JPH11304290A - 吸着式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で吸着剤の充填効率を高めて小型
化を図りつつ、冷凍能力を確実に高め得る吸着式熱交換
器を提供する。 【解決手段】 吸着式熱交換器３０は、吸着部３３と熱
交換流体流路３４とをケース３５内に設けて構成されて
いる。熱交換流体流路３４は、上下一対のタンク４１、
４２と、上下タンク４１、４２間を連通する複数本の中
空パイプ４３と、を備える。また、吸着部３３は、小孔
４６が多数形成されると共に内部を冷媒３１が通る多孔
質パイプ４７を備える。多孔質パイプ４７は例えばメッ
シュ管４８から形成する。そして、ケース３５内面、中
空パイプ４３の外周面およびメッシュ管４８の外周面に
より形成される空間部に吸着剤３２を収容して前記吸着
部３３を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水などの冷媒の吸
着剤への吸着作用に伴う蒸発潜熱を利用して熱媒体を冷
却する吸着式冷凍装置に用いられる熱交換器に係り、特
に、吸着剤の充填効率を高めて小型化を図った吸着式熱
交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸着式冷凍装置は、真空容器内の底部に
例えば水などの冷媒を収容し、その上方に例えばシリカ
ゲルなどの吸着剤を収容した吸着式熱交換器を配置し、
吸着剤によって冷媒の気化（蒸発）作用を促進して当該
冷媒の蒸発潜熱により、例えば水やアルコールなどの熱
媒体の冷却を実現している。

【０００３】従来の吸着式熱交換器１０には、図８に示
すものが知られている（特開平８−２４７５７５号参
照）。この吸着式熱交換器１０は、冷媒を吸着する吸着
剤１１を収容した吸着部１２と、吸着剤１１が冷媒を吸
着する際の吸着性能を高める冷却流体や吸着剤１１から
冷媒を脱着させる際の脱着性能を高める加熱流体が流通
する熱交換流体流路１３と、を有している。吸着部１２
は熱交換流体流路１３に対して熱的接触状態に設けられ
ている。

【０００４】前記熱交換流体流路１３は、上下一対のヘ
ッダパイプ１４、１５と、これらヘッダパイプ１４、１
５間に掛け渡された複数のチューブプレート１６とから
構成され、一対のヘッダパイプ１４、１５と隣り合うチ
ューブプレート１６とにより囲まれる空間内に、前記吸
着部１２が配置されている。この吸着部１２は、多数の
小孔１７が形成されると共に折り曲げ形成されたコルゲ
ート板１８と、多数の小孔１７が形成されると共にコル
ゲート板１８の一方の面側に配置される閉塞板１９と、
を備えている。コルゲート板１８は、その板面が隣り合
うチューブプレート１６間の空間を塞ぐように配置され
ている。コルゲート板１８と閉塞板１９と隣り合うチュ
ーブプレート１６との間に形成される小室２０に、吸着
剤１１が収容されている。

【０００５】図９に示すように、吸着剤１１を各小室２
０に収容する際には、吸着式熱交換器１０を横倒しにし
て小室２０を上方に向けて開口状態とし、吸着剤１１を
各小室２０に流し込む。その後、コルゲート板１８の一
方の面側（図８では紙面手前側、図９では図中上側）に
閉塞板１９を取り付ければ、吸着剤１１の収容が完了す
る。

【０００６】なお、図８中符号「２１」は、吸着部１２
および熱交換流体流路１３が収納されるケースを示して
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、吸着式熱交
換器の小型化を図りつつ吸着式冷凍装置の冷凍能力を高
めるためには、吸着式熱交換器全体が占有する空間に対
する吸着剤が占有する空間の比率すなわち吸着剤の充填
効率を高める必要がある。

【０００８】上述した従来の吸着式熱交換器１０におい
て吸着剤１１の充填効率を高めるためには、図１０に示
すように、小室２０の内容積が大きくなるようにコルゲ
ート板１８を形成すればよい。

【０００９】しかしながら、かかる構成では一の小室２
０に収容される吸着剤１１の量が多くなるため、図中点
線で囲まれる略中央領域Ａにおいて、熱交換流体流路１
３を流れる冷却流体や加熱流体との間の熱交換を十分に
行うことができず、吸着性能や脱着性能の向上が阻害さ
れてしまう。このため、吸着剤１１の充填効率が高まる
ものの、吸着式冷凍装置の冷凍能力を高めることは実質
的に困難である。

【００１０】また、コルゲート板１８の折り曲げピッチ
を小さくして、一の小室２０に収容される吸着剤を少量
にしつつ吸着剤１１の充填効率を高める構成とすること
も考えられが、かかる構成では、コルゲート板１８の製
造が煩雑になるという不具合がある。

