WO2017038605A1 - 吸着式熱交換器および吸着式熱交換器の作製方法 - Google Patents

吸着式熱交換器および吸着式熱交換器の作製方法 Download PDF

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WO2017038605A1
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WO
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activated carbon
adsorbent
heat exchanger
binder resin
adsorbent composite
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PCT/JP2016/074760
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English (en)
French (fr)
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信之介 前多
智弘 丸山
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カルソニックカンセイ株式会社
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    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the present invention relates to an adsorption heat exchanger and a method for producing an adsorption heat exchanger.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing an adsorbent module in which an adsorbent is filled between a plurality of heat transfer plates (heat transfer members) arranged at intervals.
  • an adsorption core (adsorption) is prepared by press-fitting a modular adsorbent into a lump of a predetermined size between a plurality of heat transfer plates (heat transfer members) arranged at intervals.
  • a material module is disclosed.
  • Patent Document 1 a process of filling an adsorbent saturated by adsorbing water into a gap between the heat transfer member and an adhesive solution in which the adhesive is diluted with water is used for heat transfer.
  • the adsorbent module is manufactured through a step of filling a gap between the member and the heat transfer member.
  • the adsorbent module since the gap between the heat transfer member is narrow and the filled adsorbent and the filled adhesive (binder) are difficult to mix uniformly, the adsorbent finally obtained In the module, there is a possibility that the distribution of the adsorbent and the binder may be biased.
  • Patent Document 2 In the manufacturing method of Patent Document 2, it is necessary to prepare a modular adsorbent for each gap between the heat transfer member and to press-fit the modular adsorbent into each gap. There was a problem in the production efficiency of the material module.
  • the present invention In an adsorption heat exchanger configured to adsorb / desorb a medium to be adsorbed on the adsorbent by heating / cooling the adsorbent,
  • the adsorbent heat exchanger is configured such that the adsorbent is an adsorbent composite in which activated carbon and a nonpolar resin binder are mixed.
  • the combination of nonpolar activated carbon and nonpolar resin binder is a combination with low affinity. Therefore, even if the activated carbon and the nonpolar resin binder are mixed, the resin binder is not adsorbed by the activated carbon but is loosely bonded to the activated carbon with a weak intermolecular force between the activated carbon. As a result, the activated carbon and the resin binder are distributed substantially evenly without being strongly bonded, so that there is no significant bias in the distribution of the activated carbon and the resin binder.
  • FIG. 1 is a perspective view of an adsorption heat exchanger 1 according to an embodiment, in which a part of the adsorption heat exchanger 1 is cut away.
  • the adsorption heat exchanger 1 includes an adsorbent module 3 in which an adsorbent composite 4 capable of adsorbing / desorbing refrigerants (CG_in, CG_out) is held in a main body 31, and an adsorbent module 3. And a cylindrical case 2 in which a refrigerant (adsorbed medium) CG flows while accommodating a region (region ⁇ indicated by a phantom line in the figure) where the adsorbent composite 4 is provided.
  • an adsorbent module 3 in which an adsorbent composite 4 capable of adsorbing / desorbing refrigerants (CG_in, CG_out) is held in a main body 31, and an adsorbent module 3.
  • a cylindrical case 2 in which a refrigerant (adsorbed medium) CG flows while accommodating a region (region ⁇ indicated by a phantom line in the figure) where the adsorbent composite 4 is provided.
  • the adsorbent composite 4 is cooled / heated by the low-temperature / high-temperature heat exchange medium (W_in, W_out) flowing through the inside of the main body 31, so that the adsorbent composite of the refrigerant CG is obtained. Adsorption / desorption to 4 is performed.
  • a plurality of heat transfer members 34 through which the heat exchange medium flows are provided at intervals between the branch tank 32 and the junction tank 33 that are arranged in parallel with each other at an interval.
  • Each of the heat transfer members 34 is provided in a direction orthogonal to the branch tank 32 and the merging tank 33, and one end and the other end in the longitudinal direction are the internal spaces 32 a and 33 a ( (See FIG. 4).
  • a supply pipe 36 and a discharge pipe 37 for the heat exchange medium W are connected to the branch tank 32 and the junction tank 33, respectively.
  • the supply pipe 36 and the discharge pipe 37 are arranged coaxially on a center line X passing through the longitudinal center of the branch tank 32 and the merge tank 33, and one end 21 and the other end 22 of the cylindrical case 2. Is provided.
  • the high / low temperature heat exchange medium W supplied to the branch tank 32 through the supply pipe 36 is distributed in the branch tank 32 and flows through the heat transfer members 34. After that, it is discharged to the outside of the adsorption heat exchanger 1 through the junction tank 33 and the discharge pipe 37.
  • the adsorbent composite 4 is held in a region ⁇ (region indicated by a virtual line in the drawing) in which the heat transfer member 34 is accommodated, and in this region ⁇ , the heat transfer member 34 and the heat transfer member 34.
  • the adsorbent composite 4 capable of adsorbing / desorbing the refrigerant CG is also held in the gap S between the two (see (b) of FIG. 3).
  • corrugated fins 35 are provided between the heat transfer members 34 adjacent to each other in the main body 31 (see FIG. 3B).
  • the corrugated fin 35 is fixed by brazing or the like in a state in which the corrugated fins 35 are in contact with the mutually opposing side surfaces of the adjacent heat transfer members 34, 34, and fills a gap between the heat transfer member 34 and the heat transfer member 34.
  • the adsorbent composite 4 thus formed is filled between the corrugated fins 35 and the heat transfer member 34 without any gaps.
  • the adsorbent composite 4 is a mixed material of a porous particle 41 having a large number of fine pores on the surface and a binder resin 42, and the porous particle 41 and the binder resin 42 are combined.
  • the gel-like adsorbent composite agent 45 (see FIG. 6A) dispersed in the solvent 46 is pressure-filled in a region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 including the gap S between the heat transfer members 34 and 34. After that, the solid member is produced by removing the solvent 46 by an evaporation process described later and curing the binder resin 42 by a curing process described later.
  • porous particles 41 adsorb / desorb the refrigerant CG according to the temperature, and the binder resin 42 maintains the shape of the adsorbent composite 4 filled in the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 and adsorbs the refrigerant CG.
  • the material composite 4 and the heat transfer member 34 are connected to hold the adsorbent composite 4 in a region ⁇ surrounding the heat transfer member 34.
  • the porous particle 41 is an adsorbing material having weak anionicity.
  • non-polar activated carbon hereinafter, activated carbon is also denoted by reference numeral 41
  • activated carbon is also denoted by reference numeral 41
  • the particle size of the activated carbon 41 contained in the adsorbent composite 4 is preferably 120 microns or less. This is because, as the particle size of the activated carbon 41 increases, the bulk density of the activated carbon 41 increases, so that the total amount of activated carbon 41 that can be filled in the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 decreases, and the total amount of refrigerant CG that can be adsorbed by the activated carbon 41. Because there will be less.
  • the surface area of the activated carbon 41 increases as the particle size of the activated carbon 41 increases, the total amount of the binder resin 42 adhering to the surface of the activated carbon 41 increases, and the surface of the activated carbon 41 that adsorbs the refrigerant CG becomes the binder resin. This is because the adsorption amount of the refrigerant CG is reduced. Further, when the surface of the activated carbon 41 is covered with the binder resin 42, the total amount of the binder resin 42 that contributes to maintaining the shape of the activated carbon 41 filled in the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 is reduced, and the binder resin 42 is cured. After that, it becomes difficult to keep the shape of the adsorbent composite 4 in a predetermined shape.
