JP4341090B2

JP4341090B2 - 車両用吸着式冷凍機

Info

Publication number: JP4341090B2
Application number: JP36302898A
Authority: JP
Inventors: 隆久鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: JP2000177374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液冷式内燃機関（水冷エンジン）を有する車両に適用される吸着式冷凍機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式冷凍機は、略真空に保たれた吸着器内にて、水等の液冷媒冷媒を蒸発させるとともに、その蒸発した蒸気冷媒をシリカゲル等の吸着剤に吸着させることにより、冷凍能力を得るものである。
そして、蒸気冷媒の吸着が進み、蒸気冷媒の吸着能力が低下したときには、吸着剤を加熱して吸着した冷媒を脱離させ、その脱離した冷媒を凝縮させた後、再び蒸発させて冷凍能力を得る。このため、吸着式冷凍機においては、その冷凍能力（蒸発した冷媒量）に応じた熱量を必要とする。
【０００３】
そこで、実開平１−１２６８１１号公報に記載の発明では、エンジンの廃熱により吸着剤を加熱して、冷凍能力を得る車両用空調装置が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水冷式エンジン（以下、エンジンと略す。）の冷却水は、ラジエータにより冷却されているが、このラジエータの冷却能力は、エンジンの負荷が最も大きくなり、エンジンの発熱量が最大になるときにおいても、エンジンがオーバヒートしないように選定されている。
【０００５】
このため、ラジエータは、最大冷却能力を確保するに必要な大きさに選定されるので、必然的にその大きさが大きくなってしまう。
本発明は、上記点に鑑み、吸着式冷凍機を有する車両において、ラジエータの小型化を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に記載の発明では、液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が所定温度（Ｔ１、Ｔ２）より高いときには、液冷式内燃機関（２００）のラジエータ（２１０）、及び吸着器（１１１、１１２）内を循環する冷却液を冷却する車室外熱交換器（１２０）にて液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却することを特徴とする。
【０００７】
これにより、ラジエータ（２１０）及び車室外熱交換器（１２０）にて液冷式内燃機関の冷却液が冷却されることとなるので、ラジエータ（２１０）単体で液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却する場合に比べて、ラジエータ（２１０）の小型化を図ることができる。請求項２に記載の発明では、液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が所定温度（Ｔ１）より高いときには、吸着工程にある吸着器（１１１、１１２）にて発揮する冷凍能力を増大させ、この増大した冷凍能力に応じて脱離工程にある吸着器（１１１、１１２）にて液冷式内燃機関（２００）の冷却液から吸熱される熱量を増大させることを特徴とする。
【０００８】
これにより、増大した冷凍能力に応じて脱離工程にある吸着器にて吸熱される熱量が増大するので、液冷式内燃機関（２００）の冷却液をより冷却することができ、ラジエータ（２１０）単体で液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却する場合に比べて、ラジエータ（２１０）の小型化を図ることができる。請求項３に記載の発明では、液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が第１所定温度（Ｔ１）より高く、かつ、第２所定温度（Ｔ２）より低いときであって、ポンプ手段（１３１）の停止しているときには、液冷式内燃機関（２００）の冷却液を車室外熱交換器（１２０）にも流通させて、ラジエータ（２１０）及び車室外熱交換器（１２０）にて液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却し、液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が第１所定温度（Ｔ１）より高く、かつ、第２所定温度（Ｔ２）より低いときであって、ポンプ手段（１３１）が稼働しているときには、吸着工程にて発揮する冷凍能力を増大させ、さらに、液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が第１所定温度（Ｔ１）より高い第２所定温度（Ｔ２）以上となったときには、液冷式内燃機関（２００）の冷却液を車室外熱交換器（１２０）にも流通させて、ラジエータ（２１０）及び車室外熱交換器（１２０）にて液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却することを特徴とする。
