(57)【要約】【課題】吸着冷凍機の成績係数及び冷凍出力を向上させること．【解決手段】熱交換器内圧力は吸着工程終了時に低く脱着工程終了時には高いので，この圧力差を利用するために，第１吸着冷凍機Ａ及び第２吸着冷凍機Ｂ内の吸着器と脱着器（３Ａと４Ｂ，及び３Ｂと４Ａ）を接続できる構成にした．また，脱着用温水を第１吸着冷凍機Ａから第２吸着冷凍機Ｂへ直列に，吸着用及び凝縮用冷却水を第２吸着冷凍機Ｂから第１吸着冷凍機Ａへ直列に，蒸発用冷水を第１吸着冷凍機Ａと第２吸着冷凍機Ｂに並列または直列に流せる構成にした．【選択図】図１
2004116812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱着工程終了時の熱交換器内と吸着工程終了時の熱交換器内の圧力差を利用するために第１吸着冷凍機における脱着側熱交換器と第２吸着冷凍機における吸着側熱交換器を，かつ第１吸着冷凍機における吸着側熱交換器と第２吸着冷凍機における脱着側熱交換器を，それぞれ気相熱媒用の配管で連通していることを特徴とする蒸気再生過程を組み込んだ吸着冷凍機．
【請求項２】
第１吸着冷凍機における脱着側熱交換器を通過した後の脱着用温水を第２吸着冷凍機における脱着側熱交換器に供給し，かつ第２吸着冷凍機における吸着側熱交換器を通過した後の吸着用冷却水を第１吸着冷凍機における吸着側熱交換器に供給し，かつ第２吸着冷凍機における凝縮器を通過した後の冷却水を第１吸着冷凍機における凝縮器に供給する構成にしてある蒸気再生過程を組み込んだ吸着冷凍機．
【請求項３】
第１吸着冷凍機における蒸発器と第２吸着冷凍機における蒸発器に冷水を直列，または並列で供給できる配管系を持つ蒸気再生過程を組み込んだ吸着冷凍機．
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吸着冷凍機に関する．
【０００２】
【従来の技術】
このような吸着冷凍機の従来例を図４に示す．この吸着冷凍機は熱媒として水を利用し，吸着剤としてシリカゲルあるいはゼオライトを用いている（例えば，非特許文献１参照．）．この吸着冷凍機は凝縮器１と蒸発器２，吸着剤熱交換器３Ａ，４Ａという主要機器から構成されている．
【０００３】
蒸発器２に噴霧された熱媒（水）は，蒸発して気化熱を奪い，配管系ＬＥＶＡを循環する冷水を冷却する．そして図４の状態では，符号ＲＶ１で示す蒸発した熱媒（水蒸気）は弁ＶＲ３を経由して吸着剤熱交換器３Ａに流入し，この熱交換器３Ａに充填された吸着剤（シリカゲルまたはゼオライト）により吸着される．ここで吸着剤は水分を吸着すると発熱するため，配管系ＬＨＥＸＡを介して供給される冷却水により冷却される．配管系ＬＨＥＸＡに冷却水を供給するためには，冷却水供給源５と吸着剤熱交換器３Ａ間に介装された切り換え弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を図４において実線で示す系統に切り換えればよい．なお，吸着剤熱交換器３Ａと凝縮器間は弁ＶＲ１を閉じた状態にしてあるため，水蒸気は凝縮器に漏出することなく，熱交換器３Ａ中の吸着剤により十分に吸着される．
【０００４】
一方，図４の脱着側では吸着剤熱交換器４Ａによる吸着が完了しており，そのため吸着剤熱交換器４Ａと蒸発器間に存在する弁ＶＲ４を閉じた状態として水蒸気が流入しないようになっている．この状態では，熱交換器４Ａの吸着剤は飽和状態近くまで水蒸気を吸着しており，そのため配管系ＬＨＥＸＢを介して温水を供給すると，吸着された水分が吸着剤から分離して（脱着），符号ＲＶ２で示すように，開いた状態にある弁ＶＲ２を経由して凝縮器１側へ流出する．そして，吸着剤から脱着した水分（水蒸気）ＲＶ２は配管系ＬＣＯＮＤを介して凝縮器１に供給される冷却水との熱交換により，凝縮熱を奪われて液相，すなわち水に変化する．この水は凝縮器と蒸発器間を接続している配管ＬＣＥを経由して蒸発器に流入し，噴霧される．なお，吸着剤熱交換器４Ａに温水を供給するためには，温水源７と吸着剤熱交換器４Ａ間に介装された切り換え弁Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８を切り換えて，図中において実線で示す系統に切り換えればよい．
【０００５】
