JP4186338B2

JP4186338B2 - Adsorption type refrigerator

Info

Publication number: JP4186338B2
Application number: JP26433099A
Authority: JP
Inventors: 伸本田; 勝也石井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2019-09-17
Also published as: JP2001091090A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a coefficient of performance of an absorption type refrigerator. SOLUTION: A first state in which air heated to be dehumidified by first and second absorbers 110, 120 is cooled by a first heat exchanger 161, then cooled to be humidified by a third absorber 130, and the heated air is supplied to a fourth absorber 140 to desorb the moisture absorbed to the absorber 140, and a second state in which air heated to be dehumidified by third and fourth absorbers 130, 140 is cooled by a second heat exchanger 162, then cooled and humidified by the absorber 110, and the heated air is supplied to the absorber 120 to desorb the moisture absorbed to the second absorber are alternately switched. Thus, for example in the first state, since only the absorber 140 is necessary to supply an external heat energy, a heat amount to be externally given can be reduced, and hence coefficient of performance of the absorption type refrigerator is improved.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカゲル等の吸着剤を用いた吸着式冷凍機に関するもので、空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式冷凍機として、例えば特開平５−３０１０１４号公報に記載の発明は、加湿器にて水を蒸発させてその蒸発潜熱により空気を加湿冷却するとともに、吸着剤にて加湿された空気中の水分を吸着して除湿するものである。
【０００３】
そして、水分を吸着して水分吸着が飽和した吸着剤については、太陽熱や廃熱を利用して吸着剤を加熱することにより、吸着されていた水分を脱離させている。以下、吸着剤を加熱して、水分を脱離させることを「吸着剤を再生する」と言う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸着式冷凍機の発生する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、吸着剤を再生させるに必要な熱量も増大してしまう。
【０００５】
このため、太陽熱や廃熱等の再生に必要な熱量（以下、この熱量を必要再生熱量と呼ぶ。）が小さいと、十分な冷凍能力を発揮することができない。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、少ない必要再生熱量にて十分な冷凍能力を得る（成績係数の向上を図る）ことを目的とする。
【０００７】
【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、第１、２吸着器（１１０、１２０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を第１熱交換器（１６１）にて冷却した後、第１熱交換器（１６１）にて冷却された空気を水分が吸着された第３吸着器（１３０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、第４吸着器（１４０）に加熱空気を供給して第４吸着器（１４０）に吸着した水分を脱離させる第１状態と、第３、４吸着器（１３０、１４０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を第２熱交換器（１６２）にて冷却した後、第２熱交換器（１６２）にて冷却された空気を水分が吸着された第１吸着器（１１０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、第２吸着器（１２０）に加熱空気を供給して第２吸着器に吸着した水分を脱離させる第２状態と、を交互に切り換えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、水分の脱離は、例えば第１状態においては第３吸着器（１３０）及び第４吸着器（１４０）で行われ、しかも、外部から熱エネルギを供給する必要があるのは、第４吸着器（１４０）のみである。
【０００９】
したがって、本発明に係る吸着式冷凍機における必要再生熱量が、上記公報に係る冷凍機における必要再生熱量より小さくなるので、吸着式冷凍機の成績係数を向上させることができ、少ない必要再生熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、第１状態においては、第４吸着器（１４０）通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を加熱空気に供給し、第２状態においては、第２吸着器（１２０）通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を加熱空気に供給することを特徴とする。
【００１１】
これにより、外部から与える熱量を小さくすることができるので、さらに少ない熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、第１、２吸着器（１１０、１２０）又は第３、４吸着器（１３０、１４０）に流入する空気中に水分を供給する加湿器（１９１、１９２）を有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、除湿加熱される前の空気の温度が低下し、吸着式冷凍機内の加湿冷却量が増大するので、ケーシング（１５０）から吹き出す空気の温度より低下させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、第１、２熱交換器（１６１、１６２）に液体を噴射し、第１、２熱交換器（１６１、１６２）の冷却能力を増大させる噴射装置を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、第１、２熱交換器（１６１、１６２）の冷却能力が増大するので、ケーシング（１５０）から吹き出す空気の温度をより低下させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、ケーシング（１５０）に吸入される前の湿度より低い湿度の状態においては、第２、４吸着器（１２０、１４０）に収納された吸着剤（１２１、１４１）は、第１、３吸着器（１１０、１３０）に収納された吸着剤（１１１、１３１）に比べて多くの水分を吸着することができるものであることを特徴とする。