  • the adsorbent composite 4 falls off from the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34, and the total amount of the activated carbon 41 involved in the adsorption / desorption in the adsorption heat exchanger 1 is reduced, so that the adsorption / desorption of the refrigerant CG is performed. This is because it becomes difficult to properly perform the above.
  • the lower limit of the particle size of the activated carbon 41 is that a gap between the activated carbon 41 and the other adjacent activated carbon 41 inside the adsorbent composite 4, preferably a gap Sx (through which refrigerant CG (for example, ethanol) can flow. It is preferable that the particle diameter be the smallest that can ensure (see FIG. 6B). This is because the refrigerant CG can enter the inside of the adsorbent composite 4 when the activated carbon 41 is arranged in the adsorbent composite 4 so as to be tightly packed with no other adjacent activated carbon 41. Therefore, the refrigerant CG is adsorbed only in the surface area of the adsorbent composite 4, and is hardly adsorbed in the internal area.
  • refrigerant CG for example, ethanol
  • the binder resin 42 is an anionic nonpolar water-soluble resin. Since the above-mentioned activated carbon 41 has weak anionic and non-polar properties, a combination of the non-polar activated carbon 41 and the non-polar binder resin 42 is obtained by using the binder resin 42 as a non-polar resin. Is a combination with low affinity. Therefore, in the mixture obtained by mixing the activated carbon 41 and the binder resin 42, the binder resin 42 distributed around the activated carbon 41 is not adsorbed by the activated carbon 41, and is weakly intermolecular force between the activated carbon 41 and the activated carbon 41. Loosely connected.
  • a polar solvent having high affinity with the activated carbon 41 and the binder resin 42 having nonpolar properties is used as the solvent 46.
  • ethanol is used as the solvent 46, but the solvent 46 is not limited to ethanol, and water can be used as the solvent 46 instead of ethanol, or water and ethanol can be mixed.
  • a solvent may be employed as the solvent 46.
  • the solvent 46 penetrates between the loosely bound activated carbon 41 and the binder resin 42, and is stronger than the activated carbon 41 and the binder resin 42 and the intermolecular force described above. Join by force. Therefore, when the activated carbon 41 and the binder resin 42 are dispersed in the solvent 46 and the adsorbent composite agent 45 to be described later is adjusted, the solvent 46 enters between the activated carbon 41 and the binder resin 42 having a weak binding force, and the activated carbon As a result of binding to the activated carbon 41 and the binder resin 42 while being held between the binder 41 and the binder resin 42, a gel-like adsorbent composite agent 45 is created.
  • a polar solvent such as ethanol
  • the gel-like adsorbent composite agent 45 has a characteristic that the activated carbon 41 and the binder resin 42 and the solvent 46 are difficult to separate in order to keep the solvent 46 inside.
  • the agent 45 has characteristics that it is easy to adjust the shape and is not easily deformed.
  • the amount of the binder resin 42 is preferably set so that the weight ratio of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is in the range of 1: 0.05 to 1: 0.15.
  • the weight ratio of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is smaller than 1: 0.05, the relative amount of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is reduced, and the activated carbon 41 is bound without being out of shape. It is because it becomes impossible to keep. In this case, the adsorbent composite 4 obtained by curing the binder resin 42 loses its shape and falls out of the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34, resulting in the heat exchange medium W flowing through the main body 31. The amount of activated carbon 41 that can be heated / cooled is reduced.
  • the weight ratio of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is larger than 1: 0.15, the relative amount of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is increased, and the activated carbon 41 is bound without causing the mold to lose its shape. This is because the adsorption rate of the refrigerant CG decreases because the adsorption of the refrigerant CG to the activated carbon 41 is hindered.
  • the solvent is adjusted so that the weight ratio of the solvent 46 (ethanol) to the activated carbon 41 is in the range of 1: 3 to 1: 5.
  • the amount of 46 the gel-like adsorbent composite agent 45 is adjusted.
  • the adjusted adsorbent composite agent 45 becomes a solid state and does not become a gel, so that a gap between the heat transfer members 34 and 34 is formed. This is because the adsorbent composite agent 45 cannot be filled without gaps in the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 included.
  • the viscosity of the adjusted adsorbent composite agent 45 becomes too low, and the heat transfer member 34 including the gap S between the heat transfer members 34 and 34 is removed. This is because the adsorbent composite agent 45 cannot remain in the region ⁇ even if the adsorbent composite agent 45 is filled in the surrounding region ⁇ .
  • the viscosity of the adsorbent composite agent 45 is too low, the shape stability of the gel-like adsorbent composite agent 45 is lowered, so that it is difficult to handle the adsorption heat exchanger 1.
  • a method for adjusting the adsorbent composite agent 45 will be described by taking as an example a case where the porous particles 41 are activated carbon 41, the solvent 46 is ethanol, and the binder resin 42 is a nonpolar water-soluble resin. .
  • a predetermined amount of activated carbon 41 is mixed while ethanol is added little by little to prepare a mixture of activated carbon 41 and ethanol (first mixing step).
  • the amounts of activated carbon 41 and ethanol are set so that the weight ratio of ethanol to activated carbon is 1: 3 to 1: 5.
  • ethanol is adsorbed on the activated carbon 41, and a paste-like mixture in which the activated carbon 41 is saturated with ethanol is obtained.
  • the adsorbent composite agent 45 is prepared by adding an aqueous solution of a binder resin 42 in which a non-polar water-soluble resin is dispersed in water and / or ethanol to the mixture of the activated carbon 41 and ethanol while adding little by little. 2 mixing steps). At this time, the amount of the nonpolar water-soluble binder resin 42 is set so that the weight ratio of the binder resin 42 to the activated carbon 41 contained in the mixture is 1: 0.05 to 1: 0.15. Thereby, the gel-like adsorbent composite agent 45 in which the activated carbon 41 and the binder resin 42 are mixed so as to be substantially evenly distributed is obtained.
  • the activated carbon 41 and ethanol are mixed, heat of adsorption is generated due to the ethanol adsorbed on the activated carbon 41. Therefore, when the aqueous solution of the binder resin 42 is added to the mixture whose temperature has been increased by the heat of adsorption, if the temperature of the mixture exceeds the softening temperature of the binder resin 42, at least a part of the added binder resin 42 is temporarily It hardens after being softened. Then, the gel-like adsorbent composite agent 45 mixed so that the activated carbon 41 and the binder resin 42 are distributed substantially evenly may not be obtained.
  • a step (cooling step) of cooling the mixture adjusted in the first mixing step to below the softening temperature of the binder resin 42 may be provided between the first mixing step and the second mixing step.
  • a gel prepared by setting the weight ratio of the nonpolar binder resin 42 to the activated carbon 41 contained in the mixture to 1: 0.05 to 1: 0.15 and mixing the binder resin 42 with the mixture. (Semi-solid) adsorbent composite agent 45 is adjusted.
  • the length L1 in the longitudinal direction of the gel-like adsorbent composite agent 45 is set to be substantially the same as the length L2 in the longitudinal direction of the heat transfer member 34 of the main body 31.
  • the width W1 of the adsorbent composite agent 45 is set to be substantially the same as the length W2 of the branch tank 32 or the merge tank 33 in the width direction.
  • H1 is set to substantially the same height as the height H2 of the branch tank 32 or the merge tank 33.
  • the volume of the adsorbent composite agent 45 is at least larger than the volume of the region ⁇ that accommodates the heat transfer member 34, and the gel adsorbent composite agent 45 is pushed from above the heat transfer member 34 (described later).
