JP3924885B2

JP3924885B2 - 吸着式冷凍機

Info

Publication number: JP3924885B2
Application number: JP00690398A
Authority: JP
Inventors: 哲滋信田; 昌章川久保; 弘樹松尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: JPH11201581A

Description

【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、空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式冷凍機における冷凍能力の制御は、例えば特開平５−２７２８３２号に記載のごとく、液冷媒が封入された冷却用熱交換器と、蒸気冷媒を吸着する吸着剤が収納された吸着器とを接続する連結管にバルブを設け、このバルブを開閉することにより行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸着式冷凍機は、周知のごとく、吸着式冷凍機（冷却用熱交換器および吸着器）内を略真空に保持する必要がある。このため、上記公報に記載のごとく連結管にバルブを設けると、バルブの取り付け部において、吸着式冷凍機内の気密性が保持できなくなる可能性が高い。
【０００４】
このため、特に、車両用吸着式冷凍機のごとく、常に車両振動を受けているものでは、取り付け部などの接合部分に亀裂（クラック）が発生し易いので、吸着式冷凍機の耐久性（信頼性）の低下を招くおそれが高い。
本発明は、上記点に鑑み、吸着式冷凍機の耐久性を損なうことなく、吸着式冷凍機の冷却能力を制御す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、液冷媒が封入され、前記液冷媒を蒸発させることにより冷却対象流体を冷却する冷却用熱交換器（１１０）と、
前記冷却用熱交換器（１１０）内にて蒸発した蒸気冷媒を吸着する吸着剤（１５１）が収納された吸着器（１５０）と、
前記吸着器（１５０）が収納されたケーシング（２０４）と、
前記ケーシング（２０４）内に配設され、前記吸着器（１５０）に向けて送風する送風機（１８０）と、
前記ケーシング（２０４）内に配設され、前記吸着器（１５０）に向けて送風される空気を加熱する電気ヒータ（１９０）と、
前記ケーシング（２０４）に備えられ、前記吸着器（１５０）に向けて送風される空気流れを切り替える開閉手段（２０２、２０３）と、
前記送風機（１８０）及び前記電気ヒータ（１９０）を制御する電子制御装置（２０５）とを有し、
前記開閉手段（２０２、２０３）は、前記吸着器（１５０）への送風空気を前記ケーシング（２０４）内で循環させる場合と、前記吸着器（１５０）への送風空気を前記ケーシング（２０４）外から吸入して前記吸着器（１５０）に向けて送風した後に前記ケーシング（２０４）外へ放出する場合とに切り替えるようになっており、
前記吸着剤（１５１）に吸着された蒸気冷媒を前記吸着剤（１５１）から脱離する脱離モードでは、前記電気ヒータ（１９０）に通電するとともに、前記送風機（１８０）を作動させ、更に、前記開閉手段（２０２、２０３）により前記ケーシング（２０４）内で前記送風空気を循環させる場合を設定し、
一方、前記冷却用熱交換器（１１０）により前記冷却対象流体を冷却する冷房モードにおいて、前記冷却用熱交換器（１１０）の冷却能力を増大させるときは、前記電子制御装置（２０５）にて前記送風機（１８０）の送風量を増大させることにより前記吸着器（１５０）の温度を低下させ、前記冷却能力を低下させるときには、前記電子制御装置（２０５）にて前記送風機（１８０）の送風量を減少させることにより前記吸着器（１５０）の温度を上昇させることを特徴とする。
【０００６】
これにより、上記公報に記載の発明のごとく、連結管にバルブを設ける必要がないので、バルブの取り付け部などの接合個所を減少させることができる。したがって、吸着式冷凍機の耐久性を損なうことなく、吸着式冷凍機の冷却能力を制御することができる。
しかも、送風機（１８０）の送風量を増減するといった簡便な手段により、吸着器（１５０）の温度を調節するから、吸着式冷凍機１００の製造原価上昇を招くことなく、耐久性を維持しつつ、冷却能力を制御することができる。
【０００７】
また、液冷媒は水とし、吸着剤はシリカゲルまたは臭化リチウムとすることが望ましい。
因みに、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】
