JPH11190568A

JPH11190568A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH11190568A
Application number: JP35821897A
Authority: JP
Inventors: Seiji Inoue; 誠司井上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JP4151095B2

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組み合
わせた冷凍装置において、少ない動力で十分な冷凍能力
を得る。【解決手段】第１蒸気圧縮式冷凍機１１０により吸着
冷凍機１３０の再生（吸着剤Ｓｉの加熱および脱離した
蒸気冷媒の冷却）を行い、吸着式冷凍機１３０により第
２蒸気圧縮式冷凍機１２０の凝縮器１２４を冷却する。
これにより、第２凝縮器１２２内の圧力を下げることが
できるので、第２圧縮機１２１の動力（圧縮仕事）を低
減することができ、少ない動力で十分な冷凍能力を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒を圧縮蒸発さ
せることにより冷却能力を得る蒸気圧縮式冷凍機と、略
真空（０．１ｍｍＨｇ）に保持された吸着器内に蒸気冷
媒を吸着する吸着剤および液冷媒を収納した吸着式冷凍
機とを組み合わせた冷凍装置に関するもので、空調装置
に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組
み合わせた冷凍装置としては、特開平３−１８６１６３
号公報がある。そして、上記公報に記載の発明は、蒸気
圧縮式冷凍機の廃熱（凝縮熱）により、吸着式冷凍機の
再生（吸着剤に吸着された蒸気冷媒を脱離させる行為）
効率の向上を図るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、比較的小型の
冷凍装置（一般家庭用または小型業務用空調装置等）で
は、蒸気圧縮式冷凍機からの廃熱温度が比較的低い（通
常は約６０℃以下）ので、上記公報に記載の発明では、
再生時に吸着剤および液冷媒を高い温度まで上げること
ができない。

【０００４】したがって、上記公報に記載の発明では、
吸着時と再生時との温度差が比較的小さいので、十分な
冷凍能力を得ることが困難である。本発明は、上記点に
鑑み、蒸気圧縮式冷凍機と吸着式冷凍機とを組み合わせ
た冷凍装置において、少ない動力で十分な冷凍能力を得
ることを目的とする。

【０００５】

【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、第１蒸気圧縮式冷凍機（１１０）の凝
縮器（１１１）にて発生する熱により、再生状態にある
吸着器（１３１ａ、１３１ｂ）内の吸着剤（Ｓｉ）を加
熱し、再生状態にある吸着器（１３１ａ、１３１ｂ）内
の蒸気冷媒を第１蒸気圧縮式冷凍機（１１０）の蒸発器
（１１４）の冷却作用により凝縮させ、吸着状態にある
吸着器（１３１ａ、１３１ｂ）の冷却作用により、第２
蒸気圧縮式冷凍機（１２０）の凝縮器（１２２）を冷却
し、第２蒸気圧縮式冷凍機（１２０）の蒸発器（１２
４）により被冷却体を冷却することを特徴とする。

【０００６】これにより、第２蒸気圧縮式冷凍機（１２
０）の凝縮器（１２２）内の圧力を下げることができる
ので、第２蒸気圧縮式冷凍機（１２０）の圧縮機（１２
１）の動力（圧縮仕事）を低減することができる。した
がって、第１、２蒸気圧縮式冷凍機（１１０、１２０）
と吸着式冷凍機（１３０）とを組み合わせた冷凍装置に
おいて、少ない動力で十分な冷凍能力を得ることができ
る。

【０００７】請求項２〜４に記載の発明では、吸着状態
にある吸着器（１３１ａ）の冷却作用により凝縮器（１
１２）を冷却するとともに、蒸発器（１１４）により被
冷却体を冷却する状態と、凝縮器（１１２）にて発生す
る熱により吸着剤（Ｓｉ）を加熱して吸着された蒸気冷
媒を脱離させるとともに、吸着剤（Ｓｉ）から脱離した
蒸気冷媒を蒸発器（１１４）の冷却作用により凝縮させ
る再生状態とを一定時間毎に切り替えることを特徴とす
る。

【０００８】これにより、請求項１に記載の発明と同等
の効果を得ながら、冷凍装置の構成を簡素なものとし
て、冷凍装置の製造原価低減を図ることができる。とこ
ろで、請求項２に記載の発明では、一定時間毎に吸着状
態と再生状態とを切り替えて運転するので、再生状態で
は被冷却体を冷却することができない場合がある。

