JP6548522B2 - 吸着器の作製方法 - Google Patents
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Description
本体部で互いに間隔を開けて配置された複数の伝熱部材の間に吸着材が充填された吸着器の作製方法であって、
前記吸着材とバインダとを溶媒中に分散させたスラリー状の充填材を、前記伝熱部材と前記伝熱部材の間に充填する充填工程と、
前記伝熱部材と前記伝熱部材の間に前記充填材が充填された前記本体部を、前記溶媒を蒸発させる第1の温度範囲で加熱して、前記溶媒を蒸発させる蒸発工程と、
前記蒸発工程にて前記溶媒を蒸発させた本体部を、前記第1の温度範囲よりも高い第2の温度範囲で加熱して、前記バインダを硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする吸着器の作製方法とした。
図1は、実施の形態にかかる吸着器1の斜視図であり、吸着器1の一部を切り欠いて示した図である。
この吸着器1では、本体部31の内部を通流する低温/高温の熱交換媒体(W_in、W_out)により、吸着材4を冷却/加熱することで、冷媒(CG)の吸着材4への吸着/脱着を行うようになっている。
伝熱部材34の各々は、分岐タンク32および合流タンク33に直交する向きで設けられていると共に、長手方向の一端と他端が、それぞれ分岐タンク32と合流タンク33の内部空間32a、33a(図4参照)に連通している。
これら供給管36と排出管37は、分岐タンク32と合流タンク33の長手方向の中央を通る中心線X上で同軸に配置されていると共に、筒状ケース2の一端部21と他端部22を貫通して設けられている。
そのため、本体部31の内部を通流する低温/高温の熱交換媒体Wにより、吸着材4を冷却/加熱することで、冷媒(CG)の吸着材4への吸着/脱着を行う際に、伝熱部材34と伝熱部材34との間の隙間に充填された吸着材4のほぼ総てを、効率よく冷却/加熱できるようになっている。
図5の(b)に示すように、吸着材4は、表面に多くの微細孔を有する多孔質粒子41と、バインダ樹脂42との混合材であり、多孔質粒子41とバインダ樹脂42を溶媒46に分散したスラリー状の充填材45(図5の(a)参照)を、伝熱部材34、34の間の隙間S(図3の(b)参照)を含む伝熱部材34を囲む領域αに充填したのち、後記する蒸発工程による溶媒46の除去と、後記する硬化工程によるバインダ樹脂42の硬化を経て作成された固体状の部材である。
多孔質粒子41は、温度に応じて冷媒を吸着/脱着するものであり、バインダ樹脂42は、伝熱部材34を囲む領域αに充填された吸着材4の形状を保持すると共に、吸着材4と伝熱部材34とを接続して、伝熱部材34を囲む領域αに吸着材4を保持するものである。
これは、活性炭の粒径が大きくなると、活性炭の嵩密度が高くなるので、伝熱部材34を囲む領域αに充填できる活性炭の総量が少なくなり、活性炭で吸着できる冷媒の総量が少なくなってしまうからである。
また、活性炭の粒径が大きくなると、活性炭の表面積が大きくなるので、活性炭の表面に付着するバインダ樹脂42の総量が増えることになり、冷媒を吸着する活性炭の表面がバインダ樹脂により覆われて、冷媒の吸着量が少なくなるからである。
さらに、活性炭の表面がバインダ樹脂に42より覆われると、伝熱部材34を囲む領域αに充填された活性炭の形状保持に寄与するバインダ樹脂42の総量が少なくなり、バインダ樹脂42を硬化させた後の吸着材4の形状を、所定形状で保持し続けることが難しくなる。そうすると、吸着材4が、伝熱部材34を囲む領域αから脱落して、吸着器1での吸着/脱着に関与する活性炭の総量が少なくなるので、冷媒の吸着/脱着を適切に行うことが困難になるからである。
これは、吸着材4の内部において活性炭が、隣接する他の活性炭との間に隙間なく密に詰まった状態で配置されていると、冷媒が吸着材4の内部に侵入できなくなるので、冷媒が吸着材4の表面領域のみで吸着されて、内部領域で吸着され難くなる。
そうすると、吸着材4に含まれる活性炭の総てを冷媒の吸着に関与させることができなくなるので、吸着材4全体での冷媒の吸着量が、少なくなってしまうからである。
