JPH0666455A - 吸着式冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱量の変動する加熱手段を用いる場合でも、
ＣＯＰの向上を図り得る吸着式冷却システムを提供す
る。 【構成】 排ガス導入路２５の温度を温度センサ５１に
よって検出するとともに、この検出温度に基づいて再生
行程に得られる熱量の大きさを判定し、熱量の小さいと
きは吸着行程及び再生行程の切換周期を長く、熱量の大
きいときは各行程の切換周期を短くすることにより、排
ガス導入路２５に供給される排ガスの熱量が小さいとき
には吸着媒体の再生に必要な時間が十分に確保され、排
ガスの熱量が大きいときは吸着媒体の再生に要する時間
を過剰に費やすことがなく、総合的な冷却能力が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用、住棟用または
船舶用の空気調和装置や、要冷蔵の食品または医薬品の
輸送コンテナ用冷却装置等に適用可能な吸着式冷却シス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和装置や冷凍装置等に用い
られる冷却システムとしては、ヒートポンプ式等が一般
的に知られているが、最近ではゼオライト等からなる吸
着材を用いた吸着式冷却システムが提案されている。
尚、これに関連した従来技術としては、例えば特開昭６
２−５０６０号公報に記載されたものがある。

【０００３】図７は吸着式冷却システムの基本的な原理
を示すもので、吸着器１と冷却容器２とを開閉バルブ３
を有する管路４によって連結した単一の吸着式冷却シス
テムである。吸着器１内にはゼオライト等からなる吸着
材１ａが収容されており、吸着材１ａには加熱または冷
却用の熱交換パイプ５が接触している。冷却容器２内に
は吸着媒体としての水が入っており、この水には冷却し
ようとする空気が流通する冷却パイプ６が熱的に接触
し、吸着器１、管路４及び冷却容器２内は真空になって
いる。また、管路４の冷却容器２側には外気と熱交換す
る凝縮器７が設けられている。この冷却システムでは、
管路４の開閉バルブ３を開くと、図７(a)に示すように
吸着材１ａの吸着作用により冷却容器２内の水が蒸発し
て水蒸気となり、管路４を通って吸着器１内の吸着材１
ａに吸着される。これにより、冷却容器２内の水が蒸発
する際の潜熱が冷却容器２側から吸収されるため、冷却
容器２内の温度が低下し、冷却パイプ６内の空気が冷却
される。このような操作を吸着行程という。次に、吸着
材１ａに吸着された水を冷却容器２に戻す操作を行う。
即ち、図７(b) に示すように熱交換パイプ５に車両用エ
ンジンの排ガス等のような外部熱源からの高温熱媒体を
流通させることによって吸着材１ａを加熱し、吸着材１
ａに吸着されている水を分離させる。これにより、水蒸
気となった水分が管路４を通って凝縮器７で水となり、
冷却容器２に回収される。このような操作を再生行程と
いう。尚、この場合の吸着とは吸着材の分子間に水の分
子が保持されている状態を示し、この状態で吸着材を加
熱することにより水が吸着材から分離して再生される。

【０００４】しかしながら、前述した単一の吸着式冷却
システムでは吸着行程と再生行程とを同一のシステムで
交互に行わなければならないため、連続的な冷却を行う
ことができない。そこで、図８に示すように二つの吸着
器８，９を有する二連の吸着式冷却システムが提案され
ている。各吸着器８，９はそれぞれ開閉バルブ１０，１
１を有する管路１２，１３によって一つの冷却容器１４
に連結され、冷却容器１４内の水には前述と同様の冷却
パイプ１５が熱的に接触している。また、各吸着器８，
９内の吸着材８ａ，９ａにはそれぞれ熱交換パイプ１
６，１７が熱的に接触しており、各管路１２，１３には
それぞれ凝縮器１８，１９が設けられている。この冷却
システムでは、例えば一方の吸着器８において吸着行程
を行わせると同時に、他方の吸着器９においては再生行
程を行わせる。そして、各吸着器８，９がそれぞれの行
程を終了した時点で逆の動作を行わせるよう切換操作す
る。その際、再生行程を終了した吸着器９は高温になっ
ているため、熱交換パイプ１７に低温または常温の空気
を流通して吸着材９ａを冷却する。このような操作を周
期的に繰り返すことによって連続的な冷却を行うことが
可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来例
では吸着行程及び再生行程を一定の周期で切換えている
が、加熱手段として利用される車両用エンジンの排ガス
は車両の運転状態等によって熱量の変動を生ずるため、
吸着器８，９の再生に要する時間も長い場合と短い場合
とがあり、各行程の切換周期をこれに追従して変化させ
ないとＣＯＰ（成績係数）の向上の面で好ましくないと
いう問題点があった。

