JPH0694968B2

JPH0694968B2 - 吸着式冷凍装置

Info

Publication number: JPH0694968B2
Application number: JP61017326A
Authority: JP
Inventors: 昌生松下; 健三奥; 博樹中野; 信一奥村
Original assignee: 西淀空調機株式会社
Priority date: 1986-01-28
Filing date: 1986-01-28
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: GB2185806B; JPS62175562A; GB8625636D0; DE3633465C2; FR2593588A1; DE3633465A1; US4709558A; GB2185806A; FR2593588B1; AU566480B2; AU6257886A

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つ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、激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つた。

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イン付の伝熱管（２）
と、利用側熱媒を通過させる直線状マニホールド
（３），（３）′と一体の板状の蒸発凝縮器（４），
（４）′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），（５）′で包囲すると共に、前記伝熱管（２）
の外周におけるフイン（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）＝31.8mmHg/355.3mmHg （凝縮温度での冷媒の飽和蒸気圧／吸着剤温度での冷媒
の飽和蒸気圧）＝0.09 この時の吸着量は第９図のグラフより0.072kg/kg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＝6.54mmHg/31.8mmHg＝0.2 このときのシリカゲルの冷媒吸着量はグラフより0.125k
g/kgである。（グラフの点（Ｂ））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＝0.053kg/kg である。

一方、脱着終了時の比蒸気圧が点（Ａ）であつても吸着
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＝9.26mmHg/31.8mmHg＝0.29 となり、このときの吸着量は0.16kg/kg（グラフの点
（Ｃ））であるため、冷媒循環量は、 ∴0.16−0.072＝0.088kg/kg に増加する。

この様に脱着終了時の比蒸気圧が同じであつても吸着終
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（Ａ）から点（Ｂ）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
（Ａ）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。

また、反対に点（Ａ）から点（Ｃ）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（Ａ）から点
（Ｂ）の間に運転条件を変更すると冷媒量が過剰にな
り、この過剰冷媒が真空容器（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、前述の如く装置が運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。従つて、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）の形状等によつ
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100〜300℃
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、
これによつ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）のフイン形状，フイン高さ等の工夫が
なされず、単に通常のフイ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余剰の冷媒を回収し、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
体に亘つて均一化し、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
るフインチユーブのフインピツチおよびフイン高さを規
定し、吸着剤とフインチユ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、もつ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（11）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のフインチユーブ（12）と、利用側流体を
通過させる第２のフインチユーブ（14）とを収設してお
り前記第１のフインチユーブ（12）のフイン間隙（18）
には粒状シリカゲルの如き粒状固体吸着剤（19）が充填
保持されている。

前記第１のフインチユーブ（12）は、そのフインピツチ
（Ｐ）が１乃至10mmの範囲に、また、フイン高さ（Ｈ）
が５乃至20mmの範囲に設定されていると共に、吸着剤
（19）を充填保持したフイン間隙（18）において、胴体
（11）内の冷媒蒸気が自由に流通し、吸着剤（19）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（2
1）を具有している。

なお、前記第１のフインチユーブ（12）および第２のフ
インチユーブ（14）としては通常、垂直な伝熱管（1
6），（22）の外周に水平なフイン（17），（23）を取
付けたエロフイン型あるいは複数の伝熱管（16），（2
2）を長方形フイン（17），（23）で連結したクロスフ
イン型の熱交換器が使用されているが、特に第２のフイ
ンチユーブ（14）は、胴体（11）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（11）の底
部において、吸着剤脱着時に第２のフインチユーブから
滴下する冷媒を加熱蒸発させ、かつ、冷媒回収時に吸着
剤が脱着する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
を具備している。なお、前記バルブは前記冷媒回収時お
よび胴体内の冷媒不足時、開放される。

なお、前記冷媒加熱冷却器（26）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つたり、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
インチユーブ（12）に80℃以下の熱源側流体を通過させ
て吸着剤（19）の加熱脱着を行いながら第２のフインチ
ユーブ（14）に冷却水を流し、前記吸着剤（19）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。