バインダ樹脂42は、カチオン性の水溶性樹脂である。
前記した活性炭が、弱アニオン性の性質を持っているので、バインダ樹脂を、カチオン性の樹脂とすることで、活性炭とバインダ樹脂42との親和性が高くなる。
これにより、活性炭とバインダ樹脂42とを溶媒46に分散して後記する充填材45を調整したのちに、調整した充填材45において活性炭とバインダ樹脂42との分離が起こり難くなる。
この場合には、バインダ樹脂42を硬化させて得られた吸着材4が型崩れして、伝熱部材34を囲む領域αから脱落する結果、本体部31を通流する熱交換媒体Wで加熱/冷却できる活性炭の量が少なくなってしまう。
これにより、吸着器1での冷媒の吸着/脱着に関与する活性炭の総量が少なくなるので、冷媒の吸着/脱着を適切に行うことが困難になるためである。
溶媒46は、弱アニオン性の性質を持つ活性炭との親和性の高い極性溶媒であり、実施の形態では、エタノールを採用しているが、水、または水とエタノールとの混合溶媒としても良い。
活性炭とバインダ樹脂42とを溶媒46(エタノール)に分散させた充填材45では、活性炭に対するエタノールの重量比率が1:3〜1:5の範囲となるように、エタノールの量を設定することで、スラリー状の充填材45を調整している。
吸着器1を作製する際には、活性炭とバインダ樹脂42を溶媒46に分散させたスラリー状の充填材45を事前に作製しておく。
初めに、所定量の活性炭にエタノールを少量ずつ加えながら混合して、活性炭とエタノールとの混合物を調整する(第1混合工程)。この際に、活性炭に対するエタノールの重量比率が1:3〜1:5となるように、活性炭とエタノールの量が設定される。
これにより、エタノールが活性炭に吸着されたペースト状の混合物が得られることになる。
この際に、混合物に含まれる活性炭に対するバインダ樹脂42の重量比率が1:0.05〜1:0.15となるように、カチオン性の水溶性のバインダ樹脂42の量が設定される。
これにより、活性炭とバインダ樹脂42とが略均等に分布するように混合されたスラリー状の充填材45が得られることになる。
そのため、この吸着熱で温度が上昇した混合物にバインダ樹脂42の水溶液を加える際に、混合物の温度がバインダ樹脂42の軟化温度を超えていると、加えたバインダ樹脂42の少なくとも一部が、一時的に軟化したのち硬化してしまう。
そうすると、活性炭とバインダ樹脂42とが略均等に分布するように混合されたスラリー状の充填材45が得られない場合がある。
次に、吸着器1の作製方法を説明する。
図2は、吸着器1の作製方法を説明するフローチャートである。
図3は、吸着材4を保持させる前の吸着材モジュール3の本体部31の型枠7へのセットを説明する図であり、(a)は、本体部31を型枠7にセットする直前の状態を示す斜視図であり、(b)は、本体部31を型枠7にセットした後の平面図である。なお、図3の(a)では、説明の便宜上、コルゲートフィン35の図示を省略しており、図3の(b)では、型枠7と吸着材モジュール3とを視覚的に区別できるようにするために、型枠7の周壁71にハッチングを付して示している。
図4は、型枠7の内側の本体部31の伝熱部材34を囲む領域αへの充填材45の充填を説明する図であって、型枠7で保持された本体部31周りを、図3の(b)におけるA−A線に沿って切断した断面図である。
図5は、充填材45から吸着材4を作成する過程を説明する図であり、(a)は、本体部31の伝熱部材34を囲む領域αに充填された充填材45の一部を拡大して示した模式図であり、(b)は、後記する蒸発工程により、充填材45から溶媒46を蒸発させて作成した吸着材4での活性炭(多孔質粒子41)とバインダ樹脂42の分布を示す模式図である。
この状態において、型枠7の周壁71の内側が、吸着材4を伝熱部材34に保持させるための領域(伝熱部材34を囲む領域α)となる。
これにより、伝熱部材34を囲む領域αに充填材45が充填されて、本体部31で隣接する伝熱部材34と伝熱部材34の間の隙間S(図3の(b)参照)と、伝熱部材34と周壁71の間の隙間Sa(図3の(b)参照)に充填材45が充填される。
