JP2009036429A - 一体型吸着器 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着式冷凍サイクルを利用したシステムにおいて、より一層の小型化と冷熱生成の高効率化との両立を図り得る一体型吸着器を提供する。
【解決手段】 真空ポンプ２０により真空状態に維持されるハウジング２１内を仕切り壁２４で反応空間２１０と断熱空間２１１とに仕切る。反応空間の上側に吸着／脱着用熱交換器２２を、下側に凝縮／蒸発用熱交換器２３を配設する。凝縮／蒸発用熱交換器のフィン部分２３１を仕切り壁２４により形成された深皿容器部２４０内に収容し、ハウジング内表面との間を断熱空間で隔てて断熱する。吸着剤Ｓに吸着された水蒸気が脱着されて、凝縮・液化した水Ｗが深皿容器内に溜まる。真空仕切り弁により断熱空間も真空引きさせ、凝縮器として機能するときの凝縮／蒸発用熱交換器の断熱を図る。
【選択図】 図４

Description

本発明は、吸着式冷凍サイクルを利用した吸着式ヒートポンプあるいは吸着式冷凍機に用いられ、吸着質の吸着／脱着を行う吸着／脱着用熱交換器と、吸着質を凝縮／蒸発させる凝縮／蒸発用熱交換器とを１つのハウジング内に配設させた一体型吸着器に関する。

従来、吸着式冷凍サイクルを利用した吸着式冷凍機として、一対の吸着用熱交換器と、これら一対の吸着用熱交換器の上側位置に配置した凝縮器と、下側位置に配置した蒸発器と互いに区切った状態で備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。このものでは、一対の吸着用熱交換器を個別に仕切り、これらと凝縮器が配置された区画との間を仕切ってそれぞれ個別に水蒸気バルブで開閉可能に連通させると共に、上記の個別に仕切った一対の吸着用熱交換器と蒸発器が配置された区画との間も仕切ってそれぞれ個別に水蒸気バルブで開閉可能に連通させている。

又、吸着式冷凍サイクルを利用する吸着式冷凍機に用いる吸着器として、内部に吸着剤を充填させた吸着／脱着用の熱交換部材と、内部に冷媒を封入させて凝縮／蒸発作用を行う熱交換部材とを備えたものも知られている(例えば特許文献２又は特許文献３参照)。

特許３４９０５４３号公報 特開２００５−３００１２９号公報 特開２００６−２００８７０号公報

ところで、吸着式冷凍サイクルを利用して低温排熱を熱源として冷熱を連続して取り出すためには、吸着／脱着を行うコア部分として同じ構成のものを少なくとも２つ備えるようにして、吸着／脱着を交互に繰り返させることが必要になるため、全体システムの大型化を招くことになる。このため、全体システムの小型化を図る上で、吸着／脱着用熱交換器と、凝縮／蒸発用熱交換器とを同じハウジング内に配設した一体型の吸着器を用いるようにすることが考えられている。すなわち、凝縮器と蒸発器とを別個に備えるのではなくて、１つの熱交換器を用い内部に供給する熱媒体を変えることによって凝縮と蒸発とを交互に行わせるようにし、例えば図８に示すように、１つのハウジング１０１内に吸着／脱着用の１つの熱交換器１０２と、凝縮／蒸発用の１つの熱交換器１０３とを配設し、略真空状態にしたハウジング１０１の内部に吸着質(例えば水)Ｗを封入するのである。

このような一体型の吸着器を用いる場合、上側位置の吸着／脱着用熱交換器１０２から脱着した気相吸着質(例えば水蒸気)が、凝縮器として機能するように内部に低温の熱媒が供給された凝縮／蒸発用熱交換器１０３と触れることにより凝縮・液化してハウジング１０１底部に水Ｗとなって溜まることになる。ところが、その凝縮・液化の際にハウジング１０１底部の内表面近傍位置はハウジング１０１の壁を介して直接に外部と接触しているため、ハウジング１０１底部の内表面の存在自体が凝縮／蒸発用熱交換器１０３による吸着質の凝縮・液化という反応を阻害する側に作用することになる。

