JP3334320B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸着剤の吸着作用によ
る発熱を利用して暖房を行う空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば車両用空調装置におい
ては、車両用エンジンの冷却水をヒータコアに供給する
ことにより暖房の熱源として利用している。このため、
特に外気温が低い冬季においては、エンジンの始動直後
は冷却水ひいてはヒータコアの低温状態が継続するの
で、ヒータコアを通じての車室内への送風温度が低くて
乗員が寒い思いをすることがあった。

【０００３】また、エンジンを有しない電気自動車で
は、ヒートポンプ装置を利用しているが、この場合も、
ヒートポンプ装置の駆動直後においては冷媒の低温状態
が継続するので、車室内側に位置する熱交換器を通じて
車室内を短時間で暖房することができなかった。

【０００４】そこで、上記の欠点に対処するものとし
て、近年、吸着・脱着反応熱を利用した所謂ケミカルヒ
ートポンプを利用した空調装置が提案されており、その
一例として特願平２−２１７７２７号及び特願平２−２
１７７２８号の空気調和機がある。これらの空気調和機
は、暖房用及び冷房用の主熱交換器に他に、冷却・加熱
することにより可逆的に吸着媒体である水を吸着・放出
する特性を示す吸着剤が充填された反応熱交換器を設
け、暖房する際は吸着媒体に水を吸着することによりて
その吸着反応による発熱を暖房に利用すると共に、吸着
媒体を加熱して水を吸着することにより吸着剤の吸着機
能を再生するものである。従って、暖房当初においては
吸着剤の吸着反応による発熱により短時間で室内を暖め
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のものでは、反応熱交換器に充填されて吸着反応を
呈する吸着剤は空気中に存在することになるので、吸着
剤の吸着反応により生じた熱が空気を通じて放熱してし
まう。このため、吸着剤による吸着熱を暖房の熱源とし
て利用しながら、暖房の立上り特性が悪いという欠点が
ある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、吸着剤の吸着熱を暖房の熱源として利
用する構成において、暖房の立上り特性を向上すること
ができる空調装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の空調装置は、吸
着媒体の吸着に応じて発熱すると共に所定の高温状態で
吸着媒体を脱着して再生する可逆特性を有する吸着剤が
収納された吸着容器を設け、この吸着容器内を真空状態
に維持可能な真空手段を設け、前記吸着容器に吸着媒体
を供給可能な吸着媒体供給手段を設け、前記吸着容器と
外部との連通状態で当該吸着容器内の空気を外部に送風
可能な送風手段を設け、前記吸着容器内の吸着媒体を所
定の高温状態に加熱可能な加熱手段を設け、暖房が指示
されたときは、前記真空手段による前記吸着容器内の真
空状態の維持状態で前記吸着媒体供給手段を動作させる
第１の行程と、前記送風手段を動作させる第２の行程
と、前記加熱手段を動作させる第３の行程を順に実行す
る制御手段を設けたものである。

【０００８】この場合、前記吸着媒体供給手段を、気化
した吸着媒体を凝縮により液化した状態で貯留するよう
に構成すると共に、前記制御手段を、第３の行程を実行
するときは、前記吸着容器と前記吸着媒体供給手段との
連通状態で実行するように構成してもよい。

【０００９】また、前記送風手段を、前記吸着媒体供給
手段を通じて前記吸着容器を外部と連通するように構成
してもよい。

【００１０】

【作用】請求項１記載の空調装置の場合、制御手段は、
暖房が指示されたときは、まず、第１の行程を実行す
る。これにより、吸着媒体供給手段により吸着容器内に
吸着媒体が供給されるので、吸着媒体が吸着反応により
発熱して温度が上昇する。このとき、吸着容器内は真空
手段により真空状態に維持されているので、吸着剤は断
熱状態で発熱することになり短時間で高温となる。

