(57)【要約】      （修正有）【課題】低い温度の温水を用いて運転可能とし、かつ、運転効率、熱ＣＯＰの性能を高める吸着式冷凍機を提供する。【解決手段】２つの熱交換器３、４のそれぞれ吸着材３ａ、４ａを備えた配管部分の一方に温水、他方に冷却水を流すように流路切換弁２１、２２を設定可能であり、それらの熱交換器と凝縮器１、蒸発器２との間はそれぞれ開閉可能なダンパを有する連通口５、６、７、８を介して連通可能であり、吸着器内部は高真空状態に維持され、熱交換器に交互に温水、冷却水を流すように切り換えることで連続運転がなされ、温水、冷水、冷却水の温度、吸着材の特性に応じて脱着速度、吸着速度のいずれが優位かを判別し、それに応じて冷却水の流れの方向を切り換えられるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ周囲に吸着材を配設した伝熱管を内蔵する第１及び第２の熱交換器と、該第１及び第２の熱交換器と開閉手段を介して連通可能な蒸発器及び凝縮器とを備え、前記第１及び第２の熱交換器の一方に配管を通じて温水を流して脱着側の熱交換器とし、吸着側の熱交換器とする他方の熱交換器と前記凝縮器とに配管を通じて順次冷却水を流し、前記蒸発器に配管を通じて冷水を流し、前記第１及び第２の熱交換器の吸着及び脱着工程を所定時間経過後に切り換えるようにした吸着式冷凍機であって、冷却水を前記凝縮器に流した後に前記吸着側の熱交換器に流す第１の冷却水流路と、冷却水を前記吸着側の熱交換器に流した後に前記凝縮器に流す第２の冷却水流路とを切り換える流路切換弁と、該流路切換弁の動作を制御する冷却水流路切換制御部とを備え、該冷却水流路切換制御部は、吸着材の吸脱着特性、温水温度、冷水温度の条件に基づき脱着速度と吸着速度のいずれが優位かを判別し、吸着速度が優位であれば前記第１の冷却水流路で冷却水を流し、脱着速度が優位であれば前記第２の冷却水流路で冷却水を流すように前記流路切換弁を制御して吸着速度と脱着速度を一致させるようにするものであることを特徴とする吸着式冷凍機。
【請求項２】
それぞれ周囲に吸着材を配設した伝熱管を内蔵する第１及び第２の熱交換器と、該第１及び第２の熱交換器と開閉手段を介して連通可能な蒸発器及び凝縮器とを備え、前記第１及び第２の熱交換器の一方に配管を通じて温水を流して脱着側の熱交換器とし、吸着側の熱交換器とする他方の熱交換器と前記凝縮器とに配管を通じて順次冷却水を流し、前記蒸発器に配管を通じて冷水を流し、前記第１及び第２の熱交換器の吸着及び脱着工程を所定時間経過後に切り換えるようにし、さらに冷却水を前記凝縮器に流した後に前記吸着側の熱交換器に流す第１の冷却水流路と、冷却水を前記吸着側の熱交換器に流した後に前記凝縮器に流す第２の冷却水流路とを流路切換弁により切換可能とした吸着式冷凍機の運転方法であって、吸着材の吸脱着特性、温水温度、冷水温度の条件に基づき脱着速度と吸着速度のいずれが優位かを判別し、吸着速度が優位であれば前記第１の冷却水流路で冷却水を流し、脱着速度が優位であれば前記第２の冷却水流路で冷却水を流すように前記流路切換弁により前記第１及び第２の冷却水流路を切り換え吸着速度と脱着速度を一致させるようにしたことを特徴とする吸着式冷凍機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着式冷凍機及びその運転方法に関し、特に低い温度の温水で動作し、かつ運転性能を高めた吸着式冷凍機及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷水を生成するための冷凍機としては、冷媒が蒸発する時の蒸発潜熱により冷水を生成する蒸気圧縮式冷凍機と、水を吸収液に吸収させ発生した低圧・低温の容器内で水を蒸発させて蒸発潜熱により冷水を生成する吸収式冷凍機と、吸着剤を用いて水蒸気の吸着・脱着を反復しつつ蒸発潜熱により冷水を製造する吸着式冷凍機とがある。このうち、蒸気圧縮式冷凍機は、冷媒としてフロンを使用するが、近時の脱フロンの要請に反するものであり、また、凝縮熱が大きい水分を凝縮除去しようとするため、消費エネルギーが高いという問題がある。
