【誤訳訂正書】
【提出日】平成21年9月1日(2009.9.1)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  再生式吸着方法および多反応器再生式吸着冷凍機
【特許請求の範囲】
【請求項１】  凝縮器と、蒸発器と、それぞれ吸着モードおよび脱着モードで交互に動作する複数の反応器とを備えた吸着冷凍機に利用する再生式吸着方法であって、
上記複数の反応器は、４以上の偶数個の反応器からなっており、
上記凝縮器に冷却液を通過させる工程と、
上記冷却液が上記凝縮器を通過する前もしくは通過した後、又は、通過する前及び通過した後に、該冷却液を、吸着モードで動作する反応器に通過させる工程と、
廃熱源からの廃熱を、脱着モードで動作する反応器に通過させる工程と、
定常運転下で、上記複数の反応器をそれぞれ、吸着モードと脱着モードとでほぼ同じ時間交互に動作させるとともに、上記複数の反応器の半数を吸着モードで動作させ且つ上記複数の反応器の他の半数を脱着モードで動作させる工程と、
始動時に、上記定常運転下で上記吸着モードで動作させる反応器群及び上記脱着モードで動作させる反応器群のそれぞれにおいて、１個の反応器づつ順次作動させる工程と、を備えた再生式吸着方法。
【請求項２】  上記吸着モードで動作する反応器を、直列または並列にあるいはその両方に配置する工程を備えている請求項１記載の再生式吸着方法。
【請求項３】  ６つの反応器を設ける工程を備えている請求項１記載の再生式吸着方法。
【請求項４】  上記冷却液を、上記吸着モードで動作する反応器に対して熱交換器の流路内で遷移流や乱流となる流量で流す工程を備えている請求項１記載の再生式吸着方法。
【請求項５】  上記廃熱を、上記脱着モードで動作する反応器に所定の流量で流す工程を備えている請求項１記載の再生式吸着方法。
【請求項６】  上記冷却液を、上記凝縮器に所定の流量で流す工程を備えている請求項１記載の再生式吸着方法。
【請求項７】  上記冷却液を吸着モードで動作する反応器に通過させる工程は、上記凝縮器から流出する冷却液を吸着モードで動作する反応器に通過させる工程である請求項１記載の再生式吸着方法。
【請求項８】  冷熱源から冷却液を受け取るように構成された凝縮器と、該凝縮器に接続され冷媒回路を構成する蒸発器と、それぞれ吸着モードおよび脱着モードで交互に動作する複数の反応器と、上記複数の反応器を制御する制御手段とを備えた多反応再生式吸着冷凍機であって、
上記複数の反応器は、４以上の偶数個の反応器からなっていて、それぞれ、吸着モード動作時に上記冷却液が上記凝縮器を通過する前もしくは通過した後、又は、通過する前及び通過した後に、該冷却液を直接または間接に受け取る冷却液入口と、脱着モード動作時に廃熱源からの廃熱を直接または間接に受け取る廃熱入口とを有し、
上記制御手段は、
定常運転下で、上記複数の反応器をそれぞれ、吸着モードと脱着モードとでほぼ同じ時間交互に動作させるとともに、上記複数の反応器の半数を吸着モードで動作させ且つ上記複数の反応器の他の半数を脱着モードで動作させる定常運転制御手段と、
始動時に、上記定常運転下で上記吸着モードで動作させる反応器群及び上記脱着モードで動作させる反応器群のそれぞれにおいて、１個の反応器づつ順次作動させる始動制御手段と、を有している多反応器再生式吸着冷凍機。
【請求項９】  上記複数の反応器は、使用時、吸着モードで動作する反応器群が直列または並列にあるいはその両方に接続され上記冷却液を受け取る第１の部分反応器群を構成するとともに、脱着モードで動作する反応器群が直列に接続され上記廃熱源から廃熱を受け取る第２の部分反応器群を構成するように直列に配置されている請求項８記載の多反応器再生式吸着冷凍機。
【請求項１０】  上記複数の反応器のそれぞれは、熱交換材から構成されていて、物理吸着または化学吸着あるいはその両方により吸着質を結合させる吸着剤を収容している請求項８記載の多反応器再生式吸着冷凍機。
【請求項１１】  上記吸着剤はシリカゲルである請求項１０記載の多反応器再生式吸着冷凍機。
【請求項１２】  上記複数の反応器は、上記凝縮器から流出される冷却液を直接または間接に受け取る請求項８又は９記載の多反応器再生式吸着冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、通常約１５０℃以下の温度を有する廃熱を利用して有効な冷却を行うよう構成された再生式吸着方法および吸着冷凍機に関する。
【０００２】
発明の背景
