JPH09170846A - 車両搭載型ケミカルヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン冷却水を加熱源に用いたコンパクト
な車両搭載型ヒートポンプであって、且つ車両が停止し
た後でも、直ちに空調システムを運転することができる
車両搭載型ケミカルヒートポンプを提供する。 【解決手段】 本発明の車両搭載型ケミカルヒートポン
プは、冷凍モード時には蒸発器に且つ再生モード時には
凝縮器に切り換わることができる第Ｉ反応容器１と、再
生モード時には再生器に、且つ冷凍モード時には吸収器
に切り替わることができる第ＩＩ反応容器２とを含む。
さらに、エンジン冷却水での加熱により前記吸収器を再
生器に切り換えることができる熱交換手段と、このエン
ジン冷却水を適正な温度範囲に保持する保温手段６と、
エンジン停止時に、該保温手段６を作動制御する保温制
御装置２９を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン冷却水を
再生器の加熱源として用いた車両搭載型ケミカルヒート
ポンプに関し、特に、エンジン停止時のエンジン冷却水
の保温対策を講じたコンパクトな車両搭載型ケミカルヒ
ートポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用空調システムには、エン
ジンの駆動力によりコンプレッサーによって圧縮された
冷媒ガスを、コンデンサーにおいて走行風やファンによ
って冷却、液化し、得られた液状の冷媒をエバポレータ
ーにて気化し、この気化の際に熱を大量に奪い冷却を行
う、圧縮式ヒートポンプによる冷凍サイクルが用いられ
ていた（例えば、特開平２−１８９２２３号公報参
照）。

【０００３】ところが、前記従来の圧縮式ヒートポンプ
による冷凍サイクルでは冷媒を圧縮するための、コンプ
レッサーが不可欠であるため、エンジンから奪われるコ
ンプレッサーの駆動力が多大なものとなり、これが燃費
の低下の主な原因となっていた。特に、より強力な冷却
能力が必要とされる夏期には、冷媒の圧縮能力を高く設
定するため、著しい燃費低下の傾向がみられた。

【０００４】一方、このような圧縮式ヒートポンプによ
る冷凍サイクルにおいては、冷媒として、フロンガスが
使用されていたため、フロンガスによる大気汚染が問題
となっていた。

【０００５】上記のような問題に鑑みて、近年では圧縮
式ヒートポンプに代わって、冷媒蒸気を吸収剤に吸収さ
せ（発熱反応）、冷媒蒸気を発生する（吸熱反応）際の
潜熱を利用して外気温を下げるという、化学反応を応用
した吸収式ヒートポンプ（ケミカルヒートポンプ）が着
目されている。

【０００６】この吸収式ヒートポンプの原理を、図１
（冷凍モード）及び図２（再生モード）に示す２個の反
応容器１，２を途中にバルブ３を介した連結パイプ４に
より連結した吸収式ヒートポンプモデルにより次に説明
する。第Ｉ反応容器１に収容した吸収剤をＡ、第II反応
容器２に収容した吸収剤をＢ、冷媒をＣとし、物質の相
変化の状態を示すため液体又は固体を（ｓ）、気体を
（ｇ）とする。まず、反応系内を減圧状態として、冷媒
の凝縮液Ｃ（ｓ）を吸収している吸収剤Ａ（ｓ）から冷
媒蒸気Ｃ（ｇ）を発生させ、冷媒蒸気Ｃ（ｇ）を吸収剤
Ｂ（ｓ）に吸収させる。冷媒蒸気Ｃ（ｇ）を吸収剤Ｂ
（ｓ）に吸収させる発熱反応の反応式は下記の式（１）
に、また吸収剤Ａ（ｓ）から冷媒蒸気Ｃ（ｇ）を発生さ
せる吸熱反応の式は下記の式（２）によって表される。

【０００７】

【化１】

【０００８】上記原理の吸収式ヒートポンプを、特に自
動車用冷房として適用することを考えると、自動車排熱
（排気ガス、エンジン冷却水からの）をヒートポンプの
収熱用（濃縮、脱着等）の熱源、すなわち熱エネルギー
を化学エネルギーに変換してヒートポンプの駆動源とし
て利用できるため、自動車における熱エネルギーの収支
において無駄が少なく整合性が良く、既に、エンジン排
ガスの熱を利用した吸収式冷凍機として提案されている
（特開平１−２３９３５４号公報参照）。

【０００９】このような吸収式ヒートポンプの特徴とし
ては、まず、上記式（１）及び式（２）で示されるよう
に、冷媒蒸気を吸収剤に吸収させ、また吸収剤から蒸発
させることによって、発熱反応や吸熱反応を生じさせ、
その冷媒ガスは、容易に移動させることができるので、
即ち、エネルギーを物質の形で保存し、移動させること
ができ、エネルギー損失が僅かであるという利点を有す
る。また、冷媒蒸気の移動は、圧力（濃度）差によって
行うことができるので、コンプレッサー等の外部動力を
積極的に必要としないという利点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平１−２３９
３５４号公報に記載された吸収式冷凍機では、蒸発した
冷媒は吸収器に入り吸収溶液に吸収されて、希釈された
吸収液（吸収剤）となり、次いでこの希釈された吸収液
は溶液ポンプで再生器に送られて溶液中の冷媒を蒸発す
る工程が行われているが、吸収液が吸収工程において専
用の吸収器で及び再生工程において再生器でそれぞれ処
理され、その処理のタイミング毎に吸収液の移動がなさ
れており、そのために、吸収式冷凍機全体として複雑で
且つ装置規模が大きくなるという問題があった。