  • the adsorbent composite agent 45 can be reliably filled between the heat transfer members 34 without a gap.
  • FIG. 3 is a view for explaining the setting of the main body 31 of the adsorbent module 3 on the mold 7 before holding the adsorbent composite 4.
  • FIG. 3A shows the setting of the main body 31 on the mold 7. It is a perspective view which shows the state immediately before, (b) is a top view after setting the main-body part 31 to the formwork 7.
  • FIG. 3A the corrugated fins 35 are not shown for convenience of explanation, and in FIG. 3B, the mold 7 and the adsorbent module 3 can be visually distinguished.
  • the peripheral wall 71 of the mold 7 is shown with hatching.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the pressure filling of the adsorbent composite agent 45 into the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 of the main body 31 inside the mold 7, and the main body held by the mold 7.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken around line AA in FIG. 3 (b)
  • FIG. 4 (a) is a view showing a state before pressure filling with a gel-like adsorbent composite agent 45.
  • (B) is a figure which shows the state after the pressurization filling of the adsorbent composite agent 45.
  • FIG. FIG. 5 shows the shape of the gel-like adsorbent composite agent 45 that is prepared when the adsorbent composite agent 45 is pressure-filled into the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 inside the mold 7.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining a process of creating the adsorbent composite 4 from the adsorbent composite agent 45, and (a) shows an adsorbent composite agent filled in the region ⁇ surrounding the heat transfer member 34 of the main body 31.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing a part of 45 enlarged, and (b) shows activated carbon (porous material) in the adsorbent composite 4 prepared by evaporating the solvent 46 from the adsorbent composite agent 45 by an evaporation process described later. It is a schematic diagram which shows distribution of particle
  • the main body 31 of the adsorbent module 3 is set in a bottomed mold 7 having an open top, and the branch tank 32 and the merging tank of the main body 31 are set.
  • the regions of the plurality of heat transfer members 34 that are spaced apart from each other are disposed inside the mold 7 (step 101 in FIG. 2: placement step).
  • the mold 7 has a bottomed rectangular tube shape including a peripheral wall 71 that surrounds the entire periphery of the main body 31 and a bottom wall 72 that seals an opening below the peripheral wall 71.
  • the main body 31 is inserted into the mold 7 through the opening 71a above the mold 7, and the supply pipe 36 and the discharge pipe 37 are supported by the support grooves 71b provided in the peripheral wall 71, respectively.
  • the inside of the peripheral wall 71 of the mold 7 becomes a region (region ⁇ surrounding the heat transfer member 34) for holding the adsorbent composite 4 on the heat transfer member 34.
  • the gel-like adsorbent composite agent 45 formed into a rectangular parallelepiped shape is placed on the region of the heat transfer member 34 of the main body 31 set in the mold 7. .
  • the adsorbent composite agent 45 After the gel-like adsorbent composite agent 45 is placed on the main body 31, when the adsorbent composite agent 45 is pressed into the mold 7 by the pressing member 8 (see the arrow in FIG. 4A), The adsorbent composite agent 45 pressed by the pressing member 8 is pressure-filled into the region ⁇ inside the peripheral wall 71 of the mold 7 and filled into the region ⁇ accommodating the heat transfer member 34 without any gap. become. Accordingly, the narrow gap S (see FIG. 3B) surrounded by the corrugated fin 35 between the heat transfer member 34 and the heat transfer member 34 and the gap Sa between the corrugated fin 35 and the peripheral wall 71 are also included. The adsorbent composite agent 45 is filled without taking air into the interior.
  • the adsorbent module 3 and the mold 7 are heated together in the first temperature range (for example, 80 to 100 ° C.) for a predetermined time, Ethanol and water contained in the composite agent 45 are evaporated (step 103 in FIG. 2: evaporation step).
  • the first temperature range is a temperature range in which both the solvent and water can be evaporated.
  • the solvent used for the preparation of the adsorbent composite agent 45 is ethanol and the binder resin 42 is a binder resin aqueous solution in which a nonpolar water-soluble resin is dispersed in water
  • both ethanol and water are used.
  • the first temperature range described above is set to a temperature range in which the water can be evaporated. Therefore, the first temperature range is set according to the solvent and the binder resin.
  • the solvent and water contained in the gel-like adsorbent composite agent 45 are removed to obtain the adsorbent composite 4.
  • the fluidity of the gel-like adsorbent composite agent 45 is low, and even if a fine gap is formed inside the adsorbent composite agent 45 due to the removal of the solvent or water, the surrounding adsorbent composite agent 45 moves.
  • the portion where the solvent and water existed is a fine gap Sx. (See FIG. 6B).
  • this fine gap Sx formed in the adsorbent composite 4 communicates with each other to form a capillary-like gap Sx (see FIG. 6B).
  • a refrigerant such as ethanol (CG_in: see FIG. 1) supplied into the cylindrical case 2 of the heat exchanger 1 can enter the inside of the adsorbent composite 4 from the gap Sx of the adsorbent composite 4. . Therefore, the gap Sx formed inside the adsorbent composite 4 allows the refrigerant CG to be adsorbed to the entire adsorbent composite 4, and the time required for the adsorption can be shortened. It has improved.
  • the main body 31 and the mold 7 are heated together in a second temperature range (for example, 120 to 150 ° C.) for a predetermined time, and the binder resin contained in the adsorbent composite 4 42 is softened and then cured (step 104 in FIG. 2: curing process).
  • a second temperature range for example, 120 to 150 ° C.
  • the second temperature range of step 104 is preferably a temperature range in which the binder resin 42 can be softened.
  • the second temperature range is the first temperature range described above. The temperature range is higher than the range, and is set according to the binder resin 42 employed.
  • the binder resin 42 that has been hardened after being softened connects the adsorbent composites 4 and maintains the shape of the mass of the adsorbent composites 4, and connects the adsorbent composites 4 and the heat transfer member 34. It becomes possible to keep the lump of the material composite 4 in the region ⁇ in which the heat transfer member 34 is accommodated.
  • FIG. 7 is an adsorption isotherm for explaining the adsorption performance of the adsorbent composite 4, and the adsorption amount of the refrigerant CG according to the type (nonpolarity, polarity) of the binder resin 42 mixed with the porous particles 41 (activated carbon). Difference in Wt /%, difference in adsorption amount Wt /% of refrigerant CG according to the content of nonpolar binder resin, and difference in adsorption amount Wt /% of refrigerant CG when doped with cationic binder resin It is the graph which showed.
  • the horizontal axis of FIG. 7 is the relative pressure obtained by dividing the equilibrium pressure by the saturated vapor pressure, and the vertical axis is the amount of refrigerant that can be adsorbed per unit mass of the adsorbent composite 4 (Wt%).
  • the graph of the reference value A shows the amount of adsorption of the adsorbent A made of only activated carbon (porous particles 41).
  • the graph of the comparative value B shows the adsorption amount of the adsorbent composite 4B made of activated carbon (porous particles 41) and a binder resin having polarity.
  • the weight ratio of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is 1: 0.05 (5%).
  • the graph of the comparative value C shows the adsorption amount of the adsorbent composite 4C composed of activated carbon (porous particles 41) and the nonpolar binder resin 42. In this case, the weight ratio of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is 1: 0.05 (5%).
  • the graph of the comparative value D shows the amount of adsorption of the adsorbent composite 4D composed of activated carbon (porous particles 41) and the nonpolar binder resin 42.