【００１７】
これにより、効率良く空気を除湿加熱できるので、吸着式冷凍機の成績係数をさらに向上させることができる。
【００１８】
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。
【００１９】
【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は吸着式冷凍機（以下、冷凍機と略す。）１００の模式図である。
【００２０】
図１中、１１０、１２０、１３０、１４０は、雰囲気中の水分を吸着する際に熱を発生し、加熱されることによりその吸着した水分を脱離する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）１１１、１２１、１３１、１４１が収納された第１〜４吸着器であり、これらの吸着器１１０、１２０、１３０、１４０は、室外の空気を室内に導くとともに空気の通路を構成する空調ケーシング１５０内に収納されている。なお、空調ケーシング１５０内を流通する空気（以下、この空気を空調風と呼ぶ。）は、図示しない送風機によって流通させられている。
【００２１】
１６１、１６２は空調風と空調ケーシング１５０外の空気（本実施形態では、室外空気）との間で熱交換を行い、室外空気により空調風を冷却する第１、２熱交換器である。１７１、１７２はエンジン（内燃機関）Ｅの冷却水（廃熱）を熱源として第４、２吸着器１４０、１２０に流入する空気を加熱し、吸着剤１４１、１２１を加熱する第１、２加熱用熱交換器であり、第１加熱用熱交換器１７１は第４吸着器１４０（吸着剤１４１）を加熱するものであり、第２加熱用熱交換器１７２は第２吸着器１２０（吸着剤１４１）を加熱するものである。
【００２２】
なお、１７３、１７４はエンジンＥから吐出される冷却水を第１加熱用熱交換器１７１に向けて流通させる場合と第２加熱用熱交換器１７２に向けて流通させる場合とを切り換える切換弁であり、Ｐは冷却水を循環させるポンプである。
【００２３】
ところで、図２は、空調ケーシング１５０内を流通する空調風流れを示す模式図であり、空調風流れは制御ドア（流通空気制御手段）１８１〜１８８（以下、これらの制御ドアを総称するときは、制御ドア１８０と表記する。）により制御されている。
【００２４】
因みに、図２（ｂ）は冷凍機１００の平面図であり、図２（ａ）は（ａ）の上面図であり、図２（ｃ）は（ａ）の下面図である。また、図１、２は後述する第１状態を示し、図３、４は後述する第２状態を示している。
【００２５】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００２６】
冷凍機１００の起動スイッチ（図示せず）の投入と同時に送風機が稼働し、空調ケーシング１５０内に空調風が流通し始める。そして、以下の第１状態と第２状態とを所定時間毎に交互に切換ながら室内に吹き出す空気（空調風）を冷却する。なお、所定時間は、各吸着器１１０、１２０、１３０、１４０の水分吸着能力及び水分脱離能力が所定能力以下となるまでに必要な時間に基づいて適宜選定されるものである。
【００２７】
１．第１状態（図１、２参照）
室外空気を吸入して、その吸入した空気を第１吸着器１１０→第２吸着器１２０→第１熱交換器１６１→第３吸着器１３０の順に空調ケーシング１５０内を流通させた後、室内に向けて吹き出す。
【００２８】
このため、空調ケーシング１５０内に吸入された空気（空調風）は、第１、２吸着器１１０、１２０にて水分が吸着されて除湿加熱され、その後、第１熱交換器１６１にて冷却された後、水分が吸着された第３吸着器１３０にて加湿冷却されて室内に吹き出す。
【００２９】
また、エンジンＥの冷却水を第１加熱用熱交換器１７１に流通させるとともに、室内から吸入した空気を第１加熱用熱交換器１７１にて加熱し、その加熱空気を第４吸着器１４０に供給して吸着剤１４１を加熱した後、吸着剤１４１の加熱を終了した（第４吸着器１４０を通過した）空気を室外に放出する。
【００３０】
２．第２状態（図３、４参照）
室外空気を吸入して、その吸入した空気を第３吸着器１３０→第４吸着器１４０→第２熱交換器１６２→第１吸着器１１０の順に空調ケーシング１５０内を流通させた後、室内に向けて吹き出す。
【００３１】
このため、空調ケーシング１５０内に吸入された空気（空調風）は、第３、４吸着器１３０、１４０にて水分が吸着されて除湿加熱され、その後、第２熱交換器１６２にて冷却された後、水分が吸着された第１吸着器１１０にて加湿冷却されて室内に吹き出す。
【００３２】
また、エンジンＥの冷却水を第２加熱用熱交換器１７２に流通させるとともに、室内から吸入した空気を第２加熱用熱交換器１７２にて加熱し、その加熱空気を第２吸着器１２０に供給して吸着剤１４２を加熱した後、吸着剤１４２の加熱を終了した（第２吸着器１２０を通過した）空気を室外に放出する。
【００３３】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３４】
図５の太い実線は、空調ケーシング１５０の部位Ａ〜Ｅ（図１、３参照）における空調風の状態（温度、絶対湿度、相対湿度、エンタルピ）を示す線図であり、冷凍機を稼働させると、空調風は図５のＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順に状態を変化させながら空調ケーシング１５０内を流通して室内に吹き出される。
【００３５】
つまり、第１状態において、例えば温度３５℃、相対湿度５０％の室外空気が第１吸着器１１０に吸入されと（図５のＡ点）、空調空気は、第１、２吸着器１１０、１２０によって除湿されながらその温度を上昇させていく（Ａ→Ｂ→Ｃ）。このとき、第１、２吸着器１１０、１２０における水分の吸着工程は、略断熱変化と見なすことができるので、第１吸着器１１０に吸入された空気は、等エンタルピ線（図５の破線）に沿って変化する。
【００３６】
次に、空調風は、第１熱交換器１６１にて絶対湿度一定の状態で冷却されて、例えば温度３５℃、相対湿度９％の状態の空気となる。ここで、絶対湿度と温度との関係は、図５の線図において直交関係にあるので、空調風はＣ点からＤ点に横軸（温度軸）と平行に移動する（Ｃ→Ｄ）。
【００３７】
そして、第１熱交換器１６１を流出した空調風は、次に第３吸着器１３０に流入し、吸着剤１３１を加熱することにより自らは加湿冷却されながらその温度を低下させていく。このとき、第３吸着器１３０は、第２状態において水分を吸着したときの雰囲気の相対湿度と等しい相対湿度となるように水分を脱離するとともに、略断熱変化するためＤ点を通る等エンタルピ線に沿ってＥ点（例えば温度２２℃、相対湿度５０％）まで変化する。
【００３８】
ここで、室外空気の状態（特に、相対湿度）は、第１状態と第２状態とが切り換わる間（所定時間内）に大きく変化することはないので、第３吸着器１３０が、第２状態において水分を吸着したときの雰囲気の相対湿度と、第１状態において第１吸着器１１０が水分を吸着するときの雰囲気の相対湿度とは、略等しいものと考えることができる。したがって、Ｅ点は、Ｄ点を通る等エンタルピ線とＡ点を通る等相対湿度線（図５の一点鎖線）との交点となる。
【００３９】
このとき、等エンタルピ線と等相対湿度線とは、互いに交差するような関係があるので、第１熱交換器１６１にて冷却されたことに対応して、Ｅ点はＡ点より温度が低い方にずれ、室内に吹き出す空気を冷却することができる。
【００４０】