【０００９】そこで、請求項３に記載の発明では、蒸発
器（１１４）により冷却される蓄冷材（１５０）を有す
るとともに、蓄冷材（１５０）は再生状態のときに被冷
却体を冷却することを特徴とする。これにより、蓄冷材
１５０により再生状態のときに室内空気の冷却をするこ
とができる。

【００１０】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る冷凍装置１００を室内の冷房を図る空調装
置に適用したものであり、図１は本実施形態に係る冷凍
装置１００の模式図である。図１中、１１０、１２０は
フロンを冷媒とする第１、２蒸気圧縮式冷凍機であり、
これら第１、２蒸気圧縮式冷凍機１１０、１２０は、周
知のごとく、第１、２圧縮機１１１、１２１、第１、２
凝縮器（放熱器）１１２、１２２、第１、２減圧器１１
３、１２３、第１、２蒸発器１１４、１２４および第
１、２アキュームレータ１１５、１２５を有して構成さ
れている。

【００１２】因みに、第１、２圧縮機１１１、１２１は
電動モータ（図示せず）により駆動されるとともに、そ
の回転数は電動モータを制御することにより行われ、第
１、２減圧器１１３、１２３はキャピラリーチューブ等
の固定絞り手段である。また、蒸発器１１４、１２４は
冷媒を蒸発させることにより冷凍能力を発揮するもので
あり、第１、２アキュームレータ１１５、１２５各々は
蒸発器１１４から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒と
に分離して気相冷媒を第１、２圧縮機１１１、１２１の
吸入側に流出するものである。

【００１３】１３１ａ、１３１ｂは内部が略真空（０．
１ｍｍＨｇ）に保持された第１、２吸着器であり、この
第１、２吸着器１３１ａ、１３１ｂ内には、液冷媒（本
実施形態では水）Ｌｒと、蒸発した液冷媒（水蒸気）を
吸着する吸着剤（本実施形態ではシリカゲル）Ｓｉとが
収納されている。そして、吸着剤Ｓｉが配設されている
部位には第１、２吸着剤熱交換器１３２ａ、１３２ｂが
配設され、液冷媒Ｌｒが位置している部位には第１、２
水熱交換器１３３ａ、１３３ｂが配設されており、各熱
交換器１３２ａ、１３２ｂ、１３３ａ、１３３ｂ内には
熱交換媒体（本実施形態では水）が循環している。

【００１４】また、１３４は室外に配設されて熱交換媒
体と室外空気とを熱交換する室外熱交換器であり、１３
５ａ〜１３５ｄは、熱交換媒体を循環させる第１〜４ポ
ンプである。そして、各熱交換器１３２ａ、１３２ｂ、
１３３ａ、１３３ｂ、１３４、第１、２凝縮器１１２、
１２２および第１、２蒸発器１１４、１２４間における
熱交換媒体の流通状態の制御は、第１〜４四方弁１３６
ａ〜１３６ｄを切り替え制御することにより行われる。
なお、第１〜４四方弁１３６ａ〜１３６ｄおよび第１〜
４ポンプ１３５ａ〜１３５ｄは、電子制御装置（図示せ
ず）により作動制御されている。

【００１５】そして、本実施形態では、第１、２吸着器
１３１ａ、１３１ｂおよび各熱交換器１３２ａ、１３２
ｂ、１３３ａ、１３３ｂ、１３４等から吸着式冷凍機１
３０が構成されている。次に、冷凍装置１００の作動を
述べる。図１は第１吸着器１３１ａが吸着状態にあり、
第２吸着器１３１ｂが再生状態にあるときを示してお
り、第１吸着器１３１ａ内では液冷媒Ｌｒの蒸発が進行
するので、第１水熱交換器１３３ａを流通する熱交換媒
体が冷却されて第２凝縮器１２２を冷却する。

