JPH08271085A - 吸着器及び吸着式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸着剤が伝熱的に配された吸着器において、
吸着剤との間の熱伝達率を高める。 【構成】 熱交換器２２において球状の吸着剤２４が装
着される部位は熱交換面部２８に設定されており、その
熱交換面部２８に熱伝導層部２９が設けられている。こ
の熱伝導層部２９は接着剤の層から形成されており、吸
着剤２４が装着された状態で当該吸着剤２４により押圧
変形する。これにより、吸着剤２４と熱伝導層部２９の
接触面積が増大するので、吸着剤２４と熱交換面部２８
とが点接触する構成に比べて、吸着剤２４と熱交換面部
２８との間の熱伝達率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸着剤により蒸気冷媒
を吸着・脱着する吸着器及びこの吸着器を利用して冷気
を生成する吸着式冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の吸着式冷凍装置として
は、例えば特開平５−３２２３６４号公報のものがあ
る。このものは、図５に示すように中空プレート１の外
表面に吸着剤２を装着して熱交換プレート３を形成する
と共に斯様な構成の複数の熱交換プレート３を作動流体
と共に密閉容器４内に封入し、それらの熱交換プレート
３を２つの系統に区分した上で、各系統とも中空プレー
ト３内に高温流体を通流する脱着群と低温流体を通流す
る吸着群とに分け、少なくとも一方の系統の吸脱着動作
がほぼ完了した時点で両系統とも高温流体と低温流体と
を切換えるようにした吸着式ヒートポンプである。

【０００３】このような構成によれば、密閉容器４内で
作動する冷媒は吸着剤２に吸着されているか或いは気相
の状態となっているので、作動流体の搬送経路が不要化
すると共に、液相と気相の相変換を助成するための膨脹
弁が不要化し、装置構成が簡略化することができる。

【０００４】ここで、熱交換プレート３において、中空
プレート１の外表面に吸着剤２を装着する構成として
は、図６に示すように中空プレート１の外表面に複数の
容器状のセル５を形成し、そのセル５に球状の吸着剤２
を収納するようにしている。この場合、吸着剤２は中空
プレート１の表面（セル５の壁面）に複数の部位で点接
触している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
のものでは、吸着剤２は中空プレート１（セル５）に点
接触状態で装着されているので、吸着剤２と中空プレー
ト１（セル５）との間に気相冷媒が介在している。この
場合、吸着剤２と中空プレート１との間の熱伝達は、輻
射と、接触部位での固体間の直接の熱伝達と、気相冷媒
を通じて熱伝達の３つがある。

【０００６】しかしながら、気相冷媒の熱伝達率は極め
て低い（気相冷媒が水蒸気の場合には０．０２４Ｗ／ｍ
Ｋ程度）ので、吸着剤２が点接触している場合には、輻
射と、気相冷媒を通じた熱伝達が主となる。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、吸着剤が伝熱的に装着された構成にお
いて、吸着剤との間の熱伝達率を高めることができる吸
着器及び吸着式冷凍装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、気相冷媒を吸
着すると共に加熱により気相冷媒を脱着する吸着剤が伝
熱的に配される熱交換面部が設けられた吸着器におい
て、前記熱交換面部に、気相冷媒よりも熱伝達率が高い
熱伝導層部を設け、前記吸着剤と前記熱交換面部との伝
熱性能を向上させたものである（請求項１）。

【０００９】本発明の吸着式冷凍装置は、上記構成の吸
着器を複数設けた上で、吸着動作時の吸着器に気相冷媒
を流出する蒸発器を設け、脱着動作時の吸着器から流入
した気相冷媒を凝縮して液冷媒にする凝縮器とを設け、
凝縮器の液冷媒を蒸発器へ輸送すめと共に、複数の吸着
器を選択的に切替えて動作するようにしてもよい（請求
項２）。

