JPH07260285A - 吸着式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体循環路へ供給する流体を高温流体のみで
実現できるようにすると共に、配管系統や三方弁を減ら
して簡単な構成とする。 【構成】 ２個の吸・脱着器２，３は流出口側が三方弁
５を介して凝縮器６，レシーバ７，冷媒供給ポンプ８，
蒸発器９，三方弁４を介して流入口側に接続される。吸
・脱着器２，３にはシリカゲル，ゼオライトなどの吸着
剤が充填されており、冷媒としての水を水蒸気の状態で
吸・脱着する。流体循環路２１は、三方弁２２，配管２
４，吸・脱着器３，熱交換器２６，吸・脱着器２，配管
２５，三方弁２３を順次接続しており、三方弁２２，２
３の切換で高温流体であるエンジンの冷却水の循環方向
を切換える。吸・脱着器２，３に対して、高温の冷却水
は、一方を加熱して脱着動作を行わせ、熱交換器２６で
冷却された後、他方を冷却して吸着動作を行なわせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸着剤により蒸気冷媒
を吸・脱着することにより冷媒を循環させるようにした
吸着式冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の冷凍装置としては、例え
ば、実開平５−４２９６６号公報に示されるものがあ
る。このものは、図５に示すように、例えば水を冷媒と
した冷媒回路１として、２つの吸・脱着器２，３，三方
弁４，５，凝縮器６，レシーバ７，ポンプ８および蒸発
器９を接続した構成とし、吸・脱着器２，３には４つの
三方弁１０〜１３により加熱流体および冷却流体をそれ
ぞれ交互に流通するように構成されている。吸・脱着器
２，３には吸着剤が収容されており、冷却流体の流通に
より管壁を介して熱交換することで冷却されると蒸気冷
媒を吸着し、加熱流体の流通により管壁を介して熱交換
することで加熱されると蒸気冷媒を脱着するようになっ
ている。

【０００３】上記構成において、例えば、吸・脱着器２
に冷媒の吸着動作を行わせ、吸・脱着器３に冷媒の脱着
動作を行なわせる場合を考えると、加熱流体を三方弁１
０を介して吸・脱着器３に流通して加熱した後三方弁１
２から排出させ、冷却流体を三方弁１１を介して吸・脱
着器２に流通して冷却した後三方弁１３から排出させ
る。

【０００４】これにより、冷媒回路１においては、吸・
脱着器３内の吸着剤に吸着されていた冷媒が脱着して蒸
気冷媒として三方弁５を介して凝縮器６に流入し、この
凝縮器６にて熱交換をおこなって熱を放出することによ
り液冷媒となってレシーバ７に流入する。ポンプ８はレ
シーバ７に貯留された液冷媒を汲み上げて蒸発器９に供
給する。蒸発器９においては、液冷媒がこれを流通する
空調空気などとの間で熱交換を行って空気を冷却し、冷
媒自身は熱を吸収して蒸発した蒸気冷媒となって三方弁
４を介して吸・脱着器２に流入するようになる。吸・脱
着器２内の吸着剤は流入する蒸気冷媒を吸着して発熱す
るが、この熱は三方弁１１を介して流入する冷却流体に
放出されるようになる。

