WO2006135026A1

WO2006135026A1 - 吸着式冷凍機

Info

Publication number: WO2006135026A1
Application number: PCT/JP2006/312070
Authority: WO
Inventors: Bidyut Baran Saha; Shigeru Koyama; Takao Kashiwagi; Atsushi Akisawa; Kim Choon Ng; Xiaolin Wang; Lizhen Gao; Anuthosh Chakraborty
Original assignee: National University Corporation Kyushu University; National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology; National University Of Singapore
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2006-12-21
Also published as: JP4617433B2; JPWO2006135026A1

Abstract

【課題】簡単に動作させることができ、構造が簡単で、しかも低コストである吸着式冷凍機を提供すること。【解決手段】　２つの吸脱着器と、凝縮器と、蒸発器とを備えており、作動冷媒を流通させることで作動する吸着式冷凍機において、第１吸脱着器の内圧と第２吸脱着器の内圧との圧力差によって摺動するピストン弁体を内部に有するシリンダ部を備えたバルブを設置し、このバルブを用いて、冷媒流通路の開閉を行っている。前記圧力差の大きさに応じて、ピストン弁体が自動的に移動し、通路の開閉が行われる。

Description

明細書

吸着式冷凍機

技術分野

[0001] 本発明は、吸着式冷凍機に関するものである。

背景技術

[0002] 吸着式冷凍機は、廃熱を有用な冷却に効果的に転換できるという理由から、長年商品化されてきた。吸着式冷凍機に関しては、例えば、次のような特許出願がなされて、る（特許文献 1〜4参照)。

[0003] 図 1 (a)は、単段型の吸着式冷凍機（吸着サイクル)の作動原理を示すものである。

図示されるように、吸着式冷凍機は、凝縮器 11と、蒸発器 12と、シリカゲルなどの吸着剤 Aが収容された 2つの吸脱着器 (吸着剤熱交翻） 13, 14を備えており、各吸脱着器 13, 14は、水などの作動冷媒 M (以下、単に冷媒と称することがある）を流通させるための 4つの流通管 101〜 104を介して凝縮器 11および蒸発器 12に接続されている。そして、凝縮器 11と蒸発器 12を接続する還流管 105が設けられており、凝縮器 11において凝縮された冷媒 Mは、還流管 105を介して蒸発器 12に還流される。また、各流通管 101〜104の途中には、流通路を開閉するための冷媒バルブ 11 1〜114が設けられて、る。これらの冷媒バルブ 111〜114を開閉操作することで冷媒流通路を選択して吸着式冷凍機を作動させるようになつている。

[0004] 吸着式冷凍機作動時のサイクルは、図 1 (b)に示されるように、大別すると 4つの行程 (行程 Aから行程 D)からなる。

[0005] 図 1 (a)に示されるように、行程 Aでは、第 1冷媒バルブ 111および第 4冷媒バルブ 114は開状態であり、第 2冷媒バルブ 112および第 3冷媒バルブ 113は閉状態であり、また第 1吸脱着器 13に温水 Hwが供給され、第 2吸脱着器 14に冷却水 Cwlが供給されている。蒸発器 12には、低温熱源の熱を運ぶ冷水 (蒸発用水) Cw2が流入しており、冷水 Cw2からの熱投入 Q によって冷媒 Mが気化温度で気化される。気化

load

された冷媒 Mは第 2吸脱着器 14に流入し、ここで吸着剤 Aに吸着される（吸着行程）。吸着時に発生する吸着熱 Q は冷却水 Cwlによって除去される。なお、吸着温度は吸着濃度を決定する要素である。吸着作用は、吸着剤 Aにおける冷媒 Mの吸着濃度が高濃度に達するまで継続する。また、第 1吸脱着器 13では、温水 Hwによって運ばれた運転熱 Q によって吸着剤 Aが脱着温度に熱せられ、冷媒 Mが脱着する。脱

de

着された冷媒 Mは、第 1配管 101を経て凝縮器 11に流入する。凝縮器 11には、高温熱源に熱を運ぶ凝縮用の冷却水 (凝縮用水) Cw3が流入しており、冷媒 M中の熱 Q が冷却水 (Cw3)によって除去され、冷媒 Mが凝縮 (復水）される (脱着行程)。

reject

復水された冷媒 Mは、圧力差などを利用して、還流管 105を介して蒸発器 12に流入する。

[0006] 行程 Bでは、全ての冷媒バルブ 111〜114を閉じて、第 1吸脱着器 13に冷却水 C wlを供給し、第 2吸脱着器 14に温水 Hwを供給する（準備行程)。

[0007] 行程 Cでは、第 2冷媒バルブ 112および第 3冷媒バルブ 113を開き、第 1冷媒バルブ 111および第 4冷媒バルブ 114を閉じ、第 2吸脱着器 14に温水 Hwを供給し、第 1 吸脱着器 13に冷却水 Cwlを供給する。このとき、蒸発器 12で気化された冷媒 Mは第 2吸脱着器 14に流入し、ここで吸着剤 Aに吸着される（吸着行程)。また、第 1吸脱着器 13で脱着された冷媒 Mが凝縮器 11に流入し、ここで凝縮 (復水)される (脱着行程)。復水された冷媒 Mは、圧力差などを利用して、還流管 105を介して蒸発器 12 に

流入する。吸着作用や脱着作用は、行程 Aで説明したものと同様である。

[0008] 行程 Dでは、行程 Bと同様に、全ての冷媒バルブ 111〜114を閉じて、第 2吸脱着器 14に冷却水 Cwlを供給し、第 1吸脱着器 13に温水 Hwを供給する（準備行程)。そして、行程 Dが終了すると、再び行程 Aに戻って同じサイクルを繰り返す。このようなサイクルを繰り返すことで吸着式冷凍機は連続的に作動させることで、低温熱源の熱を回収して低温熱源を冷却することができる。

特許文献 1 :米国特許第 4881376号

特許文献 2：米国特許第 5024064号

特許文献 3：米国特許第 6490875号

特許文献 4：米国特許第 6434955号

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0009] ところで、上述したように、従来の吸着式冷凍機では、吸着式冷凍機のサイクルを動作させるためには、バルブの開閉制御などを、制御装置を用いて制御する必要がある。そして、バルブの開閉制御を最適に行なうことでサイクルの作動効率力い状態を維持しつつサイクルを運転することは必ずしも容易でない。また、吸着式冷凍機の構成要素として、電磁式の制御バルブおよび制御装置を相当数使用する必要があるが、これらは高価である。

[0010] 本発明は、簡単に動作させることができる吸着式冷凍機を提供すること、さらには、構造が簡単で、し力も低コストである吸着式冷凍機用のスプールバルブを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明は、作動冷媒の吸着または脱着が行われる第 1吸脱着器と、作動冷媒の凝縮を行う凝縮器と、作動冷媒を気化させる蒸発器と、前記第 1吸脱着器で行われる吸着または脱着とは逆の動作が行われる第 2吸脱着器とを備えており、作動冷媒を流通させることで作動する吸着式冷凍機であって、前記第 1吸脱着器から前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第 1脱着冷媒流通路と、前記第 2吸脱着器から前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第 2脱着冷媒流通路と、前記蒸発器から前記第 1吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第 1蒸発冷媒流通路と、前記蒸発器から前記第 2吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第 2蒸発冷媒流通路と、前記凝縮器力前記蒸発器に作動冷媒を流入させる還流通路とを備えており、

前記第 1吸脱着器の内圧と前記第 2吸脱着器の内圧との圧力差によって摺動するピストン弁体を内部に有するシリンダ部を備えたバルブが設置されており、

前記ピストン弁体は、前記第 1脱着冷媒流通路を連通状態にして前記第 2脱着冷媒流通路を非連通状態にすると共に前記第 1蒸発冷媒流通路を非連通状態にして前記第 2蒸発冷媒流通路を連通状態にする第 1連通位置と、前記第 1脱着冷媒流通路を非連通状態にして前記第 2脱着冷媒流通路を連通状態にすると共に前記第 1 蒸発冷媒流通路を連通状態にして前記第 2蒸発冷媒流通路を非連通状態にする第 2連通位置とに摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、これらの位置に自動的に移動するものである。

