JP5282044B2 - 小型収着冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器と収着物質とを有する少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニット、少なくとも１つの凝縮熱交換器、および少なくとも１つの蒸発熱交換器を備えており、これらの構成ブロックが、共通の真空気密金属製外側ハウジング内に位置し、水の相互接続およびユニットの動作のための接続および継ぎ手要素ならびにパイプダクトを有している請求項１の冒頭部分に記載の小型収着冷却装置に関する。

ＤＥ １９９ ０２ ６９５ Ａ１によれば、吸着／脱着熱交換器が蒸発器および凝縮器と一緒に共通の真空気密容器に配置されている収着ヒートポンプが、公知の先行技術を代表している。

さらに、熱交換器と固体収着物質とを有する吸着器／脱着器ユニットを備えている固体収着ヒートポンプが、一般的なＤＥ １０２ １７ ４４３ Ｂ４からすでに知られており、この吸着器／脱着器ユニットが、凝縮器／蒸発器ユニットと一緒に、外部の雰囲気に対して封じられた共通のハウジングに配置されている。この先行技術によれば、吸着器／脱着器ユニットおよび凝縮器／蒸発器ユニットが、吸着質透過要素によって互いに隔てられている。

ＤＥ １０２ １７ ４４３ Ｂ４によれば、熱容量の小さい構造を得るために、ＤＥ １０２ １７ ４４３ Ｂ４に記載の吸着器／脱着器ユニットが、熱伝導性の吸着剤保持体を、熱伝導の様相で熱交換器へと接続して備えている。したがって、吸着剤保持体は、一方では熱交換器と収着物質との間の熱の伝達、他方では吸着器／脱着器ユニットの安定な構造の実現という２つの機能を果たす。そのような安定な構造は、きわめて薄い壁を持つ共通ハウジングの実現を可能にする。なぜならば、もはや共通ハウジングが、収着ヒートポンプの構成ブロックに追加の安定性をもたらす必要がなく、単に内部を外部の雰囲気から封じるためだけに機能すればよいからである。

ＤＥ １０２ １７ ４４３ Ｂ４に記載の先行技術の実施形態によれば、外壁を、吸着器／脱着器ユニットまたは凝縮器／蒸発器ユニットのそれぞれへと配置され、あるいは外部から支持される金属薄板製の鞘として実現することができる。外部の雰囲気に対する良好な絶縁を実現するために、共通ハウジングを、内殻と外殻との間の内部空間に断熱材料が挿入されてなる２重殻によって実現することも可能である。すでに述べたように、この公知の先行技術に記載の共通ハウジングを、個々の構成要素を囲む金属薄板材料で製作することができる。金属薄板の機械的な安定性は、パイプ偏向部の領域において熱交換器の縁を支持することによって保証される。吸着器／脱着器ユニットおよび凝縮器／蒸発器ユニットが、互いに上下に設けられ、例えばセラミックスポンジの形態で実現される蒸気透過性の要素によって互いに隔てられる。排気ノズルがハウジングに位置し、この排気ノズルによって、ハウジングの内部に負圧を生成することができる。負圧によって、ハウジングの金属薄板製の薄肉の外装が、設けられている吸着剤保持体に接触し、結果として、負圧によって生成される力によって、アセンブリ全体の安定がもたらされる。

収着ヒートポンプの動作の態様および個々の段階における動作に関しては、ＤＥ １０２ １７ ４４３ Ｂ４が明示的に参照される。

以上に基づき、本発明の目的は、熱交換器と収着物質とを有する少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニット、ならびに凝縮熱交換器および蒸発熱交換器を備えている小型収着冷却装置であって、高い効率を含むきわめて高い性能をもたらすとともに、長い使用期間にわたって可能な限り故障なく動作することを約束しながら、小さな構成空間にて実現することができるさらに発展した小型収着冷却装置を提供することにある。

本発明のこの目的に対する解決策は、請求項１に定める特徴の組み合わせによる小型収着冷却装置によって実現される。有用な実施形態およびさらなる発展が、従属請求項に定められている。

