JP2017187188A - 吸着式冷凍システム - Google Patents
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Abstract
【課題】結露の発生を抑制し、運転開始時の立ち上がりの遅れ又はシステムの効率低下を抑制できる吸着式冷凍システムを提供する。【解決手段】吸着式冷凍システムは、冷媒を脱離されるために吸着コア8、9を加熱する第1熱交換部81c、91cを備える。更に、気化潜熱に必要な熱を吸着器6、7に供給可能、かつ脱離された気相冷媒を液相冷媒に相変化させ復水されるのに必要な凝縮潜熱を放熱可能な第2熱交換部12、13が備えられる。かつ、復水のために第2熱交換部12、13の熱を外気に放熱する第2放熱器190が備えられる。そして吸着器6、7は、吸着工程と、脱離工程と、を交互に繰り返して冷熱を生成する。制御装置20の判定部が、凝縮潜熱の放熱が充分でないと判定したとき、吸着器6、7を脱離工程から吸着工程に直ちに移行させ、結露の原因となる冷媒を吸着させる。【選択図】図1
Description
この明細書における開示は、吸着式冷凍システムに関する。
従来の吸着式冷凍システムでは、冷媒の蒸気を吸着する吸着剤を含む吸着コア等が、運転停止時に結露するため、運転開始時における立ち上がりの遅れや結露による各種不具合が発生する。具体的には、吸着式冷凍システムを車両搭載した場合、吸着コアの吸着剤を加熱して脱離した蒸気の冷媒を液体に復液させる必要がある。復液に必要な低温の熱源として、主として走行中に取り込まれる外気温相当の走行風が利用される。しかし、車速により走行風が変動するため、凝縮能力が変動するばかりか、車両の走行停止時は走行風がなくなり、脱離した蒸気を復液させることができずに、蒸気のまま吸着器内に留まらせることになる。
蒸気が吸着器内に留まると、壁面で蒸気が冷やされ、壁面に結露が生じる可能性がある。壁面に結露が生じた場合、次回の吸着式冷凍システムにおける作動時に壁面の結露が蒸発して吸着器に吸着され、壁面が冷却され、蒸発コアで冷熱を回収できなくなるため、吸着式冷凍システムの運転開始時の立ち上がりの遅れ又はシステムの効率低下が生じる。
この対策として、特許文献1に開示される装置が知られている。特許文献1の装置は、吸着式冷凍システムの運転停止時に、水から成る冷媒を吸着器とは別に設けた冷媒回収タンクに回収している。冷媒回収タンクは、吸着器とは別に重力方向最下部に設けられ、冷媒回収制御が実施されたときに、冷凍供給経路内の冷媒及び凝縮器内の冷媒が流れ込むタンクである。このタンクの中に冷媒が回収されることで、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低くなった場合であっても冷凍サイクル内部に冷媒が存在しない状態とすることができる。これにより、吸着式冷凍システムの運転停止後に内部機器の温度が低くなった場合であっても、冷凍サイクル内部に有害な結露となる冷媒凝縮を防止することができる。そのため、吸着式冷凍システムの運転開始時の立ち上がりの遅れ又はシステムの効率低下を抑制することができる。
運転停止時の有害な結露防止のために、特許文献1のように冷媒タンクを設けることは、構成部品の増加、システムの大型化につながる。
このような課題に鑑み、この明細書における開示の目的の一つは、冷媒タンクが無くても、有害な結露の発生を抑制し、運転開始時の立ち上がりの遅れ又はシステムの効率低下を抑制できる吸着式冷凍システムを提供することである。
この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、技術的範囲を限定するものではない。
開示された吸着式冷凍システムのひとつは、蒸発した冷媒を吸着工程において吸着剤に吸着するとともに、熱源(1)により加熱されることにより吸着していた冷媒を脱離工程において脱離し、吸着剤とともに、冷媒が封入された吸着器(6、7)と、脱離工程において吸着器に熱源からの熱を与えて冷媒を脱離させる第1熱交換部(81c、91c)と、吸着工程において冷媒が吸着剤に吸着される際に、冷媒が気相冷媒に相変化するのに必要な気化潜熱分の熱を供給するとともに、脱離工程において吸着器から脱離された気相冷媒を液相冷媒に相変化させるのに必要な凝縮潜熱分の熱を放熱する第2熱交換部(12、13)と、第1熱交換部の熱を外気に放熱する第1放熱器(170)と、第2熱交換部の熱を外気に放熱する第2放熱器(190)と、脱離工程において、第2熱交換部による凝縮潜熱分の熱の放熱が充分かどうかを判定する判定部(S42、S421、S422、S423、S424、S425)とを備え、吸着器は、冷媒を吸着して冷凍能力を発揮する吸着工程と、吸着していた冷媒を脱離して冷媒を再生する脱離工程と、を交互に繰り返して冷熱を間欠的又は連続的に生成し、脱離工程において、判定部が、凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないと判定したとき、吸着器を脱離工程から吸着工程に直ちに移行させ、冷媒を吸着器に吸着させる。