【００１０】また、前記熱伝導層部は粘着材料若しくは
接着材料から形成されていてもよい（請求項３）。

【００１１】また、前記熱伝導層部は弾性材料から形成
され、吸着剤を押しつける押圧によって変形することに
より伝熱面積を拡大してもよい（請求項４）。

【００１２】また、前記熱伝導層部は塑性材料から形成
され、吸着剤を一時的に押しつけた圧力により変形する
ことにより伝熱性能を向上してもよい（請求項５）。

【００１３】

【作用及び発明の効果】請求項１記載の吸着器の場合、
熱交換面部に設けられている熱伝導層部を介して吸着剤
を装着すると、吸着剤と熱伝導層部との接触面積が増大
するので、吸着剤と熱交換面部との間に介在する気相冷
媒を通じて熱伝達する構成のものに比べて、吸着剤と熱
交換面部との熱伝達率を高めることができる。これによ
り、吸着により発熱した吸着剤を熱交換面部を通じて効
率良く冷却することができると共に、吸着剤を熱交換面
部を通じて効率良く加熱することができるので、吸着剤
の吸着・脱着を効率良く行うことができる。

【００１４】請求項２記載の吸着式冷凍装置の場合、凝
縮器の液冷媒を蒸発器へ送ると共に、複数の吸着器を選
択的に切替えて動作することにより、蒸発器の冷却作用
を継続することができる。

【００１５】また、請求項３記載の吸着器または吸着式
冷凍装置の場合、熱伝導層部は粘着材料若しくは接着材
料から形成されているので、熱伝導層部により吸着剤を
保持することができる。

【００１６】また、請求項４記載の吸着器または吸着式
冷凍装置の場合、熱伝導層部は弾性材料から形成されて
いるので、吸着器に吸着剤を充填した状態では、吸着剤
は熱伝導層部により押圧され、吸着剤と熱伝導層部との
熱伝達が向上する、また、弾性材料の反力によって吸着
剤同士も押しつけられることで吸着剤同士の密着力を高
めてそれらの間の熱伝達率を高めることができる。

【００１７】また、請求項５記載の吸着器または吸着式
冷凍装置の場合、熱伝導層部は塑性材料から形成されて
いるので、吸着器自体或いはその表面を塑性材料で形成
することにより、簡単に実施することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を車両用空調装置に適用した一
実施例を図１乃至図４を参照して説明する。図２は全体
の構成を概略的に示している。この図２において、吸着
器としての第１の吸着ユニット１１及び第２の吸着ユニ
ット１２は、三方弁１３を通じて凝縮器１４と接続され
ていると共に三方弁１５を通じて蒸発器１６と接続され
ている。また、凝縮器１４はレシーバ１７及びポンプ１
８を通じて蒸発器１６と接続されている。

【００１９】この場合、図２に示す状態では、第１の吸
着ユニット１１から蒸発器１６、ポンプ１８、レシーバ
１７、凝縮器１４を経て第２の吸着ユニット１２に至る
閉鎖空間が形成されており、その閉鎖空間に冷媒として
の水が封入されている。また、蒸発器１６は、車室内へ
の送風空気が通過するように設けられている。

【００２０】一方、第１及び第２の吸着ユニット１１及
び１２は三方弁２１Ａ，２１Ｂを通じてエンジンの冷却
水路と接続されており、図２に示す状態では、高温のエ
ンジンの冷却水は第２の吸着ユニット１２に供給され
る。

【００２１】また、第１及び第２の吸着ユニット１１及
び１２は三方弁１９Ａ，１９Ｂを通じてポンプ３０と放
熱器２０とに接続されており、吸着時には低温の冷却水
が循環される。図２に示す状態では、第２の吸着ユニッ
ト１２に低温の冷却水が供給されている。この放熱器２
０は、流入した冷却水を外気などにより冷却するもの
で、例えば、車両前面部などの空気冷却を行いやすい部
分に配置されている。