したがって、熱交換器と収着物質とを有する少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニット、少なくとも１つの凝縮熱交換器、および少なくとも１つの蒸発熱交換器を備えており、これらの構成ブロックが、共通の真空気密外側ハウジング（好ましくは、金属製である）内に位置している小型収着冷却装置が提供される。さらに、水の相互接続および装置の動作のための接続および継ぎ手要素ならびにパイプダクトが、ハウジング上またはハウジング内に設けられている。

本発明によれば、前記収着冷却装置が、前記少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニットが内側ハウジング内または不完全な内側ハウジング内に配置されるサンドイッチ構造として実現される。

前記凝縮熱交換器および前記蒸発熱交換器が、お互いから離間していて、両者の間の空間に前記吸着器／脱着器ユニットを有する前記内側ハウジングを収容している。

前記凝縮熱交換器および前記蒸発熱交換器へと向けられた前記内側ハウジングの境界面が、蒸気バルブを有している。

前記内側ハウジングと前記蒸発熱交換器との間の領域に、断熱層または断熱板が配置されており、この断熱層または断熱板が、蒸気の通路の領域、すなわち蒸気バルブの領域に、凹所を備えている。

好ましい実施形態においては、異形材スペーサが、それぞれの熱交換器と内側ハウジングの部品との間に設けられる。そのような異形材スペーサを、打ち抜きおよび曲げの工程にて金属材料から容易に製造することができ、あるいは通常の市販の様相の標準的な異形材として得ることができる。

さらに、前記熱交換器の位置および間隔を空けた配置を、前記異形材スペーサの寸法によって定めることができる。

本発明の一実施形態においては、前記吸着器／脱着器ユニットが、収着材料を有する少なくとも２つの隣り合う熱交換器を、それぞれを前記内側ハウジング内のそれぞれの部屋に位置させ、すなわち互いに隔てて備えることができる。

前記内側ハウジングの前記境界面に、凹所が設けられ、リーフバルブが、それら凹所に挿入される。これらのリーフバルブは、蒸気の通過を制御するように機能する。リーフバルブは、弾性バルブ材料によって閉じられ、圧力差が存在しない場合に重力の結果として閉じられる。バルブアセンブリの上側と下側の間に圧力差が存在する場合、バルブ材料が、前記凹所に対する自身の位置を変化させる。

それぞれのリーフバルブは、開いた状態にあるとき、前記それぞれの境界面および該境界面に設けられた凹所から高さに関して離間している凹所カバー片に当接する。これらの凹所カバー片の表面の寸法は、リーフバルブ材料のための保護を達成するために、それぞれの凹所の寸法よりも大きくてよく、あるいは等しくてよい。

前記それぞれの凹所は、長方形または正方形であってよく、該凹所を分割する長手ウェブまたは横断ウェブを有することができる。次いで、前記リーフバルブを、それぞれの横断ウェブへと固定することができる。

前記内側ハウジングが不完全に閉じられており、該内側ハウジングの完全な封じが、前記外側ハウジングの対応する部分によって達成される。

本発明の別の実施形態においては、サイフォン式の凝縮物戻りシステムが、前記凝縮熱交換器と前記蒸発熱交換器との間に設けられる。

前記サイフォン式の凝縮物戻りシステムが、一端が圧力補償ポットへと延びている外パイプを備えている。外パイプの内側に、開いた内側パイプが位置している。内側パイプの自由端が、フランジを介して前記凝縮熱交換器の凝縮物排出ノズルに連絡している。さらなる管状の接続が、前記圧力補償ポットと前記蒸発熱交換器との間に設けられている。サイフォン凝縮物戻りシステムは、収着冷却装置の外部に設けられ、収着冷却装置の内部に配置されたそれぞれの熱交換器へと、真空気密接続手段によって接続される。