この間、第１のフインチユーブ（12）側においては、そ
のフインピツチ（Ｐ）が１〜10mm、フイン高さ（Ｈ）が
５〜20mmの範囲に設定され、フイン間隙（18）に充填保
持される吸着剤（19）とフインチユーブ（12）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のフインチユーブ
（14）に利用側流体を通過させ、第１のフインチユーブ
（12）に冷却水を流して吸着剤（19）を冷却すると、吸
着剤（19）は胴体（11）内部の冷媒蒸気を吸着し、同時
に第２のフインチユーブ（14）の表面から冷媒液が蒸発
してフインチユーブ（14）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のフインチユーブ
（12）側においては、前記フインピツチ（Ｐ）およびフ
イン高さ（Ｈ）の関係で吸着剤（19）とフインチユーブ
（12）との熱伝達が効率良く維持され、吸着剤（19）の
冷却作用が向上すると共に、フイン間隙（18）内の流通
空隙（21）の存在により冷媒蒸気と吸着剤（19）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（11）内の冷媒量が過剰になつたときは、第１の
フインチユーブ（12）に熱源側熱媒を通過させて吸着剤
（19）の脱着を行いながら、冷媒加熱冷却器（26）によ
り冷媒を冷却して胴体（11）の底部で凝縮させ、その後
バルブ（27）を開くと、余剰の冷媒は配管（28）を通じ
て重力の作用により冷媒貯蔵タンク（29）に自動的に回
収される。

また、この状態で胴体（11）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のフインチユーブ（12）に冷却水を流して吸着
剤（19）を冷却し、第２のフインチユーブ（14）に利用
側熱媒を通過させて吸着運転を行つている間にバルブ
（27）を開放すると、冷媒貯蔵タンク（29）内の冷媒は
蒸気となつて胴体（11）内に流入し、吸着剤（19）が必
要量の冷媒を吸着する。

なお、胴体（11）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（11）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（11）内の圧
力変化によつて検出すれば容易に計測することが出来る
ので、これに従つてバルブ（27）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のフインチユーブおよび第２のフインチ
ユーブの拡大断面図、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つて、（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、（11）は吸着式冷凍機の本体を構
成する胴体、（12）は該胴体（11）の内部空間（13）に
収設された薄形のクロスフイン型熱交換器からなる第１
のフインチユーブ、（14）は該第１のフインチユーブ
（12）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のフインチユーブ、（15）は前記胴
体（11）内の圧力を検出する圧力センサーであつて、前
記胴体（11）の内部に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（11）の内部空間（13）が真空
に保たれている。

前記第１のフインチユーブ（12）は、垂直な伝熱管（1
6）の外面に、これと直交して多数の水平なフイン（1
7）を取付けたもので、伝熱管（16）外周のフイン間隙
（18）には、シリカゲルの如き粒状の固体吸着剤（19）
が充填され、これがフインチユーブ（12）の表裏面に張
設し金網（20），（20）′によつて保持されている。ま
た、上記第１のフインチユーブ（12）は、そのフインピ
ツチ（Ｐ）が１〜10mmの範囲に、フイン高さ（Ｈ）が５
〜20mmの範囲に設定されていると共に、隣接するフイン
間隙（18）において、ここに充填された状態の吸着剤
（19）間の空隙（21）を冷媒蒸気が自由に流通して、伝
熱管（16）に近い部分の吸着剤（19）にも冷媒蒸気が接
触し易いよう吸着剤（19）の粒径および空隙（21）の大
きさが設定されている。なお、ここで云う前記フイン高
さ（Ｈ）とは伝熱管（16）の外面、即ちフイン（17）の
取付部分からフイン間隙（18）外方端の冷媒蒸気の出入
口までの距離を指すもので、フイン（17）の外形状が伝
熱管（16）と同心円形状以外の多角形の場合は、放射方
向距離の平均値がこれに該当する。従つてクロスフイン
コイルを使用した場合は、伝熱管（16）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填
密度が高く、空隙（21）を冷媒蒸気が通過し難くなるた
め、その点を考慮して粒径を設定することが肝要であ
る。

一方、前記第２のフインチユーブ（14）は第１のフイン
チユーブ（12）と同様なクロスフイン型熱交換器であつ
て、垂直な伝熱管（22）の外周に設けられたフイン（2
3）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
つていると共に、前記伝熱管（22）およびフイン（23）
の表面には伝熱面積の増大を図るための凹凸（24）およ
び波形面（25）が形成されている。

