(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動冷媒の吸着または脱着が行われる第１吸脱着器と、作動冷媒の凝縮を行う凝縮器と、作動冷媒を気化させる蒸発器と、前記第１吸脱着器で行われる吸着または脱着とは逆の動作が行われる第２吸脱着器とを備えており、作動冷媒を流通させることで作動する吸着式冷凍機であって、
前記第１吸脱着器から前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第１脱着冷媒流通路と、前記第２吸脱着器から前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第２脱着冷媒流通路と、前記蒸発器から前記第１吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第１蒸発冷媒流通路と、前記蒸発器から前記第２吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第２蒸発冷媒流通路と、前記凝縮器から前記蒸発器に作動冷媒を流入させる還流通路とを備えており、
前記第１吸脱着器の内圧と前記第２吸脱着器の内圧との圧力差によって摺動するピストン弁体を内部に有するシリンダ部を備えたバルブが設置されており、
前記ピストン弁体は、前記第１脱着冷媒流通路を連通状態にして前記第２脱着冷媒流通路を非連通状態にすると共に前記第１蒸発冷媒流通路を非連通状態にして前記第２蒸発冷媒流通路を連通状態にする第１連通位置と、前記第１脱着冷媒流通路を非連通状態にして前記第２脱着冷媒流通路を連通状態にすると共に前記第１蒸発冷媒流通路を連通状態にして前記第２蒸発冷媒流通路を非連通状態にする第２連通位置とに摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、これらの位置に自動的に移動するものである吸着式冷凍機。
【請求項２】
前記ピストン弁体は、前記両脱着冷媒流通路および前記両蒸発冷媒流通路を非連通状態にする非連通位置に摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、当該位置に自動的に移動するものである請求項１に記載の吸着式冷凍機。
【請求項３】
前記第１脱着冷媒流通路は、前記第１吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された前記第１吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第１凝縮器側流通路とからなるものであり、
前記第２脱着冷媒流通路は、前記第２吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された第２吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第２凝縮器側流通路とからなるものであり、
前記ピストン弁体は、前記第１吸脱着気下流側流通路によって伝達される第１吸脱着器の内圧と第２吸脱着器下流側流通路によって伝達される第２吸脱着器の内圧との圧力差に応じて移動するものである請求項１または請求項２に記載の吸着式冷凍機。
【請求項４】
前記第１脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第１吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第２脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第２吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第１蒸発冷媒流通路は、前記第１吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第２蒸発冷媒流通路は、前記第２吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備えている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の吸着式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着式冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
吸着式冷凍機は、廃熱を有用な冷却に効果的に転換できるという理由から、長年商品化されてきた。吸着式冷凍機に関しては、例えば、次のような特許出願がなされている（特許文献１〜４参照）。【０００３】
図１（ａ）は、単段型の吸着式冷凍機（吸着サイクル）の作動原理を示すものである。図示されるように、吸着式冷凍機は、凝縮器１１と、蒸発器１２と、シリカゲルなどの吸着剤Ａが収容された２つの吸脱着器（吸着剤熱交換器）１３，１４を備えており、各吸脱着器１３，１４は、水などの作動冷媒Ｍ（以下、単に冷媒と称することがある）を流通させるための４つの流通管１０１〜１０４を介して凝縮器１１および蒸発器１２に接続されている。そして、凝縮器１１と蒸発器１２を接続する還流管１０５が設けられており、凝縮器１１において凝縮された冷媒Ｍは、還流管１０５を介して蒸発器１２に還流される。また、各流通管１０１〜１０４の途中には、流通路を開閉するための冷媒バルブ１１１〜１１４が設けられている。これらの冷媒バルブ１１１〜１１４を開閉操作することで冷媒流通路を選択して吸着式冷凍機を作動させるようになっている。【０００４】
吸着式冷凍機作動時のサイクルは、図１（ｂ）に示されるように、大別すると４つの行程（行程Ａから行程Ｄ）からなる。【０００５】
図１（ａ）に示されるように、行程Ａでは、第１冷媒バルブ１１１および第４冷媒バルブ１１４は開状態であり、第２冷媒バルブ１１２および第３冷媒バルブ１１３は閉状態であり、また第１吸脱着器１３に温水Ｈｗが供給され、第２吸脱着器１４に冷却水Ｃｗ１が供給されている。蒸発器１２には、低温熱源の熱を運ぶ冷水（蒸発用水）Ｃｗ２が流入しており、冷水Ｃｗ２からの熱投入Ｑloadによって冷媒Ｍが気化温度で気化される。気化された冷媒Ｍは第２吸脱着器１４に流入し、ここで吸着剤Ａに吸着される（吸着行程）。吸着時に発生する吸着熱Ｑadは冷却水Ｃｗ１によって除去される。なお、吸着温度は吸着濃度を決定する要素である。吸着作用は、吸着剤Ａにおける冷媒Ｍの吸着濃度が高濃度に達するまで継続する。また、第１吸脱着器１３では、温水Ｈｗによって運ばれた運転熱Ｑdeによって吸着剤Ａが脱着温度に熱せられ、冷媒Ｍが脱着する。脱着された冷媒Ｍは、第１配管１０１を経て凝縮器１１に流入する。凝縮器１１には、高温熱源に熱を運ぶ凝縮用の冷却水（凝縮用水）Ｃｗ３が流入しており、冷媒Ｍ中の熱Ｑrejectが冷却水（Ｃｗ３）によって除去され、冷媒Ｍが凝縮（復水）される（脱着行程）。復水された冷媒Ｍは、圧力差などを利用して、還流管１０５を介して蒸発器１２に流入する。【０００６】
行程Ｂでは、全ての冷媒バルブ１１１〜１１４を閉じて、第１吸脱着器１３に冷却水Ｃｗ１を供給し、第２吸脱着器１４に温水Ｈｗを供給する（準備行程）。【０００７】
行程Ｃでは、第２冷媒バルブ１１２および第３冷媒バルブ１１３を開き、第１冷媒バルブ１１１および第４冷媒バルブ１１４を閉じ、第２吸脱着器１４に温水Ｈｗを供給し、第１吸脱着器１３に冷却水Ｃｗ１を供給する。このとき、蒸発器１２で気化された冷媒Ｍは第２吸脱着器１４に流入し、ここで吸着剤Ａに吸着される（吸着行程）。また、第１吸脱着器１３で脱着された冷媒Ｍが凝縮器１１に流入し、ここで凝縮（復水）される（脱着行程）。復水された冷媒Ｍは、圧力差などを利用して、還流管１０５を介して蒸発器１２に
