JP4300677B2

JP4300677B2 - 吸着式冷凍機

Info

Publication number: JP4300677B2
Application number: JP2000118322A
Authority: JP
Inventors: 哲井上; 久夫永島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP2001304715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着していた冷媒を脱離する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】
吸着式冷凍機は、例えば特開平５−１２６４３２号公報に記載のごとく、吸着器内に水等の冷媒及びシリカゲル等の吸着剤を封入するとともに、吸着器内の液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させ、一方、その蒸発した気相冷媒（水蒸気）を吸着剤にて吸着して液相冷媒を連続的に蒸発させるものであるが、吸着剤の吸着能力が飽和すると、液相冷媒の蒸発が停止して冷凍能力が低下してしまう。
【０００３】
そこで、一般的に、複数個の吸着器間で、冷媒を吸着させながら冷凍能力を発揮させる吸着工程と、吸着剤を加熱して吸着していた冷媒を脱離（再生）させる脱離工程とを交互に切替運転させて、冷凍能力を連続的に発揮させている。
【０００４】
なお、吸着剤は冷媒を吸着する際に凝縮熱相当の熱（吸着熱）を発し、かつ、吸着剤の温度が上昇すると、吸着能力が低下するので、吸着工程にある吸着器では外気等により冷却された熱媒体により吸着剤を冷却している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、脱離工程にある吸着器では、冷媒を脱離するために吸着剤を加熱しているので、脱離工程から吸着工程に移行した直後においては、吸着剤の温度が上昇しているため、吸着剤の温度が下がるまで外部に十分な冷凍能力を供給することができない。したがって、吸着工程と脱離工程とを切り替えた直後においては、冷房することができないという問題が発生してしまう。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、吸着工程と脱離工程とを切替運転する吸着式冷凍機において、冷凍能力を連続的に安定供給す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、蒸気冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着していた冷媒を脱離する吸着剤（１１、２１）が収納された複数個の吸着器（１０、２０）を有し、冷媒を吸着する吸着工程と冷媒を脱離する脱離工程とを複数個の吸着器（１０、２０）間で交互に切り替え運転することにより連続的に冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機であって、複数個の吸着器（１０、２０）内に設けられ、吸着剤（１１、２１）と熱媒体とを熱交換させる吸着コア（１２、２２）と、熱媒体を加熱する熱源（６０）と、熱媒体を冷却する放熱器（７０）と、
冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、熱媒体を蓄える熱媒体容器（９０）と、吸着コア（１２、２２）、熱源（６０）、放熱器（７０）及び熱媒体容器（９０）間における熱媒体流れを切り替える切替弁（１０１〜１０４）と、脱離工程にある吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）に残留する熱媒体と熱媒体容器（９０）に蓄えられた熱媒体とを入れ替える作動を開始した後に、脱離工程にある吸着器（１０、２０）を吸着工程に移行させる第１切替作動モード、及び吸着工程にある吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）に残留する熱媒体と熱媒体容器（９０）に蓄えられた熱媒体とを入れ替える作動を開始した後に、吸着工程にある吸着器（１０、２０）（１０、２０）を脱離工程に移行させる第２切替作動モードを切り換えるように切替弁（１０１〜１０４）を制御する切換制御手段（１１０）とを備えており、切換制御手段（１１０）は、第１切替作動モードを実行した後に第２切替作動モードを実行することにより吸着工程と脱離工程とを切り替え運転し、さらに、切換制御手段（１１０）は、第１切替作動モードと第２切替作動モードとで、複数個の吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）と放熱器（７０）との間における熱媒体流れを切り換えるように切替弁（１０１、１０３）を制御し、第１切替作動モードでは、脱離工程にある吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）と放熱器（７０）との間において熱媒体の循環が遮断され、かつ、吸着工程にある吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）と放熱器（７０）との間において熱媒体が循環し、第２切替作動モードでは、脱離工程に移行する吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）と放熱器（７０）との間において熱媒体の循環が遮断され、かつ、第１切替作動モードで吸着工程に移行した吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）と放熱器（７０）との間において熱媒体が循環することを特徴とする。
