JPH0416695B2 - - Google Patents

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JPH0416695B2
JPH0416695B2 JP58118873A JP11887383A JPH0416695B2 JP H0416695 B2 JPH0416695 B2 JP H0416695B2 JP 58118873 A JP58118873 A JP 58118873A JP 11887383 A JP11887383 A JP 11887383A JP H0416695 B2 JPH0416695 B2 JP H0416695B2
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JP
Japan
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adsorption tower
evaporator
working fluid
valve
adsorbent
Prior art date
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JP58118873A
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English (en)
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JPS6011072A (ja
Inventor
Mutsumi Suzuki
Koichi Kawasaki
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Takasago Thermal Engineering Co Ltd
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Takasago Thermal Engineering Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、弁の切り換え操作だけで低温熱源か
ら熱を汲み上げる吸着剤利用のヒートポンプを効
率よく運転する方法に関する。 本発明の目的は、動力を使用しないで低温熱源
から熱を汲み上げることの出来るヒートポンプを
提供するにあり、とくに、その運転を最適に行う
アルゴリズムを提供するにある。 この目的を達成する本発明のヒートポンプおよ
びその運転方法を図面に従つて説明する。第1図
に示すように、本発明のヒートポンプの基本構成
は、吸着剤を封入した吸着塔1に対して作動流体
が流通可能に蒸発器2と凝縮器3を接続し、吸着
塔1と蒸発器2とを連結する作動流体通路に開閉
弁4を介装すると共に吸着塔1と凝縮器3とを連
結する作動流体通路に開閉弁5を介装し、吸着塔
1の冷却用流体と加熱用流体を選択的に流すよう
に構成される。 吸着塔1には、吸着剤例えば活性炭を充填し、
この活性炭と熱交換可能に流体通路6を設ける。
そしてこの流体通路6には冷却用流体7と加熱用
流体8とを弁9と弁10の操作で選択的に流すよ
うにする。この冷却用流体7としては低温排水や
低温空気、加熱用流体8としては高温排水や高温
空気などを使用することができる。第2〜3図は
この吸着塔1の具体例を示しており、円筒容器1
1の中心部においてその軸方向に網体の作動流体
通路12を設け、この作動流体通路12で囲われ
る円筒容器11の内部空間に活性炭13を装填す
ると共にこの活性炭を加熱冷却するための流体通
路として、円筒容器11の外周面を覆うジヤケツ
ト6aと、活性炭層を貫通する多数本の管路6b
とが設けてある。 蒸発器2は密閉容器からなり、作動流体例えば
水がこの中に封入される。この蒸発器2と吸着塔
1とは作動流体通路15(第1図)で連結され、
この作動流体通路15に開閉弁4が介装される。
第2〜3図の吸着塔1では、網体の作動流体通路
12がこの開閉弁4介装の作動流体流体通路15
と接続される。そしてこの蒸発器2自身は低温熱
源流体17との間で熱交換する熱交換器を構成し
ており、第1図のように低温熱源流体17がその
中に流れるコイル18をこの蒸発器2の中に設置
してもよいし、また図示しないが、低温熱源流体
17がその中に流れるジヤケツトを蒸発器2の外
周に設置してもよい。熱交換効率を高めるための
フイン等を適宜取りつけるのも有益である。 凝縮器3も密閉容器からなり、開閉弁5が介装
された作動流体通路16(第1図)で吸着塔1に
連結される。第2〜3図の吸着塔1では、網体の
作動流体通路12がこの開閉弁5介装の作動流体
通路16と接続されることになる。この凝縮器3
