JP3921820B2 - 吸着式冷凍機の吸着モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒を吸着脱離（脱着）する吸着剤が表面に接着された、吸着式冷凍機の吸着モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平６−５８６４４号公報に記載の発明では、液状エマルジョンの酢酸ビニルを接着剤として吸着剤を熱交換器に接着している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載のごとく、液状エマルジョンの酢酸ビニルを接着剤として吸着剤を接着した場合、接着剤が吸着剤の表面を被覆したような状態となってしまうため、吸着剤と蒸気冷媒とが接触する面積が減少してしまい、吸着剤の実質的な吸着能力が低下してしまうという問題が発生する。
【０００４】
また、液状エマルジョンの酢酸ビニルを接着剤として吸着剤を接着した場合、後述するように、吸着剤を接着して吸着モジュールを製造するための製造工数が多いため、吸着モジュールの製造原価低減を図る上で障害が多い。
本発明は、上記点に鑑み、製造工数低減を図りつつ、吸着剤の吸着能力を低下させることなく吸着剤を熱交換器に接着することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜４に記載の発明では、蒸発した冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する粉体状の吸着剤（３４）と、吸着剤（３４）が表面に接着された熱交換器（１１、１２）とを有する吸着式冷凍機の吸着モジュールであって、吸着剤（３４）を熱交換器（１１、１２）に接着する接着剤は、熱硬化型の粉体接着剤又は熱可塑型の粉体接着剤であり、粉体接着剤の粒径は、吸着剤（３４）の粒径よりも小さく、吸着剤（３４）は、粉体接着剤が吸着剤（３４）の表面に分散した状態で、熱交換器（１１、１２）に接着されていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、粉体接着剤が吸着剤（３４）の表面に分散（離散）した状態で吸着剤（３４）を熱交換器（１１、１２）に接着することができるので、接着剤が吸着剤（３４）の表面の多くを覆うような状態を防止できる。
したがって、吸着剤（３４）と蒸気冷媒とが接触する面積が減少してしまうことを防止できるので、吸着剤（３４）の実質的な吸着能力が低下することを防止できる。
【０００７】
また、粉体接着剤であるので、後述するように、乾燥工程及び洗浄工程等を必要としない。したがって、製造工数を少なくすることができ、吸着モジュールの製造原価低減を図ることができる。
なお、粉体接着剤の量は、請求項２に記載の発明のごとく、吸着剤（３４）の量の１ｗｔ％以上７ｗｔ％以下であることが望ましい。
【０００８】
また、粉体接着剤の粒径は、請求項３に記載のごとく、吸着剤（３４）の粒径の１０％以下であることが望ましい。
また、粉体接着剤の加熱条件は、請求項４に記載のごとく、１２０℃以上１５０℃以下の温度、かつ、５分以上１５分以下の時間とすることが望ましい。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、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。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る吸着モジュールを車両用吸着式冷凍機１の第１、第２吸着コア（熱交換機）１１、１２に適用したものであって、図１は吸着式冷凍機１の模式図である。そして、両吸着コア１１、１２それぞれは、第１、２密閉容器１４、１５内に収容されており、両密閉容器１４、１５には、蒸気（気相）冷媒の出入口部１６、１７が設けられている。
【００１０】
また、両出入口部１６、１７には、第１、２三方切換弁１８、１９が接続されており、これらの三方切換弁１８、１９の間には、冷媒を液化する凝縮器２０、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、液相冷媒を蓄えるレシーバ（気液分離手段）２１、冷媒を循環させるポンプ２２、及び液相冷媒を蒸発させて外気との熱交換を行う蒸発器２３各々が、直列に接続されて冷媒回路２５を構成している。そして、冷媒回路２５内には、所要量の冷媒（本実施形態では水）が所定量封入されている。因みに、冷媒回路２５内は、略真空に保たれている。
【００１１】
なお、三方切換弁１８、１９及びポンプ２２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。
次に、図２に基づいて吸着コア１１、１２の構造について述べる。
