JPH0694966B2

JPH0694966B2 - 吸着式冷凍機

Info

Publication number: JPH0694966B2
Application number: JP60230752A
Authority: JP
Inventors: 昌生松下; 健三奥
Original assignee: 西淀空調機株式会社
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPS6291762A

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
行う吸着式冷凍機に係り、特に該吸着式冷凍機の胴体底
部に凝縮した冷媒液が付着し、これが吸着運転時に蒸発
して胴体が冷やされ、エネルギーロスを生じるのを防止
する手段を備えた前記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現状である。

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℃，冷却出口温度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収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５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）′と一体の蒸発凝縮板（４），（４）′
とを所要間隔を置いて水平に収設し、該蒸発凝縮板
（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）から脱着された冷媒蒸気は蒸発凝縮板
（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
凝縮板（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板（４），
（４）′から熱を奪い、該蒸発凝縮体（４），（４）′
と一体の直線状マニホールド（３），（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では、吸着剤脱
着運転時において蒸発凝縮器側の冷却水入口および冷却
水出口の間に温度差があるため、冷媒の凝縮量、即ち、
凝縮器表面の冷媒液膜の厚さにバラツキを生じ、液膜が
設定厚よりも大きくなつた部分では蒸発スピードが遅く
なり、吸脱着サイクル時間が長くなると共に、保持し切
れなくなつた冷媒液が胴体の底部に落下して内面に付着
し、これが吸着運転時に蒸発して胴体を冷却する無駄な
エネルギーとして消費され、冷凍能力として出力されな
いため、装置全体の効率低下を招く問題があつた。

本発明はかかる従来の吸着式冷凍機における蒸発凝縮表
面の冷媒液膜厚さのバラツキに起因する冷凍能力低下問
題点に着目してなされたもので、脱着運転時に胴体の底
部に滴下した冷媒を加熱して再び蒸気の状態に戻し、冷
媒液膜厚さの大小に熱伝達率が反比例することを利用し
て冷媒液膜の薄い部分で、より多く冷媒を凝縮させ、液
膜厚さを蒸気凝縮器全体に亘って均一にして吸着運転時
の蒸発スピードを増し、エネルギーロスをなくして吸収
式冷凍機全体の効率向上を図り、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実施例に対応
する第１図および第２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
に熱源側熱媒を通過させる第１のフインチユーブ（12）
と、利用側熱媒を通過させる第２のフインチユーブ（1
4）とを収設しており前記第１のフインチユーブ（12）
のフィン間隙には粒状シリカゲルの如き吸着剤（18）を
充填保持されている。

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のフィンチューブから
胴体底部に滴下する冷媒を加熱する冷媒加熱器（22）を
有していると共に、胴体（11）内に封入された冷媒量が
一定の運転条件下における作動温度範囲で必要最小限に
設定されている。

なお、前記冷媒加熱器（22）としては、熱源側熱媒を供
給して胴体の底部から冷媒の加熱を行う中空の温水タン
クの外、電気ヒーター等がこれに含まれる。

（作用）上記構成を備えた本発明の吸収式冷凍機は、脱着運転時
において、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（18）を加熱脱着し、第２のフインチ
ユーブ（14）に冷却水を通過させて該第２のフインチユ
ーブ（14）の表面で前記吸着剤（18）から脱着された冷
媒蒸気を凝縮させて冷媒液膜を形成するが、第２のフイ
ンチユーブ（14）を流れる冷却水はその入口と出口との
間で温度差があるため冷媒液膜の厚さにバラツキを生
じ、液膜厚さが過剰になつた部分からは胴体（11）底部
に保持し切れなくなつた冷媒液が滴下する。ところが胴
体（11）の底部には冷媒加熱器（22）が設けられ、冷媒
が加熱蒸発して再び冷媒蒸気に戻ると共に、第２のフイ
ンチユーブ（14）の表面では冷媒液膜の薄い部分が厚い
部分より熱伝達率が良く、冷却蒸気がより多く凝縮する
ため、液膜厚さが全体に平均化される。

また、このとき、胴体（11）内の冷媒封入量は、予め設
定された運転条件下における作動温度範囲で必要最小限
となつているため、冷媒液の全量が第２のフインチユー
ブ（14）表面に液膜状態で均一に保持される。