【０００９】
これにより、請求項１、２に記載の発明と同様に、ラジエータ（２１０）の小型化を図ることができる。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、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る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、ガソリン又は軽油を燃料とする水冷式エンジン（液冷式内燃機関）を有する車両に本発明に係る車両用吸着式冷凍機を適用したものであり、図１は車両用空調装置の模式図である。
図１中、２００は走行用の水冷式エンジン（以下、エンジンと略す。）であり、２１０はエンジン２００内を循環するエンジン冷却水と大気（車室外空気）との間で熱交換を行い、エンジン冷却水を冷却するラジエータである。なお、本実施形態では、水にエチレングリコールを添加したものをエンジン冷却水として利用している。
【００１１】
２２０はラジエータ２１０を流通させるエンジン冷却水の水量を調節することにより、エンジン２００を適温（９０℃〜１００℃）に維持するサーモスタットであり、２３０はエンジン２００から駆動力を得てエンジン冷却水を循環させる機械式のウォータポンプである。２４０はラジータ２１０に空気を送風するラジエータファンであり、このラジエータファン２４０は、電子制御装置（ＥＣＵ）３００により制御されている。
【００１２】
また、１００（一点鎖線で囲まれたもの）は吸着式冷凍機であり、この吸着式冷凍機１００は、冷凍能力を発揮する冷凍機本体１１０、後述する第１、２吸着器１１１、１１２内を循環する冷凍機用の冷却液（本実施形態では、エンジン冷却水と同じもの）を大気との間で熱交換を行い、冷却液を冷却する車室外熱交換器（以下、室外器と略す。）１２０、冷却液を循環させる電動式の第１、２ポンプ１３１、１３２、及び室外器１２０に空気を送風する室外器ファン１４０を有して構成されている。
【００１３】
なお、室外器１２０は、図２に示すように、車両前方側にてラジエータ２１０より空気流れ上流側に配設されている。
そして、冷凍機本体１１０は、図３に示すように、蒸気冷媒（水蒸気）を吸着するとともに、加熱されることにより吸着した蒸気冷媒を脱離する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）Ｓｉ、及び略真空状態で液相冷媒が（水）封入された第１、２吸着器１１１、１１２と、各吸着器１１１、１１２にて冷却された熱交換媒体（本実施形態では、エンジン冷却水と同じもの）又は加熱された冷却液の通路を切り換える第１〜４切換弁１１３〜１１６等から構成されている。
【００１４】
ところで、本実施形態では、冷却液と熱交換媒体とは同一のものであり、かつ、後述するように、吸着式冷凍機１００の稼働時においては、冷却液と熱交換媒体とは混合するので、以下、両者を総称して冷却液と呼ぶ。
また、第１、２吸着器１１１、１１２は、吸着剤Ｓｉが表面に接着された熱交換器（以下、これら熱交換器を第１、２吸着コア１１１ａ、１１２ａと呼ぶ。）と、吸着剤Ｓｉが接着されていない熱交換器（以下、これら熱交換器を第１、２凝縮コア１１１ｂ、１１２ｂと呼ぶ。）と、これらコア１１１ａ、１１２ａ、１１１ｂ、１１２ｂ及び冷媒を収納するケーシング１１１ｃ、１１２ｃとから構成されている。
【００１５】
そして、これらコア１１１ａ、１１２ａ、１１１ｂ、１１２ｂ内には、第１、２吸着コア１１１、１１２内の雰囲気と熱交換をする冷却液が流通しており、この冷却液は、第１、２電動ポンプ１３１、１３２により循環させられている。
ところで、図１中、４００は車両空調装置の空調ユニットであり、４１０は車室内に吹き出す吹出空気（空調空気）の通路を構成する空調ケーシングである。そして、この空調ケーシング４１０の最上流側には、車室内の空気を吸入する内気吸入口４１１及び車室外空気を吸入する外気吸入口４１２が形成されているとともに、両吸入口４１１、４１２を切換開閉する内外切換ドア４２０が設けられている。
【００１６】
４３０は両吸入口４１１、４１２から吸入した空気を車室内に向けて送風する送風機であり、この送風機４３０の空気流れ下流には、吸着式冷凍機１００（第１、２凝縮コア１１１ｂ、１１２ｂ）にて冷却された冷却液と吹出空気（被冷却体）とを熱交換し、吹出空気を冷却する車室内熱交換器（以下、室内器と略す。）４４０が配設されている。
【００１７】
そして、室内器４４０の吹出空気流れ下流側には、エンジン冷却水を熱源として吹出空気を加熱するヒータコア（加熱手段）４５０が配設されており、このヒータコア４５０の近傍には、室内器４４０を通過した吹出空気のうち、ヒータコア４５０を通過する風量とヒータコア４５０を迂回する風量とを調節することにより、吹出空気の温度を調節するエアミックスドア（温度調節手段）４６０が設けられている。
