JPS6287769A - 吸着式冷凍機の冷媒量調整装置 - Google Patents

吸着式冷凍機の冷媒量調整装置

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JPS6287769A
JPS6287769A JP22937685A JP22937685A JPS6287769A JP S6287769 A JPS6287769 A JP S6287769A JP 22937685 A JP22937685 A JP 22937685A JP 22937685 A JP22937685 A JP 22937685A JP S6287769 A JPS6287769 A JP S6287769A
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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
行う吸着式冷凍機に係り、特に該吸着式冷凍機の作動温
度範囲(i転条件)の変動に対応して吸脱着用冷媒の量
を常時適量に調整し、エネルギーロスを軽減する装置に
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、
人力発電所において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
、これを回収する芸術の効率、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現状である
また、クリーンエネルギーの獲得を日柄して開発が進め
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fるc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]り的な空調システムの温度条件(冷却水入口温度3
0’C,冷却入り温度12℃、冷却出口温度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
見直されつつある。
第4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。
この吸着式冷凍りは、一定量の冷媒を封入し、ご横長円
筒状の真空容器H1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+21と
、利用側熱媒を通過させる直線状マニホールド!31.
 +3どと一体の蒸発凝縮板+4+、 nfとを所要間
隔を置いて水平に収設し、該蒸発凝縮板14)。
(41′の周囲を円筒状の耐発散遮蔽物151 、15
1’で包囲すると共に、筋記伝熱管(2)の外周におけ
るフィン(61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(71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
1に熱源から供給される流体を通過させ、固体吸着剤1
7)を加熱して脱着すると、該固体吸着剤(71から脱
着された冷媒蒸気は蒸発凝縮板+41.14f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(71
を冷却すると、該固定吸着剤(7)は、真7容器tll
内の冷媒蒸気および皿記蒸発凝縮板+41.141’表
面の冷媒を吸着するため、冷媒が容器ill内で蒸発す
る際に蒸発凝縮板(41から熱を奪い、該蒸発凝縮板1
4)と一体の直線状マニホールド+31囚を通過する利
用側熱媒を冷却する。
かぐして上記g&着・脱着を交互に反復して行い冷却さ
れた利用側熱媒をビル等の空調【こ使用する。
(特開昭5o−36852号公報参照)(発明が解決し
ようとする問題点) ところが上記従来溝造の吸収式冷凍機においては、真空
容器tll内に封入され、吸脱着される冷媒が常時一定
であるため、冷凍機の負荷変動≦こ伴う温7度条件の変
化、例えば、利用側における負荷が増加(−1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Illの底部に滴下し、吸着時fこ容器
自体が・金力jさ瓦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
とが考えらね、る。
吸着剤の性質を示す第5図の比蒸気圧−吸着■線図全も
とに吸着式冷凍部の作動例についてa明する。今、脱着
終了時点の1吸着剤温ji 3 Q℃、凝縮温度30℃
、吸着剤をシリカゲル、冷媒を水とするさ 比蒸気圧(P/) = 31.8m+++ Hg//3
55.3++on ag(P。
=  0.09 この時の吸着量は第5図のグラフより0.072  %
である。(グラフの点(Al ) 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/= 6.54m″′Hg/31JmmHg = ”
2P。
このときのシリカゲルの冷媒吸着量はグラフより014
5  /に9である。(グラフの点(Bl )これから
冷凍に反映される冷媒量(冷媒循環量)は 、4.125−0.072 = 0.053 %である
一万、脱着終了時の比蒸気圧が、Q(3)であっても吸
着終了時の吸着剤温度30℃、蒸発温度lO℃とすると
比蒸気圧は シ、。=9・26″″″Hg/3□、8mmHg = 
”29となり、Cのときの吸着量は0.16 /、 (
グラフの、4(C1)であるため、冷媒循環量は1、’