従って、一体型吸着器を構成する場合には、特に凝縮／蒸発用熱交換器の断熱性能の向上、吸着質自体の減容量化、凝縮／蒸発用熱交換器の凝縮と蒸発との切換え時に吸着質の顕熱の影響を排しつつ蒸発潜熱による冷熱生成の効率化などを図ることにより、より一層の小型化と冷熱生成の高効率化との両立を図る必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸着式冷凍サイクルを利用したシステムにおいて用いる一体型吸着器において、より一層の小型化と冷熱生成の高効率化との両立を図り得る一体型吸着器を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明では、内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設された一体型吸着器を対象にして、次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記凝縮／蒸発用熱交換器の下側を覆うように配設されてその凝縮／蒸発用熱交換器と上記ハウジングの底部の内表面との間のハウジング内を仕切る仕切り壁と、上記仕切り壁によってその仕切り壁と上記ハウジングの底部の内表面との間に区画形成される断熱空間とを備えることとした(請求項１)。

この発明の場合、一体型吸着器が脱着−凝縮工程に入ると、吸着／脱着用熱交換器の吸着剤に吸着されていた吸着質が脱着されて仕切り壁の上側のハウジング内に放出される一方、その脱着された吸着質が凝縮器として機能するように設定された凝縮／蒸発用熱交換器によって凝縮・液化し、凝縮・液化した液相の吸着質が仕切り壁の上に溜まることになる。この凝縮・液化の際に、凝縮器として機能する凝縮／蒸発用熱交換器が仕切り壁によってハウジングの底部の内表面との間が断熱空間を挟んで完全に隔てられて断熱されることになるため、ハウジングの内表面との接触により凝縮・液化作用が阻害もしくは低減されることもない。これにより、凝縮／蒸発用熱交換器による凝縮性能を高めることが可能になり、小型化を図りつつも、冷熱生成の効率化をも図ることが可能となる。

本発明においては、上記仕切り壁として上方に開放された深皿容器部を備えるものとし、上記凝縮／蒸発用熱交換器をその熱交換部が上記深皿容器部内に収容されるように配設するようにすることができる(請求項２)。このようにすることにより、上記の脱着−凝縮工程に入って凝縮・液化した液相の吸着質が深皿容器部内に溜まることになり、次の吸着−蒸発工程に切換えられたときには深皿容器部内に溜まった液相の吸着質が凝縮／蒸発用熱交換器の熱交換部によって蒸発されることになる。このように、深皿容器部内に収容された凝縮／蒸発用熱交換器によって吸着質の凝縮／蒸発が行われることになるため、ハウジング底部に液相の吸着質を溜める場合よりも、効率良く吸着冷凍サイクルを実現させることが可能になる。

又、本発明において、上記仕切り壁に形成されてその仕切り壁よりも上側の反応空間と上記断熱空間とを互いに連通させる連通孔と、この連通孔を開閉可能に閉止する真空仕切り弁とを備えるようにし、上記反応空間の真空引きに伴い上記真空仕切り弁が開作動されて断熱空間も共に真空引きされる構成とすることができる(請求項３)。このようにすることにより、反応空間を所定の真空状態にすれば、断熱空間をも所定の真空状態にすることが可能となり、反応空間を真空引きするための手段(例えば真空ポンプ)が１つあればよくなる。従って、断熱空間の真空引きのために例えば真空ポンプを別途設置する必要もなくなる。又、断熱空間を真空状態にし得ることで、断熱性能を高めて請求項１又は請求項２による作用をより増大させることも可能となる。

さらに、本発明において、上記凝縮／蒸発用熱交換器の少なくとも熱交換部の周囲を上側から下側にかけて覆う吸湿材を備えこととし、上記吸湿材を、その少なくとも下端部が、上記吸着／脱着用熱交換器の吸着剤から脱着し凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮・液化されて上記仕切り壁の上に溜まる液相の吸着質に浸かるように設定することができる(請求項４)。このようにすることにより、凝縮／蒸発用熱交換器として通常採用されるフィン・アンド・チューブ形式の熱交換器の金属製フィンから蒸発させる場合よりも、蒸発させ易い上に、蒸発表面積を大幅に増大させて蒸発に伴う気化熱も大幅に増大させることが可能となる。これにより、凝縮／蒸発用熱交換器を蒸発器として機能させて冷熱を生成させる際の冷熱生成性能を大幅に向上させることが可能となる。

第２の発明では、内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設された一体型吸着器を対象として、次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記凝縮／蒸発用熱交換器の少なくとも熱交換部の周囲を上側から下側にかけて覆う吸湿材を備えることとし、上記吸湿材を、その少なくとも下端部が、上記吸着／脱着用熱交換器の吸着剤から脱着し凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮・液化されてハウジング底部に溜まる液相の吸着質に浸かるように設定することとした(請求項５)。