【００１１】結局のところ、従来の吸着式熱交換器１０
にあっては、吸着剤１１の充填効率を高めつつ吸着式冷
凍装置の冷凍能力を高めるには限界があった。

【００１２】本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決
するためになされたものであり、簡単な構造で吸着剤の
充填効率を高めて小型化を図りつつ、冷凍能力を確実に
高め得る吸着式熱交換器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１に記載の発明は、冷媒を吸着する吸着剤を収
容した吸着部と、当該吸着部に熱的接触状態に設けられ
ると共に吸着剤が冷媒を吸着する際の吸着性能を高める
冷却流体あるいは吸着剤から冷媒を脱着させる際の脱着
性能を高める加熱流体が流通する熱交換流体流路とを、
ケース内に設けてなる吸着式熱交換器において、前記熱
交換流体流路は、上下一対のタンクと、当該上下のタン
ク間を連通する複数本の中空パイプと、を備え、前記吸
着部は、吸着剤の大きさよりも小さな開口面積の小孔が
多数形成されると共に内部を前記冷媒が通る多孔質パイ
プを備え、前記ケース内面、前記中空パイプの外周面お
よび前記多孔質パイプの外周面により形成される空間部
に前記吸着剤を収容して前記吸着部を構成したことを特
徴とする吸着式熱交換器である。

【００１４】また、請求項２に記載の発明は、前記中空
パイプおよび前記多孔質パイプは、所定のピッチで交互
に並列的に配置されていることを特徴とする。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、前記多孔
質パイプは、メッシュ管から構成されていることを特徴
とする。

【００１６】また、請求項４に記載の発明は、前記熱交
換流体流路は、前記中空パイプが挿通されると共に当該
中空パイプが接触する多数のフィンをさらに有し、前記
フィンにより、前記空間部が多層に分割されていること
を特徴とする。

【００１７】また、請求項５に記載の発明は、前記ケー
ス内の前記下タンクよりも下方に形成され冷媒を収容す
る冷媒収容室と、前記下タンクを貫通して設けられると
共に前記空間部と前記冷媒収容室とを連通する連通管
と、をさらに有することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１９】図１および図２は、本発明に係る吸着式熱
交換器の一実施形態を示す概略構成図であり、図１は吸
着工程を示し、図２は脱着工程を示している。また、図
３は、同吸着式熱交換器を示す斜視図、図４は、図３の
４−４線に沿う断面図、図５は、図４の５−５線に沿う
断面図、図６は、図３および図４の６−６線に沿う断面
図である。

【００２０】吸着式冷凍装置は、少なくとも２個の吸着
式熱交換器が対をなすように組み込まれ、一方の吸着式
熱交換器が吸着工程にあるときには他方の吸着式熱交換
器では脱着ないし再生工程がなされるように流路を切換
制御して、例えば水やアルコールなどの熱媒体を連続的
に冷却している。

【００２１】本実施形態の吸着式熱交換器３０は、図１
および図２に示すように、冷媒３１を吸着する吸着剤３
２を収容した吸着部３３と、当該吸着部３３に熱的接触
状態に設けられると共に冷却水（冷却流体）あるいは加
熱水（加熱流体）が流通する熱交換流体流路３４とを、
ケース３５内に設けて構成されている。冷媒３１として
は例えば水が用いられ、吸着剤３２としてはゼオライト
やシリカゲルなどが用いられる。図１に示される吸着工
程にあっては、吸着剤３２が冷媒３１を吸着する際の吸
着性能を高める冷却水３６が熱交換流体流路３４に流通
され、図２に示される脱着工程にあっては、吸着剤３２
から冷媒３１を脱着させる際の脱着性能を高める加熱水
３７が熱交換流体流路３４に流通される。なお、吸着部
３３と熱交換流体流路３４とから、熱交換器本体３８が
構成されている。

【００２２】図３にも示すように、前記熱交換流体流路
３４は、比較的扁平な上下一対のタンク４１、４２と、
当該上下のタンク４１、４２間を連通する複数本の中空
パイプ４３と、を備えている。下タンク４２には冷却水
３６あるいは加熱水３７を当該下タンク４２に流入させ
る入口パイプ４４が接続され、上タンク４１には冷却水
３６あるいは加熱水３７を当該上タンク４１から流出さ
せる出口パイプ４５が接続されている。例えば吸着工程
にあっては、図１に示したように、入口パイプ４４を介
して下タンク４２に供給された冷却水３６は、当該下タ
ンク４２内に下端が開口する中空パイプ４３を通って上
タンク４１まで流下し、出口パイプ４５を介して吸着式
熱交換器３０から流出する。