一方、前記胴体（11）は、その底部において、胴体底面
（11a）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（26）を一体に具備していると共に、該タンク
（26）の下方位置において、中間に真空バルブ（27）を
備えた配管（28）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（29）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のフインチ
ユーブ（12）に設けられた入口ポート（12a）が三方弁
(V₁)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（30）の熱媒出口（30
a）および冷却塔の如き冷却水供給源（31）の冷却水出
口（31a）に夫々ポンプ(P₁),(P₂)を介して持続されてい
ると共に、出口ポート（12b）が三方弁(V₂)を介して前
記低温熱源（26）の熱媒入口（30b）および冷却水供給
源（31）の冷却水入口（31b）に接続されている。

また、前記第２のフインチユーブ（14）は、その入口ポ
ート（14a）が三方弁(V₃)を介して蓄熱槽（32）から配
管（33）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、
出口ポート（14b）は三方弁(V₄)を介して前記蓄熱槽（3
2）に利用側熱媒を供給する配管（34）および前記冷却
水供給源（31）の冷却水入口（31b）に夫々接続されて
いる。

前記蓄熱槽（32）は、上部を流体が通過可能な仕切壁
（35）により低温槽（36）と高温槽（37）とに区画した
タンクであつて、低温槽（36）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（38）に供給
され、温度上昇した熱媒が高温槽（37）に還流するよう
になつており、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（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。

一方、前記胴体（11）の底部に設けられたタンク（26）
は、その入口（26a）が三方弁(V₅)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（26b）が三方弁(V₆)を介して低温熱源（30）
の熱媒入口（30b）および冷却水供給源（31）の冷却水
入口（31b）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つて説明する。

先ず、第４図（イ）に示す脱着運転時において、ポンプ
(P₁)を駆動し、低温熱源（30）の熱媒出口（30a）より
三方弁(V₁)を通じて第１のフインチユーブ（12）の入口
ポート（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（19）を加熱すると共に、
ポンプ(P₂)を駆動し、冷却水供給源（31）より三方弁(V
₃)を通じて第２のフインチユーブ（14）に冷却水（30〜
32℃）を供給し、該フインチユーブ（14）を冷却する
と、前記吸着剤（19）の脱着により胴体（11）の内部空
間（13）に吐き出された冷媒蒸気は第２のフインチユー
ブ（14）の表面で凝縮し、フイン（23）および伝熱管
（22）の表面に均一な液膜を形成する。

このとき、第１のフインチユーブ（12）側においては、
フインピツチ（Ｐ）が１〜10mm、フイン高さ（Ｈ）が５
〜20mmの範囲に規定され、伝熱管（16）およびフイン
（17）によつて包囲されるフイン間隙（18）に吸着剤
（19）が充填保持されて、該吸着剤（19）とフインチユ
ーブ（12）との熱伝熱が効率よく行われ、吸着剤（19）
の加熱および脱着作用が迅速に行われる。

また、第２のフインチユーブ（14）側においては、初め
フイン（23）および伝熱管（22）の表面で冷媒蒸気の凝
縮が始まり、やがてフイン（23）表面に冷媒液膜が形成
されてフイン（23）の熱伝達率は低下するが、垂直な伝
熱管（22）の表面で凝縮した冷媒液は、重力落下してフ
イン（23）に保持され、伝熱管（22）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（27）は閉じた状態にあり、
胴体（11）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のフインチユーブ（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つて
胴体（11）の底面（11a）に滴下するが、胴体（11）の
下部のタンク（26）には三方弁(V₅)を通じて低温熱源
（30）より第１のフインチユーブ（12）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のフインチユーブ
（14）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（31）より三方弁(V
₁)を通じて第１のフインチユーブ（12）に冷却水（30〜
32℃）を供給し、吸着剤（19）を冷却して胴体（11）内
の冷却蒸気を吸着させると、第２のフインチユーブ（1
4）の表面に付着した冷媒が蒸発し、フインチユーブ（1
4）から気化熱を奪い、ポンプ(P₃)の運転により蓄熱槽
（32）の高温槽（37）から配管（33）を通じて汲み上げ
られ三方弁(V₃)を介して第２のフインチユーブ（14）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(V₄)から配管（34）を通じて蓄熱槽（32）の低温
槽（36）に供給するため、ポンプ(P₄)の作動により蓄熱
槽（32）から空調用熱交換器（38）に７℃前後の利用側
熱媒が供給され、空気から顕熱を奪つて12℃まで昇温し
た熱媒が高温槽（37）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。