【００１１】本発明者らはこのような問題点を解決する
ために、冷媒圧縮用コンプレッサーが不要で、ヒートポ
ンプ用駆動電源が不要で、ラジエータの小型化が可能な
低燃費型の自動車用空調装置に利用でき、且つ、自動車
等の限られたスペースで、コンパクトな装置構成とする
ことができる吸収式冷凍機を提供することを目的とし、
冷凍モード時には蒸発器に、且つ再生モード時には凝縮
器に切り替わることができる第Ｉ反応容器と、再生モー
ド時には再生器に、且つ冷凍モード時には吸収器に切り
替わることができる第II反応容器からなるケミカルヒー
トポンプを二組コンパクトに組合せ、エンジン冷却に使
用されたエンジン冷却水（以下、単にエンジン冷却水と
いう）の排熱を利用して作動させるケミカルヒートポン
プを既に出願している（特願平７−３０２１１８号）。

【００１２】しかしながら、エンジン冷却水は、エンジ
ン運転中においては１００℃付近から４０〜５０℃程度
の範囲、通常は８０℃前後に保たれているが、エンジン
をストップさせると徐々に低下するので、車両を停車さ
せた後に再度駆動させる時には、前記エンジン冷却水の
排熱を利用して作動させるケミカルヒートポンプにおい
ては、直ちにヒートポンプを起動させることが困難であ
り、冷房及び暖房等の空調システムが直ちに運転できな
いという欠点があった。

【００１３】そこで本発明は、エンジン冷却水を加熱源
に用いたコンパクトな車両搭載型ヒートポンプであっ
て、且つ車両が停止した後でも、直ちに空調システムを
運転することができる車両搭載型ケミカルヒートポンプ
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明の車両搭載型ヒートポンプは、冷凍モ
ード時には蒸発器に、且つ再生モード時には凝縮器に切
り換わることができる第Ｉ反応容器と、再生モード時に
は再生器に、且つ冷凍モード時には吸収器に切り替わる
ことができる第II反応容器と、エンジン冷却水により前
記蒸発器を前記再生器に切り替えるための熱交換手段
と、該エンジン冷却水を、蒸発器を再生器に切り替える
のに十分な温度範囲に保持するための保温手段と、エン
ジン停止時に、該保温手段を作動させる保温手段制御装
置とを有する車両搭載型ケミカルヒートポンプであっ
て、前記第II反応容器が冷凍モード時の吸収器である時
に、蒸発器を再生器に切り替えるのに十分な温度範囲の
エンジン冷却水にて熱交換することで、該吸収器は再生
モードの再生器として作動し、同時に前記冷凍モード時
の蒸発器は再生モードの凝縮器として作動するように構
成したことを特徴とする（該車両搭載型ケミカルヒート
ポンプをタイプＩと称する。） また、本発明の車両搭載型ケミカルヒートポンプは、前
記タイプＩの車両搭載型ケミカルヒートポンプにおける
冷凍モード時の蒸発器と吸収器がループを形成した１ユ
ニットのケミカルヒートポンプと、前記タイプＩの車両
搭載型ケミカルヒートポンプにおける再生モード時の凝
縮器と再生器がループを形成した１ユニットのケミカル
ヒートポンプとが組み合わされてなる車両搭載型ケミカ
ルヒートポンプであって、任意の作動時間毎に蒸発器が
凝縮器に、吸収器が再生器に、凝縮器が蒸発器に、再生
器が吸収器に切り替わり、連続運転できるように構成さ
れていることを特徴とする（該車両搭載型ケミカルヒー
トポンプをタイプIIと称する。）。

【００１５】上記本発明の２つのユニットが組み合わさ
れてなるタイプIIの車両搭載型ケミカルヒートポンプに
おいて、冷凍モード時の一つのユニットの凝縮器と再生
モード時の別の一つのユニットの吸収器を一つの熱交換
グループとし、且つ冷凍モード時の一つのユニットの蒸
発器と再生モード時の別の一つのユニットの再生器を別
の一つの熱交換グループとして、該両熱交換グループと
熱交換できる送風路を各々設けることにより、該送風路
に車外空気（単に外気という）又は車内循環空気（単に
内気という）を送風することにより熱交換して温風又は
冷風を得ることができる。

【００１６】本発明のタイプＩ及びタイプIIの車両搭載
型ケミカルヒートポンプにおいて使用できる保温手段
は、車両に搭載されたハロゲンヒータ、太陽光を熱源と
した集熱器、バッテリの群から選ばれた少なくとも１種
類あるいはそれ以上との組み合わせによる集合体を挙げ
ることができる。

【００１７】本発明のタイプＩ及びタイプIIの車両搭載
型ケミカルヒートポンプにおいて、凝縮器及び蒸発器に
収容される蒸気発生物質と、吸収器及び再生器に収容さ
れる蒸気を吸収するための吸収剤とからなるペアとして
は、塩化カルシウムとメタノールからなるペア、活性炭
とメタノールからなるペア、シリカゲル、ゼオライト及
び／又は活性アルミナと水からなるペア、塩化カルシウ
ムと水からなるペアなどが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の車両搭載型ケミカルヒー
トポンプを、塩化カルシウムとメタノールからなるペア
を使用したヒートポンプを一例にして、以下に詳細に説
明する。

