JP5803704B2 - 冷凍システム - Google Patents

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Description

本発明は、吸着コアの吸着剤に気体冷媒(冷媒蒸気)が吸着し、冷媒が蒸発した時の蒸発潜熱により冷凍能力を得る吸着式の冷凍システムに関するもので、特に水等の冷媒が循環する冷凍サイクル内部における運転停止後の結露防止対策に係わる。
従来より、冷凍システムとして、例えば水等の蒸気圧が低く、蒸発潜熱が大きい冷媒を蒸発器で蒸発させ、蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式ヒートポンプが公知である。
この吸着式ヒートポンプは、蒸発器で蒸発した冷媒の蒸気(水蒸気)を吸着する吸着剤が充填された熱交換器である吸着コアを格納する吸着器と、吸着コアが冷媒蒸気を脱離した際にその水蒸気を凝縮し液化させる凝縮器とを備えている。
吸着剤として、吸着過程において、例えば水蒸気である冷媒の蒸気を吸着し、脱着過程において、配管内を流れる例えば温水である加熱媒体からの熱量を奪って、吸着していた冷媒を気化させるシリカゲルまたはゼオライト等が使用されている。
そして、吸着式ヒートポンプにおいては、吸着コアで気化した冷媒の一部が、吸着器の内壁で凝縮して結露を生じさせ、ヒートポンプ効率を低下させる要因となっていた。
そこで、特許文献1に記載の吸着式ヒートポンプに示されるように、吸着器の吸着コアに吸着されていた水蒸気がケース等に付着(結露)するのを防止する点を主眼にしており、ケース等に凝縮する冷媒を防止するための断熱処理等によって対策しようとしている。 ところが、特許文献1に記載の吸着式ヒートポンプにおいては、冷媒蒸発時に冷房に寄与しないケース部分からの冷媒蒸発が発生しロスとなる問題を解決しようとするものであるが、凝縮冷媒はそれ以外にも発生するため、結露対策としては不十分となるという問題が生じている。
ところで、冷媒の吸着および脱離を行う吸着剤が充填された吸着コアを収容する吸着器、吸着コアが脱離した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器、およびこの凝縮器が液化した冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器が順次配管接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた冷凍システム(吸着式冷凍装置)が公知である。
冷凍システム内部には、吸着剤が吸着できる量以上に冷媒が存在する環境であり、運転停止後に冷凍システムが放置されると、冷凍システムの外側の温度(外部の温度)よりも内部機器の温度が低くなると、至る所で水蒸気が結露することになり、吸着剤も同じように吸着できる量以外の水蒸気は周りに結露することになる。
一方、その状態で運転が開始された場合、吸着剤から水分を脱離する際、吸着剤から脱離する水分以外に、凝縮した水分も蒸発させる必要があり、より多くの熱と時間が必要となり、冷凍システムの運転開始時の立ち上がりが遅れる要因となっている。
特開2010−078182公報
本発明の目的は、冷凍サイクル内部の結露を防止することのできる冷凍システムを提供することにある。また、運転開始時の立ち上がりの遅れを抑制することのできる冷凍システムを提供することにある。
請求項1に記載の発明(冷凍システム)は、冷媒の吸着および脱離を行う吸着剤が設けられた吸着コアを収容する吸着器と、吸着コアが脱離した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、この凝縮器が液化した冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器とを備えている。
冷凍システムは、蒸発器から吸着器を経て凝縮器に冷媒を供給する冷媒供給経路を有する冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されて、冷凍サイクル内の冷媒を所定量回収可能な冷媒タンクと、冷凍サイクル冷媒タンクとの連通、遮断を行う開閉弁と、冷凍システムの運転停止時に、開閉弁を制御して、冷凍サイクル内の冷媒を冷媒タンクに回収する冷媒回収手段と、冷凍システムの運転開始時に、冷媒タンク内の冷媒を加熱すると共に開閉弁を制御して、冷媒タンク内の冷媒を冷凍サイクルに戻す冷媒充填手段とを備えている。
請求項1に記載の発明によれば、冷凍システムの運転停止時に、冷媒回収手段により、冷媒回収制御が実行される。
冷媒回収手段の動作、つまり冷媒回収制御が開始(実施)されると、冷凍サイクル内に存在する冷媒(例えば冷媒供給経路内の冷媒、蒸発器内の冷媒および凝縮器内の冷媒)が、蒸発器の重力方向最下部または冷媒供給配管から第1連通管を通って冷媒タンクに流れ込む。
これにより、冷凍サイクル内の冷媒が冷媒タンクに回収されるので、冷凍サイクル内の冷媒を冷媒タンクに保管することが可能となる。
これによって、冷凍システムの運転中に、冷凍サイクル内部に吸着剤が吸着できる量以上に冷媒が存在している場合、あるいは冷凍システムの運転停止後に内部機器の温度が外部の温度よりも低くなった場合であっても、冷凍サイクル内の冷媒を冷媒タンクに回収できるので、冷凍サイクル内部に冷媒が存在しない。
したがって、冷凍システムの運転停止時の冷凍サイクル内部の冷媒凝縮(結露)を防止することができるので、冷凍システムの運転開始時の立ち上がりの遅れを抑制することができる。
また、請求項1に記載の発明によれば、冷凍システムの運転開始時に、冷媒充填手段により、冷媒充填制御が実行される。
冷媒充填手段の動作、つまり冷媒充填制御が開始(実施)されると、冷媒タンク内の圧力が蒸発器内の圧力よりも高くなる。このように冷媒タンク内の圧力が蒸発器内の圧力よりも高くなると、冷媒タンク内の液体冷媒が、第1連通管を経て冷媒供給配管に押し出されて、蒸発器内へ流れ込む。
これにより、冷媒タンク内の液体冷媒が、冷媒タンクよりも圧力の低い蒸発器内に戻されるため、冷媒タンク内に残留することなく、冷媒タンク内の冷媒が冷凍サイクルに充填される。したがって、冷凍サイクル内の冷媒充填量が不足することはなく、冷凍サイクルの冷凍能力の低下を防止することができる。
請求項2に記載の発明によれば、蒸発器は、その重力方向最下部が、凝縮器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されている。
また、冷媒タンクは、冷媒回収制御が完了した際の冷媒液面が、前記蒸発器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されている。
請求項3に記載の発明によれば、冷凍サイクルは、凝縮器から蒸発器に冷媒を供給する冷媒供給配管を有している。
請求項4に記載の発明によれば、冷媒回収手段は、凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、冷媒供給配管または蒸発器の重力方向最下部と冷媒タンクとを連通する第1連通管、冷媒タンクと蒸発器とを連通する第2連通管、第1連通管を開閉する第1開閉弁、および第2連通管を開閉する第2開閉弁を有している。例えば冷凍システムの運転停止後に、冷媒回収制御を実行する場合、冷媒冷却手段の動作を制御(運転)すると共に、第1、第2開閉弁の動作を制御(開弁)することで、冷凍サイクル内の冷媒が冷媒タンクに回収される。
請求項5に記載の発明によれば、冷媒回収制御の前に、冷媒脱離手段の動作を制御して、冷媒脱離制御が実行される。これにより、吸着コアから冷媒が脱離し、この脱離した冷媒が凝縮器に供給される。
請求項6に記載の発明によれば、冷媒脱離手段は、吸着コアを加熱する加熱媒体を吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、および凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段を有している。例えば冷凍システムの運転停止時、冷媒回収制御の前に、冷媒脱離制御を実行する場合、加熱媒体供給手段および冷媒冷却手段の動作を制御(運転)することで、吸着コアから冷媒が脱離し、この脱離した冷媒が凝縮器で冷却されて凝縮する。
請求項7に記載の発明によれば、冷媒充填手段は、吸着コアを加熱する加熱媒体を吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、吸着コアを冷却する冷却媒体を吸着器内に供給する冷却媒体供給手段、凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、冷媒タンク内の冷媒を加熱する冷媒加熱手段、冷媒供給配管または蒸発器の重力方向最下部と冷媒タンクとを連通する第1連通管、および第1連通管を開閉する第1開閉弁を有している。例えば冷凍システムの運転開始時に、冷媒充填制御を実行する場合、加熱媒体供給手段、冷却媒体供給手段、冷媒冷却手段および冷媒加熱手段の動作を制御(運転)すると共に、第1開閉弁の動作を制御(開弁)することで、冷媒タンク内の冷媒が冷凍サイクルへ充填される。
