JPH0765817B2 - 吸着式冷凍機とその運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸着式冷凍機とその運転方法に係り、詳しく
は、冷凍効率を向上させるため、脱着工程に入る直前の
吸着塔内を予熱可能とした吸着式冷凍機とその効率的な
運転方法に関するものである。

（従来の技術） 固体吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用する吸着式冷凍機
は、一般に、シリカゲル，ゼオライト，活性炭，活性ア
ルミナ等の固定吸着剤を収設した吸着塔を２基並列に設
置し、両吸着塔に吸着剤加熱用熱媒および冷却水を交互
に供給し、吸脱着工程を反復させることにより連続して
冷凍出力が得られるようシステムが組まれている。

そして最近では、冷凍効率を向上させるため種々の改良
がなされ、その一つとして脱着工程直後の吸着塔内に残
留した温水を、吸着工程直後のもう一方の吸着塔へ供給
し、新たな脱着工程に先立って固体吸着剤を予熱し、脱
着効率を向上させ、これにより全体の冷凍効率を向上さ
せる方法を本発明者は先に開示した（特開昭64−58966
号公報参照）。

かかる方法に伴って脱着効率が向上すると、それに対応
して吸着効率も向上し、全体の冷凍効率向上を得るが、
この間、脱着効率の向上と、吸着効率の向上とは必ずし
も正比例の関係にはない。即ち、脱着効率を向上させて
もそれが余りにも効果的であった場合は、所定時間内に
全て吸着し得るとは限らないし、あるいは、脱着効率の
向上に伴って、脱着が吸着よりも短時間で終わってしま
うという場合もあって、いずれにしても脱着効率の向上
がそのまま冷凍効率の向上に反映するとは限らなかっ
た。

（発明が解決しようとする課題） そこで、脱着効率の向上に対処して、それだけ脱着工程
の運転時間を減らし、単位時間あたりの吸着工程の時間
を多くするという運転方法が考えられるが、この運転方
法によると、第７図のタイムチャートでも明らかなよう
に、一方の吸着塔で脱着工程が終了しても、他方の吸着
塔では吸着工程が依然続いているといった事態が生ず
る。このため、脱着工程直前の吸着塔を予熱して脱着効
率を向上させる場合は、一方の吸着塔から他方の吸着塔
へ残留温水を直接供給するこれまでの手段では不可能と
なる。

このような実状に鑑みて本発明は、たとえ、吸着，脱着
の両工程が同時に終了しなくても、一方の吸着塔の脱着
工程終了に伴って残留した温水を一旦貯溜し、他の吸着
塔が脱着工程に移行する直前にその吸着塔に供給するこ
とで、脱着工程直前の予熱を常時、可能にすると共に、
かかる吸着式冷凍機を前記の如く脱着工程の時間を短縮
して運転し、冷凍効率のより一層の向上を図ることを目
的とするものである。

（課題を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合する本発明に係る吸着式冷凍機の
特徴は、固体吸着剤および伝熱管を内蔵した吸着塔を２
基以上使用し、各吸着塔の胴体を冷媒が循環可能なる如
く凝縮器及び蒸発器に接続すると共に、前記吸着塔が吸
着・脱着工程を切り換え運転がされる吸着式冷凍機にお
いて、該吸着式冷凍機の冷却水または加熱用熱媒の配管
にタンクを配置すると共に、該配置個所に近接した配管
にバルブを付設したことにある。

ここで上記タンクは、脱着工程終了直後の吸着塔の内部
やその前後に位置する配管内に残留する温水量と略々等
しい容量のものが使用され、また、タンクは前記の吸着
塔間を連結する配管に接続される。

また上記吸着式冷凍機を運転する場合の特徴としては、
脱着工程の運転時間を吸着工程の運転時間より所定時間
短縮して運転し、その結果、単位時間あたりの吸着工程
の運転時間を多くし、さらには脱着終了時の吸着塔が保
有する温水を前記タンクに貯溜して、次に吸着から脱着
へ切り換わる吸着塔の予熱にタンク内の貯溜温水を利用
することにある。

（作用） 以上の如き吸着式冷凍機を本発明方法によって運転する
と、先ず前述のように、一方の吸着塔で脱着工程が終了
しても他方の吸着塔では吸着工程が続行しているといっ
た状況が発生する。

そこで、一方の吸着塔において、脱着工程が終了する
と、吸着塔内やその前後の配管内には加熱用熱媒が温水
として残留するが、該残留温水を、吸着工程開始に伴っ
て流入する冷却水によって押し出し、適当なバルブ操作
によって、本発明の特徴をなすタンクへ導入し、ここに
一旦、貯留する。