【００１９】タイプＩの車両搭載型ケミカルヒートポン
プ 本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒートポンプに
ついて、図３（冷凍モード）、図４（再生モード）の模
式図に基づき、さらに、図５（冷凍モード）、図６（再
生モードにおける再生主段階）及び図７（再生モードに
おける再生終了段階）のケミカルヒートポンプ内におけ
る圧力−温度相関グラフ（Ｐ−Ｔ線図）に基づいて説明
する。

【００２０】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒ
ートポンプは、作動媒体としての冷媒１０の蒸気（メタ
ノール蒸気）が、保水性高分子物質を通気性および水浸
透性を有する外装材にて包んでなる吸水シート８に吸収
されて凝縮・液化される第Ｉ反応容器１と、該第Ｉ反応
容器１において吸水シート８（含液体メタノール）から
蒸発する冷媒１０の蒸気（メタノール蒸気）を吸収・化
合する吸収剤９（ＣａＣｌ₂ ）を充填した第II反応容器
２を含んだ閉じた系（ループ）である。両反応容器１，
２はエンジン冷却水により熱交換して加熱されるように
構成されている。

【００２１】この系は予め車載される以前に減圧にされ
ており、外気温下で、第Ｉ反応容器１においてガスが蒸
発する程度の減圧（０．００１〜０．１気圧）とされ
る。

【００２２】冷凍モード（１サイクル時）：外気温下で
第Ｉ反応容器１において、減圧下（０．００１〜０．１
気圧）で、外気の熱を吸収した吸水シート８より冷媒１
０の蒸気（メタノール蒸気）が蒸発する。この蒸発は外
気温を潜熱として吸熱する吸熱反応であるため第Ｉ反応
容器１の温度は外気温（２０〜３５℃）より低下し、冷
房用の低温（−５〜５℃）が得られる。蒸発した冷媒１
０の蒸気（メタノール蒸気）は、第II反応容器２内の吸
収剤９（ＣａＣｌ₂ ）と化学吸着（発熱反応）により化
合して吸収される。従って第II反応容器２は発熱反応に
よって外気温（２０〜３５℃）より温度上昇して高温
（４０〜５５℃）が得られると共に、内圧が最低圧力
（Ｐ_L ）より上昇する。

【００２３】一方、冷媒１０の蒸気（メタノール蒸気）
が第II反応容器２に吸引されることにより、第Ｉ反応容
器１の内圧は低下し、双方の反応容器１、２の内圧の平
衡圧Ｐ_E にまで低下する。

【００２４】このようにして、第Ｉ反応容器１は低温、
平衡圧Ｐ_E に保たれるので、この第Ｉ反応容器１をファ
ンにより外気と熱交換することで、車内冷房用の冷風が
得られる。一方、第II反応容器２は高温、平衡圧Ｐ_E に
保たれるので、この第II反応容器２をファンにより外気
と熱交換（空冷）することで極力３０℃以下に低下させ
る。この第II反応容器２の温度を低下させる目的は、図
５の冷凍モードでの第II反応容器２の平衡圧Ｐ_E を上昇
させ過ぎないようにして第Ｉ反応容器１の吸熱反応を促
進させるためである。

【００２５】冷凍モード終了時には、第II反応容器２に
おける冷媒１０の吸収量が最大限に到達し、この時の第
Ｉ反応容器１及び第II反応容器２における状態は、図５
の矢印の終点で示される。

【００２６】再生モード（１サイクル時）：前記の冷凍
モードにおいて、第II反応容器２内の吸収剤９（ＣａＣ
ｌ₂ ）に吸着・化合する吸収容量には限りがあるため、
吸収剤９（ＣａＣｌ₂ ）に吸収されている冷媒１０を蒸
気として定期的に脱離して、吸収剤９（ＣａＣｌ₂ ）を
再生させる必要がある。この脱離再生反応過程を再生モ
ードと呼ぶ。以下、再生の手順を説明する。

【００２７】第II反応容器２内の吸収剤９（ＣａＣ
ｌ₂ ）の吸収容量以上に冷媒１０の蒸気（メタノール蒸
気）を第Ｉ反応容器１内で発生させると、吸水シート８
（含液体メタノール）から冷媒１０の蒸気（メタノール
蒸気）の蒸発する吸熱反応が抑制されるため、低温に保
たれていた第Ｉ反応容器１の温度が上昇することにな
る。さらに冷媒１０の蒸気（メタノール蒸気）は第II反
応容器２の空間内に充満した後、第Ｉ反応容器１の方に
も充満していくが、第Ｉ反応容器１側に吸引されない
と、一旦平衡が保たれていた第II反応容器２内の内圧が
どんどん上昇することになる。

【００２８】そこで、吸収剤９に吸着・化合した冷媒１
０を脱離させる必要がある。その脱離に必要な解離熱を
第II反応容器２の外部より加え、これにより脱離した冷
媒１０の蒸気（メタノール蒸気）を凝縮して液化して、
再び吸水シート８（含液体メタノール）に戻し、冷媒１
０の蒸気（メタノール蒸気）を第Ｉ反応容器１に吸引さ
せる（発熱反応）ことにより、吸収剤９（ＣａＣｌ₂ ）
に化学吸着されていた冷媒１０の蒸気（メタノール蒸
気）の脱離反応（吸熱反応）が促進される。

【００２９】冷媒１０の蒸気（メタノール蒸気）の凝縮
反応は減圧下（０．００１〜０．１ａｔｍ）では２０℃
付近より開始するが、第Ｉ反応容器１は冷凍モードの過
程で容器内の温度が低温（−５〜５℃）になっているた
め、再生モードを行うためには外部より例えば０℃付近
まで補助的に加熱すると効果的である。