【００１８】
４１３はフロントガラス（図示せず）に向けて開口するデフロスタ吹出口（図示せず）に連通するデフ開口部であり、４１４は乗員の上半身に向けて開口するフェイス吹出口（図示せず）に連通するフェイス開口部であり、４１５乗員の足下に向けて開口するフット吹出口（図示せず）に連通するフット開口部である。そして、４７１〜４７３は各開口部４１３〜４１５を開閉する吹出モード切替ドアであり、これら吹出モード切替ドア４７１〜４７３、エアミックスドア４６０、内外気切換ドア４２０及び送風機４３０の作動は、ＥＣＵ３００により制御されている。
【００１９】
なお、ＥＣＵ３００には、車室内温度を検出する内気温度センサ３１０、外気温度を検出する外気温度センサ３２０、日射量を検出する日射センサ３３０、エンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ３４０等の空調センサからの信号、室内器４４０を通過した直後の吹出空気の温度を検出する第１吹出空気温度センサ３５０及びエアミックスドア４６０にて温度調節された後の吹出空気の温度を検出する第２吹出空気温度センサ３６０からの信号、並びに空調コントロールパネル３７０からの信号が入力されている。
【００２０】
なお、空調コントロールパネル３７０は、乗員により手動操作されるもので、図４に示すように、吹出モードを切り換える吹出モード切換レバー３７１、内気吸入状態と外気吸入状態とを切り換える内外気切換レバー３７２、乗員が希望する車室内温度を設定する温度コントロールレバー３７３、吹出空気量を切り換える風量切換レバー３７４、及び空調装置の始動・停止を行うエアコンＳ／Ｗ３７６より構成されている。
【００２１】
次に、吸着式冷凍機１００の作動について述べる。
吸着式冷凍機１００は、第１吸着コア１１１ａで冷媒を吸着させる吸着工程、第２吸着コア１１２ａで冷媒の脱離を行う脱離工程からなる第１工程と、第１吸着コア１１１ａで冷媒を脱離させる脱離工程、第２吸着コア１１２ａで冷媒を吸着させる吸着工程からなる第２工程とを、所定時間ｔ１（本実施形態では６０秒）毎に交互に行う。
【００２２】
具体的には、第１工程では、第１〜４切換弁１１３〜１１６を図２の実線で示すように作動させる。これにより、エンジン２００で加熱されたエンジン冷却水が、第２吸着コア１１２ａに流入し、第２吸着コア１１２ａの吸着剤Ｓｉを加熱して第２吸着コア１１２ａの吸着剤Ｓｉに吸着された蒸気冷媒を脱離する。
一方、第１吸着器１１１内の液冷媒の蒸発が進行するため、第１凝縮コア１１１ｂ内の冷却液が冷却されるとともに、その蒸発した蒸気冷媒が、第１吸着コア１１１ａの吸着剤Ｓｉに吸着される。
【００２３】
このとき、第１ポンプ１３１により第１凝縮コア１１１ｂと室内器４４０との間を冷却液が循環するので、吹出空気（被冷却体）が冷却される。一方、第２ポンプ１３２により第２凝縮コア１１２ｂ及び第１吸着コア１１１ａと室外器１２０との間を冷却液が循環するので、第２吸着器１１２内で脱離した蒸気冷媒が凝縮するとともに、第１吸着コア１１１ａの吸着剤Ｓｉで発生する吸着熱を吸熱され、吸着能力が低下することが防止される。
【００２４】
なお、第２工程は、第１〜４切換弁１１３〜１１６を図２の破線に示すように作動させることにより、上記した第１工程における第１吸着器５１の作動が第２吸着器５２の作動となり、第２吸着器５２の作動が第１吸着器５１の作動となる。
以上のようにして、吸着冷凍機１００は、第１工程と第２工程とを所定時間ｔ１毎に交互に行うことにより、連続的に冷房能力（冷却能力）を発揮する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る吸着式冷凍機１００の特徴的作動を図５に示すフローチャートに基づいて述べる。
先ず、エンジン水温センサ３４０の検出温度（以下、この検出温度をエンジン水温Ｔｗと呼ぶ。）を読み込み（Ｓ１００）、エンジン水温Ｔｗと第１、２所定温度Ｔ１、Ｔ２との大小を比較する（Ｓ１１０）。ここで、第２所定温度Ｔ２は第１所定温度Ｔ１より高い温度であり、本実施形態では、第１所定温度Ｔ１は１００℃であり、第１所定温度Ｔ２は１１０℃である。
【００２６】
そして、エンジン水温Ｔｗが第１所定温度Ｔ１より高く、かつ、第２所定温度Ｔ２より低いとき（Ｔ１＜Ｔｗ＜Ｔ２）には、エンジン２００の負荷及び発熱量が増大したものと見なして、第１ポンプ１３１が稼働しているか否か、すなわち吸着式冷凍機１００が稼働しているか否かを判定し（Ｓ１２０）、吸着式冷凍機１００（第１電動ポンプ１３１）が停止しているときには、第１〜４切換弁１１３〜１１６を図６の実線で示すように作動させる（Ｓ１３０）。
【００２７】
これにより、エンジン２００で加熱されたエンジン冷却水は、冷凍機本体１１０内を流通して室外器１２０に流入し、外気にて冷却された後、再び冷凍機本体１１０内を流通してエンジン２００に戻る（図６の太い実線）。つまり、エンジン冷却水は、室外器１２０及びラジエータ２１０の両者で冷却されることとなる。
