JPH1163720A

JPH1163720A - 冷媒・吸着剤ペア及びこれを用いた吸着式冷熱発生装置

Info

Publication number: JPH1163720A
Application number: JP9214693A
Authority: JP
Inventors: Takahide Sugiyama; 隆英杉山
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】吸着式冷熱発生サイクルで発生する冷熱発生
量を増大させ、装置のコンパクト化と熱効率の向上を図
る。【解決手段】熱媒配管で接続され冷媒及び吸着剤を内
装した複数の吸着剤熱交換器１、２と、この吸着剤熱交
換器１、２それぞれに弁及び冷媒管を介して接続された
凝縮器５と、この凝縮器５に冷媒管を介して接続される
と共に吸着剤熱交換器１、２それぞれに弁及び冷媒管を
介して接続された蒸発器６と、前記熱媒配管に介装され
た熱媒加熱器４、熱媒冷却水熱交換器３、熱媒循環ポン
プ７と、蒸発器６に内装されて冷熱を取り出す冷水コイ
ル１３Ａとを含む吸着式冷熱発生装置において、冷媒に
アンモニア、吸着剤に比表面積が１４００ｍ²／ｇ以上
１６００ｍ²／ｇ以下の粒状活性炭を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒及び該冷媒を
吸着する吸着剤を使用する吸着式冷熱発生サイクルの冷
媒と吸着剤の組み合わせである冷媒・吸着剤ペア及びこ
れを用いた吸着式冷熱発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】吸着式冷熱発生サイクル、例えば吸着式
ヒートポンプ冷暖房機の冷凍サイクルは、吸着槽を例え
ば二つ持ち、バッチ式に交互に冷媒の吸着と脱離（冷媒
の吸着に対して、冷媒の分離を「脱離」と表現する）作
用を行なわせる操作を切り換えることで冷熱を発生させ
るサイクルである。

【０００３】吸着式冷凍サイクルの問題点は、バッチ式
で行なうため吸収式に比べ装置が大きくなることと、切
り換えによる熱損失のため熱効率（ＣＯＰ）が小さいと
いうことである。熱効率に関しては、米国特許第４６１
０１４８号に記載されているように、吸着熱を脱離熱に
利用するなどサイクルシステムを改良するものと、冷媒
と吸着剤の組み合わせを最適にし、１回の吸着・脱離作
用（以下「吸着・脱離サイクル」とも云う）で発生させ
る冷熱発生量を多くするものとがある。後者の１回の吸
着・脱離サイクルで得られる発生冷熱量を多くするもの
は、吸着剤を減らし、熱容量を小さくして切り換え時の
熱損失を小さくし、熱効率を上げ、装置、機器を小型化
することが出来る本質的な解決法である。

【０００４】吸着式ヒートポンプ冷暖房機に用いるべき
冷媒・吸着剤ペアに関しては、例えば、特開平４−３６
５５５号公報に最適なペアの評価法が述べられている。
上記公開特許公報の中で、冷媒の優劣は体積蒸発潜熱ｒ
v［ＫＪ／ｄｍ³］で評価し、最終的な判断は１ｋｇ当り
１回の吸着・脱離サイクルでの冷熱発生量Ｒ［ＫＪ／ｋ
ｇ−乾燥活性炭］の値で評価するのが適当であるとして
いる。吸着式ヒートポンプ冷暖房機用の冷媒には、０℃
で凍結する水以外の冷媒が適しており、上記公開特許公
報では、ＴＦＥ（２，２，２トリフルオロエタノール）
が適しているとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アンモ
ニアについては、上記公開特許公報（特開平４−３６５
５５号）では、規制が厳しいため不適としているが、近
年のフロンによるオゾン層破壊や地球温暖化が問題にな
るにつれて、自然冷媒としてのアンモニアの重要性が再
認識されつつあり、規制も緩和の方向に進んでいる。

【０００６】図４は、各種冷媒と蒸発潜熱ｒe、体積蒸
発潜熱ｒvの関係を示す曲線図である。吸着式につい
て、同公開特許公報の中での評価法の値である体積蒸発
潜熱ｒvで比較すると、アンモニアの６８８［ＫＪ／ｄ
ｍ³］に対して、エタノールの６７０［ＫＪ／ｄｍ³］、
ＴＦＥの４６１［ＫＪ／ｄｍ³］より大きく、メタノー
ルの８８４［ＫＪ／ｄｍ³］に次ぐ値である。