[0012] 前記ピストン弁体は、前記両脱着冷媒流通路および前記両蒸発冷媒流通路を非連通状態にする非連通位置に摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、当該位置に自動的に移動するものであってもよい。

[0013] 本発明に係る吸着式冷凍機が、前記第 1吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された前記第 1吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第 1 凝縮器側流通路とからなるものであり、前記第 2脱着冷媒流通路は、前記第 2吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された第 2吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第 2凝縮器側流通路とからなるものであり、前記ピストン弁体は、前記第 1吸脱着気下流側流通路によって伝達される第 1吸脱着器の内圧と第 2吸脱着器下流側流通路に

よって伝達される第 2吸脱着器の内圧との圧力差に応じて移動するものであってもよい。

[0014] また、前記第 1脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第 1吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第 2脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第 2吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第 1蒸発冷媒流通路は、前記第 1吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第 2蒸発冷媒流通路は、前記第 2吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備えて、るものでもよ、。

発明の効果

[0015] 本発明に係る吸着式冷凍機では、第 1吸脱着器の内圧と前記第 2吸脱着器の内圧の圧力差に応じて移動するピストン弁体を内部に有するシリンダ部を備えたバルブを用いている。そして、圧力差に応じて、ピストン弁体を自動的に移動させることで、第 1脱着冷媒流通路、第 2脱着冷媒流通路、第 1蒸発冷媒流通路および第 2蒸発冷媒流通路を自動的に開閉させている。したがって、本発明によればバルブにおいて、電磁式の制御バルブなどの高価なバルブやその制御装置などを用いることなぐ吸着式冷凍機を作動させることができる。電磁バルブやその制御装置が不要であれば、装置構成がきわめて簡単であり、製造コストが著しく低下し、製造しやすくなる。構造が簡易であるので、吸着式冷凍機の設置に必要な面積および吸着式冷凍機の大きさを小さくすることができ、初期コストを低減させることができ、耐久性が向上する。吸脱着器の内圧に応じてピストン弁体による通路の開閉操作およびそのタイミングが自動（自律)制御されるので、吸着式冷凍機のバッチ操作プロセスが自動（自律)制御で行なわれる。別言すれば、ピストン弁体の動きは、熱源が供給されたときに所定の吸脱着器の内圧によって生ずる圧力差によって行われ、バルブは、吸着式冷凍機のサイクルのバッチ操作に連動して同時的に作動する。また、ピストン弁体の移動を吸脱着器の内圧に基づいて行うので、バルブの誤動作が確実に防止される。その上、サイクルにおけるスイッチングタイムの間隔についても自動制御されるため、システム性能が自動的に最適化される。そして、本発明の吸着式冷凍機のバルブは、吸着式冷凍機を動作させ、当該装置について操作管理するために用いられる大部分のガスバルブの代わりに使用できる。

[0016] そして、ピストン弁体は、両脱着冷媒流通路および両蒸発冷媒流通路を非連通状態にする非連通位置に摺動により移動可能になっているものでもよい。ピストン弁体がー方の連通位置力他方の連通位置に移動するときに、非連通位置を経て移動するようになっていると、ピストン弁体が非連通位置に位置しているときに、冷媒の流れを止めることができる。一時的に冷媒の流れを止めると、ピストン弁体が移動先の連通位置に移動して、対応する冷媒流通路が流通可能状態になったときに、当初から大きな冷媒流量が確保され、冷凍サイクルの性能が確実に発揮される。

[0017] また、第 1脱着冷媒流通路として、第 1吸脱着器とシリンダ部とに接続された第 1吸脱着器下流側流通路と、シリンダ部と凝縮器とに接続された第 1凝縮器側流通路とからなるものを用い、第 2脱着冷媒流通路として、第 2吸脱着器とシリンダ部とに接続された第 2吸脱着器下流側流通路と、シリンダ部と凝縮器とに接続された第 2凝縮器側流通路とからなるものを用い、ピストン弁体を、第 1吸脱着気側流通路によって伝達される第 1吸脱着器の内圧と第 2吸脱着器下流側流通路によって伝達される第 2吸脱着器の内圧との圧力差に応じて移動させるようにしてもよい。このようにすれば、各吸脱着器内の全ベッドの平均的圧力がピストン弁体に伝達されることになり、ピストン弁体を動かすことでより的確なサイクルの自動制御を行なうことができる。 [0018] また、第 1脱着冷媒流通路に、凝縮器から第 1吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、第 2脱着冷媒流通路に、凝縮器力ゝら第 2吸脱着器への作動冷媒の流入を阻

止する逆止弁を備え、第 1蒸発冷媒流通路に、第 1吸脱着器力蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、第 2蒸発冷媒流通路に、第 2吸脱着器から蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備えれば、作動冷媒の逆流が防止され

、より的確に装置を作動させることができると共に効率よく装置を作動させることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明に係る吸着式冷凍機の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

[0020] 図 2Aから図 2Cは、それぞれ、本実施形態の吸着式冷凍機の各行程におけるスプールバルブの状態を示す断面図である。そして、図 3Aから図 3Cは、本実施形態の吸着式冷凍機の各行程における状態を模式的に示すものであり、図 3Aは、スプールバルブのピストン弁体が図中左側に位置する状態（吸脱着行程 A)を示し、図 3B は、ピストン弁体がシリンダ内の中央位置に位置する状態 (準備行程 B, D)を示し、図 3Cは、スプールバルブのピストン弁体が図中右側に位置する状態（吸脱着行程 C )を示す。また、図 4は、本実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブの形状を示す説明用の斜視図であり、図 5は、実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブを示す平面図である。これらの図は、本発明の基礎的概念を説明するのに役立つものである。

[0021] 図 3Aに示されるように、本実施形態の吸着式冷凍機は、 4つの熱交 l l〜14と、これらに接続された配管 21〜28と、各配管 21〜28の開閉を行なうためのスプールバルブ 30とを備えて!/、る。

[0022] 4つの熱交^^とは、凝縮器 11と、蒸発器 12と、吸着剤 Aが収容された 2つの吸脱着器（吸脱着ベッドとも称することがある） 13, 14である。なお、吸脱着器は、いわゆる加圧ベッドタイプの吸脱着ベッドである。これらの熱交 l l〜14と、配管から構成される循環路中には所定量の作動冷媒 M (以下、単に冷媒と称することがある）が封入されており、封入された冷媒 Mが流通するようになっている。本実施形態では、冷媒 Mとして、天然に存在する n—ブタンを用いている。ただし、冷媒 Mは、これに限られるものではなぐ例えば水、アンモニア、エタノールなどのアルコールなどを組み合わせる吸着剤の種類ゃ冷媒圧力、温度条件などに応じて用いることができる。

[0023] 凝縮器 11では、流入してきた冷媒 Mが凝縮される。凝縮器 11には、冷媒 Mを流入させるための第 1凝縮器側流通管 21の一端および第 2凝縮器側流通管 22の一端が接続されており、凝縮 (復水）された冷媒 Mを蒸発器 12に流入させる還流管 23の一端が接続されている。また、凝縮器 11には、高温熱源側から送られてくる冷却水 (凝縮用水) Cw3を流通させる凝縮用水管 11aが配管されている。凝縮用水管 11aの流路と冷媒 Mが流通する領域は、冷媒 Mと凝縮用の冷却水 Cw3とが混合しないように仕切られており、熱交換だけが行われる。