【００３０】ところで、車載での用途を考えた場合、例
えばラジエータである程度まで熱交換されたエンジン冷
却水（１００℃付近から４０〜５０℃程度までの水で、
通常、８０℃前後の水）の熱エネルギーを有効に利用す
ることが有利である。第II反応容器２内を加熱するため
に、例えば、該第II反応容器２に熱交換パイプ５を設
け、このエンジン冷却水を流すことにより、第II反応容
器２を加熱して温度を８０℃付近にまで昇温させると、
吸収剤９に化合した冷媒１０分子の脱離反応（吸熱反
応）が開始する。

【００３１】この脱離反応と同時並行して、例えば、第
Ｉ反応容器１に設けた熱交換パイプ７にエンジン冷却水
を流すことにより、第Ｉ反応容器１を補助的に加熱して
温度を０℃付近にすると、冷媒１０の蒸気（メタノール
蒸気）の凝縮反応（発熱反応）が開始する。したがっ
て、この時点で前記エンジン冷却水による第Ｉ反応容器
１及び第II反応容器２への加熱は不要となる。

【００３２】なお、第II反応容器２内の見かけ上の脱離
反応が開始するまで或いは第Ｉ反応容器１内の吸水シー
ト８に冷媒１０の蒸気が吸収されるまでは、第II反応容
器２へ外部から供給される熱は大部分が脱離反応が開始
するまでの潜熱として蓄熱されるため、見かけ上の温度
は次第に上昇して８０℃付近で平衡状態となる。このよ
うに第Ｉ反応容器１及び第II反応容器２に対して外部よ
り熱交換して、脱離反応の解離熱を潜熱として蓄熱し、
且つ凝縮反応を開始させるまでの工程を便宜上「再生主
段階」と称する。この再生主段階の各反応容器内の圧力
−温度の関係を図６に示す。

【００３３】この「再生主段階」工程においては、第II
反応容器２の圧力は冷凍モードの余剰蒸気及び既に吸収
剤９より脱離した蒸気の増加により、Ｐ_E よりＰ_H に上
昇するとともに、第Ｉ反応容器１においても連結パイプ
４のバルブ３が開の場合は、第II反応容器２からの蒸気
の移動により、バルブ３が閉の場合には温度の上昇によ
り内圧は上昇する。

【００３４】この「再生主段階」に次いで、第Ｉ反応容
器１における冷媒１０の脱離反応（吸熱反応）と第II反
応容器２における脱離した冷媒１０の凝縮反応（発熱反
応）が連動して進行する。すなわち、第II反応容器２の
温度が８０℃付近より低下するとともに冷媒１０の蒸気
が第Ｉ反応容器１側に吸引されるので、第II反応容器２
内の内圧が低下してＰ_L となり、第Ｉ反応容器１の温度
は０℃付近より上昇するとともに内圧が上昇してＰ_H と
なる。双方の反応容器の温度はやがて大気温（２０〜３
５℃）範囲の平衡温度に到達する。前記「再生主段階」
に次ぐ、冷媒１０の蒸気が実際に移動するこの工程を便
宜上「再生終了段階」と称する。この再生終了段階の各
反応容器内の圧力−温度の関係を図７に示す。

【００３５】再生モードは以上のように、「再生主段
階」及び「再生終了段階」からなる工程の２段階の状態
変化を含む。

【００３６】冷凍モード（２サイクル時）：再生モード
終了時に、平衡温度が得られる時点で２個の反応容器
１，２間にはＰ_H （高圧）とＰ_L （低圧）という圧力差
が生じる。平衡温度が得られる時点でこの圧力差が充分
であるので自然に圧力差を平均化する現象、すなわち、
第Ｉ反応容器１より第II反応容器２に冷媒１０の蒸気
（メタノール蒸気）が吸引される冷凍モードが外部から
の駆動力がない状況において開始する。

【００３７】２サイクル時の冷凍モードでは２個の反応
容器１，２間の圧力差Ｐ_H ′（高圧）およびＰ_L ′（低
圧）が最終的に平均化され、平衡圧力Ｐ_H ′が得られ
る。上記１サイクル時で説明したＰ_H ，Ｐ_L ，Ｐ_E と２
サイクル時でのＰ_H ′，Ｐ_L ′，Ｐ_E ′はほぼ同圧とな
る。この最終時点では、同時に２個の反応容器１，２間
に温度差が生じる。

【００３８】再生モード（２サイクル時）：１サイクル
時と同様、再生主段階を行うことにより、第II反応容器
２より第Ｉ反応容器１に蒸気の吸引および凝縮反応が開
始する。次いで再生終了段階を経て温度差が平均化され
て１サイクル時とほぼ同温度の外気温となるとともに圧
力差が生じる。

【００３９】このように、順次、冷凍モード→再生モー
ド（再生主段階→再生終了段階）→冷凍モードの要領で
繰り返されていく。再生モードにおいて最終的に平衡温
度が得られると、圧力差が生じるので、その圧力差を解
消するように自動的に冷凍モードに切り替わる。

【００４０】冷凍モードあるいは再生モードにおける各
反応容器１，２は、以上に説明したようにそのモードの
切り替わりによって、その機能が切り替わるので、それ
ぞれのモード時における区別を付けるために、以下の発
明の説明において、公知の冷凍機の構成要素の名称を次
のようにつける。