【０００７】図５は、冷媒・吸着剤ペアの吸着・脱離等
圧線図である。この図において、曲線３５は、吸着剤か
ら冷媒が脱離する時の等圧線を示し、曲線３６は、吸着
剤に冷媒が吸着する時の等圧線を示す。吸着剤について
は、同一冷媒での比較では、吸着時と脱離時の冷媒吸着
濃度の差Δｘで評価出来る。つまり、蒸発器蒸発圧力Ｐ
₂、冷却温度Ｔ₂の時の冷媒吸着濃度ｘ₂と、凝縮器凝縮
圧力Ｐ₁、加熱温度Ｔ₁の時の冷媒吸着濃度ｘ₁との差Δ
ｘで比較する。冷媒吸着濃度の差Δｘを大きくするに
は、ｘ₂を大きく、ｘ₁を小さくする必要がある。大きな
ｘ₂を得るには、比表面積が大きく、細孔容積の大きな
吸着剤が必要になる。これに対して、ｘ₁を小さくする
には、冷媒との親和性が低く、吸着、脱離し易いことが
重要となる。つまり、物理吸着性の強いペアが適してい
ることになる。しかし、吸着式冷熱発生サイクルにおい
て、高効率の運転を達成出来るような冷媒・吸着剤ペア
は見い出されていないのが現状である。

【０００８】本発明の第１の課題は、冷媒と吸着剤との
間の吸着・脱離作用を利用する吸着式冷熱発生サイクル
の冷媒・吸着剤ペアにおいて、吸着式冷熱発生サイクル
の冷熱発生量を増大することである。

【０００９】本発明の第２の課題は、上記冷媒と吸着剤
のペアを用いた吸着式冷熱発生装置において、装置をコ
ンパクト化すると共に、熱容量を小さくし、切り換え時
の熱損失を小さくして熱効率の向上を図ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、冷媒及び該冷媒を吸着する吸着剤を使用する
と共に前記冷媒と前記吸着剤との間の吸着・脱離作用を
利用する吸着式冷熱発生サイクルの冷媒・吸着剤ペアに
おいて、冷媒にアンモニア、吸着剤に粒状の活性炭を用
いたことである。アンモニアは、蒸発潜熱及び体積蒸発
潜熱が大きく、極性の強い物質に対しては親和力が小さ
い。粒状の活性炭は、比表面積、細孔容積が大きく、非
極性物質を選択的に吸着する。従って、冷媒としてのア
ンモニアに対して、吸着剤としての粒状の活性炭が適し
ており、吸着式冷熱発生サイクルの冷熱発生量を増大さ
せる。

【００１１】更に、上記冷媒・吸着剤ペアにおいて、前
記粒状の活性炭の比表面積は、１４００ｍ²／ｇ以上１
６００ｍ²／ｇ以下である。比表面積がこの範囲の粒状
の活性炭は、上記冷媒・吸着剤ペアの作用に加え、吸着
・脱離サイクルで発生する冷熱発生量を増大させる。比
表面積が１４００ｍ²／ｇ未満では、比表面積の減少に
よる吸着量の減少となり、かさ密度は大きくなるが、吸
着・脱離サイクルで発生する冷熱発生量は小さくなる。
比表面積が１６００ｍ²／ｇを超えると、比表面積の増
加はマクロ孔の増加によるため吸着量の増加はにぶり、
かさ密度の減少の影響が大きくなり、冷熱発生量は小さ
くなる。

【００１２】そして、先の冷媒・吸着剤ペアにおいて、
前記粒状の活性炭の粒径は、２０メッシュ以上１００メ
ッシュ以下の篩目を通過する大きさである。活性炭の粒
径が２０メッシュ未満（粒径が大きい）であると、吸着
部分における熱交換に必要な接触点が少なくなるので伝
熱が悪くなり、且つ、狭い隙間には入りにくくなり結果
的に充填率が下がる。粒径が１００メッシュ（粒径が小
さい）を超えると、かさ密度は減少し、吸着・脱離サイ
クルで発生する冷熱発生量を小さくする。従って、活性
炭の粒径を２０〜１００メッシュの篩目を通過する大き
さにすることにより、先の冷媒・吸着剤ペアの作用に加
え、この範囲の活性炭の粒径は、冷熱発生量を増大させ
装置を小型化する。