【００１１】続いて、制御手段は、第２の行程を実行す
る。これにより、送風手段により吸着容器と外部との連
通状態で吸着容器内の空気が外部に送風されるので、外
部からの空気は吸着容器を通過する際に吸着剤により加
熱されて外部に送風される。続いて、制御手段は、第３
の行程を実行する。これにより、加熱手段により吸着媒
体が加熱されて所定の高温状態となるので、吸着剤は吸
着媒体を脱着して再生する。

【００１２】請求項２記載の空調装置の場合、制御手段
は、第３の行程を実行するときは、吸着容器と吸着媒体
貯供給手段との連通状態で実行する。このとき、吸着媒
体供給手段は気化した冷媒を凝縮により液化した状態で
貯留するように構成されているので、吸着媒体を回収し
て再利用することができる。

【００１３】請求項３記載の空調装置の場合、送風手段
は、吸着媒体供給手段を通じて吸着容器を外部と連通す
る。これにより、外部への送風時に吸着媒体供給手段を
通じて吸着剤に対する吸着媒体の供給を継続することが
できるので、吸着剤の吸着反応による発熱を長時間にわ
たって継続することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図５を
参照して説明する。図１は全体の構成を概略的に示して
いる。この図１において、真空ポンプ１は第１のバルブ
２を通じて水タンク３と連通している。この水タンク３
には吸着媒体としての水が収納されていると共に、底面
には放熱フィン４ａを有する蓄冷剤４が配設されてい
る。この蓄冷剤４は例えばエチレングリコール水溶液、
プロピレングリコール水溶液、塩化カリウム水溶液、塩
化ナトリウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、塩化ア
ンモニウム水溶液、氷等を容器に収納して成る。

【００１５】水タンク３は第２のバルブ５を通じて吸着
容器６と連通している。この吸着容器６には球状の吸着
剤７が収納されている。この吸着剤７はシリカゲル、活
性アルミナ、活性炭、好ましくはゼオライトのようなモ
レキュラーシーブから成り、水等の吸着媒体を吸着した
ときは吸着反応して発熱する性質を有する。この場合、
上記真空ポンプ１及び第１のバルブ２により真空手段が
構成されている。また、水タンク３及び第２のバルブ５
により吸着媒体供給手段が構成されている。

【００１６】ここで、図２及び図３は吸着容器７内の吸
着剤７の収納構成を示している。この図２及び図３に示
すように吸着剤７は所定寸法の球状に形成されており、
複数の吸着剤７が金属メッシュ８（或いはパンチングメ
タル）に囲繞されて吸着剤ブロック９を形成していると
共に、斯様な吸着剤ブロック９が所定間隙を存して積層
されている。

【００１７】図１において、上述のように構成された複
数の吸着剤ブロック９の側面には電気ヒータ１０が添設
されている。また、吸着容器６の上部には吸気室１１が
形成されており、その吸気室１１の側面に吸気口１２が
形成されている。吸気室１１内にはアクチュエータ１３
の駆動に応じて上下動する第１のダンパ１４が設けられ
ており、その第１のダンパ１４の上下動に応じて吸着容
器６内が吸気室１１を通じて外部と連通されるようにな
っている。

【００１８】吸着容器６の下部には排気室１５が形成さ
れており、その排気室１５と連通してブロワ１６が設け
られている。この排気室１５にはアクチュエータ１７の
駆動に応じて上下動する第２のダンパ１８が設けられて
おり、その第２のダンパ１８の上下動に応じて吸着容器
６内が排気室１５と連通するようになっている。この場
合、上記第１，第２のダンパ１４，１８及びブロワ１６
により送風手段が構成されている。

【００１９】ここで、制御手段としての制御装置１９
は、暖房スイッチ２０が操作されたときは、上記真空ポ
ンプ１、第１，第２のバルブ２，５、電気ヒータ１０、
アクチュエータ１３，１７及びブロワ１６を適宜タイミ
ングで駆動するようになっている。

【００２０】尚、制御装置１９による制御が終了した初
期状態では、真空ポンプ１により水タンク３及び吸着容
器６内が真空状態に維持された状態で第１，第２のバル
ブ２，５及び第１，第２のダンパ１４，１８は閉鎖位置
に位置決めされている。