流入する。吸着作用や脱着作用は、行程Ａで説明したものと同様である。【０００８】
行程Ｄでは、行程Ｂと同様に、全ての冷媒バルブ１１１〜１１４を閉じて、第２吸脱着器１４に冷却水Ｃｗ１を供給し、第１吸脱着器１３に温水Ｈｗを供給する（準備行程）。そして、行程Ｄが終了すると、再び行程Ａに戻って同じサイクルを繰り返す。このようなサイクルを繰り返すことで吸着式冷凍機は連続的に作動させることで、低温熱源の熱を回収して低温熱源を冷却することができる。
【特許文献１】米国特許第４８８１３７６号
【特許文献２】米国特許第５０２４０６４号
【特許文献３】米国特許第６４９０８７５号
【特許文献４】米国特許第６４３４９５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述したように、従来の吸着式冷凍機では、吸着式冷凍機のサイクルを動作させるためには、バルブの開閉制御などを、制御装置を用いて制御する必要がある。そして、バルブの開閉制御を最適に行なうことでサイクルの作動効率がよい状態を維持しつつサイクルを運転することは必ずしも容易でない。また、吸着式冷凍機の構成要素として、電磁式の制御バルブおよび制御装置を相当数使用する必要があるが、これらは高価である。【００１０】
本発明は、簡単に動作させることができる吸着式冷凍機を提供すること、さらには、構造が簡単で、しかも低コストである吸着式冷凍機用のスプールバルブを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、作動冷媒の吸着または脱着が行われる第１吸脱着器と、作動冷媒の凝縮を行う凝縮器と、作動冷媒を気化させる蒸発器と、前記第１吸脱着器で行われる吸着または脱着とは逆の動作が行われる第２吸脱着器とを備えており、作動冷媒を流通させることで作動する吸着式冷凍機であって、前記第１吸脱着器から前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第１脱着冷媒流通路と、前記第２吸脱着器から前記凝縮器に作動冷媒を流入させるための第２脱着冷媒流通路と、前記蒸発器から前記第１吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第１蒸発冷媒流通路と、前記蒸発器から前記第２吸脱着器に作動冷媒を流入させるための第２蒸発冷媒流通路と、前記凝縮器から前記蒸発器に作動冷媒を流入させる還流通路とを備えており、
前記第１吸脱着器の内圧と前記第２吸脱着器の内圧との圧力差によって摺動するピストン弁体を内部に有するシリンダ部を備えたバルブが設置されており、
前記ピストン弁体は、前記第１脱着冷媒流通路を連通状態にして前記第２脱着冷媒流通路を非連通状態にすると共に前記第１蒸発冷媒流通路を非連通状態にして前記第２蒸発冷媒流通路を連通状態にする第１連通位置と、前記第１脱着冷媒流通路を非連通状態にして前記第２脱着冷媒流通路を連通状態にすると共に前記第１蒸発冷媒流通路を連通状態にして前記第２蒸発冷媒流通路を非連通状態にする第２連通位置とに摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、これらの位置に自動的に移動するものである。【００１２】
前記ピストン弁体は、前記両脱着冷媒流通路および前記両蒸発冷媒流通路を非連通状態にする非連通位置に摺動により移動可能になっており、前記圧力差に応じて、当該位置に自動的に移動するものであってもよい。【００１３】
本発明に係る吸着式冷凍機が、前記第１吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された前記第１吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第１凝縮器側流通路とからなるものであり、前記第２脱着冷媒流通路は、前記第２吸脱着器と前記シリンダ部とに接続された第２吸脱着器下流側流通路と、前記シリンダ部と前記凝縮器とに接続された第２凝縮器側流通路とからなるものであり、前記ピストン弁体は、前記第１吸脱着気下流側流通路によって伝達される第１吸脱着器の内圧と第２吸脱着器下流側流通路に
よって伝達される第２吸脱着器の内圧との圧力差に応じて移動するものであってもよい。【００１４】
また、前記第１脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第１吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第２脱着冷媒流通路は、前記凝縮器から前記第２吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第１蒸発冷媒流通路は、前記第１吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、前記第２蒸発冷媒流通路は、前記第２吸脱着器から前記蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備えているものでもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る吸着式冷凍機では、第１吸脱着器の内圧と前記第２吸脱着器の内圧の圧力差に応じて移動するピストン弁体を内部に有するシリンダ部を備えたバルブを用いている。そして、圧力差に応じて、ピストン弁体を自動的に移動させることで、第１脱着冷媒流通路、第２脱着冷媒流通路、第１蒸発冷媒流通路および第２蒸発冷媒流通路を自動的に開閉させている。したがって、本発明によればバルブにおいて、電磁式の制御バルブなどの高価なバルブやその制御装置などを用いることなく、吸着式冷凍機を作動させることができる。電磁バルブやその制御装置が不要であれば、装置構成がきわめて簡単であり、製造コストが著しく低下し、製造しやすくなる。構造が簡易であるので、吸着式冷凍機の設置に必要な面積および吸着式冷凍機の大きさを小さくすることができ、初期コストを低減させることができ、耐久性が向上する。吸脱着器の内圧に応じてピストン弁体による通路の開閉操作およびそのタイミングが自動（自律）制御されるので、吸着式冷凍機のバッチ操作プロセスが自動（自律）制御で行なわれる。別言すれば、ピストン弁体の動きは、熱源が供給されたときに所定の吸脱着器の内圧によって生ずる圧力差によって行われ、バルブは、吸着式冷凍機のサイクルのバッチ操作に連動して同時的に作動する。また、ピストン弁体の移動を吸脱着器の内圧に基づいて行うので、バルブの誤動作が確実に防止される。その上、サイクルにおけるスイッチングタイムの間隔についても自動制御されるため、システム性能が自動的に最適化される。そして、本発明の吸着式冷凍機のバルブは、吸着式冷凍機を動作させ、当該装置について操作管理するために用いられる大部分のガスバルブの代わりに使用できる。【００１６】
そして、ピストン弁体は、両脱着冷媒流通路および両蒸発冷媒流通路を非連通状態にする非連通位置に摺動により移動可能になっているものでもよい。ピストン弁体が一方の連通位置から他方の連通位置に移動するときに、非連通位置を経て移動するようになっていると、ピストン弁体が非連通位置に位置しているときに、冷媒の流れを止めることができる。一時的に冷媒の流れを止めると、ピストン弁体が移動先の連通位置に移動して、対応する冷媒流通路が流通可能状態になったときに、当初から大きな冷媒流量が確保され、冷凍サイクルの性能が確実に発揮される。【００１７】