熱交換器３Ａにおける吸着，熱交換器４Ａにおける脱着が完了すると開いた状態にある弁ＶＲ２，３を閉じた状態にし，吸着剤熱交換器３Ａには温水を，熱交換器４Ａには冷却水を供給する．吸着器として機能していた熱交換器３Ａは次の工程で脱着器として，脱着器として機能していた熱交換器４Ａは次の工程で吸着器として機能する．この際の切り替わりが滑らかに行われるようにするためである．なお，この温水および冷却水供給の切り換えは冷却水源５と吸着剤熱交換器３Ａ間に介装された切り換え弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６，および温水源７と吸着剤熱交換器４Ａ間に介装された切り換え弁Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８を切り換えて図中における点線の系統に切り換えればよい．
【０００６】
前述の工程が終了すると，熱交換器３Ａと凝縮器間に介装された弁ＶＲ１，および熱交換器４Ａと蒸発器間に介装された弁ＶＲ４を開いた状態とする．そして切り換え弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６，およびＶ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８を図中に示す点線の系統に切り替えることにより熱交換器３Ａに温水を熱交換器４Ａに冷却水を供給し，それぞれ脱着，吸着を行う．
【０００７】
図４で示す吸着冷凍機１を一般空調用に用いる場合，吸着剤熱交換器への冷却水源５および凝縮器１の冷却水源６からの冷却水入り口温度（吸着冷凍機１へ流入する際の温度）は定格温度３１℃が，蒸発器２において冷却された冷水の出口温度（吸着冷凍機１から流出する際の温度）は定格温度７℃が望まれている．そして従来は，温水源７からの温水入り口温度は６５℃程度が必要とされていた．換言すれば，図４で示す吸着冷凍機１では一般空調用として望まれる定格条件で運転するためには，駆動熱源温度として６５℃程度が必要とされていた．
【０００８】
また，駆動温度の低温下を目的として吸着・脱着器を多段に組み合わせて構築される多段型吸着冷凍機が考案され（例えば，特許文献１参照．），実証試験された（例えば，非特許文献２参照．）．しかしながら，その理論熱効率は段数の逆数倍以下と小さく，実用化までには至っていない．
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−１８０１５９号公報
【非特許文献１】
ビショット・バラン・シャハ（Ｂｉｄｙｕｔ　Ｂａｒａｎ　Ｓａｈａ），外２名，「コンピュータ・シミュレーション・オブ・ア・シリカゲル・ウォーター・アドソープション・リフリージレーション・サイクル−ザ・インフルエンス・オブ・オペレーティング・コンディションズ・オン・クーリング・アウトプット・アンド・シーオーピー（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｓｉｌｉｃａ　Ｇｅｌ−Ｗａｔｅｒ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｙｃｌｅ−Ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｏｕｔｐｕｔ　ａｎｄ　ＣＯＰ）」，アメリカン・ソサイアティ・オブ・ヒーティング・リフリージレイティング・アンド・エアーコンディショニング・エンジニアーズ・トランスアクション（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｈｅａｔｉｎｇ，　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ），（米国），アメリカ暖房冷凍空調学会，１９９５年，第１０１号，ｐ．３４８−３５５
【非特許文献２】