よって、伝熱部材34と伝熱部材34の間のコルゲートフィン35で囲まれた狭い隙間にも、空気を内部に取り込むことなく充填材45が充填されるようになっている。
実施の形態では、充填材45の作成に使用した溶媒46がエタノールであり、バインダ樹脂42が、カチオン性の水溶性樹脂を水に分散させたバインダ樹脂水溶液であるので、エタノールと水の両方を蒸発させることができる温度範囲に、前記した第1の温度範囲が設定されている。
よって、第1の温度範囲は、溶媒やバインダ樹脂に応じて設定される。
ここで、ペースト状の充填材45の流動性は低く、溶媒46や水の除去により充填材45の内部に隙間が形成されても、周囲の充填材45が移動して隙間を速やかに塞ぐことができないので、蒸発工程で充填材45から溶媒46や水が除去されて得られた吸着材4では、溶媒46や水が存在していた部分が微細な隙間Sxとして残ることになる(図5の(b)参照)。
そのため、吸着材4の内部に形成された隙間Sxにより、吸着材4の全体に冷媒を吸着させることができると共に、吸着に要する時間を短縮できるので、吸着材4に対する吸着効率を向上させている。
実施の形態では、軟化する温度が、前記した第1の温度範囲よりも高いバインダ樹脂42を用いて吸着材4を作成しているので、第2の温度範囲は、前記した第1の温度範囲よりも高い温度範囲であって、採用されているバインダ樹脂42に応じて設定される。
この場合には、カチオン性のバインダ樹脂42とアニオン性の処理剤とが強固に結びつくので、吸着材4の塊を、伝熱部材34を収容する領域αにより確実に保持し続けることが可能になる。
(1)本体部31で互いに間隔を開けて配置された複数の伝熱部材34を収容する領域αに活性炭が保持された吸着器1の作製方法であって、
多孔質粒子41とバインダ樹脂42とを溶媒46中に分散させたスラリー状の充填材45を、領域αに充填して、少なくとも伝熱部材34と伝熱部材34の間の隙間Sに充填材45を充填する充填工程(ステップ102)と、
領域αに充填材45が充填された本体部31を、溶媒46を蒸発させる第1の温度範囲(例えば、80〜100℃)で加熱して、溶媒46を蒸発させる蒸発工程(ステップ103)と、
蒸発工程(ステップ103)で溶媒46を蒸発させた本体部31を、第1の温度範囲よりも高い第2の温度範囲(例えば、120〜150℃)で加熱して、バインダ樹脂42を硬化させる硬化工程(ステップ104)と、を有する構成とした。
また、蒸発工程(ステップ103)にて溶媒46を蒸発させると、溶媒46の位置していた領域が微細な隙間Sxとして残るので、この隙間が、吸着材4が吸脱着する冷媒(エタノール)の通流路として機能するので、吸着材4への冷媒の吸着速度が向上する。
特に伝熱部材34と伝熱部材34の間にはコルゲートフィン35が設けられており、伝熱部材34と伝熱部材34の間のコルゲートフィン35で囲まれた狭い隙間に、スラリー状の充填材45を密に充填することは難しいが、振動をスラリー状の充填材45に与えつつ充填を行うことで、空気を内部に取り込むことなく充填材45を隙間なく充填できる。
多孔質粒子41に溶媒46を加えながら、多孔質粒子41と溶媒46とを混合する第1混合工程と、
多孔質粒子41と溶媒46とを混合させた混合物にバインダ樹脂42を加えながら、多孔質粒子41と溶媒46とバインダ樹脂42とを混合する第2混合工程とを、経て調整される構成とした。
これにより、被吸着媒体の吸着/脱着に関与する多孔質粒子41の量が少なくなることを好適に防止できる。さらに、バインダ樹脂42が多孔質粒子41に吸着されると、バインダ樹脂42を硬化させた後の吸着材4の形状保持に関与するバインダ樹脂42の量が少なくなって、伝熱部材34と伝熱部材34の間の吸着材4を所定形状で保持できなくなる虞があるが、かかる事態の発生を好適に防止できる。
そのため、第1混合工程で得られた多孔質粒子41と溶媒46とが混合した混合物を冷却工程で冷却して、吸着に起因する粗熱を取ったのちに、第2混合工程を行うことで、多孔質粒子41と溶媒46との混合物を、第2混合工程で混合されるバインダ樹脂42の硬化温度よりも低い温度で、バインダ樹脂42と混合することができる。