【００１３】又、熱媒配管で接続され冷媒及び吸着剤を
内装した複数の吸着剤熱交換器と、該吸着剤熱交換器そ
れぞれに弁及び冷媒管を介して接続された凝縮器と、該
凝縮器に冷媒管を介して接続されると共に前記吸着剤熱
交換器それぞれに弁及び冷媒管を介して接続された蒸発
器と、前記熱媒配管に介装された熱媒加熱器、熱媒冷却
水熱交換器及び熱媒循環ポンプと、前記蒸発器に内装さ
れて冷熱を取り出す冷水コイルとを含む吸着式冷熱発生
装置において、前記冷媒及び吸着剤は、上記いずれかに
記載の冷媒・吸着剤ペアである。

【００１４】この吸着式冷熱発生装置は、上記いずれか
に記載の冷媒・吸着剤ペアを用いることにより、装置を
コンパクト化すると共に、熱容量を小さくし、切り換え
時の熱損失を小さくして熱効率の向上を図ることが出来
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る冷媒・吸着剤
ペア及びこれを用いた吸着式冷熱発生装置の実施の形態
を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１６】図３は、本発明に係る吸着式冷熱発生装置
の一実施の形態を示す系統図である。本実施の形態の吸
着式冷熱発生装置は、ガスエネルギー駆動の吸着式ヒ−
トポンプ冷暖房機で、熱媒配管８Ａ、８Ｂを内装した吸
着剤熱交換器１、２と、前記熱媒配管８Ａの一端に接続
された熱媒配管８Ｃと、該熱媒配管８Ｃに一端を接続さ
れたガスバ−ナ式の熱媒加熱器４と、該熱媒加熱器４の
他端と前記熱媒配管８Ｂの一端とを連通する熱媒配管８
Ｄと、前記熱媒配管８Ａの他端に接続された熱媒配管８
Ｅと、該熱媒配管８Ｅの他端に接続された熱媒電磁スト
ップ弁１４と、該熱媒電磁ストップ弁１４の他端に接続
された熱媒配管８Ｆと、冷却水コイル１２Ａを内装し胴
側を該熱媒配管８Ｆの他端に接続された熱媒冷却水熱交
換器３と、該熱媒冷却水熱交換器３の他端に接続された
熱媒配管８Ｇと、該熱媒配管８Ｇの他端に接続された熱
媒電磁ストップ弁１５と、該熱媒電磁ストップ弁１５の
他端と前記熱媒配管８Ｂの他端を連通する熱媒配管８Ｈ
とを含んでいる。

【００１７】更に、前記熱媒配管８Ｆに分岐して設けら
れた熱媒配管８Ｊと、該熱媒配管８Ｊの他端に接続され
た熱媒電磁ストップ弁１６と、該熱媒電磁ストップ弁１
６の他端に接続された熱媒配管８Ｌと、該熱媒配管８Ｌ
の他端に接続された熱媒電磁ストップ弁１７と、該熱媒
電磁ストップ弁１７の他端と前記熱媒配管８Ｇを連通す
る熱媒配管８Ｋと、前記熱媒配管８Ｅに分岐して設けら
れた熱媒配管８Ｍと、該熱媒配管８Ｍの他端に接続され
た熱媒電磁ストップ弁１８と、該熱媒電磁ストップ弁１
８の他端に接続された熱媒配管８Ｎと、該熱媒配管８Ｎ
の他端に接続された熱媒電磁ストップ弁１９と、該熱媒
電磁ストップ弁１９の他端と前記熱媒配管８Ｈを連通す
る熱媒配管８Ｐと、前記熱媒配管８Ｌと前記熱媒配管８
Ｎとの間に熱媒配管８Ｒを介して設けられた熱媒循環ポ
ンプ７とを含み、熱媒循環ポンプ７の出口は、熱媒配管
８Ｎ側に接続されている。

