JP2006329560A - 吸着式冷凍機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着式冷凍機において熱交換器の製作時間の短縮及び製作に要するコストの低減を図るとともに、伝熱管の外周に狭い間隔で並設されたプレートフィンの表面に簡単な方法で均一な厚さの吸着剤被膜を形成することができる製造方法を実現する。
【解決手段】 冷媒又は熱媒が通流する伝熱管の外周に多数のプレートフィンが並設され同プレートフィンに冷媒を吸着する固体吸着剤が装着されてなる吸着剤熱交換器を備えた吸着式冷凍機において、吸着剤熱交換器は、密閉された筐体１と、筐体１に収容され、多数のプレートフィン１０と上下及び左右に並設された複数の伝熱管９とからなる一体型の熱交換器８と、プレートフィン１０の表面に膜状に被覆された固体吸着剤とからなり、プレートフィン間に冷媒蒸気通路を形成してなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱源流体が内部を通流する伝熱管の外周に多数のプレートフィンが並設され、同プレートフィンに冷媒を吸着する固体吸着剤が装着されてなる吸着剤熱交換器を備え、前記伝熱管内の熱源流体を介して固体吸着剤と冷媒との間の可逆反応に伴う発熱、吸熱現象を利用し、前記熱源流体から供給される温熱を熱源として冷熱を発生させる吸着式冷凍機及びその製造方法に関し、吸着式冷凍機の製作時間の短縮及び製造コストの低減を可能としたものである。

従来、シリカゲル、活性炭、ゼオライト等の固体吸着剤が温度あるいは圧力の変化によって物質を吸着したり脱着したりする性質を利用して、例えば水、アルコール等の冷媒が蒸発あるいは凝縮する真空条件下で加熱したり冷却したりすることによって冷媒を吸着剤に吸脱着させ、そのときの作用で冷凍効果を引き出す吸着式冷凍機が知られている。
吸着剤には、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等が使用され、蒸発媒体には、水、メタノール,アンモニアその他が利用できる。

従来吸着式冷凍機の吸着熱交換器は、吸着剤を銅チューブアルミフィンの間に詰める方式を採用していた。
例えば特許文献１（特開平２−１５２５１３号公報）には吸着式冷凍機に用いられるプレートフィン熱交換器型の吸着装置が開示されている。図４はこの吸着装置の断面斜視図である。図４において、この装置は、複数の隔壁プレート０１と、隔壁プレート０１によって一段置きに形成される熱媒体流路０４Ａと、熱媒体流路０４Ａにその流れ方向と同方向に設けられる伝熱フィン０２Ａと、熱媒体流路０４Ａと９０°異なる処理ガス流路０４Ｂと、処理ガス流路０４Ｂにその流れ方向と同方向に設けられた伝熱フィン０２Ｂと、処理ガス流路０４Ｂに充填される吸着剤０３とから構成される。

なお熱媒体流路０４Ａ及び処理ガス流路０４Ｂは、それぞれの出入り口ヘッダを介して外部配管に接続されている。
このように固体吸着剤が伝熱フィン０２Ａが装着された複数の処理ガス流路０４Ｂに充填されている。

また特許文献２（特開２００４−２６３９７０号公報）には、図５に示す吸着式冷凍機が開示されている。図５において、０１１は吸着式冷凍機の吸着剤熱交換器で、このうち伝熱管０１２は、温水供給系統からの温水又は冷水供給系統からの冷水が内部を通流する管体０１３の外周面に、管体０１３の軸方向に沿って板状のフィン０１４をＶ字状に突出させて構成されている。

このような伝熱管０１２を縦列状に複数個並べ、各伝熱管０１２の間に成形された吸着剤０１５を充填して吸着エレメント０２０を構成し、かかる吸着エレメント０２０を縦方向（垂直方向）に複数個並設している。
冷媒通路０２１は、伝熱管０１２の管軸方向（Ａ方向）あるいは管軸と直角方向（Ｂ方向）に設定される。

また特許文献３（特開平９−１８９４５９号公報）には、吸着式冷凍機において、熱源流体が内部を通流する伝熱管の外周に多数のプレートフィンが並設され、同プレートフィンに冷媒を吸着する固体吸着剤が接着剤により接着されてなる吸着剤熱交換器が開示されている。
固体吸着剤のプレートフィンへの接着方法は、プレートフィンの表面に塗付された接着剤がいわゆる半乾き状態となったところで、吸着剤を接着固定するものである。