請求項8に記載の発明によれば、冷媒加熱手段の加熱源として、加熱媒体供給手段で使用する加熱媒体を利用している。なお、冷媒加熱手段として、電力の供給を受けると、冷媒タンク内の冷媒を加熱する電気ヒータを使用しても良い。
請求項9に記載の発明(冷凍システム)は、冷媒の吸着および脱離を行う吸着剤が設けられた吸着コアを収容する吸着器と、吸着コアが脱離した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、この凝縮器が液化した冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器とを備えている。
凝縮器は、蒸発器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されて、冷凍サイクル内の冷媒を所定量回収可能な冷媒貯留部を有している。
冷凍システムは、蒸発器から吸着器を経て凝縮器に冷媒を供給する冷媒供給経路を有する冷凍サイクルと、この冷凍サイクル冷媒貯留部との連通、遮断を行う開閉弁と、冷凍システムの運転停止時に、開閉弁を制御して、冷凍サイクル内の冷媒を冷媒貯留部に回収する冷媒回収手段と、冷凍システムの運転開始時に、開閉弁を制御して、冷媒貯留部内の冷媒を冷凍サイクルに戻す冷媒充填手段とを備えている。
請求項9に記載の発明によれば、冷凍システムの運転停止時に、冷媒回収手段により、冷媒回収制御が実行される。
冷媒回収手段の動作、つまり冷媒回収制御が開始(実施)されると、冷凍サイクル内に存在する冷媒(例えば冷媒供給経路内の冷媒、蒸発器内の冷媒および凝縮器内の冷媒)が、蒸発器の重力方向最下部から第1連通管を通って凝縮器の冷媒貯留部に流れていく。あるいは冷凍サイクルの冷媒供給経路内に在留した冷媒が凝縮器の冷媒貯留部に流れ込む。
これにより、冷凍サイクル内の冷媒が凝縮器の冷媒貯留部に回収されるので、冷凍サイクル内の冷媒を凝縮器に保管することが可能となる。
これによって、冷凍システムの運転中に、冷凍サイクル内部に吸着剤が吸着できる量以上に冷媒が存在している場合、あるいは冷凍システムの運転停止後に内部機器の温度が外部の温度よりも低くなった場合であっても、冷凍サイクル(蒸発器や吸着器)内の冷媒を凝縮器に回収できるので、冷凍サイクル内部に冷媒が存在しない。
したがって、冷凍システムの運転停止時の冷凍サイクル内部の冷媒凝縮(結露)を防止することができるので、冷凍システムの運転開始時の立ち上がりの遅れを抑制することができる。
また、請求項9に記載の発明によれば、冷凍システムの運転開始時に、冷媒充填手段により、冷媒充填制御が実行される。
冷媒充填手段の動作、つまり冷媒充填制御が開始(実施)されると、凝縮器内の圧力が蒸発器内の圧力よりも高くなる。このように凝縮器内の圧力が蒸発器内の圧力よりも高くなると、凝縮器の冷媒貯留部内の液体冷媒が、第1連通管を通って蒸発器内へ流れ込む。
これにより、凝縮器内の液体冷媒が、凝縮器よりも圧力の低い蒸発器内に戻されるため、冷媒貯留部内に残留することなく、冷媒貯留部内の冷媒が冷凍サイクルに充填される。
したがって、冷凍サイクル内の冷媒充填量が不足することはなく、冷凍サイクルの冷凍能力の低下を防止することができる。
請求項10に記載の発明によれば、凝縮器の冷媒貯留部は、冷媒回収制御が完了した際の冷媒液面が、蒸発器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されている。
請求項11に記載の発明によれば、冷媒回収手段は、凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、冷媒貯留部と蒸発器とを連通する第1連通管、凝縮器と蒸発器とを連通する第2連通管、第1連通管を開閉する第1開閉弁、および第2連通管を開閉する第2開閉弁を有している。例えば冷凍システムの運転停止時に、冷媒冷却手段の動作を制御(運転)すると共に、第1、第2開閉弁の動作を制御(開弁)することで、冷凍サイクル内の冷媒が冷媒タンクに回収される。
請求項12に記載の発明によれば、冷媒回収制御の前に、冷媒脱離手段の動作を制御して、冷媒脱離制御が実行される。これにより、吸着コアから冷媒が脱離し、この脱離した冷媒が凝縮器に供給される。
請求項13に記載の発明によれば、冷媒脱離手段は、吸着コアを加熱する加熱媒体を吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、および凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段を有している。例えば冷凍システムの運転停止時、冷媒回収制御の前に、冷媒脱離制御を実行する場合、加熱媒体供給手段および冷媒冷却手段の動作を制御(運転)することで、吸着コアから冷媒が脱離し、この脱離した冷媒が凝縮器で冷却されて凝縮する。
請求項14に記載の発明によれば、冷媒充填手段は、吸着コアを加熱する加熱媒体を吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、吸着コアを冷却する冷却媒体を吸着器内に供給する冷却媒体供給手段、凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、冷媒貯留部と蒸発器とを連通する第1連通管、およびこの第1連通管を開閉する第1開閉弁を有している。例えば冷凍システムの運転開始時に、冷媒充填制御を実行する場合、加熱媒体供給手段、冷却媒体供給手段および冷媒冷却手段の動作を制御(運転)すると共に、第1開閉弁の動作を制御(開弁)することで、凝縮器の冷媒貯留部内の冷媒が冷凍サイクル、特に蒸発器へ充填される。
請求項15に記載の発明によれば、吸着器に、吸着コアの温度が外気温度よりも高くなるように加熱する吸着コア加熱手段を有している。
請求項16に記載の発明によれば、吸着コアは、冷媒回収制御が完了した時点で、冷凍サイクル内部に残留する残存冷媒量以上の吸着容量を有している。
冷凍サイクルを備えた冷凍システムを示した構成図である(実施例1)。 冷媒回収運転の制御方法を示したフローチャートである(実施例1)。 冷媒充填運転の制御方法を示したフローチャートである(実施例1)。 冷凍サイクルを備えた冷凍システムを示した構成図である(実施例2)。 冷凍サイクルを備えた冷凍システムを示した構成図である(実施例3)。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
本発明は、冷凍システムの運転停止時の冷凍サイクル内部の冷媒凝縮(結露)を防止するという目的を、冷凍システムの運転停止時に、冷凍サイクル内の冷媒をタンクや凝縮器の冷媒貯留部に回収することで実現した。
また、冷凍システムの運転停止時に、吸着剤が吸着できない分の冷媒を回収することで実現した。
また、冷凍システムの運転開始時に、冷媒タンクまたは凝縮器の冷媒貯留部内の冷媒を冷凍サイクルまたは蒸発器へ充填することで実現した。
[実施例1の構成]
図1ないし図3は本発明の実施例1を示したものである。
本実施例の吸着式冷凍システム(以下冷凍システム)は、2つの第1、第2吸着器1、2、凝縮器3および蒸発器4が順次環状に配管接続されて、冷媒を循環させる吸着式冷凍サイクル(以下冷凍サイクル)とを備えている。
2つの第1、第2吸着器1、2は、冷却されると気体状態の冷媒(気体冷媒、冷媒蒸気)を吸熱し、且つ加熱されると冷媒を脱離する吸着剤が充填された第1、第2吸着コア1a、2aをそれぞれ収容している。
冷凍システムは、吸着剤が周囲の蒸気を吸着し、それにより、蒸発器4内の液体状態の冷媒(液体冷媒、液冷媒)が蒸発し、この蒸発時に蒸発器4内部を流れる流体から熱を奪い冷水を発生するように構成されている。
冷凍システムは、加熱媒体または冷却媒体を各第1、第2吸着器1、2内に供給する加熱媒体または冷却媒体供給手段と、冷却水を凝縮器3内に供給する冷却水供給手段と、熱交換媒体を蒸発器4内に供給する熱交換媒体供給手段と、上記の冷凍サイクルとで基本システムが構成され、通常運転時の冷媒、冷却が可能となっている。
本実施例では、冷凍システムの運転停止時に冷凍サイクル内の冷媒を回収する冷媒タンク(冷媒回収部)5と、この冷媒タンク5内へ冷媒を戻す際に開弁する電磁開閉弁6および電磁均圧弁7とが組み込まれている。また、冷媒タンク5の内部には、冷凍サイクルへ冷媒を戻す際に通電制御される電気ヒータ8が設置されている。
電磁開閉弁6、電磁均圧弁7および電気ヒータ8は、電磁弁駆動回路およびヒータ駆動回路等を含んで構成される空調制御装置(電子制御装置:以下空調ECU)10によって制御されるように構成されている。
冷凍システムは、冷凍サイクル内の冷媒を冷媒タンク5に回収する冷媒回収制御を実行する冷媒回収手段と、各第1、第2吸着コア1a、2aから冷媒蒸気を脱離させる冷媒脱離制御を実行する冷媒脱離手段と、冷媒タンク5内の冷媒を冷凍サイクルに充填する冷媒充填制御を実行する冷媒充填手段とを備えている。
そして、冷凍システムは、加熱媒体または冷却媒体供給手段、冷却水供給手段、熱交換媒体供給手段、冷媒回収手段、冷媒脱離手段および冷媒充填手段の動作は、冷凍サイクルの制御機器の駆動回路を含んで構成される空調ECU10によって制御されるように構成されている。