【００１８】更に、前記吸着剤熱交換器１の吸着剤が内
装されている胴側に接続された冷媒高圧蒸気管９Ａと、
該冷媒高圧蒸気管９Ａの他端に接続された冷媒電磁スト
ップ弁２０と、該冷媒電磁ストップ弁２０の他端に接続
された冷媒高圧蒸気管９Ｂと、冷却水コイル１２Ｂを内
装し胴側を該冷媒高圧蒸気管９Ｂの他端に接続された凝
縮器５と、前記吸着剤熱交換器２の吸着剤が内装されて
いる胴側に接続された冷媒高圧蒸気管９Ｃと、該冷媒高
圧蒸気管９Ｃの他端に接続された冷媒電磁ストップ弁２
２と、該冷媒電磁ストップ弁２２の他端と前記冷媒高圧
蒸気管９Ｂとを連通する冷媒高圧蒸気管９Ｄとを含んで
いる。

【００１９】更に、前記吸着剤熱交換器１の吸着剤が内
装されている胴側に接続された冷媒低圧蒸気管１０Ａ
と、該冷媒低圧蒸気管１０Ａの他端に接続された冷媒電
磁ストップ弁２１と、該冷媒電磁ストップ弁２１の他端
に接続された冷媒低圧蒸気管１０Ｂと、冷水コイル１３
Ａを内装し胴側を該冷媒低圧蒸気管１０Ｂの他端に接続
された蒸発器６と、前記吸着剤熱交換器２の吸着剤が内
装されている胴側に接続された冷媒低圧蒸気管１０Ｃ
と、該冷媒低圧蒸気管１０Ｃの他端に接続された冷媒電
磁ストップ弁２３と、該冷媒電磁ストップ弁２３の他端
と前記冷媒低圧蒸気管１０Ｂとを連通する冷媒低圧蒸気
管１０Ｄと、前記凝縮器５の胴側の他端と前記蒸発器６
の胴側の他端とを冷媒膨脹弁２７を介して連通する冷媒
液管１１と、前記蒸発器６の底部に入口を、蒸発器６の
上部に出口をそれぞれ接続して配置された冷媒循環ポン
プ２８と、前記冷却水コイル１２Ｂの出口と前記冷却水
コイル１２Ａの入口とを連通する冷却水管１２Ｃとを含
んでいる。

【００２０】更に、冷却水コイル１２Ａの出口を冷却水
ポンプ２９の入口に接続する冷却水管１２Ｄと、該冷却
水ポンプ２９の出口を冷暖切換四方弁２６Ｂに接続する
冷却水管１２Ｅと、前記冷却水コイル１２Ｂの入口と冷
暖切換四方弁２６Ａを接続する冷却水管１２Ｆと、冷暖
切換四方弁２６Ａに冷却水管１２Ｋを介して接続された
空冷放熱器２４と、該空冷放熱器２４と冷暖切換四方弁
２６Ｂを連通する冷却水管１２Ｊと、冷暖切換四方弁２
６Ｂと室内ファンコイルユニット２５の一端を連通する
冷却水管１２Ｈと、室内ファンコイルユニット２５の他
端と冷暖切換四方弁２６Ａを連通する冷却水管１２Ｇと
を含んでいる。

【００２１】そして、蒸発器６に内装された冷水コイル
１３Ａの入口は、冷水管１３Ｂを介して冷暖切換四方弁
２６Ｂに接続されており、冷水コイル１３Ａの出口は、
冷水管１３Ｃを介して冷水ポンプ３０の入口に接続され
ている。冷水ポンプ３０の出口は、冷水管１３Ｄを介し
て冷暖切換四方弁２６Ａに接続されている。

【００２２】上記装置で生成された冷熱は、前記冷水ポ
ンプ３０により冷暖切換四方弁２６Ａを経て供給先であ
る室内ファンコイルユニット２５へ送られる。又、暖房
用の温熱は、冷却水ポンプ２９により冷暖切換四方弁２
６Ｂを経て供給先である室内ファンコイルユニット２５
へ送られる。

【００２３】又、熱媒配管８Ａ〜８Ｒには熱媒が満たさ
れ、吸着剤熱交換器１、２の胴側には、吸着剤として比
表面積１４００〜１６００ｍ²／ｇの活性炭が、冷媒と
してアンモニアが、それぞれ充填されている。冷却水コ
イル１２Ａ、１２Ｂ及び冷却水管１２Ｃ〜１２Ｋ、冷水
コイル１３Ａ及び冷水管１３Ｂ〜１３Ｄには、それぞれ
不凍液である冷却水、冷水が満たされている。