２反応器吸着冷凍機は、既に日本で成功し、市販されている［１、２］。このような冷凍機は、シリカゲル−水作動ペアを利用することにより、環境に排出される前に低質廃熱の潜在力を経済的に利用するよう管理している。吸着冷凍機に関する限り、潜在的な廃熱の有効冷却への変換効率を向上させる方法がいくつか考案されている。例えば、このような廃熱を最終的に排出する前に吸着冷凍機群に直列に利用する方式が提案されている。別の例としては、冷媒蒸気の多段熱圧縮により脱着温度を大幅に低下させる方式が既に提案されている［３］。これにより、廃熱を環境に最終的に放出する前にさらに利用することができる。従来技術の開発の傾向からみて、一定の機械設備投資、廃熱流量および冷却液流量から最大冷却能力を導出できるように変換効率をさらに向上させることができれば望ましい。
【０００３】
冷水出口温度の安定が必要であることも同様に重要なことである。市販の入手可能な１０ｋＷ２反応器吸着冷凍機に関する実測値に基づけば、通常の動的定常運転下では、冷水出口温度は一般に±１．５℃で変動する［４］。このような変動は体感冷却要件や大雑把なプロセスの冷却要件では許容されるが、減湿やその他厳格な冷却用途では問題を発生し始める。後者の利用分野では、温度変動を緩和するために、下流側に蒸気圧縮または吸収冷却装置が使用されている。したがって、下流側温度平滑化装置を小型化もしくは不要にすることさえできるように冷水出口温度をより平滑にできれば望ましい。
【０００４】
サトウ他［５−６］は、１つ以上の蒸発器から流出する冷媒により吸着器を冷却するこ
とを必要とする多反応器方法を提案している。蒸発した冷媒が吸着器で過熱する場合には、冷水を冷却する専用の蒸発器を設けることが望ましくかつより実用的である。これら引用文献では、通常、反応器の配置に関して主従の構成が存在する。このような反応器群の主従構成は、下流側反応器の利用が不充分であることを示している。したがって、そのような不自由な構成を解消できれば好ましい。
【０００５】
他の多くの構成［７−１４］は、再循環流体を使用して冷凍機の成績係数を上昇させている。これらの構成は、一般に経済的に高価な高温熱源用に設計されており、脱着器に関しては低温側の燃焼温度を吸着器に関しては高温側の冷却温度をそれぞれ顧みずに設計されている。低温（通常、１５０℃以下）の廃熱利用の場合、そのような方法は実行できないかもしれない。したがって、この場合、冷凍機の冷却処理能力を最大化することが目的になる。
【０００６】
本発明は、廃熱の有効冷却への回収効率を向上させるので有利である。吸着器および凝縮器用の冷却液が希少な資源であることが分かっているので、本発明は、一定の廃熱および冷却流の流量に対して最大の冷却能力を達成することを目標とする。このことは、さらに、廃熱の有効冷却への変換効率を確実に最大化するとともに、一定の冷却能力に対して配管材料を削減することができるので、有利である。
【０００７】
さらに、本発明は、冷水出口温度をより安定化させることにより下流側温度平滑化装置を小型化するかあるいは不要にすることさえできるので、有利である。
【０００８】
さらに、本発明は、冷凍機を起動させた時に反応器の順次始動に備えることにより製氷の危険性を低減させることができるので、有利である。
【０００９】
発明の概略
本発明の一特徴によれば、凝縮器と、蒸発器と、それぞれ吸着モードおよび脱着モードで交互に動作する複数の反応器とを備えた吸着冷凍機に利用する再生式吸着方法であって、上記凝縮器に冷却液を通過させる工程と、上記凝縮器から流出する冷却液を、吸着モードで動作する反応器に通過させる工程と、廃熱源からの廃熱を、脱着モードで動作する反応器に通過させる工程とを備え、上記複数の反応器は、それぞれ吸着モードと脱着モードとでほぼ同じ時間交互に動作するとともに吸着モード動作時に上記凝縮器から流出する冷却液を受け取り脱着モード動作時に上記廃熱源から廃熱を受け取る第１の反応器となる機会を平等に有するような工程表に基づいて動作される再生式吸着方法を提供する。
【００１０】
本発明の別の特徴によれば、冷熱源から冷却液を受け取るよう構成された凝縮器と、上記凝縮器に接続され冷媒回路を構成する蒸発器と、それぞれ吸着モードと脱着モードとで動作可能であり、それぞれ吸着モード動作時に上記凝縮器から流出された冷却液を直接または間接に受け取る冷却液入口と脱着モード動作時に廃熱源からの廃熱を直接または間接に受け取る廃熱入口を有する複数の反応器と、上記各反応器が吸着モードと脱着モードとでほぼ同じ時間交互に動作するとともに吸着モード動作時に上記凝縮器から流出する冷却液を受け取り脱着モード動作時に上記廃熱源から廃熱を受け取る第１の反応器となる機会を平等に有するように上記複数の反応器を制御する制御手段とを備えている多反応器再生式吸着冷凍機を提供する。
【００１１】