特開平２−１５２５１３号公報 特開２００４−２６３９７０号公報 特開平９−１８９４５９号公報

特許文献１に開示された従来の吸着式冷凍機における吸着装置は、複数の処理ガス流路０４Ｂに個別に固体吸着剤を充填していくもので、その充填作業には時間がかかり、製作に要する人件費が高価となる。
図６及び７は、従来の吸着式冷凍機を模式的に示す立面図及び側面図である。図６及び７において、一列に並べた銅製の伝熱管０３２に多数のアルミフィン０３３を掛け渡し、アルミフィン０３３を並列に間隔を置いて並べて構成し、アルミフィン０３３間に固体吸着剤を充填してなる吸着エレメント０３４を個々に製作し、吸着エレメント０３４を一列ごとに薄板状のアルミ枠０３７に入れ、アルミ枠０３７を密閉された筐体０３１の中に、支持枠０３５上に互いの間に冷媒蒸気通路０３６を確保しながら段重ねして構成されている。

従来の吸着剤熱交換器は、特許文献１の吸着装置も含めて、図６及び７に示すように、プレートフィン付き熱交換器を１段ごとにケースに入れ、プレートフィン間に固体吸着剤を充填し、ケース１段ごとに冷媒蒸気通路を開けて段重ねするという製作方法を採用していたので、時間とコストがかかっていた。
また特許文献２の吸着式冷凍機においても、冷凍機本体内に個々の吸着エレメント０２０を薄板状のアルミ枠に収納し、図５及び６に示すように個々に段重ねして製作していく必要があり、その製作に時間とコストがかかっていた。

また特許文献３に開示された吸着剤熱交換器は、プレートフィンに吸着剤を接着剤により接着固定する方法を採用しているが、狭い間隔で並設されたプレートフィンの表面に接着剤を用いてプレートフィンの全面に亘って均一な厚さに吸着剤を付着させることは極めて困難である。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、吸着式冷凍機において熱交換器の製作時間の短縮及び製作に要するコストの低減を図るとともに、伝熱管の外周に狭い間隔で並設されたプレートフィンの表面に簡単な方法でかつ均一な厚さで吸着剤を被覆することができる製造方法を実現することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の吸着式冷凍機は、
冷熱流体又は温熱流体のいずれかの熱源流体が内部を通流する伝熱管の外周に多数のプレートフィンが並設され同プレートフィンに冷媒を吸着する固体吸着剤が装填されてなる吸着剤熱交換器を備え、
同吸着剤熱交換器における前記伝熱管内の熱源流体を介しての前記吸着剤と冷媒との間の可逆反応に伴う発熱、吸熱現象を利用し、前記熱源流体から供給される温熱を熱源として冷熱を発生させる吸着式冷凍機において、
前記吸着剤熱交換器は、
密閉された筐体と、
同筐体の内部に収容され、互いに間隔を開けて並設された多数のプレートフィンと同プレートフィンに対して直角方向に挿通され間隔を開けて多段に並設された複数の前記伝熱管とが一体に構成された熱交換器と、
前記プレートフィンの表面に膜状に被覆された前記固体吸着剤とからなり、
前記プレートフィン間に冷媒蒸気通路を形成してなることを特徴とする。

本発明装置の吸着剤熱交換器において、吸着剤によって冷媒蒸気を吸着する過程においては、前記伝熱管に冷水等の冷媒を通して吸着剤を冷却し、吸着熱を奪うことによって冷媒蒸気を吸着する。また吸着剤から冷媒蒸気を脱離させる過程においては、前記伝熱管に温水等の加熱媒体を通して吸着剤を加熱し脱着熱を与えることにより冷媒蒸気を離脱させる。

また本発明の吸着剤熱交換器は、密閉された筐体の内部で、多段に並設された伝熱管を互いに間隔を開けて並設された多数のプレートフィンに対して直角方向に挿通して一体に製作し、プレートフィン間に固体吸着剤を膜状に被覆する。
かかる構成の吸着剤熱交換器において、伝熱管内を流れる熱源流体によって冷却又は加熱されて冷媒蒸気が固体吸着剤に吸着又は脱着されるが、プレートフィンの表面に固体吸着剤が膜状に被覆され、プレートフィン間に冷媒蒸気通路を形成しているので、冷媒蒸気はプレートフィン間に形成された通路を通して流動することにより、吸着反応又は脱着反応が行われる。