【００２４】上記構成を有する本実施の形態の吸着式冷
熱発生装置において、吸着剤熱交換器１と吸着剤熱交換
器２は、互いに吸着と脱離を交互に行なうが、いま吸着
剤熱交換器１が脱離過程、吸着剤熱交換器２が吸着過程
であるとしてその冷房動作を説明する。

【００２５】この状態では、熱媒電磁ストップ弁１４、
１７、１９及び冷媒電磁ストップ弁２０、２３が開とな
っており、他の弁は全て閉となっている。冷暖切換四方
弁２６Ａは、冷却水管１２Ｋと冷却水管１２Ｆ、冷却水
管１２Ｇと冷水管１３Ｄをそれぞれ連通し、冷暖切換四
方弁２６Ｂは、冷却水管１２Ｊと冷却水管１２Ｅ、冷却
水管１２Ｈと冷水管１３Ｂをそれぞれ連通している。

【００２６】熱媒加熱器４で加熱され高温になった熱媒
は、吸着剤熱交換器１に導かれ、吸着剤と熱媒の間で熱
媒配管８Ａの管壁を介して熱交換が行なわれる。熱媒は
吸着剤に熱を与えて徐々に冷却される。熱媒は、入口か
ら出口にかけて形成されている温度、濃度分布中を通過
することで、比較的低温になって吸着剤熱交換器１を出
る。一方、吸着剤は加熱され、冷媒を蒸気として脱離し
始める。脱離した冷媒蒸気は冷媒電磁ストップ弁２０を
介して、冷媒高圧蒸気管９Ａ、９Ｂを通り、凝縮器５の
胴側に導かれる。冷媒蒸気はここで冷却水コイル１２Ｂ
を通る冷却水により冷却されて凝縮し冷媒液となる。こ
の冷媒液は、冷媒液管１１の冷媒膨脹弁２７を経て蒸発
器６の胴側に導かれ、冷媒循環ポンプ２８により冷水コ
イル１３Ａに散布され、その中を流れる冷水の熱を奪っ
て蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、冷媒低圧蒸気管１０
Ｂ、１０Ｄ、冷媒電磁ストップ弁２３、冷媒低圧蒸気管
１０Ｃを経て吸着剤熱交換器２の胴側に導かれ、該胴側
に内装された吸着剤に吸着される。

【００２７】一方、吸着剤熱交換器１で吸着剤と熱交換
した熱媒は、熱媒配管８Ｅ、熱媒電磁ストップ弁１４、
熱媒配管８Ｆを経て熱媒冷却水熱交換器３の胴側に導か
れ、冷却水コイル１２Ａを通る冷却水と熱交換して外気
温度近くまで冷却される。冷却された熱媒は、熱媒配管
８Ｇ、８Ｋ、熱媒電磁ストップ弁１７、熱媒配管８Ｌ、
８Ｒ、熱媒循環ポンプ７、熱媒配管８Ｎ、熱媒電磁スト
ップ弁１９、熱媒配管８Ｐ、８Ｈを経て吸着剤熱交換器
２の熱媒配管８Ｂに導かれる。該吸着剤熱交換器２の胴
側では冷媒の吸着が行なわれており、この吸着に伴う吸
着熱が発生している。熱媒配管８Ｂに導かれた熱媒は胴
側に発生している吸着熱を奪って徐々に昇温され、吸着
剤熱交換器２の胴側に形成されている温度、濃度分布中
を通過することで比較的高温になって吸着剤熱交換器２
を出る。これが吸着熱の回収過程（又は操作）である。
吸着剤熱交換器２を出た熱媒は、熱媒配管を経て再び熱
媒加熱器４により所定の温度に加熱されて吸着剤熱交換
器１に流入し、上述のサイクルを繰り返す。

【００２８】凝縮器５で冷媒を冷却した冷却水は、熱媒
冷却水熱交換器３で熱媒を冷却することにより昇温さ
れ、冷却水ポンプ２９により冷却水管１２Ｄ、１２Ｅを
経て冷暖切換四方弁２６Ｂに送られ、この冷暖切換四方
弁２６Ｂから空冷放熱器２４に送り込まれ、外気により
冷却されたのち、冷暖切換四方弁２６Ａを経て再び凝縮
器５に送り込まれる。

