JPH0512627B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は吸着剤の冷凍吸脱着作用を利用して熱
移動を行う吸着式ヒートパイプおよび該吸着式ヒ
ートパイプの熱移送作用を利用して冷凍運転およ
びヒートポンプ運転等を行う吸着式冷凍機に関す
るものである。

（従来の技術） 吸着剤の冷媒吸脱着作用を利用し、冷熱を発生
させる吸着式冷凍機は、工場廃熱など低等級の熱
源を有効に利用出来るばかりでなく、コンプレツ
サタイプの冷凍機に比べてポンプなどの可動部分
が少なく、装置コストが比較的安価で、かつ、運
転コストも低く抑えることが出来ると共に、運転
騒音が小さいなど多くの利点を有している。

第５図は、この様な吸着式冷凍機の一例を断面
により示したものである。

この吸着式冷凍機は、所要量の冷媒を封入した
横長円筒状の真空容器１の内部に、太陽熱収集器
等で得られた低温熱媒を通過させるフイン付きの
伝熱管２と、利用側熱媒を通過させる直線状マニ
ホールド３，３′と一体の蒸発凝縮板４，４′とを
所要間隔を置いて水平に収設し、該蒸発凝縮板
４，４′の周囲を円筒状の耐発散遮蔽物５，５′で
包囲すると共に、前記伝熱管２の外周におけるフ
イン６の対向間隙にゼオライト、活性炭、活性ア
ルミナ又はシリカゲル等の固体吸着剤７を取付け
た構造を有するもので、脱着運転時においては、
前記伝熱管２に熱源から供給される液体を通過さ
せ、固体吸着剤７を加熱して脱着すると、該固体
吸着剤７から脱着された冷媒蒸気は蒸発凝縮板
４，４′の表面で凝縮してこれに付着する。また、
吸着運転時においては、前記伝熱管２に冷却水を
流し、固体吸着剤７を冷却すると、該固体吸着剤
７は、真空容器１内の冷媒蒸気および前記蒸発凝
縮板４，４′表面の冷媒を吸着するため、冷媒が
容器１内で蒸発する際に蒸発凝縮板４，４′から
熱を奪い、該蒸発凝縮板４，４′と一体の直線状
マニホールド３，３′内を通過する利用側熱媒を
冷却するようになつている。

かくして前記固体吸着剤７の冷媒吸脱着作用に
より利用側熱媒を冷却し、これをビル等の空調に
使用する。（例えば、特開昭60−36852号公報参
照） （発明が解決しようとする問題点） ところが、かかる従来構造の吸着式冷凍機で
は、冷媒に封入した１個の真空容器１内に、複数
の伝熱管２および直線状マニホールド３，３′と
一体の蒸発凝縮板４，４′を収設し、これらの各
熱媒出入口を外部のフアンコイルユニツトやクー
リングタワー等の機器に接続したもので、吸着運
転から脱着運転に切り替えた際、各熱交換器の入
口と出口との温度差が大きくなるため、これらが
等しくなり一定の出力を出すまでにかなりの時間
を要し、その分運転サイクル時間が長くなり、シ
ステム効率の向上に限界が生じていた。

即ち、吸着から脱着運転に切替つた瞬間は、伝
熱管２の入口付近の温度が高く、出口付近の温度
が暫くの間低いため、前記入口付近において固体
吸着剤７から脱着された冷媒が出口付近の固定吸
着剤７に吸着され、エネルギーロスを生じるのが
その原因の一つである。

また、従来の吸着式冷凍機の場合、真空容器１
が相当な大きさとなり、また、その内部を一個の
真空系に保つことが必要で容器１自体に相当な耐
圧強度が要求されることから、装置重量の増加お
よび製造コストの高騰を招く問題があつた。

本発明はかかる従来の吸着式冷凍機が有してい
る問題点に着目してなされたもので、固体吸着剤
および冷媒を２重管の間隙に形成した環状空間に
収設し、かつ、該閉鎖管の内部を小容量の真空系
に維持することによりユニツト化されたの吸着式
ヒートパイプを構成し、装置の小型化ならびに簡
略化を図ることをその第１の目的として、また、
上記ヒートパイプを複数本用いて２重管の中心孔
および外周を異なる熱媒に接触させ、各熱媒の流
れを切り替えることにより、前記出入口温度の差
に起因するエネルギーロスを大巾に減少させ、も
つて冷凍システムの効率アツプを達成する吸着式
冷凍機を提供することを第２の目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の実施例を添
付図面第１図乃至第３図について説明する。

