JP2007010175A - 吸着式冷凍機用吸着器 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で高性能の吸着性能が得られることのできる吸着式冷凍機用吸着器を実現する。
【解決手段】 吸着剤２２３を保持するとともに、その吸着剤２２３との熱交換を促進するための伝熱面を有する第１内部フィン部材２２１を備え、吸着剤２２３が形成する充填層に溝状の蒸気通路２２０ｃが形成されている。これにより、小型で高性能の吸着性能が得られる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、吸着式冷凍機用吸着器に関するものであり、特に、空調装置に適用して有効である。

従来、この種の吸着式冷凍機用吸着器として、フィン材とこのフィン材間に充填された吸着剤とよりなる吸着／脱着層と、フィン材のみからなる凝縮／蒸発面層を繊維マット状の断熱層を介して対向積層した吸着器を有する吸着式冷凍機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１０７００３号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、吸着剤が気相冷媒を吸着する吸着作用のときに、凝縮／蒸発面層から蒸発する気相冷媒が吸着層の下方端面のみから流入するように構成している。これにより、気相冷媒の移動距離がフィン材の高さ、つまり、吸着剤の充填厚さにより吸着速度が制限されることになる。

すなわち、充填厚さが大きいときは水蒸気の移動距離が大となることで吸着速度が低下する。これにより、吸着器の吸着性能が低下する。また、充填厚さを小さくして吸着速度を増加させると吸着性能が向上する。しかし、吸着剤の充填効率が低下することで吸着器の設置面積が増大する問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、小型で高性能の吸着性能が得られることのできる吸着式冷凍機用吸着器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、吸着剤（２２３）を保持するとともに、吸着剤（２２３）との熱交換を促進するための伝熱面を有する第１内部フィン部材（２２１）を備え、吸着剤（２２３）が形成する充填層に溝状の蒸気通路（２２０ｃ）が形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、蒸気通路（２２０ｃ）が形成されることで充填層と水蒸気との接触面積が拡大されるため吸着速度が増加する。これにより、吸着器の吸着性能の向上が図れる。

請求項２に記載の発明では、第１内部フィン部材（２２１）は、コルゲート状に形成された複数の部材（２２１ｃ〜２２１ｇ）を有し、その複数の部材（２２１ｃ〜２２１ｇ）の間に蒸気通路（２２０ｃ）が区画されていることを特徴としている。

この発明によれば、具体的には、従来が充填厚さ（ｈ）の下端側のみから水蒸気を流入させて充填層の内部に移動させたが、これにより、充填厚さ（ｈ）に影響されることなく充填層と水蒸気との接触が容易にできる。つまり、容易に吸着速度の向上が図れる。

請求項３に記載の発明では、第１内部フィン部材（２２１）は、コルゲート状に形成された一枚の部材（２２１）を有し、第１内部フィン部材（２２１）に複数列の切り欠き部（２２１ｂ）が形成され、切り欠き部（２２１ｂ）が蒸気通路（２２０ｃ）を形成することを特徴としている。

この発明によれば、上記請求項２では、複数の部材（２２１ｃ〜２２１ｇ）の間に蒸気通路（２２０ｃ）を形成したが、コルゲート状の一枚の部材（２２１）の一部に切り欠き部（２２１ｂ）を形成することで、容易に蒸気通路（２２０ｃ）が形成できる。これにより、一枚からなるコルゲート状の第１内部フィン部材（２２１）であっても良い。

請求項４に記載の発明では、蒸気通路（２２０ｃ）は、吸着剤（２２３）の吸着作用における吸着効率、吸着速度、もしくは吸着剤（２２３）の充填効率に基づいて求められる吸着剤（２２３）の充填層厚さ（ｈ）および第１内部フィン部材（２２１）のフィンピッチ（Ｐ）に応じて最適な通路幅（Ｗ１）となるように形成していることを特徴としている。

この発明によれば、蒸気通路（２２０ｃ）を形成することで吸着器（２００）の床面積が増加するが、蒸気通路（２２０ｃ）の最適な通路幅（Ｗ１）を吸着効率、吸着速度、充填効率に基づいて求めることが可能となった。これにより、充填層厚さ（ｈ）と第１内部フィン部材（２２１）のフィンピッチ（Ｐ）とで必要吸着性能に応じた最適形状を形成できることで吸着器（２００）の小型化が図れる。

請求項５に記載の発明では、蒸気通路（２２０ｃ）は、その通路幅（Ｗ１）が約０．４ｍｍ以上、約２．５ｍｍ未満であることを特徴としている。

この発明によれば、充填層厚さ（ｈ）は必要吸着剤量と吸着器（２００）の設置面積とのバランスにより適正範囲が存在し、フィンピッチ（Ｐ）は吸着剤（２２３）の吸着性能および充填効率とのバランスにより適正範囲が存在する。

