JPS6291762A - 吸着式冷凍機 - 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
行う吸着式冷凍機に係り、特に該吸着式冷凍機の胴体底
部に凝縮した冷媒液が付着し、これが吸着運転時に蒸発
して胴体が冷やされ、エネルギーロスを生じるのを防止
する手段を備えた前記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モトりわけ、
大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のが現状である。 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＠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スることが、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℃、冷却出口温度７℃）を満足す
る能力を十分発揮させること力；出来ず・冷凍機の大型
化等基こ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５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＋２１と
、利用側熱媒を通過させる直線状マニホールド＋３１　
、１３１’と一体の蒸発凝縮板１４１．１４Ｆとを所要
間隔を置いて水平に収設し、該蒸発凝縮板（４１゜（４
１′の周囲を円筒状の耐発散遮蔽物＋５１　、　＋５ｆ
で包囲すると共に、前記伝熱管１２１の外周におけるフ
ィン１６１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（２１に
こ熱源から供給される流体を通過させ、固体吸着剤（７
１を加熱して脱着すると、該固体吸着剤（７）から脱着
された冷媒蒸気は蒸発凝縮板＋４１．１４１’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＋２１に冷却水を流し、固体吸着剤（７１
を冷却すると、該固体吸着剤（７）は、真空容器Ｈ１囚
の冷媒蒸気および前記蒸発凝縮板＋４１．　＋４１’表
面の冷媒を吸着するため、冷媒が容器ｆｉｌ内で蒸発す
る際に蒸発凝縮板＋４１．　＋４１’から熱を奪い、該
蒸発凝縮体１４１．１４１’と一体の直線状マニホール
ド＋３１　、１３１’内を通過する利用側熱媒を冷却す
る。 かぐして上記吸着・脱着を交互≦こ度復して行い冷却さ
れた利用側熱媒をビル等の空調に使用する。 （特開昭６０−３６８５２号公報参照）（発明が解決し
ようとする問題点〕 ところが、上記従来構造の吸着式冷凍機では、吸着剤脱
着運転時において蒸発凝縮器側の冷却水入口および冷却
水出口の間に温度差があるため、冷媒の凝縮量、即ち、
凝縮器表面の冷媒液膜の厚さにバラツキを生じ、液膜が
設定厚よりも大きくなった部分では蒸発スピードが遅く
なり、吸脱着サイクル時間が長くなると共に、保持し切
れなくなった冷媒液が胴体の底部に落下して内面１こ付
着し、これが吸着運転時に蒸発して胴体を冷却する無駄
なエネルギーとして消費され、冷′ａ能力として出力さ
れないため、装置全体の効率低下を招く問題があった。 本発明はかかる従来の吸着式冷凍機における蒸発凝縮器
表面の冷媒液膜厚さのバラツキ≦こ起因する冷凍能力低
下問題点に着目してなされたもので、脱着運転時に胴体
の底部に滴下した冷媒を加熱して再び蒸気の状態に戻し
、冷媒液膜厚さの大小ｉこ熱伝達率が反比例することを
利用して冷媒液膜の薄い部分で、より多く冷媒を凝縮さ
せ、液膜厚さを蒸発凝縮器全体に亘って均一にして吸着
運転時の蒸発スピードを増し、エネルギーロスをなくし
て吸収式冷凍機全体の効率同上を図り、もって前記問題
点を解消せんとするものである。 ｃ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実施例に対応
するｇＩ；１図および第２図ｇこ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ｔｉｌ＋は、その内
部に熱源側熱媒を通過させる第１のフィンチューブ化さ
、利用側熱媒を通過させる第２のフィンチューブ［＋４
１とを収設しており則記第１のフインチコープじのフィ
ン間隙には粒状シリカゲルの如き吸着剤α囚が充填保持
されている。 上記構成の吸着式冷凍機は、更に、前記胴体（１１１の