【０００６】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、熱量の変動する加熱
手段を用いる場合でも、ＣＯＰの向上を図り得る吸着式
冷却システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、吸着材を収容した一対の吸着器と、各吸着
器に連結された冷却容器と、各吸着器を択一的に冷却す
る冷却手段と、各吸着器を択一的に加熱する加熱手段と
を備え、一方の吸着器を冷却することによって冷却容器
内の吸着媒体を該吸着器内に吸着させる吸着行程と、他
方の吸着器を加熱することによって該吸着器内の吸着媒
体を分離させ冷却容器内に戻す再生行程とを各吸着器に
おいて交互に行わせる吸着式冷却システムにおいて、前
記加熱手段の熱量の大きさを判定する熱量判定手段を有
し、該判定結果に基づいて熱量の小さいときは前記吸着
行程及び再生行程の切換周期を長くし、熱量の大きいと
きは各行程の切換周期を短くする切換制御手段を設けて
いる。

【０００８】

【作用】本発明の吸着式冷却システムによれば、加熱手
段の熱量が小さいときは吸着行程及び再生行程の切換周
期が長くなり、吸着媒体の再生に必要な時間が十分に確
保される。また、加熱手段の熱量が大きいときは各行程
の切換周期が短くなり、吸着媒体の再生に要する時間を
過剰に費やすことがなく、総合的な冷却能力が向上す
る。

【０００９】

【実施例】図１乃至図６は本発明の一実施例であり、本
発明の吸着式冷却システムを適用した車両用空気調和装
置を示すものである。図中、２０，２１は吸着材２０，
２１ａを収容した第１及び第２吸着器、２２は吸着媒体
としての水を収容した冷却容器、２３は凝縮器、２４は
車内側の熱交換器、５０は吸着行程及び再生行程を切換
える切換制御部である。

【００１０】各吸着器２０，２１は、詳細図を省略した
が両端にヘッダーパイプを有する熱交換器型に形成さ
れ、各ヘッダーパイプ間に配設された多数のチューブ内
にはゼオライト等からなる吸着材が収容されている。各
吸着器２０，２１は互いに間隔をおいて配置され、その
間には車両のエンジン（図示せず）に接続された排ガス
導入路２５の吐出口が臨み、各吸着器２０，２１は互い
の対向面がやや排ガス導入路２５の吐出口側へ向くよう
斜めに配置されている。また、各吸着器２０，２１の反
対側には第１及第２送風路２６，２７の一端がそれぞれ
臨み、各送風路２６，２７の他端は外気導入路２８及び
排気送風路２９の他端と十字路状に接続されている。従
って、排ガス導入路２５によって高温空気送風路が、外
気導入路２８及び各送風路２６，２７によって低温空気
送風路がそれぞれ構成されている。外気導入路２８の他
端は車両の進行方向側に、排気送風路２９の他端は車両
の進行方向反対側に向かってそれぞれ外部に開放され、
給気及び排気が効果的に行われるようになっている。ま
た、外気導入路２８内には強制給気用の送風機３０が設
置されている。更に、各送風路２６，２７、外気導入路
２８及び排気送風路２９の交差部には、各風路の二つず
つを切換可能に連通するフラップ３１が設けられてい
る。即ち、このフラップ３１は二位置に切換わるように
回動し、一方の位置では第１送風路２６と外気導入路２
８、第２送風路２７と排気送風路２９とがそれぞれ連通
し、他方の位置では第１送風路２６と排気送風路２９、
第２送風路２７と外気導入路２８とがそれぞれ連通する
ようになっている。

【００１１】冷却容器２２は第１蒸気往路３２を介して
第１吸着器２０に、第２蒸気往路３３を介して第２吸着
器２１にそれぞれ連結されており、各蒸気往路３２，３
３には開閉バルブＶ１，Ｖ２が設けられている。本実施
例では冷却容器２２内に収容した吸着媒体に水を用いた
が、アルコール等、他の液体を用いることもできる。ま
た、各蒸気往路３２，３３は、互いに分岐接続されたバ
イパス通路３４によって互いに連通できるようになって
おり、バイパス通路３４には二つの開閉バルブＶ３，Ｖ
４が設けられている。更に、バイパス通路３４における
各開閉バルブＶ３，Ｖ４の中間には蒸気復路３５の一端
が分岐接続され、蒸気復路３５には開閉バルブＶ５が設
けられている。尚、バイパス通路３４は機能的には蒸気
復路３５の一部を構成するものでもある。また、蒸気復
路３５の他端は凝縮器２３に接続され、凝縮器２３は細
径の凝縮通路３６を介して冷却容器２２に連結されてい
る。尚、各通路の流通断面は、蒸気復路３５及びバイパ
ス通路３４の断面積が蒸気往路３２（３３）の断面積の
約５０％に、凝縮通路３６の断面積が蒸気復路３５及び
バイパス通路３４の断面積の約０．６％にそれぞれ設定
されている。

【００１２】熱交換器２４は冷却容器２２内の水に熱的
に接触する冷却パイプ３７に連結され、冷却パイプ３７
に設けたポンプ３８により冷却容器２２側との間で水，
ブライン等の熱媒体を循環するようになっている。ま
た、熱交換器２４は車内空気の吸入通風路３９と吹出通
風路４０との間に配置され、以下に述べる構成は周知の
車両用空気調和装置に設けられているものである。即
ち、吸入通風路３９内には送風機４１が設置されるとと
もに、吸入通風路３９の途中には外気導入路４２が接続
され、外気導入路４２はフラップ４３によって開閉でき
るようになっている。また、吹出通風路４０は運転席や
助手席等に設けられた複数の吹出口４４に分岐し、各吹
出口４４にはルーバ４５が設けられている。更に、吹出
通風路４０の途中にはエンジンのラジエータ（図示せ
ず）に連結された加熱パイプ４６が設置され、暖房時や
除湿時の再加熱用として使用される。この加熱パイプ４
６では、開閉バルブ４７を開放することによりラジエー
タの冷却水（高温）を流通し、吹出通風路４０内の空気
を加熱できるようになっている。また、加熱パイプ４６
の風上側にはフラップ４８が設けられ、このフラップ４
８を任意の位置に設定することにより、加熱パイプ４６
を通る空気量を調整できるようになっている。

【００１３】切換制御部５０はマイクロコンピュータ等
によって構成され、前記各開閉バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ
３，Ｖ４，Ｖ５及びフラップ３１の駆動源に接続されて
いる。また、切換制御部５０は計４つのタイマＴ１，Ｔ
２，Ｔ３，Ｔ４を有し、各タイマにはそれぞれ異なった
時間が設定されている。尚、タイマＴ１，Ｔ２，Ｔ３の
設定時間における大小関係は、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３となっ
ている。更に、切換制御部５０は排ガス導入路２５の温
度を検出する温度センサ５１に接続されるとともに、温
度センサ５１の検出温度ｔに対する所定の上限温度ｔH
及び下限温度ｔLを設定しており、各設定温度ｔH 〜ｔL
間が再生行程に対する標準温度となっている。