【０００３】
吸収式冷凍機は、蒸気圧縮式冷凍機に比して効率が悪く、効率を上げようとすると、高圧蒸気が必要となり、高圧蒸気の供給装置が大型になって、設置場所の制約、メンテナンスが煩雑になるという問題点がある。これに対し、吸着式冷凍機は、シリカゲル等の吸着剤を用いることから、効率としては吸収式冷凍機に及ばないが、工場等での既存の温排水を利用することによりランニングコストを低くすることができ、効率の変化が少ないというメリットがある。
【０００４】
図５は、吸着式冷凍機の基本的構成を示すものである。図５において、１は凝縮器、２は蒸発器、３は第１熱交換器、４は第２熱交換器で、それぞれは気密的構成である。５は第１熱交換器３と凝縮器１との連通口であり、ダンパ５ａにより開閉可能である。６は第２熱交換器４と凝縮器１との連通口であり、ダンパ６ａにより開閉可能である。７は第１熱交換器３と蒸発器２との連通口であり、ダンパ７ａにより開閉可能である。８は第２熱交換器４と蒸発器２との連通口であり、ダンパ８ａにより開閉可能である。
【０００５】
９は凝縮器１内部と蒸発器２の内部とを連通する配管であり凝縮器１内下部に設置された受皿９ａに貯留された水を移送し蒸発器２内の上側に設けられた排出部９ｂの排出口から排出するようになっている。１１は冷却水配管であり、図５の状態では、第２の吸着器４内の伝熱管部分を通過した後に凝縮器１内の伝熱管部分を通過するようになっている。１２は温水配管であり、図５の状態では、第１熱交換器３内の伝熱管部分を通過するようになっている。１３は冷水配管であり、蒸発器２内の伝熱管部分を通過する。２１、２２は流路切換弁である。
【０００６】
第１熱交換器３、第２熱交換器４における冷却水または温水が通過する伝熱管部分の周囲に水分の吸着材３ａ、４ａを配設した熱交換部分がそれぞれ設けられる。水分の吸着材としては、シリカゲル、ゼオライト等が用いられる。伝熱管部分に冷水が通過する場合に吸着熱交換器となり、温水が通過する場合に脱着熱交換器となる。図５の状態で、第１熱交換器３における伝熱管部分に温水が流れる脱着工程となり、第２熱交換器４における伝熱管部分に冷却水が流れる吸着工程となっている。図５に示す状態で、吸着式冷凍機では次の工程（Ａ）が進行する。
【０００７】
（１）蒸発工程  １／１００気圧程度に減圧された蒸発器２内の伝熱管部分には冷水が流れ、伝熱管部分に降りかかる水（冷媒）が沸騰蒸発し、その気化熱として管内の水から熱を奪い冷却する。蒸発器２内で発生した蒸気の圧力で吸着側のダンパ８ａが開き、脱着側のダンパ７ａは閉じている。
（２）吸着工程  第２熱交換器４における伝熱管部分に冷却水が流れてその周囲の吸着材に吸着作用が生じ、蒸発器２から連通口８を通じて流入した水蒸気が吸着材４ａに吸着される。
（３）脱着工程  第１熱交換器３における伝熱管部分に温水が流れ、その前のサイクルで蒸発器２から移行した水蒸気を吸着した周囲の吸着材が加熱されて水蒸気を放散し、水蒸気圧によりダンパ５ａが開く。凝縮器１の吸着側のダンパ６ａは閉じている。
（４）凝縮工程  凝縮器１における伝熱管部分に冷却水が流れ、脱着工程で放散された水蒸気が冷却液化された後受皿９ａから配管９を介して蒸発器２内に移動する。
（４）で蒸発器２内に移動した水は蒸発用に使用される。ダンパ５ａ、８ａが開き、ダンパ６ａ、７ａが閉じた状態となるのは、脱着側で圧力が高く、吸着側で圧力が低くなることによる。
【０００８】
図５の状態で（１）〜（４）の工程が進行した後、所定時間経過後に流路切換弁２１、２２を切り換えると図６のようになる。この所定時間は、サイクルタイムといい、例えば８分程度であるが、条件に応じて設定を変えられる。図６においては流路切換弁２１、２１により冷却水、温水の流路が切換えられているほかは図５と同じである。図６においては、配管１１による冷却水が第１熱交換器３における伝熱管部分を通ってから凝縮器１内を流れ、配管１２による温水が第２熱交換器室４における伝熱管部分を流れるようになる。すなわち、第１熱交換器３はその伝熱管部分に冷却水が流れる吸着工程となり、第２熱交換器４はその伝熱管部分に温水が流れる脱着工程となっている。この場合に次の工程（Ｂ）が進行する。
