JP3820713B2

JP3820713B2 - 吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法

Info

Publication number: JP3820713B2
Application number: JP33314197A
Authority: JP
Inventors: 哲井上; 英明佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JPH11166772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着剤が冷却、加熱されることにより水などの冷媒が吸着、脱着されることを利用した吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸着式冷凍装置の吸着コアは、一般に内部を加熱流体もしくは冷却流体（熱交換流体）が流れるチューブを備える熱交換部材と、この熱交換部材の表面に接着され熱交換流体により冷却および加熱されることで気体冷媒を吸着および脱着することができる多数の粒子状の吸着剤とを備えている。
【０００３】
このような吸着式冷凍装置の吸着コア等に用いる吸着剤モジュールの製造方法に関するものとして、本出願人は先に特願平９−１６４６５５号に記載の方法を提案している。この製造方法を図７に示す。
熱交換部材８０は、ヘッダタンク７２、７４、チューブ７６及び伝熱フィン７８を有し、矩形状をなす。水を細孔内に吸着させて略飽和状態とした吸着剤７０を、熱交換部材８０の片面８１側から充填する（図７（ａ）参照）。続いて、接着剤を水にて希釈した接着溶液Ｐ₀を、更に熱交換部材８０に充填（図７（ｂ）参照）した後、恒温槽８２にて加熱し接着を行い、吸着コア９０を完成させる。
【０００４】
これによって、予め細孔内に存在する水により吸着剤７０の細孔への接着溶液Ｐ₀の流入が防止され、加熱接着後は吸着剤７０の細孔への接着剤の存在が抑制された吸着剤モジュールが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記製造方法においては、吸着剤７０粒子内部の細孔への接着剤の付着は抑制できるが、吸着剤７０を充填した後、接着溶液Ｐ₀を流し込むため、接着剤が吸着剤７０粒子の接着部位以外の表面にも付着し被覆した形となるので、吸脱着性能を阻害する。
【０００６】
また、上記問題に対して、本出願人は、接着剤の吸着剤粒子表面の被覆を防止すべく、先に接着剤をチューブ、フィンの表面すなわち熱交換部材の表面に塗布しておき、その後吸着剤を充填することを試みた。しかし、吸着剤を入れる際、熱交換部材の表層付近（例えば、図７中、熱交換部材８０の面８１側）でチューブ、フィンに吸着剤が付着して目詰まりを起こし、内部まで十分に充填されないという問題が生じることがわかった。
【０００７】
なお、吸着剤を接着すべき部材に先に接着剤を塗布するという方法としては、特開昭４８−７２０８８号公報記載のものがある。これは、吸着剤が接着される平板状のフリース（繊維）層に、予め接着剤を塗布し、やや粘着性を残すように乾燥した後、吸着剤粒子を散布し加圧加熱等の処理をして接着するものである。
しかし、この方法は平板状のフリース（繊維）層を用いたものであり、吸着コアの製造方法に適用した場合、やはり接着剤に残る粘着性によって、内部まで十分に充填されないという問題は発生する。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、吸着剤の良好な充填を可能としつつ吸脱着性能に優れた吸着コアを実現する吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願人は、先に接着剤を熱交換部材の表面に塗布しておき、その後吸着剤を流し込み、熱交換部材の表面部分に吸着剤を接着させるという方法において、吸着剤を流し込む際に、吸着剤が接着剤にくっつかないように接着剤の接着力を一時的に無くすことに着目した。