で発生する熱を効率良く取り出すために、前記の
蒸発器2と同様に、外部流体19がその中に流れ
るコイル20を設けるか、またはジヤケツトを設
置し、場合によつてはフイン等も取りつける。 蒸発器2と凝縮器3とは、凝縮器3で凝縮した
液状の作動流体を蒸発器2に液状で戻すための連
通路21で連結しておき、通常は閉成している弁
22をこの連通路21に取付けておくとよい。 このように構成したヒートポンプの操作態様に
ついて次に説明する。 〔操作1〕 弁9を開、弁10を閉にして、吸着
塔1の流体通路6に冷却用流体7を流して吸着剤
を冷却しておき、開閉弁4を開成、開閉弁5を閉
成して、蒸発器2内の作動流体を吸着剤に吸着さ
せる。すなわち、蒸発器2で作動流体を蒸発させ
その蒸気を吸着塔1内の吸着剤に吸着させる。こ
の動作で、吸着塔1で潜熱が放出される。 〔操作2〕 ある時間のあいだ〔操作1〕を続け
たならば、開閉弁4を閉、開閉弁5を開成し、弁
10を開、弁9を閉にして吸着塔1の流体通路6
に加熱用流体8を流して吸着剤を加熱する。すな
わち、吸着剤を加熱してこれに吸着していた作動
流体を脱着させ、これを凝縮器3で凝縮させ、そ
の凝縮熱を放出させる。 〔操作3〕 凝縮器3での凝縮量がある程度にな
つたら、開閉弁4と5を閉じて、弁22を開き、
凝縮器3内の作動流体の液を蒸発器2に戻す。 この一連の操作を繰り返すことにより、蒸発器
2から熱を汲み上げて吸着塔1でこれが放出さ
れ、蒸発器2は冷凍器として、また吸着塔1は昇
温器として機能することができる。また脱着操作
によつて凝縮器3に熱を放出することができ、蒸
発器2へ供給する熱源流体の温度よりも高温とな
つた流体を吸着塔1で、あるいは凝縮器3で取り
出すことができる。したがつて、例えばプロセス
から出る各種の排水や排ガス(排風)を蒸発器2
の側に流す熱源流体17や凝縮器3に流す熱源流
体19として利用し、吸着塔1への冷却用流体7
と加熱用流体8としてプロセス流体を流すと、弁
の開閉操作のみで、吸着塔1からはプロセスに必
要な高温の流体を取り出すことができるし、また
蒸発器2からはより低温になつた流体を取り出す
ことができる。そして作動流体と吸着剤の組合せ
を適切に選択すれば、例えば作動流体に水、吸着
剤に活性炭を使用すれば、腐食や毒性等の問題も
なく取扱が容易なヒートポンプとなる。 ところで、このような吸着剤利用のヒートポン
プの実際の駆動にあたつては、その駆動を最適に
行う必要がある。本発明者らは、その最適運転ア
ルゴリズムについて実験検討を重ねたところ、蒸
発器2の作動流体を吸着塔1内の吸着剤に吸着さ
せる吸着動作をその吸着速度が最大になる時点で
終了させ、吸着塔1に吸着た作動流体を凝縮器3
で凝縮させる脱着動作をの脱着速度が最大になる
時点で終了させるように、開閉弁4と5を切り換
えるという処方が、最も良好な結果を得る運転方
法であることを知見した。 以下に、この最適運転アルゴリズムについて、
本発明者らの行つた実験結果を参照しながら具体
的に説明する。 第4図は実験に使用した装置の機器配置系統図
であり、第1図と同一数字で示したものは第1図
で説明したのと同一の機器内容を示している。使
用した吸着塔1の構造は、第2図に示したものと
同様であり、この吸着塔1の外周には通水ジヤケ
ツトが設けてある。第4図において、24は低温
の恒温槽(冷水・18℃)であり、この中の冷水は
蒸発器2および凝縮器3に熱の授受のために供給
されると共に、吸着塔1の冷却用流体7(第1
図)としても使用される。また25は高温の恒温
槽(温水・62℃)であり、この中の温水は吸着塔
1の加熱用流体8(第1図)として使用される。
低温恒温槽24と吸着塔1との冷水管路には弁2
6および27が設けられ、また高温恒温槽25と
吸着塔1との温水管路には弁28および29が設
けられている。この弁26〜29と開閉弁4およ
び開閉弁5の開閉動作の制御はコンピユータ30
の指令によつて行われる。系の各所には測温計t
が取付けられこの温度情報は記録計31、コンピ
ユータ30のデイジタルボルトメータ32に送ら
れ制御信号として用いられる。一方、両恒温槽2
4と25の水温を制御する熱源33,34の制御
動作はコンピユータ30の指令によつてパワーコ
ントローラ35を駆動して実施される。また各弁
の開閉動作はバルブドライバー36を駆動して実
施される。吸着塔1に充填する吸着剤は活性炭、
作動流体は水を使用する。 試験手順について説明すると、まず蒸発器2、
凝縮器3および吸着塔1の各場所に低温恒温槽2
4から冷水を供給してそれぞれ一定の温度に保
ち、開閉弁4を開くと、蒸発器2から作動流体が
蒸発し吸着剤に吸着する。その際、蒸発器2の温
度は下がり、吸着塔1の温度は上昇する。次に、
開閉弁4を閉じ、弁26〜29を切り換えて吸着