冷凍サイクルは、蒸発器4の第1、第2出口ポートから凝縮器3の入口ポートまで延びる気体(蒸気)冷媒配管と、凝縮器3の出口ポートから蒸発器4の入口ポートまで延びる液体冷媒配管とを備えている。
気体冷媒配管は、蒸発器4から2つの第1、第2吸着器1、2を経て凝縮器3へ冷媒蒸気を供給する気体冷媒供給経路であって、蒸発器4の第1出口ポートから第1吸着器1の入口ポートへ冷媒蒸気を供給する供給配管11と、第1吸着器1の出口ポートと第1合流部とを結ぶ供給配管12と、蒸発器4の第2出口ポートから第2吸着器2の入口ポートへ冷媒蒸気を供給する供給配管13と、第2吸着器2の出口ポートと第2合流部とを結ぶ供給配管14と、第1合流部および第2合流部から凝縮器3の入口ポートへ冷媒蒸気を供給する供給配管15、16とを備えている。
供給配管11は、蒸発器4の第1出口ポートと第1吸着器1の入口ポートとを連通する第1流路管である。また、供給配管12、15、16は、第1合流部を介して、第1吸着器1の出口ポートと凝縮器3の入口ポートとを連通する第1流路管である。
供給配管13は、蒸発器4の第2出口ポートと第2吸着器2の入口ポートとを連通する第2流路管である。また、供給配管14は、第1合流部を介して、第2吸着器2の出口ポートと凝縮器3の入口ポートとを連通する第2流路管である。
液体冷媒配管は、凝縮器3から凝縮器3へ液冷媒を供給する液体冷媒供給経路であって、凝縮器3の出口ポートと蒸発器4の入口ポートとを連通して、凝縮器3から蒸発器4へ液冷媒を供給する供給配管18等を備えている。
供給配管11の途中には、蒸発器側の圧力が所定値(第1吸着器側の圧力よりも高圧)以上に上昇した際に開弁する逆止弁構造の蒸気用バルブ(以下逆止弁)21が設置されている。この逆止弁21は、蒸発器4から第1吸着器1へ向かう冷媒の流通を許可すると共に、供給配管11内を第1吸着器1から蒸発器4へ向かう冷媒の逆流を阻止する。
供給配管12の途中には、第1吸着器側の圧力が所定値(凝縮器側の圧力よりも高圧)以上に上昇した際に開弁する逆止弁構造の蒸気用バルブ(以下逆止弁)22が設置されている。この逆止弁22は、第1吸着器1から凝縮器3への冷媒の流通を許可すると共に、供給配管12内を凝縮器3から第1吸着器1へ向かう冷媒の逆流を阻止する。
供給配管13の途中には、蒸発器側の圧力が所定値(第2吸着器側の圧力よりも高圧)以上に上昇した際に開弁する逆止弁構造の蒸気用バルブ(以下逆止弁)23が設置されている。この逆止弁23は、蒸発器4から第2吸着器2へ向かう冷媒の流通を許可すると共に、供給配管13内を第2吸着器2から蒸発器4へ向かう冷媒の逆流を阻止する。
供給配管14の途中には、第2吸着器側の圧力が所定値(凝縮器側の圧力よりも高圧)以上に上昇した際に開弁する逆止弁構造の蒸気用バルブ(以下逆止弁)24が設置されている。この逆止弁24は、第2吸着器2から凝縮器3への冷媒の流通を許可すると共に、供給配管14内を凝縮器3から第2吸着器2へ向かう冷媒の逆流を阻止する。
逆止弁21〜24は、内部に流路孔(弁孔)が形成されたバルブシート(弁座)を有するハウジングと、流路孔を開閉するバルブと、このバルブを閉弁方向に付勢するスプリングとを備えている。
逆止弁21〜24は、第1、第2吸着器1、2、凝縮器3および蒸発器4の圧力差により開閉が行われ、冷凍サイクル内の冷媒の流れをコントロールする。
2つの第1、第2吸着器1、2は、内部に第1、第2吸着コア1a、2aを収納するケース(容器)である。
第1吸着器1の入口ポートは、蒸発器4の第1出口ポートに供給配管11を介して接続されている。また、第1吸着器1の出口ポートは、凝縮器3の入口ポートに供給配管12、15、16を介して接続されている。
第2吸着器2の入口ポートは、蒸発器4の第2出口ポートに供給配管13を介して接続されている。また、第2吸着器2の出口ポートは、凝縮器3の入口ポートに供給配管14、15、16を介して接続されている。
第1、第2吸着コア1a、2aは、加熱媒体または冷却媒体が流通する複数のチューブ、これらのチューブの一端が接合されて加熱媒体または冷却媒体の分配または集合を行うヘッダタンク、および各チューブの表面に接合された多数のフィン等を有する周知の熱交換器と、この熱交換器のチューブおよびフィン等の熱交換部の表面に接着された多数の吸着剤とによって構成されている。
吸着剤は、冷却されることによって冷媒蒸気を捕捉(吸着)すると共に、加熱されることによって吸着していた冷媒を解離(脱離)する捕捉材を構成している。
本実施例では、吸着剤として、例えば骨格が酸化アルミニウム、リン酸、酸化珪酸からなるものや、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭を採用している。
ここで、第1、第2吸着コア1a、2aに加熱媒体を供給することで、第1、第2吸着コア1a、2aの吸着剤が吸着していた冷媒が脱離し、蒸気として放出される。
なお、冷凍システム内に残される冷媒量を考慮し、2つの第1、第2吸着コア1、2の吸着剤量は、最小限で全て吸着が可能な量に調整することが望ましい。
凝縮器3は、第1、第2吸着コア1a、2aの吸着剤から脱離した冷媒蒸気を冷却することによって、冷媒蒸気を凝縮して液化させる冷媒凝縮手段である。
凝縮器3の天部には、凝縮器3の上面で開口した入口ポートが形成されており、また、凝縮器3の底部には、凝縮器3の底面で開口した出口ポートが形成されている。この凝縮器3の入口ポートは、第1吸着器1の出口ポートおよび第2吸着器2の出口ポートに供給配管12、14〜16を介して接続されている。また、凝縮器3の出口ポートは、蒸発器4の入口ポートに供給配管18を介して接続されている。
また、凝縮器3の内部には、冷却水供給手段から冷却水が循環供給される熱交換器(熱交換チューブ)25が収容されている。これにより、凝縮器3に供給された冷媒蒸気は、熱交換器25で冷却されることで凝縮し、液冷媒となって一時的に凝縮器3の重力方向最下部に貯留され、その後に蒸発器4へ戻る。
蒸発器4は、第1、第2吸着コア1a、2aが、冷媒蒸気を吸着し、冷媒が蒸発して気化した時の蒸発潜熱により冷凍能力(冷却能力)を発揮する。
蒸発器4の側部下方には、蒸発器4の側面で開口した入口ポートが形成されており、また、蒸発器4の天部には、凝縮器3の上面で開口した2つの第1、第2出口ポートが所定の距離を隔てて形成されている。この蒸発器4の入口ポートは、凝縮器3の出口ポートに供給配管18を介して接続されている。また、蒸発器4の第1出口ポートは、第1吸着器1の入口ポートに供給配管11を介して接続されている。また、蒸発器4の第2出口ポートは、第2吸着器2の入口ポートに供給配管13を介して接続されている。
また、蒸発器4の内部には、熱交換媒体供給手段から冷水が循環供給される熱交換器(熱交換チューブ)26が収容されている。これにより、蒸発器4内の液冷媒が蒸発する時に熱交換器26を流れる熱交換媒体(流体)から熱を奪い、冷水を発生させている。
ここで、第1、第2吸着コア1a、2aを加熱する加熱媒体としては、例えば温水水槽から供給される温水を使用している。
また、第1、第2吸着コア1a、2aを冷却する冷却媒体としては、例えば冷却水水槽から供給される冷却水を使用している。
また、凝縮器3内の冷媒蒸気を冷却する冷却媒体としては、例えば空冷の放熱器から供給される冷却水を使用している。
また、冷媒が蒸発した時の蒸発潜熱により冷却される熱交換媒体としては、車両用空調装置または定置式の空調装置の室内熱交換器と蒸発器との間を循環する冷水を使用している。ところで、室内熱交換器は、空調風の通路を形成する空調ダクト(図示せず)内に配設され、空調ダクトの空気流方向の上流側には、送風機(図示せず)が設置されている。 なお、温水、冷却水および冷水は、いずれも水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体が使用される。
次に、本実施例の加熱媒体または冷却媒体供給手段の詳細を図1に基づいて説明する。 加熱媒体または冷却媒体供給手段は、第1吸着コア1aの吸着剤または第2吸着コア2aの吸着剤を加熱する温水を第1吸着器1または第2吸着器2に循環供給する温水循環経路と、第1吸着コア1aの吸着剤または第2吸着コア2aの吸着剤を冷却する温水を第1吸着器1または第2吸着器2に循環供給する冷却水循環経路と、温水循環経路と冷却水循環経路とを切り替える経路切替手段とを備えている。
経路切替手段は、第1吸着コア1aの入口配管または第2吸着コア2aの入口配管と温水循環経路の温水導入管または冷却水循環経路の冷却水導入管とを切り替える電磁切替弁(以下第1四方弁)27と、第1吸着コア1aの出口配管または第2吸着コア2aの出口配管と温水循環経路の温水導出管または冷却水循環経路の冷却水導出管とを切り替える電磁切替弁(以下第2四方弁)28とを備えている。
本実施例では、2つの第1、第2四方弁27、28が共に第1位置に設定されると、冷却水が第1吸着コア1aを流れ、温水が第2吸着コア2aを流れる第1モードが形成される。また、2つの第1、第2四方弁27、28が共に第2位置に設定されると、温水が第1吸着コア1aを流れ、冷却水が第2吸着コア2aを流れる第2モードが形成される。
