JP2009097733A - 吸着熱交換器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着剤２４と金属粉２３ｂとを混合し、焼結して吸着剤充填層２２を形成する吸着熱交換器において、焼結時に大きな温度変化があっても、吸着剤充填層２２と温水パイプ２１とが充分に接合される吸着熱交換器を提供する。
【解決手段】吸着剤充填層２２は、温水パイプ２１の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層２２から構成されている。
これによれば、金属粉２３ｂと温水パイプ２１のように、融点の異なるものを一体焼結で製造する際、加熱や冷却によって生じる金属粉２３ｂと温水パイプ２１とのずれを、吸着剤充填層２２を複数に分割することによって低減できる。これにより、吸着剤充填層２２と温水パイプ２１との間で充分な接合強度を確保することができ、確実な伝熱性能や被吸着媒体の拡散性能を得ることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、吸着剤が液相と気相の間で相変化する被吸着媒体の脱着を通じて、熱交換作用を行う吸着熱交換器とその製造方法に関するものである。例えば、吸着剤が気相の被吸着媒体を吸着する作用を用いて被吸着媒体を蒸発させ、その蒸発潜熱によって冷凍能力を発揮する吸着式の冷凍装置などに適用して好適なものである。

下記の特許文献１には、銅粉と吸着剤とを混合した混合粉中に伝熱管を配置し、銅粉を焼結して伝熱フィンとするとともに、この伝熱フィンと伝熱管とを接合させる吸着剤付き熱交換器が示されている。これによれば、銅粉の焼結体を伝熱フィンとすることで、この伝熱フィン内に充填された吸着剤との接触面積が増えて伝熱特性が向上するとともに、伝熱フィンと伝熱管との伝熱特性も向上させている。
特開平４−１４８１９４号公報

上記特許文献１における従来技術では、銅粉が微細粒子であるため、バルク状態の伝熱管よりも融点が低く、焼結時に銅粉が部分的に融解することで伝熱管との接合が成される。しかしながら、このようにして接合する焼結体と伝熱管においては、同じ材質としても加熱時の熱膨張率や、冷却時の熱収縮率が異なることとなる。特に、冷却時の収縮においては、焼結体と伝熱管との間にずれが生じて接合強度が下がったまま常温で固まってしまうこととなり、伝熱特性や被吸着媒体の拡散特性が低下してしまうという問題点がある。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、焼結時に大きな温度変化があっても、焼結体と伝熱管とが充分に接合される吸着熱交換器とその製造方法とを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、下記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、熱交換スペースを有するケース（３、３１）と、ケース（３、３１）に形成され、かつ熱交換スペースと連通し、被吸着媒体を熱交換スペース内に流入、流出させる流入流出口（３６、３７）と、熱交換スペースの上下方向の両端部に形成され、熱交換スペースとは気密的に分離された流体空間を形成するタンク（３４、３５）と、熱交換スペース内を貫通し、両端がタンク（３４、３５）の流体空間にそれぞれ連通し、熱交換媒体がタンク（３４、３５）の一方から他方に流通する複数の熱媒体管（２１）と、複数の熱媒体管（２１）の外表面と接合して熱交換スペース内に配設され、流入流出口（３６、３７）から熱交換スペース内に流入する被吸着媒体を吸着し、あるいは吸着された被吸着媒体を脱離する吸着剤充填層（２２）とから構成される吸着熱交換器（１）において、
吸着剤充填層（２２）は、熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層（２２）から構成され、熱媒体管（２１）の長手方向であって熱媒体管（２１）と平行に、気相の被吸着媒体を流通させるための複数の被吸着媒体通路（２５）が、複数の吸着剤充填層（２２）に形成され、吸着剤充填層（２２）は、粉末状、粒子状あるいは繊維状の金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が焼結により形成された焼結結合体（２２）から構成されていることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、金属粉（２３ｂ）と熱媒体管（２１）のように、融点の異なるものを一体焼結で製造する際、加熱や冷却によって生じる金属粉（２３ｂ）と熱媒体管（２１）とのずれを、吸着剤充填層（２２）を複数に分割することによって低減できる。これにより、焼結結合体（２２）と熱媒体管（２１）との間で充分な接合強度を確保することができ、確実な伝熱性能や被吸着媒体の拡散性能を得ることができる。

