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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Die Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-261004 , eingereicht am 18. Dezember 2013, deren Inhalte hier in ihrer Gesamtheit per Referenz eingebunden sind.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Adsorber mit einem Adsorptionsmittel, das ein Fluid adsorbiert und desorbiert, und eine Adsorptionskühlvorrichtung, die den Adsorber umfasst.
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Hintergrundtechnik
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In der verwandten Technik wird ein Adsorber für die Verwendung in einer Adsorptionskühlvorrichtung offenbart, die eine Adsorptionsschicht umfasst, die an einem Außenumfang einer Wärmemediumrohrleitung für die Strömung eines Wärmemediums bereitgestellt ist und eine Mischung aus einem Adsorptionsmittel und einem Wärmeübertragungselement enthält (siehe z. B. Patentdokument 1).
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Dokument der verwandten Technik
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei 04-148194
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Zusammenfassung der Erfindung
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In dem in dem vorstehend beschriebenen Patentdokument 1 beschriebenen Adsorber wird eine Adsorptionskapazität Q (Adsorptionsvermögen) durch die nachstehende Formel 1 dargestellt.
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(Formel 1)
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Q = G·ΔH·ΔC·η/τ
- wobei G eine Adsorptionsmittelmenge ist, ΔH eine latente Wärme eines Kältemittels, das von dem Adsorptionsmittel adsorbiert und desorbiert wird, ist, ΔC eine Adsorptionskapazität ist, η ein Adsorptionswirkungsgrad ist und τ eine Schaltzeit ist. Der Begriff „Schaltzeit τ”, wie er hier verwendet wird, bedeutet eine Zeit, die es braucht, um zwischen einem Adsorptionsbetrieb zum Adsorbieren des Kältemittels in dem Adsorptionsmittel und einem Desorptionsbetrieb zum Desorbieren des adsorbierten Kältemittels von dem Adsorptionsmittel umzuschalten.
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Wenn die Adsorptionsmittelmenge G zunimmt, wird seine Adsorptionskapazität Q, wie aus der Formel 1 zu erkennen, verbessert. Wenn jedoch der Anteil der Adsorptionsmittelmenge in der Adsorptionsmittelschicht vergrößert wird, wird der Adsorptionswirkungsgrad η stärker verringert als die Zunahme des Anteils der Adsorptionsmenge G, weil das Adsorptionsmittel einen hohen Wärmewiderstand hat, was zu der Verschlechterung der Adsorptionskapazität Q führt.
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Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts der vorangehenden Angelegenheit gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Adsorber und eine Adsorptionskühlvorrichtung bereitzustellen, die die Adsorptionskapazität verbessern können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Adsorber eine Wärmemediumrohrleitung, durch die ein Wärmemedium strömt, eine Adsorptionsmittelschicht, die ein Adsorptionsmittel umfasst, das ein dampfphasiges Kältemittel adsorbiert, das außerhalb der Wärmemediumrohrleitung angeordnet ist, indem es von dem Wärmemedium gekühlt wird, und das adsorbierte Kältemittel desorbiert, indem es geheizt wird, und ein Wärmeübertragungselement, das Wärme zwischen der Wärmemediumrohrleitung und dem Adsorptionsmittel überträgt, wobei das Wärmeübertragungselement und das Adsorptionsmittel integral ausgebildet sind. in dem Adsorber ist ein Adsorptionsmitteifüllverhältnis ϕ 70% oder weniger, wenn das Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ als ein Wert definiert ist, der durch Dividieren einer Fülldichte ρ des Adsorptionsmittels, das in die Adsorptionsmittelschicht gefüllt ist, durch eine wahre Dichte ρabs von Partikeln des Adsorptionsmittels erhalten wird.
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Somit wird das Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ auf 70% oder weniger festgelegt, um die Verbesserung des Adsorptionswirkungsgrads zu ermöglichen, wodurch die Adsorptionskapazität verbessert wird.