この出願の第１の発明である吸着式ヒートパイ
プａは、熱伝導性の良好なる所要長さの外管１２
内に、熱伝導性の良好な内管１１を貫挿し、前記
外管１２の端部開口を閉鎖することにより内外両
管１１，１２の間に環状空間１３を形成すると共
に、該環状空間１３内における前記外管１２の内
面又は前記内管１１の外面に所要高さの伝熱フイ
ン１７を取付け、該伝熱フイン１７の先端と対向
する内管１１の外面又は外管１２の内面に固体吸
着剤１５を接触状態で取付け、前記環状空間１３
内に所要量の冷媒を封入し、かつ該空間１３の内
部を真空状態となしたものである。

また、この出願の第２の発明である吸着式冷凍
機は、上記構成の吸着式ヒートパイプａを複数本
使用し、固体吸着剤１５を取付けた側の管１１
を、熱源側熱媒が通過する第１の流体通路２５に
接する如く配置すると共に、伝熱フイン１７を取
付けた側の管１２を利用側熱媒が通過する第２の
流体通路２４に接する如く配置したものである。

（作用） しかして、上記構成からなる本発明の吸着式ヒ
ートパイプａは、吸着剤取付側の管１１を熱源側
熱媒により加熱し、同時に伝熱フイン取付側の管
１２を冷却するとき、固体吸着剤１５が加熱脱着
され、放出された冷媒蒸気が伝熱フイン１７の表
面で冷却されて凝縮し、該フイン１７の表面に液
膜状態で保持される。

次に、吸着式ヒートパイプａの吸着剤取付側の
管１１を冷却すると固体吸着剤１５が環状空間１
３に充満した冷媒蒸気を吸着するため、伝熱フイ
ン１７の表面に付着した冷媒液が盛んに蒸発し、
該伝熱フイン１７から気化熱を奪い、前記吸着式
ヒートパイプａの伝熱フイン取付側の管１２に接
している流体通路２４の利用側熱媒を冷却する。

従つて、前記吸着式ヒートパイプａの吸着剤取
付側の管１１を、例えば80℃以下の熱源側熱媒を
通過させた流路２５に接触させた状態で、他方の
管１２に接する流路２４にクーリングタワー等で
得られる例えば、30〜32℃の冷却水を供給する
と、吸着式ヒートパイプａの環状空間１３内にお
いて固体吸着剤１５の脱着が行われ、これが終了
した時点で流路を切り替え、吸着剤取付側の管１
１に接する流路２５に前記30〜32℃の冷却水を供
給し、同時に伝熱フイン取付側の管１２に接する
流路２４に利用側熱媒を供給すれば、吸着式ヒー
トパイプａの環状空間１３内で固体吸着剤１５の
冷媒吸着作用が始まり、利用側熱媒が冷却されて
入口温度12℃、出口温度７℃前後の一般的な空調
システムの温度条件を満足するため、該利用側熱
媒を空調対象域に配設したフアンコイルユニツト
に供給すれば冷房運転を行うことが出来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて詳細
に説明する。

第１図は本発明に係る吸着式ヒートパイプの一
例を示す縦断面図、第２図は第１図におけるＡ−
Ａ矢視断面図である。

図において１１は、吸着式ヒートパイプａの中
心部に軸線方向に沿つて貫設された所要長さの内
管、１２は内管１１の外周に所要の環状空間１３
を存して挿通した外管であつて、該外管１２の上
下端は、夫々スパン加工により絞り成形され、前
記内管１１の外面に全周溶接（ロー付け）等の手
段により固着されている。なお、上記内管１１お
よび外管１２の基材としては、アルミニウムある
いは銅などの熱伝導性の良好な金属パイプが用い
られる。

１４は、前記環状空間１３内において内管１１
の外面に取付けられたフインであつて、該フイン
１４のフイン間隙には、シリカゲル、ゼオライ
ト、活性炭、活性アルミナの如き粒状の固体吸着
剤１５が充填され、これがフイン１４の外周に巻
装したステンレス等の耐食性金網１６により保持
されている。一方、１７は、前記環状空間１３内
において外管１２の内面に取付けられた蒸発器、
凝縮器兼用の伝熱フインであつて、該伝熱フイン
１７は、前記フイン１４に対してピツチをずらせ
た状態で対向配置されいると共に、内方端を上方
へ折り曲げることにより冷媒液の保持容量を多く
する工夫がなされている。なお、前記内管１１と
外管１２との間隙に形成される環状空間１３の内
部には、所要量の水等の冷媒液が封入されている
と共に、内部が常時真空状態に保たれている。

上記環状空間１３内部への冷媒封入量は、予め
設定された冷凍機の運転条件における作動温度範
囲での必要最小限の量、即ち、脱着完了時におい
て伝熱フイン１７の全表面に冷媒の略全量が適正
な厚さの液膜状態で保持され、かつ、吸着完了時
に全量が固体吸着剤１５が吸着される量に設定さ
れる。