また、吸着剤充填層（２２）を複数に分割することによって生じる吸着剤充填層（２２）間の隙間（Ｇ）は、それぞれの吸着剤充填層（２２）間の被吸着媒体通路となるため、吸着剤充填層（２２）への被吸着媒体の拡散をこれまで以上に向上させる効果を得ることができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の吸着熱交換器において、熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割されたそれぞれの吸着剤充填層（２２）の厚さ（Ｈ）が、６５ｍｍ以下であることを特徴としている。これは、焼結での温度差による吸着剤充填層（２２）と熱媒体管（２１）との間のずれ量から計算したものである。この請求項２に記載の発明によれば、金属粉（２３ｂ）と熱媒体管（２１）とを銅、もしくは銅合金とした場合、吸着剤充填層（２２）の厚さ（Ｈ）は６５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の吸着熱交換器において、熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層（２２）において、隣り合う吸着剤充填層（２２）との長手方向の距離（Ｇ）は、吸着剤充填層（２２）の厚さ（Ｈ）よりも小さいことを特徴としている。

この請求項３に記載の発明によれば、吸着剤充填層（２２）の間隔は特に制限されるものではないが、あまり大きいと吸着剤充填率が小さくなって全体が大型化してしまうため、小型化の観点より少なくとも吸着剤充填層（２２）の厚さ（Ｈ）より小さくすることが好ましい。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の吸着熱交換器において、吸着剤充填層（２２）のそれぞれは、カップ形状の受け容器（４０）を有し、焼結結合体（２２）が受け容器（４０）に収容されていること特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、受け容器（４０）中に金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物を充填し、この受け容器（４０）を熱媒体管（２１）の長手方向に重ねることにより、複数に分割した吸着剤充填層（２２）を容易に形成することができ、吸着剤充填層（２２）間の隙間（Ｇ）も確実に確保することができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の吸着熱交換器において、受け容器（４０）の外周面と熱交換スペースを形成するケース（３、３１）の内周面との間に所定の間隙をもって、受け容器（４０）が熱交換スペースに収容されていること特徴としている。

この請求項５に記載の発明によれば、受け容器（４０）とケース（３、３１）との間で上述したようなずれが生じても、吸着剤充填層（２２）と熱媒体管（２１）との間の接合に影響しないようにすることができる。また、吸着剤充填層（２２）の熱がケース（３、３１）に伝わりにくく、熱効率を良好に保つことができる。

また、請求項６に記載の発明では、熱交換スペースを有するケース（３、３１）と、熱交換スペースの上下方向の両端部に形成され、熱交換スペースとは気密的に分離された流体空間を形成するタンク（３４、３５）と、熱交換スペース内を貫通し、両端がタンク（３４、３５）の流体空間にそれぞれ連通し、熱交換媒体がタンク（３４、３５）の一方から他方に流通する複数の熱媒体管（２１）と、複数の熱媒体管（２１）の外表面と接合して熱交換スペース内に配設され、熱交換スペース内に流入する被吸着媒体を吸着し、あるいは吸着された被吸着媒体を脱離する吸着剤充填層（２２）とから構成される吸着熱交換器（１）であり、吸着剤充填層（２２）は、熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層（２２）から構成され、吸着剤充填層（２２）は、金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が焼結により形成された焼結結合体（２２）から構成され、吸着剤充填層（２２）のそれぞれは、焼結結合体（２２）を収容するカップ形状の受け容器（４０）を有しており、熱媒体管（２１）の長手方向であって熱媒体管（２１）と平行に、被吸着媒体を流通させるための複数の被吸着媒体通路（２５）が、複数の吸着剤充填層（２２）に形成される吸着熱交換器（１）において、
複数の被吸着媒体通路（２５）を形成するための通路形成治具（４１）を配置する治具セット工程と、複数の熱媒体管（２１）を所定の位置に配置する熱媒体管の配置工程と、通路形成治具（４１）と熱媒体管（２１）とが受け容器（４０）の底面に形成された通路孔（４０ｂ）およびパイプ孔（４０ａ）にそれぞれ貫通するように、受け容器（４０）を、通路形成治具（４１）と熱媒体管（２１）に対して配置する受け容器の配置工程と、金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物を、受け容器（４０）内に充填する充填工程と、受け容器（４０）内の混合物を押し固める加圧工程と、受け容器の配置工程と充填工程と加圧工程とを複数回繰り返すことにより、金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が充填された受け容器（４０）を、通路形成治具（４１）の長手方向において複数段形成する積層工程と、通路形成治具（４１）を積層された受け容器（４０）から抜き取る抜取工程と、金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が充填され、複数の熱媒体管（２１）が混合物により仮保持され、かつ熱媒体管（２１）の長手方向において複数段形成された受け容器（４０）を加熱することにより、金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物を焼結するとともに、焼結される金属粉（２３ｂ）を熱媒体管（２１）の外表面に接合させる焼結工程とを有することを特徴としている。