また吸着剤熱交換器が密閉された筐体内に収納されているので、同筐体には伝熱管に熱源流体を供給又は排出する入口管及び出口管が設けられ、また冷媒蒸気が供給又は排出される入口管及び出口管が設けられる。冷媒蒸気の入口管及び出口管は、伝熱管に直角方向に配設されたプレートフィンに平行な方向に向けられるのが好ましい。

また本発明の吸着式冷凍機の製造方法は、
冷熱流体又は温熱流体のいずれかの熱源流体が内部を通流する伝熱管の外周に多数のプレートフィンが並設され同プレートフィンに冷媒を吸着する固体吸着剤が装填されてなる吸着剤熱交換器を備え、
同吸着剤熱交換器における前記伝熱管内の熱源流体を介して前記吸着剤と冷媒との間の可逆反応に伴う発熱、吸熱現象を利用し、前記熱源流体から供給される温熱を熱源として冷熱を発生させる吸着式冷凍機の製造方法において、
互いに間隔を開けて並設された多数のプレートフィンと同プレートフィンに対して直角方向に挿通され間隔を開けて多段に並設された複数の前記伝熱管とが一体に構成された熱交換器を粒状吸着剤及びバインダを含む溶液中に浸漬した後、同溶液から取り出して乾燥させることにより、前記プレートフィンの表面に吸着剤の被膜を形成することを特徴とする。

本発明方法においては、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等の粒状吸着剤をバインダを含む溶液と混合攪拌し、同溶液にプレートフィン及び伝熱管一体型の前記熱交換器を浸漬して前記溶液を被着させた後、同溶液から取り出して乾燥させることにより、プレートフィンの表面に吸着剤の被膜を形成する。
ゼオライト、シリカゲル、活性炭等は、防錆効果を有する顔料としても使用され、バインダとの親密性も良好であり、本発明方法によりバインダを含む溶剤と混合攪拌されて良好な付着性を有する。本発明者等は、この知見に着目して、バインダを含み、及び必要により水又は油性希釈剤を含む溶剤と混合攪拌してプレートフィンに被覆することにより、吸着剤をプレートフィンの表面に強固に付着させるようにしたものである。
なおバインダには、例えばエポキシ樹脂系バインダなどが使用される。

本発明装置によれば、吸着剤熱交換器は、密閉された筐体と、同筐体の内部に収容され、互いに間隔を開けて並設された多数のプレートフィンと、同プレートフィンに対して直角方向に挿通され間隔を開けて多段に並設された複数の伝熱管とが一体に構成された熱交換器と、前記プレートフィンの表面に膜状に被覆された固体吸着剤とからなり、前記プレートフィン間に冷媒蒸気通路を形成してなることにより、冷媒蒸気は前記冷媒蒸気通路を通して流通し、吸着剤に到達し、吸着又は脱着される。

従って前述の従来の吸着剤熱交換器のように、プレートフィン付き伝熱管からなる吸着エレメント０３４を一列ごとに薄板状のアルミ枠０３７に入れ、支持枠上に互いの間に冷媒蒸気通路０３６を確保しながら段重ねしていく必要がなくなり、吸着剤熱交換器を予め一体に製作した後、密閉筐体の内部に収納するため、製作時間が大幅に短縮され、製作コストを大幅に低減することができる。

またこれまで図５及び６に示すように、吸着エレメント０３４を一列ごとに薄板状のアルミ枠０３７に入れ、そこに固体吸着剤を充填したが、本発明では、一体に形成した熱交換器の全プレートフィンの表面に一度に固体吸着剤を被着することができるため、さらに大幅な製作時間の短縮及び人件費の削減が可能となる。

また好ましくは、密閉筐体の隔壁に設けられる冷媒蒸気の入口管及び出口管を伝熱管に直角方向に配設されたプレートフィンに平行な方向に向けるようにすることにより、冷媒蒸気をプレートフィン間の間隙にスムーズに導入できる利点がある。