[0024] 蒸発器 12では、流入してきた冷媒 Mが気化される。蒸発器 12には、還流管 23の他端と、冷媒 Mを吸脱着器 13, 14側に送る蒸発器側流通管 24の一端が接続されている。また、低温熱源側から送られてくる冷水 (蒸発用水) Cw2を流通させる蒸発用水管 12aが配管されている。蒸発用水管 12aの流路と冷媒 Mが流通する領域は、冷媒 Mと冷水 Cw2とが混合しないように仕切られており、熱交換だけが行われる。

[0025] 第 1吸脱着器 13には、吸着剤 Aが収容されている。吸着剤 Aは、流通する冷媒 M を吸着し、あるいは吸着した冷媒 Mを脱着するものである。本実施形態では、用いている吸着剤 Aを AC 1500と称している。 AC1500は、粉末状の活性炭（active carbon )であり、測定した比表面積が約 1500m²Zgであったものである。吸着剤は、 AC15 00に限られるものではなぐ例えば、活性炭以外にもシリカゲルゃゼオライトなど種々のものを用いることができる。いずれの吸着剤を用いるかは、たとえば、組み合わせる冷媒の種類や温度条件などに応じて選択される。

[0026] 第 1吸脱着器 13には、冷媒 Mを流入させるための第 1吸脱着器上流側流通管 25 の一端と、冷媒 Mを凝縮器 11側に送るための第 1吸脱着器下流側流通管 26の一端とが接続されており、温水 Hw (図 3A参照）あるいは冷却水 Cwl (図 3C参照）を流通させる第 1吸脱着用水管 13aが配管されている。第 1吸脱着用水管 13aの流路と冷媒 Mが流通する領域は、冷媒 Mと冷却水 Cwlや温水 Hwとが混合しなヽように仕切られており、熱交換だけが行われる。なお、図 4および図 5に示されるスプールバルブ 30では、第 1吸脱着器上流側流通管 25の一端は第 1吸脱着器下流側流通管 26の途中に連結されており、第 1吸脱着器下流側流通管 26の一部を介して第 1吸脱着器 13に連通されている。第 1吸脱着器上流側流通管 25が連通用空間 S3および蒸発器側流通管 24を介して蒸発器 12に連通している状態と、第 1吸脱着器下流側流通管 26が第 1シリンダ内空間 S1および第 1凝縮器側流通管 21を介して凝縮器 11に連通している状態が同時に生ずることはないので、このような構造にしてもよい。このような構造にすると、スプールバルブ 30を設置するときに、接続部分の数が最小限になり、接続作業が容易になる。

[0027] 第 2吸脱着器 14には、冷媒 Mを流入させるための第 2吸脱着器上流側流通管 27 の一端と、冷媒 Mを凝縮器 11側に送るための第 2吸脱着器下流側流通管 28の一端とが接続されている。また、冷却水 Cwlや温水 Hwを流通させるための第 2吸脱着用水管 14aが配管されている。第 1吸脱着用水管 13aおよび第 2吸脱着用水管 14aの配管上流側には図示しない切替器（図 10参照）が設置されており、各水管 13a, 14a に温水 Hwと冷却水 Cwlの!、ずれを流通させるかを切替えることができるようになつている。なお、一方に温水 Hwを流通させるときは他方に冷却水 Cwlを流通させるように切替えられるようになって!/、る。第 2吸脱着用水管 14aの流路と冷媒 Mが流通する領域は、冷媒 Mと冷却水 Cwlや温水 Hwとが混合しないように仕切られており、熱交換だけが行われる。なお、図 4および図 5に示されるスプールバルブ 30では、第 2 吸脱着器上流側流通管 27の一端は第 2吸脱着器下流側流通管 28の途中に連結されており、第 2吸脱着器下流側流通管 28の一部を介して第 2吸脱着器 14に連通されている。第 2吸脱着器上流側流通管 27が連通用空間 S3および蒸発器側流通管 2 4を介して蒸発器 12に連通している状態と、第 2吸脱着器下流側流通管 28が第 1シリンダ内空間 S2および第 2凝縮器側流通管 22を介して凝縮器 11に連通してヽる状態が同時に生ずることはないので、このような構造にしてもよい。このような構造にすると、スプールバルブ 30を設置するときに、接続部分の数が最小限になり、接続作業が容易になる。

[0028] 図 2Aに示されるように、単段型のスプールバルブ 30は、ハウジング.チャンバ 31a と、ハウジング 'チャンバ 31aの内側に設置された内部リング 31bとからなるシリンダ部 31と、当該シリンダ部 31内に収容されるピストン弁体 32とを備えている。このピストン弁体 32は、その中央部に細径部 32eを備えている。そして、シリンダ部 31の両端は、蓋体 33, 34によって閉塞されている。このような構成にすると、シリンダ部 31内に 3つの特有の空間が形成される。具体的には、図 2A等に示される第 1シリンダ内空間（第 1セル) S1と、連通用空間（第 3セル) S3と、図 2C等に示される第 2シリンダ内空間（第 2セル） S2である。

[0029] 図 2Aにお、て、スプールバルブ 30の一端側（右側）に配置された第 1蓋体 33には、第 1吸脱着器下流側流通管 26の他端が連結されている。つまり、第 1吸脱着器下流側流通管 26は、一端側で第 1吸脱着器 13内に連通し、他端側でスプールバルブ 30のシリンダ部 31 (第 1シリンダ内空間 S1)内に連通している。したがって、ピストン弁体 32の一端側 (右側)の第 1端面 32aは、第 1吸脱着器 13内の圧力を被圧する。

[0030] 同様に、スプールバルブ 30の他端 (左側）に配置された第 2蓋体 34には、第 2吸脱着器下流側流通管 28の他端が連結されている。つまり、第 2吸脱着器下流側流通管 28は、一端側で第 2吸脱着器 14内に連通し、他端側でスプールバルブ 30のシリンダ部 31 (第 2シリンダ内空間 S2)内に連通している。したがって、ピストン弁体 32の他端側 (左側)の第 2端面 32bは、第 2吸脱着器 14内の圧力を被圧する。

[0031] このような構造にすると、ピストン弁体 32は、両吸脱着器 13, 14内の内圧の差に応じてシリンダ部 31内を移動する。なお、本実施形態の吸着式冷凍機では両内圧の圧力差は、後述しているように最大で約 300kPa〜350kPaに達する。したがって、この圧力差を利用して確実にピストン弁体 32を移動させることができる。

[0032] なお、ピストン弁体 32ίま、その両端面 32a, 32b【こ、四咅 32c, 32dを備えて!/ヽる。

したがって、ピストン弁体 32のいずれかの端面 32a, 32b力蓋体 33, 34に接触している状態であっても、蓋体 33, 34と、これに接触しているピストン弁体 32の端面 32a , 32bとに囲まれた空間 SI '、 S2' (図 2A,図 2C参照）が確保される。このような構造であると、ピストン弁体 32の端面 32a, 32b力蓋体 33, 34に接触している状態であつても、凹部 32c, 32dの内周面で吸脱着器 13, 14からの圧力を被圧できる。したがつて、ピストン移動の初期段階力も大きな押圧力をピストン弁体 32に付与することができ、初期段階力も確実にピストン弁体 32を移動させることができる。