【００２２】第１及び第２の吸着ユニット１１及び１２
には吸着剤が収容されている。この吸着剤は、水蒸気を
吸着すると共に吸着した水蒸気を加熱により脱着するよ
うになっており、ゼオライト，シリカゲルあるいは活性
アルミナなどの水蒸気の吸着・脱着に好適する材料から
形成されている。ここで、上記各三方弁１３，１５，１
９Ａ，１９Ｂ，２１Ａ，２１Ｂは、図示しない制御装置
により通路が切替えられるようになっている。

【００２３】また、第１及び第２の吸着ユニット１１及
び１２は熱交換器を内蔵して構成されている。即ち、熱
交換器を示す図３において、熱交換器２２は、複数の矩
形状のフィン２３により複数の小部屋を形成し、その小
部屋に球状の吸着剤２４を充填した上で、上下面をキャ
ップ２５で閉鎖すると共に側面を金網２６で覆って構成
されている。この場合、各フィン２３を貫通した状態で
往復するように蛇行状の配管２７が設けられており、そ
の配管２７を冷却水が通過するようになっている。

【００２４】さて、上記熱交換器２２において、フィン
２３及び配管２７の表面は熱交換面部２８に設定されて
おり、図１に示すように熱交換面部２８に熱伝導層部２
９が設けられている。この熱伝導層部２９の熱伝達率
は、水蒸気の熱伝達率よりも大きい０．１Ｗ／ｍＫ以上
の材料、望ましくは熱伝達率が１．０Ｗ／ｍＫ以上の材
料から形成されている。

【００２５】具体的には、熱伝導層部２９は、調整され
た粘着剤若しくは接着剤の溶液中に熱交換器２２全体を
浸漬することによりフィン２３及び配管２７の表面に粘
着剤或いは接着剤を塗布すると共に必要に応じて乾燥さ
せて形成されている。この場合、粘着剤としてはアクリ
ル樹脂系粘着剤が好適し、接着剤としてはエポキシ樹
脂、フェノール樹脂、エポキシ変性樹脂、シリコン樹脂
が好適する。また、ゴム系の接着剤を使用するようにし
てもよい。

【００２６】ところで、熱交換器２２内に吸着剤２４が
充填された状態では、熱伝導層部２９は、図１に示すよ
うに吸着剤２４により押圧変形されて接触面積が増大し
ている。

【００２７】尚、熱伝導層部２９としてはゴム等の弾性
材料から形成してもよい。即ち、ゴム等の弾性材料を加
硫する前の溶液を調整し、その溶液中に熱交換器２２を
浸漬することでフィン２３及び配管２７の表面に均一厚
さのゴム膜を被覆し、その後に加硫してゴム膜を形成す
る。

【００２８】この場合、上述のように熱交換器２２のフ
ィン２３間に吸着剤２４を充填し、吸着剤２４がこぼれ
落ちないように金属メッシュ或いは多孔質膜等の透湿性
を有する材料で密閉する。このとき、吸着剤２４を充填
した外力により内部の吸着剤２４はフィン２３に形成さ
れたゴム層に押しつけられるので、吸着剤２４によって
押されたゴム層の表面が変形して図１に示すように吸着
剤２４との接触面積が増大すると共に、吸着剤２４同士
が強く密着するようになる。

【００２９】また、熱伝導層部２９としては塑性変形す
る金属材料を用いるようにしてもよい。即ち、柔軟性を
有する鉛或いは金等の金属を熱交換器２２の表面に鍍金
を施して被覆を形成したり、金属のシートを吸着剤２４
と熱交換器２２の金属表面との間に挟んだりする。この
場合、吸着剤２４は充填する際に熱交換器２２の表面に
押しつけて熱伝導層部２９を塑性変形させることにより
接触面積を増大することができる。