この間、第１のフインチユーブ（12）においては、前記
フインピツチ（Ｐ）およびフイン高さ（Ｈ）の関係から
吸着剤（19）とフインチユーブ（12）との熱伝達率が高
く維持され、吸着剤（19）の冷却作用が促進されると共
に、該吸着剤（19）を充填したフイン間隙（18）には、
外周の冷媒蒸気出入口から伝熱管（16）の外面に至る流
通空隙（21）が存在することから冷媒蒸気と吸着剤（1
9）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のフインチユーブ（14）側においては、
冷媒がフイン（23）の表面に薄い液膜状態で保持されて
いるため、蒸気が効率良く進行し、前記吸着剤（19）の
吸着スピード増加と相俟つて吸着時間を短縮することが
出来る。

次いで胴体（11）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(P₁)を駆動し、低温熱媒（30）より三方弁
(V₁)を通じて第１のフインチユーブ（12）に熱源側熱媒
を流し、吸着剤（19）を加熱脱着すると共に、ポンプ(P
₂)により冷却水供給源（31）から三方弁(V₅)を通じてタ
ンク（26）に冷却水（30〜32℃）を供給する。

このとき、三方弁(V₃),(V₄)は共に閉じられ、第２のフ
インチユーブ（14）への冷却水供給が遮断されており、
前記吸着剤（19）から脱着された冷媒蒸気は、そのほと
んどがタンク（26）の冷却作用により胴体（11）の底面
（11a）で凝縮するため、その後、真空バルブ（27）を
開放すると胴体（11）底部に溜つた冷媒液は重力により
冷媒貯蔵タンク（29）に自動的に回収される。

かくして、圧力センサー（15）により胴体（11）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
になつた事を検知するか、又は、冷媒貯蔵タンク（29）
内の冷媒が所定回収量に達したことをフロートスイツチ
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（27）を開放したまま第４図（ロ）の如
く各三方弁を切り換え、第１のフインチユーブ（12）に
冷却水を供給し、第２のフインチユーブ（14）に利用側
熱媒を通過させると、吸着剤（19）は配管（28）を通じ
て冷媒貯蔵タンク（29）から胴体（11）内に入る冷媒蒸
気を吸着し、数分後、圧力センサー（15）が胴体（11）
内の圧力上昇を検出し、設定の蒸発温度における飽和蒸
気圧になつたことを検知した時点で真空バルブ（27）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。

また、温度条件に変更により胴体（11）内の冷媒量が逆
に不足したときは、吸着運転時間内に真空バルブ（27）
を開放し、冷媒貯蔵タンク（29）より冷媒蒸気を圧力セ
ンサー（15）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のフインチユーブ
（12）および第２のフインチユーブ（14）を単一の胴体
（11）内に隣接して収設した場合について説明したが、
胴体（11）の構成は別段、これに限定されるものではな
く、例えば、第１のフインチユーブ（12）を収設した容
器と第２のフインチユーブ（14）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のフインチユーブ（14）についても、例示し
た如き水平なフインをもつエロフイン型熱交換器，クロ
スフイン型熱交換器の外、伝熱管の外周に長尺のフイン
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（38）との間に
蓄熱槽（32）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
のフインチユーブとして下記第１表の（ａ）欄に示すフ
イ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つ
た。

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。

上記の結果よりフイン寸法を第１表（ａ）欄に設定した
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、フイ
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、フインピツチ（Ｐ）を小さく、伝熱管（16）の単
位長さ当りのフイン（17）の枚数を多くする程、伝熱面
積が増加し、吸着剤（19）との熱伝達率が向上する傾向
にあるが、1mm未満では、フイン間隙（18）に充填され
る吸着剤（19）の粒径が小さく充填密度が高くなり、冷
媒蒸気の流通が阻外され、また、フインピツチ（Ｐ）が
10mmを越えるとフイン（17）と吸着剤（19）との熱伝達
速度が減少し、吸着スピードが低下する。