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Beachten Sie, dass der Ausdruck „das Wärmeübertragungselement und das Adsorptionsmittel sind integral ausgebildet”, wie er in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, bedeutet, dass das Adsorptionsmittel in Bezug auf das Wärmeübertragungselement dreidimensional angeordnet ist. Wenn die Wärmemediumrohrleitung aus einer kreisförmigen Rohrleitung aufgebaut ist, und mehrere plattenförmige Wärmeübertagungselemente an der Außenoberfläche der Wärmemediumrohrleitung bereitgestellt sind, bedeutet der Ausdruck „das Wärmeübertragungselement und das Adsorptionsmittel sind integral ausgebildet”, dass das Adsorptionsmittel nicht nur in der Längsrichtung des Wärmeübertragungselements (in der Radiusrichtung der Wärmemediumrohrleitung) in Bezug auf das Wärmeübertragungselement, sondern auch in der Längsrichtung (Achsenrichtung) der Wärmemediumrohrleitung ebenso wie in der Umfangsrichtung der Wärmemediumrohrleitung dreidimensional angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm einer Adsorptionskühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, während ein erster Betriebszustand gezeigt wird.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen ersten Adsorber in der ersten Ausführungsform zeigt.
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3 ist ein Gesamtaufbaudiagramm der Adsorptionskühlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, während ein zweiter Betriebszustand gezeigt wird.
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4 ist ein Charakteristikdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Schaltzeit und einer Adsorptionskapazität zeigt.
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5 ist ein Charakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Schaltzeit und einem Adsorptionswirkungsgrad zeigt.
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6 ist ein Charakteristikdiagramm, das Änderungen der Adsorptionskapazität zeigt, wenn ein Bestandteilmaterial eines Wärmeübertragungselements geändert wird.
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7 ist eine Vorderansicht, die einen ersten Adsorber gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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8 ist eine entlang der Linie VIII-VIII von 7 genommene Querschnittansicht.
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9 ist eine entlang der Linie IX-IX von 8 genommene Querschnittansicht.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Beachten Sie, dass in den nachstehenden Ausführungsformen die gleichen oder äquivalenten Teile über die Figuren hinweg durch die gleichen Bezugszeichen angezeigt werden.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird basierend auf 1 bis 6 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Adsorptionskühlvorrichtung zwei Adsorber, nämlich erste und zweite Adsorber 11 und 12, einen Kondensator 13 und einen Verdampfer 14.
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Ein erstes Wärmemedium (in der vorliegenden Ausführungsform Wasser) zirkuliert durch das Innere der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12. Ein Adsorptionsmittel zum Adsorbieren und Desorbieren eines Kältemittels wird an den Oberflächen der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 festgehalten.
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Das erste Wärmmedium, das durch das Innere der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 zirkuliert, kann zwischen einem von einer Wärmequelle 15 geheizten Hochtemperaturwärmemedium und einem von einer Außeneinheit 16 gekühlten Wärmemedium geschaltet werden. Die Außeneinheit 16 ist ein Wärmeabführungswärmetauscher, der das erste Wärmemedium durch Austauschen von Wärme zwischen dem Wärmemedium und der Außenluft kühlt.
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Wenn das Niedertemperaturwärmemedium durch das Innere der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 zirkuliert, adsorbiert das Adsorptionsmittel das Dampfkältemittel. Wenn das Hochtemperaturwärmemedium durch das Innere der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 zirkuliert, desorbiert das Adsorptionsmittel das Kältemittel. Zum Beispiel können Zeolith, Silikagel und ähnliche als das Adsorptionsmittel verwendet werden.
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Der Kondensator 13 kondensiert ein Dampfkältemittel (in der vorliegenden Ausführungsform Wasserdampf), das von einem der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 desorbiert wird, durch Austauschen von Wärme zwischen dem Dampfkältemittel und dem ersten Wärmemedium, das von der Außeneinheit 16 gekühlt wird.