【００１４】以上の構成において、例えば第１吸着器２
０で吸着行程を、第２吸着器２１で再生行程を行ってい
るときは、フラップ３１を図中実線で示す位置に設定
し、第１送風路２６と外気導入路２８、第２送風路２７
と排気送風路２９とをそれぞれ連通する。これにより、
排ガス導入路２５の高温空気（排気ガス）が各吸着器２
０，２１の間に給送され、外気導入路２８の低温空気
（外気）が図中破線矢印で示すように第１送風路２６を
経て第１吸着器２０に給送される。その際、第１吸着器
２０を通過した空気が第２吸着器２１に向かって吹出さ
れるため、この空気の流れによって排ガス導入路２５か
ら吐出した空気が第２吸着器２１に向かって流れ、第２
吸着器２１に給送される。これにより、第２吸着器２１
が加熱され、第２吸着器２１を通過した空気は図中実線
矢印で示すように第２送風路２７及び排気送風路２９を
経て外部に排出される。また、第２吸着器２１は排ガス
導入路２５の吐出口に向かって斜めに配置されているこ
とから、排ガス導入路２５の高温空気が第２吸着器２１
にスムーズに流入する。一方、第１吸着器２０に給送さ
れた低温空気は第１吸着器２０を冷却するとともに第１
吸着器２０の熱を吸収し、排ガス導入路２５から吐出す
る高温空気と合流して第２吸着器２１に給送される。こ
れにより、第１吸着器２０で発生した吸着熱（顕熱）が
第２吸着器２１の加熱に利用される。また、各吸着器２
０，２１において前述とは逆の行程を行う場合、フラッ
プ３１を図中一点鎖線の位置に切換えることにより、排
気送風路２９及び外気導入路２８の空気の流通方向が変
わり、第１吸着器２０が加熱、第２吸着器２１が冷却さ
れる。

【００１５】次に、本実施例における吸着式冷却システ
ム、即ち各吸着器２０，２１及び冷却容器２２間の動作
を、図３の原理図及び図４のＰ−１／Ｔ線図を参照して
説明する。尚、図３では説明を容易にするために各構成
部分を図１と若干異なった形状で図示してある。また、
図４においてＰは水蒸気圧、Ｔは温度であり、図中に示
されている数値は一例である。

【００１６】即ち、第１吸着器２０で吸着行程を、第２
吸着器２１で再生行程を行う場合には、まず開閉バルブ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を閉じ、開閉バルブＶ５を開
く。これにより、第１吸着器２０内の温度が含水量６％
の水等量線上で１５０℃まで冷却され（Ｃ′→Ｄ）、第
２吸着器２１内の温度は含水量２２％の水等量線上で１
５０℃まで加熱される（Ａ′→Ｂ）。この時、第１吸着
器２０内の水蒸気圧Ｐ1は１０mbar、第２吸着器２１内
の水蒸気圧Ｐ2 は４５０mbarとなる。尚、Ｐ3 はＰ1 及
びＰ2 の平均値である。次に、開閉バルブＶ２，Ｖ３を
閉じたままで、開閉バルブＶ１，Ｖ４，Ｖ５を開く。こ
れにより、冷却容器２２内の水が１０mbarの圧力下で蒸
発するとともに、第１蒸気往路３２を経て第１吸着器２
０の吸着材２０ａに吸着される。その際、水の蒸発潜熱
によって冷却容器２２内の熱が奪われる。そして、第１
吸着器２０内の冷却を続けることにより、冷却容器２２
内の水が順次吸着材２０ａに吸着され、第１吸着器２０
内が最終的に７０℃まで冷却される（Ｄ→Ａ）。一方、
第２吸着器２１内は４５０mbarの圧力下で２８０℃まで
加熱され（Ｂ→Ｃ）、第２吸着器２１の吸着材２１ａに
吸着されている水が分離して再生され、バイパス通路３
４及び蒸気復路３５を経て凝縮器２３に流入する。そし
て、凝縮器２３内で凝縮した水は凝縮通路３６を通って
冷却容器２２内に戻される。このような操作は１分〜１
日の周期で行われる。また、各蒸気往路３２，３３、蒸
気復路３５及び凝縮通路３６の流通断面積が順に小さく
なっているのは、この順に水蒸気の密度が大きくなるか
らで（凝縮通路３６内では液体）、特に凝縮通路３６で
は冷却容器２２から蒸発して行く水とほぼ同量の流量に
なるのが望ましい。