この請求項６に記載の発明によれば、吸着剤充填層（２２）が熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割され、かつそれぞれの吸着剤充填層（２２）に被吸着媒体通路（２５）を熱媒体管（２１）の長手方向に貫通するように設けた吸着熱交換器（１）を、容易に製造することができる。なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における吸着熱交換器を、図１〜１０を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態の吸着熱交換器１は、内部に含む吸着剤２４が気相の被吸着媒体（本実施形態では水蒸気、よって以下は水蒸気で記す）を吸着する作用を用い、水蒸気を蒸発させてその蒸発潜熱により冷凍能力を発揮することを利用するものである。よって、吸着式冷凍装置などに使用して車両用の空調装置などに適用するのに好適なものである。

この吸着熱交換器１は、筐体内にとしての吸着モジュール２を備えている。図１は、発明の前提となる吸着モジュール２の端面図であり、図２は、図１中のII−II断面図である。吸着モジュール２は、図１および図２に示すように、熱交換媒体（本実施形態では温水、よって以下は温水で記す）が流れる複数の温水パイプ（熱媒体管）２１と、そのそれぞれの温水パイプ２１の外面と結合するようにして形成された吸着剤充填層（焼結結合体）２２とを有している。

また、温水パイプ２１の間の吸着剤充填層２２には、水蒸気が流れる水蒸気通路（被吸着媒体通路）２５が形成されている。図３は、図１の部分拡大図であり、図４は、図３中の吸着剤充填層２２を示す模式的断面図である。図４に示すように、吸着剤充填層２２は、粉末状、粒子状もしくは繊維状の金属粉２３ｂに吸着剤２４を充填して焼結することにより、吸着剤２４の詰まった多孔質焼結フィン２３を形成するとともに、その多孔質焼結フィン２３を各温水パイプ２１の外面に結合させたものである。

本実施形態では多孔質焼結フィン（多孔質伝熱体）２３として、熱伝導性に優れる繊維状の金属粉２３ｂを用いており、この繊維状の金属を加熱して、溶融することなく焼結結合させて焼結体としている。この繊維状の金属として、本実施形態では銅または銅合金を用いている。なお、多孔質焼結フィン２３を構成するのは、例えば粉末状や粒子状の金属であっても良い。

このような多孔質フィン２３は、図４に示すように、微細な細孔２３ａを形成している。この細孔２３ａは、粒子径が微小な吸着剤２４を充填するのに適した微細な孔となっている。吸着剤２４は、微小な多数の粒子状に形成されており、例えば、シリカゲル、ゼオライトなどの材料から成っている。そして吸着剤２４は、多孔質フィン２３の細孔２３ａの内部に多数充填されている。

また、多孔質フィン２３は、銅または銅合金からなる温水パイプ２１の周辺部に焼結結合されている。そして、これらから成る吸着剤充填層２２は、その全体が温水パイプ２１に沿って複数の温水パイプ２１の周囲に形成されており、本実施形態では全体形状が円筒形となっている。

なお、水蒸気通路２５の断面形状は、本実施形態では円としているが、楕円や矩形などであっても良い。また、本実施形態では、水蒸気通路２５は、６本の温水パイプ２１に囲まれた領域に配置しているが、これ以外の複数の温水パイプ２１に囲まれた領域に配置されるものであっても良い。

この水蒸気通路２５は、吸着時には図示しない蒸発器からの水蒸気を通して、温水パイプ２１周囲の吸着剤充填層２２の内部へ速やかに浸透させる役割を果す。また、脱離時には、温水パイプ２１の周囲の吸着剤充填層２２から吐き出された水蒸気を、この水蒸気通路２５を通して速やかに図示しない凝縮器へ導く役割を果す。

なお、この吸着剤充填層２２は、温水パイプ２１の周囲で焼結結合した多孔質焼結フィン２３の厚さＬ（図４参照）に対応している。この多孔質焼結フィン２３の厚さＬを設定するに当たり、図３および図４に示すように、水蒸気が温水パイプ２１に向かう浸透深さｒ２と、温水パイプ２１からの距離（以下、伝熱距離）ｒ１とが略等しくなるように、温水パイプ２１の間に水蒸気通路２５を配置することが好ましい。

なお、浸透深さｒ２は、水蒸気通路２５の内周面から温水パイプ２１の外周面までの距離である。このように、吸着および脱離の速度に係わる浸透深さｒ２と、伝熱距離ｒ１とが略等しくなるように温水パイプ２１の間に水蒸気通路２５を配置することにより、水蒸気の拡散抵抗が小さく、かつ伝熱特性が優れ、吸着と脱離に要す時間を短縮することができる高性能な吸着熱交換器を提供できる。なおこれを、最適多孔質焼結フィン厚さＬとする。

