JP4379881B2 - プレートフィン式吸着器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば吸着式冷凍機等に組み込まれて使用されるプレートフィン式吸着器において、その製作工程での作業効率を向上させ、機械化を可能にした同吸着器の構造及びその製造方法に関する。

従来シリカゲル、活性炭、ゼオライト等の固体吸着剤が温度あるいは圧力の変化により物質を吸着したり脱着したりする性質があるのを利用して、例えば水、アルコール等の冷媒が蒸発あるいは凝縮する真空条件下で加熱したり冷却したりすることによって冷媒を吸着剤に吸脱着させ、そのときの作用で冷凍効果を引き出す吸着式冷凍機が知られている。

吸着式冷凍機の構成を一例として特許文献１（特開平２００４−２６３９５９号公報）に開示された内容に基づいて説明する。図５において、０１１及び０１２は、それぞれ内部に吸着剤を充填した第１吸着器及び第２吸着器であり、これら吸着器は、冷媒（例えば水、アルコール等）の出入り口０１３及び０１４を備えている。出入り口０１３及び０１４には三方切換弁０１５及び０１６が接続されており、この三方切換弁０１５及び０１６の間には、冷媒蒸気を液化する凝縮器０１７、冷媒の気液分離及び液体冷媒の一時貯留を行なうレシーバ０１８、冷媒を送るポンプ０１９、及び液体冷媒を気化させて外気との熱交換を行なう蒸発器０２０が直列に接続され、冷媒回路０２１が構成されている。

かかる装置において、第１吸着器０１１及び第２吸着器０１２は、一方が冷媒蒸気を脱離させる脱離側となるとき、他方が蒸発器０２０からの冷媒蒸気を吸着する吸着剤となるよう、交互に切り換え可能に構成されている。図５において、第１吸着器０１１を脱離側として使用する場合、三方切換弁０１５，０１６が図５中実線位置とされて、第１吸着器０１１の出入口部０１３と凝縮器０１７とが連通され、かつ第２吸着器０１２の出入口部０１４と蒸発器０２０とが連通状態とされる。また第１吸着器０１１に加熱流体、第２吸着器０１２に冷却流体が供給される。第１吸着器０１１で脱離された冷媒蒸気は、凝縮器０１７に送られて凝縮される。

また第１吸着器０１１を吸着側とし、第２吸着器０１２を脱離側として使用する場合、三方切換弁０１５、０１６が図５中点線位置とされて、第１吸着器０１１の出入口部０１３と蒸発器０２０とが連通状態とされ、かつ第２吸着器０１２の出入口部０１４と凝縮器０１７とが連通状態とされる。また第１吸着器０１１に冷却流体、第２吸着器０１２に加熱流体が供給される。蒸発器０２０から送られた冷媒蒸気は第１吸着器０１１で吸着される。

吸着剤を充填した吸着器には、プレートフィン式又はチューブフィン式のものがある。
プレートフィン式吸着器は、内部に熱媒体通路を有する複数のプレートと、同プレート間に吸着剤層と被吸着流体用通路とを積層してなり、内部に熱媒体通路を有するプレートを平板形状として、熱媒体と吸着剤層との接触面を増大させ、熱媒体から吸着剤層への熱伝達効率を良くしたものであるが、プレートフィン式吸着器は、例えば特許文献２（特開平５−１５７４００号公報）に開示された構造のものがある。この構造は、温水通路、吸着剤層、蒸気通路及び冷水通路の４通路を積層した構成からなり、中央の吸着剤層及び蒸気通路は、密閉室で構成され、孔あきプレートを境として吸着剤層と蒸気通路に分かれている。

