JPH11190569A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組み合
わせた冷凍装置において、少ない動力で十分な冷凍能力
を得る。 【解決手段】 吸着剤Ｓｉに吸着された蒸気冷媒を脱離
再生させるときには、凝縮器１１２で発生する熱により
吸着剤Ｓｉを加熱するとともに、その脱離した蒸気冷媒
を蒸発器１１４にて冷却して凝縮させ、吸着状態にある
吸着器１３１ａの冷却作用により凝縮器１１２を冷却す
るとともに、蒸発器１１４により室内空気を冷却する。
これにより、凝縮器１１２内の圧力を下げることができ
るので、圧縮機１１１の動力を低減することができるの
で少ない動力で十分な冷凍能力を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒を圧縮蒸発さ
せることにより冷却能力を得る蒸気圧縮式冷凍機と、略
真空（０．１ｍｍＨｇ）に保持された吸着器内に蒸気冷
媒を吸着する吸着剤および液冷媒を収納した吸着式冷凍
機とを組み合わせた冷凍装置に関するもので、空調装置
に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組
み合わせた冷凍装置としては、特開平３−１８６１６３
号公報がある。そして、上記公報に記載の発明は、蒸気
圧縮式冷凍機の廃熱（凝縮熱）により、吸着式冷凍機の
再生（吸着剤に吸着された蒸気冷媒を脱離させる行為）
効率の向上を図るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、比較的小型の
冷凍装置（一般家庭用または小型業務用空調装置等）で
は、蒸気圧縮式冷凍機からの廃熱温度が比較的低い（通
常は約６０℃以下）ので、上記公報に記載の発明では、
再生時に吸着剤および液冷媒を高い温度まで上げること
ができない。

【０００４】したがって、上記公報に記載の発明では、
吸着時と再生時との温度差が比較的小さいので、十分な
冷凍能力を得ることが困難である。本発明は、上記点に
鑑み、蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組み合わせ
た冷凍装置において、少ない動力で十分な冷凍能力を得
ることを目的とする。

【０００５】

【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、以下の技術的手段を用いる。請求項１、
２に記載の発明では、吸着剤（Ｓｉ）に吸着された蒸気
冷媒を脱離再生させるときには、凝縮器（１１２）で発
生する熱により吸着剤（Ｓｉ）を加熱するとともに、そ
の脱離した蒸気冷媒を蒸発器（１１４）にて冷却して凝
縮させ、吸着状態にある吸着器（１２１ａ）の冷却作用
により凝縮器（１１２）を冷却するとともに、蒸発器
（１１４）により被冷却体を冷却することを特徴とす
る。

【０００６】これにより、蒸気圧縮式冷凍機（１１０）
の凝縮器（１１２）内の圧力を下げることができるの
で、蒸気圧縮式冷凍機（１１０）の圧縮機（１１１）の
動力（圧縮仕事）を低減することができる。したがっ
て、蒸気圧縮式冷凍機（１１０）と吸着式冷凍機（１２
０）とを組み合わせた冷凍装置において、少ない動力で
十分な冷凍能力を得ることができる。

【０００７】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係る冷凍
装置１００を室内の冷房を図る空調装置に適用したもの
であり、図１は本実施形態に係る冷凍装置１００の模式
図である。図１中、１１０はフロンを冷媒とする蒸気圧
縮式冷凍機であり、この蒸気圧縮式冷凍機は、周知のご
とく、圧縮機１１１、凝縮器（放熱器）１１２、減圧器
１１３、蒸発器１１４およびアキュームレータ１１５を
有して構成されている。

【０００９】なお、圧縮機１１１は電動モータ（図示せ
ず）により駆動されるとともに、その回転数は電動モー
タを制御することにより行われ、減圧器１１３はキャピ
ラリーチューブ等の固定絞り手段である。また、蒸発器
１１４は冷媒を蒸発させることにより冷凍能力を発揮す
るものであり、アキュームレータ１１５は蒸発器１１４
から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気
相冷媒を圧縮機１１１の吸入側に流出するものである。

【００１０】１１６は、蒸発器１１４にて冷却された熱
交換媒体（本実施形態では水）が循環するとともに、室
内空気（被冷却体）を冷却する室内熱交換器であり、１
１７は室内熱交換器１１６および蒸発器１１４間に熱交
換媒体を循環させるポンプでる。ところで、１２１ａ、
１２１ｂは内部が略真空（０．１ｍｍＨｇ）に保持され
た第１、２吸着器であり、この第１、２吸着器１２１
ａ、１２１ｂ内には、液冷媒（本実施形態では水）Ｌｒ
と、蒸発した液冷媒（水蒸気）を吸着する吸着剤（本実
施形態ではシリカゲル）Ｓｉとが収納されている。