次に、上述した吸着モジュール２をケース３の内部に収めて、一体成形した吸着熱交換器１について説明する。図５は、本発明の一実施形態における吸着熱交換器１を示す外観側面図であり、図６は、図５の吸着熱交換器１の内部構造を示す縦断面図である。吸着熱交換器１は概略、吸着モジュール２による熱交換スペースをケース本体（ケース）３１内に収め、その両端面に仕切り板３２、３３を嵌め、さらにその両端面にタンク３４、３５を組み付け、一体接合した構造となっている。

ケース本体３１は、円筒状に形成されており、内部に円柱状の吸着モジュール２が収容される。なお、本実施形態の特徴として、温水パイプ２１は、熱交換スペース内を貫通しており、吸着モジュール２の吸着剤充填層２２が温水パイプ２１の長手方向において、複数に分割（本実施形態では４分割）して構成されている。そして、分割された吸着剤充填層２２のそれぞれには、水蒸気通路２５が温水パイプ２１の長手方向に貫通するように設けられている。この吸着剤充填層２２を複数に分割した吸着モジュール２の製造方法については後述する。

また、ケース本体３１の両端開口部は、仕切り板３２、３３で封止可能に形成されている。なお、封止する仕切り板３２、３３には、吸着モジュール２から両端面側に突出している複数の温水パイプ２１が貫通するよう、それぞれ対応する位置に複数の温水パイプ孔３２ａ、３３ａが開けられている（図６参照）。そして、これらケース本体３１と仕切り板３２、３３、仕切り板３２、３３の温水パイプ孔３２ａ、３３ａと温水パイプ２１とは、蝋付けなどによって気密に接合される。

このようにケース本体３１を仕切り板３２で封止することにより、内部を真空に保持することが可能となる。これにより、ケース本体３１と仕切り板３２、３３によって形成される内部密閉空間内には、被吸着媒体としての水蒸気以外に、他の気体が入らないようになっている。

図５および図６において、ケース本体３１の上端近傍の右側には、吸着時に図示しない蒸発器からの水蒸気を本吸着熱交換器１に導入する水蒸気流入口３６が設けられている。また、ケース本体３１の上端近傍の左側には、脱離時に本吸着熱交換器１から図示しない凝縮器へ水蒸気を導出する水蒸気流出口３７が設けられている。つまり、これらの水蒸気流入出口３６、３７は、ケース本体３１内の熱交換スペースと連通している。

吸着時に水蒸気は、蒸発器側から水蒸気流入口３６を通して、吸着モジュール２の水蒸気通路２５に分配される。水蒸気通路２５に分配された水蒸気は、吸着剤充填層２２の内部に浸透する。また、図５および図６において、下側のタンク３４には、脱離時に熱交換媒体としての温水を導く温水流入口３８が設けられ、上側のタンク３５には、温水を導出する温水流出口３９が設けられている。なお、上下タンク３４、３５は、ケース本体３１内の熱交換スペースとは気密的に分離されている。

温水は、タンク３４の温水流入口３８から流入して複数の温水パイプ２１に分配され、吸着剤充填層２２の中を上方に流れる過程で吸着剤充填層２２を加熱する。そして、各温水パイプ２１で熱交換した後の温水は、タンク３５内で集合して温水流出口３９から流出する。この脱離時には、加熱された吸着剤充填層２２から水蒸気が吐き出され、吐き出された水蒸気は各水蒸気通路２５から水蒸気流出口３７を通って凝縮器側へ導出される。

上述したケース本体３１、仕切り板３２、３３、タンク３４、３５および流出入口のパイプ３６〜３９は、銅または銅合金で形成されており、蝋付けなどによって気密かつ一体的に接合される。なお、ケース３および温水パイプ２１は、その径方向断面が円筒形、楕円形、矩形など、いずれの形状であっても良い。

次に、本実施形態での吸着モジュール２の製造方法について説明する。図７は、本吸着熱交換器１の第１実施形態の製造方法における１段目の充填、加圧工程とを終えた状態を示す縦断面図である。まず、治具セット工程および配置工程として、図示しない治具上に、水蒸気通路２５を形成するための複数の通路形成治具４１と、複数の温水パイプ２１とを所定の配置に立ててセットする。