そして他方の吸着塔において吸着工程が終了した時点で
適当にバルブ操作を行うことにより、前記温水を前記タ
ンクからこの吸着塔へ導き、固体吸着剤の予熱を行う。
この後、この吸着塔は脱着工程に移行するが、前記の予
熱によってこのときの冷媒脱着は効率的なものとなる。

従って脱着工程は本発明に係る運転方法によって運転時
間を短縮されても充分にその働きをなし、一方吸着工程
は運転時間がそのままでも、運転間隔が短くなるため冷
凍機全体の冷凍効率は向上することになる。

（実施例） 以下本発明に係る吸着式冷凍機の一実施例を本発明吸着
式冷凍機の運転方法と共に説明する。

第１図乃至第６図は、本発明に係る吸着式冷凍機の一例
を示す概要図である。

なお、熱媒又は冷媒が流れている流路は実線で、また、
残留温水は破線で示している。

これらの図において、（11）および（11）′は真空容器
（12）および（12）′内に太陽熱集熱器あるいは工場廃
熱など低等級熱源から熱交換器を介し、又は介さずして
供給される温水と、クーリングタワー等の冷却水発生器
等で生成された冷却水を交互に通過させるフィンチュー
ブ（13），（13）′を内蔵し、該フィンチューブ（1
3），（13）′のフィン間隙にシリカゲル，ゼオライ
ト，活性炭，活性アルミナ等の固体吸着剤（Ｓ）を充填
してなる２基の吸着塔、（14）は両吸着塔（11），（1
1）′の胴体（12），（12）′にバルブ（V_R3），
（V_R4）を備えたダクト（16），（16）′を介して接続
された凝縮器、（17）は該凝縮器（14）の胴体（14a）
の底部にトラップ形状の配管（10）を介して接続された
蒸発器であって、該蒸発器（17）のケーシング（17a）
と前記第1,第２の吸着塔（11），（11）′の真空容器
（12），（12）′とは、途中にバルブ（V_R1），（V_R2）
を備えたダクト（20），（20）′により互いに接続さ
れ、真空容器（12），（12）′内に封入された所定量の
水などの冷媒が前記バルブ（V_R1），（V_R2），
（V_R3），（V_R4）の開閉に伴ってこの間を循環し得るよ
うになっている。

前記凝縮器（14）は、胴体（14a）の内部に、クロスフ
ィンチューブあるいはエロフィンチューブ等のフィン付
伝熱管（21）を収設したもので、該伝熱管（21）内に常
時供給される冷却水により、前記吸着塔（11），（1
1）′内の固体吸着剤（Ｓ）から吐き出された冷媒蒸気
を凝縮液化して胴体（14a）の底部に貯溜し、配管（1
8）を通じて前記蒸発器（17）へ供給するようになって
いる。

一方、上記蒸発器（17）は、横長のケーシング（17a）
内に利用側熱媒を通過させる伝熱管（22）を挿通し、該
伝熱管（22）の下部に設けた蒸発皿（図示せず）に前記
凝縮器（14）から導入された冷媒液を貯溜して伝熱管
（22）の表面で蒸発気化させ、前記利用側熱媒から蒸発
潜熱を奪いこれを冷却する。

また（27）は本発明の特徴をなすタンクであって、後述
する残留温水を貯溜するのに必要かつ充分な容量を有し
て前記配管路にバルブ（V₁₄），（V₁₅），（V₁₆）を介
して配置されている。

図中、（V₁），（V₂），（V₃），…（V₁₃）は前記吸着
塔（11），（11）′の伝熱管（13），（13）′、凝縮器
（14）の伝熱管（21）、冷却水入口（23）、冷却水出口
（24）、熱源側熱媒入口（25）ならびに熱源側熱媒出口
（26）を繋ぐ管路に設けられたバルブである。

これらのバルブ（V₁），（V₂），（V₃），…（V₁₃）及
びバルブ（V₁₄），（V₁₅），（V₁₆）、さらには冷媒の
循環路に設けられた前記バルブ（V_R1），（V_R2），（V
_R3），（V_R4）は全て図示なき制御手段の指令にもとづ
き順序的に開閉動作するようになっている。

次いで本発明方法を上記構成の吸着式冷凍機にもとづい
て説明する。

先ず第７図において、第１図乃至第６図に示される吸着
式冷凍機のタイムチャートを示す。同図において状態を
表す番号はそれぞれ、第１図から第６図の状態に対応す
る。また準は工程の切り換え準備を、脱は脱着工程を、
吸は吸着工程をそれぞれ表している。