２６は冷媒が流通する扁平チューブ（以下、チューブと略す。）であり、これらチューブ２６の両端には、ヘッダタンク２７、２８がろう付け接合されている。なお、ヘッダタンク２７は各チューブ２６に第２冷媒を分配供給するものであり、ヘッダタンク２８は各チューブ２６から流出する冷媒を集合回収するものである。
【００１２】
５０は波状のコルゲートフィン（以下、フィンと略す。）であり、このフィン５０の表面には、熱硬化型の粉体接着剤（本実施形態では、ナイロン又はエポキシ）にて粉体状のシリカゲル３４が接着されている。
ここで、シリカゲル３４は、蒸発した冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着した冷媒を脱離するものであり、以下、シリカゲル３４を吸着剤３４と呼ぶ。また、吸着コア（熱交換器）１１、１２に吸着剤３４を接着したものを吸着モジュール３２と呼ぶ。
【００１３】
因みに、ヘッダタンク２７、２８は成形性に優れた材料、例えば樹脂、アルミニウム、銅等からなり、チューブ２６及びフィン５０は、熱伝導に優れた材料、例えばアルミや銅から構成されている。
なお、吸着剤３４を加熱するときには、両吸着コア１１、１２内（チューブ２６及びヘッダタンク２７、２８）に加熱流体（エンジン冷却水等の温水等）を流通させる。
【００１４】
ここで、吸着式冷凍機１の概略作動を述べておく（図１参照）。吸着式冷凍機１にて冷凍能力を発揮させる場合には、ポンプ２２を稼働させて第１冷媒を冷媒回路２５に循環させるとともに、両三方切換弁１８、１９を所定時間毎に切換制御する。具体的には、蒸発器２３から流出した気相冷媒を第２吸着コア１２に流通させるとともに、加熱されて第１吸着コア１１から脱離した気相冷媒を凝縮器２０に流通させる場合と、蒸発器２３から流出した気相冷媒を第１吸着コア１１に流通させるとともに、加熱されて第２吸着コア１２から脱離した気相冷媒を凝縮器２０に流通させる場合とを切り替える。
【００１５】
これにより、冷媒は、ポンプ２２が稼働している間は、擬似的に冷媒回路２５を循環することとなるので、冷凍能力を継続的に発揮することができる。
次に、吸着モジュール３２の製造方法（吸着材３４の接着方法）について、図３に示す製造工程フローチャートに基づき、その工程順に説明する。
１．吸着材３４及び粉体接着剤の配合工程（Ｓ１００）
吸着材３４の量（質量）に対して、粉体接着剤の量（質量）が吸着剤３４の量の１ｗｔ％以上７ｗｔ％以下となるように両者を配合する。このとき、粉体接着剤の平均粒径が吸着剤３４の平均粒径の１０％以下である粉体接着剤を使用することが望ましく、本実施形態では、吸着剤３４の平均粒径を０．５〜０．８ｍｍ以下とし、粉体接着剤の平均粒径を０．０５〜０．０８ｍｍ以下としている。
【００１６】
なお、本実施形態では、所定の穴径を有する篩（ふるい）を用いて吸着剤３４及び粉体接着剤の平均粒径を揃えている。
２．撹拌工程（Ｓ２００）
吸着材３４及び粉体接着剤が所定割合で配合されたものを、図４に示すように、円筒状のドラム（撹拌容器）２０１内に入れた後、ドラム２００を５〜１５分回転させて、吸着剤３４の表面に粉体接着剤が均一に分散するように（図６参照）両者を撹拌する。なお、２００は、ドラム２０１及びドラム２０１を回転させるローラ２０２を有する撹拌機である。
【００１７】
３．注入工程（Ｓ３００）
撹拌工程にて撹拌されたもの（以下、このものを合剤と呼ぶ。）を、図５に示すように、両吸着コア１１、１２のコア部（チューブ２６とフィン５０とで構成された部分）に注入していく。因みに、注入する合剤の量（体積）は、コア部を構成する空間の体積（≒チューブ２６の長さ×ヘッダタンク２７の長さ）相当である。
【００１８】
このとき、コア部（吸着コア１１、１２）の下側には、粉体接着剤に接着しない剥離性の良いプレート３００を敷いて合剤がコア部の下側から漏れ出すことを防止しておく。
なお、図６は、コア部に注入された合剤の様子を示す模式図であり、粉体接着剤が吸着剤３４の表面に均一的に分散（離散）している。
【００１９】
４．加熱硬化工程（Ｓ４００）
合剤が注入された吸着コア１１、１２を恒温槽４００（図７参照）に入れて、粉体接着剤を加熱硬化させる。このとき、粉体接着剤の加熱条件は、１２０℃以上１５０℃以下の温度、かつ、５分以上１５分以下の時間とする。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２０】
本実施形態によれば、吸着剤３４を吸着コア１１、１２（フィン５０）に接着する接着剤として、粉体接着剤を用いているので、図８に示すように、粉体接着剤が吸着剤３４の表面に分散（離散）した状態で吸着剤３４を吸着コア１１、１２（フィン５０）に接着することができ、接着剤が吸着剤３４の表面の多くを覆うような状態を防止できる。
【００２１】
したがって、吸着剤３４と気相（蒸気）冷媒とが接触する面積が減少してしまうことを防止できるので、吸着剤３４の実質的な吸着能力が低下することを防止できる。