底部において吸着剤脱着時に冷媒を加熱する冷媒加熱器
Ｉ２２１を有していると共に、胴体叶囚に封入された冷
媒」が一定の運転条件下における作動温度範囲で必要最
小限に設定されている。 なお、前記冷媒加熱器−としては、熱源側熱媒を供給し
て胴体の底部から冷媒の加熱を行う中空の温水タンクの
外、電気ヒータ等がこれに含まれる。 〔作用） 上記構成を備えた本発明の吸収式冷凍機は、脱着運転時
ｉこおいて、第１のフィンチューブ［１２＋に熱源側熱
媒を通過させて吸着剤α＆を加熱脱着し、第２のフィン
チューブ（Ｉ４Ｉに冷却水を通過させて該第２のフィン
チューブ！Ｉ４１の表面で阿記吸着剤瞼から脱着された
冷媒Ｍ気を凝縮させて冷媒液膜を形成するが、第２のフ
ィンチューブ（１４＋ヲ流れる冷却水はその入口と出口
との間で温度差があるため冷媒液膜の厚さｌこバラツギ
を生じ、液膜厚さが過剰番こなつだ部分からは胴体（１
１）底部に保持し切れなくなった冷媒液が滴下する。と
ころが胴体（１１）の底部には冷媒加熱器（２ｚが設け
られ、冷媒が加熱蒸発して再び冷媒蒸気に房ると共に、
第２のフィンチューブＩの表面では冷媒液膜の薄い部分
が厚い部分より熱伝達率が良く、冷却蒸気がより多く凝
縮するため、液膜厚さが全体に平均化される。 また、このとき、胴体（１１１内の冷媒封入量は、予め
設定された運転条件下における作動温度範囲で必要最小
限となっているため、冷媒液の全量が第２のフィンチュ
ーブ１４１表面に液膜状態で均一に保持される。 かくして、吸着運転時においては冷媒全均一に保持した
第２のフィンチューブ圓に利用側熱媒を通過させ、第１
のフィンチューブα力に冷却水を通過させて吸着剤０８
１を冷却すると、吸着剤α＆は胴体［１１１内部の冷媒
蒸気を吸着し、第２のフィンチューブ（１４１から冷媒
を蒸発させて利用側熱媒から気化熱を奪い、これを冷却
するため、第２のフィンチューブ！ｊ４）の蒸発スピー
ドが均一になり、吸脱着サイクル時間が短縮されると共
に、冷媒液が胴体底部ｌこ付着し、吸着時に胴体を冷却
してエネルギーロスと生じる如き不具合を解消し、装置
の効率向上が図られる。 〔実施例〕 以下本発明の実施例を添付図面にもとづいて詳細に説明
する。 第１図は本発明に係る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、第３図は同吸着式冷′ｔ
ｊｉ機全適用した冷房システムの回路図であって、げ）
は脱着運転時の状態、（ロ）は吸着運転時の状態を夫々
示している。 これらの図において、（１１）は吸着式冷凍機の本体と
構成する胴体、ｕ２１は該胴体＋１１１の内部空間ｔＪ
３１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〜プ、α引は該％ｌのフィンチュー
ブＵ２１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、［＋５１は別
記胴体ＩＩＩ内の圧カ？検出する圧力センサーであって
、面記胴体（１１）の内部Ｇこは所要】の水などが冷媒
として封入されていると共に、前記胴体（１１）の内部
空間０３が真空番こ保たれている。 前記＠１のフィンチューブ（１２＋は、垂直な伝熱管（
１６１の外面≦こ、これと直交して多数の水平なフィン
１７１を取付けたもので、伝熱管口■外周のフィン間隙
（フィンピッチ１〜１０圏、フィン高さ平均５〜２０　
ｖｒｔｘ　）には、粒状シリカゲルの如き固体吸着剤（
１８Ｉが充填され、これがフィンチューブｔ１２１の表
裏面に張設された金網ａ９）、α９ｒによって保持され
ている。 また、前記’；Ｍ２のフィンチューブ圓は前記第１のフ
ィンチューブ化と同様なりロスフィン型熱交換器であっ
て、伝熱管（２０）の外周に設けられたフィン因）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ｌこなっている。 一万、前記胴体（１１）は、その底部

【こおいて、胴体
底面（ｌｌａ）を温水を通過させて加熱する温水タンク
のを一体に具備している。 なお、前記胴体（１１１内邪の冷媒封入量は、予め役定
された運転条件における作動温度範囲での必要最小限の
量、即ち、脱着完了時において第２のフィンチューブα
引の表面ｌこ冷媒の略々全量が液膜状態で保持され、か
つ、吸着完了時に全量が吸着剤＋１８１に吸着される量
に規定されている。 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（Ｉ２１に設けられた入口ボート（１２ａ）が三