ところで、上記公報に記載の発明では、空気を冷却するために加湿した水分に対応する必要再生熱量を必要としたが、本実施形態では、水分の脱離は、例えば第１状態においては第３吸着器１３０及び第４吸着器１４０で行われ、しかも、外部から熱エネルギ（エンジンＥの廃熱）を供給しているのは、第４吸着器１４０のみである。
【００４１】
したがって、本実施形態に係る冷凍機１００における必要再生熱量は、上記公報に係る冷凍機における必要再生熱量より小さくなるので、冷凍機の成績係数を向上させることができ、少ない必要再生熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００４２】
なお、図６は冷凍機内存在する全ての吸着剤の水分吸着量と雰囲気湿度（関係湿度）との関係を示すグラフであり、このグラフに示すように、本実施形態によれば、水分の脱離工程において必要とする熱量は、吸着水分量Ｃに対応する熱量となり、上記公報に係る冷凍機において水分の脱離工程において必要とする熱量は、吸着水分量Ｃｏに対応する熱量となる。したがって、上述のごとく、本実施形態に係る冷凍機１００における必要再生熱量は、上記公報に係る冷凍機における必要再生熱量より小さくなる。
【００４３】
因みに、図５において、本実施形態に係る冷凍能力はｈ₁（第１、２熱交換器１６１、１６２における熱交換量）により示され、必要再生熱量はｈ₂により示される。
【００４４】
また、上記公報に記載の発明は、温度の異なる空気が流通する２本の空気通路間を、吸着剤が収納された除湿ロータ及び両空気通路間の熱交換を行う熱交換ロータが行き来（回転）するので、これらロータが設置された部位で両空気通路間に空気の漏れが発生し、この部位で熱損失が発生するおそれが高い。
【００４５】
これに対して、本実施形態では、温度の異なる空気通路間を吸着器１１０、１２０、１３０、１４０が行き来するといった作動を行わないので、空気の漏れに伴う熱損失が発生しない。
【００４６】
ところで、本実施形態に係る冷凍機では、吸入された室外空気を一旦、除湿加熱することにより室外空気と空調風（空調ケーシング１５０内を流通する空気）との間に温度差を発生させて空調風の熱を室外に放熱し、その後、加湿冷却するものであるので、原理的には、２個の吸着器（第１、３吸着器１１０、１３０）と１個の熱交換器（第１熱交換器１６１）にて冷凍機として成り立つ。しかし、切換方式となるので、断続的な冷房となる。
【００４７】
さらに、１個の吸着器では、実用的に十分な量の除湿加熱を行うことができないので、室外空気と空調風との間に十分な温度差を確保することができず、放熱を十分にできない。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、２個の吸着器にて除湿加熱を行っているので、室外空気と空調風との間に十分な温度差を確保することが可能となる。また、第１状態から第２状態へ切り替わったとき、２個の吸着器を加湿冷却と廃熱による脱離との２工程に割り当てることができるため、連続的な冷房が可能となる。
【００４９】
しかも、周知のごとく、吸着剤は水分を吸着する吸着工程と水分を脱離する脱離工程とで関係湿度に対する水分吸着量が異なるので（図６参照）、第３吸着器１３０は、第２状態において吸着した水分量の全てを脱離することができず、室内に吹き出す空気の温度が十分に下がらないおそれがある。
【００５０】
これに対して、本実施形態では、（エンジンＥの）廃熱にて十分に水分が脱離された吸着器にて除湿加熱するので、空調風の湿度を十分に低下させることができる。したがって、脱離工程にある吸着器（例えば第１状態にあっては第３吸着器１３０）に十分に関係湿度の低い空気が供給されることとなるので、脱離工程にある吸着器にて空調風を十分に加湿冷却することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
本実施形態は、図７、８に示すように、第４、２吸着器１４０、１２０の空気流れ下流側に熱を回収する第１、２熱回収器１８１、１８２を設けるとともに、両熱回収器１８１、１８２で回収した熱を再び吸着剤の再生に利用するようにしたものである。なお、図７は第１状態を示すものであり、図８は第２状態を示すものである。
【００５２】
これにより、図９に示すように、必要再生熱量ｈ₂に対して回収された熱量ｈ₃分、外部（エンジンＥ）から与える熱量ｈ₄を小さくすることができるので、さらに少ない熱量にて十分な冷凍能力を得ることが可能となる。
【００５３】
（第３実施形態）
本実施形態は、図１０、１１に示すように、第１実施形態に係る冷凍機１００において、第１状態にあっては第１、２吸着器１１０、１２０に流入する空気（除湿加熱される前の空気）中に、第２状態にあっては第３、４吸着器１３０、１４０に流入する空気（除湿加熱される前の空気）中に水分を供給する加湿器１９１、１９２を設けたものである。
【００５４】
なお、図１０は第１状態を示しており、図１１は第２状態を示しており、第１状態では加湿器１９１により第１吸着器１１０に流入する空気に加湿し、第２状態では加湿器１９２により第３吸着器１３０に流入する空気に加湿する。
【００５５】
これにより、図１２に示すように、除湿加熱される前の空気の温度が低下し、冷凍機１００内の加湿冷却量が増大するので、室内に吹き出す空気の温度を第１実施形態に係る冷凍機１００より低下させることができる。
【００５６】
（第４実施形態）
本実施形態は、図１３、１４に示すように、第１実施形態に係る冷凍機１００において、第１、２熱交換器１６１、１６２に霧状（ミスト状）の水（液体）を噴射（噴霧）する第１、２噴霧装置（噴射装置）２０１、２０２を設けたものである。
【００５７】
なお、図１３は第１状態を示し、図１４は第２状態を示しており、第１状態においては第１噴霧装置２０１にて第１熱交換器１６１に水を噴霧し、第２状態においては第２噴霧装置２０２にて第２熱交換器１６２に水を噴霧する。
【００５８】
これにより、第１、２熱交換器１６１、１６２の冷却能力が増大するので、図１５に示すように、室内に吹き出す空気の温度を第１実施形態に係る冷凍機１００より低下させることができる。
【００５９】
（第５実施形態）
本実施形態は、第２、４吸着器１２０、１４０に収納された吸着剤１２１、１４１は、第１、３吸着器１１０、１３０に収納された吸着剤１１１、１３１に比べて、主に低い湿度の状態で水分の吸着を行うことに着目してなされたものである。
【００６０】
具体的には、図１６に示すように、空調ケーシング１５０に吸入される前（室外空気）の関係湿度より低い関係湿度の状態において、吸着剤１１１、１３１より多くの水分を吸着することができる吸着剤を吸着剤１２１、１４１に採用したものである。因みに、本実施形態では、吸着剤１１１、１３１をシリカゲルＢタイプとし、吸着剤１２１、１４１をシリカゲルＡタイプとしている。
【００６１】
これにより、効率良く空調風を除湿加熱できるので、冷凍機１００の成績係数をさらに向上させることができる。
【００６２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、室外空気を吸入して室内に吹き出す空気を冷凍機１００にて空調（冷却）したが、室内空気を吸入して室内に吹き出す空気を空調してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における制御ドアの状態を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る冷凍機における制御ドアの状態を示す模式図である。