この吸着式冷凍システムによれば、凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないと判定したとき、直ちに吸着工程に戻すから、脱離工程において凝縮できなかった気相冷媒を吸着剤に吸着させることができる。よって、凝縮できなかった気相冷媒による吸着器の壁面への結露を抑制できる。換言すれば、吸着器の中の第2熱交換部以外の場所で気相冷媒が液相冷媒に相変化しない。あるいは、吸着器内の第2熱交換部以外の場所に気相冷媒が相変化した液相冷媒が有害な結露として溜まらない。よって、冷媒タンクを追加しなくても、吸着器の中での有害な結露の発生を抑制し、運転開始時の立ち上がりの遅れ、又は、システムの効率低下を抑制できる。
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る吸着式冷凍システム100について、図1〜図5を参照しながら説明する。図1において熱源1となる車両のエンジンからは、第1冷却回路1cにエンジン排熱によって温められた冷却液を流す。第1冷却回路1cには、第1冷却液ポンプ2と第2冷却液ポンプ3と第1四方弁4と第2四方弁5とが設けられている。第1四方弁4と第2四方弁5とは制御装置20からの電気信号により流路を切替ることができる電磁式又は電動式のロータリバルブから構成される。
第1実施形態に係る吸着式冷凍システム100について、図1〜図5を参照しながら説明する。図1において熱源1となる車両のエンジンからは、第1冷却回路1cにエンジン排熱によって温められた冷却液を流す。第1冷却回路1cには、第1冷却液ポンプ2と第2冷却液ポンプ3と第1四方弁4と第2四方弁5とが設けられている。第1四方弁4と第2四方弁5とは制御装置20からの電気信号により流路を切替ることができる電磁式又は電動式のロータリバルブから構成される。
吸着器6は、内部の周囲に金属製の壁面を有する真空容器から成る。この容器の内部上側に吸着コア8を有する。吸着コア8には吸着剤が設けられている。吸着コアは吸着剤が詰められた熱交換器である。また、吸着器6は、容器の内部下側に蒸発凝縮コア10を有する。蒸発凝縮コア10は、冷媒を蒸発又は凝縮させる熱交換器であり、ある時期は冷媒を蒸発させ、別の時期では冷媒を凝縮させ復液させる。この第1実施形態においては冷媒として水を用いている。この冷媒は真空容器である吸着器の内部に、吸着剤に吸着された状態、気相冷媒として真空中に浮遊した状態、液相冷媒として吸着器の下部の蒸発凝縮コア10に復水されて溜まった状態のいずれかの状態で封入されている。
この実施形態では吸着剤としてシリカゲルやゼオライト等の固体吸着剤を採用している。吸着コア8には、第1冷却回路1cの配管が設けられており、第1冷却回路1cを流れる流体の熱で吸着コア8の中の吸着剤が加熱されるようになっている。同様に、吸着コア9には第1冷却回路1cの配管が設けられている。この配管は、第1熱交換部81c、91cを構成する。第1冷却回路1cの熱で吸着コア8、9の中の吸着剤が加熱されるようになっている。
第1冷却回路1cには、第1四方弁4と第2四方弁5とを経由してエンジン冷却液が流入する第1放熱器170が設けられている。第1放熱器170は、第1冷却回路1cを流れるエンジン冷却液の熱を外気に放熱する。第1放熱器170に外気を流す送風機は省略している。
蒸発凝縮コア10、11には、第2冷却回路2cの配管が設けられている。この配管は第2熱交換部12、13を構成する。第2冷却回路2cを流れる冷却液は第3ポンプ17と第4ポンプ18とで加圧されて蒸発凝縮コア10、11とを流れる。
第2冷却回路2cには第3四方弁14と第4四方弁15とを経由して冷却液が流入する第2放熱器190が設けられている。第3四方弁14と第4四方弁15とは制御装置20からの電気信号により流路を切替ることができる電磁式又は電動式のロータリバルブから構成される。第2放熱器190は第2冷却回路2cを流れる冷却液の熱を外気に放熱する。第2放熱器190に外気を流す送風機は省略している。
また第2冷却回路2cには、第3四方弁14と第4四方弁15とを経由して冷却液が流入する室内器16と蓄冷器21とが設けられている。室内器16は、空調用ダクト内に設けられ矢印Y1方向に流れる空調風を冷却する。室内器16と蓄冷器21とは、このシステムの冷却対象1621を構成する。
(第1実施形態の作用効果)
図2において吸着器6、7の吸着工程を説明する。吸着工程では、吸着剤の冷却をトリガとして、吸着コア8、9の中の吸着剤が気相冷媒を吸着する。このときに、第2熱交換部12、13の周りでは液相冷媒が蒸発し、蒸発潜熱(気化潜熱ともいう)が奪われる。この蒸発潜熱は、第2冷却回路2cを流れる冷却液を冷却する。つまり、冷媒が気相冷媒に相変化するのに必要な気化潜熱分の熱を冷却液が供給する。この冷却液は、第3ポンプ17と第3四方弁14と、第4四方弁15とを介して室内器16と蓄冷器21とを冷却して冷凍能力が発揮される。室内器16は、車両用空調装置の蒸発器に相当するものであり、空調ユニットのダクトの中を通過する空調風を冷却する。第2冷却回路2cを流れる冷却液は余剰の蒸発潜熱で冷却され、この冷熱は、蓄冷器用ポンプ22を作動させて冷却液と蓄冷器21とを熱交換することで、蓄冷器21に蓄冷される。この蓄冷器21蓄冷された冷熱は、冷凍システム100の始動時等において冷却液を冷却して、室内器16に流入することで、室内器16に流れる室内風を冷却するために使用される。
