JP4082378B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルからなる冷凍装置に関するものであり、特に、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して第2冷媒を蒸発させて、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍装置の併設に関する。
従来、この種の冷凍装置として、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して第2冷媒を蒸発させて、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍装置を蒸気圧縮式冷凍サイクルからなる冷凍装置に併設させて冷却能力の向上を図ったものが知られている。
具体的には、吸着式冷凍装置の冷凍能力を発揮する第2蒸発器により蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成する第1凝縮器の出口部を流れる第1冷媒を冷却するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平11−142015号公報
しかしながら、上記特許文献1によれば、第1凝縮器の出口部を流れる第1冷媒を冷却することで、概して、冷凍装置の冷却能力の向上が図れるが、この種の蒸気圧縮式冷凍サイクルでは、一般的に、この種の冷凍サイクルは使用条件により、例えば、冷媒温度や冷媒流量が変化している。上記特許文献1では、吸着式冷凍装置の作動仕様が詳しくは記載されていないが、発明者らの研究によると、冷凍サイクル側の冷媒流量が多いときの第2蒸発器で第1冷媒を冷却していた冷水温度で、冷媒流量が少ないときに第1冷媒を冷却しても、モリエル線図上で同一のエンタルピであるため蒸気圧縮式冷凍サイクル内へ入力する熱量が低下することを見出した。
つまり、吸着式冷凍装置の作動が一定の条件で冷凍能力を発揮するように構成させると、冷凍サイクルの作動状態により冷水温度が一定となってしまい、例えば、低温の冷水温度で第1冷媒を冷却させると冷媒流量が多いときに吸着式冷凍機の冷凍能力をフルに使いきれず、また逆に、低温よりも高めの中温の冷水温度で第1冷媒を冷却させると冷媒流量が少ないときに吸着式冷凍装置の冷凍能力を使いきれないことが分かった。
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、冷凍サイクルの作動状態に基づいて吸着式冷凍装置の冷凍能力を発揮するように構成させることで、冷却能力の向上が図れるとともに吸着式冷凍装置の有効活用の可能な冷凍装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、第1冷媒が封入され、圧縮機(11)、第1凝縮器(12)、減圧手段(15)、および第1蒸発器(16)の順に環状に管路で接続してなる蒸気圧縮式冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
加熱媒体にて加熱されることにより第2冷媒を脱着し、冷却媒体にて冷却されることにより第2冷媒を吸着する吸着コア(130、140)と、この吸着コア(130、140)が第2冷媒を吸着するとき第2冷媒を蒸発させる第2蒸発器(150、160)と、吸着コア(130、140)が第2冷媒を脱着するとき第2冷媒を凝縮させる第2凝縮器(150、160)と、吸着コア(130、140)および第2凝縮器(150、160)内を流通する冷却媒体を冷却する放熱器(180)とを具備する吸着式冷凍装置(100)が配設され、
第2蒸発器(150、160)は、第2冷媒と熱交換媒体とが熱交換するように構成されており、
第1凝縮器(12)の出口部には、第1冷媒を気液分離する受液器(13)と、この受液器(13)の下流側に、第2蒸発器(150、160)で熱交換された熱交換媒体と受液器(13)により気液分離された液相冷媒の第1冷媒とを熱交換する出口部熱交換器(14)とが設けられ、
この吸着式冷凍装置(100)は、第2蒸発器(150、160)にて第2冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱を冷熱源として、第1凝縮器(12)の出口部を流れる第1冷媒を冷却するように構成され、かつ蒸気圧縮式冷凍サイクルの挙動に基づいて、第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変するように制御されることを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、冷凍サイクルの挙動、言い換えれば、作動状態に応じた吸着式冷凍装置(100)の冷凍能力を発揮することができることで、確実に冷却能力の向上が図れるとともに、吸着式冷凍装置(100)を有効に活用することができる。
請求項2に記載の発明では、吸着式冷凍装置(100)は、出口部熱交換器(14)で熱交換された熱交換媒体の冷水温度に基づいて、第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変するように制御されることを特徴としている。
請求項2に記載の発明によれば、具体的に、出口部熱交換器(14)で第1冷媒と熱交換された熱交換媒体の冷水温度で的確に冷凍サイクルの作動状態を把握することが可能である。さらに、吸着コア(130、140)および第2凝縮器(150、160)を流通する加熱媒体、冷却媒体が同一条件で一定のときに、第2蒸発器(150、160)で出力される冷水出力温度を低下させると冷凍能力が低下する特性を有する吸着式冷凍装置(100)を、上記出口部熱交換器(14)で第1冷媒と熱交換された熱交換媒体の冷水温度に応じて可変するように制御されることにより、冷凍サイクルの作動状態に応じた吸着式冷凍装置(100)の冷凍能力を発揮することができる。これにより、確実に冷却能力の向上が図れるとともに、吸着式冷凍装置(100)を有効に活用することができる。
請求項3に記載の発明では、出口部熱交換器(14)と第2蒸発器(150、160)との間に熱交換媒体を循環可能とする冷水循環回路(A)が設けられ、この冷水循環回路(A)には、出口部熱交換器(14)で熱交換された熱交換媒体の冷水温度を検出する水温検出手段(240)が設けられることを特徴としている。
請求項3に記載の発明によれば、出口部熱交換器(14)で第1冷媒と熱交換された熱交換媒体の冷水温度を的確に検出することができる。これにより、容易に冷凍サイクルの作動状態を把握することができる。
