JP2004317011A - 吸着式冷凍機の吸着器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、吸着剤の充填が容易で、かつ強度の確保を図り、よって吸着剤の充填量の偏りを確実に防止して吸着効率の向上を図れる吸着式冷凍機の熱交換器を提供する。
【解決手段】吸着剤６を加熱／冷却することにより吸着剤から吸着質を脱着／吸着剤に吸着質を吸着させてヒートポンプ作用を行う吸着式冷凍機に用いられ、単数もしくは積層された複数の熱交換板体１と、この熱交換板体に挿通され吸着剤を加熱／冷却するための熱媒体を導通させる伝熱管４とから構成される吸着器であり、上記熱交換板体は、伝熱管を挿通させるための孔部３ａ，３ｂを有する皿状のプレート５と、このプレート上に載置される吸着剤と、伝熱管を挿通させるための孔部を有しプレートとの間に吸着剤を充填収容するようプレートに取付け固定される通気性を有する固定板７とを具備する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカゲル、活性炭、ゼオライト等の吸着剤を加熱し、もしくは冷却して、アルコール、水、アンモニア等の吸着質を脱着し、もしくは吸着し、ヒートポンプ作用を行う吸着式冷凍機に係り、特に吸着剤を充填収容する吸着器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸着剤を加熱し、もしくは冷却してヒートポンプ作用を行う吸着式冷凍機が知られている。この吸着式冷凍機は、吸着質を吸着剤に吸着させ、もしくは吸着剤から吸着質を脱着する吸着器と、液状の吸着質を蒸発させる蒸発器と、吸着質を凝縮して液状の吸着質に戻す凝縮器とから構成される。
【０００３】
上記蒸発器、吸着器および凝縮器は切換え弁および開閉弁を備えた配管に連結され、これら弁類を切換え操作すれば、吸着質が蒸発器と吸着器および凝縮器の間を循環する。蒸発器において吸着質が蒸発する際に周囲から潜熱を奪い、この蒸発潜熱を利用して冷凍作用が行われる。
【０００４】
上記吸着器の具体的構成が［特許文献１］に開示されている。これは、通常構成の熱交換器であるプレート・アンド・チューブ式熱交換器を用いて、プレート相互間に吸着剤を充填し、かつ吸着剤とともに熱交換器全体を金網等の通気性を有する固定部材で覆ってなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２９８４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の吸着器によれば、上記プレート・アンド・チューブ式熱交換器は従来から充分に開発された技術をそのまま採用して作られるので何らの問題もないが、プレート相互間に吸着剤を充填し、吸着剤を仮保持した状態で固定部材を用いて熱交換器全体を覆うことに困難性がある。
【０００７】
すなわち、上記固定部材は吸着層を通気させるために通気性を有することが前提であり、金網等が用いられる。当然、金網等は強度的に劣っていて、プレート間に吸着剤を充填させ、かつ熱交換器全体を覆うには強度不足である。そのままの状態とすると、吸着剤の偏りが発生し易く、吸着性能の低下を招く。
【０００８】
そこで、金網を構成する線材の素線径が極めて大なるものを採用したり、別途、補強部材を用いて固定部材の強度不足を補っている。その反面、吸着質の円滑な移動が阻害されてしまい、吸着効率が低下するとともに、吸着器に対する製造性の悪化を招いていた。
【０００９】
なお、上述のプレート・アンド・チューブ式熱交換器を構成するプレートの面積を拡大することにより、プレートの使用枚数を可能な限り低減させて、低コストでの製造が実現できる。
【００１０】
しかしながら、プレートの面積を拡大すると、吸着器周面から中央部に位置する吸着剤までの距離が長くなり、吸着質が吸着剤全体を覆うまでに時間がかかり、吸着速度の低下をきたすことになる。
【００１１】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、吸着剤の充填が容易で、かつ強度の確保を図り、よって吸着剤の充填量の偏りを確実に防止して吸着効率の向上を図れる吸着式冷凍機の吸着器を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は、吸着剤を加熱／冷却することにより吸着剤から吸着質を脱着／吸着剤に吸着質を吸着させてヒートポンプ作用を行う吸着式冷凍機に用いられ、単数もしくは積層された複数の熱交換板体と、この熱交換板体に挿通され吸着剤を加熱／冷却するための熱媒体を導通させる伝熱管とから構成される吸着器であり、上記熱交換板体は、伝熱管を挿通させるための孔部を有する皿状のプレートと、このプレート上に載置される吸着剤と、伝熱管を挿通させるための孔部を有しプレートとの間に吸着剤を充填収容するようプレートに取付け固定される通気性を有する固定板とを具備する。