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Der Verdampfer 14 verdampft ein flüssiges Kältemittel (in der vorliegenden Ausführungsform Wasser), das von dem Kondensator 13 in ihn strömt und von diesem kondensiert wurde, durch Austauschen von Wärme zwischen dem flüssigen Kältemittel und dem zweiten Wärmemedium (in der vorliegenden Ausführungsform Wasser) von einer Inneneinheit 17. Das von dem Verdampfer 14 verdampfte Dampfkältemittel wird von einem der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 adsorbiert. Die Inneneinheit 17 ist ein Kühlwärmetauscher, der die Innenluft durch Austauschen von Wärme zwischen dem zweiten Wärmemedium, dessen Wärme von dem Verdampfer 14 aufgenommen wird, und der Innenluft kühlt.
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Die Zirkulation des Dampfkältemittels zwischen den ersten und zweiten Adsorbern 11 und 12, dem Kondensator 13 und dem Verdampfer 14 wird durch ein Verdampferventil 18 gesteuert.
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Bezug nehmend auf 1 ermöglichen Pumpen 19 und 20 die Zirkulation des ersten Wärmemediums, und eine Pumpe 21 ermöglicht die Zirkulation des zweiten Wärmemediums. Schaltventile 22 und 23 schalten eine Zirkulationsroute für das erste Wärmemedium.
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Als nächstes werden die Strukturen der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Da der erste Adsorber 11 und der zweite Adsorber 12 die gleiche Struktur haben, wird hier nachstehend der erste Adsorber 11 beschrieben, und die Beschreibung des zweiten Adsorbers 12 wird weggelassen.
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Wie in 2 gezeigt, hat der erste Adsorber 11 eine Wärmemediumrohrleitung 121, durch die das Wärmemedium strömt. Die Wärmemediumrohrleitung 121 ist aus Metall mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit (in der vorliegenden Ausführungsform Kupfer oder eine Kupferlegierung) hergestellt. Eine Adsorptionsschicht 122 ist auf der Außenseite der Wärmemediumrohrleitung 121 bereitgestellt.
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Insbesondere sind Wärmeübertragungselemente 123, die aus Metall mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit (in der vorliegenden Ausführungsform Kuper oder eine Kupferlegierung) hergestellt sind, metalisch mit der Außenoberfläche der Wärmemediumrohrleitung 121 verbunden. Jedes Wärmeübertragungselement 123 der vorliegenden Ausführungsform ist in einer Plattenform ausgebildet. Mehrere der Wärmeübertragungselemente 123 sind in gleich großen Intervallen mit einem vorgegebenen Abstand P angeordnet. Die Anordnungsrichtung der mehreren Wärmeübertragungselemente 123 ist parallel zu der Strömungsrichtung des Wärmemediums durch die Wärmemediumrohrleitung 121.
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Ein Adsorptionsmittel 124 ist zwischen die benachbarten Wärmeübertragungselemente 123 gefüllt. Auf diese Weise werden die Wärmeübertragungselemente 123 und das Adsorptionsmittel 124 integral ausgebildet. Das Adsorptionsmittel 124 adsorbiert das dampfphasige Kältemittel (Wasserdampf), das außerhalb der Wärmemediumrohrleitung 121 vorhanden ist, indem es durch das Wärmemedium gekühlt wird, und desorbiert ferner das adsorbierte Kältemittel (Wasserdampf), indem es geheizt wird. Das Adsorptionsmittel 124 besteht aus einer Anzahl von feinen Partikeln, zum Beispiel aus Silikagel oder Zeolith. Derartige Wärmeübertragungselemente 123 und Adsorptionsmittel 124 bilden die Adsorptionsschicht 122.
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Als nächstes wird der Betrieb der vorstehend erwähnten Struktur beschrieben. Die Adsorptionskühlvorrichtung ist aufgebaut, um zwischen einem Adsorber, der einen Adsorptionsschritt (Adsorptionsbetrieb) zum Adsorbieren des Kältemittels in das Adsorptionsmittel 124 und dem anderen Adsorber, der einen Desorptionsschritt (Desorptionsbetrieb) zum Desorbieren des adsorbierten Kältemittels von dem Adsorptionsmittel 124 ausführt, in den ersten und zweiten Adsorbern 11 und 12 umzuschalten.