【００１１】そして、吸着剤Ｓｉが配設されている部位
には第１、２吸着剤熱交換器１２２ａ、１２２ｂが配設
され、液冷媒Ｌｒが位置している部位には第１、２水熱
交換器１２３ａ、１２３ｂが配設されており、各熱交換
器１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ内には熱交
換媒体（本実施形態では水）が循環している。また、１
２４は室外に配設されて熱交換媒体と室外空気とを熱交
換する室外熱交換器であり、１２５ａ〜１２５ｄは、熱
交換媒体を循環させる第１〜４ポンプである。そして、
各熱交換器１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、１２３ｂ、
１２４、凝縮器１１２および蒸発器１１４間における熱
交換媒体の流通状態の制御は、第１〜４四方弁１２６ａ
〜１２６ｄを切り替え制御することにより行われる。因
みに、第１〜４四方弁１２６ａ〜１２６ｄおよび第１〜
４ポンプ１２５ａ〜１２５ｄは、電子制御装置（図示せ
ず）により作動制御されている。

【００１２】そして、本実施形態では、第１、２吸着器
１２１ａ、１２１ｂおよび各熱交換器１２２ａ、１２２
ｂ、１２３ａ、１２３ｂ、１２４等から吸着式冷凍機１
２０が構成されている。次に、冷凍装置１００の作動を
述べる。図１は第１吸着器１２１ａが吸着状態にあり、
第２吸着器１２１ｂが再生状態にあるときを示してお
り、第１吸着器１２１ａ内では液冷媒の蒸発が進行する
ので、第１水熱交換器１２３ａを流通する熱交換媒体が
冷却されて凝縮器１１２が冷却される。

【００１３】このとき、第１吸着剤熱交換器１２２ａに
は、室外熱交換器１２４にて室外空気で冷却された熱交
換媒体が流通しているので、吸着剤Ｓｉが冷却される。
したがって、吸着剤Ｓｉの温度上昇が抑制されるので、
吸着剤Ｓｉの吸着能力の低下を防止して、吸着式冷凍機
１２０の冷却能力の低下を防止する。一方、第２吸着剤
熱交換器１２２ｂには、凝縮器１１２にて加熱された熱
交換媒体が流通するので、第２吸着器１２１ｂの吸着剤
Ｓｉは吸着した水蒸気を脱離する。また、第２水熱交換
器１２３ｂには蒸発器１１４で冷却された熱交換媒体が
流通しているので、脱離した水蒸気が凝縮して再生す
る。

【００１４】そして、電子制御装置は、第１〜４四方弁
１２６ａ〜１２６ｄを一定時間毎に切り替える制御する
ことにより、両吸着器１２１ａ、１２１ｂが交互に吸着
状態と再生状態とになるように制御している。因みに、
図２は第２吸着器１２１ｂが吸着状態で第１吸着器１２
１ａが脱離状態の場合の模式図である。なお、図３は、
吸着器１２１ａ、１２１ｂ内の吸着剤Ｓｉの状態を示す
吸着等温線であり、吸着剤Ｓｉの水分吸着率は、図３に
示すように、吸着剤Ｓｉの温度および液冷媒Ｌｒの温度
によって決定される。そして、吸着剤Ｓｉは、Ａ点（再
生状態）とＢ点（吸着状態）との差分の水分を吸着する
ととともに、その吸着水分量に対応する蒸発潜熱が吸着
冷凍機１２０の冷凍能力となる。

【００１５】因みに、図３から明らかなように、第１〜
４四方弁１２６ａ〜１２６ｄを切り替える時間は、吸着
剤Ｓｉの種類、吸着剤Ｓｉの粒径、吸着剤Ｓｉの充填量
などによてって適宜選定されるものであるが、本実施形
態では、約２〜１０分毎に切り替えている。次に、本実
施形態の特徴を述べる。

【００１６】吸着式冷凍機１２０により凝縮器１１２が
冷却されるので、凝縮器１１２内の圧力を下げることが
できる。したがって、圧縮機１１１の動力（圧縮仕事）
を低減することができるので、蒸気圧縮式冷凍機１１０
と吸着式冷凍機１２０とを組み合わせた冷凍装置１００
において、少ない動力で十分な冷凍能力を得ることがで
きる。

【００１７】以下、本実施形態の特徴を具体的な例を挙
げて説明しておく。図４の実線は第１蒸気圧縮式冷凍機
１１０のモリエル線図であり、蒸気圧縮式冷凍機１１０
の高圧側（凝縮器１１２側）圧力が０．８２［ＭＰ
ａ］、低圧側（蒸発器１１４側）圧力が０．６２［ＭＰ
ａ］であるので、成績係数（ＣＯＰ1 ）は約９．８であ
る。