上記吸着モードで動作する反応器は、特定の操作に応じて、そして使用されている反応器の総数にも応じて直列または並列にあるいはその両方に配置してもよい。しかしながら、脱着モードで動作する反応器は直列に配置される。
【００１２】
好ましい実施形態では、上記複数の反応器は、偶数の反応器からなっており、上記方法
のほぼ全ての時点で上記複数の反応器の半数が吸着モードで動作し上記複数の反応器の他の半数が脱着モードで動作するようになっている。上記複数の反応器は少なくとも４つの反応器からなっていることが最も好ましい。
【００１３】
上記吸着モードと脱着モードとでそれぞれ動作する複数の反応器を通過する冷却液と廃熱の各流量は、上記冷凍機の固有の寸法と熱交換器の固有の構成に応じた適切な流量であればよい。上記冷却液は、上記吸着モードで動作する反応器に適切な流量で流されることが好ましい。適切な流量は、冷水、冷却液あるいは熱源であろうと、熱交換器の流路内で遷移流や乱流となる流量であれば好ましい。上記複数の反応器が４つ以上の反応器からなっている場合、吸着モードで動作する反応器を流れる冷却液の流量は、吸着モードで動作する反応器が直列に配置されているか並列に配置されているかにかかわりなく、上記適切な流量であれば好ましい。寸法と流量は、当業者であれば決定することができる。
【００１４】
上記廃熱は、上記脱着モードで動作する反応器に適切な流量で流されることが好ましい。上記複数の反応器が４つ以上の反応器からなっている場合には、脱着モードで動作する反応器を通過する廃熱の流量を上記適切な流量に合わせることがさらに好ましい。
【００１５】
同様に、上記凝縮器を流れる冷却液の流量を本発明の特定用途を対象として決定してもよい。上記吸着モードで動作する反応器を流れる冷却液の流量が上記凝縮器を流れる冷却液の流量に多少依存することが分かる。好ましい実施形態では、上記凝縮器を流れる冷却液の流量は上述した適切な流量に設定される。
【００１６】
上述したように、上記吸着冷凍機は、凝縮器と、蒸発器と、それぞれ吸着モードと脱着モードとで交互に動作する複数の反応器を備えている。好ましい実施形態では、上記複数の反応器は、使用時、吸着モードで動作する反応器群が直列または並列にあるいはその両方に接続され上記凝縮器から冷却液を受け取る第１の部分反応器群を構成するとともに、脱着モードで動作する反応器群が直列に接続され上記廃熱源から廃熱を受け取る第２の部分反応器群を構成するように直列に配置されている。
【００１７】
各反応器は、熱交換材から構成され、吸着剤を収容していることが好ましい。この吸着剤は、シリカゲル等、物理吸着または化学吸着あるいはその両方によって、通常の冷却塔温度で水蒸気、アンモニア、メタノール等の冷媒を吸着でき、適度な低温（通常は１５０℃以下）で冷媒を脱着できる物質であれば何でもよい。冷却塔からの冷却液は、最初に凝縮器を通過し、次に吸着モード動作の各反応器を順次あるいは並行して通過する。廃熱源は脱着モード動作の一反応器から同じモードの次の反応器へ順次流される。廃熱は、最後の脱着モード動作の反応器を通過した後、この装置から放出される。
【００１８】
上記複数の反応器は、各反応器が吸着モードと脱着モードとでほぼ同じ時間交互に動作し、上記凝縮器から流出する冷却液かあるいは廃熱のどちらかを受け取る第１の反応器となる機会を平等に有するような工程表に基づいて動作されるようになっている。このような工程表により、冷水出口温度の最大限の平滑化を確実に実現することができる。さらに、この配置により、廃熱からエネルギーを最大限に抽出することが容易になり、冷却能力を最大限に高めることができる。最初に凝縮器を冷却した後、吸着モード動作の反応器を冷却することにより、使用する冷却液流量を確実に最小限にすることができる。
【００１９】
本発明の明細書の一部に組み込まれそれを構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示するものであり、本発明の原理を説明するために使用される。しかしながら、図面は例示のみを目的としており、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２０】
発明の実施形態の説明
ここで図面に基づき詳細に説明するにあたり、図１は本発明の多反応器再生式吸着冷凍機の一実施形態を示す。Ｎ反応器再生式吸着冷凍機は、Ｎ個の反応器と１個の凝縮器と１個の蒸発器とを備えており、Ｎは冷水出口温度の最適な平滑化を実現するために偶数である。
【００２１】