図2において吸着器6、7の吸着工程を説明する。吸着工程では、吸着剤の冷却をトリガとして、吸着コア8、9の中の吸着剤が気相冷媒を吸着する。このときに、第2熱交換部12、13の周りでは液相冷媒が蒸発し、蒸発潜熱(気化潜熱ともいう)が奪われる。この蒸発潜熱は、第2冷却回路2cを流れる冷却液を冷却する。つまり、冷媒が気相冷媒に相変化するのに必要な気化潜熱分の熱を冷却液が供給する。この冷却液は、第3ポンプ17と第3四方弁14と、第4四方弁15とを介して室内器16と蓄冷器21とを冷却して冷凍能力が発揮される。室内器16は、車両用空調装置の蒸発器に相当するものであり、空調ユニットのダクトの中を通過する空調風を冷却する。第2冷却回路2cを流れる冷却液は余剰の蒸発潜熱で冷却され、この冷熱は、蓄冷器用ポンプ22を作動させて冷却液と蓄冷器21とを熱交換することで、蓄冷器21に蓄冷される。この蓄冷器21蓄冷された冷熱は、冷凍システム100の始動時等において冷却液を冷却して、室内器16に流入することで、室内器16に流れる室内風を冷却するために使用される。
吸着工程での液相冷媒からの気化は液相冷媒を加熱し蒸発潜熱分の熱が与えられることにより開始される。この時の蒸発潜熱の熱源は、室内器16を介して第2冷却回路2cを流れる冷却液に与えられる空調風の熱である。吸着剤が吸着すると水和熱にて吸着剤が発熱し、この熱は放熱器170にて放熱させる。放熱をさせないと、吸着剤が必要以上に昇温し、吸着状態が妨げられ、性能が低下する。吸着コア8が吸着工程のときに、吸着コア9は、脱離工程である。
図3において吸着器6、7の脱離工程を説明する。吸着器6、7の脱離工程では、熱源1の熱を第3四方弁14と、第4四方弁15と第2冷却液ポンプ3とを介して吸着器6、7の中の第1熱交換部81c、91cに流し吸着コア8、9を加熱する。これにより吸着コア8、9の中の吸着剤に吸着されていた冷媒が蒸気として吐き出され再生される。吐き出された蒸気は、蒸発凝縮コア10、11によって凝縮し復液(復水)される。復液するときに凝縮熱を発生する。この凝縮熱は、第2冷却回路2cを流れる冷却液に受熱され、第3ポンプ17と第3四方弁14と、第4四方弁15とを介して放熱器190で放熱される。この復液するときに発生する凝縮熱をうまく外気に放熱し、蒸発凝縮コア10、11の温度を低下させないと、充分に復液することができず、吸着器7の壁に結露が発生する。復液するときの凝縮潜熱分の熱は、第2冷却回路2cを流れる冷却液に伝わり、第3ポンプ17と第4ポンプ18と第3四方弁14と、第4四方弁15とを介して放熱器190で放熱される。
以上において、図1の吸着器6及び吸着器7の吸着工程と脱離工程とを説明したが図1の吸着器6と吸着器7において、吸着工程と脱離工程とが交互に行われる。つまり、吸着器6が脱離工程のときは吸着器7において吸着工程が実施され、吸着器6が吸着工程のときは吸着器7において脱離工程が実施される。脱離工程と吸着工程とは交互に所定のインターバルにおいて繰り替えされる。すなわち設計又は実験によって予め決められたタイムスケジュールによって吸着工程と脱離工程とは交互にくり替えされる。このために、制御装置20は、内部のタイマー部によって各四方弁4、5、14、15を切替制御する。
図3のように、脱離工程において、復液するときに発生する凝縮熱をうまく外気に放熱できないと、充分に復液することができず吸着器の壁面に結露が発生する。壁面に結露が発生すると、結露が蒸発するときに壁面を冷やすことになり、有効に、第2熱交換部12、13ひいては室内器16を通過する室内風を冷却することにならない。
よって制御装置20は、この復液するときに発生する凝縮熱をうまく外気に放熱できるかどうかを判定する。この判定は、制御装置20の中の判定部にて行われる。図4のフローチャートのようにステップS41で脱離工程が行われているときに、判定部を成すステップS42において凝縮潜熱の放熱(つまり凝縮潜熱分の熱の放熱、以下同じ)が充分かどうかを判定する。
具体的には、この第1実施形態では、図5のように、ステップS42に対応するステップS421において、第2熱交換部12、13を流れる液体の温度が所定温度以下であるかどうかで判定する。例えば、蒸発凝縮コア10、11の内部を流れる第2冷却回路2cの液温が所定液温以下のときは、充分に復液できると判定されYESと判定されて、ステップS43において脱離工程が継続される。次にステップS44でタイムインターバルが切り替わったかどうかを判定する。タイムインターバルが切替わったとき、つまり脱離工程に入ってから所定タイムである例えば一分が経過したときにステップS45において吸着工程に移行させる。ステップS44でタイムインターバルが切り替わったかどうかを判定した結果、タイムインターバルが切替わっていないときは、脱離工程を継続する。
ステップS42は、具体的には、ステップS421にて示される。ステップS421にて凝縮熱を良好に外気に放熱できるかどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定する。この判定の結果、蒸発凝縮コア10の内部を流れる第2冷却回路2cの液温が所定液温以下でなく、NOと判定されたときは、直ちにステップS45において吸着工程に切り替える。このように脱離工程において、復液するときに発生する凝縮熱をうまく外気に放熱できず、結果として充分に復液できないときは、吸着工程に切り替える。つまり、吸着コア8の中の吸着剤に吸着されていた冷媒の蒸気の吐き出しを中止して吸着工程に切り替える。そのため余剰の蒸気が吸着器の壁に結露することが防止できる。