【０００９】
（１）蒸発工程  １／１００気圧程度に減圧された蒸発器２内の伝熱管部分には冷水が流れ、伝熱管部分に降りかかる水が沸騰蒸発し、その気化熱として管内の水から熱を奪い冷却する。蒸発器２内で発生した水蒸気の圧力で吸着側のダンパ７ａが開く。脱着側のダンパ８ａは閉じている。
（２）吸着工程  第１熱交換器３内の伝熱管部分に冷却水が流れてその周囲の吸着材に吸着作用が生じ、蒸発器２から流入した水蒸気が吸着材に吸着される。
（３）脱着工程  第２熱交換器４における伝熱管部分に温水が流れ、その前のサイクルで蒸発器２から移行した水蒸気を吸着した周囲の吸着材が加熱されて水蒸気を放散し、水蒸気圧によりダンパ６ａが開く。凝縮器１の吸着側のダンパ５ａは閉じている。
（４）凝縮工程  凝縮器１内の伝熱管部分に冷水が流れ、脱着工程で放散された水蒸気が冷却液化された後受皿９ａから配管９を介して蒸発器２内に移動して蒸発用に使用される。
（４）で蒸発器２内に移動した水は蒸発用に使用される。ダンパ６ａ、７ａが開き、ダンパ５ａ、８ａが閉じた状態となるのは、脱着側で圧力が高く、吸着側で圧力が低くなることによる。
【００１０】
このように、第１熱交換器３と、第２熱交換器４とでの吸着、脱着の工程を切換え、（Ａ）、（Ｂ）の工程を反復することにより、連続的に蒸発器２に水を供給し、蒸発潜熱により冷却された冷水を生成することができる。配管１１を通って流れる冷水は３２℃前後であり、先に吸着側熱交換器の伝熱管部分を通った後に凝縮器の伝熱管部分を通る。配管１２を流れる温水は７０℃程度である。また、配管１３による冷水の生成としては、例えば１５℃程度の水を７℃程度の冷水とする。
【００１１】
吸着式冷凍機において、冷却水を凝縮器と吸着熱交換器とに順次流すのが一般的である。このうち冷却水を先に吸着熱交換器に流した後に凝縮器に流すのが現状では一般的に行われており、この冷却水の流れを順方向とする。これに対し、冷却水を先に凝縮器に流した後に吸着熱交換器に流すことも考えられ、この冷却水の流れを逆方向とする。一般的に、順方向は吸着熱交換器の冷却を優先させ、吸着速度を高めることに寄与するものであり、逆方向は凝縮器の冷却を優先させ、脱着速度を高めることに寄与する。また、逆方向は機器の性能を低下させることが考えられ、そのことから現状では順方向の冷却水の流れを採用するのが一般的であると言えよう。
【００１２】
吸着式冷凍機に関しては以下のような文献に開示されている。特許文献１には、吸着工程と脱離工程との運転モードを切り換えられる複数の吸着器を備え、運転モードを切り換えた際に吸着工程あるいは脱離工程が維持される吸着器を設け、吸着器が吸着工程となっている時間と脱離工程となっている時間とを変化させて吸着冷媒の量と脱離冷媒の量とを同等になるようにする吸着式冷凍機について記載されている。この吸着冷凍機においては、吸着工程と脱離工程とをバランスさせるために、より多くの吸着器を備え、吸着工程と脱離工程との時間制御を行うことになり、装置構成がそれだけ大規模になるとともに、６０℃以下のような温水を用いて効率よく動作させることについては考慮していないものである。
【００１３】
特許文献２において、吸着塔を２基使用して一方が他方と異なる工程となるように切換運転し、吸脱着工程切換えに先立ち脱着工程にあった吸着塔から吸着工程にあった吸着塔に向かって冷媒蒸気を有効に移行させて有効利用し冷凍効率を高めることが記載され、また、特許文献３において、複数基の吸着塔のうち少なくとも一つが他と異なる工程になるように切換運転し、蒸発器入口の利用側熱媒の状態を検知して利用側負荷が減少した時に吸着脱着工程の切換を一時停止することによって高負荷運転時に廃棄される低出力を低負荷に適用させることが記載されている。冷却水を吸着側吸着塔と凝縮器にどのように流すかという点では、特許文献２に記載のものにおいては、凝縮器と吸着側吸着塔とに並列的に流し、それによって温度上昇していない状態の冷却水を凝縮器と吸着側吸着塔とに流すようにしている。また、特許文献３に記載のものでは、実施例として冷却水を先に凝縮器に流した後に吸着側吸着塔に流すもの（逆方向）が示されているが、このように冷却水を流すことによる機器の性能の低下をどのようにするかに関しては特に考慮していない。