、 0.16−0.072 = 0.088 K/に9
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
了時り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[AJから点[B)の間で冷媒を@謂させるように冷
媒封入量を設定していると、温度設定の変更により点(
支)から点(C]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。
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エネルギーロスの
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余剰の冷媒を回収し、又
は補給する冷媒貯蔵タンク全屡続することにより冷媒量
を常時、温度条件に適合した毒≦こ調整し、もって前記
問題点を解消せんとするものである。
C問題5娠?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実施例に対応
する第1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(11)は、その内
部lこ熱源側熱媒を通過させる第1のフィンチューブ1
121と、利用側熱媒を通過させる第2のフィンチュー
ブ(141とを収設しており、前記第ユのフィンチュー
ブt121のフィン間隙には粒状シリカゲルの’2Dき
吸着剤αaが充填保持されている。
上記構成の吸着式冷凍機は、更に、前記胴体]I11の
底部において、冷媒を加熱又は冷却する加熱冷r5+2
7Ji有していると共に、胴体(II+の底部に滞溜し
た余剰の冷媒を回収し、又は、冷媒の不足を補充する冷
媒貯蔵タンク四を、中間にバルブ1231を備えた配管
−を介して接続している。
なお、前記冷媒加熟冷却器囚としては、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冷媒量調整装置は、温度設定
の変更に伴い胴体111ζ内の冷媒量が過剰になったと
きは、第1のフィンチューブ化に熱源側熱媒を通過させ
て吸着剤081の脱着を行いながら、冷媒加熱冷MJ器
(2zにより冷媒を冷却して胴体+111の底部で凝縮
させ、その後バルブ(231を開くと、余剰の冷媒は配
管(241を通じて重力の作用により冷媒貯蔵タンク(
251に自助的に回収される。
また、この状態で胴体III囚の冷媒m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[121に冷却水を流して吸
着剤081を冷却し、第2のフィンチューブ!I41に
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I23)を開放すると、冷媒貯蔵タンクが内の冷媒は
蒸気となって胴体[11+内に流入し、吸着剤圃が必要
量の冷媒を吸着する。
なお、胴体(11j囚の冷媒量が温度条件lこ対応した
量器こ達したか否かは、胴体(■11に圧力センサ等分
取付け、設定の凝縮温度における飽和薫気圧を胴体(1
1)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、これにこ従ってバルブ(23)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2こもとづいテ説明する
第1図は本発明に係る冷媒調整装置を(Mえた吸着式冷
凍機の正断面図、第2図は同吸着式冷凍四の中央側断面
図、第3図は同吸着式冷凍勢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、(同は吸
着運転時の状態、し場は令嬢回収時の状態を夫々用して
いる。
これらの図において、:11)は吸着式冷凍機の本体を
構成する胴体、1121は該胴体(11ンの内部空間0
3)lこ収設された薄形のクロスフィン型熱交換器から
なる第1のフィンチューブ、114)は該’Mlのフィ
ンチューブ(121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、
(15)は1+0記胴体(11)囚の圧力を検出する圧
力センナ−であって、1可記胴体(Il+の内皿(こは
所要量の水等の冷媒液が封入されていると共に、該胴体
fil+の内部空間(13)が真空に保たれている。
前記第1のフィンチューブ(I2Jは、垂直な伝熱管(
口3)の外面に、これを直交して多数の水平なフィンけ
を取付けたもので、伝熱管α0外周のフィン間隙には、
粒状シリカゲルの如き固体吸着剤α&が充填され、これ
がフィンチューブ1121の表裏面に張設された金網(
191、Q91’によって保持されている。また、前記
第2のフィンチューブ(I41は前記第1のフィンチュ
ー11Izト同様なりロスフィン型熱交換器であって、
伝熱管座の外周ir−設けられたフィンに11が略々水
平に維持され、表面で凝縮した水分を均一な厚さの液膜
状態で保持し得るようになっている。
−万、前記胴体(11)は、その底部において〜胴体底
面(、Xa)を温水又は冷却水を通過させて加熱又は冷
却するタンクのを一体≦こ具備していると共に、該タン
ク+221の下万位置において、中間に真空バルブ12
31を備えた配管f24tを介して常時真空を保持し得
る所定容■の冷媒貯蔵タンク(25Iを医続している。
上記6G成からなる吸着式冷凍機は、前記第1のフィン
チューブ(12)に設けられた入[〕ボー)(12a)