また、空調用の空気を冷却する室内器16と、室内器16に並列に接続された蓄冷器21とを備えているから、蓄冷器21にて蓄冷した気化潜熱を吸着式冷凍システムの始動時に使用することができる。つまり、室内器16に対して並列に接続された蓄冷器21を用いることで、次回の車両始動時に必要な室内器16の冷熱を確保することができる。
また、脱離工程における吸着器6、7において、吸着器6、7から脱離した気化冷媒を液相に相変化させるときに、放熱器190における凝縮熱の放熱が必要である。このとき、放熱に必要な低温熱源を確保できないときは、脱離工程を吸着工程に直ちに切り替えて、気相冷媒を再度吸着剤に吸着させる。そのことで、吸着器6、7の中に結露の原因となる気相冷媒を残存させない。
ここで、結露が生じて吸着器6、7の内壁に液相の冷媒が存在すると、吸着工程で蒸発コア以外からの冷媒の気化が生じるため、気化潜熱を回収することができず、吸着式冷凍システム100の性能低下が生じる。
吸着式冷凍システム100の車両搭載を想定すると、凝縮熱の放熱は放熱器170、190となるラジエータの利用が考えられる。車両停車時は走行風が得られず、走行風によるラジエータの放熱能力は実質ゼロとなる。また、エンジン冷却液の廃熱を利用して、吸着器に冷媒を吸着させる。このときに発生する冷媒の気化潜熱を蓄冷器21に蓄冷することで、次回始動時においてエンジン冷却液の廃熱が無い状況下でも冷熱を確保することができる。これにより、大きな冷媒回収タンクを備えなくても、有害な結露の発生を抑制し、運転開始時の立ち上がりの遅れ又はシステムの効率低下を抑制できる。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る吸着式冷凍システム100について図6を参照し、図1を援用して説明する。第2実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第1実施形態と同様であり、以下、主として第1実施形態と異なる点について説明する。
第2実施形態に係る吸着式冷凍システム100について図6を参照し、図1を援用して説明する。第2実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第1実施形態と同様であり、以下、主として第1実施形態と異なる点について説明する。
図6に示すように、第2実施形態では、凝縮熱を良好に外気に放熱できるかどうかを判定するステップS42は、具体的にステップS422に示される。ここで、放熱器190の入口側の高温液温と出口側の低温液温の差が所定液温以上あるかどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定している。放熱器190に充分な外気が流れて放熱しているときは放熱器190の入口側の高温液温と出口側の低温液温の差が所定液温以上となりYESと判定されてステップS43に進む。一方、放熱器190に充分な外気が流れておらず、放熱が不充分なときは放熱器190の入口側の高温液温と出口側の低温液温の差が所定温度以上とならず、NOと判定されて図4のステップS45に進み、吸着工程に切り替えられる。第2実施形態においては、脱離工程において、放熱器190の入口と出口を流れる液の液温の差を用いて、凝縮潜熱の放熱が充分でないことを容易に判定できる。
(第3実施形態)
図7に示すように、第3実施形態の吸着式冷凍システム100は、凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定するステップS42は、具体的には、ステップS423に示される。このステップS423において、凝縮潜熱分の熱を受熱した第2放熱器190を流れる液と第2放熱器190に流れ込む冷却風とは熱交換可能である。この冷却風のうち、空気入口側の冷却風の空気温度と出口側の空気温度との差が所定温度以上あるかどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定している。この場合の所定温度はその時の放熱器190に流れ込む空気の風速によって決まる。放熱器に充分な外気が流れて放熱しているときは放熱器190の入口側の空気温度と出口側の空気温度との差が所定温度以上となりYESと判定されてステップS43に進む。所定温度はその時の放熱器190に流れ込む空気の風速によって予め作成されたマップを用いて求められる。
図7に示すように、第3実施形態の吸着式冷凍システム100は、凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定するステップS42は、具体的には、ステップS423に示される。このステップS423において、凝縮潜熱分の熱を受熱した第2放熱器190を流れる液と第2放熱器190に流れ込む冷却風とは熱交換可能である。この冷却風のうち、空気入口側の冷却風の空気温度と出口側の空気温度との差が所定温度以上あるかどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定している。この場合の所定温度はその時の放熱器190に流れ込む空気の風速によって決まる。放熱器に充分な外気が流れて放熱しているときは放熱器190の入口側の空気温度と出口側の空気温度との差が所定温度以上となりYESと判定されてステップS43に進む。所定温度はその時の放熱器190に流れ込む空気の風速によって予め作成されたマップを用いて求められる。
