(57)【要約】【課題】熱交換ロスを低減して吸着式冷凍機の効率及び能力を向上させる。【解決手段】吸着工程にある吸着剤を外気にて直接的に冷却する。これにより、外気にて冷却された液体を介して間接的に冷却する場合に比べて、吸着剤を冷却する際の熱交換ロスを小さくすることができるので、吸着剤を確実に冷却することができ、吸着式冷凍機の効率及び能力を向上させることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して、冷媒を蒸発させて、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機であって、
前記吸着剤を加熱又は冷却する第１熱交換器（６）と、
前記第１熱交換器（６）に加熱用気体又は冷却用気体を供給する第１気体供給手段（８）とを有することを特徴とする吸着式冷凍機器。
【請求項２】
前記吸着剤及び冷媒は密閉容器（５）内に封入されており、
前記密閉容器（５）内に存在する冷媒のうち、前記吸着剤に吸着されていない冷媒を加熱又は冷却する第２熱交換器（７）と、
前記第２熱交換器（７）に加熱用気体又は冷却用気体を供給する第２気体供給手段（９、１０）とを有することを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機器。
【請求項３】
前記加熱用気体及び前記冷却用気体として、空気が用いられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着式冷凍機。
【請求項４】
冷媒を蒸発させる蒸発用熱交換器（１２）と、
前記吸着剤から脱離放出された気相冷媒を冷却凝縮させる凝縮用熱交換器（１３）とを備え、
前記蒸発用熱交換器（１２）及び前記凝縮用熱交換器（１３）に供給する気体として、二酸化炭素、一酸化窒素、一酸化二窒素、メタン、アセチレン、エチレン、エタン、プロピレン、及びプロパンのうち少なくとも１つの気体が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して、冷媒を蒸発させて、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機に関するもので、例えば携帯電話基地局内の電子機器、電気機器、電気変換器、バッテリ等の冷却に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯電話基地局用冷却システムでは、第１発熱体から吸熱し、その吸熱した熱により稼働する吸着式冷凍機により第２発熱体を冷却している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１００８９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明では、室外熱交換器にて外気にて冷却された水等の液体を介して吸着剤及び吸着剤から脱離放出された蒸気冷媒を冷却しているので、外気と液体とを熱交換する際の熱交換ロスにより、吸着剤及び吸着剤から脱離放出された蒸気冷媒を十分に冷却することが困難な場合があり得る。
【０００５】
また、特許文献１に記載の発明では、第１発熱体２から吸熱して加熱された液体を介して吸着剤を加熱して、吸着剤に吸着されていた冷媒を脱離放出するので、第１発熱体と液体とを熱交換する際の熱交換ロスにより、吸着剤を十分に加熱することが困難な場合があり得る。
【０００６】
また、特許文献１に記載の発明では、吸着式冷凍機で発生する冷熱により液体を冷却し、この冷却された液体を介して第２発熱体を冷却するので、液体を冷却する際の熱交換ロスにより、第２発熱体を十分に冷却することが困難な場合があり得る。
【０００７】
さらに、液体を介して熱の授受を行っているので、何らかの原因により、液体配管の接続部等にて液体漏れが発生してしまうと、携帯電話基地局内の電子機器、電気機器、電気変換器、バッテリ等に損傷を与えてしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な吸着式冷凍機を提供し、第２には、熱交換ロスを低減して吸着式冷凍機の効率及び能力を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して、冷媒を蒸発させて、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機であって、吸着剤を加熱又は冷却する第１熱交換器（６）と、第１熱交換器（６）に加熱用気体又は冷却用気体を供給する第１気体供給手段（８）とを有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、液体を介して間接的に冷却又は加熱する特許文献１に記載の発明に比べて、吸着剤を冷却又は加熱する際の熱交換ロスを小さくすることができるので、吸着剤を確実に冷却又は加熱することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、吸着剤及び冷媒は密閉容器（５）内に封入されており、密閉容器（５）内に存在する冷媒のうち、吸着剤に吸着されていない冷媒を加熱又は冷却する第２熱交換器（７）と、第２熱交換器（７）に加熱用気体又は冷却用気体を供給する第２気体供給手段（９、１０）とを有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、液体を介して間接的に冷却又は加熱する特許文献１に記載の発明に比べて、吸着剤に吸着されていない冷媒を冷却又は加熱する際の熱交換ロスを小さくすることができるので、吸着剤に吸着されていない冷媒を確実に冷却又は加熱することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、加熱用気体及び冷却用気体として、空気が用いられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、冷媒を蒸発させる蒸発用熱交換器（１２）と、吸着剤から脱離放出された気相冷媒を冷却凝縮させる凝縮用熱交換器（１３）とを備え、蒸発用熱交換器（１２）及び凝縮用熱交換器（１３）に供給する気体として、二酸化炭素、一酸化窒素、一酸化二窒素、メタン、アセチレン、エチレン、エタン、プロピレン、及びプロパンのうち少なくとも１つの気体が用いられていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、熱輸送能力を例えば空気に比べて高めることができる。
【００１６】
また、凝縮用熱交換器（１３）及び蒸発用熱交換器（１２）には、常に同種の気体を供給すればよいので、気体流れを切り換えるバルブ等を設けなくてもよいので、吸着式冷凍機の製造原価を低減できる。
【００１７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る吸着式冷凍機を携帯電話基地局内の電子機器や電気機器等の冷却に適用したものであり、図１は本実施形態に係る冷却システムの模式図であり、図２は吸着剤の水分吸着率を示すグラフであり、図３は冷凍機４の四面図である。
【００１９】
携帯電話基地局内のラック１には、比較的発熱量が多く、かつ、高温となる電波送信用アンプ、電波出力制御盤、整流器、電子機器、電気機器及び電気変換器等からなる第１発熱体２と、第１発熱体２より低温で冷却する必要がある回路制御盤、バッテリ、電子機器、電気機器、電気変換器及びモデム等からなる第２発熱体３と、両発熱体２、３を冷却する冷凍機４とが設けられている。
【００２０】
なお、両発熱体２、３は単独で稼動するものではなく、両者２、３が連動して稼動するもので、第１発熱体２は、第２発熱体３に比べて高い耐熱温度を有するものであり、第１発熱体２及び第２発熱体３は、携帯電話基地局内の空気、つまり内気が吹き付けられることにより強制空冷される。
【００２１】
また、冷凍機４は、第１発熱体２から吸熱し、その吸熱した熱により吸着剤を加熱することにより稼働する吸着式冷凍機であり、以下、吸着式冷凍機（冷凍機４）について述べる。
【００２２】
なお、吸着剤は、冷媒（本実施形態では、水）を吸着するとともに、加熱されることにより吸着していた冷媒を脱離するもので、本実施形態では、シリカゲルやゼオライト等の固体吸着剤を採用している。
【００２３】
つまり、吸着剤の水分（冷媒）吸着率は、吸着剤温度相当の飽和水蒸気圧力で冷媒温度の飽和水蒸気圧力を除した値（以下、相対湿度と言う。）で決定され、図２に示すように、吸着剤温度が高く冷媒温度が低い程相対湿度が低くなり、逆に吸着剤温度が低く冷媒温度が高い程相対湿度が高くなる。
【００２４】
なお、図２では、吸着工程、つまり水分吸着が進行する場合の水分吸着特性と、脱離行程、つまり水分脱離が進行する場合の水分吸着特性とが同一となるように描かれているが、実際の吸着剤では、吸着工程時の水分吸着特性と脱離工程時の水分吸着特性とが相違するようなヒステリシスを有している。
【００２５】
また、図１中、吸着器５は内部が略真空に保たれた状態で冷媒が封入された密閉真空容器であり、この吸着器５内には、吸着剤と空気とを熱交換する第１熱交換器６と、吸着器５内に封入された冷媒のうち吸着剤に吸着されていない冷媒、つまり液相冷媒（水）及び吸着剤から脱離放出された気相冷媒（水蒸気）と空気とを熱交換する第２熱交換器７とが収納されている。
【００２６】
第１熱交換器６は、空気が流れる複数本のチューブ、及びチューブの外表面に設けられて伝熱面積を増大させるフィン等からなるコア部の外表面に吸着剤がエポキシ樹脂等で接着された吸着コアをなすものである。