【００１６】このとき、第１吸着剤熱交換器１３２ａに
は、室外熱交換器１３４にて室外空気で冷却された熱交
換媒体が流通しているので、吸着剤Ｓｉが冷却される。
したがって、吸着剤Ｓｉの温度上昇が抑制されるので、
吸着剤Ｓｉの吸着能力の低下を防止して、吸着式冷凍機
１３０の冷却能力の低下を防止する。一方、第２吸着剤
熱交換器１３２ｂには、第１凝縮器１１２にて加熱され
た熱交換媒体が流通するので、第２吸着器１３１ｂの吸
着剤Ｓｉは吸着した水蒸気を脱離する。また、第２水熱
交換器１３３ｂには室外熱交換器１３４にて室外空気で
冷却された熱交換媒体が流通しているので、脱離した水
蒸気が凝縮して再生する。

【００１７】そして、電子制御装置は、第１〜４四方弁
１３６ａ〜１３６ｄを一定時間毎に切り替える制御する
ことにより、両吸着器１３１ａ、１３１ｂが交互に吸着
状態と再生状態とになるように制御している。因みに、
図２は第２吸着器１３１ｂが吸着状態で第１吸着器１３
１ａが脱離状態の場合の模式図である。なお、図３は、
吸着器１３１ａ、１３１ｂ内の吸着剤Ｓｉの状態を示す
吸着等温線であり、吸着剤Ｓｉの水分吸着率は、図３に
示すように、吸着剤Ｓｉの温度および液冷媒Ｌｒの温度
によって決定される。そして、吸着剤Ｓｉは、Ａ点（再
生状態）とＢ点（吸着状態）との差分の水分を吸着する
ととともに、その吸着水分量に対応する蒸発潜熱が吸着
冷凍機１３０の冷凍能力となる。

【００１８】因みに、図３から明らかなように、第１〜
４四方弁１３６ａ〜１３６ｄを切り替える時間は、吸着
剤Ｓｉの種類、吸着剤Ｓｉの粒径、吸着剤Ｓｉの充填量
などによてって適宜選定されるものであるが、本実施形
態では、約２〜１０分毎に切り替えている。次に、本実
施形態の特徴を述べる。

【００１９】本実施形態によれば、吸着式冷凍機１３０
により第２凝縮器１２２が冷却されるので、第２凝縮器
１２２内の圧力を下げることができる。したがって、第
２圧縮機１２１の動力（圧縮仕事）を低減することがで
きるので、第１、２蒸気圧縮式冷凍機１１０、１２０と
吸着式冷凍機１３０とを組み合わせた冷凍装置１００に
おいて、少ない動力で十分な冷凍能力を得ることができ
る。

【００２０】以下、本実施形態の特徴を具体的な例を挙
げて説明しておく。図４の実線は第１蒸気圧縮式冷凍機
１１０のモリエル線図であり、図４の破線は第２蒸気圧
縮式冷凍機１２０のモリエル線図である。そして、図４
から明らかなように、第１蒸気圧縮式冷凍機１１０の高
圧側（第１凝縮器１１２側）圧力が０．８８［ＭＰ
ａ］、低圧側（第１蒸発器１１４側）圧力が０．４６
［ＭＰａ］であるので、成績係数（ＣＯＰ1 ）は約７．
２である。同様に、第２蒸気圧縮式冷凍機１２０の高圧
側（第２凝縮器１２２側）圧力が０．５９［ＭＰａ］、
低圧側（第２蒸発器１２４側）圧力が０．３５［ＭＰ
ａ］であるので、成績係数（ＣＯＰ2 ）は約９．９であ
る。

【００２１】ところで、本実施形態では、室内空気（被
冷却体）の冷却は第２蒸発器１２４にて行うので、第２
蒸発器１２４で必要とされる冷凍能力をＸ［Ｗ］とすれ
ば、第２圧縮機１２１の動力は０．１Ｘ（＝Ｘ／ＣＯＰ
2 ）［Ｗ］であり、第２凝縮器１２２で発生する熱量Ｑ
は｛Ｘ（１＋１／ＣＯＰ2 ）｝［Ｗ］となる。そして、
熱量Ｑは吸着式冷凍機１３０での冷凍能力に等しいの
で、吸着状態にある吸着器（１３１ａ）の水冷媒の蒸発
潜熱に等しくなり、この蒸発潜熱は、再生状態にある吸
着器（１３１ｂ）での蒸気冷媒の凝縮熱に等しい。した
がって、熱量Ｑは第１蒸気圧縮式冷凍機１１０の冷凍能
力に等しくなるので、第１圧縮機１１１の動力は０．１
５Ｘ（＝Ｑ／ＣＯＰ1 ）［Ｗ］となり、合計動力は０．
２５Ｘ「Ｗ］となる。