また、第１脱着冷媒流通路として、第１吸脱着器とシリンダ部とに接続された第１吸脱着器下流側流通路と、シリンダ部と凝縮器とに接続された第１凝縮器側流通路とからなるものを用い、第２脱着冷媒流通路として、第２吸脱着器とシリンダ部とに接続された第２吸脱着器下流側流通路と、シリンダ部と凝縮器とに接続された第２凝縮器側流通路とからなるものを用い、ピストン弁体を、第１吸脱着気側流通路によって伝達される第１吸脱着器の内圧と第２吸脱着器下流側流通路によって伝達される第２吸脱着器の内圧との圧力差に応じて移動させるようにしてもよい。このようにすれば、各吸脱着器内の全ベッドの平均的圧力がピストン弁体に伝達されることになり、ピストン弁体を動かすことでより的確なサイクルの自動制御を行なうことができる。【００１８】
また、第１脱着冷媒流通路に、凝縮器から第１吸脱着器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、第２脱着冷媒流通路に、凝縮器から第２吸脱着器への作動冷媒の流入を阻
止する逆止弁を備え、第１蒸発冷媒流通路に、第１吸脱着器から蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備え、第２蒸発冷媒流通路に、第２吸脱着器から蒸発器への作動冷媒の流入を阻止する逆止弁を備えれば、作動冷媒の逆流が防止され、より的確に装置を作動させることができると共に効率よく装置を作動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る吸着式冷凍機の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。【００２０】
図２Ａから図２Ｃは、それぞれ、本実施形態の吸着式冷凍機の各行程におけるスプールバルブの状態を示す断面図である。そして、図３Ａから図３Ｃは、本実施形態の吸着式冷凍機の各行程における状態を模式的に示すものであり、図３Ａは、スプールバルブのピストン弁体が図中左側に位置する状態（吸脱着行程Ａ）を示し、図３Ｂは、ピストン弁体がシリンダ内の中央位置に位置する状態（準備行程Ｂ，Ｄ）を示し、図３Ｃは、スプールバルブのピストン弁体が図中右側に位置する状態（吸脱着行程Ｃ）を示す。また、図４は、本実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブの形状を示す説明用の斜視図であり、図５は、実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブを示す平面図である。これらの図は、本発明の基礎的概念を説明するのに役立つものである。【００２１】
図３Ａに示されるように、本実施形態の吸着式冷凍機は、４つの熱交換器１１〜１４と、これらに接続された配管２１〜２８と、各配管２１〜２８の開閉を行なうためのスプールバルブ３０とを備えている。【００２２】
４つの熱交換器とは、凝縮器１１と、蒸発器１２と、吸着剤Ａが収容された２つの吸脱着器（吸脱着ベッドとも称することがある）１３，１４である。なお、吸脱着器は、いわゆる加圧ベッドタイプの吸脱着ベッドである。これらの熱交換器１１〜１４と、配管から構成される循環路中には所定量の作動冷媒Ｍ（以下、単に冷媒と称することがある）が封入されており、封入された冷媒Ｍが流通するようになっている。本実施形態では、冷媒Ｍとして、天然に存在するｎ−ブタンを用いている。ただし、冷媒Ｍは、これに限られるものではなく、例えば水、アンモニア、エタノールなどのアルコールなどを組み合わせる吸着剤の種類や冷媒圧力、温度条件などに応じて用いることができる。【００２３】
凝縮器１１では、流入してきた冷媒Ｍが凝縮される。凝縮器１１には、冷媒Ｍを流入させるための第１凝縮器側流通管２１の一端および第２凝縮器側流通管２２の一端が接続されており、凝縮（復水）された冷媒Ｍを蒸発器１２に流入させる還流管２３の一端が接続されている。また、凝縮器１１には、高温熱源側から送られてくる冷却水（凝縮用水）Ｃｗ３を流通させる凝縮用水管１１ａが配管されている。凝縮用水管１１ａの流路と冷媒Ｍが流通する領域は、冷媒Ｍと凝縮用の冷却水Ｃｗ３とが混合しないように仕切られており、熱交換だけが行われる。【００２４】
蒸発器１２では、流入してきた冷媒Ｍが気化される。蒸発器１２には、還流管２３の他端と、冷媒Ｍを吸脱着器１３，１４側に送る蒸発器側流通管２４の一端が接続されている。また、低温熱源側から送られてくる冷水（蒸発用水）Ｃｗ２を流通させる蒸発用水管１２ａが配管されている。蒸発用水管１２ａの流路と冷媒Ｍが流通する領域は、冷媒Ｍと冷水Ｃｗ２とが混合しないように仕切られており、熱交換だけが行われる。【００２５】
第１吸脱着器１３には、吸着剤Ａが収容されている。吸着剤Ａは、流通する冷媒Ｍを吸着し、あるいは吸着した冷媒Ｍを脱着するものである。本実施形態では、用いている吸着剤ＡをＡＣ１５００と称している。ＡＣ１５００は、粉末状の活性炭（active carbon）であり、測定した比表面積が約１５００ｍ２／ｇであったものである。吸着剤は、ＡＣ１５００に限られるものではなく、例えば、活性炭以外にもシリカゲルやゼオライトなど種
々のものを用いることができる。いずれの吸着剤を用いるかは、たとえば、組み合わせる冷媒の種類や温度条件などに応じて選択される。【００２６】
第１吸脱着器１３には、冷媒Ｍを流入させるための第１吸脱着器上流側流通管２５の一端と、冷媒Ｍを凝縮器１１側に送るための第１吸脱着器下流側流通管２６の一端とが接続されており、温水Ｈｗ（図３Ａ参照）あるいは冷却水Ｃｗ１（図３Ｃ参照）を流通させる第１吸脱着用水管１３ａが配管されている。第１吸脱着用水管１３ａの流路と冷媒Ｍが流通する領域は、冷媒Ｍと冷却水Ｃｗ１や温水Ｈｗとが混合しないように仕切られており、熱交換だけが行われる。なお、図４および図５に示されるスプールバルブ３０では、第１吸脱着器上流側流通管２５の一端は第１吸脱着器下流側流通管２６の途中に連結されており、第１吸脱着器下流側流通管２６の一部を介して第１吸脱着器１３に連通されている。第１吸脱着器上流側流通管２５が連通用空間Ｓ３および蒸発器側流通管２４を介して蒸発器１２に連通している状態と、第１吸脱着器下流側流通管２６が第１シリンダ内空間Ｓ１および第１凝縮器側流通管２１を介して凝縮器１１に連通している状態が同時に生ずることはないので、このような構造にしてもよい。このような構造にすると、スプールバルブ３０を設置するときに、接続部分の数が最小限になり、接続作業が容易になる。【００２７】
第２吸脱着器１４には、冷媒Ｍを流入させるための第２吸脱着器上流側流通管２７の一端と、冷媒Ｍを凝縮器１１側に送るための第２吸脱着器下流側流通管２８の一端とが接続されている。また、冷却水Ｃｗ１や温水Ｈｗを流通させるための第２吸脱着用水管１４ａが配管されている。第１吸脱着用水管１３ａおよび第２吸脱着用水管１４ａの配管上流側には図示しない切替器（図１０参照）が設置されており、各水管１３ａ，１４ａに温水Ｈｗと冷却水Ｃｗ１のいずれを流通させるかを切替えることができるようになっている。なお、一方に温水Ｈｗを流通させるときは他方に冷却水Ｃｗ１を流通させるように切替えられるようになっている。第２吸脱着用水管１４ａの流路と冷媒Ｍが流通する領域は、冷媒Ｍと冷却水Ｃｗ１や温水Ｈｗとが混合しないように仕切られており、熱交換だけが行われる。なお、図４および図５に示されるスプールバルブ３０では、第２吸脱着器上流側流通管２７の一端は第２吸脱着器下流側流通管２８の途中に連結されており、第２吸脱着器下流側流通管２８の一部を介して第２吸脱着器１４に連通されている。第２吸脱着器上流側流通管２７が連通用空間Ｓ３および蒸発器側流通管２４を介して蒸発器１２に連通している状態と、第２吸脱着器下流側流通管２８が第１シリンダ内空間Ｓ２および第２凝縮器側流通管２２を介して凝縮器１１に連通している状態が同時に生ずることはないので、このような構造にしてもよい。このような構造にすると、スプールバルブ３０を設置するときに、接続部分の数が最小限になり、接続作業が容易になる。【００２８】