【００１７】前述の行程が終了した時点では、再生行程
を行った第２吸着器２１内は約２８０℃の高温となって
おり、吸着行程を終えた第１吸着器２０は約７０℃の低
温となっている。ここで、各吸着器２０，２１を前述と
逆の行程に切換える前に以下に述べる中間行程を行うこ
とによって各吸着器２０，２１間のエンタルピーの差を
排熱とならないよう再利用する。即ち、開閉バルブＶ
１，Ｖ２，Ｖ５を閉じた状態で、バイパス通路３４の開
閉バルブＶ３，Ｖ４のみを開放し、各吸着器２０，２１
を冷却容器２２を介さずに連通させる。これにより、第
２吸着器２１内の熱の一部が第１吸着器２０内に移動
し、次に再生行程を行おうとする第１吸着器２０内の温
度が上昇するとともに、吸着行程を行おうとする第２吸
着器２１内の温度が低下する。この中間行程は前記吸着
／再生行程の切換周期の１％〜５％程度の時間だけ行
う。尚、中間行程は図３の線図にはプロットできない
が、吸着／再生行程の一部であると言える。

【００１８】このようにして、各吸着器２０，２１にお
ける吸着行程→中間行程→再生行程→中間行程→吸着行
程…を周期的に繰り返すことにより、冷却容器２２内が
連続的に冷却される。尚、図４は前記各行程における各
バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の開閉状態を示す
ものである。

【００１９】ここで、再び図１に戻り車内側の空調動作
について説明する。即ち、前記冷却システムによって冷
却容器２２内が冷却されることにより、冷却容器２２内
の冷却パイプ３７が冷却され、低温となった冷却パイプ
３７内の熱媒体が熱交換器２４に流入する。一方、吸入
通風路３９内に吸入された車内空気は熱交換器２４に給
送され、熱交換器２４によって冷却される。そして、冷
却された空気は吹出通風路４０を経て各吹出口４４から
車内へ吹出される。その際、外気導入路４２のフラップ
４３を操作することにより、必要に応じて吸入通風路３
９内に外気を導入することができる。また、加熱パイプ
４６のフラップ４８を操作することにより、吹出通風路
４０内の空気が加熱される。

【００２０】また、前記各吸着器２０，２１における吸
着／再生行程の切換えは切換制御部５０によって行われ
るが、排ガス導入路２５から吐出される排ガスの熱量は
エンジンの回転数等、車両の運転状態によって変化する
ため、この熱量の変化に追従して各行程の切換周期を制
御することが望ましい。そこで、このような制御を含む
切換制御部５０の動作を図６のフローチャートを参照し
以下に説明する。