この発明の場合、一体型吸着器が吸着−蒸発工程に切換えられたとき、前工程で液相の吸着質を吸い込んで吸湿した吸湿材から吸着質が蒸発されることになり、凝縮／蒸発用熱交換器として通常採用されるフィン・アンド・チューブ形式の熱交換器の金属製フィンから蒸発させる場合よりも、蒸発させ易い上に、蒸発表面積を大幅に増大させて蒸発に伴う気化熱も大幅に増大させることが可能となる。これにより、凝縮／蒸発用熱交換器を蒸発器として機能させて冷熱を生成させる際の冷熱生成性能を大幅に向上させることが可能となる。

又、上記第２の発明において、上記凝縮／蒸発用熱交換器を、その熱交換部が上記ハウジング底部に溜まる液相の吸着質よりも上方に離されるように位置設定することができる(請求項６)。このようにすることにより、凝縮／蒸発用熱交換器の熱交換部が液相の吸着質に浸っている場合にはその吸着質の顕熱の影響を受けるのに対し、上記の如く熱交換部がハウジング底部に溜まる液相の吸着質よりも上方に離されるように位置設定されているため、蒸発と凝縮との交互切換えの際に、上記の吸着質の顕熱の影響を排除・抑制することが可能となる。このため、蒸発と凝縮との交互切換えの際には吸湿材が吸湿している吸着質だけを温度変化させれば済み、吸着質の顕熱の影響を考慮する必要がなくなる分、高効率化を図ることが可能となる。

以上、説明したように、請求項１〜請求項４のいずれかの一体型吸着器によれば、脱着−凝縮工程に入って、吸着／脱着用熱交換器の吸着剤に吸着されていた吸着質が脱着され、脱着された吸着質が凝縮器として機能するように設定された凝縮／蒸発用熱交換器によって凝縮・液化する際に、凝縮器として機能する凝縮／蒸発用熱交換器が仕切り壁によってハウジングの底部の内表面との間が断熱空間を挟んで完全に隔てられて断熱された状態にすることができる。このため、ハウジングの内表面との接触により凝縮・液化作用が阻害もしくは低減されることもなく、これにより、凝縮／蒸発用熱交換器による凝縮性能を高めることができ、小型化を図りつつも、冷熱生成の効率化をも図ることができるようになる。

特に、請求項２によれば、深皿容器部内に収容した凝縮／蒸発用熱交換器によって吸着質の凝縮／蒸発が行われることになるため、ハウジング底部に液相の吸着質を溜める場合よりも、効率良く吸着冷凍サイクルを実現させることができるようになる。

請求項３によれば、反応空間を所定の真空状態にすれば、断熱空間をも所定の真空状態にすることができる。このため、反応空間の真空引きのための手段だけで済み、断熱空間の真空引きのために例えば真空ポンプを別途設置する必要もなくすことができる。

請求項４によれば、凝縮／蒸発用熱交換器として通常採用されるフィン・アンド・チューブ形式の熱交換器の金属製フィンから蒸発させる場合よりも、蒸発させ易い上に、蒸発表面積を大幅に増大させて蒸発に伴う気化熱も大幅に増大させることができる。これにより、凝縮／蒸発用熱交換器を蒸発器として機能させて冷熱を生成させる際の冷熱生成性能を大幅に向上させることができる。

又、請求項５又は請求項６の一体型吸着器によれば、吸着−蒸発工程に切換えられたとき、前工程で液相の吸着質を吸い込んで吸湿した吸湿材から吸着質が蒸発されるため、凝縮／蒸発用熱交換器として通常採用されるフィン・アンド・チューブ形式の熱交換器の金属製フィンから蒸発させる場合よりも、蒸発させ易い上に、蒸発表面積を大幅に増大させて蒸発に伴う気化熱も大幅に増大させることができるようになる。これにより、凝縮／蒸発用熱交換器を蒸発器として機能させて冷熱を生成させる際の冷熱生成性能を大幅に向上させることができるようになる。