かくして、吸着運転時においては冷媒を均一に保持した
第２のフインチユーブ（14）に利用側熱媒を通過させ、
第１のフインチユーブ（12）に冷却水を通過させて吸着
剤（18）を冷却すると、吸着剤（18）は胴体（11）内部
の冷媒蒸気を吸着し、第２のフインチユーブ（14）から
冷媒を蒸発させて利用側熱媒から気化熱を奪い、これを
冷却するため、第２のフインチユーブ（14）の蒸発スピ
ードが均一になり、吸脱着サイクル時間が短縮されると
共に、冷媒液が胴体底部に付着し、吸着時に胴体を冷却
してエネルギーロスを生じる如き不具合を解消し、装置
の効率向上が図られる。

（実施例）以下本発明の実施例を添付図面にもとづいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る吸着式冷凍機の正断面図、第２図
は同吸着式冷凍機の側断面図、第３図は同吸着式冷凍機
を適用した冷房システムの回路であつて、（イ）は脱着
運転時の状態、（ロ）は吸着運転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などが冷媒として封
入されていると共に、前記胴体（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
（フインピツチ１〜10mm,フイン高さ平均５〜20mm）に
は、粒状シリカゲルの如き固体吸着剤（18）が充填さ
れ、これがフインチユーブ（12）の表裏面に張設された
金網（19），（19）′によつて保持されている。また、
前記第２のフインチユーブ（14）は前記第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、伝熱管（20）の外周に設けられたフイン（21）が略
々水平に維持され、表面で凝縮した水分を均一な厚さの
液膜状態で保持し得るようになつている。

一方、前記胴体（11）は、その底部において、胴体底面
（11a）を温水を通過させて加熱する温水タンク（22）
を一体に具備している。

なお、前記胴体（11）内部の冷媒封入量は、予め設定さ
れた運転条件における作動温度範囲での必要最小限の
量、即ち、脱着完了時において第２のフインチユーブ
（14）の表面に冷媒の略々全量が液膜状態で保持され、
かつ、吸着完了時に全量が吸着剤（18）で吸着される量
に規定されている。

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等の低温熱源（23）の熱媒出口（23
a）および冷却塔の如き冷却水供給源（24）の冷却水出
口（24a）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
記低温熱媒（23）の熱媒入口（23a）および冷却水供給
源（24）の冷却水入口（24b）に夫々接続されている。

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（25）から配
管（26）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（2
5）に利用側熱媒を供給する配管（27）および前記冷却
水供給源（24）の冷却水入口（24b）に夫々接続されて
いる。

前記蓄熱槽（25）は、上部を流体が通過可能な仕切り壁
（28）により低温槽（29）と高温槽（30）とに区画した
タンクであつて低温槽（29）よりポンプ(P₄)で汲み上げ
られた７℃の利用側熱媒が常時空調用熱交換器（31）に
供給され、12℃まで温度上昇した熱媒が高温槽（30）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温水タンク
（22）は、その入口（22a）がポンプ(P₁)の吐出側に接
続されていると共に、出口（22b）が低温熱源（23）の
熱媒入口（23b）に接続されている。

本発明の冷媒調整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３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（23）の熱媒出口（23a）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）に熱媒（60〜80℃）を供給することによ
り吸着剤（18）を加熱脱着すると共に、ポンプ(P₂)を駆
動し、冷却水供給源（27）より三方弁(V₃)を介して第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
（18）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（21）および伝熱管（20）の表面に液
膜を形成する。

なお、このとき、第２のフインチユーブ（14）の表面で
は、入口ポート（14a）と出口ポート（14b）との間で冷
却水に温度差があり、冷媒液膜の厚さにバラツキを生じ
て液膜厚さが過剰になり保持し切れなくなつた冷媒液が
水滴状となつて胴体（11）の底面（11a）に滴下する
が、胴体（11）下部の温水タンク（22）には三方弁(V₅)
を通じて低温熱源（23）より第１のフインチユーブ（1
2）と並列に熱媒（60〜80℃）が供給されており、冷媒
が加熱されて再度水蒸気に戻ると共に、第２のフインチ
ユーブ（14）の表面のうち、冷媒液膜厚さが薄い部分
は、液膜の厚い部分より熱伝達率が良く、冷媒蒸気がよ
り多く凝縮するため、冷媒液膜がフインチユーブ（14）
全体に平均して形成されることになる。

また、胴体（11）内部の冷媒量は予め設定された運転条
件下における作動温度範囲で必要最小限に規定されてい
るため、全量が第２のフインチユーブ（14）の表面で凝
縮し、胴体（11）の底面（11a）や内周面に冷媒液が付
着するのが未然に防止される。