エリザ・デ・カストロ・ブーマン（Ｅｌｉｓａ　ｄｅ　Ｃａｓｔｒｏ　Ｂｏｅｌｍａｎ），外２名，エクスペリメンタル・インベスティゲイション・オブ・ア・シリカゲル・ウォーター・アドソープション・リフリージレーション・サイクル−ザ・インフルエンス・オブ・オペレーティング・コンディションズ・オン・クーリング・アウトプット・アンド・シーオーピー（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｓｉｌｌｉｃａ　ｇｅｌ−ｗａｔｅｒ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｃｙｃｌｅ−ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｏｕｔｐｕｔ　ａｎｄ　ＣＯＰ），アメリカン・ソサイアティ・オブ・ヒーティング・リフリージレイティング・アンド・エアーコンディショニング・エンジニアーズ・トランスアクション（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｈｅａｔｉｎｇ，　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ），（米国），アメリカ暖房冷凍空調学会，１９９５年，第１０１号，ｐ．３５８−３６６
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
６０℃以下の比較的低温度域の排熱は俗に「低質排熱」と呼ばれ，従来は単に廃棄（排熱）するのみであった．近年，省エネルギーが重要視されるようになり，このような低質排熱を有効利用することが重要となっている．
【００１１】
しかし，上述したように従来の吸着冷凍機では定格条件（冷却水温度が３１℃，得られた冷水の温度が７℃）で運転するためには駆動熱源の温度として６５℃程度が要求されており，６０℃以下の低質排熱を駆動熱源として利用することができない．
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたもので，冷却水温度が３１℃，得られた冷水の温度が７℃（定格条件による運転）であっても，６０℃以下の低質排熱を駆動熱源として利用することができるような吸着冷凍機の提供を目的としている．
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明では第１吸着冷凍機における脱着工程側の熱交換器内の圧力は高く，第２吸着冷凍機における吸着工程側の熱交換器内の圧力は低い．同様に第１吸着冷凍機における吸着工程側の熱交換器内の圧力は低く，第２吸着冷凍機における脱着工程側の熱交換器内の圧力は高い．このため，脱着工程側の熱交換器と吸着工程側の熱交換器を接続することで２つの熱交換器内の圧力は平衡状態になるべく，圧力の高い脱着側の熱交換器から圧力の低い吸着側の熱交換器へ水蒸気は移動する．すなわち，脱着側の熱交換器においてはさらに脱着が，吸着側の熱交換器においてはさらに吸着が促進されることになり，吸着量の変化量を増大させることができる．
【００１５】
【００１６】
請求項２記載の発明では第１吸着冷凍機における脱着側熱交換器を通過した温水は熱交換器内の吸着剤との熱交換により温度レベルは低下するが十分に脱着用熱源としての能力を有しているため第２吸着冷凍機における脱着側熱交換器に再供給され，脱着用熱源として機能する．
【００１７】
また第２吸着冷凍機における吸着側熱交換器を通過した冷却水は熱交換器内の吸着剤との熱交換により温度レベルは上昇するが十分に冷却能力を有しているため，第１吸着冷凍機における吸着側熱交換器に再供給され吸着剤を冷却する．
【００１８】
これらのことから従来，１つの熱交換器を通過した後はそのまま捨てられていた温水，冷却水を２つめの熱交換器に再供給することで，より低質な排熱を有効利用することができる．
【００１９】
【００２０】
請求項３記載の発明では第１吸着冷凍機，または第２吸着冷凍機における蒸発器を通過した冷水は蒸発器内の吸着質が気化するために熱が奪われ，出口側の冷水温度は入り口側より低くなり，冷熱を得ることができる．これを用いて，それぞれの蒸発器に冷水を直列で供給することで，２つの蒸発器における冷水の供給温度が異なることになり，冷熱を２つの温度レベルで取り出すことができる．
【００２１】
これは，冷水を並列で供給する際も，それぞれ供給温度を個別に操作することにより可能である．
【００２２】
このように冷水の供給温度をそれぞれ異なる状態にすることで，第１および第２吸着冷凍機における蒸発器内の圧力が異なることになり凝縮器への冷却水供給方法とあわせて考えると，２つの吸着冷凍機が稼働する圧力レベルが異なることになる．それぞれの圧力レベルにより適した吸着剤を組み合わせることにより更なる高性能化が望めることになる．