従って、蒸気通路（２２０ｃ）は充填層厚さ（ｈ）およびフィンピッチ（Ｐ）が上記適正範囲内であれば、小型の吸着器（２００）を提供することができる。

請求項６に記載の発明では、吸着剤（２２３）の充填層幅（Ｗ２）と充填層厚さ（ｈ）との比であるアスペスト比が約０．５以上、約２．０未満であることを特徴としている。

この発明によれば、蒸気通路（２２０ｃ）を設けることで水蒸気が充填層厚さ（ｈ）と充填層幅（Ｗ２）とから流入する。これにより、充填層厚さ（ｈ）と充填層幅（Ｗ２）との一方の水蒸気抵抗の小さい方側に吸着速度が寄与してくる。

従って、このアスペスト比で第１内部フィン部材（２２１）の最適形状、蒸気通路（２２０ｃ）の最適な通路幅（Ｗ１）を求めることができる。これにより、吸着器（２００）の小型化が図れる。

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

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における吸着式冷凍機用吸着器を図１ないし図１０に基づいて説明する。図１は本発明の吸着式冷凍機用吸着器（以下、吸着器と称する）を車両用空調装置用吸着式冷凍機に適用したものであり、その吸着式冷凍機の全体構成を示す模式図である。図２は吸着器２００の全体構成を示す模式図である。図３は吸着器２００の全体構成を示す分解斜視図である。

また、図４は本発明の要部である第１内部フィン部材の最適形状を示すモデル図である。図５は図４に示すＡ矢視図である。本実施形態の吸着式冷凍機は、図１に示すように、１００は車両走行用の水冷エンジン（水冷式内燃機関）である。２００は本実施形態による吸着器であって、同じものが２個設けられており、一方が吸着作用を行うときに他方が脱離作用を行う。

そして、吸着作用が終了したときに、一方が脱離作用を行い他方が吸着作用を行うようになっている。４００は、室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケースである。この空調ケース４００の空気流れ上流側には、空調ケース４００内に空気を流通させる遠心式送風機（以下、送風機と称する。）４１０が設けられている。

４２０は空調ケース４００内を流通する空気を冷却する室内熱交換器である。この室内熱交換器は、熱媒体を介して吸着器２００から冷凍能力を得ている。なお、本実施形態では、熱媒体として水にエチレングリコール系の不凍液を混合した流体（エンジン１００の冷却水と同じもの）を採用している。

５００は吸着器２００から流出する熱媒体と室外空気とを熱交換し、熱媒体を冷却する室外熱交換器である。５１０、５２０は熱媒体の循環経路を切り換える切換弁である。これら切換弁５１０、５２０、熱媒体を循環させるポンプ（図示せず。）、および送風機４１０は、電子制御装置（図示せず）によりその作動が制御されている。

ここで、吸着器２００は、図１ないし図３に示すように、第１熱交換部材２２０、第２熱交換部材２３０、区画部材２４０、断熱強度部材２４５、第１循環水筐体２５０および
第２循環水筐体２６０とから構成される。

第１熱交換部材２２０は、内部に吸着剤２２３を充填させて吸着／脱着層を形成している。そして、第１筐体２２０ａ、第１内部フィン部材２２１、第１外部フィン部材２２２および吸着剤２２３から構成している。第１筐体２２０ａは箱状からなり後述する第２筐体２３０ａと対向接合して気密構造を形成する筐体である。

第１内部フィン部材２２１は、吸着剤２２３の吸着／脱着作用で生ずる熱の熱交換を促進するための伝熱面からなるフィンである。具体的には、図４および図５に示すように、ルーバ付きのコルゲート状に形成し、その波状からなる隣り合う伝熱面との間に吸着剤２２３を保持させている。

そして、伝熱面の折り返し面の一端側（ここでは上端側）を第１筐体２２０ａの内側に接合させて、吸着剤２２３の吸着／脱着作用で生ずる熱が第１筐体２２０ａに伝熱するように構成している。なお、本実施形態では、複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇで形成して、その複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇとの間に蒸気通路である水蒸気通路２２０ｃで区画するように第１筐体２２０ａに並列に配設されている。

また、水蒸気通路２２０ｃは、隣り合う部材２２１ｃ〜２２１ｇ相互間に形成された空間であって溝状になっている。つまり、隣り合う伝熱面との間に充填された吸着剤２２３の充填層厚さ方向に水蒸気が流入することができる。なお、水蒸気通路２２０ｃの最適な通路幅Ｗ１、および第１内部フィン部材２２１の最適形状については後述する。

図中に示す符号２２１ａはルーバであって平面を切り起こして形成している。このルーバ２２１ａは、ルーバ２２１ａの切れ長さがフィン高さの７０％以上あって、さらに、切り起こし角度を、吸着剤２２３の最大粒径よりも大きく開口するように形成している。

これによれば、第１筐体２２０ａに第１内部フィン部材２２１を接合した後の第１内部フィン部材２２１に所定量の吸着剤（例えば、シリカゲル）２２３を充填するときに、閉空間となる伝熱面側に吸着剤２２３を充填できる。また、図中に示すＷ２は充填層幅であって、第１内部フィン部材２２１のフィン幅である。