図２Ａに示されるように、単段型のスプールバルブ３０は、ハウジング・チャンバ３１ａと、ハウジング・チャンバ３１ａの内側に設置された内部リング３１ｂとからなるシリンダ部３１と、当該シリンダ部３１内に収容されるピストン弁体３２とを備えている。このピストン弁体３２は、その中央部に細径部３２ｅを備えている。そして、シリンダ部３１の両端は、蓋体３３，３４によって閉塞されている。このような構成にすると、シリンダ部３１内に３つの特有の空間が形成される。具体的には、図２Ａ等に示される第１シリンダ内空間（第１セル）Ｓ１と、連通用空間（第３セル）Ｓ３と、図２Ｃ等に示される第２シリンダ内空間（第２セル）Ｓ２である。【００２９】
図２Ａにおいて、スプールバルブ３０の一端側（右側）に配置された第１蓋体３３には、第１吸脱着器下流側流通管２６の他端が連結されている。つまり、第１吸脱着器下流側流通管２６は、一端側で第１吸脱着器１３内に連通し、他端側でスプールバルブ３０のシリンダ部３１（第１シリンダ内空間Ｓ１）内に連通している。したがって、ピストン弁体３２の一端側（右側）の第１端面３２ａは、第１吸脱着器１３内の圧力を被圧する。【００３０】
同様に、スプールバルブ３０の他端（左側）に配置された第２蓋体３４には、第２吸脱着器下流側流通管２８の他端が連結されている。つまり、第２吸脱着器下流側流通管２８は、一端側で第２吸脱着器１４内に連通し、他端側でスプールバルブ３０のシリンダ部３１（第２シリンダ内空間Ｓ２）内に連通している。したがって、ピストン弁体３２の他端側（左側）の第２端面３２ｂは、第２吸脱着器１４内の圧力を被圧する。【００３１】
このような構造にすると、ピストン弁体３２は、両吸脱着器１３，１４内の内圧の差に応じてシリンダ部３１内を移動する。なお、本実施形態の吸着式冷凍機では両内圧の圧力差は、後述しているように最大で約３００ｋＰａ〜３５０ｋＰａに達する。したがって、この圧力差を利用して確実にピストン弁体３２を移動させることができる。【００３２】
なお、ピストン弁体３２は、その両端面３２ａ，３２ｂに、凹部３２ｃ，３２ｄを備えている。したがって、ピストン弁体３２のいずれかの端面３２ａ，３２ｂが蓋体３３，３４に接触している状態であっても、蓋体３３，３４と、これに接触しているピストン弁体３２の端面３２ａ，３２ｂとに囲まれた空間Ｓ１’、Ｓ２’（図２Ａ，図２Ｃ参照）が確保される。このような構造であると、ピストン弁体３２の端面３２ａ，３２ｂが蓋体３３，３４に接触している状態であっても、凹部３２ｃ，３２ｄの内周面で吸脱着器１３，１４からの圧力を被圧できる。したがって、ピストン移動の初期段階から大きな押圧力をピストン弁体３２に付与することができ、初期段階から確実にピストン弁体３２を移動させることができる。【００３３】
スプールバルブ３０のシリンダ部３１には、第１凝縮器側流通管２１および第２凝縮器側流通管２２の他端が連結されている。【００３４】
第１凝縮器側流通管２１の他端側の開口２１ａは、第１蓋体３３寄りのシリンダ内周面位置に形成されている。図２Ａに示されるように、第１凝縮器側流通管２１は、ピストン弁体３２が第２蓋体３４に接しているとき、シリンダ部３１内の第１シリンダ内空間Ｓ１に連通する。第１シリンダ内空間Ｓ１は、シリンダ部３１とピストン弁体３２の第１端面３２ａと第１蓋体３３に囲まれる状態で形成されている。つまり、第１凝縮器側流通管２１の他端側の開口２１ａは、ピストン弁体３２が第２蓋体３４に接する状態で、第１シリンダ内空間Ｓ１に連通する位置に形成されている。また、第１シリンダ内空間Ｓ１には、先に説明したように、第１吸脱着器下流側流通管２６が連通している。したがって、第１凝縮器側流通管２１は、第１シリンダ内空間Ｓ１を介して第１吸脱着器下流側流通管２６と連通する。このように、第１吸脱着器下流側流通管２６と第１凝縮器側流通管２１によって、第１吸脱着器１３で脱着された冷媒Ｍを凝縮器１１に流通させる第１脱着冷媒流通路が構成されている。【００３５】
他方、第２凝縮器側流通管２２の他端側の開口２２ａは、第２蓋体３４寄りのシリンダ内周面位置に形成されている。図２Ｃに示されるように、第２凝縮器側流通管２２は、ピストン弁体３２が第１蓋体３３に接しているとき、シリンダ部３１内の第２シリンダ内空間Ｓ２に連通する。第２シリンダ内空間Ｓ２は、シリンダ部３１、ピストン弁体３２の第２端面３２ｂおよび第２蓋体３４に囲まれる状態で形成されている。つまり、第２凝縮器側流通管２２の他端側の開口２２ａは、ピストン弁体３２が第１蓋体３３に接する状態で、第２シリンダ内空間Ｓ２に連通する位置に形成されている。また、第２シリンダ内空間Ｓ２には、先に説明したように、第２吸脱着器下流側流通管２８が連通している。したがって、第２凝縮器側流通管２２は、第２シリンダ内空間Ｓ２を介して第２吸脱着器下流側流通管２８と連通する。このように、第２吸脱着器下流側流通管２８と第２凝縮器側流通管２２によって、第２吸脱着器１４で脱着された冷媒Ｍを凝縮器１１に流通させる第２脱着冷媒流通路が構成されている。【００３６】
第１凝縮器側流通管２１には第１逆止弁２１ｂが取り付けられており、第２凝縮器側流通管２２には第２逆止弁２２ｂが取り付けられている。各逆止弁２１ｂ，２２ｂは、吸脱着器１３，１４から凝縮器１１への冷媒Ｍの流入を許容する。その一方で、当該逆止弁２１ｂ，２２ｂは、逆流すなわち凝縮器１１から吸脱着器１３，１４への冷媒Ｍの流入を防止する。【００３７】
また、スプールバルブ３０のシリンダ部３１には、蒸発器側流通管２４の他端が連結されている。蒸発器側流通管２４の他端側の開口２４ａは、シリンダ側面の中央位置に形成されている。ところで、図２Ａ等に示されるように、ピストン弁体３２の中央部の外周には、細径部３２ｅとシリンダ部３１の内周面とに囲まれる連通用空間Ｓ３が形成されている。そして、蒸発器側流通管２４の他端側の開口２４ａは、連通用空間Ｓ３内に連通している。連通用空間Ｓ３のピストン弁体摺動方向寸法は、ピストン弁体３２のストローク距離より長くなっている。そして、ピストン弁体３２がシリンダ部３１内のどの位置に位置していても、蒸発器１２の他端側の開口２４ａは連通用空間Ｓ３に連通する状態になっている。つまり、蒸発器側流通管２４の他端側の開口２４ａは、常に、連通用空間Ｓ３に連通する位置に形成されている。また、連通用空間Ｓ３は、蒸発器側流通管２４に常に連通するように形成されているということができる。【００３８】
そして、スプールバルブ３０のシリンダ部３１には、第１吸脱着器上流側流通管２５および第２吸脱着器上流側流通管２７の他端が連結されている。【００３９】
第１吸脱着器上流側流通管２５の他端側の開口２５ａは、蒸発器側流通管２４の他端側の開口２４ａの位置よりも、第１蓋体３３寄りのシリンダ側面位置に形成されている。そして、ピストン弁体３２が第１蓋体３３に接する位置（図２Ｃ参照）に移動した状態では、第１吸脱着器上流側流通管２５は、連通用空間Ｓ３に連通する。つまり、第１吸脱着器上流側流通管２５の他端側の開口２５ａは、ピストン弁体３２が第１蓋体３３に接する状態で、連通用空間Ｓ３に連通する位置に形成されている。そして、先に説明したように、連通用空間Ｓ３には、常に蒸発器側流通管２４が連通している。したがって、第１吸脱着器上流側流通管２５は、ピストン弁体３２が第１蓋体３３に接する状態になると、連通用空間Ｓ３を介して蒸発器側流通管２４と連通する。このように、蒸発器側流通管２４と第１吸脱着器上流側流通管２５とによって、蒸発器１２で気化された冷媒Ｍを第１吸脱着器１３に流通させる第１蒸発冷媒流通路が構成されている。【００４０】