この装置では、まず再生工程では温水通路に所要の温水を供給すると、隣接する吸着剤層の吸着剤が加熱されて、例えば吸着剤に含まれていた水が蒸発して、孔あきプレートを通過して蒸気通路に入る。水蒸気が充満した蒸気通路に隣接する冷水通路では、冷却水が水蒸気の蒸発潜熱を奪い、蒸気を凝縮させて水にする。
また逆に吸着工程では、温水通路に冷却水や他冷水などを供給して、吸着剤を冷却し、冷水通路に被冷却水を送給すると、先に蒸発潜熱を奪われて水になった蒸気通路の水が被冷却水によって加熱されて蒸発して被冷却水を冷却する。また蒸発した蒸気は吸着剤に吸着される。

また特許文献３（特開昭６２−９７６３号公報）には、チューブフィン式吸着器が開示されている。この装置は、冷水又は温水が供給される伝熱管の外周に、これと直交して多数のフィンを取り付けてフィンチューブを構成したもので、フィン間隙には粒状の吸着剤を充填し、フィンチューブの周囲に金網を張って吸着剤を保持するようにしている。

特開平２００４−２６３９５９号公報 特開平５−１５７４００号公報 特開昭６２−９７６３号公報

しかしながら特許文献２のプレートフィン式吸着器においては、吸着剤が冷媒蒸気を吸脱着するための蒸気通路を含めて各通路の空間を確保するために、コルゲートフィン等を挿入してパネル１枚々々を一定の間隔をあけて積層している。
この構造では、各通路を構成するパネルを組み立てる作業と、吸着剤を詰める作業を同時に行なう必要があり、作業性が悪くなり、人力に頼る部分が多いため、機械化が難しく、コストアップの主要因となっている。

また特許文献３に開示されたチューブフィン式吸着器においても、同様にフィン間隙への吸着剤の充填と、フィンチューブ周囲への金網の設置がほぼ同時に行なう必要があり、プレートフィン式吸着器の場合と同様の問題点がある。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、プレートフィン式吸着器を製造するに際し、吸着器の組み立て作業と吸着剤の充填作業とを完全に分離することにより、前述の問題点を解消し、作業の自動化を図り、作業効率を向上させ、コスト低減を可能とするプレートフィン式吸着器の構造及びその製造方法を提供することにある。

本発明のプレートフィン式吸着器は、かかる目的を達成するもので、複数のプレートを水平方向又は垂直方向に配置し、該複数のプレート間に吸着剤層、被吸着流体用通路及び熱媒体通路を積層してなるプレートフィン式吸着器において、前記プレートの内部に熱媒体通路を設けるとともに、同プレートを互いに間隔を有して平行に並べ、隣り合うプレート間に複数の伝熱フィンを並列に装着して複数の被吸着流体用通路を形成し、それぞれの被吸着流体用通路に対角線上に孔あき分離シートを架け渡して同被吸着流体用通路を断面が実質的に三角形状をなす通路に二分し、二分された通路のうち下方に位置する通路に吸着剤を充填し、伝熱フィンを介して形成される吸着剤充填域が山形状をなすことを特徴とする。

本発明のプレートフィン式吸着器において、吸着剤により被吸着流体を吸着する工程においては、前記プレートの内部通路に冷却媒体を流すことによって吸着剤を冷却し、それによって被吸着流体を吸着する。また吸着剤から被吸着流体を脱離させる工程においては、前記プレートの内部通路に加熱媒体を流すことによって被吸着流体を脱離させる。

本発明の吸着器において、前記プレートを水平方向又は垂直方向に配置し、前記二分された断面が実質的に三角形状をなす被吸着流体用通路のうち下方に位置する通路に吸着剤を充填する。
また前記孔あき分離シートは、被吸着流体が出入りできる多数の細孔を有するもので、好ましくは、プレート間の接合時伝熱フィン間に形成される山形空間に追従できる柔軟性を有するものを使用するのがよく、例えば金網などが使用可能である。