2つの第1、第2四方弁27、28は、空調ECU10によって通電制御される。
第1、第2四方弁27、28が、それぞれ図1の実線位置に設定されると、第1吸着コア1aと冷却水循環経路が接続されると共に、第2吸着コア2aと温水循環経路が接続される。これにより、冷却水循環経路を流れる冷却水が第1吸着コア1aの内部に直接供給されて、第1吸着コア1aの吸着剤が冷却される。また、温水循環経路を流れる温水が第2吸着コア2aの内部に直接供給されて、第2吸着コア2aの吸着剤が加熱される。
また、第1、第2四方弁27、28が、それぞれ図1の破線位置に設定されると、第1吸着コア1aと温水循環経路が接続されると共に、第2吸着コア2aと冷却水循環経路が接続される。これにより、温水循環経路を流れる温水が第1吸着コア1aの内部に直接供給されて第1吸着コア1aの吸着剤が加熱される。また、冷却水循環経路を流れる冷却水が第2吸着コア2aの内部に直接供給されて第2吸着コア2aの吸着剤が冷却される。
また、加熱媒体または冷却媒体供給手段は、電力の供給を受けて温水循環経路内に温水流を発生させる電動温水ポンプ31と、電力の供給を受けて冷却水循環経路内に冷却水流を発生させる電動冷却水ポンプ32とを備えている。
電動温水ポンプ31および電動冷却水ポンプ32は、いずれもモータ駆動式のウォータ(流体)ポンプであって、空調ECU10によって通電制御される。
次に、本実施例の冷却水供給手段および熱交換媒体供給手段の詳細を図1に基づいて説明する。
冷却水供給手段は、放熱器から凝縮器3内部の熱交換器25に冷却水を循環供給する冷却水循環経路と、電力の供給を受けて冷却水循環経路内に冷却水流を発生させる電動冷却水ポンプ33とを備えている。
熱交換器25および電動冷却水ポンプ33は、凝縮器3内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段を構成している。
熱交換媒体供給手段は、室内熱交換器から蒸発器4内部の熱交換器26に冷水を循環供給する冷水循環経路と、電力の供給を受けて冷水循環経路内に冷水流を発生させる電動冷水ポンプ34とを備えている。
電動冷却水ポンプ33および電動冷水ポンプ34は、いずれもモータ駆動式のウォータポンプであって、空調ECU10によって通電制御される。
なお、熱交換器25の代わりに、凝縮器3に冷却風を送風する冷却ファン等の冷媒冷却手段を設けても良い。また、冷却水ポンプとして、上記の電動冷却水ポンプ32を使用し、冷却媒体供給手段の冷却水循環経路に接続するバイパス流路の途中に熱交換器25を設け、バイパス流路を開閉する流路開閉弁を設けても良い。
[実施例1の特徴]
次に、本実施例の冷凍システムの特徴および冷媒タンク5の詳細を図1に基づいて説明する。
冷凍システムは、上記の基本システムの他に、冷媒タンク5、電磁開閉弁6、電磁均圧弁7および電気ヒータ8を備えている。
蒸発器4は、その重力方向最下部(蒸発器4の底面)が、凝縮器3の重力方向最下部(凝縮器3の底面)よりも重力方向下方に位置するように配置されている。
冷媒タンク5は、冷凍サイクルよりも重力方向の下方に位置するように設置されている。具体的には、冷媒回収制御が完了した際の液冷媒面が、蒸発器4の底面よりも重力方向下方に位置するように冷媒タンク5が配置されている。
冷媒タンク5は、冷凍システムの運転停止時に液冷媒を貯留するリキッドタンクであって、冷凍サイクル内の冷媒を所定量回収可能な冷媒貯留部36を有している。この冷媒貯留部36は、冷媒タンク5の重力方向最下部である底面上に設けられる。なお、冷媒タンク5は、冷媒蒸気を含む冷媒を所定量貯蔵可能な内容積を有している。これにより、冷媒貯留部36に回収された冷媒の液面レベルよりも上方には、冷媒蒸気が滞留する気相空間が形成される。
次に、本実施例の冷媒回収手段、冷媒脱離手段および冷媒充填手段の詳細を図1に基づいて説明する。
冷媒回収手段は、供給配管18、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7と、第1、第2四方弁27、28、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32、電動冷却水ポンプ33および電動冷水ポンプ34等の制御機器と、供給配管18の重力方向最下部と冷媒タンク5とを連通する配管(第1連通管)41と、冷媒タンク5と蒸発器4とを連通する配管(第2連通管)42とを備えている。
冷媒脱離手段は、供給配管11〜16、供給配管18、第1、第2四方弁27、28、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32、電動冷却水ポンプ33および電動冷水ポンプ34を備えている。
冷媒充填手段は、供給配管18、電磁開閉弁6、電磁均圧弁7および電気ヒータ8と、第1、第2四方弁27、28、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32、電動冷却水ポンプ33および電動冷水ポンプ34等の制御機器と、配管41と、配管42とを備えている。
配管41は、凝縮器3から流出した液冷媒を冷媒タンク5の冷媒貯留部36に供給する第1冷媒回収経路、および蒸発器4から流出した液冷媒を冷媒タンク5の冷媒貯留部36に供給する第2冷媒回収経路を構成する。
第1冷媒回収経路は、凝縮器3の底面(出口ポート)に連通する供給配管18内に形成される流路、配管41内に形成される流路とによって構成されている。また、第2冷媒回収経路は、蒸発器4の底面(入口ポート)に連通する供給配管18内に形成される流路、配管41内に形成される流路とによって構成されている。
配管42内には、冷媒タンク5内の気相空間と蒸発器4内の気相空間とを連通する均圧流路が形成されている。
配管41の途中には、電力の供給を受けると開弁する常閉型の電磁開閉弁(第1開閉弁)6が設置されている。
電磁開閉弁6は、内部に流路孔(配管41内に形成される流路に連通する弁孔)が形成されたバルブシート(弁座)を有するハウジングと、流路孔を開閉するバルブと、このバルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、バルブを開弁方向に駆動する電磁アクチュエータとを備えている。この電磁アクチュエータは、通電されると磁力を発生するコイルを有するソレノイド等により構成されている。
電磁開閉弁6のバルブは、ソレノイドのコイルが通電(オン)されると、バルブシートより離脱して弁孔を開放(全開)する。また、電磁開閉弁6のバルブは、ソレノイドのコイルへの通電が停止(オフ)されると、バルブシートに着座して弁孔を閉鎖(全閉)する。
配管42の途中には、電力の供給を受けると開弁する常閉型の電磁均圧弁(第2開閉弁)7が設置されている。
電磁均圧弁7は、内部に流路孔(配管42内に形成される流路に連通する弁孔)が形成されたバルブシート(弁座)を有するハウジングと、流路孔を開閉するバルブと、このバルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、バルブを開弁方向に駆動する電磁アクチュエータとを備えている。この電磁アクチュエータは、通電されると磁力を発生するコイルを有するソレノイド等により構成されている。
電磁均圧弁7のバルブは、ソレノイドのコイルが通電(オン)されると、バルブシートより離脱して弁孔を開放(全開)する。また、電磁均圧弁7のバルブは、ソレノイドのコイルへの通電が停止(オフ)されると、バルブシートに着座して弁孔を閉鎖(全閉)する。なお、電磁均圧弁7が開弁されると、蒸発器4の内部圧力と冷媒タンク5の内部圧力とが均圧化される。
電気ヒータ8は、電力の供給を受けて冷媒タンク5内の冷媒を加熱する冷媒加熱手段である。この電気ヒータ8は、冷凍システムの運転開始時に、冷媒タンク5内の冷媒を加熱することで、冷媒タンク5内の圧力を蒸発器4内の圧力よりも高くする。このように、冷媒タンク5内の圧力が蒸発器4内の圧力よりも高くなると、液冷媒が圧力に押されて冷媒タンク5から蒸発器側へ流出して圧力の低い蒸発器4内へ流れ込む。
電磁開閉弁6、電磁均圧弁7および電気ヒータ8は、空調ECU10によって通電制御される。
空調ECU10には、制御処理や演算処理を行うCPU、各種プログラムおよび各種データを保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー回路、カウンタ等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが内蔵されている。
そして、液面レベルセンサからのセンサ出力信号や、各種センサからのセンサ出力信号、更に、各種スイッチからのスイッチ信号は、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
ここで、マイクロコンピュータの入力部には、液面レベルセンサだけでなく、室内温度(内気温)センサ、室外温度(外気温)センサ、温水温度センサ、冷却水温度センサおよび冷水温度センサ等が接続されている。また、マイクロコンピュータの入力部には、少なくとも運転スイッチや温度設定スイッチが接続されている。