【００２９】他方、蒸発器６で冷媒に蒸発熱を奪われて
冷却された冷水は、冷水ポンプ３０により、冷暖切換四
方弁２６Ａを経て室内ファンコイルユニット２５に送り
込まれて冷房を行ない、次いで冷暖切換四方弁２６Ｂを
経て蒸発器６に還流する。

【００３０】吸着剤熱交換器１に形成された温度、濃度
分布層が変化するに従い、吸着剤熱交換器１出口での熱
媒の温度は高くなる。図示されていない温度検知手段に
よって吸着剤熱交換器１出口の熱媒温度が所定の温度を
超えたことを示す信号が出力されると、これまで開いて
いた冷媒電磁ストップ弁２０、２３及び熱媒電磁ストッ
プ弁１４、１７、１９が閉じられ、これまで閉じられて
いた冷媒電磁ストップ弁２１、２２及び熱媒電磁ストッ
プ弁１５、１６、１８が開かれて、熱媒の循環方向がこ
れまでと逆になる。この新しい状態では、吸着剤熱交換
器１が吸着、吸着剤熱交換器２が脱離となり、前述の動
作と同様の動作が行なわれる。

【００３１】吸着剤熱交換器２の熱媒出口にも熱媒の温
度を検知する図示されていない温度検知手段が設けられ
ており、上述の弁の開閉の切換が前記出口における熱媒
温度の変化に追随して行なわれ、連続的な冷凍運転が行
なわれる。

【００３２】次に、暖房動作を説明する。暖房状態にお
いても吸着剤熱交換器１と吸着剤熱交換器２が冷媒の吸
着、脱離を交互に行なうのは冷房時と同じである。いま
吸着剤熱交換器１が脱離過程、吸着剤熱交換器２が吸着
過程であるとしてその暖房動作を説明する。

【００３３】この状態では、熱媒電磁ストップ弁１４、
１７、１９及び冷媒電磁ストップ弁２０、２３が開とな
っており、他の弁は全て閉とされている。冷暖切換四方
弁２６Ａは、冷却水管１２Ｇと冷却水管１２Ｆ、冷却水
管１２Ｋと冷水管１３Ｄをそれぞれ連通し、冷暖切換四
方弁２６Ｂは、冷却水管１２Ｅと冷却水管１２Ｈ、冷却
水管１２Ｊと冷水管１３Ｂをそれぞれ連通している。

【００３４】吸着剤熱交換器１、２、凝縮器５、熱媒冷
却水熱交換器３、熱媒加熱器４、蒸発器６は、冷房時と
同様に動作して熱媒を循環させる。凝縮器５、熱媒冷却
水熱交換器３を通過して冷媒及び熱媒を冷却し自身は加
熱された冷却水は、冷却水ポンプ２９により、冷暖切換
四方弁２６Ｂを経て室内ファンコイルユニット２５に送
り込まれて暖房を行ない、次いで冷暖切換四方弁２６Ａ
を経て再び凝縮器５に送られる。一方、蒸発器６で冷媒
の蒸発熱を奪われて冷却された冷水コイル１３Ａ中の冷
水は、冷水ポンプ３０により、冷暖切換四方弁２６Ａを
経て空冷放熱器２４に送り込まれる。空冷放熱器２４に
送り込まれた冷水は、外気の熱を奪って昇温され、冷暖
切換四方弁２６Ｂを経て再び蒸発器６に還流する。

【００３５】冬期暖房時には、外気温度が２７３°Ｋ以
下の場合があり、空冷放熱器２４を通過して蒸発器６に
流入する冷水の温度が２７３°Ｋ以下の場合が生ずる。
このような場合でも、本実施例では冷媒にアンモニアが
用いられているので冷水コイル１３Ａに冷媒が凍結、付
着することがなく、ヒ−トポンプ運転の継続が可能であ
る。

【００３６】ところで、上記実施の形態の吸着式冷熱発
生装置に用いる冷媒・吸着剤ペアは、先に述べたよう
に、冷媒にアンモニア、吸着剤に粒状の活性炭を用い
る。

【００３７】粒状の活性炭は、比表面積、細孔容積が大
きく、非極性物質を選択的に吸着する。アンモニアのよ
うに極性の強い物質に対しては親和力が小さいため、先
に記した脱離時の冷媒吸着濃度ｘ₁が小さくなり、アン
モニアに対しては粒状の活性炭が適している。

