(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する吸着剤を有する吸着式冷凍機であって、
熱を発生する熱源（１０）と、
冷媒及び前記吸着剤が封入された冷凍用吸着器（２０）及び熱回収用吸着器（３０）とを備え、
前記冷凍用吸着器（２０）は、吸熱対象から熱を奪って冷媒を蒸発させるとともに、内部で発生した廃熱を室外空気に放熱し、
前記熱回収用吸着器（３０）は、室外空気から熱を奪って冷媒を蒸発させるとともに、前記熱源（１０）から供給される熱によって、前記熱回収用吸着器（２０）内に封入された吸着剤を加熱して、吸着された冷媒を脱離させ、
前記熱回収用吸着器（３０）の内部で発生した廃熱は、前記冷凍用吸着器（２０）に供給され、
さらに、前記冷凍用吸着器（２０）は、前記熱回収用吸着器（３０）から供給される廃熱によって、前記冷凍用吸着器（２０）内に封入された吸着剤を加熱して、吸着された冷媒を脱離させることを特徴とする吸着式冷凍機。
【請求項２】
前記冷凍用吸着器（２０）の廃熱を外部に放熱するための放熱器（５１）に液体を噴射し、前記放熱器（５１）の放熱能力を増大させる噴射装置（６０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機。
【請求項３】
前記冷凍用吸着器（２０）に封入された前記吸着剤と、前記熱回収用吸着器（３０）に封入された前記吸着剤とは、冷媒の吸着特性が異なるものであることを特徴とする請求項１または２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、吸着式冷凍機に関するもので、空調装置や冷蔵庫等の冷蔵装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式冷凍機を利用した空調装置は、例えば特開平５−１２６４３２号公報に記載のごとく、ケーシング内に水等の冷媒及びシリカゲル等の吸着剤を封入するとともに、ケーシング内の液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させ、一方、その蒸発した気相冷媒（水蒸気）を吸着剤にて吸着して液相冷媒の蒸発を持続させるものである。
【０００３】
そして、液相冷媒の蒸発が進行して吸着剤の水分吸着能力が飽和すると、ケーシング内の圧力が上昇して冷媒の蒸発が停止するので、水分吸着能力が飽和したときには、吸着剤を加熱して吸着された水分を脱離させ（以下、この行為を吸着剤の再生と呼ぶ。）、その後、再び水蒸気を吸着させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸着式冷凍機の冷凍能力を増大させるには、吸着剤が吸着する水分量を増大させる必要があるが、吸着剤が吸着する水分量を増大させると、吸着剤を再生するに必要な熱（以下、この熱を再生熱と呼ぶ。）も増大してしまう。
【０００５】
一方、吸着式冷凍機の成績係数（＝冷凍能力／再生熱量）は、吸着剤の能力によって変化するものの、概ね０．５〜０．８程度と蒸気圧縮式冷凍機の成績係数（３〜５）に比べて著しく低い。
【０００６】
このため、上記公報に記載のごとく、再生熱の熱源として太陽熱温水器からの熱やボイラーの廃熱等を利用する場合には、成績係数が低くても問題とならないが、火力発電による電力やガス等の化石燃料を燃焼させることにより得られる熱を再生熱の熱源とすると、二酸化炭素排出量の増大を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、二酸化炭素排出量が増大することを抑制しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成績係数を向上させることを目的とする。
【０００８】
【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、冷媒及び吸着剤が封入された冷凍用吸着器（２０）及び熱回収用吸着器（３０）とを備え、冷凍用吸着器（２０）は、吸熱対象から熱を奪って冷媒を蒸発させるとともに、内部で発生した廃熱を室外空気に放熱し、熱回収用吸着器（３０）は、室外空気から熱を奪って冷媒を蒸発させるとともに、熱源（１０）から供給される熱によって、熱回収用吸着器（２０）内に封入された吸着剤を加熱して、吸着された冷媒を脱離させ、熱回収用吸着器（３０）の内部で発生した廃熱は、冷凍用吸着器（２０）に供給され、さらに、冷凍用吸着器（２０）は、熱回収用吸着器（３０）から供給される廃熱によって、冷凍用吸着器（２０）内に封入された吸着剤を加熱して、吸着された冷媒を脱離させることを特徴とする。
【００１１】