[0033] スプールバルブ 30のシリンダ部 31には、第 1凝縮器側流通管 21および第 2凝縮器側流通管 22の他端が連結されて、る。

[0034] 第 1凝縮器側流通管 21の他端側の開口 21aは、第 1蓋体 33寄りのシリンダ内周面位置に形成されている。図 2Aに示されるように、第 1凝縮器側流通管 21は、ピストン弁体 32が第 2蓋体 34に接しているとき、シリンダ部 31内の第 1シリンダ内空間 S1に連通する。第 1シリンダ内空間 S1は、シリンダ部 31とピストン弁体 32の第 1端面 32aと第 1蓋体 33に囲まれる状態で形成されている。つまり、第 1凝縮器側流通管 21の他端側の開口 21aは、ピストン弁体 32が第 2蓋体 34に接する状態で、第 1シリンダ内空間 S1に連通する位置に形成されている。また、第 1シリンダ内空間 S1には、先に説明したように、第 1吸脱着器下流側流通管 26が連通している。したがって、第 1凝縮器側流通管 21は、第 1シリンダ内空間 S1を介して第 1吸脱着器下流側流通管 26と連通する。このように、第 1吸脱着器下流側流通管 26と第 1凝縮器側流通管 21によつて、第 1吸脱着器 13で脱着された冷媒 Mを凝縮器 11に流通させる第 1脱着冷媒流通路が構成されている。

[0035] 他方、第 2凝縮器側流通管 22の他端側の開口 22aは、第 2蓋体 34寄りのシリンダ内周面位置に形成されている。図 2Cに示されるように、第 2凝縮器側流通管 22は、ピストン弁体 32が第 1蓋体 33に接しているとき、シリンダ部 31内の第 2シリンダ内空間 S2に連通する。第 2シリンダ内空間 S2は、シリンダ部 31、ピストン弁体 32の第 2端面 32bおよび第 2蓋体 34に囲まれる状態で形成されている。つまり、第 2凝縮器側流通管 22の他端側の開口 22aは、ピストン弁体 32が第 1蓋体 33に接する状態で、第 2 シリンダ内空間 S2に連通する位置に形成されている。また、第 2シリンダ内空間 S2には、先に説明したように、第 2吸脱着器下流側流通管 28が連通している。したがって、第 2凝縮器側流通管 22は、第 2シリンダ内空間 S2を介して第 2吸脱着器下流側流通管 28と連通する。このように、第 2吸脱着器下流側流通管 28と第 2凝縮器側流通管 22によって、第 2吸脱着器 14で脱着された冷媒 Mを凝縮器 11に流通させる第 2 脱着冷媒流通路が構成されて！ヽる。

[0036] 第 1凝縮器側流通管 21には第 1逆止弁 21bが取り付けられており、第 2凝縮器側流通管 22には第 2逆止弁 22bが取り付けられている。各逆止弁 21b, 22bは、吸脱着器 13, 14から凝縮器 11への冷媒 Mの流入を許容する。その一方で、当該逆止弁 2 lb, 22bは、逆流すなわち凝縮器 11から吸脱着器 13, 14への冷媒 Mの流入を防止する。

[0037] また、スプールバルブ 30のシリンダ部 31には、蒸発器側流通管 24の他端が連結されている。蒸発器側流通管 24の他端側の開口 24aは、シリンダ側面の中央位置に形成されている。ところで、図 2A等に示されるように、ピストン弁体 32の中央部の外周には、細径部 32eとシリンダ部 31の内周面とに囲まれる連通用空間 S3が形成されている。そして、蒸発器側流通管 24の他端側の開口 24aは、連通用空間 S3内に連通している。連通用空間 S3のピストン弁体摺動方向寸法は、ピストン弁体 32のスト口ーク距離より長くなつている。そして、ピストン弁体 32がシリンダ部 31内のどの位置に位置していても、蒸発器 12の他端側の開口 24aは連通用空間 S3に連通する状態になっている。つまり、蒸発器側流通管 24の他端側の開口 24aは、常に、連通用空間 S3に連通する位置に形成されている。また、連通用空間 S3は、蒸発器側流通管 24 に常に連通するように形成されて、ると、うことができる。

[0038] そして、スプールバルブ 30のシリンダ部 31には、第 1吸脱着器上流側流通管 25および第 2吸脱着器上流側流通管 27の他端が連結されている。

[0039] 第 1吸脱着器上流側流通管 25の他端側の開口 25aは、蒸発器側流通管 24の他端側の開口 24aの位置よりも、第 1蓋体 33寄りのシリンダ側面位置に形成されている。そして、ピストン弁体 32が第 1蓋体 33に接する位置（図 2C参照）に移動した状態では、第 1吸脱着器上流側流通管 25は、連通用空間 S3に連通する。つまり、第 1吸脱着器上流側流通管 25の他端側の開口 25aは、ピストン弁体 32が第 1蓋体 33に接する状態で、連通用空間 S3に連通する位置に形成されている。そして、先に説明したように、連通用空間 S3には、常に蒸発器側流通管 24が連通している。したがって、第 1吸脱着器上流側流通管 25は、ピストン弁体 32が第 1蓋体 33に接する状態になると、連通用空間 S3を介して蒸発器側流通管 24と連通する。このように、蒸発器側流通管 24と第 1吸脱着器上流側流通管 25とによって、蒸発器 12で気化された冷媒 Mを第 1吸脱着器 13に流通させる第 1蒸発冷媒流通路が構成されている。 [0040] 他方、第 2吸脱着器上流側流通管 27の他端側の開口 27aは、蒸発器側流通管 24 の他端側の開口 24aの位置よりも、第 2蓋体 34寄りのシリンダ側面位置に形成されている。そして、ピストン弁体 32が第 2蓋体 34に接する位置（図 2A参照）に移動した状態では、第 2吸脱着器上流側流通管 27は、連通用空間 S3に連通する。つまり、第 2 吸脱着器上流側流通管 27の他端側の開口 27aは、ピストン弁体 32が第 2蓋体 34〖こ接する状態で、連通用空間 S3に連通する位置に形成されている。そして、先に説明したように、連通用空間 S3には、常に蒸発器側流通管 24が連通している。したがつて、第 2吸脱着器上流側流通管 27は、ピストン弁体 32が第 2蓋体 34に接すると、連通用空間 S3を介して蒸発器側流通管 24と連通する。このように、蒸発器側流通管 2 4と第 2吸脱着器上流側流通管 27とによって、蒸発器 12で気化された冷媒 Mを第 2 吸脱着器 14に流通させる第 2蒸発冷媒流通路が構成されている。

[0041] 第 1吸脱着器上流側流通管 25には第 3逆止弁 25bが取り付けられており、第 2吸脱着器上流側流通管には第 4逆止弁 27bが取り付けられている。各逆止弁 25b, 27b は、シリンダ部 31から吸脱着器 13, 14への冷媒 Mの流入を許容する。その一方で、当該逆止弁 25b, 27bは、逆流すなわち吸脱着器 13, 14からシリンダ部 31への冷媒 Mの流入を防止する。

[0042] また、先に説明したように、凝縮器 11と蒸発器 12の間には還流管 23が接続されている。この還流管 23は、凝縮器 11において凝縮された冷媒 Mを蒸発器 12に戻すための配管である。吸着式冷凍機のサイクルが作動する状態では、凝縮器 11で凝縮された冷媒 Mは、還流管 23を通って蒸発器 12に流れ込むようになつている。なお、図 3A等に示されているように、本実施形態の吸着式冷凍機では、還流管 23の途中に、凝縮器カゝら蒸発器に冷媒を流通させる手段としてスロットルバルブ 23bを取り付けている。ただし、これ以外の同等の手段を設けてもよい。たとえば、スロットルバルブに換えて還流管の一部に U字管部を設け、 U字管部に滞留した液の水位差を利用して圧力差を保持する構造にしてもょヽ（図 10参照)。

[0043] 次に、図 6に示されるサイクル表を参照しつつ、第 1実施形態の吸着式冷凍機の動作について説明する。

[0044] この吸着式冷凍機では、吸脱着器 13, 14内の吸着剤 Aに対して加熱と冷却を交互に繰り返すようになっており、これにより吸着剤 Aによる冷媒 Mの吸着および脱着を交互に繰り返して連続的に冷却等を行うようになって!/、る。