【００２３】前記吸着部３３は、吸着剤３２の大きさよ
りも小さな開口面積の小孔４６が多数形成されると共に
内部を冷媒３１が通る多孔質パイプ４７を備えている。
そして、ケース３５内面、前記中空パイプ４３の外周面
および多孔質パイプ４７の外周面により形成される空間
部に吸着剤３２を収容して前記吸着部３３を構成してあ
る。

【００２４】図４に明らかに示されるように、中空パイ
プ４３および多孔質パイプ４７は、所定のピッチで交互
に並列的に配置されている。

【００２５】本実施形態ではメッシュ管４８から多孔質
パイプ４７を形成してある。但し、多孔質パイプ４７
は、その小孔４６が吸着剤３２を通さず、かつ、冷媒３
１を通過させる大きさを有していればよく、メッシュ管
４８に限定されず種々の材質から形成することができ
る。

【００２６】図５および図６にも示すように、前記熱交
換流体流路３４はさらに、中空パイプ４３および多孔質
パイプ４７が挿通されると共に少なくとも中空パイプ４
３が接触する多数の板状のフィン４９を有している。こ
のフィン４９により前記空間部が多層に分割され、各層
に吸着剤３２が収容されている。

【００２７】図１および図２を参照して、前記ケース３
５は、熱交換器本体３８を囲繞する大きさを有し、一端
面には、熱交換器本体３８を出し入れする開口３５ａが
形成されている。この開口３５ａは、着脱自在な蓋体５
０により閉塞されている。ケース３５の内面には、下タ
ンク４２の下面外周縁を支持する段差部３５ｂが設けら
れている。また、ケース３５の内部には、下タンク４２
よりも下方位置に、冷媒３１を収容する冷媒収容室５１
が形成され、この冷媒収容室５１と吸着部３３とを連通
する連通管５２が下タンク４２を貫通して設けられてい
る。さらに、水やアルコールなどの熱媒体が流通する伝
熱管５３がケース３５を貫通して冷媒収容室５１に臨む
ように設けられている。ケース３５は断熱真空容器であ
り、例えば５〜７ｍｍＨｇ程度の真空状態にしてある。

【００２８】吸着剤３２を吸着部３３に収容する場合に
は、ケース３５を横倒しにして開口３５ａを上方に向け
て吸着剤３２を各層に流し込めばよい。このとき、ケー
ス３５に振動を加えることにより、横を向いたパイプの
下方領域にも吸着剤３２を隙間が生じることなく充填で
きる。

【００２９】本実施形態の作用を説明する。吸着工程に
おいては、図１に点線矢印で示すように、冷媒収容室５
１の液冷媒３１は、ケース３５内を真空状態としてある
ので比較的容易に蒸発し、この蒸発したガス冷媒３１
（水蒸気）は連通管５２を通って吸着部３３に至り、さ
らにメッシュ管４８内を流れて小孔４６から吸着剤３２
に吸着されていく。その結果、吸着部３３における蒸気
圧が上昇しないので、液冷媒３１がさらに効率よく蒸発
し、その時の蒸発潜熱により伝熱管５３内を流れる熱媒
体が冷却される。この吸着工程では、実線矢印で示すよ
うに、冷却水３６を熱交換流体流路３４に流通して吸着
剤３２を冷却し、吸着時の発熱反応に伴う吸着剤３２の
温度上昇を抑えて吸着性能が高められている。

【００３０】一方、脱着工程においては、図２に実線矢
印で示すように、加熱水３７を熱交換流体流路３４に流
して吸着剤３２を加熱すると、吸着剤３２に吸着されて
いた冷媒３１は、点線矢印で示すように、ガス冷媒３１
（水蒸気）となって吸着剤３２から脱着される。脱着し
たガス冷媒３１（水蒸気）は小孔４６からメッシュ管４
８内に取り込まれて当該メッシュ管４８内を流れ、さら
に連通管５２を通って冷媒収容室５１に至る。脱着工程
では伝熱管５３内に冷却水が流されており、この冷却水
との間の熱交換によりガス冷媒３１が凝縮して液冷媒３
１となり、冷媒収容室５１に溜まる。

【００３１】本実施形態の吸着式熱交換器３０にあって
は、ガス冷媒３１の通路をメッシュ管４８とし、ケース
３５内面、中空パイプ４３の外周面およびメッシュ管４
８の外周面により形成される空間部に吸着剤３２を収容
して吸着部３３を構成したことから、きわめて簡単な構
造でありながら、吸着剤３２の充填効率を高めて吸着式
熱交換器３０の小型化を図ることができる。