空調ECU10、特にマイクロコンピュータは、冷媒回収手段の動作を制御する冷媒回収制御手段、冷媒脱離手段の動作を制御する冷媒脱離制御手段および冷媒充填手段の動作を制御する冷媒充填制御手段の機能を含んで構成されている。
空調ECU10は、運転スイッチがONされると、冷凍システムの各制御機器(機能部品)の動作を制御する。冷凍システムの運転開始時に、冷媒充填制御を実行する場合、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32、33および電動冷水ポンプ34を運転(オン)して、冷凍システムの通常運転を実行する。このとき、空調ECU10は、所定の周期で、第1、第2四方弁27、28のオン、オフを繰り返すON−OFF切替制御を実行する。
空調ECU10は、冷凍システムの運転開始時に、冷媒タンク5内の冷媒を冷凍サイクルへ充填する冷媒充填制御を実行する。
空調ECU10は、運転スイッチがOFFされると、冷凍システムの各制御機器の運転が停止される。このとき、第1、第2吸着コア1a、2aの吸着剤から冷媒を脱離させる冷媒脱離制御を実行する。そして、冷媒脱離制御の後に、冷凍サイクル内の冷媒を冷媒タンク5に回収する冷媒回収制御を実行する。
[実施例1の制御方法]
次に、本実施例の冷凍機の制御方法を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。ここで、図2および図3の制御ルーチンは、冷凍システムの通常運転中に、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
[冷媒回収時]
空調ECU10は、図2の制御ルーチンが起動するタイミングになると、先ず、運転スイッチがOFFされたか否かを判定する、つまり冷凍システムの運転が停止したか否かを判定する(ステップS1)。このステップS1の判定結果がNOの場合には、ステップS1の判定処理を繰り返す。あるいは図2の制御ルーチンを抜ける。
また、ステップS1の判定結果がYESの場合には、第1、第2吸着コア1a、2aの冷媒脱離制御を開始する(ステップS2)。
このとき、空調ECU10は、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ33および電動冷水ポンプ34を運転(ON)する。また、電動冷却水ポンプ32および電気ヒータ8を停止(OFF)する。また、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7を共にOFFして閉弁する。また、第1、第2四方弁27、28を所定の周期でON、OFFを繰り返す。
次に、第1、第2吸着コア1a、2aの冷媒脱離制御を開始してから予め決められた設定時間が経過しているか否かを判定する(ステップS3)。あるいは第1、第2四方弁27、28の切換え回数が予め決められた設定切換え回数(設定値)を越えたか否かを判定しても良い。この場合、第1、第2四方弁27、28の切換え回数をカウンタでカウントし、そのカウント値が設定値を越えたか否かを判定する。このステップS3の判定結果がNOの場合には、ステップS3の判定処理を繰り返す。
また、ステップS3の判定結果がYESの場合には、冷媒回収制御を開始する(ステップS4)。
このとき、空調ECU10は、電動温水ポンプ31および電動冷却水ポンプ33を運転(ON)する。また、電動冷却水ポンプ32、電動冷水ポンプ34および電気ヒータ8を停止(OFF)する。また、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7を共にONして開弁する。また、第1、第2四方弁27、28に対してON−OFF切替制御を行う。
次に、冷媒回収制御が完了しているか否かを判定する。例えば冷媒回収制御を開始してから予め決められた冷媒回収時間が経過しているか否かを判定する(ステップS5)。このステップS5の判定結果がNOの場合には、ステップS5の判定処理を繰り返す。
なお、冷媒タンク5内に設置した液面レベルセンサによって検出される冷媒タンク5の液面レベルが設定値を越えた段階で、冷媒回収制御が完了していると判断しても良い。
また、ステップS5の判定結果がYESの場合には、冷凍システムの機能部品を停止(OFF)する(ステップS6)。その後に、図2の制御ルーチンを抜ける。
このとき、空調ECU10は、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32、電動冷却水ポンプ33、電動冷水ポンプ34および電気ヒータ8を全てOFFする。また、第1、第2四方弁27、28、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7を全てOFFする。
[冷媒充填時]
空調ECU10は、図3の制御ルーチンが起動するタイミングになると、運転スイッチがONされたか否かを判定する、つまり冷凍システムの運転が開始されたか否かを判定する(ステップS11)。このステップS11の判定結果がNOの場合には、ステップS11の判定処理を繰り返す。あるいは図3の制御ルーチンを抜ける。
ここで、空調ECU10は、運転スイッチがONされると、上述したように、先ず、通常運転が開始される。すなわち、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32、33および電動冷水ポンプ34を運転(オン)する。また、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7を共にオフして閉弁する。また、第1、第2四方弁27、28に対してON−OFF切替制御を行う。
また、ステップS11の判定結果がYESの場合には、冷媒充填制御を開始する(ステップS12)。
このとき、空調ECU10は、電気ヒータ8を運転(ON)する。また、電磁開閉弁6をONして開弁し、且つ電磁均圧弁7をOFFして閉弁する。
次に、冷媒充填制御が完了しているか否かを判定する。例えば冷媒充填制御を開始してから予め決められた冷媒充填時間が経過しているか否かを判定する(ステップS13)。このステップS13の判定結果がNOの場合には、ステップS12またはステップS13の判定処理を繰り返す。
なお、冷媒タンク5内に設置した液面レベルセンサによって検出される冷媒タンク5の液面レベルが設定値以下となった段階で、冷媒充填制御が完了していると判断しても良い。また、蒸発器4の内部圧力と冷媒タンク5の内部圧力とを圧力センサで検知し、蒸発器4の内部圧力と冷媒タンク5の内部圧力とが同等になったら、冷媒充填制御が完了していると判断しても良い。
また、ステップS13の判定結果がYESの場合には、冷媒充填制御を完了する(ステップS14)。その後に、図3の制御ルーチンを抜ける。
このとき、空調ECU10は、電気ヒータ8をOFFする。また、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7を共にOFFする。
[実施例1の作用]
次に、本実施例の冷凍システムの作用を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
本実施例の冷凍サイクル内(システム系内)は、不凝縮ガスが排出され、冷凍サイクル内部に充填された冷媒の飽和蒸気圧になっている。
ここで、冷凍システムの通常運転時、2つの第1、第2吸着コア1a、2aのうちの一方の吸着コアに、電動温水ポンプ31によって温水を供給し、吸着コアを加熱することにより、吸着コアの吸着剤が吸着していた冷媒が脱離し、蒸気(冷媒蒸気)として放出する。
放出された蒸気は、逆止弁22または逆止弁24の開閉によって凝縮器3へ供給され、凝縮器3内で、熱交換器25を流れる冷却水と熱交換して冷却される。蒸気冷媒は、凝縮し、液冷媒となって蒸発器4へ戻る。
一方、蒸気を放出した吸着コアは、周りの蒸気を吸着し、それにより蒸発器4内の液冷媒が蒸発し、その蒸発時に内部を流れる冷却水から熱を奪い冷凍能力を発揮する。
以上のように、本実施例の冷凍システムは、通常運転時に、第1吸着器1を第1吸着コア1aを加熱して吸着剤に吸着されていた蒸気冷媒を脱離する脱離工程とし、第2吸着器2を第2吸着コア2aを冷却して蒸気冷媒を吸着剤に吸着する吸着工程とする第1運転モードと、第1吸着器1を吸着工程とし、第2吸着器2を脱離工程とする第2運転モードとを所定時間毎に切り替えて作動する。
空調ECU10は、運転スイッチのOFFによって冷凍システムの運転停止信号が入力されると、先ず、図2の制御ルーチンに示した冷媒脱離制御が実行される。
このとき、空調ECU10は、第1、第2吸着コア1a、2aへ温水のみ断続的に流すように第1、第2四方弁27、28に対してON−OFF切替制御を行うと共に、電動温水ポンプ31をONして、第1、第2吸着コア1a、2aの吸着剤が吸着している冷媒を脱離させて気体状態にする。
また、空調ECU10は、電動冷却水ポンプ32のみをOFFし、電動冷却水ポンプ33および電動冷水ポンプ34をONすることにより、吸着剤から脱離した冷媒蒸気を凝縮器3で冷却して凝縮させる。そして、凝縮器3内で凝縮した液冷媒は、供給配管18を通って蒸発器4へ戻される。