[0045] 吸着式冷凍機を作動させる場合は、まず、凝縮器 11内に凝縮用水管 11aを用いて高温熱源からの凝縮用の冷却水 Cw3を流通させ、蒸発器 12内に蒸発用水管 12aを用いて低温熱源からの蒸発用の冷水 Cw2を流通させる（図 3A参照)。

[0046] そして、一方の吸脱着器内に温水 Hwを流通させ、他方の吸脱着器内に冷却水 C wlを流通させる。ここでは、第 1吸脱着器 13内に第 1吸脱着用水管 13aを用いて温水 Hwを流通させ、第 2吸脱着器 14内に、第 2吸脱着用水管 14aを用いて冷却水 C wlを流通させた場合を例に説明する。

[0047] 第 1吸脱着器 13内に温水 Hwを流通させ、第 2吸脱着器 14内に冷却水 Cwlを流通させると、第 1吸脱着器 13の器内圧力が第 2吸脱着器 14の器内圧力より高くなる。ピストン弁体 32は、その各端面 32a, 32bで対応する吸脱着器 13, 14の内圧を被圧している。ピストン弁体 32の位置は、この圧力差に応じて定まる。ここでは、より高圧である第 1吸脱着器内圧力に押されて、ピストン弁体 32は、その第 2端面 32bが第 2 蓋体 34に接する状態 (第 1連通位置）に移動する（図 2A、図 3A参照)。

[0048] このように、本実施形態の吸着式冷凍機では、ピストン弁体 32がどの位置に位置していたとしても、ピストン弁体 32をいずれかの蓋体 (ここでは第 2蓋体 34)に接する状態〖こ移動させることができる。したがって、吸着式冷凍機の運転開始時、ピストン弁体 32の位置はどの位置であってもよ!/、。

[0049] 図 3Aに示される状態では、第 1吸脱着器下流側流通管 26と第 1凝縮器側流通管 2 1 (第 1脱着冷媒流通路）は第 1シリンダ内空間 S1を介して連通する。また、第 1吸脱着器 13には温水 Hwが流通されており、温水 Hwによって運ばれた運転熱 Q によつ

de て吸着剤 Aが加熱される。吸着剤 Aが加熱されると、吸着剤 Aに吸着されていた冷媒 Mの脱着が促される (脱着行程)。脱着された冷媒 Mは、第 1吸脱着器下流側流通管 26、第 1シリンダ内空間 S1および第 1凝縮器側流通管 21を経て凝縮器 11へと流入する。凝縮器 11に流入した冷媒 Mは、凝縮用の冷却水 Cw3水によって冷却されて凝縮 (復水）される。凝縮された冷媒 Mは、還流管 23によって蒸発器 12へと送られる。なお、凝縮するときに冷媒 Mから放出された熱 Q は凝縮用の冷却水 Cw3によ

reject つて高温熱源に送られ、後述の低温熱源より高温の高温熱源へと排熱され、あるいは熱源として利用される。

[0050] また、図 3Aに示される状態では、蒸発器側流通管 24と第 2吸脱着器上流側流通管 27 (第 2蒸発冷媒流通路）が連通用空間 S3を介して連通する。蒸発器 12には、低温熱源の熱を運ぶ冷水 (蒸発用水） Cw2が流通されており、蒸発用の冷水 Cw2からの熱 Q の投入によって冷媒 Mが気化温度で気化される。気化された冷媒 Mは、蒸 load

発器側流通管 24、連通用空間 S3および第 2吸脱着器上流側流通管 27を経て第 2 吸脱着器 14へと流入する。第 2吸脱着器 14に流入した冷媒 Mは、第 2吸脱着器 14 内の吸着剤 Aに吸着される（吸着行程)。なお、吸着温度は吸着濃度を決定する要素である。第 2吸脱着器 14には、冷却水 Cwlが流通されており、吸着時に発生する熱 Q を排出して吸着剤 Aの昇温を防止し、これにより吸着を促進している。したがつ ad

て、吸着作用は、吸着剤 Aにおける冷媒 Mの吸着濃度が高濃度に達するまで継続する。

[0051] 本実施形態では、この状態、すなわち吸着式冷凍機のサイクルの行程 Aを 440秒程度継続する。なお、行程 Aをはじめとして各行程の継続時間は、適宜定めることができる。

[0052] 行程 Aを終了すると、各吸脱着器 13, 14に流通させている温水 Hwおよび冷却水 Cwlの流通先の切替え (スイッチング）を行う。

[0053] すなわち、第 1吸脱着器 13の第 1吸脱着用水管 13aに冷却水 Cwlを流通させ、第 2吸脱着器 14の第 2吸脱着用水管 14aに温水 Hwを流通させる（図 3B参照)。すると、第 1吸脱着器 13は冷却されて冷媒 Mの吸着に適した状態になっていく。他方、第 2 吸脱着器 14は加熱されて冷媒 Mの脱着に適した状態になっていく。

[0054] また、第 1吸脱着器 13は冷却され、その内圧が低くなつていく。他方、第 2吸脱着器 14は加熱され、その内圧は高くなつていく。その結果、両内圧の圧力差がなくなり、さらに進むと、第 2吸脱着器 14の内圧が第 1吸脱着器 13の内圧より高くなる。各吸脱着器 13, 14の内圧がこのように変化する過程で、ピストン弁体 32は、自律的に、通常はゆっくりと、第 2蓋体 34に接する位置力も第 1蓋体 33側に移動する。このように、次第に変化する冷媒 Mの圧力をピストン弁体 32の動力として用いているので、ピストン弁体の動きが安定し、行程の切替え動作が安定する。特に、本実施形態では、内圧の圧力差を用いてピストン弁体を移動させており、よりピストン弁体 32の動作が安定する。

[0055] なお、ここでは、ピストン弁体 32が第 2蓋体 34から離れたとき力も第 1蓋体 33に接するまでの期間を移行期間または移行モードと称することがある。また、逆の場合、すなわち、第 1蓋体 33を離れたとき力も第 2蓋体 34に接するまでの期間も移行期間である。なお、本実施形態では、各配管 21〜28に逆止弁が設けられており、移行期間中に冷媒 Mが逆流することが確実に防止されて、る。

[0056] 図 3Bに示されるように、ピストン弁体 32が第 2蓋体 34から第 1蓋体 33側に移動し、中間位置に達した状態では、第 1シリンダ内空間 S1に連通する第 1吸脱着器 13内の冷媒 Mの圧力が逆止弁 21bを通過できる圧力よりも低くなつており、第 1吸脱着器 13から凝縮器 11に冷媒 Mが流通しなくなる。また、第 2吸脱着器上流側流通管 27 が連通用空間 S3に連通しない状態になり、蒸発器 12と第 2吸脱着器 14との間で冷媒 Mが流通しなくなる。このように、ピストン弁体 32は、自律的に移動することで弁として機能し、冷媒 Mが流通しない状態を確保する。

[0057] また、同様に、図 3Bに示される状態は、凝縮器 11と第 2吸脱着器 14の間や、蒸発器 12と第 1吸脱着器 13との間でも冷媒 Mが流通しない状態である。つまり、ピストン弁体 32は、熱交 l l〜14の間で冷媒 Mが流通しない状態になる位置 (非連通位置）に移動する。

[0058] 図 3Bの状態は、各吸脱着器 13, 14における吸着行程と脱着行程とを切替えるときに行なわれる行程であり、スイッチング行程あるいは準備行程と称することができる。この準備行程 Bを行うと、第 1吸脱着器 13は、冷却されて冷媒 Mの吸着により適した状態になり、第 2吸脱着器 14は、加熱されて冷媒 Mの脱着により適した状態になる。本実施形態では、この準備行程 Bは 20秒程度継続される。なお、準備行程 Bでは、各吸脱着器に流通させる温水 Hwや冷却水 Cwlの量を減少させる予熱 (または予冷 )の期間を設けてもよい。このような期間を設けることで、準備行程 Bの継続時間を調整することができる。