【０００８】
これにより、脱離工程にあった吸着器（１０、２０）は、熱媒体容器（９０）に蓄えられていた低温の熱媒体により冷却されることとなるので、脱離工程から吸着工程に移行した直後においても、吸着剤（１１、２１）の温度が低下していることとなり、直ちに十分な冷凍能力を発揮することができる。
【０００９】
そして、第１切替作動モードを実行した後に第２切替作動モードを実行するので、第１定常状態と第２定常状態との切り替え行う際に、複数個の吸着器（１０、２０）のいずれかが必ず冷媒を吸着する。
【００１０】
したがって、本発明に係る吸着式冷凍機によれば、脱離工程から吸着工程に移行した直後においても、十分な冷房能力（冷凍能力）を連続的に安定供給することができる。
【００１１】
なお、熱媒体容器（９０）の体積は、請求項２に記載の発明のごとく、吸着コア（１２、２２）にて保持可能な熱媒体の体積と略等しくすることが望ましい。
【００１２】
また、切換制御手段（１１０）は、請求項３に記載の発明のごとく、第１切替作動モードにおいて、脱離工程にある吸着器（１０、２０）の吸着コア（１２、２２）に残留する熱媒体と熱媒体容器（９０）に蓄えられた熱媒体とを入れ替える動作が終了した後に、脱離工程にある吸着器（１０、２０）を吸着工程に移行させることが望ましい。
【００１３】
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る吸着式冷凍機を車両用空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【００１５】
図１中、１０、２０は、吸着剤１１、２１、及び吸着剤１１、２１と熱媒体（本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水）とを熱交換する吸着コア（表面に吸着剤が接着された熱交換器）１２、２２が収納された第１、２吸着器であり、これら第１、２吸着器１０、２０内には、冷媒（本実施形態では、水）が封入されている。
【００１６】
なお、吸着剤１１、２１は、蒸気冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着してた冷媒を脱離するもので、本実施形態では、シリカゲルを採用している。また、第１、２吸着器１０、２０を構成する吸着器ケーシング１３、２３は耐腐食性に優れた材質（本実施形態では、ステンレス）製であり、その内部は大気圧より大幅に低い圧力（略真空）に保持されている。
【００１７】
３０は室内熱交換器４０を介して車室内に吹き出す空気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器であり、この蒸発器３０と室内熱交換器４０とは、両者３０、４０間を循環する熱媒体（ブライン回路）を介して熱的に繋がっている。６０は車両走行用のエンジン（熱源）であり、本実施形態では、エンジン６０の廃熱を回収したエンジン冷却水（本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水）により吸着剤１１、２１を加熱している。
【００１８】
なお、本実施形態では、エンジン冷却水と熱媒体とが同一の流体であるので、エンジン冷却水（以下、加熱された熱媒体と呼ぶ。）を直接に第１、２吸着コア１２、２２に供給している。
【００１９】
７０は熱媒体と外気とを熱交換して熱媒体を冷却する室外熱交換器（放熱器）であり、８０は吸着剤１１、２１から脱離した水蒸気を凝縮させる凝縮器であり、この凝縮器８０は、室外熱交換器７０と凝縮器８０との間を循環する熱媒体（ブライン回路）を介して熱的に繋がっている。なお、凝縮器８０は、キャピラリーチューブのごとく所定の圧力損失を有する冷媒通路（図示せず。）にて蒸発器３０と連通しており、凝縮器８０にて凝縮した液相冷媒は冷媒通路を介して蒸発器３０に供給される。
【００２０】
９０は熱媒体を蓄える貯水槽（熱媒体容器）であり、その貯水量（内部体積）は、第１、２吸着コア１２、２２にて保持可能な熱媒体の体積と略等しい。そして、１０１〜１０４は、第１、２吸着コア１２、２２、エンジン６０、室外熱交換器７０及び貯水槽９０間における熱媒体流れを切り替える第１〜４切替弁であり、１０５〜１０８は第１、２吸着器１０、２０、蒸発器３０及び凝縮器８０間における冷媒流れを切り替える第５〜８切換弁であり、これら切換弁１０１〜１０８は、図２に示すように、電子制御装置（切換制御手段）１１０により制御されている。
【００２１】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００２２】
例えば第１吸着器１０が吸着工程にあり、第２吸着器２０が脱離工程にある状態（以下、この状態を第１定常状態と呼ぶ。）では、図３に示すように、第１吸着コア１２に室外熱交換器７０にて冷却された熱媒体が循環して吸着剤１１が冷却されるとともに、吸着剤１１にて蒸発器３０にて蒸発した水蒸気を吸着する。一方、第２吸着器２０では、第２吸着コア２２に加熱された熱媒体が循環して水蒸気を脱離するとともに、その脱離した水蒸気は凝縮器８０に導かれて凝縮する。
【００２３】
なお、この場合、第５、７切換弁１０５、１０７は閉じられ、第６、８切換弁１０６、１０８は開かれ、貯水槽９０と第１、２吸着コア１２、２２との間で熱媒体は循環していない。