一般に、吸着冷凍機使用時のどの時点でも、Ｎ／２個の反応器が吸着モードで動作し、他のＮ／２個の反応器が脱着モードで動作する。冷熱源からの冷却液は位置２で凝縮器に入り、凝縮器を流れる。続いて、冷却液は、反応器が並列配置であるか直列配置であるかに応じて１つの弁（複数の弁）２ａから吸着モードで動作する１個以上の反応器に入る。定格量の冷却液が吸着モードで動作する反応器を流れ、最終的に出口４から放出される。凝縮器からの過剰冷却液は出口５から除去される。
【００２２】
熱源は、いずれか１つの入口１に導入され、脱着モードで動作するＮ／２個の全ての反応器を順次流れて、出口３から放出される。反応器は、各反応器が吸着モードと脱着モードとで同じ半サイクル時間交互に動作するとともに各反応器が凝縮器から流出する冷却液を入口２ａから受け取るかあるいは弁１から廃熱を受け取る第１の反応器となる機会を平等に有するような工程表に基づいて動作されるようになっている。このエネルギー工程表は、以下の表群に基づいて最もよく理解できると思われる。
【００２３】
次表は直列冷却式４反応器系の一般的な工程表を示す。
【００２４】
【表１】
2003511641.tif 000001
【００２５】
並列冷却式４反応器系の対応する工程表は上表から推測することができる。
【００２６】
次表は直列および／または並列冷却式６反応器系の一般的な工程表を示す。
【００２７】
【表２】
2003511641.tif 000002
【００２８】
上述したように、吸着モードで動作する１個以上の反応器を並列に冷却することも可能である。この場合、一般に、凝縮器を流れる冷却液の流量に左右される。通常、吸着モードで動作する１個以上の反応器を並列に冷却することは、６個以上の反応器を有する系にとってより実用性がある。
【００２９】
【表３】
2003511641.tif 000003
【００３０】
総体的に、Ｎが偶数である場合のＮ反応器冷凍機の工程表を表１で示している。原則としては、Ｎは奇数であってもよいが、その場合は出口冷水の温度平滑化を最適にすることにはならない。Ｎ反応器系を順次始動するように装置すれば有利である。すなわち、始動時に、吸着モードで動作する反応器群および脱着モードで動作する反応器群を一度に１個だけ作動させ、蒸発温度の急降下を防止して蒸発器内の製氷の危険性を低下させるようにすることが好ましい。
【００３１】
以下の技術解析は、本発明の効力を実証するためにのみ供するものである。この解析は、本発明の利点を定量的に実証するよう特定の技術仕様を利用した。その他異なる技術仕様や異なる形式に基づく同様の解析も可能である。したがって、本解析の関連仕様は、どのような点でも本発明を限定するものとみなすべきではない。
【００３２】
解析の仕様：
線形推進力（ＬＤＦ）反応速度式、式（１）
シリカゲル−水二元系、式（２）
反応器、蒸発器および凝縮器の集中定数処理
表４に表す仕様
提案された多層再生方法の性能予測は、市販の２層冷凍機に関する証明済みの設計規則を延長したものに基づいている［１５−１６］。元の形式の構造は、凝縮器と蒸発器に関するエネルギー平衡が１層以上との相互作用を説明するために付け加えられなければならないことを除けば、ほとんど変わっていない。同様に、熱平衡式と質量平衡式も追加する必要がある。これらの式は層の過渡的動作も扱わねばならない。吸着または脱着速度は線形推進力反応速度式に左右される。すなわち、
【００３３】
【数１】
2003511641.tif 000004
【００３４】
上記の係数はチハラとスズキ［１７］によって求められたものであり、q＊は製造者独自のデータ［１９］に基づく次の実験的等温式［１９］によって与えられる。
【００３５】
【数２】
2003511641.tif 000005
【００３６】
蒸発器との相互作用時における層Ｉのエネルギー平衡は、熱損失を無視して次のように記述できる。
【００３７】
【数３】
2003511641.tif 000006
【００３８】
冷却液のエネルギー平衡は次のように表現できる。
i = 1ないしNの場合、
【００３９】
【数４】
2003511641.tif 000007
【００４０】
【数５】
2003511641.tif 000008
【００４１】
層Ｉが凝縮器からの冷却液によって直接冷却されている場合は、
【００４２】
【数６】
2003511641.tif 000009
【００４３】
であり、層Ｉ−１からの冷却液によって冷却されている場合は、
【００４４】
【数７】
2003511641.tif 000010
【００４５】
【数８】
2003511641.tif 000011
【００４６】
常に以下の関係式
【００４７】
【数９】
2003511641.tif 000012
【００４８】
が成り立つので、過渡的な等積吸着熱は瞬間的な吸着質濃度に対して敏感でないことが推測された。等積吸着熱はサコダとスズキの研究［２０］から得られた。