塔1に高温恒温槽25から温水を供給して加熱す
る。そして開閉弁5を開くと、吸着していた作動
流体は凝縮器3へと凝縮してゆく。これによつて
吸着剤は再生され、初期の状態になる。この一連
の操作で蒸発器2は冷凍器となり低熱源を得たこ
とになる。 以下に示す試験結果はこの冷凍システムを実施
した結果を示すが、次のような昇温システムも容
易に行い得る。すなわち、まず始めに、吸着塔1
と蒸発器2を高温恒温槽25の温水で加熱し、凝
縮器3を低温恒温槽24の冷水で冷却する。そし
て開閉弁4を開くと、吸着剤に作動流体が吸着
し、その吸着熱で吸着塔1は高温となる。この操
作で吸着塔1は昇温器となり供給温度以上の高温
を得ることができる。この場合の吸着剤の再生は
冷凍システムの場合と同様である。 第5図は前記冷凍システムを実施する場合の作
動流体の吸着量と時間の関係を示す。点Aで測定
を開始し、点Bで吸着を開始する。そのさい、 点Aからの傾き{(Q1−Q0)/(tC−tA)} が最大となる点、すなわち接点C、で吸着を打ち
切る。この前式による傾きが、本明細書でいう吸
着速度である。つぎに吸着塔1を加熱するが、弁
が閉じているため吸着量の変化はない。60℃にな
つた点Dで弁を開き脱着を開始する。その際、吸
着を打ち切つた点Cからの勾配|(Q1−Q0)/
(tA′−tC)|が最大となる点A′で弁を閉じ、吸着
剤を冷却して20℃となる点B′から同様の手順を
繰り返す。この点Cからの傾きが、本明細書でい
う脱着速度である。 このアルゴリズムに従つて第4図の装置を運転
した際の吸着剤の温度変化の1例を第6図に示し
た(吸着塔1に流した冷水と温水の温度は各々18
℃、62℃である)。第6図中のA,B,C,……
は第5図中の記号に対応する。第6図に見られる
ように、吸着を開始すると吸着熱の発生で吸着剤
温度は上昇する。そして、吸着塔1のジヤケツト
に温水を流し、吸着剤温度が60℃に達した点で弁
を切り換えて凝縮器3と吸着塔1とをつなぐと作
動流体は脱着し、凝縮器3へ凝縮してゆく。この
とき吸着塔1からは潜熱が奪われ吸着剤温度は下
降する。第6図に示した例は、吸着剤代表温度と
して測定点3点の平均を用いたもので、切り換え
周期は毎回ほぼ一定(吸着時間は43分、脱着時間
は24分で一周期は92分)であつた。 本アルゴリズムの最適性を確かめるために、吸
脱着時間(周期)を種々の値に固定して運転した
結果の例を表1に示した。表1における「最適運
転」は前記の本発明実施例である。表1の結果か
ら明らかなように、蒸発器2の作動流体を吸着塔
1内の吸着剤に吸着させる吸着動作をその吸着速
度が最大になる時点で終了させ、吸着塔1に吸着
した作動流体を凝縮器3で凝縮させる脱着動作を
その脱着速度が最大になる時点で終了させるよう
に、開閉弁4と5を切り換える本発明のアルゴリ
ズムによる場合は、熱の汲み上げ速度が最も大き
くなることがわかる。 【表】
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のヒートポンプの構成を示す機
器配置系統図、第2図は本発明ヒートポンプの吸
着塔の構造例を示す略断面図、第3図は第2図の
矢視断面を示す図、第4図は本発明のヒートポン
プの試験装置を示す機器配置系統図、第5図は本
発明の最適アルゴリズムを説明するための吸着量
と時間との関係図、第6図は、本発明の最適アル
ゴリズムに従つて運転した場合の吸着剤の温度変
化を示す図である。 1……吸着塔、2……蒸発器、3……凝縮器、
4および5……開閉弁、6……流体通路、7……
冷却用流体、8……加熱用流体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 吸着剤を封入した吸着塔に対して作動流体が
    流通可能に蒸発器と凝縮器を接続し、吸着塔と蒸
    発器とを連結する作動流体通路に開閉弁を介装す
    ると共に吸着塔と凝縮器とを連結する作動流体通
    路に開閉弁を介装し、吸着塔に冷却用流体と加熱
    用流体を選択的に流すようにした吸着剤利用のヒ
    ートポンプを運転するにあたり、蒸発器の作動流
    体を吸着塔内の吸着剤に吸着させる吸着動作をそ
    の吸着速度が最大になる時点で終了させ、吸着塔
    に吸着した作動流体を凝縮器で凝縮させる脱着動
    作をその脱着速度が最大になる時点で終了させる
    ように前記の開閉弁を操作することを特徴とする
    吸着剤利用のヒートポンプの運転方法。
JP11887383A 1983-06-30 1983-06-30 吸着剤利用のヒートポンプの運転方法 Granted JPS6011072A (ja)

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