【００２２】一方、１つの蒸気圧縮式冷凍機にてＸ
［Ｗ］の冷凍能力を発揮するには、図５に示すように、
高圧側圧力が１．１７［ＭＰａ］、低圧側圧力が０．３
５［ＭＰａ］であるので、成績係数（ＣＯＰ）は約３．
６である。したがって、１つの蒸気圧縮式冷凍機にてＸ
［Ｗ］の冷凍能力を発揮するには０．２８Ｘ［Ｗ］必要
とするので、本実施形態では約１０％の省動力化を図る
ことができる。

【００２３】また、本実施形態では、第１蒸気圧縮冷凍
機１１０は、吸着式冷凍機１３０（吸着器１３１ａ、１
３１ｂ）の加熱及び冷却のみに使用していることに加え
て、吸着状態にある吸着剤Ｓｉが冷却されているので、
吸着剤Ｓｉの温度を吸着状態および再生状態のいずれの
状態においても、等しい温度とすることができる（図３
参照）。

【００２４】したがって、吸着剤Ｓｉ自体の温度を変化
させるに必要な熱量を必要としないので、吸着式冷凍機
１３０の効率を向上させることができるので、さらに冷
凍装置１００の効率を向上させることができる。（第２実施形態）本実施形態は、図６に示すように、第
１蒸気圧縮式冷凍機１１０を廃止して蒸気圧縮式冷凍機
を１つ（第２蒸気圧縮式冷凍機１２０のみ）とするとと
もに、吸着式冷凍機１３０の第１吸着器１３２ａを廃止
して吸着器を１つ（第２吸着器１３２ｂのみ）としたも
のである。

【００２５】そして、吸着状態にある吸着器１３２ａの
冷却作用により第１凝縮器１１２を冷却する場合と、第
１凝縮器１１２にて発生する熱により吸着剤１３２ａを
加熱して吸着された蒸気冷媒を脱離再生する場合とを一
定時間毎に切り替えることにより、疑似的に第１実施形
態に係る冷凍装置１００と同等としたものである。な
お、本実施形態では、第２蒸発器１２４と室内に配設さ
れた室内熱交換器１４０との間を熱交換媒体（本実施形
態では水）を循環させて（ブライン式により）室内空気
の冷却を図っている。因みに、１３６ｅ、１３６ｆは水
熱交換器１３３ｂと第２蒸発器１２４との間で熱交換媒
体を循環させる場合と、室内熱交換器１４０と第２蒸発
器１２４との間で熱交換媒体を循環させる場合と切り替
える四方弁である。

【００２６】これにより、第１実施形態に係る冷凍装置
１００と同等の効果を得ながら、冷凍装置１００の構成
を簡素なものとして、冷凍装置１００の製造原価低減を
図ることができる。（第３実施形態）第２実施形態では、一定時間毎に吸着
状態と再生状態とを切り替えて運転するので、再生状態
では室内空気を冷却することができない。

【００２７】そこで、本実施形態では、図７に示すよう
に、熱交換媒体の循環経路（本実施形態では室内熱交換
器１４０の下流側）に蓄冷材１５０を配設している。こ
れにより、再生状態に、第２蒸発器１２４、室内熱交換
器１４０および蓄冷材１５０間に熱交換媒体を循環させ
れば、蓄冷材１５０により室内空気の冷却をすることが
できる。

【００２８】なお、蓄冷材１５０は、物質の凝固融解を
利用する潜熱蓄冷材であり、本実施形態では、冷房温度
（５℃〜１５℃）程度で凝固融解するポリエチレングリ
コールである。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。

【００２９】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。また、上述の
実施形態では、圧縮機１１１に液冷媒が吸入されること
を防止すべく、アキュームレータ１２５を設けたが、ア
キュームレータ１２５を廃止して、減圧器１１３とし
て、蒸発器１１４の出口側加熱度を所定値となるように
減圧度（開度）を調節する温度式膨張弁を用いてもよ
い。なお、この場合に、凝縮器１１２の出口側にレシー
バを設けてもよい。