請求項4に記載の発明では、冷水循環回路(A)には、出口部熱交換器(14)と第2蒸発器(150、160)との間に循環する熱交換媒体を圧送する第1循環ポンプ(210)が設けられ、第1循環ポンプ(210)は、水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されることを特徴としている。
請求項4に記載の発明によれば、より具体的には、出口部熱交換器(14)および第2蒸発器(150、160)に循環する循環流量を制御することで容易に第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変することができる。
請求項5に記載の発明では、吸着コア(130、140)および第2凝縮器(150、160)と放熱器(180)との間に冷却媒体を循環可能とする冷却水循環回路(B)と、冷却水循環回路(B)には、吸着コア(130、140)および第2凝縮器(150、160)と放熱器(180)との間に循環する冷却媒体を圧送する第2循環ポンプ(220)とが設けられ、この第2循環ポンプ(220)は、水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されることを特徴としている。
請求項5に記載の発明によれば、上述の請求項4では、出口部熱交換器(14)および第2蒸発器(150、160)に循環する循環流量を制御させて第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変させたが、これに限らず、放熱器(180)に循環させる冷却媒体の循環流量を制御させても良い。
請求項6に記載の発明では、放熱器(180)内を流通する冷却媒体に大気を送風して冷却媒体と大気とを熱交換する送風機(180a)が設けられ、この送風機(180a)は、水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて送風量が制御されることを特徴としている。請求項6に記載の発明によれば、送風機(180a)により放熱器(180)の放熱量、言い換えれば送風量を制御させても良い。
請求項7に記載の発明では、吸着式冷凍装置(100)は、吸着コア(130、140)が冷却媒体にて冷却されることにより第2冷媒を吸着する吸着作用と、吸着コア(130、140)が加熱媒体にて加熱されることにより第2冷媒を脱着する脱着作用とを交互に工程を切り替えて運転が継続されるとともに、その工程毎に水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度を記憶するように構成されており、
第1循環ポンプ(210)、第2循環ポンプ(220)もしくは送風機(180a)は、吸着作用もしくは脱着作用の工程を切り替えた直後において、記憶された切り替え後の冷水温度とその前の切り替え前の冷水温度とを比較して切り替え後の冷水温度が高いときに、循環流量もしくは送風量を増加するように制御され、吸着作用もしくは脱着作用の工程を切り替えた直後において、記憶された切り替え後の冷水温度とその前の切り替え前の冷水温度とを比較して切り替え後の冷水温度が低いときに、循環流量もしくは送風量を減少するように制御されることを特徴としている。
請求項7に記載の発明によれば、より具体的には、交互に吸着作用もしくは脱着作用に切り替えた直後に、熱交換媒体の冷水温度を比較することで冷凍サイクルの作動状態が的確に把握することが容易にできる。しかも、これらの制御が簡素にできることで複雑な制御回路を必要としない。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態における冷凍装置を図1ないし図3に基づいて説明する。図1は、本発明を空調装置に適用したものであり、その冷凍装置の全体構成を示す模式図であり、図2は吸着式冷凍装置を制御する制御装置200の制御処理を示すフローチャートである。なお、図1は第1吸着器110で吸着作用を行なう第1工程における加熱媒体、冷却媒体および熱交換媒体の循環経路を示す模式図であり、図3は第1吸着器110で脱着作用を行なう第2工程における加熱媒体、冷却媒体および熱交換媒体の循環経路を示す模式図である。
本実施形態の冷凍装置は、図1に示すように、第1冷媒が封入され、圧縮機11、第1凝縮器12、受液器13、出口部熱交換器14、減圧手段15、および第1蒸発器16の順に環状に管路で接続してなる蒸気圧縮式冷凍サイクル10(以下、冷凍サイクルと称す。)と、詳しくは後述するがエンジン190の廃熱にて駆動される吸着式冷凍装置100とから構成されている。
圧縮機11は、エンジン190を駆動源として、プーリーおよびVベルトからなる動力伝達手段より電磁クラッチ(図示せず)を介して駆動される。そして、第1蒸発器16より吸入した第1冷媒を高温高圧の気相冷媒に圧縮する。
第1凝縮器12は圧縮機11により圧縮された高温冷媒を図示しない凝縮用送風機により大気と熱交換して凝縮する熱交換器である。そして、第1凝縮器12により凝縮された高温の液相冷媒は、受液器13(レシーバ)に流出される。この受液器13は第1冷媒の気液を分離して液相冷媒を貯える容器である。そして、受液器13(レシーバ)より流出される高温の液相冷媒は出口部熱交換器14に流入する。
この出口部熱交換器14は、後述する吸着式冷凍装置100の第2蒸発器150、160にて第2冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱を熱交換媒体(本実施形態では、水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体)に吸熱させて、この吸熱された熱交換媒体と第1冷媒とを熱交換する過冷却用熱交換器であり、受液器13(レシーバ)より流出される高温の液相冷媒の第1冷媒が熱交換媒体により冷却される。そして、熱交換媒体で冷却された液相冷媒が減圧手段である膨張弁15に流入する。膨張弁15は液相冷媒を減圧する弁であって温度式膨張弁で構成されており、この膨張弁15で減圧された気液2相の第1冷媒は第1蒸発器16に流入される。
第1蒸発器16は、膨張弁14で減圧された気液2相冷媒を蒸発させる蒸発器であり、図示しない送風機により室内の空気を吸入し、第1蒸発器16を通過させることで第1冷媒の蒸発潜熱が吸熱され冷風となって室内を空調する。なお、第1蒸発器16および送風機(図示せず)は、室内に搭載される図示しない空調ユニット内に収容されている。
