JP2016215176A - 吸着器 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた熱伝導性と防水性とを兼ね備えた吸着器を提供すること。【解決手段】熱交換媒体が流通可能な熱媒体管２と、その周囲に設けられた吸着熱交換部３とを有する吸着器１である。吸着熱交換部３は、金属粉３１１の焼結体からなる多孔質伝熱体３１と、その細孔３１０内に封入された吸着材３２と、吸着材３２の少なくとも一部を被覆すると共に、多孔質伝熱体３１と上記吸着材３２とを架橋する有機バインダ３３とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱媒体管の周囲に設けられた吸着熱交換部を有する吸着器に関する。

吸着器は、例えば熱交換媒体が流通可能な熱媒体管と、水蒸気等の気相冷媒を吸着及び脱離可能な吸着材とを備える。具体的には、例えば特許文献１には、中心孔と、外周面に吸着材が層状に固定された固定層とを有する熱交換用金属管が示されている。この熱交換用金属管において、固定層は、吸着材にバインダとなる合成樹脂を含有させたものを外周面に設けて焼成してなる。

特開平６−５８６４４号公報

しかしながら、上述の従来の構成の熱交換用金属管においては、中心孔に近接する吸着材には熱が伝わりやすいが、中心孔から離れた位置に存在する吸着材には熱伝導性の悪い吸着材自体を介して熱を伝導させる必要があるため熱が伝わり難い。そのため、熱伝導性が不十分であるという問題がある。また、吸着材は、水に濡れるとその結晶構造が破壊されて吸着容量が低下するおそれがある。そのため、結露等によって被水しても吸着材の破壊を防止できる吸着器の開発が望まれている。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、優れた熱伝導性と防水性とを兼ね備えた吸着器を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、熱交換媒体が流通可能な熱媒体管と、該熱媒体管の周囲に設けられた吸着熱交換部とを有する吸着器であって、
上記吸着熱交換部は、金属粉の焼結体からなる多孔質伝熱体と、該多孔質伝熱体の細孔内に封入された吸着材と、該吸着材の少なくとも一部を被覆すると共に、上記多孔質伝熱体と上記吸着材とを架橋する有機バインダとを有することを特徴とする吸着器にある。

上記吸着器においては、熱媒体管の周囲に設けられた吸着熱交換部が熱伝導性に優れた金属粉の焼結体からなる多孔質伝熱体を備えており、該多孔質伝熱体の細孔内に吸着材が封入されている。そして、多孔質伝熱体と吸着材とを有機バインダが架橋している。そのため、熱媒体管内の熱交換媒体と吸着材との間で、熱伝導性の高い金属粉の焼結体からなる多孔質伝熱体を介して熱の伝導が行われる。それ故、吸着器は熱伝導性に優れている。

また、有機バインダは、吸着材の少なくとも一部を被覆している。そのため、吸着材に防水性が付与され、被水により吸着材の結晶構造が破壊されることを防止できる。それ故、吸着器においては、吸着容量の低下を抑制することができる。

実施例１に係る吸着器の横断面図。 図１のII−II線矢視断面図 吸着器における吸着熱交換部の模式的断面図。

吸着器は、その内部に含まれる吸着材が例えば水蒸気等の気相冷媒を吸着する作用を用いて冷媒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ができる。吸着器は例えば車両用等の空調装置に適用することができる。

（実施例１）
上記吸着器の実施例について図１〜図３を用いて説明する。図１及び図２に示すように、吸着器１は筐体４内に収容された複数の熱媒体管２と、各熱媒体管２の周囲２１に設けられた吸着熱交換部３とを備えている。

本例において、熱媒体管２は銅からなるが、銅合金からなっていてもよい。熱媒体管２内には熱交換媒体が流通可能である。吸着熱交換部３は、図３に示すように、金属粉３１１の焼結体からなる多孔質伝熱体３１と吸着材３２とを備えている。多孔質伝熱体３１は、多数の細孔３１０を有し、吸着材３２は細孔３１０内に封入されている。多孔質伝熱体３１は、金属粉３１１と吸着材３２との混合焼結体であり、金属粉３１１は、加熱により溶融することなく焼結結合している。本例において金属粉３１１としては熱伝導性に優れた銅粉を用いているが銅合金粉を用いることもできる。

多孔質伝熱体３１、すなわち金属粉３１１を焼結結合した焼結体は、図３に示すように、細孔３１０を有する微細な焼結フィン（以下、多孔質焼結フィンともいう）を形成する。細孔３１０は、吸着材３２を封入可能な微細な孔である。さらに多孔質伝熱体３１は、熱媒体管２の周囲２１に焼結結合している。多孔質伝熱体３１は、その全体が一方向に伸長するように複数の熱媒体管２の周囲２１に形成されており、全体形状として円筒状を呈している。

