JPH10185353A - 吸着式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吸着エレメントの外周部の熱伝導が向上し、特
に吸着工程において吸着剤の外周部で発生する吸着熱を
速やかにチューブに移し、吸着剤外周部の温度が上昇し
て吸着反応に遅れが生ずることを防止できる吸着式冷凍
装置を得る。 【解決手段】内部に熱媒体を流すチューブ３の表面にフ
ィン４を設け、前記チューブ３及びフィン４の表面に吸
着剤を固着した吸着エレメメント６を有する吸着式冷凍
装置１において、前記吸着エレメント６のフィン４及び
吸着剤の外周を、それに接する網状１５又は多孔状の金
属製外筒１６で覆ったことを特徴とする吸着式冷凍装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着剤を用いて熱
交換を行う吸着式冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ）は、従来のこの種の吸着式冷
凍装置の構成を示す図であり、図４（ｂ）はその構成要
素であるチューブを示す断面図である。これらの構成
は、実開昭６３−１４２６５９号公報に開示されてい
る。

【０００３】図４（ａ）および（ｂ）に示す吸着式冷凍
装置は、所要量の水等の冷媒を封入した真空容器の胴体
５１の内部空間５３に、熱源側熱媒を通過させる第１の
フィンチューブ５２，５２と、利用側熱媒を通過させる
第２のフィンチューブ５４，５４を収設している。第１
のフィンチューブ５２においては、伝熱管５６の外面に
直交する複数のフィン５７が配設されている。また第２
のフィンチューブ５４においては、伝熱管６１の外面に
ワイヤーフィン６２が螺旋状に配設されている。

【０００４】フィン５７の表面には、天然ゼオライト、
活性炭、活性アルミナあるいはシリカゲルの如き吸着剤
５８が、この吸着剤５８より熱伝導率の高いバインダー
５９例えばスミセラム（商品名）などの耐熱性無機質接
着剤を用いて各フィン５７の間隙の約３分の１程度の薄
い層状に接着されている。これらの固体状態の吸着剤５
８の層の間に、フィン５７の先端から伝導管５６の外周
面に至る冷媒蒸気通路としての偏平な空間６０が形成さ
れている。

【０００５】胴体５１の底部は、胴体底面５１１を温水
または冷却水に通過させて、加熱又は冷却するタンク６
３が一体的に備えられているとともに、タンク６３の下
方位置において、中間に真空バルブ６４を備えた配管６
５を介して、常時真空を保持し得る所定容量の冷媒貯蔵
タンク６６に接続されている。

【０００６】また、吸着剤５８の熱伝導率を向上させる
ために、吸着剤５８自体に銅粉などの熱伝導率の高い物
質を予め混入して固化し、これをフィン５７に固着した
り、予め銅粉を混入したバインダー５９に用いて粒状吸
着剤５８をフィン５７に接着する方法も提供されてい
る。

【０００７】さらに、フィン５７に固着される吸着剤５
８の形態として、図５（ａ）〜（ｄ）に示すものがあ
る。図５（ａ）〜（ｄ）において図４（ｂ）と同一な部
分には同一符号を付してある。

【０００８】次に、以上述べた従来の吸着式冷凍装置の
作用を述べる。まず脱着運転時において第１のフィンチ
ューブ５２に熱源側熱媒（例えば６０〜８０℃の熱水）
を供給し吸着剤５８を加熱脱着するとともに、第２のフ
ィンチューブ５４にクーリグタワー等で生成した３０〜
３２℃の冷却水を供給する。

【０００９】すると、吸着剤５８の加熱脱着により吐き
出された冷媒蒸気が第２のフィンチューブ５４の表面で
冷却されて凝縮し、液状の冷媒がフィン６２および伝熱
管６１の対向間隙に液膜状態で多量に保持される。

【００１０】すなわち、第１のフィンチューブ５２にお
いては吸着剤５８がフィン５７に直接固着され、吸着剤
５８の粒子がフィン５７の表面と面接触し、この部分で
の熱伝達率が高くなっているため、加熱速度が大きく脱
着工程時間が大幅に短縮される。

