JPH04148194A - 吸着剤付き熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願発明は液相と気相の間て相変化する熱媒の脱着を通
じて熱交換作用を行う吸着剤付き熱交換器に関するもの
である。

第４図には、このような吸着剤付き熱交換器を組み込ん
だ吸着式冷凍装置の基本システム図が示されている。こ
の′ｆ、４図を使用してこの吸着式冷凍装置の基本サイ
クルを説明すると、第４図において符号１０１は密閉容
器であり、該密閉容器内には、気相と液相の間て相変化
する、たとえば水などの作動媒体Ｗが充填されている。

さらに上記密閉容器ｌｏｔ内には２種類の熱交換器１０
２゜１０３が組込まれている。一方の熱交換器１０２は
供給される流体の温度に応してガス状の作動媒体Ｗｇを
吸着したり放出したりするゼオライト、シリカゲル等の
吸着剤１１２を付設した吸着剤付熱交換器であり、他方
の熱交換器１０３は、上記作動媒体Ｗと熱交換して該作
動媒体Ｗの蒸発時には該作動媒体Ｗから冷熱を受け、該
作動媒体Ｗの凝縮時には該作動媒体Ｗを冷却する作用を
する作動媒体用熱交換器を示している。

一方の吸着剤付熱交換器１０２にはバルブ１４２及び同
１４３の切換に応じて、ポンプ１４１により、同吸着剤
付熱交換器１０２の吸着剤１１２に作動媒体Ｗの吸着作
用を生ぜしめるたぬの冷却用流体Ｆ　１０．又は同吸着
剤１１２に作動媒体Ｗの放出作用を生ぜしめるための加
熱用流体Ｆ　１０４が供給され、他方の作動媒体用熱交
換器１０３には、バルブ１６２及び同１６３の切換に応
じて、ポンプ＋６Ｊにより、吸着剤による作動媒体吸着
時に液状の作動媒体Ｗρを蒸発させて該蒸発時に作動媒
体Ｗより冷熱を受ける作用をする被冷却用流体ｐｅａｍ
又は吸着剤１１２から放出されたガス状の作動媒体Ｗｇ
を冷却して該作動媒体Ｗｇを凝縮させる作用をする凝縮
用流体Ｆ、。、が供給される。

第４図中、符号１０４は吸着剤付熱交換器１０２に加熱
用流体ＦＩ０４を供給するための加熱用流体供給源（た
とえば高温加熱オイル、あるいはボイラ廃水、太陽熱温
水器など）、同１０５は吸着剤付熱交換器１０２に冷却
用流体ｐｅａｓを供給するための冷却用流体供給源（例
えば地下水あるいはクーリングタワーなど）を示し、ま
た符号１０６は被冷却用流体Ｆ、。６が作動媒体Ｗより
受ける冷熱を利用して冷房などを行わしめるための冷熱
利用機器（たとえば空調用室内熱交換器）、同１０７は
吸着剤付熱交換器１０２の吸着剤＋１２より放出された
ガス状の作動媒体Ｗｇを凝縮させる凝縮用流体Ｆ１゜、
を供給するための凝縮用流体供給源（たとえば空調用室
外熱交換器）をそれぞれ示している。

この吸着式冷凍装置は次のように作用する。

すなわち、吸着剤付熱交換器１０２に対する冷却用流体
Ｆｌｌｌ１１の供給により同吸着剤付熱交換器１０２の
吸着剤１１２が、ガス状の作動媒体Ｗｇを吸着する吸着
行程にあるときは、−その作動媒体吸着にともなって液
状の作動媒体ＷＱが連続的に蒸発して該作動媒体Ｗρの
温度を低下せしめ、それによって作動媒体用熱交換器１
０３に供給される流体（被冷却用流体）Ｆ　、ｏｓを冷
却する。この冷却された被冷却用流体Ｆ　１０Ｍか冷房
なとの冷熱源として利用される。

次に、吸着剤付熱交換器１０２の吸着剤１１２における
作動媒体Ｗの吸着行程が一定時間継続されると、同吸着
行程を終了せしめ、次にはバルブ１４２．１４３の切換
により、吸着剤付熱交換器１０２に対してそれまでの冷
却用流体Ｆ１゜５にかえて加熱用流体Ｆ　１０４が供給
される。それによって吸着剤付熱交換器１０２の吸着剤
１１２が加熱されると、該吸着剤１１２中に吸着されて
いた作動媒体Ｗが放出されて該吸着剤１１２は再生行程
へ移行する。この再生行程において吸着剤１１２から放
出されたガス状の作動媒体Ｗｇを凝縮させるために、作
動媒体用熱交換器１０３に対してはバルブ１６２，１６
３の切換により、それまでの被冷却用流体Ｆ１６６にか
えて凝縮用流体Ｆ’＋ｏｔが供給される（たとえば空調
用の室外熱交換器１０７などから）、これにより、ガス
状の作動媒体Ｗｇの凝縮が促進され、それにともなって
吸着剤付熱交換器１０２の吸着剤１１２における作動媒
体の放出（吸着剤＋１２の再生）が連続的に行われる。