【００４９】
層Ｊが凝縮器と相互作用している場合、層Ｊのエネルギー平衡は次のように記述できる。
【００５０】
【数１０】
2003511641.tif 000013
【００５１】
冷却液のエネルギー平衡は次のように記述できる。
i = 1ないしNの場合、
【００５２】
【数１１】
2003511641.tif 000014
【００５３】
【数１２】
2003511641.tif 000015
【００５４】
層Ｊが廃熱源により直接加熱されている場合は、
【００５５】
【数１３】
2003511641.tif 000016
【００５６】
であり、層Ｊ−１からの温熱流によって再生されている場合は、
【００５７】
【数１４】
2003511641.tif 000017
【００５８】
【数１５】
2003511641.tif 000018
【００５９】
凝縮器は、層と蒸発器に対して無視できる冷凍量を保持しているとみなされた。しかしながら、凝縮器の熱交換管が製造者により波形状に設計されているので、その高くなった表面が必然的に表面上に凝縮物の薄い膜を有することになる。これにより、凝縮器を常に冷媒飽和蒸気圧に確実に維持することができる。したがって、dqbed,J/dt > 0の場合、θJ＝０である。
【００６０】
層の切替え時、層圧力は層温度と並行して変化する。それ故、本形式では、そのような動作を容積一定である（すなわち、dq/dτ=0）とみなした。この動作相も上述の式で説明できる。そして、圧力は、等温式で規定されている。
【００６１】
蒸発器は、通常、常にＮ／２個の層と相互作用しているので、そのエネルギー平衡を次
のように表現できる。
【００６２】
【数１６】
2003511641.tif 000019
【００６３】
液冷媒質量の変化速度は
【００６４】
【数１７】
2003511641.tif 000020
【００６５】
によって与えられる。
【００６６】
層ｋが蒸発器と相互作用している場合は、θk＝１であり、凝縮器と相互作用している場合は、dqbed,k/dt ≦0のときθk＝１、dqbed,k/dt >0のときθk＝０である。
【００６７】
冷水のエネルギー平衡は次のように表現できる。
i = 1ないしＮ１の場合、
【００６８】
【数１８】
2003511641.tif 000021
【００６９】
【数１９】
2003511641.tif 000022
【００７０】
最後に、通常Ｎ／２個の層と相互作用している凝縮器のエネルギー平衡とその冷却液のエネルギー平衡はそれぞれ次のように表現できる。
【００７１】
【数２０】
2003511641.tif 000023
【００７２】
および、i = 1ないしＮ２の場合、
【００７３】
【数２１】
2003511641.tif 000024
【００７４】
【数２２】
2003511641.tif 000025
【００７５】
直観的に明らかなように、Ｎ層冷凍機の動的定常運転時に、全ての層が対称的に動作している場合、層間の最適の位相差は２ω／Ｎとなり、Ｎは偶数でなければならない。このようにすれば、凝縮器と蒸発器が温度変動を確実に最小限にすることができる。
【００７６】
上述した結合式の集合は、ＩＭＳＬフォートラン(Fortran)ライブラリサブルーチン群のＤＩＶＰＡＧサブルーチンで発見されたアダムス−ムールトン(Adams-Moulton)法により解かれる。その許容差は１Ｅ−８に設定された。初期条件が規定されると、冷凍機は過渡状態から動的定常状態まで運転可能になる。Pentium ２３３ＭＨｚ、６４ＭＢパーソナルコンピュータ上では、６層冷凍機の運転を算出するのに約１１０分かかる。
【００７７】
無次元サイクル平均冷凍能力は次のように定義される。
【００７８】
【数２３】
2003511641.tif 000026
【００７９】
先に述べたように、本発明は廃熱を最終的に環境に放出する前に利用することを目指しているので、環境のエンタルピーに対する廃熱のエンタルピーは、系に入力される一定のエネルギーであるとみなすことができる。その結果、従来の成績係数と違って、冷却能力の最大化をより適切に行うことができる。従って、次の変換効率が定義される。
【００８０】
【数２４】
2003511641.tif 000027
【００８１】
環境温度はTc,iに選定された。
【００８２】
２層冷凍機、４層冷凍機および６層冷凍機の性能比較
公平な評価を行うため、最適の位相差で動作する４層冷凍機と６層冷凍機の性能を市販の２層冷凍機の結果と比較する。
【００８３】