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Insbesondere werden die Schaltventile 22 und 23 zuerst betrieben, wie in 1 gezeigt, wodurch zugelassen wird, dass das erste Wärmemedium mit hoher Temperatur zwischen der Wärmequelle 15 und dem ersten Adsorber 11 zirkuliert, und zugelassen wird, dass das erste Wärmemedium mit niedriger Temperatur zwischen der Außeneinheit 16 und jedem der zweiten Adsorber 12 und dem Kondensator 13 zirkuliert.
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Auf diese Weise führt der erste Adsorber 11 den Desorptionsbetrieb aus, um das adsorbierte Kältemittel zu desorbieren, während der zweite Adsorber 12 den Adsorptionsbetrieb ausführt, um das Dampfkältemittel zu adsorbieren, wodurch der erste Adsorber 11 das Adsorptionsmittel regeneriert, und die Luft, die in das Innere geblasen werden soll, wird mit einer von dem zweiten Adsorber 12 gezeigten Kältekapazität gekühlt.
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Wenn in diesem Zustand (dem ersten Betriebszustand) eine vorgegebene Zeit vergangen ist, werden die Schaltventile 22 und 23, wie in 3 gezeigt, betrieben, wodurch zugelassen wird, dass das erste Wärmemedium mit hoher Temperatur zwischen der Wärmequelle 15 und dem zweiten Adsorber 12 zirkuliert, und zugelassen wird, dass das erste Wärmemedium mit niedriger Temperatur zwischen der Aueneinheit 16 und jedem des ersten Adsorbers 11 und de Kondensators 13 zirkuliert.
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Auf diese Weise führt der erste Adsorber 11 den Adsorptionsbetrieb aus, während der zweite Adsorber 12 den Desorptionsbetrieb ausführt, wobei die klimatisierte Luft mit der von dem ersten Adsorber 11 gezeigten Kältekapazität gekühlt wird und das Adsorptionsmittel durch den zweiten Adsorber 12 regeneriert wird.
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Wenn in diesem Zustand (dem zweiten Betriebszustand) eine vorgegebene Zeit vergangen ist, werden die Schaltventile 22 und 23 betrieben, um die Adsorptionskühlvorrichtung wieder in den in 1 gezeigten Zustand (erster Betriebszustand) zu bringen. Auf diese Weise werden der in 1 gezeigte erste Betriebszustand und der in 3 gezeigte zweite Betriebszustand mit den vorgegebenen Zeitintervallen abwechselnd wiederholt, wodurch die Adsorptionskühlvorrichtung kontinuierlich betrieben wird.
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Die vorgegebene Zeit wird, wie jeweils anwendbar, basierend auf der Menge an verbleibendem flüssigen Kältemittel in einem Gehäuse 24, den Adsorptionsfähigkeiten der Adsorptionsmittel in den ersten und zweiten Adsorbern 12 und ähnlichem ausgewählt. Auf die vorgegebene Zeit wird hier nachstehend als eine Schaltzeit τ Bezug genommen. In der vorliegenden Ausführungsform ist in jedem der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 eine Adsorptionsschrittzeit, die eine erforderliche Zeit ist, um das Kältemittel in das Adsorptionsmittel 124 zu adsorbieren, gleich einer Desorptionsbetriebszeit, die eine erforderliche Zeit ist, um das desorbierte Kältemittel von dem Adsorptionsmittel 124 zu desorbieren.
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Wie vorstehend erwähnt, wird die Adsorptionskapazität Q jedes der ersten und zweiten Adsorber 11 und 12 durch die nachstehende Formel 1 dargestellt.
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(Formel 1)
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Zu dieser Zeit wird das Produkt aus der Adsorptionskapazität ΔC und dem Adsorptionswirkungsgrad η, wie in der nachstehenden Formel 2 gezeigt, durch die Funktion einer Adsorptionsmitteltemperatur Tad und einer Kältemitteltemperatur Tv dargestellt. ΔC·η ∝ f(Tad, Tv) wobei Tad die Adsorptionsmitteltemperatur ist und Tv die Kältemitteltemperatur ist.