[0059] この準備行程 Bの経過時間が経過する時期になると、図 3Cに示されるように、ピストン弁体 32がさらに第 1蓋体 33側に移動して、ピストン弁体 32の第 1端面 32aが第 1蓋体 33に接する状態 (第 2連通位置）になる。この状態では、第 2凝縮器側流通管 22 が第 2シリンダ内空間 S2に連通し、第 1吸脱着器上流側流通管 25が第 1シリンダ内空間 S1に連通する。また、第 2吸脱着器 14内の圧力が上昇して、第 2逆止弁 22bを通って冷媒 Mが凝縮器 11側に流通できる状態になる。このように、ピストン弁体 32は、自律的に移動することで弁として機能し、再び冷媒 Mが流通する状態を確保する。

[0060] 図 3Cに示される状態では、第 2吸脱着器下流側流通管 28と第 2凝縮器側流通管 2 2 (第 2脱着冷媒流通路）とが第 2シリンダ内空間 S2を介して連通する。また、第 2吸脱着器 14には温水 Hwが流通されており、温水 Hwによって運ばれた運転熱 Q によ

de つて吸着剤 Aが加熱される。吸着剤 Aが加熱されると、吸着剤 Aに吸着されていた冷媒 Mの脱着が促される (脱着行程)。脱着された冷媒 Mは、第 2吸脱着器下流側流通管 28、第 2シリンダ内空間 S2および第 2凝縮器側流通管 22を経て凝縮器 11へと流入する。凝縮器 11に流入した冷媒 Mは、凝縮用の冷却水 Cw3によって冷却されて凝縮 (復水）される。凝縮された冷媒 Mは、還流管 23によって蒸発器 12へと送られる。

[0061] また、図 3Cに示される状態では、蒸発器側流通管 24と第 1吸脱着器上流側流通管 25 (第 1蒸発冷媒流通路）とが連通用空間 S3を介して連通する。蒸発器 12には、低温熱源の熱を運ぶ冷水 (蒸発用水） Cw2が流通されており、冷水 Cw2からの熱 Q

lo によって冷媒 Mが気化温度で気化される。気化された冷媒 Mは、蒸発器側流通管 ad

24、連通用空間 S3および第 1吸脱着器上流側流通管 25を経て第 1吸脱着器 13へと流入する。第 1吸脱着器 13に流入した冷媒 Mは、第 1吸脱着器 13内の吸着剤 Aに吸着される（吸着行程)。第 1吸脱着器 13には、冷却水 Cwlが流通されており、吸着時の発熱による吸着剤 Aの昇温が防止され、これにより吸着が促される。したがって、吸着作用は、吸着剤 Aにおける冷媒 Mの吸着濃度が高濃度に達するまで継続する。

[0062] 本実施形態では、この状態、すなわち吸着式冷凍機のサイクルの行程 Cを、行程 A と同様に 440秒程度継続する。

[0063] 行程 Cを終了すると、各吸脱着器 13, 14に流通させている温水 Hwおよび冷却水 Cwlの流通先を切替える。 [0064] すなわち、第 2吸脱着器 14の第 2吸脱着用水管 14aに冷却水 Cwlを流通させ、第 1吸脱着器 13の第 1吸脱着用水管 13aに温水 Hwを流通させる。すると、第 1吸脱着器 13は加熱されて冷媒 Mの脱着に適した状態になっていく。他方、第 2吸脱着器 14 は冷却されて冷媒 Mの吸着に適した状態になっていく。

[0065] また、第 1吸脱着器 13は加熱され、その内圧が高くなつていく。他方、第 2吸脱着器 14は冷却され、その内圧は低くなつていく。その結果、両内圧の圧力差がなくなり、さらに進むと、第 1吸脱着器 13の内圧が第 2吸脱着器 14の内圧より高くなる。各吸脱着器 13, 14の内圧がこのように変化する過程で、ピストン弁体 32は、第 1蓋体 33に接する位置力も第 2蓋体 34側に移動する。

[0066] そして、図 3Bに示されるように、ピストン弁体 32がシリンダ部内の中間位置に位置する状態では、第 2シリンダ内空間 S2に連通する第 2吸脱着器 14内の冷媒 Mの圧力が第 2逆止弁 22bを通過できる圧力よりも低くなつており、第 2吸脱着器 14から凝縮器 11に冷媒 Mが流通しなくなる。また、第 1吸脱着器上流側流通管 25が第 1シリンダ内空間 S1に連通しない状態になり、蒸発器 12と第 1吸脱着器 13との間で冷媒 Mが流通しなくなる。このように、ピストン弁体 32は、自律的に移動することで弁として機能し、冷媒 Mが流通しない状態を確保する。

[0067] また、同様に、図 3Bに示される状態は、凝縮器 11と第 1吸脱着器 13との間や、蒸発器 12と第 2吸脱着器 14との間でも冷媒 Mが流通しない状態である。つまり、ピストン弁体 32は、熱交翻間で冷媒 Mが流通しない状態 (準備行程 D)になる位置 (非連通位置）に移動する。

[0068] 準備行程 Dを行うことにより、第 1吸脱着器 13は、加熱されて冷媒 Mの脱着により適した状態になり、第 2吸脱着器 14は、冷却されて冷媒 Mの吸着により適した状態になる。本実施形態では、この準備行程 Dは 20秒程度継続される。

[0069] 準備行程 Dの経過時間が経過する時期になると、図 3Aに示されるように、ピストン弁体 32がさらに第 2蓋体 34側に移動して、ピストン弁体 32の第 2端面 32bが第 2蓋体 34に接する状態、すなわち行程 Aの状態に戻る。また、第 1吸脱着器 13内の圧力が上昇して、第 1逆止弁 21bを通って冷媒 Mが凝縮器 11側に流通できる状態になる。このように、ピストン弁体 32は、自律的に移動することで弁として機能し、冷媒 Mが流通する状態を確保する。

[0070] この後、ここまで説明した行程 Aから行程 Dが繰り返され、吸着式冷凍機が連続的に作動される。

[0071] このように、本実施形態の吸着式冷凍機によれば、サイクルの行程 Aや行程 Cの終了時に、各吸脱着器 13, 14に流入させている温水 Hwおよび冷却水 Cwlの流通先を切替えると、スプールバルブ 30のピストン弁体 32が自律的に移動して、吸着式冷凍機全体の構成が次の行程に適した構成状態に変更される。したがって、本実施形態の吸着式冷凍機は簡単に動作させることができるものである。

[0072] また、上述したように、行程 B, Dにおけるピストン弁体 32の位置（非連通位置、図 2 B参照）は、行程 Aにおける位置 (第 1連通位置、図 2A参照）と行程 Dにおける位置（第 2連通位置、図 2C参照）との間に位置している。したがって、ピストン弁体 32は、第 1連通位置と第 2連通位置との間を移動するときは、自動的に、非連通位置を通って一方の連通位置力も他方の連通位置に移動することになる。したがって、各吸脱着器 13, 14において吸脱着が行なわれる行程 Aと行程 Cとの間で切替えが行われるとき、自動的に準備行程 B, Dを行うことができる。

[0073] また、本実施形態の吸着式冷凍機によれば、冷媒 Mの流通路に流路設定するためのバルブを設置する必要が全くない。そして、バルブを開閉制御するための制御装置も必要ない。このように、本実施形態の吸着式冷凍機は、構造が簡単で、し力も極めて低コストで製造できる。

[0074] なお、吸着式冷凍機で用いる吸着剤 Aと冷媒 Mの組み合わせを考える場合は、特に、最大吸着能力と吸着および脱着の比率の両方を考慮する。吸着剤 Aと冷媒 Mの組み合わせとしては、たとえば、シリカゲル Z水、ゼォライト Z水などを挙げることができる。

[0075] 図 7に示されるように、 AC1500と n—ブタンの組み合わせの平衡吸着量は、約 0.