【００１１】次に、吸着運転時の作用を述べる。まず、
第１のフィンチューブ５２に冷却水（３０〜３２℃）を
供給し、吸着剤５８を冷却し胴体５１内の冷媒蒸気を吸
着させる。すると、第２のフィンチューブ５４の表面で
は、フィン６２に保持された冷媒が盛んに蒸発し、フィ
ンチューブ５４から気化熱を奪い第２のフィンチューブ
５４内を通過する利用側熱媒体は、その入口温度１２℃
から出口温度７℃程度まで冷却される。

【００１２】なお、運転条件（温度条件）の変化により
胴体５１内部の冷媒封入量が過多になった場合は、第２
のフィンチューブ５４内への冷媒供給を遮断したまま第
１のフィンチューブ５２に熱源側熱媒を供給する。そし
て吸着剤５８を加熱脱着しながら、タンク６３に冷却水
を供給すると、胴体５１内の冷媒はそのほとんどが胴体
底面５１１で凝縮するので、このとき真空バルブ６４を
解放すると冷媒液は重力により冷媒貯蔵タンク６６に回
収される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の吸着式
冷凍装置は、フィンチューブ５２，５２のフィン５７の
表面に吸着剤５８を固着したものであり、両者間の熱伝
導率を高める手段として提供されたものである。吸着剤
５８が真空容器の胴体５１内の水分を吸着した場合にお
ける吸着熱は、フィン５７を介してフィンチューブ５
２，５４内の流体に吸収させるが、銅粉などが混入され
た吸着剤５８は該銅粉などがそれぞれ分離した状態であ
る。そのため、該銅粉を混入しない場合より熱伝導は良
くなるが、該銅粉を大量に混入しないと熱伝導が向上し
ないという欠点がある。また、混入量を多くし過ぎると
吸着剤５８の量が少なくなり、吸着量が少なくなるとい
う問題がある。

【００１４】本発明の目的は、吸着エレメントの外周部
の熱伝導が向上し、特に吸着工程において吸着剤の外周
部で発生する吸着熱を速やかにチューブに移し、吸着剤
外周部の温度が上昇して吸着反応に遅れが生ずることを
防止できる吸着式冷凍装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に対応する発明は、内部に熱媒体を流すチ
ューブの表面にフィンを設け、前記チューブ及びフィン
の表面に吸着剤を固着した吸着エレメメントを有する吸
着式冷凍装置において、前記吸着エレメントのフィン及
び吸着剤の外周を、それに接する網状又は多孔状の金属
製外筒で覆ったことを特徴とする吸着式冷凍装置であ
る。

【００１６】請求項１に対応する発明によれば、吸着エ
レメントのフィン及び吸着の外周はそれに接する網状又
は多孔状の金属製外筒で覆ったので、吸着エレメントの
外周部の熱伝導が向上し、特に吸着工程において吸着剤
の外周部で発生する吸着熱を速やかにチューブに移し、
吸着剤外周部の温度が上昇して吸着反応に遅れが生ずる
ことを防止できる。

【００１７】前記目的を達成するために、請求項２に対
応する発明は、前記吸着剤内に金属糸、或いは短冊状の
金属片を混入してなることを特徴とする請求項１記載の
吸着式冷凍装置である。

【００１８】請求項２に対応する発明によれば、吸着エ
レメント内の温度が早く均一になるとともに、その熱伝
導度（熱移動）が加速向上することで、吸着エレメント
における被吸着剤の脱着・吸着を促進させ、熱交換器に
おける蒸発・凝縮を効果的に行うことができる。

【００１９】前記目的を達成するために、請求項３に対
応する発明は、前記金属糸、或いは短冊状の金属片を前
記チューブ、フィン、及び金属製外筒の表面に接触させ
てなることを特徴とする請求項２記載の吸着式冷凍装置
である。

