(57)【要約】      （修正有）【課題】小型軽量化及びコスト低減が可能な熱交換ユニット及び吸着式冷凍機を提供する。【解決手段】熱交換ユニット１は、金属製の薄板４で形成され内部に空間部５が形成された筺体部３と、上下２分割された空間部のうち下側空間部５ａに収容された熱媒体９と、上側の上部空間部５ｂに収容された吸着剤１１と、筺体部の下面の略全面に沿って延在し、冷原水及び冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第一通路１５と、筺体部の上面の略全面に沿って延在し、吸着剤を加温する温水及び吸着剤を冷却する冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第二通路１９と、を備え、下側空間部及び上側空間部は、前後方向に延在し且つ夫々の上下方向の高さｈｕ，ｈｄは、対応する下側空間部及び上側空間部の前後方向長さＬａ及び左右方向長さＬｂよりも短い。【選択図】図１
2017125649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の薄板で形成され内部に空間部が形成された筺体部と、
前記筺体部の前記空間部を上下２分割した空間部のうち下側の下側空間部に収容された熱媒体と、
前記筺体部の前記空間部を上下２分割した空間部のうち上側の上部空間部に収容されて前記熱媒体を吸着及び脱着可能な吸着剤と、
前記筺体部の下面の略全面に沿って延在し、前記熱媒体の蒸発潜熱によって冷却される冷原水及び前記熱媒体に凝縮潜熱を付与する冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第一通路と、
前記筺体部の上面の略全面に沿って延在し、前記熱媒体の脱着時に前記吸着剤を加温する温水及び前記熱媒体の吸着時に前記吸着剤を冷却する冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第二通路と、を備え、
前記下側空間部及び前記上側空間部は、対応する前記第一通路及び前記第二通路に沿って前後方向に延在するとともに、前記下側空間部及び前記上側空間部の夫々の上下方向の高さは、対応する前記下側空間部及び前記上側空間部の前後方向長さ及び左右方向長さよりも短く形成されている
ことを特徴とする熱交換ユニット。
【請求項２】
前記筺体部の前記上面は、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて前記第二通路を流れる温水及び冷却水の流れる方向に沿って延びる凹凸溝を左右方向に複数形成して構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニット。
【請求項３】
前記筺体部の前記下面は、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて前記第一通路を流れる冷原水及び冷却水の流れる方向に沿って延びる凹凸溝を左右方向に複数形成して構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換ユニット。
【請求項４】
前記下側空間部には、通気性を有した無機多孔質成形体が設けられ、前記無機多孔質成形体内に前記熱媒体が保持されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱交換ユニット。
【請求項５】
前記下側空間部には、通気性を有した多孔質アルミニウムが設けられ、前記多孔質アルミニウム内に前記熱媒体が保持されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱交換ユニット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の熱交換ユニットの前記吸着剤に前記熱媒体の吸着を行った後に前記熱交換ユニットの前記吸着剤から前記熱媒体の脱着を行うように構成されている
ことを特徴とする吸着式冷凍機。
【請求項７】
前記熱交換ユニットを複数備え、これら熱交換ユニットを多段接続することで、前記冷原水をカスケード冷却する