本発明を、実施形態によって、図面を参照しつつ、以下でさらに詳しく説明する。

本発明による小型収着冷却装置の分解図を示しており、外側ハウジングの構成要素は、一部のみ示されている。 収着冷却装置の金属薄板ケーシングの図を示しており、内側ハウジングの構成要素が示されているが、図１に示されている熱交換器は示されていない。 サイフォン凝縮物戻りシステムおよび蒸気バルブ（詳細図Ｍ）を含む収着冷却装置の図を、金属薄板ケーシングを部分的に切断して示しており、凝縮物戻りシステムの配置に関する詳細図Ｘおよびそのさらなる詳細図を含んでいる。

図に示されている収着冷却装置は、サンドイッチ構造に基づいている。

具体的には、２つの隣接する吸着器／脱着器ユニット１が、内側ハウジングの内部に位置している。内側ハウジングは、境界面として形成された下部境界金属薄板２と、上部境界金属薄板３とで構成されている。

金属薄板製の分割壁４が、吸着器／脱着器ユニット１の間に設けられている。

凝縮熱交換器５が、吸着器／脱着器ユニット１の上方に位置しており、蒸発熱交換器６が、ユニット１の下方に位置している。

断熱板７が、下部境界金属薄板２と蒸発熱交換器６との間に位置しており、蒸気バルブ９を受け入れる下部境界金属薄板２の凹所に実質的に一致する開口８を有している。

それぞれの熱交換器と内側ハウジングの部品との間には、異形材スペーサ１０が設けられており、一方ではサンドイッチ構造の構成ブロックの所定の位置を保証し、他方では安定性を高めている。

下部カバー薄板として実現されるカバー薄板１１が、蒸発熱交換器６を囲み、外側ハウジングの構成要素を呈している。

同様に、上部カバー薄板１２が、凝縮熱交換器５を囲み、やはり外側ハウジングの一部を呈している（図２を参照）。

外側ハウジングのさらなる構成要素は、蒸発熱交換器６の両側に挿入できる金属薄板１３、ならびに凝縮熱交換器５の両側に挿入できる金属薄板１４である。

吸着器／脱着器ユニット１を収容するための内側ハウジングは、外側ハウジングの側部金属薄板１６によって覆われるＬ字形の境界金属薄板側面１５を備えている。

さらに、この場合には外側および内側ハウジングの構成要素を呈する挿入可能な金属薄板１７が、吸着器／脱着器ユニット１のために設けられている。

個々の金属薄板の間の接合部は、リップ形式の継ぎ目の形態で実現され、必要とされる気密および機械的な安定性を有している。

リーフバルブとして実現される蒸気バルブ９を、図３の左側の図（詳細図Ｍを含む）を参照して、以下でさらに詳しく説明する。

下部および上部境界金属薄板２、３の凹所に、横断ウェブ１８が設けられている。弾性リーフバルブ材料１９が、横断ウェブ１８によって固定されている。

それぞれの境界金属薄板２、３の下方および上方の圧力差に応じて、リーフバルブ材料は、凹所に隣接し（図３による図、蒸気バルブ９が閉じられている）、あるいは圧力差が存在する場合に開かれる（図３の詳細図Ｍの下方の図を参照）。

それぞれの凹所の上方には、凹所カバー片２０が、間隔を空けた様相で配置されている。

このそれぞれの凹所カバー片２０は、一方ではリーフバルブ材料１９を保護し、高さに関するリーフバルブ材料のストッパを形成している。

一実施形態においては、それぞれの凹所カバー片２０が、ねじ２１によって形成されるスペーサによって横断ウェブ１８へと固定されている。

さらに、図３の図によれば、サイフォン凝縮物戻りシステム２２が、収着冷却装置の閉じたハウジングの外側に位置している。

このサイフォン凝縮物戻りシステム２２は、下端が閉じられた外パイプ２３を備えている。

外パイプ２３の上端には、圧力補償ポット２４（詳細図Ｖを参照）が設けられている。

この圧力補償ポット２４は、内側パイプ２５を受け入れている。

内側パイプ２５の外側自由端を、フランジ２６によって凝縮物排出ノズル２７へと接続することができる。

さらに、管状の接続２８および２９が設けられ、一方（接続２９）は、閉じた収着冷却装置に向かって圧力を保証するように機能し、他方（接続２８）は、蒸発熱交換器６へと向かっている。

