JP2550768B2

JP2550768B2 - 吸着熱交換器

Info

Publication number: JP2550768B2
Application number: JP2265584A
Authority: JP
Inventors: 卓也寺岡; 泰嘉篠田; 昇小林
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1990-10-02
Filing date: 1990-10-02
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH04143558A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は液相と気相の間で相変化する熱媒の脱着を通
じて熱交換作用を行う吸着熱変換器に関するものであ
る。

第８図には、このような吸着熱交換器を組込んだシス
テムの一例を示している。

このシステムは空調用のもので、特開昭62−91763号
公報に記載されているものである。以下、吸着熱交換器
の作用をこの第８図のシステム例を参照しながら説明す
ると、吸着熱交換器は、液相と気相の間で相変化する熱
媒（冷媒）を有する雰囲気10中に設置され、該吸着熱交
換器を構成する吸着熱交換エレメント中の吸着剤が当該
熱媒の蒸気Ｃを吸着又は放出することによってその機能
を果すものである。

即ち、、蒸気吸着熱交換器中の吸着剤は、これを冷却
することによって蒸気熱媒蒸気Ｃを吸着し（但し飽和状
態となるまで）、加熱することによって同熱媒蒸気Ｃを
放出する（吸着剤の再生）。

この熱媒蒸気Ｃの吸着時に該熱媒の蒸発作用が生じ、
その蒸発潜熱により、当該熱媒が接触していた同雰囲気
10中の他系統の熱交換器（利用側熱交換エレメント）２
を冷却する。吸着剤に熱媒蒸気Ｃの吸着作用を生じさせ
るには、吸着熱交換エレメント１中の伝熱管に冷水等の
冷却用流体を流通させる。これに対して、吸着剤から熱
媒を放出させる（吸着剤の再生）には、同伝熱管をボイ
ラ廃水あるいは太陽熱温水等の比較的低温の再生用流体
を流通させる。

これを第８図のシステム例について言えば、同図にお
いて符号26はボイラ廃水槽や太陽熱温水器等の比較的低
温の加熱用流体を供給する加熱用熱源体であり、27はク
ーリングタワー等の冷却用熱源体である。又、符号28は
利用側熱交換エレメント２で冷却生成された冷水を貯え
ておくための冷水貯槽、34は冷水貯槽28内の冷水を利用
して冷房を行わしめるための空調用の熱交換器である。

先ず、上記システムにおいて、吸着熱交換エレメント
１が熱媒蒸気を吸着する吸着行程について説明すると、
この場合は、バルブV₁,V₂の切替により吸着熱交換エレ
メント１用の配管L₁をクーリングタワー27側配管L₂₇に
接続させる。又、利用側熱交換エレメント２用の配管L₂
はバルブV₃,V₄の切替によりこれを冷水貯槽28側の配管L
₂₈に接続させる。そして、クーリングタワー27及び配管
L₂₇中のポンプP₂₇、配管L₂₈中のポンプP₂₈を運転する
と、吸着熱交換エレメント1,1には実線矢印Ａで示すよ
うにクーリングタワー27から冷却用流体が供給される。
この冷却用流体は、吸着熱交換エレメント1,1に供給さ
れ、該吸着熱交換エレメント1,1中の吸着剤を冷却す
る。

吸着剤の温度が低下すると、該吸着剤は雰囲気10中に
充満している熱媒の蒸気Ｃを吸着する。そして、該熱媒
蒸気Ｃの連続的吸着作用により雰囲気10中の蒸気圧力が
低下すると、次は利用側熱交換エレメント２の表面に付
着している液状の熱媒が気化するようになり、その気化
熱により利用側熱交換エレメント２を冷却する。そのよ
うにして冷却された利用側熱交換エレメント２に対して
実線矢印Ｂで示すように、ポンプP₂₈により冷水貯槽28
内の水Ｗを供給すれば該水Ｗは冷却されて冷水となって
冷水貯槽28に蓄積される。そして、ポンプP₃₄を運転し
てこの冷水を空調用熱交換器34に供給すれば、これを冷
房熱源とすることができる。

このようにして一定時間吸着熱交換エレメント1,1を
冷却すると、やがて吸着剤が飽和状態に達し、熱媒蒸気
の吸着作用が鈍化又は停止するので、次には吸着熱交換
エレメント１の吸着剤から熱媒蒸気を放出させるための
再生行程に転換させる。