96kg/kg (25°Cのとき）と 0. 65kg/kg(50°Cのとき）であり、シリカゲルと水の組み合わせの平衡吸着量 (0. 4kg/kg)や AC 1500とエタノールの組み合わせの平衡吸着量（ 0. 45kg/kg)より大きかった。また、 0. 1から 0. 6の圧力範囲について、同様に、吸着能力を比較したところ、 AC 1500と n—ブタンの組み合わせが他の組み合わせよりも、吸着式冷凍機の運転に適していることがわ力つた。また、 AC1500と n—ブタンの吸着能力は、 25°Cと 50°Cの吸着温度について、それぞれ 0. 38kg/kg力も 0. 8kg/k gと、 0. 3kg/kgから 0. 61kg/kgであることが分かる。このように、 AC1500と n—ブタンの組み合わせは、より高い冷却効果を提供することができる。

[0076] 同様に、 AC3100と n—ブタンの組み合わせについても検討した。図 8に示されるように、 AC3100と n—ブタンの組み合わせの平衡吸着量は、約 0. 79kg/kg (25°C、 2 50kPaのとき）と 0. 68kg/kg (50°C、 320kPaのとき）であり、シリカゲルと水の組み合わせの平衡吸着量 (0. 4kg/kg)や AC1500とエタノールの組み合わせの平衡吸着量 (0. 45kg/kg)より大きかった。また、 0. 1 (約 30kPa)力ら 0. 6 (約 180kPa)の圧力範囲について、同様に、吸着能力を比較したところ、 AC3100と n—ブタンの組み合わせが他の組み合わせよりも、高い冷却効果が得られ、吸着式冷凍機の運転に適している。なお、ここで AC3100と称する吸着剤は、粉末状の活性炭（MSC— 30、関西熱化学株式会社製)であり、測定した結果、比表面積が約 3140m²Zgであったものである。

[0077] また、図 7および図 8に示される吸着等温線図において注目すべきもう一つのことは、 AC 1500と n—ブタンの組み合わせや、 AC3100と n—ブタンの組み合わせにおける吸着等温線は、 IUPAC等温線のタイプ 1に分類することができるということである。つまり、この等温線は、低い相対圧力で急上昇し、相対圧力軸に対して凹形になつている。その上、吸着量は、相対圧力が 1に近づくにつれて、制限値に近づいている

[0078] 以上のように、本実施形態の吸着式冷凍機は、加圧ベッドの吸着式冷凍装置であり、低温 (一般的に 100°C以下)の廃熱または再生可能なエネルギー源を利用することができ、これにより効果的に、効率よく運転することができる。その結果、電力消費量を大幅に削減できる。また、天然由来の冷媒 (n—ブタン)を利用すれば、環境との適応性に優れる。また本実施形態の吸着式冷凍機は、モジュール式であるので、需要面管理において重要な役割を果たすことができる。つまり、組立やメンテナンスなどが容易である。スプールバルブ 30のピストン弁体 32の動きは、熱源が供給されるとき、対応する吸脱着器 13の内部で発生する圧力差によってのみ調整される。したがつて、ピストン弁体 32の運動は、吸着式冷凍装置のサイクルのバッチ操作と同時に作動する。つまり、ピストン弁体 32は、無動力で自律的に移動するものであり、対応する吸脱着器と同時に（同期的に)作動する。また、従来の吸着式冷凍機に使用されて、る全てのガスバルブと関連制御器を除去することができるので、吸着式冷凍機の初期コストを縮小することができる。本実施形態で用いられて、る単段型のスプールバルブ 30を用いれば、従来用いていた全てのガスバルブ（図 1の 111〜 114)を除去することができ、吸着式冷凍機の物理的寸法 (設置面積)すなわち大きさの縮小にも貢献する。

[0079] AC 1500と n—ブタンの組み合わせや、 AC3100と n—ブタンの組み合わせにおける吸着等温線は極めて優れて、るので、これを用いる本実施形態の吸着式冷凍機は、高い効率で作動する。その上、シリカゲルと水の組み合わせの吸着システムでは、吸着モード状態の吸脱着器内圧と、脱着モード状態の吸脱着器 13, 14内圧の圧力差は、 3kPaから 5kPaであるのに対し、本実施形態における吸着と脱着モード間の圧力差は、約 300kPaから 350kPaである。吸着と脱着モード間でより高い圧力差が確保されれば、システム性能を向上させることができ、より優れた吸着式冷凍機を提供することができる。また、本実施形態の吸着式冷凍機のシステム圧力は 1バール力も 4. 5バール程度である。他の動力を使用する従来の吸着式冷凍機では、準常圧を維持する必要があるので装置が大型化してしまうことがある。例えば、エアバルブを用いるような場合である。この点、本実施形態の吸着式冷凍機によれば、そのような必要がなく装置の小型軽量ィ匕に寄与するものである。また、装置の構造が簡単であるので、ほとんどメンテナンスの必要がない。さらに、単段型のスプールバルブを用いれば、従来必要であった全てのガスバルブを除去することができるので、吸着式冷凍機やそのプラントのコンパクトィ匕を図ることができ、例えば、吸着一脱塩プラントなどにおいて採用することができる。単段型のスプールバルブは、いかなる種類のマルチベッドタイプの吸着システムにも適用することができるものであり、これを適用することで、従来必要であった全てのガスバルブを除去することができる。

[0080] なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなぐ発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々改変することができるものである。つまり、図面は具体的な実施形態を図示するためのものであり、本発明の範囲を定義するためのものではない。

[0081] たとえば、図 9A、図 9B、図 9Cに示されるように、各吸脱着器下流側流通管 26, 28 に、複数の吸脱着器 13 A, 13B, 14A, 14Bを接続するようにしてもよい。本発明によれば、対応する吸脱着器下流側流通管 26, 28および吸脱着器上流側流通管 25 , 27に接続する吸脱着器の数を増減させるだけで簡単に吸着式冷凍機で用いる吸脱着器の数を増減させることができる。したがって、冷凍機の能力や大きさなどを簡単に調節することができる。なお、冷凍機の動作は先に説明した吸着式冷凍機と同様であるので、共通の構成には同一の符号を付し、その説明を省略した。また、吸着式冷凍機の動作についても同様であるのでその説明を省略する。これは、次に説明する吸着式冷凍機についても同様である。

[0082] 図 10に示されるように、ピストン弁体 32がシリンダ部 31の移動ストローク内の中間位置（非連通位置）に移動したときに、ピストン弁体 32によって開口 21a, 22a, 25a, 27a力 S塞力 Sれて、流通管 21、 22, 25, 27力 S対応するシリンダ内空 f¾Sl, S2, S3に連通しない状態になり、各吸脱着器 13, 14と凝縮器 11または蒸発器 12との間で冷媒 Mが流通しなくなるような構成にしてもよい。この場合、第 1凝縮器側流通管 21の他端側の開口 21aは、ピストン弁体 32が中間位置に位置する状態で、第 1シリンダ内空間 S1への連通がピストン弁体 32によって塞がれる位置に形成されている。また、第 2凝縮器側流通管 22の他端側の開口 22aは、ピストン弁体 32が中間位置に位置する状態で、第 2シリンダ内空間 S2への連通がピストン弁体 32によって塞がれる位置に形成されている。

[0083] このような構成にすると、全ての冷媒流通路における冷媒流通状態（開閉状態）をピストン弁体 32の位置によって定めることができ、逆止弁を用いることなく冷媒流通状態を定めることができる。なお、ここでは、図 10によって、行程 Bや行程 Dにおけるスプールバルブの状態だけを示した。行程 Aや行程 Dにおける状態は、上記実施形態の吸着式冷凍機のスプールバルブ状態と同様であるので、ここでは省略した。