【００１４】
非特許文献１には、ゼオライト系吸着材ＡＱＳＯＡを用いた吸着式冷凍機について開示され、６０〜７５℃程度の温水で冷水を製造するものとされているが、さらに６０℃以下の温水で冷水を製造可能とすることに関しては示されておらず、冷却水を吸着熱交換器→凝縮器のように流すことでは従来一般的に用いられている形態を示すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１１−１１２２２９号公報
【特許文献２】特開平２−２３００６８号公報
【特許文献３】特開平３−７８５９号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】日本機械学会誌, vol. 113, No.1094, p.56 (2010) 「低温水利用ＡＱＳＯＡ吸着式冷凍機」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
吸着式冷凍機は、温水から冷水を生成することを可能とする技術であり、夏季において過剰となる熱供給の有効利用手法として着目されているが、従来の吸着式冷凍機は７０℃程度の比較的高温な温水の供給を想定しているため、同じく温水から冷水を生成する吸収式との差別化が難しく、費用対効果から、その普及が遅れている。ゼオライト系吸着材を用いることにより、より低温の温水で運転可能とすることもなされているが、運転効率、熱ＣＯＰを高めるのに有効なものとはなっていない。これらの問題を解決するため、吸着式冷凍機において、未利用エネルギーとして残る６０℃以下の温水でも動作可能とするとともに運転効率、熱ＣＯＰを高めることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による吸着式冷凍機は、それぞれ周囲に吸着材を配設した伝熱管を内蔵する第１及び第２の熱交換器と、該第１及び第２の熱交換器と開閉手段を介して連通可能な蒸発器及び凝縮器とを備え、前記第１及び第２の熱交換器の一方に配管を通じて温水を流して脱着側の熱交換器とし、吸着側の熱交換器とする他方の熱交換器と前記凝縮器とに配管を通じて順次冷却水を流し、前記蒸発器に配管を通じて冷水を流し、前記第１及び第２の熱交換器の吸着及び脱着工程を所定時間経過後に切り換えるようにした吸着式冷凍機であって、冷却水を前記凝縮器に流した後に前記吸着側の熱交換器に流す第１の冷却水流路と、冷却水を前記吸着側の熱交換器に流した後に前記凝縮器に流す第２の冷却水流路とを切り換える流路切換弁と、該流路切換弁の動作を制御する冷却水流路切換制御部とを備え、該冷却水流路切換制御部は、吸着材の吸脱着特性、温水温度、冷水温度の条件に基づき脱着速度と吸着速度のいずれが優位かを判別し、吸着速度が優位であれば前記第１の冷却水流路で冷却水を流し、脱着速度が優位であれば前記第２の冷却水流路で冷却水を流すように前記流路切換弁を制御して吸着速度と脱着速度を一致させるようにするものである。
【００１９】