吸着熱交換エレメント１の吸着剤を再生する場合に
は、バルブV₁,V₂を切替えて吸着熱交換エレメント１用
の配管L₁を熱源体26側の配管L₂₆に接続させ、さらにバ
ルブV₃,V₄を切替えて利用側熱交換エレメント２側の配
管L₂をクーリングタワー27の配管L₂₇に接続させる。

上記のような配管の接続状態において、配管L₂₆中の
ポンプP₂₆及び配管L₂₇中のポンプP₂₇を運転すると、吸
着熱交換エレメント１には破線矢印Ｃで示すように熱源
体26から加熱用流体が供給される。この加熱用流体によ
り吸着熱交換エレメント1,1の吸着剤が加熱されると、
吸着剤中に吸着されている熱媒が分離放出され、雰囲気
10中における熱媒蒸気Ｃの濃度が高くなる。

一方、ポンプP₂₇の運転により利用側熱交換エレメン
ト２には破線矢印Ｄで示すようにクーリングタワー27か
ら冷却用の流体が供給され、これによって利用側熱交換
エレメント２が冷却されることで雰囲気10中の熱媒蒸気
Ｃは凝縮液化して利用側熱交換エレメント２の表面に付
着する。この吸熱熱交換エレメント１からの熱媒の放出
（吸着剤の再生）は、該吸着剤からの熱媒の放出速度が
鈍化するか、あるいは停止状態となるに及んで中止さ
れ、次の吸着行程に切替えられる。尚、この再生行程の
間は冷水貯槽28用の配管L₂₈中にあるポンプP₂₈は休止し
ているが、冷水貯槽28には必要量の冷水が貯留されてい
るので、空調用熱交換器34への冷水供給は中断すること
なく継続することができる。

以上のような吸着行程及び再生行程を交互に繰返すこ
とにより、比較的低温の加熱用熱媒を利用した冷凍運転
を行うことができるものである。

（従来の技術）ところで、この種の吸着熱交換器の従来例としては、
例えば、第９図（前述の特開昭62−91763号公報の第３
図）に記載される如きものがある。

この従来例のものは、伝熱管51に一定の間隔でフィン
52を装着した伝熱芯管の各フィン52,52・・の間に粒状
の吸着剤53を詰め込み、その外側を金網54で被覆して構
成されている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、かかる従来構造の吸着熱交換器の如く、単
に粒状の吸着剤53を詰め込んだものでは、伝熱管51又は
フィン52と吸着剤53との間の接触が悪いことから、この
部分での接触熱抵抗の増加により十分な伝熱性能が得ら
れにくいとともに、吸着剤からの熱除去性能が劣り該吸
着剤の吸着及び再生作用が不十分になり易いという問題
があった。

さらに、熱交換器においては、複数の伝熱管を組み合
わせて所要能力をもつ熱交換器を構成するのが通例であ
るが、かかる場合において各伝熱管が上記従来例の如き
構成であると、各伝熱管にそれぞれ個別に吸着剤53を詰
め込まなければならないことからその作業性が低劣であ
るとともに、形状が大型化し易いという問題があった。

そこで本発明は、複数の伝熱管とこれらに跨って設け
られる伝熱フィンとからなる偏平形態の伝熱ユニットの
外側を吸着剤成形体により被包してこれを一体化するこ
とで、コンパクトで且つ熱交換性能に優れた吸着熱交換
器を提供せんとしてなされるものである。

（課題を解決するための手段）本発明では、かかる課題を解決するための具体的手段
として、第１図〜第７図に例示するように、相互に所定
間隔をもって略平行に列設配置された複数の伝熱管11,1
1,・・相互間に該各伝熱管11,11,・・の列設面に略平行
に延出する如く伝熱フィン12,12,・・を取り付けてなる
略偏平形態をもつ伝熱ユニット10と、吸着剤を焼結成形
してなり且つ上記伝熱ユニット10の外側をその外面形状
に沿って伝熱接触可能に被包する吸着剤成形体13とを備
えたことを特徴としている。

（発明の作用及び効果）本発明の吸着熱交換器によれば、複数の伝熱管11,11,
・・とこれらに跨って設けられた伝熱フィン12,12,・・
とからなる略偏平形態をもつ伝熱ユニット10の外側を、
吸着剤を焼結成形してなる吸着剤成形体12により被包し
た構造であることから、吸着剤と各伝熱管11,11,・・あ
るいは各フィン12,12,・・との間の接触熱抵抗が小さ
く、それだけ熱交換効率のより一層の向上、延いては吸
着熱交換器のより一層の小型化が図れる。