【図５】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図６】吸着量と関係湿度との関係を示す線図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図９】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図１２】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る冷凍機における第１状態を示す模式図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る冷凍機における第２状態を示す模式図である。
【図１５】絶対湿度の温度との関係を示す線図である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る冷凍機における吸着量と関係湿度との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１１０…第１吸着器、１２０…第２吸着器、１３０…第３吸着器、
１４０…第４吸着器、１６１…第１熱交換器、１６２…第２熱交換器、
１７１…第１加熱用熱交換器、１７２…第２加熱用熱交換器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an adsorption refrigerator using an adsorbent such as silica gel, and is effective when applied to an air conditioner.
[0002]
[Prior art]
As an adsorption-type refrigerator, for example, the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-301014 is a method of evaporating water with a humidifier and humidifying and cooling the air by the latent heat of evaporation, and in the air humidified with an adsorbent. It dehumidifies by adsorbing moisture.
[0003]
And about the adsorbent which adsorb | sucked the water and the water | moisture-content adsorption was saturated, the adsorbed water | moisture content is desorbed by heating an adsorbent using solar heat or waste heat. Hereinafter, heating the adsorbent to desorb moisture will be referred to as “regenerating the adsorbent”.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to increase the refrigerating capacity generated by the adsorption refrigerator, it is necessary to increase the amount of water adsorbed by the adsorbent. However, if the amount of water adsorbed by the adsorbent is increased, the adsorbent is regenerated. The amount of heat required also increases.
[0005]
For this reason, if the amount of heat necessary for regeneration such as solar heat and waste heat (hereinafter, this amount of heat is referred to as necessary amount of regeneration heat) is small, sufficient refrigeration capacity cannot be exhibited.
[0006]
In view of the above points, an object of the present invention is to obtain a sufficient refrigeration capacity (to improve the coefficient of performance) with a small amount of necessary regeneration heat.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the invention described in claim 1, moisture is adsorbed by the first and second adsorbers (110, 120) to dehumidify and heat the air, and the dehumidification heating is performed. After the air is cooled by the first heat exchanger (161), the air cooled by the first heat exchanger (161) is supplied to the third adsorber (130) on which moisture is adsorbed to humidify the air. In the first state in which the fourth adsorber (140) is cooled and heated air is supplied to desorb the moisture adsorbed on the fourth adsorber (140), and the third and fourth adsorbers (130, 140). Then, moisture is adsorbed to dehumidify and heat the air. After the dehumidified and heated air is cooled by the second heat exchanger (162), the air cooled by the second heat exchanger (162) While supplying air to the adsorbed first adsorber (110) to humidify and cool the air, the second adsorber (1) 0) and a second state in which the adsorbed water heated air to the second adsorber by supplying desorbed, characterized in that the switch alternately.
[0008]
Thereby, the desorption of moisture is performed by the third adsorber (130) and the fourth adsorber (140) in the first state, for example, and it is necessary to supply heat energy from the outside. There are only four adsorbers (140).