【００４１】冷凍モード： 第Ｉ反応容器１（冷媒の溶液を吸水シートに吸収・保
持） ＝蒸発器 第II反応容器２（吸収剤を収容） ＝吸収器 蒸発器での反応は、下記の式（３）の吸熱反応となる。

【００４２】

【化２】

【００４３】吸収器での反応は下記の式（４）の発熱反
応となる。

【００４４】

【化３】

【００４５】再生モード： 再生主段階 第II反応容器２（吸収剤を収容） ＝再生器（エンジン
冷却水により加熱） 第Ｉ反応容器１（液体状態の冷媒を吸水シートに吸水・
保持）＝凝縮器（エンジン冷却水により加熱） 再生終了段階 第II反応容器２（吸収剤を収容） ＝再生器（冷媒の脱
離反応） 第Ｉ反応容器１（液体状態の冷媒を吸水シートに吸水・
保持）＝凝縮器（冷媒１０の凝縮反応）

【００４６】再生器での再生終了段階での反応は下記の
式（５）の吸熱反応となる。

【００４７】

【化４】

【００４８】凝縮器での反応は下記の式（６）の発熱反
応となる。

【００４９】

【化５】

【００５０】冷凍モードから再生主段階に切り替えるタ
イミングの検知方法としては、次のｉ．及びii．の方法
がある。 ｉ．第II反応容器２の温度上昇が終わって、高温（４０
〜５５℃）で安定した時点を検知する方法。 ii．第Ｉ反応容器１の温度上昇の開始が認められた時点
を検知する方法。

【００５１】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒ
ートポンプにおいて、エンジン停止後に、再度、エンジ
ンを作動させると同時に前記再生工程を含むケミカルヒ
ートポンプを起動するに際して、エンジン冷却水がまだ
十分に温度上昇していないので、エンジン停止中に、エ
ンジン冷却水を保温手段６により蒸発器から再生器に切
り替えるのに十分な温度範囲（約８０℃〜１００℃）に
保持しておく。

【００５２】この保温手段６には、例えば、車両駆動用
バッテリを電力源とするか、或いは別個に設けたバッテ
リを電力源としてハロゲンヒータ等のヒータを車両に搭
載して設けるか、或いは、集熱板をボンネット或いはル
ーフに設置して太陽熱を熱源とした集熱器を車両に搭載
して設けるかして、停止中の車両のエンジン冷却水を約
８０℃〜１００℃に加熱して保温する。

【００５３】エンジン冷却水の保温温度６を、蒸発器か
ら再生器に切り替えるのに十分な温度範囲（約８０℃〜
１００℃）とするために、また、保温手段６にバッテリ
を併用した場合にはエンジン停止中に使用されるバッテ
リの消耗を安全なものとするために、保温手段制御装置
２９が設けられ、前記保温手段６が制御される。例え
ば、イグニッションキーオフ後、任意の一定時間後、例
えば、３時間経た時にエンジン冷却水の加熱操作がオフ
となるようにインプットするか、或いはイグニッション
キーオフと同時に加熱操作をオフとし、次の乗車時の、
任意の一定時間前、例えば、３０分間前にオンとなるよ
うに乗車時間をインプットすることにより、保温手段６
の温度範囲とバッテリの安全を図る保温手段制御装置２
９が設けられる。

【００５４】タイプIIの車両搭載型ケミカルヒートポン
プ 自動車用の冷房装置として上記タイプＩのメタノール−
ＣａＣｌ₂ 系ケミカルヒートポンプを利用する場合、低
温の冷風を得るためには冷凍モードの第Ｉ反応容器と外
気を熱交換することが有効である。ところが一個体のケ
ミカルヒートポンプでは、再生モードの間は冷風が得ら
れなくなる。そこで、再生モードにおいても第II反応容
器では吸熱反応により高温（４０〜５５℃）から外気温
に冷却されつつある。このような現象を考慮して本発明
者らはさらに次の構成のタイプIIの車両搭載型ケミカル
ヒートポンプを発明した。

【００５５】図８、図９は本発明の連続運転可能なタイ
プIIの車両搭載型ケミカルヒートポンプの一例を示す模
式図である。第Ｉ反応容器（吸水シート２７を収容した
蒸発器１１及び凝縮器２１、並びに吸水シート２８を収
容した凝縮器１３及び蒸発器２３）及び第II反応容器
（再生器１４，２２及び吸収器１２，２４）が連結パイ
プ３５，３６を介して直列に結合したループを一個体の
ケミカルヒートポンプとしたとき、本発明の連続運転可
能なタイプIIの車両搭載型ケミカルヒートポンプは二個
体の前記タイプＩのケミカルヒートポンプ（ループ）が
組み合わされて形成されており、図８は一方のループ
（第Ｉループ）が冷凍モードであり且つ他方のループ
（第IIループ）が再生モードである場合を示し、図９は
それぞれのループが図８とは逆のモードである場合を示
している。

【００５６】両ループ１０１，１０２の各第Ｉ反応容器
には、該各第Ｉ反応容器内を加熱するための熱交換パイ
プ１９，２０が配置されており、該熱交換パイプ１９，
２０内に加熱媒体としてエンジン冷却水を導入すること
により、該各第Ｉ反応容器内を加熱することができる。
さらに、両ループ１０１，１０２の各第II反応容器に
は、該各第II反応容器内を加熱するための熱交換パイプ
２５，２６が配置されており、該熱交換パイプ２５，２
６内に加熱媒体としてエンジン冷却水を導入することに
より、該各第II反応容器を加熱することができる。