特に請求項６によれば、熱交換部がハウジング底部に溜まる液相の吸着質よりも上方に離されるように位置設定しているため、蒸発と凝縮との交互切換えの際に、液相の吸着質の顕熱の影響を排除・抑制することができる。これにより、蒸発と凝縮との交互切換えの際には吸湿材が吸湿している吸着質だけを温度変化させれば済み、吸着質の顕熱の影響を考慮する必要がなくなる分、高効率化を図ることができるようになる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は発明の実施形態に係る一体型吸着器を適用した吸着式ヒートポンプの例を示す原理図である。同図において、符号２，２はそれぞれ一体型吸着器、３は例えば廃棄温水等の廃熱を利用して熱媒を所定の高温状態にして保持する高温熱媒部、４は熱媒を所定の低温状態に維持して保持する放熱部(例えば室外機)、５はこれに戻される最も低温の熱媒から熱交換により冷熱を回収して取り出すための冷熱取り出し用熱交換器を内蔵した冷却部、６，７，８，９はそれぞれ４つの開閉弁Ｖ１〜Ｖ４を備えて構成された第１〜第４切換部、１１，１２，１３，１４はそれぞれ各切換部６，７，８，９をバイパスする経路に介装された開閉弁である。まず、吸着式冷凍サイクルに基づいてこの吸着式ヒートポンプによる冷熱取り出しの原理について簡単に説明する。

上記一対の一体型吸着器２，２は、互いに同じ構成を有し、ハウジング２１内に吸着／脱着用熱交換器２２と、凝縮／蒸発用熱交換器２３との双方が配設されて構成されたものである。上記ハウジング２１は内部が略真空状態に維持されて、内部には例えば水、アルコール、アンモニア等の吸着質が所要量封入されている。又、上記吸着／脱着用熱交換器２２には後述するようにその外表面に例えばゼオライト、シリカゲル、活性炭等の吸着剤が固定されている。以下の説明では、吸着質として水が封入され、吸着剤としてはその水（水蒸気）を吸着するゼオライトが固定されているものとする。

一方(例えば図１の左側)の吸着器２では脱着−凝縮工程が次のようにして行われる。すなわち、一方の吸着器２内の吸着／脱着用熱交換器２２では、ポンプ３１の作動により高温熱媒部３から高温熱媒が第１切換部６を通して内部に供給されると、その高温熱媒により吸着剤が加熱されて脱着(脱離・再生)工程を行うようになり、これにより、吸着剤がそれまで吸着していた水蒸気(気相吸着質)を放出して脱着させることになる。その際、併せて上記一方の吸着器２内の凝縮／蒸発用熱交換器２３では、ポンプ４１の作動により放熱部４から低温熱媒の一部が第４切換部９を通して内部に供給されて凝縮器として機能するようになる。このため、上記の脱着した水蒸気は主として凝縮／蒸発用熱交換器２３の外表面と接触することにより凝縮・液化し、ハウジング２１内の底部に水（液相吸着質）となって溜まることになる。

これと併行して、他方(図１の右側)の吸着器２では吸着−蒸発工程が次のようにして行われる。すなわち、上記の他方の吸着器２内の吸着／脱着用熱交換器２２では、ポンプ４１の作動により放熱部４から低温熱媒の残りが第２切換部７を通して内部に供給されて吸着剤が冷却されると、吸着／脱着用熱交換器２２の吸着剤はハウジング２１内の水蒸気を吸着する吸着工程を行うようになる。そして、上記の他方の吸着器２内の凝縮／蒸発用熱交換器２３では、冷却部５の冷熱取り出し熱交換器との熱交換により昇温した熱媒がポンプ５１の作動により第４切換部９を通して内部に供給され、これにより、蒸発器として機能するようになる。これにより、前工程での凝縮・液化によりハウジング２１の底部に溜まった水が蒸発し、この蒸発の気化熱により凝縮／蒸発用熱交換器２３内の熱媒が冷却されて温度低下し、温度低下した熱媒が第３切換部８を介して冷却部５に戻されることになる。そして、冷却部５に戻された熱媒から冷却部５内の冷熱取り出し熱交換器での熱交換によって冷熱の取り出しが行われることになる。

以上の一方の吸着器２での脱着−凝縮工程と、他方の吸着器２での吸着−蒸発工程とがそれぞれバッチ処理により一対の吸着器２，２間で交互に切換えられ、この交互切換えが繰り返し行われることにより上記の冷却部５での冷熱取り出しが連続して行われるようになっている。以下、上記の各吸着器２として用いられる種々の実施形態の吸着器２ａ〜２ｄについて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る一体型吸着２ａを示し、同図中の符号２０は真空ポンプ、２１はハウジング、２２は吸着／脱着用熱交換器、２３はハウジング２１内の下側位置に配設された凝縮／蒸発用熱交換器、２４は特にこの凝縮／蒸発用熱交換器２３の側方及び下方に空間が存するように仕切る仕切り壁、Ｗは吸着質としての水である。吸着／脱着用熱交換器２２及び凝縮／蒸発用熱交換器２３は共にフィン・アンド・チューブ形式の熱交換器により構成されている。