【００２７】
また、第２熱交換器７は、第１熱交換器６と同様に空気が流れる複数本のチューブ、及びチューブの外表面に設けられて伝熱面積を増大させるフィン等からなる蒸発／凝縮コアをなすものであり、本実施形態では、第１熱交換器６を第２熱交換器７より上方側に位置させている。
【００２８】
なお、本実施形態に係る冷凍機４は、複数個の吸着器５ａ、５ｂから構成されており、図３（ｂ）上方側に配置された吸着器５ａ（以下、第１吸着器５ａと呼ぶ。）と図３（ｂ）下方側に配置された吸着器５ｂ（以下、第２吸着器５ｂと呼ぶ。）とは、同じ構成であるので、両者を総称して呼ぶときは、吸着器５と表記する。
【００２９】
また、熱交換器６、７の添え字ａは第１吸着器５ａ内の熱交換器であることを示し、ｂは第２吸着器５ｂ内の熱交換器であることを示す。
【００３０】
図１中、外気ファン８は携帯電話基地局外の空気（外気）を冷凍機４用の空気配管に導入する送風機であり、冷却ファン９は第２熱交換器７にて冷却された空気を第２発熱体３に送風する送風機であり、加熱ファン１０は第１発熱体２を冷却して第１発熱体２の廃熱を回収して温度が上昇した空気を第１熱交換器６に送風する送風機である。
【００３１】
なお、図３中、バルブ１１ａ〜１１ｈは空気配管を流れる空気流れを切り替える板ドア式切換バルブであり、これらバルブ１１ａ〜１１ｈ及びファン８〜１０の作動は、図示しない電子制御装置にて制御されている。
【００３２】
次に、本実施形態に係る冷却システム、つまり冷凍機４の概略作動を述べる。
【００３３】
冷凍機４は、以下に述べる第１、２基本作動モードを所定時間毎に切換運転することにより、連続的に第１発熱体２及び第２発熱体３を冷却するものである。
【００３４】
因みに、所定時間は、吸着剤に吸着されていた冷媒を脱離させるに必要な時間に基づいて適宜選定されるものである。
【００３５】
１．第１基本作動モード
このモードでは、第２発熱体３に送風する冷却風を第２吸着器５ｂの第２熱交換器７ｂに送風することにより、第２吸着器５ｂ内の液相冷媒を蒸発させて冷却風を冷却して第２発熱体３を冷却するとともに、第２吸着器５ｂ内で蒸発した気相冷媒、すなわち水蒸気を第２吸着器５ｂ内の吸着剤にて吸着する。
【００３６】
このとき、吸着剤は凝縮熱に相当する熱量を発熱し、かつ、吸着剤の温度が上昇すると吸着能力が低下するので、外気ファン８にて携帯電話基地局外の空気を第２吸着器５ｂの第１熱交換器６ｂに供給することにより吸着剤を冷却する。
【００３７】
一方、第１吸着器５ａの第１熱交換器６ａに、加熱ファン１０にて第１発熱体２にて加熱された空気が供給されて吸着剤が加熱され、吸着剤に吸着していた冷媒が脱離放出されるとともに、第１吸着器５ａの第２熱交換器７ａに携帯電話基地局外の空気が供給されて、脱離した気相冷媒（水蒸気）が冷却されて凝縮する。
【００３８】
以下、液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮しつつ、その蒸発した気相冷媒を吸着剤にて吸着させている状態にある吸着器５のことを、「吸着工程にある吸着器５」と呼び、吸着剤を加熱して吸着していた冷媒を脱離させつつ、その脱離した冷媒を冷却凝縮させている状態にある吸着器５のことを、「脱離工程にある吸着器５」と呼ぶ。
【００３９】
２．第２基本作動モード
このモードは、第１基本作動モードとは逆に、第１吸着器５ａを吸着工程とし、第２吸着器５ｂを脱離工程とするものである。
【００４０】
具体的には、第２発熱体３に送風する冷却風を第１吸着器５ａの第２熱交換器７ａに送風することにより、第１吸着器５ａ内の液相冷媒を蒸発させて冷却風を冷却して第２発熱体３を冷却するとともに、第１吸着器５ａ内で蒸発した気相冷媒、すなわち水蒸気を第１吸着器５ａ内の吸着剤にて吸着しながら、外気ファン８にて携帯電話基地局外の空気を第１吸着器５ａの第１熱交換器６ａに供給することにより吸着剤を冷却する。
【００４１】
一方、第２吸着器５ｂの第２熱交換器６ｂに、加熱ファン１０にて第１発熱体２にて加熱された空気が供給されて吸着剤が加熱され、吸着剤に吸着していた冷媒が脱離放出されるとともに、第２吸着器５ｂの第２熱交換器７ｂに携帯電話基地局外の空気が供給されて、脱離した気相冷媒（水蒸気）が冷却されて凝縮する。
【００４２】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４３】
吸着工程にある吸着剤は、本実施形態では外気にて直接的に冷却されるのに対して、特許文献１に記載の発明では、外気にて冷却された液体を介して間接的に冷却されるので、本実施形態では、吸着剤を冷却する際の熱交換ロスを特許文献１に記載の発明に比べて小さくすることができ、吸着剤を確実に冷却することができる。
【００４４】