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Hier wird die Adsorptionsmitteltemperatur Tad durch die Wärmeübertragungsberechnung unter Verwendung eines Wärmewiderstands von dem Wärmemedium zu dem Adsorptionsmittel 124 bestimmt. Wenn ein gewöhnliches Adsorptionsmittel, wie etwa Silikagel oder Zeolith, als das Adsorptionsmittel 124 verwendet wird, ist eine Wärmeleitfähigkeit des Adsorptionsmittels 124 in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 W/mK. Im Gegensatz dazu ist eine Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungselements 123, das aus Kupfer, Aluminium, etc. ausgebildet ist, in der Größenordnung von einigen hunderten W/mK. Auf diese Weise ist der Wärmewiderstand des Adsorptionsmittels 124 im Vergleich zu dem Wärmeübertragungselement 123 sehr hoch.
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Auf diese Weise beeinflusst ein Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124 die Adsorptionsmitteltemperatur stärker als es die Materialien des Adsorptionsmittels 124 und des Wärmeübertragungselements 124 tun und die Adsorptionskapazität η ist durch ein derartiges Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124 begrenzt.
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Das Füllverhältnis des Adsorptionsmittels 124 wird durch die nachstehende Formel 3 dargestellt.
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(Formel 3)
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Hier ist ρ eine Fülldichte des Adsorptionsmittels 124, das in die Adsorptionsschicht 122 gefüllt ist, und ρabs ist eine wahre Partikeldichte des Adsorptionsmittels 124. Die Fülldichte ρ des Adsorptionsmittels 124 wird durch die nachstehende Formel 4 dargestellt.
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(Formel 4)
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ρ = m/V
- wobei m ein Gewicht des Adsorptionsmittels 124 ist, das in die Adsorptionsschicht 122 gefüllt ist, und V das Gesamtvolumen der Adsorptionsschicht 122 ist.
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Hier zeigt
4 bei den Adsorbern
11 und
12, die Zeolith als das Adsorptionsmittel
124 verwenden und die aus Kupfer hergestellten Wärmeübertragungselemente
123 umfassen, die Änderungen der Adsorptionskapazität in Abhängigkeit von dem Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels
124, und
5 zeigt die Änderungen des Adsorptionswirkungsgrads in Abhängigkeit von dem Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels
124. Wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt, kann das Füllverhältnis des Adsorptionsmittels
124 durch Ändern der Dicke T und des Abstands P der Wärmeübertragungselemente
123 reguliert werden. [Tabelle 1]
| Adsorptionsmittelfüllverhältnis (%) | Dicke (μm) des Wärmeübertagungselements | Abstand (μm) des Wärmeübertragungselements |
| 90 | 60 | 600 |
| 80 | 60 | 300 |
| 70 | 60 | 200 |
| 60 | 60 | 150 |
| 40 | 60 | 100 |
| 15 | 60 | 70 |
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Beachten sie, dass die Obergrenze für das Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124 durch die Grenzen für die Herstellung der Wärmeübertragungselemente 123 bestimmt wird. Wenn das Wärmeübertragungselement 123 durch herkömmliche maschinelle Bearbeitung herstellt wird, ist die Obergrenze des Füllverhältnisses 90%.
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Wie aus 4 und 5 zu erkennen ist, wird die Adsorptionskapazität höher und der Adsorptionswirkungsgrad wird ebenfalls höher, wenn das Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124 verringert wird.
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Die Neigung, dass die Adsorptionskapazität höher wird, wenn das Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124 verringert wird, erscheint, wie in 4 gezeigt, bei der Schaltzeit τ im Bereich von 20 Sekunden bis 240 Sekunden beachtlich. Insbesondere durch Festlegen des Füllverhältnisses ϕ des Adsorptionsmittels 124 auf 70% oder weniger kann der Adsorber die Adsorptionskapazität sicherstellen, die zweimal so hoch wie die maximale Adsorptionskapazität (siehe einen weißen Kreis in 4) in einem herkömmlichen Adsorber (bei 90% Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124) oder höher ist. Ferner kann der Adsorber durch Festlegen des Füllverhältnisses ϕ des Adsorptionsmittels 124 auf 60% oder weniger die Adsorptionskapazität sicherstellen, die dreimal so hoch wie die maximale Adsorptionskapazität in dem herkömmlichen Adsorber oder höher ist.