上記ハウジング２１は、例えばステンレスにより内部が密閉空間となるように形成され、真空ポンプ２０の作動により内部が略真空に維持された状態で所定量の水Ｗが封入されたものである。そして、ハウジング２１の内部は、上記の仕切り壁２４によって仕切られて反応空間２１０と、断熱空間２１１とに区画されている。反応空間２１０がハウジング２１内の上部から下部にかけての大部分の空間を占め、その反応空間２１０の上側位置に吸着／脱着用熱交換器２２が配設され、下側位置に凝縮／蒸発用熱交換器２３が配設されている。

上記の吸着／脱着用熱交換器２２は、図３に詳細を示すように、そのフィン２２１やチューブ２２２の外表面に吸着剤Ｓが所定厚みで固定(例えば接着固定)されており、チューブ内に低温熱媒が通されて吸着剤Ｓが冷却されると反応空間２１０内の水蒸気を吸着して保持する一方、チューブ内に高温熱媒が通されて吸着剤Ｓが加熱されるとその吸着した水蒸気を脱着して反応空間２１０に放出するようになっている。

仕切り壁２４は、凝縮／蒸発用熱交換器２３による熱交換を実質的に行うことになる熱交換部であるフィン部分２３１の下側と前後左右の側方とを囲むように深皿容器状に形成した上で、ハウジング２１内を仕切る役割を果たすように構成されている。すなわち、仕切り壁２４は、底壁２４１と、その周囲から上方に立ち上がる側壁２４２，２４２，…とにより上方が開放された深皿容器部２４０を備えると共に、側壁２４２，２４２，…の各上端からハウジング２１の側壁面に延びて固定されるフランジ壁２４３を備え、このフランジ壁２４３によってハウジング２１内が反応空間２１０と断熱空間２１１とに仕切られることになるようになっている。そして、前後の側壁２４２，２４２を凝縮／蒸発用熱交換器２３のチューブ部分２３２が貫通する一方、深皿容器部２４０の内部にフィン部分２３１が収容された状態にされ、フィン部分２３１が収容された深皿容器部２４０内に凝縮・液化した水が溜まるようにされている。そして、深皿容器部２４０内のフィン部分２３１の側方が側壁２４２，２４２，…によって、底側が底壁２４１によって、それぞれハウジング２１の内表面との間に断熱空間２１１が存在してハウジング２１から断熱された状態に維持されるようになっている。

この第１実施形態の一体型吸着器２ａによれば、脱着−凝縮工程に入ると、吸着／脱着用熱交換器２２に供給される高温熱媒により吸着剤Ｓが加熱されるため吸着剤Ｓに吸着されていた水蒸気が脱着されて反応空間２１０内に放出される一方、凝縮／蒸発用熱交換器２３に低温熱媒が供給されて凝縮／蒸発用熱交換器２３が凝縮器として機能するため、上記の反応空間２１０に放出された水蒸気が凝縮・液化し、凝縮・液化した水滴が深皿容器部２４０内に溜まることになる(図２の水Ｗ参照)。この凝縮・液化の際に、その凝縮器として機能する凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１が仕切り壁２４によってハウジング２１の内表面との間が断熱空間２１１を挟んで完全に隔てられて断熱されているため、ハウジング２１の内表面との接触により凝縮・液化作用が阻害もしくは低減されることもなく、熱交換部であるフィン部分２３１の有する凝縮性能を有効にかつ効率的に利用することができるようになる。

その上に、吸着質である水の量を、たとえフィン部分２３１を水に浸からせるにしても、深皿容器部２４０の内容積に対応する量に設定すればよく、仕切り壁２４による深皿容器部２４０が存在しない場合のハウジング２１の内底部の内容積を基準に設定する場合よりも大幅に減容量化させることができる。以上により、一体型吸着器２ａにして小型化を図りつつも、同じ低温熱媒の供給に基づいて凝縮器としての凝縮機能を仕切り壁２４の存在しない場合よりも高い性能を発揮させることができる上に、必要な吸着質の量も減容量化させることができる。換言すると、凝縮／蒸発用熱交換器２３による凝縮性能を高めることができ、同じ凝縮性能をより小さい熱容量で得ることができ、これにより、より一層の小型化を図ることができることになる。なお、吸着質としての水の量は、次の蒸発工程において深皿容器部２４０内に溜まった水の全てが蒸発し切ってなくなる程度に設定することができる。