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１においてＡは第１吸着冷凍機，Ｂは第２吸着冷凍機であり，これら第１及び第２吸着冷凍機Ａ，Ｂは凝縮器１Ａ，１Ｂ，蒸発器２Ａ，２Ｂ，第１吸着剤熱交換器３Ａ，３Ｂ，第２吸着剤熱交換器４Ａ，４Ｂを備えている．
【００２４】
運転は弁ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３，ＶＲ４，ＶＲ５，ＶＲ６，ＶＲ７，ＶＲ８，ＶＲ９，ＶＲ１０，及び，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６の切り換えにより第１及び第２吸着冷凍機Ａ，Ｂにおいて第１工程，第２工程，第３工程を所定時間ずつ繰り返し，第１工程では図１に示すごとく，弁ＶＲ２，ＶＲ６を開き，第２吸着剤熱交換器４Ａと凝縮器１Ａ，及び熱交換器４Ｂと１Ｂを，弁ＶＲ３，ＶＲ７を開き，第１吸着剤熱交換器３Ａと蒸発器２Ａ，及び熱交換器３Ｂと蒸発器２Ｂを接続する．これとともに配管系ＬＨＥＸＡに冷却水を供給するため，冷却水源５と第１吸着剤熱交換器間に介装された弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，及び配管系ＬＨＥＸＢに温水を供給するために，温水源７と第２吸着剤熱交換器４Ａ，４Ｂ間に介装された弁Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８を図１に示す実線の系統に切り換える．
【００２５】
蒸発器２Ａ，２Ｂに噴霧された熱媒（水）は，蒸発して気化熱を奪い，配管系ＬＥＶＡを循環する冷水を冷却する．そして図１の状態では，符号ＲＶ１Ａ，ＲＶ１Ｂで示す蒸発した熱媒（水蒸気）は弁ＶＲ３，ＶＲ７を経由して第１吸着剤熱交換器３Ａ，３Ｂに流入し，この熱交換器３Ａ，３Ｂに充填された吸着剤に吸着される．ここで吸着剤は水分を吸着すると発熱するため，配管系ＬＨＥＸＡを介して供給される冷却水により冷却される．なお，吸着剤熱交換器３Ａと凝縮器１Ａ，および３Ｂと１Ｂ間は弁ＶＲ１，ＶＲ５を閉じた状態にしてあるため，水蒸気は凝縮器に漏出することなく，熱交換器３Ａ及び３Ｂ中の吸着剤により十分に吸着される．
【００２６】
一方，図１の脱着側では第２吸着剤熱交換器４Ａ，４Ｂによる吸着が完了しており，そのため吸着剤熱交換器４Ａと蒸発器１Ａ，及び４Ｂと４Ｂ間に存在する弁ＶＲ４，ＶＲ８を閉じた状態として水蒸気が流入しないようになっている．この状態では，熱交換器４Ａ，４Ｂの吸着剤は飽和状態近くまで水蒸気を吸着しており，そのため配管系ＬＨＥＸＢを介して温水を供給すると，吸着された水分が吸着剤から分離して，符号ＲＶ２Ａ，ＲＶ２Ｂで示すように，開いた状態にある弁ＶＲ２，ＶＲ６を経由して凝縮器１Ａ，１Ｂ側へ流出する．そして，吸着剤から脱着した水分ＲＶ２Ａ，ＲＶ２Ｂは配管系ＬＣＯＮＤを介して凝縮器１Ａ，１Ｂに供給される冷却水との熱交換により，凝縮熱を奪われて液相，すなわち水に変化する．この水は凝縮器と蒸発器間を接続している配管ＬＣＥを経由して蒸発器に流入し，噴霧される．
【００２７】
第２工程（図２）では第１吸着冷凍機における吸着側熱交換器３Ａと第２吸着冷凍機における脱着側熱交換器４Ｂ，及び第１吸着冷凍機における脱着側熱交換器４Ａと第２吸着冷凍機における吸着側熱交換器３Ｂとの間に介装されている弁ＶＲ９，ＶＲ１０のみを開いた状態にし，残りの弁はすべて閉じる．脱着側熱交換器内の圧力は吸着側熱交換器内の圧力に比べて高いため，脱着側と吸着側の熱交換器を接続した場合，平衡状態になるべく脱着側熱交換器から吸着側熱交換器へ水蒸気が移動する．すなわち，熱交換器４Ａから熱交換器３Ｂへ，及び熱交換器４Ｂから熱交換器３Ａへと水蒸気が移動し，脱着側熱交換器においてさらに脱着が，吸着側熱交換器においてさらに吸着が行われることになる．
【００２８】
第３工程（図３）においては気相熱媒用配管系に介装されている弁ＶＲ１〜ＶＲ１０はすべて閉じる．第１吸着剤熱交換器３Ａ，３Ｂには温水を，第２吸着剤熱交換器４Ａ，４Ｂには冷却水を供給する．吸着器として機能していた熱交換器３Ａ，３Ｂは次の工程で脱着器として，脱着器として機能していた熱交換器４Ａ，４Ｂは次の工程で吸着器として機能する．この際の切り替わりが滑らかに行われるようにするためである．なお，この温水および冷却水供給の切り換えは冷却水源５と吸着剤熱交換器４Ａ，４Ｂ間に介装された切り換え弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６，および温水源７と吸着剤熱交換器３Ａ，３Ｂ間に介装された切り換え弁Ｖ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８を切り換えて図中における実線の系統に切り換えればよい．