次に、吸着式冷凍装置100は、図1(もしくは図3)中、190はエンジンであり、110、120は第1、2吸着器であって同一のものであるので、特に両者を区別する必要がないとき(総称するとき)は、単に吸着器110と称する。ところで、吸着器110、120は、略真空状態に保たれたケーシング111,121内に、所定量の第2冷媒(本実施形態では、水)が封入されているとともに、その上方側には吸着剤131、141(本実施形態では、例えば、シリカゲル)が接着された吸着コア130、140が収納配設され、一方、下方側には熱交換媒体もしくは冷却冷媒とケーシング111、121内の第2冷媒との間で熱交換を行なう第2蒸発器(もしくは、第2凝縮器)150、160が収納配設されている。
なお、吸着コア130、140は、加熱媒体(もしくは、冷却媒体)が流通する扁平状に形成された複数本のコアチューブ(図示せず)およびこのコアチューブ間に配設された波状のコアフィン(図示せず)を有するとともに、コアチューブおよびコアフィンの少なくとも一方に吸着剤131,141が接着されたものである。
また、第2蒸発器(もしくは、第2凝縮器)150、160は、熱交換媒体(もしくは、冷却媒体)が流通する扁平状に形成されたチューブ(図示せず)およびチューブの外表面積を増大させるフィン(図示せず)からなるコア部(図示せず)を有して構成されている。なお、第2蒸発器150,160は、第2冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱をチューブ(図示せず)に流通する熱交換媒体に吸熱させて冷凍能力を出力し、第2凝縮器150、160は、第2冷媒が凝縮するときの凝縮熱をチューブ(図示せず)に流通する冷却媒体に吸熱させて凝縮能力を出力している。
また、吸着コア130、140、および第2蒸発器(もしくは、第2凝縮器)150、160に流通する加熱媒体、冷却媒体、および熱交換媒体は、それぞれの機能を区別するために上述のように称しているが、本実施形態では、水にエチレングリコール系の不凍液を混合した同一の流体を用いている。
ところで、図1(もしくは図3)中、180は吸着器110、120、つまり、吸着コア130、140、および第2凝縮器150、160から流出する冷却媒体と大気とを熱交換して冷却媒体を冷却する放熱器であり、180aは送風機である。
次に、加熱媒体、冷却媒体、および熱交換媒体が循環する複数の循環回路A、B、Cについて説明する。図1(もしくは図3)中に太い実線で示す冷水循環回路Aは、出口部熱交換器14と第2蒸発器150、160との間に熱交換媒体を循環可能とする循環回路である。図1(もしくは図3)中に太い破線で示す冷却水循環回路Bは、吸着コア130、140、および第2凝縮器150、160と放熱器180との間に冷却媒体を循環可能とする循環回路である。さらに、図1(もしくは図3)中に実線で示す加熱媒体循環回路Cは、吸着コア130、140とエンジン190との間に加熱媒体を循環可能とする循環回路である。
そして、冷水循環回路Aには、出口部熱交換器14と第2蒸発器150、160との間に循環する熱交換媒体を圧送する第1循環ポンプ210が設けられ、冷却水循環回路Bには、吸着コア130、140、および第2凝縮器150、160と放熱器180との間に循環する冷却媒体を圧送する第2循環ポンプ220が設けられ、加熱媒体循環回路Cには、吸着コア130、140とエンジン190との間に循環する加熱媒体を圧送する第3循環ポンプ230が設けられている。
また、冷水循環回路Aには、出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度を検出する水温検出手段240が設けられている。そして、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度を後述する制御装置200に出力するように電気的に接続されている。さらに、図1(もしくは図3)中、251〜254は、それぞれ加熱媒体、冷却媒体、および熱交換媒体の循環経路を切り替える切換弁であり、これらの切換弁251〜254、第1、第2、第3循環ポンプ210、220、230、および送風機180aは、制御装置200により制御されるように電気的に接続されている。
そして、制御装置200はマイクロコンピュータなどから構成されるものであり、水温検出手段240からの温度情報が入力されるとともに、上述した切換弁251〜254、第1、第2、第3循環ポンプ210、220、230、および送風機180aが制御される。なお、本実施形態では、出口部熱交換器14と第2蒸発器150、160との間に循環する熱交換媒体の循環流量を水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて第1循環ポンプ210を制御して調節するようにしている。
また、本実施形態では、加熱媒体循環回路Cに第3循環ポンプ230を配設したが、これに限らず、車両用に適用する場合は、冷却水回路に配設されているエンジン190で駆動される機械式ポンプを流用しても良い。
ここで、吸着式冷凍装置100は、第1吸着器110内の吸着コア130にて第2冷媒を吸着させるとともに、第2吸着器120内の吸着コア140にて第2冷媒を脱着させる第1工程と、第1吸着器110内の吸着コア130にて第2冷媒を脱着させるとともに、第2吸着器120内の吸着コア140にて第2冷媒を吸着させる第2工程とを所定時間毎に交互に繰り返すように制御装置200により制御される。
言い換えれば、第1工程では、第1吸着器110内の吸着コア130で吸着作用が行なわれ、第2吸着器120内の吸着コア140で脱着作用が行なわれ、所定時間後の第2工程では、第1吸着器110内の吸着コア130で脱着作用が行なわれ、第2吸着器120内の吸着コア140で吸着作用が行なわれる。
これにより、第1工程では、図1に示すように、第1吸着器110内の第2蒸発器150側の熱交換媒体が出口部熱交換器14に循環され、第2吸着器120内の第2凝縮器160および第1吸着器110内の吸着コア130側の冷却媒体が放熱器180に循環され、さらに第2吸着器120内の吸着コア140側の加熱媒体がエンジン190に循環される。
一方、第2工程では、図3に示すように、第2吸着器120内の第2蒸発器160側の熱交換媒体が出口部熱交換器14に循環され、第1吸着器110内の第2凝縮器150および第2吸着器120内の吸着コア140側の冷却媒体が放熱器180に循環され、さらに、第1吸着器110内の吸着コア130側の加熱媒体がエンジン190に循環される。これにより、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が連続的に第2蒸発器150、160で熱交換媒体に出力されて、出口部熱交換器14内を流通する第1冷媒を冷却する。
次に、以上の構成による冷凍装置の作動を説明する。まず、エンジン190が駆動しているときに、エアコンスイッチ(図示せず)を操作することで、エンジン190から電磁クラッチ(図示せず)を介して圧縮機11に動力が伝達されて圧縮機11が作動する。圧縮機11で圧縮された高温、高圧の気相状の第1冷媒が、第1凝縮器12で