なお、図９は、接着剤として液状エマルジョンの酢酸ビニルを用いた従来の吸着モジュールの吸着率と、本実施形態に係る吸着モジュール３２の吸着率との試験結果を示すグラフであり、図９から明らかなように、本実施形態に係る吸着モジュール３２では、吸着率が０．１上昇していることが判る。
【００２２】
因みに、吸着率とは、試験により求めた実際に利用している水分吸着振幅を温度条件から求めた理想（理論上）の水分吸着振幅で除した値である。
ところで、上記公報に記載のごとく、液状エマルジョンの酢酸ビニルを接着剤として吸着剤を接着した場合、注入工程と加熱硬化工程との間にスラリー状の合剤（吸着剤と液状エマルジョンの酢酸ビニルとを配合したもの）を乾燥させる乾燥工程を必要とするとともに、加熱工程終了後、吸着コアを洗浄する洗浄工程等を必要とする。このため、液状エマルジョンの酢酸ビニルを接着剤として吸着剤を接着した場合は、本実施形態に比べて、吸着剤を接着するための製造工数が多くなってしまう。
【００２３】
これに対して、本実施形態では、前述のごとく、乾燥工程及び洗浄工程等を必要としないので、製造工数を少なくすることができ、吸着モジュールの製造原価低減を図ることができる。
ところで、上述の実施形態では、吸着剤３４としてシリカゲルを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシービングカーボン等でも良い。因みに、冷媒としてアルコールを用いるときは、吸着剤３４として活性炭を用いるのがよい。
【００２４】
また、上述の実施形態では、粉体接着剤として熱硬化型の粉体接着剤を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、熱可塑型の粉体接着剤を用いても良い。
また、上述の実施形態では、吸着材３４の量に対して、粉体接着剤の量が吸着剤３４の量の１ｗｔ％以上７ｗｔ％以下となるように両者を配合したが、本発明は必ずしもこの配合比に限定されるものではない。しかし、粉体接着剤の量が過度に少ないと接着力が低下するおそれがあり、また、粉体接着剤の量が過度に多いと吸着剤３４の表面を過度に覆う（被覆率が大きくなる）おそれがあるので、粉体接着剤の量を設定するに当たっては、上記２点を考慮する必要がある。
【００２５】
また、加熱条件として上述の実施形態では、１２０℃以上１５０℃以下の温度、かつ、５分以上１５分以下の時間としたが、本発明はこの条件に限定されるものではない。しかし、加熱条件は被覆率に大きく影響を与えるので、加熱条件の選定は、粉体接着剤の種類、粉体接着剤と吸着剤との配合比、両者の粒径比等を考慮して行う必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸着式冷凍機の模式図である。
【図２】吸着コアの斜視図である。
【図３】製造工程を示すフローチャートである。
【図４】撹拌機の模式図である。
【図５】注入工程を示す模式図である。
【図６】合剤注入後の吸着剤及び粉体接着剤の状態を示す模式図である。
【図７】恒温槽の斜視図である。
【図８】加熱硬化後の吸着剤及び粉体接着剤の状態を示す模式図である。
【図９】吸着率を示すグラフである。
【符号の説明】
２６…チューブ、３４…吸着剤、５０…フィン。

Claims (4)

1. 蒸発した冷媒を吸着するとともに、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する粉体状の吸着剤（３４）と、
   前記吸着剤（３４）が表面に接着された熱交換器（１１、１２）とを有する吸着式冷凍機の吸着モジュールであって、
   前記吸着剤（３４）を前記熱交換器（１１、１２）に接着する接着剤は、熱硬化型の粉体接着剤又は熱可塑型の粉体接着剤であり、
   前記粉体接着剤の粒径は、前記吸着剤（３４）の粒径よりも小さく、
   前記吸着剤（３４）は、前記粉体接着剤が前記吸着剤（３４）の表面に分散した状態で、前記熱交換器（１１、１２）に接着されていることを特徴とする吸着剤モジュール。
2. 前記粉体接着剤の量は、前記吸着剤（３４）の量の１ｗｔ％以上７ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の吸着剤モジュール。
3. 前記粉体接着剤の粒径は、前記吸着剤（３４）の粒径の１０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の吸着剤モジュール。
4. 前記粉体接着剤の加熱条件は、１２０℃以上１５０℃以下の温度、かつ、５分以上１５分以下の時間とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の吸着剤モジュール。

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