[0009]
Therefore, since the necessary regeneration heat amount in the adsorption refrigerator according to the present invention is smaller than the necessary regeneration heat amount in the refrigerator according to the above publication, the coefficient of performance of the adsorption refrigerator can be improved, and the necessary regeneration heat amount is small. And sufficient refrigeration capacity can be obtained.
[0010]
In the invention according to claim 2, in the first state, heat is recovered from the heated air that has passed through the fourth adsorber (140), the recovered heat is supplied to the heated air, and in the second state, Heat is recovered from the heated air that has passed through the second adsorber (120), and the recovered heat is supplied to the heated air.
[0011]
As a result, the amount of heat applied from the outside can be reduced, so that a sufficient refrigerating capacity can be obtained with a smaller amount of heat.
[0012]
In the invention described in claim 3, the humidifier (191, 192) for supplying moisture to the air flowing into the first, second adsorber (110, 120) or the third, fourth adsorber (130, 140) is provided. It is characterized by having.
[0013]
Thereby, since the temperature of the air before dehumidification heating falls and the humidification cooling amount in an adsorption-type refrigerator increases, it can be made lower than the temperature of the air which blows off from a casing (150).
[0014]
In invention of Claim 4, it has an injection device which injects a liquid to a 1st, 2nd heat exchanger (161,162) and increases the cooling capacity of a 1st, 2nd heat exchanger (161,162). It is characterized by.
[0015]
Thereby, since the cooling capacity of the first and second heat exchangers (161, 162) is increased, the temperature of the air blown out from the casing (150) can be further reduced.
[0016]
In the invention according to claim 5, the adsorbent (121, 141) accommodated in the second and fourth adsorbers (120, 140) in a humidity lower than the humidity before being sucked into the casing (150). Is characterized in that it can adsorb more water than the adsorbents (111, 131) accommodated in the first and third adsorbers (110, 130).
[0017]
Thereby, since air can be efficiently dehumidified and heated, the coefficient of performance of the adsorption refrigeration machine can be further improved.
[0018]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In this embodiment, the adsorption refrigerator according to the present invention is applied to an air conditioner. FIG. 1 is a schematic diagram of an adsorption refrigerator (hereinafter abbreviated as a refrigerator) 100.
[0020]
In FIG. 1, 110, 120, 130, and 140 are adsorbents that generate heat when adsorbing moisture in the atmosphere and desorb the adsorbed moisture when heated (in this embodiment, silica gel). 111, 121, 131, and 141 are first to fourth adsorbers in which the adsorbers 110, 120, 130, and 140 guide outdoor air into the room and configure an air passage. It is stored inside. Air that circulates in the air conditioning casing 150 (hereinafter, this air is referred to as conditioned air) is circulated by a blower (not shown).
[0021]
Reference numerals 161 and 162 denote first and second heat exchangers that perform heat exchange between the conditioned air and the air outside the air-conditioning casing 150 (in this embodiment, outdoor air) and cool the conditioned air with the outdoor air. Reference numerals 171 and 172 denote first and second heatings that heat the air flowing into the fourth and second adsorbers 140 and 120 using the cooling water (waste heat) of the engine (internal combustion engine) E as a heat source and heat the adsorbents 141 and 121, respectively. The first heating heat exchanger 171 heats the fourth adsorber 140 (adsorbent 141), and the second heating heat exchanger 172 is the second adsorber 120 (adsorbent). 141).
[0022]
Reference numerals 173 and 174 denote switching valves for switching between the case where the cooling water discharged from the engine E is circulated toward the first heating heat exchanger 171 and the case where it is circulated toward the second heating heat exchanger 172. Yes, P is a pump for circulating cooling water.
[0023]
FIG. 2 is a schematic view showing the flow of conditioned air flowing in the air conditioning casing 150. The conditioned air flow is controlled by doors (circulating air control means) 181 to 188 (hereinafter, these control doors are collectively referred to). , Expressed as a control door 180).
[0024]
2 (b) is a plan view of the refrigerator 100, FIG. 2 (a) is a top view of (a), and FIG. 2 (c) is a bottom view of (a). 1 and 2 show a first state described later, and FIGS. 3 and 4 show a second state described later.
[0025]
Next, the operation of this embodiment will be described.
[0026]
At the same time as the start switch (not shown) of the refrigerator 100 is turned on, the blower operates, and the conditioned air starts to flow through the air conditioning casing 150. And the air (air conditioning wind) which blows off indoors is cooled, switching the following 1st state and 2nd state alternately for every predetermined time. The predetermined time is appropriately selected based on the time required until the water adsorption capacity and the water desorption capacity of each of the adsorbers 110, 120, 130, and 140 become equal to or less than the predetermined capacity.
[0027]
1. First state (see Figs. 1 and 2)
After sucking outdoor air, the sucked air is circulated through the air conditioning casing 150 in the order of the first adsorber 110, the second adsorber 120, the first heat exchanger 161, and the third adsorber 130, and then indoors. Blow out.
[0028]
For this reason, the air (air conditioned air) sucked into the air conditioning casing 150 is dehumidified and heated by the moisture adsorbed by the first and second adsorbers 110 and 120, and then cooled by the first heat exchanger 161. After that, it is humidified and cooled by the third adsorber 130 in which moisture is adsorbed and blown out into the room.
[0029]
In addition, the cooling water of the engine E is circulated through the first heating heat exchanger 171, the air sucked from the room is heated by the first heating heat exchanger 171, and the heated air is supplied to the fourth adsorber 140. After supplying and heating the adsorbent 141, the air that has finished heating the adsorbent 141 (passed through the fourth adsorber 140) is discharged to the outside of the room.