また本発明のプレートフィン式吸着器の製造方法は、複数のプレートを水平方向又は垂直方向に配置し、該複数のプレート間に吸着剤層、被吸着流体用通路及び熱媒体通路を積層してなるプレートフィン式吸着器において、内部に熱媒体通路を有するとともに両面に複数の伝熱フィンを等間隔で平行に固着したプレートを相互間に孔あき分離シートを挿入した状態で複数個積層するとともに、隣リ合うプレートに固着され互いに対面する伝熱フィンを互いに他方の中間付近に位置するように配置した状態で前記複数のプレートを接合して、前記プレート、前記フィン及び前記孔あき分離シートで区画され断面が実質的に三角形状をなす被吸着流体用通路を形成し、その後前記孔あき分離シートで分離された通路のうち下方に位置する通路に吸着剤を充填し、伝熱フィンを介して形成される吸着剤充填域が山形状をなすことを特徴とする。

本発明方法においては、両面に複数の伝熱フィンを等間隔で平行に固着したプレートを相互間に柔軟な孔あき分離シートを挿入した状態で複数個積層し、一体化するに際し、プレート間に孔あき分離シートを挿入した状態で行なうことによって、断面が実質的に三角形状をなす被吸着流体用通路を形成する。

本発明の吸着器によれば、内部に熱媒体通路を有する複数のプレートを互いに間隔を有して平行に並べ、隣り合うプレート間に複数の伝熱フィンを並列に装着して複数の被吸着流体用通路を形成し、それぞれの被吸着流体用通路に対角線上に孔あき分離シートを架け渡して同被吸着流体用通路を断面が実質的に三角形状をなす通路に二分し、二分された通路のうち一方に吸着剤を充填して構成したことにより、フィン付きプレートと孔あき分離シートと組み合わせのみで被吸着流体の吸着及び脱着が可能となり、構造の簡素化及び製作コストの低減を達成することができる。

また複数のプレートをプレート間に並列に並べた複数の伝熱フィンで一体化するので、同伝熱フィンによって高強度の剛性を保持することができるとともに、この伝熱フィンによってフィンとしての効果をもたすこともできる。
さらに被吸着流体用通路に対角線上に孔あき分離シートを架け渡して同被吸着流体用通路を断面が実質的に三角形状をなす通路に二分し、二分された通路のうち一方に吸着剤を充填するため、同孔あき分離シートを介して吸着剤と被吸着流体とが接触する面積を広く取れるため、吸着剤による被吸着流体の脱離性能及び吸着性能を高めることができる。

なおプレートを水平方向又は垂直方向に配置した場合、二分された被吸着流体用通路のうち下方に位置する通路に吸着剤を充填したことにより、吸着剤が重力によりプレート面側に良く密着するようになり、プレートの内部通路を流れる熱媒体との熱交換が良好になる。

また本発明の吸着器製造方法によれば、内部に熱媒体通路を有するとともに両面に複数の伝熱フィンを等間隔で平行に固着したプレートを相互間に柔軟な孔あき分離シートを挿入した状態で複数個積層するとともに、隣リ合うプレートに固着され互いに対面する伝熱フィンを互いに他方の中間付近に位置するように配置した状態で前記複数のプレートを接合して、前記プレート、前記フィン及び前記孔あき分離シートで区画され断面が実質的に三角形状をなす被吸着流体用通路を形成するため、一工程にて吸着器の製作が可能となり、作業効率が格段に向上するとともに、製作コストを大幅に低減できる。

さらに吸着器パネルの製作後に吸着剤を充填すればよく、吸着器パネルと製作と吸着剤の充填とを完全に分離できるため、従来のように人力でパネルを一体化させる必要がなく、自動化が可能であり、また吸着剤の充填作業の自動化も可能となる。このように吸着器の製作作業効率を格段に向上でき、全体的に作業工程の自動化も可能となるため、作業時間を大幅に低減できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明方法により吸着器を製造する第１実施例のプレート接合工程を示す断面図、図２（ａ）は前記第１実施例においてプレート接合後の状態を示す断面図、図２（ｂ）は吸着剤充填後の状態を示す断面図、図３（ａ）は前記第１実施例において図２（ｂ）と同様に吸着剤充填後の状態を示す断面図、図３（ｂ）は（ａ）のIIIｂ部の拡大断面図である。