【００２８】
一方、Ｓ１２０にて吸着式冷凍機１００（第１電動ポンプ１３１）が稼働していると判定されたときには、送風機４３０の送風量を増大させて吸着式冷凍機１００（吸着工程にある吸着器）にて発揮される冷凍能力を増大させる（Ｓ１４０）。
また、Ｓ１１０にてエンジン水温Ｔｗが第２所定温度Ｔ２以上であると判定されたときには、エンジン２００の負荷及び発熱量が最大になったものと見なして、吸着式冷凍機１００（第１電動ポンプ１３１）の稼働状態によらず、エンジン冷却水を室外器１２０に流通させて、エンジン冷却水を室外器１２０及びラジエータ２１０の両者で冷却する（Ｓ１３０）。
【００２９】
なお、Ｓ１１０にてエンジン水温Ｔｗが第１所定温度Ｔ１以下であると判定されたときは、Ｓ１００に戻る。次に、本実施形態の特徴を述べる。エンジン水温Ｔｗが第１所定温度Ｔ１より高く、かつ、第２所定温度Ｔ２より低いときであって、吸着式冷凍機１００が停止しているときには、エンジン冷却水を室外器１２０にも流通させて、ラジエータ２１０及び室外器１２０にてエンジン冷却水を直接に冷却するので、ラジエータ２１０単体でエンジン冷却水を冷却する場合に比べて、ラジエータ２１０の小型化を図ることができる。
【００３０】
また、エンジン水温Ｔｗが第１所定温度Ｔ１より高く、かつ、第２所定温度Ｔ２より低いときであって、吸着式冷凍機１００が稼働しているときには、送風機４３０の送風量を増大させて吸着式冷凍機１００（吸着工程にある吸着器）にて発揮される冷凍能力を増大させるので、増大した冷凍能力に応じて吸着式冷凍機１００（脱離工程にある吸着器）にて吸熱される熱量が増大する。
【００３１】
したがって、エンジン冷却水を間接的に冷却することができるので、ラジエータ２１０単体でエンジン冷却水を冷却する場合に比べて、ラジエータ２１０の小型化を図ることができる。
因みに、吸着式冷凍機１００の一般的な成績係数（冷凍能力／脱離工程にて吸熱した熱力）は、約０．５であるので、冷凍能力を２ｋｗ増大させれば、エンジン冷却水の冷却能力が約４ｋｗ増加する。
【００３２】
なお、この場合、室内器４４０を通過する吹出空気の温度が過度に低下する可能性があるが、ヒータコア４５０にて再加熱するので、実際に車室内に吹き出す吹出空気の温度が過度に低下することはない。
また、エンジン水温が第２所定温度Ｔ２以上となったときには、吸着式冷凍機１００の稼働状態によらず、エンジン冷却水を室外器１４０に流通させてラジエータ２１０及び室外器１４０にてエンジン冷却水を冷却するので、上述のごとく、ラジエータ２１０単体でエンジン冷却水を冷却する場合に比べて、ラジエータ２１０の小型化を図ることができる。
【００３３】
なお、室外器１２０（吸着式冷凍機１００）にてエンジン冷却水を冷却するときは、空調装置にて冷房運転を行うことができなくなるおそれがある。
しかし、室外器１２０（吸着式冷凍機１００）にてエンジン冷却水を冷却する必要がある場合とは、車両加速時や急勾配登坂時等の限られた時間であり、走行時の多くの場合は、市街地走行時のごとく、エンジンの負荷が小さいときであるので、上述のごとくラジエータ２１０を小型化しても、実用上、問題ない。
【００３４】
ところで、上述の実施形態では、吸着剤Ｓｉとしてシリカゲルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸着剤Ｓｉとして活性炭、ゼオライト、活性アルミナなどを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、液冷媒として水を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルコール、フロンなど吸着剤Ｓｉに吸着されるものであれば、その他の物であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る車両用空調装置の模式図である。
【図２】実施形態に係る車両用空調装置の搭載状態を示す模式図である。
【図３】冷凍機本体の模式図である。
【図４】コントロールパネルの正面図である。
【図５】実施形態に係る車両用空調装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図６】冷凍機本体の模式図である。
【符号の説明】
１００…吸着式冷凍機、１１０…冷凍機本体、１２０…車室外熱交換器、
４３０…送風機、４４０…車室内熱交換器。

Claims

液冷式内燃機関（２００）、及び前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却するラジエータ（２１０）を有する車両に適用される車両用吸着式冷凍機であって、
蒸気冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着した蒸気冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）及び液冷媒が封入され、冷凍能力を発揮する吸着器（１１１、１１２）と、