(第3実施形態の作用効果)
第3実施形態においては、脱離工程において、放熱器190に流れる冷却風の入口側の空気温度と、出口側の空気温度と、その時の風速とで、計算又はマップ演算によって、凝縮潜熱の放熱が充分でないことを容易に判定できる。なお、放熱器190に流れる冷却風の入口側の空気温度と、出口側の空気温度と、その時の風速との関数として放熱量Qを求めて所定放熱量以上かどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定しても良い。
第3実施形態においては、脱離工程において、放熱器190に流れる冷却風の入口側の空気温度と、出口側の空気温度と、その時の風速とで、計算又はマップ演算によって、凝縮潜熱の放熱が充分でないことを容易に判定できる。なお、放熱器190に流れる冷却風の入口側の空気温度と、出口側の空気温度と、その時の風速との関数として放熱量Qを求めて所定放熱量以上かどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定しても良い。
(第4実施形態)
図8に示すように、第4実施形態の吸着式冷凍システム100は、凝縮熱を良好に外気に放熱できるかどうかを判定するステップS42は、具体的には、ステップS424に示される。このステップS424において、放熱器190に流れる冷却風の風量又は風速が所定風量又は所定風速以上あるかどうかで、凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定している。
図8に示すように、第4実施形態の吸着式冷凍システム100は、凝縮熱を良好に外気に放熱できるかどうかを判定するステップS42は、具体的には、ステップS424に示される。このステップS424において、放熱器190に流れる冷却風の風量又は風速が所定風量又は所定風速以上あるかどうかで、凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定している。
放熱器190に充分な外気が流れて放熱しているときは放熱器190に流れ込む冷却風の風量又は風速が所定風量又は所定風速以上となりYESと判定されてステップS43に進む。風速は熱線式風速計にて測定できる。また風速から風量が計算できる。放熱器190に流れ込む冷却風の風量又は風速の代わりに放熱器190から流れ出る冷却風の風量又は風速を計測してもよい。なお所定風量又は所定風速は外気温の関数として変化させても良い。第4実施形態においては、放熱器190に流れる冷却風の風量又は風速によって凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを容易に判定できる。
(第5実施形態)
図9に示すように、第5実施形態の吸着式冷凍システム100は、凝縮熱を良好に外気に放熱できるかどうかを判定するステップS42は、具体的には、ステップS425に示される。このステップS425において、吸着式冷凍システム100を搭載した車両の走行速度が所定速度以上あるかどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定している。
図9に示すように、第5実施形態の吸着式冷凍システム100は、凝縮熱を良好に外気に放熱できるかどうかを判定するステップS42は、具体的には、ステップS425に示される。このステップS425において、吸着式冷凍システム100を搭載した車両の走行速度が所定速度以上あるかどうかで凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを判定している。
放熱器に充分な外気が流れて放熱しているときは走行速度が所定速度以上であり放熱器190に流れ込む走行風の風量又は風速も大きい。これを利用して車両の速度が所定以上となりYESと判定されたときはステップS43に進み脱離工程を継続する。また、そうでないときはステップS45に進み、吸着工程に切り替える。
(第5実施形態の作用効果)
第5実施形態の吸着式冷凍システム100は車両に搭載されており、脱離工程において、凝縮潜熱の放熱が充分でないとの判定は、車両の走行速度が所定速度以上でないときに凝縮潜熱の放熱が充分でないと判定する。これによれば、車両の走行速度で凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを簡単に判定できる。
第5実施形態の吸着式冷凍システム100は車両に搭載されており、脱離工程において、凝縮潜熱の放熱が充分でないとの判定は、車両の走行速度が所定速度以上でないときに凝縮潜熱の放熱が充分でないと判定する。これによれば、車両の走行速度で凝縮潜熱の放熱が充分かどうかを簡単に判定できる。
(第6実施形態)
図10に示すように、第6実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて、筒状の吸着器6、7の外壁の周囲を断熱材31である例えば発泡ウレタン樹脂にて覆っている。断熱材31は、吸着器6、7における壁面の外面の一部又は全部において、壁面と外気との熱交換量を低下させる。これにより、吸着器6、7の中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露するのを抑制できる。
