限り薄い液膜状
態で保持すれば、前記吸着剤（７）の吸着スピードをよ
り早めることが出来る。

ところが、従来の吸着式冷凍装置は、一般に１００〜３
００℃　の比較的高い熱源の利用を目標とし、脱着終了
時の吸着剤温度を高く、冷媒吸着量を多く設計すること
が出来、これによって必要な冷凍能力を確保することが
可能なため、伝熱管（２）のフィン形状、フィン高さ等
の工夫がなされず、単に通常のフィン付伝熱管の外周に
固体吸着剤を保持せしめたものに過ぎないことから、こ
れを８０℃以下の低温熱源を利用して運転した場合は冷
媒吸着量が大巾に減少し、単位時間当りの冷凍能力が著
しくダウンして空調システムの温度条件を満足出来なく
なる問題を生じる。なお、かかる問題を克服すべく吸着
剤の充填量および保持する伝熱管本数を増加することも
不可能ではないが、この場合は冷凍装置が大型化し、製
品価格の高騰を招く問題がある。

本発明はかかる従来の吸着式冷凍機が有していた冷媒量
過不足による冷凍能力の低下および装置大型化の問題に
着目してなされたもので、吸着式冷凍機の胴体底部に真
空バルブ付き配管を介して金利の冷媒を回収し、又は補
給する冷媒貯蔵タンクを接続することにより冷媒量を常
時、温度条件に適合した量に調整し、かつ、前記胴体底
部に設けた冷媒加熱冷却器により胴体底部に流下した冷
媒を蒸気に戻し、蒸発凝縮器側の冷媒液膜保持状態・を
全体に亘って均一化し、胴体冷却に費やされるエネルギ
ーのロスを低減すると共に、粒状固体吸着剤を充填保持
するフィンチューブのフィンピッチおよびフィン高さを
規定し、吸着剤とフィンチューブとの熱交換および吸着
剤と冷媒蒸気との接触を良好ならしめることにより、吸
脱着サイクル時間を短縮し、もって前記問題点を解消せ
んとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の構成を第１図乃至第
３図にもとづいて詳細に説明する。

所定量の冷媒を封入した真空の胴体αＤは、その内部に
低温熱源からの熱媒、特に８０℃以下の熱源側流体を通
過させる第１のフィンチューブ■と、利用側流体を通過
させる第２のフィンチューブαＩとを収設しており前記
第１のフィンチューブ（２）のフィン間隙（至）には粒
状シリカゲルの如き粒状固体吸着剤ａ９が充填保持され
ている。

前記第１のフィンチューブ（２）は、そのフィンピッチ
（Ｐ）が１乃至１０ＩＩ！ｆｆｉの範囲に、また、フィ
ン高さ■が５乃至２０ｆｆｍの範囲に設定されていると
共に、吸着剤α鴨を充填保持したフィン間隙α＆におい
て、胴体ａＤ内の冷媒蒸気が自由に流通し、吸着剤０９
と冷媒蒸気との接触を可及的良好ならしめるための空隙
２１）を具備している。

なお、前記第１のフィンチューブ叩および第２のフィン
チューブα４としては通常、垂直な伝熱管αＧ、（イ）
の外周に水平なフィンαη、（ハ）を取付けたエロフィ
ン型あるいは複数の伝熱管αｅ、１２２を長方形フィン
αη、（ハ）で連結したクスフイン型の熱交換器が使用
されるが、特に第２のフィンチューブα４は、胴体αＤ
内の冷媒全量を表面に凝縮させて液膜状態で保持する必
要から、その伝熱面積が充分広く設計されており、更に
、伝熱面積を増加するため、必要に応じて多数の凹凸が
形成される。

上記構成の吸着式冷凍機は、更に、前記胴体αＢの底部
において、冷媒を加熱又は冷却する加熱冷却器（イ）を
有してると共に、胴体αＤの底部に滞溜した余１１Ｊの
冷媒を回収し、又は、冷媒の不足を補充する冷媒貯蔵タ
ンク翰を、中間にバルブ（５）を備ｊ−た配管−を介し
て接続している。

なお、前記冷媒加熱冷却器ＱＱとしては、通常、中空の
タンクが用いられ、該タンクの内部に熱源側熱媒を供給
して冷媒の加熱を行ったり、冷却水を供給して冷媒の凝
縮を行う。