つまり、空気と熱交換する際の熱伝達率をα１とし、液体と熱交換する際の熱伝達率をα２としたとき、本実施形態に係る冷却システムにおける吸着剤の冷却能力は、吸着剤と外気との温度差ΔＴ１と熱伝達率α１との積に比例して大きくり、一方、特許文献１に記載の冷却システムにおける吸着剤の冷却能力は、外気と液体との温度差ΔＴ２と熱伝達率α１と熱伝達率α２との積に比例して大きくなる。
【００４５】
このとき、一般的に、熱伝達率α１及び熱伝達率α２は共に１より小さく、かつ、熱伝達率α２が１より小さいことから温度差ΔＴ２は温度差ΔＴ１より小さくなるので、特許文献１に記載の冷却システムにおける吸着剤の冷却能力は、本実施形態に係る冷却システムにおける吸着剤の冷却能力より小さくなる。
【００４６】
また、脱離工程にある吸着剤は、本実施形態では、第１発熱体２にて加熱された空気にて直接的に加熱されるのに対して、特許文献１に記載の発明では、第１発熱体２にて加熱された液体を介して間接的に加熱されるので、本実施形態では、吸着剤を加熱する際の熱交換ロスを特許文献１に記載の発明に比べて小さくすることができ、吸着剤を確実に加熱することができる。
【００４７】
また、冷凍機４にて第２発熱体３を冷却する際に、本実施形態では、第２熱交換器７にて冷却された空気で直接的に第２発熱体３を冷却するのに対して、特許文献１に記載の発明では、第２熱交換器７にて冷却された液体で空気で第２発熱体３を冷却するための空気を冷却するといった間接的な方法で第２発熱体３を冷却するので、第２発熱体３を冷却する際の熱交換ロスを特許文献１に記載の発明に比べて小さくすることができ、第２発熱体３を確実に冷却することができる。
【００４８】
また、空気を介して熱の授受を行っているので、何らかの原因により、空気配管の接続部等にて空気漏れが発生しても、携帯電話基地局内の電子機器、電気機器、電気変換器、バッテリ等に損傷を与えてしまうといった問題は発生しない。
【００４９】
また、本実施形態では、液体を介さずに空気等の気体にて直接的に吸着剤等を加熱又は冷却しているので、特許文献１に記載の発明に比べて熱交換器の個数を減らすことができ、冷凍機４、つまり冷却システムの製造原価を低減することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
第１実施形態では、第２熱交換器７にて冷媒の加熱、つまり第２発熱体３に送風する空気の冷却、及び吸着剤から脱離放出された気相冷媒の冷却を行ったが、本実施形態では、図４、図５に示すように、第２発熱体３に送風する空気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発用熱交換器１２、及び吸着剤から脱離放出された気相冷媒を冷却凝縮させる凝縮用熱交換器１３をそれぞれ設けるとともに、吸着器５内において、凝縮用熱交換器１３を第１熱交換器６より上方側に配置し、かつ、蒸発用熱交換器１２を第１熱交換器６より下方側に配置した状態で、凝縮用熱交換器１３が配置された空間１４ａと第１熱交換器６が配置された空間１４ｂ、１４ｃと蒸発用熱交換器１２が配置された空間１４ｄとを分離し、開閉バルブ１５ａ〜１５ｄにて各空間１４ａ〜１４ｄ間の連通状態を制御するものである。
【００５１】
また、空間１４ａと空間１４ｄとは、戻り管１６を介して常に連通しているとともに、空間１４ｂは第１吸着器５ａの第１熱交換器６ａが配置された空間であり、空間１４ｃは第２吸着器５ｂの第１熱交換器６ｂが配置された空間である。
【００５２】
なお、本実施形態では開閉バルブ１５ａ〜１５ｄは板ドア式であり、両バルブ１５ａ、１５ｂは、バルブ１１ａ〜１１ｄ等と共に電子制御装置にて制御されている。
【００５３】
次に、本実施形態に係る冷凍機４の概略作動を述べる。
【００５４】
本実施形態に係る冷凍機４も、以下に述べる第１、２基本作動モードを所定時間毎に切換運転することにより、連続的に第１発熱体２及び第２発熱体３を冷却するものである。
【００５５】
１．第１基本作動モード
このモードでは、蒸発用熱交換器１２が配置された空間１４ｄ、すなわち蒸発室と第１熱交換器６ｂが配置された空間１４ｃとを連通させるとともに、第１熱交換器６ａが配置された空間１４ｂと凝縮用熱交換器１３が配置された空間１４ａ、すなわち凝縮室とを連通させた状態で、第２発熱体３に送風する冷却風を蒸発用熱交換器１２ｂに送風することにより、蒸発室１４ｄ内の液相冷媒を蒸発させて冷却風を冷却する。
【００５６】
また、携帯電話基地局外の空気を第１熱交換器６ｂに供給して第１熱交換器６ｂに充填された吸着剤を冷却しながら、蒸発室１４ｄ内で蒸発した気相冷媒を第１熱交換器６ｂに充填された吸着剤で吸着する。
【００５７】