前記吸着器（１１１、１１２）内を循環する冷却液を冷却する車室外熱交換器（１２０）とを備え、
前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が所定温度（Ｔ１、Ｔ２）より高いときには、前記ラジエータ（２１０）及び前記車室外熱交換器（１２０）にて前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却することを特徴とする車両用吸着式冷凍機。
液冷式内燃機関（２００）、及び前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却するラジエータ（２１０）を有する車両に適用される車両用吸着式冷凍機であって、
蒸気冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着した蒸気冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）及び液冷媒が封入され、冷凍能力を発揮する吸着器（１１１、１１２）と、
前記吸着器（１１１、１１２）内を循環する冷却液を冷却する車室外熱交換器（１２０）とを備え、
蒸気冷媒を吸着させて前記吸着器（１１１、１１２）にて冷凍能力を発揮させる吸着工程と、前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液にて前記吸着剤（Ｓｉ）を加熱して蒸気冷媒を脱離させる脱離工程とを切り替え運転し、
さらに、前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が所定温度（Ｔ１）より高いときには、前記吸着工程にある前記吸着器（１１１、１１２）にて発揮する冷凍能力を増大させ、この増大した冷凍能力に応じて前記脱離工程にある前記吸着器（１１１、１１２）にて前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液から吸熱される熱量を増大させることを特徴とする車両用吸着式冷凍機。
液冷式内燃機関（２００）、及び前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却するラジエータ（２１０）を有する車両に適用される車両用吸着式冷凍機であって、
蒸気冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着した蒸気冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）及び液冷媒が封入され、冷凍能力を発揮する吸着器（１１１、１１２）と、
冷凍能力を発揮する前記吸着器（１１１、１１２）により冷却された熱交換媒体と車室内に吹き出す吹出空気とを熱交換し、前記吹出空気を冷却する車室内熱交換器（４４０）と、前記熱交換媒体を循環させるポンプ手段（１３１）と、
前記吸着器（１１１、１１２）内を循環する冷却液を冷却する車室外熱交換器（１２０）とを備え、
蒸気冷媒を吸着させて前記吸着器（１１１、１１２）にて冷凍能力を発揮させる吸着工程と、前記冷却液にて前記吸着剤（Ｓｉ）を加熱して蒸気冷媒を脱離させる脱離工程とを切り替え運転し、
前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度として、第１所定温度（Ｔ１）と前記第１所定温度（Ｔ１）より高い第２所定温度（Ｔ２）とをあらかじめ設定しておき、
前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が前記第１所定温度（Ｔ１）より高く、かつ、前記第２所定温度（Ｔ２）より低いときであって、前記ポンプ手段（１３１）が停止しているときには、前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を車室外熱交換器（１２０）にも流通させて、前記ラジエータ（２１０）及び前記車室外熱交換器（１２０）にて前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却し、
前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が前記第１所定温度（Ｔ１）より高く、かつ、前記第２所定温度（Ｔ２）より低いときであって、前記ポンプ手段（１３１）が稼働しているときには、前記吸着工程にて発揮する冷凍能力を増大させ、
さらに、前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液の温度が前記第２所定温度（Ｔ２）以上となったときには、前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を車室外熱交換器（１２０）にも流通させて、前記ラジエータ（２１０）及び前記車室外熱交換器（１２０）にて前記液冷式内燃機関（２００）の冷却液を冷却することを特徴とする車両用吸着式冷凍機。