図１において、１ａ及び１ｂは、互いに接合されるプレートであり、それぞれ内部に熱媒体通路３ａ，３ｂを有するとともに、表裏外表面に複数の伝熱フィン２ａ，２ｂを平行に併設している。４は山形に整形した金網であり、本発明の吸着器を製作するに際し、プレート１ａ，１ｂの間に金網４を挿入した状態で、かつ伝熱フィン２ａ，２ｂを相互に相手方の中間位置に位置するようにずらした状態で、伝熱フィン２ａ，２ｂの先端部を金網４を介し相手方プレートに接合する。

図２は複数のプレート１を互いに接合した状態を示し、熱媒体通路３を有するプレート１及び伝熱フィン２によって区画される、断面が四角形の被吸着流体用通路５が形成される。また金網４が被吸着流体用通路５の対角線上に装架され、金網４によって被吸着流体用通路５を二分した断面が三角形状の通路が形成されている。図２の（ａ）は、複数のプレート１を接合した状態を示し、（ｂ）は、接合工程後金網４によって二分された通路に粒状の吸着剤６を充填した状態を示す。

本第１実施例における吸着器は、プレート１が水平方向に配置された横型吸着器の場合は、図３（ｂ）に示すように、金網４によって二分された三角形状の被吸着流体用通路５のうち下方に位置する通路に吸着剤６を充填することによって、下方に位置するプレート１に対して接触面積を多く取るようにすれば、下方に位置するプレートの内部通路に流される熱媒体との伝熱効果が向上する。なお被吸着流体用通路５は本第１実施例の吸着器が吸着式冷凍機に組み込まれたときは冷媒蒸気の通路となる。

図３（ｂ）に示すように、蒸気通路５は、プレート１と伝熱フィン２とによって断面が実質的に４角形をなすように区画され、さらに金網４が蒸気通路５を対角線上に架け渡されて、蒸気通路５を断面が実質的に三角形状となる２つの通路に二分され、その一方の通路に粒状の吸着剤６が充填されている。

本第１実施例においては、吸着式冷凍機に組み込まれた場合、熱媒体通路３に冷却水を流すことによって吸着剤６を冷却し、図示しない蒸発器から送り込まれた冷媒蒸気を金網４を隔てて吸着剤６で吸着する。次に熱媒体通路３に温水を送り込むことにより、吸着剤６を加熱し、吸着剤６から冷媒蒸気を脱離させ、蒸気通路５から図示しない凝縮器に送り込む。

本第１実施例によれば、伝熱フィン付きプレート１と金網４との組み合わせのみで冷媒蒸気の脱着が可能となり、構造の簡素化及び製造コストの低減を達成することができる。
また複数のプレート１をプレート間に並列に並べた複数の伝熱フィン２で一体化するので、同フィン材によって高強度の剛性を保持することができるとともに、この伝熱フィン２にフィンとしての役割をもたすこともできる。

さらに蒸気通路５に対角線上に金網４を架け渡して蒸気通路５を断面が実質的に三角形状をなす通路に二分し、二分された通路のうち一方に吸着剤６を充填するため、金網４を介して吸着剤と冷媒蒸気とが接触する面積を広く取れるため、吸着剤による冷媒蒸気の脱離性能及び吸着性能を高めることができる。

またプレート１を水平方向に配置した横型吸着器の場合、二分された蒸気通路５のうち下方に位置する通路に吸着剤６を充填したことにより、吸着剤が重力により下方のプレート面に良く密着するようになり、プレートの内部通路を流れる熱媒体との熱交換が良好になる。
また一工程にて吸着器の製造が可能となり、作業効率が格段に向上するとともに、製作コストを大幅に低減できるとともに、吸着器パネルの製作後に吸着剤６を充填すればよく、吸着器パネルと製作と吸着剤の充填とを完全に分離できるため、従来のように人力でパネルを一体化させる必要がなく、自動化が可能となり、また吸着剤の充填作業の自動化も可能となる。このように吸着器製作の作業効率を格段に向上でき、自動化も可能となり、作業時間を大幅に低減できる。