また、各フィン12,12,・・が各伝熱管11,11,・・相互
間に跨って配置されていることから、例えば上掲公知例
の如き構成の伝熱管を複数本配置する場合に比して、伝
熱面積の確保が容易であり、伝熱性能がさらに向上する
ことになる。

さらに、複数本の伝熱管11,11,・・とフィン12,12,・
・とでなる略偏平形態の伝熱ユニット10の外側を吸着剤
成形体13により被包して熱交換器を構成しているので、
熱交換器そのものが偏平形態を有している。従って、か
かる偏平形態の熱交換器を必要に応じて複数個積層配置
することで、より大きな熱交換能力をもち且つコンパク
ト形状の熱交換器を容易に得ることができるものであ
る。

（実施例）以下、添付図面を参照して本願各発明の好適な実施例
を説明する。

第１実施例第１図には、本発明の実施例にかかる吸着熱交換器を
構成するための吸着熱交換エレメントが示されており、
同図において符号１は吸着熱交換エレメント全体、11は
伝熱管、12は網状フィンで構成される伝熱フィン、13は
吸着剤を焼結して成形された吸着剤成形体13をそれぞれ
示している。

伝熱管11は銅、アルミニウム等の高伝熱性の材料から
なる円筒管で構成されている。

伝熱フィン12は、伝熱管11と同様に銅、アルミニウム
等の高伝熱性の金属材料で作られており、所定の間隔を
もって平行配置された日本の伝熱管11,11相互間に跨が
るようにして該伝熱管11,11に対して、上下方向に所定
間隔をもって三枚重ね状態で且つ該伝熱管11,11の列設
面に平行に延出した状態で取付けられている。そして、
この伝熱管11,11とこれに固着された伝熱フィン12,12,
・・とで略偏平形態をもつ伝熱ユニット10が構成され
る。

さらに、この伝熱ユニット10は、後述の吸着剤成形体
13によってその内部に被包され該吸着剤成形体13と一体
化されることにより、吸着熱交換エレメント１を構成す
る。尚、この吸着熱交換エレメント１は、これ単体で、
あるいは複数個積層されて、一つの熱交換器を構成す
る。

ここで、この吸着剤成形体13の成形方法を説明する
と、先ず最初に、上記伝熱ユニット10を成形型（図示省
略）内にセットする。次に、例えば、ゼオライト、シリ
カゲル等の吸着剤に、伝熱性に優れた銅粉あるいは銅繊
維等からなる伝熱促進材を所定混合比で混ぜ合せ、且つ
これをスラリー状とする。そして、この伝熱促進材が混
合されたスラリー状の吸着剤を上記成形型内に投入し、
且つこれを該伝熱ユニット10の各部に隙間なく充填す
る。

然る後、成形型を閉じ、加圧しながら上記吸着剤を焼
結させ、略板状の吸着剤成形体13を得るものである。

従って、吸着剤成形体13の焼結成形状態においては、
上記伝熱ユニット10は該吸着剤成形体13内に被包された
状態で一体化される。そして、この場合、吸着剤成形体
13と、伝熱ユニット10との間の密着性は、焼結前におけ
る吸着剤の充填作用と、焼結成形時における加圧作用と
の相乗的効果により、極めて高水準に維持されている。

このように構成された吸着熱交換エレメント１を備え
た吸着熱交換器においては、先ず、上述のように伝熱ユ
ニット10と吸着剤成形体13との密着性が極めて高くこれ
らの間の接触熱抵抗が可及的に低減されその伝熱性が良
好ならしめられていること、及び吸着剤成形体13を構成
する吸着剤に伝熱促進材が混入され該吸着材成形体13そ
のものの伝熱性が該吸着材のみの場合よりもさらに高め
られていること、さらに各フィン12,12,・・が各伝熱管
11,11,・・相互間に跨がった状態で配置されておりその
伝熱面積を十分にくほできることから、より高水準の熱
交換性能を享有することとなる。

尚、吸着材に混合される伝熱促進材として、例えば粉
体状のものを使用した場合には該伝熱促進材と吸着剤と
の混合状態の均一化が図り易く、このため吸着熱交換エ
レメント１の全域における伝熱性の管理が容易になると
いう利点が有る。また、繊維状のものを使用した場合に
は、繊維状のものに特有の拘束作用によって吸着剤成形
体13の強度アップが図れ、結果的に該吸着剤成形体13の
薄肉化の促進によりその伝熱性のより一層の向上が図れ
るという利点が有る。

