JP3468635B2 - 熱交換器及び化学蓄熱式ヒートポンプ - Google Patents

熱交換器及び化学蓄熱式ヒートポンプ

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Hitachi Ltd
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    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は吸着材に熱を伝えた
り、あるいは吸着材が発生する熱を除去する熱交換器、
及びそれを用いた化学蓄熱式ヒートポンプの構成に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、吸着式の化学蓄熱式ヒートポンプ
の構成および吸着容器内の構造に関して、特開平3−3
1663号公報、特開平5−52442号公報、特開平
5−157400号公報、特開平7−151418号公
報に記載の構成及び構造が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術は、
それを構成するフィンと熱交換パイプが最初より一体的
に作ってあるものであり、いづれも熱交換器の熱交換容
量に応じて、その都度フィン付き熱交換パイプから成る
熱交換器のサイズ全体を設計し直す必要がある。つまり
吸着容器の大きさが異なり、その中に入る熱交換パイプ
の長さが変る場合には熱交換器を構成するフィンの共用
化ができず、大量生産に向いたものとなっていなかっ
た。
【0004】本発明は熱交換器の熱交換容量が異なり、
そのサイズが異なる場合においても、それを構成するフ
ィンを共用化するようにして、大量生産に向いたものと
し、かつフィンから吸着材への熱抵抗を小さくすること
を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、熱交換器を
構成する熱交換パイプとフィンを分離し、フィンにパイ
プへの挿入用の穴をあけ、スリーブを用いて各フィンを
所定の間隔に保ちながらこれらフィンの穴とスリーブの
穴を利用して、熱交換パイプに挿入し、ナットを用いて
フィンとスリーブを締め付けて接触熱抵抗を小さくす
る。また、フィンの表面には接着材を用いて吸着材を取
付け、この吸着材とフィンとの間の接触熱抵抗を小さく
することにより達成される。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は本発明の1実施の形態であ
る熱交換器を利用した吸着式の化学蓄熱式ヒートポンプ
の構成図、図2はそれを構成する吸着容器10の詳細図
である。吸着材(シリカゲル、ゼオライト等)3を設け
た熱交換パイプ12の入っている吸着容器10と、液体
(水、エタノールなど)7と熱交換パイプ13の入って
いる蒸発器11は、バルブ15を設けたパイプ14によ
って図示のように連結されている。再生過程においては
熱交換パイプ12に熱媒体(温水あるいは蒸気)を流し
て、吸着材3を加熱して、その時発生する蒸気をパイプ
14、バルブ15を通して蒸発器11内に導入して、凝
縮・液化させる。この凝縮熱は、熱交換パイプ13内を
流れる熱媒体によって熱除去される。この再生過程にお
いては、蒸発器11は凝縮器として作用する。吸着過程
においては、バルブ15を開くと、吸着材3の吸着力に
よって、蒸発器11内の液体7は蒸発し、この時発生し
た蒸気は、パイプ14を通って吸着容器10内へ流入す
る。この蒸気は吸着材3に吸着されるが、この時発生す
る吸着熱はフィン1と熱交換パイプ12を介して、その
内部を流れる熱媒体によって熱除去される。この熱は暖
房に利用することができる。一方、蒸発器11内の液体
7は蒸発によって冷却されて低温度となる。この冷熱は
熱交換パイプ13内を流れる熱媒体によって外部に取出
され、冷房等に有効に利用される。
【0007】吸着容器10内に設けてある熱交換パイプ
12にはスリーブ2によって多数枚のフィン1が所定間
隔に保持されている。このフィン1には、吸着材3が接
着材(たとえばシリコーン系接着剤、エポキシ系接着
剤、フェノール系接着剤など)によって接着されてい
る。接着材としては伝熱性のよいものがよく、アルミニ
ウムや銅などの金属粉を入れたものがよい。このように
して吸着材から熱交換パイプへの熱抵抗を小さくする
と、吸着材から発生する熱を容易に除去できるようにな
り、吸着材の吸着力が向上し、しいては図1に示す蒸発
器11部で発生する冷熱が短時間に得られ、かつ低温度
のものが得られる。また吸着容器10側の熱交換パイプ
12内を流れる熱媒体は容易に吸着熱によって加熱され
て高温度となり有効に暖房に利用できるようになる。吸
着容器10を構成するフランジ10−a近傍にはストッ
パー8が設けてあるが、これはフィン1に付いている吸
着材3が、フランジ10−a面に接触して破壊しないよ
うにする役目をしている。熱交換パイプ12の末端部に
はネジ(図示せず)が付いていてナット9が付いてい