（作用） 上記構成を備えた本発明の吸着式冷凍装置は、第１のフ
ィンチューブ（２）に８０℃以下の熱源側流体を通過さ
せて吸着剤０９の加熱脱着を行いながら第２のフィンチ
ューブα４に冷却水を流し、前記吸着剤α１から脱着さ
れた冷媒蒸気を凝縮させて液膜状態で保持する。

ごの間、第１のフィンチューブ（２）側においては、そ
のフィンピッチ（Ｐ）が１〜ＬＯｔｍ、フィン高さα℃
が５〜２０酎の範囲に設定され、フィン間隙（２）に充
填保持される吸着剤α９とフィンチューブ（２）との間
に熱伝達が良好に維持されているため、脱着に要する時
間の短縮が図られる。

また、吸着運転時においては、第２のフィンチューブα
４に利用側流体を通過させ、第１のフィンチューブ（２
）に冷却水を流して吸着剤α９を冷却すると、吸着剤α
９は胴体αＤ内部の冷媒蒸気を吸着し、同時に第２のフ
ィンチューブα４の表面から冷媒液が蒸発してフィンチ
ューブα沿から気化熱を奪うため、利用側流体が冷却さ
れる。このとき、第１のフィンチューブ（２）側におい
ては、前記フィンピッチＣＰ）およびフィン高さく６）
の関係で吸着剤α９とフィンデユープ（２）との熱伝達
が効率良く維持され、汲着剤０９）の冷却作用が向上す
ると共に、フィン間隙叫内の流通空隙（２１）の存在に
より冷媒蒸気と吸着剤叫との接触が良くなり、吸着スピ
ードが早められる。

かくして、吸脱着に要するサイクル時間が短縮されるた
め、吸着剤の量を増加することなしに、単位時間当りの
冷凍能力が増し、一般の空調システムの温度条件を満足
する連続運転冷凍能力を確保し、８０℃以下の低温熱源
を有効に利用して空調を行うことが出来る。

更に、本発明の吸着式冷凍装置は、温度設定の変更に伴
い胴体αυ内の冷媒量が週刊になったときは、第１のフ
ィンチューブ（２）に熱源側熱媒を通過させて吸着剤α
鴨の脱着を行いながら、冷媒加熱冷却器（ハ）により冷
媒を冷却して胴体α］の底部で凝縮させ、その後バルブ
（イ）を開くと、余剰の冷媒は配管弼を通じて重力の作
用により冷媒貯蔵タンク翰に自動的に回収される。

また、この状態で胴体αＤ内の冷媒量を必要量補充する
か又は運転条件の変化に対応して不足冷媒を補う場合は
、第１のフィンチューブα２に冷却水を流して吸着剤０
９を冷却し、第２のフィンチューブα剖こ利用側熱媒を
通過させて吸着運転を行っている間にバルブ勾を開放す
ると、冷媒貯蔵タンク（イ）内の冷媒は蒸気となって胴
体αＤ内に流入し、吸着剤０９が必要量の冷媒を吸着す
る。

なお、胴体αη内の冷媒量が温度条件に対応した量に達
したか否かは、胴体αυに圧力センサ等を取付け、設定
の凝縮温度における飽和蒸気圧を胴体αＤ内の圧力変化
によって検出すれば容易に計測することが出来るので、
これに従ってバルブ（イ）の開閉を行えばよい。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する。

第１図は本発明に係る吸着式冷凍装置の正断面図、第２
図は同吸着式冷凍装置の中央側断面図、第３図は同装置
に含まれる第１のフィンチューブおよび第２のフィンチ
ューブの拡大断面図、第４図は同吸着式冷凍装置を適用
した冷房システムの回路図であって、（イ）は脱着運転
時の状態、（ロ）は吸着運転時の状態、（ハ）は冷媒回
収時の状態を夫々示している。

これらの図において、αＤは吸着式冷凍機の本体を構成
する胴体、（２）は該胴体α刀の内部空間（至）に収設
された薄形のクスフイン型熱交換器からなる第１のフィ
ンチューブ、α４は該第１のフィンチューブ（２）と所
要間隔を置いて平行に配設された凝縮器および蒸発器兼
用の第２のフィンチューブ、αＧは前記胴体αＤ内の圧
力を検出する圧力センサーであって、前記胴体α刀の内
部には所要ｍの水等の冷媒液が封入されていると共に、
該胴体αＤの内部空間α３が真空に保たれている。