【００５７】第Ｉループ１０１が冷凍モードであり且つ
第IIループ１０２が再生モードである場合について本発
明のタイプIIの車両搭載型ケミカルヒートポンプの装置
構成を図８に基づいて説明する。一個体の第Ｉループ１
０１における蒸発器１１と、別個体の第IIループ１０２
における再生器１４が仕切り板１５で区切られた同一区
画の風路内に配置され、さらに、第Ｉループ１０１にお
ける吸収器１２と、第IIループ１０２の凝縮器１３が仕
切り板１５で区切られたもう一つの区画の風路内に配置
される。一つのループを構成する反応容器間を連結する
連結パイプ３５，３６は仕切板１５を貫通している。両
ループ１０１，１０２は、各々の連結パイプ３５，３６
が途中で交差するように、独立して配置される。

【００５８】冷凍モードにおける第Ｉループ１０１の蒸
発器１１と吸収器１２の途中に冷媒蒸気（メタノール蒸
気）の流量を調整するバルブ１６と、再生モードにおけ
る第IIループ１０２の凝縮器１３と再生器１４の途中に
冷媒蒸気（メタノール蒸気）の流量を調整するバルブ１
７とが設けられている。

【００５９】さらに両ループ１０１，１０２の各第II反
応容器側、即ち、吸収器１２と再生器１４側の背面に、
外気を採り入れて両区画内の各風路を通風し、熱交換し
て冷風を取り出すためのファン１８が設置されている。
２０は凝縮器１３にエンジン冷却水による加熱処理を行
うためのエンジン冷却水を輸送する熱交換パイプであ
る。

【００６０】次に図８及び図９のタイプIIのケミカルヒ
ートポンプの操作手順を説明する。 第IIループ１０２を図９で示す冷凍モードより図８で
示す再生モードに移行させるために、再生主段階におい
ては、バルブ１６又は１７を閉じた状態で、エンジン冷
却水（約８０℃程度）を熱交換パイプ２６に導入して吸
収器２４を約８０℃まで加熱し、冷媒（メタノール蒸
気）が脱離する脱離反応を開始させる。このとき同時並
行して蒸発器２３が０℃未満の低温である場合にはエン
ジン冷却水（約８０℃程度）を熱交換パイプ２０に導入
し蒸発器２３内を０℃まで加熱し、凝縮反応を開始させ
る。これらの反応のそれぞれの開始時点でエンジン冷却
水を用いた熱交換を停止する。

【００６１】吸収器２４における熱交換停止タイミング
は、吸収器２４内の温度センサ３３が、例えば、８０℃
を検知した時点とし、また蒸発器２３における交換停止
のタイミングは蒸発器２３内の温度センサ３４が、例え
ば、０℃を検知した時点とする（図９）。

【００６２】次いで、バルブ１７を開にし、吸収器２
４から蒸発器２３側へのメタノール蒸気の移動を開始さ
せることにより、再生主段階を再生終了段階に切り替え
る。この再生終了段階切り替え時点において、吸収器２
４はメタノール蒸気を脱離、排気する再生器１４に切り
替わり、蒸発器２３はメタノール蒸気を吸引、凝縮する
凝縮器１３に切り替わる。

【００６３】第IIループの再生終了段階開始と同時に、
バルブ１６を開にし第Ｉループ１０１の冷凍モードを開
始し、冷凍モードを続ける（図８）。ファン１８により
外気を採り入れ、第II反応容器（再生器１４、吸収器１
２）の背面側から風路に流すことにより、仕切り板１５
で区画された一方の風路では、外気はまず第IIループ１
０２の再生器１４（低温）との熱交換によって予備冷却
され、次いで、第Ｉループ１０１の蒸発器１１（より低
温）と熱交換されて、蒸発器１１側の風路の出口から約
２０℃の冷風を取り出すことができる（図８）。

【００６４】一方、仕切り板１５で区画された別側の風
路では、風上側に冷凍モードの第Ｉループ１０１の吸収
器１２（より高温）、風下側に再生モードの凝縮器１３
（高温）が配置されているので、ファン１８による外気
は一旦高温になった後、風下側で温度が下げられた後、
排気される（図８）。

【００６５】次いで、第IIループ１０２において再生
器１４と凝縮器１３との間に圧力差が十分なものとな
り、自然に第IIループ１０２は冷凍モードに移行する。
即ち、今までの第IIループ１０２の再生器１４（図８）
が吸収器２４（図９）に切り替わり、また凝縮器１３
（図８）が蒸発器２３（図９）に自動的に切り替わる。

【００６６】暫くの間は、第Ｉループ１０１のバルブ
１６を開の状態で、且つ第IIループ１０２のバルブ１７
を開の状態で運転し、両ループ１０１，１０２を共に冷
凍モードで運転する（図８、図９）。

【００６７】第Ｉループ１０１の吸収器１２内の温度
センサ３２の温度が上昇中、或いは温度上昇後安定時に
なった時点で、少なくとも蒸発器１１内の温度センサ３
１が上昇する前にバルブ１６を閉にし、第Ｉループ１０
１の冷凍モードをストップさせる。（図８）。