【０００５】この後、冷媒の流通量が所定量に達する
と、つまり、吸・脱着器３の吸着剤に吸着されていた冷
媒がなくなると共に、吸・脱着器２の吸着剤に吸着され
る冷媒の量が所定量に達すると、三方弁４，５，１０〜
１３を切り換え設定するようになる。これにより、加熱
流体は三方弁１０から吸・脱着器２側を流通した後三方
弁１２から排出され、冷却流体は三方弁１１から吸・脱
着器３側を流通した後三方弁１３から排出されるように
なる。したがって、冷媒回路１の凝縮器６には吸・脱着
器２から三方弁５を介して蒸気冷媒が供給され、蒸発器
９から排出される蒸気冷媒は三方弁４を介して吸・脱着
器３に流入されるようになり、前述と同様にして蒸発器
９を挿通される空気を冷却するようになる。以後、上述
の動作を交互に繰り返すことにより空調空気の冷却動作
を継続するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構成のものでは、加熱流体および冷却流体を挿通
させるための配管などの取り回しが繁雑となり、三方弁
の数も４個と多いため、価格的な面および保守の面で問
題があると共に、加熱流体および冷却流体の２種類の流
体を必要とする構成であるために、例えば、冷却流体が
利用できないような場合には使用できなくなる不具合が
ある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、加熱流体のみで冷却動作を行なわせる
ことができると共に、流体回路に用いる三方弁等の個数
を減らすなどの循環方向切換手段の構成を簡単にして配
管系統を簡略化できるようにした吸着式冷凍装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、蒸気冷媒を吸
・脱着する吸着剤が充填された第１および第２の吸・脱
着器と、この吸・脱着器において脱着される蒸気冷媒を
凝縮して液冷媒を生成する凝縮器と、液冷媒が流入され
ると被冷却媒体との間で熱交換を行って蒸気冷媒として
流出する蒸発器と、前記凝縮器により生成された液冷媒
を前記蒸発器側に供給する冷媒供給ポンプとを備え、前
記第１および第２の吸・脱着器のうちの一方に蒸気冷媒
の脱着動作を行わせると共に他方に蒸気冷媒の吸着動作
を行なわせ、これを交互に切り換えて動作させるように
した吸着式冷凍装置を対象とするものであり、前記第１
および第２の吸・脱着器を冷却あるいは加熱するための
高温流体を一方の吸・脱着器側から流入して他方の吸・
脱着器側から流出するように配設された流体循環路と、
この流体循環路の前記第１および第２の吸・脱着器の間
に介在され一方の吸・脱着器を介して前記高温流体が流
入されるとこれを冷却して他方の吸・脱着器に供給する
放熱用熱交換手段と、前記流体循環路における前記高温
流体の循環方向を、前記第１の吸・脱着器側から流入す
る第１の循環方向および前記第２の吸・脱着器側から流
入する第２の循環方向のいずれかに切換設定可能な循環
方向切換手段とを具備したところに特徴を有する。

【０００９】上記構成において、前記蒸発器の外部に発
生する凝縮水を受ける水受手段と、この水受手段に貯留
された凝縮水を前記放熱用熱交換手段の冷却水として供
給する凝縮水供給ポンプとを設けて構成すると良い。

【００１０】

【作用】請求項１記載の吸着式冷凍装置によれば、循環
方向切換手段により高温流体の循環方向を第１の循環方
向に設定すると、高温流体は、第１の吸・脱着器を流通
すると内部の吸着剤と熱交換を行って冷却され、この後
冷却用熱交換手段に流通するとさらに冷却され、続いて
第２の吸・脱着器に流通すると内部の吸着剤と熱交換を
行って吸熱した状態で外部に流出するようになる。これ
により、第１の吸・脱着器においては吸着剤が脱着動作
を促進されて蒸気冷媒を放出するようになり、一方、第
２の吸・脱着器においては吸着剤が吸着動作を促進され
て蒸気冷媒を吸着するようになる。

【００１１】第１の吸・脱着器から流出される蒸気冷媒
は、凝縮器において凝縮されることにより液冷媒とさ
れ、この液冷媒が冷媒供給ポンプにより蒸発器に送られ
ると、例えば空気などの被冷却媒体との間で熱交換を行
って冷却し、自らは吸熱によって蒸気冷媒となり、第２
の吸・脱着器に送られるとここで吸着剤に吸着されるよ
うになる。

【００１２】そして、第１および第２の吸・脱着器の吸
着動作および脱着動作を切換設定するときに、同時に循
環方向切換手段を第２の循環方向に切換えることによ
り、第１および第２の吸・脱着器における吸着動作およ
び脱着動作を切換えて行なわせるようになり、上述同様
にして第２の吸・脱着器から流出される蒸気冷媒により
蒸発器において被冷却媒体を冷却して第１の吸・脱着器
において蒸気冷媒を吸着させるようになる。以下、上述
の動作を交互に繰り返すことにより、被冷却媒体の冷却
作用を連続的に得ることができるようになる。

【００１３】請求項２記載の吸着式冷凍装置によれば、
凝縮水供給ポンプは水受手段に受けられた蒸発器にて発
生する凝縮水を冷却水として冷却用熱交換手段に供給す
るので、上記した冷却用熱交換手段の冷却効率が向上さ
れ、この冷却用熱交換手段よりも下流側の第１あるいは
第２の吸・脱着器における吸着動作をより効率良く実施
させることができるようになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を車両用空調装置に適用した場
合の第１の実施例について図１および図２を参照して説
明する。なお、図１に示す冷媒回路１は従来例の説明の
項で述べた構成と同じであるので同一符号を付してい
る。この場合、蒸発器９は被冷却媒体である空調空気を
冷却して車室内に送り出すようになっている。また、こ
の冷媒回路１においては、冷媒として潜熱が高く冷却効
率の高い「水」を用いており、吸・脱着器２，３に収容
される吸着剤としては、液冷媒の「水」が蒸気冷媒とし
ての「水蒸気」に変化した状態において、吸着あるいは
脱着しやすいゼオライト，シリカゲルあるいは活性アル
ミナなどの材料が吸・脱着しやすい状態に封入されてい
る。