が三方弁(V、)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等の6源20の熱媒
量D(p6a)および冷却塔の如き冷却水供給源口の冷
却水出口(27a)に夫々ポンプCP*)、(P2)を
介して持続されていると共に、出口ボ−) (12b)
が三方弁(I2)を介して前記低温熱媒箭の熱媒入口(
26b) gよび冷却水供給源口の冷却水入口(27b
)に夫々接続されている。
また、前記第2のフィンチューブ(141は、その人口
ボー) (14a)が三方弁(I3)を介して蓄熱槽1
28)から配管(29+金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(P、)の吐出口に
従続されていると共に、出口ボート(14b)は三方弁
(I4)を介して前記蓄熱槽(281に利用側熱媒を供
給する配管(3o)および前記冷却水供給源2刀の冷却
水入口(27b)に夫々接続されている。
前記蓄熱槽のは、上部を流体が通過可能な仕切壁1:+
o rこより低□!132と高温槽(33)とに区画し
たタンクであって、低温槽!321よりポンプ(P4)
で汲み上げられた7℃の利用側熱媒が常時空調用熱交換
器例に供給され、12℃まで温度上昇した熱媒が高温槽
1331に還流するようζこなっており、ポンプ(PJ
)とポンプ(P4)との循ff1ffi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、休止時間脱着に要する時間2こおける空調対象域へ
の冷然供給と連続的2こ行う役割を有している。
−万、前記胴体(11)の底部に設けられたタンクのは
、その人0(22a)が三方弁(V、)を介して前記ポ
ンプ〔P1〕およびポンプ(P2)の吐出側に接続され
ていると共に、出口(22b)が三方弁〔V、)を介し
て低温ll6)の熱媒入口(26b)および冷却水供給
源にηの冷却水人口(27b)に従続されている。
本発明の令嬢量調整装置は徹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3図(イ)に示す脱着運転時において、ポンプ
(P、)を、駆動し、低温熱源舶の熱媒出口(26a)
より三方弁(V、)を通じて第1のフィンチューブ+2
1の入口ボートD2a) rこ熱媒(60〜80℃)全
供給して吸着剤f181 i jJII熱脱滞すると共
fこ、ポンプ(p、)を駆動し、冷却水供給源刀より三
方弁(I3)を介して第2のフィンチューブ(I4JI
こ冷却水(30〜32℃)を供給し、該フィンチューブ
141r、z冷却すると、前記吸着剤13Iの脱着によ
り胴体(11)の内部空間(131に吐き出された冷媒
蒸気は第2のフィンチューブ旧)の表面で凝縮し、フィ
ン21)および伝熱管、2o)の表面に均一な液膜を形
成する。
なお、この古き、胴体(11)内部の冷媒量は、所定の
運転条件下におけB作#I温度範囲で必要最小限lこ設
定されているため、略々全mが第2のフィンチューブ[
14)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tEIll+の1戊面(ll
a )に滴下するが、胴体用)下部のタンクe221こ
は三方弁(V5〕を通じて低温熱源26)より第1のフ
ィンチューブ(12)と並列に熱媒(60〜a o ℃
)が供給されており、冷媒が加熱されて蒸気lこ戻るた
め・冷媒が確実に石2のフィンチューブ(14)の表面
で凝縮することIこなる。
こノ間、真空バルブ(23)は閉じられ、胴体(11)
内の冷媒量は一定である。
次に第3図(ロ)に示す吸着運転時の状態につし)て説
明する。
ポンプ(pt)全駆動し、冷却水供給源(271より三
方弁(v+)1fr:通じて第1のフィンチューブ(1
21に冷却水(30〜32℃)を供給し、吸着剤(18
1を冷却して胴体!Ill内の冷媒蒸気を吸着させると
、@2のフィンチューブ141の表面に付着した冷媒は
、胴体1111内tc g l/Nて蒸発し、フィンチ
ューブ圓から気化熱を奪い、ポンプ〔P3〕の運転によ
り蓄熱槽(281の高温槽(33)から配管(29)を
通じて汲み上げられ三方弁(v3〕を介シて¥J2のフ
ィンチューブ圓に供給される12℃の利用側熱媒を7℃
程度まで冷却し、三方弁〔vJから配管(301を通じ
て蓄熱槽(281の低温槽Gzに供給するため・ポンプ
(P4〕の作動により蓄熱槽(281かう空調用熱交換
器図に7℃前後の利用側熱媒が供給され、空気から顕熱
を奪って12℃まで昇温した熱媒が高温槽(331に還
流し、この間で循環を行つて空調対象域の冷房を行う。
次いで胴体(111内部の冷媒量が過剰の場合;こおい
て、これを回収する手順について説明する。
まず、ポンプ(Pl)を駆呵し、低温熱媒に0より三方
弁(V、)を通じて第1のフィンチューブf121に熱
源側熱媒を流し、吸着剤Ua+を加熱脱着すると共に、
ポンプ(P2)により冷却水供給源t271から三方弁
(v5〕を通じてタンク+22に冷却水(30〜32℃
)を供給する。
このとき、三方弁(V、)、 CV4)は共に閉じられ
、万2のフィンチューブ圓への冷却水供給が遮断されて
おり、前記吸着剤α&から脱着された冷媒蒸気は、その
ほとんどがタンク(221の冷却作用により胴体(11
)の底面(lla)で凝縮するため、その後1真空バル
ブ力)を開放すると胴体(1j)底部1こ謬った冷媒液
は重力により冷媒貯蔵タンク釦に自動的に回収される。
かくして、過剰の冷媒を回収した後、吸着運転を再開す
る場合は、圧力センサー051により胴体(11)囚の