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の発明によれば、吸着式冷凍装置の吸着コア（１１、１２）を製造する製造方法において、熱交換部材（３０）の表面に接着剤を塗布する塗布工程と、接着剤の接着力を一時的に無くす接着力抑止工程と、接着剤の接着力を一時的に無くした状態で、吸着剤（５０）を熱交換部材（３０）に充填する充填工程と、接着剤の接着力を復活させて吸着剤（５０）を熱交換部材（３０）の表面に接着する接着工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
それによって、充填工程において接着剤の接着力を一時的に無くした状態で吸着剤（５０）を熱交換部材（３０）に充填するから、吸着剤（５０）が熱交換部材（３０）表面に接着せず、熱交換部材（３０）の表層での目詰まりを防止でき、熱交換部材（３０）の奥まで良好に充填できる。
また、吸着剤（５０）を充填した後、接着剤の接着力を復活させて吸着剤（５０）を熱交換部材（３０）の表面に接着するから、接着剤は熱交換部材（３０）と吸着剤（５０）との間にのみ介在して両者を接着でき、接着剤が吸着剤粒子の接着部位以外の表面には付着せず、良好な吸脱着性能を発揮することができる。
【００１２】
従って、吸着剤の良好な充填を可能としつつ吸脱着性能に優れた吸着コアを実現する吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法を提供することができる。
ここで、請求項１記載の製造方法は、請求項２及び請求項３記載の発明のようにできる。
すなわち、請求項２記載の発明は、接着力抑止工程において、塗布された接着剤を乾燥させて接着力を一時的に無くし、接着工程において、この接着力を一時的に無くした前記接着剤を溶媒で濡らすことで接着剤を活性化し接着力を復活させるものである。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、塗布工程において、接着剤を水で希釈した接着溶液として熱交換部材（３０）の表面に塗布し、接着力抑止工程において、塗布した接着溶液を冷凍することで接着力を一時的に無くし、接着工程において、冷凍された接着溶液を解凍することで接着剤を活性化し接着力を復活させるものである。
【００１４】
また、請求項４記載の発明によれば、吸着式冷凍装置の吸着コア（１１、１２）を製造する製造方法において、接着力を一時的に無くした状態の接着剤からなるフィルム（Ｆ）を熱交換部材（３０）の表面にコーティングするフィルム貼付け工程と、吸着剤（５０）を熱交換部材（３０）に充填する充填工程と、貼付けられたフィルム（Ｆ）の接着力を復活させて吸着剤（５０）を熱交換部材（３０）の表面に接着する接着工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、フィルム貼付け工程が、上記請求項１記載の塗布工程及び接着力抑止工程を兼ねており、請求項１記載の製造方法と同等の効果を有する吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法を提供することができる。
ここで、上記フィルム（Ｆ）としては、Ｂステージで反応を止めた熱硬化性接着剤からなるフィルムを用いることができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明を、図１に示すような吸着式冷凍装置１の第１、第２吸着コア１１、１２に適用したものとして述べる。これら吸着コア１１、１２は、それぞれ密閉容器１４及び１５内に収容されており、密閉容器１４及び１５には、気体冷媒（本実施形態では水蒸気）の出入口部１６、１７が備えられている。
【００１８】