【００２１】次に上記構成について作用を説明する。図
４は制御装置１９の動作を示している。この図４におい
て、制御装置１９は、暖房スイッチ２０が操作されると
（ステップＳ１）、まず、第２のバルブ５を開く（ステ
ップＳ２）。このとき、水タンク３内には水蒸気が発生
しているので、水タンク３内と吸着容器６内との水蒸気
圧差により水タンク３内の水蒸気が第２のバルブ５を通
じて吸着容器６内に流入するようになる。すると、水蒸
気が吸着剤７に付着するので、吸着剤７が吸着反応によ
り発熱するようになる。このとき、吸着容器６内は真空
状態に維持されているので、吸着剤６は断熱状態で発熱
することにより急速に温度が上昇して高温（略２００
℃）の発熱物となる。

【００２２】そして、制御装置１９は、第２のバルブ５
を開いてから所定時間が経過すると（ステップＳ３）、
アクチュエータ１３，１７を駆動して第１，第２のダン
パ１４，１８を開放位置に移動すると共にブロワ１６を
オンする（ステップＳ４、Ｓ５）。これにより、吸着容
器６内が室内と連通した状態で吸着容器６内の空気がブ
ロワ１６により室内に送風されるので、室内の空気が吸
着容器６内を通過するようになる。これにより、室内の
空気は高温の吸着剤７と熱交換して加熱されるので、暖
気が室内に送風される。このとき、斯様に室内の空気が
吸着剤７を通過すると、吸着剤７が一旦冷却されるよう
になるので、吸着剤７の水蒸気の吸着容量が増加するよ
うになる。この結果、室内の空気が通過する際に空気中
に含まれる水分を吸着するようになるので、吸着剤７は
吸着反応による発熱を継続することができる。従って、
斯様な吸着剤７の吸着反応による発熱が繰返して行われ
る結果、吸着剤７の発熱による暖房を暖房開始から長時
間にわたって持続させることができる。

【００２３】さて、吸着剤７の吸着反応が低下して暖房
能力が低下したときは、暖房スイッチ２０をオフする。
すると、制御装置１９は、ブロワ１６をオフしてから
（ステップＳ７）、アクチュエータ１３，１７を駆動し
て第１，第２のダンパ１４，１８を閉鎖位置に移動する
と共に第２のバルブ２を開いてから（ステップＳ８，Ｓ
９）、真空ポンプ１を駆動する（ステップＳ１０）。こ
れにより、水タンク３内及び吸着容器６内が真空引きさ
れる。

【００２４】そして、制御装置１９は、水タンク３内及
び吸着容器６内の真空引きが終了したときは（ステップ
Ｓ１１）、第１のバルブ２を閉じると共に真空ポンプ１
をオフしてから（ステップＳ１２，１３）、電気ヒータ
１０をオンする（ステップＳ１４）。これにより、吸着
容器６内の吸着剤７は電気ヒータ１０により高温に加熱
されるので、吸着剤６は吸着していた水を脱着反応によ
り放出するようになる。このとき、吸着容器６と水タン
ク３との間の第２のバルブ５は開いているので、吸着容
器６内で発生した水蒸気は第２のバルブ５を通じて水タ
ンク３内に流入するようになる。ここで、水タンク３内
には蓄冷剤４が配設されているので、水タンク３内に流
入した水蒸気は蓄冷剤４により冷却されて凝縮すること
により液化する。この結果、吸着剤７に吸着されていた
水蒸気を水タンク３に回収して貯留することができる。

【００２５】そして、制御装置１９は、電気ヒータ１０
のオン時間が所定時間経過することにより吸着剤７の脱
着反応を完全に終了したところで、第２のバルブ５を閉
じてから電気ヒータ１０をオフする（ステップＳ１６，
Ｓ１７）。以上の動作により、吸着剤７を再生すること
ができると共に、吸着剤７に吸着されていた水蒸気を水
タンク３に回収することができる。また、水タンク３内
及び吸着容器６内を真空状態の初期状態と復帰すること
ができる。