【００３８】１ｋｇ当り１回の吸着・脱離サイクルの冷
熱発生量であるＲ値を上げ、装置、機器のコンパクト
化、高性能化を図るには、更に高性能な活性炭が必要に
なる。活性炭の種類には、高賦活化を行ない比表面積を
飛躍的に高めたものもあるが、一般的な粒状の活性炭の
比表面積は、１０００〜１５００ｍ²／ｇである。これ
に対して、高賦活炭の比表面積は、２０００〜５０００
ｍ²／ｇであり市販されている。しかしながら、このよ
うな高賦活炭においては、ほとんどが粉体状であり、扱
いにくいと同時にかさ密度が低い。かさ密度が低いとＲ
値は高いが、装置、機器に充填した場合、容積が大きく
なる。単位体積におきかえた冷媒吸着濃度差Δｘの比較
では、むしろ高賦活炭の方がΔｘが小さくなり、装置、
機器の小型化にはならない。更に、高賦活炭は一般的に
コストが高い。

【００３９】装置、機器のコンパクト化という観点から
吸着剤を選択する場合、従来のＲ値による評価に換え、
Ｒ値を吸着剤のかさ密度Ｄで割った値Ｒｖを使う。即
ち、Ｒｖ＝Ｒ／Ｄ［ＫＪ／ｄｍ³−乾燥吸着剤］ここで、Ｄ：乾燥吸着剤のかさ密度［ｋｇ／ｄｍ³−乾
燥吸着剤］活性炭の賦活度を上げると比表面積が上がり、Ｒ値は上
がるが、かさ密度が下がっていくため、Ｒｖ値はあると
ころから下がる傾向にある。つまり、Ｒｖ値には、比表
面積に対して最適値が存在する。賦活度を変えた活性炭
に対し、Ｒｖ値を測定すると、比表面積１４００〜１６
００ｍ²／ｇが最も高いＲｖ値となる。比表面積を１４
００ｍ²／ｇ未満のある値から大きくすると、賦活度が
上がるにつれ、ミクロ孔が発達するため、かさ密度の減
少よりも吸着量の増加が上まわり、Ｒｖ値は増加してく
る。比表面積を１６００ｍ²／ｇより大きくすると、比
表面積の増加がマクロ孔の増加によるため、吸着量の増
加はにぶり、かさ密度の減少の影響が大きくなりＲｖ値
は小さくなる。

【００４０】又、かさ密度は、粒径によっても変化す
る。粒径が１００メッシュ（ｍｅｓｈ）を超える篩目を
通過する大きさに小さくなると、かさ密度は減少する。
一方、粒径が２０メッシュ未満の篩目を通過する大きさ
に大きくなると、先に説明した吸着剤熱交換器１、２に
充填する際に、熱交換器のフィンチューブや細管と吸着
剤の接触面が少なくなるので熱伝導による伝熱が悪くな
る。更に、粒径の大きいものは、狭い隙間に入りにくく
なり結果的に充填率が下がる。以上のことより活性炭に
は、熱交換器の形状やフィンピッチ等に合わせて最適な
粒径が存在するが、それは２０〜１００メッシュ、好ま
しくは２０〜８０メッシュである。

【００４１】図１は、本発明に係るアンモニア・活性炭
ペアの吸着・脱離等圧線図である。アンモニアと、比表
面積が１５６０ｍ²／ｇの活性炭との吸着・脱離等圧線
図である。曲線３１は、吸着剤である活性炭から冷媒で
あるアンモニアが脱離する時の等圧線を示し、曲線３２
は、吸着剤である活性炭に冷媒であるアンモニアが吸着
する時の等圧線を示す。蒸発温度Ｔｅ＝２７８°Ｋ、凝
縮温度Ｔｃ＝３１８°Ｋ、冷却温度Ｔ₂＝３１８°Ｋ、
加熱温度Ｔ₁＝４５３°Ｋとすると、 Δｘ＝ｘ₂−ｘ₁ ＝０．２８−０．０９６＝０．１８４［ｋｇ／ｋｇ−乾燥吸着剤］となり、Ｒ値＝１９４．２［ＫＪ／ｋｇ−乾燥吸着剤］乾燥かさ密度＝０．４４１［ｋｇ／ｄｍ³］Ｒｖ値＝８５．６［ＫＪ／ｄｍ³−乾燥吸着剤］となる。