吸着材３２は、ゼオライトからなる粒子であり、多孔質伝熱体３１の細孔３１０の内部に封入されている。細孔３１０内には、粒子状の吸着材３２が１つ封入されていてもよいし、複数封入されていてもよい。吸着材３２は、エポキシ樹脂からなる有機バインダ３３により、部分的に被覆されている。また、有機バインダ３３は、吸着材３２と多孔質伝熱体３１との間を架橋している。換言すれば、吸着熱交換部３は、吸着材３２を少なくとも部分的に被覆する有機バインダ３３からなる被覆部３３１と、吸着材３２と多孔質伝熱体３１との間を架橋する有機バインダ３３からなるフィレット部３３２とを有する。好ましくは、１つの吸着材３２と、その周囲に存在する多孔質伝熱体３１との間には複数のフィレット部３３２が形成されていることが好ましい。この場合には、熱伝導性をより向上させることができる。

図１及び図２に示すように、隣り合う熱媒体管２の間には、被吸着媒体である水蒸気が流通する水蒸気通路２５が配置されている。水蒸気通路２５の断面形状は、円、楕円、矩形等で形成されうる。水蒸気通路２５は、図１に示すように、３つの熱媒体管２に囲まれた領域に配置されているが、３つに限らず、４つ以上の熱媒体管２に囲まれた領域に配置されるようにしてもよい。水蒸気通路２５は、吸着時には、蒸発器（図示略）からの水蒸気を通して熱媒体管２の周囲２１に配された多孔質伝熱体３の内部へ速やかに浸透させる役割を果す。脱離時には、熱媒体管２の周囲２１に配された多孔質伝熱体３から吐き出された水蒸気を、この水蒸気通路２５を通して速やかに凝縮器（図示略）へ導く役割を果す。

図１及び図２に示すように、吸着器１は、熱媒体管２、吸着熱交換部３、筐体４、シート４１、４２、及びタンク４３、４４を備えて構成される。筐体４は、銅または銅合金からなる円筒状に形成されており、内部に、略円筒状の吸着熱交換部３が収容可能である。筐体４の上端側開口部と下端側開口部は、シート４１、４２で封止されている。筐体４の上部には、吸着熱交換部３の吸着材に水蒸気を導くことが可能な流入配管４５および流出配管４６が設けられている。

このように筐体４の端部開口がシート４１、４２で封止されることにより、筐体４の内部を真空に保持することが可能である。吸着時には、水蒸気Ｖａは、蒸発器側から流入配管４５を通して水蒸気通路２５に分配される。水蒸気通路２５に分配された水蒸気は、吸着熱交換部３における吸着材３２に浸透する。脱離時には、水蒸気は吸着材３２から吐き出され各水蒸気通路２５を通って流出配管３７より水蒸気Ｖｄが凝縮器側へ導かれる。

シート４１、４２には、熱媒体管２が貫通可能な貫通穴４１１、４２１が形成されている。この貫通穴４１１、４２１と熱媒体管２はろう付け等による接合されており、熱媒体管２が貫通穴４１１、４２１に気密に固定されている。

タンク４３、４４には、熱交換媒体を導くことが可能な流入配管４８および流出配管４９が設けられている。熱交換媒体は流入配管４８から下部のタンク４３に流入し、各熱媒体管２を通った後、上部のタンク４４に流れ、流出配管４９から流出する。このようなタンク４３及びタンク４４は、熱交換媒体を複数の熱媒体管２へ供給分配するためのタンクである。筐体４および熱媒体管２は、その横断面が円筒形状、楕円形状、矩形状のいずれの形状であってもよい。

図１〜図３に示すごとく、吸着器１においては、熱媒体管２の周囲に設けられた吸着熱交換部３が銅粉の焼結体からなる多孔質伝熱体３１を備えており、その細孔３１１内にゼオライトからなる吸着材３２が封入されている。そして、多孔質伝熱体３１と吸着材３２とが有機バインダ３３によって架橋されてフィレット部３３２が形成されている。そのため、熱媒体管２内を流通する熱交換媒体と吸着材３２との間で、熱伝導性に優れた多孔質伝熱体３１を介して熱の伝導が行われる。それ故、吸着器１は、優れた熱伝導性を発揮することができる。また、吸着熱交換部３においては、有機バインダ３３が吸着材３２の少なくとも一部を被覆して被覆部３３１が形成されている。そのため、吸着材３２に防水性が付与され、被水により吸着材３２の結晶構造が破壊されることを防止できる。それ故、吸着器１においては、吸着容量の低下を抑制することができる。

吸着器１においては、多孔質伝熱体３１は金属粉３１１の焼結体からなる。金属粉３１１は銅粉及び／又は銅合金粉であるこが好ましい。この場合には、吸着器１の熱伝導性をより向上させることができる。

吸着材３２はゼオライトであることが好ましい。この場合には、吸着材３２が水蒸気等の気相冷媒を十分に吸着することができる。また、この場合には、吸着器３の製造時において、金属粉として例えば熱伝導性に優れた銅粉を採用し、この銅粉を焼結させて多孔質伝熱体３１を形成する際に、吸着材３２の熱破壊を防止することができる。即ち、銅粉の焼結時における吸着材３２の破壊を防止できる。

有機バインダ３３としては、各種合成樹脂を用いることができる。有機バインダ３３は、熱硬化性樹脂であることが好ましく、エポキシ樹脂であることがより好ましい。この場合には、水蒸気よりも大きく、水滴よりも小さい孔を有する高分子膜（以下、「防水透湿膜」ともいう）により吸着材３２を被覆することが可能になる。そのため、吸着器１は防水性と透湿性とを兼ね備えることができる。