他方、第２吸脱着器上流側流通管２７の他端側の開口２７ａは、蒸発器側流通管２４の他端側の開口２４ａの位置よりも、第２蓋体３４寄りのシリンダ側面位置に形成されている。そして、ピストン弁体３２が第２蓋体３４に接する位置（図２Ａ参照）に移動した状態では、第２吸脱着器上流側流通管２７は、連通用空間Ｓ３に連通する。つまり、第２吸脱着器上流側流通管２７の他端側の開口２７ａは、ピストン弁体３２が第２蓋体３４に接する状態で、連通用空間Ｓ３に連通する位置に形成されている。そして、先に説明したように、連通用空間Ｓ３には、常に蒸発器側流通管２４が連通している。したがって、第２吸脱着器上流側流通管２７は、ピストン弁体３２が第２蓋体３４に接すると、連通用空間Ｓ３を介して蒸発器側流通管２４と連通する。このように、蒸発器側流通管２４と第２吸脱着器上流側流通管２７とによって、蒸発器１２で気化された冷媒Ｍを第２吸脱着器１４に流通させる第２蒸発冷媒流通路が構成されている。【００４１】
第１吸脱着器上流側流通管２５には第３逆止弁２５ｂが取り付けられており、第２吸脱着器上流側流通管には第４逆止弁２７ｂが取り付けられている。各逆止弁２５ｂ，２７ｂは、シリンダ部３１から吸脱着器１３，１４への冷媒Ｍの流入を許容する。その一方で、当該逆止弁２５ｂ，２７ｂは、逆流すなわち吸脱着器１３，１４からシリンダ部３１への冷媒Ｍの流入を防止する。【００４２】
また、先に説明したように、凝縮器１１と蒸発器１２の間には還流管２３が接続されている。この還流管２３は、凝縮器１１において凝縮された冷媒Ｍを蒸発器１２に戻すための配管である。吸着式冷凍機のサイクルが作動する状態では、凝縮器１１で凝縮された冷媒Ｍは、還流管２３を通って蒸発器１２に流れ込むようになっている。なお、図３Ａ等に示されているように、本実施形態の吸着式冷凍機では、還流管２３の途中に、凝縮器から蒸発器に冷媒を流通させる手段としてスロットルバルブ２３ｂを取り付けている。ただし、これ以外の同等の手段を設けてもよい。たとえば、スロットルバルブに換えて還流管の一部にＵ字管部を設け、Ｕ字管部に滞留した液の水位差を利用して圧力差を保持する構造にしてもよい（図１０参照）。【００４３】
次に、図６に示されるサイクル表を参照しつつ、第１実施形態の吸着式冷凍機の動作について説明する。【００４４】
この吸着式冷凍機では、吸脱着器１３，１４内の吸着剤Ａに対して加熱と冷却を交互に繰り返すようになっており、これにより吸着剤Ａによる冷媒Ｍの吸着および脱着を交互に繰り返して連続的に冷却等を行うようになっている。【００４５】
吸着式冷凍機を作動させる場合は、まず、凝縮器１１内に凝縮用水管１１ａを用いて高温熱源からの凝縮用の冷却水Ｃｗ３を流通させ、蒸発器１２内に蒸発用水管１２ａを用いて低温熱源からの蒸発用の冷水Ｃｗ２を流通させる（図３Ａ参照）。【００４６】
そして、一方の吸脱着器内に温水Ｈｗを流通させ、他方の吸脱着器内に冷却水Ｃｗ１を流通させる。ここでは、第１吸脱着器１３内に第１吸脱着用水管１３ａを用いて温水Ｈｗを流通させ、第２吸脱着器１４内に、第２吸脱着用水管１４ａを用いて冷却水Ｃｗ１を流通させた場合を例に説明する。【００４７】
第１吸脱着器１３内に温水Ｈｗを流通させ、第２吸脱着器１４内に冷却水Ｃｗ１を流通させると、第１吸脱着器１３の器内圧力が第２吸脱着器１４の器内圧力より高くなる。ピストン弁体３２は、その各端面３２ａ，３２ｂで対応する吸脱着器１３，１４の内圧を被圧している。ピストン弁体３２の位置は、この圧力差に応じて定まる。ここでは、より高圧である第１吸脱着器内圧力に押されて、ピストン弁体３２は、その第２端面３２ｂが第２蓋体３４に接する状態（第１連通位置）に移動する（図２Ａ、図３Ａ参照）。【００４８】
このように、本実施形態の吸着式冷凍機では、ピストン弁体３２がどの位置に位置していたとしても、ピストン弁体３２をいずれかの蓋体（ここでは第２蓋体３４）に接する状態に移動させることができる。したがって、吸着式冷凍機の運転開始時、ピストン弁体３２の位置はどの位置であってもよい。【００４９】
図３Ａに示される状態では、第１吸脱着器下流側流通管２６と第１凝縮器側流通管２１（第１脱着冷媒流通路）は第１シリンダ内空間Ｓ１を介して連通する。また、第１吸脱着器１３には温水Ｈｗが流通されており、温水Ｈｗによって運ばれた運転熱Ｑdeによって吸着剤Ａが加熱される。吸着剤Ａが加熱されると、吸着剤Ａに吸着されていた冷媒Ｍの脱着が促される（脱着行程）。脱着された冷媒Ｍは、第１吸脱着器下流側流通管２６、第１シリンダ内空間Ｓ１および第１凝縮器側流通管２１を経て凝縮器１１へと流入する。凝縮器１１に流入した冷媒Ｍは、凝縮用の冷却水Ｃｗ３水によって冷却されて凝縮（復水）される。凝縮された冷媒Ｍは、還流管２３によって蒸発器１２へと送られる。なお、凝縮するときに冷媒Ｍから放出された熱Ｑrejectは凝縮用の冷却水Ｃｗ３によって高温熱源に送られ、後述の低温熱源より高温の高温熱源へと排熱され、あるいは熱源として利用される。【００５０】
また、図３Ａに示される状態では、蒸発器側流通管２４と第２吸脱着器上流側流通管２７（第２蒸発冷媒流通路）が連通用空間Ｓ３を介して連通する。蒸発器１２には、低温熱源の熱を運ぶ冷水（蒸発用水）Ｃｗ２が流通されており、蒸発用の冷水Ｃｗ２からの熱Ｑloadの投入によって冷媒Ｍが気化温度で気化される。気化された冷媒Ｍは、蒸発器側流通管２４、連通用空間Ｓ３および第２吸脱着器上流側流通管２７を経て第２吸脱着器１４へと流入する。第２吸脱着器１４に流入した冷媒Ｍは、第２吸脱着器１４内の吸着剤Ａに吸着される（吸着行程）。なお、吸着温度は吸着濃度を決定する要素である。第２吸脱着器１４には、冷却水Ｃｗ１が流通されており、吸着時に発生する熱Ｑadを排出して吸着剤Ａの昇温を防止し、これにより吸着を促進している。したがって、吸着作用は、吸着剤Ａにおける冷媒Ｍの吸着濃度が高濃度に達するまで継続する。【００５１】
本実施形態では、この状態、すなわち吸着式冷凍機のサイクルの行程Ａを４４０秒程度継続する。なお、行程Ａをはじめとして各行程の継続時間は、適宜定めることができる。【００５２】
行程Ａを終了すると、各吸脱着器１３，１４に流通させている温水Ｈｗおよび冷却水Ｃｗ１の流通先の切替え（スイッチング）を行う。【００５３】
すなわち、第１吸脱着器１３の第１吸脱着用水管１３ａに冷却水Ｃｗ１を流通させ、第２吸脱着器１４の第２吸脱着用水管１４ａに温水Ｈｗを流通させる（図３Ｂ参照）。すると、第１吸脱着器１３は冷却されて冷媒Ｍの吸着に適した状態になっていく。他方、第２吸脱着器１４は加熱されて冷媒Ｍの脱着に適した状態になっていく。【００５４】
また、第１吸脱着器１３は冷却され、その内圧が低くなっていく。他方、第２吸脱着器１４は加熱され、その内圧は高くなっていく。その結果、両内圧の圧力差がなくなり、さらに進むと、第２吸脱着器１４の内圧が第１吸脱着器１３の内圧より高くなる。各吸脱着器１３，１４の内圧がこのように変化する過程で、ピストン弁体３２は、自律的に、通常はゆっくりと、第２蓋体３４に接する位置から第１蓋体３３側に移動する。このように、次第に変化する冷媒Ｍの圧力をピストン弁体３２の動力として用いているので、ピストン弁体の動きが安定し、行程の切替え動作が安定する。特に、本実施形態では、内圧の圧力差を用いてピストン弁体を移動させており、よりピストン弁体３２の動作が安定する。【００５５】
なお、ここでは、ピストン弁体３２が第２蓋体３４から離れたときから第１蓋体３３に接するまでの期間を移行期間または移行モードと称することがある。また、逆の場合、すなわち、第１蓋体３３を離れたときから第２蓋体３４に接するまでの期間も移行期間である。なお、本実施形態では、各配管２１〜２８に逆止弁が設けられており、移行期間中に冷媒Ｍが逆流することが確実に防止されている。【００５６】