【００２０】請求項３に対応する発明によれば、金属糸
または短冊状の金属薄片をチューブ、フィンおよび金属
製外筒の表面に接触させているので、チューブ、フィン
および吸着エレメントの前記金属糸または前記金属片を
介して前記吸着剤を冷却することにより、当該吸着式冷
凍装置を構成する真空容器内の被吸着剤が前記吸着エレ
メントの吸着剤に吸着される。従って、真空容器内の被
吸着剤の濃度は低くなり、真空容器の下部にあり前記熱
交換器に接する被吸着剤は蒸発することになり、そのと
き発生する水蒸気がその周囲から気化熱を奪う。よっ
て、熱交換器の冷水はさらに冷却され、その冷却された
低温の冷水を利用することが可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の吸着式冷凍装置
の第１の実施形態の概略構成を示す図である。図１にお
いて、吸着式冷凍装置１の真空容器２には、熱源側の熱
媒（温水）または冷媒（冷却水）が流通するチューブ３
が貫挿されている。このチューブ３にはフィン４がスパ
イラル状に一体成形されて設けられており、このフィン
４の各間隙には吸着エレメント６が固着されている。真
空容器２内の下部には被吸着剤である水が充填されてお
り、さらに蒸発・凝縮の機能を備えた熱交換器７が設け
られ、冷水が入出するように配管接続されている。

【００２２】図１ではフィン４が一体成形されて設けら
れているが、ロウ（蝋）付け等で固着されるようにして
もよい。さらに、その形状はスパイラル状に限らず、輪
形状のものを等間隔で取り付けてもよい。また被吸着剤
として水を用いたが、その他の吸着剤に吸着されるもの
でもよい。しかし、取扱いの容易さから水であることが
このましい。

【００２３】図２（ａ）は、フィン４および金属糸１２
または金属片１４入りの吸着エレメント６の外周面を網
状の金属製外筒１５で覆い、この金属製外筒１５の内周
面とフィン４および吸着エレメント６の外周面を接触さ
せた部分を断面とした斜視図である。

【００２４】また、図２（ｂ）は図２（ａ）の金属製外
筒１５を設けない代わりに、多孔状の金属製外筒（パン
チングメタル）１６を設けた場合の斜視図である。両図
において、フィン４は輪形状のフィンの場合を示したが
螺旋状に巻いたエロフィンでもよく、また吸着エレメン
ト６は金属糸１２を又は金属片１４を含んだ場合を示し
たが、吸着エレメント６は金属糸１２あるいは金属片１
４を含んでいなくてもよい。

【００２５】図３（ｃ）は、吸着エレメント６の構成を
示す図である。図３（ｃ）において、チューブ３の外周
とフィン４の間隙側面に固設される吸着エレメント６
は、吸着剤１１と金属糸１２が結合剤（接着剤）１３に
よって一体形成されたものである。吸着剤１１にはシリ
カゲル・アルミナゲル・活性炭等が用いられている。

【００２６】本実施の形態では、金属糸１２として安価
で熱伝導性の良い所定の長さを有する銅やアルミ材を用
いている。金属糸１２には吸着エレメント６の吸着剤１
１と結合剤１３の内にできるだけ均一に混入し、場合に
よっては金属糸１２同士が接するか、または金属糸１２
がチューブ３の外周およびフィン４の側面に接すること
で熱伝導性を高めている。また結合剤１３には、エチレ
ン系酢酸ビニル樹脂・フェノール樹脂等を用い、金属糸
１２に代え熱伝導性の良いアルミ箔など所定の長さを有
する短冊状の金属片１４を用いることも可能である。

【００２７】図３（ｄ）および（ｅ）は、吸着エレメン
ト６がチューブ３およびフィン４に固着した状態を示す
断面図である。吸着エレメント６がチューブ３およびフ
ィン４に固着する形状を図３（ｄ）および（ｅ）に示す
ようにすることで、被吸着剤（水）の脱着効果が上が
る。

【００２８】以上の吸着エレメント６の構成において、
吸着式冷凍装置１の運転における脱着工程では、チュー
ブ３内に熱源側の熱媒である流体（温水等）を流すこと
により、吸着剤１１の再生が行われる。すなわち、チュ
ーブ３内に温水等を流すことにより、チューブ３とフィ
ン４および吸着剤エレメント６の金属糸１２または金属
片１４を介して吸着剤１１が加熱され、吸着剤１１に吸
着保持された被吸着剤（水）が脱着され、熱交換器７に
おいて冷却水により冷却され凝縮される。