【００３０】次に本実施例の作用について図２も参照し
て説明する。まず、第１の吸着ユニット１１に収納され
た吸着剤２４には水蒸気が吸着されておらず、第２の吸
着ユニット１２に収納された吸着剤２４に水蒸気が吸着
されている状態について説明する。この場合には、各三
方弁１３，１５，１９Ａ，１９Ｂ，２１Ａ，２１Ｂは、
図１に示すようにエンジンの冷却水を第２の吸着ユニッ
ト１２に供給するように切替えられている。これによ
り、エンジンの排熱で加熱された高温の冷却水は、図中
細実線の矢印で示すように、第２の吸着ユニット１２に
流入されて内部の熱交換器２２に流れ込んで吸着剤２４
を加熱する。

【００３１】一方、ポンプ３０により放熱器２０を通り
冷却された低温の冷却水は、第１の吸着ユニット１１内
に流入して当該第１の吸着ユニット１１内の熱交換器２
２の吸着剤２４を冷却する。

【００３２】上述のようにして第２の吸着ユニット１２
において吸着剤２４が加熱されると、吸着剤２４の脱着
動作が促進されて吸着されている水が水蒸気として脱着
されて凝縮器１４に送られる。一方、第１の吸着ユニッ
ト１１においては吸着剤２４が冷却されるので、吸着剤
２４の吸着動作が促進されて蒸発器１６から流入する水
蒸気が吸着されるようになる。

【００３３】さて、図中太実線で示すように、第２の吸
着ユニット１２から三方弁１３を通じて水蒸気が凝縮器
１４に送られると、凝縮器１４は水蒸気を水に凝縮して
レシーバ１７に送るようになる。このレシーバ１７に貯
留された水はポンプ１８により汲み上げられて蒸発器１
６に送られる。これにより、蒸発器１６において空調空
気との熱交換により水が蒸発して水蒸気となり、その水
蒸気は三方弁１５を介して第１の吸着ユニット１１に流
入し、この第１の吸着ユニット１１の吸着剤２４により
吸着されるようになる。

【００３４】以上のようにして、第１の吸着ユニット１
１により吸着動作を行うと共に、第２の吸着ユニット１
２により脱着動作を行うことにより蒸発器１６において
空調空気が冷却される。そして、第１の吸着ユニット１
１が吸着動作を完了すると共に、第２の吸着ユニット１
２が脱着動作を完了すると、図示しない制御装置による
三方弁１３，１５及び三方弁１９Ａ，１９Ｂ，２１Ａ，
２１Ｂの切替えに応じて第１の吸着ユニット１１が脱着
動作用に切替えられる共に、第２の吸着ユニット１２が
吸着動作用に切替えられ、以て前述と同様にして蒸発器
１６による空調空気の冷却能力を継続することができ
る。

【００３５】尚、このような三方弁１３，１５，１９
Ａ，１９Ｂ，２１Ａ，２１Ｂの切換え動作は、予め決め
られた時間に合せたタイマーの出力や第１若しくは第２
の吸着ユニット１１若しくは１２を通過する冷却水の温
度の変化を温度センサ等の検出手段により検出すること
等により行う。つまり、温度変化を検出する場合は、例
えば第１の吸着ユニット１１の吸着剤２４に吸着動作を
行わせている場合には、吸着剤２４を冷却水により冷却
するので、冷却水は吸熱して温度が上昇する。また、吸
着剤２４に脱着動作を行なわせている場合には、吸着剤
２４を加熱するので、冷却水は放熱して温度が低下す
る。そして、このような温度変化が少なくなると、吸着
剤２４の吸着動作あるいは脱着動作が完了に近付いたこ
とになり、これにより循環方向の切換えタイミングを検
出することができる。

【００３６】さて、第１及び第２の吸着ユニット１１及
び１２において吸着動作を実行するものにおいては、当
該吸着ユニットの吸着剤２４が水蒸気を吸着する際に温
度が上昇する。この場合、吸着剤２４の熱は、輻射と、
吸着剤２４の接触部位での熱伝達と、水蒸気を介した熱
伝達とにより熱交換器２２本体に伝達される。