これら出入口部１６、１７には、三方切換弁１８、１９が接続されており、この三方切換弁１８、１９の間には、冷媒を液化する凝縮器２０、冷媒の気液分離及び液体冷媒の一時貯留を行うレシーバ２１、液体冷媒を送るポンプ２２、及び液体冷媒を気化させて外気との熱交換を行う蒸発器２３が直列に接続され、もって冷媒回路２５が構成されている。この冷媒回路２５内には、所要量の冷媒（吸着物質）、本実施形態の場合、例えば水が封入されている。
【００１９】
次に、吸着コア１１、１２の構造について、図２を参照して詳述する。吸着コア１１、１２は、熱交換器（熱交換部材）３０と、この熱交換器３０の表面に接着された多数の粒子状の吸着剤５０とから構成されている。図２において（ａ）は吸着コア１１、１２の全体構成を示す斜視図、（ｂ）は熱交換器３０と吸着剤５０の粒子Ｋとの接着状態を示す模式図である。
【００２０】
熱交換器３０は、両端にヘッダタンク３１、３２を備え、このヘッダタンク３１、３２の間には、熱交換流体が流れる複数の板状のチューブ３３が並列的に所定距離を隔てて配置されている。チューブ３３の間には、コルゲート状のフィン（伝熱フィン）３４がろう付け、溶接、あるいは接着により固定されている。フィン３４のフィン配置間隔Ｌは、本実施形態では、約１．６ｍｍ（フィンピッチ２Ｌでは約３．２ｍｍ）としている。
【００２１】
なお、ヘッダタンク３１、３２は成形性に優れた材料、例えば樹脂、アルミニウム、銅等からなり、チューブ３３およびフィン３４は、熱伝導に優れた材料、例えばアルミや銅からなる。
そして、入口側のヘッダタンク３１、チューブ３３、出口側のヘッダタンク３１の順に、冷却流体（例えば室外熱交換器からの比較的低温な流体、請求項でいう熱交換流体）または加熱流体（例えばエンジン冷却水、請求項でいう熱交換流体）が流れるようになっている。
【００２２】
多数の粒子状の吸着剤５０は、チューブ３３とフィン３４により構成される隙間に充填されている。図２（ｂ）に示す様に、吸着剤５０の各粒子は、チューブ３３及びフィン３４の表面のみ（図中、黒丸で示す部位）に接着剤にて接着固定され、接着部位以外の各粒子表面には接着剤は付着していない。
吸着剤５０は、周知のように、冷却状態において吸着物質（例えば水蒸気やアルコール水溶液やフロン系冷媒等）を高能力で吸着し、また、吸着物質の吸着に伴い吸着能力が次第に低下するが、加熱状態とされることにより、吸着していた吸着物質を脱着して吸着能力が再生されるという性質を有している。
【００２３】
従って、吸着剤５０は、チューブ３３及びフィン３４を介した熱伝導により、チューブ３３を流れる熱交換流体と熱交換を行い、冷却されることで気体冷媒（本実施形態では水蒸気）を吸着し、加熱されることで気体冷媒を脱着することができるようになっている。
かかる構成において、第１、第２吸着コア１１、１２は、図示しないマイコン等の制御装置によって制御されることにより、一方が気体冷媒（水蒸気）を脱着させる脱着側となるとき、他方が蒸発器２３からの気体冷媒を吸着する吸着側となるよう、交互に切換え可能に構成されている。
【００２４】
具体的には、図１において、第１吸着コア１１を脱着側とし、第２吸着コア１２を吸着側として使用する場合、三方切替弁１８、１９が図１中実線位置とされて、吸着コア１１側の密閉容器１４の出入口部１６と凝縮器２０とが連通状態とされ、かつ、吸着コア１２側の密閉容器１５の出入口部１７と蒸発器２３とが連通状態とされる。また、吸着コア１１側に加熱流体、吸着コア１２側に冷却流体が供給される。
【００２５】
また、第１吸着コア１１を吸着側とし、第２吸着コア１２を脱着側として使用する場合、三方切替弁１８、１９が図１中点線位置とされて、吸着コア１１側の密閉容器１４の出入口部１６と蒸発器２３とが連通状態とされ、かつ、吸着コア１２側の密閉容器１５の出入口部１７と凝縮器２０とが連通状態とされる。また、吸着コア１１側に冷却流体、吸着コア１２側に加熱流体が供給される。
【００２６】
次に、上記吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法を説明する。図３に本実施形態の製造方法の工程図（流れ図）、図４に本実施形態の製造方法を説明する説明図を示す。本実施形態では、熱交換器３０に吸着剤５０を熱可塑性接着剤を使って接着充填して作る。