吸着器１における吸着熱交換部３は、下記のように、焼結工程と、含浸工程と、乾燥工程と、架橋工程とを行うことにより製造することができる。焼結工程においては、吸着材３２と金属粉３１１との混合粉を加熱することにより、金属粉３１１の焼結体からなる多孔質伝熱体３１を形成すると共に、該多孔質伝熱体３１の細孔３１０内に吸着材３２を封入させる。含浸工程においては、有機バインダ３３を含有する液体中に、多孔質伝熱体３１を浸漬させる。乾燥工程においては、含浸工程後の多孔質伝熱体３１を乾燥させる。架橋工程においては、乾燥工程後の多孔質伝熱体３１を加熱することにより、有機バインダ３３を架橋させる。

焼結工程において用いられる金属粉３１１の形状には、例えば球状、樹枝状（デンドライト状）、繊維状などがあり、アスペクト比の大きな金属粉３１１を用いることが好ましい。この場合には、焼結工程における金属粉３１１の焼結により、多孔質伝熱体３１を形成し易くなる。金属粉３１１は、デンドライト状であることがより好ましい。この場合には、多孔質伝熱体３１の気孔率をより高め、細孔３１０内に封入可能な吸着材３２の量を増やすことができる。そのため、吸着器１の吸着性能をより高めることができる。

焼結工程における金属粉３１１と吸着材３２との混合は例えば乾式にて行うことができ、金属粉３１１と吸着材３２との配合比率は適宜調整可能である。また、焼結工程における加熱温度は、金属粉３１１や吸着材３３の種類に応じて適宜調整することができる。

含浸工程においては、例えばエポキシ樹脂等からなる有機バインダ３３を有機溶剤又は水で希釈した液体中に多孔質伝熱体３１を浸漬させることができる。含浸工程においては、多孔質伝熱体３１の細孔３１０内に封入された吸着材１００質量部に対する有機バインダの量を１０質量部以下に調整することが好ましい。この場合には、吸着材３２の少なくとも一部を有機バインダ３３により被覆し易くなる共に、有機バインダ３３によって上述のフィレット部３３２を形成し易くなる。また、含浸工程においては、脱泡により、多孔質伝熱体３１の内部にまで十分に有機バインダを含む液体を浸透させることが好ましい。

乾燥工程において、上述の含浸工程後の多孔質伝熱体３１を乾燥させることにより、溶剤又は水を蒸発させる。このとき、吸着材３２の表面の少なくとも一部に有機バインダ３３を残留させる共に、液体の表面張力等の影響により多孔質伝熱体３１と吸着材３２との間の微小な隙間にも有機バインダ３３を残留させるために、上述の含浸工程においては、例えばゼオライト等からなる吸着材に対する濡れ性の高い有機溶剤を用いることが好ましい。この場合には、乾燥時に、有機バインダ３３を含む有機溶剤が吸着材３２の周囲から多孔質伝熱体３１の表面に移動することを抑制し、乾燥後に、吸着材３２の周囲に有機バインダ３３をより確実に残留させることができる。これにより、架橋工程後に、有機バインダ３３によって、上述の被覆部３３１及びフィレット部３３２をより確実に形成することができる。このような濡れ性の高い有機溶剤としては、例えばメチルエチルケトン、キシレン、メチルイソブチルケトン、エチレングリコール等を用いることができる。

架橋工程においては、加熱により有機バインダを架橋させる。架橋工程の加熱温度は、有機バインダの架橋温度に応じて適宜調整することができる。有機バインダとしてエポキシ樹脂を用いることにより、架橋工程後に上述の防水透湿膜を形成することが可能になる。

このように、焼結工程と、含浸工程と、乾燥工程と、架橋工程とを行うことに上述の吸着器１における吸着熱交換部３を形成することができる。各工程を熱媒体管３の周囲において実施することにより、吸着器１を製造することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施例においては、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ 吸着器
２ 熱媒体管
３ 吸着熱交換部
３１ 多孔質伝熱体
３１１ 金属粉
３２ 吸着材
３３ 有機バインダ

Claims (4)

1. 熱交換媒体が流通可能な熱媒体管（２）と、該熱媒体管（２）の周囲に設けられた吸着熱交換部（３）とを有する吸着器（１）であって、
   上記吸着熱交換部（３）は、金属粉（３１１）の焼結体からなる多孔質伝熱体（３１）と、該多孔質伝熱体（３１）の細孔（３１０）内に封入された吸着材（３２）と、該吸着材（３２）の少なくとも一部を被覆すると共に、上記多孔質伝熱体（３１）と上記吸着材（３２）とを架橋する有機バインダ（３３）とを有することを特徴とする吸着器（１）。
2. 上記金属粉（３１１）は銅粉及び／又は銅合金粉であることを特徴とする請求項１に記載の吸着器（１）。
3. 上記吸着材（３２）はゼオライトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着器（１）。
4. 上記有機バインダ（３３）はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸着器（１）。

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