る。このナット9を締めることによってスリーブ2とフ
ィン1との間の間隙を小さくして接触熱抵抗を小さくす
る。スリーブ2の軸方向の長さは、フィン1に付いてい
る吸着材3の高さを考慮し、ナット9を締めた時に隣接
するフィン1に付いている吸着材3と互いに接触しない
ようにする必要がある。これは、隣接するフィン1に付
いている吸着材3との間の間隙は、蒸気流路としての重
要な役目があるためである。すなわち、この間隙は、蒸
発器11より発生した蒸気が、吸着容器10内に入って
きた時、蒸気を各フィン1に付いている吸着材3に一様
に吸着させるものであるからである。16は熱媒体用の
入口パイプ、17は出口パイプ、また12−aは熱交換
パイプ12の内管である。
【0008】図3は図2に示すフィン1とスリーブ2の
拡大図である。これらフィン1、スリーブ2には、それ
ぞれ穴5及び穴4が付いていて、この穴5及び穴4を利
用して熱交換パイプ12を挿入するものである。熱交換
パイプ12とフィン1及びスリーブ2との間の接触熱抵
抗を小さくするには、穴4及び穴5を狭く作ってできる
限り熱交換パイプ12に密着させるのがよい。穴4及び
穴5の内面、スリーブ2とフィン1との接触面に伝熱性
のグリスを塗っておくと、接触熱抵抗は、さらに小さく
なる。
【0009】図4はスリーブ2の他の実施の形態であ
る。上記では穴をあけていたの対して、本実施の形態で
は、スリーブ2にスリット6を設け、最初から穴4を熱
交換パイプ12の外径より狭くしておくものである。熱
交換パイプ12にスリーブ2を挿入する時には、図4
(a)に示すようにスリット6を開きながら挿入する。そ
の後このスリット6の開き操作を解除すると、バネ作用
によって図4(b)に示すようにスリット6−aの間隙は
狭くなり、これによって熱交換パイプ12にスリーブ2
は密着するので、接触熱抵抗は小さくなる。
【0010】図5は、本発明のフィン1の他の実施の形
態である。フィン1は2枚並置した構成となっている
が、これは図10に示すように吸着容器10内に多数の
熱交換パイプ12を配設した場合に対する形態である。
フィン1には穴1−aが設けてあり、フィン1の熱交換
パイプ12近傍部への蒸気の拡散を容易にしたものであ
る。つまり図1に示す化学蓄熱式ヒートポンプの蒸発器
11で発生した蒸気が吸着容器10に到達した後、一部
の蒸気はこの穴を通して各フィン1に付いている吸着材
3に吸着させることが可能となる。これにより吸着速度
が向上し、しいては蒸発器11部における冷熱発生速度
を向上できる。
【0011】図6はフィン1の他の実施の形態である。
これはフィン1の形状が円形でなく短形状のものであ
る。このようなフィン1は吸着容器10内での無駄な空
間を無くし、スペースファクターをよくする効果があ
る。
【0012】図7はフィン1の他の実施の形態である。
これはフィン1の形状が3角形の場合である。隣接する
熱交換パイプ12に付いているフィン1を180度向き
を変えて配設すると、全体として短形状となり、三角形
のフィンの利用も可能となり、しかも図6に示した形態
と同様に吸着容器10内のスペースファクターを良好に
する。
【0013】図8はフィン1の他の実施の形態である。
これはフィン1の片面にボス2−aを一体的に設け、ス
リーブ2の役目を持たせたもので、全体として部品点数
を少なくするものである。
【0014】図9はフィン1の他の他の実施の形態であ
る。これはフィン1の両面にボス2−aを設けたもので
ある。これも図8の実施例と同様に部品点数を少なくす
る効果がある。
【0015】図10は本発明の化学蓄熱式ヒートポンプ
の吸着容器の他の実施の形態の構成図である。これは吸
着容器10内に多数本の熱交換パイプ12が配設されて
いて、それぞれの熱交換パイプ12に多数枚のフィン1
が付いているものである。パイプ14から流入して来る
蒸気は、パイプ14に近いフィン1に付いている吸着材
3には多く吸着され、それより離れた(図10では下
段)フィン1に付いている吸着材3には吸着量が少なく
なる。このため下段の熱交換パイプ12のフィン1の数
を少なくし、無駄な吸着材付きフィン1を無くするよう
にしたものである。一方パイプ14に近い熱交換パイプ
12部に設けてある吸着材付きフィン1の枚数を少なく
して、フィン1の間隔を開けて、パイプ14部より遠い
熱交換パイプ12部に付いているフィン1に蒸気が到達
し易くするように流路構造を調整することも可能とな
る。このような操作は本化学蓄熱式ヒートポンプの試運
転時に調整をすることができるという利点がある。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
(1)吸着材の付いたフィンを熱交換パイプより着脱で
きるようにしたため、熱交換パイプの長さが異なる場合
に対してフィンの枚数を容易に増減することが可能とな
った。(2)このため熱交換器の熱交換容量が変り、熱
交換器のサイズが異なる場合にも吸着材の付いたフィン
は共用化ができ、大量生産に向いたものとなった。
(3)また吸着材をフィンに接着剤により接着すること