凝縮用送風機(図示せず)により大気と熱交換して凝縮する。第1凝縮器12で凝縮された高温高圧の第1冷媒は受液器13で気液分離されて液相冷媒が貯められる。
そして、受液器13から液相冷媒状態の第1冷媒が出口部熱交換器14に流入され、ここで、詳しくは後述するが低温の熱交換媒体により冷却された後、膨張弁15に流出する。そして、膨張弁15で減圧され、低温低圧の気液2相状態となる。この気液2相状態の第1冷媒は、第1蒸発器16において送風機(図示しない)により送風される室内の空気と熱交換して蒸発して気相冷媒となり、この気相状の第1冷媒が再び圧縮機11に吸入される。そして、第1蒸発器16では、第1冷媒と室内の空気とが熱交換され、空気が冷却されることで室内の冷房が行なわれる。
一方、吸着式冷凍装置100では、図1に示すような循環経路となるように各切換弁251〜254を作動させるとともに、第1、第2、第3循環ポンプ210、220、230、および送風機180aを作動させる。これにより、第1吸着器110内の第2蒸発器150側の熱交換媒体が出口部熱交換器14に循環され、第2吸着器120内の第2凝縮器160および第1吸着器110内の吸着コア130側の冷却媒体が放熱器180に循環され、さらに、第2吸着器120内の吸着コア140側の加熱媒体がエンジン190に循環される。以下、この状態を第1工程と称する。
この第1工程では、エンジン190からの加熱媒体が加熱媒体循環回路Cを介して第2吸着器120内の吸着コア140側に循環されるので吸着コア140が加熱されて吸着剤141から第2冷媒が脱着される。また、放熱器180からの比較的低温な冷却冷媒が第2吸着器120内の第2凝縮器160および第1吸着器110内の吸着コア130に循環される。この結果、第2凝縮器160が冷却されるので、第2凝縮器160 にて第2冷媒が凝縮され、かつ吸着コア130が冷却されるので吸着コア130内の吸着剤131が第2冷媒を吸着する。
これにより、ケーシング111内の内部の圧力が低下し、第1吸着器110内の第2蒸発器150近傍の第2冷媒が蒸発するので、このときの蒸発潜熱を冷熱源として、第2蒸発器150に循環する熱交換媒体が冷却される。この冷却された低温の熱交換媒体が冷水循環回路Aを介して出口部熱交換器14に循環される。これにより、出口部熱交換器14を流通する第1冷媒が冷却される。
また、以上の第1工程を所定時間行なった後に、各切換弁251〜254のみを図3に示すような循環経路となるように切り替えることにより、第2吸着器120内の第2蒸発器160側の熱交換媒体が出口部熱交換器14に循環され、第1吸着器110内の第2凝縮器150および第2吸着器120内の吸着コア140側の冷却媒体が放熱器180に循環され、さらに、第1吸着器110内の吸着コア130側の加熱媒体がエンジン190に循環される第2工程が行なわれる。
このときは、上記第1工程の吸着と脱着、蒸発と凝縮とが入れ替わるだけであるため、具体的な作動の説明は省略する。そして、所定時間後、各切換弁251〜254のみを切り替えて再び第1工程を行なうようにしている。このように、第1工程と第2工程とを所定時間毎に交互に繰り返すことで吸着式冷凍装置100を連続的に作動できる。なお、上記所定時間は、吸着コア130、140内の吸着剤131、141の水分吸着能力に応じて選定されるものである。
次に、本発明の要部の作動について説明する。本実施形態では、冷凍サイクル10の挙動、つまり、冷凍サイクル10の作動状態に応じて、吸着式冷凍装置100を作動させるようにしたもので、具体的には、冷凍サイクル10の作動状態を冷水循環回路Aに設けられた水温検出手段240により検出される冷水温度情報で把握し、この温度情報に基づいて冷水循環回路A内を循環する循環流量を制御するようにしている。
より具体的には、水温検出手段240により検出される出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度に基づいて、出口部熱交換器14に循環する熱交換媒体の循環流量を第1循環ポンプ210の回転数を可変するように、図2に示すフローチャートに基づいて吸着式冷凍装置100を制御している。以下、図2に基づいて説明する。まず、ステップ300にて、吸着式冷凍装置100の第1工程の運転が開始される。この運転スタート時はステップ310にて初期設定運転を開始する。このときは、第1循環ポンプ210は予め設定した初期設定の回転数で制御させて、上述したように第2蒸発器150側で発生した低温の熱交換媒体を出口部熱交換器14に循環させて第1冷媒を冷却する。
そして、ステップ320にて、水温検出手段240により検出される出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度T1aを記憶する。そして、所定時間経過後に、ステップ330にて第1工程から第2工程に運転が切り替えられる。このときは、上述したように第2蒸発器160側で発生した低温の熱交換媒体を出口部熱交換器14に循環させて第1冷媒を冷却する。
そして、ステップ340にて、水温検出手段240により検出される出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度T1bを記憶する。そして、所定時間経過後に、ステップ350にて第2工程から再び第1工程に運転が切り替えられる。これにより、再び第2蒸発器150側で発生した低温の熱交換媒体を出口部熱交換器14に循環させて第1冷媒を冷却する。
次に、ステップ360の切り替え直後において、記憶された冷水温度T1aとT1bとの温度比較を実行する。なお、この比較する冷水温度T1a、T1bは、ステップ330およびステップ350で切り替えられる直前に記憶された冷水温度T1a、T1bで比較する。
つまり、ステップ350で切り替える前の状態における切り替え前の冷水温度T1aと切り替え後の冷水温度T1bとを比較して、切り替え後の冷水温度T1bが切り替え前の冷水温度T1aよりも高い(T1b>T1a)ときはステップ370に移行させ、切り替え後の冷水温度T1bと切り替え前の冷水温度T1aが等しい(T1b=T1a)および切り替え後の冷水温度T1bが切り替え前の冷水温度T1aよりも低い(T1b<T1a)ときはステップ380に移行する。ステップ380では、T1b=T1aであるか否かを判定し、YESであればステップ390に移行し、NOであればステップ400に移行させるように判定している。