これにより、混合の途中でバインダ樹脂42が硬化してしまい、調整された充填材45において、多孔質粒子41とバインダ樹脂42とが均等に分布しなくなる事態の発生を好適に防ぐことができる。
これにより、伝熱部材34と伝熱部材34の間に充填された吸着材4全体の形状を保持することができ、吸着材4を吸着器1から脱落させることなく所定位置に保持しつつけることが可能になる。
さらに、蒸発工程(ステップ103)において、充填材45に含まれていたエタノールと水を蒸発させると、充填材45におけるエタノールと水が存在していた領域が、最終的に得られる吸着材4において、毛細血管状の隙間Sxとして残ることになる。
そうすると、吸着材4に冷媒を吸着/脱着させる際に、冷媒が隙間Sxを通って吸着材4の内部に侵入できるので、吸着材4に対する冷媒の吸着効率が向上することになる。
例えば、溶媒が水のみである場合には、水分子の大きさが、エタノール分子よりも小さいために、吸着材4に形成される隙間Sxの大きさが、水分子の侵入には適しているが、エタノール分子の侵入には適さない大きさとなる。
また、最終的に調整したスラリー状の充填材45の粘度が低くなりすぎることがないので、調整した充填材45において、活性炭とエタノールとに短時間で分離することもない。
また、カチオン性の水溶性樹脂をエタノールに分散させたバインダ樹脂の溶液を、活性炭とエタノールの混合物に混ぜ合わせる構成としてもよい。
この場合には、蒸発工程(ステップ103)における第1の温度範囲をより低い温度範囲とすることができる。
2 筒状ケース
3 吸着材モジュール
31 本体部
32 分岐タンク
33 合流タンク
34 伝熱部材
35 コルゲートフィン
4 吸着材
41 多孔質粒子(活性炭)
42 バインダ樹脂
45 充填材
46 溶媒
7 型枠
71 底壁
72 周壁
W 熱交換媒体
CG 被吸着媒体
Claims (8)
- 本体部で互いに間隔を開けて配置された複数の伝熱部材を収容する領域に吸着材が保持された吸着器の作製方法であって、
前記吸着材とバインダとを溶媒中に分散させたスラリー状の充填材を、前記領域に充填する充填工程と、
前記領域に前記充填材が充填された前記本体部を、前記溶媒を蒸発させる第1の温度範囲で加熱して、前記溶媒を蒸発させる蒸発工程と、
前記蒸発工程で前記溶媒を蒸発させた前記本体部を、前記第1の温度範囲よりも高い第2の温度範囲で加熱して、前記バインダを硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする吸着器の作製方法。 - 前記充填工程では、前記本体部を振動させながら、前記領域に前記充填材の充填を行うことを特徴とする請求項1に記載の吸着器の作製方法。
- 前記スラリー状の前記充填材は、
前記吸着材に前記溶媒を加えながら、前記吸着材と前記溶媒とを混合する第1混合工程と、
前記吸着材と前記溶媒との混合物に前記バインダを加えながら、前記吸着材と前記溶媒と前記バインダとを混合する第2混合工程とを、経て調整されたものであることを特徴とする請求項1に記載の吸着器の作製方法。 - 前記第1混合工程と前記第2混合工程との間に、前記吸着材と前記溶媒との混合物を冷却する冷却工程を有することを特徴とする請求項3に記載の吸着器の作製方法。
- 前記吸着材は活性炭であり、前記溶媒はエタノールであり、前記バインダは、カチオン性樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の吸着器の作製方法。
- 前記活性炭に対する前記カチオン性樹脂の重量比率が、1:0.05〜1:0.15であることを特徴とする請求項5に記載の吸着器の作製方法。
- 前記活性炭に対する前記エタノールの重量比率が、1:3〜1:5であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の吸着器の作製方法。
- 前記活性炭の粒径が、120ミクロン以下であることを特徴とする請求項5から請求項7の何れか一項に記載の吸着器の作製方法。
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