  • the weight ratio of the binder resin 42 to the activated carbon 41 is 1: 0.10 (10%).
  • the graph of the comparative value E (graph E connecting ⁇ in the figure) is an adsorbent composite 4E made of activated carbon (porous particles 41), a nonpolar binder resin 42, and a polar binder resin. The amount of adsorption is shown.
  • the weight ratio of the non-polar binder resin 42 to the activated carbon 41 is 1: 0.05 (5%)
  • the weight ratio of the polar binder resin to the activated carbon 41 is 1: 0.05 ( 5%).
  • the binder resin contained in the adsorbent composite is a binder resin having a polarity with high affinity with activated carbon (comparative value B)
  • the amount of adsorption of the refrigerant (adsorbed medium) is the standard. It is about 30% lower than the amount of refrigerant adsorbed in the case of value A.
  • the binder resin contained in the adsorbent composite is a non-polar binder resin having low affinity with activated carbon (comparative value C)
  • the amount of adsorption of the refrigerant (adsorbed medium) is the reference value A.
  • the refrigerant adsorption amount is substantially the same.
  • the weight ratio of the binder resin can be increased as compared with the case of a binder resin with polarity. In this case, the shape of the finally obtained adsorbent composite Stability can be improved.
  • the binder resin contained in the adsorbent composite is a mixture of a non-polar binder resin having a low affinity with activated carbon and a binder resin having a polarity with a high affinity for activated carbon, and the weight ratio with respect to each activated carbon.
  • 5% comparative value
  • the adsorbent composite 4 can exhibit an adsorption performance close to the original adsorption performance of the activated carbon. If the binder resin 42 having a polarity with a high affinity with the activated carbon is used, the binder resin 42 is adsorbed by the activated carbon, so that the original adsorption performance of the activated carbon is greatly impaired. It can prevent suitably.
  • the adsorbent composite 4 is configured such that the weight ratio of the nonpolar binder resin 42 to the activated carbon 41 is 1: 0.05 to 1: 0.15.
  • the binder resin contained in the adsorbent composite is made of a non-polar binder resin having low affinity with activated carbon, activated carbon, When the weight ratio to each activated carbon is 5%, and only the binder resin with polarity contains 5% by weight with respect to the activated carbon. Since the amount of adsorption is larger than in the case of (Comparative Value B), the adsorbent composite 4E can be formed more firmly without greatly deteriorating the adsorption characteristics.

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Abstract

吸着材とバインダの分布に大きな偏りを生ずること無く、吸着材モジュールを生産性良く作製することを目的とする。 吸着材モジュール（３）の本体部（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）に吸着材が保持されており、吸着材が、活性炭（４１）と非極性のバインダ樹脂（４２）とを混合した吸着材コンポジット（４）である吸着式熱交換器（１）の作製方法であって、活性炭と、非極性かつ水溶性のバインダ樹脂とをエタノール中に分散させたゲル状の吸着材コンポジット剤を、領域（α）に加圧充填する充填工程（ステップ１０２）と、領域（α）に吸着材コンポジット剤に含まれるエタノールと水を蒸発させる蒸発工程（ステップ１０３）と、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。

Description

吸着式熱交換器および吸着式熱交換器の作製方法
　本発明は、吸着式熱交換器および吸着式熱交換器の作製方法に関する。
　特許文献１には、互いに間隔を開けて配置された複数の伝熱板（伝熱部材）の間に、吸着材が充填された吸着材モジュールの作製方法が開示されている。
　特許文献２には、互いに間隔を開けて配置された複数の伝熱板（伝熱部材）の間に、所定の大きさの塊にモジュール化した吸着材を圧入して作製する吸着コア（吸着材モジュール）の作製方法が開示されている。
特許第３８６７３４８号公報 特許第３７７７６６９号公報
　特許文献１の作製方法では、水を吸着して飽和した吸着材を、伝熱部材と伝熱部材の間の隙間に充填する工程と、接着剤を水で希釈した接着剤溶液を、伝熱部材と伝熱部材の間の隙間に充填する工程と、を経て吸着材モジュールを作製している。
　しかし、吸着材モジュールでは、伝熱部材と伝熱部材の間の隙間が狭く、充填した吸着材と、充填した接着剤（バインダ）とが均一に混ざり難いため、最終的に得られた吸着材モジュールでは、吸着材とバインダの分布に偏りが生じる虞があった。
　特許文献２の作製方法では、伝熱部材と伝熱部材の間の隙間毎に、モジュール化した吸着材を用意して、モジュール化した吸着材を、隙間の各々に圧入する必要があり、吸着材モジュールの生産効率に課題があった。
　そのため、吸着材とバインダの分布に大きな偏りを生ずること無く、吸着材モジュールを生産性良く作製できるようにすることが求められている。
　本発明は、
　吸着材の加熱／冷却により、前記吸着材への被吸着媒体の吸着／脱着を行うように構成された吸着式熱交換器において、
　前記吸着材を、活性炭と非極性樹脂バインダとを混合した吸着材コンポジットとした構成の吸着式熱交換器とした。
　本発明によれば、非極性の活性炭と非極性樹脂バインダとの組み合わせは、親和性が低い組み合わせとなる。そのため、活性炭と非極性樹脂バインダとを混合しても、樹脂バインダは、活性炭に吸着されることなく、活性炭との間の弱い分子間力で、活性炭に緩く結合した状態となる。これにより、活性炭と樹脂バインダとが強固に結合することなく略均等に分布することになるので、活性炭と樹脂バインダの分布に大きな偏りを生じることがない。