図10に示すように、第6実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて、筒状の吸着器6、7の外壁の周囲を断熱材31である例えば発泡ウレタン樹脂にて覆っている。断熱材31は、吸着器6、7における壁面の外面の一部又は全部において、壁面と外気との熱交換量を低下させる。これにより、吸着器6、7の中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露するのを抑制できる。
この吸着式冷凍システム100によれば、断熱材31を有するから、断熱材31で壁面を保温することにより、壁面の温度低下による結露の発生を抑制できる。
(第7実施形態)
図11に示すように、第7実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて吸着器6、7の壁面の一部又は全部を加熱する加熱部32を設けている。加熱部32は通電されることにより任意のタイミングで所定時間発熱するヒータ線を用いる。このようにして発熱させることにより、吸着器6、7の中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露するのを抑制できる。図11では、断熱材31の内部に加熱部32を設けているが、断熱材31を設けずに加熱部32だけを設けてもよい。加熱部32は、壁面の一部又は全部を加熱可能である。
図11に示すように、第7実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて吸着器6、7の壁面の一部又は全部を加熱する加熱部32を設けている。加熱部32は通電されることにより任意のタイミングで所定時間発熱するヒータ線を用いる。このようにして発熱させることにより、吸着器6、7の中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露するのを抑制できる。図11では、断熱材31の内部に加熱部32を設けているが、断熱材31を設けずに加熱部32だけを設けてもよい。加熱部32は、壁面の一部又は全部を加熱可能である。
加熱部32を電気ヒータから構成し、脱離工程において、第2熱交換部による凝縮潜熱の放熱が充分でないと判定されたときに、電気ヒータが所定時間通電されて加熱されるようにすれば、常時加熱に比べて電力消費を少なくできる。通電時間を外気温の関数として変化させても良い。この第7実施形態における吸着式冷凍システムによれば、電気ヒータにて壁面を加熱することにより、壁面の温度低下による結露の発生を抑制できる。
(第8実施形態)
図12に示すように、第8実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて吸着器6、7の壁面の内壁面の一部又は全部に、結露を落下させて抑制する表面処理層33を設けている。例えば、撥水作用のある表面処理層33としてはフッ素樹脂のコーティング処理層が好ましい。これにより、吸着器6、7の中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露して放置されるのを抑止し、結露を吸着器6、7の底の復水部分を有する蒸発凝縮コア10、11に落下させることができる。この吸着式冷凍システム100によれば、結露を抑制する表面処理層33を有することにより、壁面に付着したままの結露の発生を抑制でき、吸着式冷凍システム100の効率の低下を抑制できる。
図12に示すように、第8実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて吸着器6、7の壁面の内壁面の一部又は全部に、結露を落下させて抑制する表面処理層33を設けている。例えば、撥水作用のある表面処理層33としてはフッ素樹脂のコーティング処理層が好ましい。これにより、吸着器6、7の中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露して放置されるのを抑止し、結露を吸着器6、7の底の復水部分を有する蒸発凝縮コア10、11に落下させることができる。この吸着式冷凍システム100によれば、結露を抑制する表面処理層33を有することにより、壁面に付着したままの結露の発生を抑制でき、吸着式冷凍システム100の効率の低下を抑制できる。
(第9実施形態)
図13に示すように、第9実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて、吸着器6、7の内壁面の一部又は全部に、外部から壁面を振動させる振動エネルギーを供与する振動装置34を設けている。振動装置34は撥液作用のある表面処理と組み合わせるのが好ましい。これにより、吸着器6、7も中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露した時に、振動装置34で吸着器6、7の壁面を加振し、結露を吸着器6、7の底の復液部分に落下させることができる。振動装置34は、任意のタイミングで加振できる電磁式振動装置又は偏心カムを回転させる電動振動装置が使用できる。
図13に示すように、第9実施形態の吸着式冷凍システム100は、上記各実施形態の構成に加えて、吸着器6、7の内壁面の一部又は全部に、外部から壁面を振動させる振動エネルギーを供与する振動装置34を設けている。振動装置34は撥液作用のある表面処理と組み合わせるのが好ましい。これにより、吸着器6、7も中の気相冷媒が吸着器6、7の壁面に結露した時に、振動装置34で吸着器6、7の壁面を加振し、結露を吸着器6、7の底の復液部分に落下させることができる。振動装置34は、任意のタイミングで加振できる電磁式振動装置又は偏心カムを回転させる電動振動装置が使用できる。