【００４２】図２は、活性炭の比表面積とＲ、Ｒｖの関
係を示す曲線図である。賦活度を変えた活性炭試料につ
いて活性炭の比表面積を横軸にとってＲ、Ｒｖを測定し
た結果を示す。曲線３３はＲを示し、曲線３４はＲｖを
示す。Ｒｖは、比表面積１４００〜１６００ｍ²／ｇ位
にピークを持ち、この辺りの賦活度の活性炭を用いるの
が、吸着式ヒ−トポンプ冷暖房機を小型化し、熱効率
（ＣＯＰ）を高めるのに最適なものである。

【００４３】本実施の形態の冷媒・吸着剤ペアは、冷媒
にアンモニア、吸着剤に比表面積１４００〜１６００ｍ
²／ｇの粒状の活性炭を用いることにより、１回の吸着
・脱離サイクルで発生する冷熱発生量を増大させること
が出来、その結果装置、機器をコンパクト化し、吸着剤
熱交換器１、２の熱容量を軽減することで、切り換え時
の熱損失が減り、熱効率を高めることが出来る。

【００４４】

【発明の効果】本発明の冷媒・吸着剤ペアによれば、冷
媒と吸着剤との間の吸着・脱離作用を利用する吸着式冷
熱発生サイクルの冷熱発生量を増大させることが出来
る。

【００４５】又、本発明の吸着式冷熱発生装置によれ
ば、上記冷媒・吸着剤ペアを用いることにより、装置を
コンパクト化すると共に熱容量を小さくし、切り換え時
の熱損失が減るので熱効率の向上を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアンモニア・活性炭ペアの吸着・
脱離等圧線図である。

【図２】活性炭の比表面積とＲ、Ｒｖの関係を示す曲線
図である。

【図３】本発明に係る吸着式冷熱発生装置の一実施の形
態を示す系統図である。

【図４】各種冷媒と蒸発潜熱ｒe、体積蒸発潜熱ｒvの関
係を示す曲線図である。

【図５】冷媒・吸着剤ペアの吸着・脱離等圧線図であ
る。

【符号の説明】

１、２吸着剤熱交換器３熱媒冷却水熱交換器４熱媒加熱器５凝縮器６蒸発器７熱媒循環ポンプ１３Ａ冷水コイル１４〜１９熱媒電磁ストップ弁２０〜２３冷媒電磁ストップ弁２４空冷放熱器２５室内ファンコイルユニット２６Ａ、２６Ｂ冷暖切換四方弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒及び該冷媒を吸着する吸着剤を使用
すると共に前記冷媒と前記吸着剤との間の吸着・脱離作
用を利用する吸着式冷熱発生サイクルの冷媒・吸着剤ペ
アにおいて、冷媒にアンモニア、吸着剤に粒状の活性炭
を用いたことを特徴とする冷媒・吸着剤ペア。
【請求項２】請求項１において、前記粒状の活性炭の
比表面積は、１４００ｍ²／ｇ以上１６００ｍ²／ｇ以下
であることを特徴とする冷媒・吸着剤ペア。
【請求項３】請求項１において、前記粒状の活性炭の
粒径は、２０メッシュ以上１００メッシュ以下の篩目を
通過する大きさであることを特徴とする冷媒・吸着剤ペ
ア。
【請求項４】熱媒配管で接続され冷媒及び吸着剤を内
装した複数の吸着剤熱交換器と、該吸着剤熱交換器それ
ぞれに弁及び冷媒管を介して接続された凝縮器と、該凝
縮器に冷媒管を介して接続されると共に前記吸着剤熱交
換器それぞれに弁及び冷媒管を介して接続された蒸発器
と、前記熱媒配管に介装された熱媒加熱器、熱媒冷却水
熱交換器及び熱媒循環ポンプと、前記蒸発器に内装され
て冷熱を取り出す冷水コイルとを含む吸着式冷熱発生装
置において、前記冷媒及び吸着剤は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の冷媒・吸着剤ペアであることを特徴と
する吸着式冷熱発生装置。