【００２９】また、運転時の吸着工程においては、吸着
剤１１は真空容器２内の被吸着剤（水蒸気）の吸着を行
う。そのときに発生する吸着熱は、予めチューブ３内に
冷却源熱媒体である流体（冷却水等）を流すことにより
取り除かれる。すなわち、チューブ３とフィン４および
吸着エレメント６の金属糸１２または金属片１４を介し
て吸着剤１１を冷却することにより、吸着式冷凍装置１
を構成する真空容器内２の被吸着剤（水蒸気）は、吸着
エレメント６の吸着剤１１に吸着される。

【００３０】従って、真空容器２内の被吸着剤（水蒸
気）の濃度は低くなり、これにより真空容器２の下部に
あり熱交換器７に接する被吸着剤（水）は蒸発すること
になり、そのとき発生する水蒸気がその周囲から気化熱
を奪う。よって、熱交換器７の冷水はさらに冷却され、
その冷却された低温の冷水を利用することができる。

【００３１】このような装置を二式用意し交互に利用す
ることで常に温水を利用して冷水を得ることができる。
なお、吸着剤１１と結合剤１３からなる吸着エレメント
６に金属糸１２または金属片１４を混入することで、吸
着剤１１と結合剤１３の結合体間の補強がなされ、吸着
剤１１と結合剤１３が負荷を受けても壊れにくくなる。
したがって、熱ストレスに対しても抗力を増す。ここで
熱伝導および強度に対しては、金属糸１２を混入した場
合の方が金属片１４を混入した場合よりも、混入する金
属量が同程度であるとすればその効果は優れている。し
かし金属片１４が充分薄いものであれば、実用に際して
は充分な効果を奏する。

【００３２】つまり、金属粉を用いた場合、その金属粉
の周りにごく一部のみ熱伝導率が高くなり、その金属部
に熱が通り温度が均一化される。しかしながらこの場
合、金属粉と金属粉のあいだは分断されており熱が加わ
りにくいため、金属粉の量を多くしなければならない。
しかし金属糸や金属片であれば、その長さ方向に熱が伝
わりやすく、その表面全域が均一な温度になるので、吸
着エレメント６の熱伝導が非常によくなる。

【００３３】なお、本発明は前述の実施の形態のみに限
定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施で
きる。以上述べた本発明の吸着式冷凍装置１によれば実
施形態によれば、次のような作用効果が得られる。

【００３４】（１）図２に示すように、フィン４および
吸着エレメント６を網状の金属製外筒１５または多孔状
の金属製外筒１６で覆った場合は、吸着エレメント６の
外周部とチューブ３の間を外筒１５または１６およびフ
ィン４の金属で繋ぐので、熱伝導率がよくなり速やかに
温度を均一にすることができ、特に吸着工程時には吸着
熱によって外周部の温度が高くなって吸着反応が遅れる
のを防止する。

【００３５】（２）図３に示すように、吸着式冷凍装置
１は、所定量の被吸着剤（水）が封入された真空容器２
の胴体内に、吸着剤１１に被吸着剤を吸着させるときに
発生する吸着熱を除去するための流体および被吸着剤を
吸着剤１１から脱着するために、加熱流体を通すチュー
ブ３、このチューブ３と吸着剤１１との間の熱伝達を容
易にするためにチューブ３に設けたフィン４、およびチ
ューブ３とフィン４に吸着剤１１を固着させるととも
に、吸着剤１１同士を接合させる結合剤（接着剤）１３
からなり、吸着剤１１と結合剤１３により形成される吸
着エレメント６に金属糸１２または短冊状の薄い金属片
１４を混入して結合している。