また、第１外部フィン部材２２２は、第１筐体２２０ａに伝熱された熱と、第１筐体２２０ａの外部を流通する熱媒体との熱交換を促進するための伝熱面からなるフィンである。具体的には、コルゲート状に形成し、その波状からなる伝熱面に熱媒体を流通させる。そして、伝熱面の折り返し面の一端側（ここでは下端側）を第２筐体２３０ａの外側に接合させて、吸着剤２２３の吸着・脱着作用で生ずる熱が熱媒体に熱交換されるように構成している。

次に、第２熱交換部材２３０は、内部に冷媒を封入させて凝縮／蒸発面層を形成している。そして、第２筐体２３０ａ、第２内部フィン部材２３１および第２外部フィン部材２３２から構成している。第２筐体２２０ａは箱状からなり上述した第１筐体２２０ａと対向接合して気密構造を形成する筐体である。

第２内部フィン部材２３１は、冷媒の凝縮／蒸発作用で生ずる熱の熱交換を促進するための伝熱面からなるフィンである。具体的には、ルーバ付きのコルゲート状に形成し、その波状からなる伝熱面に冷媒を接触させている。そして、伝熱面の折り返し面の一端側（ここでは下端側）を第１筐体２２０ａの内側に接合させて、冷媒の凝縮／蒸発作用で生ずる熱が第２筐体２３０ａに伝熱するように構成している。

なお、図３に示す符号２３１ａはルーバであって平面を切り起こして形成している。これは、第２筐体２３０ａに第２内部フィン部材２３１を接合した後に、所定量の冷媒を封入するときに、閉空間となる伝熱面側に冷媒を封入するためのものである。

また、第２外部フィン部材２３２は、第２筐体２３０ａに伝熱された熱と、第２筐体２３０ａの外部を流通する熱媒体との熱交換を促進するための伝熱面からなるフィンである。具体的には、コルゲート状に形成し、その波状からなる伝熱面に熱媒体を流通させ、伝熱面の折り返し面の一端側（ここでは上端側）を第２筐体２３０ａの外側に接合させて、冷媒の凝縮／蒸発作用で生ずる熱が熱媒体に熱交換されるように構成している。

ところで、第１、第２筐体２２０ａの外周には、平坦状の外周縁（図示しない）がそれぞれ形成され、第１、第２筐体２２０ａを互いに対向するように外周縁を重ね合わせて、第１、第２筐体２２０ａの内部が略真空状態を保つように結合するようにしている。

次に、区画部材２４０は、第１熱交換部材２２０と第２熱交換部材２３０との間に設けている。この区画部材２４０は、熱伝導率の小さい金属材料（本実施形態では、ステンレス材料）からなるメッシュ状に形成された仕切り板である。そして、第２熱交換部材２３０の内部に封入される冷媒が蒸発作用のときに発する水飛びを、上方の吸着剤２２３に直接当たることのないようにしたものである。

また、区画部材２４０の上方に配設する断熱強度部材２４５は、熱伝導率の小さい無機質のセラミックス材もしくはガラス材からなる。そして、その厚さ方向に水蒸気が流通する穴もしくは空隙が形成した強度保持部材である。第１熱交換部材２２０と第２熱交換部材２３０とが対向配置されて接合されることで、内部での熱移動の遮断および真空状態となる気密構造部の変形の防止を兼ねている。

そして、第１循環水筐体２５０と第２循環水筐体２６０は、それぞれが第１熱交換部材２２０もしくは第２熱交換部材２３０の外部を覆うように形成されたウォータジャケットである。第１循環水筐体２５０が第１熱交換部材２２０側の外部を覆い、第２循環水筐体２６０が第２熱交換部材２２０側の外部を覆うように形成している。

しかも、第１循環水筐体２５０の内部に熱媒体Ａが循環する循環水流路を形成し、第２循環水筐体２５０の内部に熱媒体Ｂが循環する循環水流路を形成している。これにより、第１外部フィン部材２２２の伝熱面に熱媒体Ａが流通され、第２外部フィン部材２３２の伝熱面に熱媒体Ｂが流通される。

なお、本実施形態では、第１、第２外部フィン部材２２２、２３２をコルゲート状に形成したが、第１、第２内部フィン部材２２１、２３１と同じようにルーバ付きのコルゲート状に形成しても良い。

そして、上述した第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａ、第１、第２内部フィン部材２２１、２３１、第１、第２外部フィン部材２２２、２３２および第１、第２循環水筐体２５０、２６０は、熱伝導率の大きい金属材料（例えば、銅材もしくは銅を含む合金材料、またはアルミニウムもしくはアルミニウムを含む合金材料）から形成している。

ただし、アルミニウム系の材料は、封入された冷媒が、例えば、水とアルミニウムとの反応で水素ガスを発生してしまうため、これを防止するための特殊な表面処理（例えば、ガラス皮膜）が必要である。