その後に、空調ECU10は、冷媒脱離制御が完了したと判断したら、第1、第2四方弁27、28に対してON−OFF切替制御を行うと共に、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32および電動冷水ポンプ34をOFFし、且つ電動冷却水ポンプ33をONすることにより、冷媒回収制御が実行される。
冷媒回収制御の開始時に、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7を共にONして開弁することにより、蒸発器4内の圧力と冷媒タンク5内の圧力とを同一圧力にする。
ここで、冷凍システムは、凝縮器3の底面(重力方向最下部)よりも低い位置に蒸発器4の底面(重力方向最下部)が配置されている。また、蒸発器4の底面よりも低い位置に冷媒タンク5に回収し終わった液冷媒面が来るように配置されている。
これにより、冷凍サイクル内部の冷媒をヘッド差で、冷媒タンク5へ回収することが可能となる。
このとき、凝縮器3に一時的に貯留された液冷媒は、凝縮器3の出口ポートから供給配管18→分岐部→配管41→冷媒タンク5の出入口ポートを通って冷媒貯留部36に回収される。
一方、凝縮器3に一時的に貯留された液冷媒は、凝縮器3の出口ポートから供給配管18→分岐部→配管41→冷媒タンク5の出入口ポートを通って冷媒貯留部36に回収される。
その後、空調ECU10は、冷媒回収制御が完了したと判断したら、冷凍システムの全ての制御機器(機能部品)をOFFする。
空調ECU10は、運転スイッチのONによって冷凍システムの運転(起動)信号が入力されると、つまり冷媒回収後に再度冷凍システムの運転が開始されると、図3の制御ルーチンに示した冷媒充填制御が実行される。
空調ECU10は、電磁開閉弁6をONして開弁すると共に、冷媒タンク5内の圧力を蒸発器4内の圧力よりも高くするため、電気ヒータ8をONする。このとき、電磁均圧弁7は、OFFして閉弁される。
電気ヒータ8によって冷媒タンク5内に貯蔵されている液冷媒が加熱されることにより、冷媒タンク5内の圧力が蒸発器4内の圧力よりも高くなる。すると、冷媒タンク5内の冷媒は、冷媒タンク5の気相空間内の圧力に押されて、冷媒タンク5の出入口ポートから流出して配管41および供給配管18を通って圧力の低い蒸発器4内へ流れ込み、冷却能力が発生する。
その後、空調ECU10は、冷媒充填制御が完了したと判断したら、電磁開閉弁6、電磁均圧弁7および電気ヒータ8をOFFする。
[実施例1の効果]
ところで、冷媒の吸着および脱離を行う吸着剤が充填された吸着コアを収容する吸着器、吸着コアが脱離した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器、およびこの凝縮器が液化した冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器が順次配管接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクルを備えた冷凍システム(吸着式冷凍装置)において、第1、第2吸着コア1a、2aに充填されている吸着剤が吸着できる以上に冷媒が、冷凍サイクル内部に充填されていた場合、冷凍システムの運転停止後に、各機能部品と冷媒温度が同一になると、冷凍サイクル内の相対湿度が100%となるため、冷凍サイクル内部で結露が発生する。
これにより、逆止弁21〜24の動作不良や、冷凍サイクル内で使用される材料(使用金属)と結露水との接触による水素発生による性能低下や、吸着剤が充填された第1、第2吸着器1、2の壁面への結露による初期脱離速度の低下による立ち上がり時の冷凍能力(性能)の低下や、消費熱量の増加によるシステムCOPの一時低下となったり、吸着剤自体へ結露水が付着することで劣化物質が吸着剤に付着する恐れがあった。
そこで、本実施例の冷凍システムでは、冷凍システム内部の結露を防止するという目的、また、冷凍サイクル中に取り付けられた逆止弁21〜24等の機能部品への結露による動作不良を防止するという目的、また、使用金属等と結露水との接触による水素発生等を要因とする冷凍サイクル内部の真空度低下による性能低下を防止するという目的、また、吸着剤自体へ結露水が付着することで劣化物質が吸着剤に付着する不具合等の発生を防止するという目的で、上記の構成を備えている。
すなわち、本実施例の冷凍システムは、その運転停止時に、冷凍サイクル内部の冷媒を回収するための冷媒タンク5と、冷凍サイクル内から冷媒タンク5へ冷媒を戻す際に開弁する電磁開閉弁6と、つまり蒸発器4内の圧力と冷媒タンク5内の圧力との均圧化を図るため、冷凍サイクル内から冷媒タンク5へ冷媒を戻す際に開弁する電磁均圧弁7と、冷凍システムの運転開始時に、冷媒タンク5から冷凍サイクルへ冷媒を戻す際に、冷媒タンク5内の圧力を蒸発器4内の圧力よりも高くするため、冷媒タンク5内の冷媒を加熱する電気ヒータ8とを追加設置した構成を備えている。
したがって、従来の吸着システムでは、冷媒を冷凍サイクル内に存在させたままであった。これに対し、本実施例の冷凍システムでは、運転時以外は冷凍サイクルとは別体の冷媒タンク5を設置し、そこへ運転停止時に不要な冷媒を保管することで、従来の問題点を解消および低減が可能となる。
以上のように、本実施例の冷凍システムにおいては、運転停止時に、2つの第1、第2吸着コア1a、2aの吸着剤から冷媒を脱離させる冷媒脱離制御(吸着剤の乾燥制御)が完了したと判断したら、冷媒回収手段の動作を制御する。具体的には、第1、第2四方弁27、28に対してON−OFF切替制御を行うと共に、電動温水ポンプ31、電動冷却水ポンプ32および電動冷水ポンプ34をOFFし、且つ電動冷却水ポンプ33をONする。さらに、電磁開閉弁6および電磁均圧弁7を共にONして開弁することにより、冷媒回収制御が実行される。
冷媒回収制御が開始されると、吸着剤から脱離して冷凍サイクル内に存在する冷媒、例えば2つの第1、第2吸着器1、2内の冷媒、凝縮器3内の冷媒、蒸発器4内の冷媒、供給配管11〜16内の冷媒)が供給配管18に集合し、配管41を通って冷媒タンク5に流れ込む。
これにより、冷凍サイクル内の冷媒が冷媒タンク5に回収されるので、冷凍システムの運転停止中に冷凍サイクル内の冷媒を冷媒タンク5に保管することが可能となる。
回収するための冷媒タンク5と、冷凍サイクル内から冷媒タンク5へ冷媒を戻す際に開弁する電磁開閉弁6と、つまり蒸発器4内の圧力と冷媒タンク5内の圧力との均圧化を図るため、冷凍サイクル内から冷媒タンク5へ冷媒を戻す際に開弁する電内部機器の温度が外側の温度よりも低くなった場合であっても、冷凍サイクル内の冷媒を冷媒タンク5に回収できるので、冷凍サイクル内部に冷媒が存在しない。
したがって、冷凍システムの運転停止時の冷凍サイクル内部の結露を防止することができるので、冷凍システムの運転開始時の立ち上がりの遅れを抑制することができる。これにより、冷凍システムの立ち上がり時の冷凍能力を向上することができる。
また、「冷凍サイクルの機能部品である逆止弁21〜24の動作不良」、「冷凍サイクル内で使用される使用金属等と結露水との接触による水素発生による性能低下」、「第1、第2吸着コア1a、2aへの結露による初期脱離速度の低下による立ち上がり時の冷凍能力の低下」、「消費熱量の増加によるシステムCOPの一時低下」、「吸着剤自体へ結露水が付着することで劣化物質が吸着剤に付着する等の不具合の発生」等の各種問題点を解消することができる。
また、冷凍システムの運転開始時に、冷媒充填手段の動作を制御する。具体的には、電磁開閉弁6をONして開弁し、且つ電磁均圧弁7をOFFして閉弁すると共に、電気ヒータ8をONすることにより、冷媒充填制御が実行される。
冷媒充填制御が開始(実施)されると、冷媒タンク5内の圧力が蒸発器4内の圧力よりも高くなる。このように冷媒タンク5内の圧力が蒸発器4内の圧力よりも高くなると、冷媒タンク5内の液冷媒が、配管41を経て供給配管18に押し出されて、蒸発器4内へ流れ込む。
これにより、冷媒タンク5内の液冷媒が、冷媒タンク5よりも圧力の低い蒸発器4内に戻されるため、冷媒タンク5内に冷媒が残留することなく、冷媒タンク5内の冷媒を冷凍サイクルに充填することができる。したがって、運転停止時に、冷凍サイクル外の冷媒タンク5に冷媒を回収する冷凍システムにおいても、冷凍サイクル内の冷媒充填量が不足することはなく、冷凍サイクルの冷凍能力の低下を防止することができる。
なお、圧力で蒸発器4の内部に吹き出す液冷媒を蒸発器4内の熱交換器26へ吹きかかるように蒸発器4の入口ポート(または入口流路管)を配置した場合には、冷媒タンク5から冷凍サイクルに戻される冷媒が少量の時から冷却性能を確保することも可能となる。
[実施例2の構成]
図4は本発明の実施例2を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を成すものであって、説明を省略する。
本実施例の冷媒タンク5の内部には、実施例1の電気ヒータ8の代わりに、実施例1の加熱媒体または冷却媒体供給手段から温水または冷却水等の熱交換媒体(流体)が循環供給される熱交換器9が収容されている。
熱交換器9は、冷凍サイクルの運転開始時に、冷媒タンク5内の圧力を蒸発器4内の圧力よりも高くするという目的で、冷媒タンク5の冷媒貯留部36内に回収された冷媒を加熱する冷媒加熱手段である。