市販の２層冷凍機のパラメータと多層冷凍機のパラメータを表４で対照する。吸着剤、残留冷媒および熱交換材の総質量は一定に保持された。本明細書では、吸着器が表４に示す定格流量で冷却される様々な場合を提示した。これにより、熱交換が遷移流領域で行われ、ポンプ能力を確実に最大値に保つことができる。常に、全ての冷却液を吸着器に送給することができる。熱交換の向上はポンプ能力を犠牲にすることになる。
【００８４】
この比較は、本発明の長所を実証する例であることのみを意味する。様々なパラメータ
に設定された特定の数は、決して本発明を限定するものと解釈するべきではない。
【００８５】
【表４】
2003511641.tif 000028
【００８６】
製造コストは必然的に層数とともに上昇する。しかし、その時点の経済的条件次第で、２層冷凍機を超える多層冷凍機の性能向上が設備投資の増大に負担をかけすぎることがある。構造的には、コストの急激な上昇があるべきではない。２層冷凍機の高価な漏れ止め外殻を大幅に変更する必要はない。仕切りと、勿論、２層のそれぞれの断熱配管を溶接して多層系統を形成するだけでよい。２層系統の大口径真空定格の電磁開閉弁４個は、一般に、Ｎ層系統では、２Ｎ個の類似しているがより小さい弁に取り替えられる。２層冷凍機と全く同様に、これらの開閉弁とその関連配管が層と蒸発器および凝縮器との間の圧力降下を最低限に抑制するように設計されていることが重要である。一般に、付加される各層は流量制御のために５つの普通用電磁ゲート弁を必要とする。
【００８７】
図２は様々な多層方式の回収効率ηを無次元サイクル時間ωの関数として示す。１４．５５の標準定格ω（４５０秒のサイクル時間に相当）の２層冷凍機の回収効率は０．０４７８である。２層から４層では、回収効率が約７０％上昇する一方、４層から６層では、回収効率がさらにもう４０％増加する。６層並列構成はその直列等価物よりもわずかに優れていることが観察できるが、複雑さを加える分の代価を支払わなければならない。具体的には、流量測定を設計時と試運転時に念入りに行って凝縮器から直列の２層および並列の１層に充分な流れがあるようにしなければならない。回収効率が層数とともに向上することが期待できるが、それは製造コストと釣り合いが取れている必要がある。これらの方式は全て最適切替え時間ωswで操作されて冷水出口最大ピーク温度を抑制すると言うことができる。動作速度は層数とともに減少するので、最適切替え時間はそれに応じて増加す
る傾向を有する。２層、４層、６層並列および６層直列のωswは、それぞれ、１．１３、１．２９、１．４６および１．７８である。
【００８８】
図３は、動的定常状態時の冷却液、廃熱流および冷水の無次元出口温度を示す。６層並列構成の場合の傾向は、分かりやすくするために省略した。廃熱出口温度が概して層数とともに低下し、そのことが廃熱を放出する前にその利用度を向上させていることを表していることが分かる。２層の場合の凝縮器冷却液ピーク温度は大幅に低下し、それに続く吸着器の冷却動作に適するようになる。多層冷凍機の場合、冷水出口温度は平滑化される傾向を有する。このことは、プロセス冷却と減湿を要求する下流側冷却装置を不要にすることになる。同じ量の資源割当ての場合、必然的に冷水出口温度とサイクル平均冷却能力が熱源流量と冷却液流量の減少よりもゆっくりとした速度で低下し、回収効率を向上させることができる。実際、様々な構成要素での熱排除と熱入力が層数の増大とともに低下する。層と冷却液または廃熱流との間の温度調和が向上するとともに層内部の温度変化速度がより遅いということと相まって、冷凍機全体がより可逆的に動作している。この結果、先の引用文献［１６］で同定され定量化された様々な不可逆性を緩和することになる。
【００８９】
さらに、提案された多層構成は、蒸発の初期プルダウン時に製氷の危険性を低下させるので有利である。起動前に層から非凝縮性物を除去することが通例である。２層冷凍機では、これにより、蒸発器内の沸騰が活発になり温度が急降下して製氷の危険性が増すことになる。その一方、多層方式では、Ｎ／２個の吸着器とＮ／２個の脱着器が一度に１個だけ始動する。このような滑らかな始動により、蒸発器を確実に徐々に目標温度に近づけることができる。さらに、このことは系内の総残留冷却液量を削減できることも意味している。
【００９０】