ところで、以上の構成による吸着器２００は、内部に充填される吸着剤２２３の吸着性能が効率的に発揮するようにしている。つまり、吸着剤２２３の吸着／脱着作用で生ずる熱の熱交換を促進するための複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇからなる第１内部フィン部材２２１と、その複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇとの間に形成される水蒸気通路２２０ｃと、吸着剤２２３の吸着／脱着作用で生ずる熱と熱媒体Ａとの熱交換を促進するための第１外部フィン部材２２２とで吸着性能を向上させることで吸着器２００の小型化を図るようにしている。

より具体的には、吸着剤２２３および第１内部フィン部材２２１で形成される吸着／脱着層は、第１内部フィン部材２２１および水蒸気通路２２０ｃとが最適形状となるように形成している。

言い換えると、吸着／脱着層を形成する第１内部フィン部材２２１の形状、水蒸気通路２２０ｃの通路幅Ｗ１は吸着剤２２３の吸着性能に基づいて、最適形状とするように形成している。具体的には、充填層厚さｈ、フィンピッチＰ、通路幅Ｗ１を求めている。

ここで、充填層厚さｈは、図４および図５に示すように、伝熱面の山部と谷部との高低差（フィン高さとも称する）を称し、フィンピッチＰは、隣り合う伝熱面の山部（または、谷部）間との距離を称している。また、図中に示すフィン間隔Ｌは、隣り合う伝熱面との空間を称し、上記フィンピッチＰの約１／２程度である。

ここで、これらの最適形状は、発明者らの研究によって見出したので、以下図４ないし図９に基づいて説明する。図６は吸着性能とフィンピッチＰ、フィン間隔Ｌとの関係を示す特性図である。図７は通路幅Ｗ１と吸着速度との関係を示す特性図である。図８は通路幅Ｗ１と吸着器体格速度との関係を示す特性図である。図９はアスペクト比と吸着速度との関係を示す特性図である。

まず、コルゲート状の第１内部フィン２２１では、図６に示すように、フィンピッチＰを小さくするほど吸着剤２２３との熱交換が促進するため吸着性能を向上できて小型化が図れる。ただし、フィンピッチＰを小さくしすぎると、フィンの占める容積が拡大し吸着剤２２３の充填効率が低下するため吸着性能が急激に低下するので最適範囲が存在する。

従って、吸着剤粒径が０．１〜０．２ｍｍ、切替時間（後述する）が１７０秒程度の条件では、フィンピッチＰを吸着器の床面積（設置面積）の増大の２０％までを許容値として、約１ｍｍ以上、約４ｍｍ未満で設定することが望ましい。なお、このときのフィン間隔Ｌは約０．５ｍｍ以上〜約２．０ｍｍ未満が望ましい。

次に、充填層厚さｈは、その厚さｈを低くするほど伝熱面での熱抵抗が減少することで、吸着剤層内へ吸着（脱着）される冷媒の水蒸気抵抗が減少するため吸着性能が向上する。また、吸着性能は吸着効率に比例し切替時間に反比例の関係となるので、上記充填層厚さｈが厚くなると切替時間も長くなるが、充填層厚さｈが厚くなっても通路幅Ｗ１を形成したことで吸着速度が向上し切替時間も短縮されて吸着能力が向上することとなる。

ここで、切替時間は、吸着剤２２３の吸着速度を示すものであって、例えば、吸着速度が速くなれば切替時間が短縮されることになる。ただし、充填層厚さｈを低くすぎると、必要吸着剤量を充填するための床面積（吸着器の設置面積）が急激に増加するので最適範囲が存在する。

因みに、本実施形態では、充填層厚さｈを約２ｍｍ以上〜約１０ｍｍ未満に設定することが望ましい。以上の最適形状によれば、吸着効率、吸着速度、充填効率が最良となるため吸着性能の向上が図れることで小型化できるとともに、吸着剤２２３の必要充填量の低減も図れる。

次に、通路幅Ｗ１は、充填層厚さｈを約５ｍｍ、フィンピッチＰを約２ｍｍ、充填層幅Ｗ２を約５ｍｍの条件において、図７に示すように、ある一定値（例えば、約０．１ｍｍ）以上の通路幅Ｗ１を形成する。これにより、充填層内への水蒸気の流通通路として作用することで、水蒸気の抵抗が減少するので吸着速度が増加して吸着性能が向上する。従って、単位能力あたりの必要吸着剤量は減少できる。

しかし、一定値（例えば、約０．４ｍｍ）以上の通路幅Ｗ１を形成すると、吸着速度が停滞し、通路を形成した分だけ必要吸着剤量を充填するための床面積（吸着器の設置面積）の増大を招くので最適範囲が存在する。

従って、本実施形態では、図８に示すように、通路幅Ｗ１の最適範囲を、吸着器２００の床面積（設置面積）の増大の２０％までを許容値として、約０．４ｍｍ以上、約２．５ｍｍ未満で設定することが望ましい。これにより、床面積（吸着器の設置面積）をできるだけ小さくすることができる。