又、この際、断熱空間２１１を単なる密閉空間にするだけでもよいが、例えば第２の真空ポンプ２０ａを断熱空間２１１に連通するように設け、断熱空間２１１を略真空状態にすることにより、深皿容器部２４０のフィン部２３１に対する断熱性能をより一層高めることができ、これにより、上記の凝縮性能をより一層高めることができるようになる。

さらに、上記の第２の真空ポンプ２０ａを設けずに、図４に示す一体型吸着器２ｂのように、仕切り壁２４に連通孔２４４を設け、この連通孔２４４に対し真空仕切り弁２５を設けるようにしてもよい。この場合には、真空ポンプ２０を作動させて反応空間２１０内を真空引きすれば、それに伴い真空仕切り弁２５も開変換されて断熱空間２１１内も真空引きされて、反応空間２１０及び断熱空間２１１の双方を共に所定の真空状態にすることができる。このため、上記の如く第２の真空ポンプ２０ａを設けることなく、１つの真空ポンプ２０によって反応空間２１０を所定の真空状態にするだけではなくて、断熱空間２１１をも所定の真空状態にすることができる。なお、図４の一体型吸着器２ｂの上記真空仕切り弁２５以外の構成は図２の一体型吸着器２ａと同様である。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る一体型吸着器２ｃを示すものである。この第２実施形態の一体型吸着器２ｃは、凝縮／蒸発用熱交換器２３の熱交換部であるフィン部分２３１の周囲を吸湿材２６で覆うようにしたものであり、蒸発潜熱(気化熱)に基づく冷却効率の向上、冷熱生成効率の向上を図ったものである。なお、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付して重複した詳細説明を省略する。

上記の吸湿材２６は、例えばろ紙などの紙、不織布などの布等の熱容量を殆ど有しない材料により構成され、上記フィン部分２３１を内部に収容し得るような袋状、又は、所定幅の帯状に形成されたものである。袋状の場合にはその袋状の吸湿材２６をフィン部分２３１の全体に被せ、帯状の場合にはその帯状の吸湿材２６をフィン部分２３１の周囲に巻き付けることにより、図６（ａ）に示すようにフィン部分２３１の周囲を吸湿材２６を覆うようにする。

この第２実施形態の一体型吸着器２ｃの場合には、脱着−凝縮工程によって吸着剤Ｓから脱着した水蒸気が凝縮・液化されてハウジング２１の底部に水Ｗとなって溜まり、凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１の下半が水に浸ることになる。これにより、吸湿材２６の下半も水に浸り、上半の側にも水分が吸湿されることになる。そして、工程切換えによって吸着−蒸発工程に入ると、吸着／脱着用熱交換器２２に供給される低温熱媒により吸着剤Ｓが冷却されるためハウジング２１内の水蒸気が吸着剤Ｓに吸着されることになる。加えて、凝縮／蒸発用熱交換器２３には冷却部５で冷熱取り出し熱交換器との熱交換により昇温した熱媒が内部に供給され、これにより、凝縮／蒸発用熱交換器２３は蒸発器として機能するようになる。この際、吸湿材２６が液相吸着質である水を吸い込んで十分に吸湿した状態になっているため、フィン部分２３１の金属フィンの表面からというよりは、この吸湿材２６自体から水蒸気が蒸発することになる。つまり、吸湿材２６のない状態のフィン部分２３１の金属フィンの表面からの蒸発よりも蒸発し易くなる上に、吸湿材２６により蒸発表面積の大幅な拡大が図られて蒸発効率を大幅に増大させることができるようになる。このため、凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１からだけの蒸発の場合よりも大幅に気化熱を増大させることができ、これに伴い、気化熱(蒸発潜熱)が奪われることによる凝縮／蒸発用熱交換器２３内の熱媒の冷却を大幅に効率よく行うことができ冷熱生成の効率化を図ることができるようになる。これにより、冷熱生成について同じ性能を発揮させる上でより一層の小型化を図ることができたり、あるいは、冷熱生成についての性能をより高く向上させることができたりするようになる。