吸着剤５０は粒径がフィン３４の配置間隔Ｌの１／２程度（フィンピッチ２Ｌの１／４程度）のものを使用する。これにより、吸着剤５０は必ずフィン３４と接触する。また、ろう付け、溶接、あるいは接着等により、ヘッダタンク３１、３２、チューブ３３及びフィン３４を組付けた熱交換器３０を用意する。
【００２７】
まず、塗布工程Ｓ１では熱交換器３０の表面に接着剤を塗布する。熱可塑性接着剤（例えば、ナイロン系、ポリエステル系等）を有機溶媒（例えば、メチルエチルケトン、アルコール等）で希釈（例えば５０％溶液）した接着溶液Ｒ０を、熱交換器３０、すなわちチューブ３３及びフィン３４の表面に均一に塗布する（図４（ａ）参照）。このとき、フィン３４の隙間に接着剤が溜まらぬ様、エアブロー等でチューブ３３やフィン３４の表面に薄膜を作る。
【００２８】
次に、接着力抑止工程Ｓ２では、塗布された接着剤を乾燥させて溶媒を飛ばし接着力を一時的に無くす。例えば、常温で１０分間程度、乾燥して接着剤の接着力（粘性）を無くす。
続いて、充填工程Ｓ３では、熱交換器３０において、吸着剤５０を流し込む入口側の面とは反対側の面を板部材（図示せず）等で塞ぐ。そして、接着剤の接着力を一時的に無くした状態で、吸着剤５０を熱交換器３０のフィン３４の隙間に、片表面３０ａ側から流し込むように充填する（図４（ｂ）参照）。
【００２９】
このとき、接着剤に接着力（粘性）が無いので、吸着剤５０は熱交換器３０の片表面３０ａ付近において、チューブ３３及びフィン３４に接着することなく、奥までスムーズに入り充填が十分とできる。
次に、接着工程Ｓ４では、接着力を一時的に無くした接着剤の表面が濡れる程度の有機溶媒（接着溶液Ｒ０を作った溶媒と同じもの）Ｒ１を流し、接着剤を活性化し接着力を復活させる（図４（ｃ）参照）。その後、例えば１５０℃、５分間程度加熱して完全に接着する。こうして、吸着剤５０が熱交換器３０の表面でのみ接着された吸着コア１１、１２が完成する。
【００３０】
このように本実施形態においては、上記充填工程Ｓ３において、接着力を一時的に無くした状態で充填するので、熱交換器３０において吸着剤５０を流し込む入口側（片表面３０ａ付近）に、吸着剤５０が付着して目詰まりすることがなくなる。
また、吸着剤５０は、熱交換器３０の表面でのみ接着されており、接着剤５０の各粒子において接着部位以外の表面に接着剤が残ることもなく、各粒子の表面積を有効に活用でき十分に水を吸着脱着できるので、十分な吸脱着性能が得られる。
【００３１】
また、吸着剤５０として、粒径がフィン３４の配置間隔Ｌの１／２程度のものを使用しているので、図２（ｂ）に示す様に、吸着剤５０は必ずフィン３４と接触し、チューブ３３及びフィン３４の隙間においてまんべんなく充填された形となり、吸着剤５０と熱交換器３０間の伝熱が良好とできる。
また、図２（ｂ）に示す様に、吸着剤５０は必ずフィン３４と接触するから、吸着剤５０は接着部位以外でも、各粒子同士が互いに支持しあう形となり、熱交換器３０への吸着剤５０の固定度合がより向上する。
【００３２】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、塗布工程Ｓ１において、接着溶液Ｒ０として接着剤を有機溶媒に溶かしたものとしたが、本第２実施形態では、溶媒に水を用いる接着剤を使う製造方法を提供する。以下、図３の工程図を参照して、各工程Ｓ１〜Ｓ４において主として上記第１実施形態と異なる部分について述べる。
【００３３】
まず、塗布工程Ｓ１では、接着剤（例えば酢酸ビニル等）を水で希釈（例えば１０％水溶液）した接着溶液Ｒ０を、熱交換器３０の表面に均一に塗布する（図４（ａ）参照）。上記第１実施形態と同様に、エアブロー等で熱交換器３０の表面に薄膜を作る。
次に、接着力抑止工程Ｓ２では、接着溶液Ｒ０が塗布された熱交換器３０を、例えば０℃以下、１時間程度冷凍することで、接着溶液Ｒ０を冷凍して接着力（粘性）を一時的に無くす。なお、溶媒に水を用いる接着剤では、上記第１実施形態のように、乾燥させて溶媒を飛ばしてしまうと接着力が復活しないので、冷凍する方法をとる。