ことを特徴とする請求項６に記載の吸着式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、吸着剤を用いて熱媒体を吸着し及び脱着して冷却運転を可能にする熱交換ユニット及び吸着式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸着剤を利用して熱交換を行う吸着式の冷凍機が知られている。この吸着式の冷凍機は、７０℃以下６０℃程度の温排水を利用して５℃程度の冷水を作ることができる（例えば、特許文献１参照）。例えば、６０℃程度の廃熱は、洗浄温水、シャワー、お風呂などの温水に利用されていたが、夏場などには利用量が減少してしまう。ところが、特許文献１に記載の吸着式の冷凍機により熱交換を行うことで、６０℃程度の温水から作られた冷水を空調（冷房）などに利用することが可能となり、特に夏場における未利用廃熱の利用を促進して、より一層、省エネルギー化を図ることが可能となる。また、特許文献１に記載の吸着式の冷凍機は、その冷媒として水を使用するため、例えば、吸収式の冷凍機のように、腐食性冷媒を利用する場合と比較して、自然環境に対する負荷が非常に軽く、今後、更なる普及が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７５８６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の吸着式の冷凍機は、パネル形熱交換器を収容する熱交換器収納容器内を真空に保持する必要があるため、収納容器の板厚が厚くなり、また真空ポンプが必要になる。このため、装置自体が大きくなって重くなり、設置条件に制約が生じる。また部品点数が多く複雑な構造であることから高価になる。このため、吸着式冷凍機の普及が阻害されて利用範囲が狭められてしまう。
【０００５】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、このような従来技術の状況の基になされた発明であって、その目的とするところは、小型軽量化を図るとともに、構造を簡素化することでコスト低減を図ることが可能な熱交換ユニット及び吸着式冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる熱交換ユニットは、
金属製の薄板で形成され内部に空間部が形成された筺体部と、
前記筺体部の前記空間部を上下２分割した空間部のうち下側の下側空間部に収容された熱媒体と、
前記筺体部の前記空間部を上下２分割した空間部のうち上側の上部空間部に収容されて前記熱媒体を吸着及び脱着可能な吸着剤と、
前記筺体部の下面の略全面に沿って延在し、前記熱媒体の蒸発潜熱によって冷却される冷原水及び前記熱媒体に凝縮潜熱を付与する冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第一通路と、
前記筺体部の上面の略全面に沿って延在し、前記熱媒体の脱着時に前記吸着剤を加温する温水及び前記熱媒体の吸着時に前記吸着剤を冷却する冷却水のいずれかを選択的に通水可能な第二通路と、を備え、
前記下側空間部及び前記上側空間部は、対応する前記第一通路及び前記第二通路に前後方向に沿って延在するとともに、前記下側空間部及び前記上側空間部の夫々の上下方向の高さは、対応する前記下側空間部及び前記上側空間部の前後方向長さ及び左右方向長さよりも短く形成されている。
【０００７】
上記（１）に記載の熱交換ユニットは、下側空間部及び上側空間部は、対応する第一通路及び第二通路に沿って前後方向に延在するとともに、下側空間部及び上側空間部の夫々の上下方向の高さは、対応する下側空間部及び上側空間部の前後方向長さ及び左右方向長さよりも短く形成されている。このように構成すると、第一通路に冷原水を通水するとともに第二通路に冷却水を通水すると、冷原水の熱により熱媒体が蒸発し、その蒸気が上部空間部に流入して、冷却水によって冷却された吸着剤に吸着される。一方、第一通路に冷却水を通水するとともに、第二通路に温水を通水することで、温水の熱により加温された吸着剤から蒸気が脱着されて下側空間部に流入し、蒸気が第一通路の冷却水により冷却されて凝縮される。ここで、第一通路は筺体部の下面の略全面に沿って延在しているので、筺体部の下面を介して第一通路と熱媒体との接触面積を増大することができる。また、第二通路は筺体部の上面の略全面に沿って延在しているので、筺体部の上面を介して第二通路と吸着剤との接触面積を増大することができる。さらに、下側空間部及び上側空間部の夫々の上下方向の高さは、対応する下側空間部及び上側空間部の対応する夫々の前後方向長さ及び左右方向長さよりも短いので、第一通路を通水する冷原水又は冷却水と熱媒体との間の熱交換、第二通路を通水する温水又は冷却水と吸着剤との間の熱交換を効率的に行うことができる。また、熱交換ユニットは、筺体部の空間部の上側空間部に吸着剤を収容し、空間部の下側空間部に熱媒体を収容し、筺体部の下面の略全面に沿って第一通路が設けられ、筺体部の上面の略全面に沿って第二通路が設けられている。そして、筺体部は金属製の薄板で形成されている。このため、熱交換ユニットは小型軽量化及び構造の簡素化を図ることができる。よって、小型軽量化が可能であるとともに、コスト低減が可能な熱交換ユニットを実現できる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の記載の熱交換ユニットにおいて、