前記第１のフィンチューブ■は、垂直な伝熱管αＧの外
面に、これと直交して多数の水平なフィンへりを取付け
たもので、伝熱管６Ｇ外周のフィン間隙０８）には、シ
リカゲルの如き粒状の固体吸着剤α９が充填され、これ
がフィンチューブ鰺の表裏面に張設した金網園、（イ）
によって保持されている。また、上記第１のフィンチュ
ーブ０２は、そのフィンピッチ（至）が１〜１（ｌｕ＋
の範囲に、フィン高さく６）が５〜２０關の範囲に設定
されていると共に、隣接するフィン間隙（至）において
、ここに充填された状態の吸着剤０９間の空隙Ｑυを冷
媒蒸気が自由に流通して、伝熱管αＧに近い部分の吸着
剤０！にも冷媒蒸気が接触し易いよう吸着剤α９の粒径
および空隙Ｑυの大きさが設定されている。なお、ここ
で云う前記フィン高さ■とは伝熱管αＧの外面、即ちフ
ィンαりの取付部分からフィン間隙（′１印外方端の冷
媒蒸気の出入口までの距離を指すもので、フィンα力の
外形状が伝熱管αＧと同心円形状以外の多角形の場合は
、放射方向粗石の平均値がこれに該当する。従ってクス
フインコイルを使用した場合は、伝熱管αＧの配列間隔
はもちろん熱交換器全体の厚みが問題になる。

また、吸着剤は、その粒径が小さい程、単位量当りの冷
媒蒸気との接触面積が増加し、吸着スピードを高めるこ
とが可能であるが、粒径をあまり小さくし過ぎると充ｊ
訂密度が高く、空隙Ｉ２１）を冷媒蒸気が通過し難くな
るため、その弘を考慮して、位径を設定することが肝要
である。

一方、前記第２のフィンチューブα４は第１のフィンチ
ューブαりと同様なりロスフィン型熱交換器であって、
垂直な伝熱管（イ）の外周に設けられたフィン（イ）が
略水平に維持され、表面で凝縮した冷媒全量を均一で、
かつ、可及的薄い液膜状態に保持し得るようになってい
ると共に、前記伝熱管器およびフィン（ハ）の表面には
伝熱面積の増大を図るための凹凸（財）および波形面（
ハ）が形成されている。

一方、前記胴体α］は、その底部において、胴体底面（
１ｔａ）を温水又は冷却水を通過させて加熱又は冷却す
るタンク（イ）を一体に具備していると共に、該タンク
（イ）の下方位置において、中間に真空バルブ（財）を
備えた配管翰を介して常時真空を保持し得る所定容量の
冷媒貯蔵タンク翰を接続している。

上記構成からなる吸着式冷凍機は、前記第１のフィンチ
ューブ（２）に設けられた入口ポート（Ｘ２ａ）が三方
弁（■１）を介して太陽熱エネルギー収集器、ボイラあ
るいは廃熱回収用熱交換器の低温熱源（至）の熱媒出口
（８０ａ）および冷却塔の如き冷却水供給源ＯＤの冷却
水出口（３１ａ）に夫々ポンプ（Ｐｌ）、（Ｐ２）を介
して接続されていると共に、出口ボート（１２ｂ）が三
方弁（ｖ２）を介して前記低温熱源（７）の熱媒入口（
３０ｂ）および冷却水供給源０１）の冷却水入口（ｓｌ
ｂ）に接続されている。

また、前記第２のフィンチューブα４は、その人口ポー
１−　（１４ａ）が三方弁（■３）を介して蓄熱槽（イ
）から配管（至）を介して利用側熱媒を汲み上げるポン
プ（Ｐ３）および前記ポンプ（Ｐ２）の吐出口に接続さ
れていると共に、出口ボート（１４ｂ）は三方弁（■４
）を介して前記蓄熱槽（イ）に利用側熱媒を供給する配
管（ロ）および前記冷却水供給源０１）の冷却水入口（
ａｌｂ）に夫々接続されている。

前記蓄熱槽（２）は、上部を流一体が通過可能な仕切壁
（至）により低温槽（至）と高温槽（ロ）とに区画した
タンクであって、低温槽（至）よりポンプ（Ｐ４）で汲
み上げられた利用側熱媒は常時空調用熱交換器（至）に
供給され、温度上昇した熱媒が高温槽（ロ）に還流する
ようになっており、ポンプ（Ｐ３）とポンプ（Ｐ４）と
の循環量の差を吸収すると共に、前記吸着式冷凍機から
供給される熱媒を蓄冷して、休止時間（１′Ｑ着に要す
る時間）における空調対象域への冷熱供給を連続的に行
う役割を有してる。