【００２６】上記構成のものによれば、吸着剤７に水蒸
気を付着したときに発生する吸着熱を利用して暖房を行
う際に、吸着剤７を断熱状態で発熱させるようにしたの
で、吸着剤を空気中で発熱させる従来例のものと違っ
て、吸着剤７の温度を短時間で上昇させて暖房の熱源と
して利用することができる。従って、室内への送風温度
を短時間で上昇することができるので、暖房の立上り特
性を向上させることができる（図５参照）。

【００２７】また、上述のように吸着剤７の吸着反応時
に吸着剤７に室内の空気中に含まれる水分を吸着させる
ことができるので、暖房しながら除湿も合せて行うこと
ができる。このことは、本実施例の構成を車両に適用し
た場合には、暖房時にウインドガラスの曇り防止を効果
的に行うことができることを意味している。

【００２８】図６乃至図９は本発明の第２実施例を示し
ており、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説
明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。吸着容
器６を示す図７及び図８において、吸着容器６内は電気
ヒータ１０により２分割されて２つの部屋が形成されて
いると共に、各部屋の底面には吸気口２１及び排気口２
２が夫々形成されている。これらの吸気口２１及び排気
口２２は金属メッシュ２３（或いはパンチングメタル）
により閉鎖されており、これにより吸着容器６内に収納
された吸着剤７が支持されている。

【００２９】図６において、吸着容器６の下部には吸気
口２１及び排気口２２に対応して吸気室２３及び排気室
２４が夫々形成されている。吸気室２３にはアクチュエ
ータ１３により上下動される第１のダンパ１４が設けら
れている。排気室２４にはアクチュエータ１７により上
下動される第２のダンパ１８が設けられている。そし
て、吸着容器６には第２のバルブ５を介して真空ポンプ
１が接続されている。

【００３０】一方、吸着容器６の上方には水タンク３が
第１のバルブ２を介して配設されている。この水タンク
３の上面には放熱フィン３ａが設けられており、放熱フ
ィン３ａによる放熱作用により水タンク３は凝縮機能を
呈するようになっている。

【００３１】図９は制御装置１９の動作を示している。
この場合、制御装置１９の動作は第１実施例の制御装置
１９の動作と略同一であり、その作用効果も同一である
ので、説明を省略する。

【００３２】上記構成のものによれば、吸着容器６の上
方に水タンク３を配設するようにしたので、第１実施例
のものに比べて、配設スペースを削減することができ
る。また、水タンク３内に蓄冷剤を配設する必要がない
ので、全体の構成を簡単化してコストを削減することが
できる。

【００３３】図１０乃至図１３は本発明の第３実施例を
示しており、第１実施例と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。図１１及び図１２に示すように吸着
容器６内は電気ヒータ１０により仕切られており、その
仕切空間に吸着剤７が配設されている。吸着容器６の底
面には吸気口２５が形成されていると共に上面には排気
口２６が形成されている。吸気口２５に対応して吸着剤
供給手段を構成する第１のダンパ２７が設けられてお
り、第１のダンパ２７により吸気口２５が開閉されるよ
うになっている。また、排気口２６に対応して送風手段
を構成する第２のダンパ２８が設けられており、第２の
ダンパ２８により排気口２６が開閉されるようになって
いる。

【００３４】吸着容器６の下部には吸着剤供給手段とし
ての水タンク２９が一体に設けられている。この水タン
ク２９の底面及び側面外周には放熱フィン２９ａが設け
られている。また、水タンク２９の側面には吸気口３０
が形成されており、その吸気口３０が送風手段を構成す
る第３のダンパ３１により開閉されるようになってい
る。

【００３５】吸着容器６の排気口２６に対応して排気室
３２が形成されている。この排気室３２の一方の端部に
はブロワ１６が設けられている。また、排気室３２の他
方の端部には放熱フィン３３ａを有する凝縮器３３が配
設されている。この凝縮器３３は吸着容器６の上部と連
通していると共に連通管３４を通じて水タンク２９と連
通している。この場合、第２のダンパ２８が排気口２６
を閉鎖した状態では凝縮器３３は排気室３２を臨むと共
に、第２のダンパ２８が排気口２６を開放した状態では
凝縮器３３は排気室３２から隔離されるようになる。