[0030]
2. Second state (see FIGS. 3 and 4)
After sucking outdoor air, the sucked air is circulated through the air conditioning casing 150 in the order of the third adsorber 130, the fourth adsorber 140, the second heat exchanger 162, and the first adsorber 110, and is then indoors. Blow out.
[0031]
For this reason, the air (air conditioned air) sucked into the air conditioning casing 150 is dehumidified and heated by the third and fourth adsorbers 130 and 140 and then cooled by the second heat exchanger 162. After that, it is humidified and cooled by the first adsorber 110 to which moisture is adsorbed and blown out into the room.
[0032]
In addition, the cooling water of the engine E is circulated through the second heating heat exchanger 172, the air sucked from the room is heated by the second heating heat exchanger 172, and the heated air is supplied to the second adsorber 120. After supplying and heating the adsorbent 142, the air that has finished heating the adsorbent 142 (passed through the second adsorber 120) is discharged to the outside of the room.
[0033]
Next, features of the present embodiment will be described.
[0034]
The thick solid line in FIG. 5 is a diagram showing the state of the conditioned air (temperature, absolute humidity, relative humidity, enthalpy) in the parts A to E (see FIGS. 1 and 3) of the air conditioning casing 150, and operates the refrigerator. Then, the conditioned air circulates in the air conditioning casing 150 while being changed in the order of A → B → C → D → E in FIG.
[0035]
That is, in the first state, for example, when outdoor air having a temperature of 35 ° C. and a relative humidity of 50% is sucked into the first adsorber 110 (point A in FIG. 5), the conditioned air becomes the first and second adsorbers 110 and 120. The temperature is raised while being dehumidified by (A → B → C). At this time, since the moisture adsorption process in the first and second adsorbers 110 and 120 can be regarded as a substantially adiabatic change, the air sucked into the first adsorber 110 is an isenthalpy line (broken line in FIG. 5). Varies along.
[0036]
Next, the conditioned air is cooled in a state where the absolute humidity is constant in the first heat exchanger 161, and becomes air having a temperature of 35 ° C. and a relative humidity of 9%, for example. Here, since the relationship between absolute humidity and temperature is orthogonal in the diagram of FIG. 5, the conditioned air moves from point C to point D in parallel with the horizontal axis (temperature axis) (C → D).
[0037]
The conditioned air that has flowed out of the first heat exchanger 161 then flows into the third adsorber 130 and heats the adsorbent 131 to reduce its temperature while being humidified and cooled. At this time, the third adsorber 130 desorbs moisture so as to have a relative humidity equal to the relative humidity of the atmosphere when moisture is adsorbed in the second state, and is substantially enthalpy passing through the point D because it changes substantially adiabatic. It changes to E point (for example, temperature 22 degreeC, relative humidity 50%) along a line.
[0038]
Here, the state of the outdoor air (particularly relative humidity) does not change significantly during the switching between the first state and the second state (within a predetermined time). It can be considered that the relative humidity of the atmosphere when moisture is adsorbed in the state and the relative humidity of the atmosphere when the first adsorber 110 adsorbs moisture in the first state are substantially equal. Therefore, the point E is an intersection of an equal enthalpy line passing through the point D and an equal relative humidity line passing through the point A (a dashed line in FIG. 5).
[0039]
At this time, since the isoenthalpy line and the isorelative humidity line intersect each other, the temperature at the point E is lower than the point A corresponding to the cooling at the first heat exchanger 161. The air blown into the room can be cooled.
[0040]
By the way, in the invention described in the above publication, the necessary regeneration heat amount corresponding to the humidified moisture is required to cool the air. However, in this embodiment, the desorption of moisture is, for example, the third state in the first state. Only the fourth adsorber 140 is used in the adsorber 130 and the fourth adsorber 140 and supplies heat energy (waste heat of the engine E) from the outside.
[0041]
Therefore, since the necessary regeneration heat amount in the refrigerator 100 according to the present embodiment is smaller than the necessary regeneration heat amount in the refrigerator according to the above publication, the coefficient of performance of the refrigerator can be improved, and a small necessary regeneration heat amount is sufficient. It is possible to obtain a sufficient refrigeration capacity.
[0042]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the moisture adsorption amount of all the adsorbents present in the refrigerator and the atmospheric humidity (relative humidity). As shown in this graph, according to this embodiment, moisture removal is performed. The amount of heat required in the separation step is the amount of heat corresponding to the amount of adsorbed moisture C, and the amount of heat required in the moisture desorption step in the refrigerator according to the above publication is the amount of heat corresponding to the amount of adsorbed moisture Co. Accordingly, as described above, the necessary regeneration heat amount in the refrigerator 100 according to the present embodiment is smaller than the necessary regeneration heat amount in the refrigerator according to the above publication.
[0043]
Incidentally, in FIG. 5, the refrigerating capacity according to the present embodiment is indicated by h ₁ (heat exchange amount in the first and second heat exchangers 161 and 162), and the necessary regeneration heat amount is indicated by h ₂ .
[0044]
In the invention described in the above publication, a dehumidification rotor in which an adsorbent is stored and a heat exchange rotor that exchanges heat between the two air passages travel between two air passages through which air having different temperatures flows (rotation). Therefore, there is a high possibility that air leaks between the two air passages at the site where these rotors are installed, and heat loss occurs at this site.
[0045]
On the other hand, in this embodiment, since the operation of the adsorbers 110, 120, 130, and 140 going back and forth between air passages having different temperatures is not performed, heat loss due to air leakage does not occur.