そして、冷媒タンク5には、熱交換器9に流体を導入する入口流路管51、および熱交換器9から流体を導出する出口流路管52が接続されている。
また、加熱媒体または冷却媒体供給手段は、温水または冷却水循環経路の分岐部から延びる流体供給流路管53、および温水または冷却水循環経路の合流部まで延びる流体戻し流路管54を有している。
入口流路管51および出口流路管52と流体供給流路管53および流体戻し流路管54との間には、流体循環経路を切り替える電磁切替弁である第3四方弁55が設置されている。
本実施例では、第3四方弁55が図4の実線位置に設定されると、熱交換器9を流体が循環する。また、第3四方弁55が図4の破線位置に設定されると、熱交換器9を流体が循環しない。
第3四方弁55は、空調ECU10によって通電制御される。
空調ECU10は、冷凍システムの運転開始時に、電磁開閉弁6をONして開弁し、且つ電磁均圧弁7をOFFして閉弁すると共に、第3四方弁55をONすることにより、冷媒充填制御が実行される。これにより、第3四方弁55が図4の実線位置に設定されるため、熱交換器9を流れる流体によって液冷媒が加熱されるので、実施例1と同様に、冷媒タンク5内の圧力が蒸発器4内の圧力よりも高くなり、冷媒タンク5内の冷媒が冷凍サイクルに戻される。
以上のように、本実施例の冷凍システムにおいては、実施例1と同様な効果を奏し、さらに、実施例1の電気ヒータ8の代わりに、冷凍システムの第1、第2吸着コア1a、2aに流す温水または冷却水を利用して液冷媒を加熱し、冷媒タンク5内の圧力を蒸発器4内の圧力よりも高くすることで、冷媒充填制御時の消費電力を低減することができる。
なお、冷媒充填制御時には、第3四方弁55をONして図4の実線位置に設定することで、温水または冷却水を熱交換器9に流す。また、冷媒充填制御が完了した時や冷媒の加熱が不要な時には、第3四方弁55をOFFして図4の破線位置に設定することで、熱交換器9の入口流路管51と出口流路管52と接続する。このように、不要な時には、冷媒タンク7内を加熱しないようにする。
[実施例3の構成]
図5は本発明の実施例3を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を成すものであって、説明を省略する。
本実施例の冷凍サイクルの供給配管15、16間には、電力の供給を受けると開弁する常閉型の蒸気用シャットバルブ(以下電磁開閉弁)17が設置されている。
電磁開閉弁17は、内部に流路孔(供給配管15内に形成される流路と供給配管16内に形成される流路とを連通する弁孔)が形成されたバルブシート(弁座)を有するハウジングと、流路孔を開閉するポペットバルブと、このポペットバルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、ポペットバルブを開弁方向に駆動する電磁アクチュエータとを備えている。この電磁アクチュエータは、通電されると磁力を発生するコイルを有するソレノイド等により構成されている。
電磁開閉弁17のポペットバルブは、ソレノイドのコイルが通電(オン)されると、ソレノイドのコイルへの通電が停止(オフ)されると、バルブシートより離脱して弁孔を開放(全開)する。また、電磁開閉弁17のポペットバルブは、バルブシートに着座して弁孔を閉鎖(全閉)する。
電磁開閉弁17は、空調ECU10によって通電制御される。
また、冷凍サイクルは、蒸発器4の重力方向最下部(底面)よりも重力方向下方に位置するように凝縮器3を配置している。
凝縮器3は、冷凍システムの運転停止時に液冷媒を貯留するリキッドタンクを兼ねている。この凝縮器3の内部には、冷凍サイクル内の冷媒を所定量回収可能な冷媒貯留部19が形成されている。この冷媒貯留部19は、凝縮器3の重力方向最下部である底面上に設けられる。また、冷媒貯留部19は、冷媒回収制御が完了した際の液冷媒面レベルが、蒸発器4の底面よりも重力方向下方に位置するように配置されている。
なお、凝縮器3は、冷媒蒸気を含む冷媒を所定量貯蔵可能な内容積を有している。これにより、冷媒貯留部19に回収された冷媒の液面レベルよりも上方には、冷媒蒸気が滞留する気相空間が形成される。
ここで、凝縮器3の側部下方には、凝縮器3の側面で開口した出口ポートが形成されている。この凝縮器3の出口ポートは、蒸発器4の入口ポートに供給配管18を介して接続されている。
蒸発器4の底部には、蒸発器4の底面で開口した入口ポートが形成されている。この蒸発器4の入口ポートは、凝縮器3の出口ポートに供給配管18を介して接続されている。 供給配管18は、凝縮器3の冷媒貯留部19と蒸発器4の入口ポートとを連通する第1連通管(41)としての機能を含んでいる。この供給配管18の途中には、電磁開閉弁6が設置されている。
また、冷凍システム(冷媒回収手段)は、凝縮器3と蒸発器4とを連通する配管(第2連通管)42を備えている。この配管42の途中には、電磁均圧弁7が設置されている。
以上のように、本実施例の冷凍システムにおいては、実施例1及び2の冷媒タンク5の冷媒貯留部36の代わりに、凝縮器3の冷媒貯留部19を、冷凍システムの運転停止時に冷凍サイクル内の冷媒を回収するリキッドタンクとして代用する構成となっている。
基本的な動作は、実施例1と同じである。
すなわち、冷凍サイクルの運転停止時に、図2の制御ルーチンと同様に、冷媒離脱手段の動作を制御して冷媒離脱制御を実行し、この冷媒離脱制御が完了したら、冷媒回収手段の動作を制御して冷媒回収制御を実行する。これによって、冷凍サイクル内の冷媒が凝縮器3の冷媒貯留部19に回収される。そして、冷媒回収制御が完了した後は、電磁開閉弁6、電磁均圧弁7および電磁開閉弁17を全てOFFして閉弁することで、冷媒貯留部19に冷媒を保管することができる。
また、冷凍サイクルの運転開始時には、冷媒充填手段の動作を制御して冷媒充填制御を実行する。このとき、冷凍システムの通常運転時に使用する制御機器が全て運転状態となってるため、電磁開閉弁6および電磁開閉弁17を共にONして開弁し、電磁均圧弁7をOFFして閉弁することにより、凝縮器3内の圧力が蒸発器4内の圧力よりも高くなる。これにより、凝縮器3内の冷媒が圧力に押されて、凝縮器3の出口ポートから流出して供給配管18を通って圧力の低い蒸発器4内へ流れ込み、冷却能力が発生する。
その後、冷媒充填制御が完了したと、空調ECU10が判断しても電磁開閉弁6および電磁開閉弁17の開弁状態は継続される。
なお、冷媒脱離制御中も電磁開閉弁6および電磁開閉弁17は開弁状態に維持される。 以上のように、本実施例の冷凍システムにおいては、実施例1と同様な効果を達成することができる。
[変形例]
本実施例では、本発明の冷凍システムを、車両用空調装置や定置式の空調装置の冷凍能力を得る吸着式冷凍システム(冷凍機)に適用しているが、本発明の冷凍システムを、車両用冷凍または冷蔵装置や定置式の冷凍または冷蔵置の冷凍能力を得る吸着式冷凍システム(冷凍機)に適用しても良い。また、凝縮器3内で熱交換した流体(熱交換媒体)を車両用暖房装置や定置式の暖房装置または給湯装置の熱源として利用しても良い。
本実施例では、加熱媒体(温水)、冷却媒体(冷却水)および熱交換媒体(冷水)として、水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体を使用しているが、不凍液を混合しない水等の流体を使用しても良い。
本実施例では、気体状態の冷媒(冷媒蒸気)または液体状態の冷媒(液冷媒)として水蒸気または水を使用しているが、気体状態の冷媒または液体状態の冷媒としてアルコールまたはアルコール系の水溶液を使用しても良い。
ここで、冷凍システムの立ち上げ(起動)時の性能維持および吸着剤への劣化物質付着防止だけを可能にする方法として、少なくとも1つの吸着コアを常に加熱保存する方法もある。
加熱源は、温水を断続的に流すが、電気ヒータを吸着コアに取り付け、常に外気温度よりも高い温度で維持することで、吸着コアへの結露を防止することができる。
また、空調ECU10による冷媒回収制御が完了した時点で、冷凍サイクル内部に残留する残存冷媒量以上の吸着容量を有する吸着コアを使用しても良い。
1 第1吸着器
2 第2吸着器
3 凝縮器
4 蒸発器
5 冷媒タンク(冷媒回収部)
6 電磁開閉弁(第1開閉弁)
7 電磁均圧弁(第2開閉弁)
8 電気ヒータ(冷媒加熱手段)
9 熱交換器(冷媒加熱手段)
10 空調ECU(冷媒回収制御手段、冷媒脱離制御手段、冷媒充填制御手段)
15 供給配管(冷媒供給配管)
16 供給配管(冷媒供給配管)
17 電磁開閉弁(第3開閉弁)
18 供給配管(冷媒供給配管)
19 冷媒貯留部
21 逆止弁(冷凍サイクルの機能部品)
22 逆止弁(冷凍サイクルの機能部品)
23 逆止弁(冷凍サイクルの機能部品)
24 逆止弁(冷凍サイクルの機能部品)
31 電動温水ポンプ(加熱媒体供給手段)
32 電動冷却水ポンプ(冷却媒体供給手段)
33 電動冷却水ポンプ(冷媒冷却手段、熱交換媒体供給手段)
34 電動冷水ポンプ(熱交換媒体供給手段)
36 冷媒貯留部
41 配管(第1連通管)
42 配管(第2連通管)
1a 第1吸着コア
2a 第2吸着コア

Claims (16)