なお、通路形成治具４１は、基盤プレート上に所定の配置で立てて固定されているものを用いて、温水パイプ２１を所定の配置に立ててセットした治具プレートの下方から一括挿入する治具構成としても良い。次に、ケース本体３１を被せてセットする。なお、ケース本体３１の下方側には、吸着モジュール２と成る部分を受けるための内側突部３１ａが、ケース本体３１の内周面に塑性加工されている。また、水蒸気の流出入口パイプ３６、３７（図７では、図示省略）は、後で組み付けても良いが、先にケース本体３１に組み付けられているものとする。

次に、受け容器の配置工程として、通路形成治具４１と温水パイプ２１とが受け容器４０の底面に形成された通路孔４０ｂおよびパイプ孔４０ａにそれぞれ貫通するように、受け容器４０を、通路形成治具４１と温水パイプ２１に対して配置する。図８は、この受け容器４０の斜視図であり、吸着剤充填層２２間の間隔を決める縁高さを持ったカップ形状（有底円筒状）の容器である。そしてその底面に、温水パイプ２１が挿通されるパイプ孔４０ａと、通路形成治具４１が挿通される通路孔４０ｂとが所定の配置に開けられている。この受け容器４０は、ケース本体３１に形成された内側突部３１ａ上にセットされる。

そして次に、充填工程および加圧工程を行う。この受け容器４０内に繊維状の銅粉と吸着剤２４とを混合させた混合粉（焼結粉）を所定量充填し、加圧治具４２を上から挿通して混合粉を押し固めて焼結前の吸着剤充填層２２とする。図９は、加圧治具４２の平面図である。加圧治具４２は、温水パイプ２１が挿通されるパイプ孔４２ａと、通路形成治具４１が挿通される治具孔４２ｂとが所定の配置に開けられ、外周が受け容器４０の中に嵌まる平板状のものである。

次に、積層工程として、受け容器の配置工程と充填工程と加圧工程とを複数回繰り返すことにより、金属粉２３ｂと吸着剤２４との混合物が充填された受け容器４０を、前記通路形成治具４１の長手方向に沿って複数段形成する。図１０は、本吸着熱交換器１の第１実施形態の製造方法における４段目までの積層工程を終えた状態を示す縦断面図である。図７に示す状態から、受け容器の配置工程→混合粉の充填工程→加圧工程による押し固めまでを３回繰り返し、合計４段の吸着剤充填層２２を形成している。

本実施形態の他の特徴として、図１０中に示す各段の吸着剤充填層２２の厚さＨは、６５ｍｍ以下としている。これは、焼結での温度差による吸着剤充填層２２と温水パイプ２１との間のずれ量から計算したものである。このずれ量が大きいと、吸着剤充填層２２と温水パイプ２１との間がうまく結合しない。許容できるずれ量は金属粉２３ｂの粒子径程度であると考える。

焼結時の温度を８５０℃とすると、常温との温度差ΔＴはおよそ８２０℃であり、この温度差による温水パイプ（銅パイプ）２１の伸びΔＨは、ΔＨ＝α・Ｈ・ΔＴで表される。αは銅の線膨張係数であり、ここでは１９×１０^−６［Ｋ^−１］とする。Ｈは吸着剤充填層２２の厚さで、仮に６５ｍｍとすると、ΔＨ＝１９×１０^−６［Ｋ^−１］×０．０６５［ｍ］×８２０［Ｋ］＝１．０ｍｍとなる。金属粉（銅粉）２３ｂの粒子径は０．１〜１ｍｍ程度のものを用いることが多いため、Ｈは６５ｍｍ以下であることが好ましいこととなる。

また、図１０中に示す各段の吸着剤充填層２２間の隙間Ｇは、吸着剤充填層２２の厚さＨより小さくしている。これは、吸着剤充填層２２の間隔は特に制限されるものではないが、あまり大きいと吸着剤充填率が小さくなって全体が大型化してしまうため、少なくとも吸着剤充填層２２の厚さＨより小さいことが好ましいことによる。

また、受け容器４０の外周面と、ケース本体３１の内周面との間にわずかな間隙を設けている。これは、受け容器４０とケース本体３１との間で上述したようなずれが生じても、吸着剤充填層２２と熱媒体管２１との間の接合に影響しないようにするものである。また、吸着剤充填層２２の熱がケース本体３１に伝わりにくくなり、熱効率を良好に保つことができるという効果も有る。

次に、抜取工程として、まず、水蒸気通路２５を形成するために挿入していた通路形成治具４１を静かに拭き取る。これにより、各吸着剤充填層２２に形成された水蒸気通路２５は、各受け容器４０の通路孔４０ｂと各吸着剤充填層２２間の隙間Ｇとを介して連通して、上下に貫通する形となる（図６参照）。