ところで、充填層に水蒸気通路２２０ｃを形成すると、水蒸気が流入する側となる充填層厚さｈ、充填層幅Ｗ２のどちらか一方の水蒸気抵抗の小さい側に吸着速度として寄与度が高くなる。つまり、吸着速度は、充填層幅Ｗ２と充填層厚さｈとの比であるアスペスト比により、その最適範囲を求めることができる。

図９は、フィンピッチＰを約２ｍｍ、通路幅Ｗ１を約１ｍｍの条件で充填層厚さ約５ｍｍ、約１０ｍｍのパラメータにより吸着速度とアスペスト比との関係を求めている。図９に示すように、アスペスト比が約０．５以下になると、フィンを成形する際に捻じれが生じやすくなる。

また、アスペスト比が約２．０以上になると、水蒸気通路２２０ｃを形成しない状態とほぼ同等の吸着速度となる。これにより、本発明では、アスペスト比の最適範囲として、約０．５以上、約２．０未満で設定することが望ましい。これにより、アスペスト比で第１内部フィン部材２２１の最適形状、水蒸気通路２２０ｃの最適な通路幅Ｗ１を求めることができる。

一方、第２熱交換部材２３０側の内部に封入される冷媒の凝縮性能が効率的に発揮するために第２筐体２３０ａの内部に第２内部フィン部材２３１と、第２筐体２３０ａの外部に第２外部フィン部材２３２とを配設して、その第２外部フィン部材２３２に熱媒体Ｂを循環するように第２循環水筐体２６０を形成している。

その第２内部フィン部材２３１の形状は、内部に封入される冷媒の蒸発作用、凝縮作用における熱交換効率に基づいて伝熱面積を求めている。そして、その伝熱面積は、第２内部フィン部材２３１が第２筐体２３０ａに接する投影面積（床面積）の少なくとも約５倍程度に表面積が拡大されていることが必要である。なお、第２内部フィン部材２３１が第２筐体２３０ａの床面積の５倍以上の伝熱面積を有しておれば、第１内部フィン部材２２１と同一形状であっても良い。

ところで、以上の構成による第１熱交換部材２２０と第２熱交換部材２３０とは、それぞれ積層構造によるモジュール化を図って構成しているので、次に本発明の吸着器２００の組み付け方法について図１０に基づいて説明する。

図１０は第１熱交換部材２２０と第２熱交換部材２３０との組み付け形態を示す説明図である。まず、第１熱交換部材２２０は、図１０に示すように、第１筐体２２０ａの内側および外側に接合材料からなる接着シート２２０ｂをプレコートする。そして、第１筐体２２０ａの内側に水蒸気通路２２０ｃを介して複数の第１内部フィン部材２２１を仮配置し、第１筐体２２０ａの外側に第１外部フィン部材２２２、第１循環水筐体２５０を仮配置した状態で高温炉に入れて一体接合する。

一方、第２熱交換部材２３０は、第２筐体２３０ａの内側および外側に接着材料からなる接着シート２３０ｂをプレコートする。そして、第２筐体２３０ａの内側に第２内部フィン部材２３１を仮配置し、第２筐体２３０ａの外側に第２外部フィン部材２３２および第２循環水筐体２６０を仮配置した状態で高温炉に入れて一体接合する。

そして、第１熱交換部材２２０側の第１内部フィン部材２２１の伝熱面に所定量の吸着剤２２３を充填する。なお、吸着剤２２３を充填する前に、水蒸気通路２２０ｃには中子などを入れておく。また、吸着剤２２３を充填するときには、伝熱面の片面が閉塞空間となっているが、ルーバ２２１ａからその閉塞空間に吸着剤２２３を充填することができる。

そして、第１筐体２２０ａと第２筐体２３０ａとの間に区画部材２４０および断熱強度部材２４５を挟み込んで、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａの内部が略真空状態を保つように、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａの外周縁を、例えば、超音波接合などの接合部が高温とならない低温金属接合で接合する。

これにより、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａを箱状の簡素な形状で形成したことにより、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａの形成作業が簡素な成形型で対応ができる。

なお、吸着剤２２３は、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａが接合する前に第１内部フィン部材２２１の伝熱面との空間に充填させたが、第２熱交換部材２３０内に封入する冷媒は、第１熱交換部材２２０と第２熱交換部材２３０とが結合した後に、図示しない注入口より所定量封入するようにしている。

また、ここでは、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａの両面に接合材料からなる接着シート２２０ｂをプレコートして第１、第２内部フィン部材２２１、２３１および第１、第２外部フィン部材２２２、２３２を接合させたが、これに限らず、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａの両面に母材よりも融点の低いロー材などの接合材料をクラッド（圧延などで）するように構成しても良い。

これによれば、接着シート２２０ｂよりも接合部の伝熱性能が向上する。また、本実施形態では、第１、第２外部フィン部材２２２、２３２を第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａの外側に接合するように構成したが、これに限らず、第１、第２循環水筐体２５０、２６０の内側に接合するように構成しても良い。これによれば、ウォータジャケットの耐圧強度剛性を高めることができる。