【００１３】
このような課題を解決する手段を採用することにより、吸着剤の充填が容易となり、かつ全体的に強度の確保を図り、よって吸着剤の充填量の偏りを確実に防止して吸着効率の向上を図れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００１５】
図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る吸着式冷凍機の吸着器を構成する熱交換板体１の平面図、図１（Ｂ）はその縦断面図、図２は熱交換板体１の一部を拡大した断面図である。
【００１６】
上記熱交換板体１は平面視で円形状をなし、所定の板厚に形成される円盤状板体である。熱交換板体１の中心部には円形状の孔部２が設けられていて、この中心孔部２は後述する吸着質を挿通させるための案内用孔部となっている。
【００１７】
また、上記熱交換板体１の平面中心から異なる半径上に、放射状に複数の孔部３ａ，３ｂが設けられる。これら孔部３ａ，３ｂは互いに同一直径であり、伝熱管４を挿通させるための伝熱管取付け用孔である。
【００１８】
上記熱交換板体１の中心に近い半径上の伝熱管取付け用孔３ａと、遠い側の半径上の伝熱管取付け用孔３ｂは、互いに同一角度を存していて、同一数が設けられる。
【００１９】
ただし、一方の半径上に沿って設けられる取付け用孔、たとえば３ａの相互間に他方の半径上に沿って設けられる取付け用孔３ｂが対向していて、互いに非対称の位置にある。
【００２０】
上記熱交換板体１は、上述した複数の伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂを有する皿状のプレート５と、このプレート５上に載置される吸着剤６と、上記同様の伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂを有し上記プレート５との間に吸着剤６を充填収容するようプレート５に対して取付け固定される固定板７とから構成される。
【００２１】
上記プレート５の周縁上端部は内方に水平方向に折曲形成される引っ掛り部ａとなっていて、平板状の固定板７の周端部に対する固定作用をなす。さらに、プレート５の上記案内用孔部２を形成する部分の周縁上端部は外方に水平方向に折曲形成される引っ掛り部ｂとなっていて、固定板７の案内用孔部２の周端部に対する固定作用をなす。
【００２２】
上記プレート５に設けられるそれぞれの伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂは、上端が段状に立上がり形成される段状立上がり部ｃとなっていて、この上端立上がり部ｃの直径は伝熱管４が挿通する伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂの直径よりも大なる直径に形成される。
【００２３】
上記固定板７に設けられる伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂはプレート５の伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂを形成するストレート部分が挿通している。そして、上端の段上立上がり部ｃの水平折曲部分が固定板７を固定する引っ掛り部となり、立上がり部分が後述するように熱交換板体１相互の隙間を確保する。
【００２４】
上記吸着剤６として、シリカゲル、活性炭、ゼオライト等が用いられていて、上記プレート５に充填収容され、固定板７によって覆われる。上記固定板７は、通気性を有することが必要である。
【００２５】
具体的には、金網体、もしくは金属の多孔板、もしくは多孔性固体から構成される。なお、金網体や金属の多孔板に代えて、吸着性を有する炭素繊維等にて構成された網体を用いた場合や、多孔性固体としてシリカゲルをバインダにより固定して用いれば、吸着剤としても機能するため、吸着性能が向上するとともに、金属製の固定板を利用した場合よりも材料を有効に活用することができる。
【００２６】
上記固定板７は、上記プレート５の周端部に嵌め込まれる直径の円形平板状をなす。その内径に設けられる案内用孔部２および同一半径上に放射状に設けられる伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂも単なる丸孔状をなし、それぞれの周縁部がプレート５に形成される引っ掛り部ａ，ｂ，ｃによって引掛け固定される。
【００２７】