脱離工程において、第2熱交換部による凝縮潜熱の放熱が充分でないと判定されたときに、振動装置34が所定時間通電されて加振されるようにすれば、常時加振に比べて騒音及び電力消費を少なくできる。この第9実施形態によれば、振動装置により吸着器の壁面を振動させて壁面に付着した結露を脱落させることにより、壁面に付着したままの結露の発生を抑制できる。
(他の実施形態)
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
前述の実施形態において、吸着器を複数設けたが単一の吸着器を用いて交互に吸着工程と脱離工程とを繰り返す吸着式冷凍システムに適用することも可能である。ただし、単一の吸着器を用いる構成では、冷熱の生成は間欠的となり、第1実施形態のように連続的に冷熱を生成できない。よって蓄冷器の採用がより重要となる。
また、この吸着式冷凍システムは、車載の冷凍装置だけでなく、定置式の冷凍装置、空調装置にも適用することができる。更に、第1実施形態から第5実施形態の判定部の作動は組み合わせることができる。例えば、ステップS421とステップS425の両方がYESとなったときに、凝縮潜熱の放熱が充分であるとして、ステップS43に進むようにしても良い。この場合、ステップS421とステップS425のいずれかがNOとなったときに、凝縮潜熱の放熱が充分でないとして、ステップS45に進むようにしても良い。
逆に、ステップS421とステップS425のいずれかがYESとなったときに、凝縮潜熱の放熱が充分であるとして、ステップS43に進むようにしても良い。この場合、ステップS421とステップS425の両方がNOとなったときに、凝縮潜熱の放熱が充分でないとして、ステップS45に進むようにしても良い。
1 熱源
6、7 吸着器
12、13 第2熱交換部
1621 冷却対象
170 第1放熱器
190 第2放熱器
20 制御装置
S42、S421、S422、S423、S424、S425 判定部
81c、91c 第1熱交換部
6、7 吸着器
12、13 第2熱交換部
1621 冷却対象
170 第1放熱器
190 第2放熱器
20 制御装置
S42、S421、S422、S423、S424、S425 判定部
81c、91c 第1熱交換部
Claims (12)
- 吸着剤と冷媒とが封入されており、前記冷媒を吸着工程において前記吸着剤に吸着するとともに、脱離工程において熱源(1)により加熱されることにより前記吸着剤に吸着されていた前記冷媒を脱離する吸着器(6、7)と、
前記脱離工程において前記吸着器に前記熱源からの熱を与えて前記冷媒を脱離させる第1熱交換部(81c、91c)と、
前記吸着工程において前記冷媒が前記吸着剤に吸着される際に、前記冷媒が気相冷媒に相変化するのに必要な気化潜熱分の熱を供給するとともに、前記脱離工程において前記吸着器から脱離された気相冷媒を液相冷媒に相変化させるのに必要な凝縮潜熱分の熱を放熱する第2熱交換部(12、13)と、
前記第1熱交換部の熱を外気に放熱する第1放熱器(170)と、
前記第2熱交換部の熱を外気に放熱する第2放熱器(190)と、
前記脱離工程において、前記第2熱交換部による前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分かどうかを判定する判定部(S42、S421、S422、S423、S424、S425)と、を備え、
前記吸着器は、前記冷媒を吸着して冷凍能力を発揮する前記吸着工程と、吸着していた前記冷媒を脱離して前記冷媒を再生する前記脱離工程と、を交互に繰り返して冷熱を間欠的又は連続的に生成し、
前記脱離工程において、前記判定部が、前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないと判定したとき前記脱離工程から前記吸着工程に直ちに移行させる吸着式冷凍システム。 - 前記脱離工程において、前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないとの判定は、前記凝縮潜熱分の熱を受熱した前記第2熱交換部を流れる液の液温が、所定液温以下でないときに行われる請求項1に記載の吸着式冷凍システム。
- 前記脱離工程において、前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないとの判定は、前記凝縮潜熱分の熱を受熱した前記第2放熱器の入口を流れる液の液温と、前記第2放熱器の出口を流れる液の液温との差が所定液温以上でないときに行われる請求項1に記載の吸着式冷凍システム。
- 前記脱離工程において、前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないとの判定は、前記凝縮潜熱分の熱を受熱した前記第2放熱器に流れる液と熱交換可能な前記第2放熱器に流れる冷却風の入口側の空気温度と前記第2放熱器に流れる冷却風の出口側の空気温度との差がその時の風速によって求められた所定温度以上でないときに行われる請求項1に記載の吸着式冷凍システム。
