JP2004125268A - 吸着式冷凍機用吸着器 - Google Patents

Abstract

【課題】体格や重量を大きくすることなくケーシングと熱交換器との干渉を防止することが可能な吸着式冷凍機用吸着器を提供すること。
【解決手段】ケーシング１１０の上面１１０ａおよび下面１１０ｂには、剛性を向上するための突出部１１１ｂ、１１２ｂが形成されている。突出部１１１ｂ、１１２ｂはプレス加工等により厚さが略均一に形成されているのでケーシング１１０の重量が大きくなることはない。したがって、吸着器１００の体格や重量を大きくすることなくケーシング１１０と熱交換器１２０、１３０とが干渉することを防止できる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着式冷凍機に適用される吸着器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機に適用される吸着器が知られている。このような吸着器は、冷媒および吸着剤が封入されたケーシングと、このケーシング内に設けられた熱交換器（蒸発／凝縮コアおよび吸着コア）とを備えている。また、ケーシング内は、液状冷媒の蒸発を促すとともに、吸着剤の吸着能力の低下を防止するために、略真空状態に保持する必要がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８２８３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術の吸着器では、ケーシング内を略真空にすると、内外の圧力差によりケーシングが内側に変形して熱交換器と干渉する場合がある。このような場合には、熱交換器の信頼性が低下するという不具合が発生する。
【０００５】
この不具合の対策として、ケーシングの構成部材を厚くして剛性を向上する方法や、ケーシングが変形しても熱交換器と干渉しないようにケーシングを大型化する方法があるが、いずれも、吸着器の体格や重量が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、体格や重量を大きくすることなくケーシングと熱交換器との干渉を防止することが可能な吸着式冷凍機用吸着器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機に適用される吸着器（１００）であって、
冷媒および吸着剤が封入されたケーシング（１１０）と、
ケーシング（１１０）内に設けられ、冷媒もしくは吸着剤と内部を流通する熱媒体とを熱交換する熱交換器（１２０、１３０）とを備え、
ケーシング（１１０）には、厚さが略均一な突出部（１１１ｂ、１１２ｂ）が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
これによると、突出部（１１１ｂ、１１２ｂ）によりケーシング（１１０）を大型化することなく剛性を向上することが可能である。また、突出部（１１１ｂ、１１２ｂ）は厚さが略均一に形成されているのでケーシング（１１０）の重量が大きくなることを防止することが可能である。したがって、吸着器（１００）の体格や重量を大きくすることなくケーシング（１１０）と熱交換器（１２０、１３０）との干渉を防止することが可能である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、ケーシング（１１０）には、ケーシング（１１０）内を略真空状態とすることに伴なう変形量を加味して、略真空状態とする前には、外側に向かって略球面状に膨出する膨出部（１１１ａ、１１２ａ）が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
これによると、ケーシング（１１０）内を略真空状態としたときには、変形量を加味した膨出部（１１１ａ、１１２ａ）が内側に変形する。したがって、吸着器（１００）の体格や重量を大きくすることなくケーシング（１１０）と熱交換器（１２０、１３０）との干渉を確実に防止することが可能である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、突出部（１１１ｂ、１１２ｂ）は、ケーシング（１１０）の下面（１１０ｂ）に形成されており、下面（１１０ｂ）の突出部（１１２ｂ）は、ケーシング（１１０）の内側に突出していることを特徴としている。
【００１２】
これによると、ケーシング（１１０）下面（１１０ｂ）側において熱交換器（１２０）より下方側の空間を小さくすることが可能である。ケーシング（１１０）内下面（１１０ｂ）側の熱交換器（１２０）より下方側の冷媒は、吸着器（１００）の冷凍能力に寄与し難い。したがって、冷凍能力に寄与し難い冷媒量を低減することが可能である。