【００６８】この時点から、第Ｉループ１０１を図８
で示す冷凍モードより図９で示す再生モードに移行させ
るために、バルブ１６又は１７を閉じた状態で、エンジ
ン冷却水（約８０℃程度）を熱交換パイプ２５に導入し
て吸収器１２を約８０℃まで加熱し、冷媒（メタノー
ル）がメタノール蒸気として脱離する脱離反応を開始さ
せる。このとき同時並行して蒸発器１１が０℃未満の低
温である場合にはエンジン冷却水（約８０℃程度）で０
℃まで加熱し、凝縮反応を開始させる。これらの反応の
開始時点でエンジン冷却水を用いた熱交換を停止する。

【００６９】吸収器１２における熱交換停止タイミング
は、吸収器１２内の温度センサ３２が例えば８０℃を検
知した時点、及び蒸発器１１における熱交換停止のタイ
ミングは蒸発器１１内の温度センサ３１が例えば０℃を
検知した時点とする（図８）。

【００７０】次いで、バルブ１６を開にし、吸収器１２
から蒸発器１１側へのメタノール蒸気の移動を開始させ
ることにより、再生主段階を再生終了段階に切り替え
る。この再生終了段階切り替え時点において、吸収器１
２はメタノール蒸気を脱離、排気する再生器２２に切り
替わり、蒸発器１１はメタノール蒸気を吸引、凝縮する
凝縮器２１に切り替わる。

【００７１】第IIループ１０２の再生終了段階開始と
同時に、バルブ１７を開にし第IIループ１０２の冷凍モ
ードを開始し、冷凍モードを続け、且つバルブ１６を開
にしたまま第Ｉループ１０１の再生モードを続ける（図
９）。冷凍モード開始と同時に、ファン１８により外気
を取り入れ、冷風を取り出す。以上の工程を同様に繰り
返して、ケミカルヒートポンプを連続的に運転する。

【００７２】本発明のタイプIIの車両搭載型ケミカルヒ
ートポンプによる冷凍モードの調節は、例えば、バルブ
の開閉により、そのモードの長さを任意に調節できる。
また、冷風又は温風の風量はファンの送風量にて調整す
ることができる。なお、再生モード時間が長いと、平衡
温度に到達してしまい、冷凍モード開始時に外気温の風
が冷風ダンパから排出することになるため、冷却温度に
達する時間が長くなるので、冷却温度は冷凍モード時間
を相対的に長く、再生モード時間を相対的に短くするこ
とが好ましい。

【００７３】本発明のタイプIIの車両搭載型ケミカルヒ
ートポンプをエンジン停止後に、再度、起動させる方法
は、前記タイプＩで説明した方法と同じ方法により行う
ことができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明の車両搭載型ケミカルヒートポン
プは、一つのループからなる装置で、或いは該ループを
２個組み合わせてなる装置で、エンジン冷却水を加熱源
に用いて冷凍モードと再生モードを切り替えて運転でき
るので、コンパクトなものとすることができ、しかも、
車両が停止した後でも、エンジン冷却水を所望の温度範
囲に保温しているので、直ちに空調システムを運転する
ことができる。

【００７５】本発明の車両搭載型ケミカルヒートポンプ
における、エンジン冷却水の保温のための保温手段は、
日照時に蓄熱した太陽集熱器を（再生モード開始時の）
加熱源として採用することができるので、バッテリの消
費を抑えることができ、また、他の加熱手段よりも軽量
小型化が可能なハロゲンヒータが採用できるので、本発
明の車両搭載型ケミカルヒートポンプはコンパクトな形
状を達成でき、しかも停止後であっても直ちに運転を再
開することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ケミカルヒートポンプの原理を示し、その冷凍
モードを示す。

【図２】ケミカルヒートポンプの原理を示し、その再生
モードを示す。

【図３】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒート
ポンプの冷凍モードを作動的に示した模式図である。

【図４】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒート
ポンプの再生モードを作動的に示した模式図である。

【図５】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒート
ポンプ内における圧力−温度相関グラフ（Ｐ−Ｔ線図）
を示し、特にその冷凍モードを示す。

【図６】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒート
ポンプ内における圧力−温度相関グラフ（Ｐ−Ｔ線図）
を示し、特にその再生モードの再生主段階を示す。

【図７】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒート
ポンプ内における圧力−温度相関グラフ（Ｐ−Ｔ線図）
を示し、特にその再生モードの再生終了段階を示す。