また、この吸着熱交換エレメント１を複数枚組み合わ
せて所定本数の伝熱管11,11,・・を有する熱交換器を製
造する場合には、該吸着熱交換エレメント１を順次積層
配置することによって一度に複数本（この実施例におい
ては２本）づつ伝熱管11,11,・・を組み付けることがで
き、例えばこの伝熱管を一本づつ組み付ける場合に比し
て、その製造上の作業性が良好となる。

さらに、この熱交換エレメント１は、略偏平形態をも
つ伝熱ユニット10の外側を、該伝熱ユニット10の外面形
状に沿う如く吸着剤成形体13により被包して構成される
ことから、その外形形状は上記伝熱ユニット10と同様の
略偏平形態とされている。このため、この伝熱ユニット
10をその厚さ方向に複数枚積層することで、全体として
の厚さ寸法をより小さく抑えた状態で、大きな熱交換能
力をもつ熱交換器を構成することができ、熱交換器のコ
ンパクト化と能力増大とを両立し得るものである。

また、この吸着熱交換エレメント１の組付けに際して
は、これが比較的強度の高い吸着剤成形体３によって被
包されていることから、その取扱いが容易であり、これ
によっても作業性の向上が図られるものである。

第２実施例第２図および第３図には、本発明の第２実施例にかか
る吸着熱交換器に適用される吸着熱交換エレメント１が
示されている。この吸着熱交換エレメント１は、上記第
１実施例で示した吸着熱交換エレメント１の変形例とも
言うべきものであって、上記第１実施例のものが伝熱フ
ィン12として網状フィンのみを使用していたのに対し
て、この第２実施例のものは、網状フィンに加えて、伝
熱管11,11の外周に放射状に針状フィンを設け、この両
者で伝熱フィン12を構成したものである。

従って、この実施例のものにおいては、針状フィンを
持たない第１実施例の吸着熱交換エレメント１よりもさ
らに高い伝熱性能を確保することができるものである。

第３実施例第４図及び第５図には、本発明の第３実施例にかかる
吸着熱交換器に適用される吸着熱交換エレメント１が示
されている。この吸着熱交換エレメント１は、伝熱ユニ
ット10を、伝熱管11,11と、これら相互間に跨がるよう
にして固着された多数のは針状フィン及び該伝熱管11,1
1の外周面に放射状に固着した多数の針状フィンとから
なる伝熱フィン12,12,・・とで構成したものである。
尚、吸着剤成形体13は、上記第１実施例の場合と同様構
成とされている。

この実施例の吸着熱交換エレメント１においても、上
記第１実施例と同様の作用効果が得られるものである。

第４実施例第６図及び第７図には、本発明の第４実施例にかかる
吸着熱交換器に適用される吸着熱交換エレメント１が示
されている。この吸着熱交換エレメント１は、伝熱ユニ
ット10を、伝熱管11,11と、これら相互間に跨がるよう
にして所定間隔で平行配置された複数本のコイル状フィ
ンからなる伝熱フィン12,12,・・とで構成したものであ
る。尚、吸着剤成形体13は、上記第１実施例の場合と同
様構成とされている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の吸着熱交換器に使用され
る吸着熱交換エレメントの斜視図、第２図は第２実施例
の吸着熱交換器に使用される吸着熱交換エレメントの平
面図、第３図は第２図のII−II断面図、第４図は第３実
施例の吸着熱交換器に使用される吸着熱交換エレメント
の平面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ断面図、第６図は第
４実施例の吸着熱交換器に使用される吸着熱交換エレメ
ントの平面図、第７図は第６図のVII−VII断面図、第８
図は吸着熱交換器を使用したシステム例の説明図、第９
図は従来の吸着熱交換器に使用されている吸着熱交換エ
レメントの一部拡大図である。１……吸着熱交換エレメント 11……伝熱管 12……伝熱フィン 13……吸着剤成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−205758（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−232242（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−185446（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−142659（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−556（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に所定間隔をもって略平行に列設配置
された複数の伝熱管（11），（11），・・相互間に該各
伝熱管（11），（11），・・の列設面に略平行に延出す
る如く伝熱フィン（12），（12），・・を取り付けてな
る略偏平形態をもつ伝熱ユニット（10）と、吸着剤を焼結成形してなり且つ上記伝熱ユニット（10）
の外側をその外面形状に沿って伝熱接触可能に被包する
吸着剤成形体（13）とを備えたことを特徴とする吸着熱
交換器。