この吸着剤１１２の再生行程が所定時間経過すれば再度
吸着行程に切換えられ、以後この吸着行程及び再生行程
が交互に繰り返される。

尚、この種の吸着式冷凍装置における吸着熱交換器の従
来例としては例えば、特開昭６２〜９１７６３号公報に
記載される如きものがある。また、吸着剤の伝熱管側へ
の取付形態としては、上掲公知例のように粒状の吸着剤
をフィン間に詰め込んで使用する場合の他に、例えば、
伝熱管等を吸着剤の中に埋め込んだ状態でこれを焼結成
形する場合等がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような吸着剤付き熱交換器においていは
、熱交換性能の向上を図るたぬに伝熱管にフィンを取り
付けて伝熱促進を図っている。

ところが、吸着剤は通常ゼオライト、シリカゲル等によ
って構成されるが、この吸着剤はもともと伝熱性能が低
いため、該吸着剤の伝熱性能によって吸着剤付き熱交換
器の熱交換性能そのものか左右されることとなる。この
ような欠点を改善する方法として、例えば、吸着剤を吸
着剤成形体として用いる構成の吸着剤付き熱交換器にお
いては、−船釣にその吸着剤成形体の層厚さをできるた
け薄くする方法が採られている。

しかし、このように吸着剤の層厚さを薄くして伝熱性能
の向上を図る方法は、その強度維持という点において限
界があり、従って、吸着剤付き熱交換器の熱交換性能の
向上にも自ずと限界があった。

そこで本願発明は、吸着剤を焼結してなる吸着剤成形体
を備えた吸着剤付き熱交換器において、熱交換性能の向
上と吸着剤成形体の強度維持という得失相反する要求を
両立させることを目的としてなされたものである。

（課題を解決するための手段） 本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段と
して、 （１）請求項１記載の発明では、伝熱管ｌの外周ｌａに
伝熱性フィン２．２、・・を取り付けるとともに、上記
伝熱管Ｉとフィン２，２．・・とを、吸着剤３と高熱伝
導率を有する伝熱促進材４とを混合し且つこれを焼結成
形してなる吸着剤成形体５により一体的に密着被包した
ことを特徴とし、（ＩＩ）請求項２記載の発明では、請
求項１において、伝熱促進材４を粉体状の金属材で構成
したことを特徴とし、 （Ｉ［ｌ）請求項３記載の発明では、請求項１において
、伝熱促進材４を繊維状の金属材で構成したことを特徴
とし、 （ＩＶ）請求項４記載の発明では、請求項２あるいは請
求項３において、吸着材成形体５における伝熱促進材４
の含有率を、該吸着材成形体５の厚さ方向外方ほど高く
なるように設定したことを特徴としている。

（作用） 本願各発明ではこのような構成であるから、それぞれ次
のような作用が得られる。

（１）請求項Ｉ記載の発明では、吸着剤成形体５が吸着
剤３と伝熱促進材４とを混合したものを焼結して構成さ
れているため、該伝熱促進材４の伝熱促進作用によって
伝熱管ｌあるいはフィン２からの熱が該伝熱促進材４を
伝って吸着剤３側に伝達され、該吸着剤３のみの場合に
比してより高水準の伝熱性能が確保される。

また、伝熱促進材４の混入によって伝熱促進が図れるこ
とから、例えば伝熱性能を従来と同じにした場合には、
伝熱性が向上する分だけ吸着剤成形体５の厚さを厚くす
ることができ、その強度維持が促進されることとなる。

（ｉｉ）　　請求項２記載の発明では、上記（１）記載
の作用に加えて、伝熱促進材４が粉体状の金属材で構成
されているため、該伝熱促進材４の吸着剤３に対する混
合状態の管理が容具となる。

（ｉｉｉ　）　　請求項３記載の発明では、繊維状の伝
熱促進材４が吸着剤３内に散在するため、該伝熱促進材
４そのものの拘束作用により吸着剤成形体５の強度性能
が向上せしめられ、該吸着剤成形体５の薄肉化をより一
層促進し得る。