【００３６】連通管３４の途中部には第１のバルブ３５
が設けられていると共に、その第１のバルブ３５と凝縮
器３３との間には第２のバルブ３６を介して真空ポンプ
１が接続されている。

【００３７】尚、制御装置１９による制御が終了した初
期状態では、真空ポンプ１により吸着容器６及び水タン
ク２９内が真空状態に維持されていると共に、第１乃至
第３のダンパ２７，２８，３１及び第１，第２のバルブ
３５，３６は閉鎖位置に位置決めされている。

【００３８】図１３は制御装置１９の動作を示してい
る。この図１３において、制御装置１９は、暖房スイッ
チ２０が操作されると（ステップＳ１）、まず、第１の
ダンパ２７を開放する（ステップＳ２）。すると、水タ
ンク２９内と吸着容器６内との水蒸気圧差により水タン
ク２９で発生した水蒸気が吸気口２５を通じて吸着容器
６内に流入するので、吸着容器６内の吸着剤７は水蒸気
を吸着して発熱する。このとき、吸着容器６内は真空状
態に維持されているので、吸着剤７は断熱状態で発熱す
ることにより短時間で高温の発熱物となる。

【００３９】続いて、制御装置１９は、第１のダンパ２
７を開放してから所定時間が経過すると（ステップＳ
３）、第２，第３のダンパ２８，３１を開放すると共に
ブロワ１６をオンする（ステップＳ４，Ｓ５）。これに
より、吸着容器６が室内と連通した状態で吸着容器６内
の空気が室内に送風されるので、室内を短時間で暖房す
ることができる。

【００４０】そして、ブロワ１６のオン時間が設定時間
に達するか（ステップＳ６）、暖房スイッチ２０がオフ
されたときは（ステップＳ７）、制御装置１９は、第１
乃至第３のダンパ２７，２８，３１を閉じると共に（ス
テップＳ８）、第１，第２のバルブ３５，３６を開いて
から（ステップＳ９）、真空ポンプ１を所定時間駆動す
ることにより水タンク２９及び吸着容器６内を真空引き
する（ステップＳ１０，Ｓ１１）。

【００４１】続いて、制御装置１９は、第２のバルブ３
６を閉じると共に真空ポンプ１を停止してから（ステッ
プＳ１２，Ｓ１３）、電気ヒータ１０をオンする（ステ
ップＳ１４）。これにより、吸着剤７が電気ヒータ１０
により加熱されるので、吸着剤１０の脱着反応により水
蒸気が放出されて吸着剤７が初期状態に再生するように
なる。また、吸着剤７から放出された水蒸気は、吸着容
器６から凝縮器３３に流入する。このとき、第２のダン
パ２８が閉位置に位置することにより凝縮器３３が排気
室３２を臨んだ状態でブロワ１６の駆動状態が継続して
いるので、凝縮器３３において吸着容器６から流入した
水蒸気が凝縮により液化すると共に、斯様にして液化し
た水は連通管３４を通じて水タンク２９に貯留されるよ
うなる。また、凝縮器３３からの放熱により暖められた
空気はブロワ１６により室内に送風されるので、吸着剤
７による暖房が終了したにもかかわらずさらに暖房を継
続することができる。

【００４２】そして、制御装置１９は、電気ヒータ１０
をオンしてから所定時間が経過すると（ステップＳ１
４，Ｓ１５）、第１のバルブ３５を閉じると共に電気ヒ
ータ１０をオフし（ステップＳ１６，Ｓ１７）、暖房ス
イッチ２０がオフしたところでブロワ１６をオフする
（ステップＳ１８，Ｓ１９）。