【００３２】さらに、図７に示すように、中空パイプ４
３および多孔質パイプ４７は並列的に配置されており、
各中空パイプ４３内を流れる冷却水３６または加熱水３
７が熱的な影響を及ぼす領域Ｂは２点鎖線で示すように
広範囲なものであり、吸着剤３２との間の熱交換が十分
になされる。このため、収容した吸着剤３２の全てを有
効に使用でき、吸着剤３２の充填効率を高めても、冷凍
能力を確実に高めることができる。

【００３３】さらに、中空パイプ４３が接触する多数の
フィン４９により空間部を多層に分割してあるので、冷
却水３６や加熱水３７と吸着剤３２との間の熱交換効率
が一層向上し、冷凍能力をより一層高めることができ
る。

【００３４】したがって、この吸着式熱交換器３０は、
簡単な構造で吸着剤３２の充填効率を高めて小型化を図
りつつ、冷凍能力を確実に高めることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構造で吸着剤の充填効率を高めて小型化を図りつ
つ、冷凍能力を確実に高め得る吸着式熱交換器を提供で
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る吸着式熱交換器の一実施形態を
示す概略構成図であり、吸着工程を示す図である。

【図２】 同吸着式熱交換器の脱着工程を示す図であ
る。

【図３】 同吸着式熱交換器を示す斜視図である。

【図４】 図３の４−４線に沿う断面図である。

【図５】 図４の５−５線に沿う断面図である。

【図６】 図３および図４の６−６線に沿う断面図であ
る。

【図７】 本実施形態の作用の説明に供する図である。

【図８】 従来の吸着式熱交換器を示す図である。

【図９】 吸着剤を収容する状態を示す斜視図である。

【図１０】 吸着剤の充填効率を高めるためのコルゲー
ト板の形状を示す図である。

【符号の説明】

３０…吸着式熱交換器 ３１…冷媒 ３２…吸着剤 ３３…吸着部 ３４…熱交換流体流路 ３５…ケース ３６…冷却流体 ３７…加熱流体 ４１、４２…上下一対のタンク（４１…上タンク、４２
…下タンク） ４３…中空パイプ ４６…小孔 ４７…多孔質パイプ ４８…メッシュ管 ４９…フィン ５１…冷媒収容室 ５２…連通管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒（３１）を吸着する吸着剤（３２）
   を収容した吸着部（３３）と、 当該吸着部（３３）に熱的接触状態に設けられると共に
   吸着剤（３２）が冷媒（３１）を吸着する際の吸着性能
   を高める冷却流体（３６）あるいは吸着剤（３２）から
   冷媒（３１）を脱着させる際の脱着性能を高める加熱流
   体（３７）が流通する熱交換流体流路（３４）とを、ケ
   ース（３５）内に設けてなる吸着式熱交換器において、 前記熱交換流体流路（３４）は、上下一対のタンク（４
   １、４２）と、当該上下のタンク（４１、４２）間を連
   通する複数本の中空パイプ（４３）と、を備え、 前記吸着部（３３）は、吸着剤（３２）の大きさよりも
   小さな開口面積の小孔（４６）が多数形成されると共に
   内部を前記冷媒（３１）が通る多孔質パイプ（４７）を
   備え、 前記ケース（３５）内面、前記中空パイプ（４３）の外
   周面および前記多孔質パイプ（４７）の外周面により形
   成される空間部に前記吸着剤（３２）を収容して前記吸
   着部（３３）を構成したことを特徴とする吸着式熱交換
   器。
2. 【請求項２】 前記中空パイプ（４３）および前記多孔
   質パイプ（４７）は、所定のピッチで交互に並列的に配
   置されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着式
   熱交換器。
3. 【請求項３】 前記多孔質パイプ（４７）は、メッシュ
   管（４８）から構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の吸着式熱交換器。
4. 【請求項４】 前記熱交換流体流路（３４）は、前記中
   空パイプ（４３）が挿通されると共に当該中空パイプ
   （４３）が接触する多数のフィン（４９）をさらに有
   し、 前記フィン（４９）により、前記空間部が多層に分割さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の吸着式熱交
   換器。
5. 【請求項５】 前記ケース（３５）内の前記下タンク
   （４２）よりも下方に形成され冷媒（３１）を収容する
   冷媒収容室（５１）と、 前記下タンク（４２）を貫通して設けられると共に前記
   空間部と前記冷媒収容室（５１）とを連通する連通管
   （５２）と、をさらに有することを特徴とする請求項１
   に記載の吸着式熱交換器。