（１ｖ）請求項４記載の発明では、吸着剤成形体５にお
ける伝熱促進材４の含有率が、伝熱管１等から遠く離れ
ているために伝熱性能が低下し昌い厚さ方向外方はと高
く設定されているため、該吸着剤成形体５の伝熱性能が
該伝熱管１等との相対位置の如何にかかわらずその全域
においてほぼ均一化され、トータル的に伝熱性能が向上
せしめられる。

（発明の効果） 従って、本願各発明の吸着剤付き熱交換器によれば、そ
れぞれ次のような効果が得られる。

■　請求項１ないし請求項４記載の吸着剤付き熱交換器
では、伝熱促進材４による伝熱促進作用によって吸着剤
付き熱交換器の熱交換性能が向上し、この結果、該吸着
剤付き熱交換器の吸着行程あるいは再生行程に要する時
間が短縮され、それだけ冷房能力の向上が図れることに
なる。

■　請求項２記載の吸着剤付き熱交換器では、上記■記
載の効果に加えて、吸着剤３に対する伝熱促進材４の混
合状態の管理が８属なことから、例えば、該伝熱促進材
４を吸着剤３に均一的に混合させて吸着剤成形体５にお
ける伝熱性能をその全域において可及的に一定化させた
り、あるいは該伝熱促進材４の吸着剤３に対する含有率
を伝熱管ｌ及びフィン２の配置状態に応じて変更してよ
り効果的な伝熱促進を図る等のことか可能ならしぬられ
る。

■　請求項３記載の吸着剤付き熱交換器では、上記■記
載の効果に加えて、吸着剤成形体５をより薄く形成して
その伝熱性能の向上を促進せしめ得るところから、吸着
剤付き熱交換器の熱交換性能のより一層の向上が図れる
。

■　請求項４記載の吸着剤付き熱交換器では、上記■記
載の効果に加えて、伝熱管１等と吸着剤成形体５との相
対位置の如何にかかわらず伝熱性能が一定化されること
から、吸着剤付き熱交換器の熱交換性能がより一層向上
せしめられる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を説明
する。

第１実施例 第１図には本願発明の第１実施例にかかる吸着剤付き熱
交換器Ｚ１の要部が示されている。この吸着剤付き熱交
換器Ｚ、は、本願の請求項１．同２及び同３記載の発明
を適用したものであって、所定間隔をもって相互に平行
配置された二本の伝熱管１．１にこれら相互間に跨って
所定間隔をもって針状の伝熱性フィン２，２．・・を設
けるとともに、これら各伝熱管ｌ、ｌと各フィン２．２
．・・を一体的に後述の吸着剤成形体５によって被包し
て構成されている。

上記吸着剤成形体５は、例えばゼオライト、シリカゲル
等の吸着剤３に伝熱促進材４として例えば銅粉を所定混
合比で混ぜ合わせたものを略厚板状に焼結成形してなる
ものであって、この焼結時に上記伝熱管１．１とフィン
２，２．・・とをその内部に包み込むようにしている。

そして、この場合、この実施例のものにおいては、第２
図に示すように、吸着剤３に対する伝熱促進材４として
の銅粉の含有率を、吸着剤成形体５の厚さ方向において
変化させている。具体的には、厚さ方向外方ほど銅粉の
含有率が増加するように設定している。

このように構成された吸着剤付き熱交換器Ｚ１によれば
、元来吸着剤３そのものは伝熱性が低いが、これに伝熱
促進材４として伝熱性の良好な銅粉を混入させたことに
より各伝熱管１．１あるいは各フィン２．２．・・から
の熱は該銅粉を伝って伝達されることから吸着剤成形体
５全体としての伝熱性が良好となり、その結果、吸着剤
成形体５の厚さそのものはさほど薄くしなくとも（換言
すれば、その強度低下を可及的に抑制した状態で）吸着
剤付き熱交換器ＺＩの再生あるいは吸着作用が一段と促
進され、該吸着剤付き熱交換器Ｚｌの熱交換性能の向上
が図れるものである。

また、伝熱促進材４として用いられる銅が粉体状とされ
ているため、該銅粉の吸着剤３に対する混合状態の管理
が容易であり、例えば、該銅粉の含有率を吸着剤成形体
５の全域において一定に設定したり、あるいは第２図の
ように含有率を任意に変更することも可能となるもので
ある。