【００４３】上記構成のものによれば、第１実施例と同
様の作用効果を奏しながら、吸着容器６に収納された吸
着剤７を通じてブロワ１６により送風する際に、水タン
ク２９を通じて吸着容器６に送風するようにしたので、
吸着剤７に水タンク２９から十分な水分を与えて吸着反
応による発熱を一層促進することができる。また、吸着
剤７の脱着作用により放出された水蒸気を凝縮器３３で
冷却する際にその熱も暖房に供するようにしたので、暖
房を長時間にわって持続することができる。

【００４４】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、次のように変形または拡張できる。ブロワ１６
の送風終了タイミングとしては、吸着剤７の温度を検出
する温度検出手段を設け、その温度検出手段による検出
温度が設定温度以下となったタイミングに設定するよう
にしてもよい。上記空調装置を室内用空調装置と組合わ
せるようにしてもよい。上記空調装置を車両用空調装置
と組合わせるようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の空調装置によれば、以下の効果を奏する。請求項１記
載のものによれば、吸着媒体供給手段から吸着媒体を吸
着容器に供給することによりこの吸着容器に収納された
吸着剤の吸着反応による発熱を暖房の熱源として利用す
る際に、吸着剤を断熱状態で発熱させるようにしたの
で、暖房の立上り特性を向上することができる。

【００４６】請求項２記載のものによれば、吸着剤から
脱着した吸着媒体を吸着媒体供給手段に回収することが
できるので、吸着媒体供給手段に対する吸着媒体の供給
を省略することができる。

【００４７】請求項３記載のものによれば、送風手段に
よる送風を吸着媒体供給手段を通じて行うようにしたの
で、吸着剤の吸着反応による発熱を長時間にわたって持
続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における全体構成を示す概
略図

【図２】収納状態で示す吸着剤ブロックの側面図

【図３】収納状態で示す吸着剤ブロックの平面図

【図４】制御装置の動作を示すフローチャート

【図５】吹出温度の時間経過を示す特性図

【図６】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図７】図２相当図

【図８】図３相当図

【図９】図４相当図

【図１０】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図１１】図２相当図

【図１２】図３相当図

【図１３】図４相当図

【符号の説明】

１は真空ポンプ（真空手段）、２は第１のバルブ（吸着
媒体供給手段）、３は水タンク（吸着媒体供給手段）、
７は吸着剤、１０は電気ヒータ（加熱手段）、１４は第
１のダンパ（送風手段）、１６はブロワ、１８は第２の
ダンパ（送風手段）、１９は制御装置（制御手段）、２
７は第１のダンパ（吸着媒体供給手段）、２８は第２の
ダンパ（送風手段）、２９は水タンク（吸着媒体供給手
段）、３１は第３のダンパ（送風手段）である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着媒体の吸着に応じて発熱すると共に
   所定の高温状態で吸着媒体を脱着して再生する可逆特性
   を有する吸着剤が収納された吸着容器と、 この吸着容器内を真空状態に維持可能に設けられた真空
   手段と、 前記吸着容器に吸着媒体を供給可能に設けられた吸着媒
   体供給手段と、 前記吸着容器と外部との連通状態で当該吸着容器内の空
   気を外部に送風可能に設けられた送風手段と、 前記吸着容器内の吸着媒体を所定の高温状態に加熱可能
   に設けられた加熱手段と、 暖房が指示されたときは、前記真空手段による前記吸着
   容器内の真空状態の維持状態で前記吸着媒体供給手段を
   動作させる第１の行程と、前記送風手段を動作させる第
   ２の行程と、前記加熱手段を動作させる第３の行程を順
   に実行する制御手段とを備えたことを特徴とする空調装
   置。
2. 【請求項２】 前記吸着媒体供給手段は、気化した吸着
   媒体を凝縮により液化した状態で貯留するように構成さ
   れている共に、 前記制御手段は、第３の行程を実行するときは、前記吸
   着容器と前記吸着媒体供給手段との連通状態で実行する
   ように構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   空調装置。
3. 【請求項３】 前記送風手段は、前記吸着媒体供給手段
   を通じて前記吸着容器を外部と連通するように構成され
   ていることを特徴とする請求項１または２記載の空調装
   置。