上述したステップ360およびステップ380における温度比較による判定手段は、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が蒸発圧縮式冷凍サイクル10側の過冷却能力に対して、対応しているか否かを判定したものであり、切り替え後の冷水温度T1bが高いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が不足と判断し、切り替え後の冷水温度T1bが低いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が優っていると判断し、切り替え後の冷水温度T1bが等しいときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が同等であると判断している。
従って、ステップ370では、冷水循環回路Aを流通する循環流量が上昇するように第1循環ポンプ210の回転数を上昇させる。また、ステップ390では、冷水循環回路Aを流通する循環流量が維持するように第1循環ポンプ210を初期設定の回転数を維持するように制御する。さらに、ステップ400では、冷水循環回路Aを流通する循環流量が降下するように第1循環ポンプ210の回転数を降下させる。
そして、上昇、降下、もしくは維持のいずれかの状態の回転数で第1工程の運転が行なわれる。そして、ステップ410にて、水温検出手段240により検出される出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度T1aを記憶する。そして、所定時間経過後に、ステップ420にて第1工程から第2工程に運転が切り替えられる。これにより、再び第2蒸発器160側で発生した低温の熱交換媒体を出口部熱交換器14に循環させて第1冷媒を冷却する。
そして、ステップ430およびステップ450にて、切り替え直後において、記憶された冷水温度T1aとT1bとの温度比較を実行する。ここでは、ステップ420で切り替わる前の状態における切り替え前の冷水温度がT1bであり、切り替え後の冷水温度がT1aとなることで、ステップ430では、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより高いか否かを判定し、ステップ450では、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bと同等か、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより低いかを判定している。
ステップ430にて、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより高いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が不足と判断して、ステップ440にて、冷水循環回路Aを流通する循環流量が上昇するように第1循環ポンプ210の回転数を上昇させる。そして、ステップ450にて、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bと同等であれば、ステップ460にて、冷水循環回路Aを流通する循環流量が維持するように第1循環ポンプ210を初期設定の回転数を維持するように制御する。
さらに、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより低いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が優っていると判断して、ステップ470にて、冷水循環回路Aを流通する循環流量が降下するように第1循環ポンプ210の回転数を降下させる。そして、上昇、降下、もしくは維持のいずれかの状態の回転数で第2工程の運転が行なわれる。そして、ステップ340に移行して、水温検出手段240により検出される出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度T1bを記憶する。
以降、上述したステップ350からステップ440、ステップ460、もしくはステップ460を繰返して、切り替え後の冷水温度と切り替え前の冷水温度とを比較して第1循環ポンプ210を制御する。これにより、冷凍サイクル10の作動状態を水温検出手段240により検出される温度情報で把握し、その温度情報に基づいて吸着式冷凍装置100の冷凍能力の出力を制御することができる。
これは、発明者らの研究により、冷凍サイクル10側の冷媒流量が多いときの第2蒸発器150、160で第1冷媒を冷却していた冷水温度で、冷媒流量が少ないときに第1冷媒を冷却しても、モリエル線図上で同一のエンタルピであるため蒸気圧縮式冷凍サイクル内へ入力する熱量が低下することを見出したものである。
つまり、吸着式冷凍装置100は、冷却媒体および加熱媒体が一定の条件下において、第2蒸発器150、160で出力する冷水温度を低下させると冷凍能力が低下する特性を有しているため、蒸気圧縮式冷凍サイクル10からなる冷凍装置に組み合わせると、冷凍サイクル10の作動状態により冷水温度が一定となってしまい、例えば、低温の冷水温度で第1冷媒を冷却させると冷媒流量が多いときに吸着式冷凍装置100の冷凍能力をフルに使いきれず、また逆に、低温よりも高めの中温の冷水温度で第1冷媒を冷却させると冷媒流量が少ないときに吸着式冷凍装置100の冷凍能力を使いきれないことが分かった。
そこで、上述のように、熱交換後の冷水温度に基づいて吸着式冷凍装置100の冷凍能力を調節するように冷水循環回路Aを流通する循環流量を調節することで、吸着式冷凍装置100の冷凍能力を使い切ることができる。なお、本実施形態では、冷水循環回路Aを流通する循環流量を第1循環ポンプ210の回転数で制御するようにしたが、これに限らず、冷水循環回路A内に、流量を調節する流量調節弁を設けて、冷水温度に基づいて弁開度を調節するようにしても良い。
以上の第1実施形態の冷凍装置によれば、吸着式冷凍装置100を第2蒸発器150、160にて第2冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱を冷熱源として、第1凝縮器12の出口部を流れる第1冷媒を冷却するように構成され、かつ冷凍サイクル10の挙動に基づいて、第2蒸発器150、160で出力される冷凍能力を可変するように制御されることにより、冷凍サイクル10の挙動、言い換えれば、作動状態に応じた吸着式冷凍装置100の冷凍能力を発揮することができることで、確実に冷却能力の向上が図れるとともに、吸着式冷凍装置100を有効に活用することができる。
また、第2蒸発器150、160は、第2冷媒と熱交換媒体とが熱交換するように構成されており、第1凝縮器12の出口部近傍には、第2蒸発器150、160で熱交換された熱交換媒体と第1冷媒とを熱交換する出口部熱交換器14が設けられ、吸着式冷凍装置100は、出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度に基づいて、第2蒸発器150、160で出力される冷凍能力を可変するように制御されることにより、出口部熱交換器14で第1冷媒と熱交換された熱交換媒体の冷水温度で的確に冷凍サイクルの作動状態を把握することが可能である。