図３Ｂに示されるように、ピストン弁体３２が第２蓋体３４から第１蓋体３３側に移動し、中間位置に達した状態では、第１シリンダ内空間Ｓ１に連通する第１吸脱着器１３内の冷媒Ｍの圧力が逆止弁２１ｂを通過できる圧力よりも低くなっており、第１吸脱着器１３から凝縮器１１に冷媒Ｍが流通しなくなる。また、第２吸脱着器上流側流通管２７が連通用空間Ｓ３に連通しない状態になり、蒸発器１２と第２吸脱着器１４との間で冷媒Ｍが流通しなくなる。このように、ピストン弁体３２は、自律的に移動することで弁として機能し、冷媒Ｍが流通しない状態を確保する。【００５７】
また、同様に、図３Ｂに示される状態は、凝縮器１１と第２吸脱着器１４の間や、蒸発器１２と第１吸脱着器１３との間でも冷媒Ｍが流通しない状態である。つまり、ピストン弁体３２は、熱交換器１１〜１４の間で冷媒Ｍが流通しない状態になる位置（非連通位置）に移動する。【００５８】
図３Ｂの状態は、各吸脱着器１３，１４における吸着行程と脱着行程とを切替えるときに行なわれる行程であり、スイッチング行程あるいは準備行程と称することができる。この準備行程Ｂを行うと、第１吸脱着器１３は、冷却されて冷媒Ｍの吸着により適した状態になり、第２吸脱着器１４は、加熱されて冷媒Ｍの脱着により適した状態になる。本実施形態では、この準備行程Ｂは２０秒程度継続される。なお、準備行程Ｂでは、各吸脱着器に流通させる温水Ｈｗや冷却水Ｃｗ１の量を減少させる予熱（または予冷）の期間を設けてもよい。このような期間を設けることで、準備行程Ｂの継続時間を調整することができる。【００５９】
この準備行程Ｂの経過時間が経過する時期になると、図３Ｃに示されるように、ピストン弁体３２がさらに第１蓋体３３側に移動して、ピストン弁体３２の第１端面３２ａが第１蓋体３３に接する状態（第２連通位置）になる。この状態では、第２凝縮器側流通管２２が第２シリンダ内空間Ｓ２に連通し、第１吸脱着器上流側流通管２５が第１シリンダ内空間Ｓ１に連通する。また、第２吸脱着器１４内の圧力が上昇して、第２逆止弁２２ｂを通って冷媒Ｍが凝縮器１１側に流通できる状態になる。このように、ピストン弁体３２は、自律的に移動することで弁として機能し、再び冷媒Ｍが流通する状態を確保する。【００６０】
図３Ｃに示される状態では、第２吸脱着器下流側流通管２８と第２凝縮器側流通管２２（第２脱着冷媒流通路）とが第２シリンダ内空間Ｓ２を介して連通する。また、第２吸脱着器１４には温水Ｈｗが流通されており、温水Ｈｗによって運ばれた運転熱Ｑdeによって吸着剤Ａが加熱される。吸着剤Ａが加熱されると、吸着剤Ａに吸着されていた冷媒Ｍの脱着が促される（脱着行程）。脱着された冷媒Ｍは、第２吸脱着器下流側流通管２８、第２シリンダ内空間Ｓ２および第２凝縮器側流通管２２を経て凝縮器１１へと流入する。凝縮器１１に流入した冷媒Ｍは、凝縮用の冷却水Ｃｗ３によって冷却されて凝縮（復水）される。凝縮された冷媒Ｍは、還流管２３によって蒸発器１２へと送られる。【００６１】
また、図３Ｃに示される状態では、蒸発器側流通管２４と第１吸脱着器上流側流通管２５（第１蒸発冷媒流通路）とが連通用空間Ｓ３を介して連通する。蒸発器１２には、低温熱源の熱を運ぶ冷水（蒸発用水）Ｃｗ２が流通されており、冷水Ｃｗ２からの熱Ｑloadによって冷媒Ｍが気化温度で気化される。気化された冷媒Ｍは、蒸発器側流通管２４、連通用空間Ｓ３および第１吸脱着器上流側流通管２５を経て第１吸脱着器１３へと流入する。第１吸脱着器１３に流入した冷媒Ｍは、第１吸脱着器１３内の吸着剤Ａに吸着される（吸着行程）。第１吸脱着器１３には、冷却水Ｃｗ１が流通されており、吸着時の発熱による吸着剤Ａの昇温が防止され、これにより吸着が促される。したがって、吸着作用は、吸着剤Ａにおける冷媒Ｍの吸着濃度が高濃度に達するまで継続する。【００６２】
本実施形態では、この状態、すなわち吸着式冷凍機のサイクルの行程Ｃを、行程Ａと同様に４４０秒程度継続する。【００６３】
行程Ｃを終了すると、各吸脱着器１３，１４に流通させている温水Ｈｗおよび冷却水Ｃｗ１の流通先を切替える。【００６４】
すなわち、第２吸脱着器１４の第２吸脱着用水管１４ａに冷却水Ｃｗ１を流通させ、第１吸脱着器１３の第１吸脱着用水管１３ａに温水Ｈｗを流通させる。すると、第１吸脱着器１３は加熱されて冷媒Ｍの脱着に適した状態になっていく。他方、第２吸脱着器１４は冷却されて冷媒Ｍの吸着に適した状態になっていく。【００６５】
また、第１吸脱着器１３は加熱され、その内圧が高くなっていく。他方、第２吸脱着器１４は冷却され、その内圧は低くなっていく。その結果、両内圧の圧力差がなくなり、さらに進むと、第１吸脱着器１３の内圧が第２吸脱着器１４の内圧より高くなる。各吸脱着器１３，１４の内圧がこのように変化する過程で、ピストン弁体３２は、第１蓋体３３に接する位置から第２蓋体３４側に移動する。【００６６】
そして、図３Ｂに示されるように、ピストン弁体３２がシリンダ部内の中間位置に位置する状態では、第２シリンダ内空間Ｓ２に連通する第２吸脱着器１４内の冷媒Ｍの圧力が第２逆止弁２２ｂを通過できる圧力よりも低くなっており、第２吸脱着器１４から凝縮器１１に冷媒Ｍが流通しなくなる。また、第１吸脱着器上流側流通管２５が第１シリンダ内空間Ｓ１に連通しない状態になり、蒸発器１２と第１吸脱着器１３との間で冷媒Ｍが流通しなくなる。このように、ピストン弁体３２は、自律的に移動することで弁として機能し、冷媒Ｍが流通しない状態を確保する。【００６７】
また、同様に、図３Ｂに示される状態は、凝縮器１１と第１吸脱着器１３との間や、蒸発器１２と第２吸脱着器１４との間でも冷媒Ｍが流通しない状態である。つまり、ピストン弁体３２は、熱交換器間で冷媒Ｍが流通しない状態（準備行程Ｄ）になる位置（非連通位置）に移動する。【００６８】
準備行程Ｄを行うことにより、第１吸脱着器１３は、加熱されて冷媒Ｍの脱着により適した状態になり、第２吸脱着器１４は、冷却されて冷媒Ｍの吸着により適した状態になる。本実施形態では、この準備行程Ｄは２０秒程度継続される。【００６９】
準備行程Ｄの経過時間が経過する時期になると、図３Ａに示されるように、ピストン弁体３２がさらに第２蓋体３４側に移動して、ピストン弁体３２の第２端面３２ｂが第２蓋体３４に接する状態、すなわち行程Ａの状態に戻る。また、第１吸脱着器１３内の圧力が上昇して、第１逆止弁２１ｂを通って冷媒Ｍが凝縮器１１側に流通できる状態になる。このように、ピストン弁体３２は、自律的に移動することで弁として機能し、冷媒Ｍが流通する状態を確保する。【００７０】
この後、ここまで説明した行程Ａから行程Ｄが繰り返され、吸着式冷凍機が連続的に作動される。【００７１】
このように、本実施形態の吸着式冷凍機によれば、サイクルの行程Ａや行程Ｃの終了時に、各吸脱着器１３，１４に流入させている温水Ｈｗおよび冷却水Ｃｗ１の流通先を切替えると、スプールバルブ３０のピストン弁体３２が自律的に移動して、吸着式冷凍機全体の構成が次の行程に適した構成状態に変更される。したがって、本実施形態の吸着式冷凍機は簡単に動作させることができるものである。【００７２】
また、上述したように、行程Ｂ，Ｄにおけるピストン弁体３２の位置（非連通位置、図２Ｂ参照）は、行程Ａにおける位置（第１連通位置、図２Ａ参照）と行程Ｄにおける位置（第２連通位置、図２Ｃ参照）との間に位置している。したがって、ピストン弁体３２は、第１連通位置と第２連通位置との間を移動するときは、自動的に、非連通位置を通って一方の連通位置から他方の連通位置に移動することになる。したがって、各吸脱着器１３，１４において吸脱着が行なわれる行程Ａと行程Ｃとの間で切替えが行われるとき、自動的に準備行程Ｂ，Ｄを行うことができる。【００７３】