【００１８】ここで、室内熱交換器１１６で必要とされ
る冷凍能力をＸ［Ｗ］とし、仮に第２水熱交換器１２３
ｂで必要とする冷凍能力もＸ［Ｗ］とすれば、圧縮機１
１１の動力は０．２Ｘ（＝２Ｘ／ＣＯＰ１）［Ｗ］であ
る。一方、１つの蒸気圧縮式冷凍機にてＸ［Ｗ］の冷凍
能力を発揮するには、図５に示すように、高圧側圧力が
１．１７［ＭＰａ］、低圧側圧力が０．３５［ＭＰａ］
であるので、成績係数（ＣＯＰ）は約３．６である。つ
まり、１つの蒸気圧縮式冷凍機にてＸ［Ｗ］の冷凍能力
を発揮するには０．２８Ｘ［Ｗ］必要とする。

【００１９】したがって、本実施形態に係る冷凍装置１
００では、１つの蒸気圧縮式冷凍機にてＸ［Ｗ］の冷凍
能力を発揮する場合に比べて、約２８％の省動力化を図
ることができる。とことで、第２水熱交換器１２３ｂで
必要とする冷凍能力は、第２吸着器１２１ｂでの凝縮熱
であるので、その熱量は吸着式冷凍機１３０（第１吸着
器１２１ａ）での冷凍能力に等しい。一方、凝縮器１１
２より吸着剤Ｓｉに与えられた熱量は、２．２Ｘ（＝２
Ｘ（１＋１／ＣＯＰ１））［Ｗ］となる。

【００２０】したがって、吸着式冷凍機１２０の効率
（投入熱量に対する冷凍能力の割合）が０．８３（＝Ｘ
／２．２Ｘ）と高くなるので、蒸気圧縮式冷凍機１１０
の省動力化と相まって、冷凍装置の効率を向上させるこ
とができる。ところで、上述の実施形態では、吸着剤Ｓ
ｉ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Ｓｉ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。

【００２１】また、上述の実施形態では、液冷媒として
水を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、アルコール、フロンなど吸着剤Ｓｉに吸着されるも
のであれば、その他の物であってもよい。また、上述の
実施形態では、圧縮機１１１に液冷媒が吸入されること
を防止すべく、アキュームレータ１２５を設けたが、ア
キュームレータ１２５を廃止して、減圧器１１３とし
て、蒸発器１１４の出口側加熱度を所定値となるように
減圧度（開度）を調節する温度式膨張弁を用いてもよ
い。なお、この場合に、凝縮器１１２の出口側にレシー
バを設けてもよい。

【００２２】また、上述の実施形態では、本発明に係る
冷凍装置１００を空調装置に適用したが、本発明に係る
冷凍装置は空調装置にその適用が限定されるものではな
く、その他の物を冷却する冷凍装置としても適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る冷凍装置において、第
１吸着器が吸着状態にある場合の模式図である。

【図２】本発明の実施形態に係る冷凍装置において、第
２吸着器が吸着状態にある場合の模式図である。

【図３】吸着剤の状態を示す吸着等温線である。

【図４】蒸気圧縮式冷凍機のモリエル線図である。

【図５】蒸気圧縮式冷凍機のモリエル線図である。

【符号の説明】

１１０…蒸気圧縮式冷凍機、１１１…圧縮機、１１２…
凝縮器、１１３…減圧器、１１４…蒸発器、１１５…ア
キュームレータ、１１６…室内熱交換器、１２０…吸着
式冷凍機、１２１ａ…第１吸着器、１２１ｂ…第２吸着
器、１２２ａ…第１吸着剤熱交換器、１２２ｂ…第２吸
着剤熱交換器、１２３ａ…第１水熱交換器、１２３ｂ…
第２水熱交換器、１２４…室外熱交換器、１２５…室内
熱交換器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１１１）、凝縮器（１１２）、
   減圧器（１１３）および蒸発器（１１４）を有し、前記
   蒸発器（１１４）にて被冷却体を冷却する蒸気圧縮式冷
   凍機（１１０）と、 蒸気冷媒を吸着する吸着剤（Ｓｉ）および液冷媒が収納
   された吸着器（１２１ａ、１２１ｂ）を有し、前記被冷
   却体を冷却する吸着式冷凍機（１２０）とを備え、 前記吸着剤（Ｓｉ）に吸着された蒸気冷媒を脱離再生さ
   せるときには、前記凝縮器（１１２）で発生する熱によ
   り前記吸着剤（Ｓｉ）を加熱するとともに、その脱離し
   た蒸気冷媒を前記蒸発器（１１４）にて冷却して凝縮さ
   せ、 吸着状態にある前記吸着器（１２１ａ）の冷却作用によ
   り前記凝縮器（１１２）を冷却するとともに、前記蒸発
   器（１１４）により被冷却体を冷却することを特徴とす
   る冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記吸着式冷凍機（１２０）は、前記吸
   着器（１２１ａ、１２１ｂ）を複数個備えており、 前記複数個の吸着器（１２１ａ、１２１ｂ）を、吸着状
   態と再生状態とに一定時間毎に切り替えることを特徴と
   する請求項1 に記載の冷凍装置。