従つて、固体吸着剤１５の吸着量を基準にすれ
ば、これに伴つて伝熱フイン１７の冷媒保持面積
および枚数等が自動的に決定し、また、伝熱フイ
ン１７の冷媒保持量を基準にすれば、固体吸着剤
１５の充填量が決定されることになる。

第３図は本発明に係る吸着式ヒートパイプを複
数本使用して構成した吸着式冷凍機の一例を示す
概略図である。

図中、２１は冷凍機の本体、２２は該冷凍機本
体２１の一側に設けた入口ポート、２３は冷凍機
本体２１の他側に設けた出口ポート、２４は前記
入口ポート２２から出口ポート２３に至る第１の
流体通路であつて、該第１の流体通路２４には前
記第１図および第２図に示した吸着式ヒートパイ
プａが通路２４を横切つて複数本貫設されてお
り、各吸着式ヒートパイプａの内管１１は、その
端部を前記冷凍機本体２１の外部においてＵ字管
等で互いに接続することにより直列に接続され、
内部が前記第１の流体通路２４から隔離された第
２の流体通路２５として構成されている。２６は
該第２の流体通路２５の入口ポート、２７は同通
路の出口ポートである。

本発明の吸着式ヒートパイプならびに吸着式冷
凍機は叙上の構成を有するものであるが、次にそ
の作用について説明すると、先ず、内管１１内を
通過する第２の流体通路２５に太陽集熱器あるい
は廃熱回収用熱交換器等で得られた熱源側熱媒
（例えば60〜80℃の温水）を供給し、吸着式ヒー
トパイプａの内管１１を加熱し、内部の固体吸着
剤１５を脱着すると共に、第１の流体通路２４に
クーリングタワー等で生成した30〜32℃の冷却水
を供給し、吸着式ヒートパイプａの外管１２を冷
却すると、前記吸着剤１５の脱着により環状空間
１３に吐き出された冷媒蒸気が伝熱フイン１７の
表面に冷却されて凝縮し、その表面に液膜状態で
付着する。

このようにして、固体吸着剤１５の脱着を行つ
た後、流路を切替え、第２の流体通路２５に冷却
水（30〜32℃）を供給し、吸着式ヒートパイプａ
の内管１１を冷却して固体吸着剤１５に環状空間
１３内の冷媒蒸気を吸着させると、伝熱フイン１
７の表面では、これに保持された冷媒が盛んに蒸
発し、伝熱フイン１７および該伝熱フイン１７と
接する外管１２から気化熱を奪うため、吸着式ヒ
ートパイプａの外管１２と接する前記第１の流体
通路２４を流れる利用側熱媒が入口温度12℃から
出口温度７℃程度まで冷却される。従つて、第１
の流体通路２４を通過して冷却された利用側熱媒
を工場やオフイス等の空間対象域に配置したフア
ンコイルユニツトとの間で循環させれば、所期の
冷房運転を行うことができる。

なお、上記吸着運転から脱着運転に切換えた場
合、流路２４，２５においては、入口と出口との
間で温度差が生じるが、１本の吸着式ヒートパイ
プａについて見れば、内管１１および外管１２
が、その全長に亘つて略々一勢に加熱又は冷却さ
れるため、ヒートパイプａ内でのエネルギーロス
は殆ど生じず、また、ヒートパイプａ相互の間で
は、入口ポート２２に近いものと出口ポート２３
に近いものとで吸脱着工程開始時間にずれを生じ
ていることになるが、流体通路２４，２５内での
熱媒の入れ替わりに要する時間は、固体吸着剤１
５の吸脱着サイイクル時間より遥かに短縮するこ
とが可能であるため、これによるエネルギーロス
についても殆ど無視することが出来る程度であ
る。

第４図は本発明吸着式ヒートパイプの他の実施
例を示すもので、内管１１の外周に外管１２を取
付け、両者間に環状空間１３を形成すると共に、
前記内管１１の外面に伝熱フイン１７を取付け、
かつ、外管１２の内面にフイン１４を取付けて、
該フイン１４の間隙に固体吸着剤１５を充填し、
金網１６により保持せしめたもので、前記環状空
間１３内には、前記第１図および第２図に示した
実施例と同様冷媒が封入され、内部が真空に維持
されている。

従つて上記の吸着式ヒートパイプａは、内管１
１が利用側熱媒を通過させる第１の流体通路２４
を構成し、かつ、外管１２が利用側熱媒を通過さ
せる第２の流体通路２５に面する如く吸着式冷凍
機に組み込まれる。

なお、上記実施例においては、固体吸着剤１５
を内管１１の外面又は外管１２の内面に固定する
手段として金網１６を使用した場合について説明
したが、上記固定手段としては、この外、固体吸
着剤１５より熱伝導率の高いバインダーを用いて
内管１１又は外管１２に接着することも可能であ
る。また、必要に応じ、固体吸着剤１５およびバ
インダーに銅粉などの高熱伝導物質を混入するこ
ともある。