これにより、冷凍用吸着器（２０）には、熱源（１０）から供給された熱に加えて室外空気から吸熱された熱が再生熱として供給されるので、二酸化炭素排出量が増大することを抑制しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成績係数を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、冷凍用吸着器（２０）の廃熱を外部に放熱するための放熱器（５１）に液体を噴射し、放熱器（５１）の放熱能力を増大させる噴射装置（６０）を備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、冷凍用吸着器（２０）の廃熱を確実に外部に放熱することができるので、確実に冷凍能力（冷熱）を得ることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、冷凍用吸着器（２０）に封入された吸着剤と、熱回収用吸着器（３０）に封入された吸着剤とは、冷媒の吸着特性が異なるものであることを特徴とする。
【００１５】
これにより、吸着剤の量をいたずらに増やして吸着冷凍機の大型化を招くことなく、冷凍能力及び成績係数を向上させることが可能となる。
【００１６】
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。
【００１７】
【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空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る空調装置（吸着式冷凍機）の模式図である。
【００１８】
１０は灯油等の化石（石油）燃料を燃焼させることにより熱を発生し、熱媒体（本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水）を加熱するバーナ（熱源）である。２０、３０は冷媒（本実施形態では、水）を蒸発又は凝縮させる吸着器であり、これら吸着器２０、３０は、同一構造を有するものであるので、吸着器２０を例に吸着器２０、３０の構造について述べる。
【００１９】
図２は吸着器２０の模式図であり、第１、２吸着ユニット２１、２２及び熱媒体流れを切り換える第１〜４切換弁Ｖ２１〜Ｖ２４を有して構成されたものである。そして、第１、２吸着ユニット２１、２２は、冷媒が封入された略真空のケーシング２１ａ、２２ａ、このケーシング２１ａ、２２ａ内に収納された冷媒を脱着する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）２１ｂ、２２ｂ、熱媒体と吸着剤２１ｂ、２２ｂとを熱交換する第１熱交換器２１ｃ、２２ｃ、及びケーシング２１ａ、２２ａ内に封入された冷媒と熱媒体とを熱交換する第２熱交換器２１ｄ、２２ｄ等からなる周知のものである。また、吸着剤２１ｂ、２２ｂは、周知のごとく、気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離するものである。
【００２０】
なお、前述のごとく、両吸着器２０、３０は同一構造であるので、吸着器３０のうち吸着器２０に対応するものは、図３に示すように、数字符号の２桁目を３とした。
【００２１】
また、図１中、４０は室内空気（冷却対象）と熱媒体とを熱交換する室内熱交換器（以下、室内器と略す。）であり、５１は吸着器２０から流出する熱媒体と室外空気（外部）とを熱交換する第１室外熱交換器（以下、第１室外器と略す。）であり、５２は吸着器３０から流出する熱媒体と室外空気（外部）とを熱交換する第２室外熱交換器（以下、第２室外器と略す。）である。
【００２２】
Ｐ１〜Ｐ５は熱媒体を循環させる第１〜７ポンプであり、第１〜５ポンプＰ１〜Ｐ５、第１〜４切換弁Ｖ２１〜Ｖ２４、Ｖ３１〜Ｖ３４及びバーナ１０は、電子制御装置（図示せず。）により制御されている。
【００２３】
次に、本実施形態に係る冷蔵装置（吸着式冷凍機）の作動について述べる。
【００２４】
先ず、吸着器２０、３０の作動を吸着器２０を例に述べる（図２参照）。
【００２５】
第１〜４切換弁Ｖ２１〜Ｖ２４が実線に示す状態になっているとき（以下、
この状態を第１状態と呼ぶ。）においては、第１吸着ユニット２１内の液相冷媒が第２熱交換器２１ｄを流通する冷媒から熱を奪って蒸発するとともに、その蒸発した気相冷媒（水蒸気）を吸着剤２１ｂにて吸着する。なお、水蒸気を吸着する際に発生する吸着熱（凝縮熱）は、第１熱交換器２１ｃを循環する熱媒体により吸熱される。
【００２６】
一方、第２吸着ユニット２２内の吸着剤２２ｂは、第１熱交換器２２ｃを介して加熱されて吸着していた冷媒（水分）を脱離する（再生される）。なお、脱離した水蒸気は第２熱交換器２２ｄにより冷却されて凝縮し、その凝縮熱が第２熱交換器２２ｄ内を流通する熱媒体に吸熱される。
【００２７】
そして、第１状態で所定時間運転し続け、吸着剤２１ｂの水分吸着能力及び吸着剤２２ｂの水分脱離量が飽和したときは、第１〜４切換弁Ｖ２１〜Ｖ２４を破線に示す状態（以下、この状態を第２状態と呼ぶ。）とする。これにより、第２吸着ユニット２２内の液相冷媒が第２熱交換器２２ｄを流通する冷媒から熱を奪って蒸発するとともに、その蒸発した気相冷媒（水蒸気）を吸着剤２２ｂにて吸着する。なお、水蒸気を吸着する際に発生する吸着熱（凝縮熱）は、第１熱交換器２２ｃを循環する熱媒体により吸熱される。
【００２８】