【００３４】
続いて、充填工程Ｓ３では、上記と同様にして、吸着剤５０を熱交換器３０に充填する（図４（ｂ）参照）。このとき、接着剤に接着力（粘性）が無いので、吸着剤５０は、目詰まり無く、熱交換器３０の奥までスムーズに入り充填が十分とできる。
次に、接着工程Ｓ４では、充填工程Ｓ３に供された熱交換器３０及び吸着剤５０を、例えば、７０℃、３０分間加熱して冷凍された接着溶液を解凍することで前記接着剤を活性化し接着力を復活させる。そして、例えば９０℃、１時間程度加熱して完全に接着する。こうして、吸着剤５０が熱交換器３０の表面でのみ接着された吸着コア１１、１２が完成する。
【００３５】
本実施形態で製造された吸着コア１１、１２も、上記第１実施形態で製造されたものと同様の効果を奏する。
（第３実施形態）
本第３実施形態では、フィン３４に予め熱可塑性のフィルムをコーティングする工程（フィルム貼付け工程）によって、上記第１及び第２実施形態における塗布工程Ｓ１及び接着力抑止工程Ｓ２を同時に行うものである。図５に本実施形態の製造方法の工程図（流れ図）、図６に本実施形態の製造方法を説明する説明図を示す。以下、主として上記各実施形態と異なる部分について述べる。
【００３６】
まず、フィルム貼付け工程Ｓ５では、フィン３４の無い熱交換器３０、すなわち、ろう付け、溶接、あるいは接着等により、ヘッダタンク３１、３２、及びチューブ３３を組付けた部材３００を用意する。一方、一時的に接着力を無くした状態の接着剤からなるフィルムＦを、フィン３４の表面に予め圧着によりコーティングする（図６（ａ）参照）。
【００３７】
ここで、フィルムＦとしては、例えば、ナイロン系、ポリエステル系等の熱可塑性接着剤からなるフィルム、あるいは、例えば、エポキシ系等の熱硬化性接着剤においてＢステージでとめたもの（セミキュアタイプ）をシート状に成形したフィルムを用いることができる。
次に、充填工程Ｓ３では、上記第１及び第２実施形態と同様に、吸着剤５０を熱交換器３０に充填する（図６（ｂ）参照）。このとき、フィルムＦに接着力（粘性）が無いので、吸着剤５０は、目詰まり無く、熱交換器３０の奥までスムーズに入り充填が十分とできる。
【００３８】
続いて、接着工程Ｓ４では、貼付けられたフィルムＦの接着力を復活させて吸着剤５０をフィン３４の表面に接着する。ここで、上記熱可塑性接着剤からなるフィルム及び熱硬化性接着剤を用いたフィルム、いずれの場合にも、加熱を行い吸着剤５０を接着する。なお、このとき、フィルムＦの接着力により、フィン３４とチューブ３３との接着も同時に行うことができる。
【００３９】
こうして、吸着剤５０がフィン３４の表面でのみ接着された吸着コア１１、１２が完成する。本実施形態で製造された吸着コア１１、１２も、上記第１及び第２実施形態で製造されたものと同様の効果を奏する。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態においては、フィン３４をコルゲートフィンとしているがフィン形状はこれに限定されるものではない。例えば、プレートフィンとしてもよい。
【００４０】
また、熱交換器３０はチューブ・フィンタイプでなく、フィンが無いチューブのみのタイプでもよい。その場合、複数本のチューブが所定間隔で配置され、その配置隙間に吸着剤を充填するようにしたもの、あるいは１本のチューブが所定間隔で複数回Ｕターンして配置され、その配置隙間に吸着剤を充填するようにしたものとできる。
【００４１】
いずれの場合にも、吸着剤の粒径はフィンもしくはプレートの配置間隔の１／２程度であれば、吸着剤の各粒子はフィンもしくはプレートと必ず接触し、また各粒子同士も必ず接触するので、上記した良好な伝熱、固定度合の向上が図れる。