それぞれの状態〜は適宜所定の時間をもって、運転
され、例えば同図の例ではは0.5分，は３分，は
0.5分，は1.5分，は0.5分，は３分である。

従って第１図は、第１の吸着塔が吸着工程から脱着工程
へ、一方、第２の吸着塔が吸着工程から吸着塔へと切り
換わる際の準備段階である。

同図において入口（25）から流入した熱源側熱媒は、バ
ルブ（V₃）によって出口（26）へ戻され、第２の吸着塔
（11）′への供給が停止される。これに伴い第２の吸着
塔（11）′の伝熱管（13）′及びその前後に位置する配
管内には今迄供給された熱源側熱媒が温水のまま残留す
るが、一方では入口（23）から冷却水が固体吸着剤
（Ｓ）を冷却すべく伝熱管（13）′に流入するため、前
記の残留温水は押し出され、バルブ（V₁）を経て第１の
吸着塔（11）の伝熱管（13）へ入り、ここで固体吸着剤
（Ｓ）を加熱し、第１の吸着塔（11）の脱着工程前の予
熱をなす。

次いで前記温水が第１の吸着塔（11）の伝熱管（13）か
ら流出する迄に、タイミングを見計らって第２図の如く
バルブ（V₁），（V₂），（V₃），（V₇），（V₈），（V
₁₁）及び（V_R2），（V_R3）を一勢に切り換えると、熱源
側熱媒は、バルブ（V₂）を介して第１の吸着塔（11）の
伝熱管（13）に供給され、固体吸着剤（Ｓ）を加熱脱着
し、一方、冷却水は、第２の吸着塔（11）′の伝熱管
（13）′に供給された後、バルブ（V₈）により出口（2
4）へ向かうと共に、別の配管経路では、第１図に引き
続き蒸発器（14）の伝熱管（21）にも供給される。

これによって第１の吸着塔（11）内で加熱脱着された冷
媒蒸気は、バルブ（V_R3）を通って凝縮器（14）に入
り、伝熱管（21）内を流れる冷却水で冷却されて液化
し、胴体（14a）の底部に貯溜され、圧力差等により配
管（18）を通じて蒸発器（17）に送られる。

また、この間、第２の吸着塔（11）′においては、固体
吸着剤（Ｓ）が冷却されて冷媒蒸気を吸着するため、蒸
発器（17）内の冷媒液が伝熱管（22）の表面から盛んに
蒸発し、伝熱管（22）内を流れる利用側熱媒から蒸発潜
熱を奪って冷却するため、該利用側熱媒を空調対象域に
設置したファンコイルユニットに供給すれば一般的な空
調システムの温度条件（例えば、冷却水入口温度30℃，
利用側熱媒入口温度12℃，同出口温度７℃）を満足させ
ることが出来る。

次に第３図では本発明方法の特徴である脱着工程の吸着
塔、即ち今の場合は、第１の吸着塔（11）だけを脱着工
程から吸着工程に切り換える場合を示している。

先ず、バルブ（V₂），（V₃），（V₅），（V₇），
（V₁₂），（V₁₃），（V₁₄），（V₁₆），（V_R3）を一勢
に切り換えると、熱源側熱媒の第１の吸着塔（11）への
供給が停止されると共に、冷却水はバルブ（V₅）の開放
によって第１の吸着塔（11）へも流れるようになる。第
１の吸着塔（11）の伝熱管（13）及びその前後の配管内
には、第１図における第２の吸着塔（11）′の場合と同
様に熱源側熱媒が残留温水としてこのとき存在するが、
前記の如く流入してくる冷却水によって押し出され、バ
ルブ（V₁₆）及びバルブ（V₁₄）の開放に伴ってタンク
（27）への流入を余儀なくされる。

この間第２の吸着塔（11）′においては、吸着工程が続
行しているが、凝縮器（14）への冷却水の供給は止めら
れている。

そして前記タンク（27）内に残留温水が全て流入すると
第４図の如くバルブ（V₁₄），（V₁₆）を閉じて温水をタ
ンク（27）内に貯留すると共に、バルブ（V₁₁）の開放
によって、第１の吸着塔（11）から流出してきた冷却水
を出口（24）へ向かわせる。

これによって第１の吸着塔（11）の伝熱管（12）にも第
２の吸着塔（11）′と全く同様に冷却水が流れ、このと
き同時にバルブ（V_R1）を開放すると、第１の吸着塔（1
1）と蒸発器（17）とが連通し、第１の吸着塔（11）に
よる吸着運転が始まる。

即ち、２基の吸着塔（11），（11）′による吸着工程の
運転がなされることになり、このときは、当然のことな
がら凝縮器（14）への冷却水の供給は、第３図の状態に
引き続いて止められている。

次いで第５図において、第２の吸着塔（11）′が吸着工
程から脱着工程へ移行する際の準備段階を示す。

先ずバルブ（V_R2）を閉じて、第２の吸着塔（11）′に
よる冷媒の吸着移動を阻止する一方、バルブ（V₁₂），
（V₁₃）を開いて冷却水を凝縮器（14）へ供給すると共
に、第１の吸着塔（11）を経た冷却水をバルブ（V₁₆）
によってタンク（27）内へ導く。