また本発明方法によれば、互いに間隔を開けて並設された多数のプレートフィンと、同プレートフィンに対して直角方向に挿通され間隔を開けて多段に並設された複数の伝熱管とが一体に構成された熱交換器を粒状吸着剤及びバインダを含む溶液中に浸漬した後、同溶液から取り出して乾燥させることにより、前記プレートフィンの表面に吸着剤の被膜を形成するこれにより、狭い間隔を有して並設されたプレートフィンの表面に全面に亘って均一な厚さの吸着剤を容易に付着させることができる。またバインダによって被着されるので、吸着剤の脱落もなく、強固な付着力をもたせることができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明装置の第１実施例の立面断面図、図２は、前記第１実施例の平面断面図、図３は前記第１実施例における吸着剤熱交換器の製造過程を示す工程図である。

図１〜２において、１は、密閉可能であり、内部に吸着剤熱交換器６を収容したケーシングであり、ケーシング１の一方の側壁２には冷媒蒸気ｒが供給される入口管３が設けられ、側壁２と対面する側壁４には冷媒蒸気ｒが排出される出口管５が設けられている。
６は、ケーシング１の底面を構成する底板であり、底板６上に支持棒７が取り付けられ、支持棒７の上に吸着剤熱交換器８が載置固定されている。

吸着剤熱交換器８は、水平面上に蛇行状に形成された銅製の伝熱管９と、伝熱管９の管軸方向に直角に配置されたアルミ製のプレートフィン１０とで一体に構成されてなり、伝熱管９は、管軸に対して直角方向に互いに間隔を有して並列に並べられた多数のプレートフィン１０を挿通し、複数の伝熱管９が上下に多段に配置されている。
またプレートフィン１０は、ケーシング１の内部で互いに間隔を有して垂直方向に立設され、その表面に固体吸着剤（図示略）が薄膜状に被覆されている。

図３に、プレートフィン１０の表面に固体吸着剤を膜状に被覆する過程を示す。本実施例では、吸着剤として例えば直径１０μｍのゼオライトを使い、プレートフィン１０の設置間隔は２ｍｍとする。図３に示すように、多数の伝熱管９と多数のプレートフィン１０が一体に製造された熱交換器８を、粒状ゼオライトとエポキシ樹脂系バインダと油性希釈剤等を混合攪拌した溶液１１を満たした浸漬槽１０中に浸漬し、その後取り出して、加熱乾燥又は自然乾燥等の方法による乾燥工程１３によって乾燥することにより吸着剤熱交換器８を製造する。

吸着剤熱交換器８は、前述のように一体に構成され、冷媒蒸気ｒの入口管３及び出口管５は、ケーシング１の側壁２及び４に対してプレートフィン１０と平行な方向に冷媒蒸気ｒが供給又は排出されるように設けられている。

かかる第１実施例の装置において、伝熱管９には、ケーシング１の隔壁に貫通して設けられた入口部９ａから冷水等の冷媒媒体あるいは温水等の加熱媒体が供給されることにより、入口管３からケーシング１の内部に供給される冷媒蒸気ｒとプレートフィン１０に被覆された固体吸着剤との間で吸着反応及び脱着反応を繰り返し生起させ、固体吸着剤への冷媒蒸気ｒの吸着過程及び脱着過程を繰り返し行なう。

第１実施例によれば、吸着剤熱交換器８が一体的に構成され、冷媒蒸気ｒは互いに間隔をおいて並設されたプレートフィン１０の間に形成された通路を流通して、固体吸着剤に対する吸着反応又は脱着反応がなされるので、前述の従来装置のように、冷媒蒸気通路を確保するため、プレートフィン付き伝熱管からなる吸着エレメントを１列ごとに別体に製作する必要がなくなる。

また多数の伝熱管９と多数のプレートフィン１０が一体に製作された熱交換器８を溶液１１を満たした浸漬槽１０中に浸漬することにより、固体吸着剤がプレートフィン１０に膜状に被覆されるので、固体吸着剤の被覆工程が一度の行程で済み、従来のように冷媒蒸気通路を確保するために１列ごとに製作された吸着エレメントに固体吸着剤を逐一充填する作業を削減することができる。
このように第１実施例の装置は、従来の吸着剤熱交換器の製作方法と比べて、製作時間を格段に短縮することができ、そのため製作コストを大幅に低減することができる。