【００２９】
前述の工程が終了すると，熱交換器３Ａ，３Ｂと凝縮器１Ａ，１Ｂ間に介装された弁ＶＲ１，ＶＲ５，および熱交換器４Ａ，４Ｂと蒸発器２Ａ，２Ｂ間に介装された弁ＶＲ４，ＶＲ８を開いた状態とする．そして切り換え弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６，およびＶ３，Ｖ４，Ｖ７，Ｖ８を図中に示す点線の系統に切り替えることにより熱交換器３Ａ及び３Ｂに温水を，熱交換器４Ａおよび４Ｂに冷却水を供給し，それぞれ脱着，吸着を行う．
【００３０】
なお，吸着剤にはシリカゲル，ゼオライト，活性炭，活性アルミナなど吸着性を有するものであれば種々のものを使用できる．
【００３１】
熱媒としては水，アルコール類など，およびそれら複数の混合物を使用できる．
【００３２】
また，第１吸着冷凍機内の熱交換器３Ａ，３Ｂと第２吸着冷凍機内の熱交換器４Ａ，４Ｂで用いる吸着剤は同一のもの，あるいは，互いに異なるもののいずれであってもよい．
【００３３】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する．
【００３４】
（１）　６０℃以下の低質排熱（低温排熱）が吸着冷凍機の熱源として有効利用される．
【００３５】
（２）　省エネルギーの要請に応えることができる．
【００３６】
単段型と比較を行った結果を図５に示す．駆動熱源温度が６０℃のときに冷房能力は４９４ｋＪ／ｋｇとなり，これは単段型の１．８倍に相当する．この冷房能力の差は駆動熱源温度が高くなるにつれて大きくなる．また，成績係数ＣＯＰは常に単段型を上回っている．
【００３７】
熱交換器１個あたりの吸着剤充填量を等量とした場合，本サイクルが４つの熱交換器を有するのに対し，単段型は２つであり吸着剤の充填量が異なる．冷房能力を公平に比較するために脱着温度が８０℃，吸着温度が３２℃の単段型サイクルと脱着温度が７５℃，吸着温度が３０℃の単段型サイクルの２つを組み合わせたサイクルと比較し，その結果を図６に示す．駆動熱源温度が５０℃のときに冷房能力は単段型サイクルを２機組み合わせたサイクルより１０％，駆動熱源温度が８０℃のときでも３％向上している．ＣＯＰは常に本サイクルの方が高い値を示す．特に駆動熱源温度が６０℃から８０℃の時に効率よく駆動可能である．
【図面の簡単な説明】
【図１】吸脱着工程時の運転形態を示す図
【図２】蒸気再生工程時の運転形態を示す図
【図３】準備工程時の運転形態を示す図
【図４】従来例を示す説明図
【図５】従来例である単段型との性能比較を示す図
【図６】従来例である単段型を２機組み合わせたサイクルとの性能比較を示す図
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ　　　　　　　　蒸発器
２，２Ａ，２Ｂ　　　　　　　　凝縮器
３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ　　　　　　　吸着剤熱交換器
５　　　　　　　　　　熱交換器用冷却水源
６　　　　　　　　　　　凝縮器用冷却水源
７　　　　　　　　　温水源
８Ａ，８Ｂ　　　　　　　　冷水源
Ａ，Ｂ　　　　　　　　　吸着冷凍機
Ｌ＿ＣＯＮＤ，Ｌ＿ＥＶＡ，Ｌ＿ＨＥＸＡ，Ｌ＿ＨＥＸＢ、Ｌ＿ＣＥ　配管。（これらの記号は本文中ではそれぞれ次の記号と同一のものを指す。ＬＣＯＮＤ，ＬＥＶＡ，ＬＨＥＸＡ，ＬＨＥＸＢ，ＬＣＥ　配管）
ＲＶ１，ＲＶ１Ａ，ＲＶ１Ｂ，ＲＶ２，ＲＶ２Ａ，ＲＶ２Ｂ　　　水蒸気
Ｖ１−Ｖ１６，ＶＲ１−ＶＲ１０　　　　　　弁
【図１】
2004116812.tif 000003
【図２】
2004116812.tif 000004
【図３】
2004116812.tif 000005
【図４】
2004116812.tif 000006
【図５】
2004116812.tif 000007
【図６】
2004116812.tif 000008