【００１３】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
本実施形態は、本発明に係る吸着式冷凍機用吸着器を車両用の吸着式空調装置に適用したものであって、図１（ａ）は、吸着式冷凍機の模式図であり、図２（ｂ）は、吸着式空調装置の空調部の模式図である。なお、図１（ａ）に示された吸着器１００は模式的なものであり、実際の吸着器１００は図２に示すような概略構造となっている。
【００１６】
まず、図１に基づいて、吸着式冷凍機および吸着式空調装置について説明する。
【００１７】
図１（ａ）中、１００は本実施形態に係る吸着器であり、この吸着器１００は少なくとも２個設けられており、以下、図１（ａ）中上側の吸着器１００を第１吸着器１００と表記し、図１（ａ）中下側の吸着器１００を第２吸着器１００と表記し、第１、２吸着器を総称するときは、単に吸着器１００と表記する。なお、吸着器１００の詳細は、後述する。
【００１８】
２００は吸着器１００内を循環した熱媒体（本実施形態では、水にエチレングリコール系の不凍液を添加した流体でエンジン冷却水と同一なもの）と室外空気とを熱交換する室外熱交換器であり、３００は吸着器１００にて発生した冷凍能力により冷却された熱媒体と室内に吹き出す空気（以下、この空気を空調風と呼ぶ。）とを熱交換し、空調風を冷却する室内熱交換器である。
【００１９】
ちなみに、室内熱交換器３００は、図１（ｂ）に示すように、空調風の通路を形成する空調ケーシング３１０内に配設されており、この空調ケーシング３１０の空気流れ上流側には、例えば遠心式送風機３２０が配設されている。
【００２０】
なお、本実施形態では、水冷式エンジン（水冷式内燃機関）の冷却水（熱媒体と同じ流体）を吸着器１００（後述する第２熱交換器１３０）内に循環させることにより吸着剤の再生を行っており、４１０、４２０、４３０、４４０は熱媒体の循環経路を切り換える切換弁（四方弁）である。
【００２１】
次に、吸着器１００について説明する。
【００２２】
吸着器１００は、図２に示すように、内部が略真空に保たれた状態で冷媒（本実施形態では、水）が封入されたステンレス（本実施形態では、ＳＵＳ３０４）製のケーシング１１０、熱媒体とケーシング１１０内の冷媒（本実施形態では、水）との間で熱交換を行う第１熱交換器（蒸発／凝縮コア）１２０、吸着剤（本実施形態ではシリカゲル）を冷却又は加熱する第２熱交換器（吸着コア）１３０、および第２熱交換器１３０に形成された吸着剤に冷媒の液滴が付着することを防止する液滴捕集プレート１４０等から構成されている。両熱交換器１２０、１３０は、本実施形態における熱交換器である。
【００２３】
ここで、両熱交換器１２０、１３０は、アルミニウム（本実施形態では、例えばＡ３０００系のアルミニウム材にろう材が被覆されたもの）製のチューブおよびアルミニウム（本実施形態では、例えばＡ１０００系又は３０００系）製のフィン（後述するコア部１２１、１３１）、アルミニウム（本実施形態では、例えばＡ１０００系又は３０００系）製のタンク部１２２、１３２等からなるもので、第２熱交換器（吸着コア）１３０のチューブおよびフィン（後述するコア部１３１）の表面には、吸着剤が接着剤（本実施形態では、エポキシ樹脂）によって接着固定されている。
【００２４】
ちなみに、チューブは、熱媒体が流通する扁平状の管であり、フィンは外表面積を増大させて熱交換効率を増大させる波状に形成されたものであり、これらはタンク部等とともにろう付けにより一体化され、両熱交換器１２０、１３０のコア部１２１、１３１を形成している。そして、両熱交換器１２０、１３０は、互いのコア部１２１、１３１の形成面が対向するようにケーシング１１０内に収納されている。
【００２５】
第１熱交換器１２０の第２熱交換器１３０側（上側）には、コア部１２１を覆うように液滴捕集プレート１４０が形成されている。液滴捕集プレート１４０は開口部１４２を有する板状部材であり、開口部１４２にはルーバ部１４１が形成され、ケーシング１１０の下方側に貯留された液冷媒の液滴が上方側に通過し難くなっている。
【００２６】
１２３、１３３は第１、第２熱交換器１２０、１３０に接合されてケーシング１１０内外側を貫通するアルミニウム（本実施形態では、例えばＡ１０００系又は３０００系）製の配管であり、この配管１２３、１３３は、ケーシング１１０外と両熱交換器１２０、１３０内との間に熱媒体を流通する流通配管である。配管１２３、１３３は、後述するサイドプレート１１４に形成された配管貫通孔（図示せず）に挿設されている。
【００２７】
次に、本実施形態の要部であるケーシング１１０の構成について説明する。
【００２８】