図１は本実施形態に係る吸着器を用いた吸着式冷凍機１００の模式図であり、この吸着式冷凍機１００は、車両停止時（エンジン停止時）の補助冷房装置として使用するものである（図２参照）。なお、図２中、１０は蒸気圧縮式冷凍機であり、車両走行時には、蒸気圧縮機式冷凍機１０により冷房運転を行う。
【０００９】
そして、図１中、１１０は略真空状態（０．１ｍｍＨｇ以下）で液冷媒（本実施形態で水）が収容されるとともに、液冷媒を冷却対象流体（本実施形態では空気）の熱により蒸発させる冷却用熱交換器である。１２０は室内の空気を吸入口１３１より吸入して冷却用熱交換器１１０に向けて送風する第１送風機であり、この第１送風機１２０により送風された空気は、冷却用熱交換器１１０により冷却された後に、吹出口１３２より再び室内に吹き出される。
【００１０】
なお、冷却用熱交換器１１０が配設されている部位は、断熱性に優れた断熱材１１１に覆われているとともに、冷却用熱交換器１１０の外壁には、図３に示すように、空気と冷媒との熱交換を促進するフィン１１２が形成されている。因みに、フィン１１２には、図１に示すように、空気をフィン１１２の表裏両面側に蛇行させるルーバ１１３が、フィン１１２から一体に切り起こされている。
【００１１】
また、樹脂製の隔壁１４０を挟んで冷却用熱交換器１１０の反対側には、蒸発した冷媒（蒸気冷媒）を吸収する吸着剤（本実施形態ではシリカゲル）１５１（図３参照）を収容する吸着器１５０が配設されており、この吸着器１５０の内部と冷却用熱交換器１１０の内部とは、連結管１６０を介して連通している。
そして、吸着器１５０の内壁および外壁には、図３に示すように、吸着剤１５１と吸着器１５０外を流通する空気との熱交換を促進するアウターフィン１５０ａ、およびインナーフィン１５０ｂが形成され、連結管１６０の開口部１６０ａと吸着剤１５１との間には、吸着式冷凍機１００内の異物を除去するフィルタ１７０が配設されている。なお、アウターフィン１５０ａには、冷却用熱交換器１１０のフィン１１２と同様に、ルーバ１５０ｃがアウターフィン１５０ａから一体に切り起こされている（図１参照）。
【００１２】
ところで、図１中、１８０は吸着器１５０に向けて空気を送風する第２送風機であり、この第２送風機１８０の空気流れ下流側には、吸着器１５０に送風される空気を加熱するＰＴＣヒータ（電気ヒータ）１９０が配設されている。
なお、ＰＴＣヒータ１９０とは、周知のごとく、所定温度（ＰＴＣヒータを構成する材料のキューリ点）Ｃｐを超えると、電気抵抗値が所定温度Ｃｐ以下のときに比べて大きくなる電気抵抗体からなる発熱体である。
【００１３】
また、第２送風機１８０の空気流れ上流、および吸着器１５０の空気流れ下流側には、室外に向けて開口する外気開口部２００、２０１を開閉する開閉ドア（開閉手段）２０２、２０３が配設されている。そして、これら開閉ドア２０２、２０３を開閉することにより、吸着器１５０に送風する空気を、吸着器１５０が収納されたケーシング２０４内を循環させる場合（内気循環）と、ケーシング２０４外（室外）から空気を吸入してケーシング２０４外（室外）に放出する場合（外気循環）とに切り替える。なお、ケーシング２０４は断熱性に優れた材質であり、本実施形態では樹脂である。
【００１４】
また、２０５は両送風機１２０、１８０およびＰＴＣヒータ１９０を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）であり、このＥＣＵ２０５は、吹出口１３２から吹き出す空気の温度を検出する第１温度センサ（第１温度検出手段）２０６、および車室内の空気温度を検出する第２温度センサ（第２温度検出手段）２０７からの検出信号に基づいて、予めＲＯＭ（読み込み専用記憶装置）に記憶されたプログラムに従って両送風機１２０、１８０およびＰＴＣヒータ１９０を制御する。
【００１５】
次に、本実施形態の作動を述べる。
１．脱離モード
この脱離モードは、冷房運転を行う準備段階として行われるモードであり、両外気開口２００、２０１を閉じた状態で、ＰＣＴヒータ１９０に通電するとともに、第１、２送風機１２０、１８０を稼動させる。
【００１６】
これにより、吸着器１５０（吸着剤１５１）が加熱されるので、吸着剤１５１に吸収された蒸気冷媒が脱離されるとともに、脱離された蒸気冷媒が冷却用熱交換器１１０にて冷却されて凝縮する（液冷媒になる）。
なお、ＰＣＴヒータ１９０は、吸着剤１５１の脱離作用に適した温度（シリカゲルでは約１００℃以上）となるように選定されている。
【００１７】
２．蓄冷モード
この蓄冷モードは、脱離モード後、冷房運転前に行われるモードであり、両外気開口２００、２０１を開いた状態で、ＰＣＴヒータ１９０への通電を停止するとともに、第１送風機１２０を停止し、かつ、第２送風機１８０を稼動させる。これにより、冷却用熱交換器１１０内の液冷媒の蒸発が進行するとともに、蒸気冷媒が吸着剤１５１に吸着されるので、冷却用熱交換器１１０およびその雰囲気温度が低下していく。