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6 zeigt die Änderungen der Adsorptionskapazität, wenn das Bestandteilmaterial des Wärmeübertragungselements 123 in den vorstehend erwähnten Adsorbern 11 und 12 geändert wird. Insbesondere zeigt 6 die Änderung in der Adsorptionskapazität bei der Verwendung von Kupfer als das Bestandteilmaterial für das Wärmeübertragungselement 123 und die Änderung der Adsorptionskapazität bei der Verwendung von Aluminium als das Bestandteilmaterial für das Wärmeübertragungselement 123, wenn das Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124 auf 60% festgelegt wird.
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Wie aus 6 zu erkennen, ändert sich die Adsorptionskapazität in Bezug auf die Schaltzeit τ, je nachdem, ob das Bestandteilmaterial für das Wärmeübertragungselement 123 Kupfer oder Aluminium ist, kaum. Daher ändert sich die Neigung, dass die Adsorptionskapazität mit abnehmendem Füllverhältnis ϕ des Adsorptionsmittels 124 höher wird, selbst dann nicht, wenn das Bestandteilmaterial für das Wärmeübertragungselement 123 geändert wird.
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Wie vorstehend erklärt, wird das Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ auf 70% oder weniger festgelegt, wodurch die Adsorptionskapazität sicher zweimal höher als die in einem herkömmlichen Adsorber mit etwa 90% Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ gemacht wird. Somit kann die Adsorptionskapazität verbessert werden. Ferner wird das Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ auf 60% oder weniger festgelegt, wodurch die Adsorptionskapazität sicher dreimal höher als die in einem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Adsorber gemacht wird. Folglich kann die Adsorptionskapazität weiter verbessert werden. Wie in 4 gezeigt, kann das Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ zum Beispiel in einem Bereich von 15 bis 70% festgelegt werden. In diesem Fall kann die Adsorptionskapazität verbessert werden, während das häufige Umschalten unterdrückt wird.
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Zu dieser Zeit wird überlegt, dass, wie aus der vorstehend erwähnten Formel 1 zu erkennen ist, wenn das Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ verringert wird, die Adsorptionsmenge G verringert wird und die Adsorptionskapazität Q durch die Verringerung der Adsorptionsmittelmenge G verringert wird. Da jedoch der Adsorptionswirkungsgrad η stärker zunimmt als die Abnahme der Adsorptionsmenge G ist, wird die Adsorptionskapazität Q als ein Ergebnis verbessert.
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Das heißt, die vorliegende Ausführungsform kann die Adsorptionskapazität verbessern, obwohl das Adsorptionsmittelfüllverhältnis ϕ verringert ist, das heißt, obwohl die Adsorptionsmittelmenge verringert ist. Auf diese Weise können die Adsorber 11 und 12 verkleinert werden, während die Adsorptionskapazität verbessert wird. Durch Verkleinern der Adsorber 11 und 12 wird die Wärmekapazität jedes der Adsorber 11 und 12 verringert, wodurch es möglich gemacht wird, dass der gesamte Kältekreislauf der Adsorptionskühlvorrichtung einen hohen Leistungskoeffizienten (COP) zeigt.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezug auf 7 bis 9 beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch den Vergleich der Strukturen des ersten Adsorbers 11 und des zweiten Adsorbers 12. Da auch in der vorliegenden Ausführungsform der erste Adsorber 11 und der zweite Adsorber 12 die gleiche Struktur haben, wird hier nachstehend der erste Adsorber 11 beschrieben, und die Beschreibung des zweiten Adsorbers 12 wird weggelassen.
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Wie in 7, 8 und 9 beschrieben, umfasst der erste Adsorber 11 der vorliegenden Ausführungsform einen Adsorptionskern 120, der integral mit einem Metallgehäuse 30 ausgebildet und darin angeordnet ist. Der Adsorptionskern 120 umfasst Wärmemediumrohrleitungen 121. Das Wärmeübertragungselement 123 mit feinen Poren und das Adsorptionsmittel 124 sind an dem Umfang jeder Wärmemediumrohrleitung 121 bereitgestellt. Das heißt, der Adsorptionskern 120 umfasst die Wärmemediumrohrleitungen 121, wobei das Wärmeübertragungselement 123 feine Poren hat und das Adsorptionsmittel 124 in die feinen Poren gefüllt ist.