さらに、吸着コア130、140および第2凝縮器150、160を流通する加熱媒体、冷却媒体が同一条件で一定のときに、第2蒸発器150、160で出力される冷水出力温度を低下させると冷凍能力が低下する特性を有する吸着式冷凍装置100を、上記出口部熱交換器14で第1冷媒と熱交換された熱交換媒体の冷水温度に応じて可変するように制御されることにより、冷凍サイクルの作動状態に応じた吸着式冷凍装置100の冷凍能力を発揮することができる。これにより、確実に冷却能力の向上が図れるとともに、吸着式冷凍装置100を有効に活用することができる。
また、出口部熱交換器14と第2蒸発器150、160との間に熱交換媒体を循環可能とする冷水循環回路Aが設けられ、この冷水循環回路Aには、出口部熱交換器14で熱交換された熱交換媒体の冷水温度を検出する水温検出手段240が設けられることにより、出口部熱交換器14で第1冷媒と熱交換された熱交換媒体の冷水温度を的確に検出することができる。これにより、容易に冷凍サイクルの作動状態を把握することができる。
また、冷水循環回路Aには、出口部熱交換器14と第2蒸発器150、160との間に循環する熱交換媒体を圧送する第1循環ポンプ210が設けられ、この第1循環ポンプ210は、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されることにより、容易に第2蒸発器150、160で出力される冷凍能力を可変することができる。
また、より具体的には、吸着式冷凍装置100は、吸着コア130、140が冷却媒体にて冷却されることにより第2冷媒を吸着する吸着作用と、吸着コア130、140が加熱媒体にて加熱されることにより第2冷媒を脱着する脱着作用とを交互に工程を切り替えて運転が継続されるとともに、その工程毎に水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度を記憶するように構成されており、第1循環ポンプ210は、吸着作用もしくは脱着作用の工程を切り替えた直後において、記憶された切り替え後の冷水温度とその前の切り替え前の冷水温度とを比較して切り替え後の冷水温度が高いときに、循環流量もしくは送風量を増加するように制御され、吸着作用もしくは脱着作用の工程を切り替えた直後において、記憶された切り替え後の冷水温度とその前の切り替え前の冷水温度とを比較して切り替え後の冷水温度が低いときに、循環流量もしくは送風量を減少するように制御されることにより、吸着作用もしくは脱着作用に切り替えた直後に、熱交換媒体の冷水温度を比較することで冷凍サイクル10の作動状態が的確に把握することが容易にできる。しかも、これらの制御が簡素にできることで複雑な制御回路を必要としない。
(第2実施形態)
以上の第1実施形態では、冷水循環回路Aに、出口部熱交換器14と第2蒸発器150、160との間に循環する熱交換媒体を圧送する第1循環ポンプ210が設けられ、この第1循環ポンプ210は、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されるように構成したが、これに限らず、吸着コア130、140および第2凝縮器150、160と放熱器180との間に冷却媒体を循環可能とする冷却水循環回路Bと、この冷却水循環回路Bに吸着コア130、140および第2凝縮器150、160と放熱器180との間に循環する冷却媒体を圧送する第2循環ポンプ220とが設けられ、この第2循環ポンプ220は、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されるように構成しても良い。
具体的には、図4に示すように、まず、運転スタート時はステップ310aにて初期設定運転を開始する。このときは、第2循環ポンプ220は予め設定した初期設定の回転数で制御させて、第2蒸発器150側で発生した低温の熱交換媒体を出口部熱交換器14に循環させて第1冷媒を冷却する。
そして、ステップ360にて、ステップ350で切り替える前の状態における切り替え前の冷水温度T1aと切り替え後の冷水温度T1bとを比較して、切り替え後の冷水温度T1bが切り替え前の冷水温度T1aよりも高い(T1b>T1a)ときはステップ370aに移行させ、切り替え後の冷水温度T1bと切り替え前の冷水温度T1aが等しい(T1b=T1a)および切り替え後の冷水温度T1bが切り替え前の冷水温度T1aよりも低い(T1b<T1a)ときはステップ380に移行する。
そして、ステップ380で、T1b=T1aであるか否かを判定し、YESであればステップ390aに移行し、NOであればステップ400aに移行させるように判定している。なお、ステップ360およびステップ380は第1実施形態と同様である。そして、ステップ370aでは、冷却水循環回路Bを流通する循環流量が上昇するように第2循環ポンプ220の回転数を上昇させる。
また、ステップ390aでは、冷却水循環回路Bを流通する循環流量が維持するように第2循環ポンプ220を初期設定の回転数を維持するように制御する。さらに、ステップ400aでは、冷却水循環回路Bを流通する循環流量が降下するように第2循環ポンプ220の回転数を降下させる。
次に、ステップ430にて第1実施形態と同様に切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより高いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が不足と判断して、ステップ440aにて、冷却水循環回路Bを流通する循環流量が上昇するように第2循環ポンプ220の回転数を上昇させる。そして、ステップ450にて、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bと同等であれば、ステップ460aにて、冷却水循環回路Bを流通する循環流量が維持するように第2循環ポンプ220を初期設定の回転数を維持するように制御する。
さらに、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより低いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が優っていると判断して、ステップ470aにて、冷却水循環回路Bを流通する循環流量が降下するように第2循環ポンプ220の回転数を降下させる。