一方、フイン高さ（Ｈ）については、これを高くする
程、伝熱管（16）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、20mmを越えるとフイン間隙（18）
内における冷媒蒸気の流動性が悪化し、また、反対にフ
イン高さ（Ｈ）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、5mm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填量が減少して
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のフインチユーブ（14）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イ
ン型のフインチユーブ（フインピツチ2mm,フイン高さ3m
m）をフイン（23）が水平になるように配置した場合
（イ）と、フイン（23）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側定した。

なお、（イ）はフインチユーブ（14）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（22）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量パーセント
である。

上記のグラフより、フイン（23）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、
フイン（23）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、フインチ
ユーブ（14）表面の冷媒液膜の状態によるもので、
（イ）の場合はフイン（23）および伝熱管（22）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
各部分で略々一定しているのに反し、（ロ）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（26）を加熱器
として使用した場合（Ｉ）と、使用しない場合（II）と
について比較実験を行つた。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。

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（11）底部を加熱し、底部の冷媒を蒸
発させながら運転を行つた場合は、従来の吸着式冷凍装
置の如く胴体（11）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
内部の冷媒量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
量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インチユ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、また、
前記冷媒加熱冷却器の作用により凝縮−蒸発兼用のフイ
ンチユーブに付着する冷媒液膜の厚さを全体に亘つて適
正に維持し、胴体冷却によるエネルギーロスを無くし、
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、所定量の冷媒を封入
した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、凝縮器蒸発器兼用の第２の
フインチユ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のフインチユーブのフインピツチを１〜
10mm,フイン高さを５〜20mm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
剤を充填したフイン間隙に冷媒蒸気が流通する空隙を具
有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のフインチユーブに通
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つて、
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量増減をバルブの開閉操作
のみによつて自動的に行うことが可能であるため、別
段、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断面図、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のフインチユーブおよび第２のフインチユー
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つて、（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。また、第５図は第１のフイン
チユーブのフイ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のフインチユーブ
の配置状態を示す概要図、第７図は同フインチユーブの
フイ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。（11）…胴体、（11a）…底面、（12）…第１のフインチユーブ（吸着剤充填器）、（14）…第２のフインチユーブ（凝縮蒸発兼用熱交換
器）、（16）（22）…伝熱管、（17）（23）…フイン、（18）…フイン間隙、（19）…吸着剤、（21）…空隙、（26）…冷媒加熱冷却器（タンク）、（27）…バルブ、（28）…配管、（29）…冷媒貯蔵タンク、（Ｐ）…フインピツチ、（Ｈ）…フイン高さ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定量の冷媒を封入した真空の胴体内部
に、第１のフィンチューブと第２のフィンチューブとを
収設し、第１のフィンチューブ外周のフィン間隙に吸着
剤を充填保持すると共に、第１のフィンチューブに熱源
側流体を通過させ、第２のフィンチューブに利用側流体
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のフィンチューブに通過せし
める装置であって、前記胴体は、その底部に吸着剤脱着
時に第２のフィンチューブから滴下する冷媒を加熱蒸発
させ、かつ、冷媒回収時に吸着剤が脱着する冷媒蒸気を
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てなり、前記バ
ルブは前記冷媒回収時および胴体内の冷媒不足時、開放
可能であり、前記第１のフィンチューブのフィンピッチ
は１〜10mm,フィン高さは５〜20mmの範囲でありかつ吸
着剤を充填したフィ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有
されていることを特徴とする吸着式冷凍装置。
【請求項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項記載の吸着式冷凍
装置。
【請求項３】冷媒所蔵タンクが少な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
項記載の吸着式冷凍装置。
【請求項４】第１および第２のフィンチューブが垂直な
伝熱管の外周に多数の水平なフィンを取付けたクロスフ
ィン型又はエロフィン型の熱交換器である特許請求の範
囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の吸着式冷凍装
置。
【請求項５】第２のフィンチューブが胴体内の冷媒全量
を液膜状態で保持するに足る伝熱面を有している特許請
求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の吸着式冷
凍装置。
【請求項６】第２のフィンチューブがフィン又は伝熱管
の外面に伝熱面積を増加するための凹凸を有している特
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。
【請求項７】胴体が単体であり、該胴体の内部に第１の
フィンチューブおよび第２のフィンチューブが所要間隔
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。
【請求項８】胴体が第１のフィンチューブを収納する容
器と第２のフィンチュ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
えた通路によっ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。