一方、第１熱交換器６ａに第１発熱体２にて加熱された空気を供給することにより、吸着剤が加熱されて吸着剤に吸着していた冷媒を脱離放出させるとともに、凝縮用熱交換器１３に携帯電話基地局外の空気を供給して凝縮室１４ａに流入した気相冷媒を冷却凝縮させる。なお、凝縮室１４ａ内の液相冷媒は戻り管１６を経由して蒸発室１４ｄに供給される。
【００５８】
２．第２基本作動モード
このモードは、第１基本作動モードとは逆に、第１熱交換器６ａに充填された吸着剤を吸着工程とし、第１熱交換器６ｂに充填された吸着剤を脱離工程とするものである。
【００５９】
具体的には、蒸発室１４ｄと第１熱交換器６ａが配置された空間１４ｂとを連通させるとともに、第１熱交換器６ｂ空間１４ｃと凝縮室１４ａとを連通させた状態で、第２発熱体３に送風する冷却風を蒸発用熱交換器１２ｂに送風することにより、蒸発室１４ｄ内の液相冷媒を蒸発させて冷却風を冷却する。
【００６０】
また、携帯電話基地局外の空気を第１熱交換器６ａに供給して第１熱交換器６ａに充填された吸着剤を冷却しながら、蒸発室１４ｄ内で蒸発した気相冷媒を第１熱交換器６ａに充填された吸着剤で吸着する。
【００６１】
一方、第１熱交換器６ｂに第１発熱体２にて加熱された空気を供給することにより、吸着剤が加熱されて吸着剤に吸着していた冷媒を脱離放出させるとともに、凝縮用熱交換器１３に携帯電話基地局外の空気を供給して凝縮室１４ａに流入した気相冷媒を冷却凝縮させる。
【００６２】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００６３】
本実施形態では、凝縮用熱交換器１３を凝縮専用としているので、凝縮用熱交換器１３には、凝縮用熱交換器１３には常に冷風、つまり外気を供給すればよいので、空気流れを切り換えるためのバルブを廃止することができる。
【００６４】
同様に、蒸発用熱交換器１２を蒸発専用としているので、蒸発用熱交換器１２には、第２発熱体３を冷却した空気を常に供給すればよいので、空気流れを切り換えるためのバルブを廃止することができる。
【００６５】
（第３実施形態）
第２実施形態では、携帯電話基地局外の空気は、凝縮用熱交換器１３及び第１熱交換器６のみに供給され、蒸発用熱交換器１２には携帯電話基地局内空気のみが循環することから、本実施形態では、携帯電話基地局全体を気密性の高い密閉空間とするとともに、携帯電話基地局内に二酸化炭素、一酸化窒素、一酸化二窒素、メタン、アセチレン、エチレン、エタン、プロピレン、プロパン等の熱輸送能力の高い気体を封入することにより、冷却ファン９及び加熱ファン１０の小型省動力化を図ったものである。
【００６６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、携帯電話基地局を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ビル、地下室、工場、倉庫、住宅、車庫及び車両等の空間内に配設された複数種類の発熱体（例えば、ガスタービンエンジン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、燃料電池、電子機器、電気機器、電気変換器、蓄電池等）の冷却に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図２】吸着剤の水分吸着率を示すグラフである。
【図３】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る冷凍機の正面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の上面図であり、（ｃ）は（ａ）の下面図であり、（ｄ）は（ａ）の右側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る冷却システムの模式図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る冷凍機の正面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の左側面図であり、（ｃ）は（ａ）の右側面図であり、（ｄ）は（ａ）の上面図である。
【符号の説明】
１…ラック、２…第１発熱体、３…第２発熱体、４…吸着式冷凍機、
５…吸着器、６…第１熱交換器（吸着コア）、
７…第２熱交換器（蒸発／凝縮コア）、８…外気ファン、
９…冷却ファン、１０…加熱ファン。
【図１】
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【図２】
2005024115.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005024115.tif 000006
【図５】
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