実施の形態にかかる吸着式熱交換器の斜視図である。 実施の形態にかかる吸着式熱交換器の作製方法を説明するフローチャートである。 吸着材コンポジットを保持させる前の吸着材モジュールの型枠へのセットを説明する図である。 吸着材モジュールへの吸着材コンポジット剤の加圧充填を説明する図である。 吸着材コンポジット剤を説明する図である。 吸着材コンポジット剤から作成される吸着材コンポジットを説明する図である。 吸着材コンポジットを保持した吸着材モジュールを備える吸着式熱交換器の吸着性能を説明する図である。
［吸着式熱交換器の構成］
　図１は、実施の形態にかかる吸着式熱交換器１の斜視図であり、吸着式熱交換器１の一部を切り欠いて示した図である。
　図１に示すように、吸着式熱交換器１は、冷媒（ＣＧ＿ｉｎ、ＣＧ＿ｏｕｔ）の吸着／脱着が可能な吸着材コンポジット４を本体部３１に保持させた吸着材モジュール３と、吸着材モジュール３の吸着材コンポジット４が設けられた領域（図中、仮想線で示す領域α）を収容すると共に冷媒（被吸着媒体）ＣＧが通流する筒状ケース２と、から構成される。
　この吸着式熱交換器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、吸着材コンポジット４を冷却／加熱することで、冷媒ＣＧの吸着材コンポジット４への吸着／脱着を行うようになっている。
　吸着材モジュール３では、間隔をあけて互いに平行に配置された分岐タンク３２と合流タンク３３との間に、熱交換媒体が通流する伝熱部材３４が、間隔をあけて複数設けられている。
　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。
　分岐タンク３２と合流タンク３３には、熱交換媒体Ｗの供給管３６と排出管３７とが、それぞれ接続されている。
　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。
　この吸着式熱交換器１では、供給管３６を介して分岐タンク３２に供給された高温／低温の熱交換媒体Ｗが、分岐タンク３２で分配されて各伝熱部材３４の内部を通流したのち、合流タンク３３と排出管３７を通って、吸着式熱交換器１の外部に排出されるようになっている。
　本体部３１では、伝熱部材３４を収容する領域α（図中、仮想線で示す領域）に吸着材コンポジット４が保持されており、この領域α内では、伝熱部材３４と伝熱部材３４との間の隙間Ｓ（図３の（ｂ）参照）にも、冷媒ＣＧの吸着／脱着が可能な吸着材コンポジット４が保持されている。
　ここで、本体部３１で隣接する伝熱部材３４と伝熱部材３４の間には、コルゲートフィン３５が設けられている（図３の（ｂ）参照）。このコルゲートフィン３５は、隣接する伝熱部材３４、３４の互いに対向する側面に接触した状態で、ロウ付けなどにより固定されており、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コンポジット４は、コルゲートフィン３５と伝熱部材３４の間にも、隙間なく充填されている。
　そのため、本体部３１の内部を通流する低温／高温の熱交換媒体により、吸着材コンポジット４を冷却／加熱することで、冷媒ＣＧの吸着材コンポジット４に対する吸着／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コンポジット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。
［吸着材コンポジット］
　図６の（ｂ）に示すように、吸着材コンポジット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に分散したゲル状の吸着材コンポジット剤４５（図６の（ａ）参照）を、伝熱部材３４、３４の間の隙間Ｓを含む伝熱部材３４を囲む領域αに加圧充填したのち、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］
　多孔質粒子４１は、温度に応じて冷媒ＣＧ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コンポジット４の形状を保持すると共に、吸着材コンポジット４と伝熱部材３４とを接続して、伝熱部材３４を囲む領域αに吸着材コンポジット４を保持するものである。
　多孔質粒子４１は、弱アニオン性を有する吸着材料であり、実施の形態では、この多孔質粒子４１として非極性の活性炭（以下、活性炭もまた、符号４１を用いて表記する）を採用している。
　ここで、吸着材コンポジット４に含まれる活性炭４１の粒径は、１２０ミクロン以下であることが好ましい。
　これは、活性炭４１の粒径が大きくなると、活性炭４１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４１の総量が少なくなり、活性炭４１で吸着できる冷媒ＣＧの総量が少なくなってしまうからである。
　また、活性炭４１の粒径が大きくなると、活性炭４１の表面積が大きくなるので、活性炭４１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ＣＧを吸着する活性炭４１の表面がバインダ樹脂４２により覆われて、冷媒ＣＧの吸着量が少なくなるからである。
　さらに、活性炭４１の表面がバインダ樹脂４２により覆われると、伝熱部材３４を囲む領域αに充填された活性炭４１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コンポジット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、吸着材コンポジット４が、伝熱部材３４を囲む領域αから脱落して、吸着式熱交換器１での吸着／脱着に関与する活性炭４１の総量が少なくなるので、冷媒ＣＧの吸着／脱着を適切に行うことが困難になるからである。
　また、活性炭４１の粒径の下限は、吸着材コンポジット４の内部において活性炭４１が、隣接する他の活性炭４１との間に隙間、好ましくは冷媒ＣＧ（例えばエタノール）が通流可能な隙間Ｓｘ（図６の（ｂ）参照）を確保できる最小の粒径であることが好ましい。
　これは、吸着材コンポジット４の内部において活性炭４１が、隣接する他の活性炭４１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ＣＧが吸着材コンポジット４の内部に侵入できなくなるので、冷媒ＣＧが吸着材コンポジット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、吸着材コンポジット４に含まれる活性炭４１の総てを冷媒ＣＧの吸着に関与させることができなくなるので、吸着材コンポジット４全体での冷媒ＣＧ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、溶媒］
　バインダ樹脂４２は、アニオン性で非極性の水溶性樹脂である。
　前記した活性炭４１が、弱アニオン性で非極性の性質を有しているので、バインダ樹脂４２を、非極性の樹脂とすることで、非極性の活性炭４１と非極性のバインダ樹脂４２との組み合わせは、親和性が低い組み合わせとなる。
　そのため、活性炭４１とバインダ樹脂４２とを混合した混合物では、活性炭４１の周囲に分布するバインダ樹脂４２は、活性炭４１に吸着されることなく、活性炭４１との間の弱い分子間力で、活性炭に緩く結合した状態となる。
　実施の形態では、非極性の性質を持つ活性炭４１およびバインダ樹脂４２との親和性の高い極性溶媒を、溶媒４６として用いている。
　具体的には、溶媒４６として、エタノールを用いているが、溶媒４６は、エタノールのみに限定されるものではなく、エタノールの代わりに水を溶媒４６として採用することや、水とエタノールとの混合溶媒を溶媒４６として採用しても良い。
　エタノールのような極性溶媒を溶媒４６として用いると、この溶媒４６が、緩く結合した活性炭４１とバインダ樹脂４２の間に侵入して、活性炭４１およびバインダ樹脂４２と、前記した分子間力よりも強い力で結合する。
　そのため、活性炭４１とバインダ樹脂４２とを溶媒４６に分散して後記する吸着材コンポジット剤４５を調整すると、溶媒４６が、結合力の弱い活性炭４１とバインダ樹脂４２との間に侵入して、活性炭４１とバインダ樹脂４２との間に保持された状態で、活性炭４１とバインダ樹脂４２に結合する結果、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５が作成される。
　そして、このゲル状の吸着材コンポジット剤４５は、溶媒４６を内部に保持するために、活性炭４１およびバインダ樹脂４２と溶媒４６とが分離し難い特性を有しており、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５は、形状を整えやすく、かつ型崩れし難いという特徴を有している。
　実施の形態では、活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の重量比率が１：０．０５～１：０．１５の範囲となるようにバインダ樹脂４２の量が設定されていることが好ましい。