ケーシング１１０は、開口側を対向配置された断面形状が略コの字状の第１、第２ケーシング部材１１１、１１２と、両ケーシング部材１１１、１１２の図中左右両端側にそれぞれ形成されたサイドプレート１１３、１１４との４部材により構成されている。
【００２９】
図２に示すように、下側に配置される第２ケーシング部材１１２の下面１１０ｂ（すなわちケーシング１１０の下面１１０ｂ）には、ケーシング１１０の内側（図中上側）に向かって突出した突出部１１２ｂが形成されている。ここで突出部１１２ｂの構成について説明する。
【００３０】
図３（ａ）は、図２に示す吸着器１００のＡ矢視図であり、図３（ｂ）は、Ｂ部拡大断面図である。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、第２ケーシング部材１１２の下面１１０ｂには、ケーシング１１０の幅方向（図２の紙面表裏方向）に延びる略長円状の複数の突出部１１２ｂが形成されている。この突出部１１２ｂは、第２ケーシング部材１１２製造時に、プレス加工等によりほぼなめらかな曲面となるように形成しており、図３（ｂ）に断面構造を示すように、厚さは全域に渡って略同等であり、突出部１１２ｂ以外の部分ともほぼ同等の厚さ（本実施形態では約１ｍｍ）となっている。
【００３２】
ちなみに、本実施形態では、突出部１１２ｂは、高さＨが約５ｍｍ、幅Ｗが約２５ｍｍ、ピッチＰが約３１ｍｍとなるように形成されている。
【００３３】
また、第２ケーシング部材１１２の下面１１０ｂの略全域には、図４に示すように、ケーシング１１０内が略真空状態となる前には、外側（下方側）に向かって略球面状に膨出する膨出部１１２ａが形成されている。膨出部１１２ａの膨出量は、ケーシング１１０内を略真空状態としたときに、これに伴なう変形量を加味して設定しており、本実施形態では、膨出部１１２ａの最下部が周縁部より約３ｍｍ下方に位置するように膨出されている。
【００３４】
一方、図４に示すように、第１ケーシング部材１１１の上面１１０ａ（すなわち、ケーシング１１０の上面１１０ａ）には、第２ケーシング部材１１２と同様に、膨出部１１１ａおよび突出部１１１ｂが形成されている。ただし、膨出部１１１ａはケーシング１１０外側（上方側）に向かって膨出し、突出部１１１ｂはケーシング１１０の外側（上側）に向かって突出するように形成されている。
【００３５】
ここで、吸着器１００の概略製造方法について簡単に説明する。
【００３６】
吸着器１００を製造するときには、まず、コア部１３１を構成するチューブおよびフィン、タンク部１３２、配管１３３等を嵌合、かしめ、治具固定等により組み付け一体ろう付けし、その後、チューブやフィンの表面に吸着剤を接着固定して、第２熱交換器１３０を形成する。第１熱交換器１２０についても吸着剤固定を除いてほぼ同一の方法により形成する。
【００３７】
その一方で、プレス加工等により形成した第１、第２ケーシング部材１１１、１１２およびサイドプレート１１３を溶接して一体化し、一面が開口した有底筒状のケース体を形成する。
【００３８】
次に、上記ケース体の開口側からケース体内に第１、第２熱交換器１２０、１３０を配設する。そして、図４に示すように、両熱交換器１２０、１３０の配管１２３、１３３に図示しないガスケット、サイドプレート１１４等を組み付け、ねじ部材１７０によりに螺着固定する。
【００３９】
ねじ部材１７０による螺着固定が終了したら、前述のケース体の開口側端部（第１、第２ケーシング部材１１１、１１２の図中右方側端部）にサイドプレート１１４を溶接し、図４に示したような構造とする。そして最後に、サイドプレート１１３に形成されている注入口１１３ａからケーシング１１０内を真空引きした後、ケーシング１１０内に所定量の冷媒（本実施形態では水）を注入して注入口１１３ａを封止する。これにより、図２に示す吸着器１００を得る。
【００４０】
ケーシング１１０内を真空引きすると、両ケーシング部材１１１、１１２に形成された膨出部１１１ａ、１１２ａが内外の圧力差により内側に変形し、ケーシング１１０の上面１１０ａおよび下面１１０ｂは略フラットとなる。
【００４１】
次に、空調装置の概略作動を述べる。
【００４２】
まず、切換弁４１０〜４４０を図１の実線に示すように作動させて、第１吸着器１００の第１熱交換器１２０と室内熱交換器３００との間、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０と室外熱交換器２００との間、ならびに第２吸着器１００の第１熱交換器１２０と室外熱交換器２００との間、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０とエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００４３】