本発明は、多層再生方式を用いて低質廃熱の回収効率を向上させることができるので有利である。これにより、環境に対する廃熱流のエンタルピーを最終的に放出する前により有効に確実に利用することができる。また、この方式により、冷水出口温度の変動を抑制することができる。このことは、プロセス冷却や減湿を要求する用途の場合に、下流側温度平滑化装置を小型化もしくは不要にすることができることを意味している。さらに、凝縮器冷却液出口温度の変動を低減することにより、凝縮器冷却液を最終的に冷却塔に戻す前にさらに送給して吸着器を冷却することができるので有利である。同じ冷却能力の場合、廃熱流量と冷却液流量が削減され、その結果、配管材料を節約できる。さらに、層温度と流体温度との間の調和を向上させることにより、先の引用文献［１６］で同定され定量化された熱伝達の隘路を軽減することができた。さらに、冷凍機運転速度の低減により、エントロピー生成速度を低下させることができる。
【００９１】
さらに、２層方式に比べて、４層方式は回収効率を約７０％向上させることが測定された。４層方式から６層方式では、向上幅は約４０％である。冷凍機速度の低減により、さらに、最適切替え時間が冷水最大ピーク温度を抑制するよう層数とともに増加する傾向がある。最後に、多層方式は層を一度に１個だけ始動させることができる。これにより、蒸発器の急激な温度降下を防止して製氷の危険性を低減させることができる。
引用文献
［１］  Ｙ．ヨネザワ、Ｔ．オオニシ、Ｓ．オクムラ、Ａ．サカイ、Ｈ．ナカノ、Ｍ．マツシタ、Ａ．モリカワ、Ｍ．ヨシハラ“吸着冷凍機の運転方法(Method of operating adsorption refrigerator)”、米国特許５０２４０６４号（１９９１年）
［２］  Ｙ．ヨネザワ、Ｍ．マツシタ、Ｋ．オク、Ｈ．ナカノ、Ｓ．オクムラ、Ｍ．ヨシハラ、Ａ．サカイ、Ａ．モリカワ“吸着冷凍装置(Adsorption refrigeration system)”、米国特許４８８１３７６号（１９８９年）
［３］  Ｂ．Ｂ．サハ(Saha)、Ｅ．Ｃ．ボエルマン(Boelman)およびＴ．カシワギ“先端
吸着冷凍サイクルのコンピュータ解析(Computational analysis of an advanced adsorption-refrigeration cycle)”、エナジー(Energy)誌第２０巻１０号９８３〜９９４ページ（１９９５年）
［４］  Ｅ．Ｃ．ボエルマン(Boelman)、Ｂ．Ｂ．サハ(Saha)およびＴ．カシワギ“シリカゲル−水吸着冷凍サイクルの実験的検証―冷却出力およびＣＯＰに及ぼす運転条件の影響(Experimental investigation of a silica gel-water adsorption refrigeration cycle - the influence of operating conditions on cooling output and COP)”、米国暖房冷凍空調技術協会(ASHRAE)会報：研究(Research)第１０１冊第２部３５８〜３６６ページ（１９９５年）
［５］  Ｈ．サトウ、Ｓ．ホンダ、Ｓ．イノウエ、Ｈ．タナカ、Ｔ．テラオ“吸着式冷凍装置(Adsorptive type refrigeration apparatus)”、米国特許５６１９８６６号（１９９７年）
［６］  Ｈ．サトウ、Ｈ．タナカ、Ｓ．ホンダ、Ｋ．フジワラ、Ｓ．イノウエ“吸着式冷凍装置(Adsorptive type refrigeration apparatus)”、米国特許５７７５１２６号（１９９８年）
［７］  Ｄ．Ｉ．チェルネフ(Tchernev)“低質熱源により活性化されるヒートポンプ(Heat pump energized by low-grade heat source)”、米国特許５７２９９８８号（１９９８年）
［８］  Ｌ．Ｄ．キロル(Kirol)、Ｕ．ロッケンフェラー(Rockenfeller)“固相−気相吸着系用熱伝達装置および方法(Heat transfer apparatus and methods for solid-vapor sorption systems)”、米国特許５４７７７０６号（１９９５年）
［９］  Ｆ．ムーニエ(Meunier)“固体吸着剤を用いた冷凍および加熱装置(Refrigerating and heating apparatus using a solid sorbent)”米国特許５４７７７０５号（１９９５年）
［１０］  Ｊ．Ａ．ジョーンズ(Jones)”熱多段階利用再生式吸着ヒートポンプ(Heat cascading regenerative sorption heat pump)”、米国特許５４６３８７９号（１９９５年）
［１１］  Ｓ．Ｖ．シェルトン(Shelton)“２層ヒートポンプ(Dual bed heat pump)”、米国特許４６９４６５９号（１９８７年）
［１２］  Ｊ．Ａ．ジョーンズ(Jones)“多段階再生式吸着ヒートポンプ開放方法(Staged
regenerative sorption heat pump opening method)”、米国特許５３８６７０５号（１９９５年）