なお、隙間Ｇは、それぞれの吸着剤充填層２２間の被吸着媒体通路となるため、吸着剤充填層２２への水蒸気の拡散をこれまで以上に向上させる効果を発揮する。この後、ケース本体３１の上下に仕切り板３２、３３とタンク３４、３５とをセットして本熱交換器の組上がりとなる。

なお、温水の流出入口パイプ３８、３９は、後で組み付けても良いが、先にタンク３４、３５に組み付けられているものとする。最後に焼結工程として、この組立品を炉に入れて吸着剤充填層２２を焼結するとともに、各構成部品を相互に一体蝋付けで結合させることで本吸着熱交換器が完成する。

次に、本実施形態の特徴と、その効果について述べる。まず、吸着剤充填層２２は、温水パイプ２１の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層２２から構成され、温水パイプ２１の長手方向であって温水パイプ２１と平行に、気相の被吸着媒体を流通させるための複数の水蒸気通路２５が、複数の吸着剤充填層２２に形成され、吸着剤充填層２２は、粉末状、粒子状あるいは繊維状の金属粉２３ｂと吸着剤２４との混合物が焼結により形成された焼結結合体２２から構成されている。

これによれば、金属粉２３ｂと温水パイプ２１のように、融点の異なるものを一体焼結で製造する際、加熱や冷却によって生じる金属粉２３ｂと温水パイプ２１とのずれを、吸着剤充填層２２を複数に分割することによって低減できる。これにより、焼結結合体２２と温水パイプ２１との間で充分な接合強度を確保することができ、確実な伝熱性能や被吸着媒体の拡散性能を得ることができる。

また、吸着剤充填層２２を複数に分割することによって生じる吸着剤充填層２２間の隙間Ｇは、それぞれの吸着剤充填層２２間の被吸着媒体通路となるため、吸着剤充填層２２への被吸着媒体の拡散をこれまで以上に向上させる効果を得ることができる。

また、温水パイプ２１の長手方向において複数に分割されたそれぞれの吸着剤充填層２２の厚さＨを６５ｍｍ以下としている。これは、焼結での温度差による吸着剤充填層２２と温水パイプ２１との間のずれ量から計算したものである。即ち、金属粉２３ｂと温水パイプ２１とを銅、もしくは銅合金とした場合、吸着剤充填層２２の厚さＨは６５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、温水パイプ２１の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層２２において、隣り合う吸着剤充填層２２との長手方向の距離Ｇは、吸着剤充填層２２の厚さＨよりも小さくしている。吸着剤充填層２２の間隔は特に制限されるものではないが、あまり大きいと吸着剤充填率が小さくなって全体が大型化してしまうため、小型化の観点より少なくとも吸着剤充填層２２の厚さＨより小さくすることが好ましい。

また、吸着剤充填層２２のそれぞれは、カップ形状の受け容器４０を有し、焼結結合体２２が受け容器４０に収容されている。これによれば、受け容器４０中に金属粉２３ｂと吸着剤２４との混合物を充填し、この受け容器４０を温水パイプ２１の長手方向に重ねることにより、複数に分割した吸着剤充填層２２を容易に形成することができ、吸着剤充填層２２間の隙間Ｇも確実に確保することができる。

また、受け容器４０の外周面と熱交換スペースを形成するケース本体３１の内周面との間に所定の間隙をもって、受け容器４０が熱交換スペースに収容されている。これによれば、受け容器４０とケース本体３１との間で上述したようなずれが生じても、吸着剤充填層２２と温水パイプ２１との間の接合に影響しないようにすることができる。また、吸着剤充填層２２の熱がケース本体３１に伝わりにくく、熱効率を良好に保つことができる。

また、複数の水蒸気通路２５を形成するための通路形成治具４１を配置する治具セット工程と、複数の温水パイプ２１を所定の位置に配置する熱媒体管の配置工程と、通路形成治具４１と温水パイプ２１とが受け容器４０の底面に形成された通路孔４０ｂおよびパイプ孔４０ａにそれぞれ貫通するように、受け容器４０を、通路形成治具４１と温水パイプ２１に対して配置する受け容器の配置工程と、金属粉２３ｂと吸着剤２４との混合物を、受け容器４０内に充填する充填工程と、受け容器４０内の混合物を押し固める加圧工程と、受け容器の配置工程と充填工程と加圧工程とを複数回繰り返すことにより、金属粉２３ｂと吸着剤２４との混合物が充填された受け容器４０を、通路形成治具４１の長手方向において複数段形成する積層工程と、通路形成治具４１を積層された受け容器４０から抜き取る抜取工程と、金属粉２３ｂと吸着剤２４との混合物が充填され、複数の温水パイプ２１が混合物により仮保持され、かつ通路形成治具４１の長手方向において複数段形成された受け容器４０を加熱することにより、金属粉２３ｂと吸着剤２４との混合物を焼結するとともに、焼結される金属粉２３ｂを温水パイプ２１の外表面に接合させる焼結工程とを有している。