次に本発明の第２実施例を図４に基づいて説明する。本第２実施例は、プレートを垂直方向に配置した縦型吸着器に係り、図４において、蒸気通路１５に対角線上に架け渡される金網１４によって二分される通路の一方に吸着剤１６が充填されるが、本実施例においては、図４（ｂ）に図示のとおり、二分された通路のうち下方に位置する通路に吸着剤１６を充填する。符号１２は伝熱フィン、１３は熱媒体通路である。
吸着剤１６が重力によって左右のプレート１１に密着するため、プレート１１の図示しない内部通路に流れる熱媒体の温熱又は冷熱が効率良く吸着剤１６に伝わり、吸着剤１６による冷媒蒸気の吸着又は脱離効果を向上できる利点がある。

本発明によれば、吸着式冷凍機等に使用される吸着器において、その製作工程を大幅に効率化して、作業の自動化を可能にすることによって、作業時間を大幅に低減できるとともに、構造が簡素化されて、コスト低減を達成できた吸着器及びその製造方法を実現できる。

本発明の第１実施例のプレート接合工程を示す断面図である。 （ａ）は、前記第１実施例においてプレート接合後の状態を示す断面図、（ｂ）は、吸着剤充填後の状態を示す断面図である。 （ａ）は、前記第１実施例において吸着剤充填後の状態を示す断面図、（ｂ）は、図３（ａ）のIIIｂ部の拡大断面図である。 本発明の第２実施例に係る断面図である。 従来の吸着式冷凍機の一例を示す系統図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１１ プレート
２、２ａ、２ｂ、１２ 伝熱フィン
３、３ａ、３ｂ、１３ 熱媒体通路
４、１４ 金網
５、１５ 被吸着流体用通路（蒸気通路）
６、１６ 吸着剤
０１１ 第１吸着器
０１２ 第２吸着器
０１３、０１４ 出入口部
０１５、０１６ 三方切換弁
０１７ 凝縮器
０１８ レシーバ
０１９ ポンプ
０２０ 蒸発器
０２１ 冷媒回路

Claims (3)

1. 複数のプレートを水平方向又は垂直方向に配置し、該複数のプレート間に吸着剤層、被吸着流体用通路及び熱媒体通路を積層してなるプレートフィン式吸着器において、
   前記プレートの内部に熱媒体通路を設けるとともに、同プレートを互いに間隔を有して平行に並べ、隣り合うプレート間に複数の伝熱フィンを並列に装着して複数の被吸着流体用通路を形成し、それぞれの被吸着流体用通路に対角線上に孔あき分離シートを架け渡して同被吸着流体用通路を断面が実質的に三角形状をなす通路に二分し、二分された通路のうち下方に位置する通路に吸着剤を充填し、伝熱フィンを介して形成される吸着剤充填域が山形状をなすことを特徴とするプレートフィン式吸着器。
2. 前記孔あき分離シートが金網であることを特徴とする請求項１記載のプレートフィン式吸着器。
3. 複数のプレートを水平方向又は垂直方向に配置し、該複数のプレート間に吸着剤層、被吸着流体用通路及び熱媒体通路を積層してなるプレートフィン式吸着器において、内部に熱媒体通路を有するとともに両面に複数の伝熱フィンを等間隔で平行に固着したプレートを相互間に孔あき分離シートを挿入した状態で複数個積層するとともに、隣リ合うプレートに固着され互いに対面する伝熱フィンを互いに他方の中間付近に位置するように配置した状態で前記複数のプレートを接合して、前記プレート、前記フィン及び前記孔あき分離シートで区画され断面が実質的に三角形状をなす被吸着流体用通路を形成し、その後前記孔あき分離シートで分離された通路のうち下方に位置する通路に吸着剤を充填し、伝熱フィンを介して形成される吸着剤充填域が山形状をなすことを特徴とするプレートフィン式吸着器の製造方法。

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