次に、以上の構成による吸着式冷凍機の作動について説明する。まず、図１に示すように、ポンプ（図示せず）および送風機４１０を作動させて熱媒体および空気を流通させるとともに、切換弁５１０、５２０を作動させて、第１吸着器２００（以下、左側の吸着器を称する）側の第１循環水筐体２５０と室外熱交換器５００の間、第２吸着器２００（以下、右側の吸着器を称する）側の第２循環水筐体２６０と室外熱交換器５００との間、エンジン１００と第２吸着器２００側の第１循環水筐体２５０との間、並びに第１吸着器２００側の第２循環水筐体２６０と室内熱交換器４２０との間で熱媒体を循環させる。以下、このような状態を第１状態と呼ぶ。

このとき、第１吸着器２００側の第２循環水筐体２６０には、室内に吹き出す空気により加熱された熱媒体が循環するので、第２熱交換部材２３０内の液相冷媒を蒸発させるとともに、この液相冷媒の蒸発時の蒸発潜熱により第２熱交換部材２３０にて冷却された熱媒体により室内に吹き出す空気が冷却される。

これと同時に、第１吸着器２００側の第１熱交換部材２２０では、蒸発した気相冷媒を吸着して蒸発を促進する。なお、吸着剤２２３は、気相冷媒を吸着する際に熱（凝縮熱）を発生するとともに、吸着剤２２３の温度が上昇すると、水分の吸着能力が低下するため、室外熱交換器５００と第１循環水筐体２５０との間で熱媒体を循環させて吸着剤２２３の温度上昇を抑制する。なお、以下、このような状態にある第１吸着器２００のことを、蒸発・吸着状態にある吸着器と呼ぶ。

一方、第２吸着器２００側の第１循環水筐体２５０には、エンジン１００の冷却水が流入するため、第１熱交換部材２２０に接着された吸着剤２２３が加熱され、吸着していた水分を放出（脱離）する。

このとき、第２吸着器２００側の第２循環水筐体２６０には、室外熱交換器５００にて冷却された熱媒体が流通しているので、脱離した気相冷媒（水蒸気）は、第２熱交換部材２３０にて冷却されて凝縮する。なお、以下、このような状態にある第２吸着器２００のことを、凝縮・脱離状態にある吸着器と呼ぶ。

このように、第１状態では、第１吸着器２００側においては、冷媒の蒸発及びその蒸発した気相冷媒の吸着が行われ、一方、第２吸着器２００側においては、吸着していた水分の脱離、及びその蒸発した気相冷媒の冷却凝縮が行われる。

従って、第１吸着器２００側の第２熱交換部材２３０は液相冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、第２吸着器３００側の第２熱交換部材２３０は気相冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

次に、第１状態での運転が所定時間経過したときには、図１１に示すように、切換弁５１０、５２０を作動させて第２吸着器２００側の第１循環水筐体２５０と室外熱交換器５００の間、第１吸着器２００側の第２循環水筐体２６０と室外熱交換器５００との間、エンジン１００と第１吸着器２００側の第１循環水筐体２５０との間、並びに第２吸着器２００側の第２循環水筐体２６０と室内熱交換器４２０との間で熱媒体を循環させる。以下、このような状態を第２状態と呼ぶ。

このとき、第２吸着器２００側の第２循環水筐体２６０には、室内に吹き出す空気により加熱された熱媒体が循環するので、第２熱交換部材２３０内の液相冷媒を蒸発させるとともに、この液相冷媒の蒸発時の蒸発潜熱により第２熱交換部材２３０にて冷却された熱媒体により室内に吹き出す空気が冷却される。

これと同時に、第２吸着器２００側の第１熱交換部材２２０では、蒸発した気相冷媒を吸着して第１熱交換部材２２０内の圧力が上昇することを抑制するとともに、室外熱交換器５００と第１循環水筐体２５０との間で熱媒体を循環させて吸着剤２２３の温度上昇を抑制する。

一方、第１吸着器２００側の第１循環水筐体２５０には、エンジン１００の冷却水が流入するため、第１状態にて第１熱交換部材２２０に接着された吸着剤２２３が加熱され、吸着していた水分を放出（脱離）する。このとき、第１吸着器２００側の第２循環水筐体２６０には、室外熱交換器５００にて冷却された熱媒体が流通しているので、脱離した気相冷媒（水蒸気）は、第２熱交換部材２３０にて冷却されて凝縮する。

このように、第２状態において、第２吸着器２００側では、冷媒の蒸発及びその蒸発した気相冷媒の吸着が行われる。一方、第１吸着器２００側では、吸着していた水分の脱離、及びその蒸発した気相冷媒の冷却凝縮が行われる。

従って、第２吸着器２００側の第２熱交換部材２３０は液相冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、第１吸着器２００側の第２熱交換部材２３０は気相冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

そして、所定時間が経過したときは、再び第１状態とする。このように、第１状態と第２状態とを所定時間毎に繰り返しながら、吸着式冷凍機を連続的に稼働させる。なお、上記所定時間は、第１熱交換部材２２０の吸着剤２２３の水分吸着性能に基づいて選定されるものである。