これによれば、吸着剤充填層２２が温水パイプ２１の長手方向において複数に分割され、かつそれぞれの吸着剤充填層２２に水蒸気通路２５を温水パイプ２１の長手方向に貫通するように設けた吸着熱交換器１を、容易に製造することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図１１は、本吸着熱交換器１の第２実施形態の製造方法における１段目の充填、加圧工程とを終えた状態を示す縦断面図であり、図１２は、本吸着熱交換器１の第２実施形態の製造方法における４段目までの積層工程を終えた状態を示す縦断面図である。なお、本実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる特徴について説明する。

本実施形態の製造方法は、上述した第１実施形態の製造方法と、治具セット工程、配置工程、および積層工程（受け容器の配置工程、充填工程および加圧工程の繰り返し）でケース本体３１をセットしない点が異なっている。つまり、通路形成治具４１と温水パイプ２１がセットされた治具上に受け容器４０を配置しての充填工程および加圧工程を複数回（本実施形態では４回）繰り返して図１２の状態に積層し、この組立体をケース本体３１の中にセットする組立順序としても良い。

以降の工程は上述した第１実施形態と同様である。この組立順序とした場合、充填工程を繰り返す際にその外側を覆うケース本体３１が無いため、充填した混合粉を均すなどの作業がし易くなるうえ、受け容器４０からこぼれたり加圧時に押し出されたりした混合粉が、受け容器４０の外周面とケース本体３１の内周面との間の間隙に詰まるという不具合を防ぐことができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述した実施形態では、受け容器４０を板材で形成しているが、金属粉２３ｂや吸着剤２４の粒子径より目開きの小さい金網で形成しても良い。これにより、上述の実施形態では板材で覆われている吸着剤充填層２２の外周面や底面からも水蒸気を吸着、脱離することができるようになる。また、上述の実施形態では、温水パイプ２１や多孔質フィン２３などに銅を用いているが、ステンレスやアルミニウムなどで構成しても良い。

発明の前提となる吸着モジュール２の端面図である。 図１中のII−II断面図である。 図1の部分拡大図である。 図３中の吸着剤充填層２２を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態における吸着熱交換器１を示す外観側面図である。 図５の吸着熱交換器１の内部構造を示す縦断面図である。 本吸着熱交換器１の第１実施形態の製造方法における１段目の充填、加圧工程を終えた状態を示す縦断面図である。 受け容器４０の斜視図である。 加圧治具４２の平面図である。 本吸着熱交換器１の第１実施形態の製造方法における４段目までの積層工程を終えた状態を示す縦断面図である。 本吸着熱交換器１の第２実施形態の製造方法における１段目の充填、加圧工程を終えた状態を示す縦断面図である。 本吸着熱交換器１の第２実施形態の製造方法における４段目までの積層工程を終えた状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１…吸着熱交換器
３…ケース
２１…温水パイプ（熱媒体管）
２２…吸着剤充填層（焼結結合体）
２３ｂ…金属粉
２４…吸着剤
２５…水蒸気通路（被吸着媒体通路）
３１…ケース本体（ケース）
３４…タンク
３５…タンク
３６…流入口
３７…流出口
４０…受け容器
４０ａ…パイプ孔
４０ｂ…通路孔
４１…通路形成治具
Ｇ…吸着剤充填層間の隙間
Ｈ…吸着剤充填層の厚さ

Claims (6)