【図８】本発明の連続運転可能なタイプIIの車両搭載型
ケミカルヒートポンプの一方のモードを示す模式図であ
る。

【図９】本発明の連続運転可能なタイプIIの車両搭載型
ケミカルヒートポンプの他方のモードを示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 第Ｉ反応容器 ２ 第II反応容器 ３，１６，１７ バルブ ４，３５，３６ 連結パイプ ５，７，１９，２０，２５，２６ 熱交換パイプ ６ 保温手段 ８，２７，２８ 吸水シート ９ 吸収剤 １０ 冷媒 １１，２３ 蒸発器 １２，２４ 吸収器 １３，２１ 凝縮器 １４，２２ 再生器 １５ 仕切り板 １８ ファン ２９ 保温制御装置 ３０ ラジエータ ３１，３２，３３，３４ 温度センサ １０１ 第Ｉループ １０２ 第IIループ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明の車両搭載型ヒートポンプは、冷凍モ
ード時には蒸発器に、且つ再生モード時には凝縮器に切
り換わることができる第Ｉ反応容器と、再生モード時に
は再生器に、且つ冷凍モード時には吸収器に切り替わる
ことができる第ＩＩ反応容器と、エンジン冷却水により
前記吸収器を前記再生器に切り替えるための熱交換手段
と、該エンジン冷却水を、吸収器を再生器に切り替える
のに十分な温度範囲に保持するための保温手段と、エン
ジン停止時に、該保温手段を作動させる保温手段制御装
置とを有する車両搭載型ケミカルヒートポンプであっ
て、前記第ＩＩ反応容器が冷凍モード時の吸収器である
時に、吸収器を再生器に切り替えるのに十分な温度範囲
のエンジン冷却水にて熱交換することで、該吸収器は再
生モードの再生器として作動し、同時に前記冷凍モード
時の蒸発器は再生モードの凝縮器として作動するように
構成したことを特徴とする（該車両搭載型ケミカルヒー
トポンプをタイプＩと称する。）。また、本発明の車両
搭載型ケミカルヒートポンプは、前記タイプＩの車両搭
載型ケミカルヒートポンプにおける冷凍モード時の蒸発
器と吸収器がループを形成した１ユニットのケミカルヒ
ートポンプと、前記タイプＩの車両搭載型ケミカルヒー
トポンプにおける再生モード時の凝縮器と再生器がルー
プを形成した１ユニットのケミカルヒートポンプとが組
み合わされてなる車両搭載型ケミカルヒートポンプであ
って、任意の作動時間毎に蒸発器が凝縮器に、吸収器が
再生器に、凝縮器が蒸発器に、再生器が吸収器に切り替
わり、連続運転できるように構成されていることを特徴
とする（該車両搭載型ケミカルヒートポンプをタイプＩ
Ｉと称する。）。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】本発明のタイプＩの車両搭載型ケミカルヒ
ートポンプにおいて、エンジン停止後に、再度、エンジ
ンを作動させると同時に前記再生工程を含むケミカルヒ
ートポンプを起動するに際して、エンジン冷却水がまだ
十分に温度上昇していないので、エンジン停止中に、エ
ンジン冷却水を保温手段６により吸収器から再生器に切
り替えるのに十分な温度範囲（約８０℃〜１００℃）に
保持しておく。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】エンジン冷却水の保温温度６を、吸収器か
ら再生器に切り替えるのに十分な温度範囲（約８０℃〜
１００℃）とするために、また、保温手段６にバッテリ
を併用した場合にはエンジン停止中に使用されるバッテ
リの消耗を安全なものとするために、保温手段制御装置
２９が設けられ、前記保温手段６が制御される。例え
ば、イグニッションキーオフ後、任意の一定時間後、例
えば、３時間経た時にエンジン冷却水の加熱操作がオフ
となるようにインプットするか、或いはイグニッション
キーオフと同時に加熱操作をオフとし、次の乗車時の、
任意の一定時間前、例えば、３０分間前にオンとなるよ
うに乗車時間をインプットすることにより、保温手段６
の温度範囲とバッテリの安全を図る保温手段制御装置２
９が設けられる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍モード時には蒸発器に、且つ再生モ
   ード時には凝縮器に切り換わることができる第Ｉ反応容
   器と、 再生モード時には再生器に、且つ冷凍モード時には吸収
   器に切り替わることができる第II反応容器と、 エンジン冷却水により前記蒸発器を前記再生器に切り替
   えるための熱交換手段と、 該エンジン冷却水を、蒸発器を再生器に切り替えるのに
   十分な温度範囲に保持するための保温手段と、 エンジン停止時に、該保温手段を作動させる保温手段制
   御装置とを有する車両搭載型ケミカルヒートポンプであ
   って、 前記第II反応容器が冷凍モード時の吸収器である時に、
   蒸発器を再生器に切り替えるのに十分な温度範囲のエン
   ジン冷却水にて熱交換することで、該吸収器は再生モー
   ドの再生器として作動し、同時に前記冷凍モード時の蒸
   発器は再生モードの凝縮器として作動するように構成し
   たことを特徴とする車両搭載型ケミカルヒートポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の車両搭載型ケミカルヒー
   トポンプにおける、冷凍モード時の蒸発器と吸収器がル
   ープを形成した１ユニットのケミカルヒートポンプと、
   請求項１記載の車両搭載型ケミカルヒートポンプにおけ
   る、再生モード時の凝縮器と再生器がループを形成した
   １ユニットのケミカルヒートポンプが組み合わされてな
   る車両搭載型ケミカルヒートポンプであって、任意の作
   動時間毎に蒸発器が凝縮器に、吸収器が再生器に、凝縮
   器が蒸発器に、再生器が吸収器に切り替わり、連続運転
   できるように構成されていることを特徴とする車両搭載
   型ケミカルヒートポンプ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の車両搭載型ケミカルヒー
   トポンプにおいて、冷凍モード時の一つのユニットの凝
   縮器と再生モード時の別の一つのユニットの吸収器を一
   つの熱交換グループとし、且つ冷凍モード時の一つのユ
   ニットの蒸発器と再生モード時の別の一つのユニットの
   再生器を別の一つの熱交換グループとして、該両熱交換
   グループと熱交換できる送風路を各々設けることによ
   り、外気又は内気の送風時に熱交換により温風又は冷風
   が得られるように構成したことを特徴とする車両搭載型
   ケミカルヒートポンプ。
4. 【請求項４】 前記保温手段は車両に搭載されたハロゲ
   ンヒータ、太陽光を熱源とした集熱器、バッテリの群か
   ら選ばれた少なくとも１種類あるいはそれ以上との組み
   合わせによる集合体であることを特徴とする請求項１記
   載の車両搭載型ケミカルヒートポンプ。