１ 吸着器／脱着器ユニット
２ 下部境界金属薄板
３ 上部境界金属薄板
４ 金属薄板製の分割壁
５ 凝縮熱交換器
６ 蒸発熱交換器
７ 断熱板
８ 開口
９ 蒸気バルブ
１０ スペーサ
１１ 下部カバー薄板
１２ 上部カバー薄板
１３ 蒸発器のための挿入可能な金属薄板
１４ 凝縮器のための挿入可能な金属薄板
１５ 境界金属薄板側面
１６ 側部金属薄板
１７ 吸着器／脱着器ユニットのための挿入可能な金属薄板
１８ 横断ウェブ
１９ リーフバルブ材料
２０ カバー片
２１ ねじ
２２ サイフォン凝縮物戻りシステム
２３ 外パイプ
２４ 圧力補償ポット
２５ 内側パイプ
２６ フランジ
２７ 凝縮物排出ノズル
２８、２９ 管状の接続

Claims (8)

1. 熱交換器と収着物質とを有する少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニット、少なくとも１つの凝縮熱交換器、および少なくとも１つの蒸発熱交換器を備えており、これらの構成ブロックが、共通の真空気密金属製外側ハウジング内に位置し、水の相互接続および動作のための接続および継ぎ手要素ならびにパイプダクトを有している小型収着冷却装置であって、
   サンドイッチ構造が設けられ、前記少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニットが、内側ハウジング内または不完全な内側ハウジング内に位置し、
   前記凝縮熱交換器および前記蒸発熱交換器が、お互いから離間していて、両者の間の空間に前記吸着器／脱着器ユニットを有する前記内側ハウジングを収容しており、
   前記凝縮熱交換器および前記蒸発熱交換器へと向けられた前記内側ハウジングの境界面が、蒸気バルブを有しており、
   前記内側ハウジングと前記蒸発熱交換器との間の領域に、断熱層または断熱板が配置されており、
   前記内側ハウジングの前記境界面に、凹所が設けられており、前記断熱層または断熱板に、前記凹所に一致する開口が設けられ、前記蒸気バルブとしてのリーフバルブが、前記凹所及び前記開口に挿入されており、
   前記リーフバルブが、開いた状態にあるとき、前記境界面および該境界面に設けられた凹所から高さに関して離間している凹所カバー片に当接し、
   前記凹所が、長方形または正方形であって、該凹所を分割する長手ウェブまたは横断ウェブが有しており、前記リーフバルブの材料が、該ウェブへと固定されていることを特徴とする収着冷却装置。
2. 異形材スペーサが、それぞれの熱交換器と内側ハウジングの部品との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の収着冷却装置。
3. 前記熱交換器の互いの位置を、前記異形材スペーサの寸法によって定めることができることを特徴とする請求項２に記載の収着冷却装置。
4. 前記吸着器／脱着器ユニットが、収着材料を有する少なくとも２つの隣り合う熱交換器を、前記内側ハウジング内の部屋にそれぞれ位置させて備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の収着冷却装置。
5. 前記内側ハウジングが、不完全に閉じられており、該内側ハウジングの完全な封じが、前記外側ハウジングの或る部分または部品によって達成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の収着冷却装置。
6. サイフォン凝縮物戻りシステムが、前記凝縮熱交換器と前記蒸発熱交換器との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の収着冷却装置。
7. 前記サイフォン凝縮物戻りシステムが、一端が圧力補償ポットへと延びている外パイプを備えており、該外パイプの内側に、内側パイプが位置しており、該内側パイプの自由端が、フランジを介して前記凝縮熱交換器の凝縮物排出ノズルに連絡し、さらなる管状の接続が、前記圧力補償ポットと前記内側ハウジングおよび前記蒸発熱交換器との間に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の収着冷却装置。
8. 前記サイフォン凝縮物戻りシステムが、当該収着冷却装置の外部に設けられており、当該収着冷却装置の内部に配置されたそれぞれの熱交換器へと、真空気密接続手段によって接続されていることを特徴とする請求項６または７に記載の収着冷却装置。
   

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