これにより、第１吸着器１００が吸着工程となり、第２吸着器１００が脱離工程となるので、第１吸着器１００で発生した冷凍能力により空調風が冷却され、第２吸着器１００にて吸着剤の再生が行われる。
【００４４】
つまり、この状態（以下、第１状態と呼ぶ。）では、第１吸着器１００の第１熱交換器１２０は液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤を冷却する冷却器として機能し、第２吸着器１００の第１熱交換器１２０は吸着剤から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤を加熱する加熱器として機能する。
【００４５】
そして、第１状態で所定時間（本実施形態では、６０秒〜１００秒）が経過したときに、切換弁４１０〜４４０を図１の破線に示すように作動させて、第２吸着器１００の第１熱交換器１２０と室内熱交換器３００との間、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０と室外熱交換器２００との間、ならびに第１吸着器１００の第１熱交換器１２０と室外熱交換器２００との間、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０とエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００４６】
これにより、第２吸着器１００が吸着工程となり、第１吸着器１００が脱離工程となるので、第２吸着器１００で発生した冷凍能力により空調風が冷却され、第１吸着器１００にて吸着剤の再生が行われる。
【００４７】
つまり、この状態（以下、第２状態と呼ぶ。）では、第２吸着器１００の第１熱交換器１２０は液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第２吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤を冷却する冷却器として機能し、第１吸着器１００の第１熱交換器１２０は吸着剤から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第１吸着器１００の第２熱交換器１３０は吸着剤を加熱する加熱器として機能する。
【００４８】
そして、第２状態で所定時間が経過したとき、切換弁４１０〜４４０作動させて再び第１状態とする。このように、第１状態および第２状態を所定時間毎に交互に繰り返して、空調装置を連続的に稼働させる。
【００４９】
なお、所定時間は、ケーシング１１０内に存在する液相冷媒の残量や吸着剤の吸着能力等に基づいて適宜選定されるものである。
【００５０】
上述の構成の吸着器１００によれば、ケーシング１１０の上面１１０ａおよび下面１１０ｂには、厚さが略均一な突出部１１１ｂ、１１２ｂが形成されている。したがって、ケーシング１１０を厚くすることなく剛性を向上しているので、内部が真空引きされたときにもケーシング１１０は変形し難い。このようにして、吸着器１００の体格や重量を大きくすることなくケーシング１１０が両熱交換器１２０、１３０に干渉することを防止できる。
【００５１】
また、内部を真空引きする前のケーシング１１０の上面１１０ａおよび下面１１０ｂには、真空引きに伴なう変形量を加味した膨出部１１１ａ、１１２ａが形成されている。したがって、ケーシング１１０内を真空引きしたときには、膨出部１１１ａ、１１２ａが内側に変形するものの略フラット状態となる。このようにして、ケーシング１１０と両熱交換器１２０、１３０との干渉をより確実に防止することができる。
【００５２】
また、ケーシング１１０の下面１１０ｂでは、突出部１１２ｂは、ケーシング１１０の内側に突出している。したがって、ケーシング１１０内の第１熱交換器１２０より下方側の空間を小さくすることができる。第１熱交換器１２０のコア部１３１より下方側の液冷媒は蒸発し難いため、実質的には冷媒として機能し難く、吸着器１００の冷凍能力に寄与し難い。ケーシング１１０内の第１熱交換器１２０より下方側の空間を小さくすることで、冷凍能力に寄与し難い冷媒量を低減することが可能であり、吸着器１００の重量を低減することができる。
【００５３】
本発明者らは、従来構造の吸着器ケーシング（各面が平面状であるケーシング）と本実施形態の吸着器ケーシング１１０とにおいて、変形量や冷媒量の比較評価を行っている。
【００５４】