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、上記熱交換板体１の製造工程を順に表す図である。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、伝熱特性に優れた金属薄板を用意し、たとえばプレス加工にてプレート５を成形する。上記プレート５は、外周縁部５ａと内径円部５ｂおよび複数の取付け用孔部５ｃの高さ寸法が、それぞれ熱交換板体１として設定された板厚よりも長く形成され，全体的に皿状をなす。
【００２９】
図３（Ｂ）に示すように、上記プレート５に吸着剤６を供給する。当然、内径円部５ｂ内と取付け用孔部５ｃ内には吸着剤６は供給されない。吸着剤６をプレート５の外周縁部５ａと内径円部５ｂの高さ寸法以下、すなわちオーバーフローするまでには充分余裕のある適宜高さ位置まで充填したら、プレート５を水平方向に往復動して吸着剤６を均一に均す。
【００３０】
図３（Ｃ）に示すように、プレート５の外周縁部５ａ内径に嵌り合う直径で、内径円部５ｂと取付け用孔部５ｃに掛合する孔部を備えた固定板７を、プレート５上方部位に対向させて嵌め込む。
【００３１】
そしてさらに、固定板７全面を均一な力で押し付ける。このことにより、吸着剤６はプレート５と固定板７との間に均一な状態で充填収容され、完成した熱交換板体１内で偏りが全くない。
【００３２】
図３（Ｄ）に示すように、プレート５の外周縁で、固定板７から突出する部分を内方に水平に折曲して引っ掛り部ａとなし、かつプレート５の内径円部５ｂで固定板７から突出する部分を外方に水平に折曲して引っ掛り部ｂとなす。
【００３３】
また、プレート５の取付け用孔部５ｃの上端部に段付きポンチを宛がって強固に押圧すると、固定板７上に段付きに折曲される段状立上がり部ｃが形成される。この状態で熱交換板体１が完成する。
【００３４】
再び図１（Ｂ）に示すように、完成された熱交換板体１の伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂに伝熱管４を挿通して取付ける。このとき、伝熱管４をいわゆる拡管加工することにより、伝熱管４の熱交換板体１への取付け固定が容易に、かつ確実になされる。
【００３５】
全ての伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂに伝熱管４を挿通固定した状態、すなわち複数本の伝熱管４に対して最低限、１枚の熱交換板体１があれば吸着器としての作用をなす。
【００３６】
吸着器をアルコール、水、アンモニア等の吸着質の雰囲気中に配置し、伝熱管４に熱媒体を導通させる。伝熱管４に導かれる熱媒体と熱交換板体１に充填される吸着剤６とが熱交換して、吸着剤６を加熱し、もしくは冷却する。
【００３７】
加熱された吸着剤６は、それまで吸着剤６自体に吸着していた吸着質を脱着する。冷却された吸着剤６は、一旦は脱着した吸着質を再度吸着することになる。このような吸着剤６による吸着質の脱着と吸着に応じてヒートポンプ作用が行なえる。
【００３８】
熱交換板体１の中心部に吸着質を導通させるための案内用孔部２を設けたから、熱交換板体１の外形寸法を許容範囲の最大限寸法まで大きくしても、熱交換板体１全体に亘って略均一な状態で吸着質が吸着剤６に接触することとなり、脱着速度と吸着速度が向上する。
【００３９】
なお、上記案内用孔部２の大きさ（直径）と、その数および設ける位置は，適宜，吸着能力との関係により設定できる。
【００４０】
上記熱交換板体１の製造にあたって、プレート５に吸着剤６を載せ、固定板７を取付けて吸着剤６を固定し、そのあと伝熱管４を熱交換板体１に取付けるようにしたので、吸着剤６の充填が容易になり、熱交換板体１の各部における充填量の偏りが低減する。
【００４１】
また、伝熱管４の取付け方法も、従来から用いられるプレート・アンド・チューブ熱交換器と同様の拡管等の方法で行うことができ、製造性に優れた吸着式冷凍機の吸着器が実現する。
【００４２】
また、プレート５に吸着剤６を充填して固定板７で覆った後に、プレート５の引っ掛り部ａ，ｂ，ｃで固定板７を取付け固定するようにしたので、吸着剤６を容易に、かつ確実に固定できる。その結果、吸着式冷凍機の輸送にともなう振動などにより吸着剤６が移動したり、破損したりすることの防止を図れる。
【００４３】
上記プレート５と固定板７を固定するのに、プレート５に引っ掛り部ａ，ｂ，ｃを備えることのほかに、固定板７をプレート５に嵌着する構造を採用してもよく、固定板７をプレート５に接着剤を介して固定してもよく、あるいは固定板７を隣接する熱交換板体１のプレート５にて固定するようにしてもよい。
【００４４】
なお、通常、熱交換板体１は複数枚積層した状態で使用される。熱交換板体１の積層は以下に説明する構成のいずれかを採用するとよい。
【００４５】
図４（Ａ）は、複数枚の熱交換板体１に対する第１の積層構成を説明する吸着器の全体図であり、図４（Ｂ）は、その一部を拡大した断面図である。