本発明による吸着式冷凍機の運転方法は、それぞれ周囲に吸着材を配設した伝熱管を内蔵する第１及び第２の熱交換器と、該第１及び第２の熱交換器と開閉手段を介して連通可能な蒸発器及び凝縮器とを備え、前記第１及び第２の熱交換器の一方に配管を通じて温水を流して脱着側の熱交換器とし、吸着側の熱交換器とする他方の熱交換器と前記凝縮器とに配管を通じて順次冷却水を流し、前記蒸発器に配管を通じて冷水を流し、前記第１及び第２の熱交換器の吸着及び脱着工程を所定時間経過後に切り換えるようにし、さらに冷却水を前記凝縮器に流した後に前記吸着側の熱交換器に流す第１の冷却水流路と、冷却水を前記吸着側の熱交換器に流した後に前記凝縮器に流す第２の冷却水流路とを流路切換弁により切換可能とした吸着式冷凍機の運転方法であって、吸着材の吸脱着特性、温水温度、冷水温度の条件に基づき脱着速度と吸着速度のいずれが優位かを判別し、吸着速度が優位であれば前記第１の冷却水流路で冷却水を流し、脱着速度が優位であれば前記第２の冷却水流路で冷却水を流すように前記流路切換弁により前記第１及び第２の冷却水流路を切り換え吸着速度と脱着速度を一致させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、吸着式冷凍機において、冷却水の流れを順方向と逆方向とで切換可能にし、吸着材の吸脱着特性、温水温度、冷水温度の条件に基づき脱着速度と吸着速度のいずれが優位かを判別し、それに応じて冷却水の流れの方向を切り換えるように制御して吸着速度と脱着速度を一致させることにより、６５℃以下のような低い温度の温水により運転し、かつ運転効率、熱ＣＯＰの性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による吸着式冷凍機によりサイクルタイムを変えた時の冷凍能力と熱ＣＯＰとを冷却水の流れの方向を順方向、逆方向で変えた場合について比較して示すグラフある。
【図２】図１で示した冷却水の流れが逆方向の場合の向上率をサイクルタイムに応じて示すグラフである。
【図３】本発明による吸着式冷凍機の基本的構成を示す図である。
【図４】図３の吸着式冷凍機において冷却水の流れを逆にした場合を示す図である。
【図５】従来の吸着式冷凍機の基本的構成を示す図である。
【図６】図５の吸着式冷凍機において熱交換器の脱着・吸着を切り換えた場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
〔吸着式冷凍機の運転形態〕
本発明による吸着式冷凍機は、凝縮器、１対の熱交換器を備えるものとしては、基本的に背景技術において説明した従来のものと共通するが、特に異なるのは、機器の性能の面から定石となっていた吸着熱交換器→凝縮器（順方向）とする冷却水の流れを固定的とするのではなく、凝縮器→吸着熱交換器（逆方向）とする冷却水の流れを用い、また、使用する吸着材と温水温度との条件に応じて冷却水の流れの順方向と逆方向とを切り換えることにより吸着式冷凍機の性能を向上させるようにするものである。その面から本発明による吸着式冷凍機における冷却水の流れと吸着式冷凍機の性能について説明する。
【００２３】
吸着工程と脱着工程とを別々の熱交換器で同時進行させる吸着式冷凍機においては、性能の面から吸着速度と脱着速度が一致するのが理想的であると考えられる。一般的に、凝縮器と吸着熱交換器とに冷却水を順次流す吸着式冷凍機において、冷却水を先に吸着熱交換器に流した後に凝縮器に流す（順方向）のは吸着熱交換器の冷却を優先させ、吸着速度を高めることに寄与するものであり、冷却水を先に凝縮器に流した後に吸着熱交換器に流す（逆方向）のは凝縮器の冷却を優先させ、脱着速度を高めることに寄与するものである。
【００２４】
脱着に際して比較的高い温度の温水（６５℃以上）を必要とするシリカゲル等の吸着材を用いた吸着式冷凍機では、冷凍機の性能評価試験で脱着速度が吸着速度を上回る傾向があることから、吸着速度を高めるために、冷却水の流れを順方向するのが一般的であったと言える。
【００２５】
これに対して、本発明では、脱着に際して比較的低い温度（５５〜６５℃）の温水を用いる吸着式冷凍機とすることから、ゼオライトのように比較的低温で再生可能なを吸着材として用いる。このような吸着材では比較的低温の温水で再生する一方で、温水温度が冷却水温度と近接するために、再生時間が長くなり、吸着速度が遅くなる。その結果、再生時間が長いことに起因して冷凍機の性能が十分に発揮されないことになる。このことから、低温再生型の吸着材を用い、なおかつ脱着速度を高めて再生時間を短縮することが必要になる。