【００２１】まず、各行程が切換えられた後、温度セン
サ５１の検出温度ｔが下限値ｔL よりも小さいと判定さ
れると（Ｓ１）、タイマＴ１を作動する（Ｓ２）。これ
により、各行程の切換周期が最も長くなる。この後、タ
イマＴ１の設定時間が経過したならば（Ｓ３）、バルブ
モードを中間行程に切換え（Ｓ４）、中間行程の実行時
間を設定したタイマＴ４を作動する（Ｓ５）。そして、
タイマＴ４の設定時間が経過したならば（Ｓ６）、吸着
行程を行っていた吸着器２０（２１）が再生行程に、再
生行程を行っていた吸着器２１（２０）が吸着行程にな
るようバルブモードを切換え（Ｓ７，Ｓ８）、ステップ
Ｓ１に戻る。ここで、例えば温度センサ５１の検出温度
ｔが下限値ｔL よりも大きく（Ｓ１）、上限値ｔH より
も小さいと判定されると（Ｓ９）、タイマＴ２を作動す
る（Ｓ１０）。これにより、各行程の切換周期は標準に
なる。そしてタイマＴ２の設定時間が経過したならば
（Ｓ１１）、前述と同様にステップＳ４〜Ｓ８の動作を
実行し、再びステップＳ１に戻る。ここで、例えば温度
センサ５１の検出温度ｔが下限値ｔL 及び上限値ｔHよ
りも大きいと判定されると（Ｓ１，Ｓ９）、タイマＴ３
を作動する（Ｓ１２）。これにより、各行程の切換周期
が最も短くなる。そして、タイマＴ３の設定時間が経過
したならば（Ｓ１３）、前述と同様にステップＳ４〜Ｓ
８の動作を実行し、再びステップＳ１に戻る。

【００２２】このように、本実施例の吸着式冷却システ
ムによれば、排ガス導入路２５の温度を温度センサ５１
によって検出するとともに、この検出温度に基づいて再
生行程に得られる熱量の大きさを判定し、熱量の小さい
ときは吸着行程及び再生行程の切換周期を長く、熱量の
大きいときは各行程の切換周期を短くするようにしたの
で、排ガス導入路２５に供給される排ガスの熱量が小さ
いときには吸着媒体の再生に必要な時間が十分に確保さ
れ、排ガスの熱量が大きいときは吸着媒体の再生に要す
る時間を過剰に費やすことがなく、総合的な冷却能力が
向上する。従って、車両用エンジンの排ガス等のように
熱量の変動する加熱手段を用いる場合でも、ＣＯＰ（成
績係数）を確実に向上させることができる。

【００２３】尚、前記実施例では設定温度ｔH,ｔL を基
準に温度センサ５１の検出温度ｔの大小を検知すること
により、熱量の大きさを判定するようにしたが、熱量判
定手段としてエンジンの回転数や車両の走行速度に基づ
いて熱量の大きさを判定するようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の吸着式冷
却システムによれば、熱量の変動する加熱手段を用いる
場合でも、ＣＯＰの向上を確実に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す吸着式冷却システムを
備えた車両用空気調和装置の概略構成図

【図２】制御系を示すブロック図

【図３】吸着式冷却システムの原理図

【図４】吸着式冷却システムの吸着／再生行程を示すＰ
−１／Ｔ線図

【図５】各開閉バルブの開閉状態を示す図

【図６】切換制御部の動作を示すフローチャート

【図７】従来例を示す単一の吸着式冷却システムの原理
図

【図８】従来例を示す二連の吸着式冷却システムの原理
図

【符号の説明】

２０…第１吸着器、２１…第２吸着器、２０ａ，２１ａ
…吸着材、２２…冷却容器、５０…切換制御部、５１…
温度センサ、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５…開閉バル
ブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着材を収容した一対の吸着器と、各吸
   着器に連結された冷却容器と、各吸着器を択一的に冷却
   する冷却手段と、各吸着器を択一的に加熱する加熱手段
   とを備え、一方の吸着器を冷却することによって冷却容
   器内の吸着媒体を該吸着器内に吸着させる吸着行程と、
   他方の吸着器を加熱することによって該吸着器内の吸着
   媒体を分離させ冷却容器内に戻す再生行程とを各吸着器
   において交互に行わせる吸着式冷却システムにおいて、 前記加熱手段の熱量の大きさを判定する熱量判定手段を
   有し、該判定結果に基づいて熱量の小さいときは前記吸
   着行程及び再生行程の切換周期を長くし、熱量の大きい
   ときは各行程の切換周期を短くする切換制御手段を設け
   たことを特徴とする吸着式冷却システム。