【００１５】図１において、流体循環路２１は次のよう
に構成されている。２個の三方弁２２，２３は、循環方
向切換手段としての機能を果たすもので、三方弁２２の
流入口２２ａは高温流体としてのエンジンの冷却水が流
入されるように配管されており、流出口２２ｂは第２の
吸・脱着器３の内部に挿通される配管２４に接続され、
流出口２２ｃは第１の吸・脱着器２の内部に挿通される
配管２５に接続されている。また、三方弁２３の流出口
２３ａは図示しない外部のエンジンの冷却水の循環経路
に配管されており、流入口２３ｂは配管２５に接続され
流入口２３ｃは配管２４に接続されている。そして、三
方弁２２，２３は、後述するように、電気的に駆動され
て流路を切換設定するようになっている。

【００１６】放熱用熱交換手段としての熱交換器２６
は、流入される高温流体を外気などにより冷却して流出
するもので、例えば、車両前面部などの空気冷却を行い
やすい部分に配置されている。そして、熱交換器２６
は、三方弁２２，２３側からそれぞれ第１および第２の
吸・脱着器２，３を介した側に導出された配管２４，２
５との間に接続されている。

【００１７】そして、三方弁２２，２３は、図示しない
切換設定装置により電気的に駆動されて、第１の循環方
向および第２の循環方向のいずれかに切換設定されるよ
うになっている。この場合、第１の循環方向の設定状態
では、三方弁２２の流入口２２ａから流出口２２ｂに至
る経路が接続される共に、三方弁２３の流入口２３ｂか
ら流出口２３ａに至る経路が接続された状態となる。ま
た、第２の循環方向の設定状態では、三方弁２２の流入
口２２ａから流出口２２ｃに至る経路が接続される共
に、三方弁２３の流入口２３ｃから流出口２３ａに至る
経路が接続された状態となる。

【００１８】したがって、第１の循環方向の設定状態で
は、エンジンの廃熱で加熱された冷却水が三方弁２２を
介して第２の吸・脱着器３に流入され、熱交換器２６お
よび第１の吸・脱着器２を介して三方弁２３から流出さ
れる。また、第２の循環方向の設定状態では、エンジン
からの冷却水が三方弁２２を介して第１の吸・脱着器２
に流入され、熱交換器２６および第２の吸・脱着器３を
介して三方弁２３から流出される。

【００１９】次に本実施例の作用について図２も参照し
て説明する。まず、第１の吸・脱着器２の吸着剤には水
蒸気が吸着されておらず、第２の吸・脱着器３の吸着剤
に水蒸気が吸着されている状態について説明する。この
場合には、流体循環路２１は図１に示すように、第１の
循環方向が設定された状態とされる。これにより、エン
ジンの廃熱で加熱された高温の冷却水は、図中細実線の
矢印で示すように、第２の吸・脱着器３に流入されて内
部にある吸着剤を加熱して熱交換器２６に流れ込む。こ
の熱交換器２６において外部からの冷たい空気と熱交換
が行われて冷却されてから第１の吸・脱着器２に流入す
ると、ここで吸着剤を冷却して三方弁２３から流出する
ようになる。

【００２０】なお、上述のようにエンジンの冷却水が流
体循環路２１を循環する際には、冷却水が第１，第２の
吸・脱着器２，３内の吸着剤と直接接触するのではな
く、管壁などを介して熱交換を行うことにより加熱ある
いは冷却を行うようになっている。

【００２１】上述のように第２の吸・脱着器３において
は吸着剤が加熱されるので、吸着剤の脱着動作が促進さ
れて吸着されている水蒸気が放出されるようになり、第
１の吸・脱着器２においては吸着剤が冷却されるので、
吸着剤の吸着動作が促進されて流入する水蒸気が吸着さ
れるようになる。

【００２２】さて、冷媒回路１においては、図中太実線
で示すように、第２の吸・脱着器３から水蒸気が放出さ
れると、三方弁５を介して凝縮器６にて凝縮されること
により水になり、レシーバ７に貯留されるようになる。
このレシーバ７に貯留された水は冷媒供給ポンプ８によ
り汲み上げられて蒸発器９に送られ、ここで空調空気と
熱交換を行って空調空気を冷却すると共に、自らは吸熱
して水蒸気に変化した状態で三方弁４を介して第１の吸
・脱着器２に流入するようになり、ここで吸着剤により
吸着されるようになる。