【００２６】
再生時間の短縮は脱着熱交換器と凝縮器の温度差を増加させることで可能になるが、低温再生型の吸着材を用い温水温度を６０℃以下というようにする場合には、冷却水の温度を低くして凝縮器と脱着熱交換器内の蒸気圧を低下させるのが効果的である。冷却水を順方向に流す場合には吸着熱交換器内での冷却のために冷却水が昇温した後に凝縮器に流すのであるが、本発明では逆方向に冷却水を流すことで凝縮器での冷却水の温度は低くなる。それにより吸着材の再生時間が大幅に短縮され、機器本来の性能が向上する。
【００２７】
このようなことから、図５、６に示されるような順方向に冷却水を流す吸着式冷凍機に代えて逆方向に冷却水を流し、さらに順方向と逆方向とを切り換え可能にし、吸着剤としてゼオライトを用いた吸着式冷凍機を作製し、諸条件のもとでの運転における吸着式冷凍機の性能について検討した。
【００２８】
その結果、逆方向に冷却水を流す場合に、比較的低い温水温度（５５℃）、比較的高い冷水入口温度（２０℃）、通常の冷却水入口温度（２７℃）の条件での運転で、吸着速度が脱着速度を上回るという傾向が観察されたが、これはより高い温水温度で冷却水を順方向に流す従来の一般的なものとは逆の傾向となる。このような運転の条件があることは、いわば定石とされていた順方向の冷却水の流れが好ましいとされていた条件に対し、逆方向の冷却水の流れが機器設計上好ましくなるという条件上での特異点を見出したことになるものである。これは特異点（実際には、点というより、特異範囲となる）ということであり、例えば温水温度を６５℃以上にするというように条件を変えるとこの傾向はむしろ見られなくなる。ただし、特異点に関しては、逆方向に冷却水を流すことで、脱着速度と吸着速度の乖離が縮まり、吸着式冷凍機の性能が有意に向上することが確認される。
【００２９】
ゼオライトを吸着材とし、順方向と逆方向とで冷却水の流れを切り換え可能とした吸着式冷凍機を実際に運転してその性能について得られた結果を図１、図２に示す。条件として、温水入口温度が５５℃、冷却水入口温度が２７℃、冷水入口温度が２２℃とした。表１は、サイクルタイムが５分の時に冷却水を順方向に流した時と、逆方向に流して運転した時の運転条件と冷凍能力、熱ＣＯＰを示すものである。
【００３０】
【表１】
2017009173.tif 000003
【００３１】
図１はサイクルタイムを変えた時の冷凍能力と熱ＣＯＰ（成績係数）とを冷却水の流れが順方向、逆方向の場合について比較し示したものである。冷凍能力はｋＷで表したものであり、熱ＣＯＰは「冷凍能力÷投入熱量」で表され、投入熱量は温水によって冷凍機に投入された熱量である。図１に示す結果から、冷却水の流れが順方向の場合と比較して、逆方向の方が冷凍能力、熱ＣＯＰともに高く、高出力、高効率であるとことがわかる。
【００３２】
サイクルタイムが長いほど冷凍能力、熱ＣＯＰは低下する。サイクルタイムが長くなり、２０分で冷凍能力、熱ＣＯＰとも同等になっているが、これはこの時間で順方向でも脱着時間が十分になるためであると考えられる。また、逆方向では、熱ＣＯＰの変化が約２％と小さく、サイクルタイムが約１０分で最大値となる。
【００３３】
図２は、図１で示した冷凍能力、熱ＣＯＰについて、冷却水の流れを逆方向とした場合の向上率をサイクルタイム毎に求めたものを示し、向上率は、冷凍能力、熱ＣＯＰ率について、［（逆方向の値）／（順方向の値）−１］×１００（％）としたものである。図２に示す結果から、２０分までのサイクタイムで、冷凍能力、熱ＣＯＰとも向上率が高いと言える。
【００３４】
一般的にサイクルタイムが長くなると効率（熱ＣＯＰ）は高くなる傾向にあるが、冷凍能力は下がる傾向にある。ただし、冷却水の流れが逆方向の場合、サイクルタイムを１０分以上としても、効率の向上は見込まれないので、サイクルタイムを１０分以下とするのが適切である。
【００３５】