前記筺体部の前記上面は、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて前記第二通路を流れる温水及び冷却水の流れる方向に沿って延びる凹凸溝を左右方向に複数形成して構成されている。
【０００９】
上記（２）に記載の熱交換ユニットによれば、筺体部の上面は、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて第二通路を流れる温水及び冷却水の流れる方向に沿って延びる凹凸溝を左右方向に複数形成して構成されている。このため、凹凸溝によって筺体部の上面の表面積を増大することができる。したがって、第二通路を流れる温水又は冷却水と吸着剤との間の熱交換をより迅速に行うことができ、吸着剤に付着した熱冷媒の脱着及び吸着剤の冷却をより速やかに行うことができる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の記載の熱交換ユニットにおいて、
前記筺体部の前記下面は、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて前記第一通路を流れる冷原水及び冷却水の流れる方向に沿って延びる凹凸溝を左右方向に複数形成して構成されている。
【００１１】
上記（３）に記載の熱交換ユニットによれば、筺体部の下面は、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて第一通路を流れる冷原水及び冷却水の流れる方向に沿って延びる凹凸溝を左右方向に複数形成して構成されている。このため、凹凸溝によって筺体部の下面の表面積を増大することができる。したがって、第一通路を流れる冷原水又は冷却水と熱媒体との間の熱交換をより迅速に行うことができ、熱媒体の蒸発及び熱媒体の凝縮をより速やかに行うことができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれかに記載の熱交換ユニットにおいて、
前記下側空間部には、通気性を有した無機多孔質成形体が設けられ、前記無機多孔質成形体内に前記熱媒体が保持されているように構成される。
【００１３】
上記（４）に記載の熱交換ユニットによれば、下側空間部には、通気性を有した無機多孔質成形体が設けられ、無機多孔質成形体内に熱媒体が保持されている。無機多孔質成形体は、通気性（透水性）を有する他に、多数の孔により保水性を有する。このため、無機多孔質成形体内に保持された熱媒体と冷原水との間の熱交換を容易にすることができるとともに、蒸発する熱媒体の蒸気が無機多孔質成形体を透過して上側空間部内に流入させることができる。なお、無機多孔質成形体は、例えば、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール等で形成される。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれかに記載の熱交換ユニットにおいて、
前記下側空間部には、通気性を有した多孔質アルミニウムが設けられ、前記多孔質アルミニウム内に前記熱媒体が保持されているように構成される。
【００１５】
上記（５）に記載の熱交換ユニットによれば、下側空間部には、通気性を有した多孔質アルミニウムが設けられ、多孔質アルミニウム内に熱媒体が保持されている。アルミニウムは金属であるので電熱性に優れている。このため、熱媒体と冷却水との間の熱交換が容易となり、熱媒体の蒸発をより迅速に行うことができる。また、アルミニウムを多孔質に形成することで、通気性（透水性）及び保水性を持たせることができる。
【００１６】
（６）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる吸着式冷凍機は、
請求項１から４のいずれかに記載の熱交換ユニットの前記吸着剤に前記熱媒体の吸着を行った後に前記熱交換ユニットの前記吸着剤から前記熱媒体の脱着を行うように構成されている。
【００１７】