一方、前記胴体αＢの底部に設けられたタンク（ホ）は
、その入口（２６ａ）が三方弁（■５）を介して前記ポ
ンプ（Ｐｌ）およびポンプ（Ｐ２）の吐出側に接続され
ていると共に、出口（２６ｂ）ｇ（三方弁（■６）を介
して低温熱源（至）の熱媒入口（ａｏｂ）および冷却水
供給源０９の冷却水入口（ａｌｂ）に接続されている。

本発明の吸着式冷凍装置は叙上の構成を具備するもので
あるが、次にその作用について順を追って説明する。　
　。

先ず、第４図（イ）に示す脱着運転時において、ポンプ
（Ｐｌ）を駆動し、低温熱源（７）の熱媒出口（Ｂｏａ
）より三方弁（■１）を通じて第１のフィンチューブσ
２の入口ポー）　（１２ａ）に８０℃以下の流体（実際
には６０〜８０℃）を供給することにより吸着剤０９を
加熱すると共に、ポンプ（Ｐ２）を駆動し、冷却水供給
源０１）より三方弁（■３）を通じて第２のフィンチュ
ーブα伺こ冷却水（３０〜３２℃）を供給し、該フィン
チューブα４を冷却すると、前記吸着剤α９の脱着によ
り胴体αＢの内部空間α３に吐き出された冷媒蒸気が第
２のフィンチューブα４の表面で凝縮し、フィン（ハ）
および伝熱管（ハ）の表面に均一な液膜を形成する。

このとき、第１のフィンチューブ■側においては、フィ
ンピッチ伊）が１〜１０朋、フィン高さく６）が５〜２
００の範囲に規定され、伝熱管αＧおよびフィン（ロ）
によって包囲されるフィン間隙（至）に吸着剤α９が充
填保持されて、該吸着剤α９とフィンチューブ（２）と
の熱伝達が効率よく行われ、吸着剤α９の加熱および脱
着作用が迅速に行われる。

また、第２のフィンチューブα４側においては、初めフ
ィン＠および伝熱管（イ）の表面で冷媒蒸気の凝縮が始
まり、やがてフィン（ハ）表面に冷媒液膜が形成されて
フィン翰の熱伝達率は低下するが、垂直な伝熱管（イ）
の表面で凝縮した冷媒液は、重力落下してフィン（イ）
に保持され、伝熱管（イ）表面の液膜が常時極めて薄い
状態に維持されるため、凝縮時の熱伝達率が極端に低下
することがなく、作動温度範囲内で急速に凝縮を終了さ
せることが出来る。

また、この間、真空バルブ（５）は閉じた状態にあり、
胴体圓内部の冷媒量は、所定の運転条件下における作動
温度範囲で必要最小限に調整され一定であるため、略全
量が第２のフィンチューブα４の表面で凝縮し、局部的
に過剰に凝縮した冷媒液の一部が水滴状となって胴体α
υの底面（ｌｌａ）に滴下するが、胴体α℃下部のタン
ク（ホ）には三方弁（■５）を通じて低温熱源■より第
１のフィンチュープロと並列に熱媒（６０〜８０℃）が
供給されており、冷媒が加熱されて蒸気に戻ると同時に
液膜厚さが不充分な箇所で、凝縮作用が主として行われ
るため、冷媒が第２のフィンチューブα４全体に亘り均
一な厚さの液膜状態で凝縮することになる。

次に、第４図（ロ）に示す吸着運転時の状態について説
明する。

ポンプ（Ｐ２）を駆動し、冷却水供給源ＯＴＪより三方
弁（■１）を通じて第１のフィンチューブ■に冷却水（
３０〜３２℃）を供給し、吸着剤ａ９を冷却して胴体α
Ｄ内の冷媒蒸気を吸着させるさ、第２のフィンチューブ
α４の表面に付着した冷媒が蒸発し、フィンチューブα
４から気化熱を奪い、ポンプ（Ｐ３）の運転により蓄熱
槽（至）の高温槽（ロ）から配管（ハ）を通じて汲み上
げられ三方弁（■３）を介して第２のフィンチューブα
４に供給される利用側熱媒を１２℃より７℃程度まで冷
却し、三方弁（■４）から配管（ロ）を通じて蓄熱槽（
至）の低温Ｊｐｌ（ト）に供給するため、ポンプ（Ｐ４
）の作動により蓄熱槽（イ）から空調用熱交換器（至）
に７℃前後の利用側熱媒が供給され、空気から頭熱を奪
って１２℃まで昇温した熱媒が高温槽（ロ）に還流し、
この間で循環を行って空調対象域の冷房を行う。