方弁（Ｖ、〕を介して太＠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低温熱源（２３
１の熱媒出口（２３ａ　）および冷却塔の如き冷却水供
給源（２４１の冷却水出口（２４＆）に夫々ポンプ（Ｐ
ｔ）、（Ｐｔ）を介して持続されていると共に、出口ポ
ー）　（１２ｔ））が三方弁（Ｖ、）を介して前記低温
熱源ツの熱媒入口（２３ｂ　）および冷却水供給源例の
冷却水人口（２４ｂ）に夫々接続されている。 また、前記第２のフィンチュー１０勺は、その人口ボー
）　（１４ａ）が三方弁〔Ｖ３〕を介して蓄熱槽澱から
配管舛を介して利用側熱媒を汲み上げるポンプ（Ｐよ〕
および前記ポンプ〔Ｐ２〕の吐出口に塾続されていると
共に、出口ボー）　（１４ｂ）は三方弁（ｖ４）を介し
て前記蓄熱槽１２５１に利用側熱媒を供給する配管−Ｂ
よび前記冷却水供給源例の冷却水入口（２４ｂ）に夫々
塾続されている。 前記蓄熱槽−は、上部全流体が通過可能な仕切壁ｅ２８
１１こより低温槽１２９）と高温検測とに区画したタン
クであって低温槽四よりポンプＣＰ４〕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鴫）に供給さ
れ、１２℃まで温度上昇した熱媒が高温検測に還流する
ようＥこなっており、ポンプ（Ｐ３）とポンプＣＰ４〕
との循環量の差を吸収すると共２こ、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〕における空調対象域への冷熱供給を連続的に行
う役割を有している。 −万、前記胴体（１１）の底部に設けられた温水タンク
には、その人口（２２ａ）がポンプ（Ｐ、）の吐出側ｆ
こ接続されていると共Ｓこ、出口（２２ｔ））が低温熱
源色の熱媒入口（２３ｂ）に接続されている。 本発明の冷媒調整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３図（イ）１こ示す脱着運転時において、ポン
プ（Ｐ、）を駆動し、低温熱源のの熱媒出口（２３ａ）
より三方弁（Ｖ＋）を通じて＠１のフィンチューブ［１
２１の入口ボート（１２ａ）に熱媒〔６０〜ｂ給するこ
とにより吸着剤１８１を加熱脱着すると共に、ポンプ（
Ｐ、）を駆動し、冷却水供給源例より三方弁（Ｖ３〕を
介して第２のフィンチューブα用に冷却水〔３０〜ｂ 冷却すると、前記吸着剤＋１８１の脱着により胴体＋１
１１の内部空間ＯＪに吐き出された冷媒蒸気は第２のフ
ィンチューブ圓の表面で凝縮し、フィン圓および伝熱管
（２０１の表面に液膜を形成する。 なお−このとき、第２のフィンチューブａ４）の表面で
は、入口ボー）　（１４ａ）と出口ボート（１４ｂ）と
の間で冷却水に温度差があり、冷媒液膜の厚さにバラツ
キを生じて液膜厚さが過剰ｌこなり保持し切れなくなっ
た冷媒液が水滴状となって胴体（１１１の底面Ｃ１ｌ＆
）に滴下するが、胴体（１１１下邪の温水タンクにには
三方弁（Ｖ、）を通じて低温熱源のより第１のフィンチ
ューブ化と並列ニ％媒（６０〜８Ｃ１：）が供給されて
おり、冷媒が加熱されて再度水蒸気ｌこ戻ると共に、第
２のフィンチューブ（１４）表面のうち、冷媒液膜厚さ
が薄い部分は、液膜の厚い部分より熱伝達率が良く、冷
媒蒸気がより多く凝縮するため、冷媒液膜がフィンチュ
ーブＩ全体に平均して形成されること≦こなる。 また、胴体（１１）内部の冷媒量は予め設定された運転
条件下における作動温度範囲で必要最小限りこ規定され
ているため、全量が第２のフィンチューブ■の表面で凝
縮し、胴体（１１）の底面（ｌｌａ）や内周面に冷媒液
が付着するのが未然に防止される。 次に第３図沖】に示す吸着運転時の状態について説明す
る。 ポンプＣＰ、〕を駆動し、冷却水供給源例より三方弁（
Ｖ＋）を通じて第１のフィンチューブα２に冷却水〔３
０〜ｂ 胴体ｔｉｌｌ内の冷媒蒸気を吸着させると、ｇＩＪ２の
フィンチューブ圓の表面に付着した冷媒は胴体（１１）
内において蒸発し、フィンチューブ（１４Ｊから気化熱
を奪い、ポンプ（Ｐ３）の運転により蓄熱槽Ｉ２５１の
高温槽（３ｏ）から配管に６）ヲ通じて汲み上げら九三
方弁（ｖａ）ｆｔ介して第２のフィンチューブ（１４Ｉ
＋こ供給される１２℃の利用側熱媒を７℃程度まで冷却
し、三方弁（ｖ４）から配管罰を通じて蓄熱槽のの低温
槽−ｇこ供給するため、ポンプＣＰ４）の作動により蓄
熱槽ルから空調用熱交換器（３１１こ７℃前後の利用側
熱媒が供給さＪｔ、空気から顕熱を奪って１２℃まで昇
温した熱媒が高温槽［３０１１こ還流し、この間で循環