【００２３】このようにして、第１の吸・脱着器２によ
り吸着動作を行うと共に、第２の吸・脱着器３により脱
着動作を行って、冷媒である「水」を蒸発器９に送って
空調空気を冷却する。そして、第１の吸・脱着器２が吸
着動作を完了すると共に、第２の吸・脱着器３が脱着動
作を完了すると、図示しない検出手段によりこの状態が
検出されて、三方弁４，５および三方弁２２，２３を図
２に示すように切換え設定するようになっている。

【００２４】すなわち、流体循環路２１においては、第
２の循環方向に切換えられて、エンジンの冷却水は、三
方弁２２から第１の吸・脱着器２，熱交換器２６，第２
の吸・脱着器３を介して三方弁２３から流出するように
なる。また、これにより、第１の吸・脱着器２は脱着動
作が促進され、第２の吸・脱着器３は吸着動作が促進さ
れるようになる。そして、第１の吸・脱着器２から放出
される水蒸気は三方弁５を介して凝縮器６に流入するよ
うになり、第２の吸・脱着器３は蒸発器９から流入する
水蒸気を吸着するようになる。したがって、前述と同様
にして蒸発器９により空調空気を冷却することができる
ようになる。

【００２５】なお、このような三方弁４，５，２２，２
３の切換え動作は、例えば、第１あるいは第２の吸・脱
着器を流通するエンジンの冷却水の温度の変化を温度検
出素子等の検出手段により検出することにより行う。つ
まり、吸・脱着器２，３の吸着剤に吸着動作を行わせて
いる場合には、吸着剤をエンジンの冷却水により冷却す
るので、冷却水は吸熱して温度が上昇する。また、吸着
剤に脱着動作を行なわせている場合には、吸着剤を加熱
するので、冷却水は放熱して温度が低下する。そして、
このような温度変化が少なくなると、吸着剤の吸着動作
あるいは脱着動作が完了に近付いたことになり、これに
より循環方向の切換えタイミングを検出することができ
るのである。

【００２６】このような本実施例によれば、流体循環路
２１中の第１および第２の吸・脱着器２および３の間に
熱交換器２６を設け、高温流体としてのエンジンの冷却
水を一方の吸・脱着器から熱交換器２６を介して他方の
吸・脱着器に流れるように構成すると共に、その循環方
向を三方弁２２，２３により切換えるように構成したの
で、従来のものに比べて２個の三方弁２２，２３により
構成可能となって配管系統を簡略化することができると
共に、高温流体のみを用いた構成で実現できるようにな
るので自動車のような低温流体を得にくい設置環境にお
いても適用することができるようになる。

【００２７】図３は本発明の第２の実施例を示すもの
で、上記第１の実施例と異なるところは、流体循環路２
１に設けた２個の三方弁２２，２３に代えて循環方向切
換手段としての１個の四方弁２７を設けたところであ
る。すなわち、この四方弁２７は、高温流体の流入口２
７ａ，流出口２７ｂ，配管２４に接続される流通口２７
ｃおよび配管２５に接続される流通口２７ｄが設けられ
ている。そして、四方弁２７は、流路の切換えにより、
同図（ａ）に示す第１の循環方向および同図（ｂ）に示
す第２の循環方向が設定可能となっている。

【００２８】したがって、このような第２の実施例にお
いては、第１の実施例において２個の三方弁２２，２３
を設けたのに対して１個の四方弁２７を設けるだけで実
現できるようになり、さらに簡単な構成とすることがで
きるようになる。

【００２９】図４は本発明の第３の実施例を示すもの
で、以下、前記第１の実施例と異なる部分について説明
する。すなわち、図４において、水受手段としてのドレ
ンタンク２８は蒸発器９から発生されるドレン水を受け
るように設けられている。このドレン水は、蒸発器９が
熱交換を行うことにより大気中の水分を凝縮して外部に
付着する凝縮水である。そして、このドレン水は凝縮水
供給ポンプ２９により汲み上げられて、熱交換器２６に
外部から供給するようになっている。

【００３０】熱交換器２６においては、供給されるドレ
ン水が冷却水として作用し、熱交換器２６内を流通する
高温流体との間で熱交換を行って高温流体を冷却する。
この場合に、熱交換器２６の冷却を第１の実施例のよう
に空気で行うのと併用することもできる。これにより、
第１あるいは第２の吸・脱着器２あるいは３を介して流
入するエンジンの冷却水を効率良く冷却することができ
るようになり、下流側に位置する吸・脱着器２または３
における吸着動作をより効率的に行なわせることができ
るようになる。

