【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なう吸着式冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３の（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３の（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３の（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とを収設している。
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の先端から伝熱管５６の外周面に至る冷媒蒸気通路としての偏平な空隙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、加熱または冷却するタンク６３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６５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、前記吸着剤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を用いて粒状吸着剤５８をフィン５７に接着する方法も提供されている。 さらに、フィン５７に固着される吸着剤５８の形態として、図４の（ａ）〜（ｄ）に示すものがある。 図４
の（ａ）〜（ｄ）において図３の（ｂ）と同一な部分には同一符号を付してある。

【０００７】次に、上記のような構成をなす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にクーリングタワー等で生成した３０〜３２℃の冷却水を供給する。 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。 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。

【０００８】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。

【０００９】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５１の底面５１１で凝縮するので、このとき真空バルブ６４を開放すると冷媒液は重力により冷媒貯蔵タンク６
５に回収される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の吸着式冷凍装置は、フィンチューブのフィン表面に吸着剤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。 吸着剤が真空容器胴体内の水分を吸着した場合における吸着熱は、フィンを介してフィンチューブ内の流体に吸収させるが、銅粉などが混入された吸着剤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の量が少くなり、吸着量が少なくなるという問題がある。 本発明の目的は、吸着エレメントにおける熱伝導速度を加速向上させることで、被吸着剤の脱着・吸着を促進する吸着式冷凍装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の吸着式冷凍装置は以下の如く構成されている。 （１）本発明の吸着式冷凍装置は、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および前記フィンの表面に吸着剤を固着した吸着エレ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に固着された前記吸着剤内に金属糸を混入している。 （２）本発明の吸着式冷凍装置は、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および前記フィンの表面に固体状態の吸着剤を固着した吸着エレ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に固着された前記吸着剤内に短冊状の金属薄片を混入している。 （３）本発明の吸着式冷凍装置は上記（１）または（２）に記載の装置であって、かつ前記金属糸または前記金属薄片を前記チューブおよび前記フィンの表面に接触させている。

【００１２】上記手段を講じた結果、それぞれ次のような作用が生じる。 （１）本発明の吸着式冷凍装置によれば、前記吸着エレメントに固着された前記吸着剤内に金属糸を混入しているので、前記吸着エレメント内の温度が早く均一になるとともに、その熱伝導速度が加速向上することで、前記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・凝縮を効果的に行なうことができる。 （２）本発明の吸着式冷凍装置によれば、前記吸着エレメントに固着された前記吸着剤内に短冊状の金属薄片を混入しているので、前記吸着エレメント内の温度が早く均一になるとともに、その熱伝導速度（熱移動）が加速向上することで、前記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・凝縮を効果的に行なうことができる。 （３）本発明の吸着式冷凍装置によれば、前記金属糸または前記金属薄片を前記チューブおよび前記フィンの表面に接触させているので、前記チューブ、前記フィン、
および前記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。 したがって、前記真空容器内の被吸着剤の濃度は低くなり、前記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、前記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。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係る吸着式冷凍装置の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配管接続されている。

【００１４】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好ましい。

【００１５】図２の（ａ）は、吸着エレメント６の構成を示す図である。 図２の（ａ）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。

【００１６】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は吸着エレメント６の吸着剤１１
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・フェノール樹脂などを用い、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。

【００１７】図２の（ｂ）および（ｃ）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２の（ｂ）および（ｃ）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。 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の再生が行なわれる。 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され凝縮される。

【００１８】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）の吸着を行なう。 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。

【００１９】したがって、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。 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。

【００２０】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。

【００２１】つまり金属粉を用いた場合、その金属粉の周りの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、
金属粉と金属粉との間は分断されており熱が伝わりにくいため、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の熱伝達が非常に良くなる。

【００２２】なお、本発明は上記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。 （実施の形態のまとめ）実施の形態に示された吸着式冷凍装置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）１
３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。

【００２３】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または金属片１４を介してチューブ３内を流れる冷却水に伝達される。

【００２４】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、その熱伝導速度（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・凝縮を効果的に行なうことができる。 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。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、吸着エレメントにおける熱伝導速度を加速向上させることで、被吸着剤の脱着・吸着を促進する吸着式冷凍装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る吸着式冷凍装置の構成を示す図。

【図２】本発明の実施の形態に係る図であり、（ａ）は吸着エレメントの構成を示す図、（ｂ）および（ｃ）は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断面図。

【図３】従来例に係る図であり、（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４】従来例に係るチューブを示す断面図。

【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 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