このように、ゼオライトのような比較的低温で再生可能な吸着材を用いた吸着式冷凍装置を、温水入口温度５５℃とした比較的低い温水温度の条件で運転した場合に、冷却水を逆方向に流すのが、順方向に流すよりも冷凍能力、熱ＣＯＰ、それらの向上率ともに高くなり、好適な運転条件となる。
【００３６】
また、採用する吸着材によっては、条件に応じて、冷却水の流れを順方向と逆方向とに切り換えることで、全体として運転の効率を向上させられることが確認される。吸着材の吸脱着特性、温水温度、冷水温度、冷却水温度がわかれば、吸着速度と脱着速度のいずれが優位となるかは予測できるものであり、運転に際しては、脱着速度が優位であれば冷却水を順方向に流して吸着速度を高め、吸着速度が優位であれば冷却水を逆方向に流して脱着速度を高め、吸着速度と脱着速度を一致させるという方針で冷却水の流路を切り換えて運転することで運転効率が高められる。
【００３７】
〔吸着式冷凍機の構成形態〕
吸着式冷凍装置の運転形態において前述したように、冷却水を従来多く用いられているように順方向に流すのではなく、逆方向も含めて流すような装置構成とし、脱着速度が優位であれば冷却水を順方向に流して吸着速度を高め、吸着速度が優位であれば冷却水を逆方向に流して脱着速度を高める、という方針で冷却水の流路を切り換えて運転できるようにするのがよく、本発明ではこのような冷却水経路切換手段と、その制御装置を備える吸着式冷凍装置として構成するものである。
【００３８】
図３は、本発明による吸着式冷凍機の実施形態を示すものであり、基本的には図５の場合と同様の凝縮器、蒸発器、１対の熱交換器による構成があり、同じ構成部分には同じ参照番号を用いている。異なるのは、冷却水の入口側、出口側で流路を切り換えるための弁３０を備えることと、この弁の切り換えの操作を制御する流路切換弁制御部４０を備えることであり、図３に示す状態では、冷却水配管１１を通じて、先に凝縮器に冷却水を流した後に吸着側熱交換器に流す（逆方向）ように流路切換弁３０が設定されており、温水配管１２、冷水配管１３の配設形態、流路切換弁２１、２２を備える等の点も図５、６に示すのと同様である。
【００３９】
図３において、１は凝縮器、２は蒸発器、３は第１熱交換器、４は第２熱交換器で、それぞれは気密的構成である。５は第１熱交換器３と凝縮器１との連通口であり、ダンパ５ａにより開閉可能である。６は第２熱交換器４と凝縮器１との連通口であり、ダンパ６ａにより開閉可能である。７は第１熱交換器３と蒸発器２との連通口であり、ダンパ７ａにより開閉可能である。８は第２熱交換器４と蒸発器２との連通口であり、ダンパ８ａにより開閉可能である。
【００４０】
９は凝縮器１内部と蒸発器２の内部とを連通する配管であり凝縮器１内下部に設置された受皿９ａに貯留された水を移送し蒸発器２内の上側に設けられた排出部９ｂの排出口から排出するようになっている。１１は冷却水配管であり、凝縮器１内の伝熱管部分を通過した後に第２熱交換器４内の伝熱管部分を通過するようになっている。１２は温水配管であり、第１熱交換器室３内の伝熱管部分を通過するようになっている。１３は冷水配管であり、蒸発室２内の伝熱管部分を通過する。
【００４１】
第１熱交換器３、第２熱交換器４においては冷却水または温水が通過する伝熱管部分の周囲に水分の吸着材３ａ、４ａを配設した熱交換部材がそれぞれ設けられる。水分の吸着材としては、本発明においては、比較的低温で再生可能なゼオライトを用いるのがよい。伝熱管部分の周面に伝熱面積を拡大するには、伝熱管周面側にフィンを形成し、その表面に粘着材バインダを塗布し、水分吸着材粒子を埋め込み添着することにより形成される。伝熱管部分に冷水が通過する場合に吸着熱交換器となり、温水が通過する場合に脱着熱交換器となる。凝縮器１、第１熱交換器３、第２熱交換器４、蒸発器２内部は１／１００気圧程度の高真空に保持され、冷媒としての水が蒸気の状態または液体の状態で滞留しあるいは移動していく。
【００４２】
図３の状態で、第１熱交換器３における伝熱管部分に温水が流れる脱着工程となり、第２熱交換器４におけるの伝熱管部分に冷却水が流れる吸着工程となるように流路切換弁２１、２２が設定されており、次の工程が進行する。