以上の第１実施形態における吸着式冷凍機用吸着器によれば、吸着剤２２３を保持するとともに、この吸着剤２２３との熱交換を促進するための伝熱面を有する第１内部フィン部材２２１を備え、吸着剤２２３が形成する充填層に溝状の水蒸気通路２２０ｃが形成されている。従って、水蒸気通路２２０ｃが形成されることで充填層と水蒸気との接触面積が拡大されるため吸着速度が増加する。これにより、吸着器２００の吸着性能の向上が図れる。

また、第１内部フィン部材２２１は、コルゲート状に形成された複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇを有し、その複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇの間に水蒸気通路２２０ｃが区画されていることにより、従来が充填厚さｈの下端側から水蒸気を流入させて充填層の内部に移動させたが、充填厚さｈに影響されることなく充填層と水蒸気との接触が容易にできる。つまり、容易に吸着速度の向上が図れる。

また、水蒸気通路２２０ｃは、吸着剤２２３の吸着作用における吸着効率、吸着速度、もしくは吸着剤２２３の充填効率に基づいて求められる吸着剤２２３の充填層厚さｈおよび第１内部フィン部材２２１のフィンピッチ（Ｐ）に応じて最適な通路幅Ｗ１となるように形成している。

これによれば、水蒸気通路２２０ｃを形成することで吸着器２００の床面積が増加するが、水蒸気通路２２０ｃの最適な通路幅Ｗ１を吸着効率、吸着速度、充填効率に基づいて求めることが可能となった。これにより、充填層厚さｈと第１内部フィン部材２２１のフィンピッチＰとで必要吸着性能に応じた最適形状を形成できることで吸着器２００の小型化が図れる。

また、水蒸気通路２２０ｃは、その通路幅Ｗ１が約０．４ｍｍ以上、約２．５ｍｍ未満であることにより、充填層厚さｈは必要吸着剤量と吸着器２００の設置面積とのバランスにより適正範囲が存在し、フィンピッチＰは吸着剤２２３の吸着性能および充填効率とのバランスにより適正範囲が存在する。従って、水蒸気通路２２０ｃは充填層厚さｈおよびフィンピッチＰが上記適正範囲内であれば、小型の吸着器２００を提供することができる。

また、吸着剤２２３の充填層幅Ｗ２と充填層厚さｈとの比であるアスペスト比が約０．５以上、約２．０未満であることにより、水蒸気通路２２０ｃを設けることで水蒸気が充填層厚さｈと充填層幅Ｗ２とから流入する。

これにより、充填層厚さｈと充填層幅Ｗ２との一方の水蒸気抵抗の小さい方側に吸着速度が寄与してくる。従って、このアスペスト比で第１内部フィン部材２２１の最適形状、蒸気通路２２０ｃの最適な通路幅Ｗ１を求めることができる。これにより、吸着器２００の小型化が図れる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、第１筐体２２０ａの内部に水蒸気通路２２０ｃを介して区画するように複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇからなる第１内部フィン部材２２１を並列に配設させて水蒸気通路２２０ｃを形成するように構成したが、これに限らず、具体的には、図１２に示すように、一枚からなる第１内部フィン部材２２１に複数列の切り欠き部２２１ｂを形成し、この切り欠き部２２１ｂで水蒸気通路２２０ｃを形成するようにしても良い。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、第１内部フィン部材２２１を伝熱面の折り返し面の一端側を第１筐体２２０の内側に接合するように配設したが、これに限らず、具体的には、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、伝熱面の一端面が第１筐体２２０ａの内側に接合するように配設している。

つまり、フィンの両面側に吸着剤２２３が充填できるように形成している。そして、第１内部フィン部材２２１を複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇで形成し、水蒸気通路２２０ｃで区画するように並列に配設する。

これによれば、以上の実施形態のように、伝熱面の折り返し面の一端側が接合することで閉塞空間が形成されない利点がある。つまり、閉塞空間に充填された吸着剤２２３の吸着速度が低下することを防止することができる。また、吸着剤２２３をルーバ２２１ａ側から伝熱面の片面側に充填することがなくなるためルーバ２２１ａの切り起こし角度を吸着剤２２３の最大粒径よりも大きく形成する必要はない。

（第４実施形態）
また、具体的には、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、一枚のコルゲート状の第１内部フィン部材２２１を形成し、その第１内部フィン部材２２１に複数列の切り欠き部２２１ｂを形成して、伝熱面の一端面が第１筐体２２０ａの内側に接合するように配設させて、その切り欠き部２２１ｂが水蒸気通路２２０ｃを形成するようにしても良い。