上記（６）に記載の吸着式冷凍機によれば、請求項１から５のいずれかに記載の熱交換ユニットの吸着剤に熱媒体の吸着を行った後に熱交換ユニットの吸着剤から熱媒体の脱着を行う。一つの熱交換ユニットで吸着剤に対して熱媒体の吸着及び脱着を行って冷原水を冷却する。このため、一対の熱交換ユニットによって熱媒体の吸着及び脱着を行って冷原水を冷却する場合と比較して、熱交換ユニットの数を減らすことができる。このため、小型軽量化を図ることができるとともに、構造を簡素化によるコスト低減を図ることが可能な吸着式冷凍機を実現できる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の吸着式冷凍機において、
前記熱交換ユニットを複数備え、これら熱交換ユニットを多段接続することで、前記冷原水をカスケード冷却するように構成される。
【００１９】
上記（７）に記載の吸着式冷凍機によれば、熱交換ユニットを複数備え、これら熱交換ユニットを多段接続することで、冷原水をカスケード冷却する。このように構成することで、冷原水は各熱交換ユニットで熱交換されて冷却されるので、冷原水の温度を各熱交換ユニットでより効率よく低下させることができる。また、吸着剤での蒸気の脱着時には、蒸気をより迅速に脱着することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、小型軽量化を図るとともに、構造を簡素化することでコスト低減を図ることが可能な熱交換ユニット及び冷凍機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる熱交換ユニットの断面構造図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる冷凍機の吸着運転時のシステム構造図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる冷凍機の脱着運転時のシステム構造図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる熱交換ユニットの筺体部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２３】
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
【００２４】
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
【００２５】
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
【００２６】
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２７】
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態にかかる熱交換ユニットの断面構造図である。なお、説明の都合上、図示した矢印の方向を前後方向及び左右方向として、以下説明する。
【００２９】
本実施形態の熱交換ユニット１は、図１に示すように、金属製の薄板４で形成され内部に空間部５が形成された筺体部３と、筺体部３の空間部５を上下２分割した空間部５のうち下側の下側空間部５ａに収容された熱媒体９と、筺体部３の空間部５を上下２分割した空間部５のうち上側の上側空間部５ｂに収容されて熱媒体９を吸着及び脱着可能な吸着剤１１と、筺体部３の下面３ａの略全面に沿って延在し、熱媒体９の蒸発潜熱によって冷却される冷原水Ｗａ及び熱媒体９に凝縮潜熱を付与する冷却水Ｗｃのいずれかを選択的に通水可能な第一通路１５と、筺体部３の上面３ｂの略全面に沿って延在し、熱媒体９の脱着時に吸着剤１１を加温する温水Ｗｈ及び熱媒体９の吸着時に吸着剤１１を冷却する冷却水Ｗｃのいずれかを選択的に通水可能な第二通路１９と、を備え、下側空間部５ａ及び上側空間部５ｂは、対応する第一通路１５及び第二通路１９に沿って前後方向に延在するとともに、下側空間部５ａ及び上側空間部５ｂの夫々の上下方向の高さｈｕ、ｈｄは、対応する下側空間部５ａ及び上側空間部５ｂの前後方向長さＬａ及び左右方向長さＬｂよりも短く形成されている。
【００３０】
図示した実施形態では、熱交換ユニット１の筺体部３は、金属製の薄板４（例えば、板厚が０．１mm〜０．０３mmのアルミニウム板）で形成され、上下方向に対称に形成された一対の筺体胴部２１、２１'を有して形成されている。筺体胴部２１、２１'は、平面視において前後方向に延びて長方形状に形成され凹状に凹んだ収納凹部２１ａと、収納凹部２１ａの周縁から外側へ延出するフランジ部２１ｂとを有してなる。フランジ部２１ｂは筺体胴部２１、２１'の前後両端部に形成されている。なお、フランジ部２１ｂは筺体胴部２１、２１'の前後両端部の他に左右両端部に形成されてもよい。