更に、伝熱フイン１７の構成についても図示し
た如きプレート型のフインの他、ワイヤーフイン
を内管１１の外面、又は外管１２の内面にロー付
け等の手段により固定することが可能である。

（発明の効果） 以上述べた如く本発明の吸着式ヒートパイプ
は、熱伝導性の良好な所要長さの外管内に、熱伝
導性の良好な内管を貫挿し、前記外管の端部開口
を閉鎖することにより内外両管の間隙に環状空間
を形成すると共に、該環状空間内における前記外
管の内面又は前記内管の外面に所要フイン高さの
伝熱フインを取付け、該伝熱フインの先端と対向
する内管の外面又は外管の内面に固体吸着剤を接
触状態で取付け、前記環状空間内に所要量の冷媒
を封入し、かつ、該空間の内部を真空状態とする
ことにより、吸着式冷凍装置の重要な作動部分を
内管と外管とで画成される環状空間に収設し、ユ
ニツト化したものであるから、冷媒の移動を行う
ための真空系の容積が小さく偏温によるエネルギ
ーロスが大巾に低減出来ると共に、容器をパイプ
材で構成出来るため、気密の確保ならびに製造が
容易になり、これを使用した吸着式冷凍機の製造
コストの高騰を抑制し得るというすぐれた効果を
発揮する。

また、本発明の吸着式冷凍機は、前記構成の吸
着式ヒートパイプを複数本使用し、前記内管又は
外管のうち、固体吸着剤を取付けた側の管を、熱
源側熱媒が通過する第１の流体通路に面して配置
すると共に、伝熱フインを取付けた側の管を利用
側熱媒が通過する第２の流体通路に面して配置せ
しめ、前記吸着式ヒートパイプの熱移動作用によ
り複数の流体通路間で熱移動を行わせるようにし
たものであるから、各流体通路を切り替え、吸着
運転および脱着運転を交互に行つているとき、各
流路の出入口に大きな温度差を生じた場合でも、
各吸着式ヒートパイプについては偏温によるエネ
ルギーロスが殆ど生じず、装置全体のシステム効
率が大巾に向上すると共に、流路間の熱移動が吸
着式ヒートパイプの内部空間で行われるため、冷
凍機の本体は別段真空容器にする必要がなく、高
度な耐圧強度や気密性が要求されないため、製造
ならびにメンテナンスが極めて容易にするという
すぐれた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明吸着式ヒートパイプの実施例を
示す縦断面図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ矢
視断面図、第３図は同吸着式ヒートパイプを使用
した吸着式冷凍機の一例を示す概要図、第４図は
本発明に係る吸着式ヒートパイプの他の実施例を
示す縦断面図、第５図は従来の吸着式冷凍機の一
例を示す断面図である。 ａ……吸着式ヒートパイプ、１１……内管、１
２……外管、１３……環状空間、１５……固体吸
着剤、１７……伝熱フイン、２４……利用側熱媒
通路、２５……熱源側熱媒通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱伝導性の良好な所要長さの外管内に、熱伝
   導性の良好な内管を貫挿し、前記外管の端部開口
   を閉鎖することにより内外両管の間隙に環状空間
   を形成すると共に、該環状空間内における前記外
   管の内面又は前記内管の外面に所要フイン高さの
   伝熱フインを取付け、該伝熱フインの先端と対向
   する内管の外面又は外管の内面に固体吸着剤を接
   触状態で取付け、前記環状空間内に所要量の冷媒
   を封入し、かつ、該空間の内部を真空状態となし
   たことを特徴とする吸着式ヒートパイプ。 ２ 環状空間への冷媒封入量が一定の運転条件下
   における作動温度範囲で必要最小限の量の設定さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の吸着式ヒー
   トパイプ。 ３ 熱伝導性の良好な所要長さの外管内に熱伝導
   性の良好な内管を貫挿し、前記外管の端部開口を
   閉鎖することにより内外両管の間に環状空間を形
   成すると共に、前記外管の内面又は前記内管の外
   面に所要高さの伝熱フインを取付け、該伝熱フイ
   ンの先端と対向する外管の内面又は内管の外面に
   固体吸着剤を接触状態で取付け、前記環状空間内
   に所要量の冷媒を封入し、かつ、該空間の内部を
   真空状態となした吸着式ヒートパイプを複数本使
   用し、前記内管および外管のうち、固体吸着剤を
   取付けた側の管を、熱源側熱媒が通過する第１の
   流体通路に面する如く配置すると共に、伝熱フイ
   ンを取付けた側の管を利用側熱媒が通過する第２
   の流体通路に面する如く配置せしめたことを特徴
   とする吸着式冷凍機。