1. 熱交換スペースを有するケース（３、３１）と、
   前記ケース（３、３１）に形成され、かつ前記熱交換スペースと連通し、被吸着媒体を前記熱交換スペース内に流入、流出させる流入流出口（３６、３７）と、
   前記熱交換スペースの上下方向の両端部に形成され、前記熱交換スペースとは気密的に分離された流体空間を形成するタンク（３４、３５）と、
   前記熱交換スペース内を貫通し、両端が前記タンク（３４、３５）の流体空間にそれぞれ連通し、熱交換媒体が前記タンク（３４、３５）の一方から他方に流通する複数の熱媒体管（２１）と、
   前記複数の熱媒体管（２１）の外表面と接合して前記熱交換スペース内に配設され、前記流入流出口（３６、３７）から前記熱交換スペース内に流入する前記被吸着媒体を吸着し、あるいは吸着された前記被吸着媒体を脱離する吸着剤充填層（２２）とから構成される吸着熱交換器（１）において、
   前記吸着剤充填層（２２）は、前記熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層（２２）から構成され、
   前記熱媒体管（２１）の長手方向であって前記熱媒体管（２１）と平行に、気相の前記被吸着媒体を流通させるための複数の被吸着媒体通路（２５）が、前記複数の吸着剤充填層（２２）に形成され、
   前記吸着剤充填層（２２）は、粉末状、粒子状あるいは繊維状の金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が焼結により形成された焼結結合体（２２）から構成されていることを特徴とする吸着熱交換器。
2. 前記熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割されたそれぞれの吸着剤充填層（２２）の厚さ（Ｈ）が、６５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の吸着熱交換器。
3. 前記熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層（２２）において、隣り合う吸着剤充填層（２２）との長手方向の距離（Ｇ）は、前記吸着剤充填層（２２）の厚さ（Ｈ）よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の吸着熱交換器。
4. 前記吸着剤充填層（２２）のそれぞれは、カップ形状の受け容器（４０）を有し、
   前記焼結結合体（２２）が前記受け容器（４０）に収容されていること特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の吸着熱交換器。
5. 前記受け容器（４０）の外周面と前記熱交換スペースを形成する前記ケース（３、３１）の内周面との間に所定の間隙をもって、前記受け容器（４０）が前記熱交換スペースに収容されていること特徴とする請求項４に記載の吸着熱交換器。
6. 熱交換スペースを有するケース（３、３１）と、
   前記熱交換スペースの上下方向の両端部に形成され、前記熱交換スペースとは気密的に分離された流体空間を形成するタンク（３４、３５）と、
   前記熱交換スペース内を貫通し、両端が前記タンク（３４、３５）の流体空間にそれぞれ連通し、熱交換媒体が前記タンク（３４、３５）の一方から他方に流通する複数の熱媒体管（２１）と、
   前記複数の熱媒体管（２１）の外表面と接合して前記熱交換スペース内に配設され、前記熱交換スペース内に流入する被吸着媒体を吸着し、あるいは吸着された前記被吸着媒体を脱離する吸着剤充填層（２２）とから構成される吸着熱交換器（１）であり、
   前記吸着剤充填層（２２）は、前記熱媒体管（２１）の長手方向において複数に分割された吸着剤充填層（２２）から構成され、
   前記吸着剤充填層（２２）は、金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が焼結により形成された焼結結合体（２２）から構成され、
   前記吸着剤充填層（２２）のそれぞれは、前記焼結結合体（２２）を収容するカップ形状の受け容器（４０）を有しており、
   前記熱媒体管（２１）の長手方向であって前記熱媒体管（２１）と平行に、前記被吸着媒体を流通させるための複数の被吸着媒体通路（２５）が、前記複数の吸着剤充填層（２２）に形成される吸着熱交換器（１）において、
   前記複数の被吸着媒体通路（２５）を形成するための通路形成治具（４１）を配置する治具セット工程と、
   前記複数の熱媒体管（２１）を所定の位置に配置する熱媒体管の配置工程と、
   前記通路形成治具（４１）と前記熱媒体管（２１）とが前記受け容器（４０）の底面に形成された通路孔（４０ｂ）およびパイプ孔（４０ａ）にそれぞれ貫通するように、前記受け容器（４０）を、前記通路形成治具（４１）と前記熱媒体管（２１）に対して配置する受け容器の配置工程と、
   前記金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物を、前記受け容器（４０）内に充填する充填工程と、
   前記受け容器（４０）内の前記混合物を押し固める加圧工程と、
   前記受け容器の配置工程と前記充填工程と前記加圧工程とを複数回繰り返すことにより、前記金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が充填された前記受け容器（４０）を、前記通路形成治具（４１）の長手方向において複数段形成する積層工程と、
   前記通路形成治具（４１）を積層された前記受け容器（４０）から抜き取る抜取工程と、
   前記金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物が充填され、前記複数の熱媒体管（２１）が前記混合物により仮保持され、かつ前記熱媒体管（２１）の長手方向において複数段形成された前記受け容器（４０）を加熱することにより、前記金属粉（２３ｂ）と吸着剤（２４）との混合物を焼結するとともに、焼結される前記金属粉（２３ｂ）を前記熱媒体管（２１）の外表面に接合させる焼結工程とを有することを特徴とする吸着熱交換器の製造方法。

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