一方、第１吸着ユニット２１内の吸着剤２１ｂは、第１熱交換器２１ｃを介して加熱されて吸着していた冷媒（水分）を脱離する（再生される）。なお、脱離した水蒸気は第２熱交換器２１ｄにより冷却されて凝縮し、その凝縮熱が第２熱交換器２１ｄ内を流通する熱媒体に吸熱される。
【００２９】
その後、第１状態と第２状態とを所定時間毎に交互に行う。なお、所定時間は、吸着剤の水分吸着特性及び水分脱離特性等を考慮して適宜選定されるものである。
【００３０】
次に、冷蔵装置の全体作動（熱の流れ）について述べる。
【００３１】
第１〜５ポンプＰ１〜Ｐ５及びバーナ１０を稼働させる。
【００３２】
これにより、吸着器２０内で液相冷媒が蒸発することにより発生した冷凍能力（冷熱）は、第２熱交換器２１ｄ、２２ｄ及び熱媒体を介して室内器４０に伝達され、室内空気（吸熱対象）を冷却する。そこで、本実施形態では、吸着器２０を冷凍用吸着器２０と呼ぶ。
【００３３】
また、冷凍用吸着器２０内部で発生した廃熱（水蒸気が吸着される際に発生する吸着熱と脱離した水蒸気を冷却凝縮させる際に発生する凝縮熱）は、第１室外器５１から室外空気中に放熱される。
【００３４】
一方、吸着器３０内では、液相冷媒が第２室外器５２を流通する熱媒体から熱を奪って蒸発することにより、室外空気から熱を吸熱する。そこで、本実施形態では、吸着器３０を熱回収用吸着器３０と呼ぶ。
【００３５】
ところで、熱回収用吸着器３０は、バーナ１０の熱を再生熱として吸着剤３１ｂ、３２ｂを再生するとともに、内部で発生した廃熱（水蒸気が吸着される際に発生する吸着熱と脱離した水蒸気を冷却凝縮させる際に発生する凝縮熱）を冷凍用吸着器２０に供給する。そして、冷凍用吸着器２０は熱回収用吸着器３０の廃熱を再生熱として吸着剤を再生する。
【００３６】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３７】
本実施形態では、室内空気を冷却するのは冷凍用吸着器２０で発生する冷凍能力（冷熱）Ｑｒであり、冷凍能力Ｑｒを発生させるために冷凍用吸着器２０に供給する再生熱は、熱回収用吸着器３０の廃熱Ｑ１である。
【００３８】
一方、熱回収用吸着器３０の廃熱Ｑ１は、バーナ１０から供給した熱Ｑ２と熱回収用吸着器３０にて室外空気から回収した熱Ｑ３との和である。したがって、本実施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）は、Ｑｒ／（Ｑ１−Ｑ３）＝Ｑｒ／Ｑ２となるので、本実施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数は、冷凍用吸着器２０単体の成績係数（＝Ｑｒ／Ｑ１）が従来と同様に０．５〜０．８であっても、従来の技術に係る吸着式冷凍機より大きくなる。
【００３９】
つまり、本実施形態では、冷凍用吸着器２０には、バーナ１０から（熱回収用冷凍機３０を介して）供給された熱に加えて室外空気から回収された熱が再生熱として供給されるので、二酸化炭素排出量が増大することを抑制しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成績係数を向上させることができる。因みに、両吸着器２０、３０それぞれの成績係数を０．７５とすれば、本実施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数は１．３１となる。
【００４０】
（第２実施形態）
本実施形態は、図４に示すように、熱回収用熱交換器３０を２個（２段）としたものである。以下、本実施形態の特徴的作動を述べる。
【００４１】
なお、紙面左側の（バーナ１０から直接に熱の供給を受ける）熱回収用吸着器３０を第１熱回収用吸着器３０と呼び、紙面右側の（冷凍用吸着器２０に廃熱の供給する）熱回収用吸着器３０を第２熱回収用吸着器３０と呼ぶ。
【００４２】
第１熱回収用吸着器３０は、バーナ１０から直接に熱の供給を受けて吸着剤の再生を行いながら室外空気から熱を回収し、内部で発生した廃熱を第２熱回収用吸着器３０に供給する。第２熱回収用吸着器３０は、第１熱回収用吸着器３０の廃熱を受けて吸着剤の再生を行いながら室外空気から熱を回収し、内部で発生した廃熱を冷凍用吸着器３０に供給する。そして、冷凍用吸着器２０は、第２熱回収用吸着器３０の廃熱を受けて吸着剤の再生を行いながら室内空気を冷却して、内部で発生した廃熱を室外に放熱する。
【００４３】
したがって、本実施形態では、第１実施形態に比べて室外空気から回収する熱量を増大させることができるので、二酸化炭素排出量が増大することを抑制しつつ、吸着式冷凍機の冷凍能力及び成績係数をより一層向上させることができる。
【００４４】
因みに、第１熱回収用吸着器３０の成績係数を０．７５とし、第２熱回収用吸着器３０の成績係数を０．８５とし、冷凍用吸着器２０の成績係数を０．７９とれば、本実施形態に係る吸着式冷凍機の成績係数は２．５６となる。
【００４５】
（第３実施形態）
ところで、第１実施形態に係る吸着式冷凍機において、例えばバーナ１０から供給される熱媒体の温度が約８０℃とし、室外空気温度が３５℃として、室内温度（庫内温度）を１０℃とすると、熱回収用吸着器３０の廃熱温度は約５０℃となり、冷凍用吸着器２０の廃熱温度は約２０℃となり、冷凍用吸着器２０の廃熱温度が室外空気温度より低くなるので、冷凍用吸着器２０の廃熱を室外空気に放熱することができない。