以上の第2実施形態の冷凍装置によれば、吸着コア130、140および第2凝縮器150、160と放熱器180との間に冷却媒体を循環可能とする冷却水循環回路Bと、この冷却水循環回路Bには、吸着コア130、140および第2凝縮器150、160と放熱器180との間に循環する冷却媒体を圧送する第2循環ポンプ220とが設けられ、この第2循環ポンプ220は、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されることにより、吸着式冷凍装置100の冷凍能力を制御することができる。従って、第2蒸発器150、160で出力される冷凍能力を可変させることができる。
(第3実施形態)
以上の第2実施形態では、吸着コア130、140および第2凝縮器150、160と放熱器180との間に冷却媒体を循環可能とする冷却水循環回路B内を流通する冷却媒体の循環流量を第2循環ポンプ220で制御するように構成させたが、これに限らず、放熱器180内を流通する冷却媒体に大気を送風して冷却媒体と大気とを熱交換する送風機180aが設けられ、この送風機180aは、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて送風量が制御されるように構成しても良い。
具体的には、図5に示すように、まず、運転スタート時はステップ310bにて初期設定運転を開始する。このときは、送風機180aは予め設定した初期設定の回転数で制御させて、第2蒸発器150側で発生した低温の熱交換媒体を出口部熱交換器14に循環させて第1冷媒を冷却する。
そして、ステップ360にて、ステップ350で切り替える前の状態における切り替え前の冷水温度T1aと切り替え後の冷水温度T1bとを比較して、切り替え後の冷水温度T1bが切り替え前の冷水温度T1aよりも高い(T1b>T1a)ときはステップ370bに移行させ、切り替え後の冷水温度T1bと切り替え前の冷水温度T1aが等しい(T1b=T1a)および切り替え後の冷水温度T1bが切り替え前の冷水温度T1aよりも低い(T1b<T1a)ときはステップ380に移行する。
そして、ステップ380で、T1b=T1aであるか否かを判定し、YESであればステップ390bに移行し、NOであればステップ400aに移行させるように判定している。なお、ステップ360およびステップ380は第1実施形態と同様である。そして、ステップ370bでは、送風量が上昇するように送風機180aの回転数を上昇させる。
また、ステップ390aでは、送風量が維持するように送風機180aを初期設定の回転数を維持するように制御する。さらに、ステップ400aでは、送風量が降下するように送風機180aの回転数を降下させる。
次に、ステップ430にて第1実施形態と同様に切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより高いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が不足と判断して、ステップ440bにて、送風量が上昇するように送風機180aの回転数を上昇させる。そして、ステップ450にて、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bと同等であれば、ステップ460bにて、送風量を維持するように送風機180aを初期設定の回転数を維持するように制御する。さらに、切り替え後の冷水温度T1aが切り替え前の冷水温度T1bより低いときは、吸着式冷凍装置100の冷凍能力が優っていると判断して、ステップ470bにて、送風量が降下するように送風機180aの回転数を降下させる。
以上の第3実施形態による冷凍装置によれば、放熱器180内を流通する冷却媒体に大気を送風して冷却媒体と大気とを熱交換する送風機180aが設けられ、この送風機180aは、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて送風量が制御されることにより、吸着式冷凍装置100の冷凍能力を制御することができる。従って、第2蒸発器150、160で出力される冷凍能力を可変させることができる。
(他の実施形態)
以上の実施形態では、水温検出手段240により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて冷水循環回路A、冷却水循環回路B内の循環流量、もしくは放熱器180の送風量を制御するように構成させたが、加熱媒体循環回路C内の循環流量を可変するように構成しても良い。また、加熱媒体の温度を可変できるように加熱媒体循環回路C内に補助ヒータを設けても良い。
また、以上の実施形態では、本発明を家庭用や業務用の空調装置に適用させたが、これに限らず、車両用空調装置に適用させても良い。また、加熱媒体をエンジン190の冷却水回路から取り入れるように構成したが、これに限らず、燃料電池車に搭載される燃料電池を冷却する冷却水や発熱補機を冷却する冷却水を熱源としても良い。
本発明の第1実施形態における冷凍装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第1実施形態における吸着式冷凍装置100を制御する制御装置200の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第1実施形態における第1吸着器110で脱着作用を行なう第2工程における加熱媒体、冷却媒体および熱交換媒体の循環経路を示す模式図である。 本発明の第2実施形態における吸着式冷凍装置100を制御する制御装置200の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態における吸着式冷凍装置100を制御する制御装置200の制御処理を示すフローチャートである。
符号の説明
11…圧縮機
12…第1凝縮器
14…出口部熱交換器
15…膨張弁(減圧手段)
16…第1蒸発器
100…吸着式冷凍装置
130、140…吸着コア
150、160…第2蒸発器、第2凝縮器
180…放熱器
180a…送風機
210…第1循環ポンプ
220…第2循環ポンプ
240…水温検出手段

Claims (8)

  1. 第1冷媒が封入され、圧縮機(11)、第1凝縮器(12)、減圧手段(15)、および第1蒸発器(16)の順に環状に管路で接続してなる蒸気圧縮式冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
    加熱媒体にて加熱されることにより第2冷媒を脱着し、冷却媒体にて冷却されることにより第2冷媒を吸着する吸着コア(130、140)と、
    前記吸着コア(130、140)が第2冷媒を吸着するとき第2冷媒を蒸発させる第2蒸発器(150、160)と、
    前記吸着コア(130、140)が第2冷媒を脱着するとき第2冷媒を凝縮させる第2凝縮器(150、160)と、