この間、第１のフィンチューブ■においては、前記フィ
ンピッチ伊）およびフィン高さく自）の関係から吸着剤
α９とフィンチューブ（２）との熱伝達率が高く維持さ
れ、吸着剤α傷の冷却作用が促進されると共に、該吸着
剤α９を充填したフィン間隙（２）には、外周の冷媒蒸
気出入口から伝熱管αＧの外面に至る流通空隙（ハ）が
存在することから冷媒蒸気と吸着剤α９との接触が良好
になり、吸着スピードが早められる。

また、前記第２のフィンチューブα４側においては、冷
媒がフィン（ハ）の表面に薄い液膜状態で保持されてい
るため、蒸発が効率良く進行し、前記吸着剤α臼の吸着
スピード増加と相俟って吸着時間を短縮することが出来
る。

次いで胴体α℃内部の冷媒量が過剰の場合において、こ
れを回収する手順を第４図（ハ）について説明する。

まず、ポンプ（Ｐｌ）を駆動し、低温熱媒（７）より三
方弁（Ｖｉ）　　を通じて第１のフィンチューブ（２）
に熱源側熱媒を流し、吸着剤α９を加熱脱着すると共に
、ポンプ（Ｐ２）により冷却水供給源０υから三方弁（
ｖ５）を通じてタンク（４）に冷却水（３０〜３２℃）
を供給する。

このとき、三方弁（Ｖａ）　、　（Ｖａ）　　は共に閉
じられ、第２のフィンチューブα４への冷却水供給が遮
断されており、前記吸着剤Ｑ偽から脱着された冷媒蒸気
は、そのほとんどがタンク（イ）の冷却作用により胴体
αＤの底面（１１ａ）で凝縮するため、その後、真空バ
ルブ勾を開放すると胴体αＤ底部に溜った冷媒液は重力
により冷媒貯蔵タンク翰に自動的に回収される。

かくして、圧力センサー叫により胴体αη内の圧力を検
出し、これが設定の凝縮温度における飽和蒸気圧になっ
た事を検知するか、又は、冷媒貯蔵タンク四重の冷媒が
所定回収量に達したことをフロートスイッチ等が検知し
、冷媒の略全量を回収したことを確認した時点において
冷媒回収工程を終了する。

その後、第４図（ロ）に示す吸着運転を再開する場合は
、真空バルブ（イ）を開放したまま第４図（０）の如く
各三方弁を切り換え、第１のフィンチューブ鰺に冷却水
を供給し、第２のフィンチューブα沿に利用側熱媒を通
過させると、吸着剤α９は配管（イ）を通じて冷媒貯蔵
タンク翰から胴体α１内に入る冷媒蒸気を吸着し、数分
後、圧力センサーα９が胴体αυ内の圧力上昇を検出し
、設定の蒸発温度における飽和蒸気圧になったことを検
知した時点で真空バルブ（財）を閉鎖すれば、胴体αυ
内の冷媒量を温度条件に対応して必要最小限に設定する
ことが出来る。

また、温度条件に変更により胴体回内の冷媒１が逆に不
足したときは、吸着運転時間内に真空バルブ（ハ）を開
放し、冷媒貯蔵タンク翰より冷媒蒸気を圧力センサーα
９で検知しながら必要量だけ導入すればよい。

なお、上記実施例においては、第１のフィンチューブい
および第２のフィンチューブα４を単一の胴体（１１１
内に隣接して収設した場合について説明したが、胴体α
Ｄの構成は別設、これに限定されるものではなく、例え
ば、第１のフィンチューブ（２）を収設した容器と第２
のフィンチューブα滲を収設する容器とを別体に形成し
、両容器を冷媒蒸気の移動に支障のない通路断面積を有
する配管を介して互いに連結構成することも可能である
。