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Das Wärmeübertragungselement 123 ist ein Sinterkörper, der erhalten wird, indem ein Metallpulver mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit gesintert und gehärtet wird, indem es nicht geschmolzen, aber erhitzt wird. Das verwendete Metallpulver kann Kupfer oder eine Kupferlegierung sein. Zum Beispiel kann das Metallpulver aus jeder Form, wie etwa Pulver, Partikeln, Spänen oder Fasern (in der vorliegenden Ausführungsform Fasern) ausgebildet sein.
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Wenn der Sinterkörper wie vorstehend beschrieben gesintert wird, hat er durch Leerräume zwischen den Metallpartikeln die sogenannten 3D-netzartigen Poren darin ausgebildet. Die 3D-netzartigen Poren entsprechen den vorstehend erwähnten feinen Poren. Die feine Pore ist ein feines Loch, das fähig ist, das Adsorptionsmittel 124 mit einer feinen Kristallkorngröße in es einzufüllen. Das Metallpulver, das heißt, das Wärmeübertragungselement 123, ist durch Sintern mit den Wärmemediumrohrleitungen 121 metallisch verbunden (gekoppelt). Das Wärmeübertragungselement 123 ist an dem Umfang mehrerer zylindrischer Wärmemediumrohrleitungen 121 in einer derartigen Weise ausgebildet, dass es sich vollkommen entlang einer Richtung erstreckt und die zylindrische Form als die Gesamtform aufbaut.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 8 gezeigt, Kältemitteldurchgänge 125, durch die das Kältemittel zirkuliert, zwischen den Wärmemediumrohrleitungen 121 angeordnet. Im Gegensatz zu den vorstehend erwähnten 3D-netzartigen feinen Poren sind die Kältemitteldurchgänge 125 derart ausgebildet, dass sie sich zum Beispiel gerade in eine Richtung erstrecken. Insbesondere sind die Kältemitteldurchgänge 125 derart ausgebildet, dass sie sich in der Ausdehnungsrichtung der Wärmemediumrohrleitung 121, das heißt, in der Axialrichtung der zylindrischen Wärmemediumrohrleitung 121, erstrecken.
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Wie in 7 und 9 gezeigt, umfasst das Gehäuse 30 einen Gehäusehauptkörper 131, Bleche 132 und 133 und Behälter 134 und 135.
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Der Gehäusehauptkörper 131 ist zylindrisch derart ausgebildet, dass er fähig ist, das Wärmeübertragungselement 123 des zylindrischen Adsorptionskerns 120 darin aufzunehmen. Die Öffnung auf der oberen Endseite und die Öffnung auf der unteren Endseite des Gehäusehauptkörpers 131 können derart ausgebildet werden, dass sie mit den Blechen 132 und 132 abgedichtet sind. Eine Kältemittelzuströmungsrohrleitung 136 und eine Kältemittelausströmungsrohrleitung 137 sind oberhalb des Gehäusehauptkörpers 131 bereitgestellt, um fähig zu sein, das Kältemittel (Wasserdampf) zu der Adsorptionsschicht (mit Adsorptionsmittel gefüllte Schicht) des Adsorptionskerns 120 zu leiten.
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Auf diese Weise ist der Gehäusehauptkörper 131 mit den Blechen 132 und 133 abgedichtet, um zu ermöglichen, dass das Innere des Gehäusehauptkörpers unter Vakuum gehalten wird. Mit dieser Anordnung ist kein anderes Gas als das Kältemittel als ein Wärmemedium, das adsorbiert werden soll, in einem Innenraum vorhanden, der durch den Gehäusehauptkörper 131 und die Bleche 132 und 133 gebildet wird.