【００３１】したがって、このような第３の実施例によ
っても第１の実施例と同様の効果を得ることができると
共に、熱交換器２６による冷却能力の向上を図って吸・
脱着器２，３における吸着動作の効率を高めることがで
きるようになる。

【００３２】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、次のように変形あるいは拡張できる。一般の空
調装置や、冷蔵庫などにも適用できる。冷媒は、「水」
が最も潜熱が高く冷却効率が良いが、これ以外に、水に
アルコールを加えたものや、フロン系冷媒などを用いる
ことができる。この場合、水にアルコールを加えた冷媒
を用いた場合には、凍結防止効果が向上する。吸着剤
は、「水」を冷媒とした場合に好適なものとして、前述
したゼオライト，シリカゲル，活性アルミナの他に活性
炭などがある。また、吸・脱着器２，３の吸着動作ある
いは脱着動作の完了を検出する検出手段として、一定時
間の経過をもって完了を判定するタイマ手段等により判
定して流体循環路２１の循環方向を切換える構成とする
こともできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の吸着式冷
凍装置によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、請求項１記載の吸着式冷凍装置によれば、流
体循環路の第１および第２の吸・脱着器の間に放熱用熱
交換手段を設け、高温流体を循環方向切換手段により設
定された循環方向に流通することにより、一方の吸・脱
着器に吸着動作を行わせ、他方の吸・脱着器に脱着動作
を行なわせ、これを切換設定することにより交互に繰り
返すようにしたので、流体循環路に高温流体のみを用い
る構成とすることができて例えば自動車などの低温流体
が発生させにくい場合でも利用可能とすることができる
と共に、これによって配管系統や循環方向切換手段の構
成も簡単な構成とすることができて安価に製作できるよ
うになるという優れた効果を奏する。

【００３４】請求項２記載の吸着式冷凍装置によれば、
蒸発器の外部に発生する凝縮水を受ける水受手段を設け
ると共に、この水受手段に貯留された凝縮水を前記放熱
用熱交換手段の冷却水として供給する凝縮水供給ポンプ
を設けたので、冷却用熱交換手段の冷却効率が向上さ
れ、この冷却用熱交換手段よりも下流側の第１あるいは
第２の吸・脱着器における吸着動作をより効率良く実施
させることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す全体の配管系統図

【図２】流路を切換えた状態で示す図１相当図

【図３】本発明の第２の実施例を示す四方弁の作用説明
図

【図４】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図５】従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

１は冷媒回路、２は第１の吸・脱着器、３は第２の吸・
脱着器、４，５は三方弁、６は凝縮器、７はレシーバ、
８は冷媒供給ポンプ、９は蒸発器、２１は流体循環路、
２２，２３は三方弁（循環方向切換手段）、２４，２５
は配管、２６は熱交換器（冷却用熱交換手段）、２７は
四方弁（循環方向切換手段）、２８はドレンタンク（水
受手段）、２９は凝縮水供給ポンプである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気冷媒を吸・脱着する吸着剤が充填さ
   れた第１および第２の吸・脱着器と、 この吸・脱着器において脱着される蒸気冷媒を凝縮して
   液冷媒を生成する凝縮器と、 液冷媒が流入されると被冷却媒体との間で熱交換を行っ
   て蒸気冷媒として流出する蒸発器と、 前記凝縮器により生成された液冷媒を前記蒸発器側に供
   給する冷媒供給ポンプとを備え、 前記第１および第２の吸・脱着器のうちの一方に蒸気冷
   媒の脱着動作を行わせると共に他方に蒸気冷媒の吸着動
   作を行なわせ、これを交互に切り換えて動作させるよう
   にした吸着式冷凍装置において、 前記第１および第２の吸・脱着器を冷却あるいは加熱す
   るための高温流体を一方の吸・脱着器側から流入して他
   方の吸・脱着器側から流出するように配設された流体循
   環路と、 この流体循環路の前記第１および第２の吸・脱着器の間
   に介在され一方の吸・脱着器を介して前記高温流体が流
   入されるとこれを冷却して他方の吸・脱着器に供給する
   放熱用熱交換手段と、 前記流体循環路における前記高温流体の循環方向を、前
   記第１の吸・脱着器側から流入する第１の循環方向およ
   び前記第２の吸・脱着器側から流入する第２の循環方向
   のいずれかに切換設定可能な循環方向切換手段とを具備
   したことを特徴とする吸着式冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記蒸発器の外部に発生する凝縮水を受
   ける水受手段と、 この水受手段に貯留された凝縮水を前記放熱用熱交換手
   段の冷却水として供給する凝縮水供給ポンプとを具備し
   たことを特徴とする請求項１記載の吸着式冷凍装置。