により吸着材からフィンへの接触熱抵抗を小さくするこ
ともできた。(4)これらにより化学蓄熱式ヒートポン
プの試運転時においても、吸着容器内のフィンの間隔の
変更が可能となり、蒸気流路を調節して性能を向上でき
るようにもなった。(5)これらにより、この熱交換器
を用いた化学蓄熱式ヒートポンプの設計が行ない易くな
った。(6)また吸着容器内にて発生する熱の除去が行
ない易くなり、蒸発器内での冷熱発生能力も向上できる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化学蓄熱式ヒートポンプの構成図。
【図2】図1の化学蓄熱式ヒートポンプの吸着容器の詳
細図。
【図3】図2に示した実施の形態の吸着容器内のフィン
とスリーブの拡大図。
【図4】図3に示したスリーブの他の実施の形態を示す
構成図。
【図5】本発明のフィンの他の実施の形態を示す構成
図。
【図6】本発明のフィンの他の実施の形態を示す構成
図。
【図7】本発明のフィンの他の実施の形態を示す構成
図。
【図8】本発明のフィンの他の実施の形態を示す構成
図。
【図9】本発明のフィンの他の他の実施の形態を示す構
成図。
【図10】本発明の化学蓄熱式ヒートポンプの吸着容器
の他の実施の形態を示す構成図。
【符号の説明】 1…フィン、2…スリーブ、3…吸着材、4…穴、5…
穴、6…スリット、6−a…スリット、7…液体、8…
ストッパ、9…ナット、10…吸着容器、11…蒸発
器、12…熱交換パイプ、13…熱交換パイプ、14…
パイプ、15…バルブ、16…入口パイプ、17…出口
パイプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 和浩 広島県広島市中区小町4番33号 中国電 力株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−284844(JP,A) 特開 平7−71890(JP,A) 特開 平7−253286(JP,A) 実開 昭63−142659(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 17/08 F25B 35/04

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱交換パイプに所定間隔に積層するように
    して取付けられる吸着材付きフィンと、これらフィン間
    の間隔を保つスリーブと、これらフィンをこれらスリー
    ブと共に締め付ける手段とを備えた熱交換器。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記吸着材と前記フィ
    ンとは接着材を用いて接着した熱交換器。
  3. 【請求項3】請求項2において、前記接着材は、伝熱性
    の金属粉を入れたものである熱交換器。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記スリーブにスリッ
    トを設け、前記スリープと前記熱交換パイプ間の接触熱
    抵抗を小さくするようにした熱交換器。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記フィンに蒸気流路
    用の穴を設けた熱交換器。
  6. 【請求項6】請求項1において、前記フィンの形状を円
    形、短形、または、三角形とした熱交換器。
  7. 【請求項7】熱交換パイプに所定間隔に積層するように
    して取付けられる吸着材付きフィンと、これらフィン間
    の間隔を保つ前記フィンの根元にこれらフィンと一体的
    に設けられたボスと、これらフィン締め付ける手段とを
    備えた熱交換器。
  8. 【請求項8】熱交換パイプに所定間隔に積層するように
    して取付けられる吸着材付きフィン、これらフィン間の
    間隔を保つスリーブ、及び、これらフィンをこれらスリ
    ーブと共に締め付ける手段とを有する熱交換器と、この
    熱交換器を収納した吸着容器と、この熱交換器内に熱媒
    体を流して、吸着材を加熱・冷却する化学蓄熱式ヒート
    ポンプ。
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JP6045413B2 (ja) * 2013-03-21 2016-12-14 株式会社豊田中央研究所 吸着式ヒートポンプ
JP6577415B2 (ja) * 2016-06-02 2019-09-18 株式会社村田製作所 熱交換器およびこれを備えるケミカルヒートポンプ
US11662124B2 (en) * 2020-12-09 2023-05-30 International Business Machines Corporation Compact adsorption heat exchangers

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