また、第２のフィンチューブα４についても、例示した
如き水平なフィンをもつエロフィン型熱交換器、クスフ
イン型熱交換器の外、伝熱管の外周に長尺のフィンを螺
旋状に巻着したもの等を用いることが出来る。

更に、上記実施例においては脱着のための休止時間を補
う目的で吸着式冷凍機と空調用熱交換器（至）との間に
蓄熱槽０ツを設けているが、前記休止時間が長時間に及
ぶ場合は、これに替えて前記吸着式冷凍機を２基以上使
用し、吸着運転および脱着運転を交互に実施することに
より連続運転を行うことも可能である。

前記第１図乃至第３図と略同型式の装置を試作し、第１
のフィンチューブとして下記第１表の（ａ）欄に示すフ
ィン寸法をもつものと、（ｂ）欄に示すそれ以外の寸法
のものとについて吸着スピードを比較する実験を行った
。

第　　１　　表 また、このときの運転条件は次の通りである。

（運転条件） （結果） 実験結果を第５図に示す。このグラフの横軸は経過時間
、縦軸は吸着剤重量に対する吸着された冷媒重量の割合
（重量パーセント）を夫々示している。

上記の結果よりフィン寸法を第１表（ａ）　、ｌｉ、Ｉ
ｌに設定したものは（ｂ）欄のものと比較し、吸着運転
開始後１分で吸着量が約２倍、２分後で約１．７倍の吸
着量を示し、フィン寸法が吸着スピードに大きな影響を
与えることが認められる。

なお、フィンピッチ（Ｉ））を小さく、伝熱管αＧの単
位長さ当りのフィンθりの枚数を多くする程、伝熱血清
が増加し、吸着剤０９との熱伝達率が向上する傾向にあ
るが、１朋未満では、フィン間隙αａに充填される吸着
剤０９の粒径が小さく充填密度が高くなり、冷媒蒸気の
流通が限外され、また、フィンピッチ（Ｉ’）が１０ｓ
ｕ＋を越えるとフィンαηと吸着剤α９との熱伝達速度
が減少し、吸着スピードが低下する。

一方、フィン高さ■については、これを高くする程、伝
熱管αＧ単位長さ当りの吸着剤充填量が多くなり、伝熱
管本数を減少させて装置のコンパクト化を図ることが可
能であるが、２０＋、ｙｍを越えるとフィン間隙（２）
内における冷媒蒸気の流動性が悪化し、また、反対にフ
ィン高さく５）を小さくすれば冷媒蒸気の流動性は良く
なる傾向にあるが、５朋未満では略吸着スピードが平行
するにも拘らず伝熱管単位長さ当りの充＃１ｆｆｔが減
少して徒らに伝熱管本数を増加させることになり、装置
の大型化を招く。

更に、第２のフィンチューブα沿の構成による吸着スピ
ードの変化を調べるため、第６図に示す如きエロフィン
型のフィンチューブ（フィンピッチ２市、フィン高さ３
　ｍｍ　）をフィン（イ）が水平になるように配置した
場合（イ）と、フィン（ハ）が略垂直になるよう配置し
た場合（ロ）について夫々吸着スピードを測定した。

なお、（イ）はフィンチューブＱ４）の表面に冷媒蒸気
を凝縮させて保持させ、（ロ）はスプレー等で冷媒液を
散布した後、吸着運転を行い、伝熱管（イ）内を流れる
流体の流量および出入口温度を測定し、これから吸着量
を算出した。

結果は第７図のグラフに示す通りである。なおグラフの
横軸は吸着時間、縦軸は吸着した冷媒の重１パーセント
である。

上記のグラフより、フィン（ハ）を水平に配置した場合
（イ）は３．５分で３．２％の冷媒を吸着しているのに
対し、フィン（ハ）を垂直に配置した場合（ロ）は等量
の冷媒を吸着するのに５．５分を要している。これは、
フィンチューブ０４表面の冷媒液膜の状態によるもので
、（イ）の場合はフィン（ハ）および伝熱管（イ）の表
面全体に薄く均一な冷媒液膜が形成され、蒸発スピード
が各部分で略一定しているのに反し、（０）の場合は冷
媒液膜の厚さが、重力の作用等により不均一になり、各
部分での蒸発スピードが一定せず、冷媒が過剰に付着し
ている部分の蒸発が遅延するためと考えられる。