　これは、活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の重量比率が、１：０．０５よりも小さくなると、活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の相対的な量が少なくなって、活性炭４１を型崩れさせることなく結着しておくことができなくなるからである。
　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コンポジット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４１の量が少なくなってしまう。
　これにより、吸着式熱交換器１での冷媒ＣＧの吸着／脱着に関与する活性炭４１の総量が少なくなるので、冷媒ＣＧの吸着／脱着を適切に行うことが困難になるためである。
　また、活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の重量比率が、１：０．１５よりも大きくなると、活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の相対的な量が多くなって、活性炭４１を型崩れさせることなく結着しておくことができるものの、冷媒ＣＧの活性炭４１への吸着を阻害して、冷媒ＣＧの吸着率が低下してしまうためである。
　さらに、活性炭４１とバインダ樹脂４２とを溶媒４６に分散させた吸着材コンポジット剤４５では、活性炭４１に対する溶媒４６（エタノール）の重量比率が１：３～１：５の範囲となるように、溶媒４６の量を設定することで、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５を調整している。
　活性炭４１に対する溶媒４６の重量比率が１：３よりも少なくなると、調整した吸着材コンポジット剤４５が、ボソボソの固体状態となってゲル状にならないので、伝熱部材３４、３４の間の隙間を含む伝熱部材３４を囲む領域αに、吸着材コンポジット剤４５を隙間なく充填することができないからである。
　活性炭４１に対する溶媒４６の重量比率が１：５よりも多くなると、調整した吸着材コンポジット剤４５の粘度が低くなりすぎて、伝熱部材３４、３４の間の隙間Ｓを含む伝熱部材３４を囲む領域αに吸着材コンポジット剤４５を充填しようとしても、吸着材コンポジット剤４５を領域α内に留まらせることができないからである。
　さらに吸着材コンポジット剤４５の粘度が低すぎると、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５の形状安定性が低下するため、吸着式熱交換器１を作成する際の取り扱いが難しくなるからである。
［吸着材コンポジット剤の作製方法］
　吸着式熱交換器１を作製する際には、活性炭４１とバインダ樹脂４２を溶媒４６に分散させたゲル状の吸着材コンポジット剤４５を事前に作製しておく。
　ここで、吸着材コンポジット剤４５の調整方法を、多孔質粒子４１が活性炭４１であり、溶媒４６がエタノールであり、バインダ樹脂４２が非極性の水溶性樹脂である場合を例に挙げて説明する。
　初めに、所定量の活性炭４１に、エタノールを少量ずつ加えながら混合して、活性炭４１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４１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４１に吸着されて、活性炭４１がエタノールで飽和したペースト状の混合物が得られることになる。
　この活性炭４１とエタノールとの混合物に、非極性の水溶性樹脂を水および／またはエタノールに分散させたバインダ樹脂４２の水溶液を、少量ずつ加えながら混合して吸着材コンポジット剤４５を調整する（第２混合工程）。
　この際に、混合物に含まれる活性炭４１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、非極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４１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ゲル状の吸着材コンポジット剤４５が得られることになる。
　ここで、活性炭４１とエタノールとを混合すると、エタノールが活性炭４１に吸着されることによる吸着熱が発生する。
　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に硬化してしまう。
　そうすると、活性炭４１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ゲル状の吸着材コンポジット剤４５が得られない場合がある。
　そのため、第１混合工程と、第２混合工程との間に、第１混合工程で調整された混合物を、バインダ樹脂４２の軟化温度未満まで冷却する工程（冷却工程）を設けても良い。
　実施の形態では、混合物に含まれる活性炭４１に対する非極性のバインダ樹脂４２の重量比率を１：０．０５～１：０．１５に設定して、混合物にバインダ樹脂４２を混合して作製したゲル状（半固形状）の吸着材コンポジット剤４５が調整されるようにしている。
　ここで、図５に示すように、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５の長手方向の長さＬ１は、本体部３１の伝熱部材３４の長手方向の長さＬ２とほぼ同じ長さに設定されており、吸着材コンポジット剤４５の幅方向の長さＷ１は、分岐タンク３２または合流タンク３３の幅方向の長さＷ２とほぼ同じ長さに設定されており、吸着材コンポジット剤４５の高さＨ１は、分岐タンク３２または合流タンク３３の高さＨ２とほぼ同じ高さに設定されている。
　よって、吸着材コンポジット剤４５の体積は、少なくとも伝熱部材３４を収容する領域αの体積よりも大きくなり、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５を伝熱部材３４の上方から押し込むことで（後記する充填工程（図２のステップ１０２））、吸着材コンポジット剤４５を伝熱部材３４の間に隙間なく確実に充填することができる。
［吸着器の作製方法］
　次に、吸着式熱交換器１の作製方法を説明する。
　図２は、吸着式熱交換器１の作製方法を説明するフローチャートである。
　図３は、吸着材コンポジット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への吸着材コンポジット剤４５の加圧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り、（ａ）は、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５の加圧充填前の状態を示す図であり、（ｂ）は、吸着材コンポジット剤４５の加圧充填後の状態を示す図である。
　図５は、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５の形状であって、型枠７の内側の伝熱部材３４を囲む領域αへの吸着材コンポジット剤４５の加圧充填の際に用意される吸着材コンポジット剤４５の形状を説明する図である。
　図６は、吸着材コンポジット剤４５から吸着材コンポジット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に充填された吸着材コンポジット剤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、吸着材コンポジット剤４５から溶媒４６を蒸発させて作成した吸着材コンポジット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。
　図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、上方が開口した有底の型枠７に、吸着材モジュール３の本体部３１をセットして、本体部３１の分岐タンク３２と合流タンク３３との間で互いに間隔を開けて配置された複数の伝熱部材３４の領域を、型枠７の内側に配置する（図２のステップ１０１：配置工程）。
　ここで、型枠７は、本体部３１の周囲を全周に亘って囲む周壁７１と、周壁７１の下方の開口を封止する底壁７２とを有する有底角筒形状を成しており、配置工程（ステップ１０１）において本体部３１は、型枠７の上方の開口７１ａから型枠７に挿入されて、供給管３６と排出管３７とが周壁７１に設けた支持溝７１ｂでそれぞれ支持された状態で、型枠７にセットされる。
　この状態において、型枠７の周壁７１の内側が、吸着材コンポジット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。
　そして、図４の（ａ）に示すように、直方体形状に成形したゲル状の吸着材コンポジット剤４５を、型枠７にセットされた本体部３１の伝熱部材３４の領域上に載置する。
　ゲル状の吸着材コンポジット剤４５を本体部３１に載置したのち、押圧部材８により吸着材コンポジット剤４５を型枠７内に押し込む方向に押圧すると（図４の（ａ）、矢印参照）、押圧部材８により押された吸着材コンポジット剤４５が、型枠７の周壁７１の内側の領域α内に加圧充填されて、伝熱部材３４を収容する領域α内に隙間無く充填されることになる。
　これにより、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Ｓ（図３の（ｂ）参照）や、コルゲートフィン３５と周壁７１との間の隙間Ｓａにも、空気を内部に取り込むことなく吸着材コンポジット剤４５が充填される。