【００１８】
３．冷房（放冷）モード
このモードは、蓄冷モードで第１送風機１２０を稼動させる。これにより、室内に冷却された空気が送風される。
このとき、冷却用熱交換器１１０の冷却能力を増大させるときは、第２送風機１８０の送風量を増大させて吸着器１５０（吸着剤１５１）の温度を低下させる。これにより、吸着剤１５１の吸着作用が促進されるので、冷却用熱交換器１１０内の圧力上昇が抑制される。したがって、液冷媒の蒸発が進行するので、冷却能力が増大する。
【００１９】
一方、冷却能力を低下させるときには、第２送風機１８０の送風量を減少させて吸着器１５０（吸着剤１５１）の温度を上昇させる。これにより、吸着剤１５１の吸着作用が抑制されるので、冷却用熱交換器１１０内の圧力上昇が上昇する。したがって、液冷媒の蒸発が抑制されるので、冷却能力が低下する。
因みに、図４は冷房モードにおける作動を示すフローチャートであり、以下、このフローチャートについて説明する。
【００２０】
先ず、第２温度センサ２０７の検出室内温度Ｔｒに基づいて（図５に示すマップ参照）、吹出口１３２から吹き出す空気の温度として、基本目標吹出温度Ｔset 、第１目標吹出温度Ｔset1、第２目標吹出温度Ｔset2を演算する（Ｓ１００、Ｓ１１０）。因みに、第１目標吹出温度Ｔset1は基本目標吹出温度Ｔset にヒステリシス成分として５℃加えたものであり、第２目標吹出温度Ｔset2は基本目標吹出温度Ｔset にヒステリシス成分として５℃減じたものである。
【００２１】
次に、第１温度センサ２０６の検出温度Ｔout と第１目標吹出温度Ｔset1とを比較し（Ｓ１２０）、検出温度Ｔout が第１目標吹出温度Ｔset1より大きいときには、第２送風機１８０の送風量Ｖをそれ以前の風量Ｖ’より所定風量ΔＶだけ増加させた（Ｓ１３０）後に、Ｓ１００に戻る。
一方、検出温度Ｔout が第１目標吹出温度Ｔset1以下のときは、検出温度Ｔout と第２目標吹出温度Ｔset2とを比較し（Ｓ１４０）、検出温度Ｔout が第２目標吹出温度Ｔset2以上であるときにはＳ１００に戻る。また、検出温度Ｔout が第２目標吹出温度Ｔset2より小さいときには、第２送風機１８０の送風量Ｖをそれ以前の風量Ｖ’より所定風量ΔＶだけ減じた（Ｓ１５０）後に、Ｓ１００に戻る。
【００２２】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、吸着器１５０（吸着剤１５１）の温度を調節する温度調節手段として、吸着器１５０の外部に配設された第２送風機１８０の送風量を増減制御することにより、冷却能力の制御を行うので、上記公報に記載の発明のごとく、連結管１６０にバルブを設ける必要がない。したがって、取り付け部などの接合個所を減少させることができるので、吸着式冷凍機１００の耐久性を損なうことなく、吸着式冷凍機１００の冷却能力を制御することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、第２送風機１８０の送風量を増減するといった簡便な手段であるので、吸着式冷凍機１００の製造原価上昇を招くことなく、耐久性を維持しつつ、冷却能力を制御することができる。
因みに、図６は吸着剤１５１の温度変化および吹出口１３２の空気温度変化を数値計算にてシミュレーションした結果であって、（ａ）は本実施形態に係るものであり、（ｂ）は第２送風機１８０の制御をしないものである。そして、図６から明らかなように、本実施形態によれば、長時間に渡って吹出口１３２の空気温度が略一定に保たれていることが判る。
【００２４】
ところで、上述の実施形態では、吸着剤１５１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、ゼオライト、活性アルミナ、活性炭、臭化リチウムなどでもよい。また、液冷媒をアンモニアとする場合には、吸着剤１５１として水を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機を用いた補助冷房装置の模式図である。
【図２】本実施形態に係る吸着式冷凍機の車両搭載状態を示す模式図である。
【図３】（ａ）は吸着式冷凍機の模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】第２送風機の作動を示すフローチャートである。
【図５】室内温度と目標吹出温度との関係を示すＲＯＭに記憶されたマップである。
【図６】吸着剤の温度変化および吹出口の空気温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１１０…冷却用熱交換器、１５０…吸着器、１６０…連結管、
１８０…第２送風機。