【００４６】
熱交換板体１を構成するプレート５を底部側、固定板７を上部側にして、上下垂直方向に向けた伝熱管４に嵌め込む。熱交換板体１を伝熱管４に対して、この下部から上部に亘って順次、所定枚数を積層する。
【００４７】
熱交換板体１を構成する固定板７上に伝熱管取付け用孔３ａ，３ｂの段状立上がり部ｃが突出しているので、この上端縁が上部側の熱交換板体１のプレート５底部に当接する位置で伝熱管４を拡管加工して、熱交換板体１を取付け固定する。
【００４８】
熱交換板体１を順次下部から上部に亘って積層すると、必然的に下部側の熱交換板体１と上部側の熱交換板体１との間に固定板７から突出する段状立上がり部ｃの立上がり高さ寸法に相当する隙間Ｓａが形成される。
【００４９】
このようにして、熱交換板体１のプレート５底部と吸着剤６表面とが隣り合う面で積層し、熱交換板体１相互間に吸着質が移動する隙間Ｓａを確保した。各熱交換板体１における吸着剤６に対して吸着質が効率よく接触して、脱着／吸着速度の向上を得られることは勿論である。
そして、プレート５に対して吸着剤６を充填する面を一定とすることができるため、上述のように吸着剤６表面を上向きとした場合には、固定板７にかかる力が軽減して、固定板７の固定強度を強固にする必要がない。
【００５０】
たとえば、上記固定板７を金網等で構成した場合には、金網等の素線径を細くすることが可能となり、熱容量の縮小と、吸着質の移動速度の向上を図ることができる。
【００５１】
図５（Ａ）は、複数枚の熱交換板体１に対する第２の積層構成を説明する吸着器の全体図であり、図５（Ｂ）は、その一部を拡大した断面図である。
【００５２】
一対の熱交換板体１相互をプレート５底部同士が隣り合う面で積層し、もしくは固定板７同士が隣り合う面で積層する。プレート５底部相互は互いに略密着状態となすので、適宜な手段で互いに固定するとよい。伝熱管４は拡管加工により熱交換板体１に対して固定構造となすことは変りがない。
【００５３】
このような構成によれば、熱交換板体１の固定板７相互間に段状立上がり部ｃを２つ重ね合わせた隙間Ｓｂが存在して、吸着質が自由に移動できる。上記隙間Ｓｂは、図４（Ａ）（Ｂ）で説明した隙間Ｓａよりも大（約２倍）となるが、１枚置きの隙間となるので、トータルとしては変りがない。
【００５４】
また、熱交換板体１を構成するプレート５の底部相互を密着させることにより、熱交換板体１の強度が増大する。換言すれば、熱交換板体１の板厚をより薄くでき、吸着剤６の充填密度を高められる。
【００５５】
なお、上述した何れの構成の吸着器においても、熱交換板体１を構成するプレート５の底部を、ビート加工し、もしくはフィン加工を、それぞれ一体になすことにより、プレート５の強度が増大し、かつ吸着剤６との接触面積が増加して、信頼性が高く、伝熱性能を向上させた高性能な吸着器を得られる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、吸着剤の充填が容易で、かつ強度の確保を図り、よって吸着剤の充填量の偏りを確実に防止して吸着効率の向上を図れる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る、吸着器を構成する熱交換板体の平面図と、断面図。
【図２】同実施の形態に係る、熱交換板体の一部を拡大した縦断面図。
【図３】同実施の形態に係る、熱交換板体の製造工程を順に示す図。
【図４】同実施の形態に係る、吸着器の全体構成と、一部を拡大した断面図。
【図５】同実施の形態に係る、図４とは異なる吸着器の全体構成と、一部を拡大した断面図。
【符号の説明】
６…吸着剤、１…熱交換板体、４…伝熱管、５…プレート、３ａ，３ｂ…伝熱管取付け用孔、７…固定板、２…案内用孔部。

Claims (2)

1. 吸着剤を加熱し、もしくは冷却することにより、吸着剤から吸着質を脱着させ、もしくは吸着剤に吸着質を吸着させて、ヒートポンプ作用を行う吸着式冷凍機に用いられ、
   単数もしくは積層された複数の熱交換板体と、この熱交換板体に挿通され上記吸着剤を加熱し、もしくは冷却するための熱媒体を導通させる伝熱管とから構成される吸着器であり、
   上記熱交換板体は、
   上記伝熱管を挿通させるための孔部を有する皿状のプレートと、
   このプレート上に載置される吸着剤と、
   上記伝熱管を挿通させるための孔部を有し、上記プレートとの間に上記吸着剤を充填収容するようプレートに取付け固定される、通気性を有する固定板と
   を具備することを特徴とする吸着式冷凍機の吸着器。
2. 上記熱交換板体は、上記吸着質を導通させる案内用孔部を備えたことを特徴とする請求項１記載の吸着式冷凍機の吸着器。

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