また、脱着運転時に前記冷媒加熱冷却器（至）を加熱器
として使用した場合（Ｉ）と、使用しない場合（Ｕ）と
について比較実験を行った。運転条件は前述した実験の
場合と同様である。

この結果を下記第２表に示す。

第２表 上記の結果から明らかなように、脱着時において冷媒加
熱冷却器より胴体α℃底部を加熱し、底部の冷媒を蒸発
させながら運転を行った場合は、従来の吸着式冷凍装置
の如く胴体αＢ底部に冷媒加熱手段を有しないものに比
べて吸脱着サイクル時間が約２０％短縮され、吸脱着し
た冷媒量が約３０％多く、外部に出力される冷凍能力は
約５０％も多くなることが確認された。

（発明の効果） 以上述べた如く、本発明の吸着式冷凍装置は、胴体底部
に吸着剤脱着時に冷媒を加熱蒸発させ、かつ、冷媒回収
時に冷媒蒸気を冷却凝縮させる冷媒加熱冷却器を設ける
と共に、胴体の底部に、該胴体よりも低く位置させて配
管およびバルブを介して冷媒貯蔵タンクを接続し、胴体
内部の冷媒１１にの過不足に応じて前記バルブを開閉す
ることにより、冷媒を貯蔵タンクより出し入れし、常時
冷媒遣を適正に維持すると共に、冷媒加熱冷却器の冷媒
蒸発作用により凝縮蒸発用フィンチューブへの冷媒付着
状態を均一化したものであるから、初期設定の値より蒸
発温度を高く、冷却水温度を低く設定し直した場合でも
冷媒量の不足を生じることなく、装置の能力を十分に発
揮させて低温熱源の回収を効率良く行うことが出来ろと
共に、初期設定の値より蒸発温度を低く、冷却水温度を
高く設定し直した場合でも、冷媒の過剰が生じず、また
、前記冷媒加熱冷却器の作用により凝縮−蒸発兼用のフ
ィンチューブに付着する冷媒液膜の厚さを全体に亘って
適正に維持し、胴体冷却によるエネルギーロスを無くシ
、吸着式冷凍機の効率を高めるという効果を発揮する。

また、本発明の吸着式冷凍装置は、所定１の冷媒を封入
した胴体内部に外周のフィン間隙に吸着剤を充填保持し
た第１のフィンチューブと、凝縮器蒸発器兼用の第２の
フィンチューブとを収設し構成してなる上記吸着式冷凍
機における第１のフィンチューブのフィンピッチを１〜
１０朋、フィン高さを５〜２０＋＋＋ｍの範囲として、
吸着剤が早く均一に加熱・冷却されるように設定すると
共に、吸着剤を充填したフィン間隙に冷媒蒸気が７に通
する空隙を具備せしめて吸着剤と冷媒蒸気との接触を可
及的良好ならしめたものであるから、前記第１のフィン
チューブに通過させる熱源側流体として８０℃以下の低
温流体を利用し、一般の空調システムの温度条件を満足
する冷凍運転を行うことが可能となり、また、吸脱着サ
イクル時間の短縮により、吸脱着作用を数分で終了する
ことが出来、小容量の吸着剤で大容量の冷凍が行えるた
め、冷凍装置のコンパクト化および装置コストの低減を
図るというすぐれた効果を発揮し、前記冷媒量調整手段
による冷媒量適正化ならびにエネルギーロス低減の効果
と相俟って、低温熱源の有効利用によるエネルギー資源
の節約に大いに寄与するものである。