なお、以上の第２実施形態では布製などの吸湿材２６を凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１の周囲に巻き付けて設置する場合を説明したが、これに限らず、例えば凝縮／蒸発用熱交換器２３の特にフィン部分２３１の各金属フィンの外表面に対し、液状に調製した吸湿材又は粉状・粒状の吸湿材に例えば結合剤等を混合してゲル状に調製したものを塗布し、乾燥・固着させるようにしてもよい。そして、その吸湿材に対し、脱着−凝縮工程により凝縮・液化してハウジング２１の底部に溜まった水Ｗから吸湿し、これが上記の同様に吸着−蒸発工程において蒸発するようになる。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る一体型吸着器２ｄを示すものである。この第３実施形態の一体型吸着器２ｄは、ハウジング２１のサイズを吸着質の容量との関係で第１又は第２実施形態の場合よりも下方に拡大し、凝縮／蒸発用熱交換器２３の熱交換部であるフィン部分２３１を覆うように含んで吸湿材２７を下方に垂らした状態に設置したものである。狙いは、第２実施形態と同様に、蒸発潜熱(気化熱)に基づく冷却効率の向上、冷熱生成効率の向上を図ったものである。なお、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付して重複した詳細説明を省略する。

第３実施形態のハウジング２１の上下方向サイズは次のように設定される。すなわち、脱着−凝縮工程によって吸着剤Ｓから脱着した水蒸気が凝縮・液化されてハウジング２１の底部に溜まる水Ｗよりも凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１が上方に位置することになるように、ハウジング２１の上下方向サイズが設定される。つまり、脱着−凝縮工程終了時点にハウジング２１の底部に溜まる水Ｗが凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１と接触しないように、凝縮／蒸発用熱交換器２３の下側に所定高さの下側空間２１２を余分に形成しているのである。

上記の吸湿材２７は、第２実施形態の吸湿材２６と同様の材料により構成されたものであり、第２実施形態と同様に袋状又は所定幅の帯状に形成されたものである。この第３実施形態の吸湿材２７は、図６(ｂ)に示すように、袋状であれば凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１に被せた状態で下側空間２１２側に垂下して水Ｗに最下部が浸るようにし、帯状の場合にはフィン部分２３１の上側から下の下側空間２１２側に垂下して水Ｗに下端部が浸るように巻き付けられる。つまり、吸湿材２７はフィン部分２３１の周囲を覆うと共に下端部が下側空間２１２の下方にまで垂下して底部に溜まることになる水Ｗに浸ることになるように設置される。これにより、凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１自体は凝縮・液化後の水Ｗに浸ったり水没したりすることはないものの、吸湿材２７の一部である下端部が水Ｗに浸るようにしている。

この第３実施形態の一体型吸着器２ｄの場合には、脱着−凝縮工程によって吸着剤Ｓから脱着した水蒸気が凝縮・液化されてハウジング２１の底部である下側空間２１２に水Ｗとなって溜まると、吸湿材２７の少なくとも下端部がその水Ｗに浸って、水が吸湿材２７に吸い上げられて吸湿材２７は吸湿した状態となる。そして、工程切換えによって吸着−蒸発工程に入ると、吸着／脱着用熱交換器２２に供給される低温熱媒により吸着剤Ｓが冷却されるためハウジング２１内の水蒸気が吸着剤Ｓに吸着されることになる。加えて、凝縮／蒸発用熱交換器２３には冷却部５で冷熱取り出し熱交換器との熱交換により昇温した熱媒が内部に供給され、これにより、凝縮／蒸発用熱交換器２３は蒸発器として機能するようになる。これにより、液相吸着質である水を吸い込んで十分に吸湿した状態になっている吸湿材２７からその水分が蒸発することになる。

この場合、第２実施形態と同様に、吸湿材２７が無くフィン部分２３１の一部が水Ｗに浸ってその金属フィンの表面から蒸発する場合よりも蒸発し易くなる上に、吸湿材２７により蒸発表面積の大幅な拡大が図られて蒸発効率を大幅に増大させることができるようになる。これにより、気化熱の大幅増大、冷熱生成の大幅な効率化を図ることができるようになる。さらに加えて、第３実施形態の場合には、凝縮／蒸発用熱交換器２３のフィン部分２３１の一部又は全部が水Ｗに水没していなくて、フィン部分２３１を水Ｗから離しているため、蒸発と凝縮との交互切換え、つまり凝縮／蒸発用熱交換器２３のチューブ２３２に供給される熱媒温度の切換えの際に、水没している場合に受ける水Ｗの顕熱の影響を排除・抑制することができるようになる。このため、蒸発と凝縮との交互切換えの際には吸湿材２７が吸湿している水分だけを温度変化させればすむようにすることができ、上記の如き水Ｗの顕熱の影響を考慮する必要がなくなる分、高効率化を図ることができるようになる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、第２実施形態の吸湿材２６を第１実施形態の凝縮／蒸発用熱交換器２３に適用するようにしてもよい。この場合は、深皿容器部２４０内にフィン部分２３１を配設する構成と、吸湿材２６とによる相乗効果によって、より一層高度な冷熱生成性能の向上を図ることができる。