またプレートフィン１０の間隔は２ｍｍあり、吸着剤であるゼオライトの粒径は１０μｍであるので、プレートフィン１０の隙間にゼオライトが容易に入りこむことができ、そのためプレートフィン１０の全面に亘って均一な厚さの吸着剤被膜を形成することができる。またゼイライトの本来有する防錆性により、良好な防錆膜を強固に形成することができる。

また第１実施例では、冷媒蒸気ｒをケーシング１の内部に導入する入口管３及び出口管５が、ケーシング１内に配置されたプレートフィン１０の配置方向と平行に配置されているので、冷媒蒸気ｒのプレートフィン１０間に形成された隙間への導入及び同隙間からケーシング１の外部への排出がスムーズに行なわれる利点がある。

本発明によれば、吸着式冷凍機において、吸着剤熱交換器を一体に製作可能にしたことにより、冷凍能力を劣化させることなく、吸着式冷凍機の製作時間及び製作コストを従来より大幅に低減することができるとともに、防錆効果のある吸着剤塗膜を形成できる吸着式冷凍機を実現することができる。

本発明装置の第１実施例の立面断面図である。 前記第１実施例の平面断面図である。 前記第１実施例の吸着剤熱交換器の製造過程を示す工程図である。 特許文献１に開示された従来の吸着装置の断面斜視図である。 特許文献２に開示された従来の吸着装置の断面図である。 別な従来の吸着式冷凍機を模式的に示す側面図である。 図６の従来の吸着式冷凍機を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２、４ 側壁
３ 冷媒蒸発入口管
５ 冷媒蒸発出口管
６ 底板
７ 支持棒
８ 吸着剤熱交換器
９ 伝熱管
１０ プレートフィン
１１ 溶液
１２ 浸漬槽
１３ 乾燥工程

Claims (3)

1. 冷熱流体又は温熱流体のいずれかの熱源流体が内部を通流する伝熱管の外周に多数のプレートフィンが並設され同プレートフィンに冷媒を吸着する固体吸着剤が装填されてなる吸着剤熱交換器を備え、
   同吸着剤熱交換器における前記伝熱管内の熱源流体を介して前記吸着剤と冷媒との間の可逆反応に伴う発熱、吸熱現象を利用し、前記熱源流体から供給される温熱を熱源として冷熱を発生させる吸着式冷凍機において、
   前記吸着剤熱交換器は、
   密閉された筐体と、
   同筐体の内部に収容され、互いに間隔を開けて並設された多数のプレートフィンと同プレートフィンに対して直角方向に挿通され間隔を開けて多段に並設された複数の前記伝熱管とが一体に構成された熱交換器と、
   前記プレートフィンの表面に膜状に被覆された前記固体吸着剤とからなり、
   前記プレートフィン間に冷媒蒸気通路を形成してなることを特徴とする吸着式冷凍機。
2. 前記筐体の隔壁に前記伝熱管に前記熱源流体を供給する入口管及び前記伝熱管から排出される熱源流体の出口管を設けるとともに、
   前記筐体の隔壁に前記伝熱管に対して直角方向に冷媒蒸気を供給又は排出する入口管及び出口管を設けたことを特徴とする請求項１記載の吸着式冷凍機。
3. 冷熱流体又は温熱流体のいずれかの熱源流体が内部を通流する伝熱管の外周に多数のプレートフィンが並設され同プレートフィンに冷媒を吸着する固体吸着剤が装填されてなる吸着剤熱交換器を備え、
   同吸着剤熱交換器における前記伝熱管内の熱源流体を介して前記吸着剤と冷媒との間の可逆反応に伴う発熱、吸熱現象を利用し、前記熱源流体から供給される温熱を熱源として冷熱を発生させる吸着式冷凍機の製造方法において、
   互いに間隔を開けて並設された多数のプレートフィンと同プレートフィンに対して直角方向に挿通され間隔を開けて多段に並設された複数の前記伝熱管とが一体に構成された熱交換器を粒状吸着剤及びバインダを含む溶液中に浸漬した後、同溶液から取り出して乾燥させることにより、前記プレートフィンの表面に吸着剤の被膜を形成することを特徴とする吸着式冷凍機の製造方法。

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