【００２４】
逆に、第２吸着器２０が吸着工程にあり、第１吸着器１０が脱離工程にある状態（以下、この状態を第２定常状態と呼ぶ。）では、図４に示すように、第２吸着コア２２に室外熱交換器７０にて冷却された熱媒体が循環して吸着剤２１が冷却されるとともに、吸着剤２１にて蒸発器３０にて蒸発した水蒸気を吸着する。一方、第１吸着器１０では、第１吸着コア１２に加熱された熱媒体が循環して水蒸気を脱離するとともに、その脱離した水蒸気は凝縮器８０に導かれて凝縮する。
【００２５】
なお、この場合、第５、７切換弁１０５、１０７は開かれ、第６、８切換弁１０６、１０８は閉じられ、貯水槽９０と第１、２吸着コア１２、２２との間で熱媒体は循環していない。
【００２６】
ところで、図５、６は第１定常状態から第２定常状態に移行する際の途中過程を示す模式図であり、図５に示す第１切替作動モードでは、脱離工程にある吸着器の吸着コア（この場合は、第２吸着コア２２）に残留する熱媒体と貯水槽９０に蓄えられた熱媒体とを入れ替える作動を開始した後に、脱離工程にある吸着器（この場合は、第２吸着器２０）を吸着工程に移行させる。
【００２７】
具体的には、第２、４切換弁１０２、１０４を作動させて貯水槽９０内に蓄えられていた低温（外気温相当）の熱媒体を第２吸着コア２２に供給し、第２吸着コア２２に残留していた高温の熱媒体を貯水槽９０に供給する。そして、熱媒体が完全に入れ替わった時に、第８切換弁１０８を閉じ、かつ、第７切換弁１０７を開く。
【００２８】
そして、第１切替作動モードの終了後、図６に示すように、吸着工程にある吸着器の吸着コア（この場合は、第１吸着コア１２）に残留する熱媒体と貯水槽９０に蓄えられた熱媒体とを入れ替える作動を開始した後に、吸着工程にある吸着器（この場合は、第１吸着器１０）を脱離工程に移行させる第２切替作動モードを実行する。
【００２９】
このため、貯水槽９０内に蓄えられていた高温の熱媒体が第２吸着コア２２に供給され、第２吸着コア２２に残留していた低温（外気温相当）の熱媒体が貯水槽９０に供給される。そして、熱媒体が完全に入れ替わった時に、第５切換弁１０５を開き、かつ、第６切換弁１０６を閉じる。
【００３０】
なお、図７、８は第２定常状態から第１定常状態に移行する際の途中過程を示す模式図であり、図７は第１切替作動モードに対応するものであり、図８は第２切替作動モードに対応するものであり、第１吸着器１０の状態と第２吸着器２０の状態とが入れ替わったのみであるので、詳細説明は省略する。
【００３１】
そして、図３→図５→図６→図４→図７→図８→図３の順に繰り返す。これにより、第１定常状態と第２定常状態とは、第１、２切替作動モードを挟んで所定時間毎に交互に切替運転されることとなる。
【００３２】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３３】
本実施形態によれば、第１定常状態と第２定常状態とは、第１、２切替作動モードを挟んで所定時間毎に交互に切替運転されるので、脱離工程にあった吸着コア１２、２２（吸着器１０、２０）は、貯水槽９０に蓄えられていた低温の熱媒体により冷却される。このため、脱離工程から吸着工程に移行した直後においても、吸着コア１２、２２（吸着器１０、２０）の温度が低下しているので、直ちに、十分な冷凍能力を発揮することができる。
【００３４】
そして、第１切替作動モードを実行した後に第２切替作動モードを実行するので、第１定常状態と第２定常状態との切り替え行う際に、第１、２吸着器１０、２０のうちいずれか一方が必ず冷媒を吸着する。
【００３５】
したがって、本実施形態に係る吸着式冷凍機によれば、脱離工程から吸着工程に移行した直後においても、十分な冷房能力（冷凍能力）を連続的に安定供給することができる。
【００３６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、蒸発器３０と凝縮器７０とが吸着器１０、２０の外部に配設されていたが、本発明はこれに限定されるものでなく、図９に示すように、蒸発器３０と凝縮器７０とを吸着器１０、２０内に収納してもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態では、第１切替作動モードにおいて熱媒体が完全に入れ替わった時に第７、８切換弁１０７、１０８を作動させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱媒体が完全に入れ替わる前に第７、８切換弁１０７、１０８を作動させてもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態では、車両用空調装置を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般家庭用やビル用等の定置型の空調装置等その他のものにも適用することができる。したがって、脱離（再生）用の熱源はエンジンの廃熱に限定されるものでない。
【００３９】
また、上述の実施形態では、吸着剤としてシリカゲルを用いていたが、他にも、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシービングカーボン等を用いてもよい。