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した時点で、真空バルブ(23)を
開放したまま第3図(口]の如く各三方弁を切り換え、
第1のフィンチューブu21に冷却水全供給し、第2の
フィンチューブα41に利用側熱媒を通過させると、吸
着剤α8)は配管九を通じて冷媒貯蔵タンクt25iか
ら胴体(11)因に入る冷媒蒸気を吸着し、数分後、圧
力センサー(I5)が胴体till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Cとを
検知した時点で真空バルブ(23)を閉鎖すれば、胴体
(11)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。
なお、温度条件に変更により胴体(11)囚の冷媒量が
逆に不足したときは、吸着運転時間内に真空バルブブ(
23)を開放し、冷媒貯蔵タンク125)より冷媒蒸気
を圧力センサー[+51で検知しながら必要士だけ導入
すればよい。
なお、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(341との間
に蓄熱槽(2&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。
(発明の効果) 以上述べた如く、本発明の冷媒量調整装置は、吸着式冷
凍機の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MJ器を設けると共に、胴体の底部【こ、該胴体より
も低く位置させて配管およびバルブ?介して冷媒貯蔵タ
ンク全塾続し、胴体内部の冷媒■の過不足に応じてi′
J?I記バルブ全バルブることにより、冷媒を貯蔵タン
クより出し入れし、常時冷媒借を適正に維持するように
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C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ると共に、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、凝縮−蒸発兼用の
フィンチューブに付着する溶成液膜の厚さ全適正(こ維
持してエネルギーロス金属く1−2吸着式冷凍鳴の効率
全6゛みめで低温熱源の仔効利用を図るというすぐれた
効果全発揮し、工不)レギー資源の節約fこ大いに寄与
するものである。
しかも、本発明によれば、冷媒貯蔵タンク?吸着式冷凍
りの胴体に対し、該胴体の下万に、位置させてバルブ付
配管により冷温IF?iタンクをMaするという簡易な
購成であるにも拘らず胴体囚の冷媒Rk増減をバルブの
開閉操作のみによって自動曲番こ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、吸着式冷凍機自体の構造のI゛m単さ
、取り扱い易さと相俟ってシステム全体の製造コスト、
運転コスト低減全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図は本発明に係る令嬢量調整装置を備えた吸着式冷
凍機の正断面図、第2図は同吸着式冷凍機の側断面図、
男3図は同吸着式冷凍機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、(口]は吸着
運転時の状態、(/’lは冷媒回収時の状態企夫々示し
ている。また、石4図は従来の吸着式冷凍機の断面図、
第5図は吸着剤による比蒸気圧と吸着h■との関係金示
すグラフである。 (111・・・胴体、(1ユa)・・・底面。 +121・・−刀1のフィンチューブ(吸着剤充填器)
。 (]4)・・第2のフィンチューブC凝縮蒸発兼用熱交
換器〕。 開・・・フィン、  +181・・・吸着剤。 の・・・冷媒加′然冷却器(タンク)。 (23)・・・バルブ、(241・・・配管。 崖・・・冷媒貯蔵タンク。 特許出願人    西淀空調機株式会社 −、、第 3
 図 (ロ)

Claims (3)

    【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熱源側熱
    媒を通過させる第1のフインチユーブと、利用側熱媒を
    通過させる第2のフインチユーブとを収設し、前記第1
    のフインチユーブのフイン間隙に吸着剤を充填保持せし
    めてなる吸着式冷凍機であつて、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熟冷却器を有すると
    共に、底部において該底部より下万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する
    ことを特徴とする吸着式冷凍機の冷媒量調整装置。
  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項記載の冷媒量調整装置。
  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、内部が胴体と同等圧力の真空に保
    持されている特許請求の範囲第1項又は第2項記載の冷
    媒量調整装置。
JP60229376A 1985-10-14 1985-10-14 吸着式冷凍機の冷媒量調整装置 Expired - Lifetime JPH0694965B2 (ja)

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