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In der Adsorptionsphase wird das Kältemittel von der Verdampferseite durch die Kältemittelzuströmungsrohrleitung 136 in die Kältemitteldurchgänge 125 verteilt. Das Kältemittel, das in die Kältemitteldurchgänge 125 verteilt wird, dringt in die Adsorptionsschicht. In der Desorptionsphase wird das Kältemittel von der Adsorptionsschicht abgegeben, und das abgegebene Kältemittel wird dann von der Kältemittelausströmungsrohrleitung 137 durch die jeweiligen Kältemitteldurchgänge 125 in die Kondensatorseite geleitet.
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Die Bleche 132 und 133 sind mit Durchgangslöchern 132a und 133a versehen, durch welche die Wärmemediumrohrleitung 121 hindurch geht. Die Wärmemediumrohrleitungen 121 sind hermetisch abgedichtet und an den Durchgangslöchern 132a und 133a durch Verbinden, wie etwa Hartlösten, fixiert.
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Die Behälter 134 und 135 sind jeweils mit einer Wärmemediumzuströmungsrohrleitung 138 und einer Wärmemediumausströmungsrohrleitung 139 versehen, welche das Wärmemedium leiten können. Das Wärmemedium strömt in die Wärmemediumzuströmungsrohrleitung 138 des unteren Behälters 134 und strömt dann durch die Wärmemediumrohrleitungen 121 aus der Wärmemediumausströmungsrohrleitung 139 des oberen Behälters 135. Ein derartiger unterer Behälter 134 und oberer Behälter 135 dienen dazu, das wärmegetauschte Medium an die mehreren Wärmemediumrohrleitungen 121 zu liefern und zu verteilen.
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Die Adsorber 11 und 12, die wie die vorliegende Ausführungsform das aus Metallpulver hergestellte Wärmeübertragungselement 123 umfassen, können auch die gleichen Ergebnisse wie die der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform erreichen.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt und an diesen Ausführungsformen können verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich und Geist der vorliegenden Offenbarung, wie nachstehend beschrieben, abzuweichen.
- (1) In den vorstehend erwähnten Ausführungsformen sind die Wärmemediumrohrleitung 121 und das Wärmeübertragungselement 123 beispielhaft aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Die Wärmemediumrohrleitung und das Wärmeübertragungselement können aus anderen Metallen, wie etwa nicht rostendem Stahl und Aluminium, hergestellt sein.
- (2) In den vorstehend erwähnten Ausführungsformen ist die Adsorptionsbetriebszeit in jedem der Adsorber 11 und 12 beispielhaft gleich der Desorptionsbetriebszeit. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt.
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Wenn die Adsorptionskühlvorrichtung den kontinuierlichen Kühlbetrieb (den Betrieb zum Kühlen der klimatisierten Luft mit der Kühlkapazität, welche die Adsorber 11 und 12 zeigen) ebenso wie den Betrieb als eine Wärmepumpe durchführt, ist die Adsorptionsbetriebszeit normalerweise gleich der Desorptionsbetriebszeit. Jedoch kann die vorliegende Offenbarung auf einen Fall angewendet werden, indem die Adsorptionsbetriebszeit verschieden zu der Desorptionsbetriebszeit ist. In diesem Fall ist die Adsorptionsleistung durch die Adsorptionsbetriebszeit beschränkt, und folglich kann die Adsorptionsbetriebszeit als die Schaltzeit τ betrachtet werden.
- (3) Wenngleich das Wärmeübertragungselement 123 in der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform beispielhaft aus Metallpulver hergestellt ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Das Wärmeübertragungselement 123 kann aus wenigstens einem Material ausgebildet werden, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Metallpulver, einer Metallfaser, einem Metallnetz und geschäumtem Metall besteht.
- (4) In der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform ist der Querschnitt in der Radiusrichtung jeder/s der Wärmemediumrohrleitung 121 und des Gehäuses 30 beispielhaft in einer kreisförmigen Form ausgebildet, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Querschnitt in der Radiusrichtung jeder/s der Wärmemediumrohrleitung und des Gehäuses können in einer beliebigen Form, wie etwa einer Ellipse oder einem Rechteck, ausgebildet sein.