- 前記脱離工程において、前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないとの判定は、前記凝縮潜熱分の熱を受熱した前記第2放熱器に流れる液と熱交換可能な前記第2熱交換部に流れ込む冷却風の風量又は風速が所定風量又は所定風速以上でないときに行われる請求項1に記載の吸着式冷凍システム。
- 前記吸着器は車両に搭載されており、前記脱離工程において、前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないとの判定は、前記車両の走行速度が所定速度以上でないときに行われる請求項1に記載の吸着式冷凍システム。
- 更に、前記冷熱を蓄える蓄冷器(21)を備え、前記蓄冷器にて蓄冷した前記気化潜熱分の熱を吸着式冷凍システムの始動時に使用する請求項1ないし6のいずれか一項に記載の吸着式冷凍システム。
- 更に、前記吸着器における外面の一部又は全部に、前記吸着器の壁面と外気との熱交換量を低下させる断熱材(31)を備える請求項1ないし7のいずれか一項に記載の吸着式冷凍システム。
- 更に、前記吸着器の壁面の一部又は全部を、加熱する加熱部(32)を備える請求項1ないし8のいずれか一項に記載の吸着式冷凍システム。
- 前記加熱部は電気ヒータから成り、前記脱離工程において、前記第2熱交換部による前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないと判定されたときに、前記電気ヒータが通電されて前記吸着器が加熱される請求項9に記載の吸着式冷凍システム。
- 更に、前記吸着器の壁面の一部又は全部に、結露を抑制する表面処理層(33)を備える請求項1ないし10のいずれか一項に記載の吸着式冷凍システム。
- 更に、前記吸着器を振動させる振動エネルギーを供与する振動装置(34)を備え、前記脱離工程で、前記第2熱交換部による前記凝縮潜熱分の熱の放熱が充分でないと判定されたときに前記振動装置が前記吸着器を振動させる請求項1ないし11のいずれか一項に記載の吸着式冷凍システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016074447A JP2017187188A (ja) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | 吸着式冷凍システム |
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JP2016074447A Pending JP2017187188A (ja) | 2016-04-01 | 2016-04-01 | 吸着式冷凍システム |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220274457A1 (en) * | 2017-11-16 | 2022-09-01 | Ford Global Technologies, Llc | Mulifunction reservoir for a secondary loop, climate control system and a secondary loop climate control system incorporating that multifunction reservoir |
CN115540383A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-30 | 哈尔滨商业大学 | 一种旋转切换型吸附式制冷/热泵空气调节系统 |
-
2016
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US20220274457A1 (en) * | 2017-11-16 | 2022-09-01 | Ford Global Technologies, Llc | Mulifunction reservoir for a secondary loop, climate control system and a secondary loop climate control system incorporating that multifunction reservoir |
US11613154B2 (en) * | 2017-11-16 | 2023-03-28 | Ford Global Technologies, Llc | Multifunction reservoir for a secondary loop, climate control system and a secondary loop climate control system incorporating that multifunction reservoir |
CN115540383A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-30 | 哈尔滨商业大学 | 一种旋转切换型吸附式制冷/热泵空气调节系统 |
CN115540383B (zh) * | 2022-09-22 | 2023-06-23 | 哈尔滨商业大学 | 一种旋转切换型吸附式制冷/热泵空气调节系统 |
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