そして、例えば、この実施例のように銅粉の含有率を吸
着剤成形体５の厚さ方向外方側ほど高く設定した場合に
は、伝熱管ｌあるいはフィン２からの距離が長いという
構造状の理由から該伝熱管１等に近い部分に比して伝熱
性が低劣であった外方側部分の伝熱性を内方側部分と同
等程度に設定することができ（伝熱性の均一化）、吸着
剤成形体５全体としての伝熱性の向上、延いては吸着剤
付き熱交換器Ｚｌの熱交換性能の向上に寄与できること
となる。

さらに、この実施例のように銅粉を伝熱促進材４として
用いた場合には該銅粉自体の性状による吸着剤成形体５
の強度向上効果はさほど望めないが、該銅粉による吸着
剤成形体５の伝熱性促進作用により該吸着剤成形体５の
厚さを比較的厚くしても所定の伝熱性能を確保し得ると
ころから、該吸着剤成形体５を比較的厚く形成すること
によりその強度維持を図ることが可能となる。

尚、この実施例においては伝熱促進材４として銅粉を用
いているが、この伝熱促進材４は伝熱性の金属粉体であ
ればよく、例えば銅粉の他に、銀粉とかアルミ粉等の採
用が考えられる。

第２実施例 第３図には本願発明の第２実施例にかかる吸着剤付き熱
交換器Ｚ、が示されている。この吸着剤付き熱交換器Ｚ
、は、本願の請求項Ｉ、同３及び同４記載の記載の発明
を適用したものであって、上記第１実施例のものが伝熱
促進材４として銅粉を用いていたのに対して、この実施
例においては該伝熱促進材４として銅繊維を用いている
。

そして、この銅繊維は、吸着剤成形体５の厚さ方向外方
ほどその含有率が高くなるように設定されるとともに、
各部位においては該銅繊維がほぼ均一的に散在するよう
に吸着剤３に対する混合状態が管理されている。

このように構成された吸着剤付き熱交換器Ｚ。

においては、銅繊維の伝熱促進作用によって吸着剤成形
体５の伝熱性が向上せしめられ、延いては吸着剤付き熱
交換器Ｚ、の熱交換性能が向上することは上記第１実施
例の場合と同様である。

さらに、この実施例の吸着剤付き熱交換器Ｚ＋において
は、吸着剤成形体５中に存在する銅繊維の拘束作用によ
って該吸着剤成形体５の強度が、該銅繊維が存在しない
従来構成の場合に比して、飛躍的に向上せしめられると
ころから、該吸着剤成形体５の厚さを従来以上に薄くす
ることが可能となり、その結果、銅繊維による伝熱促進
作用と吸着剤成形体５の薄形化との相乗的効果によって
、吸着剤付き熱交換器Ｚ、の熱交換性能がより一層向上
せしめられるものである。

尚、この実施例においては繊維状の伝熱促進材４として
銅繊維を採用しているが、これは上記と同様の理由によ
り、例えば、アルミ繊維等を使用することもできること
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の第１実施例にかかる吸着剤付き熱交
換器の要部斜視図、第２図はその吸着剤成形体内におけ
る伝熱促進材の含有率特性図、第３図は本願発明の第２
実施例にががる吸着剤付き熱交換器の要部斜視図、第４
図は一般的な吸着剤付き熱交換器の作動説明図である。 ｌ・・・伝熱管 ２・・・フィン ３・・・吸着剤 ４・・・伝熱促進材 ５・・・吸着剤成形体 出 願 人 ダ イ キ ン 工 業 株式会社 嗣含有率 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、伝熱管（１）の外周（１ａ）に伝熱性フィン（２、
   ２、・・）を取り付けるとともに、上記伝熱管（１）と
   フィン（２、２、・・）とを、吸着剤（３）と高熱伝導
   率を有する伝熱促進材（４）とを混合し且つこれを焼結
   成形してなる吸着剤成形体（５）により一体的に密着被
   包したことを特徴とする吸着剤付き熱交換器。 ２、請求項１において、伝熱促進材（４）が粉体状の金
   属材で構成されていることを特徴とする吸着剤付き熱交
   換器。 ３、請求項１において、伝熱促進材（４）が繊維状の金
   属材で構成されていることを特徴とする吸着剤付き熱交
   換器。 ４、請求項２あるいは請求項３において、吸着材成形体
   （５）における伝熱促進材（４）の含有率が、該吸着材
   成形体（５）の厚さ方向外方ほど高密度となるように設
   定されていることを特徴とする吸着剤付き熱交換器。