また、本実施形態の吸着式冷凍機によれば、冷媒Ｍの流通路に流路設定するためのバルブを設置する必要が全くない。そして、バルブを開閉制御するための制御装置も必要ない。このように、本実施形態の吸着式冷凍機は、構造が簡単で、しかも極めて低コストで製造できる。【００７４】
なお、吸着式冷凍機で用いる吸着剤Ａと冷媒Ｍの組み合わせを考える場合は、特に、最大吸着能力と吸着および脱着の比率の両方を考慮する。吸着剤Ａと冷媒Ｍの組み合わせとしては、たとえば、シリカゲル／水、ゼオライト／水などを挙げることができる。【００７５】
図７に示されるように、ＡＣ１５００とｎ−ブタンの組み合わせの平衡吸着量は、約０．９６kg/kg（２５℃のとき）と０．６５kg/kg（５０℃のとき）であり、シリカゲルと水の組み合わせの平衡吸着量（０．４kg/kg）やＡＣ１５００とエタノールの組み合わせの平衡吸着量(０．４５kg/kg)より大きかった。また、０．１から０．６の圧力範囲について、同様に、吸着能力を比較したところ、ＡＣ１５００とｎ−ブタンの組み合わせが他の組み合わせよりも、吸着式冷凍機の運転に適していることがわかった。また、ＡＣ１５００とｎ−ブタンの吸着能力は、２５℃と５０℃の吸着温度について、それぞれ０．３８kg/kgから０．８kg/kgと、０．３kg/kgから０．６１kg/kgであることが分かる。このように、ＡＣ１５００とｎ−ブタンの組み合わせは、より高い冷却効果を提供することができる。【００７６】
同様に、ＡＣ３１００とｎ−ブタンの組み合わせについても検討した。図８に示されるように、ＡＣ３１００とｎ−ブタンの組み合わせの平衡吸着量は、約０．７９kg/kg（２５℃、２５０ｋＰａのとき）と０．６８kg/kg（５０℃、３２０ｋＰａのとき）であり、シリカゲルと水の組み合わせの平衡吸着量（０．４kg/kg）やＡＣ１５００とエタノールの組み合わせの平衡吸着量(０．４５kg/kg)より大きかった。また、０．１（約３０ｋＰａ）から０．６（約１８０ｋＰａ）の圧力範囲について、同様に、吸着能力を比較したところ、ＡＣ３１００とｎ−ブタンの組み合わせが他の組み合わせよりも、高い冷却効果が得られ、吸着式冷凍機の運転に適している。なお、ここでＡＣ３１００と称する吸着剤は、粉末状の活性炭（ＭＳＣ−３０、関西熱化学株式会社製）であり、測定した結果、比表面積が約３１４０ｍ２／ｇであったものである。【００７７】
また、図７および図８に示される吸着等温線図において注目すべきもう一つのことは、ＡＣ１５００とｎ−ブタンの組み合わせや、ＡＣ３１００とｎ−ブタンの組み合わせにおける吸着等温線は、ＩＵＰＡＣ等温線のタイプ１に分類することができるということである。つまり、この等温線は、低い相対圧力で急上昇し、相対圧力軸に対して凹形になっている。その上、吸着量は、相対圧力が１に近づくにつれて、制限値に近づいている。【００７８】
以上のように、本実施形態の吸着式冷凍機は、加圧ベッドの吸着式冷凍装置であり、低温（一般的に100℃以下）の廃熱または再生可能なエネルギー源を利用することができ、これにより効果的に、効率よく運転することができる。その結果、電力消費量を大幅に削減できる。また、天然由来の冷媒（ｎ−ブタン）を利用すれば、環境との適応性に優れる。また本実施形態の吸着式冷凍機は、モジュール式であるので、需要面管理において重要な役割を果たすことができる。つまり、組立やメンテナンスなどが容易である。スプールバルブ３０のピストン弁体３２の動きは、熱源が供給されるとき、対応する吸脱着器１３の内部で発生する圧力差によってのみ調整される。したがって、ピストン弁体３２の運動は、吸着式冷凍装置のサイクルのバッチ操作と同時に作動する。つまり、ピストン弁体３２は、無動力で自律的に移動するものであり、対応する吸脱着器と同時に（同期的に）作動する。また、従来の吸着式冷凍機に使用されている全てのガスバルブと関連制御器を除去することができるので、吸着式冷凍機の初期コストを縮小することができる。本実施形態で用いられている単段型のスプールバルブ３０を用いれば、従来用いていた全てのガスバルブ（図１の１１１〜１１４）を除去することができ、吸着式冷凍機の物理的寸法（設置面積）すなわち大きさの縮小にも貢献する。【００７９】
ＡＣ１５００とｎ−ブタンの組み合わせや、ＡＣ３１００とｎ−ブタンの組み合わせにおける吸着等温線は極めて優れているので、これを用いる本実施形態の吸着式冷凍機は、高い効率で作動する。その上、シリカゲルと水の組み合わせの吸着システムでは、吸着モード状態の吸脱着器内圧と、脱着モード状態の吸脱着器１３，１４内圧の圧力差は、３ｋＰａから５ｋＰａであるのに対し、本実施形態における吸着と脱着モード間の圧力差は、約３００ｋＰａから３５０ｋＰａである。吸着と脱着モード間でより高い圧力差が確保されれば、システム性能を向上させることができ、より優れた吸着式冷凍機を提供することができる。また、本実施形態の吸着式冷凍機のシステム圧力は１バールから４．５バール程度である。他の動力を使用する従来の吸着式冷凍機では、準常圧を維持する必要があるので装置が大型化してしまうことがある。例えば、エアバルブを用いるような場合である。この点、本実施形態の吸着式冷凍機によれば、そのような必要がなく装置の小型軽量化に寄与するものである。また、装置の構造が簡単であるので、ほとんどメンテナンスの必要がない。さらに、単段型のスプールバルブを用いれば、従来必要であった全てのガスバルブを除去することができるので、吸着式冷凍機やそのプラントのコンパクト化を図ることができ、例えば、吸着−脱塩プラントなどにおいて採用することができる。単段型のスプールバルブは、いかなる種類のマルチベッドタイプの吸着システムにも適用することができるものであり、これを適用することで、従来必要であった全てのガスバルブを除去することができる。【００８０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々改変することができるものである。つまり、図面は具体的な実施形態を図示するためのものであり、本発明の範囲を定義するためのものではない。【００８１】
たとえば、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに示されるように、各吸脱着器下流側流通管２６，２８に、複数の吸脱着器１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂを接続するようにしてもよい。本発明によれば、対応する吸脱着器下流側流通管２６，２８および吸脱着器上流側流通管２５，２７に接続する吸脱着器の数を増減させるだけで簡単に吸着式冷凍機で用いる吸脱着器の数を増減させることができる。したがって、冷凍機の能力や大きさなどを簡単に調節することができる。なお、冷凍機の動作は先に説明した吸着式冷凍機と同様であるので、共通の構成には同一の符号を付し、その説明を省略した。また、吸着式冷凍機の動作についても同様であるのでその説明を省略する。これは、次に説明する吸着式冷凍機についても同様である。【００８２】
図１０に示されるように、ピストン弁体３２がシリンダ部３１の移動ストローク内の中間位置（非連通位置）に移動したときに、ピストン弁体３２によって開口２１ａ，２２ａ，２５ａ，２７ａが塞がれて、流通管２１、２２，２５，２７が対応するシリンダ内空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に連通しない状態になり、各吸脱着器１３，１４と凝縮器１１または蒸発器１２との間で冷媒Ｍが流通しなくなるような構成にしてもよい。この場合、第１凝縮器側流通管２１の他端側の開口２１ａは、ピストン弁体３２が中間位置に位置する状態で、第１シリンダ内空間Ｓ１への連通がピストン弁体３２によって塞がれる位置に形成されている。また、第２凝縮器側流通管２２の他端側の開口２２ａは、ピストン弁体３２が中間位置に位置する状態で、第２シリンダ内空間Ｓ２への連通がピストン弁体３２によって塞がれる位置に形成されている。【００８３】