　領域αへの吸着材コンポジット剤４５の充填を完了すると、吸着材モジュール３と型枠７とを一緒に、第１の温度範囲（例えば、８０～１００℃）で所定時間加熱して、吸着材コンポジット剤４５に含まれるエタノールと水を蒸発させる（図２のステップ１０３：蒸発工程）。
　このステップ１０３では、溶媒（エタノール）と、バインダ樹脂４２の水溶液に含まれている水分を蒸発させているので、第１の温度範囲は、溶媒と水の両方を蒸発させることができる温度範囲であることが好ましい。
　実施の形態では、吸着材コンポジット剤４５の作成に使用した溶媒がエタノールであり、バインダ樹脂４２が、非極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。
　この蒸発工程では、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５に含まれる溶媒や水を除去して、吸着材コンポジット４としている。
　ここで、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５の流動性は低く、溶媒や水の除去により吸着材コンポジット剤４５の内部に微細な隙間が形成されても、周囲の吸着材コンポジット剤４５が移動して隙間を速やかに塞ぐことができないので、蒸発工程で吸着材コンポジット剤４５から溶媒や水が除去されて得られた吸着材コンポジット４では、溶媒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６の（ｂ）参照）。
　吸着材コンポジット４では、吸着材コンポジット４の中に形成されたこの微細な隙間Ｓｘが、互いに連通して毛細血管状の隙間Ｓｘが形成されており（図６の（ｂ）参照）、吸着式熱交換器１の筒状ケース２内に供給されたエタノールなどの冷媒（ＣＧ＿ｉｎ：図１参照）が、吸着材コンポジット４の隙間Ｓｘから、吸着材コンポジット４の内部に侵入できるようになっている。
　そのため、吸着材コンポジット４の内部に形成された隙間Ｓｘにより、吸着材コンポジット４の全体に冷媒ＣＧ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、吸着材コンポジット４に対する吸着効率が向上している。
　蒸発工程での処理が終了すると、本体部３１と型枠７とを一緒に、第２の温度範囲（例えば、１２０～１５０℃）で所定時間加熱して、吸着材コンポジット４に含まれるバインダ樹脂４２を軟化させたのちに硬化させる（図２のステップ１０４：硬化工程）。
　このステップ１０４の第２の温度範囲は、バインダ樹脂４２を軟化させることができる温度範囲であることが好ましい。
　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を用いて吸着材コンポジット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。
　これにより、軟化した後に硬化したバインダ樹脂４２が、吸着材コンポジット４同士を繋いで吸着材コンポジット４の塊の形状を保持すると共に、吸着材コンポジット４と伝熱部材３４とを接続するので、吸着材コンポジット４の塊を、伝熱部材３４を収容する領域αに保持し続けることが可能になる。
　次に、吸着材コンポジット４を有する吸着式熱交換器１の吸着性能について説明する。
　図７は、吸着材コンポジット４の吸着性能を説明する吸着等温線であって、多孔質粒子４１（活性炭）と混合するバインダ樹脂４２の種類（非極性、極性）に応じた冷媒ＣＧの吸着量Ｗｔ／％の違いと、非極性のバインダ樹脂の含有量に応じた冷媒ＣＧの吸着量Ｗｔ／％の違いと、カチオン性のバインダ樹脂をドープした場合の冷媒ＣＧの吸着量Ｗｔ／％の違いと、を示したグラフである。
　ここで、図７の横軸は、平衡圧力を飽和蒸気圧で割った相対圧であり、縦軸は、吸着材コンポジット４の単位質量あたりの吸着可能な冷媒量（Ｗｔ％）である。
　なお、（１）基準値Ａのグラフ（図中△を繋いだグラフＡ）は、活性炭（多孔質粒子４１）のみからなる吸着材Ａの吸着量を示している。
（２）比較値Ｂのグラフ（図中●と繋いだグラフＢ）は、活性炭（多孔質粒子４１）と、極性を持つバインダ樹脂とから成る吸着材コンポジット４Ｂの吸着量を示している。
　なお、この場合の活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の重量比率は、１：０．０５（５％）である。
（３）比較値Ｃのグラフ（図中◎を繋いだグラフＣ）は、活性炭（多孔質粒子４１）と、非極性のバインダ樹脂４２とから成る吸着材コンポジット４Ｃの吸着量を示している。
　なお、この場合の活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の重量比率は、１：０．０５（５％）である。
（４）比較値Ｄのグラフ（図中○を繋いだグラフＤ）は、活性炭（多孔質粒子４１）と、非極性のバインダ樹脂４２とから成る吸着材コンポジット４Ｄの吸着量を示している。
　なお、この場合の活性炭４１に対するバインダ樹脂４２の重量比率は、１：０．１０（１０％）である。
（５）比較値Ｅのグラフ（図中□を繋いだグラフＥ）は、活性炭（多孔質粒子４１）と、非極性のバインダ樹脂４２と、極性を持つバインダ樹脂とから成る吸着材コンポジット４Ｅの吸着量を示している。
　なお、この場合の活性炭４１に対する非極性のバインダ樹脂４２の重量比率は、１：０．０５（５％）であり、活性炭４１に対する極性を持つバインダ樹脂の重量比率は、１：０．０５（５％）である。
　図７に示すように、吸着材コンポジットに含まれるバインダ樹脂が、活性炭との親和性の高い極性を持つバインダ樹脂である場合（比較値Ｂ）、冷媒（被吸着媒体）の吸着量は、基準値Ａの場合の冷媒の吸着量よりも、約３０％低下する。
　これに対して、吸着材コンポジットに含まれるバインダ樹脂が、活性炭との親和性の低い非極性のバインダ樹脂である場合（比較値Ｃ）、冷媒（被吸着媒体）の吸着量は、基準値Ａの場合の冷媒の吸着量と、略同じとなる。
　そして、非極性のバインダ樹脂の活性炭に対する重量比率が増えると、基準値Ａの場合の冷媒（被吸着媒体）の吸着量よりも低くなるが、重量比率が１０％である場合（比較値Ｄ）の吸着量は、基準値Ａの場合の冷媒（被吸着媒体）の吸着量よりも、約１０％の低いだけであるので、極性を持つバインダ樹脂の活性炭に対する重量比率が５％の場合（比較値Ｂ）よりも、吸着量が多く、良好な結果が得られた。
　よって、非極性のバインダ樹脂を用いる場合には、極性を持つバインダ樹脂の場合よりも、バインダ樹脂の重量比率を増やすことができるので、この場合には、最終的に得られる吸着材コンポジットの形状安定性を向上させることができることになる。
　また、吸着材コンポジットに含まれるバインダ樹脂を、活性炭との親和性の低い非極性のバインダ樹脂と、活性炭との親和性の高い極性を持つバインダ樹脂との混合物とし、各々の活性炭に対する重量比率を５％とした場合（比較値Ｅ）には、極性を持つバインダ樹脂のみが活性炭に対して重量比率で５％含んでいる場合（比較値Ｂ）の場合よりも吸着量が多いことが確認された。
　以上の通り、実施の形態では、
（１）吸着材の加熱／冷却により、吸着材への冷媒（被吸着媒体）の吸着／脱着を行うように構成した吸着式熱交換器１において、
　吸着材を、活性炭４１と非極性のバインダ樹脂４２（非極性樹脂バインダ）とを混合した吸着材コンポジット４とした構成とした。
　活性炭は、弱アニオン性で非極性の性質を有しているので、非極性の活性炭と非極性のバインダ樹脂４２との組み合わせは、親和性が低い組み合わせとなる。そのため、活性炭と非極性の樹脂バインダとを混合しても、バインダ樹脂４２は、活性炭に吸着されることなく、活性炭との間の弱い分子間力で、活性炭に緩く結合した状態となる。
　そのため、吸着材コンポジット剤４５では、活性炭とバインダ樹脂４２とが強固に結合することなく略均等に分布することになるので、活性炭とバインダ樹脂の分布に大きな偏りを生じることがない。
　また、バインダ樹脂４２が活性炭に吸着されて、活性炭の表面を覆うことがないので、吸着材コンポジット４は、活性炭が持つ本来の吸着性能に近い吸着性能を発揮することができる。活性炭との親和性が高い極性を持つバインダ樹脂４２を使用すると、バインダ樹脂４２が活性炭に吸着されることにより、活性炭が持つ本来の吸着性能が大きく損なわれるが、かかる事態の発生を生じることを好適に防止できる。
（２）吸着材コンポジット４は、活性炭４１に対する非極性のバインダ樹脂４２の重量比率が、１：０．０５～１：０．１５である構成とした。
　このように構成すると、バインダ樹脂４２を硬化させた後の吸着材コンポジット４の形状を、所定形状で適切に保持し続けることができる。
（３）吸着材モジュール３の本体部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に吸着材が保持されており、前記吸着材が、活性炭４１と非極性のバインダ樹脂４２とを混合した吸着材コンポジット４である吸着式熱交換器１の作製方法であって、
　活性炭（多孔質粒子４１）と非極性のバインダ樹脂４２とを、極性を持つ溶媒４６であるエタノール中に分散させたゲル状の吸着材コンポジット剤４５を、領域αに加圧充填して、少なくとも伝熱部材３４と伝熱部材３４の間の隙間Ｓに吸着材コンポジット剤４５を充填する充填工程（ステップ１０２）と、