  1. 冷媒の吸着および脱離を行う吸着剤が設けられた吸着コアを収容する吸着器と、
    前記吸着コアが脱離した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、
    この凝縮器が液化した冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器と
    を備えた冷凍システムにおいて、
    前記冷凍システムは、
    (a)前記蒸発器から前記吸着器を経て前記凝縮器に冷媒を供給する冷媒供給経路を有する冷凍サイクルと、
    (b)この冷凍サイクルの重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されて、前記冷凍サイクル内の冷媒を所定量回収可能な冷媒タンクと、
    (c)前記冷凍サイクル前記冷媒タンクとの連通、遮断を行う開閉弁と、
    (d)前記冷凍システムの運転停止時に、前記開閉弁を制御して、前記冷凍サイクル内の冷媒を前記冷媒タンクに回収する冷媒回収手段と、
    (e)前記冷凍システムの運転開始時に、前記冷媒タンク内の冷媒を加熱すると共に前記開閉弁を制御して、前記冷媒タンク内の冷媒を前記冷凍サイクルに戻す冷媒充填手段と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  2. 請求項1に記載の冷凍システムにおいて、
    前記蒸発器は、その重力方向最下部が、前記凝縮器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されており、
    前記冷媒タンクは、冷媒回収が完了した際の冷媒液面が、前記蒸発器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されていることを特徴とする冷凍システム。
  3. 請求項2に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷凍サイクルは、前記凝縮器から前記蒸発器に冷媒を供給する冷媒供給配管を有していることを特徴とする冷凍システム。
  4. 請求項3に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒回収手段は、前記凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、前記冷媒供給配管または前記蒸発器の重力方向最下部と前記冷媒タンクとを連通する第1連通管、前記冷媒タンクと前記蒸発器とを連通する第2連通管、前記第1連通管を開閉する第1開閉弁、および前記第2連通管を開閉する第2開閉弁を有していることを特徴とする冷凍システム。
  5. 請求項3または請求項4に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷凍システムは、
    前記吸着コアから冷媒を脱離させる冷媒脱離制御を実行する冷媒脱離手段と、
    前記冷媒回収手段による制御の前に、前記冷媒脱離手段の動作を制御する冷媒脱離制御手段と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  6. 請求項5に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒脱離手段は、前記吸着コアを加熱する加熱媒体を前記吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、および前記凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段を有していることを特徴とする冷凍システム。
  7. 請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒充填手段は、前記吸着コアを加熱する加熱媒体を前記吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、前記吸着コアを冷却する冷却媒体を前記吸着器内に供給する冷却媒体供給手段、前記凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、前記冷媒タンク内の冷媒を加熱する冷媒加熱手段、前記冷媒供給配管または前記蒸発器の重力方向最下部と前記冷媒タンクとを連通する第1連通管、およびこの第1連通管を開閉する第1開閉弁を有していることを特徴とする冷凍システム。
  8. 請求項7に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒加熱手段の加熱源として、前記加熱媒体供給手段で使用する加熱媒体を利用していることを特徴とする冷凍システム。
  9. 冷媒の吸着および脱離を行う吸着剤が設けられた吸着コアを収容する吸着器と、
    前記吸着コアが脱離した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、
    この凝縮器が液化した冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮する蒸発器と
    を備えた冷凍システムにおいて、
    前記凝縮器は、前記蒸発器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されて、前記冷凍サイクル内の冷媒を所定量回収可能な冷媒貯留部を有し、
    前記冷凍システムは、
    (a)前記蒸発器から前記吸着器を経て前記凝縮器に冷媒を供給する冷媒供給経路を有する冷凍サイクルと、
    (c)前記冷凍サイクルと前記冷媒貯留部との連通、遮断を行う開閉弁と、
    (d)前記冷凍システムの運転停止時に、前記開閉弁を制御して、前記冷凍サイクル内の冷媒を前記冷媒貯留部に回収する冷媒回収手段と、
    (e)前記冷凍システムの運転開始時に、前記開閉弁を制御して、前記冷媒貯留部内の冷媒を前記冷凍サイクルに戻す冷媒充填手段と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  10. 請求項9に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒貯留部は、冷媒回収が完了した際の冷媒液面が、前記蒸発器の重力方向最下部よりも重力方向下方に位置するように配置されていることを特徴とする冷凍システム。
  11. 請求項10に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒回収手段は、前記凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、前記冷媒貯留部と前記蒸発器とを連通する第1連通管、前記凝縮器と前記蒸発器とを連通する第2連通管、前記第1連通管を開閉する第1開閉弁、および前記第2連通管を開閉する第2開閉弁を有していることを特徴とする冷凍システム。
  12. 請求項10または請求項11に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷凍システムは、
    前記吸着コアから冷媒を脱離させる冷媒脱離制御を実行する冷媒脱離手段と、
    前記冷媒回収手段による制御の前に、前記冷媒脱離手段の動作を制御する冷媒脱離制御手段と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  13. 請求項12に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒脱離手段は、前記吸着コアを加熱する加熱媒体を前記吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、および前記凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段を有していることを特徴とする冷凍システム。
  14. 請求項13に記載の冷凍システムにおいて、
    前記冷媒充填手段は、前記吸着コアを加熱する加熱媒体を前記吸着器内に供給する加熱媒体供給手段、前記吸着コアを冷却する冷却媒体を前記吸着器内に供給する冷却媒体供給手段、前記凝縮器内の冷媒を冷却する冷媒冷却手段、前記冷媒貯留部と前記蒸発器とを連通する第1連通管、およびこの第1連通管を開閉する第1開閉弁を有していることを特徴とする冷凍システム。
  15. 請求項1ないし請求項14のうちのいずれか1つに記載の冷凍システムにおいて、
    前記吸着器は、前記吸着コアの温度が外気温度よりも高くなるように加熱する吸着コア加熱手段を有していることを特徴とする冷凍システム。
  16. 請求項1ないし請求項15のうちのいずれか1つに記載の冷凍システムにおいて、
    前記吸着コアは、前記冷媒回収手段による制御が完了した時点で、前記冷凍サイクル内部に残留する残存冷媒量以上の吸着容量を有していることを特徴とする冷凍システム。
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