Claims

液冷媒が封入され、前記液冷媒を蒸発させることにより冷却対象流体を冷却する冷却用熱交換器（１１０）と、
前記冷却用熱交換器（１１０）内にて蒸発した蒸気冷媒を吸着する吸着剤（１５１）が収納された吸着器（１５０）と、
前記吸着器（１５０）が収納されたケーシング（２０４）と、
前記ケーシング（２０４）内に配設され、前記吸着器（１５０）に向けて送風する送風機（１８０）と、
前記ケーシング（２０４）内に配設され、前記吸着器（１５０）に向けて送風される空気を加熱する電気ヒータ（１９０）と、
前記ケーシング（２０４）に備えられ、前記吸着器（１５０）に向けて送風される空気流れを切り替える開閉手段（２０２、２０３）と、
前記送風機（１８０）及び前記電気ヒータ（１９０）を制御する電子制御装置（２０５）とを有し、
前記開閉手段（２０２、２０３）は、前記吸着器（１５０）への送風空気を前記ケーシング（２０４）内で循環させる場合と、前記吸着器（１５０）への送風空気を前記ケーシング（２０４）外から吸入して前記吸着器（１５０）に向けて送風した後に前記ケーシング（２０４）外へ放出する場合とに切り替えるようになっており、
前記吸着剤（１５１）に吸着された蒸気冷媒を前記吸着剤（１５１）から脱離する脱離モードでは、前記電気ヒータ（１９０）に通電するとともに、前記送風機（１８０）を作動させ、更に、前記開閉手段（２０２、２０３）により前記ケーシング（２０４）内で前記送風空気を循環させる場合を設定し、
一方、前記冷却用熱交換器（１１０）により前記冷却対象流体を冷却する冷房モードにおいて、前記冷却用熱交換器（１１０）の冷却能力を増大させるときは、前記電子制御装置（２０５）にて前記送風機（１８０）の送風量を増大させることにより前記吸着器（１５０）の温度を低下させ、前記冷却能力を低下させるときには、前記電子制御装置（２０５）にて前記送風機（１８０）の送風量を減少させることにより前記吸着器（１５０）の温度を上昇させることを特徴とする吸着式冷凍機。
前記液冷媒は水であり、前記吸着剤はシリカゲルまたは臭化リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機。