を行って空調対象域の冷房を行う。 なお・上記の実施例においては、胴体＋１１１底部に設
けられる冷媒加熱器口として、低温熱源−の熱源側熱媒
を供給して冷媒加熱を行う温水タンクを用いた場合ｌこ
ついて例示したが、この温水タンク匠は電気ヒータや遠
赤外線ヒータ等に代替することも出来る。 また、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（３１）との間
にこ蓄熱槽ルを設けているが、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
２こより連続運転を行うことも可能である。 前記第１図および第２図と略々同型式の装置を試作し、
脱着運転時にこ冷媒加熱器を使用した場合と使用しない
場合とを比較する実験を行った。 運転条件は次の通りである。 実験結果 冷媒加熱器を使用したときＣ本発明〕・・・（Ａ）冷媒
加熱器を使用しないとき（従来）・・・（Ｂ）以下余白 第１表 また、吸着時間（３，５分）に吸着剤が冷媒を吸着する
スピードの違いは第４図のグラフに示される通りである
。 上記の結果から明らかなように、冷媒加熱器を使用した
場合ｃ本発明〕は、使用しない場合（従来）２こ比べて
吸脱着サイクル時間が約２０％早く、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機は、胴体の底部に
吸着剤脱着時に冷媒を加熱蒸発させる冷媒加熱器を具備
せしめると共に、胴体内部の冷媒封入量を一定の運転条
件における作動温度範囲で必要最小限に規定したもので
あるから、吸着剤から脱着された冷媒が全量、凝縮・蒸
発器側のフィンコイルの表面全体に均一な液膜状に保持
されることになり、吸着運転時の蒸発スピードが均一化
されて、吸脱着サイクル時間の短縮が図られると共にこ
、脱着時に保持し切れなくなって胴体底部に滴下した冷
媒液が吸着時に蒸発し胴体を冷却する無駄なエネルギー
として消費される如き不都合を克服することが出来、吸
着式冷凍機の効率を大巾に向上させるというすぐれた効
果を発揮する。 しかも、本発明によれば、冷媒加熱器を付加するだけで
上述の如く吸着式冷凍機全体の能力を同上させることが
可能であるため、冷凍機の容量をその分小さくすること
が出来、装置フス）’ｔｉ廉ならしめると共≦こ、特≦
こ、冷媒加熱器の熱源として低温熱源を使用した場合は
運転コストの高騰を抑制し、かつ、低温熱源の有効利用
を図り、エネルギー資源の節約に寄与するという効果も
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にこ係る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、第３図は同吸着式冷凍
機全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を夫々示
している。また、茅４図は本発明の吸着式冷凍機と従来
の吸着式冷凍機とを吸着スピードについて比較したグラ
フ、第５図は従来の吸着式冷凍機の断面図である。 ｆｉｌ＋−・・胴体、　　　（ｌｌａ）−底面。 （１２１・・・第１のフィンチューブ。 圓・・・第２のフィンチューブ。 ０＆・・・吸着剤。 固・・・冷媒加熱器（温水タンク）。 第４旧 醋間（ｍｊす

Claims (4)

【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のフィンチューブと、利用側熱媒を
   通過させる第２のフィンチューブとを収設し、前記第１
   のフィンチューブのフィ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、該冷凍機は前記胴体の
   底部に吸着剤脱着時に冷媒を加熱蒸発させる冷媒加熱器
   を有すると共に、前記胴体への冷媒封入量が一定の運転
   条件下における作動温度範囲で必要最小限に設定されて
   いることを特徴とする吸着式冷凍機。
2. ２．胴体内部の冷媒封入量が脱着完了時に全量が第２の
   フィンチューブ表面に液膜状態で保持され、かつ、吸着
   完了時に全量が吸着剤に吸着される量に規定されている
   特許請求の範囲第１項記載の吸着式冷凍機。
3. ３．冷媒加熱器が胴体底面に接して設けられた温水タン
   クである特許請求の範囲第１項又は第２項記載の吸着式
   冷凍機。
4. ４．冷媒加熱器が胴体底面に接して設けられた電気ヒー
   タである特許請求の範囲第１項又は第２項記載の吸着式
   冷凍機。