[0046]
By the way, in the refrigerator according to this embodiment, the sucked outdoor air is once dehumidified and heated to generate a temperature difference between the outdoor air and the conditioned air (air flowing through the air conditioning casing 150). Since heat of the wind is radiated to the outside and then humidified and cooled, in principle, two adsorbers (first and third adsorbers 110, 130) and one heat exchanger (first The heat exchanger 161) is realized as a refrigerator. However, since it becomes a switching system, it becomes intermittent cooling.
[0047]
Furthermore, since a single adsorber cannot perform a practically sufficient amount of dehumidifying heating, a sufficient temperature difference cannot be ensured between the outdoor air and the conditioned air, and sufficient heat dissipation can be achieved. Can not.
[0048]
On the other hand, in this embodiment, since dehumidification heating is performed by two adsorbers, it is possible to ensure a sufficient temperature difference between the outdoor air and the conditioned air. In addition, when the first state is switched to the second state, the two adsorbers can be assigned to two steps of humidification cooling and desorption by waste heat, so that continuous cooling is possible.
[0049]
Moreover, as is well known, since the adsorbent has a different amount of moisture adsorption with respect to the relative humidity in the adsorption step for adsorbing moisture and the desorption step for desorbing moisture (see FIG. 6), In the state, all of the adsorbed moisture cannot be removed, and the temperature of the air blown into the room may not be sufficiently lowered.
[0050]
On the other hand, in the present embodiment, the dehumidifying heating is performed by the adsorber from which water has been sufficiently desorbed by the waste heat (of the engine E), so that the humidity of the conditioned air can be sufficiently reduced. Therefore, since the air having a sufficiently low humidity is supplied to the adsorber in the desorption process (for example, the third adsorber 130 in the first state), the adsorber in the desorption process The conditioned air can be sufficiently humidified and cooled.
[0051]
(Second Embodiment)
In this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, first and second heat recovery units 181 and 182 for recovering heat are provided on the downstream side of the air flow of the fourth and second adsorption units 140 and 120, and both heat recovery units are performed. The heat recovered by the containers 181 and 182 is used again for the regeneration of the adsorbent. FIG. 7 shows the first state, and FIG. 8 shows the second state.
[0052]
As a result, as shown in FIG. 9, the amount of heat h _{4 provided} from the outside (engine E) can be reduced by the amount of heat h ₃ recovered with respect to the required amount of regeneration heat h ₂ , so that a smaller amount of heat is sufficient. It is possible to obtain a sufficient refrigeration capacity.
[0053]
(Third embodiment)
In this embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, in the refrigerator 100 according to the first embodiment, in the first state, air flowing into the first and second adsorbers 110 and 120 (dehumidified and heated). Humidifiers 191 and 192 for supplying moisture to the air flowing into the third and fourth adsorbers 130 and 140 (the air before being dehumidified and heated) are provided in the second state. Is.
[0054]
10 shows the first state, and FIG. 11 shows the second state. In the first state, the humidifier 191 humidifies the air flowing into the first adsorber 110, and in the second state, the humidification. The air flowing into the third adsorber 130 is humidified by the vessel 192.
[0055]
As a result, as shown in FIG. 12, the temperature of the air before being dehumidified and heated decreases, and the amount of humidification and cooling in the refrigerator 100 increases. Therefore, the temperature of the air blown into the room is set to the refrigeration according to the first embodiment. It can be lowered from the machine 100.
[0056]
(Fourth embodiment)
In this embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, in the refrigerator 100 according to the first embodiment, mist (mist) water (liquid) is injected into the first and second heat exchangers 161 and 162 ( First and second spraying devices (spraying devices) 201 and 202 for spraying are provided.
[0057]
13 shows the first state, and FIG. 14 shows the second state. In the first state, the first spraying apparatus 201 sprays water on the first heat exchanger 161, and in the second state, FIG. Sprays water onto the second heat exchanger 162 by the second spraying device 202.
[0058]
Thereby, since the cooling capacity of the 1st, 2nd heat exchangers 161 and 162 increases, as shown in FIG. 15, the temperature of the air blown into the room can be lowered from the refrigerator 100 according to the first embodiment. .
[0059]
(Fifth embodiment)
In this embodiment, the adsorbents 121 and 141 accommodated in the second and fourth adsorbers 120 and 140 are mainly lower than the adsorbents 111 and 131 accommodated in the first and third adsorbers 110 and 130. This was made by paying attention to moisture adsorption in a humidity state.
[0060]
Specifically, as shown in FIG. 16, more moisture than the adsorbents 111 and 131 can be adsorbed in a relative humidity state lower than the relative humidity before being sucked into the air conditioning casing 150 (outdoor air). Adsorbents are used for the adsorbents 121 and 141. Incidentally, in this embodiment, the adsorbents 111 and 131 are silica gel B type, and the adsorbents 121 and 141 are silica gel A type.
[0061]
Thereby, since the conditioned air can be efficiently dehumidified and heated, the coefficient of performance of the refrigerator 100 can be further improved.
[0062]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the air that is sucked into the outdoor air and blown into the room is air-conditioned (cooled) by the refrigerator 100. However, the air that is sucked into the indoor air and blown into the room may be air-conditioned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first state in a refrigerator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of a control door in the refrigerator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a second state in the refrigerator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of a control door in the refrigerator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between absolute humidity and temperature.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of adsorption and the relative humidity.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a first state in a refrigerator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a second state in the refrigerator according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between absolute humidity and temperature.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a first state in a refrigerator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a second state in the refrigerator according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between absolute humidity and temperature.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a first state in a refrigerator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a second state in the refrigerator according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between absolute humidity and temperature.