次に第３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（24）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（18）を冷却して胴体（11）内
の冷媒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は胴体（11）内において蒸発
し、フインチユーブ（14）から気化熱を奪い、ポンプ(P
₃)の運転により蓄熱槽（25）の高温槽（30）から配管
（26）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12℃の利用側熱媒を
７℃程度まで冷却し、三方弁(V₄)から配管（27）を通じ
て蓄熱槽（25）の低温槽（24）に供給するため、ポンプ
(P₄)の作動により蓄熱槽（25）から空調用熱交換器（3
1）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（33）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。

なお、上記の実施例においては、胴体（11）底部に設け
られる冷媒加熱器（22）として、低温熱源（23）の熱源
側熱媒を供給して冷媒加熱を行う温水タンクを用いた場
合について例示したが、この温水タンク（22）は電気ヒ
ータや遠赤外線ヒータ等に代替することも出来る。

また、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（31）との間に
蓄熱槽（25）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図および第２図と略々同型式の装置を試作し、
脱着運転時に冷媒加熱器を使用した場合と使用しない場
合とを比較する実験を行つた。

運転条件は次の通りである。

実験結果冷媒加熱器を使用したとき（本発明）…（Ａ）冷媒加熱器を使用しないとき（従来）…（Ｂ）また、吸着時間（3.5分）に吸着剤が冷媒を吸着するス
ピードの違いは第４図のグラフに示される通りである。

上記の結果から明らかなように、冷媒加熱器を使用した
場合（本発明）は、使用しない場合（従来）に比べて吸
脱着サイクル時間が約20％早く、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機は、胴体の底部に
吸着剤脱着時に、第２のフィンチューブから胴体底部に
滴下する冷媒を加熱蒸発させる冷媒加熱器を具備せしめ
ると共に、胴体内部の冷媒封入量を一定の運転条件にお
ける作動温度範囲で必要最小限に規定したものであるか
ら、吸着剤から脱着された冷媒が全量，凝縮・蒸発器側
のフインコイルの表面全体に均一な液膜状に保持される
ことになり、吸着運転時の蒸発スピードが均一化され
て、吸脱着サイクル時間の短縮が図られると共に、脱着
時に保持し切れなくなつて胴体底部に滴下した冷媒液が
吸着時に蒸発し胴体を冷却する無駄なエネルギーとして
消費される如き不都合を克服することが出来、吸着式冷
凍機の効率を大巾に向上させるというすぐれた効果を発
揮する。

しかも、本発明によれば、冷媒加熱器を付加し、かつ、
冷媒封入量を規定するだけで上述の如く吸着式冷凍機全
体の能力を向上させることが可能であるため、冷凍機の
容量をその分小さくすることが出来、装置コストを低廉
ならしめると共に、特に、冷媒加熱器の熱源として低温
熱源を使用した場合は運転コストの高騰を抑制し、か
つ、低温熱源の有効利用を図り、エネルギー資源の節約
に寄与するという効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る吸着式冷凍機の正断面図、第２図
は同吸着式冷凍機の側断面図、第３図は同吸着式冷凍機
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を夫々示し
ている。また、第４図は本発明の吸着式冷凍機と従来の
吸着式冷凍機とを吸着スピードについて比較したグラ
フ、第５図は従来の吸着式冷凍機の断面図である。（11）…胴体，（11a）…底面，（12）…第１のフインチユーブ，（14）…第２のフインチユーブ，（18）…吸着剤，（22）…冷媒加熱器（温水タンク），

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
熱源側熱媒を通過させる第１のフィンチューブと、利用
側熱媒を通過させる第２のフィンチューブとを収設し、
前記第１のフィンチューブのフィン間隙に吸着剤を充填
保持せしめてなる吸着式冷凍機であって、該冷凍機は前
記胴体の底部に吸着剤脱着時に、第２のフィンチューブ
から胴体底部に滴下する冷媒を加熱蒸発させる冷媒加熱
器を有すると共に、前記胴体への冷媒封入量が一定の運
転条件下における作動温度範囲で必要最小限に設定され
ていることを特徴とする吸着式冷凍機。
【請求項２】胴体内部の冷媒封入量が脱着完了時に全量
が第２のフィンチューブ表面に液膜状態で保持され、か
つ、吸着完了時に全量が吸着剤に吸着される量に規定さ
れている特許請求の範囲第１項記載の吸着式冷凍機。
【請求項３】冷媒加熱器が胴体底面に接して設けられた
温水タンクである特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の吸着式冷凍機。
【請求項４】冷媒加熱器が胴体底面に接して設けられた
電気ヒータである特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の吸着式冷凍機。