［１３］  Ｊ．Ａ．ジョーンズ(Jones)“作動流体と吸着剤を有する再生式吸着剤ヒートポンプ装置(Regenerative absorbent heat pump system with working fluid and adsorbent)”米国特許５３４７８１５号（１９９４年）
［１４］  Ｊ．Ａ．ジョーンズ(Jones)“吸着剤層圧縮機を有するヒートポンプ装置(Heat
pump system with sorbent bed compressors)”、米国特許５０４６３１９号（１９９１年）
［１５］  Ｈ．Ｔ．チュア(Chua)、Ｋ．Ｃ．エン(Ng)、Ａ．マレク(Malek)、Ｔ．カシワギ、Ａ．アキサワおよびＢ．Ｂ．サハ(Saha)“２層シリカゲル−水吸着冷凍機のモデル化と性能(Modeling the performance of two-bed, silica-gel-water adsorption chillers)”、インターナショナル・ジャーナル・オブ・リフリジェレーション(Int. J. Refrig.)に採用（１９９８年）
［１６］  Ｈ．Ｔ．チュア(Chua)、Ｋ．Ｃ．エン(Ng)、Ａ．マレク(Malek)、Ｔ．カシワギ、Ａ．アキサワおよびＢ．Ｂ．サハ(Saha)“２層シリカゲル−水非再生式吸着冷凍機のエントロピー生成解析(Entropy generation analysis of two-bed, silica gel-water, non-regenerative adsorption chillers)”、ジャーナル・オブ・フィジックス  ディ．アプライドフィジックス(J. Phys. D: Appl. Phys.)第３１巻１２号１４７１〜１４７７ページ（１９９８年）
［１７］  Ｋ．チハラおよびＭ．スズキ“圧力スイング吸着法による空気乾燥(Air dryin
g by pressure swing adsorption)”、ジャーナル・オブ・ケミカルエンジニアリング・ジャパン(J. Chem. Eng. Japan)第１６巻２９３〜２９８ページ（１９８３年）
［１８］  Ｂ．Ｂ．サハ(Saha)、Ｅ．Ｃ．ボエルマン(Boelman)およびＴ．カシワギ“シリカゲル−水吸着冷凍サイクルのコンピュータシミュレーション―冷却出力およびＣＯＰに及ぼす運転条件の影響(Computer simulation of a silica gel-water adsorption refrigeration cycle - the influence of operating conditions on cooling output and COP)”、米国暖房冷凍空調技術協会(ASHRAE)会報：研究(Res.)第１０１冊３４８〜３５７ページ（１９９５年）
［１９］  シリカゲル−水ペアに関するＮＡＣＣおよびＰＴＸデータ、製造者独自データ、西淀空調機株式会社、東京（１９９２年）
［２０］  Ａ．サコダおよびＭ．スズキ“太陽熱吸着冷却システムの基本研究(Fundamental study on solar powered adsorption cooling system)” ジャーナル・オブ・ケミカルエンジニアリング・ジャパン(J. Chem. Eng. Japan)第１７巻１号５２〜５７ページ（１９８４年）
用語
【００９２】
【表５】
2003511641.tif 000029
【００９３】
【表６】
2003511641.tif 000030
【００９４】
【表７】
2003511641.tif 000031
【００９５】
【表８】
2003511641.tif 000032
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明にしたがって製造された吸着冷凍機の一実施形態において多反応器再生方法の作用を示す概略図である。
【図２】
図２は、２層、４層および６層の吸着冷凍機に関して回収効率ηの関係性を無次元サイクル時間ωの関数として示す図である。
【図３】
図３は、動的定常状態下での２層、４層および６層の吸着冷凍機に関する冷水、凝縮器冷却液、吸着器冷却液および廃熱流の無次元出口温度分布を示す図である。温度の無次元化を選択することにより、冷水出口無次元温度が負に変わり、システムが１つの冷凍機として動作していることを直接に反映することになる。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】図３
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図３】
2003511641.tif 000033