　領域αに吸着材コンポジット剤４５が充填された吸着材モジュール３の本体部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１０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。
　このように構成すると、溶媒４６を除去した後の吸着材コンポジット４でのバインダ樹脂４２の分布が均一になるので、硬化工程（ステップ１０４）によりバインダ樹脂４２を硬化させると、硬化したバインダ樹脂４２により吸着材コンポジット４全体の形状を保持することができる。
　よって、伝熱部材３４と伝熱部材３４の間の隙間Ｓに充填された吸着材コンポジット４を、吸着式熱交換器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。
　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、溶媒４６を冷媒と同じエタノールとすることで、この隙間Ｓｘが、吸着材コンポジット４に含まれる活性炭が吸脱着する冷媒（エタノール）の通流路として機能するので、吸着材コンポジット４での冷媒の吸着速度が向上する。
（４）吸着材コンポジット４における活性炭に対する非極性のバインダ樹脂４２の重量比率が、１：０．０５～１：０．１５である構成とした。
　このように構成すると、バインダ樹脂４２を硬化させた後の吸着材コンポジット４の形状を、所定形状で保持し続けることができる。
（５）吸着材コンポジット剤４５における活性炭に対する極性溶媒の重量比率が、１：３～１：５である構成とした。
　このように構成すると、複数の伝熱部材３４を収容する領域αへの吸着材コンポジット剤４５の加圧充填に適した柔らかさを持つゲル状の吸着材コンポジット剤４５を調整することができる。
　これにより、領域α内、その中でも伝熱部材３４と伝熱部材３４の間の隙間Ｓに、吸着材コンポジット剤４５を隙間無く充填することが可能となる。
　なお、前記した実施の形態では、溶媒４６としてエタノールを用いる場合を例示して説明したが、溶媒としてカルキ等の不純物を含まない純水（工業用水）を用いても良い。
　この場合にも、活性炭（多孔質粒子４１）と非極性のバインダ樹脂４２とを溶媒である水に分散させることで、ゲル状の吸着材コンポジット剤４５を調整することができる。
　よって、溶媒４６がエタノールの場合と略同様の作用効果を奏し得る。
　また、前記した蒸発工程（ステップ１０３）では、吸着材コンポジット剤４５に含まれる溶媒および水を蒸発させるための第１の温度範囲が、８０～１００℃である場合を例示したが、この第１の温度範囲を、例えば、５０～７０℃に設定して、溶媒および水を、時間を掛けて蒸発させるようにしても良い。
（６）また、前記した実施の形態では、吸着材コンポジット４に含まれるバインダ樹脂４２が、活性炭との親和性が低い非極性のバインダ樹脂である場合を例示したが、バインダ樹脂４２を非極性のバインダ樹脂と、活性炭との親和性が高いバインダ樹脂（極性を持つバインダ樹脂）との混合物としても良い。
　この場合には、極性を持つバインダ樹脂と活性炭との結合が強くなるので、最終的に得られる吸着材コンポジット４の形状をより強固に保持することができ、吸着材コンポジット４を吸着式熱交換器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、図７の比較値Ｅのグラフ（図中□を繋いだグラフ）に示すように、吸着材コンポジットに含まれるバインダ樹脂を、活性炭との親和性の低い非極性のバインダ樹脂と、活性炭との親和性の高い極性を持つバインダ樹脂との混合物とし、各々の活性炭に対する重量比率を５％とした場合には、極性を持つバインダ樹脂のみが活性炭に対して重量比率で５％含んでいる場合（比較値Ｂ）の場合よりも吸着量が多くなるので、吸着特性を大きく低下させること無く、吸着材コンポジット４Ｅをより強固に形成できることになる。
　この場合には、伝熱部材３４の表面の防錆処理を、アニオン性の処理剤を用いて行うことで、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、吸着材コンポジット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。
　また、前記した実施の形態では、非極性の水溶性樹脂を水および／またはエタノールに分散させたバインダ樹脂４２の水溶液を、活性炭とエタノールとの混合物に混ぜ合わせる場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、非極性の水溶性樹脂を水に分散させたバインダ樹脂の水溶液を、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。
　また、非極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。
　１　　　吸着式熱交換器
　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（４Ａ～４Ｅ）　　　吸着材コンポジット
　４１　　多孔質粒子（活性炭）
　４２　　バインダ樹脂
　４５　　充填材コンポジット剤
　４６　　溶媒
　７　　　型枠
　７１　　底壁
　７２　　周壁
　Ｗ　　　熱交換媒体
　ＣＧ　　冷媒（被吸着媒体）

Claims (11)

  1. 　吸着材の加熱／冷却により、前記吸着材への被吸着媒体の吸着／脱着を行うように構成した吸着式熱交換器において、
    　前記吸着材を、活性炭と非極性樹脂バインダとを混合した吸着材コンポジットとしたことを特徴とする吸着式熱交換器。
  2. 　前記吸着材コンポジットは、前記活性炭に対する前記非極性樹脂バインダの重量比率が、１：０．０５～１：０．１５であることを特徴とする請求項１に記載の吸着式熱交換器。
  3. 　前記吸着材コンポジットは、極性樹脂バインダをさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸着式熱交換器。
  4. 　前記活性炭の粒径が、１２０ミクロン以下であり、かつ前記吸着材コンポジットの内部において、前記活性炭と、当該活性炭と隣接する活性炭との間に前記被吸着媒体が通流可能な間隙を確保できる最少の粒径以上であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の吸着式熱交換器。
  5. 　前記非極性樹脂バインダが、アニオン性の水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の吸着式熱交換器。
  6. 　前記吸着材コンポジットは、前記活性炭と前記非極性樹脂バインダとを分散させる極性溶媒をさらに有しており、
    　前記極性溶媒が、エタノール、水、またはエタノールと水との混合物であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の吸着式熱交換器。
  7. 　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充填された吸着式熱交換器の作製方法であって、
    　活性炭と非極性樹脂バインダとを極性溶媒中に分散させたゲル状の吸着材コンポジット剤を、前記領域に加圧充填する充填工程と、
    　前記領域に前記ゲル状の吸着材コンポジット剤が充填された前記本体部を、前記極性溶媒を蒸発させる第１温度範囲で加熱して、前記極性溶媒を蒸発させる蒸発工程と、
    　前記蒸発工程にて前記極性溶媒を蒸発させた本体部を、前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲で加熱して、前記非極性樹脂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式熱交換器の作製方法。
  8. 　前記吸着材コンポジット剤は、
    　前記活性炭に前記極性溶媒を混合して、前記活性炭と前記極性溶媒との混合物を調整する第１混合工程と、
    　前記活性炭と前記極性溶媒との混合物に、前記非極性樹脂バインダとを混合して、前記活性炭と前記極性溶媒と前記非極性樹脂バインダとの混合物を調整する第２混合工程と、を経て調整され、
    　前記第１混合工程と前記第２混合工程との間に、前記第１混合工程で調整された、前記活性炭と前記極性溶媒との混合物を、前記非極性樹脂バインダの軟化温度未満まで冷却する冷却工程を有することを特徴とする請求項７に記載の吸着式熱交換器の作製方法。
  9. 　前記活性炭に対する前記非極性樹脂バインダの重量比率が、１：０．０５～１：０．１５であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の吸着式熱交換器の作製方法。
  10. 　前記活性炭に対する前記極性溶媒の重量比率が、１：３～１：５であることを特徴とする請求項７から請求項９の何れか一項に記載の吸着式熱交換器の作製方法。
  11. 　前記ゲル状の吸着材コンポジット剤は、極性樹脂バインダをさらに含むことを特徴とする請求項７から請求項１０の何れか一項に記載の吸着式熱交換器の作製方法。
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