【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の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機の制御系のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機における冷媒流れ及び熱媒体流れを示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機における冷媒流れ及び熱媒体流れを示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機における冷媒流れ及び熱媒体流れを示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機における冷媒流れ及び熱媒体流れを示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機における冷媒流れ及び熱媒体流れを示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係る吸着式冷凍機における冷媒流れ及び熱媒体流れを示す模式図である。
【図９】本発明の変形例に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【符号の説明】
１０…第１吸着器、１１…吸着剤、１２…第１吸着コア、
２０…第２吸着器、２１…吸着剤、２２…第２吸着コア、
３０…蒸発器、４０…室内熱交換器、６０…エンジン（熱源）、
７０…室外熱交換器（放熱器）、８０…凝縮器、
９０…貯水槽（熱媒体容器）。

Claims

蒸気冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着していた冷媒を脱離する吸着剤（１１、２１）が収納された複数個の吸着器（１０、２０）を有し、冷媒を吸着する吸着工程と冷媒を脱離する脱離工程とを前記複数個の吸着器（１０、２０）間で交互に切り替え運転することにより連続的に冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機であって、
前記複数個の吸着器（１０、２０）内に設けられ、前記吸着剤（１１、２１）と熱媒体とを熱交換させる吸着コア（１２、２２）と、
熱媒体を加熱する熱源（６０）と、
熱媒体を冷却する放熱器（７０）と、
冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器（３０）と、
熱媒体を蓄える熱媒体容器（９０）と、
前記吸着コア（１２、２２）、前記熱源（６０）、前記放熱器（７０）及び前記熱媒体容器（９０）間における熱媒体流れを切り替える切替弁（１０１〜１０４）と、
前記脱離工程にある前記吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）に残留する熱媒体と前記熱媒体容器（９０）に蓄えられた熱媒体とを入れ替える作動を開始した後に、前記脱離工程にある前記吸着器（１０、２０）を前記吸着工程に移行させる第１切替作動モード、及び前記吸着工程にある前記吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）に残留する熱媒体と前記熱媒体容器（９０）に蓄えられた熱媒体とを入れ替える作動を開始した後に、前記吸着工程にある前記吸着器（１０、２０）（１０、２０）を前記脱離工程に移行させる第２切替作動モードを切り換えるように前記切替弁（１０１〜１０４）を制御する切換制御手段（１１０）とを備えており、
前記切換制御手段（１１０）は、前記第１切替作動モードを実行した後に前記第２切替作動モードを実行することにより吸着工程と脱離工程とを切り替え運転し、
さらに、前記切換制御手段（１１０）は、前記第１切替作動モードと前記第２切替作動モードとで、前記複数個の吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）と前記放熱器（７０）との間における熱媒体流れを切り換えるように前記切替弁（１０１、１０３）を制御し、
前記第１切替作動モードでは、前記脱離工程にある前記吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）と前記放熱器（７０）との間において熱媒体の循環が遮断され、かつ、前記吸着工程にある前記吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）と前記放熱器（７０）との間において熱媒体が循環し、
前記第２切替作動モードでは、前記脱離工程に移行する前記吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）と前記放熱器（７０）との間において熱媒体の循環が遮断され、かつ、前記第１切替作動モードで前記吸着工程に移行した前記吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）と前記放熱器（７０）との間において熱媒体が循環することを特徴とする吸着式冷凍機。
前記熱媒体容器（９０）の体積は、前記吸着コア（１２、２２）にて保持可能な熱媒体の体積と略等しいことを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機。
前記切換制御手段（１１０）は、前記第１切替作動モードにおいて、前記脱離工程にある前記吸着器（１０、２０）の前記吸着コア（１２、２２）に残留する熱媒体と前記熱媒体容器（９０）に蓄えられた熱媒体とを入れ替える動作が終了した後に、前記脱離工程にある前記吸着器（１０、２０）を前記吸着工程に移行させ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。