【００３１】
筺体部３は、一対の筺体胴部２１、２１'の夫々の収納凹部２１ａの開口側を対向配置するとともに、一対の筺体胴部２１、２１'の夫々のフランジ部２１ｂ同士を対向配置して、これらのフランジ部２１ｂ同士を接合（例えば、溶接）することで、筺体部３が一体形成される。フランジ部２１ｂ同士の溶接によって、対向配置された一対の収納凹部２１ａ内の空間部５は気密に保たれる。本実施形態では、空間部５は真空に保たれている。
【００３２】
一対の筺体胴部２１、２１'の接合時には、筺体胴部２１の空間部５（以下、「下側空間部５ａ」と記す。）内には熱媒体９が収納され、筺体胴部２１'の空間部５（以下、「上側空間部５ｂ」と記す。）内には吸着剤１１が収納される。本実施形態では、下側空間部５ａ内には通気性を有した無機多孔質成形体２３が収納され、この無機多孔質成形体２３内に熱媒体である水Ｗｂが保持されている。無機多孔質成形体２３は、例えば、通気性を有した多孔質（発泡）セラミック、セラミック、多孔質（発泡）アルミニウムのいずれでもよい。なお、無機多孔質成形体２３は、下側に多孔質（発泡）アルミニウムを配設し、多孔質（発泡）アルミニウムの上方に、セラミック又は多孔質（発泡）セラミックを配設した２段構造でもよい。
【００３３】
上側空間部５ｂ内に収納された吸着剤１１は、本実施形態では、粒状のゼオライトやシリカゲル等である。吸着剤１１を粒状にすることで、上側空間部５ｂを形成する筺体胴部２１'の金属製の薄板４に対して吸着剤１１を均一に接触させた状態にすることができる。
【００３４】
下側空間部５ａは、図示した実施形態では、下側空間部５ａの上下方向の高さｈｄが下側空間部５ａの前後方向長さＬａ及び左右方向長さＬｂよりも短くなるように形成されている。また、上側空間部５ｂは、上側空間部５ｂの上下方向の高さｈｕが上側空間部５ｂの前後方向長さＬａ及び左右方向長さＬｂよりも短くなるように形成されている。本実施形態では、ｈｄ＝ｈｕ＝約２．０ｍｍである。このように、下側空間部５ａ及び上側空間部５ｂの高さｈｄ、ｈｕを短縮化することで、第一通路１５を通水する冷原水Ｗａ又は冷却水Ｗｃと熱媒体９との間の熱交換、第二通路１９を通水する温水Ｗｈ又は冷却水Ｗｃと吸着剤１１との間の熱交換を効率的に行うことができる。
【００３５】
一対の筺体胴部２１、２１'のうち上方に配置される筺体胴部２１'の上面３ｂには、温水Ｗｈ及び冷却水Ｗｃのいずれかを選択的に通水可能な第二通路１９が配設されている。第二通路１９は、上面３ｂの略全面に沿って延在している。このため、第二通路１９と筺体胴部２１'との接触面積が増大して、第二通路１５内の温水Ｗｈ又は冷却水Ｗｃと、収納凹部２１ａ内の吸着剤１１との熱交換をより効率的に行うことができる。なお、第二通路１９は、温水Ｗｈ及び冷却水Ｗｃを選択的に供給可能に接続された温水供給配管３０及び冷却水供給配管３２に繋がっている（図２参照）。
【００３６】
一対の筺体胴部２１、２１'のうち下方に配置される筺体胴部２１の下面３ａには、冷原水Ｗａ及び冷却水Ｗｃのいずれかを選択的に通水可能な第一通路１５が配設されている。第一通路１５は、下面３ａの略全面に沿って延在している。このため、第一通路１５と筺体胴部２１との接触面積が増大して、第一通路１５内の冷原水Ｗａ又は冷却水Ｗｃと、収納凹部２１ａ内の熱冷媒である水Ｗｂとの熱交換を効率的に行うことができる。なお、第一通路１５は、冷原水Ｗａ及び冷却水Ｗｃを選択的に供給可能に接続された冷原水供給配管３４及び冷却水供給配管３２に繋がっている（図２参照）
【００３７】
次に、前述した熱交換ユニット１を備える吸着式冷凍機４０について説明する。吸着式冷凍機４０は、図２に示すように、複数の熱交換ユニット１ａ，１ｂ、１ｃ，１ｄ、１ｅ、１ｆ，１ｇを備えている。図示した実施形態では、７つの熱交換ユニット１ａ〜１ｇを備えている。熱交換ユニット１ａ〜１ｇには、温水Ｗｈ、冷却水Ｗｃ及び冷原水Ｗａが供給可能となっている。
【００３８】
温水Ｗｈは、工場、燃料電池、エンジンのラジエター等の廃熱から得られる比較的低温（例えば、６０〜７０℃程度）の温排水が利用可能である。また、例えば、太陽電池パネルは、冷却することで発電効率を向上できることが知られているが、本実施形態の吸着式冷凍機４０を、太陽電池パネルを冷却する際に生じる温排水を利用することも可能である。この場合、発電効率を向上しつつ温排水による冷水を得ることが可能になる。
【００３９】
冷却水Ｗｃは、熱交換ユニット１の吸着剤１１や熱冷媒である水Ｗｂを冷却するための水であり、通常は常温である。
【００４０】
冷原水Ｗａは、熱冷媒（水Ｗｂ）との熱交換によって冷却されて冷水（例えば、５℃程度）として熱交換ユニット１ｇから流出される水である。