このような構成にすると、全ての冷媒流通路における冷媒流通状態（開閉状態）をピストン弁体３２の位置によって定めることができ、逆止弁を用いることなく冷媒流通状態を定めることができる。なお、ここでは、図１０によって、行程Ｂや行程Ｄにおけるスプールバルブの状態だけを示した。行程Ａや行程Ｄにおける状態は、上記実施形態の吸着式冷凍機のスプールバルブ状態と同様であるので、ここでは省略した。【００８４】
上記最初の実施形態では、対応する流通管２１，２２，２５，２７に第１から第４逆止弁２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２７ｂを設けることで冷媒Ｍの逆流を防止したり、一定圧力以上の冷媒Ｍだけが逆止弁を通過して流通するようにしたりしていたが、図１０に示されるようなピストン弁体３２を用いれば、逆止弁を設けなくても、所定の流れで冷媒Ｍを流通させてサイクルを作動させることが可能である。したがって、逆止弁は必要に応じて設ければよい。【００８５】
なお、図１０に示される実施形態の吸着式冷凍機では、図１１に示されるように、還流管２３に、スロットルバルブ２３ｂに変えてＵ字管部２３ｃを設けた。Ｕ字管部２３ｃを設けると、ここに液体冷媒Ｍが滞留するので、滞留液の水位差を利用して圧力差を保持することができる。図１０に示される吸着冷凍機と上記最初の実施形態の吸着冷凍機は同様の構造であり、上記最初の実施形態の吸着式冷凍機にも、図１１に示される吸着冷凍機と同様にＵ字管部を適用することができる。【００８６】
また、図１１に示される実施形態では、各吸脱着器１３，１４に流通させている温水Ｈｗと冷却水Ｃｗ１の流通先の切替え（スイッチング）に用いられる切替器３５を示した。切替器３５には、温水Ｈｗおよび冷却水Ｃｗ１の給水管が接続されていると共に、第１吸脱着用水管１３ａおよび第２吸脱着用水管１４ａの上流側が接続されている。そして、切替器は、一方の水管に温水Ｈｗを供給すると共に他方の水管に冷却水Ｃｗ１を供給する第１切替位置（図１１で示される位置）と、一方の水管に冷却水Ｃｗ１を供給すると共に他方の水管に温水Ｈｗを供給する第２切替位置とに切替自在になっている。【００８７】
図１１で示されるように、切替器３５を左側に移動させて第１切替位置に位置させると、第１吸脱着器１３の第１吸脱着用水管１３ａに温水Ｈｗが流通されると共に第２吸脱着器１４の第２吸脱着用水管１４ａに冷却水Ｃｗ１が流通され、切替器３５を右側に移動させて第２切替位置に位置させると、第１吸脱着用水管１３ａに冷却水Ｃｗ１が流通されると共に第２吸脱着用水管１４ａに温水Ｈｗが流通される。具体的には、行程Ａの終了時および行程Ｃの終了時に切替器の切替えが行なわれる。なお、上記最初の実施形態では、切替器を図示していないが、上記実施形態の吸着式冷凍機も、図１１に示されるような切替器によって温水Ｈｗおよび冷却水Ｃｗ１の供給先の切替えが行われている。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係る吸着式冷凍機では、電磁式の制御バルブなどの高価なバルブが不要であり、その制御装置なども不要になるので、装置構成がきわめて簡単であり、製造コストが著しく低下し、製造しやすくなる。構造が簡易であるので、吸着式冷凍機の設置に必要な面積および吸着式冷凍機の大きさを小さくすることができ、初期コストを低減させることができる。また、耐久性にも優れるなど、本発明に係る吸着式冷凍機は、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】吸着式冷凍機の基本原理を説明するための説明図である。
【図２Ａ】本実施形態の吸着式冷凍機の行程Ａにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。
【図２Ｂ】本実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｂ，Ｄにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。
【図２Ｃ】本実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｃにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。
【図３Ａ】本実施形態の吸着式冷凍機の行程Ａにおける状態を模式的に示す構成図である。
【図３Ｂ】本実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｂ，Ｄにおける状態を模式的に示す構成図である。
【図３Ｃ】本実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｃにおける状態を模式的に示す構成図である。
【図４】本実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブの形状を示す説明ようの斜視図である。
【図５】本実施形態の吸着式冷凍機で用いられるスプールバルブを示す平面図である。
【図６】吸着式冷凍機を動作させる際のサイクルの一例を示す行程表である。
【図７】吸着剤および冷媒がＡＣ１５００／ｎ−ブタンの組み合わせである場合の吸着等温線図である。
【図８】吸着剤および冷媒がＡＣ３１００／ｎ−ブタンの組み合わせである場合の吸着等温線図である。
【図９Ａ】別実施形態の吸着式冷凍機の行程Ａにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。
【図９Ｂ】別実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｂ，Ｄにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。
【図９Ｃ】別実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｃにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。
【図１０】本実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｂ，Ｄにおけるスプールバルブの状態を示す断面図である。
【図１１】さらに別の実施形態の吸着式冷凍機の行程Ｂ，Ｄにおける状態を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
１１  凝縮器
１２  蒸発器
１３  第１吸脱着器
１４  第２吸脱着器
２１  第１凝縮器側流通管
２２  第２凝縮器側流通管
２３  還流管
２４  蒸発器側流通管
２５  第１吸脱着器上流側流通管
２６  第１吸脱着器下流側流通管
２７  第２吸脱着器上流側流通管
２８  第２吸脱着器下流側流通管
３０  スプールバルブ
３１  シリンダ部
３２  ピストン弁体
３３  第１蓋体
３４  第２蓋体
Ａ  吸着剤
Ｍ  作動冷媒
Ｓ１  第１シリンダ内空間
Ｓ２  第２シリンダ内空間
Ｓ３  連通用空間
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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