[0084] 上記最初の実施形態では、対応する流通管 21, 22, 25, 27に第 1から第 4逆止弁 21b, 22b, 25b, 27bを設けることで冷媒 Mの逆流を防止したり、一定圧力以上の冷媒 Mだけが逆止弁を通過して流通するようにしたりしていた力図 10に示されるようなピストン弁体 32を用いれば、逆止弁を設けなくても、所定の流れで冷媒 Mを流通させてサイクルを作動させることが可能である。したがって、逆止弁は必要に応じて設ければよい。

[0085] なお、図 10に示される実施形態の吸着式冷凍機では、図 11に示されるように、還流管 23に、スロットルバルブ 23bに変えて U字管部 23cを設けた。 U字管部 23cを設けると、ここに液体冷媒 Mが滞留するので、滞留液の水位差を利用して圧力差を保持することができる。図 10に示される吸着冷凍機と上記最初の実施形態の吸着冷凍機は同様の構造であり、上記最初の実施形態の吸着式冷凍機にも、図 11に示される吸着冷凍機と同様に U字管部を適用することができる。

[0086] また、図 11に示される実施形態では、各吸脱着器 13, 14に流通させている温水 H wと冷却水 Cwlの流通先の切替え (スイッチング）に用いられる切替器 35を示した。切替器 35には、温水 Hwおよび冷却水 Cwlの給水管が接続されていると共に、第 1 吸脱着用水管 13aおよび第 2吸脱着用水管 14aの上流側が接続されている。そして、切替器は、一方の水管に温水 Hwを供給すると共に他方の水管に冷却水 Cwlを供給する第 1切替位置（図 11で示される位置)と、一方の水管に冷却水 Cwlを供給すると共に他方の水管に温水 Hwを供給する第 2切替位置とに切替自在になっている。

[0087] 図 11で示されるように、切替器 35を左側に移動させて第 1切替位置に位置させると、第 1吸脱着器 13の第 1吸脱着用水管 13aに温水 Hwが流通されると共に第 2吸脱着器 14の第 2吸脱着用水管 14aに冷却水 Cwlが流通され、切替器 35を右側に移動させて第 2切替位置に位置させると、第 1吸脱着用水管 13aに冷却水 Cwlが流通されると共に第 2吸脱着用水管 14aに温水 Hwが流通される。具体的には、行程 Aの終了時および行程 Cの終了時に切替器の切替えが行なわれる。なお、上記最初の実施形態では、切替器を図示していないが、上記実施形態の吸着式冷凍機も、図 1 1に示されるような切替器によって温水 Hwおよび冷却水 Cwlの供給先の切替えが行われている。

産業上の利用可能性

[0088] 本発明に係る吸着式冷凍機では、電磁式の制御バルブなどの高価なバルブが不要であり、その制御装置なども不要になるので、装置構成がきわめて簡単であり、製造コストが著しく低下し、製造しやすくなる。構造が簡易であるので、吸着式冷凍機の設置に必要な面積および吸着式冷凍機の大きさを小さくすることができ、初期コストを低減させることができる。また、耐久性にも優れるなど、本発明に係る吸着式冷凍機は、極めて有用である。

図面の簡単な説明

[図 1]吸着式冷凍機の基本原理を説明するための説明図である。

[図 2A]本実施形態の吸着式冷凍機の行程 Aにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。

[図 2B]本実施形態の吸着式冷凍機の行程 B, Dにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。

[図 2C]本実施形態の吸着式冷凍機の行程 Cにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。

[図 3A]本実施形態の吸着式冷凍機の行程 Aにおける状態を模式的に示す構成図である。

[図 3B]本実施形態の吸着式冷凍機の行程 B, Dにおける状態を模式的に示す構成図である。

[図 3C]本実施形態の吸着式冷凍機の行程 Cにおける状態を模式的に示す構成図である。

[図 4]本実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブの形状を示す説明ようの斜視図である。

[図 5]本実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブを示す平面図である

[図 6]吸着式冷凍機を動作させる際のサイクルの一例を示す行程表である。

[図 7]吸着剤および冷媒が AC 1500/n ブタンの組み合わせである場合の吸着等温線図である。

[図 8]吸着剤および冷媒が AC3100Zn—ブタンの組み合わせである場合の吸着等温線図である。圆 9A]別実施形態の吸着式冷凍機の行程 Aにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。

[図 9B]別実施形態の吸着式冷凍機の行程 B, Dにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。

圆 9C]別実施形態の吸着式冷凍機の行程 Cにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。

[図 10]本実施形態の吸着式冷凍機の行程 B, Dにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。

圆 11]さらに別の実施形態の吸着式冷凍機の行程 B, Dにおける状態を模式的に示す構成図である。

符号の説明

11 凝縮器

12 蒸発器

13 第 1吸脱着器

14 第 2吸脱着器

21 第 1凝縮器側流通管

22 第 2凝縮器側流通管

23 ；>¾流官

24 蒸発器側流通管

25 第 1吸脱着器上流側流通管

26 第 1吸脱着器下流側流通管

27 第 2吸脱着器上流側流通管

28 第 2吸脱着器下流側流通管

30 スプールバルブ

31 シリンダ部

32 ピストン弁体

33 第 1蓋体

34 第 2蓋体 A 吸着剤

M 作動冷媒

SI 第 1シリンダ内空間

S2 第 2シリンダ内空間

S3 連通用空間

Claims

請求の範囲

[1] 作動冷媒の吸着または脱着が行われる第 1吸脱着器と、作動冷媒の凝縮を行う凝縮器と、作動冷媒を気化させる蒸発器と、前記第 1吸脱着器で行われる吸着または脱着とは逆の動作が行われる第 2吸脱着器とを備えており、作動冷媒を流通させることで作動する吸着式冷凍機であって、

前記第 1吸脱着器力前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第 1脱着冷媒流通路と、前記第 2吸脱着器力前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第 2脱着冷媒流通路と、前記蒸発器力前記第 1吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第 1蒸発冷媒流通路と、前記蒸発器から前記第 2吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第 2蒸発冷媒流通路と、前記凝縮器から前記蒸発器に作動冷媒を流入させる還流通路とを備えており、

前記ピストン弁体は、前記第 1脱着冷媒流通路を連通状態にして前記第 2脱着冷媒流通路を非連通状態にすると共に前記第 1蒸発冷媒流通路を非連通状態にして前記第 2蒸発冷媒流通路を連通状態にする第 1連通位置と、前記第 1脱着冷媒流通路を非連通状態にして前記第 2脱着冷媒流通路を連通状態にすると共に前記第 1 蒸発冷媒流通路を連通状態にして前記第 2蒸発冷媒流通路を非連通状態にする第 2連通位置とに摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、これらの位置に自動的に移動するものである吸着式冷凍機。

[2] 前記ピストン弁体は、前記両脱着冷媒流通路および前記両蒸発冷媒流通路を非連通状態にする非連通位置に摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、当該位置に自動的に移動するものである請求項 1に記載の吸着式冷凍機。

[3] 前記第 1脱着冷媒流通路は、前記第 1吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された前記第 1吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第 1凝縮器側流通路とからなるものであり、

前記第 2脱着冷媒流通路は、前記第 2吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された第 2吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第 2凝縮器側流通路とからなるものであり、

前記ピストン弁体は、前記第 1吸脱着気下流側流通路によって伝達される第 1吸脱着器の内圧と第 2吸脱着器下流側流通路によって伝達される第 2吸脱着器の内圧との圧力差に応じて移動するものである請求項 1または請求項 2に記載の吸着式冷凍機。

前記第 1脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第 1吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第 2脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第 2吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第 1蒸発冷媒流通路は、前記第 1吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第 2蒸発冷媒流通路は、前記第 2吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備えて！/ヽる請求項 1から請求項 3のヽずれか一項に記載の吸着式冷凍機。