以上、本発明についてまとめると、本発明は、熱交換流体が流れるチューブを有する熱交換部材と、この熱交換部材の表面に接着された多数の粒子状の吸着剤とを備える吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法において、熱交換部材の表面に接着剤を塗布してこの接着剤の接着力を一時的に無くした状態で、吸着剤を熱交換部材に充填した後、接着剤の接着力を復活させて吸着剤を熱交換部材の表面に接着する吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸着式冷凍装置の概略全体構成図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る吸着式冷凍装置の吸着コアの斜視図、（ｂ）は熱交換器と吸着剤の粒子との接着状態を示す模式図である。
【図３】本発明の第１及び第２実施形態の製造方法の工程図である。
【図４】上記第１及び第２実施形態の製造方法を説明する説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態の製造方法の工程図である。
【図６】上記第３実施形態の製造方法を説明する説明図である。
【図７】先願の吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１１、１２…吸着コア、３０…熱交換器、３３…チューブ、５０…吸着剤、
Ｆ…フィルム。

Claims

熱交換流体が流れるチューブ（３３）を有する熱交換部材（３０）と、前記熱交換部材（３０）の表面に接着され前記熱交換流体により冷却および加熱されることで気体冷媒を吸着および脱着することができる多数の粒子状の吸着剤（５０）と、を備える吸着式冷凍装置の吸着コア（１１、１２）を製造する製造方法であって、
前記熱交換部材（３０）の表面に接着剤を塗布する塗布工程と、
前記接着剤の接着力を一時的に無くす接着力抑止工程と、
前記接着剤の接着力を一時的に無くした状態で、前記吸着剤（５０）を前記熱交換部材（３０）に充填する充填工程と、
前記接着剤の接着力を復活させて前記吸着剤（５０）を前記熱交換部材（３０）の表面に接着する接着工程とを備えることを特徴とする吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法。
前記接着力抑止工程において、前記塗布された接着剤を乾燥させて接着力を一時的に無くし、
前記接着工程において、この接着力を一時的に無くした前記接着剤を溶媒で濡らすことで前記接着剤を活性化し接着力を復活させることを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法。
前記塗布工程において、前記接着剤を水で希釈した接着溶液として前記熱交換部材（３０）の表面に塗布し、
前記接着力抑止工程において、前記塗布した接着溶液を冷凍することで接着力を一時的に無くし、
前記接着工程において、前記冷凍された接着溶液を解凍することで前記接着剤を活性化し接着力を復活させることを特徴とする請求項１に記載の吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法。
熱交換流体が流れるチューブ（３３）を有する熱交換部材（３０）と、前記熱交換部材（３０）の表面に接着され前記熱交換流体により冷却および加熱されることで気体冷媒を吸着および脱着することができる多数の粒子状の吸着剤（５０）と、を備える吸着式冷凍装置の吸着コア（１１、１２）を製造する製造方法であって、
接着力を一時的に無くした状態の接着剤からなるフィルム（Ｆ）を前記熱交換部材（３０）の表面にコーティングするフィルム貼付け工程と、
前記吸着剤（５０）を前記熱交換部材（３０）に充填する充填工程と、
前記貼付けられたフィルム（Ｆ）の接着力を復活させて前記吸着剤（５０）を前記熱交換部材（３０）の表面に接着する接着工程とを備えることを特徴とする吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法。
前記フィルム（Ｆ）として、Ｂステージで反応を止めた熱硬化性接着剤からなるフィルムを用いることを特徴とする請求項４に記載の吸着式冷凍装置の吸着コアの製造方法。