JPH05322361A - 吸着式冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生行程に要する時間の短縮化を図り、シス
テム全体の運転効率を向上し得る吸着式冷却システムを
提供する。 【構成】 吸着器２０（２１）の吸着材２０ａ（２１
ａ）が、マイクロ波発振器２９、電源３０、導波路３１
等からなるマイクロ波加熱装置によって誘電加熱される
ことから、吸着材２０ａ（２１ａ）がムラなく迅速に加
熱され、再生行程に要する時間が短縮される。

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５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５(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５(b) に示すように熱交換パイプ５に外部熱源
からの高温空気を流通させることによって吸着材１ａを
加熱し、吸着材１ａ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６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１３
に連結され、冷却容器１３内の水には前述と同様の冷却
パイプ１４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
５，１６が熱的に接触しており、各管路１２，１３には
それぞれ凝縮器１７，１８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１６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、前記二連の
吸着式冷却システムにおいては、熱交換パイプ１５，１
６の熱源に電気ヒータやエンジンの排気ガスを用いてい
るため、加熱ムラや熱量不足等により吸着材８ａ（９
ａ）の加熱、即ち再生行程に長時間を要していた。この
ため、各行程の切換周期が長くなり、システム全体の運
転効率が低下する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、再生行程に要する時
間の短縮化を図り、システム全体の運転効率を向上し得
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、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
加熱手段を前記吸着器の吸着材を誘電加熱するマイクロ
波加熱装置から構成している。

【０００８】

【作用】本発明の吸着式冷却システムによれば、吸着器
の吸着材がマイクロ波加熱装置によって誘電加熱される
ことから、吸着材がムラなく迅速に加熱され、再生行程
に要する時間が短縮される。

【０００９】

【実施例】図１乃至図３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
車内側の熱交換器である。

【００１０】各吸着器２０，２１内はゼオライト等から
なる吸着材を収容し、互いに間隔をおいて配置されてい
る。各吸着器２０，２１の間には送風機２５を備えた外
気導入路２６が凝縮器２３を介して連結されるととも
に、各吸着器２０，２１の反対側には各吸着器２０，２
１を通過した空気を排出する排気送風路２７がそれぞれ
連結されている。また、各吸着器２０，２１間には空気
の流通方向を切換えるフラップ２８が設けられ、外気導
入路２６の空気を各吸着器２０，２１に択一的に給送で
きるようになっている。一方、各吸着器２０，２１はマ
グネトロン等からなるマイクロ波発振器２９（以下、発
振器２９という）によって誘電加熱されるようになって
いる。即ち、発振器２９は高圧トランス等の電源３０に
よって駆動されるとともに、導波路３１を介して各吸着
器２０，２１に接続され、導波路３１の切換器３１ａに
よってマイクロ波を各吸着器２０，２１に択一的に伝送
できるようになっている。従って、これら発振器２９、
電源３０及び導波路３１によってマイクロ波加熱装置が
構成されている。尚、発振器２９で発生するマイクロ波
の周波数は、吸着材の加熱用として適当と思われる２４
５０ＭＨｚに設定されている。また、各吸着器２０，２
１の両端はマイクロ波の漏洩を防止するための金網３１
ｂによって覆われている。

【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、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４１に分岐し、各吹
出口４１にはルーバ４２が設けられている。

【００１３】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で再生行程を行うとき
は、フラップ２８及び切換器３１ａを図中実線で示す位
置に設定し、外気導入路２６を第１吸着器２０に、導波
路３１を第２吸着器２１にそれぞれ連通する。これによ
り、外気導入路２６に流入した低温空気（外気）が図中
実線矢印で示すように第１吸着器２０に給送され、第１
吸着器２０が冷却される。その際、外気導入路２６中の
凝縮器２３も吸入される外気によって同時に冷却され
る。一方、発振器２９で発生したマイクロ波は導波路３
１を介して第２吸着器２１に伝送され、第２吸着器２１
内の吸着材が誘電加熱される。尚、この場合の加熱とは
吸着器の内面に導波されるマイクロ波によって吸着材を
誘電加熱することを示し、吸着器の外側からマイクロ波
を照射する場合とは異なる。また、各吸着器２０，２１
において前述とは逆の行程を行う場合、フラップ２８及
び切換器３１ａを図中一点鎖線の位置に切換えることに
より、第１吸着器２０が加熱、第２吸着器２１が冷却さ
れる。

【００１４】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２の原理図及び図３のＰ−１／Ｔ線図を参照して
説明する。尚、図２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３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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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４１から
車内へ吹出される。

【００１９】このように、本実施例の吸着式冷却システ
ムによれば、再生行程の吸着器２０（２１）を加熱する
手段として、吸着材２０ａ（２１ａ）を誘電加熱するマ
イクロ波加熱装置（発振器２９、電源３０、導波路３
１）を用いたので、吸着材２０ａ（２１ａ）をムラなく
迅速に加熱することができ、再生行程に要する時間を大
幅に短縮することができる。

【００２０】

【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、再生行程に要する時間を大幅に短
縮することができるので、各行程の切換周期が短くな
り、システム全体の運転効率を格段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】吸着式冷却システムの原理図

【図３】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４】各開閉バルブの開閉状態を示す図

【図５】従来例を示す単一の吸着式冷却システムの原理
図

【図６】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、２９…マイクロ波発振器、
３０…電源、３１…導波路、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、 前記加熱手段を前記吸着器の吸着材を誘電加熱するマイ
   クロ波加熱装置から構成したことを特徴とする吸着式冷
   却システム。