【００３７】ここで、吸着剤２４は熱伝導層部２９に大
きな接触面積でもって接触していると共に、熱伝導層部
２９の熱伝達率は水蒸気の熱伝達率よりもはるかに大き
いので、吸着剤２４を熱伝導層部２９に接触させ且つ接
触面積を拡大することによりそれらの間に水蒸気が介在
する構成に比較して、吸着剤２４と熱交換面部２８ひい
ては熱交換器２２本体との間の熱抵抗は小さくなり、吸
着剤２４の熱を効率よく熱交換器２２本体に伝達するこ
とができる。

【００３８】図４は、各種材質で熱伝導層部２９を形成
した場合の熱伝達率と冷房能力との関係を示している。
この図４に示すように表面処理が施されていない従来例
のものに比べて、冷房能力を格段に高めることができ
る。

【００３９】上記構成のものによれば、第１及び第２の
吸着ユニット１１及び１２において吸着剤２４と伝熱的
に設けられる熱交換面部２８に水蒸気の熱伝達率よりも
高い熱伝導層部２９を設け、吸着剤２４が熱交換器２２
に装着された状態で吸着剤２４と熱伝導層部２９との接
触面積を増大するようにしたので、吸着剤を熱交換器に
点接触状態で装着していた従来例のものと違って、吸着
剤２４と熱交換器２２本体との間の熱伝達率を高めて吸
着剤２４を効率よく冷却或いは加熱することができる。

【００４０】本発明は、上記実施例のみに限定されるも
のではなく、次のように変形または拡張できる。吸着剤
２４として粉状のものを用いるようにしてもよい。熱伝
導層部２９として樹脂中に金属粉を添加して熱伝達率を
さらに高めるようにしてもよい。

【００４１】熱交換器２２のフィン２３自身を柔軟性を
有する金属で形成するようにしてもよい。熱交換器２２
のフィン２３の表面をエッチング処理等により発泡状に
形成するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す要部の縦断面図

【図２】全体の構成を示す概略図

【図３】熱交換器を破断して示す斜視図

【図４】熱伝達率と冷房能力比との関係を示す特性図

【図５】従来例における吸着器を示す概略図

【図６】熱交換プレートの斜視図

【符号の説明】

１１は第１の吸着ユニット（吸着器）、１２は第２の吸
着ユニット（吸着器）、１３は三方弁、１４は凝縮器、
１５は三方弁、１６は蒸発器、１９Ａ，１９Ｂは三方
弁、２０は放熱器、２１Ａ，２１Ｂは三方弁、２２は熱
交換器、２４は吸着剤、２８は熱交換面部、２９は熱伝
導層部である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相冷媒を吸着すると共に加熱により気
   相冷媒を脱着する吸着剤が伝熱的に配される熱交換面部
   が設けられた吸着器において、 前記熱交換面部に、気相冷媒よりも熱伝達率が高い熱伝
   導層部を設け、前記吸着剤と前記熱交換面部との伝熱性
   能を向上させたことを特徴とする吸着器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の吸着器を複数設け、 吸着動作時の吸着器に気相冷媒を流出する蒸発器と、 脱着動作時の吸着器から流入した気相冷媒を凝縮して液
   冷媒にする凝縮器とを備えたことを特徴とする吸着式冷
   凍装置。
3. 【請求項３】 前記熱伝導層部は粘着材料若しくは接着
   材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の吸着器または請求項２記載の吸着式冷凍装置。
4. 【請求項４】 前記熱伝導層部は弾性材料から形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の吸着器または請
   求項２記載の吸着式冷凍装置。
5. 【請求項５】 前記熱伝導層部は塑性材料から形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の吸着器または請
   求項２記載の吸着式冷凍装置。