【００４３】
（１）凝縮工程  凝縮器１内の伝熱管部分に冷却水が流れ、脱着工程で放散された水蒸気が冷却液化された後受皿９ａから配管９を介して蒸発器２内に移動して蒸発用に使用される。
（２）吸着工程  第２熱交換器４における伝熱管部分に冷却水が流れてその周囲の吸着材に吸着作用が生じ、蒸発器２から流入した水蒸気が吸着材に吸着される。
（３）脱着工程  第１熱交換器３における伝熱管部分に温水が流れ、その前のサイクルで蒸発器２から移行した水蒸気を吸着した周囲の吸着材が加熱されて水蒸気を放散し、水蒸気圧によりダンパ５ａが開く。凝縮器１の吸着側のダンパ６ａは閉じている。
（４）蒸発工程  減圧された蒸発器２内の伝熱管部分には冷水が流れ、伝熱管部分に降りかかる水が沸騰蒸発し、その気化熱として管内の水から熱を奪い冷却する。蒸発器２内で発生した蒸気の圧力で吸着側のダンパ８ａが開く。脱着側のダンパ７ａは閉じている。
ダンパ５ａ、８ａが開き、ダンパ６ａ、７ａが閉じた状態となるのは、脱着側で圧力が高く、吸着側で圧力が低くなることによる。
【００４４】
図３では、冷却水を逆方向に、すなわち、先に凝縮器１内に流れ、その後に第２熱交換器４内に流れる（逆方向）ように流路切換弁３０が設定されているが、流路切換弁３０を切り換えて、冷却水を先に第２熱交換器４内に流れ、その後に凝縮器１内に流れる順方向とした場合には図４に示す状態になる。図４に示す状態において、図３と同様に第１熱交換器３が脱着工程、第２熱交換器４が吸着工程になっている場合を示している。流路切換弁２１、２２は、流路切換弁３０による冷却水の方向切換えとは別に、設定されたサイクルタイムによる第１熱交換器３、第２熱交換器４の工程切換に応じて操作されるものであり、サイクルタイムの経過後では、流路切換弁２１、２２の切換操作がなされ、図６に示すのと同様に、第１熱交換器３が吸着工程、第２熱交換器４が脱着工程となる。
【００４５】
冷却水流路切換制御部４０は、別途設けられるセンサー（図示せず）での測定値から得られる温水温度、冷水温度、冷却水温度のデータや吸着材の特性等の所与の条件をもとに、脱着速度と吸着速度のいずれが優位かを判別する演算部、その演算部での判別に応じて、脱着速度が優位であれば冷却水を順方向に流し、吸着速度が優位であれば冷却水を逆方向に流すように流路切換弁３０を操作する操作制御部を備えるものである。この冷却水流路切換制御部４０は吸着式冷凍機の全体的制御部の一構成部分とした形態としてもよい。
【００４６】
上述した冷却水の順方向・逆方向の切換え操作を行う流路切換弁とその制御部を備える吸着式冷凍機では、所与の条件において、脱速速度が優位であれば冷却水を順方向に流して吸着速度を高め、吸着速度が優位であれば冷却水を逆方向に流して脱着速度を高め、吸着速度と脱着速度を一致させるように冷却水の流路を切り換えて運転するものである。この吸着式冷凍機では、動作のための温水の温度を５５℃程度まで低い温度とすることができ、再生可能エネルギーを活用した熱源を用いた省エネルギー型のものとして運転することができるとともに、運転効率、熱ＣＯＰが高められ、冷凍機の性能が高いものになる。
【符号の説明】
【００４７】
１    凝縮器
２    蒸発器
３    第１熱交換器
３ａ  吸着材
４    第２熱交換器
４ａ  吸着材
５    連通口
５ａ  ダンパ
６    連通口
６ａ  ダンパ
７    連通口
７ａ  ダンパ
８    連通口
８ａ  ダンパ
９    配管
９ａ  受皿
９ｂ  排出部
１１    冷却水配管
１２    温水配管
１３    冷水配管
２１    流路切換弁
２２    流路切換弁
３０    流路切換弁
４０    冷却水流路切換制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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