（第５実施形態）
以上の実施形態では、第１内部フィン部材２２１をコルゲート状に形成したが、これに限らず、図１５に示すように、断面が略Ｌ型状、もしくは略Ｕ字状の板材で形成し、その根元部を第１筐体２２０の内側に接合するように複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇを配設し、複数の部材２２１ｃ〜２２１ｇとの間に充填層を形成するとともに、その充填層に水蒸気通路２２０ｃを形成するように構成しても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、吸着器２００を単数で構成したが、これに限らず、二つ以上の複数個を積層させて吸着器２００構成しても良い。ただし、吸着器２００を積層するときには、第１、第２循環水筐体２５０、２６０を以上の実施形態のように金属材料で形成していると重ねあう部分で熱損失を生ずるので、重ねあわせ部に図示しない断熱部材もしくは熱伝導率の小さい樹脂板などを設けると良い。

また、以上の実施形態では、第１、第２循環水筐体２５０、２６０を金属材料で形成したが、これに限らず、第１、第２循環水筐体２５０、２６０を熱伝導率の小さい樹脂材料で形成しても良い。これによれば、上述した図示しない断熱部材もしくは熱伝導率の小さい樹脂板は不要である。

なお、第１、第２循環水筐体２５０、２６０を樹脂材料で形成して、第１、第２熱交換部材２２０、２３０とを一体構成するときに、接合材料のクラッドによる接合を避けた方が望ましい。

また、第１、第２循環水筐体２５０、２６０と第１、第２熱交換部材２２０、２３０とをモジュール化せず各々を組み付けても良い。その場合、第１、第２循環水筐体２５０、２６０と第１、第２熱交換部材２２０、２３０との間には図示しないＯリングやパッキンなどのシール部材を挟み、かしめなどによって気密しても良い。

また、以上の実施形態では、第１、第２筐体２２０ａ、２３０ａとの間に配設する断熱強度部材２４５を熱伝導率の小さい無機質のセラミックス材もしくはガラス材からなり、厚さ方向に水蒸気が流通する穴もしくは空隙を形成するようにしたが、これに限らず、図１４に示すように、セラミックス材からなる支柱を整列させて形成しても良い。

また、以上の実施形態では、本発明を車両用空調装置用吸着式冷凍機に適用したが、これに限定せず、家庭用や業務用の吸着式冷凍機に適用させても良い。

本発明を適用させた吸着式冷凍機の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における吸着器２００の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における吸着器２００の組み付け前の全体構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態における第１内部フィン部材２２１の最適形状を求めるための説明図である。 図４に示すＡ矢視図である。 吸着性能とフィンピッチとの関係を示す特性図である。 水蒸気通路幅と吸着速度との関係を示す特性図である。 水蒸気通路幅と吸着器体格との関係を示す特性図である。 アスペクト比と吸着速度との関係を示す特性図である。 本発明の第１実施形態における吸着器２００の組み付け形態を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態における吸着式冷凍機の第２状態を示す模式図である。 本発明の第２実施形態における第１内部フィン部材２２１の形状を示す模式図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態における第１内部フィン部材２２１の配設形態を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ矢視図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態における第１内部フィン部材２２１の配設形態を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ矢視図である。 本発明の第５実施形態における第１内部フィン部材２２１の配設形態を示す模式図である。

符号の説明

２２０ｃ…水蒸気通路（蒸気通路）
２２１…第１内部フィン部材
２２１ｂ…切り欠き部
２２３…吸着剤
ｈ…充填層厚さ
Ｐ…フィンピッチ
Ｗ１…通路幅
Ｗ２…充填層幅

Claims (6)

1. 吸着剤（２２３）を保持するとともに、前記吸着剤（２２３）との熱交換を促進するための伝熱面を有する第１内部フィン部材（２２１）を備え、
   前記吸着剤（２２３）が形成する充填層に溝状の蒸気通路（２２０ｃ）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. 前記第１内部フィン部材（２２１）は、コルゲート状に形成された複数の部材（２２１ｃ〜２２１ｇ）を有し、その複数の部材（２２１ｃ〜２２１ｇ）の間に前記蒸気通路（２２０ｃ）が区画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. 前記第１内部フィン部材（２２１）は、コルゲート状に形成された一枚の部材（２２１）を有し、前記第１内部フィン部材（２２１）に複数列の切り欠き部（２２１ｂ）が形成され、前記切り欠き部（２２１ｂ）が前記蒸気通路（２２０ｃ）を形成す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。
4. 前記蒸気通路（２２０ｃ）は、前記吸着剤（２２３）の吸着作用における吸着効率、吸着速度、もしくは前記吸着剤（２２３）の充填効率に基づいて求められる前記吸着剤（２２３）の充填層厚さ（ｈ）および前記第１内部フィン部材（２２１）のフィンピッチ（Ｐ）に応じて最適な通路幅（Ｗ１）となるように形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の吸着式冷凍機用吸着器。
5. 前記蒸気通路（２２０ｃ）は、その通路幅（Ｗ１）が約０．４ｍｍ以上、約２．５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項４に記載の吸着式冷凍機用吸着器。
6. 前記吸着剤（２２３）の充填層幅（Ｗ２）と充填層厚さ（ｈ）との比であるアスペスト比が約０．５以上、約２．０未満であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の吸着式冷凍機用吸着器。

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