【００３６】吸着式冷凍装置１の熱源体の流体を供給す
るチューブ３に配設されたフィン４の間隙において、吸
着剤１１に金属糸１２または金属片１４を混入して結合
剤（接着剤）１３で形成された吸着エレメント６を固着
することにより、チューブ３内を流通する熱媒体の熱は
吸着剤１１と結合剤１３同士および混入された金属糸１
２または金属片１４を介して、吸着エレメント６の占有
体積内の吸着剤１１に確実に熱伝達される。また吸着剤
１１の温度が吸着熱により上がった場合、吸着剤１１と
結合剤１３同士および混入された金属糸１２また金属片
１４を介してチューブ３内を流れる冷却水に伝達され
る。

【００３７】つまり、金属糸１２または金属片１４を混
入することにより吸着エレメント６内の温度が早く均一
になるとともに、その熱伝導度（熱移動）を加速向上さ
せることで、吸着エレメント６における被吸着剤の脱着
・吸着を促進させ、熱交換器７における蒸発・凝縮を効
果的に行うことができる。すなわち、金属粉を用いる場
合よりはるかに少量の金属片１４または金属糸１２を混
入することで、熱伝導が良くなり効率の向上が図れると
ともに、金属粉では得られにくい吸着エレメント６の強
度も向上し、吸着エレメント６の耐久性も向上する。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、吸着エレメントの外周
部の熱伝導が向上し、特に吸着工程において吸着剤の外
周部で発生する吸着熱を速やかにチューブに移し、吸着
剤外周部の温度が上昇して吸着反応に遅れが生ずること
を防止できる吸着式冷凍装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸着式冷凍装置の第１の実施形態を示
す概略構成図。

【図２】図１の具体的な構成を説明するための図であ
り、（ａ）および（ｂ）はそれぞれフィンと吸着剤を金
属網の外筒で覆った状態を示す斜視図、フィンと吸着剤
を多孔状の金属製外筒で覆った状態を示す斜視図。

【図３】図１の具体的な構成を説明するための図であ
り、（ｃ）は吸着エレメントの構成図、（ｄ）及び
（ｅ）はそれぞれ吸着エレメントがチューブおよびフィ
ンに固着した状態を示す図。

【図４】従来の吸着式冷凍装置の一例を示す概略構成図
であり、（ａ）は吸着式冷凍装置の構成を示す図、
（ｂ）はチューブを示す断面図。

【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図４の従来の吸着式
冷凍装置のフィンの異なる例を示す断面図。

【符号の説明】

１…吸着式冷凍装置 ２…真空容器 ３…チューブ ４…フィン ６…吸着エレメント ７…熱交換器 １１…吸着剤 １２…金属糸 １３…結合剤（接着剤） １４…金属片 １５…外筒（金属網） １６…外筒（金属の多孔板） ５１…胴体 ５１１…胴体底面 ５２…第１のフィンチューブ ５３…内部空間 ５４…第２のフィンチューブ ５６…伝熱管 ５７…フィン ５８…吸着剤 ５９…バインダー ６０…空隙 ６１…伝熱管 ６２…ワイヤーフィン ６３…タンク ６４…真空バルブ ６５…配管 ６６…冷媒貯蔵タンク

フロントページの続き (72)発明者 平松 正義 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社技術開発本部電気 利用技術研究所内 (72)発明者 春日 智子 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社技術開発本部電気 利用技術研究所内 (72)発明者 安達 秀一 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内 (72)発明者 竹内 稔朗 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内 (72)発明者 宮入 嘉夫 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に熱媒体を流すチューブの表面にフ
   ィンを設け、前記チューブ及びフィンの表面に吸着剤を
   固着した吸着エレメメントを有する吸着式冷凍装置にお
   いて、 前記吸着エレメントのフィン及び吸着剤の外周を、それ
   に接する網状又は多孔状の金属製外筒で覆ったことを特
   徴とする吸着式冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記吸着剤内に金属糸、或いは短冊状の
   金属片を混入してなることを特徴とする請求項１記載の
   吸着式冷凍装置。
3. 【請求項３】 前記金属糸、或いは短冊状の金属片を前
   記チューブ、フィン、及び金属製外筒の表面に接触させ
   てなることを特徴とする請求項２記載の吸着式冷凍装
   置。