【００４１】
熱交換ユニット１ａ〜１ｇの下部に形成された第一通路１５及び、熱交換ユニット１ａ〜１ｇの上部に形成された第二通路１９の夫々には、対応する上流側端部に入口１５ａ、１９ａが設けられ、下流側端部に出口１５ｂ、１９ｂが設けられている。複数の熱交換ユニット１ａ〜１ｇのうち冷原水Ｗａ及び冷却水Ｗｃが供給される側の最も上流側に配置された熱交換ユニット１ａの第一通路１５の入口１５ａには、冷原水Ｗａを供給するための冷原水通路４２と冷却水Ｗｃを供給するための冷却水通路４４とが電磁切替弁４６及び接続路５１を介して切替可能に接続されている。
【００４２】
この熱交換ユニット１ａの第一通路１５の出口１５ｂには、連通路６０を介して隣接する他の熱交換ユニット１ｂの第一通路１５の入口１５ａに連通している。以下、同様にして、熱交換ユニット１ｂ、１ｃ，１ｄ、１ｅ、１ｆの第一通路１５の出口１５ｂに連通路６０を介して隣接する他の熱交換ユニット１ｃ，１ｄ、１ｅ、１ｆの第一通路１５の入口１５ａに連通している。そして、冷原水Ｗａ及び冷却水Ｗｃが供給される側の最も下流側に配置された熱交換ユニット１ｇの第一通路１５の出口１５ｂには、冷原水Ｗａを排出するための冷原水排出通路６２と冷却水を排出するための冷却水排出通路６３とが接続路５２及び電磁切替弁４７を介して切替可能に接続されている。
【００４３】
一方、温水Ｗｈ及び冷却水Ｗｃが供給される側の最も上流側に配置された熱交換ユニット１ｇの第二通路１９の入口１９ａには、温水Ｗｈを供給するための温水通路６５と冷却水Ｗｃを供給するための冷却水通路６６とが電磁切替弁４８及び接続路５３を介して切換可能に接続されている。
【００４４】
この熱交換ユニット１ｇの第二通路１９の出口１９ｂには、連通路６１を介して隣接する他の熱交換ユニット１ａ，１ｂ、１ｃ，１ｄ、１ｅ、１ｆの第二通路１９の入口１９ａに連通している。以下、同様にして、連通路６１を介して、熱交換ユニット１ａ，１ｂ、１ｃ，１ｄ、１ｅの第二通路１９の出口１９ｂと隣接する他の熱交換ユニット１ａ，１ｂ、１ｃ，１ｄの第二通路１９の入口１９ａとが連通している。そして、温水Ｗｈ及び冷却水Ｗｃが供給される側の最も下流側に配置された熱交換ユニット１ａの第二通路１９の出口１９ｂには、温水Ｗｈを排出するための温水排出通路６８と冷却水Ｗｃを排出するための冷却水排出通路６９とが接続路５４及び電磁切替弁４９を介して切換可能に接続されている。
【００４５】
熱交換ユニット１ａの第一通路１５の入口１５ａに繋がる冷原水通路４２は冷原水供給配管３４から分岐して延びる。冷却水通路４４，６６は、冷却水供給配管３２から分岐して延びる。また、熱交換ユニット１ｇの第二通路１９の入口１９ａに繋がる温水通路６５は、温水供給配管３０から分岐して延びる。
【００４６】
一方、熱交換ユニット１ｇの第一通路１５の出口１５ｂに接続される冷原水排出通路６２は、冷原水戻り配管３５から分岐して延び、熱交換ユニット１ｇの第一通路１５の出口１５ｂに接続される冷却水排出通路６３は、冷却水戻り配管３６にから分岐して延びる。また、熱交換ユニット１ａの第二通路１９の出口１９ｂに接続される温水排出通路６８は、温水水戻り配管３７から分岐して延び、冷却水排出通路６９は、冷却水戻り配管３６から分岐して延びている。
【００４７】
第一通路１５の入口１５ａ側に繋がる流路に設けられた電磁切替弁４６と、第一通路１５の出口１５ｂ側に繋がる流路に設けられた電磁切替弁４７とは、夫々の開閉状態が同一となるように設定されている。また、第二通路１９の入口１９ａ側に繋がる流路に設けられた電磁切替弁４８と、第二通路１９の出口１９ｂ側に繋がる流路に設けられた電磁切替弁４９とは、夫々の開閉状態が同一となるように設定されている。
【００４８】
また、冷原水通路４２と冷却水通路４４に設けられた電磁切替弁４６は、開閉状態を切り替えることにより、冷原水Ｗａと冷却水Ｗｃとを選択的に第一通路１５に通水することができる。
【００４９】
一方、第二通路１９の入口１９ａ側及び出口１９ｂ側に設けられた電磁切替弁４８，４９の夫々は、入口１９ａ側、出口１９ｂ側ともに開閉状態が同一になるように設定されている。
【００５０】
また、冷却水通路６６と温水通路６５に繋がる電磁切替弁４８、及び温水排出通路６８と冷却水排出通路６９に繋がる電磁切替弁４９の開閉状態を切り替えることにより、温水Ｗｈと冷却水Ｗｃとを選択的に第二通路１９に流すことが可能となっている。
【００５１】