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the amount of adsorption and the relative humidity in the refrigerator according to the fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
110 ... first adsorber, 120 ... second adsorber, 130 ... third adsorber,
140 ... 4th adsorber, 161 ... 1st heat exchanger, 162 ... 2nd heat exchanger,
171 ... 1st heat exchanger, 172 ... 2nd heat exchanger.

Claims

雰囲気中の水分を吸着する際に熱を発生し、加熱されることによりその吸着した水分を脱離する吸着剤（１１１、１２１、１３１、１４１）が収納された第１〜４吸着器（１１０、１２０、１３０、１４０）と、
前記第１〜４吸着器（１１０、１２０、１３０、１４０）を収納するとともに、空気の通路を形成するケーシング（１５０）と、
前記ケーシング（１５０）内を通過する空気と前記ケーシング（１５０）外の空気とを熱交換を行い、前記ケーシング（１５０）内を通過する空気冷却する第１、２熱交換器（１６１、１６２）とを有し、
前記第１、２吸着器（１１０、１２０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を前記第１熱交換器（１６１）にて冷却した後、前記第１熱交換器（１６１）にて冷却された空気を水分が吸着された前記第３吸着器（１３０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、前記第４吸着器（１４０）に加熱空気を供給して前記第４吸着器（１４０）に吸着した水分を脱離させる第１状態と、
前記第３、４吸着器（１３０、１４０）にて水分を吸着して空気を除湿加熱し、その除湿加熱された空気を前記第２熱交換器（１６２）にて冷却した後、前記第２熱交換器（１６２）にて冷却された空気を水分が吸着された前記第１吸着器（１１０）に供給して空気を加湿冷却するとともに、前記第２吸着器（１２０）に加熱空気を供給して前記第２吸着器に吸着した水分を脱離させる第２状態と、
を交互に切り換えることを特徴とする吸着式冷凍機。The first to fourth adsorbers (110, 110) containing the adsorbents (111, 121, 131, 141) that generate heat when adsorbing moisture in the atmosphere and desorb the adsorbed moisture by being heated. 120, 130, 140), and
A casing (150) for housing the first to fourth adsorbers (110, 120, 130, 140) and forming an air passage;
First and second heat exchangers (161, 162) for exchanging heat between air passing through the casing (150) and air outside the casing (150) and cooling the air passing through the casing (150). And
Moisture is adsorbed by the first and second adsorbers (110, 120) to dehumidify and heat the air, and after the dehumidified and heated air is cooled by the first heat exchanger (161), the first The air cooled by the heat exchanger (161) is supplied to the third adsorber (130) where moisture is adsorbed to humidify and cool the air, and the heated air is supplied to the fourth adsorber (140). A first state for desorbing moisture adsorbed on the fourth adsorber (140);
Moisture is adsorbed by the third and fourth adsorbers (130, 140) to dehumidify and heat the air, and the dehumidified and heated air is cooled by the second heat exchanger (162), and then the second The air cooled by the heat exchanger (162) is supplied to the first adsorber (110) in which moisture is adsorbed to humidify and cool the air, and the heated air is supplied to the second adsorber (120). A second state in which moisture adsorbed on the second adsorber is desorbed;
Adsorption type refrigerator characterized by switching alternately.

前記第１状態においては、前記第４吸着器（１４０）を通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を前記加熱空気に供給し、
前記第２状態においては、前記第２吸着器（１２０）を通過した加熱空気中から熱を回収し、その回収した熱を前記加熱空気に供給することを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機。In the first state, heat is recovered from the heated air that has passed through the fourth adsorber (140), and the recovered heat is supplied to the heated air.
The adsorption according to claim 1, wherein in the second state, heat is recovered from the heated air that has passed through the second adsorber (120), and the recovered heat is supplied to the heated air. Type refrigerator.

前記第１、２吸着器（１１０、１２０）又は前記第３、４吸着器（１３０、１４０）に流入する空気中に水分を供給する加湿器（１９１、１９２）を有す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。A humidifier (191, 192) for supplying moisture to the air flowing into the first and second adsorbers (110, 120) or the third and fourth adsorbers (130, 140). Item 3. The adsorption refrigerator according to item 1 or 2.

前記第１、２熱交換器（１６１、１６２）に液体を噴射し、前記第１、２熱交換器（１６１、１６２）の冷却能力を増大させる噴射装置を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の吸着式冷凍機。It has an injection device which injects a liquid to said 1st, 2nd heat exchanger (161,162), and increases the cooling capacity of said 1st, 2nd heat exchanger (161,162). The adsorption type refrigerator as described in any one of thru | or 3.

前記ケーシング（１５０）に吸入される前の湿度より低い湿度の状態においては、前記第２、４吸着器（１２０、１４０）に収納された前記吸着剤（１２１、１４１）は、前記第１、３吸着器（１１０、１３０）に収納された前記吸着剤（１１１、１３１）に比べて多くの水分を吸着することができるものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の吸着式冷凍機。In a state of humidity lower than the humidity before being sucked into the casing (150), the adsorbents (121, 141) stored in the second and fourth adsorbers (120, 140) are the first, One of Claims 1 thru | or 4 characterized by being able to adsorb | suck more water | moisture content compared with the said adsorption agent (111,131) accommodated in 3 adsorption machine (110,130). An adsorption refrigerator as described in 1.