本発明の実施形態を適用した吸着式ヒートポンプの例を示す模式図である。 第１実施形態の一体型吸着器を示す断面説明図である。 吸着／脱着用熱交換器のフィンを断面状態にした部分拡大断面説明図である。 第１実施形態の他の形態を示す図２対応図である。 第２実施形態の一体型吸着器を示す断面説明図である。 図６（ａ）は図５の凝縮／蒸発用熱交換器の縦断方向の拡大断面説明図であり、図６（ｂ）は図７の凝縮／蒸発用熱交換器の縦断方向の拡大断面説明図である。 第３実施形態の一体型吸着器を示す断面説明図である。 本発明の課題を導くために本発明と対比される一体型吸着器を示す図２対応図である。

符号の説明

２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 一体型吸着器
２１ ハウジング
２２ 吸着／脱着用熱交換器
２３ 凝縮／蒸発用熱交換器
２４ 仕切り壁
２５ 真空仕切り弁
２６，２７ 吸湿材
２１０ 反応空間
２１１ 断熱空間
２３１ フィン部分（熱交換部）
２４０ 深皿容器部
２４４ 連通孔

Claims (6)

1. 内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設された一体型吸着器であって、
   上記凝縮／蒸発用熱交換器の下側を覆うように配設されてその凝縮／蒸発用熱交換器と上記ハウジングの底部の内表面との間のハウジング内を仕切る仕切り壁と、
   上記仕切り壁によってその仕切り壁と上記ハウジングの底部の内表面との間に区画形成される断熱空間と
   を備えていることを特徴とする一体型吸着器。
2. 請求項１に記載の一体型吸着器であって、
   上記仕切り壁は上方に開放された深皿容器部を備え、
   上記凝縮／蒸発用熱交換器はその熱交換部が上記深皿容器部内に収容されるように配設されている、一体型吸着器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の一体型吸着器であって、
   上記仕切り壁に形成されてその仕切り壁よりも上側の反応空間と上記断熱空間とを互いに連通させる連通孔と、この連通孔を開閉可能に閉止する真空仕切り弁とを備え、
   上記反応空間の真空引きに伴い上記真空仕切り弁が開作動されて断熱空間も共に真空引きされるように構成されている、一体型吸着器。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の一体型吸着器であって、
   上記凝縮／蒸発用熱交換器の少なくとも熱交換部の周囲を上側から下側にかけて覆う吸湿材を備え、
   上記吸湿材は、その少なくとも下端部が、上記吸着／脱着用熱交換器の吸着剤から脱着し凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮・液化されて上記仕切り壁の上に溜まる液相の吸着質に浸かるように設定されている、一体型吸着器。
5. 内部に吸着質が封入された真空容器としてのハウジング内に、吸着質を吸着したり脱着したりと相互切換可能な吸着剤を備えた吸着／脱着用熱交換器と、脱着された吸着質を凝縮したり吸着のために吸着質を蒸発したりと相互切換される凝縮／蒸発用熱交換器とが配設された一体型吸着器であって、
   上記凝縮／蒸発用熱交換器の少なくとも熱交換部の周囲を上側から下側にかけて覆う吸湿材を備え、
   上記吸湿材は、その少なくとも下端部が、上記吸着／脱着用熱交換器の吸着剤から脱着し凝縮／蒸発用熱交換器により凝縮・液化されてハウジング底部に溜まる液相の吸着質に浸かるように設定されている
   ことを特徴とする一体型吸着器。
6. 請求項５に記載の一体型吸着器であって、
   上記凝縮／蒸発用熱交換器は、その熱交換部が上記ハウジング底部に溜まる液相の吸着質よりも上方に離されるように位置設定されている、一体型吸着器。

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