【００４６】
そこで、本実施形態では、図５に示すように、第１室外器（放熱器）５１に霧状（ミスト状）の水（液体）噴射し、第１室外器５１の放熱能力を増大させる噴射装置６０を設けたものである。
【００４７】
因みに、噴射装置６０は、水タンク６１、噴射ポンプ６２及び噴射弁（インジェクタ）６３からなるもので、冷凍用吸着器２０の廃熱温度と室外空気温度との温度差が所定温度以下となったときに水を噴射するように構成されている。
【００４８】
これにより、冷凍用吸着器２０の廃熱を確実に室外（庫外）に放熱することができるので、確実に冷凍能力（冷熱）を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施形態は、第１実施形態に係る吸着式冷凍機に対して噴射装置６０を設けたものであったが、第２実施形態に係る吸着式冷凍機に設けてもよい。
【００５０】
（第４実施形態）
本実施形態は、冷凍用吸着器２０に封入された吸着剤の水分脱着特性と、熱回収用吸着器３０（第１、２熱回収用吸着器３０を含む。）に封入された吸着剤の水分脱着特性とを相違させたものである。
【００５１】
具体的には、第１実施形態に係る吸着式冷凍機において、例えばバーナ１０から供給される熱媒体の温度が約８０℃とし、室外空気温度が３５℃として、室内温度（庫内温度）を１０℃とすると、前述のごとく、熱回収用吸着器３０の廃熱温度は約５０℃となり、冷凍用吸着器２０の廃熱温度は約２０℃となる。
【００５２】
このとき、冷凍用吸着器２０が水分を吸着する際に吸着剤３１ｂ、３２ｂが晒される相対湿度は約５２％であり、水分を脱離するとき（再生時）の相対湿度は約１９％である。また、熱回収用吸着器３０が水分を吸着する際に吸着剤３１ｂ、３２ｂが晒される相対湿度は約４６％であり、水分を脱離するとき（再生時）の相対湿度は約２６％である。
【００５３】
したがって、冷凍用吸着器２０には、図６の吸着剤Ａで示すような水分脱着特性を有する吸着剤を使用すれば、吸着剤Ｂで示すような水分脱着特性を有する吸着剤を使用する場合に比べて、水分吸着量を増大させることができ、冷凍能力及び成績係数を向上させることができる。
【００５４】
一方、熱回収用吸着器３０には、図６の吸着剤Ｂで示すような水分脱着特性を有する吸着剤を使用すれば、吸着剤Ａで示すような水分脱着特性を有する吸着剤を使用する場合に比べて、水分吸着量を増大させることができ、冷凍能力及び成績係数を向上させることができる。
【００５５】
つまり、吸着器の作動相対湿度範囲の上限と下限とおいて、水分吸着量の差ができる限り大きくなるような水分脱着特性を有する吸着剤を採用すれば、吸着剤の量をいたずらに増やして吸着冷凍機の大型化を招くことなく、冷凍能力及び成績係数を向上させることが可能となる。
【００５６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では空調装置に本願発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷蔵装置等のその他の冷凍装置にも適用することができる。
【００５７】
また、熱回収用吸着器３０は、１個又は２個に限定されるものではなく、３個以上であってもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、吸着剤としてシリカゲルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸着剤として活性炭、ゼオライト、活性アルミナなどを用いてもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、熱源として化石燃料を燃焼させるバーナを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電機のエンジン廃熱、燃料電池の廃熱及び太陽熱等の１００℃以下の低温熱源であっても十分に機能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る冷凍用吸着器の模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る熱回収用吸着器の模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る吸着式冷凍機に使用される吸着剤の水分脱着特性（相対湿度と水分吸着量との関係）を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…バーナ（熱源）、２０…冷凍用吸着器、３０…熱回収用吸着器、
４０…室内熱交換器、５１…第１室外熱交換器（放熱器）、
５２…第１室外熱交換器。
【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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