従来構造のケーシングでは、内部の真空引き（約−１００ｋＰａ）によりケーシングの上下面（サイズ６５４ｍｍ×１８３ｍｍ）はフラット状態から中央部が１５ｍｍ内側に変形し、下面は第１熱交換器に干渉した。これに対し、上記実施形態では、約３ｍｍ変形し、略フラット状態となることを確認した。
【００５５】
また、従来構造の吸着器では、第１熱交換器のコア部により下方空間に充填される冷凍能力に寄与し難い冷媒は約７９０ｇであったが、本実施形態では約５７０ｇに低減できることを確認した。
【００５６】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、ケーシング１１０の上面１１０ａおよび下面１１０ｂに略長円状の複数の突出部１１１ｂ、１１２ｂを形成したが、突出部の形状および数は適宜設定可能である。例えば、図５（ａ）に平面図、図５（ｂ）に側面図を示すように、ケーシング１１０の上下面に略楕円形状の突出部５１１ｂ、５１２ｂを１つずつ形成するものであってもよい。
【００５７】
また、上記一実施形態では、突出部１１１ｂ、１１２ｂおよび膨出部１１１ａ、１１２ａは、ケーシング１１０の上下面１１０ａ、１１０ｂにのみ形成したが、他の面に形成するものであってもよい。変形に伴なう不具合を防止したい面に形成すればよい。
【００５８】
また、上記一実施形態では、膨出部１１１ａ、１１２ａは、変形後フラット状となるように形成したが、熱交換器等に干渉しないのであれば、内側にまで（熱交換器等の近傍にまで）変形するように形成してもかまわない。
【００５９】
また、上記一実施形態では、ケーシング１１０の上面１１０ａの突出部１１１ｂは、上側（外側）に突出するように形成したが、下側（内側）に突出するように形成するものであってもよい。
【００６０】
また、上記一実施形態では、ケーシング１１０の上下面１１０ａ、１１０ｂに膨出部１１１ａ、１１２ａを形成したが、突出部の形成により剛性が充分に大きく、変形量を所望量以下とすることができるのであれば、膨出部は廃止してもかまわない。例えば、上記一実施形態において、第２熱交換器１３０への干渉がないのであれば、上面１１０ａの膨出部１１１ａは廃止することができる。
【００６１】
また、上記一実施形態では、吸着器１００を車両用の空調装置に適用するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、業務用もしくは家庭用の定置式空調装置に適用するものであってもよい。また、携帯電話等の基地局等の冷却装置に適用するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における車両用吸着式空調装置を示す図であり、（ａ）は、吸着式空調装置の吸着式冷凍機の模式図、（ｂ）は、吸着式空調装置の空調部の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における吸着器１００の概略構造図である。
【図３】（ａ）は、図２のＡ矢視図、（ｂ）はＢ部拡大断面図である。
【図４】吸着器１００の真空引き前の概略構造図である。
【図５】他の実施形態における吸着器の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１００　吸着器
１１０　ケーシング
１１０ａ　下面
１１１ａ、１１２ａ　膨出部
１１１ｂ、１１２ｂ　突出部
１２０　第１熱交換器（熱交換器）
１３０　第２熱交換器（熱交換器）

Claims (3)

1. 吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機に適用される吸着器（１００）であって、
   前記冷媒および前記吸着剤が封入されたケーシング（１１０）と、
   前記ケーシング（１１０）内に設けられ、前記冷媒もしくは前記吸着剤と内部を流通する熱媒体とを熱交換する熱交換器（１２０、１３０）とを備え、
   前記ケーシング（１１０）には、厚さが略均一な突出部（１１１ｂ、１１２ｂ）が形成されていることを特徴とする吸着式冷凍機用吸着器。
2. 前記ケーシング（１１０）には、前記ケーシング（１１０）内を略真空状態とすることに伴なう変形量を加味して、前記略真空状態とする前には、外側に向かって略球面状に膨出する膨出部（１１１ａ、１１２ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍機用吸着器。
3. 前記突出部（１１１ｂ、１１２ｂ）は、前記ケーシング（１１０）の下面（１１０ｂ）に形成されており、
   前記下面（１１０ｂ）の前記突出部（１１２ｂ）は、前記ケーシング（１１０）の内側に突出していることを特徴する請求項１または請求項２に記載の吸着式冷凍機用吸着器。

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