前述の第３図においてタンク（27）に貯留された前記温
水はタンク（27）内に流入する冷却水によってバルブ
（V₁₅）を介して押し出され、第２の吸着塔（11）′の
伝熱管（13）′やその前後の配管内に追いやられて、固
体吸着剤（Ｓ）を予熱する。

そしてこの間、第１の吸着塔（11）では吸着工程が続行
している。

次にタンク（27）内の温水が全て排出したときに、第６
図の如くバルブ（V₁₄），（V₁₅），（V₁₆）を全て閉じ
タンク（27）を遮閉すると共に、バルブ（V₁₁）の開放
によって、第１の吸着塔（11）を経た冷却水を出口（2
4）から排出する。

一方、第５図の状態で予熱が完了した第２の吸着塔（1
1）′へは、バルブ（V₃）を閉じかつバルブ（V₆）を開
くことで熱源側熱媒を供給し、脱着運転を行う。

このことによって第１の吸着塔（11）では吸着、第２の
吸着塔（11）′では脱着運転がなされるが、この間の説
明は省略する。

なお、吸脱着工程が同時に切り換わる第２図のような状
態が全く生じない場合にも、本発明に係る吸着式冷凍機
を本発明方法で運転することが可能であることは言う迄
もない。

また、上記実施例においては、吸着塔を２基使用し、こ
れらを凝縮器および蒸発器に対し、冷媒循環可能なる如
く並列に接続した場合について説明したが、吸着塔を３
基以上並設し、これらを順に吸脱着運転し、連続した冷
凍出力を得る場合にも同様にタンクを配置することによ
って本発明方法の適用が可能である。

（発明の効果） 本発明に係る吸着式冷凍機は、以上のように２基以上の
吸着塔を有し、吸着塔間を接続する配管にタンクをバル
ブと共に配置せしめたものであって、一つの吸着塔で脱
着工程が終了したときに残留した温水を前記タンクに一
旦貯留し、この後、時間をおいて他方の吸着塔に供給す
ることができるものであるから、脱着工程の運転時間を
短縮してなる本発明運転方法によって吸着塔間の工程切
り換え時間に差が生じても、脱着工程移行前の吸着塔に
は、必ず温水を供給して吸着剤を予熱することが可能と
なる。

即ち、脱着効率は、いつの場合でも向上し、これによっ
て脱着運転の短縮と、それに伴う吸着工程の単位時間あ
たりの運転時間の増加を可能にし、冷凍効率を大きく向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明方法を適用可能な本発明に係
る吸着式冷凍機の一例を示す概要図、第７図は同吸着式
冷凍機の本発明運転方法の一例を示すタイムチャートで
ある。 （11），（11）′…吸着塔、（12），（12）′…胴体
（真空容器）、（13），（13）′…伝熱管、（14）…凝
縮器、（17）…蒸発器、（27）…タンク、（V₁₄），（V
₁₅），（V₁₆）…バルブ、（Ｓ）…固体吸着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 昌生 大阪府寝屋川市松屋町13―８―1108 (72)発明者 森川 淳 京都府八幡市男山八望２番地Ｃ―15―402 (72)発明者 吉原 基司 京都府八幡市八幡武蔵芝６―９ (56)参考文献 特開 昭64−58966（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−184467（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体吸着剤及び伝熱管を内蔵した吸着塔を
   ２基以上使用し、各吸着塔の胴体を冷媒が循環可能なる
   如く凝縮器及び蒸発器に接続すると共に、前記吸着塔が
   吸着，脱着工程を切り換えて運転される吸着式冷凍機に
   おいて、脱着工程終了直後の吸着塔の伝熱管及び配管内
   に残留する温水量と略々等容量のタンクを吸着塔間を連
   結する配管に配置すると共に、該配置個所に近接した配
   管にバルブを付設して、吸着塔の残留温水を貯溜可能と
   したことを特徴とする吸着式冷凍機。
2. 【請求項２】請求項１記載の吸着式冷凍機を使用して、
   吸着，脱着工程を切り換えて運転するにあたり、いずれ
   の吸着塔においても、脱着工程を吸着工程に比して所定
   の短縮時間をもって運転することを特徴とする吸着式冷
   凍機の運転方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の吸着式冷凍機において、脱
   着終了時の吸着塔が保有する温水をタンクに貯溜し、次
   に吸着から脱着へ切り換わる吸着塔の予熱に前記タンク
   に貯溜しておいた温水を利用することを特徴とする吸着
   式冷凍機の運転方法。