【００３０】また、上述の実施形態では、本発明に係る
冷凍装置１００を空調装置に適用したが、本発明に係る
冷凍装置は空調装置にその適用が限定されるものではな
く、その他の物を冷却する冷凍装置としても適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置におい
て、第１吸着器が吸着状態にある場合の模式図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置におい
て、第２吸着器が吸着状態にある場合の模式図である。

【図３】吸着剤の状態を示す吸着等温線である。

【図４】蒸気圧縮式冷凍機のモリエル線図である。

【図５】蒸気圧縮式冷凍機のモリエル線図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の模式図
である。

【図７】本発明の第３実施形態に係る冷凍装置の模式図
である。

【符号の説明】

１１０…第１蒸気圧縮式冷凍機、１１１…第１圧縮機、
１１２…第１凝縮器、１１３…第１減圧器、１１４…蒸
発器、１１５…第１アキュームレータ、１２０…第２蒸
気圧縮式冷凍機、１２１…第２圧縮機、１２２…第２凝
縮器、１２３…第２減圧器、１２５…第２アキュームレ
ータ、１３０…吸着式冷凍機、１３１ａ…第１吸着器、
１３１ｂ…第２吸着器、１３２ａ…第１吸着剤熱交換
器、１３２ｂ…第２吸着剤熱交換器、１３３ａ…第１水
熱交換器、１２３ｂ…第２水熱交換器、１３４…室外熱
交換器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機（１１１、１２１）、凝縮器（１
１２、１２２）、減圧器（１１３、１２３）および蒸発
器（１１４、１２４）を有する第１、２蒸気圧縮式冷凍
機（１１０、１２０）と、蒸気冷媒を吸着する吸着剤（Ｓｉ）および液冷媒が収納
された第１、２吸着器（１３１ａ、１３１ｂ）を有する
吸着式冷凍機（１３０）とを備え、前記両吸着器（１３１ａ、１３１ｂ）を吸着状態と吸着
された蒸気冷媒を脱離再生する再生状態とに一定時間毎
に切り替え、前記第１蒸気圧縮式冷凍機（１１０）の凝縮器（１１
１）にて発生する熱により、再生状態にある前記吸着器
（１３１ａ、１３１ｂ）内の前記吸着剤（Ｓｉ）を加熱
し、再生状態にある前記吸着器（１３１ａ、１３１ｂ）内の
蒸気冷媒を前記第１蒸気圧縮式冷凍機（１１０）の前記
蒸発器（１１４）の冷却作用により凝縮させ、吸着状態にある前記吸着器（１３１ａ、１３１ｂ）の冷
却作用により、前記第２蒸気圧縮式冷凍機（１２０）の
凝縮器（１２２）を冷却し、前記第２蒸気圧縮式冷凍機（１２０）の蒸発器（１２
４）により被冷却体を冷却することを特徴とする冷凍装
置。
【請求項２】圧縮機（１１１）、凝縮器（１１２）、
減圧器（１１３）および蒸発器（１１４）を有する蒸気
圧縮式冷凍機（１１０）と、液冷媒および蒸気冷媒を吸着する吸着剤（Ｓｉ）が収納
された吸着器（１３１ａ）を有する吸着式冷凍機（１３
０）とを備え、吸着状態にある前記吸着器（１３１ａ）の冷却作用によ
り前記凝縮器（１１２）を冷却するとともに、前記蒸発
器（１１４）により被冷却体を冷却する状態と、前記凝
縮器（１１２）にて発生する熱により前記吸着剤（Ｓ
ｉ）を加熱して吸着された蒸気冷媒を脱離させるととも
に、前記吸着剤（Ｓｉ）から脱離した蒸気冷媒を前記蒸
発器（１１４）の冷却作用により凝縮させる再生状態と
を一定時間毎に切り替えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】前記蒸発器（１１４）により冷却される
蓄冷材（１５０）を有しており、前記蓄冷材（１５０）は、前記再生状態のときに前記被
冷却体を冷却することを特徴とする請求項２に記載の冷
凍装置。
【請求項４】前記蓄冷材（１５０）は、物質の凝固融
解を利用する潜熱蓄冷材であることを特徴とする請求項
３に記載の冷凍装置。