次に、上述した吸着式冷凍機４０の動作（制御方法）について説明する。先ず、複数の熱交換ユニット１ａ〜１ｇによって冷却運転（吸着運転）を行う。冷却運転（吸着運転）では、冷原水Ｗａを第一通路１５に通水するのに先行して、冷却水Ｗｃを第二通路１９に予め通水する予備通水を行う。この予備通水では、電磁切替弁４８，４９を開弁状態に切替える。この予備通水を行うことで、例えば、脱着工程で加温された後の吸着剤１１の温度を十分に低下させることができるので、吸着剤１１の本来の吸着性能を発揮させることが可能となる。この予備通水における冷却水Ｗｃの通水は、例えば、吸着剤１１の温度を十分に低下させるために必要な所定時間だけ継続される。ここで、予備通水による冷却水Ｗｃの通水を継続する所定時間は、試験等により求めることができる。
【００５２】
そして、電磁切替弁４８，４９を開弁状態に維持したままで、電磁切替弁４６，４７を開弁状態に切替えて、第一通路１５に冷原水Ｗａを通水させる。これにより冷原水Ｗａから熱冷媒（水）に伝熱されて、各熱交換ユニット１ａ〜１ｇの下側空間部５ａに収容された熱冷媒（水）が蒸発を開始する。この蒸発した熱冷媒（水Ｗｂ）は、上側空間部５ｂに流入して、冷却水Ｗｃによって冷却された状態の吸着剤１１に吸着される。ここで、第一通路１５は筺体部３の下面３ａの略全面に沿って延在しているので、筺体部３の下面３ａを介して第一通路１５と熱媒体の水Ｗｂとの接触面積を増大することができるので、冷原水Ｗａと熱冷媒の水Ｗｂとの熱交換を効率的に行うことができる。また、筺体部３を形成する薄板４は金属材料製であって肉厚が薄い（本実施形態では、板厚が０．１mm〜０．０３mm）ので、薄板４への伝熱時における熱損失を抑制することができる。よって、冷原水Ｗａと熱冷媒の水Ｗｂとの熱交換をより効率的に行うことができる。
【００５３】
そして、複数の熱交換ユニット１ａ〜１ｇの夫々の第一通路１５に冷原水Ｗａが通水することで、冷原水Ｗａを所望の温度の冷水にすることができる。
【００５４】
ここで、冷却運転時には、吸着剤１１への冷媒蒸気の吸着が完了（飽和）したことを、冷却水Ｗｃの入口温度（例えば、熱交換ユニット１ａの入口１５ａにおける冷却水Ｗｃの温度）と出口温度（例えば、熱交換ユニット１ｇの出口１５ｂにおける冷却水Ｗｃの温度）との偏差に基づき検知している。ここで、冷却運転時における吸着剤１１への吸着は、吸着が進むにつれて冷却水Ｗｃの入口温度と出口温度との偏差が小さくなる。このため、冷却運転時においては、冷却水Ｗｃの入口温度と出口温度との偏差が、吸着剤１１への冷媒蒸気の吸着完了を検知するために予め設定された偏差の閾値を下回ったときに、吸着が完了したことの検知が可能である。
【００５５】
冷却運転時に吸着の完了が検知されると、図３に示すように、開弁状態の電磁切替弁４６，４７を切替えるとともに、開弁状態の電磁切替弁４８，４９を切替えて再生運転（脱着運転）が行われる。したがって、第一通路１５に冷却水Ｗｃが通水するとともに、第二通路１９に温水Ｗｈが通水する。これにより温水Ｗｈの熱が吸着剤１１に伝熱され、吸着剤１１が暖められて吸着剤１１に吸着された冷媒蒸気が吸着剤１１から脱着（離脱）される。
【００５６】
吸着剤１１から脱着された冷媒蒸気は、上側空間部５ｂから下側空間部５ａに進入して、第一通路１５を流れる冷却水Ｗｃによって冷却されることで凝縮されて液体に変化する。つまり、冷却水Ｗｃによって冷媒蒸気に対して凝縮潜熱が付与される。
【００５７】
ここで、脱着運転時には、吸着剤１１からの熱媒体の脱着が完了したことを、温水Ｗｈの入口温度（例えば、熱交換ユニット１ｇの入口１９ａにおける温水Ｗｈの温度）と出口温度（例えば、熱交換ユニット１ａの出口１９ｂにおける温水Ｗｈの温度）との偏差に基づき検知している。ここで、脱着運転時における温水Ｗｈの入口温度と出口温度との偏差は、吸着が進むにつれて小さくなる。このため、脱着運転時においては、温水Ｗｈの入口温度と出口温度との偏差が、吸着剤１１からの冷媒蒸気の脱着完了を検知するために予め設定された偏差の閾値を下回ったときに、脱着の完了を検知することができる。
【００５８】
このようにして、冷却運転（吸着運転）と再生運転（脱着運転）とが繰り替えされて、冷原水Ｗａを連続的に所望の温度の冷水にして得ることができる。また、熱交換ユニット１ａ〜１ｇを多段接続して、冷原水Ｗａをカスケード冷却している。このため、最初の熱交換ユニット１ａで熱交換される冷原水Ｗａの温度を他の熱交換ユニット１ｂ〜１ｇでより効率よく低下させることができる。また、吸着剤１１での蒸気の脱着時には、蒸気をより迅速に脱着することができる。
【００５９】