しかも、本発明によれば、冷媒貯蔵タンクを吸着式冷凍
機の胴体に対し、該胴体の下方に位置させてバルブ付配
管により冷媒貯蔵タンクを接続するという簡易な構成で
あるにも拘らず胴体内の冷媒母増減をバルブの開閉操作
のみによって自動的に行うことが可能であるため、別設
、冷媒を送入又は排出するための特別なポンプを必要と
せず、システム全体の製造コス、ト、運転コスト低減を
図り得るという実際的な効果も期待出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る吸着式冷凍装置の正：折面図、第
２図は同吸着式冷凍装置の側断面図、第３図は同装置に
含まれる第１のフィンチューブおよび第２のフィンチュ
ーブの拡大断面図、第４図は同吸着式冷凍装置を適用し
た冷房システムの回路図であって、（イ）は脱着運転時
の状態、（０）は吸着運転時の状態、（ハ）は冷媒回収
時の状態を夫々示している。また、第５図は第１のフィ
ンチューブのフィン寸法による吸着スピードの違いを示
すグラフ、第６図（イ）（ロ）は、第２のフィンチュー
ブの配置状態を示す概要図、第７図は同フィンチューブ
のフィンの傾きによる吸着スピードの違いを示すグラフ
、第８図は従来の吸着式冷凍機の断面図、第９図は吸着
剤による比蒸気圧と吸着量との関係を示すグラフである
。 α］・・・胴体、（１１ａ）・・・底面、（２）・・・
第１のフィンチューブ（吸着剤充填器）、α４・・・第
２のフィンチューブ（凝縮蒸発兼用熱交換器）、 αＧ（イ）・・・伝熱管、α′７）（ハ）・・・フィン
、（至）・・・フィン間隙、Ｑｌ・・・吸着剤、Ｑυ・
・・空隙、 翰・・・冷媒加熱冷却器（タンク）、 翰・・・バルブ、　　　　翰・・・配管、翰・・・冷媒
貯蔵タンク、 （Ｐ）・・・フィンピッチ、　（６）・・・フィン高す
。 特許出願人　西淀空調機株式会社 華３１ 竿、５回 等６図 （イノ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（“〕
華７図 ｎｒＭ（ｍｔｎ） 若ｑ図 北鳳５Ｌ、Ｅ　（ハ）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．所定量の冷媒を封入した真空の胴体内部に外周のフ
   イン間隙に吸着剤を充填保持した第１のフインチユーブ
   と第２のフインチユーブとを収設し、第１のフインチユ
   ーブに熱源側流体を通過させ、第２のフインチユーブに
   利用側流体を通過させて前記吸着剤の冷媒吸脱着作用に
   より前記利用側流体の冷却を行なう吸着式冷凍機の前記
   熱源側流体として８０℃以下の流体を第１のフインチユ
   ーブに通過せしめる装置であつて、前記胴体は、その底
   部に吸着脱着時に冷媒を加熱蒸発させ、かつ、冷媒回収
   時に冷媒蒸気を冷却凝縮させる冷媒加熱冷却器を有する
   と共に、底部において該底部より下方に位置して配管お
   よびバルブを介して接続された冷媒貯蔵タンクを具備し
   、前記第１のフインチユーブのフインピツチは１〜１０
   ｍｍ、フイン高さは５〜２０ｍｍの範囲でありかつ吸着
   剤を充填したフイン間隙には冷媒蒸気が流通し吸着剤と
   冷媒蒸気との接触を可及的良好ならしめる空隙が具備さ
   れていることを特徴とする吸着式冷凍装置。
2. ２．冷媒加熱冷却器が胴体の底面に接して設けたタンク
   である特許請求の範囲第１項記載の吸着冷凍装置。
3. ３．冷媒貯蔵タンクが少くとも余剰冷媒を回収するに足
   る容量を有し、かつ、内部が胴体と同等力の真空に保持
   されている特許請求の範囲第１又は第２項記載の吸着式
   冷凍装置。
4. ４．第１および第２のフインチユーブが垂直な熱管の外
   周に多数の水平なフインを取付けたクスフイン型又はエ
   ロフイン型の熱交換器である許請求の範囲第１項乃至第
   ３項のいずれかに記の吸着式冷凍装置。
5. ５．第２のフインチユーブが胴体内の冷媒全量液膜状態
   で保持するに足る伝熱面積を有してい特許請求の範囲第
   １項乃至第４項のいずれかに載の吸着式冷凍装置。
6. ６．第２のフインチユーブがフイン又は伝熱管外面に伝
   熱面積を増加するための凹凸を有してる特許請求の範囲
   第１項乃至第５項のいずれかに記載の吸着式冷凍装置。
7. ７．胴体が単体であり、該胴体の内部に第１のフインチ
   ユーブおよび第２のフインチユーブが所要間隔をおいて
   互いに隣接して収設されている特許請求の範囲第１項乃
   至第６項のいずれかに記載の吸着式冷凍装置。
8. ８．胴体が第１のフインチユーブを収納する容器と第２
   のフインチユーブを収納する容器とからなり、両容器が
   冷媒蒸気の流通を妨げない大きさの断面積を備えた通路
   によつて互いに連絡されている特許請求の範囲第１項乃
   至第６項のいずれかに記載の吸着式冷凍装置。