    前記吸着コア(130、140)および前記第2凝縮器(150、160)内を流通する冷却媒体を冷却する放熱器(180)とを具備する吸着式冷凍装置(100)が配設され、
    前記第2蒸発器(150、160)は、第2冷媒と熱交換媒体とが熱交換するように構成されており、
    前記第1凝縮器(12)の出口部には、第1冷媒を気液分離する受液器(13)と、前記受液器(13)の下流側に、前記第2蒸発器(150、160)で熱交換された熱交換媒体と前記受液器(13)により気液分離された液相冷媒の第1冷媒とを熱交換する出口部熱交換器(14)とが設けられ、
    前記吸着式冷凍装置(100)は、前記第2蒸発器(150、160)にて第2冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱を冷熱源として、前記第1凝縮器(12)の出口部を流れる第1冷媒を冷却するように構成され、かつ蒸気圧縮式冷凍サイクルの挙動に基づいて、前記第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変するように制御されることを特徴とする冷凍装置。
  2. 前記吸着式冷凍装置(100)は、前記出口部熱交換器(14)で熱交換された熱交換媒体の冷水温度に基づいて、前記第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変するように制御されることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
  3. 前記出口部熱交換器(14)と前記第2蒸発器(150、160)との間に熱交換媒体を循環可能とする冷水循環回路(A)が設けられ、
    前記冷水循環回路(A)には、前記出口部熱交換器(14)で熱交換された熱交換媒体の冷水温度を検出する水温検出手段(240)が設けられることを特徴とする請求項2に記載の冷凍装置。
  4. 前記冷水循環回路(A)には、前記出口部熱交換器(14)と前記第2蒸発器(150、160)との間に循環する熱交換媒体を圧送する第1循環ポンプ(210)が設けられ、
    前記第1循環ポンプ(210)は、前記水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されることを特徴とする請求項3に記載の冷凍装置。
  5. 前記吸着コア(130、140)および前記第2凝縮器(150、160)と前記放熱器(180)との間に冷却媒体を循環可能とする冷却水循環回路(B)と、
    前記冷却水循環回路(B)には、前記吸着コア(130、140)および前記第2凝縮器(150、160)と前記放熱器(180)との間に循環する冷却媒体を圧送する第2循環ポンプ(220)とが設けられ、
    前記第2循環ポンプ(220)は、前記水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて循環流量が制御されることを特徴とする請求項3に記載の冷凍装置。
  6. 前記放熱器(180)内を流通する冷却媒体に大気を送風して冷却媒体と大気とを熱交換する送風機(180a)が設けられ、
    前記送風機(180a)は、前記水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度に基づいて送風量が制御されることを特徴とする請求項3に記載の冷凍装置。
  7. 前記吸着式冷凍装置(100)は、前記吸着コア(130、140)が冷却媒体にて冷却されることにより第2冷媒を吸着する吸着作用と、前記吸着コア(130、140)が加熱媒体にて加熱されることにより第2冷媒を脱着する脱着作用とを交互に工程を切り替えて運転が継続されるとともに、その工程毎に前記水温検出手段(240)により検出された熱交換媒体の冷水温度を記憶するように構成されており、
    前記第1循環ポンプ(210)、前記第2循環ポンプ(220)もしくは前記送風機(180a)は、吸着作用もしくは脱着作用の工程を切り替えた直後において、記憶された切り替え後の冷水温度とその前の切り替え前の冷水温度とを比較して切り替え後の冷水温度が高いときに、循環流量もしくは送風量を増加するように制御され、吸着作用もしくは脱着作用の工程を切り替えた直後において、記憶された切り替え後の冷水温度とその前の切り替え前の冷水温度とを比較して切り替え後の冷水温度が低いときに、循環流量もしくは送風量を減少するように制御されることを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれか一項に記載の冷凍装置。
  8. 第1冷媒が封入され、圧縮機(11)、第1凝縮器(12)、減圧手段(15)、および第1蒸発器(16)の順に環状に管路で接続してなる蒸気圧縮式冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
    加熱媒体にて加熱されることにより第2冷媒を脱着し、冷却媒体にて冷却されることにより第2冷媒を吸着する吸着コア(130、140)と、
    前記吸着コア(130、140)が第2冷媒を吸着するとき第2冷媒を蒸発させる第2蒸発器(150、160)と、
    前記吸着コア(130、140)が第2冷媒を脱着するとき第2冷媒を凝縮させる第2凝縮器(150、160)と、
    前記吸着コア(130、140)および前記第2凝縮器(150、160)内を流通する冷却媒体を冷却する放熱器(180)とを具備する吸着式冷凍装置(100)が配設され、
    前記吸着式冷凍装置(100)は、前記第2蒸発器(150、160)にて第2冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱を冷熱源として、前記第1凝縮器(12)の出口部を流れる第1冷媒を冷却するように構成され、かつ蒸気圧縮式冷凍サイクルの挙動に基づいて、前記第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変するように制御されており、
    前記第2蒸発器(150、160)は、第2冷媒と熱交換媒体とが熱交換するように構成されており、
    前記第1凝縮器(12)の出口部近傍には、前記第2蒸発器(150、160)で熱交換された熱交換媒体と第1冷媒とを熱交換する出口部熱交換器(14)が設けられ、
    前記吸着式冷凍装置(100)は、前記出口部熱交換器(14)で熱交換された熱交換媒体の冷水温度に基づいて、前記第2蒸発器(150、160)で出力される冷凍能力を可変するように制御されることを特徴とする冷凍装置。
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