また、熱交換ユニット１ａ〜１ｇは、筺体部３の空間部５の上側空間部５ｂに吸着剤１１を収容し、下側空間部５ａに熱媒体の水Ｗｂを収容し、筺体部３の下面３ａの略全面に沿って第一通路１５が設けられ、筺体部３の上面３ｂの略全面に沿って第二通路１９が設けられている。そして、筺体部３は金属製の薄板４で形成されている。このため、熱交換ユニット１ａ〜１ｇの小型軽量化及び構造の簡素化を図ることができる。よって、小型軽量化が可能であるとともに、コスト低減が可能な熱交換ユニット１ａ〜１ｇを実現できる。
【００６０】
また、下側空間部５ａには、通気性を有した無機多孔質成形体２３が設けられ、無機多孔質成形体２３内に熱媒体の水Ｗｂが保持されている。無機多孔質成形体２３は、通気性（透水性）を有するとともに、保水性を有するので、無機多孔質成形体２３内に保持された熱媒体の水Ｗｂと冷原水Ｗａとの間の熱交換を容易にすることができるとともに、熱媒体の水Ｗｂの蒸気を無機多孔質成形体２３から透過させて上側空間部５ｂ内に流入させることができる。
【００６１】
さらに、下側空間部５ａに多孔質アルミニウムを設ける場合には、アルミニウムは金属であるので電熱性に優れている。このため、熱媒体の水Ｗｂと冷却水Ｗｃとの間の熱交換が容易となり、熱媒体の水Ｗｂの蒸発を迅速に行うことができる。また、アルミニウムを多孔質に形成することで、透水性及び保水性を持たせることができる。
【００６２】
また、吸着式冷凍機４０の熱交換ユニット１ａ〜１ｇは、吸着剤１１で熱媒体の水Ｗｂの吸着を行った後に、吸着剤１１から熱媒体の水Ｗｂ脱着を行う。このため、一つの熱交換ユニットで吸着剤１１に対して熱媒体の吸着及び脱着を行って冷原水Ｗａを冷却することができる。従って、一対の熱交換ユニットによって熱媒体の吸着及び脱着を行って冷原水を冷却する場合と比較して、熱交換ユニットの数を減らすことができる。このため、小型軽量化を図るとともに、構造を簡素化することでコスト低減を図ることが可能な吸着式冷凍機４０を実現できる。
【００６３】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【００６４】
図４は、本発明の他の実施形態にかかる熱交換ユニット１の筺体部３の斜視図である。筺体部３の上面３ｂは、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて第二通路１９を流れる温水Ｗｈ及び冷却水Ｗｃの流れる方向に沿って延びる凹凸溝７２を左右方向に複数形成して構成されてもよい。
【００６５】
このように、筺体部３の上面３ｂが凹凸溝７２を形成してなることで、筺体部３の上面３ｂの表面積を増大することができる。したがって、第二通路１９を流れる温水Ｗｈ又は冷却水Ｗｃと吸着剤１１との間の熱交換をより迅速に行うことができ、また吸着剤１１に付着した熱冷媒の水Ｗｂの脱着及び吸着剤１１の冷却をより速やかに行うことができる。
【００６６】
また、図示していないが、筺体部３の下面３ａは、前後方向から見たときに凹凸状に湾曲形成されて第一通路１５を流れる冷原水及び冷却水の流れる方向に沿って延びる凹凸溝を左右方向に複数形成して構成されてもよい。このように、筺体部３の下面３ａが凹凸溝を形成してなることで、この凹凸溝によって筺体部３の下面３ａの表面積を増大することができる。したがって、第一通路１５を流れる冷原水又は冷却水と熱媒体９との間の熱交換をより迅速に行うことができ、熱媒体９の蒸発及び凝縮をより速やかに行うことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  熱交換ユニット
３  筺体部
３ａ  下面
３ｂ  上面
４  薄板
５  空間部
５ａ  下側空間部
５ｂ  上側空間部
９  熱媒体
１１  吸着剤
１５  第一通路
１５ａ，１９ａ  入口
１５ｂ、１９ｂ  出口
１９  第二通路
２１、２１'  筺体胴部
２１ａ  収納凹部
２１ｂ  フランジ部
２３  無機多孔質成形体
３０  温水供給配管
３２  冷却水供給配管
３４  冷原水供給配管
３５  冷原水戻り配管
３６  冷却水戻り配管
３７  温水戻り配管
４０  吸着式冷凍機
４２  冷原水通路
４４、６６  冷却水通路
４６、４７、４８、４９  電磁切替弁
５１、５２、５３、５４  接続路
６０、６１  連通路
６２  冷原水排水路
６３、６９  冷却水排出通路
６５  温水路
６８  温水排出通路
７２  凹凸溝
ｈｕ、ｈｄ  高さ
Ｌａ  前後方向長さ
Ｌｂ  左右方向長さ
Ｗａ  冷原水
Ｗｂ  水
Ｗｃ  冷却水
Ｗｈ  温水
【図１】
2017125649.tif 000003
【図２】
2017125649.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017125649.tif 000006